JPH0584839B2

JPH0584839B2 -

Info

Publication number: JPH0584839B2
Application number: JP61079259A
Authority: JP
Inventors: Shotaro Mizobuchi; Tosha Kanamori; Katsumi Sasaki; Katsutoshi Chiba
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1986-04-08
Filing date: 1986-04-08
Publication date: 1993-12-03
Also published as: JPS62237093A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、磁石を固設した羽根車を隔離板を
介して外部から磁気的に回転するようにしたマグ
ネツトポンプに関し、特に回転軸方向に離隔した
磁気回路によつて羽根車を回転するマグネツトポ
ンプに関する。

〔従来の技術〕

従来のマグネツトポンプを、縦断面図を示す第
５図について説明する。図において、モータ１の
モータ軸２端に固定した磁気的な絶縁材の円板３
の端面周上には交互に極性の異なる永久磁石を配
した駆動側マグネツト４が固定されている。モー
タ１の下部ブラケツト５とポンプケーシング６は
非磁性体材料の隔離板７を介して密封してボルト
ナツト８により固定してある。

ポンプケーシング６の吸込口９にはポンプケー
シング６と一体に設けられた放射状のアーム１０
の中心にボス１１が設けられ、アーム１０間が吸
込通路となつている。該ボス１１にはモータ軸２
と同心のポンプ軸１２が固定され、該ポンプ軸１
２には、羽根車１３に圧入したつば付の軸受メタ
ル１４が滑合している。１５はポンプケーシング
６に圧入されて、羽根車の吸込部外周と隙間少く
嵌合して封水を行うライナリングである。

羽根車１３のモータ側端部上には、駆動側マグ
ネツト４に隔離板７を介して対極し、極性の異な
る永久磁石を交互に配列した羽根車側マグネツト
１６が埋込み固定されている。１９はストレーナ
で、ポンプケーシング６の脚１７に嵌め込まれ図
示しないボルトによつてポンプケーシング６に引
付けられている台板１８によつて、ポンプケーシ
ング６の外周を蔽うようにして保持されている。

モータ１が附勢されると、モータ軸２、円板３
駆動側マグネツト４が回転し、該駆動側マグネツ
ト４の磁力によつて羽根車側マグネツト１６は駆
動され、羽根車１３はポンプ軸１２上で回転し、
液体はストレーナ１９、吸込口９を通り、ポンプ
ケーシング６中に入り、羽根車１３に吸込まれて
増速昇圧して吐出口２１から吐出されるようにな
つている。なお、一部液体は、高圧側から羽根車
側マグネツト１６と隔離板７間を通つて中心に向
いバランスホール２２から低圧側に循環してポン
プスラストを平衡させている。かかる構成によつ
て、モータ軸２とポンプ軸１２とはそれぞれ独立
してモータポンプ間に軸封装置を有せず、取扱液
体はモータとポンプ間で隔離板７により隔絶して
おり、腐食性液体等によりモータに影響を与える
ことがない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようなマグネツトポンプぱかりでなく、
永久磁石を羽根車側に固定したマグネツトポンプ
は、一般のポンプに比べて高出力のものは少なか
つた。即ち、一般のポンプはモータやエンジンな
どの原動機の出力軸で直接羽根車を駆動できるの
で、軸封部における動力損失を見込んでもモータ
に発生している強力な電磁力や内燃機関の出力が
永久磁石によるマグネツトカツプリングの伝達動
力に比べて大きなものが得られやすいからであ
る。特に上記のように羽根車に直接永久磁石を埋
設するようにしたマグネツトポンプにあつては、
羽根車側マグネツトの大きさは羽根車の寸法を無
視していたずらに大きくすることはできないので
液体を移送するポンプにとつては不利であつた。

また、マグネツトポンプの場合、マグネツトカ
ツプリングの許容トルクを越える動力で駆動側マ
グネツトを回転すると、回転側マグネツト（羽根
車）がその回転に同期できず、スリツプしたり、
或いはポンプの形式によつては羽根車が脱落した
りするものであつて、前者の場合には永久磁石の
磁力が減磁され、後者の場合にはポンプの運転が
不能となる。

マグネツトポンプは、このような短所があるに
もかかわらず、移送流体と外部とを完全に遮断で
きることから、汚染された液体或いは汚染を嫌う
液体を取扱う場合にはどうしても必要不可欠なも
のである。

本発明は、羽根車を直接々触することなく磁気
的に駆動するマグネツトポンプを総合的に改良
し、減磁や羽根車の脱落がないポンプとすること
を目的とし、又、軸方向に磁気ギヤツプをもつた
マグネツトポンプにありがちなスラスト軸受の動
力損失の問題も解決し、さらに、簡単な構造のマ
グネツトポンプを提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、ポン
プケーシングと、該ポンプケーシング内に収容さ
れた羽根車と、該羽根車の回転軸を中心とした軸
直角の環状面に沿つて該羽根車に埋設固定された
羽根車側マグネツトと、該ポンプケーシングに固
定され隔離板と、該隔離板を介して外部から該羽
根車を回転駆動する回転磁界発生手段とからなる
マグネツトポンプにおいて、該羽根車側マグネツ
トを該羽根車の翼部に埋設すると共に、羽根車背
面と隔離板とで摺動部を形成し、該摺動部を形成
する面の少なくとも一方の面を、平滑な平面に一
方向のスパイラル溝が加工されたセラミツクスに
よつて構成したことを特徴としている。なお、好
ましい実施態様としては、前記羽根車に偶数個の
翼が回転対称となるべく配列されていること、羽
根車の翼部の軸に直角な断面における流路と翼体
との面積比が後者が大であるようにすること、及
び回転磁界発生手段が電磁コイルであることなど
がある。

〔作用〕

本発明のマグネツトポンプにおいては、羽根車
側マグネツトが羽根車の翼部に埋設されているの
で、羽根車全体の重量を大きくすることなく大き
なマグネツトを使用することができる。このよう
に羽根車全体に占めるマグネツトの割合を増すこ
とができるので、同一翼形状の羽根車であれば従
来のものに比べて単位重量のマグネツトに対する
負荷が軽減される。

また、羽根車側マグネツトの重心が羽根車の前
面に形成されている流路に近づくので、翼に対す
るねじれが軽減される。

また、羽根車背面と隔離板とで形成される摺動
部には、その少なくとも一方の面が平滑な平面に
スパイラル状の溝が形成されているので、羽根車
の回転によつて摺動面に介在している流体の動圧
が発生して、羽根車が隔離板方向に押しつけられ
る力に対抗し得る流体膜が形成され、極めて少な
い摺動抵抗で羽根車を回転することができる。

また本発明では、羽根車の背面と隔離板表面と
で、永久磁石で吸引される摺動部を形成している
ので、該部に吐出流体が進入し難く、従つて通常
の遠心ポンプにおいて羽根車の吸込側へ働くスラ
ストが生じない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図で
あつて、モータ部は従来例について説明した構造
と変りはなくまた、ポンプ部において従来例に対
応する部分には、理解を容易にするために同一符
号を付与して説明した。

図においてポンプケーシング６内には羽根車側
マグネツト２８が埋設された羽根車１３が収容さ
れ、モータ１とポンプケーシング６との間には羽
根車１３の回転軸と直交するように隔離板７が固
定され、ポンプケーシング６内の流体が漏洩しな
い構造となつている。この隔離板７は羽根車１３
の軸受の機能を併せもつものであり、羽根車１３
の回転軸に対応する位置において半球状の凹部２
３が形成されている。また、羽根車１３の背面の
中心部には、SiC，Si₃N₄，Al₂O₃などの硬質セラ
ミツクスからなる動圧軸受板２４が固着されてお
り、該動圧軸受板２４の中心部にも前記凹部２３
に対応して凹部２５が形成されている。そして、
互いに対向するこれら２つの凹部２３，２５によ
つて形成される空間には小球２６が収容されてい
る。仮想線２７は羽根車１３における液体の流路
を示している。

また、羽根車１３の翼部に埋設された羽根車側
マグネツト２８は、羽根車１３の回転軸２を中心
とした軸直角の環状面に沿つて交互に磁極が異な
るように配列された複数個のマグネツトからなつ
ている。この羽根車側マグネツト２８は、回転体
即ち、羽根車１３の形状及び重量を小さくするた
めに翼部に埋設されているが、翼２９が流体から
受ける力の中心と、羽根車側マグネツト２８が駆
動側マグネツト４から受ける回転トルクの作用点
とが近接しているので、羽根車１３の母材３０に
対する曲げモーメントが軽減されている。

また、羽根車１３の前面においても動圧が発生
するように、硬質セラミツクスからなる動圧軸受
板３１がボス１１の端部に固定されている。そし
て該動圧軸受板３１の軸受面４０と摺擦する羽根
車１３の前面４１の中心部３２は平滑に仕上げら
れしかも、その回転中心部には背面と同じく半球
状の凹部３３が形成され、他方、この凹部３３に
対応して動圧軸受板３１の中心にも半球状の凹部
３４が形成され、この互いに対向する２つの凹部
３３，３４によつて形成される空間に小球３５を
収容している。

第２図は、動圧軸受板２４の表面の模様を示し
たものであつて、動圧軸受板２４の中心には半球
状の凹部２５が形成され、該凹部２５を中心に複
数のスパイラル溝３６（黒ぬりの部分）が設けら
れている。また、スパイラル溝３６に引き続いて
その内周側には均圧部３７が形成されている。該
均圧部３７とスパイラル溝３６とはランド部３８
よりも３〜50μｍ深くなつており、先づ動圧軸受
板２４に凹部２５を成形したセラミツクスの生成
形体を焼成したのち、表面全体をラツプ仕上げに
よつて平滑な平面となし、ランド部３７を樹脂マ
スクによつて覆い、シヨツトブラストによつて黒
ぬりのスパイラル溝３６、均圧部３７を形成す
る。この黒ぬりの部分３６，３７は梨地であつて
ランド部３８のように平滑な面ではない。なお、
このスパイラル面と対向する隔離板７の表面は平
滑に仕上げられている。矢印３９は羽根車１３の
回転方向であつて、羽根車１３が矢印３９の方向
に回転すると、周囲の流体がスパイラル溝３６に
沿つて動圧軸受板２４の外周縁から内周方向に向
う力が作用するので、結果として、羽根車１３が
隔離板７に対して押し付けられると、そのスラス
ト力に応じて動圧が発生し羽根車１３は小さな抵
抗を受けるだけで回転することができる。

また、羽根車１３の回転中、吐出口２１側の図
示しない弁（制水弁）が閉じると、ポンプの吐出
口２１における圧力が上昇し、同時に羽根車１３
の背面における圧力も上昇し、この背圧で羽根車
１３が前面、即ち、吸込口９側に押されることに
なる。この時は、羽根車１３の前面の中心部３２
に形成された平滑な平面であるすべり面３９とボ
ス１１の端部に固定されたセラミツクス製の動圧
軸受板３１との間において同様に摺擦がおこなわ
れることとなる。該動圧軸受板３１の表面４０に
は第２図に示したようなスパイラル溝が形成され
ているので、羽根車１３が第１図においてボス１
１の方向にスラスト力を受けたならば、動圧軸受
板３１と羽根車１３の前面の中心部３２との間で
少ない摺動抵抗で羽根車１３が回転することとな
る。

しかし、羽根車１３が矢印３９とは反対の方向
に回転する力を受けた時は動圧軸受板２４，３１
において吸着力が働くので逆回転はできない。

第３図は、第１図の羽根車１３の前面（吸込口
側）からみた正面図であり、破線で内部構造を示
している。図において、羽根車１３はクローズド
タイプの羽根車であつて渦巻状に６枚の翼２９が
形成されると共に６本の流路２７が設けられてい
る。該翼２９は、羽根車の外周部の円弧と、流路
２７を形成する二つの曲線とによつて囲まれたほ
ぼ扇形状（三角形状）をなしている。マグネツト
２８は、該扇形状をなした翼２９の内部に埋設さ
れ交互に翼なる磁極となるように着磁されてい
る。

この実施例では、バランスホールは設けられて
いないが、これは、背圧が上昇してもボス１１の
端部に設けられた動圧軸受板３１によつて羽根車
１３の位置を正常な状態に保持できることと、そ
の際の摺動抵抗が極めて少なく、それがバランス
ホールを設けることによる損失よりも小さいから
である。しかし、羽根車１３の母材３０を薄肉と
する場合には羽根車１３の背圧による変形を少な
くするためにバランスホルを設けることも可能で
ある。

なお、第３図において、羽根車１３の背面の動
圧軸受板２４の表示は省略してある。

第４図は、別の実施例であつて、羽根車側マグ
ネツト２８を固定子コイル５１の電磁力を利用し
て直接駆動するものであつて、最も簡単な構成と
なつている。この実施例では羽根車１３やケーシ
ング６等については第１図と同じであり、駆動部
だけが異なつている。リード線５７に接続された
ホール素子などの磁気センサ５６によつて羽根車
側マグネツト２８の極性、位置を検出し、その信
号に基づいて、図示しないドライバによつてリー
ド線５９から固定子コイル５１の最適なコイルに
電流が流れるようになつている。この場合、隔離
板５４は固定子５１の表面に接着されているので
電気抵抗が大きく透磁性の良い材料、たとえばア
ルミナ板を用い、中央部の動圧軸受板２４と対向
する部分は隔離板５４とは別体の表面が平滑なセ
ラミツクスの受板５５が設けられ、その背後は補
強材５０によつて補強されている。

このようにすれば、隔離板５４の厚みを小さく
できるので磁気ギヤツプが狭い分だけ大きなトル
クが得られる。

上記羽根車側マグネツト２８の配列としては２
つの方式に大別できる。即ち、第１図に示した永
久磁石同士のマグネツトカツプリングによる場合
には互いに異なる磁極が交互に現われるように配
列されることが必要であり、このようにすれば永
久磁石相互の吸着力と反発力とが利用できるので
トルクは大きくなる。また、固定子コイルの電磁
力を利用する場合にあつては、例えば、三相交流
によつて得られる回転磁界によつて駆動するとき
は、前述のように互いに異なる磁極を交互に配列
することが必要であり、交番磁界の場合も同様で
ある。

しかし、直流電源を利用して、羽根車側マグネ
ツトの磁極の位置を検出して最適な位置のコイル
に電流を供給する方式の駆動機構を用いるなら
ば、第４図に示したように、羽根車側マグネツト
の互いに隣接するものが同じ磁極をもつことにな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば軸方向に
磁気ギヤツプを形成してなるマグネツトポンプに
おいて羽根車側マグネツトを羽根車の翼部に埋設
したことにより、羽根車全体の重量が軽減され、
慣性モーメントが小さくなる。従つて、駆動側マ
グネツト或いは回転磁界の動きに追従しやすくな
り、スリツプが起こりにくくなる利点がある。

又、マグネツトが翼部に埋設されたことによつ
て、円周方向の翼幅が厚くなり、その分だけ流体
の通路つまり流路の幅が狭められることになる
が、流路の幅が狭くなることはポンプの出力が低
下することを意味するので、トルクの小さいマグ
ネツトポンプにあつては、全体のバランスからみ
て好適なことである。

また、本発明では、羽根車側マグネツトが、羽
根車の回転軸方向に関して、羽根車の流路と交錯
する位置まで大きくできるので羽根車の幅を広げ
ることなく大きなトルクが得られることになる。

さらに、本発明によれば、羽根車背面と隔離板
とで摺動部を形成し、該摺動部を形成する面の少
なくとも一方の面を、平滑な平面に一方向のスパ
イラル溝が加工されたセラミツクスによつて構成
したことにより、大きな推力荷重に対して支持で
きるばかりでなく、耐食性、耐摩耗性に優れてお
り、また、回転体の軸方向の振れを抑制する効果
があるので、トルクを大きくするために磁気ギヤ
ツプを小さくしたいマグネツトポンプに特に有利
である。

また、本発明のマグネツトポンプにおいて、羽
根車側マグネツトを回転する手段に羽根車の磁極
を検出する手段を加えることによつて羽根車を常
に同期運転できるので安定した運転が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すマグネツトポ
ンプの縦断面図、第２図及び第３図は第１図にお
ける動圧軸受板及び羽根車の各正面図、第４図は
本発明の他の実施例を示す縦断面図、第５図は従
来のマグネツトポンプの縦断面図である。２……モータ軸、３……円板、４……駆動側マ
グネツト、６……ポンプケーシング、７……隔離
板、９……吸込口、１１……ボス、１３……羽根
車、２１……吐出口、２３，２５……凹部、２
４，３１……動圧軸受板、２６……小球、２７…
…流路、２８……羽根車側マグネツト、２９……
翼、３３，３４……凹部、３５……小球、３６…
…スパイラル溝、３７……均圧部、３８……ラン
ド部、５０……補強材、５１……固定子コイル、
５４……隔離板、５５……受板、５６……磁気セ
ンサ。

Claims

【特許請求の範囲】１ポンプケーシングと、該ポンプケーシング内
に収容された羽根車と、該羽根車の回転軸を中心
とした軸直角の環状面に沿つて該羽根車に埋設固
定された羽根車側マグネツトと、該ポンプケーシ
ングに固定された隔離板と、該隔離板を介して外
部から該羽根車を回転駆動する回転磁界発生手段
とからなるマグネツトポンプにおいて、該羽根車
側マグネツトを該羽根車の翼部に埋設すると共
に、羽根車背面と隔離板とで摺動部を形成し、該
摺動部を形成する面の少なくとも一方の面を、平
滑な平面に一方向のスパイラル溝が加工されたセ
ラミツクスによつて構成したことを特徴とするマ
グネツトポンプ。２羽根車の翼部が、羽根車の外周部の円弧と、
流体の流路を形成する二つの曲線とによつて囲ま
れたほぼ扇形状をなしている請求項１記載のマグ
ネツトポンプ。