WO2021205638A1

WO2021205638A1 - 磁気浮上式ポンプ

Info

Publication number: WO2021205638A1
Application number: PCT/JP2020/016091
Authority: WO
Inventors: 真男平櫛
Original assignee: セイコー化工機株式会社
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-10-14
Also published as: KR20210126541A; KR102506960B1; JP6904622B1; CN113785128A; CN113785128B; TWI748891B; TW202138686A; JPWO2021205638A1

Abstract

固定部と、固定部の内部に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって固定部の中心に非接触で支持される回転部と、固定部と回転部との間において、固定部に設けられた固定子とこの固定子から離間して回転部に設けられた回転子とから構成されるモータ部と、回転部の軸心の一端側に設けられたインペラと、を備え、インペラは、前板と後板と、前板と後板との間に設けられ、インペラの中心部分から外周縁部まで延びる羽根と、を有し、前板と後板とは、羽根の外周縁部から周方向に所定距離をあけた位置からインペラの中心方向に所定の大きさの切除部分をそれぞれ有し、切除部分は、後板の切除部分の大きさに比べて前板の切除部分の大きさが小さく形成されている。これにより、インペラに作用するスラスト荷重を構造的な構成で適切な大きさに設定できる磁気浮上式ポンプを提供できる。

Description

磁気浮上式ポンプ

　本発明は、回転部を固定部の中心で磁気によって浮上させた状態で回転させる磁気浮上式ポンプに関する。

　従来、回転部を固定部の中心で磁気によって浮上させることで、機械的摺動部材であるすべり軸受を不要とした磁気浮上式電動機を備えた磁気浮上式ポンプがある。磁気浮上式ポンプは、電動機の部分に機械的摺動部材がないため、コンタミネーションの発生がなく、消耗部品のメンテナンスが必要なくなる。このため、磁気浮上式ポンプは、半導体産業、医薬品関連の薬液等を取扱う分野、気体を含有する二相液を取扱う用途などにおいて採用されている。

　この種の先行技術として、本出願人が先に出願した磁気浮上式ポンプがある（例えば、特許文献１参照）。この磁気浮上式ポンプは、固定部と、その内部に配置されて回転中心を中心に回転する回転部と、を備え、固定部に設けられた固定子と回転部に設けられた回転子とから構成されるモータ部によって、回転部を固定部の中心で磁気浮上させて非接触で支持して回転させている。そして、回転部の軸心方向一端部に設けられたインペラによって作用するスラスト荷重の大きさを、他端部に配置されたスラスト方向力調整コイルに付与する電流の大きさで調整するようにしている。

日本国　特開２０１７－１５８３２５号公報

　ところで、磁気浮上式ポンプのインペラには、以下のようにスラスト荷重が作用する。図１３は、従来の磁気浮上式ポンプ２００におけるインペラ２１０の部分を示す断面図であり、図１４は、図１３に示す磁気浮上式ポンプ２００においてインペラ２１０に作用するスラスト荷重Ｇの概略を示す図面である。図１３に示すように、磁気浮上式ポンプ２００のインペラ２１０は、前板２１４と後板２１６との間に羽根２１３が設けられ、吸込み口２０６から前板２１４の中央部分に設けられた開口部２１１に流体を取り込み、羽根２１３で径方向外方（図は上方）の吐出口２０７へ圧送するようになっている。このインペラ２１０には、図１４に示すように、前板２１４と後板２１６に流体圧が作用するが、前板２１４は開口部２１１があるため後板２１６より面積が小さく、前板２１４に作用する流体圧の総和ＰＦよりも後板２１６に作用する流体圧の総和ＰＲの方が高い力となる。この力の差により、インペラ２１０には前方に向けてスラスト荷重Ｇが作用する。

　このため、上記した先行技術では、インペラによって作用するスラスト荷重をスラスト方向力調整コイルに付与する電流の大きさで調整している。しかし、スラスト荷重は、揚程、流体の種類など、種々の要因で変化するため、磁気浮上式ポンプにおいて、使用条件に応じてインペラに作用するスラスト荷重が適切な大きさとなるようにコイル電流を調整することは難しい。

　そこで、本発明は、インペラに作用するスラスト荷重を構造的な構成で適切な大きさに設定できる磁気浮上式ポンプを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明は、固定部と、前記固定部の内部に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって前記固定部の中心に非接触で支持される回転部と、前記固定部と前記回転部との間において、前記固定部に設けられた固定子と該固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とから構成されるモータ部と、前記回転部の軸心の一端側に設けられたインペラと、を備え、前記インペラは、前板と後板と、前記前板と前記後板との間に設けられ、前記インペラの中心部分から外周縁部まで延びる羽根と、を有し、前記前板と前記後板とは、前記羽根の前記外周縁部から周方向に所定距離をあけた位置から前記インペラの中心方向に所定の大きさの切除部分をそれぞれ有し、前記切除部分は、前記後板の前記切除部分の大きさに比べて前記前板の前記切除部分の大きさが小さく形成されている。

　この構成により、回転部は、固定部のラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって非接触で支持され、回転部をモータ部で回転させることでインペラが回転させられる。そして、インペラの前板に設けられた切除部分を、後板に設けられた切除部分に比べて小さく形成することで、インペラに作用するスラスト荷重を適切な値にすることができる。しかも、切除部分を羽根の外周縁部から離れた位置に設けているため、羽根の外周縁部は前板と後板とに接続された状態であるため、羽根と前板及び後板とによってインペラによる流体の押し込み力を保ちつつ、インペラに作用するスラスト荷重の大きさを適切にできる。

　また、前記前板と前記後板の前記切除部分は、前記羽根の回転方向の前方部分が、外周縁部から前壁に形成されていてもよい。このように構成すれば、インペラが回転することで、羽根と、切除部分によって羽根の回転方向の前方部分に形成される前壁とによって流体を押し込むようにでき、流体の押し込み力を向上させることができる。

　また、前記切除部分は、前記羽根と前記前板及び前記後板との接続部分から所定の距離を設けて形成されていてもよい。このように構成すれば、前板及び後板と羽根がそれぞれ直交方向に交差するため、これらの接続部分における強度を保ちつつ、インペラに作用するスラスト荷重を適切な大きさにすることができる。

　また、前記後板の切除部分の大きさに対する前記前板の切除部分の大きさの比率は、前記インペラに対して前方に向けて一定のスラスト荷重が作用する比率となるように構成されていてもよい。このように構成すれば、インペラに対して作用するスラスト荷重を調整することができるので、インペラに作用するスラスト荷重を任意の大きさにすることができ、磁気浮上させた回転部を非接触で安定して支持して回転させることができる。

　また、前記回転部の軸心の他端部から軸心方向に離れて配置され、該回転部に近接して前記固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、前記固定磁性壁に配置され、前記ラジアル磁束の前記回転部から隙間を介して該固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向軸支持力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、前記スラスト方向軸支持力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して前記回転部に前記スラスト磁束でスラスト方向軸支持力を作用させる制御部と、をさらに備えていてもよい。

　このように構成すれば、回転部の軸心方向の一端部から固定磁性壁に流れるラジアル磁束の漏出磁束に対し、固定磁性壁に配置させたスラスト方向軸支持力調整コイルで生じさせるスラスト磁束を重畳させて回転部にスラスト方向軸支持力を作用させることができる。よって、インペラの前板と後板とに切除部分を設けることによるスラスト荷重の調整とともに、回転部に対してスラスト方向軸支持力を作用させたスラスト荷重の調整とができる。しかも、固定磁性壁側のみにスラスト方向軸支持力を作用させる磁路を設けることで、回転部の軸方向寸法を小さくして磁気浮上式ポンプを小型化できる。

　本発明によれば、インペラに作用するスラスト荷重を構造的な構成で適切な大きさに設定できる磁気浮上式ポンプを提供することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気浮上式ポンプを示す断面図である。図２は、図１に示す磁気浮上式ポンプの磁気浮上式電動機におけるラジアル方向支持力を示す図面である。図３は、図１に示す磁気浮上式ポンプの磁気浮上式電動機においてスラスト方向軸支持力を調整した状態を示す図面である。図４は、図１に示す磁気浮上式ポンプに備えられたインペラの前板側からの斜視図である。図５は、図４に示すインペラの後板側からの斜視図である。図６は、図４に示すインペラとは異なる実施形態のインペラを示す前板側からの斜視図である。図７は、インペラの切除部分を示す図面であり、（ａ）は図４に示すインペラの前板における切除部分を示す正面図、（ｂ）は図５に示すインペラの後板における切除部分を示す正面図、（ｃ）は図６に示すインペラの前板における切除部分を示す正面図である。図８は、図４に示すインペラとはさらに異なる実施形態のインペラを示す前板側からの斜視図である。図９は、図１に示す磁気浮上式ポンプにおいてインペラに作用するスラスト荷重の概略を示す図面である。図１０（ａ）は、図４と図６に示すインペラを用いた磁気浮上式ポンプにおける回転数とスラスト荷重の関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、図４と図８に示すインペラを用いた磁気浮上式ポンプにおける回転数と揚程の関係を示すグラフである。図１１は、図１に示す磁気浮上式ポンプに作用するスラスト荷重とスラスト方向軸支持力を模式的に示す図面である。図１２は、図１に示す磁気浮上式ポンプにおけるスラスト方向軸支持力と電流との関係を示すグラフである。図１３は、従来の磁気浮上式ポンプにおけるインペラの部分を示す断面図である。図１４は、図１３に示す磁気浮上式ポンプにおいてインペラに作用するスラスト荷重の概略を示す図面である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における前後方向の概念は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１の左方向が前方向、右方向が後方向とする。また、回転部５０の回転軸心Ｓの方向を「γ方向」、γ方向に対して直交する水平ラジアル方向を「α方向」、γ方向に対して直交する鉛直ラジアル方向を「β方向」とする。

　（磁気浮上式ポンプの構成）
　図１は、一実施形態に係る磁気浮上式ポンプ１を示す断面図である。図２は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１の磁気浮上式電動機１０におけるラジアル方向支持力を示す図面である。図３は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１の磁気浮上式電動機１０においてスラスト方向軸支持力を調整した状態を示す図面である。

　図１に示すように、磁気浮上式ポンプ１は、ケーシング２の内部に磁気浮上式電動機１０が備えられている。磁気浮上式電動機１０は、固定部２０の内部に配置され、回転軸心Ｓを中心に回転軸５１が回転させられる回転部５０が備えられている。この回転部５０は、後述するように、ラジアル方向支持部２３によって生じさせる磁束のラジアル方向支持力によって固定部２０とは非接触で支持される。

　固定部２０には、固定子２１が設けられており、この固定子２１から離間して回転部５０に設けられた回転子５２とでモータ部４０が構成されている。モータ部４０は、回転子５２の周囲に備えられた複数の回転子永久磁石５３と、固定子２１に備えられた複数の固定子巻線２２とを有する。モータ部４０は、永久磁石式モータ部となっている。固定子２１の固定子巻線２２は、制御部７０と電気的に接続されている。この実施形態の制御部７０は、電源を含む。制御部７０は、固定子巻線２２に流す電流を制御し、回転磁界を発生させ、モータ部４０の回転子５２を回転させて回転部５０を回転させる。制御部７０に回転制御用のインバータを備えさせることで、回転部５０の回転速度を任意に調整できる。

　回転部５０には、軸心方向の前端部（一端部）にインペラ８０が設けられている。回転部５０は、周囲が円筒状のカバー４で覆われている。また、回転部５０と面する固定部２０の内部も円筒状のカバー５で覆われている。これらのカバー４，５の間の空間は、流体が移動できる空間となっている。インペラ８０は、回転部５０で回転させられて、ポンプ部３の吸込み口６から吐出口７に向かって流体を送る。

　上記モータ部４０の前方向と後方向に離れた位置には、ラジアル方向支持部２３が備えられている。ラジアル方向支持部２３は、回転部５０を非接触で支持するラジアル方向支持磁石２４を有している。ラジアル方向支持磁石２４は、前部と後部の固定鉄心２５に設けられたラジアル方向支持コイル２６と、固定部２０の外周位置に設けられた円筒状の第１永久磁石２８と、回転部５０の周囲に設けられた円筒状の第２永久磁石５４と、を有している。

　上記ラジアル方向支持コイル２６は、制御部７０と電気的に接続されている。ラジアル方向支持コイル２６は、付与される電流の大きさと方向が制御部７０で制御可能となっている。上記第１永久磁石２８は、固定部２０の外周部に設けられており、固定子２１の外周位置に設けられた固定側磁路２７の前位置と後位置とに離れて設けられている。上記第２永久磁石５４は、回転部５０の周囲に設けられており、回転子５２の回転子永久磁石５３が設けられた回転側磁路５５の前位置と後位置とに離れて設けられている。

　上記ラジアル方向支持コイル２６の間には、上記固定部２０に対する上記回転部５０の位置を検出するラジアル位置センサ３２が備えられている。ラジアル位置センサ３２は、回転軸心Ｓの軸心方向の前後位置に配置されたいずれのラジアル方向支持部２３にも備えられている。ラジアル位置センサ３２は、周方向に複数個が設けられている。これにより、固定部２０に対する回転部５０の前部と後部において、回転軸心Ｓのγ方向に対する水平ラジアル方向αと鉛直ラジアル方向βとにおける位置変化を検出している。このラジアル位置センサ３２は、例えば、固定部２０から回転部５０に備えられたセンサーターゲットの変位を検出する変位センサなどとして用いることができる。このラジアル位置センサ３２も、上記制御部７０に接続されている。

　この磁気浮上式電動機１０の固定部２０には、回転部５０のインペラ８０と反対方向の軸心方向の後端部（他端部）に近接するように固定磁性壁３１が備えられている。固定磁性壁３１は、ラジアル方向支持部２３の固定鉄心２５と連なっている固定磁性部３０と連なるように設けられている。固定磁性壁３１には、回転部５０にスラスト方向軸支持力を作用させるスラスト方向軸支持力調整コイル６１を有するスラスト方向支持部６０が備えられている。スラスト方向軸支持力調整コイル６１は、制御部７０と電気的に接続されている。制御部７０は、スラスト方向軸支持力調整コイル６１に付与する電流の大きさと方向を制御できる。

　また、固定磁性壁３１には、上記回転部５０の後方端と固定部２０とのスラスト方向位置を検出するスラスト位置センサ３３が備えられている。このスラスト位置センサ３３は、例えば、固定部２０から回転部５０に備えられたセンサーターゲットの変位を検出する変位センサなどとして用いることができる。このスラスト位置センサ３３は、上記制御部７０に接続されている。制御部７０としては、各種の制御回路を備えたコントローラとすることができる。

　このような磁気浮上式ポンプ１によれば、ラジアル方向支持部２３のラジアル方向支持コイル２６に電流を付与することで発生するラジアル軸支持磁束によって水平ラジアル方向α及び鉛直ラジアル方向βにラジアル方向支持力が発生し、固定部２０の内部に配置された回転部５０を非接触の状態で支持することができる。そして、モータ部４０によって回転部５０を回転させることでインペラ８０が回転させられる。

　図２に示すように、上記磁気浮上式電動機１０によれば、永久磁石２８，５４の間には、Ｎ極からＳ極に向けてバイアス磁束であるラジアル磁束Ψｓ１（太い矢印）が発生する。この図では回転軸心Ｓを挟んで対向する位置を示している。ラジアル磁束Ψｓ１は、例えば、固定部２０の後部に備えられた第１永久磁石２８のＮ極から固定側磁路２７を介して前部に備えられた第１永久磁石２８のＳ極へと流れる。そして、この第１永久磁石２８のＮ極から固定磁性部２９とラジアル方向支持部２３の固定鉄心２５と回転部５０の回転磁性部５６を介して回転部５０の前部に備えられた第２永久磁石５４のＳ極へと流れる。そして、この第２永久磁石５４のＮ極から回転部５０の回転側磁路５５を介して後部に備えられた第２永久磁石５４のＳ極へと流れる。そして、この第２永久磁石５４のＮ極から回転磁性部５７とラジアル方向支持部２３の固定鉄心２５と固定磁性部３０を介して後部の第１永久磁石２８のＳ極へと流れる。このように、ラジアル磁束Ψｓ１は、固定部２０の外周部と、モータ部４０の前後位置に設けられたラジアル方向支持部２３の固定鉄心２５と、回転部５０とを通ってループ状に流れる。この永久磁石２８，５４によって発生させるラジアル磁束Ψｓ１（太い矢印）に、上記ラジアル方向支持コイル２６に付与する電流で発生させるラジアル磁束Ψｓ２（細い矢印）が加えられる。この２つのラジアル磁束Ψｓ１，Ψｓ２を同方向に発生させたり、異方向に発生させたりすることにより、磁束を強めたり弱めたりすることができ、これらのラジアル磁束Ψｓ１，Ψｓ２の合成磁束の制御により、ラジアル方向支持力を調整することができる。

　また、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２は、回転部５０の前部から後部に向けて流れるため、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の一部が回転部５０の後端部から隙間Ｈを越えて固定磁性壁３１に漏出磁束Ψｓ１０として流れる。この漏出磁束Ψｓ１０は、固定磁性壁３１から固定磁性部３０へと流れてラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２に戻る。漏出磁束Ψｓ１０は、回転部５０から固定磁性壁３１へと流れるため、この漏出磁束Ψｓ１０によって、回転部５０には固定磁性壁３１に向けて引き寄せられる後向きのスラスト方向軸支持力Ｆγが生じる。

　このように、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の流れにより、回転部５０には、固定磁性壁３１に向けて後ろ向きのスラスト方向軸支持力Ｆγが作用している。このため、この磁気浮上式電動機１０を用いた磁気浮上式ポンプ１によれば、インペラ８０の部分に作用するスラスト荷重Ｇによって回転部５０が前方向に引かれるのに対して、反対の後方向に作用するスラスト方向軸支持力Ｆγを生じさせることができる。

　一方、図３に示すように、上記磁気浮上式電動機１０によれば、固定磁性壁３１に備えさせたスラスト方向軸支持力調整コイル６１にスラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１（図１２）を付与することにより、固定磁性壁３１から回転部５０の後端に向けてスラスト磁束Ψｓ３が流れようとする（右ねじの法則）。そして、このスラスト方向軸支持力調整コイル６１で生じさせるスラスト磁束Ψｓ３を、ラジアル方向支持磁石２４によって生じさせるラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の漏出磁束Ψｓ１０に重畳させる。しかし、スラスト磁束Ψｓ３は、回転部５０から固定磁性壁３１に向けて流れる漏出磁束Ψｓ１０に対して反発する磁束である。このため、回転部５０から固定磁性壁３１に向けて流れようとする漏出磁束Ψｓ１０と、固定磁性壁３１から回転部５０に流れようとするスラスト磁束Ψｓ３とは、隙間Ｈの部分で互いに反発する磁束となる。よって、漏出磁束Ψｓ１０にスラスト磁束Ψｓ３を重畳させることで、回転部５０に、前向きのスラスト方向軸支持力－Ｆγを作用させることができる。

　このように、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２によって生じるスラスト方向軸支持力Ｆγは、スラスト方向軸支持力調整コイル６１のスラスト磁束Ψｓ３によって生じるスラスト方向軸支持力－Ｆγによって、前向きのスラスト方向軸支持力－Ｆγにすることができる。このスラスト方向軸支持力－Ｆγは、制御部７０でスラスト方向軸支持力調整コイル６１に付与される電流の大きさで制御することができる。

　そして、以下のようなインペラ８０及び異なる実施形態のインペラ９０の構造的な構成で、インペラ８０，９０に作用するスラスト荷重Ｇを適切な大きさに設定することができる。

　（インペラの構造）
　図４は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１に備えられたインペラ８０の前板側からの斜視図である。図５は、図４に示すインペラ８０の後板側からの斜視図である。図６は、図４に示すインペラ８０とは異なる実施形態のインペラ９０を示す前板側からの斜視図である。なお、図６のインペラ９０は、図４のインペラ８０と前板９４のみが異なるため、他の構成でインペラ８０と同一の構成には、インペラ８０における符号に「１０」を加えた符号を付し、その説明は省略する。

　図４に示すインペラ８０は、前板８４の中心部分に開口部８１があり、インペラ８０の中心部分に設けられたボス部８２の周囲に、開口部８１の周囲からインペラ８０の外周縁部まで延びる複数の羽根８３が放射状に設けられている。羽根８３は、前板８４と後板８６との間に設けられており、図５に示すように湾曲した形状となっている。羽根８３と前板８４及び後板８６とは、それぞれ直交方向に交差している。

　図５に示すように、後板８６の外周部分には、羽根８３の外周縁部８３ａから周方向に所定距離をあけた部分からインペラ８０の中心方向に所定の大きさの切除部分８７が設けられている。切除部分８７は、インペラ８０の回転方向Ｍの前方部分は外周縁部から羽根８３の湾曲に沿う曲面の前壁８７ａに形成され、羽根８３の回転方向Ｍの後方部分は外周縁部からインペラ８０の中心方向に向かう切り立った角度の後壁８７ｂに形成されている。後板８６の切除部分８７は、できるだけ大きい形状となっている。この実施形態のインペラ８０は、５枚の羽根８３を有しており、これらの羽根８３の間に切除部分８５が設けられている。

　そして、図４に示すように、インペラ８０の前板８４には、羽根８３の外周縁部８３ａから周方向に所定距離をあけた部分からインペラ８０の中心方向に所定の大きさの切除部分８５が設けられている。前板８４の切除部分８５は、インペラ８０の回転方向Ｍの前方部分は、外周縁部から羽根８３の湾曲に沿う曲面の前壁８５ａに形成されている。羽根８３の回転方向Ｍの後方部分は、後板８６と同様に外周縁部からインペラ８０の中心方向に向かう切り立った角度の後壁８５ｂに形成されている。前壁８５ａと後壁８５ｂは、インペラ８０の回転中心を中心とする円弧状の円弧部分８５ｃによって隣接する羽根８３の後壁８５ｂと前壁８５ａとにそれぞれ連なっている。前板８４の切除部分８５は、前壁８５ａが羽根８３の湾曲形状と同様の湾曲形状であり、後板８６と羽根８３との接続部分から所定の距離を設けて形成されている。切除部分８５も、５枚の羽根８３の間の部分に設けられている。前板８４の切除部分８５は、後板８６の切除部分８７に比べて小さな面積となっている。

　図６に示すインペラ９０は、後板９６はインペラ８０の後板８６と同一であり、切除部分９７は、インペラ８０の回転方向Ｍの前方部分は外周縁部から羽根８３の湾曲に沿う曲面の前壁９７ａに形成され、羽根９３の回転方向Ｍの後方部分は外周縁部からインペラ９０の中心方向に向かう切り立った角度の後壁９７ｂに形成されている。後板９６の切除部分９７も、できるだけ大きい形状となっている。そして、前板９４に設けられた切除部分９５が、図４に示すインペラ８０の前板８４に設けられた切除部分８５に比べて大きくなっている。インペラ９０は、前板９４の切除部分９５における前壁９５ａと後壁９５ｂとの間に形成されている円弧部分９５ｃの半径方向寸法を小さくすることで、切除部分９５の面積をインペラ８０の切除部分８５に比べて大きくしている。インペラ９０の切除部分９５も、インペラ９０の回転方向Ｍの前方部分にある前壁９５ａが、外周縁部から羽根８３の湾曲に沿う曲面に形成され、後壁９５ｂが外周縁部からインペラ９０の中心方向に向かう切り立った角度で形成されている。また、インペラ９０も、５枚の羽根９３を有しており、これらの羽根９３の間に切除部分９５が設けられている。前板９４の切除部分９５の面積は、後板９６の切除部分９７の面積に比べて小さな面積となっている。

　これらのインペラ８０，９０によれば、前板８４，９４の切除部分８５，９５及び後板８６，９６の切除部分８７，９７は、インペラ８０，９０の外周部分における羽根８３，９３の外周縁部８３ａ，９３ａから周方向に所定距離をあけた部分から設けられている。このため、羽根８３，９３の外周縁部８３ａ，９３ａは、前板８４，９４及び後板８６，９６と接続された状態となっている。しかも、切除部分８５，８７，９５，９７を設けることで、羽根８３，９３の回転方向Ｍの前方部分には外周縁部から前板８４，９４の前壁８５ａ，９５ａと、後板８６，９６の前壁８７ａ，９７ａと、が存在するようになる。このため、インペラ８０，９０の回転によって羽根８３，９３とともに前壁８５ａ，８７ａ，９５ａ，９７ａによっても流体を押し込むことができる。よって、インペラ８０，９０による吐出圧力の向上を図ることができる。

　また、前板８４，９４の切除部分８５，９５及び後板８６，９６の切除部分８７，９７が、前板８４，９４及び後板８６、９６と羽根８３、９３との接続部分から所定の距離を設けて形成されている。これにより、羽根８３，９３と前板８４，９４及び後板８６、９６との接続部分はそれぞれ直交方向に交差した状態であるため、これらの接続部分における強度を保つことができる。

　（インペラの切除部分）
　図７は、インペラ８０，９０の切除部分８５，８７，９５を示す図面であり、（ａ）は図４に示すインペラ８０の前板８４における切除部分８５を示す正面図、（ｂ）は図５に示すインペラ８０の後板８６における切除部分８７を示す正面図、（ｃ）は図６に示すインペラ９０の前板９４における切除部分９５を示す正面図である。図７では、インペラ８０，９０を前方から見た状態（図４、図６に示す正面側から見た状態）の切除部分８５，８７，９５と羽根８３との関係を示している。（ｂ）は、前板８４を取り除いた図である。切除部分８５，８７，９５は、斜線で示している。これらの図では、円形のインペラ８０，９０の一部のみを示している。

　図７（ａ）に示すように、図４のインペラ８０の前板８４に設けられた切除部分８５は、インペラ８０の回転方向Ｍの前方部分は外周縁部から羽根８３の湾曲に沿う曲面の前壁８５ａに形成されている。また、羽根８３の回転方向Ｍの後方部分は、外周縁部からインペラ８０の中心方向に向かう切り立った角度の後壁８５ｂに形成されている。そして、これらの間の部分ではインペラ８０の回転中心を中心とする円弧部分８５ｃに形成されている。切除部分８５は、前板８４と羽根８３との接続部分（破線部分）から所定の距離を設けて形成されている。

　図７（ｂ）に示すように、図４のインペラ８０の後板８６に設けられた切除部分８７は、インペラ８０の回転方向Ｍの前方部分は外周縁部から羽根８３の湾曲に沿う曲面で、隣接する羽根８３の後壁８７ｂに連なるような曲面の前壁８７ａに形成されている。また、羽根８３の回転方向Ｍの後方部分は外周縁部からインペラ８０の中心方向に向かう切り立った角度の後壁８７ｂに形成されている。前壁８７ａは、羽根８３の湾曲形状と同様の湾曲形状である。切除部分８７は、後板８６と羽根８３との接続部分から所定の距離を設けて形成されている。

　このインペラ８０は、図７（ｂ）に示す後板８６に設けられた切除部分８７の面積を「１」とすると、図７（ａ）に示す前板８４に設けられた切除部分８５の面積は「０．５」となっている。すなわち、インペラ８０は、後板８６の切除部分８７の面積に比べて、前板８４の切除部分８５の面積の大きさは、１：０．５の比率で小さく形成されている。このように、インペラ８０は、後板８６に最大面積の切除部分８７を形成し、前板８４には補助的に切除部分８７よりも小さい所定面積の切除部分８５を形成している。

　図７（ｃ）に示すように、図６のインペラ９０の前板９４に設けられた切除部分９５は、インペラ９０の回転方向Ｍの前方部分は外周縁部から羽根９３の湾曲に沿う曲面の前壁９５ａに形成されている。また、羽根９３の回転方向Ｍの後方部分は、外周縁部からインペラ９０の中心方向に向かう切り立った角度の後壁９５ｂに形成されている。そして、これらの間の部分ではインペラ９０の回転中心を中心とする円弧部分９５ｃに形成されている。切除部分９５は、前板９４と羽根９３との接続部分（破線部分）から所定の距離を設けて形成されている。インペラ９０の後板９６は図７（ｂ）と同一であるため、説明は省略する。

　このインペラ９０は、図７（ｂ）に示す後板８６（９６）に設けられた切除部分８７（９７）の面積を「１」とすると、図７（ｃ）に示す前板９４に設けられた切除部分９５の面積は「０．６５」となっている。すなわち、インペラ９０は、後板９６の切除部分９７の面積に比べて、前板９４の切除部分９５の面積の大きさは、１：０．６５の比率で小さく形成されている。インペラ９０も、後板９６に最大面積の切除部分９７を形成し、前板９４には補助的に切除部分９７よりも小さい所定面積の切除部分９５を形成している。

　このように、インペラ８０，９０の前板８４，９４における切除部分８５，９５の面積と後板８６，９６における切除部分８７，９７の面積は、後板８６，９６に面積の大きい切除部分８７，９７を形成し、前板８４，９４には後板８６，９６の切除部分８７，９７よりも小さい面積の切除部分８５，９５を形成する、という大小関係となっている。前板８４，９４の切除部分８５，９５の大きさと後板８６，９６の切除部分８７，９７の大きさは、このような大小関係を保っていれば他の比率にすることができる。前板８４，９４の切除部分８５，９５の面積と、後板８６，９６の切除部分８７，９７の面積の差により、後述するようにスラスト荷重Ｇの大きさが所定の大きさとなるように設定することができる。

　しかも、羽根８３，９３の部分と、前板８４，９４及び後板８６，９６の切除部分８５，９５，８７における前壁８５ａ，９５ａ，８７ａ，９７ａの部分でも流体を押し込むことができ、吐出圧力の向上を図ることができる。

　（他の実施形態に係るインペラ）
　図８は、図４に示すインペラ８０とはさらに異なる実施形態のインペラ１００を示す前板側からの斜視図である。なお、図８に示すインペラ１００は、インペラ８０とは、前板１０４の切除部分１０５における前壁１０５ａと、後板１０６の切除部分１０７における前壁１０７ａの形状が異なる例である。図８のインペラ１００において、インペラ８０と同一の構成には、インペラ８０における符号に「２０」を加えた符号を付し、その説明は省略する。

　図８に示すインペラ１００は、前板１０４に設けられた切除部分１０５の前壁１０５ａが、外周部分では外周縁部からインペラ１００の中心方向に向かう切り立った角度で形成されている。また、後板１０６に設けられた切除部分１０７の前壁１０７ａも、外周部分では外周縁部からインペラ１００の中心方向に向かう切り立った角度で形成されている。これにより、前板１０４と後板１０６の切除部分１０５，１０７における外周部分には、回転方向Ｍの前方部分に切り立った前壁１０５ａ，１０７ａが形成されている。なお、インペラ１００の他の構成はインペラ８０と同一であるため、他の構成の説明は省略する。

　このインペラ１００によれば、羽根１０３の回転方向Ｍの前方部分には外周縁部から前板１０４の前壁１０５ａと、後板１０６の前壁１０７ａと、が存在するようになる。しかも、前壁１０５ａ，１０７ａは外周部分が外周縁部からインペラ１００の中心方向に向かう切り立った角度で形成されているため、インペラ１００の回転によって羽根１０３とともに前壁１０５ａ，１０７ａによって流体を押し込む力をさらに大きくすることができる。よって、インペラ１００による吐出圧力の更なる向上を図ることができる。

　（磁気浮上式ポンプに作用するスラスト荷重）
　図９は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１においてインペラ８０（９０，１００）に作用するスラスト荷重の概略を示す図面である。図１０（ａ）は、図４と図６に示すインペラを用いた磁気浮上式ポンプにおける回転数とスラスト荷重の関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、図４と図８に示すインペラを用いた磁気浮上式ポンプにおける回転数と揚程の関係を示すグラフである。図１０（ａ）では、スラスト荷重Ｇを、前方向きの荷重を（＋）、後方向きの荷重を（－）として示している。

　図９に示すように、磁気浮上式ポンプ１のインペラ８０（９０，１００）には、前板８４（９４，１０４）の外周部の一部分に切除部分８５（９５，１０５）があり、後板８６（９６，１０６）の外周部の一部分に切除部分８７（９７，１０７）がある。このため、前板８４（９４，１０４）の切除部分８５（９５，１０５）が設けられた部分に作用する流体圧の総和ＰＦは、図１４に示す前板１１４に比べて切除部分８５（９５，１０５）の面積分で小さくなる。また、後板８６（９６，１０６）の切除部分８７（９７，１０７）が設けられた部分に作用する流体圧の総和ＰＲは、図１４に示す後板１１６に比べて切除部分８７（９７，１０７）の面積分で小さくなる。

　このように、後板８６（９６，１０６）に大きな面積の切除部分８７（９７，１０７）を設けるとともに、前板８４（９４，１０４）に後板８６（９６，１０６）よりも小さい面積の切除部分８５（９５，１０５）を設けることにより、インペラ８０（９０，１００）の前板８４（９４，１０４）と後板８６（９６，１０６）とにそれぞれ作用する流体圧による力を適切な値とし、インペラ８０（９０，１００）には所定のスラスト荷重Ｇが作用するように制御することができる。

　図１０（ａ）に示すように、図４に示すインペラ８０を備えた磁気浮上式ポンプ１によれば、一点鎖線Ｌ１で示すようなスラスト荷重とすることができる。また、図６に示すインペラ９０を備えた磁気浮上式ポンプ１によれば、実線Ｌ２で示すようなスラスト荷重とすることができる。なお、二点鎖線Ｌ３は、図１３に示す切除部分がないインペラ２１０を備えた磁気浮上式ポンプ１００におけるスラスト荷重を示している。

　このグラフから、図４に示すインペラ８０を用いれば、磁気浮上式ポンプ１の運転時におけるスラスト荷重Ｇをほぼゼロに近い荷重にすることができる。また、図６に示すインペラ９０を用いれば、図４の示すインペラ８０に比べて前板９４の切除部分９５の面積が増えたことで、前板９４に作用する流体圧の総和ＰＦが図４のインペラ８０に比べて小さくなるので、スラスト荷重Ｇを（＋）の方向に少し大きくすることができる。インペラ９０は、切除部分９５の面積を、磁気浮上式ポンプ１の運転時におけるスラスト荷重Ｇが（＋）側の適切な値となるようにした一例である。

　このように、インペラ８０，９０は、後板８６（９６）に大きな面積の切除部分８７（９７）を設けるとともに、前板８４（９４）に適切な小さな面積の切除部分８５（９５）を設けている。よって、インペラ８０，９０を備えた磁気浮上式ポンプ１によれば、図１３に示す磁気浮上式ポンプ１００に比べて、スラスト荷重Ｇを適切な小さな値にすることが可能となる。

　また、図１０（ｂ）に示すように、図４に示すインペラ８０を備えた磁気浮上式ポンプ１によれば、一点鎖線Ｌ５で示すように、回転数の上昇とともに揚程を上げることができる。そして、図８に示すインペラ１００を備えた磁気浮上式ポンプ１によれば、実線Ｌ６で示すように、回転数の上昇とともにインペラ８０に比べてより揚程を上げることができる。このように、インペラ１００によれば、前板１０４の前壁１０４ａと後板１０６の前壁１０６ａとを切り立った形状としたことで、これらの前壁１０４ａ，１０６ａによる流体の押し込み力が増して揚程を上げることができる。

　なお、図１０（ａ）、（ｂ）に示すグラフは、一例の磁気浮上式ポンプ１においてインペラ８０，９０，１００を用いた場合の例である。磁気浮上式ポンプ１の構成が異なる場合、インペラ８０，９０，１００に設ける切除部分８５，８７，９５，９７，１０５，１０７の面積は、後板８６，９６，１０６に大きい面積の切除部分８７，９７，１０７を形成し、前板８４，９４，１０４には後板８６，９６，１０６の切除部分８７，９７，１０７よりも小さい面積の切除部分８５，９５，１０５を形成する、という大小関係を保って、磁気浮上式ポンプ１に応じて設定すればよい。

　（実施形態における電流値とスラスト方向軸支持力の関係）
　図１１は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１に作用するスラスト荷重Ｇとスラスト方向軸支持力Ｆγを模式的に示す図面である。図１２は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１におけるスラスト方向軸支持力Ｆγとスラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１との関係を示すグラフである。図１２に示す縦軸は、固定磁性壁３１から回転部５０に向けて生じるスラスト方向軸支持力Ｆγを示している。スラスト方向軸支持力Ｆγは、後向きのスラスト方向軸支持力Ｆγが「＋」、前向きのスラスト方向軸支持力－Ｆγが「－」となる。図１１に示す横軸は、スラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１を示している。

　図１１に示すように、磁気浮上式ポンプ１は、磁気浮上式電動機１０の回転部５０に対してインペラ８０からスラスト荷重Ｇが作用するが、スラスト方向軸支持力調整コイル６１にスラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１（図１２）を付与することでスラスト方向軸支持力Ｆγを生じさせることができる。

　図１２に示すように、図１に示す磁気浮上式ポンプ１によれば、スラスト方向軸支持力調整コイル６１に電流を流さない状態でも、後向きとなる「＋」のスラスト方向軸支持力Ｆγが発生する。しかし、スラスト方向軸支持力調整コイル６１にスラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１を付与することでスラスト方向軸支持力Ｆγを小さくでき、スラスト方向軸支持力調子コイル電流Ｅ１を調整することでスラスト方向軸支持力Ｆγを「約０」にできる。この状態からさらにスラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１を大きくすれば、スラスト方向軸支持力Ｆγが前向きとなる「－」の状態となる。

　そして、このような磁気浮上式ポンプ１において、インペラ８０，９０，１００の前板８４，９４，１０４に設ける切除部分８５，９５，１０５の面積と、後板８６，９６，１０６に設ける切除部分８７，９７，１０７の面積とを適切な大きさの面積比とすることで、スラスト方向軸支持力Ｆγが「＋」側に少し作用した状態の破線Ｒで示す状態にすることができる。この状態は、インペラ８０，９０，１００のスラスト荷重Ｇが「＋」の方向に少し作用した状態であり、この実施形態における磁気浮上式ポンプ１では、スラスト荷重Ｇと引っ張り合う方向にスラスト方向軸支持力Ｆγを作用させた状態である。この状態は、スラスト方向軸支持力Ｆγが小さく、スラスト方向軸支持力Ｆγを制御するスラスト方向軸支持力調整コイル電流Ｅ１が小さいため、制御が安定する。

　インペラ８０，９０，１００のスラスト荷重Ｇが「＋」の方向に少し作用した状態とする調整は、上記したようにインペラ８０，９０，１００の前板８４，９４，１０４における切除部分８５，９５，１０５の面積と後板８６，９６，１０６における切除部分８７，９７，１０７の面積との調整によって、任意に制御することができる。よって、構造的な構成によってスラスト荷重Ｇを適切な大きさにすることが可能となる。

　（総括）
　以上のように、上記磁気浮上式ポンプ１によれば、インペラ８０，９０，１００の前板８４，９４，１０４に設ける切除部分８５，９５，１０５の大きさと後板８６，９６，１０６に設ける切除部分８７，９７，１０７の大きさとを適切に設定することで、インペラ８０，９０，１００に作用するスラスト荷重Ｇを適切な大きさに制御することが可能となる。すなわち、インペラ８０，９０，１００によれば、羽根８３，９３，１０３は最大径のままで、後板８６，９６，１０６に大きな切除部分８７，９７，１０７を設けることでスラスト荷重Ｇが小さくなるようにし、その上で、前板８４，９４，１０４に適切な大きさの切除部分８５，９５，１０５を設けることで、インペラ８０，９０，１００に作用するスラスト荷重Ｇを適切な大きさにすることが可能となる。

　しかも、羽根８３，９３，１０３は最大径であり、その前後に前板８４，９４，１０４の切除部分８５，９５，１０５における前壁８５ａ，９５ａ，１０５ａと、後板８６，９６，１０６の切除部分８７，９７，１０７における前壁８７ａ，９７ａ，１０７ａとがある。これにより、これらの羽根８３，９３，１０３と前壁８５ａ，９５ａ，１０５ａ，８７ａ，９７ａ，１０７ａとによって流体を押し込むことができ、吐出圧力の向上を図ることができる。よって、磁気浮上式ポンプ１の吐出圧力向上を図りながらスラスト荷重Ｇを適切な値に調整することが可能となる。

　（他の実施形態）
　上記した実施形態における磁気浮上式ポンプ１は一例であり、他の磁気浮上式ポンプ１に上記インペラ８０，９０，１００を備えさせてもよく、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

　また、上記した実施形態におけるインペラ８０，９０，１００は一例であり、磁気浮上式ポンプ１の仕様などに応じて、羽根８３，９３，１０３の数、前板８４，９４，１０４の切除部分８５，９５，１０５と後板８６，９６，１０６の切除部分８７，９７，１０７の形状、面積比などを設定すればよく、インペラ８０，９０，１００は上記した実施形態に限定されるものではない。

　さらに、上記した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲で種々の構成を変更してもよく、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

　　　　　１　磁気浮上式ポンプ
　　　　　６　吸込み口
　　　　　７　吐出口
　　　　１０　磁気浮上式電動機
　　　　２０　固定部
　　　　４０　モータ部
　　　　５０　回転部
　　　　６０　スラスト方向支持部
　　　　６１　スラスト方向軸支持力調整コイル
　　　　７０　制御部
　　　　８０　インペラ
　　　　８１　開口部
　　　　８３　羽根
　　　８３ａ　外周縁部
　　　　８４　前板
　　　　８５　切除部分
　　　８５ａ　前壁
　　　　８６　後板
　　　　８７　切除部分
　　　８７ａ　前壁
　　　　９０　インペラ
　　　　９４　前板
　　　　９５　切除部分
　　　９５ａ　前壁
　　　　９６　後板
　　　　９７　切除部分
　　　９７ａ　前壁
　　　１００　インペラ
　　　１０４　前板
　　　１０５　切除部分
　　１０５ａ　前壁
　　　１０６　後板
　　　１０７　切除部分
　　１０７ａ　前壁
　　　　　Ｇ　スラスト荷重
　　　　Ｌ１　一点鎖線
　　　　Ｌ２　実線
　　　　Ｌ３　二点鎖線

Claims

　固定部と、
　前記固定部の内部に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって前記固定部の中心に非接触で支持される回転部と、
　前記固定部と前記回転部との間において、前記固定部に設けられた固定子と該固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とから構成されるモータ部と、
　前記回転部の軸心の一端側に設けられたインペラと、を備え、
　前記インペラは、前板と後板と、前記前板と前記後板との間に設けられ、前記インペラの中心部分から外周縁部まで延びる羽根と、を有し、
　前記前板と前記後板とは、前記羽根の前記外周縁部から周方向に所定距離をあけた位置から前記インペラの中心方向に所定の大きさの切除部分をそれぞれ有し、
　前記切除部分は、前記後板の前記切除部分に比べて前記前板の前記切除部分が小さく形成されている、ことを特徴とする磁気浮上式ポンプ。
　前記前板と前記後板の前記切除部分は、前記羽根の回転方向の前方部分が、外周縁部から前壁に形成されている、
請求項１に記載の磁気浮上式ポンプ。
　前記切除部分は、前記羽根と前記前板及び前記後板との接続部分から所定の距離を設けて形成されている、
請求項１又は２に記載の磁気浮上式ポンプ。
　前記後板の切除部分の大きさに対する前記前板の切除部分の大きさの比率は、前記インペラに対して前方に向けて一定のスラスト荷重が作用する比率となるように構成されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気浮上式ポンプ。
　前記回転部の軸心の他端部から軸心方向に離れて配置され、該回転部に近接して前記固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、前記固定磁性壁に配置され、前記ラジアル磁束の前記回転部から隙間を介して該固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向軸支持力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、
　前記スラスト方向軸支持力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して前記回転部に前記スラスト磁束でスラスト方向軸支持力を作用させる制御部と、をさらに備えている、
請求項１～４のいずれか１項に記載の磁気浮上式ポンプ。