WO2001031203A1 - Pompe verticale - Google Patents

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WO2001031203A1
WO2001031203A1 PCT/JP2000/006570 JP0006570W WO0131203A1 WO 2001031203 A1 WO2001031203 A1 WO 2001031203A1 JP 0006570 W JP0006570 W JP 0006570W WO 0131203 A1 WO0131203 A1 WO 0131203A1
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WO
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impeller
magnet
cylinder
pump
rotor
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PCT/JP2000/006570
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Inventor
Yoshio Yano
Isamu Aotani
Yoshikazu Yasuda
Original Assignee
Kurosaki Corporation
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Priority to US09/868,520 priority patent/US6565335B1/en
Priority to AU74443/00A priority patent/AU7444300A/en
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    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/048—Bearings magnetic; electromagnetic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
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    • F04D13/027—Details of the magnetic circuit
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    • F04D29/0416—Axial thrust balancing balancing pistons

Definitions

  • the present invention relates to an improvement in a vertical pump, particularly a vertical pump having an impeller without a drive shaft.
  • a drive shaft is provided at the center of rotation of an impeller arranged in a casing, and the drive shaft is rotated by a motor to send out liquid. Therefore, a bearing that rotatably supports the drive shaft in the casing and a seal mechanism that prevents the liquid inside from flowing out from the bearing portion are required. Most of the causes of pump failures are concentrated in the scenery mechanism and bearings.
  • the liquid sucked by the pump contains solid components such as sludge, the liquid penetrates into the bearing / seal portion and causes abnormal wear, thereby shortening the life of the pump.
  • sealless pumps that have eliminated seals and significantly reduced the risk of liquid leakage have long been developed.
  • this sealless pump there are a canned motor pump having an impeller, a magnet pump, and a diaphragm pump for delivering a liquid by reciprocating a membrane.
  • the diaphragm pump since the diaphragm pump does not have a power shaft and bearings in the liquid, the discharge liquid is less contaminated, but the discharge liquid pulsates and the membrane is liable to break down.
  • the pump can be operated at a high head, but the amount of discharge is small, and it is extremely expensive when transferring a large amount compared to other pumps.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a highly efficient vertical pump which is less likely to cause pulsation and contamination of a discharge liquid.
  • a vertical pump according to the present invention comprises:
  • An impeller arranged with the axis perpendicular to the axis, and a rotating body having a cylindrical rotor fixed to the upper part of the impeller with the axis aligned and having a main part made of a good conductor;
  • a rotating magnetic field generating means for applying a rotational force to the cylindrical rotor, facing the cylindrical rotor.
  • An impeller chamber that has a suction port in the lower center and a discharge port on the side, and stores the impeller;
  • An inner cylinder and an outer cylinder, each of which is made of a non-magnetic and high electric resistance material, and a lid for closing the upper part thereof are provided, and the cylindrical rotor has a gap between the inner cylinder and the outer cylinder to be rotatable.
  • a rotor storage chamber disposed integrally with the upper part of the impeller chamber,
  • the rotating magnetic field generating means is disposed opposite to the outside of the outer cylinder and the inside of the inner cylinder, respectively, and the inner rotating magnetic field generating means and the outer rotating magnetic field generating means for applying a rotating force to the cylindrical rotor are provided. It is preferable to provide
  • a magnetic cylinder is concentrically arranged on the cylindrical rotor, and the vertical position of the cross-sectional center of gravity of the magnetic cylinder in a state where the cylindrical rotor is stopped is determined by the vertical direction of the rotating magnetic field generating means. It is preferable that the rotating body including the cylindrical rotor floats at the center position where the cylindrical rotor is driven to rotate. Further, in the present pump, the outer rotating magnetic field generating means and the inner rotating magnetic field generating means have the same length in the vertical direction of the core forming the respective polarities, and are located at the same height position. The length in the vertical direction with the cylinder is equal,
  • the magnetic cylinder is embedded concentrically from above the cylindrical rotor, and the magnetic cylinder is located at the center of the cylindrical rotor in the thickness direction.
  • the pump further includes a cleaning liquid supply unit having an introduction hole at an upper position of the rotor storage chamber, and the cleaning liquid is supplied from an upper part of the rotor storage chamber.
  • the cleaning liquid supply means includes a filter for filtering a transfer liquid discharged from a discharge port of the outer casing, and the transfer liquid filtered by the filter is provided in an upper part of the rotor storage chamber. It is preferred to supply.
  • the inner rotating magnetic field generating means and the outer rotating magnetic field generating means include an inner stator and an outer stator that generate a rotating magnetic field by passing an alternating current.
  • a cooling tank for cooling the inner stator and the outer stator with an insulating liquid is provided, and the cooling layer is provided with a cooling means for cooling the insulating liquid. It is suitable.
  • the cooling means for cooling the inner stator includes a cooler of the insulating liquid and a circulation pump.
  • the inner rotating magnetic field generating means and the outer rotating magnetic field generating means comprise an inner magnet and an outer magnet which are rotationally driven by a motor, and the rotational force is applied to the cylindrical port by rotating the motor. Is preferably applied.
  • a bottom plate supported by a support frame is provided in the rotor storage chamber, and the impeller casing portion that covers the impeller from below and forms the impeller chamber covers the bottom plate. Preferably it is attached.
  • a first annular magnet is provided on an upper portion of the impeller, and a second annular magnet that repels the first annular magnet is provided on a lower portion of an inner bottom plate of the inner cylinder facing an upper portion of the impeller.
  • a magnet is provided.
  • a movable ring installed around a suction passage below the impeller. It is preferable that the movable annular magnet and the fixed annular magnet are repelled on their opposing surfaces, including a ring-shaped magnet and a fixed annular magnet provided in an impeller casing portion facing the annular magnet.
  • an auxiliary wing is formed on the upper surface of the impeller main plate so as to push out the liquid above the impeller outward by rotation of the impeller.
  • a resistance cylinder projecting downward is formed on a lower surface of the rotor storage chamber.
  • the impeller main plate has an opening centered on its rotation axis, and a pressure equalizing plate hanging down from the lower surface of the rotor storage chamber is disposed in the opening.
  • this pump has a movable-side aileron that protrudes from the rotating body in the circumferential direction and a fixed-side aileron that extends inward from the casing side, and is fixed to the movable-side aileron by the vertical movement of the impeller.
  • the area of the opposing part of the side auxiliary wing changes and the impeller moves upward, the area of the opposing part decreases, the amount of liquid transferred to the upper part of the impeller increases, and when the impeller moves downward, It is preferable that the area of the facing portion increases and the amount of liquid transferred to the upper portion of the impeller decreases.
  • an upper pressure sensor for detecting a liquid pressure above the impeller, a lower pressure sensor for detecting a liquid pressure between the lower part of the impeller and the impeller casing, and an upper pressure sensor for detecting the upper pressure P i and a lower pressure P 2 .
  • the difference (P i — P 2 ) becomes larger than the default value ⁇ P
  • the impeller upper liquid is drained.
  • the difference (P i — P 2 ) becomes smaller than the default value ⁇ P
  • the impeller is drained.
  • FIG. 1 is a sectional view of a vertical pump according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the vertical pump shown in FIG.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting state around a cylindrical rotor in the vertical pump according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a partially omitted cross-sectional view of a vertical pump according to a modification of the first embodiment of the present invention. is there.
  • FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a mounting state around the cylindrical rotor in the pump shown in FIG.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of a cleaning liquid supply unit used in the pump according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a sectional view of a vertical pump according to a second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams of a rotor used in the pump according to the second embodiment.
  • FIGS. 10 to 21 are explanatory diagrams of various magnet mechanisms used in the pump according to the second embodiment.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of a vertical pump according to a modification of the second embodiment.
  • FIGS. 23 and 24 are illustrations of the liquid reflux mechanism into the rotor storage chamber.
  • FIG. 25 is an explanatory diagram of an example of the magnet mechanism.
  • FIG. 26 is a sectional view of a vertical pump according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a detailed explanatory view of the vicinity of the impeller of the pump according to the third embodiment.
  • FIGS. 28 and 29 are explanatory diagrams of the balancing mechanism.
  • FIG. 30 is an explanatory diagram of an example of the magnet mechanism.
  • FIG. 31 is an explanatory diagram of the balancing mechanism.
  • FIG. 32 is an explanatory diagram showing the electromagnetic repulsion between the nonmagnetic cylinder and the rotating magnetic field mechanism.
  • FIG. 33 is a sectional view of a vertical pump according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 34 to 36 are explanatory diagrams of an auxiliary wing mechanism suitably used in the fourth embodiment.
  • FIG. 37 is an explanatory diagram of a modification of the fourth embodiment.
  • FIGS. 38 to 41 are explanatory diagrams of an example of the magnet mechanism.
  • FIG. 42 is an explanatory diagram of a vertical pump according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 43 to 47 are explanatory diagrams of an example of the auxiliary wing mechanism.
  • FIG. 48 is an explanatory diagram of a rectifying mechanism.
  • FIG. 49 is an explanatory diagram of a modification of the fifth embodiment.
  • FIG. 50 is an explanatory diagram of a main part of the pump shown in FIG. 49. [Best Mode for Carrying Out the Invention]
  • FIG. 1 is a sectional view of a vertical pump according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the arrow in FIG.
  • a vertical pump 10 includes a rotating body 13 having an impeller 12 on which a cylindrical rotor 11 is mounted,
  • An outer casing 14 rotatably supporting the rotating body 13, a rotating magnetic field generating means comprising an inner stator 15 and an outer stator 16 for applying a rotating magnetic field to the cylindrical rotor 11, and an inner stator 15 and an outer stator It has a cooling tank 18 for storing an insulating oil 17 for cooling the stator 16 and a support base 19 for supporting the cooling tank 18.
  • the impeller 12 is made of stainless steel, steel, iron, synthetic resin, or the like, like the impeller of a normal liquid pump, and is arranged with its axis, which is the center of rotation, vertical.
  • the impeller 12 has a suction passage 20 at the lower center and a discharge passage 21 radially around the impeller 12, and is rotatably disposed in the impeller chamber 22.
  • the impeller rotates at a high speed to suck the transfer liquid sucked from the suction port 24 at the center bottom of the impeller casing part 14 a 23 of the outer casing 14 and discharge it to the surroundings by centrifugal force.
  • the liquid is discharged from a discharge port 25 formed on one side of the impeller casing portion 14a in the radial direction outside.
  • a cylindrical rotor 11 is mounted on an upper portion of the impeller 12 via a ring-shaped flange 26.
  • the main material of the cylindrical rotor 11 is made of a nonmagnetic good conductor such as aluminum or copper, and a magnetic cylinder 27 made of iron, which is an example of a magnetic member, is located at an intermediate position in the thickness direction. Embedded concentrically from.
  • the upper part of the outer casing 14 constitutes a rotor casing 14 b, and the rotor casing 14 b has a rotor storage chamber 28 for hermetically storing the cylindrical rotor 11 above the impeller chamber 22. It is integrally connected to.
  • the rotor casing 14b has an inner cylinder 29 and an outer cylinder 30 whose peripheral walls are made of a non-magnetic, high-resistance material (for example, a stainless steel plate or a resin having sufficient strength). It is formed by the lid portion 31 which is formed.
  • the cylindrical rotor 11 is located at an intermediate position between the inner cylinder 29 and the outer cylinder 30. It is installed rotatably with a small gap from the side.
  • the outer casing 14 is constituted by the rotor casing 14b, a part of the bottom plate, the inner bottom plate 38a, and the impeller casing 14b.
  • the inner stator 15 is provided inside the inner cylinder 29, and the outer stator 16 is provided outside the outer cylinder 30. It is installed.
  • Each of the stator 15 and the outer stator 16 has the same structure as the stator of a well-known induction motor, and has a plurality of poles formed by laminating a coil on a laminated iron core. By flowing a polyphase alternating current (for example, a three-phase alternating current) in a specific direction, the magnetic field passing through the cylindrical rotor 11 is rotated.
  • a polyphase alternating current for example, a three-phase alternating current
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a vertical pump according to the first embodiment attached around a cylindrical rotor.
  • the cores forming the magnetic poles of the inner stator 15 and the outer stator 16 have the same width L in the vertical direction and are provided at the same height.
  • the magnetic field center position ⁇ 1 is provided at a position slightly above the magnetic field center position ⁇ 2 which is the cross-sectional center of gravity of the magnetic cylinder 27 of the stationary cylindrical rotor 11 1 (for example, about 2 to 3 mm). Have been.
  • the magnetic field center position ⁇ 2 of the magnetic cylinder 27 is the vertical center position of the magnetic cylinder 27, and the vertical length of the magnetic cylinder 27 is equal to the inner stator 15 and the outer stator 16.
  • the length L of the core is the same as the length L. Then, when a rotating magnetic field is generated in the inner stator 15 and the outer stator 16, an attractive force is generated in the magnetic cylinder 27, and the rotating body 13 having the magnetic cylinder 27 floats, and temporarily Even when there is no transfer liquid in the outer casing 14, the rotating body 13 can rotate at high speed without contacting the bottom and side walls of the outer casing 14.
  • the inner stator 15 and the outer stator 16 are immersed in a cooling tank 18 containing insulating oil 17. Since the inner stator 15 is surrounded by an inner cylinder 29, a support pipe 33 having a discharge port 32 is provided at the lower center of the inner stator 15, and an oil supply port 3 4 above the support pipe 33 is provided. Thus, the forced oil 17 in the cooling tank 18 is forcedly circulated through a heat pipe air-cooled cooler 35 and a circulation pump 36, which are examples of cooling means.
  • the cooler 35 has a heat pipe 37 and an oil pipe.
  • the support pipe 33 is attached to an inner bottom plate 29 a provided at the bottom of the inner cylinder 29, and supports the inner cylinder 29 and the inner stator 15.
  • first and second annular magnets 38 a, 38 b opposing each other with the same polarity are provided so that their axes are aligned.
  • the upper part of the impeller 12 and the lower part of the inner bottom plate 29a do not come into contact with each other.
  • a fin plate as an example of a cooling unit is provided around the cooling tank 18.
  • a large number of 39 are provided to prevent the temperature of the insulating oil 17 from rising.
  • a support member 40 for supporting the outer stator 16 is provided at an appropriate location inside the cooling tank 18 as shown in FIG.
  • a lid 42 is provided which is screwed to the surrounding flange 41, and the support pipe 33 passes through the center of the lid 42, and is screwed to the support pipe 33. It is fixed to the center of the lid 42 by means of nuts 43, 44.
  • a branch pipe (not shown) for supplying a transfer liquid via a filter 46 is provided in the pipe 45 of the discharge port 25.
  • the cleaning liquid that has passed through filter 46 is placed in the middle position
  • the liquid is supplied to the inlet 49 of the lid 31 via a liquid sending pipe 48 provided with 47, and supplied from the upper part of the rotor storage chamber 28.
  • a liquid sending pipe 48 provided with 47
  • the inside of the rotor storage room 28 is always in a clean state without being supplied with sludge or trash.
  • another opening / closing valve 50 is provided at the top of the liquid sending pipe 48 so that air accumulated in the pipe and the rotor storage chamber 28 can be discharged.
  • the cleaning liquid supply means includes the filter 46, the on-off valve 47, and the liquid supply pipe 48.
  • the support base 19 is formed of a material having sufficient strength such as stainless steel or steel, supports the bottom plate 51 of the cooling bath 18, and forms the impeller chamber 22 of the outer casing 14 on the bottom plate 51.
  • the impeller casing 23 is attached so as to cover the impeller 12 from below.
  • An outer cylinder 30 is attached to the bottom plate 51 so that its axis is aligned.
  • the impeller 12 and the cylindrical rotor 11 are rotationally driven while floating in the outer casing 14, and the impeller 12 is kept inside the outer casing 14 in both the loaded state and the unloaded state.
  • the impeller 12 can be rotated in a contact state.
  • the inner stator 15 and the outer stator 16 are constantly cooled by the insulating oil 17, they can be maintained at appropriate temperatures.
  • a characteristic of the pump according to the present modification is that the pump uses a stationary inner stator 15 and an outer stator 16 for passing an alternating current as a rotating magnetic field generating means.
  • a magnet that is rotationally driven by a motor is used as a rotating magnetic field generating means.
  • the vertical pump 10 includes a rotating body 13 having an impeller 12 on which a cylindrical rotor 11 is mounted, and a rotating body 13 that rotates the rotating body 13.
  • An outer casing 14 rotatably housed; an inner magnet 55 and an outer magnet 56 which are examples of a rotating magnetic field generating means for applying a rotating magnetic field to the cylindrical rotor 11; and a motor 57 for rotating these synchronously.
  • a support base 60 for supporting them.
  • the outer casing 14 is formed by the rotor casing 14 b forming the rotor storage chamber 28, a part of the bottom plate 51, the inner bottom plate 29 a, and the impeller casing portion 14 a. Be composed.
  • the rotor storage chamber 28 is surrounded by an inner cylinder 29 and an outer cylinder 30 made of a non-magnetic, high-resistance material (for example, a stainless steel plate or a resin plate), and a lid 31 that closes a ceiling portion thereof. Formed.
  • An inner magnet 55 and an outer magnet 56 supported by the same support member 58 with a small gap are provided inside the inner cylinder 29 and outside the outer cylinder 30.
  • the inner magnet 55 and the outer magnet 56 are composed of a plurality of permanent magnets provided with a small gap in the circumferential direction, and the respective permanent magnets are opposed to each other around the cylindrical rotor 11. It is set up.
  • the support member 58 supporting the non-opposite side of the inner magnet 55 and the outer magnet 56 is preferably made of a magnetic material such as iron, and strongly supports the inner magnet 55 and the outer magnet 56. Preferably, these outer magnetic paths are formed.
  • a rotation drive shaft 59 is provided above the support member 58, and is connected to an output shaft of the motor 57 by a coupling (not shown).
  • the rotary drive shaft 59 is rotatably supported by a bearing (not shown).
  • the inner magnet 55 and the outer magnet 56 have their cores (ie, the magnet body) having the same length in the vertical direction, and are mounted at the same height in the vertical direction.
  • the magnetic center position in the upward and downward directions is slightly higher than the vertical center position of the magnetic cylinder 27 of the cylindrical rotor 11 constituting the rotating body 13 that is stationary and rides on the bottom of the impeller chamber 22. (2 to 3 mm) position, the magnetic cylinder 27 is attracted by the inner magnet 55 and the outer magnet 56, and the cylindrical rotor 11 floats in the outer casing 14.
  • the cover 60 that covers the outside of the outer magnet 56 has a base end attached to the bottom plate 51, and a periphery of the bottom plate 51 attached to a support base 19.
  • the cover 60 is made of a member having sufficient strength, is provided with a cover plate 61 on an upper part, and a motor 57 is mounted on the cover plate 61.
  • an impeller casing part 14 a is fixed to the bottom plate 51 by screws.
  • a filter 46, an on-off valve 47, and a liquid supply pipe 48 are used as a cleaning liquid supply means for supplying the cleaning liquid to the rotor storage chamber 28.
  • the supply means is composed of a liquid passage section 63 formed in the outer cylinder 3 °.
  • the liquid passage section 63 is formed by forming a vertical groove 64 on the thick outer cylinder 30 from the outside, and covering the groove with a groove cover 65 thereon.
  • the upper end of the vertical groove 64 is formed with a small hole 66 communicating with the upper part of the inner rotor storage chamber 28,
  • the lower part of the vertical groove 64 communicates with the liquid sending pipe 48 from the outside.
  • the clean transfer liquid can be sent to the upper part of the rotor storage chamber 61 without any trouble. it can.
  • the liquid sending pipe 48 is provided with an air bleeding on-off valve 50.
  • a rotary joint may be used as the cleaning liquid supply means, and the cleaning liquid may be supplied through a rotary drive shaft 59.
  • a second annular magnet 38 b that repels the first annular magnet 38 a attached to the upper part of the impeller 12 is provided at the bottom of the inner bottom plate 29 a of the inner cylinder 29, The contact between the impeller 12 and the inner bottom plate 29a is prevented.
  • rotating the motor 57 rotates the inner magnet 55 and the outer magnet 56, thereby generating a rotating magnetic field and rotating the cylindrical rotor 11.
  • a force is generated, and the rotating body 13 having the cylindrical rotor 11 and the impeller 12 as a body is driven to rotate.
  • Flame-retardant silicone oil was used. The temperature during operation was saturated at about 60 ° C.
  • the head was 15 to 2 (
  • the number of poles of the magnet was 8 P (poles), and a rare earth magnet was used.
  • a 2P, 2, 2 Kw induction motor was used as the motor 57 for rotating these.
  • the inner cylinder 29 and the outer cylinder 30 were made of polycarbonate having a thickness of 4 and the gap was 8 mm.
  • Aluminum cylinders were used for the good conductors, and 3 mm thick ordinary steel (SS400) was used for the magnetic cylinders 27.
  • the head was 20 to 30 m at 200 to 30 O L / min.
  • a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the portions corresponding to those in the first embodiment are denoted by reference numerals 100, and description thereof is omitted.
  • a characteristic of the present embodiment is that the outer stator and the inner stator are used in the first embodiment, whereas the outer stator and the outer stator located on the outer periphery of the rotor 111 are used in the present embodiment. (Rotating magnetic field generating means) alone is to apply a rotational force to the rotor 111.
  • the rotor 111 is installed on the upper part of the impeller 112 via the column 180.
  • An upper magnet mechanism 18 2 is installed on the lower surface of the lid 13 1, and a lower magnet mechanism 18 3 is installed on the inner periphery of the suction port 124 of the impeller 112, so that the rotating body 113 can rotate stably. Secured.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the rotor 1 1 1, 9 8 X 2 - Y 2 section FIG.
  • the rotor 111 has a copper cylinder 111a disposed at the outermost periphery thereof and a magnetic flux from the stator 111 disposed inside the copper cylinder 111a.
  • Iron cylinder having a thickness that does not saturate. Then, insert a plurality of copper rods 1 1 1 c into the periphery of the iron cylinder 1 1 1 b, and use the copper rings 1 1 1 d and 1 1 1 e on the upper and lower surfaces of the rotor 1 1 1 Fix 1a and copper bar 1 1 1c.
  • the copper rings 1 1 1 1 d and 1 1 1 e serve as end rings of the rotor of the general-purpose motor.
  • the copper cylinder 1 1 1 1 a is arranged on the outermost shell to generate a repulsive force with the stator 1 16, and the copper cylinder 1 1 1 a and the copper bar 1 1 1 c are connected to the rotor 1 1 1
  • the electrical resistance is determined by its volume.
  • the conductor is not limited to copper, but may be a metal such as aluminum.
  • the reason why the center of the magnetic iron-made cylinder is a space is to reduce the weight of the rotor 111 and to obtain buoyancy in liquid by the space. This central space is connected by disc-shaped iron connecting plates 11 If, lllg, and lllh at the top, bottom, and center.
  • the magnetic gap (g 0 ) can be set to 2.5 to 3.5 mm, and can be set to 1/2 or less as compared with that of the first embodiment.
  • the width of the magnetic body (WB) between the copper bars 111c is set to a width that allows the magnetic flux from the stator 116 to pass through sufficiently, and the gap between the outer cylinder 130 and the rotor 111 is about one occlusion. As a result, Both the magnetic gap and the electric resistance of the rotor 111 can be reduced, and the pump efficiency can be improved.
  • the fluid loss of a rotating body such as the rotor 111 is proportional to the peripheral speed of the rotating body to the 2.5th power and the length to the first power. And, in the rotor of the first embodiment, the loss occurs on the inner surface and the outer surface, but in the present embodiment, the fluid loss occurs only on the outer surface. In addition, by reducing the diameter of the column 180, fluid loss at this portion can be reduced.
  • the impeller 112 receives a force in the direction of the discharge port 125 and a force orthogonal thereto in the normal operation. Also, if the flow rate changes rapidly and the discharge amount is significantly different from the normal amount, the behavior of the impeller 1 12 itself becomes unstable and vibrates. Furthermore, if the idle operation is performed in the absence of liquid, the rotation speed of the rotor 1 1 1 rapidly rises, the repulsion force disappears, and the liquid film effect cannot occur. In some cases. Therefore, in the present embodiment, the magnet mechanisms 18 2 and 18 3 are provided. Upper magnet mechanism 1 8 2, its original shape is illustrated in X 3 one Y 3 cross-sectional view shown in FIG.
  • an upper magnet device 18 2 is composed of a hollow cylindrical magnet 18 2 a suspended from a lid 13 1, and a hollow cylinder erected on a top shaft 18 4 of the rotor 11 1. Includes type magnet 18 2 b.
  • the hollow cylindrical magnet 18 2 a and the hollow cylindrical magnet 18 2 b are made to face each other by causing the same poles to face each other, thereby generating a repulsive force between them and avoiding contact with each other. The deviation of the rotation axis position can be corrected.
  • the upper magnet mechanism 182 be configured as shown in FIGS. 12 (longitudinal sectional view) and FIG. 13 (view from arrow X 4 —Y 4 ).
  • the outer magnet 182a and the inner magnet 182b are both conical and similar hollow magnet cylinders, and the inner magnet cylinder 182b is inserted into the outer magnet cylinder 182a, and the opposite surfaces are parallel.
  • the angle of inclination 0 shall be 45-60 degrees.
  • both magnet cylinders 182a and 182b are made to have the same polarity, or if the relative surfaces are made to have the same polarity, the inner and outer magnet cylinders facing the gap (GM) will always have the same polarity.
  • the repulsive force works, the component force goes down due to the inclination.
  • the outer magnet cylinder 182a is fixed, and the inner magnet cylinder 182b is connected to the shaft 184 of the rotor 111 so that the diameter of the gap (G-M) increases downward.
  • the inner magnet 182b moves upward, the gap (G-M) narrows sharply, and the repulsive force increases sharply and attempts to push it downward. Therefore, the direction in which the inner magnet cylinder is stabilized is downward (F 1).
  • the length of the inner magnet cylinder 182b is shorter than the length of the outer magnet cylinder 182a so that the inner magnet cylinder 182b does not move out of correspondence with the outer magnet cylinder 182b. This is to prevent a decrease in repulsion.
  • the polarity of the inner magnet cylinder 182b is constituted by its inner and outer surfaces, it is preferable to increase its thickness. This is to reduce the effect of the demagnetizing field effect and to reduce the repulsive force by reducing the effect of the attraction force due to the different polarity of the inner and outer cylinders.
  • FIG. 14 (longitudinal sectional view), on the basis of FIG. 1 5 (X 5 _Y 5 arrow view), a description of another example of the upper magnet system 182.
  • the upper magnet mechanism 182 shown in the figure combines an upright cylindrical magnet with a magnetic yoke that forms an approximate cone.
  • the outer magnet cylinder 182a and the inner magnet cylinder 182b are both upright hollow cylindrical, and are formed on the inner surface of the outer magnet cylinder 182a and the outer surface of the inner magnet cylinder 182b.
  • a hollow cylindrical yoke, 182c and 18d, of magnetic material with a conical shape with a wedge-shaped cross section is attached.
  • the opposing surfaces of both hollow cylindrical yokes 182c and 182d are parallel, and the gap (G_M) is 1 to 2 mm.
  • the polarities of the opposing surfaces of the yoke sections 18 2 c and 18 2 d of the inner and outer magnet cylinders 18 2 a and 18 2 b are the same. Then, in the gap (G-M), the repulsive force always acts on the opposing surfaces of the yoke 182c and 1882d, and the stable center axis can be maintained in the same manner as described above.
  • FIG. 1 8 1 6 chi 7 FIG - a Upsilon 7 arrow view The lower magnet mechanism 18 3 shown in the figure includes upright magnet cylinders 18 3 a, 18 3 b and 18 3 c with different diameters, and the inner magnet cylinder 18 3 b is an impeller 1 1 2
  • the outer magnet cylinder 18 3a is installed on the inner circumference of the suction port 124 opposite to the inner magnet cylinder 18 3b, and the lower magnet cylinder 18 3c Is provided on the inner circumference of the suction port 124 so as to face the lower end of the inner magnet cylinder 18 3 b.
  • the magnet cylinders 183a and 183b are opposed to each other with a gap (GM1). Then, the inner circumference of the outer magnet cylinder 18 3a and the outer circumference of the inner magnet cylinder 18 3b, the lower surface of the inner magnet cylinder 18 3b and the upper surface of the lower magnet cylinder 18 3c have the same polarity. I do. It is necessary to increase the thickness of the magnet cylinder 18 3 c.
  • the gap (G M2) between the inner and outer magnet cylinders 18 3 a and 18 3 b is about 1 mm, and the gap (GM 2) between the inner magnet cylinder 18 3 b and the lower magnet cylinder 18 3 c is inside.
  • FIG. 19 is a longitudinal sectional view of the upper magnet mechanism 18 2 as an example
  • Fig. 20 (A) is X 8 _Y
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along arrow 8 .
  • the magnets 182a_1 and 182b-1 ... have an arc shape.
  • FIG. 21 shows a state in which the upper magnet mechanism] .82 and the lower magnet mechanism 183 are connected by a shaft 184.
  • the upper magnet mechanism 18 2 generates a repulsive force in the direction F 1 for pushing down the shaft 184
  • the lower magnet mechanism 183 generates a repulsive force in the direction F 2 for pushing up the shaft 184.
  • the upper magnet mechanism 182 and the lower magnet mechanism 183 are adjusted so as to be in a parallel state while maintaining a certain gap between the upper and lower surfaces (S_5) and (S-6) of the device.
  • a filter 146 is provided in the middle of the branch pipe 148 from the discharge port, and the cleaning liquid is injected into the rotor storage chamber 128 so that the rotor 1 1 1 and the outer cylinder 130 can be prevented from being worn.
  • stator 116 is immersed in the non-combustible cooling and insulating oil 117, the explosion-proof property of this portion is extremely high.
  • Lower casing 1 1 4 a Thickness 3mm SUS 304 Suction port mounting hose diameter 5 ⁇ Discharge port mounting hose diameter 4 5 ⁇ 10 Stand 1 1 9
  • FIG. 22 shows a modified example of the pump according to the present embodiment. Parts corresponding to those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the pump shown in FIG. 22 employs a stator 156 having a magnet rotated by a motor 157 as a rotating magnetic field generating means. Therefore, there is no electrical loss of its own.
  • a filter 146 and a liquid sending pipe 148 are provided from the discharge port, and the liquid from which the slurry has been removed is returned to the rotor storage chamber 128.
  • the details of this reflux mechanism are shown in FIGS. 23 and 24.
  • a plurality of grooves 164 are provided on the outside of the outer cylinder 130, and a thin cover 165 made of a non-magnetic material is put on this.
  • a liquid sending pipe 1488 is connected to the groove 1664, and the reflux liquid is supplied into the outer cylinder 130 from the inlet 1666 on the upper wall of the outer cylinder 130.
  • the upper magnet mechanism 182 and the lower magnet mechanism 183 are installed adjacent to each other as shown in FIG.
  • the upper and lower magnet mechanisms 18 2, 18 3 shown in the figure can be installed, for example, in the impeller suction passage 124. This is especially effective when the height of the rotating body 1 1 3 is limited.
  • Magnetic cylinder 1 1 1b 2 types of S 400 and laminated electromagnetic steel sheet
  • Conductor bar 1 1 1c 4 x 6 mm Copper bar 1 4 I
  • End ring 1 1 d e: O.D. 108 mm, I.D. 88 mm
  • Thickness 10 Oki Copper ring Liquid supply tube 148 Outer diameter 3 ⁇ , SUS 304 tube
  • Slurry mixing operation About 50 // m of SiC particles were mixed. Reflux the discharged liquid through the filter. Disassembled after running for about 1 hour. Little wear on rotor and outer cylinder.
  • FIG. 26 shows a pump according to the third embodiment of the present invention, and a portion corresponding to FIG.
  • the feature of the present embodiment is that a thrust adjusting unit 285 is provided, and a balancing unit 286, a magnet mechanism 287, and a balancing unit 288 are further provided.
  • FIG. 27 shows a vertical cross-sectional view of the impeller 2 12.
  • the thrust adjusting device 285 in this embodiment, a plurality of discharge plates are provided on the upper surface of the main plate 2 12 a of the impeller 21 2.
  • a wing 2885a is provided.
  • the pressure F applied to the main plate 2 12 a of the impeller is much larger than the pressure F 2 applied to the lower plate 2 12 b.
  • This difference — F 2 (thrust in the lower axial direction) is considered to be substantially equal to (discharge pressure X sectional area of impeller suction passage 220).
  • a normal pump has a thrust bearing, this pump does not have a thrust bearing.
  • the above-mentioned discharge vane 285a is provided, and the fluid above the impeller 212 is provided. Discharging.
  • the height of the discharge blade 285a is preferably about 5.
  • the auxiliary edge 285b having a small width and a slightly curved lower side on the entire circumference of the main plate 212a, the discharged liquid hits the auxiliary edge 285b and gives an upward force to the impeller 212.
  • the auxiliary wing 285c is provided on the back side of the impeller lower plate 2 12b, the liquid flows between the impeller lower plate 2 12b and the impeller casing 2 14a, and the suction passage 220 It resists the flow of the liquid flowing back to the bottom plate, and can reduce the pressure below the lower plate 211b and the amount of the reflux liquid.
  • Figure 2 8 shows a schematic of the balancing device 2 8 6, 2 9 X 1 0 - is Y 1 0 cross section.
  • the balancing device 286 is composed of a rotor bottom plate 211a and an inner bottom plate 229a.
  • An outer resistance tube 286a having an outer diameter substantially equal to the outer diameter of the inner bottom plate 2 289a is installed on the bottom surface of the inner bottom plate 229a, and in correspondence with this, the outer resistance tube 286a is provided.
  • An inner resistance cylinder 2886b which has a slightly smaller outer diameter and can form a gap, is installed on the rotor bottom plate 211a.
  • the rotor bottom plate 211a is used as a balancing plate, but a hollow recirculation pipe 2886c penetrating the center is installed and protrudes into the gap between the rotor bottom plate 211a and the inner bottom plate 229a.
  • the tip is a hemispherical convex part 286 d, and when the impeller 2 12 rises too much and may come into contact with the upper peripheral wall, this convex part 286 d is attached to the inner low plate 2 29 a. The contact is made to prevent damage to the impellers 2 1 and 2.
  • Part of the high-pressure discharge liquid that has entered the upper surface of the impeller 2 1 2 through the liquid supply pipe 2 4 8 applies pressure to the lower surface side of the balancing plate 2 1 1 a and the outer cylinder 2 3 0 rotor 2 1 1, Pass through the gap between the inner cylinder 2 2 9 and the gap between the inner and outer resistance cylinder 2 8 6 a 2 8 6 b It passes through the gap and enters the balancing device 286, and returns to the central portion of the impeller 2 12 through the return pipe 286 c. Since the discharged liquid passes through a narrow gap up to the internal space 286 e, the pressure drops due to a considerable fluid loss, and is similar to the impeller internal pressure.
  • P is the pressure on the lower surface of the balancing plate 2 1 1a
  • P is the pressure on the inner surface.
  • the magnet mechanism 287 is provided with a donut-shaped magnet 287 a (center point 0 ⁇ center line ⁇ installed on the lower surface of the inner bottom plate 229 a and an upper part of the return pipe 286 c. Including the installed donut magnet 287 b (center point 0 2 , center line ⁇ 2 ) The opposing surfaces of the magnets 287 a and 287 b in the normal state have different poles.
  • f is the external force in the vertical direction, the force that tries to move toward the ⁇ 0 2 and F, the vertical component force F and F i.
  • the rotation axis 2886 c moves so that ⁇ 1 coincides with ⁇ 2.
  • f decreases and F 1> f
  • 0 2 coincide on the same axis.
  • a hemispherical convex part 286 d is attached to the tip of the rotation axis 286 c, the rotation axis
  • the 286 c is stopped by contacting the inner bottom plate 229 a at the convex portion 286 d.
  • the above magnet mechanism 287 is mounted in the balancing device 286. This state
  • a cylinder 287c is attached to the inner bottom plate 229a, and a screw 287d is formed outside the cylinder 287c.
  • a donut-shaped magnet 287a is fixed to a cylinder 287e having a thread formed on the inner periphery, and the cylinder 287e is screwed into the cylinder 287c. Then, to adjust the gap d 2 of the fixed return pipe 2 8 6 c and donut-shaped magnet 2 8 7 b a donut-shaped magnet 2 8 7 a by screwing state of the cylinder 2 8 7 e.
  • the balancing device 288 is provided on the periphery of the upper surface of the impeller main plate 2 12 a, and has a hollow cylindrical convex portion 2 having a low height which is almost equal to the outer diameter of the impeller 2 12. 8
  • the cylindrical protrusion 2 8 8 a and the groove 2 8 8 b are arranged with a gap d 3, the discharge liquid from the impeller 2 1 2 during normal driving motion through the gap d 3 is the impeller top
  • pressure is applied to the impeller main plate 2 1 2 a and the balancing plate 2 1 1 a, but this liquid is returned through the return pipe 286 c, so the amount of liquid flowing into the internal space 286 e
  • the fluid pressure in this portion also decreases, the pressure difference between the upper and lower surfaces of the balancing plate 211a also decreases, and the force for pushing the rotating portion upward also decreases.
  • the force to be set to be d 2 ⁇ d 3 - difference (d 3 d 2) is selected the value of d 3 to correspond to the pressure.
  • the radial thrust ⁇ of the impeller 2 1 2 is proportional to [1— (QZQJ 2 ].
  • Q n is the discharge amount of the regular
  • Q is the actual discharge amount
  • FIG. 32 is a graph showing the electromagnetic repulsion between the non-magnetic cylinder and the rotating magnetic field device.
  • the behavior of a non-magnetic material in a rotating magnetic field is such that when the product of the rotating magnetic field and the magnetic Reynolds number (Rm) and slip (S) due to the configuration of the conductor is Rm ⁇ S> 1, the conductor is Receives repulsive force (RF) from the rotating magnetic field, and when Rm ⁇ S is 1, attractive force
  • Approximately 0.5 thick gutter groove is formed on the outside of the approximately 4 thick resin cylinder, and this is covered with 0.5 mm thick SUS304.
  • FIG. 34, 35, 36, respectively, X "- have X 12 -Y 12, ⁇ 13 - .
  • ⁇ 13 is a cross-sectional view of yet, the in the first embodiment and corresponding parts added code 300 And omit the explanation.
  • the outside of the lower end of the outer cylinder 330 is connected to the impeller casing 314a by a flange.
  • the lower portion of the inner cylinder 329 extends further below the inner bottom plate 329a, forming an outer resistance cylinder 386a.
  • a hollow cylindrical rotor 311 of an appropriate thickness (3 to 4 mm) of non-magnetic electric conductor is placed in the gap between the inner and outer cylinders, and this rotor 311 can rotate freely in this gap. .
  • the gap between the rotor 311 and the inner and outer cylinders should be about 1 Cheom, and the lower end of the rotor should be fixed to the impeller main plate 312a.
  • the wetted parts should be coated with a corrosion or wear resistant material if necessary.
  • the liquid loss is approximately proportional to the product of the peripheral speed of the cylinder and the length (height) raised to the 2.5th power. Since the rotor of this pump rotates in the liquid, this loss cannot be ignored. In particular, the loss is large when the viscosity of the transfer liquid is high. On the other hand, since the rotor surface area greatly affects the generation of rotational force, it is necessary to increase the length when the rotor diameter is reduced. Therefore, the fluid loss can be reduced with little effect on the torque generated by the rotor by reducing the liquid contact portion of the rotor and increasing the portion in contact with extremely low-viscosity gas, for example, air.
  • extremely low-viscosity gas for example, air.
  • the rotor resistance reducing mechanism 389 has a hole in the outer cylinder 330 corresponding to the center position of the rotor 311, and has a small air reservoir 389a installed therein. Install the detection end of the fluid detector in this air reservoir. Take out the pipe 389c from the air reservoir 389a and connect it to the source of compressed air via the on-off valve 389d. A plurality of appropriately sized holes (rotor inflow holes) 389e are formed around the rotor 311 below the air reservoir 389a, from the outer cylinder 330 side.
  • the liquid that has entered flows into the inside of the rotor 311 from the rotor inflow hole 389e, and the liquid compresses the air in the rotor storage chamber 328 upward, and the upper part of the rotor 311 Is replaced by the air contact.
  • the amount of compressed air to be injected is adjusted to adjust the length of the contact portion with the air.
  • an air trap 389 f is provided in the discharge liquid piping 345, a liquid detector 389 g is installed inside the air trap, and a discharge pipe 389 h is installed in the air trap 389 f.
  • the air in the air trap 389f is discharged appropriately by operating the on-off valve 3889i.
  • On-off valve 389 i can be controlled based on the signal of these detectors 389 g.
  • a downward pressure is applied to the impeller main plate 312a, and in order to reduce the downward pressure, in the present embodiment, an outer resistance cylinder 3886a is installed on the inner bottom plate 329a, and the impeller main plate 312a is The first aileron 386 f is installed around the periphery, and the second aileron 386 g is installed slightly inside the outer resistance tube 386 a. As shown in Fig. 35, these auxiliary wings 386 f and g act to push out the liquid inside while rotating. However, since the pressure in the outer part is high, the liquid enters the inside in opposition to the action of the auxiliary wings 386 f, g, but the fluid resistance is extremely high, the flow rate is limited, and The pressure also drops.
  • V 3 The liquid that has entered the portion flows out into the impeller 312 via a return pipe 3886c erected at the center of the impeller 312. Normally, the pressure P 3 in the V 3 portion is higher than the pressure P 4 in the central portion of the impeller. Due to this outflow, the pressure P 3 in the V 3 section is considerably lower than the pressure P j in the section.
  • the pressure in the gap (V 2 ) between the impeller lower plate 3 12 b and the impeller casing 3 14 a it is necessary to prevent the pressure in the gap (V 2 ) between the impeller lower plate 3 12 b and the impeller casing 3 14 a from decreasing. That is, during driving, the impeller 312 and the impeller casing section 314a must be kept out of contact with each other. On the other hand, the liquid on the discharge side passes through the gap to the suction passage 320 side. Returned. If the recirculation amount is large, the discharge pressure P i in the gap V of the discharge port 3 25 and the pressure P 2 in the gap V 2 decrease, and the force for pushing up the impeller 3 12 also decreases.
  • the third auxiliary wing 3886 h is attached to the suction passage 3220 of the impeller 312 so that the liquid is pushed out from the inside to the outside.
  • the pressure P 2 in the gap V 2 is high, the liquid passes through the third auxiliary wing 386 h, and the force and the fluid resistance flowing back to the suction port 324 through the narrow gap are reduced. Being large, the amount is greatly limited. Discharge amount from Oconnection Investor La 3 1 2 to the amount of the normal is maintained, and the pressure drop of the gap V 2 moiety can also you to prevent, can maintain the force pushing up the impeller 3 1 2.
  • FIG. 37 shows a modification of the present embodiment.
  • a circular opening 390a with a diameter D (center of the impeller) is provided at the center of the impeller main plate 312a. It is preferable that the diameter D is equal to or slightly larger than the outer diameter of the impeller suction passage 320.
  • a circular plate 390b (equalizing plate) supported by a reflux pipe 386c hanging from the inner bottom plate 329a is placed in the central opening 390a, and the outer diameter is set to the diameter D. Make the gap d slightly smaller.
  • the lower end of the reflux pipe 386c penetrates the pressure equalizing plate 3900b and extends to the inside of the impeller 312.
  • a plurality of inflow holes 386i are provided near the upper end, and a plurality of outflow ports 386j are provided inside the impeller 312.
  • the pressure equalizing plate 390b is connected to the inner bottom plate 329a, the pressure applied to the upper surface does not become a force for pushing down the impeller 312. Therefore, the impeller main plate 3 If the area of 1 2 a and the lower plate of the impeller 3 1 2 b are made substantially the same, the forces applied to the upper and lower surfaces of the impeller 3 1 2 will be balanced, and the auxiliary wings 3 8 6 i, g, h, etc. the impeller 3 1 2 the pressure in the gap V 3 is reduced to obtain buoyancy.
  • the liquid flowing into the space V 3 above the impeller 3 12 is returned to the impeller 3 12 via the inflow hole 3886 i, the reflux pipe 3886 c, and the outflow hole 3886 j. .
  • a support bar 386 k is provided in the suction passage 320, and a hemispheric convex portion 386 d is provided at the center of the support bar 386 k or at the lower end of the reflux pipe 386 c, and the impeller 3 is provided. This prevents 12 from coming into contact with the surrounding wall when it comes up. .
  • the opposing surfaces of the fixed-side donut magnet 383c and the movable-side donut magnet 383b have the same polarity and repel each other.
  • the center lines of both magnets should be aligned, and the inner and outer diameters of magnet 383b should be smaller than the inner and outer diameters of magnet 383c, respectively. That is, as for the center lines ⁇ 1 and ⁇ 2 of the respective magnet portions of both magnets 3883 c and 3883 b, ⁇ 2 is located inside ⁇ 1.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view showing a state in which the magnet mechanism 383 is installed at the lower end of the suction passage 320. 4 1, the outer diameter of the fixed-side magnets 3 8 3 c is greater Ri by the outer diameter of the movable magnet 3 8 3 b, and if an interval d 3 therebetween, the movable magnet 3 8 3 b The direction of movement is ⁇ 5 on the inner side, and there is little risk of deviating from the correspondence with the fixed-side magnet 3 8 3c. Also, when an appropriate vertical external force or rotation is applied to the movable magnet 383b, the positional relationship is stable. I do.
  • the magnet mechanism 3 83 need only have a repulsive force that supports only the weight of the rotating body 3 13 when the impeller 3 12 is stopped, and if the rotating body 3 13 is lightweight, it is not necessary to have such a large repulsive force. Absent. As a result, the impeller 3 12 does not come into contact with the peripheral wall even during idling.
  • the outside of the lower end of the outer cylinder 430 is connected to the impeller casing section 414a with a flange.
  • the lower part of the inner cylinder 429 extends further below the inner bottom plate 429a to form an outer resistance cylinder 486a.
  • a hollow cylindrical rotor 411 of an appropriate thickness (3 to 4 mm) of a non-magnetic electric conductor is placed in the gap between the inner and outer cylinders, and this rotor 411 can rotate freely in this gap. .
  • the gap between the rotor 411 and the inner and outer cylinders is about 2 mm, and the lower end of the rotor 411 is fixed to the impeller main plate 412a.
  • the wetted parts should be coated with a corrosion or wear resistant material if necessary.
  • the diameter of the lower part of the outer cylinder 4300 is larger than that of the upper side, and a ring-shaped auxiliary blade 491 on the outer periphery of the rotor slightly above the connection point between the rotor 411 and the impeller main plate 412a. a is installed, and a corresponding ring 491 is installed inside the outer cylinder 4300 in correspondence with the auxiliary wing 491a. Details of the aileron 491a and the corresponding ring 4991b are shown in FIGS. As is clear from the figure, a plurality of small wings 491 c are engraved on the auxiliary wing 491 a, and a plurality of irregularities 491 d are also formed on the corresponding ring 491 b. 491 c and the unevenness 491 d face each other with a gap g.
  • FIGS. 45 to 47 are diagrams showing the change in the opposing length between the auxiliary ring 491a and the corresponding ring 491b due to the rise and fall of the impeller 412.
  • Figure 45 is the corresponding position in the standard condition, and the corresponding length is L.
  • the corresponding length when the impeller 4 12 rises is L. Since comparison becomes shorter, defeated the fluid resistance is low, an increase in the transported liquid inflow into the space V 2, acts in a direction to push down the impeller 4 1 2.
  • FIG. 47 when the impeller 4 1 2 is lowered, the corresponding length L 2 becomes longer, the flow rate of the transfer liquid into the space V 2 decreases, and the impeller 4 1 2 is pushed down. Acts in the direction. As a result, the rotating body 4 13 is always kept at a fixed position.
  • the impeller 412 in the liquid rises and falls due to the pressure difference between the main plate 412a and the lower plate 412b. For this reason, by setting the change in the pressure difference between the two within a certain range, it is possible to keep the rise and fall of the impeller 412 within a certain range and not to come into contact with the peripheral wall.
  • a second auxiliary wing 491 e having the same shape as the auxiliary wing 491 c is provided on the outer periphery of the impeller suction passage 420, whereby the flow returned to the suction passage 420 is large.
  • the pressure applied to the impeller lower plate 4 12 b can be kept substantially constant.
  • the vertical movement of the impeller 4 12 can be suppressed within a certain range.
  • the impeller 4 1 2 drops too much, it is considered that the pressure in the space V 2 is too large and the force to push the impeller 4 1 2 downward is too large, and the impeller 4 enters the space V 2 .
  • the pressure in the space V 2 increases, the amount of reflux increases, and the pressure is reduced quickly.
  • the impeller rises. Then to increase the inflow of the liquid into the space V 2 is the by increasing the pressure.
  • the auxiliary wing 491a and the corresponding ring 491b perform this adjustment.
  • auxiliary wing 491a and the corresponding ring 491b also have a function of preventing contact between the rotor storage chamber 428 and the rotor 411 by the wedge effect of the liquid in the gap.
  • a rectifying mechanism 492 is provided at the suction port 424 of the pump according to the present embodiment. That is, when connecting the suction port 4 2 4 and the connecting pipe 493 for liquid supply, if the distance between the curved section of the connecting pipe 4 93 and the impeller 4 12 is short, the flow velocity F WA, FWB generated at the curved section The difference between them affects the impeller 4 1 2 as it is, and the impeller 4 1 2 may tilt. Therefore, in the present embodiment, a rectifying mechanism 492 is provided. As the rectifying mechanism 492, it is preferable to arrange two to three coarse meshes or punching plates with a space therebetween. Also, such as inserting the tube into the tube along the flow direction, There are ways.
  • the pump may swing as the speed of the impeller 412 becomes lower. If the motor is stopped by the reverse rotation braking or the brake instantaneously, the impeller will softly land on the stopped state and almost no rocking will occur.
  • FIG. 49 shows, as a modified example of the present embodiment, a pump in which a pressure adjusting mechanism 494 is provided, and the main part thereof is shown in an enlarged scale in FIG.
  • the pressure adjusting mechanism 494 includes a pressure adjusting pipe 494a, a detection head 494b of a pressure detector, and on-off valves 494c, d. Then, fix the mounting flange 494e fixed to the upper end of the pressure adjusting pipe 4994a to the inner bottom plate 429a with screws.
  • the center of the pressure equalizing plate 4900b and the center of the impeller 4122 Through the connecting pipe 4 9 3 to the outside of the pipe. Since the outer diameter of the pressure equalizing plate 490 b is smaller than the inner diameter of the impeller suction passage 420, the impeller 412 can be pulled out with the adjustment pipe 494 a connected.
  • a fine tube 494 f is inserted into the adjustment tube 494 a, and an outlet 494 g of the liquid in V 2 is opened at the upper part.
  • the thin tube 494 4 is branched outside the connecting tube 493 and communicates with the liquid reservoir 494h.
  • Inside the impeller casing 4 14 a (Introduce the inlet pipe 4 94 i from V j, and also pull out the return pipe 4 94 j from the connecting pipe 49 3, and open and close the on-off valves 4 94 c and d, respectively.
  • the impeller casing 4 14 a is provided with a recess in its inner surface, a pressure detection head 4 94 b is installed in it, and a liquid reservoir 4 94 h inside.
  • the head 494 k is installed in the head.
  • the detection head 494 b can detect the pressure of, and the head 494 k can detect the pressure P 2 of V 2 .
  • the output of the head is connected to controller 4941.
  • the controller 4 9 4 1 force ( ⁇ , - ⁇ 2) is compared with the allowable value SP, ⁇ - ⁇ 2 " ⁇ when the [rho increasing [rho 2
  • the on-off valve 494 d is closed, the on-off valve 494 c is opened, and the liquid is supplied to V 2 via the regulating pipe 494 a.
  • ⁇ 2 >> ⁇ P
  • to reduce P 2 open and close the on-off valve 494 d and close the on-off valve 494 c to transfer the liquid from V 2 through the adjustment pipe 494 a.
  • the suction port 4 2 4.
  • the control of these on-off valves 494c, d is automatically performed by the controller 4941, based on the detection results of the detection heads 494b, k.
  • the pressure adjusting mechanism 494 is extremely effective for stabilizing the impeller 412, and can be used alone or in cooperation with the auxiliary wing mechanism.
  • the rotating body including the impeller and the cylindrical rotor is driven to rotate in a non-contact state with the outer casing. It is possible to drive with lee. Therefore, since foreign matter does not enter the transfer liquid from the sliding part as in the conventional bearing type pump, it is particularly effective as a pump for pure water, which is a bio-related pump that is particularly reluctant to mix fine particles.
  • the cleaning liquid supplied by the cleaning liquid supply means may be the same as the transfer liquid or a liquid that does not interfere with mixing with the transfer liquid, and may be separately supplied by a pump or the like.
  • the magnetic characteristics are improved, and a larger rotational force can be applied to the cylindrical rotor as compared with a cylindrical rotor made of only a good conductor.
  • the cylindrical rotor Since the vertical position of the cross-sectional center of gravity of the magnetic cylinder is located below the vertical center position of the portion where the outer rotating magnetic field generating means and the inner rotating magnetic field generating means wrap against each other, the cylindrical rotor is rotationally driven. Then, the rotating body including the cylindrical rotor floats, and the rotating body can be rotated in a state of being floated in the outer casing irrespective of the loaded state and the unloaded state. Therefore, when a vertical pump is used, the weight of the rotating body that is about to fall can be counteracted and the rotating body can be floated in the liquid, thereby preventing abnormal wear and accidents.
  • the rotating magnetic field can be generated efficiently.
  • the core forming the magnetic pole and the magnetic cylinder have the same length in the vertical direction.
  • the magnetic cylinder is embedded concentrically from above the cylindrical rotor, and the magnetic cylinder is located at the center of the cylindrical rotor in the thickness direction.
  • the cleaning liquid is supplied from the upper part of the rotor storage chamber of the cylindrical rotor by the cleaning liquid supply means, impurities such as sludge do not enter the rotor storage chamber, so that the cylindrical rotor and the inside of the cylindrical rotor can be prevented. Very little wear on the cylinder and outer cylinder. As a result, a vertical pump having a long service life is obtained.
  • the cleaning liquid supply means includes a filter for filtering the transfer liquid discharged from the discharge port, the filtered transfer liquid is used, so that no special liquid or pump is required.
  • the rotating magnetic field generating means generates a rotating magnetic field by passing an alternating current, When the inner stator and the outer stator are arranged opposite to each other, there is no rotating part other than the rotating body, and since the rotating body does not use a bearing and a sealing member, it is possible to provide a vertical pump having a longer life. .
  • a cooling tank for cooling the inner stator and the outer stator with an insulating liquid is provided, and the cooling tank is provided with a cooling means for cooling the insulating liquid.
  • a smaller vertical pump can be provided.
  • the cooling means for cooling the inner stator is provided with a cooler of an insulating liquid and a circulation pump, so that the inner stator can be cooled more efficiently.
  • the rotating magnetic field generating means from a magnet and a magnet which is driven to rotate by a motor, it is possible to provide a magnet pump having a long life using a general motor.
  • the rotating body can be taken out from the impeller and the cylindrical rotor, thereby facilitating cleaning and inspection.
  • a first annular magnet is provided above the impeller, and a second annular magnet that repels the first annular magnet is provided below the inner bottom plate of the inner cylinder facing the upper portion of the impeller, so that the impeller and the inner bottom plate are provided. Can be prevented from coming into contact with.

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Description

明 細 書 竪 型 ポ ン プ 本出願は、 1 9 9 9年 1 0月 2 1日付け出願の日本国特許出願平成 1 1年第 3 3 8 3 8 0号、 2 0 0 0年 2月 1 8日付け出願の日本国特許出願 2 0 0 0年第 1 0 5 6 6 8号の優先権を主張しており、 ここに折り込まれるものである。
[技術分野]
本発明は竪型ポンプ、 特に駆動軸のないインペラを有する竪型ポンプの改良に関 する。
[背景技術]
一般的な液体ポンプは、 ケーシング内に配置されたインペラの回転中心に駆動軸 を設け、 この駆動軸をモータによって回転駆動することで液体を送出する。 従って、 ケーシングに駆動軸を回転自在に支持する軸受と、 その軸受部分から内部の液体が 外部に流出するのを防止するシール機構が必要であった。 そして、 ポンプの故障の 原因の大半は、 シーノレ機構と軸受部分に集中している。
特にポンプによって吸引される液体が、 スラッジなどの固形成分を含む場合には、 これが軸受ゃシール部分に侵入し異常摩耗を発生させ、 ポンプの寿命が短くなると いう問題があった。
このうち、 シールを無く し、 液漏れの危険性を著しく低下させたシールレスボン プは開発されて久しい。 このシールレスポンプとしては、 インペラ一を有するキヤ ンドモーターポンプとマグネットポンプ、 膜の往復動によって液の送出を行うダイ ャフラムポンプがある。
前記キャンドモーターポンプ、 あるいはマグネッ トポンプは、 動力軸および軸受 が液中に存在する。 このため、 軸受部分には通常の潤滑油は使用できず、 移送液が 潤滑油、 冷却液の役割を果たしており、 軸と軸受の摩擦細片が移送液中に混入する ことは避けられない。 また、 液のないときの空運転は軸受の損傷を生じさせる場合 がある。 この点は、 特に半導体製造時に大量に使用される洗浄用超純水を送出するポンプ として用いる場合には、 大きな問題であった。
一方、 ダイヤフラムポンプには液中に動力軸および軸受は存在しないため、 吐出 液の汚染は少ないが、 吐出液に脈動を生じ、 また膜が故障しやすい。 その上、 高揚 程にはなしえるが、 吐出量は少なく、 大量の移送を行う場合には、 他のポンプに比 較し極めて高価になる。
[発明の開示]
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、 その目的は吐出液に脈 動、 汚染を生じにくく、 しかも効率の高い竪型ポンプを提供することにある。
前記目的を達成するために本発明にかかる竪型ポンプは、
軸心を垂直にして配置されたィンペラ、 および該ィンペラの上部に軸心を合わせ て固着され、 主要部分が良導体からなる筒状ロータを有する回転体と、
前記回転体を、 隙間を有して回転自在に収納するケーシングと、
前記筒状口ータに対向し、 該筒状ロータに回転力を付与する回転磁界発生手段と、 を備えたことを特徴とする。
また、 本ポンプにおいて、 ケーシングは、
下部中央に吸引口を、 側部に吐出口をそれぞれ有し、 前記インペラが収納される インペラ室と、
それぞれ非磁性で高電気抵抗の材料からなる内筒、 外筒並びにこれらの上部を閉 塞する蓋部を備え、 内筒と外筒の間に前記筒状ロータが隙間を有して回転自在に配 置され、 前記ィンぺラ室の上部に一体的に連設されたロータ収納室と、
を備えることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 回転磁界発生手段は、 前記外筒の外側及び内筒の内側 にそれぞれ対抗して配置され、 前記筒状ロータに回転力を与える内側回転磁界発生 手段及び外側回転磁界発生手段とを備えることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 筒状ロータには、 磁性円筒が同心状に配置され、 該筒 状ロータが停止した状態の磁性円筒の断面重心の上下方向位置が、 前記回転磁界発 生手段の上下方向中心位置にあって、 前記筒状ロータが回転駆動される、 該筒状口 ータを含む前記回転体が浮上することが好適である。 また、 本ポンプにおいて、 前記外側回転磁界発生手段及び内側回転磁界発生手段 のそれぞれの極性を形成するコアの上下方向の長さは同一で、 且つ同一高さ位置に あって、 該コアと前記磁性円筒との上下方向の長さは等しく、
前會己磁性円筒は前記筒状ロータの上から同心状に埋め込まれ、 該磁性円筒が該筒 状ロータの肉厚方向中心位置にあることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記ロータ収納室の上部位置に導入孔を有する清浄液 供給手段を有し、 前記ロータ収納室内の上部から清浄液を供給することか好適であ る。
また、 本ポンプにおいて、 前記清浄液供給手段は、 前記外側ケーシングの吐出口 から排出される移送液を濾過するフィルタを備え、 前記ロータ収納室の上部に、 該 フィルタで濾過された前記移送液を供給することが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記内側回転磁界発生手段及び外側回転磁界発生手段 力 交流電流を流すことによって回転磁界を発生する内ステータと外ステータから なることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 内ステータと外ステータを絶縁性液体によって冷却す る冷却槽が設けられているとともに、 該冷却層には該絶縁性液体を冷却する冷却手 段が設けられていることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記内ステータを冷却する冷却手段は、 前記絶縁性液 体のクーラと循環ポンプとを有することが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記内側回転磁界発生手段及び外側回転磁界発生手段 力 モータによって回転駆動される内側磁石及び外側磁石からなり、 該モータを回 転させることにより前記筒状口一タに回転力を付与することが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記ロータ収納室には支持架台によって支持される底 板が設けられ、 該底板に前記インペラを下から覆って前記インペラ室を形成するィ ンペラケーシング部がかぶさった状態で取り付けられていることが好適である。 また、 本ポンプにおいて、 前記インペラ上部には第一の環状磁石が設けられ、 該 インペラの上部が向かい合う前記内筒の内底板の下部には、 前記第 1の環状磁石に 反発する第 2の環状磁石が設けられていることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記インペラ下部の吸引通路周囲に設置された可動環 状磁石と、 該環状磁石と向かい合うインペラケーシング部に設置された固定環状磁 石とを含み、 可動環状磁石と固定環状磁石はその対向面で反発することが好適であ る。
また、 本ポンプにおいて、 前記インペラ主板上面には、 インペラの回転によって インペラ上部の液を外側へ押し出すように形成された補助翼が形成されていること が好適である。
また、 本ポンプにおいて、 前記ロータ収納室下面には、 下方に突出した抵抗筒が 形成されていることが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 インペラ主板はその回転軸を中心とした開口を有し、 ロータ収納室下面から垂下した均圧板が該開口に配置されることが好適である。 また、 本ポンプにおいて、 回転体より円周方向に張り出した可動側補助翼と、 ケ 一シング側より内側に張り出した固定側補助翼とを有し、 ィンペラの上下動により 可動側補助翼と固定側補助翼の対向部分面積が変化し、 インペラが上方に移動した 場合には前記対向部分面積が減少しィンペラ上部への液の移行量が増加し、 ィンぺ ラが下方に移動した場合には前記対向部分面積が増加しインペラ上部への液の移行 量が減少することが好適である。
また、 本ポンプにおいて、 インペラ上部の液圧力を検出する上部圧センサと、 ィ ンペラ下部とインペラケーシング部の間の液圧力を検出する下部圧センサと、 前記 上部圧 P iと下部圧 P 2の差 （P i— P 2 ) が既定値 δ Pよりも大きくなつた場合にィ ンペラ上部液を排出し、 差 （P i— P 2 ) が既定値 δ Pよりも小さくなつた場合にィ ンペラ上部へ液を送給する圧調整管と、 前記圧調整管による排出、 送給を制御する コントローラとを有することが好適である。
[図面の簡単な説明]
図 1は、 本発明の第 1実施形態にかかる竪型ポンプの断面図である。
図 2は、 図 1に示す竪型ポンプの矢視 X i— Y i断面図である。
図 3は、 本発明の第 1実施形態にかかる竪型ポンプにおける筒状ロータ周りの取 り付け状態を示す部分拡大断面図である。
図 4は、 本発明の第 1実施形態の変形例にかかる竪型ポンプの一部省略断面図で ある。
図 5は、 図 4に示すポンプにおける筒状ロータ周りの取り付け状態を示す部分拡 大断面図である。
図 6は、 前記第 1実施形態にかかるポンプに用いられる清浄液供給手段の説明図 である。
図 7は、 本発明の第 2実施形態にかかる竪型ポンプの断面図である。
図 8， 9は、 第 2実施形態にかかるポンプに用いられるロータの説明図である。 図 1 0〜2 1は、 第 2実施形態にかかるポンプに用いられる各種磁石機構の説明 図である。
図 2 2は、 第 2実施形態の変形例にかかる竪型ポンプの断面図である。
図 2 3， 2 4は、 ロータ収納室内への、 液の還流機構の説明図である。
図 2 5は、 磁石機構の一例の説明図である。
図 2 6は、 本発明の第 3実施形態にかかる竪型ポンプの断面図である。
図 2 7は、 第 3実施形態にかかるポンプのインペラ近傍の詳細説明図である。 図 2 8， 2 9は、 バランシング機構の説明図である。
図 3 0は、 磁石機構の一例の説明図である。
図 3 1は、 均衡機構の説明図である。
図 3 2は、 非磁性円筒と回転磁界機構間の電磁的反発力を示す説明図である。 図 3 3は、 本発明の第 4実施形態にかかる竪型ポンプの断面図である。
図 3 4〜3 6は、 第 4実施形態において好適に用いられる補助翼機構の説明図で ある。
図 3 7は、 第 4実施形態の変形例の説明図である。
図 3 8〜4 1は、 磁石機構の一例の説明図である。 ^ 図 4 2は、 本発明の第 5実施形態にかかる竪型ポンプの説明図である。
図 4 3〜4 7は、 補助翼機構の一例の説明図である。
図 4 8は、 整流機構の説明図である。
図 4 9は、 第 5実施形態の変形例の説明図である。
図 5 0は、 図 4 9に示すポンプの要部の説明図である。 [発明を実施するための最良の形態]
以下、 図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。
第 1実施形態
図 1は本発明の第 1実施形態にかかる竪型ポンプの断面図が示されており、 図 2 は図 1における矢視 — 断面図である。
図において、 竪型ポンプ 1 0は、 筒状ロータ 1 1が上部に取り付けられたインぺ ラ 1 2を有する回転体 1 3と、
この回転体 1 3を回転自在に支持する外側ケーシング 1 4と、 筒状ロータ 1 1に 回転磁界を与える内ステータ 1 5および外ステータ 1 6よりなる回転磁界発生手段 と、 内ステータ 1 5および外ステータ 1 6を冷却する絶縁油 1 7を収納する冷却槽 1 8と、 これを支持する支持架台 1 9とを有している。
前記インペラ 1 2は通常の液体ポンプのインペラと同様、 ステンレス、 铸鋼、 铸 鉄、 合成樹脂などから形成され、 回転中心である軸心を垂直にして配置されている。 そして、 インペラ 1 2は、 その中央下部に吸引通路 2 0を、 またその周囲に放射状 に吐出通路 2 1を有し、 インペラ室 2 2内に回転自在に配置されている。 そして該 インペラは、 高速回転することによって、 外側ケーシング 1 4のインペラケーシン グ部 1 4 a 2 3の中央底部の吸引口 2 4から吸引される移送液を吸い込んで、 遠心 力によって周囲に吐出し、 インペラケーシング部 1 4 aの半径方向外側の一側部に 形成された吐出口 2 5から送出する。
このインペラ 1 2の上部には、 図 1に示すようにリング状のフランジ 2 6を介し て筒状ロータ 1 1が取り付けられている。 この筒状ロータ 1 1の主材料はアルミ- ゥムまたは銅などの非磁性の良導体からなり、 肉厚方向中間位置には磁性部材のー 例である鉄を材料とした磁性円筒 2 7が上方から同心状に埋め込まれている。
外側ケーシング 1 4の上部は、 ロータケ一シング部 1 4 bを構成し、 該ロータケ 一シング部 1 4 bには筒状ロータ 1 1を密閉収納するロータ収納室 2 8がインペラ 室 2 2の上部に一体的に連設されている。 このロータケ一シング部 1 4 bは、 その 周壁が非磁性で高電気抵抗の材料 （たとえばステンレス板、 十分強度を有する樹脂） などからなる内筒 2 9および外筒 3 0と、 その上部を閉塞する蓋部 3 1とによって 形成されている。 前記筒状ロータ 1 1は、 内筒 2 9および外筒 3 0の中間位置に双 方から僅少の隙間を有して回転自在に設置されている。 このように、 外側ケーシン グ 1 4は、 ロータケ一シング部 1 4 b、 底板の一部、 内底板 3 8 aおよびインペラ ケーシング部 1 4 bによって構成されている。
図 1および図 2に示すように、 前記内筒 2 9の内側には前記内ステータ 1 5が、 前記外筒 3 0の外側には外ステータ 1 6力 対向する極が異極となるようにして設 置されている。 この內ステータ 1 5および外ステ一タ 1 6は、 それぞれ周知の誘導 電動機のステータと同一構造となっており、 積層鉄心 （コア） にコイルをまいて構 成されて複数の極を有し、 特定の方向に多相交流 （たとえば 3相交流） を流すこと によって、 筒状ロータ 1 1を通過する磁界を回転させるようになつている。
図 3は第一実施形態にかかる竪型ポンプの筒状ロータ周りの取り付け状態を示す 部分断面図である。 同図に示されるように、 前記内ステータ 1 5と外ステ一タ 1 6 のそれぞれの磁極を形成するコアは、 上下方向に同一な幅 Lを有し、 同一高さ位置 に設けられている。 その磁界中心位置 Φ 1は、 静止状態の筒状ロータ 1 1の磁性円 筒 2 7の断面重心位置である磁界中心位置 Φ 2より、 少しの距離 （たとえば 2〜3 m m程度） 上位置に設けられている。 なお、 磁性円筒 2 7の磁界中心位置 Φ 2は、 磁性 円筒 2 7の上下方向の中心位置になり、 磁性円筒 2 7の上下方向の長さは、 内ステ ータ 1 5と外ステータ 1 6とのコアの上下方向の長さ Lと同一に構成されている。 そして、 内ステータ 1 5および外ステータ 1 6に回転磁界を発生させた場合には、 磁性円筒 2 7に吸引力が発生し、 磁性円筒 2 7を備えている回転体 1 3が浮上し、 仮に外側ケーシング 1 4内に移送液がない場合であっても、 回転体 1 3が外側ケー シング 1 4の底部や側壁などに接触することなく高速回転ができる。
図 1に示すように、 内ステータ 1 5及び外ステータ 1 6は、 絶縁油 1 7を入れた 冷却槽 1 8に浸漬されている。 内ステータ 1 5は周囲を内筒 2 9によって囲まれて いるので、 内ステータ 1 5の中央下部に排出口 3 2を有する支持パイプ 3 3を設け、 支持パイプ 3 3の上部の給油口 3 4から、 冷却槽 1 8内の絶緣油 1 7を冷却手段の 一例であるヒートパイプ空冷型のクーラ 3 5および循環ポンプ 3 6を通じて強制循 環させるようになつている。 なお、 クーラ 3 5はヒートパイプ 3 7および送油管を 備えている。 この支持パイプ 3 3は内筒 2 9の底部に設けられている内底板 2 9 a に取り付けられ、 内筒 2 9および内ステータ 1 5を支持している。 インペラ 1 2の上部と内底板 2 9 aの下部とには、 同極で対向する第 1および第 2の環状磁石 3 8 a , 3 8 bが軸心を合わせて設けられ、 常時反発し、 ィンペラ 1 2の上部と内底板 2 9 aの下部とが接触しないようになっている。
図 2に示すように、 前記冷却槽 1 8の周囲には、 冷却手段の一例であるフィン板
3 9が多数設けられており、 これによつて絶縁油 1 7の温度上昇を防止している。 この冷却槽 1 8の内側の適当個所には、 図 1に示すように外ステ一タ 1 6を支持す る支持部材 4 0が設けられている。 冷却槽 1 8の上部には周囲のフランジ 4 1にネ ジ固定される蓋 4 2が設けられ、 この蓋 4 2の中央に支持パイプ 3 3が揷通すると ともに、 支持パイプ 3 3に螺合するナツ ト 4 3， 4 4によって蓋 4 2の中央に固定 している。
前記吐出口 2 5の配管 4 5にはフィルタ 4 6を介して移送液を供給する分岐管（図 示省略） が設けられている。 フィルタ 4 6を通過した清浄液は、 中間位置に開閉弁
4 7が設けられた送液管 4 8を介して、 蓋部 3 1の導入口 4 9に供給し、 ロータ収 納室 2 8の上部から供給されるようになっている。 これによつて、 ロータ収納室 2 8の内部にスラッジゃゴミなどが供給されることなく、 常時清浄な状態となってい る。 なお、 送液管 4 8の頂部には別の開閉弁 5 0が設けられ、 配管やロータ収納室 2 8内に溜まった空気を排出できるようになつている。 このように、 フィルタ 4 6、 開閉弁 4 7、 送液管 4 8を有して清浄液供給手段が構成されている。
前記支持架台 1 9は、 ステンレスや鋼などの十分に強度を有する材料で形成され、 冷却槽 1 8の底板 5 1を支持し、 この底板 5 1に外側ケーシング 1 4のインペラ室 2 2を形成するインペラケーシング部 2 3が、 インペラ 1 2を下から覆うようにし て取り付けられている。 また、 この底板 5 1にはその軸心を合わせて外筒 3 0が取 り付けられている。 ここで、 インペラケーシング部 2 3をはずすと、 内部の回転体 1 3が下方に取り出せて、 ポンプ内部や回転体 1 3の清掃や保守点検ができるよう になっている。
従って、 この竪型ポンプ 1 0においては、 冷却槽 1 8内に絶縁油 1 7を入れた状 態で、 内ステータ 1 5及び外ステータ 1 6に交流電流を流すと、 回転磁界が発生し、 筒状ロータ 1 1に回転力を与えるとともに、 筒状ロータ 1 1に半径方向内外から反 発力を与える。 この場合、 筒状ロータ 1 1内には、 磁性円筒 2 7が設置されている ので、 仮に無不可運転であっても、 磁性円筒 2 7の上下方向中心位置 （すなわち、 磁界中心位置） Φ 2が内ステータ 1 5および外ステータ 1 6の上下方向中心位置 （す なわち、 磁界中心位置） Φ 1に一致するように、 筒状ロータ 1 1が浮上する。 これ によってインペラ 1 2および筒状ロータ 1 1が外側ケーシング 1 4内で浮上した状 態で回転駆動され、 負荷状態および無負荷状態のいずれにおいても、 インペラ 1 2 が外側ケーシング 1 4の内側に無接触状態で回転できるという利点がある。
そして、 吸引口 2 4に、 図示しないパイプやホースを介して移送液を供給すると、 吸引されて吐出口 2 5から吐出される。 開閉弁 4 7を開けると、 吐出口 2 5から排 出される移送液の一部がフィルタ 4 6によって浄化され、 口一タ収納室 2 8の上部 に供給される。 これによつて、 ロータ収納室 2 8内に上から下に向かい清浄な移送 液の流れが発生するので、 ロータ収納室 2 8の下部からスラッジなどを含む移送液 が侵入しないことになり、 筒状ロータ 1 1のスラッジなどによる摩耗を防止するこ とができる。
内ステータ 1 5及び外ステータ 1 6は常時絶縁油 1 7によって冷却されているの で、 適正温度に保つことができる。
次に、 図 4〜図 6を参照しつつ、 本実施形態の変形例にかかる竪型ポンプ 1 0に ついて説明する。 なお、 前記第 1実施形態にかかるポンプ 1 0と対応する部分には 同一符号を付して示し、 説明を省略する。
本変形例にかかるポンプにおいて特徴的なことは、 前記ポンプにおいては回転磁 界発生手段として交流電流を流す静止型の内ステータ 1 5及び外ステータ 1 6を使 用しているが、 本変形例にかかる竪型ポンプ 1 0においては回転磁界発生手段とし てモータによって回転駆動される磁石を使用している点である。
図 4〜 5に示すように、 本実施形態にかかる竪型ポンプ 1 0は、 筒状ロータ 1 1 が上部に取り付けられたインペラ 1 2を有する回転体 1 3と、 この回転体 1 3を回 転自在に収納する外側ケーシング 1 4と、 筒状ロータ 1 1に回転磁界を与える回転 磁界発生手段の一例である内側磁石 5 5および外側磁石 5 6、 ならびにこれらを同 期回転するモータ 5 7と、 これらを支持する支持架台 6 0とを有している。
ロータ収納室 2 8を形成するロータケ一シング部 1 4 b、 底板 5 1の一部、 内底 板 2 9 a、 およびインペラケーシング部 1 4 aによって前記外側ケーシング 1 4が 構成される。 前記ロータ収納室 2 8は、 非磁性で高抵抗材料 （たとえばステンレス 板、 樹脂板） からなる内筒 2 9および外筒 3 0と、 これらの天井部分を閉塞する蓋 部 3 1とによって囲まれて形成される。
内筒 2 9の内側および外筒 3 0の外側には、 僅少の隙間を有して同一支持部材 5 8により支持される内側磁石 5 5と外側磁石 5 6とが設けられている。 内側磁石 5 5および外側磁石 5 6は、 円周方向に少しの隙間を開けて設けられた複数の永久磁 石からなり、 それぞれの永久磁石が筒状ロータ 1 1を中心にして対極するように設 けられている。 内側磁石 5 5および外側磁石 5 6の非対極側を支持する支持部材 5 8は、 好ましくは鉄などの磁性体からなり、 内側磁石 5 5および外側磁石 5 6を強 度的に支持するとともに、 これらの外側磁路を形成するのが好ましい。 なお、 支持 部材 5 8の上部には回転駆動軸 5 9が設けられ、 図示しないカツプリングなどでモ ータ 5 7の出力軸に連結されている。 回転駆動軸 5 9は図示しない軸受によって回 転自由に支持されている。
内側磁石 5 5および外側磁石 5 6は、 そのコア （すなわち磁石本体） が上下方向 に同一長さを有して、 上下方向に同一高さに取り付けられている。 これらの上下方 向の磁気中心位置が、 静止してインペラ室 2 2の底部に乗った回転体 1 3を構成す る筒状ロータ 1 1の磁性円筒 2 7の上下方向中心位置より、 やや高い （2〜3 mm) 位置に設定され、 内側磁石 5 5および外側磁石 5 6によって磁性円筒 2 7が吸引さ れ、 筒状ロータ 1 1が外側ケーシング 1 4内を浮上するようになっている。
外側磁石 5 6の外側を覆うカバー 6 0は、 その基端が底板 5 1に取り付けられ、 この底板 5 1の周囲は支持架台 1 9に取り付けられている。 このカバー 6 0は十分 強度を有する部材からなり、 上部に蓋板 6 1を備え、 この蓋板 6 1上にモータ 5 7 が取り付けられている。 なお、 前記底板 5 1にインペラケーシング部 1 4 aがネジ 固定されている。
ロータ収納室 2 8に、 清浄液を供給する清浄液供給手段としては、 フィルタ 4 6、 開閉弁 4 7、 および送液管 4 8を使用している。 図 5 , 6に示すように、 供給手段 は、 外筒 3◦に形成された通液部 6 3からなつている。 この通液部 6 3は厚めの外 筒 3 0に外側から縦溝 6 4を形成し、 この上に溝蓋 6 5をかぶせて形成されている。 縦溝 6 4の上端部は内側のロータ収納室 2 8の上部に連通する小孔 6 6が形成され、 縦溝 6 4の下部は外側から送液管 4 8に連通している。
これによつて、 外筒 3 0の外方および上方に回転する外側磁石 5 6および支持部 材 5 8があっても、 支障なくロータ収納室 6 1の上部に清浄な移送液を送ることが できる。 なお、 送液管 4 8にはエア抜用開閉弁 5 0が設けられている。 また、 清浄 液供給手段としては、 ロータリージョイントを使用し、 回転駆動軸 5 9を通して供 給することも可能である。
また、 内筒 2 9の内底板 2 9 aの底部には、 インペラ 1 2の上部に取り付けられ た第一環状磁石 3 8 aと反発しあう第二環状磁石 3 8 bが設けられており、 インべ ラ 1 2と内底板 2 9 aとの接触を防止するようになっている。
従って、 この竪型ポンプ 1 0においては、 モータ 5 7を回転させることによって、 内側磁石 5 5および外側磁石 5 6が回転し、 これによつて回転磁界が発生し、 筒状 ロータ 1 1に回転力を生じ、 筒状ロータ 1 1とインペラ 1 2がー体となった回転体 1 3が回転駆動されることになる。
この場合、 ロータ収納室 2 8に清浄な移送液が供給されること、 および筒状ロー タ 1 1が外側ケーシング 1 4内で浮上して回転することは、 前記図 1の竪型ポンプ と同様である。
なお、 インペラ 1 2および筒状ロータ 1 1を含む回転体 1 3や外側ケーシング 1 4の清掃、 修理を行う場合には、 インペラケーシング部 1 4 aを取り外し、 回転体 1 3を引き抜いて行うこととなる。 前記実施形態にかかる竪型ポンプの具体的主要諸元について以下に説明する。 図 1の堅型ポンプ
①内ステータ 1 5および外ステータ 1 6の仕様
3相 6 0 H zで 2 P (極） 、 2 . 2 K wのものを使用し、 内外のステ一タ 1 5 , 1 6は直列に接続した。
②内筒 2 9および外筒 3 0の材質、 厚みおよび隙間
厚み l mmのステンレス （S U S 3 0 4 ) 、 厚み 2 . 5 mmのポリカーボネート の 2種類を使用したが、 いずれも支障なく運転が可能であった。
③筒状ロータ 1 1の構成 良導体部分はアルミニウム円筒を使用し、 磁性円筒 2 7には厚みが 3瞧の普 通鋼 （S S 4 0 0 ) を使用した。
④使用した絶縁油
難燃性シリコンオイルを使用した。 操業中の温度は約 6 0 °Cで飽和した。
⑤ポンプ容量
2 5 0〜 3 0 O L/minで、 揚程が 1 5〜 2 (だ であった。
図 4の竪型ポンプ
①内側磁石 5 5および外側磁石 5 6の仕様
磁石の極数は 8 P (極） で、 希土類磁石を使用した。 これらを回転駆動する モータ 5 7には、 2 P， 2 , 2 K wの誘導電動機を使用した。
②内筒 2 9および外筒 3 0の材質、 厚みおよび隙間
内筒 2 9および外筒 3 0には厚み 4隱のポリカーボネートを使用し、 その隙 間は 8 mmであった。
③筒状ロータ 1 1の構成
良導体部分はアルミニウム円筒を使用し、 磁性円筒 2 7には厚みが 3 mmの普 通鋼 （S S 4 0 0 ) を使用した。
④ポンプ容量
2 0 0〜 3 0 O L/minで、 揚程が 2 0〜 3 0 mであった。
前記図 1及び図 4にかかる竪型ポンプを、 以上に示す諸元で制作し、 運転した場 合のテスト結果を以下に示す。
①移送液中に粒径 1 5 0 / mの S i Cの粉末を約 3 %混入して運転を行った。 2 4 時間連続運転しても内筒 2 9及び外筒 3 0に損耗は認められなかった。
②移送液を竪型ポンプ 1 0に供給しないで空運転を 1分間、 3回行ったが、 異常音 は発生せず、 筒状ロータ 1 1、 インペラ 1 2、 外側ケーシング 1 4の摩耗はなかつ た。 第 2実施形態
図 7〜 2 5に基づき本発明の第 2実施形態について説明する。 なお、 前記第 1実 施形態と対応する部分には符号 1 0 0を加えて示し、 説明を省略する。 本実施形態において特徴的なことは、 前記第 1実施形態においては外ステータ及 び内ステータを用いていたのに対し、 本実施形態においてはロータ 1 1 1の外周に 位置する外ステータ 1 1 6 (回転磁界発生手段） のみで、 該ロータ 1 1 1に回転力 を付与することである。
すなわち、 図 7より明らかなように、 インペラ 1 1 2の上部には支柱 1 8 0を介 してロータ 1 1 1が設置されている。
なお、 蓋 1 3 1下面には上部磁石機構 1 8 2、 インペラ 1 1 2の吸入口 1 24の 内周には下部磁石機構 1 8 3が設置され、 回転体 1 1 3の安定した回転を担保して いる。
図 8及び図 9は、 本実施形態において特徴的なロータ 1 1 1の詳細な構成を示し ており、 図 8はロータ 1 1 1の縦断面図、 図 9は図 8 X 2- Y2断面図である。
図 8に示すように、 ロータ 1 1 1は、 その最外周に配置された銅円筒 1 1 1 aと、 該銅円筒 1 1 1 aの内側に配置された、 ステータ 1 1 6よりの磁束を飽和させない 厚みを有する鉄製円筒 1 1 1 bとを含む。 そして、 鉄製円筒 1 1 1 bの周縁に複数 本の銅バ一 1 1 1 cを差し込み、 ロータ 1 1 1の上下面で、 銅円環 1 1 1 d, 1 1 1 eにより銅円筒 1 1 1 aと銅バー 1 1 1 cを固定する。 この銅円環 1 1 1 d， 1 1 1 eは汎用モータのロータのエンドリングの役割を果たす。
銅円筒 1 1 1 aを最外殻に配置するのは、 ステータ 1 1 6との反発力を発生させ るためであり、銅円筒 1 1 1 aと銅バー 1 1 1 cがロータ 1 1 1の導体部分となり、 その体積で電気抵抗が決定される。 なお、 導体部分は銅に限られるものではなく、 例えばアルミニウムのような金属を用いてもよい。 また、 磁性体である鉄製円筒の 中央が空間になっているのはロータ 1 1 1の重量を減少させ、 この空間によって液 中での浮力を得るためである。 この中央の空間は、 上下及び中央で円盤状鉄製連結 板 1 1 I f , l l l g， l l l hで連結する。 この連結により、 2極のときの磁路 が形成され、 ステータ 1 1 6の励磁電流をかなり減少させることができる。 なお、 この場合の磁気的ギャップ （g 0) は 2. 5〜3. 5mmとすることができ、 第 1実施 形態のものと比較し 1/2以下とすることができる。
また、 銅バー 1 1 1 c間の磁性体幅 （WB) はステータ 1 1 6よりの磁束を十分 に通し得る幅とし、 外筒 1 30とロータ 1 1 1の隙間は 1隱程度とする。 この結果、 磁気的ギャップ、 ロータ 1 1 1の電気抵抗の両者を減少させ、 ポンプ効率を向上さ せることができる。
さらに、 ロータ 1 1 1のような回転体の流体損失は回転体の周縁速度の 2 . 5乗、 長さの 1乗に比例する。 そして、 第 1実施形態のロータでは、 内面及び外面で損失 が発生していたが、 本実施形態においては、 外面でしか流体損失が発生しない。 ま た、 支柱 1 8 0の径を小さくすることにより、 この部分での流体損失を軽減するこ ともできる。
また、 本発明において、 ロータ 1 1 1は直立しているので、 この重量が外筒 1 3 0側にかかることはない。 また、 起動時は Sの値は最大なので、 ステータ 1 1 6と ロータ 1 1 1との反発力も最大となる。 これにより、 両者間に少しの隙間を生じさ せておけば、 この中に液が入り込み、 回転の上昇にしたがって強大な液膜効果が発 生し、 両者間の接触、 損耗を防ぐ。
また、 停止時は逆転制動をかけ、 ロータ 1 1 1が停止した直後に電源を切れば、 停止時反発力は最大となり、 慣性によってロータ 1 1 1が外筒 1 3 0に接触するこ とを防止できる。
し力 し、 ロータ 1 1 1と外筒 1 3 0が平行でないときには、 液膜効果は減少する。 また、 インペラ 1 1 2は正常運転時でも吐出口 1 2 5方向への力、 及びそれと直交 する力を受ける。 また、 急激な流量の変化、 吐出量を正規と著しく外れた量とする と、 インペラ 1 1 2自体の挙動が不安定になり、 振動する。 さらに、 液の無い状態 での空運転を行うと、 ロータ 1 1 1が急速に回転数が上昇して、 反発力がなくなる とともに、 液膜効果も生じ得ないことから、 回転部分が周壁と接触する場合もある。 そこで、 本実施形態においては、 前記磁石機構 1 8 2 , 1 8 3を設けている。 上部磁石機構 1 8 2は、 その原形が図 1 0に示す縦断面図および図 1 1に示す X 3 一 Y 3断面図に例示される。 同図において、 上部磁石装置 1 8 2は、 蓋部 1 3 1に垂 下された中空円筒型磁石 1 8 2 aと、 前記ロータ 1 1 1の頂部シャフト 1 8 4に立 設された中空円筒型磁石 1 8 2 bを含む。 そして、 中空円筒型磁石 1 8 2 aと中空 円筒型磁石 1 8 2 bとを、 同極を対向させることで、 両者間に反発力を生じさせ、 接触を回避するとともに、 ロータ 1 1 1の回転軸位置のずれを修正することができ る。 しかし、 図 10ないし図 1 1に示すように、 単に中空円筒型磁石 1 82 aの中に 中空円筒型磁石 182 bを隙間 G—Mを持たせて挿入し、 上端面 Al， A2が同極、 または相対応面 C 1 , D 2が同極とした場合のいずれにおいても、 磁石 1 82 aを 固定しておくと、 磁石 182 bは安定しようとして F Aまたは FBの方向に動き、 その動作は不安定である。
そこで、 上部磁石機構 182は図 1 2 (縦断面図） および図 1 3 (X4— Y4矢視 図） に示すように構成することが好適である。
同図において、 外側磁石 182 aおよび内側磁石 182 bはともに円錐形で且つ 相似の中空磁石筒で、 外側磁石筒 1 82 a内に内側磁石筒 1 82 bを入れ、 その対 向面は平行で 1〜 2mmの隙間 （G—M) を持たせるようにしておく。 また、 傾斜角 0は 45〜60度とする。
両磁石筒 1 82 a， 1 82 bの上下面は同極になるようにする力 \ または相対面 が同極になるようにすると、 隙間 (G-M) 間の内外側磁石筒の対向面において常 時反発力が働くとともに、 傾斜しているので下方に向かう分力 が発生する。
外側磁石筒 1 82 aを固定し、 内側磁石筒 1 82 bをロータ 1 1 1のシャフト 1 84に連結し、 隙間 （G— M) は下方に向かってその径が広がっていくようにする。 内側磁石 1 82 bが上方に動くと隙間 （G—M) が急激に狭くなり、 反発力が急増 して下方に押し戻そうとする。 このため、 内側磁石筒が安定化する方向は下方 （F 1 ) となる。 内側磁石筒 182 bの長さを外側磁石筒 1 82 aの長さより短く して あるのは、 内側磁石筒 1 82 bが移動して外側磁石筒 1 82 bとの対応から外れな いようにし、 反発力の減少を防ぐためである。 また、 内側磁石筒 182 bの極性が その内外面で構成されているときは、 その厚みを大きくすることが好適である。 こ れは、 反磁界作用の影響を少なくするためと、 内外筒の異極による吸引力の影響を 少なく して反発力の減少を防ぐためである。
次に、 図 14 (縦断面図） ， 図 1 5 (X5_Y5矢視図） に基づき、 上部磁石機構 182の他の例について説明する。
同図に示す上部磁石機構 1 82は、 直立円筒磁石と、 近似の円錐形をなす磁性の 継鉄を組み合わせている。 外側磁石筒 1 82 aおよび内側磁石筒 182 bは、 とも に直立中空円筒形で、 外側磁石筒 182 aの内面、 内側磁石筒 1 82 bの外面に、 断面が楔型をなす近似円錐形で磁性体の中空円筒継鉄 1 8 2 c， 1 8 2 dを取り付 ける。 両中空円筒継鉄 1 8 2 c， 1 8 2 dは、 その対向面が平行で、 隙間 （G_M) は 1〜 2 mmである。
内外側磁石筒 1 8 2 a , 1 8 2 bの継鉄部 1 8 2 c , 1 8 2 dの対向面の極性は 同極になるようにしておく。 そうすると、 隙間 （G—M) において継鉄 1 8 2 c , 1 8 2 dの対向面で常に反発力が働き、 前記同様にして安定した中心軸維持を可能 とする。
次に、 下部磁石機構 1 8 3について説明する。
図 1 6には下部磁石機構 1 8 3の縦断面図、 図 1 7は図 1 6 X6— Y6矢視図、 図 1 8は図 1 6 Χ7— Υ7矢視図である。 同図に示す下部磁石機構 1 8 3は、 径の異な る直立磁石筒 1 8 3 a , 1 8 3 b、 1 8 3 cを含み、 内側磁石筒 1 8 3 bはインべ ラ 1 1 2の吸引通路 1 20外周に設置され、 外側磁石筒 1 8 3 aは前記内側磁石筒 1 8 3 bに対向して、 吸引口 1 24内周に設置され、 さらに下側磁石筒 1 8 3 cは、 前記内側磁石筒 1 8 3 bの下端部と対向して吸引口 1 24内周に設置されている。 前記磁石筒 1 8 3 a、 1 8 3 bは、 隙間 （GM1) をもって対向させる。 そして、 外側磁石筒 1 8 3 aの内周と内側磁石筒 1 8 3 bの外周、 内側磁石筒 1 8 3 b下面 と下側磁石筒 1 8 3 cの上面はそれぞれ同極となるようにする。 なお、 磁石筒 1 8 3 cは厚みを大きくする必要がある。 内外側磁石筒 1 8 3 a， 1 8 3 bの隙間 （G M2) は 1 mm程度、 内側磁石筒 1 8 3 bと下側磁石筒 1 8 3 cの端面隙間 （GM 2 ) は、 内側磁石筒 1 8 3 bに重量がかかったときに、 磁石筒 1 8 3 cとの反発力で 2 〜 3 mm浮上するようにしておく。 このような構造にすると、 隙間 （GM1) ， (G M2) の間には常時反発力が働き、 内側磁石筒 1 8 3 bは上方 （F2) へ動いて安定 化しようとする。
この際、 磁石筒 1 8 3 bの磁石部分の中心線が磁石筒 1 8 3 cの磁石部分の中心 線より内側になるようにすると、 内側磁石 1 8 3 b、 磁石筒 1 8 3 bに適当な垂直 外力および回転が与えられた場合に相対位置関係が安定する。
なお、 前記上部磁石機構、 下部磁石機構においては、 磁石筒の代わりに直方体磁 石の極性をあわせて配列することにより、 近似的中空磁石筒として用いることがで きる。 図 1 9はその一例の上部磁石機構 1 8 2の縦断面図、 図 20 (A) は X8_Y 8矢視断面図である。
同図において、 直方体磁石 I 82 a _ l， 1 82 a— 2…を重ね、 その周囲を非 磁性材料のカバー 1 82 eで囲い、 外側磁石筒 182 aを形成する。 同様に、 直方 体磁石 1 82 b _ 1…およびカバー 1 82 f で囲い、 内側磁石筒 1 82 bを形成す る。 この場合、 配列磁石間の隙間 （W。_ l) ， （W。一 2) が形成されるため、 こ こで内外側磁石の反発力の脈動は生じるが、 回転数が高くなるとこの脈動はほとん ど消える。
また、 図 20 (B) に示すように、 磁石 1 82 a _ 1…， 182 b - 1…を円弧 状とすることも好適である。
なお、 上部磁石機構 1 82と、 下部磁石機構 183の内側磁石機構の安定しよう とする方向が互いに反対になることが必要である。
図 21には上部磁石機構 ]. 82と下部磁石機構 1 83をシャフト 1 84で連結し た状態が示されている。 この場合、 上部磁石機構 1 8 2はシャフト 1 84を押し下 げる方向 F 1に反発力が生じ、 また下部磁石機構 1 83はシャフト 184を押し上 げる方向 F 2に反発力が生じる。 そして、 上部磁石機構 1 8 2と下部磁石機構 1 8 3が、 装置の上下面 （S_ 5) ， （S— 6) の間に一定の隙間を保ちつつ平行状態 となるように調整する。 もし、 シャフト 184がライン Kのように傾くと、 隙間 （G 一 B 1) ， （G— B 2) , (G-C 1 ) , (G— C 2) は狭くなり、 その反対部分 は広くなる。 このため、 各隙間における反発力に差が生じ、 結果的にライン Kに対 して F 3， F 4のような偶力が発生して、 正常な状態に戻そうとする。
また、 本ポンプはィンペラ 1 1 2下部の下部ケーシング 1 14 aを取り外すこと で、 インペラ 1 1 2、 ロータ 1 1 1、 および上下磁石機構の内側磁石は容易に取り 出すことができる。 このため、 内部の清掃は極めて容易となる。
また、 移送液中にスラリー等が混入している場合には、 吐出口からの分岐管 14 8の途中にフィルタ 146を設け、 清浄液をロータ収納室 1 28内に注入すること でロータ 1 1 1および外筒 130の損耗を防ぐことができる。
さらに、 ステータ 1 16は不燃性の冷却兼絶縁油 1 1 7内に浸漬されているので、 この部分の防爆性は極めて高い。
本実施形態にかかるポンプの諸元は以下の通りである。 ①ステータ 1 1 6
AC 2 20 V, 60 H z , 2 P, 2. 7 Kw, 外径 1 6 0 ， 内径 8 3隱 φ ' コア積厚 1 20睡， F種卷線
②外筒 1 30
内径 8 2 mm φ， 厚み 0. 5讓， SUS 304, 蓋厚み 3 mm
③ロータ 1 1 6
外径 80 mm φ, 内径 54 mm φ， 高さ 1 30mm， 全周テフロンコーティング 最外周 1 1 1 a : 1および 2隱厚の銅円筒 （2種類）
磁性体円筒 l l l b : S S 400 ラミネート電磁鋼板の 2種類
導体バー 1 1 1 c ： 4 X 4. 5mm 銅バー 28本
ェンドリング 1 1 1 d， e ：外径 80瞧 ， 内径 7 Οηιηιφ, 厚み 1 0mm、 銅 リング
④送液管 1 48
外径 3 Omm0， SUS 304管
⑤磁気的ギャップ （g l)
2. 5 mmま 7こは ύ. 5 mm
⑥インペラ 1 1 2
材質；硬質塩化ビニル 外径 148 mm ， 羽数 6
⑦上部磁石機構 1 8 2
8mm口 X I 0mm サマリユウムコノ ノレト磁石
外側磁石 取付磁石数 1 2個
内側磁石 取付磁石数 6個
⑧下部磁石機構 1 8 3
外側磁石 取付磁石数 24個
内側磁石 取付磁石数 1 2個
⑨外側ケーシング 1 1 4
厚み 3隱 SUS 304 フィン付き
下部ケーシング 1 1 4 a ：厚み 3mm SUS 304 吸入口取付ホース径 5 Οηιηι 吐出口取付ホース径 4 5πιπιφ ⑩架台 1 1 9
材質 S S 4 0 0
⑪絶縁冷却油 1 1 7
シリコーンオイノレ
⑫ポンプ全体高さ
約 5 5 0 mm
⑬ポンプ能力
入力 2 . 7 K w
出力 揚程 1 5〜 2 0 m
吐出量 2 0 0〜 3 0 0 L/min
ィンペラ回転数 2 6 0 O rpm
効率 約 2 0〜 3 0 %
実負荷運転：約 5時間連続運転後、 分解検査する。 回転部分と周壁との摺動の痕跡 なく正常。 冷却油温度 6 0 °Cで飽和
スラリー混入運転：約 5 0 μ πιの S iC粒子を混入。 フィルターを通して吐出液を還流 させる。 約 1時間運転した後、 分解。 ロータおよび外筒の損耗はほとんどなし。 空運転：約 5分間運転後、 分解検査する。 摺動の痕跡なし。 図 2 2には本実施形態にかかるポンプの変形例が示されており、 前記図 7と対応 する部分には同一符号を付し、 説明を省略する。
図 2 2に示すポンプは、 回転磁界発生手段としてモータ 1 5 7により回転駆動さ れる磁石を有するステータ 1 5 6を採用している。 このため、 それ自体の電気的損 失はない。
また、 本実施形態においては、 外筒 1 3 0とロータ 1 1 1の間は狭いので、 液中 にスラリ一が混入していると、 この場所で外筒 1 3 0およびロータ 1 1 1の損耗が 起きる可能性がある。
そこで本実施形態においては、 吐出口よりフィルタ 1 4 6、 送液管 1 4 8を設置 し、 スラリーを除去した液をロータ収納室 1 2 8に還流させている。 この還流機構 の詳細が図 2 3 , 2 4に示されている。 同図において、 外筒 1 30の外側に複数個の溝 1 6 4を設け、 これに非磁性体の 薄い蓋 1 6 5を被せる。 そして、 溝 1 6 4に送液管 1 4 8をつなぎ、 外筒 1 3 0側 壁上部の注入口 1 6 6より外筒 1 30内に還流液を供給する。
なお、 上部磁石機構 1 8 2および下部磁石機構 1 8 3は図 2 5に示すように隣接 して設置することも好適である。 同図に示す上下磁石機構 1 8 2, 1 8 3は、 たと えばインペラ吸引通路 1 24に設置することができる。 これは、 特に回転体 1 1 3 の高さが制限されるような場合に有効である
本変形例の具体的諸元を以下に示す。
①本体カバー 1 60
厚み 3 mm SUS 304
②下部ケーシング 1 1 4 a
厚み 3瞧 SUS 304
吸入口取り付けホース径 50瞧 φ
吐出口取り付けホース径 45隱 φ
③架台 1 1 9
材質 S S 400
④ポンプ全体高さ
約 5 50 mm
⑤回転磁界発生用磁石筒 1 56
サマリユウムコバルト磁石 極数 8
⑥外筒 1 30
内径 1 1 Omm， 厚み 3隱， 蓋厚み 5瞧樹脂性
⑦ロータ 1 1 1
外径 1 08mm, 内径 54瞧， 高さ 50瞧 全周テフロンコーティング 最外周 1 1 1 a : 1および 2mm厚の銅円筒 （ 2種類）
磁性体円筒 1 1 1 b ： S S 400及びラミネート電磁鋼板の 2種類 導体バー 1 1 1 c : 4 X 6 mm 銅バー 1 4本 I
エンドリング 1 1 1 d， e ：外径 1 08 mm , 内径 88 mm φ
厚み 1 0隱 銅リング 送液管 148 ：外径 3 Οικηφ, SUS 304管
磁気的ギャップ （g j ： 2. 5瞧または 3. 5瞧
⑧ィンペラ 1 1 2
材質；硬質塩化ビニル 外径 148 mm φ , 羽数 6
⑨上部磁石機構 182
内外側磁石筒とも、 中空円錐形プラスチックマグネット （フェライ ト磁石）
⑩下部磁石機構 183
外側磁石 中空円筒型および円盤型プラスチックマグネット
(フェライ ト磁石） の組み合わせ
内側磁石 中空円筒型プラスチックマグネット （フェライ ト磁石）
⑪ポンプ能力
モータ 3相 220V 2 P 60 H z 入力 2. 5 Kw
出力 揚程 20〜 30m
吐出量 200〜 300 L/min
インペラ回転数 2600 rpm
効率 約 40〜 50 %
実負荷運転：約 5時間連続運転後、 分解検査する。 回転部分と周壁との摺動の痕跡 なく正常。
スラリー混入運転：約 50 //mの SiC粒子を混入。 フィルターを通して吐出液を還流 させる。 約 1時間運転した後、 分解。 ロータおよび外筒の損耗はほとんどなし。
空運転：約 5分間運転後、 分解検査する。 摺動の痕跡なし。 第 3実施形態
図 26には本発明の第三実施形態にかかるポンプが示されており、 前記図 4と対 応する部分には符号 200を加えて示し、 説明を省略する。
本実施形態において特徴的なことは、 スラス ト調整手段 285を設け、 さらにバ ランシング手段 286、 磁石機構 287、 均衡手段 288を備えることである。
図 27にはインペラ 2 1 2の縦断面図が示されており、 スラスト調整装置 28 5 として、 本実施形態においてはインペラ 21 2の主板 2 1 2 a上面に複数枚の排出 翼 2 8 5 aが設けられている。
すなわち、 インペラの主板 2 1 2 aにかかる圧力 F は、 下板 2 1 2 bにかかる圧 力 F 2よりもはるかに大きい。 この差 — F 2 (下軸方向のスラスト） は （吐出圧力 Xインペラ吸引通路 2 2 0の断面積） に略等しいと考えられる。 通常のポンプには スラスト軸受があるが、 本ポンプにはスラスト軸受がないので、 本実施形態におい ては圧力 を減ずる方法として前記排出翼 2 8 5 aを設け、 インペラ 2 1 2上部の 流体を排出している。 排出翼 2 8 5 aの高さは 5 程度が好適である。 また、 主板 2 1 2 aの全周に幅の狭い、 且つ下側に多少湾曲した補助縁 2 8 5 bを設けること によって吐出液がこれに当たり、 インペラ 2 1 2に上向きの力を与える。 一方、 ィ ンペラ下板 2 1 2 bの裏側に補助翼 2 8 5 cを設けると、 液がインペラ下板 2 1 2 b とインペラケーシング 2 1 4 aの間に流入し、 吸引通路 2 2 0へ還流する液の流れ に抵抗し、 下板 2 1 2 b下の圧力減少、 還流液の減少を図ることができる。
次に、 図 2 8 2 9に基づき本実施形態に採用されているバランシング装置 2 8 6について説明する。
図 2 8はバランシング装置 2 8 6の概略を示しており、 図 2 9は X 1 0— Y 1 0断面 図である。
同図において、 バランシング装置 2 8 6は、 ロータ底板 2 1 1 aと、 内底板 2 2 9 aとで構成される。 内底板 2 2 9 aの外径にほぼ等しい外径を有する外抵抗筒 2 8 6 aを該内底板 2 2 9 a底面に設置し、 これと対応させて該外抵抗筒 2 8 6 aよ りもやや外径が小さく、 隙間を形成し得る内抵抗筒 2 8 6 bをロータ底板 2 1 1 a に設置する。 ロータ底板 2 1 1 aをバランシングプレートとして使用するが、 その 中央を貫通する中空の還流パイプ 2 8 6 cを設置し、 ロータ底板 2 1 1 aと内底板 2 2 9 a との間隙に突出させる。 その先端は半球凸部 2 8 6 dとなっており、 イン ペラ 2 1 2が浮き上がりすぎて上面周壁に接触する恐れのあるとき、 この凸部 2 8 6 dを内低板 2 2 9 aに接触させ、 インペラ 2 1 2などの損傷を防止するものであ る。
送液管 2 4 8を介してィンペラ 2 1 2上面に入ってきた圧力の高い吐出液の一部 は、 バランシングプレート 2 1 1 aの下面側に圧力をかけるとともに、 外筒 2 3 0 ロータ 2 1 1、 内筒 2 2 9の隙間を通り、 且つ内外抵抗筒 2 8 6 a 2 8 6 bの隙 間を通ってバランシング装置 2 8 6内に入り、 還流パイプ 2 8 6 cを通ってインべ ラ 2 1 2中央部分に還流する。 吐出液は内部空間 2 8 6 eにいたるまで狭い隙間を 通るので、 相当の流体損失を受けて圧力は低下しており、 インペラ 2 1 2内圧と近 似している。
バランシングプレート 2 1 1 aの下面の圧力を P、内面の圧力を P。とすると、 [ ( P - P 0 ) Xバランシングプレート面積] 力 バランシングプレート 2 1 1 aを上方に 押し上げる力となる。 そして、 この力が [インペラ 2 1 2の吐出圧 X吸引通路の断 面積] の力に等しいか大きければ、 インペラ上下面にかかる力を打ち消すことがで きる。
次に、 磁石機構 2 8 7について、 図 3 0 (A) に基づき説明する。
本実施形態において、 磁石機構 2 8 7は、 内底板 2 2 9 a下面に設置されたドー ナツ型磁石 2 8 7 a (中心点 0ぃ 中心線 φ と、 前記還流パイプ 2 8 6 c上部に 設置されたドーナツ型磁石 2 8 7 b (中心点 0 2， 中心線 φ 2 ) とを含む。 正規状態 での磁石 2 8 7 a， 2 8 7 bの対向面は異極となっている。
そして、 f は垂直方向への外力、 〇 が 0 2に向かって動こうとする力を Fとし、 Fの垂直方向の分力を F iとする。 還流パイプ 2 8 6 c (回転軸） にかかる外力 f は 垂直方向のみで、 上下方向の動きは制限しているが前後左右への拘束力はないもの とすると、 Fの水平方向の分力 （F 2 ) によって φ 1は φ 2と一致するように回転軸 2 8 6 cが動く。 そして、 f が減少し F 1 > f となると、 と 0 2は同軸上に一致 する。 そして、 回転軸 2 8 6 c先端に半球凸部 2 8 6 dをつけておけば、 該回転軸
2 8 6 cは該凸部 2 8 6 dで内底板 2 2 9 aに接触して停止する。
以上の磁石機構 2 8 7をバランシング装置 2 8 6内に取り付ける。 この状態が図
3 0 ( B ) に示されている。
図 3 0 ( B ) において、 内底板 2 2 9 aに円筒 2 8 7 cを取り付け、 その外側に ネジ 2 8 7 dを形成する。 内周にネジ形成された円筒 2 8 7 eにドーナツ状磁石 2 8 7 aを固定し、 該円筒 2 8 7 eを円筒 2 8 7 cにねじ込む。 そして、 還流パイプ 2 8 6 cに固定されたドーナツ状磁石 2 8 7 bと ドーナツ状磁石 2 8 7 aとの間隙 d 2を円筒 2 8 7 eのねじ込み状態により調整する。
インペラ 2 1 2が停止しているときは、 インペラ 2 1 2にかかる下向きのスラス トカ、 バランシング装置 2 8 6による上向きの力は消失する。 そこで、 両磁石 2 8
7 a , 2 8 7 bによる吸引力がギャップ （d 2 ) でも、 回転部分の重量を引き上げる ように磁石の強さ、 回転体 2 1 3の重量を調整する。 この結果、 停止するときは、 前記半球凸部 2 8 6 dの先端で内底板 2 2 9に接触し、 運転時にはスラスト力が働 き、 この接触は離れるようにしておくことができる。 回転体 2 1 3の重量は、 2 .
2 k wポンプ程度では約 2 k g程度であるから、 磁石選択は容易である。
次に、 均衡装置 2 8 8について図 3 1に基づき説明する。
図 3 1より明らかなように、 均衡装置 2 8 8は、 インペラ主板 2 1 2 a上面周縁 に設けられ、 外径がほぼインペラ 2 1 2と同等で、 高さの低い中空円筒状凸部 2 8
8 aと、 底板 2 5 1に設けられ前記凸部 2 8 8 aに対向する円筒状溝 2 8 8 bとを 有する。
そして、 円筒状凸部 2 8 8 aと溝 2 8 8 bとは隙間 d 3をおいて配置され、 正常駆 動時にはこの隙間 d 3を通ってインペラ 2 1 2よりの吐出液はインペラ上面の空間に 進入し、 インペラ主板 2 1 2 aとバランシングプレート 2 1 1 aに圧力をかけるが、 この液は還流パイプ 2 8 6 cを通って還流されるので内部空間 2 8 6 eへの流入量 が減少すると、 この部分の液圧も減少し、 バランシングプレート 2 1 1 aの上下面 にかかる圧力差も減少し、 回転部分を上方に押し上げる力も減少する。
このように、 運転時に回転部分を上方に押し上げる力が強すぎて還流パイプ 2 8 6 c先端の凸部 2 8 6 dが内底面 2 3 8 aに接触するような場合には、 d 3が狭くな り空間 2 8 6 eへの流入量が減少し、 押し上げ力を減少させる。 この結果、 バラン シングプ I /一ト 2 1 1 aの上下面の圧力差およびィンペラ 2 1 2へのスラストカは 減少し、 ィンペラ 2 1 は均衡の取れた位置で回転するようになる。
いずれの場合も、 d 2 < d 3となるようにしておく力 ( d 3 - d 2 ) の差が圧力に 対応するように d 3の値を選定する。
次に、 本実施形態におけるインペラ 2 1 2にかかるラジアル力について説明する。 インペラ 2 1 2のラジアル推力 Τ γは、 [ 1— (QZQJ 2] に比例する。
ここで、 Q nは正規の吐出量、 Qは実吐出量である。
このため、 一般に吐出弁を閉にしたとき、 Qはゼロとなり、 T yは最大となる。 従って、 ラジアル推力による振れを無く し、 回転体と周壁との摺動を防止するた めには、 たとえば吐出弁と吸入弁とを機械的または電気的に連動させ、 Q_ Qnを略 1に保つか、 吐出弁の開度または流量計の信号によりモータの回転数を変化させ、 Q nを調整することが好適である。
図 32は非磁性円筒と回転磁界装置間の電磁的反発力を示すグラフである。 回転 磁界 （または進行磁界） 中における非磁性体の挙動は、 その回転磁界と導体の構成 による磁気的レイノルズ数 （Rm) とスリップ （S) の積が Rm · S > 1になると き、 導体は回転磁界より反発力 （RF) を受け、 Rm■ Sく 1となるときは吸引力
(F) を受ける。 ポンプが駆動するときは S= 1で、 反発力は最大 （約 1 50%) である。 この反発力によってロータ 2 1 1とロータ収納室 228の間に隙間が生じ ると、 ここに液が進入していればロータ 2 1 2の回転に伴い液膜による楔効果が增 大する。
本変形例の具体的諸元を以下に示す。
①外筒 230
約 4 厚の樹脂円筒 外側に深さ約 0. 5師の溝をつけ、 これを 0. 5瞧厚 の S U S 304でカバーする。
②内筒 229
約 3 mm厚の樹脂円筒、 底厚約 5 mm
③外側磁石筒 256の磁石
雄ネジ磁石 8個
④内側磁石筒 255の磁石
雄ネジ磁石 8個
⑤ロータ 21 1
3 厚のアルミニウム円筒、 内外をガラスコーティング、 底はバランシング プレートを構成する。
⑥磁気的ギャップ
約 1 7 mm
⑦ィンペラ 21 2
材質；アタリル樹脂 外径 148瞧 <ί>
磁石機構内蔵のバランシング装置取り付け ⑧駆動モータ
AC 220V、 3相 2 P、 2. 2Kw、 インバータ制御
⑨ポンプ能力
モータ 3相 220V 2 P 入力 2. 2 Kw インバータ制御
出力 揚程約 30m
吐出量 25 OL/min
効率 約 50 %
テス トの結果、 ロータの流体損失はその外周速度の 2. 5乗、 長さの 1乗に略比 例して発生する。 一方、 ロータが一次側から受ける反発力、 回転力はその対応面積 に略比例する。 この事から一次の内径は小さく、 長さを長くする。 従って、 ロータ もこれに対応させると効率が高いことが判明した。 第 4実施形態
次に、 図 33に基づき本発明の第 4実施形態について説明する。 なお、 図 34, 35， 36はそれぞれ、 X„— い X12-Y12, Χ13— Υ13の断面図である。 また、 前記第 1実施形態と対応する部分には符号 300を加えて示し、 説明を省略 する。
本実施形態において、 外筒 330の下端外側はフランジにてインペラケーシング 部 3 14 aに接続する。 また、 内筒 329の下部は、 内底板 329 aよりさらに下 まで伸長しており、 外抵抗筒 386 aを形成する。 内外筒の間隙に非磁性電気良導 体の適正な厚み （3〜4瞧） の中空円筒のロータ 3 1 1が配置され、 このロータ 3 1 1がこの間隙で自由に回転可能になっている。 ロータ 3 1 1と内外筒の隙間は約 1瞻とし、 ロータ下端はインペラ主板 3 1 2 aに固定する。 なお、 接液部は必要に 応じて耐蝕、 耐摩耗材料にてコーティングしておく。
前述したように、 液中で円筒を回転させるとき、 その液体損失は略円筒の周縁速 度の 2. 5乗と長さ （高さ） の積に比例する。 本ポンプのロータは液中で回転させ るので、 この損失を無視することはできない。 特に移送液の粘度が高い場合には損 失が大きい。 一方、 ロータ表面積は回転力発生に大きく影響するため、 ロータ径を 小さくした場合にはその長さを大きくする必要がある。 そこで、 ロータの接液部分を減少させ、 粘性の極めて低い気体、 たとえば空気と 接する部分を大きくすることにより、 ロータの発生トルクにはほとんど影響を与え ず、 流体損失を減少させることができる。
本実施形態において、 ロータ抵抗低減機構 3 8 9はロータ 3 1 1中央位置に対応 する外筒 3 3 0に穴を設け、 そこに設置された小さな空気溜 3 8 9 aを有する。 この 空気溜 3 8 9 aの中に流体検出器の検出端 3 8 9 bを設置する。 空気溜 3 8 9 aよ りパイプ 3 8 9 cを出し、 開閉弁 3 8 9 dを介して圧縮エアー元に接続する。 空気 溜 3 8 9 aより下の位置のロータ 3 1 1の周囲に複数個の適当な大きさの穴 （ロー タ流入孔） 3 8 9 eが形成されており、 外筒 3 3 0側から入ってきた液は、 ロータ 流入孔 3 8 9 eよりロータ 3 1 1内側に流入し、 その液はロータ収納室 3 2 8内の 空気を上側に圧縮していき、 ロータ 3 1 1の上部分が空気との接触部分に置き換え られる。 この空気との接触部分の長さを調整するために圧縮エア一の注入量を調整 する。 小容量のポンプでロータ 3 1 1の外径、 高さが小さい場合など、 流体損失が 小さい場合、 また、 液体の粘性が低い場合にも、 このような低減機構 3 8 9は必要 ない場合もあるが、 ポンプ容量が大きい場合、 あるいは移送液の粘性が高い場合に はきわめて有効に作用する。
なお、 本実施形態において、 ロータ収納室 3 2 8内に空気を供給するため、 吐出 液中に該空気泡が混入する可能性がある。
このため、 吐出液の配管 3 4 5に空気トラップ 3 8 9 f を設け、 その内部に液検 出器 3 8 9 gを設置し、 且つ空気トラップ 3 8 9 f に排出パイプ 3 8 9 hを連結し て開閉弁 3 8 9 iの操作により空気トラップ 3 8 9 f 中の空気を適宜排出する。 こ れらの検出器 3 8 9 gの信号に基づき、 開閉弁 3 8 9 iを制御することができる。 また、 インペラ主板 3 1 2 aには下向きの圧力 がかかり、 これを減じるため本 実施形態においては内底板 3 2 9 aに外抵抗筒 3 8 6 aを設置し、 インペラ主板 3 1 2 aの周縁に第 1補助翼 3 8 6 f 、 また外抵抗筒 3 8 6 aのわずかに内側に第 2 補助翼 3 8 6 gを設置している。 これらの補助翼 3 8 6 f , gは、 図 3 5に示され るように、 回転時、 内側の液を外側に押し出すような働きを行う。 し力 し、 外側 部分の圧力が高いので、 補助翼 3 8 6 f ， gの作用に抗して液体は内側に進入して くるが、 その流体抵抗は極めて高く、 流入量も制限され、 且つ圧力も低下する。 V 3 部分に進入した液は、 インペラ 3 1 2中央に立設された還流パイプ 3 8 6 cを介し てインペラ 3 1 2内に流出する。 通常、 V 3部分の圧力 P 3はインペラ中央部の圧力 P 4よりも高いことによる。 この流出によって、 V 3部分の圧力 P 3は 部分の圧力 P jに比較し、 かなり低くなる。
また、 本実施形態において、 インペラ下板 3 1 2 bとインペラケーシング部 3 1 4 aの間隙 （V 2) の圧力を低下させないようにする必要がある。 すなわち、 駆動時 にはインペラ 3 1 2とインペラケーシング部 3 1 4 aとの間は接触しないようにし なければならないが、 一方でその隙間を通って吐出側の液は吸引通路 3 2 0側に還 流される。 この還流量が多いと吐出口 3 2 5部分の間隙 V 部分の吐出圧力 P iおよ び間隙 V 2部分の圧力 P 2が低下し、 インペラ 3 1 2を押し上げる力も減少する。 そこで、 インペラ 3 1 2の吸引通路 3 2 0に第 3補助翼 3 8 6 hを取り付け、 液 を内側から外側に押し出すようにする。 この場合、 間隙 V 2部分の圧力 P 2は高いの で、 液はこの第 3補助翼 3 8 6 hを通過し、 狭い間隙を通って吸引口 3 2 4に還流 される力、 流体抵抗が大きいのでその量は大きく制限される。 これによつてインべ ラ 3 1 2からの吐出量は正規の量が維持され、 且つ間隙 V 2部分の圧力低下も防止す ることができ、 インペラ 3 1 2を押し上げる力を維持できる。
図 3 7には本実施形態の変形例が示されている。
すなわち、 インペラ主板 3 1 2 aの面積を減少させることにより、 インペラ主板 3 1 2 a上面にかかる圧力を減少させることができる。 このために図 3 7ではイン ペラ主板 3 1 2 aの中央に直径 Dの円形開口 3 9 0 a (インペラ中央口） を設ける。 この直径 Dはインペラ吸引通路 3 2 0の外径と同じか、 あるいは少し大きく してお くことが好適である。 中央口 3 9 0 aの中に内底板 3 2 9 aより垂下する還流パイ プ 3 8 6 cに支持された円板 3 9 0 b (均圧板） を配置し、 この外径を前記直径 D より少し小さくして隙間 dを持たせておく。
還流パイプ 3 8 6 cの下端は均圧板 3 9 0 bを貫通し、 ィンペラ 3 1 2内部まで 伸長する。 上端付近には複数個の流入孔 3 8 6 iを設け、 インペラ 3 1 2内部には 複数個の流出口 3 8 6 jを設けておく。
この結果、 均圧板 3 9 0 bは内底板 3 2 9 aに連結しているので、 この上面にか かる圧力はインペラ 3 1 2を押し下げる力にはならない。 従って、 インペラ主板 3 1 2 aとインペラ下板 3 1 2 bの面積を略同じになるようにすれば、 インペラ 3 1 2の上下面にかかる力は均衡し、 さらに補助翼 3 8 6 i， g， hなどにより間隙 V 3 内の圧力が減少するためインペラ 3 1 2は浮力を得る。
なお、 インペラ 3 1 2上部の空間 V 3に流入した液は、 流入孔 3 8 6 i、 還流パイ プ 3 8 6 c、 流出孔 3 8 6 j を介してインペラ 3 1 2内に還流される。 また、 吸引 通路 3 2 0内に支持バー 3 8 6 kを設け、 該支持バー 3 8 6 k中央あるいは還流パ ィプ 3 8 6 c下端に半球凸部 3 8 6 dを設置し、 インペラ 3 1 2が浮き上がつたと きに周壁に接触することを防止している。 .
次に、 本実施形態の磁石機構 3 8 3について、 図 3 8〜4 1に基づき説明する。 固定側ドーナツ型磁石 3 8 3 c， 可動側ドーナツ型磁石 3 8 3 bの対向面は同極 で互いに反発する。 両者の中心線 は一応あわせておき、 磁石 3 8 3 bの内径、 外 径は、 それぞれ磁石 3 8 3 cの内径、 外径より小さく しておく。 すなわち、 両磁石 3 8 3 c， 3 8 3 bの各磁石部分の中心線 φ 1， φ 2は、 φ 2が φ 1の内側に位置 する。 磁石 3 8 3 bを力 Fで押し、 磁石 3 8 3 cに近接させると、 両者の反発力は 次第に増大するが、 図 3 8のように両者の距離 が適当に大きいと反発力は a， b のようになり、 磁石 3 8 3 bは力 f 1で斜め中央上方に動こうとして、 正常状態に復 元する。
し力、し、 この磁石機構では、 両者をさらに近づけてその距離 d 2が次第に狭くなる と、 反発力は図 3 9の a ' ， b ' のようになり、 ついにはその先端の 1点 Pで反発 しあう状態になる。 この状態で両者の先端が少しでもずれると、 磁石 3 8 3 bはず れた方向 （i 2， f 3 ) に動こうとする。
このため、 図 4 0に示すように固定側磁石 3 8 3 cと可動側磁石 3 8 3 bの対応 面を斜めにしておくと、 可動側磁石 3 8 3 bの反発力 f 4は常に内側を向き、 挙動の 安定度が上昇する。
また、 図 4 1は磁石機構 3 8 3を吸引通路 3 2 0下端に設置した状態の断面図で ある。 図 4 1において、 固定側磁石 3 8 3 cの外径は可動側磁石 3 8 3 bの外径よ り大きく、 且つ両者の間隔 d 3を開けておけば、 可動型磁石 3 8 3 bの動く方向は内 側 ί 5となり、 固定側磁石 3 8 3 cとの対応から外れる危険性は少なレ、。 また、 可動 側磁石 3 8 3 bに適当な垂直外力ないし回転が与えられると、 その位置関係は安定 する。 なお、 磁石機構 3 8 3はインペラ 3 1 2停止時に回転体 3 1 3の重量のみを 支える反発力があればよく、 回転体 3 1 3を軽量にしておけばそれほど大きな反発 力である必要はない。 この結果、 空運転時にもインペラ 3 1 2が周壁と接触するこ とがなくなる。
以下に、 本実施形態の諸元を示す。
①外筒 3 3 0
約 1 mm厚の S U S 304円筒
②内筒 3 2 9
約 ]. 厚の SUS 304円筒、 底厚約 2 mm
③外側磁石筒 3 56の磁石
雄ネジ磁石 6個
④内側磁石筒 3 5 5の磁石
雄ネジ磁石 6個
⑤ロータ 3 1 1
4mm厚のアルミニウム円筒、 内外をガラスコーティング
⑥磁気的ギャップ
約 1 1 mm
⑦ィンペラ 3 1 2
材質；アクリル樹脂 外径 148 φ
磁石機構取り付け
⑧駆動モータ
AC 2 20 V, 3相 2 P 1. 5Kw、 インバータ制御
回転数検出装置、 変位測定装置取り付け
⑨使用液
水 容量約 200 L/min、 揚程約 20 m、 ポンプ効率約 50 %
⑩回転体 3 1 3とインペラケーシング 3 1 4 aとの隙間
停止時約 1 運転時約 2 3
運転、 空運転、 停止時ともに接触なし。 第 5実施形態
次に、 図 4 2に基づき本発明の第 5実施形態について説明する。 なお、 前記第 1 実施形態と対応する部分には符号 4 0 0を加えて示し、 説明を省略する。
本実施形態において、 外筒 4 3 0の下端外側はフランジにてインペラケーシング 部 4 1 4 aに接続する。 また、 内筒 4 2 9の下部は、 内底板 4 2 9 aよりさらに下 まで伸長しており、 外抵抗筒 4 8 6 aを形成する。 内外筒の間隙に非磁性電気良導 体の適正な厚み （3〜4 mm) の中空円筒のロータ 4 1 1が配置され、 このロータ 4 1 1がこの間隙で自由に回転可能になっている。 ロータ 4 1 1と内外筒の隙間は約 2 mmとし、 ロータ 4 1 1下端はインペラ主板 4 1 2 aに固定する。 なお、 接液部は 必要に応じて耐蝕、 耐摩耗材料にてコーティングしておく。
外筒 4 3 0下部の径は、 上辺よりも大きく してあり、 ロータ 4 1 1とインペラ主 板 4 1 2 aの連結個所の少し上の位置のロータ外周にリング状の補助翼 4 9 1 aが 設置され、 この補助翼 4 9 1 aと対応して外筒 4 3 0内側に対応リング 4 9 1 が 設置されている。 該補助翼 4 9 1 aと対応リング 4 9 1 bの詳細が図 4 3， 4 4に 示されている。 同図より明らかなように、 補助翼 4 9 1 aには複数の小さな翼 4 9 1 cが刻み込まれており、対応リング 4 9 1 bにも複数の凹凸 4 9 1 dが形成され、 翼 4 9 1 cと凹凸 4 9 1 dは隙間 gにて対向している。
そして、 インペラ吐出通路 4 2 1から吐出されてきた移送液は、 この隙間 gを通 つて、 インペラ主板 4 1 2 aと内底板 4 2 9 aとの間隙で形成される空間 V 2に流れ 込む。 補助翼 4 9 1 aが回転しているときには、 隙間 gには乱流が起こり、 流体抵 抗が増大し、 空間 V 2への移送液流入量が制限される。 この時、 翼 4 9 1 cと凹凸 4 9 1 dの対応面の長さが大きいほど、 すなわち、 対応面積の大きいほど空間 V 2への 流入量が制限される。 図 4 5〜4 7はインペラ 4 1 2の上昇、 下降により補助冀 4 9 1 aと対応リング 4 9 1 bとの対向長さの変化を示す図である。 図 4 5を標準状 態における対応位置とし、 その対応長さを L。とする。 図 4 6に示すようにインペラ 4 1 2が上昇したときの対応長さ は、 L。に比較し短くなるため、 流体抵抗が低 下し、 空間 V 2への移送液流入量が増加し、 インペラ 4 1 2を押し下げる方向に作用 する。 一方、 図 4 7に示すように、 インペラ 4 1 2が下降した場合には、 対応長さ L 2が長くなり、 空間 V 2への移送液流入量が減少し、 インペラ 4 1 2を押し下げる 方向に作用する。 この結果、 回転体 4 1 3は常に一定位置に保持されることとなる。 また、 液中におけるインペラ 4 1 2は、 主板 4 1 2 aと下板 4 1 2 bにかかる圧 力差によって上昇、 下降する。 このため、 両者の圧力差の変化を一定範囲内とする ことで、 インペラ 4 1 2の上昇、 下降を一定範囲内に収め、 周壁と接触しないよう にすることが可能である。 インペラ吸引通路 4 2 0の外周には、 補助翼 4 9 1 cと 同形の第二補助翼 4 9 1 eが設けられており、 これによつて吸引通路 4 2 0 へ還流 される流れは大きく抑制され、 インペラ下板 4 1 2 bにかかる圧力を略一定にする ことができる。 このように、 主板 4 1 2 aにかかる圧力、 すなわち主として空間 V 2 内の圧力を調整すれば、 インペラ 4 1 2の上下の変動を一定範囲内に抑制可能であ る。 すなわち、 インペラ 4 1 2が下がりすぎる場合には、 空間 V 2内の圧力が大きく なりすぎてィンペラ 4 1 2を下方に押し下げる力が大きくなりすぎていると考えら れ、 空間 V 2内に進入する液量を減少させ、 主板 4 1 2 aと均圧板 4 9 0 bとの間隙 よりィンペラ内に液を還流させて空間 V 2内の圧力を下げるようにする。 空間 V 2内 の圧力が高くなると還流量も増加し、 圧力の減少は速やかに達成される。 逆に V 2内 の圧力が低下するとインペラは上昇する。 その時には空間 V 2内への液の流入量を増 加させて圧力を高める。 前記補助翼 4 9 1 aと対応リング 4 9 1 bはこの調整を行 うものである。
また、 補助翼 4 9 1 aと対応リング 4 9 1 bはその隙間の液による楔効果によつ てロータ収納室 4 2 8とロータ 4 1 1との接触を防止する作用も果たす。 ポンプ内 の液を一度抜くと、 ロータ収納室 4 2 8の上部にエアーが溜まり、 起動時にこの空 気溜のため、 空間 V 2部分の圧力が低下してインペラ 4 1 2が過浮上する可能性があ るためである。
また、 本実施形態にかかるポンプの吸入口 4 2 4には整流機構 4 9 2が設けられ ている。 すなわち、 吸入口 4 2 4と給液用連結管 4 9 3を連結する際、 連結管 4 9 3の湾曲部とインペラ 4 1 2の距離が短いと、 湾曲部で発生した流速 F WA , F W Bの差がそのままインペラ 4 1 2に影響を与え、 インペラ 4 1 2が傾く可能性があ る。 そこで、 本実施形態においては、 整流機構 4 9 2を設けている。 整流機構 4 9 2としては目の荒い網、 あるいはパンチングプレートを、 間をあけて 2 〜 3枚配置 することが好適である。 また、 チューブを管内に流れ方向にそって挿入するなどの 方法もある。
また、 本実施形態において、 ポンプを停止させる際、 単に電源を切ると、 インぺ ラ 4 1 2が低速になるに従い、 揺動を生じる場合がある。 停止時に逆転制動、 ある いはブレーキにより瞬時に停止させるとインペラは停止状態で軟着床し、 揺動はほ とんど生じない。
また、 図 4 9は本実施形態の変形例として、 本ポンプに圧力調整機構 4 9 4を設 置したものを示しており、 その要部が図 5 0に拡大して示されている。
すなわち、 図 5 0において、 圧力調整機構 4 9 4は、 圧力調整管 4 9 4 aと、 圧 力検出器の検出へッド 4 9 4 bと、 開閉弁 4 9 4 c , dを含む。 そして、 圧力調整 管 4 9 4 aの上端に固定してある取付フランジ 4 9 4 eをネジにて内底板 4 2 9 a に固定し、 均圧板 4 9 0 bの中央、 インペラ 4 1 2中央を貫通し連結管 4 9 3側壁 から管外に導出する。 均圧板 4 9 0 bの外径はインペラ吸引通路 4 2 0の内径より も小さいので、 調整管 4 9 4 aを接続したままでインペラ 4 1 2は上部に引き出す ことができる。 調整管 4 9 4 a内には細管 4 9 4 f が挿入されており、 上部にて V 2 中の液の取出孔 4 9 4 gを開口している。 また、 細管 4 9 4 ίは、 連結管 4 9 3外 にて分岐させ、 液溜 4 9 4 hに連通する。 インペラケーシング部 4 1 4 a内 （V j より導入管 4 9 4 iを引き出し、 また連結管 4 9 3からも帰還管 4 9 4 j を引き出 し、 それぞれ開閉弁 4 9 4 c， dを経て調整管 4 9 4 aと連結する。 インペラケー シング部 4 1 4 a内面に凹部を設け、 その中に圧力検出へッド 4 9 4 bを設置し、 また液溜 4 9 4 h内の中にはへッド 4 9 4 kを設置する。 検出へッド 4 9 4 bは の圧力 を、ヘッド 4 9 4 kは V 2の圧力 P 2を検出することができる。 これらの弁、 検出へッドの出力は、 コントローラ 4 9 4 1に接続されている。
以上のように構成された圧力調整機構 4 9 4は、 コントローラ 4 9 4 1力 ( Ρ , - Ρ 2 ) と許容値 S Pを比較し、 Ρ — Ρ 2《 δ Ρのときは Ρ 2を増大させるため、 開閉 弁 4 9 4 dを閉じ、 開閉弁 4 9 4 cを開にして より調整管 4 9 4 aを介して V 2 に液を供給する。 また、 — Ρ 2》 δ Pのときは P 2を減少させるため、 開閉弁 4 9 4 dを開け、 開閉弁 4 9 4 cを閉にして液を V 2より調整管 4 9 4 aを介して吸引 口 4 2 4に還流させる。 これらの開閉弁 4 9 4 c , dの制御は検出ヘッド 4 9 4 b， kの検出結果に基づき、 コントローラ 4 9 4 1が自動的に う。 本変形例にかかる 圧力調整機構 4 9 4はインペラ 4 1 2の安定にきわめて有効であり、 単独で、 ある いは前記補助翼機構などと協動して用いることができる。
なお、 本実施形態にかかる竪型ポンプの具体的諸元は以下の通りである。
①外筒 4 3 0、 内筒 4 2 9
約 3 mm厚の樹脂円筒、 底厚約 5 mm
②外側磁石筒 4 5 6の磁石
雄ネジ磁石 6個
③内側磁石筒 4 5 5の磁石
雄ネジ磁石 6個
④ロータ 4 1 1
4隱厚の硬質アルマイ ト化したアルミニウム円筒、 内外をガラスコーティン グ
磁気的ギヤップ：約 1 6 mm
⑤ィンペラ 4 1 2
材質；アタリル樹脂 外径 1 2 5議 φ
磁石機構取り付け
⑥駆動モータ
A C 2 2 0 V、 3相 2 P、 2 . 2 Kw、 ブレーキ付き
回転数検出装置、 変位測定装置取り付け
⑦使用液
水 容量約 2 5 0 L/min、 揚程約 2 2 m、 ポンプ効率約 5 0 %
⑧回転体 4 1 3とインペラケーシング 4 1 4 aとの隙間
停止時約 1 瞧、 運転時約 2 ~ 3 mm
運転、 空運転、 停止時ともに接触なし。 前記実施形態については、 具体的数字を用いて説明したが、 本発明はこれらに限 られるものではなく、 さらには諸元、 寸法などを変更することも可能である。
以上説明したように本発明にかかる竪型ポンプにおいては、 ィンペラと筒状ロー タとを含む回転体が、 外側ケーシングに非接触状態で回転駆動されるので、 メンテ リーで運転が可能となる。 従って、 従来の軸受式ポンプのように摺動部分 から異物が移送液中に侵入しないので、 微細片の混入を特に嫌うバイォ関係のボン プゃ純水用のポンプとして特に有効である。
また、 清浄液供給手段によって供給される清浄液は、 移送液と同一または移送液 に混合しても支障のない液を別にポンプなどで供給するようにしてもよい。
また、 筒状ロータに磁性円筒を配置した場合には、 磁気的特性が向上し、 良導体 のみからなる筒状ロータに比較し、 より大きな回転力を筒状ロータに与えることが できる。
そして、 磁性円筒の断面重心の上下方向位置が、 外側回転磁界発生手段および内 側回転磁界発生手段の向かい合ってラップする部分の上下方向中心位置より下位置 にあるので、 筒状ロータが回転駆動されると、 該筒状ロータを含む回転体が浮上し、 負荷状態および無負荷状態に関係なく、 回転体を外側ケーシング内で浮上させた状 態で回転させることができる。 従って、 竪型ポンプとした場合に落下しょうとする 回転体の重量を打ち消して回転体を液中に浮上させることができ、 異常摩耗や不慮 の事故の発生を防止できる。
特に外側回転磁界発生手段および内側回転磁界発生手段のそれぞれの磁極を形成 するコアの上下方向の長さは同一で、 且つ同一高さ位置にあるので、 効率的に回転 磁界を発生させることができる。
そして、 磁極を形成するコアと磁性円筒との上下方向の長さは等しく、 磁性円筒 は筒状ロータの上から同心状に埋め込まれ、 磁性円筒が筒状ロータの肉厚方向中心 位置にあるので、筒状ロータと内筒および外筒の距離が適正に保たれた状態となり、 効率的に回転体を浮上させることができる。
また、 筒状ロータのロータ収納室の上部から清浄液供給手段によつて清浄液を供 給するようにすると、 ロータ収納室内にスラッジなどの不純物が侵入することがな く、 筒状ロータ、 内筒および外筒の摩耗が極めて少ない。 この結果、 長期の寿命を 有する竪型ポンプとなる。
また、 清浄液供給手段が、 吐出口から吐出する移送液を濾過するフィルタを備え ると、 濾過された移送液が使用されるので、 特別な液やポンプを必要としない。 さらに、 回転磁界発生手段を、 交流電流を流すことによって回転磁界を発生する、 対向配置された内ステータと外ステータから構成すると、 回転体以外の回転部分が なくなり、 しかも回転体には軸受ゃシール部材を使用していないので、 より長寿命 を有する竪型ポンプを提供である。
また、 内ステータと外ステータを絶縁性液体によって冷却する冷却槽を設けると ともに、 該冷却槽には該絶縁性液体を冷却する冷却手段が設けられているので、 內 部で発生する熱を外部に逃すことができ、 より小型の竪型ポンプを提供することが できる。
また、 内ステータを冷却する冷却手段に、 絶縁性液体のクーラと循環ポンプを備 えることで、 さらに内ステータの冷却が効率的に行える。
また、 回転磁界発生手段を、 モータによって回転駆動する磁石および磁石から構 成することで、 一般的なモ一タを用いて長寿命を有するマグネットポンプを提供す ることが可能となる。
また、 インペラ室を形成するインペラケーシング部を取り外し可能とすることで、 インペラおよび筒状ロータから回転体が取り出せるので、 掃除や点検が容易となる。 また、 インペラの上部に第 1の環状磁石を設け、 インペラの上部が向かい合う内 筒の内底板下部に、 第 1の環状磁石に反発する第 2の環状磁石を設けることで、 ィ ンペラと内底板との接触を防止することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 軸心を垂直にして配置されたインペラ、 および該インペラの上部に軸心を合 わせて固着され、 主要部分が良導体からなる筒状ロータを有する回転体と、
前記回転体を、 隙間を有して回転自在に収納するケーシングと、
前記筒状ロータに対向し、 該筒状ロータに回転力を付与する回転磁界発生手 段と、
を備えたことを特徴とする竪型ポンプ。
2 . 請求項 1記載のポンプにおいて、 ケーシングは、
下部中央に吸引口を、 側部に吐出口をそれぞれ有し、 前記インペラが収納さ れるインペラ室と、
それぞれ非磁性で高電気抵抗の材料からなる内筒、 外筒並びにこれらの上部 を閉塞する蓋部を備え、 内筒と外筒の間に前記筒状ロータが隙間を有して回転自在 に配置され、 前記ィンペラ室の上部に一体的に連設されたロータ収納室と、 を備えることを特徴とする竪型ポンプ。
3 . 請求項 2記載のポンプにおいて、 回転磁界発生手段は、 前記外筒の外側及び 内筒の内側にそれぞれ対抗して配置され、 前記筒状ロータに回転力を与える内側回 転磁界発生手段及び外側回転磁界発生手段とを備えることを特徴とする竪型ポンプ。
4 . 請求項 1〜 3のいずれかに記載のポンプにおいて、 筒状ロータには、 磁性円 筒が同心状に配置され、 該筒状ロータが停止した状態の磁性円筒の断面重心の上下 方向位置が、 前記回転磁界発生手段の上下方向中心位置にあって、 前記筒状ロータ が回転駆動される、 該筒状口一タを含む前記回転体が浮上することを特徴とする竪 型ポンプ。
5 . 請求項 3記載のポンプにおいて、 前記外側回転磁界発生手段及び内側回転磁 界発生手段のそれぞれの極性を形成するコアの上下方向の長さは同一で、 且つ同一 高さ位置にあって、 該コアと前記磁性円筒との上下方向の長さは等しく、
前記磁性円筒は前記筒状ロータの上から同心状に埋め込まれ、 該磁性円筒が 該筒状ロータの肉厚方向中心位置にあることを特徴とする竪型ポンプ。
6 . 請求項 1〜 5のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記ロータ収納室の上部 位置に導入孔を有する清浄液供給手段を有し、 前記ロータ収納室内の上部から清浄 液を供給することを特徴とする竪型ポンプ。
7 . 請求項 1〜6のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記清浄液供給手段は、 前記外側ケーシングの吐出口から排出される移送液を濾過するフィルタを備え、 前 記ロータ収納室の上部に、 該フィルタで濾過された前記移送液を供給する竪型ボン プ。
8 . 請求項 1 ~ 7のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記内側回転磁界発生手 段及び外側回転磁界発生手段が、 交流電流を流すことによって回転磁界を発生する 内ステータと外ステータからなることを特徴とする竪型ポンプ。
9 . 請求項 8記載のポンプにおいて、 内ステータと外ステータを絶縁性液体によ つて冷却する冷却槽が設けられているとともに、 該冷却層には該絶縁性液体を冷却 する冷却手段が設けられていることを特徴とする竪型ポンプ。
1 0 . 請求項 9記載のポンプにおいて、 前記内ステータを冷却する冷却手段は、 前 記絶縁性液体のクーラと循環ポンプとを有することを特徴とする竪型ポンプ。
1 1 . 請求項 1〜1 0記載のポンプにおいて、 前記内側回転磁界発生手段及び外側 回転磁界発生手段が、 モータによつて回転駆動される内側磁石及び外側磁石からな り、 該モータを回転させることにより前記筒状ロータに回転力を付与する竪型ボン プ。
1 2 . 請求項 1〜1 1のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記ロータ収納室には 支持架台によって支持される底板が設けられ、 該底板に前記インペラを下から覆つ て前記ィンペラ室を形成するィンペラケーシング部がかぶさった状態で取り付けら れていることを特徴とする竪型ポンプ。
1 3 . 請求項 1〜 1 2のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記インペラ上部には 第一の環状磁石が設けられ、 該ィンペラの上部が向かい合う前記内筒の内底板の下 部には、 前記第 1の環状磁石に反発する第 2の環状磁石が設けられていることを特 徴とする竪型ポンプ。
1 4 . 請求項 1〜1 3のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記インペラ下部の吸 引通路周囲に設置された可動環状磁石と、 該環状磁石と向かい合うインペラケーシ ング部に設置された固定環状磁石とを含み、 可動環状磁石と固定環状磁石はその対 向面で反発することを特徴とする竪型ポンプ。
1 5 . 請求項 1〜 1 4のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記ィンペラ主板上面 には、 ィンペラの回転によってィンペラ上部の液を外側へ押し出すように形成され た補助翼が形成されていることを特徴とする竪型ポンプ。
1. 6 . 請求項 1〜1 5のいずれかに記載のポンプにおいて、 前記ロータ収納室下面 には、 下方に突出した抵抗筒が形成されていることを特徴とする竪型ポンプ。
1 7 . 請求項 1〜1 6のいずれかに記載のポンプにおいて、 インペラ主板はその回 転軸を中心とした開口を有し、 ロータ収納室下面から垂下した均圧板が該開口に配 置されることを特徴とする竪型ポンプ。
1 8 . 請求項 1〜 1 7のいずれかに記載のポンプにおいて、 回転体より円周方向に 張り出した可動側補助翼と、 ケーシング側より内側に張り出した固定側補助翼とを 有し、 インペラの上下動により可動側補助翼と固定側補助翼の対向部分面積が変化 し、 インペラが上方に移動した場合には前記対向部分面積が減少しインペラ上部へ の液の移行量が増加し、 ィンペラが下方に移動した場合には前記対向部分面積が増 加しィンペラ上部への液の移行量が減少することを特徴とする竪型ポンプ。
1 9 . 請求項 1〜 1 8のいずれかに記載のポンプにおいて、 インペラ上部の液圧力 を検出する上部圧センサと、 インペラ下部とィンペラケーシング部の間の液圧力を 検出する下部圧センサと、 前記上部圧 P iと下部圧 P 2の差 （P i— P 2) が既定値 δ Ρよりも大きくなつた場合にインペラ上部液を排出し、 差 （P t— P j が既定値 δ Ρよりも小さくなつた場合にインペラ上部へ液を送給する圧調整管と、 前記圧調整 管による排出、 送給を制御するコントローラとを有することを特徴とする竪型ボン プ。
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