(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで形成される二重ダクト内の環状流路に導電性流体を流し、前記外側ダクトの外周側に複数の外側積層鉄心を配設し、この外側積層鉄心の外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に外側固定子コイルを収納するとともに、前記内側ダクトの内周側にも複数の内側積層鉄心を配設した電磁ポンプにおいて、外側積層鉄心を外側固定子コイル毎に軸方向に分割して外側積層鉄心ユニットとし、この外側積層鉄心ユニットと外側固定子コイルを軸方向に交互に複数積み重ね、この複数の外側積層鉄心ユニットの外周側を鉄心固定具で固定して固定子モジュールを構成し、その外周側に固定子モジュールを支持する外側フレームを設け、この外側フレームと鉄心固定具との間に弾性体を装着したことを特徴とする電磁ポンプ。
【請求項２】
弾性体は、電磁ポンプの軸方向をビーム長とする板バネであることを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項３】
内側積層鉄心の内周側に、内側積層鉄心を支持する内側フレームを配設し、かつ内側フレームと内側積層鉄心との間に弾性体を装着し、内側ダクトと内側積層鉄心および内側フレームの半径方向の熱膨張差を吸収することを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項４】
外側積層鉄心および内側積層鉄心の軸方向最上下端の内、少なくとも下端を転がり軸受けで支承したことを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項５】
外側積層鉄心の軸方向上下端にクランプ板を配設し、クランプ板と外側フレームとの取着部に熱膨張吸収手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項６】
外側フレームは非磁性体で、かつその線熱膨張係数が外側積層鉄心と同等な材料からなることを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項７】
外側フレームの外周に配設され、外側積層鉄心、外側固定子コイルおよび外側フレームを外側ダクトとで一体に密封内包するケーシングを備え、かつこの外側ダクトと前記ケーシングとで密封された室に、不活性ガスを充填したことを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項８】
外側積層鉄心のスロット内に収容された外側固定子コイルとこのスロット内面との間に摺動部材を挟着したことを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項９】
弾性体を、その変形方向に進退可能なアダプタを介在して内側フレームに装着したことを特徴とする請求項３記載の電磁ポンプ。
【請求項１０】
外側固定子コイルと外側ダクトの対向面の少なくとも一方側は黒化処理した部材から成ることを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項１１】
外側積層鉄心の内径および内側積層鉄心の外形をそれぞれ電磁ポンプの運転時温度における外側ダクトの外径寸法および内側ダクトの内径寸法にそれぞれ形成したことを特徴とする請求項１記載の電磁ポンプ。
【請求項１２】
外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで形成される二重ダクト内の環状流路に導電性流体を流し、前記外側ダクトの外周側に複数の外側積層鉄心を配設し、この外側積層鉄心の外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に外側固定子コイルを収納するとともに、前記内側ダクトの内周側にも複数の内側積層鉄心を配設し、この内側積層鉄心の内側ダクト側の端部に形成されたスロット内に内側固定子コイルを収納した電磁ポンプにおいて、内側積層鉄心を内側固定子コイル毎に軸方向に分割して内側積層鉄心ユニットとし、この内側積層鉄心ユニットと内側固定子コイルを軸方向に交互に複数積み重ね、この複数の内側積層鉄心ユニットの内周側を鉄心固定具で固定して固定子モジュールを構成し、その内周側に固定子モジュールを支持する内側フレームを設け、前記内側積層鉄心の軸方向上下端にクランプ板を配設し、クランプ板と内側フレームとの取着部に熱膨張吸収手段を備えたことを特徴とする電磁ポンプ。
【請求項１３】
熱膨張吸収手段は、バネであることを特徴とする請求項５または請求項１２のいずれか１項記載の電磁ポンプ。
【請求項１４】
熱膨張吸収手段は、クランプ板の少なくともダクト側の端部に、スリットを設けた構造であることを特徴とする請求項５または請求項１２のいずれか１項記載の電磁ポンプ。
【請求項１５】
内側ダクト内を、不活性ガス雰囲気にしたことを特徴とする請求項１２記載の電磁ポンプ。
【請求項１６】
固定子モジュールは軸方向に複数積層して成ることを特徴とする請求項１または請求項１２のいずれか１項記載の電磁ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性流体に外部から進行磁場を与えて、この導電性流体に誘導電流を誘起させ、この誘導電流と外部磁界との相互作用によりポンピングを起こさせる電磁ポンプに係り、特に、高速増殖炉の冷却材である液体金属ナトリウムや核融合に用いられるリチウムの循環ポンプ、および電磁冶金における液体金属の移送ポンプなどに好適な電磁ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、三相誘導型の電磁ポンプは、三相交流巻線を導電性流体の流れ方向、すなわち電磁ポンプの軸方向に各相の順に分布させて配置する。そして、この三相交流巻線に三相交流電流を流して、この電流の流れの方向に進行磁界を発生させ、いわゆる「フレミングの右手の法則」の応用により、導電性流体中に誘導電流が流れる。この誘導電流と進行磁界との相互作用により電磁力が生じ、この電磁力が導電性流体を流す力となりポンプとして作用する。この電磁力は誘導電動機におけるトルクを発生させる力、リニアモータにおける推力等と同じである。
【０００３】
三相誘導型の電磁ポンプは、構造上大別してフラット・リニア型電磁ポンプとアニュラ・リニア型電磁ポンプとの２種類に分けられる。本発明の電磁ポンプはこの内アニュラ・リニア型電磁ポンプの改良に関するものである。アニュラ・リニア型電磁ポンプは、流体の流れるダクトの流路断面が環状であることから、Ａｎｎｕｌａｒ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｐｕｍｐ（以下、ＡＬＩＰと記す。）と呼ばれ、ダクト構造の信頼性や安全性が高いことから、大容量ポンプ、あるいは高い信頼性が要求される導電性流体のポンプとして採用されている。
【０００４】
上記ＡＬＩＰの基本的な構造を図８に示す。
例えば、液体金属ナトリウムなどの導電性流体２を吸込口から吐出口へ圧送するために、外側ダクト３および内側ダクト４により同心の二重管構造の二重ダクト５を構成し、その外側ダクト３と内側ダクト４により形成された環状流路６に導電性流体２を流すようになっている。
【０００５】
外側ダクト３の外側には多数枚の電気鉄板を周方向に積み重ねた外側積層鉄心７が径方向に間隙８を置いて図９に示すように周方向に複数等配されている。各外側積層鉄心７の外側ダクト３側の端部に形成されたスロット９内には環状の外側固定子コイル１０が収納され、交流磁場の磁気回路を形成している。なお、外側固定子コイル１０は軸方向に多数配置されており、これら外側固定子コイル１０は三相交流が進行磁場を作るように結線されている。
【０００６】
そして、内側ダクト４の内側には磁気回路を形成するための内側積層鉄心１１が配設されている。このように構成された電磁ポンプでは、外側固定子コイル１０に三相交流電流を流すことにより、導電性流体２が吸込口である流体入口１２から環状流路６を流れ吐出口である流体出口１３から外部へ圧送される。
【０００７】
そして、このような電磁ポンプ１では、外側固定子コイル１０に発生するジュール損失や外側積層鉄心７に発生する鉄損等の内部発熱、および導電性流体２からの入熱等は外側積層鉄心７の外周側に配設されたケーシング１４内に外部から冷媒を循環させて除熱するのが一般的である。
【０００８】
さらに、近年、電磁ポンプ１を大容量化して、高速増殖炉の主循環系の循環ポンプへの採用が検討されている。このため、図１０に示すように内側積層鉄心１１にも内側固定子コイル１５を配設し、外側固定子コイル１０と内側固定子コイル１５により励磁することで、進行磁界を強くしてポンプ力を増強することにより、電磁ポンプの小型化を図るとともに一層の信頼性や運転効率の向上が期待されている。
【０００９】
また、ケーシング１４により、電磁ポンプ１の全体を密封被覆し、導電性流体２中に浸漬して使用する場合もある。したがって、外部からの冷媒循環が不要な高温下でも使用できる電磁ポンプの開発が急務になっている。この場合、前記した内側積層鉄心１１，外側積層鉄心７や内側固定子コイル１５，外側固定子コイル１０のそれぞれの耐熱温度には限界があり、これらの発熱は内側ダクト４，外側ダクト３を介して環状流路６を流れる導電性流体２で除熱する必要がある。
【００１０】
例えば、高速増殖炉の主循環系の循環ポンプとして使用する場合は、導電性流体２である液体金属ナトリウムの温度は約３５０℃であり、外側積層鉄心７，内側積層鉄心１１や外側固定子コイル１０，内側固定子コイル１５の温度はこれ以上になる。したがって、外側固定子コイル１０，内側固定子コイル１５の電気絶縁の耐熱性や外側積層鉄心７，内側積層鉄心１１の磁気特性等の劣化を考慮すると、これらの温度は可能な限り低い方が運転効率や信頼性の点で望ましいことは明らかである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような図１０に示す一般的な電磁ポンプ１では、外側ダクト３の外周面２９と、これに対向する外側積層鉄心７の内周側端面３１との間に間隙が、さらに、内側ダクト４の内周面３０と、これに対向する内側積層鉄心１１の外周側端面３２との間に間隙をそれぞれ設けているので、外側積層鉄心７や外側固定子コイル１０，内側積層鉄心１１や内側固定子コイル１５の発熱の外側ダクト３，内側ダクト４それぞれへの伝導は上記間隙により阻害され、導電性流体２への熱伝導効率は極めて低く、外側積層鉄心７や外側固定子コイル１０，内側積層鉄心１１や内側固定子コイル１５の温度上昇がその許容値以上になる可能性がある。
【００１２】
これに対して、外側積層鉄心７の内周側端面３１を外側ダクト３の外周面２９に、内側積層鉄心１１の外周側端面３２を内側ダクト４の内周面３０にそれぞれ単に固着させた場合には、前記熱伝導効率を向上させることはできるものの、外側積層鉄心７と外側ダクト３、または内側積層鉄心７と内側ダクト４との熱膨張差をあまり吸収することができず、この熱膨張の拘束等による応力増大あるいは破損を招く恐れがあった。
【００１３】
さらに、電磁ポンプ１の大容量化に伴ない電磁ポンプ１が長尺になるために、外側積層鉄心７，内側積層鉄心１１の製造や外側固定子コイル１０，内側固定子コイル１５の組立ておよび組立て後の剛性の点でも問題がある。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内側および外側固定子コイルと内側および外側積層鉄心からの発熱の導電性流体への放熱効率の向上と、内側および外側積層鉄心と内側および外側ダクトとの熱膨張差の吸収をともに図り、高温状態でも高信頼性で運転効率が高く、製作性に優れた電磁ポンプを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための、本発明の請求項１に係る電磁ポンプは、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで形成される二重ダクト内の環状流路に導電性流体を流し、前記外側ダクトの外周側に複数の外側積層鉄心を配設し、この外側積層鉄心の外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に外側固定子コイルを収納するとともに、前記内側ダクトの内周側にも複数の内側積層鉄心を配設した電磁ポンプにおいて、外側積層鉄心を外側固定子コイル毎に軸方向に分割して外側積層鉄心ユニットとし、この外側積層鉄心ユニットと外側固定子コイルを軸方向に交互に複数積み重ね、この複数の外側積層鉄心ユニットの外周側を鉄心固定具で固定して固定子モジュールを構成し、その外周側に固定子モジュールを支持する外側フレームを設け、このフレームと鉄心固定具との間に弾性体を装着することを特徴とする。
【００１６】
したがって、本発明によれば、多数の外側固定子コイルを有する長尺の電磁ポンプでも、複数の固定子モジュールを積み重ねることにより、製作が容易になる。また、複数の外側積層鉄心ユニットと、複数の外側固定子コイルを軸方向に交互に積み重ねて固定子モジュールとして構成したため、外側固定子コイルの電気絶縁を損傷することなく組立が出来る。
【００１７】
また、外側積層鉄心は鉄心固定具を介して外側フレームに支持されているので、横荷重に対する剛性を格段に向上させることができる。さらに、外側積層鉄心を外側ダクトに弾性体で押圧して接触させているので、外側固定子コイルに発生するジュール損失や外側積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクトを介して、この外側ダクトの内周面に流れる導電性流体に放熱することが出来る。
【００１８】
よって、外側固定子コイルや外側積層鉄心の温度上昇を許容値内に抑制出来、その結果、外側固定子コイルの電気絶縁材の電気絶縁性能や外側積層鉄心の磁気的性能の劣化を抑制できるので、運転効率すなわちポンプ性能を向上させることが出来る。
【００１９】
また、外側積層鉄心の外側に装着した弾性体によって外側積層鉄心の内周面を外側ダクトの外周面に弾性的に押圧して接触させることにより、外側積層鉄心と外側ダクトとの半径方向の熱膨張差をこの弾性体で吸収できるので、外側ダクトに生じる応力を抑制し、電磁ポンプの信頼性を向上させることができる。
【００２０】
この目的を達成するための、本発明の請求項２に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、弾性体を電磁ポンプの軸方向をビーム長とする板バネにしたことを特徴とする。
【００２１】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、板バネの長さの選択の自由度が大きくなるので、外側積層鉄心を外側ダクトに押圧する力および吸収する径方向の熱膨張差に対する設計自由度が大きくなる。
【００２２】
この目的を達成するための、本発明の請求項３に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、内側フレームと内側鉄心固定具との間に、内側ダクトと内側積層鉄心および内側フレームの半径方向の熱膨張差を吸収し、かつ、内側積層鉄心の外周面を内側ダクトの内周面に弾性的に押圧して接触させる弾性体を配設することを特徴とする。
【００２３】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、内側積層鉄心を内側ダクトに弾性体で押圧して接触させているので、内側積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、内側ダクトを介して、この内側ダクトの外周面を流れる導電性流体に放熱することができる。よって、内側積層鉄心の温度上昇を許容値内に抑止できる。その結果、内側積層鉄心の磁気的性能の劣化を抑制できるので、運転効率すなわちポンプ性能を向上することができる。
【００２４】
この目的を達成するための、本発明の請求項４に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、外側積層鉄心および内側積層鉄心の軸方向最上下端のうち少なくとも下端を転がり軸受けで支承することを特徴とする。
【００２５】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、外側積層鉄心、外側固定子コイルおよび内側積層鉄心の自重が転がり軸受けで支持されるので、上記外側積層鉄心、外側固定子コイルおよび内側積層鉄心が移動する際の摩擦力が軽減され、弾性体の押圧力による外側積層鉄心の外側ダクトへの接触、あるいは内側積層鉄心の内側ダクトへの接触がそれぞれ確実に達成出来るとともに、各積層鉄心は各ダクトの熱膨張に容易に追従することが出来る。
【００２６】
この目的を達成するための、本発明の請求項５に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、外側積層鉄心の軸方向上下端にクランプ板を配設し、クランプ板と外側フレームとの取着部に軸方向熱膨張吸収手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、外側積層鉄心と外側フレームとの軸方向熱膨張差を吸収できるので、外側積層鉄心や外側フレームに生じる熱応力を低減出来る。また、この熱膨張吸収手段の弾性力により、外側積層鉄心ユニットの軸方向の締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。
【００２８】
この目的を達成するための、本発明の請求項６に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、外側フレームを非磁性体で、かつ線膨張係数が外側積層鉄心と同等な材料で構成したことを特徴とする。
【００２９】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、外側フレームと外側積層鉄心との軸方向の熱膨張差を小さく出来るので、各外側積層鉄心ユニットの軸方向の締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。
【００３０】
この目的を達成するための、本発明の請求項７に係る電磁ポンプは、請求項１記載の電磁ポンプにおいて、外側フレームの外周に配設され、外側積層鉄心、外側固定子コイルおよび外側フレームを外側ダクトと一体に密封内包するケーシングを備え、かつこの外側ダクトと前記ケーシングとで密封された室に、不活性ガスを充填したことを特徴とする。
【００３１】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、ケーシング内に不活性ガスが収容されているので、外側固定子コイルの酸化による強度低下や外側固定子コイルの電気絶縁の酸化劣化を抑制出来る。
【００３２】
この目的を達成するための、本発明の請求項８に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、外側積層鉄心のスロット内面とこのスロット内に収納された外側固定子コイルとの間にマイカシート等からなる摺動部材を挟着したことを特徴とする。
【００３３】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、外側積層鉄心と外側固定子コイルとの径方向の熱膨張差による相対移動が容易になり、かつ、外側固定子コイルの電気絶縁の損傷が防止出来る。
【００３４】
この目的を達成するための、本発明の請求項９に係る電磁ポンプは、請求項３に記載された電磁ポンプにおいて、弾性体を、その変形方向に進退可能なアダプタを介して内側フレームに装着したことを特徴とする。
【００３５】
したがって、本発明によれば、上記請求項３記載の発明の作用に加えて、内側ダクトを内側積層鉄心外周に挿入組立てする場合、アダプタを内側フレームの内側に退出させることにより、内側ダクトと内側積層鉄心との隙間を大きく出来るので、組立てが容易になる。なお、内側ダクトを挿入後、アダプタを進入させることにより、弾性体の押圧力や変位量を所定値にセットすることが出来る。
【００３６】
この目的を達成するための、本発明の請求項１０に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、外側固定子コイルと外側ダクトの対向面の少なくとも一方側は黒化処理した部材から成ることを特徴とする。
【００３７】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、黒化処理した面の輻射率が大きくなるので、外側固定子コイルから外側ダクトへの放熱が向上し、結果として、外側固定子コイルの温度上昇を抑制出来る。
【００３８】
この目的を達成するための、本発明の請求項１１に係る電磁ポンプは、請求項１に記載された電磁ポンプにおいて、外側積層鉄心の内径および内側積層鉄心の外径を、それぞれ電磁ポンプの運転時温度における外側ダクトの外径寸法および内側ダクトの内径寸法に形成したことを特徴とする。
【００３９】
したがって、本発明によれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、運転時の温度において外側積層鉄心内周側端面と外側ダクト外周面との接触が密になるため、そこでの熱伝導が良くなり、外側積層鉄心の内部発熱を効率良く外側ダクトの内周側に流れる導電性流体に放熱出来る。
【００４０】
この目的を達成するための、本発明の請求項１２に係る電磁ポンプは、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで形成される二重ダクト内の環状流路に導電性流体を流し、前記外側ダクトの外周側に複数の外側積層鉄心を配設し、この外側積層鉄心の外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に外側固定子コイルを収納するとともに、前記内側ダクトの内周側にも複数の内側積層鉄心を配設し、この内側積層鉄心の内側ダクト側の端部に形成されたスロット内に内側固定子コイルを収納した電磁ポンプにおいて、内側積層鉄心を内側固定子コイル毎に軸方向に分割して内側積層鉄心ユニットとし、この内側積層鉄心ユニットと内側固定子コイルを軸方向に交互に複数積み重ね、この複数の内側積層鉄心ユニットの内周側を鉄心固定具で固定して固定子モジュールを構成し、その内周側に固定子モジュールを支持する内側フレームを設け、前記内側積層鉄心の軸方向上下端にクランプ板を配設し、クランプ板と内側フレームとの取着部に熱膨張吸収手段を備えたことを特徴とする。
【００４１】
したがって本発明によれば、多数の内側固定子コイルを有する長尺の電磁ポンプでも、複数の固定子モジュールを積み重ねることにより、製作が容易になる。
また、複数の内側積層鉄心ユニットと、複数の内側固定子コイルを軸方向に交互に積み重ねて固定子モジュールを構成したので、内側固定子コイルの電気絶縁を損傷することなく組立てが出来る。さらに、内側積層鉄心と内側フレームとの軸方向熱膨張差を、熱膨張吸収手段で吸収出来るので、内側積層鉄心や内側フレームに生じる熱応力を低減出来る。
【００４２】
この目的を達成するための、本発明の請求項１３に係る電磁ポンプは、請求項５または請求項１２のいずれか１項に記載された電磁ポンプにおいて、熱膨張吸収手段はバネであることを特徴とする。
【００４３】
この目的を達成するための、本発明の請求項１４に係る電磁ポンプは、請求項５または請求項１２のいずれか１項に記載された電磁ポンプにおいて、熱膨張吸収手段を、少なくともダクト側のクランプ板の端部にスリットを設けた構造であることを特徴とする。
【００４４】
この目的を達成するための、本発明の請求項１５に係る電磁ポンプは、内側ダクト内を不活性ガス雰囲気にしたことを特徴とする。
したがって、本発明によれば、上記請求項１２記載の発明の作用に加えて、内側固定子コイルの酸化による強度低下や内側固定子コイル電気絶縁の酸化劣化を抑制出来る。
この目的を達成するための、本発明の請求項１６に係る電磁ポンプは、固定子モジュールを軸方向に複数積層したことを特徴とする。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１乃至図７を用いて説明する。なお、図１乃至図７中、図８乃至図１０中で示す部分と同一または対応する部分には同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図１は本発明の第１の実施形態を示す縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。これらの図において、電磁ポンプ１は、外側ダクト３とその内部に内蔵される内側ダクト４とで形成される環状流路６に導電性流体２を流す二重ダクト５を構成し、上記外側ダクト３の外周側に複数の外側積層鉄心７を配設し、この外側積層鉄心７の外側ダクト３側の端部に形成されたスロット９内に外側固定子コイル１０を収納するとともに、上記内側ダクト４の内周側にも複数の内側積層鉄心１１が配設されている。
【００４７】
そして、外側積層鉄心７は外側固定子コイル１０毎に軸方向に分割された外側積層鉄心ユニット１６で構成されており、この外側積層鉄心ユニット１６と外側固定子コイル１０を軸方向に交互に複数個積み重ねる。さらに、この複数個積み重ねた外側積層鉄心ユニット１６と外側固定子コイル１０の外周側を鉄心固定具１７で固定して固定子モジュール１８とし、この固定子モジュール１８を複数段軸方向に積み重ねる。この積み重ねた固定子モジュール１８の上下端に、転がり軸受け１９を配設し、この軸受け１９を介してクランプ板２０を取り付ける。
【００４８】
さらに、積み重ねた固定子モジュール１８の外周側には、複数段積み重ねた各固定子モジュール１８を一体に支持する外側フレーム２１が配設されており、前記クランプ板２０が軸方向熱膨張吸収手段２２を介して外側フレーム２１に締結されている。また、外側フレーム２１と鉄心固定具１７との間には、外側ダクト３と外側積層鉄心７および外側フレーム２１の半径方向の熱膨張差を吸収する弾性体２３が装着されている。
【００４９】
さらに、この外側フレーム２１の外周側には、前記固定子モジュール１８、外側フレーム２１を外側ダクト３とで密封内包するケーシング１４が備えられており、その内部は不活性ガス雰囲気に保たれている。
【００５０】
一方、内側積層鉄心１１の内周側には、内側積層鉄心１１を支持する内側フレーム２４が配設されており、かつ、内側フレーム２４と内側積層鉄心１１との間には、内側ダクト４と内側積層鉄心１１および内側フレーム２４の半径方向の熱膨張差を吸収する弾性体２５が装着されている。また、内側積層鉄心１１の下端は転がり軸受け１９で支承されている。
【００５１】
本実施形態において、弾性体２３は電磁ポンプ１の軸方向をビーム長とする板バネが望ましいが、コイルバネ、皿バネでも良い。一方、弾性体２５としては、弾性体２３よりも吸収熱膨張差が小さく、かつ、軸方向の取り付けスペースを長く出来ないので、皿バネが有利である。しかし、コイルバネ、板バネまたは反発力のある弾性体に置換しても良い。また、熱膨張吸収手段２２としては、軸方向熱膨張差や締付力を考慮すると、コイルバネ、皿バネが望ましいが、反発力のある弾性体ならよい。また、ケーシング１４内の雰囲気ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが使用出来るが、外側固定子コイル１０に巻かれた電気絶縁１０ａの耐電圧の点からは窒素ガスが良い。
【００５２】
次に、上記のように構成された本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態によれば、多数の外側固定子コイル１０を有する長尺の電磁ポンプ１でも、複数の固定子モジュール１８を積み重ねることにより、容易に製作出来る。また、複数の外側積層鉄心ユニット１６と、複数の外側固定子コイル１０を軸方向に交互に積み重ねて固定子モジュール１８を構成出来るので、外側固定子コイル１０の電気絶縁１０ａを損傷することなく組立てが可能である。また、外側積層鉄心７は、鉄心固定具１７を介して外側フレーム２１で支持されているので、地震等の横荷重に対する剛性を格段に向上させることが出来る。
【００５３】
さらに、外側積層鉄心７を外側ダクト３に弾性体２３で押圧して接触させているので、外側固定子コイル１０に発生するジュール損失や外側積層鉄心７に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクト３を介して、この外側ダクト３の内周側を流れる導電性流体２に放熱することが出来る。
【００５４】
したがって、外側固定子コイル１０外側積層鉄心７の温度上昇を許容値内に抑制出来る。その結果、外側固定子コイル１０の電気絶縁１０ａの電気絶縁性能や外側積層鉄心７の磁気的性能の劣化を抑制出来るので、運転効率すなわちポンプ性能を向上させることが出来る。
【００５５】
また、電磁ポンプ１は運転による内部発熱や導電性流体２である液体金属ナトリウムからの熱で、製作時に比べ格段に高温度になる。例えば、ナトリウム温度が約３５０℃の場合には、外側固定子コイル１０の温度が約５２０℃、外側積層鉄心７の温度が約４７０℃に上昇する。
【００５６】
したがって、この温度上昇や各部の温度差、および各部の材料の熱膨張係数の相違から、外側積層鉄心７と外側ダクト３および外側フレーム２１との間に大きな半径方向の熱膨張差を生じる。しかし、この熱膨張差を弾性体２３が吸収するので、外側ダクト３に生じる応力を抑制し、電磁ポンプ１の信頼性を向上させることが出来る。
【００５７】
ここで、弾性体２３を電磁ポンプ１の軸方向をビーム長とする板バネにすることにより、板バネの長さ選択の自由度が大きくなるので、必要な外側積層鉄心７を外側ダクト３に押圧する力および吸収する熱膨張差に対する設計自由度が大きくなる。
【００５８】
また、内側積層鉄心１１を内側ダクト４に弾性体２５で押圧して接触させているので、内側積層鉄心１１に生じる鉄損により発生する内部発熱を、内側ダクト４を介して、その内側ダクト４の外周側を流れる導電性流体２に放熱することが出来る。したがって、内側積層鉄心１１の温度上昇を許容値内に抑止出来る。その結果、内側積層鉄心１１の磁気的性能の劣化を抑制できるので、運転効率すなわちポンプ性能を向上させることが出来る。
【００５９】
さらに、内側積層鉄心１１と内側ダクト４および内側フレーム２４との半径方向の熱膨張差も、弾性体２５で吸収できるので、内側ダクト４に生じる応力を抑制し、電磁ポンプ１の信頼性を向上させることが出来る。
【００６０】
また、外側積層鉄心７と外側固定子コイル１０、あるいは内側積層鉄心１１の自重は転がり軸受け１９で支承されているので、この部分の摩擦力を軽減し、弾性体２２、２５の押圧力を有効に外側ダクト３あるいは内側ダクト４に伝達することが出来るとともに、外側積層鉄心７は外側ダクト３の内側積層鉄心１１は、内側ダクト４の熱膨張に各々容易に追従出来る。
【００６１】
また、クランプ板２０と外側フレーム２１との取着部に熱膨張吸収手段２２を備えたので、外側積層鉄心７と外側フレーム２１との軸方向熱膨張差を吸収でき、外側積層鉄心７や外側フレーム２１に生じる熱応力を低減出来る。なお、熱膨張吸収手段２２としては、コイルバネ、皿バネが望ましい。また、外側フレーム２１を非磁性体でかつ線膨張係数が外側積層鉄心７と同等な材料で構成することにより、この熱膨張差を大幅に低減出来る。したがって、各外側積層鉄心ユニット１６の軸方向締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。この場合の材料としては、ニッケル系合金のアロイ６００、アロイ６２５が使用される。
【００６２】
さらに、ケーシング１４の内部は窒素ガス雰囲気に保たれているので、外側固定子コイル１０の酸化による強度低下や固定子コイル電気絶縁１０ａの酸化劣化を抑止出来る。
【００６３】
図３は、本発明の第２の実施形態の要部拡大縦断面図であり、外側積層鉄心７のスロット９内に収納された外側固定子コイル１０との間にマイカシート等からなる摺動部材２６を挟着した。したがって、本実施形態によれば、外側積層鉄心７と外側固定子コイル１０との径方向熱膨張差による相対移動が容易になり、かつ、外側固定子コイル１０の電気絶縁１０ａの損傷を防止出来る。なお、摺動部材２６はマイカシートに代えてアルミナ等のセラミックスシートでも良い。
【００６４】
図４は本発明の第３の実施形態の要部拡大縦断面図であり、弾性体２５の装着に特徴を有する。すなわち、内側フレーム２４に螺着したアダプタ２７を介在して、弾性体２５を内側フレーム２４と内側積層鉄心１１との間に装着した。
【００６５】
したがって、内側ダクト４を内側積層鉄心１１外周に挿入組立てする場合、アダプタ２７を内側フレーム２４の内側方向に退出させることにより、内側ダクト４と内側積層鉄心１１との間隙を大きく出来るので、組立てが容易になる。なお、内側ダクト４を挿入後、アダプタ２７を進入させることにより、弾性体２５の荷重や変位を所定値にセットすることが出来る。なお、本実施形態では、アダプタ２７を内側フレーム２４に螺着したが、これに代えて、アダプタ２７をボルト等の進退自在に内側フレーム２４に取着しても良い。
【００６６】
本発明の第４の実施形態は、外側固定子コイル１０と外側ダクト３との対向面の少なくとも一方側を黒化処理したものである。黒化処理としては黒色塗料の塗布、または黒色電気メッキによる。
【００６７】
本実施形態によれば、黒化処理した面の輻射率が大きくなるので、外側固定子コイル１０から外側ダクト３への放熱が向上し、結果として、外側固定子コイル１０の温度上昇を抑制出来る。
【００６８】
本発明の第５の実施形態は、外側積層鉄心７の内径および内側積層鉄心１１の外径を、それぞれ電磁ポンプ１の運転時の温度における外側ダクト３の外径および内側ダクト４の内径寸法に機械加工したものである。
【００６９】
したがって、本実施形態によれば、運転時に外側積層鉄心７の内周側と外側ダクト３の外周側、内側積層鉄心１１と内側ダクト４との熱接触が良くなるので、内部発熱を効率良く放熱出来る。
【００７０】
図５は本発明の第６の実施形態を示す縦断面図、図６は図５のＢ−Ｂ断面図である。前記の第１の実施形態との相違は、内側固定子コイル１５を有している点であり、これらの図において、内側積層鉄心１１の内側ダクト４側の端部に形成されたスロット９ｂ内に内側固定子コイル１５が収納されている。
【００７１】
内側積層鉄心１１は内側固定子コイル１５毎に軸方向に分割された内側積層鉄心ユニット２８で構成されており、この内側積層鉄心ユニット２８と内側固定子コイル１５を軸方向に交互に複数積み重ね、さらに、この複数の内側積層鉄心ユニット２８の内周側を鉄心固定具１７ｂで固定して固定子モジュール１８ｂを構成し、この固定子モジュール１８ｂを複数段軸方向に積み重ねた上下端には、転がり軸受け１９を介してクランプ板２０が取り付けられている。
【００７２】
さらに、その内周側には、各固定子モジュール１８ｂを支持する内側フレーム２４が設けられており、前記クランプ板２０が熱膨張吸収手段２２を介して内側フレーム２４に締結されている。
【００７３】
次に、上記のように構成された本実施形態の作用効果について説明する。
本発明によれば、多数の内側固定子コイル１５を有する長尺の電磁ポンプ１でも、複数の固定子モジュール１８ｂを積み重ねることにより、容易に製作出来る。また、複数の内側積層鉄心ユニット２８と、複数の内側固定子コイル１５を軸方向に交互に積み重ねて固定子モジュール１８ｂを構成出来るので、内側固定子コイル１５の電気絶縁１５ａを損傷することなく組立てが出来る。
【００７４】
さらに、内側積層鉄心１１と内側フレーム２４との軸方向熱膨張差を、熱膨張吸収手段２２で吸収出来るので、内側積層鉄心１１や内側フレーム２４に生じる熱応力を低減出来るとともに、熱膨張吸収手段２２の弾性力によって、各内側積層鉄心ユニット２８の軸方向の締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。
【００７５】
また、内側ダクト４内部を窒素ガス雰囲気に保つことにより、内側固定子コイル１５の酸化による強度低下や内側固定子コイルの電気絶縁１５ａの酸化劣化を抑止出来る。
【００７６】
図７は本発明の第７の実施形態を示す、図５のＣ−Ｃ矢視平面図である。すなわち、熱膨張吸収手段２２のバネに代えて、クランプ板２０のダクト側の端部に放射状に複数本のスリット２０ａを設けて、クランプ板２０のバネ効果を積極的に利用したものである。本実施形態によれば、円板状のものと比較して、クランプ板２０の許容応力内で大きな変位を得ることが出来る。なお、バネを併用することにより、必要なクランプ力に対して、より大きな変位を得ることが可能である。
なお、他の実施形態として、前記した各実施形態を適宜組み合わせたり、分割しても良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る本発明によれば、外側積層鉄心ユニットと外側固定子コイルを軸方向に交互に複数積み重ねて固定子モジュールを構成したので、多数の外側固定子コイルを有する長尺の電磁ポンプでも外側固定子コイルの電気絶縁を損傷することなく容易に製作出来る。
【００７８】
さらに、外側積層鉄心の内周面を外側ダクトの外周面に弾性体で押圧して接触させたので、外側固定子コイルに発生するジュール損失や外側積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクトを介して、この外側ダクトの内周側を流れる導電性流体に放熱することができるとともに、外側積層鉄心と外側ダクトとの半径方向の熱膨張差を、弾性体で吸収できるので、外側ダクトに生じる応力を抑制し、ポンプ性能および信頼性を向上させることが出来る。
【００７９】
請求項２に係る本発明によれば、請求項１に記載の本発明の弾性体を電磁ポンプの軸方向をビーム長とする板バネにしたので、板バネの長さ選択の自由度が大きくなり、外側積層鉄心を外側ダクトに押圧する力および吸収する熱膨張差に対する設計自由度が大きくなる。
【００８０】
請求項３に係る本発明によれば、内側積層鉄心の外周面を内側ダクトの内周面に弾性体で押圧して接触させたので、内側積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、内側ダクトを介して、この内側ダクトの外周側を流れる導電性流体に放熱することが出来るとともに、内側積層鉄心と内側ダクトとの半径方向の熱膨張差を、弾性体で吸収できるので、内側ダクトに生じる応力を抑制し、ポンプ性能および信頼性を向上させることが出来る。
【００８１】
請求項４に係る本発明によれば、外側積層鉄心および内側積層鉄心の軸方向最上下端の内少なくとも下端を転がり軸受けで支承したので、摩擦力を軽減し、弾性体の押圧力を有効に外側ダクトあるいは内側ダクトに伝達することが出来るとともに、各積層鉄心は各ダクトの熱膨張に容易に追従出来る。
【００８２】
請求項５に係る本発明によれば、外側積層鉄心の軸方向上下端にクランプ板を配設し、クランプ板とフレームとの取着部に熱膨張吸収手段を備えたので、外側積層鉄心とフレームとの軸方向熱膨張差を吸収できるので、積層鉄心やフレームに生じる熱応力を低減出来る。また、熱膨張吸収手段の弾性力によって、各外側積層鉄心ユニットの軸方向の締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。
【００８３】
請求項６に係る本発明によれば、請求項１に記載のフレームを非磁性で、かつ線膨張係数が外側積層鉄心と同等な材料で構成したので、フレームと積層鉄心との軸方向の熱膨張差を小さくできる。そのため、各積層鉄心ユニットの軸方向の締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。
【００８４】
請求項７に係る本発明によれば、外側ダクトと前記ケーシングとで密封された空間を、不活性ガス雰囲気にしたので、外側固定子コイルの酸化による強度低下や外側固定子コイル電気絶縁の酸化劣化を抑止出来る。
【００８５】
請求項８に係る本発明によれば、外側積層鉄心のスロット内に収納された外側固定子コイルとの間にマイカシート等からなる摺動部材を挟着したので、外側積層鉄心と外側固定子コイルとの径方向熱膨張差による相対移動が容易になり、かつ、外側固定子コイルの電気絶縁の損傷を防止出来る。
【００８６】
請求項９に係る本発明によれば、請求項３に記載された弾性体をアダプタを介して内側フレームに取着したので、内側ダクトを内側積層鉄心外周に挿入組立てする場合、内側ダクトと内側積層鉄心との隙間を大きくできるので、組立てが容易になる。
【００８７】
請求項１０に係る本発明によれば、外側固定子コイルと外側ダクトとの対向面の少なくとも一方側を黒化処理したので、黒化処理した面の輻射率が大きくなるため、外側固定子コイルから外側ダクトへの放熱が向上し、外側固定子コイルの温度上昇を抑制出来る。
【００８８】
請求項１１に係る本発明によれば、外側積層鉄心の内径および内側積層鉄心の外径を、それぞれ電磁ポンプの運転時における外側ダクトの外径および内側ダクトの内径寸法に機械加工したので、外側積層鉄心の内周側と外側ダクトの外周側、および内側積層鉄心の外周側と内側ダクトの内周側との熱接触が良くなり、内部発熱を効率良く放熱出来る。
【００８９】
請求項１２に係る本発明によれば、内側積層鉄心ユニットと内側固定子コイルを軸方向に交互に複数積み重ねて内側固定子モジュールを構成したので、多数の内側固定子コイルを有する長尺の電磁ポンプでも内側固定子コイルの電気絶縁を損傷することなく容易に製作出来る。さらに、内側積層鉄心の軸方向上下端にクランプ板を配設し、クランプ板と内側フレームとの取着部に熱膨張吸収手段を備えたので、内側積層鉄心と内側フレームとの軸方向熱膨張差を吸収でき、内側積層鉄心や内側フレームに生じる熱応力が低減できる。また、熱膨張吸収手段の弾性力によって各内側積層鉄心ユニットの軸方向の締付力の低下を抑え、磁気振動を抑制出来る。
【００９０】
請求項１３に係る本発明によれば、請求項５または請求項１２のいずれか１項に記載の熱膨張吸収手段がバネであるので、適切な締付力と変位を容易に得ることが出来る。
【００９１】
請求項１４に係る本発明によれば、請求項５または請求項１２のいずれか１項に記載の熱膨張吸収手段として、バネに代えて、クランプ板の少なくともダクト側の端部にスリットを設け、クランプ板のバネ効果を積極的に利用したもので、バネを用いなくてもクランプ板の許容応力内で大きな変位を得ることが出来る。
【００９２】
請求項１５に係る本発明によれば、内側ダクト内部を不活性ガス雰囲気にしたので、内側固定子コイルの酸化による強度低下や内側固定子コイル電気絶縁の酸化劣化を抑止出来る。
【００９３】
請求項１６に係る本発明によれば、固定子コイルおよび積層鉄心ユニットがモジュール化されて固定子モジュールとして軸方向に複数積層されているので、製作がさらに容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁ポンプの第１の実施形態の縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断した横断面図。
【図３】本発明に係る電磁ポンプの第２の実施形態の要部拡大縦断面図。
【図４】本発明に係る電磁ポンプの第３の実施形態の要部拡大縦断面図。
【図５】本発明に係る電磁ポンプの第６の実施形態の要部縦断面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線に沿って切断した横断面図。
【図７】本発明に係る電磁ポンプの第７の実施形態で、図５のＣ−Ｃ線に沿って切断した横断面図。
【図８】従来の電磁ポンプを示す一部切欠斜視図。
【図９】図８のＤ−Ｄ線に沿って切断した横断面図。
【図１０】電磁ポンプの他の従来例を示す横断面図。
【符号の説明】
１…電磁ポンプ
２…導電性流体
３…外側ダクト
４…内側ダクト
５…二重ダクト
６…環状流路
７…外側積層鉄心
９，９ａ，９ｂ…スロット
１０…外側固定子コイル
１０ａ，１５ａ…固定子コイル電気絶縁
１１…内側積層鉄心
１２…流体入口
１３…流体出口
１４…ケーシング
１５…内側固定子コイル
１６…外側積層鉄心ユニット
１７，１７ａ，１７ｂ…鉄心固定具
１８，１８ａ，１８ｂ…固定子モジュール
１９…転がり軸受け
２０…クランプ板
２１…外側フレーム
２２…熱膨張吸収手段
２３，２５…弾性体
２４…内側フレーム
２６…摺動部材
２７…アダプタ
２８…内側積層鉄心ユニット
２９…外側ダクト外周面
３０…内側ダクト内周面
３１…外側積層鉄心内周側端面
３２…内側積層鉄心外周側端面
【図１】
0003738301.tif 000002
【図２】
0003738301.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003738301.tif 000006
【図６】
0003738301.tif 000007
【図７】
0003738301.tif 000008
【図８】
0003738301.tif 000009
【図９】
0003738301.tif 000010
【図１０】
0003738301.tif 000011