(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心を垂直にして配置されたインペラ、及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、
下部中央には吸引口を一側部には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、及び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、その中間部に前記筒状ロータが隙間を有して回転自由に配置され、前記インペラ室の上部に一体的に連接して形成されるロータ収納室をそれぞれ内側に形成する外側ケーシングと、
前記外筒の外側及び前記内筒の内側にそれぞれ対向して配置されて、前記筒状ロータに回転力を与える内回転磁界発生手段及び外回転磁界発生手段とを有する竪型ポンプであって、
前記筒状ロータには、磁性円筒が同心上に配置され、該筒状ロータが停止した状態の該磁性円筒の断面重心の上下方向位置が、前記外回転磁界発生手段及び内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って、前記筒状ロータが回転駆動されると、該筒状ロータを含む前記回転体が浮上し、
しかも、前記インペラの上部には第１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を特徴とする竪型ポンプ。
【請求項２】
前記外回転磁界発生手段及び内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、か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なって、
更に、前記磁性円筒は前記筒状ロータの上から同心上に埋め込まれ、該磁性円筒が該筒状ロータの肉厚方向中心位置にある請求項１記載の竪型ポンプ。
【請求項３】
前記ロータ収納室の上部位置に導入口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請求項１又は２記載の竪型ポンプ。
【請求項４】
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請求項３記載の竪型ポンプ。
【請求項５】
前記内回転磁界発生手段及び外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っている請求項１〜４のいずれか１項に記載の竪型ポンプ。
【請求項６】
前記内ステータと前記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共に、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請求項５記載の竪型ポンプ。
【請求項７】
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請求項６記載の竪型ポンプ。
【請求項８】
前記内回転磁界発生手段及び外回転磁界発生手段が、モータによって回転駆動される内磁石及び外磁石からなって、該モータを回転させることによって、前記筒状ロータに回転力を発生する請求項１〜４のいずれか１項に記載の竪型ポンプ。
【請求項９】
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て、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下ケーシング部が被さった状態で取付けられている請求項１〜８のいずれか１項に記載の竪型ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータによって回転駆動されて、液体を搬送するインペラに駆動軸やその軸受を有していないポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来型の液体ポンプは、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によって、液体を送っていた。従って、ケーシングに駆動軸を回転自由に支持する軸受と、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構造が必要であった。
ところが、ポンプによって吸引される液体には、スラッジ等の固形分を含む場合があり、これが、軸受やシール部分に侵入して異常磨耗を発生して、ポンプの寿命が短いという問題があった。
そこで、本発明者は、先に回転駆動されるインペラに駆動軸がなく、従ってその軸受やシールもないポンプを、特開平０３−４５１４３号公報や、特開平８−２７７７９４号公報において提案した。
【０００３】
図７には、特開平０３−４５１４３号公報に開示されたポンプ（流体移送装置）１００を示すが、その軸心が水平配置されたインペラ１０１の両側に中空円筒からなるロータ１０２、１０３を設けている。このロータ１０２、１０３の内外に両端部にリング状の蓋部１０４、１０５を備える非磁性体で高電気抵抗の内筒１０６、１０７及び外筒１０８、１０９を少しの隙間を有して配置している。そして、内筒１０６、１０７の内側周囲、及び外筒１０８、１０９の外側周囲に、回転磁界を発生して、ロータ１０２、１０３を回転駆動する内ステータ１１０、１１１及び外ステータ１１２、１１３をそれぞれ配置している。内ステータ１１０、１１１及び外ステータ１１２、１１３は、それぞれ密閉ケーシング１１４〜１１７に収納され、内部を絶縁油を循環させて、内ステータ１１０、１１１及び外ステータ１１２、１１３の冷却を行うようになっている。このポンプ１００にあっては、両側に吸引口１１８、１１９を、中央上部に吐出口１２０を有し、内ステータ１１０、１１１及び外ステータ１１２、１１３によって発生する回転磁界によって、非磁性で良導体のみからなるロータ１０２、１０３が回転駆動され、中央のインペラ１０１を回転させている。なお、インペラ１０１が停止した場合には、ロータ１０２、１０３が、内筒１０６、１０７上に載って、外筒１０８、１０９に接触しないように、それぞれの直径が決められている。
【０００４】
図８には、特開平８−２７７７９４号公報において開示されたポンプ１３０を示すが、非磁性で良導体のみからなってなるロータ１３１を右端に蓋部１３２を有する内筒１３３及び外筒１３４で形成される環状空間に隙間を有して配置し、内筒１３３及び外筒１３４の内外に、モータ１３５によって回転駆動される磁石１３６、１３７を対向して設けている。ロータ１３１の左端には外側ケーシング１３８内に収納されたインペラ１３９が設けられている。
モータ１３５を回転させると、内外の磁石１３６、１３７が同期回転し、これによって、ロータ１３１を貫通する磁束が回転して（即ち、回転磁界となって）ロータ１３１が回転駆動され、ロータ１３１に取付けられているインペラ１３９が回転し、外側ケーシング１３８の中央に設けられた吸引口１４０から液体が吸引され、外側ケーシング１３８の上部に設けた吐出口１４１から吸引された液体が排出されるようになっている。なお、１４２、１４３はそれぞれポンプ及びモータが搭載される架台を示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すポンプ１００と図８に示すポンプ１３０とは、回転磁界の発生装置が異なる他はインペラの回転原理は同じで、双方とも、インペラ１０１、１３９の回転中心が水平方向を向いて、液体を側方から吸引し上部から吐出する横型タイプのポンプであったので、以下のように解決すべき課題があった。
１）ポンプを空運転する場合には、無負荷となって、ロータの回転数が上がり、ロータの反発力がなくなると共に、液体がキャン内に存在しないので楔効果（液膜効果）が発生せず、ロータとインペラの重みによって、ロータが下方に落ちて、ロータと内筒が激しく摺動する。この理由は、ロータが回転磁界の発生装置（即ち、内外のステータ又は磁石）より受ける反発力は以下の式（１）を満足すると発生するが、無負荷時では、滑りＳが小さいので式（１）は満足しないからである。
Ｒｍ×Ｓ＞１              ・・・・・（１）
ここで、Ｒｍは装置の電磁気的構成で決定される磁気レイノズル数、Ｓは滑りである。
２）移送する液体が清浄液でなく、スラリーが混入している場合には、スラリーが内筒と外筒と蓋部によって形成される空間Ｐ１（図７に示す）、Ｐ２（図８に示す）に溜まる傾向があり、これによって、回転するロータの端部に回転抵抗を受ける。
３）インペラを収納するケーシングとロータを収納する内筒、外筒及び蓋部から形成される容器（ロータ収納室）は連結しているので、移送する液体中に含まれるスラリーが、ロータを収納する容器内に進入し、ロータの磨耗が生じる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、軸受やシール部分を省略して、長期の寿命を有し、更には、インペラとこれに回転力を与える筒状ロータからなる回転体が、負荷時だけでなく無負荷運転であっても、筒状ロータやインペラを収納する外側ケーシングに接触しないようにして、不慮の事故を防止できる竪型ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の竪型ポンプは、軸心を垂直にして配置されたインペラ、及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、
下部中央には吸引口を一側部には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、及び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、その中間部に前記筒状ロータが隙間を有して回転自由に配置され、前記インペラ室の上部に一体的に連接して形成されるロータ収納室をそれぞれ内側に形成する外側ケーシングと、
前記外筒の外側及び前記内筒の内側にそれぞれ対向して配置されて、前記筒状ロータに回転力（及び反発力）を与える内回転磁界発生手段及び外回転磁界発生手段とを有する竪型ポンプであって、
前記筒状ロータには、磁性円筒が同心上に配置され、該筒状ロータが停止した状態の該磁性円筒の断面重心の上下方向位置が、前記外回転磁界発生手段及び内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って、前記筒状ロータが回転駆動されると、該筒状ロータを含む前記回転体が浮上し、
しかも、前記インペラの上部には第１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。
請求項２記載の竪型ポンプは、請求項１記載の竪型ポンプにおいて、前記外回転磁界発生手段及び内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、か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なって、更に、前記磁性円筒は前記筒状ロータの上から同心上に埋め込まれ、該磁性円筒が該筒状ロータの肉厚方向中心位置にある。
請求項３記載の竪型ポンプは、請求項１又は２記載の竪型ポンプにおいて、前記ロータ収納室の上部位置に導入口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している。
【０００７】
請求項４記載の竪型ポンプは、請求項３記載の竪型ポンプにおいて、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している。
請求項５記載の竪型ポンプは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の竪型ポンプにおいて、前記内回転磁界発生手段及び外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っている。
請求項６記載の竪型ポンプは、請求項５記載の竪型ポンプにおいて、前記内ステータと前記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共に、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。
請求項７記載の竪型ポンプは、請求項６記載の竪型ポンプにおいて、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している。
請求項８記載の竪型ポンプは、請求項１〜４のいずれか１項に記載の竪型ポンプにおいて、前記内回転磁界発生手段及び外回転磁界発生手段が、モータによって回転駆動される内磁石及び外磁石からなって、該モータを回転させることによって、前記筒状ロータに回転力を発生している。
請求項９記載の竪型ポンプは、請求項１〜８のいずれか１項に記載の竪型ポンプにおいて、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て、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下ケーシング部が被さった状態で取付けられている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る竪型ポンプの断面図、図２は図１における矢視Ａ−Ａ断面図、図３は同竪型ポンプにおける筒状ロータ周りの取付け状態を示す部分拡大断面図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る竪型ポンプの一部省略断面図、図５は同竪型ポンプにおける筒状ロータ周りの取付け状態を示す部分拡大断面図、図６は同竪型ポンプにおける清浄液供給手段の説明図である。
【０００９】
図１〜図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る竪型ポンプ１０は、筒状ロータ１１が上部に取付けられたインペラ１２を有する回転体１３と、この回転体１３を回転自由に支持する外側ケーシング１４と、筒状ロータ１１に回転磁界を与える内回転磁界発生手段及び外回転磁界発生手段の一例である内ステータ１５及び外ステータ１６と、内ステータ１５及び外ステータ１６を冷却する絶縁油１７（絶縁性液体の一例）を収納する冷却槽１８と、これを支持する支持架台１９とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１０】
前記インペラ１２は通常の液体ポンプのインペラと同様、ステンレス、鋳鋼、、鋳鉄、合成樹脂等からなって、回転中心である軸心を垂直にして配置され、中央下部に吸引通路２０をその周囲に放射状に吐出通路２１を有し、高速回転することによって、外側ケーシング１４の下ケーシング部２３の中央底部の吸引口２４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排出し、下ケーシング部２３の半径方向外側の一側部に形成された吐出口２５から排出するようになっている。なお、下ケーシング部２３は内側にインペラ室２３ａを形成し、内部に回転体１３のインペラ１２の部分が回転自由に配置されている。
このインペラ１２の上部には、図１に示すように、リング状のフランジ２６を介して筒状ロータ１１が取付けられている。この筒状ロータ１１の主材料はアルミニウム又は銅等の非磁性の良導体からなって、肉厚方向中間位置には、磁性部材の一例である鉄を材料とした磁性円筒２７が上方から同心上に埋め込まれている。
【００１１】
外側ケーシング１４の上部は上ケーシング部２７ａとなって、上ケーシング部２７ａには筒状ロータ１１を密閉収納するロータ収納室２８がインペラ室２３の上部に一体的に連接して形成されている。この上ケーシング部２７ａは、その周壁が非磁性で高電気抵抗の材料（例えば、ステンレス板、十分強度を有する樹脂）等からなる内筒２９及び外筒３０と、その上部を閉塞する蓋部３１とによって形成されている。前記筒状ロータ１１は、内筒２９及び外筒３０の中間位置に双方から僅少の隙間を有して回転自由に設けられている。なお、外側ケーシング１４は、正確には上ケーシング部２７ａ、底板５１の一部、内底板３８ａ、及び下ケーシング部２３によって構成されている。
図１、図２に示すように、前記内筒２９の内側には前記内ステータ１５が、前記外筒３０の外側には外ステータ１６が、対向する極が異極となるようにして設けられている。この内ステータ１５及び外ステータ１６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、積層鉄心（コア）にコイルを巻いて構成されて複数の極を有し、特定の方向に多相交流（例えば、３相交流）を流すことよって、筒状ロータ１１を通過する磁界を回転させるようになっている。なお、図１においては、２９ａ、３０ａはそれぞれ内ステータ１５及び外ステータ３０に電力を供給する３芯のコードを示す。
【００１２】
図３に示すように、前記内ステータ１５と外ステータ１６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Φ１は、静止状態の筒状ロータ１１の磁性円筒２７の断面重心位置である磁界中心位置Φ２より、少しの距離（例えば、２〜３ｍｍ程度）上位置に設けられている。なお、磁性円筒２７の磁界中心位置Φ２は、磁性円筒２７の上下方向の中心位置になり、磁性円筒２７の上下方向の長さは、内ステータ１５と外ステータ１６とのコアの上下方向の長さＬと同一となっている。このように、構成することによって、内ステータ１５及び外ステータ１６に回転磁界を発生させた場合には、磁性円筒２７に吸引力が発生して、磁性円筒２７を備えている回転体１３が浮上し、仮に、外側ケーシング１４内に移送液がない場合であっても、回転体１３が外側ケーシング１４の底部や側壁等に接触することなく高速回転ができる。
【００１３】
図１に示すように、内ステータ１５と外ステータ１６は、絶縁油１７を入れた冷却槽１８に浸漬されている。内ステータ１５は周囲を内筒２９によって囲まれているので、内ステータ１５の中央に下部に排出口３２が設けられた支持パイプ３３を設け、支持パイプ３３の上部の給油口３４から、冷却槽１８内の絶縁油１７を冷却手段の一例であるヒートパイプ空冷型のクーラ３５及び循環ポンプ３６を通じて強制循環させるようになっている。なお、３７はヒートパイプを、３８は送油管を示す。この支持パイプ３３は、内筒２９の底部に設けられている内底板３８ａに取付けられて、内筒２９、内ステータ１５を支持している。
インペラ１２の上部と内底板３８ａの下部とには、同極で対向する第１及び第２の環状磁石３８ｂ、３８ｃが軸心を合わせて設けられ、常時反発し、インペラ１２の上部と内底板３８ａの下部とが接触しないようになっている。
【００１４】
図２に示すように、前記冷却槽１８の周囲には冷却手段の一例であるフィン板３９が多数設けられて、これによって、絶縁油１７の温度上昇を防止している。この冷却槽１８の内側の適当箇所には、図１に示すように、外ステータ１６を支持する支持部材４０が設けられている。冷却槽１８の上部には周囲のフランジ４１にねじ固定される蓋４２が設けられ、この蓋４２の中央に、支持パイプ３３が挿通すると共に、支持パイプ３３に螺合するナット４３、４４によって蓋４２の中央を固定している。
【００１５】
前記吐出口２５の配管４５にはフィルタ４６に移送液を供給する図示しない分岐管が設けられている。このフィルタ４６を通過した清浄液は、中間位置に開閉弁４７が設けられた送液管４８を介して、蓋部３１の導入口４９に供給し、ロータ収納室２８の上部から供給されるようになっている。これによって、ロータ収納室２８の内部にスラッジやゴミ等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４８の頂部には別の開閉弁５０が設けられて、配管やロータ収納室２８内に溜まった空気を除去できるようになっている。また、フィルタ４６、開閉弁４７、送液管４８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１９は、ステンレスや鋼等の十分強度を有する材料からなって、冷却槽１８の底板５１を支持し、この底板５１に外側ケーシング１４のインペラ室２３ａを形成する下ケーシング部２３が、インペラ１２を下から覆うようにして取付けられている。また、この底板５１にはその軸心を合わせて外筒３０が取付けられている。ここで、下ケーシング部２３を外すと、内部の回転体１３が下方に取り出せて、ポンプ内部や回転体１３の清掃や保守点検ができるようになっている。
【００１６】
従って、この竪型ポンプ１０においては、冷却槽１８内に絶縁油１７を入れた状態で、内ステータ１５及び外ステータ１６に交流電流を流すと回転磁界が発生して、筒状ロータ１１に回転力を与えると共に、筒状ロータ１１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１１内には、磁性円筒２７が設けられているので、仮に無負荷運転であっても、磁性円筒２７の上下方向中心位置（即ち、磁界中心位置）Φ２が内ステータ１５及び外ステータ１６の上下方向中心位置（即ち、磁界中心位置）Φ１に一致するように、筒状ロータ１１が浮上する。これによってインペラ１２及び筒状ロータ１１が外側ケーシング１４内で浮上した状態で回転駆動され、負荷状態及び無負荷状態の何れにおいても、インペラ１２が外側ケーシング１４の内側に無接触状態で回転できるという利点がある。
【００１７】
そして、吸引口２４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２５から排出される。開閉弁４７を開くと、吐出口２５から排出される移送液の一部がフィルタ４６によって浄化されて、ロータ収納室２８の上部に供給される。これによって、ロータ収納室２８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２８の下部からスラッジ等を含む移送液が侵入しないことになり、これによって、筒状ロータ１１のスラッジ等による磨耗を防止することができる。
内ステータ１５及び外ステータ１６は常時絶縁油１７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。
【００１８】
次に、図４〜図６を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る竪型ポンプ５５について説明する。第１の実施の形態に係る竪型ポンプ１０との基本的な相違は、第１の実施の形態に係る竪型ポンプ１０においては、回転磁界発生手段に交流電流を流す静止型の内ステータ１５及び外ステータ１６を使用しているが、第２の実施の形態に係る竪型ポンプ５５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。第１の実施の形態に係る竪型ポンプ１０と同一の構成要素については、同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
【００１９】
図４〜図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る竪型ポンプ５５は、筒状ロータ１１が上部に取付けられたインペラ１２を有する回転体１３と、この回転体１３を回転自由に収納する外側ケーシング５６と、筒状ロータ１１に回転磁界を与える内回転磁界発生手段及び外回転磁界発生手段の一例である内磁石５７及び外磁石５８、並びにこれらを同期回転するモータ５９と、これらを支持する支持架台６０とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００２０】
ロータ収納室６１を形成する上ケーシング部６０ａ、底板６７ａの一部、内底板７７、及び下ケーシング部２３によって構成される前記外側ケーシング５６は、下部のインペラ室２３ａの上部にロータ収納室６１が設けられている。ロータ収納室６１は、非磁性で高抵抗材料（例えば、ステンレス板、樹脂板）からなる内筒６２及び外筒６３と、これらの天井部分を閉塞する蓋部６４とによって囲まれて形成されている。
内筒６２の内側及び外筒６３の外側には、僅少の隙間を有して同一の支持部材６５によって支持される内磁石５７と外磁石５８とが設けられている。内磁石５７及び外磁石５８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って、それぞれの永久磁石が、筒状ロータ１１を中心にして対極するように設けられている。内磁石５７及び外磁石５８の非対極側を支持する支持部材６５は、好ましくは鉄等の磁性体からなって、内磁石５７及び外磁石５８を強度的に支持すると共に、これらの外側磁路を形成させるのが好ましい。なお、支持部材６５の上部には回転駆動軸６６が設けられ、図示しないカップリング等でモータ５９の出力軸に連結されている。回転駆動軸６６は図示しない軸受によって回転自由に支持されている。
【００２１】
内磁石５７及び外磁石５８はそのコア（即ち、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２３ａの底部に載った回転体１３を構成する筒状ロータ１１の磁性円筒２７の上下方向中心位置より、やや高い（２〜３ｍｍ）位置に設定され、内磁石５７及び外磁石５８によって磁性円筒２７が吸引されて、筒状ロータ１１が外側ケーシング５６内を浮上するようになっている。
外磁石５８の外側を覆うカバー６７は、その基端が底板６７ａに取付けられ、この底板６７ａの周囲は支持架台６０に取付けられている。このカバー６７は十分強度を有する部材からなって、上部に蓋板６８を備え、この蓋板６８上に、モータ５９が取付けられている。なお、前記底板６７ａに下ケーシング部２３がねじ固定されている。
【００２２】
ロータ収納室６１に、清浄液を供給する清浄液供給手段としては、フィルタ４６、開閉弁６９及び送液部を使用している。図５、図６に示すように、送液部は上流側のパイプ部７１と、外筒６３に形成された通液部７２からなっているが、この通液部７２は厚めの外筒６３に外側から縦溝７３を形成し、この上に溝蓋７４を被せて形成されている。縦溝７３の上端部は内側のロータ収納室６１の上部に連通する小孔７５が形成され、縦溝７３の下部は外側からパイプ部７１に連通している。
これによって、外筒６３の外方及び上方に回転する外磁石５８及び支持部材６５があっても、支障なくロータ収納室６１の上部に清浄な移送液を送ることができる。なお、７６はエア抜き用の開閉弁である。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６６を通して供給することも可能である。
また、内筒６２の内底板７７の底部には、インペラ１２の上部に取付けられた第１の環状磁石３８ｂと反発し合う第２の環状磁石３８ｃが設けられて、インペラ１２と内底板７７との接触を防止するようになっている。
【００２３】
従って、この竪型ポンプ５５においては、モータ５９を回転させることによって、内磁石５７及び外磁石５８が回転し、これによって回転磁界が発生し、筒状ロータ１１に回転力が発生し、筒状ロータ１１とインペラ１２が一体となった回転体１３が回転駆動されることになる。
この場合、ロータ収納室６１に清浄な移送液が供給されること、及び筒状ロータ１１が外側ケーシング５６内で浮上して回転することは、竪型ポンプ１０と同様である。
なお、インペラ１２及び筒状ロータ１１を含む回転体１３や外側ケーシング５６の清掃、修理を行う場合には、下ケーシング部２３を取り外し、回転体１３を引き抜いて行うことになる。
【００２４】
前記した実施の形態に係る竪型ポンプ１０、５５の実際に製作した材料や寸法等の主要諸元の具体例について説明する。
１．電磁誘導形式の竪型ポンプ１０の場合、
１）内ステータ１５及び外ステータ１６の仕様
３相２００Ｖ、６０Ｈｚで、２Ｐ（極）、２．２ｋｗのものを使用し、内外のステータ１５、１６は直列に接続した。
２）内筒２９及び外筒３０の材質、厚み、及び隙間
厚み１ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）、厚み２．５ｍｍのポリカーボネイトの２種類を使用してみたが、いずれも支障無く運転が可能であった。
内筒２９び外筒３０の隙間は８ｍｍであった。
３）筒状ロータ１１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２７には厚みが３ｍｍの普通鋼（ＳＳ４００）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６０℃で飽和した。
５）ポンプ容量
２５０〜３００リットル／分で、揚程が１５〜２０ｍであった。
【００２５】
２．マグネット誘導式の竪型ポンプ５５の場合
１）内磁石５７及び外磁石５８の仕様
磁石の極数は８Ｐ（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５９には、２Ｐ、２．２ｋｗの誘導電動機を使用した。
２）内筒６２及び外筒６３の材質、厚み及び隙間
内筒６２及び外筒６３には厚み４ｍｍのポリカーボネイトを使用し、その隙間は８ｍｍであった。
３）筒状ロータ１１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２７には厚みが３ｍｍの普通鋼（ＳＳ４００）を使用した。
４）ポンプ容量
２００〜３００リットル／分で、揚程が２０〜３０ｍであった。
【００２６】
第１、第２の実施の形態に係る竪型ポンプ１０、５５を以上に示す諸元で製作して運転した場合のテスト結果を以下に示す。
１）移送液中に１５０μｍのＳｉＣの粉末を約３％混入して運転を行ってみたが、２４時間連続運転しても、内筒２９、６２及び外筒３０、６３に損耗は見られなかった。
２）移送液を竪型ポンプ１０、５５に供給しないで、空運転を１分間、３回行ってみたが、異常音は発生せず、筒状ロータ１１、インペラ１２、外側ケーシング１４、５６の磨耗はなかった。
前記実施の形態においては、具体的に数字を用いて説明したが、本発明はこれらの数値に限定されるものではなく、更には諸元や寸法を変える場合も適用される。
また、清浄液供給手段によって供給される清浄液は、移送液と同一の又は移送液に混合しても支障のない液を別にポンプ等で供給するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１〜９記載の竪型ポンプにおいては、イ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、メンテナンスフ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浸入しないので、微細片の混入を特に嫌うバイオ関係のポンプや純水液用のポンプとして有効に使用できる。
また、筒状ロータに磁性円筒を配置しているので、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て、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、外回転磁界発生手段及び内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、負荷状態及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よ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、異常磨耗や不慮の事故の発生を防止できる。
また、インペラの上部には第１の環状磁石が設けられ、インペラの上部が向かい合う内筒の内底板下部には、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ので、インペラと内底板との接触を防止でき、不慮の事故の発生を防止できる。
特に、請求項２記載の竪型ポンプにおいては、外回転磁界発生手段及び内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、か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なって、磁性円筒は筒状ロータの上から同心上に埋め込まれ、磁性円筒が筒状ロータの肉厚方向中心位置にあるので、筒状ロータと内筒及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。
請求項３記載の竪型ポンプにおいては、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って、清浄液を供給するようにしているので、ロータ収納室内にスラッジ等の不純物が混入することがなく、筒状ロータ、内筒及び外筒の磨耗が極めて少ない。この結果長期の寿命を有する竪型ポンプとなる。
請求項４記載の竪型ポンプにおいては、清浄液供給手段は、吐出口から排出する移送液を濾過するフィルタを備えて、濾過された移送液を使用しているので、特別な液やポンプを必要としない。
請求項５記載の竪型ポンプにおいては、内回転磁界発生手段及び外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対向する内ステータと外ステータからなっているので、回転体以外の回転部分が無くなり、しかも、回転体には軸受やシール部材を使用していないので、より長期の寿命を有する竪型ポンプを提供できる。
請求項６記載の竪型ポンプにおいては、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共に、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、内部で発生する熱を外部に逃がすことができ、より小型の竪型ポンプを提供できる。
請求項７記載の竪型ポンプにおいては、内ステータを冷却する冷却手段は、絶縁性液体のクーラと循環ポンプを有するので、更に内ステータの冷却が効率的になる。
請求項８記載の竪型ポンプにおいては、従来のマグネットポンプの問題を改良して、更に、長期の寿命を有する竪型のマグネットポンプを提供できることになった。従って、これによって、効率が極めてよく、長期の寿命を有する竪型のマグネットポンプを提供できる。
請求項９記載の竪型ポンプにおいては、インペラ室を形成する下ケーシング部を外せば、インペラ及び筒状ロータからなる回転体が取り出せるので、従来のポンプと異なり、その取付け取り外しが容易となり、掃除や点検が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る竪型ポンプの断面図である。
【図２】図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】同竪型ポンプにおける筒状ロータ周りの取付け状態を示す部分拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る竪型ポンプの一部省略断面図である。
【図５】同竪型ポンプにおける筒状ロータ周りの取付け状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】同竪型ポンプにおける清浄液供給手段の説明図である。
【図７】従来例に係る軸無し型のポンプの断面図である。
【図８】従来例に係るマグネットポンプの断面図である。
【符号の説明】
１０  竪型ポンプ                    １１  筒状ロータ
１２  インペラ                      １３  回転体
１４  外側ケーシング                １５  内ステータ
１６  外ステータ                    １７  絶縁油
１８  冷却槽                        １９  支持架台
２０  吸引通路                      ２１  吐出通路
２３  下ケーシング部                ２３ａ  インペラ室
２４  吸引口                        ２５  吐出口
２６  フランジ                      ２７  磁性円筒
２７ａ  上ケーシング部              ２８  ロータ収納室
２９  内筒                          ２９ａ  コード
３０  外筒                          ３０ａ  コード
３１  蓋部                          ３２  排出口
３３  支持パイプ                    ３４  給油口
３５  クーラ                        ３６  循環ポンプ
３７  ヒートパイプ                  ３８  送油管
３８ａ  内底板                      ３９  フィン板
４０  支持部材                      ４１  フランジ
４２  蓋                            ４３  ナット
４４  ナット                        ４５  配管
４６  フィルタ                      ４７  開閉弁
４８  送液管                        ４９  導入口
５０  開閉弁                        ５１  底板
５５  竪型ポンプ                    ５６  外側ケーシング
５７  内磁石                        ５８  外磁石
５９  モータ                        ６０  支持架台
６０ａ  上ケーシング部              ６１  ロータ収納室
６２  内筒                          ６３  外筒
６４  蓋部                          ６５  支持部材
６６  回転駆動軸                    ６７  カバー
６８  蓋板                          ６９  開閉弁
７１  パイプ部                      ７２  通液部
７３  縦溝                          ７４  溝蓋
７５  小孔                          ７６  開閉弁
７７  内底板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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