WO2016158172A1

WO2016158172A1 - 遠心式ポンプ装置

Info

Publication number: WO2016158172A1
Application number: PCT/JP2016/056377
Authority: WO
Inventors: 山田　裕之; 顕杉浦
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-10-06

Abstract

　ハウジング（２）は、隔壁（６）で仕切られたモータ室（８）およびポンプ室（７）を含む。インペラ（１０）は、ポンプ室（７）内において隔壁（６）に交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送る。駆動部（９）は、モータ室（８）内に設けられ、隔壁（６）を介してインペラ（１０）を回転駆動させる。複数の永久磁石（１７）は、隔壁（６）に沿うインペラ（１０）の一方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。駆動部（９）は、複数の永久磁石（１７）にそれぞれ対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の空芯コイル（２０）を含む。ポンプ室（７）の内壁に動圧溝（２２）が形成され、隔壁（６）に動圧溝（２１）が形成され、インペラ（１０）の外周面に動圧溝（６１，６２）が形成されている。このようにして、汚染防止と効率や性能の低下の防止とを両立する遠心式ポンプ装置を提供することができる。

Description

遠心式ポンプ装置

　この発明は遠心式ポンプ装置に関し、特に、回転時の遠心力によって液体を送るインペラを備えた遠心式ポンプ装置に関する。

　近年、隔壁によってモータ駆動室とロータ室とに分離した構造のキャンドモータが多く用いられている。このようなモータは、たとえば、粉塵をきらう環境下で使用される半導体製造ラインの純水輸送用ポンプや、生体液を輸送するポンプに使用されている。

　特開２０１０－２６１３９４号公報（特許文献１）には、流体動圧軸受によるインペラの非接触浮上と、キャンドモータ構造を特徴とするアキシアルギャップ型の遠心式ポンプが記載されている。流体動圧軸受によるインペラの非接触浮上を特徴とするアキシアルギャップ型の遠心式ポンプでは、インペラとモータとの間に働くアキシアル方向吸引力を相殺するように、インペラを挟んだ反対側でリング状永久磁石等によりアキシアル方向の吸引力バランスをとっている。

　しかし、これらの永久磁石等による吸引力は、インペラが一方向へ近づくとよりその方向へ近づこうとする負剛性（不安定要素）の成分である。また、例えば流量が多い場合では、流体出口の位置の影響で周方向に圧力差が生じ、インペラがモータの回転中心からラジアル方向へ偏心してしまう。このため、この遠心式ポンプは、駆動モータ側のアキシアル方向吸引力や、それを相殺するためのリング磁石側のアキシアル方向吸引力の相互バランスにより、外乱や流体力によってインペラが定常浮上位置からずれてしまう場合がある。

　このように、インペラの偏心により変化したアキシアル吸引力を制御する方法として、特開２０１０－２６１３９４号公報（特許文献１）では、モータ側吸引力がリング状磁石部の吸引力変化と釣合うように、モータ電流位相を調整することで対応していた。これにより、外乱や動作条件によりインペラがラジアル方向へ偏心しても、インペラのアキシアル方向の浮上位置を変化させずに安定回転を維持することが可能であった。

特開２０１０－２６１３９４号公報

　上述のように、特開２０１０－２６１３９４号公報に記載されたような遠心式ポンプでは、外乱や動作条件によりインペラがラジアル方向へ偏心しても、インペラのアキシアル方向の浮上位置を変化させずに安定回転を維持するために、モータ側吸引力がリング状永久磁石部の吸引力変化と釣合うようにモータ電流位相を調整する等の対策が行なわれている。

　しかしモータ電流位相を変化させるということは、種々の問題が生じるおそれがある。例えばモータを最大効率点で動作させていた状況から電流位相が変化してしまうと、モータ効率の低下を招く可能性がある。また例えば、最大トルク点で動作させていた状況から電流位相を変化させると、発生トルクが低下しポンプ出力の低下やモータの脱調の可能性があった。

　クリーン状態が必須であるポンプ用途では、インペラとポンプ室の内壁との接触等による汚染物質の発生、およびその混入は確実に防ぐ必要がある。その一方で、モータの効率低下やポンプ出力低下はできる限り避けることが望ましい。

　この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、汚染防止と効率や性能の低下の防止とを両立することができる遠心式ポンプ装置を提供することである。

　この発明は、要約すると、遠心式ポンプ装置であって、ハウジングと、インペラと、第１の駆動部と、複数の第１の永久磁石とを備える。

　ハウジングは、第１の隔壁で仕切られた第１および第２の室を含む。インペラは、第２の室内において第１の隔壁に交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送る。第１の駆動部は、第１の室内に設けられ、第１の隔壁を介してインペラを回転駆動させる。複数の第１の永久磁石は、第１の隔壁に沿うインペラの一方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。

　第１の駆動部は、複数の第１の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第１の空芯コイルを含む。インペラの一方面またはそれに対向する第１の隔壁の面に第１の動圧溝が形成され、インペラの一方面と反対側の他方面またはそれに対向する第２の室の内壁面に第２の動圧溝が形成され、インペラの外周面もしくはそれに対向する第２の室の内周面、またはインペラの内周面もしくはそれに対向する第２の室の外周面に第３の動圧溝が形成されている。

　上記に示したように、第１の駆動部のコイルはコアレス構造とすることでアキシアル吸引力が働かない構成とし、そのため第１の駆動部側吸引力を相殺するためのリング状永久磁石も配置せず、インペラに作用する負剛性成分を排除している。また、従来の構造ではリング磁石によりインペラのラジアル方向復元力を確保していたが、本装置の場合はインペラの内外周面、或いはそれに対向する第２の室の内壁面に新たなラジアル動圧溝を追加することで、ラジアル方向を支持した構造としている。

　好ましくは、第１の駆動部は、複数の第１の空芯コイルの第１の隔壁と反対側に配置され、複数の第１の空芯コイルと磁気的に結合される磁性体をさらに含む。

　好ましくは、複数の第１の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される。

　好ましくは、ハウジングは、第３の室をさらに含む。第２の室は、第１の室および第３の室に挟まれて設けられる。第２の室および第３の室は第２の隔壁で仕切られる。遠心式ポンプ装置は、第３の室内に設けられ、第２の隔壁を介してインペラを回転駆動させる第２の駆動部と、第２の隔壁に沿うインペラの他方面に設けられ、同一の円に沿って配置された複数の第２の永久磁石とをさらに備える。第２の駆動部は、複数の第２の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第２の空芯コイルを含む。第２の動圧溝は、インペラの他方面またはそれに対向する第２の隔壁の面に形成される。

　上記に示したように、駆動部のコイルはコアレス構造とすることでアキシアル吸引力が働かない構成とし、そのため駆動部側吸引力を相殺するためのリング状永久磁石も配置せず、インペラに作用する負剛性成分を排除している。また、従来の構造ではリング磁石によりインペラのラジアル方向復元力を確保していたが、本装置の場合はインペラの内外周面、或いはそれに対向する第１の室内壁面に新たなラジアル動圧溝を追加することで、ラジアル方向を支持した構造としている。そして、コアレス構造を採用したことによるトルクの不足を補うために、駆動部をインペラの両側に設けている。

　より好ましくは、第１の駆動部は、複数の第１の空芯コイルの第１の隔壁と反対側に配置され、複数の第１の空芯コイルと磁気的に結合される第１の磁性体をさらに含み、第２の駆動部は、複数の第２の空芯コイルの第２の隔壁と反対側に配置され、複数の第２の空芯コイルと磁気的に結合される第２の磁性体をさらに含む。

　より好ましくは、複数の第１の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置され、複数の第２の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される。

　従来の構成では、駆動モータ側の吸引力や、それを相殺するためのリング磁石側の吸引力のアキシアル方向の負剛性成分が、インペラ挙動の不安定の原因となっていたが、本発明では駆動部のコイルを空芯コイルとすることによってアキシアル方向に働く吸引力を排除した構成とし、インペラの浮上回転時の安定性を高めることができる。

　本発明ではさらに、２個の駆動部（コアレスモータ）をインペラを挟んで対向配置させる構造を採用し、さらなるポンプ出力の増加を図っている。コアレスモータにより駆動するため従来方式よりもコギングトルクが低減され、よりスムーズなインペラの回転が可能となる。

本発明の実施の形態１の遠心式ポンプ装置のポンプ部１の外観を示す正面図である。図１に示したポンプ部１の側面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。インペラ１０のシュラウドに埋設された磁石の詳細な配置を示す平面図である。インペラ１０のシュラウドに埋設された磁石の詳細な配置を示す側面図である。図３のＶＩ－ＶＩ線断面図である。図４からインペラ１０を取り外した状態を示す断面図である。図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第１例を示す図である。シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第２例を示す図である。図５Ａに示した永久磁石の配置の第１変形例を示す平面図である。図５Ｂに示した永久磁石の配置の第１変形例を示す側面図である。図５Ｂに示した永久磁石の配置の第２変形例を示す側面図である。図５Ｂに示した永久磁石の配置の第３変形例を示す側面図である。図５Ｂに示した永久磁石の配置の第４変形例を示す側面図である。図５Ｂに示した永久磁石の配置の第５変形例を示す側面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第１変形例の要部を示す断面図である。動圧溝１６１，１６２の具体的構成を例示する図である。図１７の動圧溝の形状の変形例を示す図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第２変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第３変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第４変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第５変形例の要部を示す断面図である。実施の形態２の遠心式ポンプ装置のポンプ部１０１の外観を示す正面図である。図２３に示したポンプ部１０１の側面図である。図２４のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第１変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第２変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第３変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第４変形例の要部を示す断面図である。動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第５変形例の要部を示す断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　＜実施の形態１＞
　［ポンプ部の基本構成の説明］
　図１は、本発明の実施の形態１の遠心式ポンプ装置のポンプ部１の外観を示す正面図である。図２は、図１に示したポンプ部１の側面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。

　図１～図４を参照して、この遠心式ポンプ装置のポンプ部１は、非磁性材料で形成されたハウジング２を備える。ハウジング２は、円柱状の本体部３と、本体部３の一方の端面の中央に立設された円筒状の流入ポート４と、本体部３の外周面に設けられた円筒状の流出ポート５とを含む。流出ポート５は、本体部３の外周面の接線方向に延在している。

　ハウジング２内には、図３に示すように、隔壁６によって仕切られたポンプ室７およびモータ室８が設けられている。ポンプ室７内には、図３および図４に示すように、中央に貫通孔１０ａを有する円板状のインペラ１０が回転可能に設けられている。インペラ１０は、ドーナツ板状の２枚のシュラウド１１，１２と、２枚のシュラウド１１，１２間に形成された複数（たとえば６つ）のベーン１３とを含む。シュラウド１１は流入ポート４側に配置され、シュラウド１２は隔壁６側に配置される。シュラウド１１，１２およびベーン１３は、非磁性材料で形成されている。

　２枚のシュラウド１１，１２の間には、複数のベーン１３で仕切られた複数（この場合は６つ）の通路１４が形成されている。通路１４は、図４に示すように、インペラ１０の中央の貫通孔１０ａと連通しており、インペラ１０の貫通孔１０ａを始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。換言すれば、隣接する２つの通路１４間にベーン１３が形成されている。なお、実施の形態１では、複数のベーン１３は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。したがって、複数の通路１４は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。

　インペラ１０が回転駆動されると、流入ポート４から流入した液体は、遠心力によって貫通孔１０ａから通路１４を介してインペラ１０の外周部に送られ、流出ポート５から流出する。

　［永久磁石の配置の説明］
　図５Ａ、図５Ｂは、インペラ１０のシュラウドに埋設された磁石の詳細な配置を示す図である。図４および図５Ａ、図５Ｂを参照して、シュラウド１２には複数（たとえば８個）の永久磁石１７が埋設されている。複数の永久磁石１７は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って隙間を設けて配置される。換言すれば、モータ室８側にＮ極を向けた永久磁石１７と、モータ室８側にＳ極を向けた永久磁石１７とが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。

　図６は、図３のＶＩ－ＶＩ線断面図である。図３および図６を参照して、モータ室８内には、複数（たとえば９個）の空芯コイル２０が設けられている。複数の空芯コイル２０は、インペラ１０の複数の永久磁石１７に隔壁を挟み対向して、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。空芯コイル２０は、磁性体などが配置されていない空芯部１８の周りにコイル配線が巻回されている。

　複数の空芯コイルの隔壁と反対側にはバックヨークとなる磁性体１９を配置し、空芯コイル２０の磁束を強めている。なお、バックヨークは無くてもよい。

　９個の空芯コイル２０には、たとえば１２０度通電方式で電圧が印加される。すなわち、９個の空芯コイル２０は、３個ずつグループ化される。各グループの第１～第３の空芯コイル２０には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の三相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが印加される。第１の空芯コイル２０には、０～１２０度の期間に正電圧が印加され、１２０～１８０度の期間に０Ｖが印加され、１８０～３００度の期間に負電圧が印加され、３００～３６０度の期間に０Ｖが印加される。したがって、第１の空芯コイル２０の先端面（インペラ１０側の端面）は、０～１２０度の期間にＮ極になり、１８０～３００度の期間にＳ極になる。電圧ＶＶの位相は電圧ＶＵよりも１２０度遅れており、電圧ＶＷの位相は電圧ＶＶよりも１２０度遅れている。したがって、第１～第３の空芯コイル２０にそれぞれ電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、回転磁界を形成することができ、複数の空芯コイル２０とインペラ１０の複数の永久磁石１７との吸引力および反発力により、インペラ１０を回転させることができる。

　［動圧溝の説明］
　図７は、図４からインペラを取り外した状態を示す断面図である。図８は、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。

　図７、図８に示すように、インペラ１０のシュラウド１２に対向する隔壁６の表面には複数の動圧溝２１が形成され、シュラウド１１に対向するポンプ室７の内壁には複数の動圧溝２２が形成されている。インペラ１０の回転数が所定の回転数を超えると、動圧溝２１，２２の各々とインペラ１０との間に動圧軸受効果が発生する。これにより、動圧溝２１，２２の各々からインペラ１０に対して抗力が発生し、インペラ１０はポンプ室７内で非接触状態で回転する。すなわち、動圧溝２１と動圧溝２２によりインペラ１０のアキシアル方向が支持される。

　詳しく説明すると、複数の動圧溝２１は、図７に示すように、インペラ１０のシュラウド１２に対応する大きさに形成されている。各動圧溝２１は、隔壁６の中心から若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（換言すれば、湾曲して）隔壁６の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝２１は略同じ形状であり、かつ略同じ間隔に配置されている。動圧溝２１は凹部であり、動圧溝２１の深さは０．００５～０．４ｍｍ程度であることが好ましい。動圧溝２１の数は、６～３６個程度であることが好ましい。

　図７では、１０個の動圧溝２１がインペラ１０の中心軸に対して等角度で配置されている。動圧溝２１は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっているので、インペラ１０が時計方向に回転すると、動圧溝２１の外径部から内径部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０と隔壁６の間に反発力が発生し、これが動圧力となる。

　このように、インペラ１０と複数の動圧溝２１の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ１０は隔壁６から離れ、非接触状態で回転する。このため、インペラ１０と隔壁６の間に液体流路が確保される。さらに、通常状態において、動圧溝２１によるインペラ１０と隔壁６の間の撹拌作用とポンプ動作で生じたインペラの内外径部の圧力差による液体の流れ（漏れ流量）とによって、両者間における部分的な液体滞留の発生を防止することができる。

　また、動圧溝２１の角の部分は、少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。

　また、複数の動圧溝２２は、図８に示すように、複数の動圧溝２１と同様、インペラ１０のシュラウド１１に対応する大きさに形成されている。各動圧溝２２は、ポンプ室７の内壁の中心から若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（換言すれば、湾曲して）ポンプ室７の内壁の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝２２は、略同じ形状であり、かつ略同じ間隔で配置されている。動圧溝２２は凹部であり、動圧溝２２の深さは０．００５～０．４ｍｍ程度があることが好ましい。動圧溝２２の数は、６～３６個程度であることが好ましい。図８では、１０個の動圧溝２２がインペラ１０の中心軸に対して等角度に配置されている。

　なお、動圧溝２２の角となる部分は、少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。

　このように、インペラ１０と複数の動圧溝２２の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ１０はポンプ室７の内壁から離れ、非接触状態で回転する。また、ポンプ部１が外的衝撃を受けたときや、動圧溝２１による動圧力が過剰となったときに、インペラ１０のポンプ室７の内壁への密着を防止することができる。動圧溝２１によって発生する動圧力と動圧溝２２によって発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。

　ただし、インペラ１０のシュラウド１２と隔壁６との隙間と、インペラ１０のシュラウド１１とポンプ室７の内壁との隙間とが略同じ状態でインペラ１０が回転することが好ましい。インペラ１０に作用する流体力などの外乱が大きく、一方の隙間が狭くなる場合には、その狭くなる側の動圧溝による動圧力を他方の動圧溝による動圧力よりも大きくし、両隙間を略同じにするため、動圧溝２１と２２の形状を異ならせることが好ましい。

　なお、図７および図８では、動圧溝２１，２２の各々を内向スパイラル溝形状としたが、他の形状の動圧溝２１，２２を使用することも可能である。ただし、液体を循環させる場合は、液体をスムーズに流すことが可能な内向スパイラル溝形状の動圧溝２１，２２を採用することが好ましい。

　図９は、シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第１例を示す図である。図１０は、シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第２例を示す図である。

　図９を参照して、動圧溝６１，６２は、それぞれシュラウド１１，１２の外周面に形成される。動圧溝６１，６２の先端は、インペラ１０の回転方向と逆の方向に向けられている。インペラ１０が矢印の方向に回転すると、動圧溝６１，６２の先端部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０とポンプ室７の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。

　図１０に示した第２例でも、動圧溝６４，６５がポンプ室７の内周面側ではなく、それぞれシュラウド１１，１２の外周面に形成される。動圧溝６４，６５の各々の深さは、インペラ１０の回転方向と逆の方向に向かって徐々に浅くなっている。この変形例でも、インペラ１０が矢印の方向に回転すると、動圧溝６４，６５の先端部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０とポンプ室７の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。

　［永久磁石の配置の変形例］
　図５Ａ、図５Ｂでは、複数の永久磁石１７が、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って隙間を設けて配置された例を示した。

　図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２～図１５は、図５Ａ、図５Ｂに示した永久磁石の配置の変形例を示す図である。

　図１１Ａ、図１１Ｂの変形例では、インペラ１０に複数の永久磁石１７と複数の永久磁石６７とが設けられている。永久磁石６７の数は、永久磁石１７の数と同じである。永久磁石６７は、円周方向（インペラ１０の回転方向）に着磁されている。複数の永久磁石１７と複数の永久磁石６７とは、１つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁６側にＮ極を向けた永久磁石１７と、隔壁６側にＳ極を向けた永久磁石１７とが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。各永久磁石６７のＮ極は隔壁６側にＮ極を向けた永久磁石１７に向けて配置され、各永久磁石６７のＳ極は隔壁６側にＳ極を向けた永久磁石１７に向けて配置される。複数の永久磁石１７同士の形状は同じであり、複数の永久磁石６７同士の形状は同じである。永久磁石１７の形状と永久磁石６７の形状は、同じでもよいし、異なっていてもよい。この変形例では、永久磁石１７と空芯コイル２０との吸引力を抑制するとともに、トルクの起因となる磁束を強めることができるので、最も永久磁石を小型化することができる。つまり、インペラ１０を最も軽量化することができ、かつモータギャップが広い場合でもエネルギ効率を高めることができる。

　図１２に示した他の変形例では、回転子（インペラ１０のシュラウド１２）は回転軸方向に着磁された永久磁石１７Ａと、周方向に着磁された永久磁石６７Ａと磁性体７０Ａを含んでいる。永久磁石１７Ａは隣り合う磁石の磁極の向きが異なるように配置され、さらに永久磁石１７Ａの隔壁６側端面に永久磁石６７Ａが永久磁石１７Ａと同じ磁極同士が近づくように配置される。

　永久磁石１７Ａと永久磁石６７Ａは同じ数である。永久磁石６７Ａの着磁方向長さは、永久磁石１７Ａの幅より短く、永久磁石６７Ａの着磁方向長さの中央を永久磁石１７Ａの隣り合う磁石同士の境界と一致させると周方向に隙間ができ、その隙間に磁性体７０Ａを配置する。この場合、磁性体７０Ａに磁束が集束し、磁性体が無い場合や通常のハルバッハ配列の構成（図１１Ａ、図１１Ｂ）の構成と比べ、より強い界磁磁束が得られ高トルク化を図ることができる。さらに図１２の配置では、永久磁石１７Ａ，６７Ａのパーミアンス係数の低下を抑制することができる。

　図１３は、図１２の構成において、永久磁石１７Ａの隔壁６と反対側の端面に磁性体７２を配置している。磁性体７２の効果でさらに磁束を強めることができる。

　図１４は別の磁石配置を示す。固定子と回転子の間に隔壁６を備えたキャンドモータにおいて、回転子は回転軸方向に着磁された永久磁石１７Ｂと、周方向に着磁された永久磁石６７Ｂと磁性体７０Ｂから成り、永久磁石１７Ｂは隣り合う磁石の磁極の向きが異なり、隙間を設けて配置され、永久磁石６７Ｂがその隙間に隔壁６側配置される。限られたスペースで磁石を配置する場合、この構成は永久磁石１７Ｂの扁平率が小さくなるためパーミアンス係数を図１２より大きくすることができる。永久磁石１７Ｂと永久磁石６７Ｂは同じ数である。永久磁石６７Ｂは、円周方向（ロータの回転方向）に着磁されている。複数の永久磁石１７Ｂと複数の永久磁石６７Ｂとは、１つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁６側にＮ極を向けた永久磁石１７Ｂと、隔壁６側にＳ極を向けた永久磁石１７Ｂとが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。各永久磁石６７ＢのＮ極は隔壁６側にＮ極を向けた永久磁石１７Ｂに向けて配置され、各永久磁石６７ＢのＳ極は隔壁６側にＳ極を向けた永久磁石１７Ｂに向けて配置される。複数の永久磁石１７Ｂ同士の形状は同じであり、複数の永久磁石６７Ｂ同士の形状は同じである。永久磁石１７Ｂの軸方向長さは永久磁石６７Ｂの幅より短く、配置したとき、隔壁６側に段差ができるようにし、その段差部に磁性体７０Ｂを配置する。この場合も磁性体７０Ｂに磁束が集束し、磁性体が無い場合や通常のハルバッハ配列の構成（図１１Ａ、図１１Ｂ）と比べ、より強い界磁磁束が得られ高トルク化を図ることができる。さらに永久磁石１７Ｂ，６７Ｂのパーミアンス係数の低下を抑制することができる。

　図１５に示した構成は、図１４の構成において、永久磁石１７Ｂの隔壁６と反対側の端面に磁性体７２を配置している。磁性体７２の効果でさらに磁束を強めることができる。

　また、シュラウド１２に埋設されている複数の永久磁石１７は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って隙間を設けず配置されてもよい。

　［動圧溝の変形例］
　図１６は、動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第１変形例の要部を示す断面図である。この図１６と図３とは対比される図である。図１６において、この遠心式ポンプ装置が図３の遠心式ポンプ装置と異なる点は、インペラ１０の外周面に対向するポンプ室７の内周面に動圧溝１６１，１６２が形成されている点である。動圧溝１６１，１６２は、インペラ１０の外周面に対する動圧力を発生し、インペラ１０の外周面がポンプ室７の内周面に接触することを防止する。

　図１７は、動圧溝１６１，１６２の具体的構成を例示する図である。図１７において、ポンプ室７の内周面のうちのシュラウド１１の外周面に対向する領域には、Ｖ字型の動圧溝１６１がインペラ１０の回転方向に所定のピッチで形成されている。Ｖ字型の動圧溝１６１の先端（鋭角部）はインペラ１０の回転方向に向けられている。同様に、ポンプ室７の内周面のうちのシュラウド１２の外周面に対向する領域には、Ｖ字型の動圧溝１６２がインペラ１０の回転方向に所定のピッチで形成されている。Ｖ字型の動圧溝１６２の先端（鋭角部）はインペラ１０の回転方向に向けられている。ポンプ室７の内周面のうちのシュラウド１１，１２の隙間に対向する領域には、所定深さの溝６３がリング状に形成されている。インペラ１０が矢印の方向に回転すると、動圧溝１６１，１６２の先端部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０とポンプ室７の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。

　図１８は、図１７の動圧溝の形状の変形例を示す図である。図１８において、この変形例では、動圧溝１６１，１６２がそれぞれ動圧溝１６４，１６５で置換されている。動圧溝１６４，１６５の各々は、帯状に形成され、インペラ１０の回転方向に延在している。動圧溝１６４，１６５の各々の深さは、インペラ１０の回転方向に向かって徐々に浅くなっている。この変形例でも、インペラ１０が矢印の方向に回転すると、動圧溝１６４，１６５の先端部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０とポンプ室７の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。

　図１９～図２２は、動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１の第２～第５変形例の要部を示す断面図である。図１９、図２０に示すように、動圧溝２１を隔壁６に設ける代わりに、動圧溝１２１をインペラ１０のシュラウド１２の表面に設けてもよい。また、動圧溝２２をポンプ室７の内壁側に設ける代わりに、動圧溝１２２をインペラ１０のシュラウド１１の表面に設けてもよい。

　さらに、図１９に示すようにインペラ１０の外周面に動圧溝６１，６２を形成してもよい。また図２０に示すようにインペラ１０の外周面に対向するポンプ室７の外周壁に動圧溝１６１，１６２を形成してもよい。これらによりインペラのラジアル方向の支持力を発生させることができる。

　また、図２１に示すように、動圧溝６１，６２をインペラのシュラウド１１，１２の外周面に設ける代わりに、動圧溝２６１，２６２をインペラ１０のシュラウド１１，１２の内周面表面に設けてもよい。

　また、図２２に示すように、動圧溝１６１，１６２をポンプ室７の外周壁に設ける代わりに、動圧溝３６１，３６２をインペラ１０のポンプ室７の内周壁に設けてもよい。

　以上説明したように、実施の形態１によれば、固定子と回転子の間に隔壁を備えたキャンドモータにおいて、駆動部９や永久磁石等による吸引力（負剛性成分）を無くすことができ、インペラの安定浮上回転が可能となる。さらにコギングの低減が図れ、スムーズな回転始動が実現できる。

　ここで、再び図３、図１６、図１９～図２２を参照して、実施の形態１を総括する。実施の形態１の遠心ポンプ装置は、ハウジング２とインペラ１０と駆動部９と、複数の永久磁石１７とを含む。

　ハウジング２は、隔壁６で仕切られたモータ室８およびポンプ室７を含む。インペラ１０は、ポンプ室７内において隔壁６に交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送る。駆動部９は、モータ室８内に設けられ、隔壁６を介してインペラ１０を回転駆動させる。複数の永久磁石１７は、隔壁６に沿うインペラ１０の一方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。

　駆動部９は、複数の永久磁石１７にそれぞれ対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の空芯コイル２０を含む。インペラ１０の一方面と反対側の他方面またはそれに対向するポンプ室７の内壁に動圧溝２２または１２２が形成され、インペラの一方面またはそれに対向する隔壁６に動圧溝２１または１２１が形成され、インペラ１０の外周面もしくはそれに対向するポンプ室７の内周面、またはインペラ１０の内周面もしくはそれに対向するポンプ室７の外周面に動圧溝６１，６２，１６１，１６２，２６１，２６２，３６１，３６２が形成されている。

　＜実施の形態２＞
　［ポンプ部の基本構成の説明］
　図２３は、実施の形態２の遠心式ポンプ装置のポンプ部１０１の外観を示す正面図である。図２４は、図２３に示したポンプ部１０１の側面図である。図２５は、図２４のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。なお、図２５のＩＶ－ＩＶ線断面図は、図４と同じである。

　図２３、図２４、図４を参照して、この遠心式ポンプ装置のポンプ部１０１は、非磁性材料で形成されたハウジング２を備える。ハウジング２は、円柱状の本体部３と、本体部３の一方の端面の中央に立設された円筒状の流入ポート４と、本体部３の外周面に設けられた円筒状の流出ポート５とを含む。流出ポート５は、本体部３の外周面の接線方向に延在している。

　ハウジング２内には、図２５に示すように、隔壁６および６Ｄによって仕切られたポンプ室７およびモータ室８および８Ｄが設けられている。ポンプ室７内には、図２５および図４に示すように、中央に貫通孔１０ａを有する円板状のインペラ１０が回転可能に設けられている。

　実施の形態２では、インペラ１０を空芯コイル２０で駆動することによってアキシアル吸引力が働かない構成としたので、アキシアル吸引力を相殺するためのリング状永久磁石を配置していない。一方で、空芯コイル２０は、磁性体をコアとする通常のコイルと比べて磁気吸引力が弱まるのでトルクを確保しにくい。そこで、実施の形態２では、空芯コイル２０および２０Ｄをインペラ１０をはさんで対向配置させることによって、発生トルクを倍増させ、さらなるポンプ出力の増加を図った構造を特徴としている。

　インペラ１０は、ドーナツ板状の２枚のシュラウド１１，１２と、２枚のシュラウド１１，１２間に形成された複数（たとえば６つ）のベーン１３とを含む。シュラウド１１は流入ポート４側に配置され、シュラウド１２は隔壁６側に配置される。シュラウド１１，１２およびベーン１３は、非磁性材料で形成されている。

　２枚のシュラウド１１，１２の間には、複数のベーン１３で仕切られた複数（この場合は６つ）の通路１４が形成されている。通路１４は、図４に示すように、インペラ１０の中央の貫通孔１０ａと連通しており、インペラ１０の貫通孔１０ａを始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。換言すれば、隣接する２つの通路１４間にベーン１３が形成されている。なお、実施の形態２では、複数のベーン１３は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。したがって、複数の通路１４は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。

　［永久磁石の配置の説明］
　実施の形態２においても、図５Ａ、図５Ｂ、図６によって示した配置と同様な配置が採用されている。図５Ａ、図５Ｂ、図６の説明は、ここでは繰り返さない。

　なお、シュラウド１１にも複数の永久磁石１７Ｄが設けられ、シュラウド１１側にもモータ室８Ｄが設けられる。モータ室８Ｄとポンプ室７は、隔壁６Ｄで仕切られている。モータ室８Ｄ内には、複数の永久磁石１７Ｄに対向して複数の空芯コイル２０Ｄが設けられる。複数の空芯コイル２０Ｄは、各々が空芯部１８Ｄの周りに巻回されている。複数の空芯コイル２０Ｄの隔壁６Ｄと反対側にはバックヨークとなる磁性体１９Ｄを配置し、空芯コイル２０Ｄの磁束を強めている。なお、バックヨークは無くてもよい。

　なお、複数の永久磁石１７Ｄの配置および複数の空芯コイル２０Ｄの配置は、基本的には図５Ａ、図５Ｂおよび図６で示した配置であるので詳細な説明は繰り返さない。

　インペラ１０の回転中において、複数の永久磁石１７および複数の磁性体１８間の第１の吸引力と複数の永久磁石１７Ｄおよび複数の磁性体１８Ｄ間の第２の吸引力とは、ポンプ室７内におけるインペラ１０の可動範囲の略中央で釣り合うように設定されている。したがって、インペラ１０の回転軸方向の位置が安定し、インペラがポンプ室７の内壁に接触することを避けることができる。

　［動圧溝の説明］
　実施の形態２においても、図７～図１０によって示した配置と同様な配置の動圧溝が採用されている。図７～図１０の説明は、ここでは繰り返さない。なお、複数の動圧溝２２は、実施の形態２では隔壁６Ｄの表面に形成されている。

　［永久磁石の配置の変形例］
　実施の形態２においても、図１１Ａ，図１１Ｂ、図１２～図１５によって示した配置と同様な変形例の永久磁石の配置を採用することができる。図１１Ａ，図１１Ｂ、図１２～図１５の説明は、ここでは繰り返さない。なお、この実施の形態２の変形例では複数の永久磁石１７Ｄに対しても図１１Ａ，図１１Ｂ、図１２～図１５に示した複数の永久磁石１７の変形と同様な変形を行なう。

　［動圧溝の変形例］
　図２６は、動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第１変形例の要部を示す断面図である。この図２６と図２５とは対比される図である。図２６において、この遠心式ポンプ装置が図２５の遠心式ポンプ装置と異なる点は、インペラ１０の外周面に対向するポンプ室７の内周面に動圧溝１６１，１６２が形成されている点である。動圧溝１６１，１６２は、インペラ１０の外周面に対する動圧力を発生し、インペラ１０の外周面がポンプ室７の内周面に接触することを防止する。

　動圧溝１６１，１６２の具体的構成およびその変形例については、実施の形態２においても、図１７、図１８によって示した配置と同様な構成を採用することができる。図１７、図１８の説明は、ここでは繰り返さない。

　図２７～図３０は、動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部１０１の第２～第５変形例の要部を示す断面図である。図２７、図２８に示すように、動圧溝２１を隔壁６に設ける代わりに、動圧溝１２１をインペラ１０のシュラウド１２の表面に設けてもよい。また、動圧溝２２を隔壁６Ｄに設ける代わりに、動圧溝１２２をインペラ１０のシュラウド１１の表面に設けてもよい。

　さらに、図２７に示すようにインペラ１０の外周面に動圧溝６１，６２を形成してもよい。また図２８に示すようにインペラ１０の外周面に対向するポンプ室７の外周壁に動圧溝１６１，１６２を形成してもよい。これらによりインペラのラジアル方向の支持力を発生させることができる。

　また、図２９に示すように、動圧溝６１，６２をインペラのシュラウド１１，１２の外周面に設ける代わりに、動圧溝２６１，２６２をインペラ１０のシュラウド１１，１２の内周面表面に設けてもよい。

　また、図３０に示すように、動圧溝１６１，１６２をポンプ室７の外周壁に設ける代わりに、動圧溝３６１，３６２をインペラ１０のポンプ室７の内周壁に設けてもよい。

　以上説明したように、実施の形態２によれば、固定子と回転子の間に隔壁を備えたキャンドモータにおいて、駆動部９や永久磁石等による吸引力（負剛性成分）を無くすことができ、インペラの安定浮上回転が可能となる。さらにコギングの低減が図れ、スムーズな回転始動が実現できる。

　最後に、再び図２５、図２６、図２７～図３０を参照して、実施の形態２を総括する。実施の形態２の遠心ポンプ装置は、ハウジング２と、インペラ１０と、駆動部９，９Ｄと、複数の永久磁石１７と、複数の永久磁石１７Ｄとを備える。

　ハウジング２は、ポンプ室７およびモータ室８，８Ｄを含む。ポンプ室７は、モータ室８およびモータ室８Ｄに挟まれて設けられ、モータ室８およびポンプ室７は隔壁６で仕切られ、ポンプ室７およびモータ室８Ｄは隔壁６Ｄで仕切られる。

　インペラ１０は、ポンプ室７内において隔壁６および隔壁６Ｄに交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送る。駆動部９，９Ｄは、モータ室８およびモータ室８Ｄ内にそれぞれ設けられ、隔壁６または隔壁６Ｄを介してインペラ１０を回転駆動させる。

　複数の永久磁石１７は、隔壁６に沿うインペラ１０の一方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。複数の永久磁石１７Ｄは、隔壁６Ｄに沿うインペラ１０の他方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。駆動部９は、複数の永久磁石１７にそれぞれ対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の空芯コイル２０を含む。駆動部９Ｄは、複数の永久磁石１７Ｄにそれぞれ対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の空芯コイル２０Ｄを含む。

　インペラ１０の一方面またはそれに対向する隔壁６の面に動圧溝２１または１２１が形成される。インペラ１０の他方面またはそれに対向する隔壁６Ｄの面に動圧溝２２または１２２が形成される。インペラ１０の外周面もしくはそれに対向するポンプ室７の内周面、またはインペラ１０の内周面もしくはそれに対向するポンプ室７の外周面に動圧溝６１，６２もしくは１６１，１６２または２６１，２６２もしくは３６１，３６２が形成されている。

　好ましくは、駆動部９は、複数の空芯コイル２０の隔壁６と反対側に配置され、複数の空芯コイル２０と磁気的に結合される磁性体１９をさらに含む。駆動部９Ｄは、複数の空芯コイル２０Ｄの隔壁６Ｄと反対側に配置され、複数の空芯コイル２０Ｄと磁気的に結合される磁性体１９Ｄをさらに含む。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１，１０１　ポンプ部、２　ハウジング、３　本体部、４　流入ポート、５　流出ポート、６，６Ｄ　隔壁、７　ポンプ室、８，８Ｄ　モータ室、９，９Ｄ　駆動部、１０　インペラ、１０ａ　貫通孔、１１，１２　シュラウド、１３　ベーン、１４　通路、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｄ，６７，６７Ａ，６７Ｂ　永久磁石、１８，１８Ｄ　空芯部、１９，１９Ｄ，７０Ａ，７０Ｂ，７２　磁性体、２０，２０Ｄ　空芯コイル、２１，２２，６１，６２，６４，６５，１２１，１２２，１６１，１６２，２６１，２６２，３６１，３６２　動圧溝。

Claims

　第１の隔壁で仕切られた第１および第２の室を含むハウジングと、
　前記第２の室内において前記第１の隔壁に交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、
　前記第１の室内に設けられ、前記第１の隔壁を介して前記インペラを回転駆動させる第１の駆動部と、
　前記第１の隔壁に沿う前記インペラの一方面に設けられ、同一の円に沿って配置された複数の第１の永久磁石とを備え、
　前記第１の駆動部は、前記複数の第１の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第１の空芯コイルを含み、
　前記インペラの前記一方面またはそれに対向する前記第１の隔壁の面に第１の動圧溝が形成され、前記インペラの前記一方面と反対側の他方面またはそれに対向する前記第２の室の内壁の面に第２の動圧溝が形成され、
　前記インペラの外周面もしくはそれに対向する前記第２の室の内周面、または前記インペラの内周面もしくはそれに対向する前記第２の室の外周面に第３の動圧溝が形成されている、遠心式ポンプ装置。
　前記第１の駆動部は、前記複数の第１の空芯コイルの前記第１の隔壁と反対側に配置され、前記複数の第１の空芯コイルと磁気的に結合される磁性体をさらに含む、請求項１に記載の遠心式ポンプ装置。
　前記複数の第１の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される、請求項１または２に記載の遠心式ポンプ装置。
　前記ハウジングは、第３の室をさらに含み、前記第２の室は、前記第１の室および前記第３の室に挟まれて設けられ、前記第２の室および前記第３の室は第２の隔壁で仕切られ、
　前記遠心式ポンプ装置は、
　前記第３の室内に設けられ、前記第２の隔壁を介して前記インペラを回転駆動させる第２の駆動部と、
　前記第２の隔壁に沿う前記インペラの他方面に設けられ、同一の円に沿って配置された複数の第２の永久磁石とをさらに備え、
　前記第２の駆動部は、前記複数の第２の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第２の空芯コイルを含み、
　前記第２の動圧溝は、前記インペラの前記他方面またはそれに対向する前記第２の隔壁の面に形成される、請求項１に記載の遠心式ポンプ装置。
　前記第１の駆動部は、前記複数の第１の空芯コイルの前記第１の隔壁と反対側に配置され、前記複数の第１の空芯コイルと磁気的に結合される第１の磁性体をさらに含み、
　前記第２の駆動部は、前記複数の第２の空芯コイルの前記第２の隔壁と反対側に配置され、前記複数の第２の空芯コイルと磁気的に結合される第２の磁性体をさらに含む、請求項４に記載の遠心式ポンプ装置。
　前記複数の第１の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置され、
　前記複数の第２の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される、請求項４または５に記載の遠心式ポンプ装置。