(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前部にインペラーを有するローターユニットをポンプ室内に配し、該ローターユニットの後部に設けたローターを、隔壁で隔てられた外部原動機とマグネットカップリングを介して磁気的に結合したマグネットポンプにおいて、ローターユニットの中間部に回転磁石を装着し、該回転磁石に対応してポンプ室周りに静止磁石を配装し、これらの静止磁石の磁界が回転磁石の磁界に作用して生じる磁力で、常時、ローターユニットを、その回転中心に浮上させて保持するように、回転磁石及び静止磁石の磁極を方向付け、該ローターユニットを、その回転中心に浮上させる磁力に加え、同じ磁力により、ローターユニットを後方向けに移動させるスラスト力を生じさせるように、ポンプ室外側周りの静止磁石の配装位置を設定し、ポンプ室の後部の隔壁に、ローターの後面中心に当接する制動コーンを設けたことを特徴とする磁気浮上型マグネットポンプ。
【請求項２】
ローターユニットの中間部に配装した主軸に、前後に離間して回転磁石を装着し、両方の回転磁石に対応してポンプ室外側周りの２個所に静止磁石をそれぞれ配装したことを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型マグネットポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上型マグネットポンプに関するものであり、さらに詳しくは、インペラーに回転を伝達するための回転軸が、ポンプ室後壁を貫通しないシールレス構造で、腐食性流体を扱うのに好適する磁気浮上型マグネットポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マグネットポンプとして、ポンプを構成するブラケットの前部にフロントケーシングを取着してポンプ室を形成し、ポンプ室後方でブラケットに取着した椀状の隔壁内に主軸を設け、該主軸に、ポンプ室内で回転するインペラーを有するローターユニットを、すべり軸受けを介して回転自在に支持し、ローターユニットの後部に設けたローターにインナーマグネットを配装し、該インナーマグネットに対応して隔壁外にアウターマグネットを配し、これをモーター等の原動機の出力軸に連結した磁気継手に装着し、ローターと磁気継手を磁気的に結合してマグネットカップリングを形成し、原動機の回転でローターユニットを同期回転される構成のマグネットポンプが提案されている。
【０００３】
この構成のマグネットポンプによる薬液の移送では、薬液は、インペラー前面の吸込み口からインペラー中心部に向けに吸入し、インペラーで径方向に加圧してインペラー外周に対応してポンプ室に設けた吐出口から吐出される。この時にインペラーからポンプ室に吐出された薬液圧がインペラー背面に作用して生じるスラスト力でローターユニットは前方向けに移動するため、このスラスト力はインペラー背面側で主軸に設けたスラストベアリングに、すべり軸受け前端面を当接させて受け止めるようにし、ローターユニットの荷重は、すべり軸受けを介して主軸で支持される。
【０００４】
この種のマグネットポンプは、ポンプ室内のインペラーを駆動する従動側のインナーマグネットと、ポンプ室外の駆動側のアウターマグネットが隔壁によって隔てられ、主軸はポンプ室内にあって隔壁を貫通しない構造にできるため、軸が隔壁を貫通する部分をシールする軸封装置が不要であるため、液漏洩のないノーメンテナンスポンプとして、腐食性の強い薬液の移送等に多用されている。
【０００５】
また、これとは別のマグネットポンプとして、本出願人は、先に、ローターユニットにおいて、マグネットカップリングを形成するローターが、非磁性体で良電導材料からなる円筒状のローターからなり、このローターをポンプ室後壁に設けた二重構造の内外円筒キャン内に形成した隙間に挿入し、このローターに対応して内外円筒キャンの外側と内側に永久磁石筒を対向的に配し、この両方の永久磁石筒をモーター等の原動機の出力軸に連結した磁気継手に結合した構成のマグネットポンプを提案した（特願２００１−２１４７７２号参照）。
【０００６】
このマグネットポンプは、内外円筒キャンの外側と内側に対向的に配した永久磁石筒による磁界内に円筒状のローターがあり、原動機により両方の永久磁石筒が一体的に回転して回転磁界ができると、この回転磁界内にあってローター内に誘起される電圧の下でローターにうず電流が流れ、この電流と回転する磁束との間に電磁力がはたらいてローターが永久磁石筒と同じ方向に非同期回転してポンプ作用を発揮する。ここで、ローターが内外円筒キャンの隙間内で回転すると、隙間内に充満する薬液が流動してローターと内外円筒キャンとの間にくさび効果が表れてローターを隙間内に浮上させ、ローターユニットに対し前方向けに発生するスラスト力は、インペラーの前面中心に設けた支持凹部に、ポンプ室の吸込み口側の支承体に設けた支持突起を係合させてインペラーを定位置に保持し、ポンプ運転中に、ポンプ自体の振動やポンプ内を流動する薬液の圧力変化等によってローターユニットをがたつかせる等してローターユニットを後退移動させる時は、インペラー背面中心に設けた支持凹部に、ポンプ室後壁に設けた支持突起を係止させてインペラーを一時的に保持して回転を継続させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記するように、ポンプの内部構造として、ストレート径をなす固定された主軸に、すべり軸受けを介してローターユニットを支持させる構造のマグネットポンプの場合の軸受け部では、ローターユニットの荷重を支持するとともに、ローターユニットに対し発生するスラスト力を受け止める複雑な構造となり、摩擦損失も大きく、また、メンテナンスがやり難いばかりでなく、ポンプの小型形化の妨げにもなっている。
【０００８】
また、ポンプの内部構造として、ローターユニットの前後中心部分と、これに対応する固定側に、それぞれ支持凹部と支持突起を設け、両者を係合させる構成のマグネットポンプの場合は、ポンプの通常運転時には、支持凹部に支持突起が係合して回転部分に対し軸心方向に生じるスラスト力を受け止めるスラスト軸受けとして機能するが、ポンプ停止時には、支持凹部と支持突起が係合した状態で、ローターユニットの荷重を支持するラジアル軸受けとして圧力負担が掛かるために、強度的な面から支持凹部と支持突起は、耐荷重性の高い頑丈な構造が求められる。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、インペラーを有するローターユニットを、その重量に左右されることなく、永久磁石による磁力により、常時、ポンプ室内の回転中心に浮上させた状態に保持し、ポンプの内部構造としてローターユニットの荷重を支持するラジアル軸受けを必要とせず、ローターユニットの支持構造を簡素化し、保守性に優れた高性能の磁気浮上型マグネットポンプを提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の磁気浮上型マグネットポンプは、前部にインペラーを有するローターユニットをポンプ室内に配し、該ローターユニットの後部に設けたローターを、隔壁で隔てられた外部原動機とマグネットカップリングを介して磁気的に結合したマグネットポンプにおいて、ローターユニットの中間部に回転磁石を装着し、該回転磁石に対応してポンプ室周りに静止磁石を配装し、これらの静止磁石の磁界が回転磁石の磁界に作用して生じる磁力で、常時、ローターユニットを、その回転中心に浮上させて保持するように、回転磁石及び静止磁石の磁極を方向付け、該ローターユニットを、その回転中心に浮上させる磁力に加え、同じ磁力により、ローターユニットを後方向けに移動させるスラスト力を生じさせるように、ポンプ室外側周りの静止磁石の配装位置を設定し、ポンプ室の後部の隔壁に、ローターの後面中心に当接する制動コーンを設けたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、回転磁石及び静止磁石は、共に磁極の強さの強い高性能の永久磁石が使用される。形態等については、特に制約はなく、静止磁石は回転磁石を取り巻く複数の静止磁石であってもよいし、一つのリング状の静止磁石であってもよい。要は、総合的に、静止磁石の磁界が回転磁石の磁界に作用して生じる磁力で、ローターユニットを回転中心に浮上させた状態を保持できるようにする。磁石の数や配置等については、実験的に設定される。また、ポンプ運転時に、ポンプ室に吐出される薬液圧がインペラー背面に作用して生じるスラスト力で、ローターユニットが前方向けに移動するのを規制するために、ポンプ室の吸込み口側の支承体に、インペラーの前面中心に当接する円錐状の制動コーンを装着する。
【００１２】
このように構成した本発明のマグネットポンプによれば、ポンプ室外側周りに配装した複数個の静止磁石の磁界に、ローターユニットに装着した回転磁石の磁界に作用して生じる磁力で、ローターユニットを浮上させて回転中心に保持するので、ポンプ運転時には、原動機の回転に伴ってローターユニットは浮上した状態のままで回転してポンプ作用を発揮する。そして、ポンプの運転中は、ポンプ室に吐出される薬液圧がインペラー背面に作用して生じるスラスト力でローターユニットが前方向に移動するのは、制動コーンがインペラーの前面中心に当接して規制され、定位置で回転してポンプ作用を発揮する。そして、常態、すなわち、ポンプが停止状態にある時に、磁力によって後方向けに移動傾向を示すローターユニットは、その後端面中心に制動コーンが当接して定位置に安定し、ポンプの運転時には、この磁力に逆らってローターユニットは前方向けに移動させられるので、ポンプ運転中に、インペラーの前面中心に当接する制動コーンが受ける圧力負担を軽減して、効率のよい回転を実現する。
【００１３】
従って、本発明に係るマグネットポンプでは、ポンプ内部構造として、ローターユニットをポンプ内に支持するラジアル軸受けを必要としないので、ポンプ構造を簡素化し、軸受け部の摩擦損失がなく、保守性に優れた高性能のポンプが提供できる。
【００１４】
また、本発明において、ローターユニットの中間部に配装した主軸に、前後に離間して回転磁石を装着し、両方の回転磁石に対応してポンプ室外側周りの２個所に静止磁石をそれぞれ配装した構成にすると、ローターユニットを浮上させる２個所の浮上力を、インペラー側とローター側の重量に見合った浮上力に設定することで、ローターユニットは、その長さ等に無関係にバランスよく浮上させることができてローターユニットの安定性を高めることができる。
【００１５】
また、前記のように、ローターユニットの若干の前後動を許容して、その前後に制動コーンが対向的に設けてあると、ポンプの空運転時や空気を吸い込むような時、または、キャビテーションが発生したりする時に、逆方向にスラスト力を生じた時に、一時的にローターユニットが後方向けに移動することがあっても、ローターユニットは、その後端部中心に制動コーンが当接して移動が規制されるので、ポンプの運転時に生じる軽微な異常発生によってポンプの運転が左右されるようなことはない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態を示す磁気浮上型マグネットポンプの断面図である。
【００１８】
図において、ブラケット１の前部にフロントケーシング２を取着してポンプ室３形成し、ブラケット１後部にリアケーシング４を取着し、このリアケーシング４後端に、リアケーシング４側に絞り込み状に円筒状壁部５ａを形成したリアケーシングカバー５を取着し、円筒状壁部５ａをリアケーシング４後部に同心状に入り込ませて二重構造の内外円筒キャン部６を形成している。
【００１９】
ポンプ室３内にあってインペラー７後部に主軸８を介して非磁性体で良電導材料からなる円筒状のローター９を結合してローターユニット１０を形成し、ローター９を内外円筒キャン部６の隙間６ａに緩挿している。
【００２０】
内外円筒キャン部６の外側と内側に永久磁石筒１１，１２を対向的に配し、両方の磁石筒１１，１０を磁気継手１３に結合し、この磁気継手１３をモーター等の原動機１４の出力軸１５に連結して永久磁石筒１１，１２と、その磁界内にあるローター９でマグネットカップリングを構成している。すなわち、原動機１４により両方の永久磁石筒１１，１２が一体に回転して内外円筒キャン部６を通り抜ける回転磁界ができると、ローター９内に誘起される電圧の下でローター９にうず電流が流れ、この電流と回転する磁束との間に電磁力がはたらいてローター９が永久磁石筒１１，１２の回転と同じ方向に非同期回転するようにしている。
【００２１】
ローターユニット１０の主軸８に回転磁石１６を装着し、この回転磁石１６に対応してポンプ室３の外側周り、すなわち、図１においては、ブラケット１の外側周りに複数個の静止磁石１７（１個のリング状の静止磁石であってもよい。）を配装している。この静止磁石１７は、磁石保持器１８に固定され、この磁石保持器１８と一体でブラケット１に装着されている。
【００２２】
回転磁石１６と静止磁石１７はともに、磁極の強さの強い高性能の永久磁石が使用され、静止磁石１７の磁界がブラケット１を通して回転磁石１６の磁界に作用して生じる磁力Ｆ1（図２参照）で、常時、ローターユニット１０を回転中心に浮上させた状態に保持するようにしている。このために、回転磁石１６及び静止磁石１７の磁極が方向付けられ、また、静止磁石１７の数や配置等については実験的に設定される。
【００２３】
ポンプ室３内にあって、回転中心に浮上状態にあるローターユニット１０が前方向け（インペラー７側）へ移動するのを規制するために、インペラー７の前面中心に対応してポンプ室３の吸込み口３ａ側の支承部材１９に、円錐状の制動コーン２０を設け、また、ローターユニット１０が後方向けに移動するのを規制するために、ローター９の後面中心に対応してリアケーシングカバー４の内端面に制動コーン２１を設けている。
【００２４】
主軸８に装着する回転磁石１６と、これに対応してブラケット１の外側周りに配装する静止磁石１７の位置の設定に当たって、実施の形態では、ローターユニット１０を回転中心に浮上させる磁力に加え、同じ磁力により、ローターユニット１０を後方向けに移動させるスラスト力を生じさせるように、回転磁石１６に対して静止磁石１７の位置を前方向にずらしている。
【００２５】
このような静止磁石１７の位置設定により、図３に示すように、ローターユニット１０を後方向けに移動させるスラスト力を生じさせる磁力Ｆ2は、ポンプ運転時に生じるローターユニット１０を前方向けに移動させるスラスト力に逆らうことになるので、インペラー７の前面中心部に当接する制動コーン２０が受ける圧力負担が軽減される。
【００２６】
上記構成において、本発明に係る磁気浮上型マグネットポンプでは、ローターユニット１０に装着した回転磁石１６を、ブラケット１の外側周りに配装した複数個の静止磁石１７が取り巻き、静止磁石１７の磁界が回転磁石１６の磁界に作用して生じる磁力で、常時、ローターユニット１０を浮上させて回転中心に保持する。
【００２７】
ポンプ運転時には、原動機１４の起動により内外円筒キャン部６周りに永久磁石筒１１，１２が回転して回転磁界ができると、この回転磁界内にあるローター９にうず電流が流れて電磁力がはたらき、回転磁界と同じ方向にローターユニット１０は、その回転中心に浮上した状態のままで回転する。このローターユニット１０の回転で、インペラー７が回転すると、吸込み口３ａからインペラー７向けに吸い込まれた薬液は、インペラー７で径方向に加圧されてインペラー７外周からポンプ室３内に吐出されて吐出口３ｂからポンプ外に吐出される。
【００２８】
こうして、ポンプ運転中は、ポンプ室３に吐出される薬液圧がインペラー７背面に作用して生じるスラスト力でローターユニット１０は前方向けに移動するが、この移動は、支承部材１９に設けた制動コーン２０がインペラー７の前面中心に当接して規制され、インペラー７は定位置で回転して安定したポンプ作用を発揮する。
【００２９】
また、ポンプ運転中に生じる振動等によってインペラー７に生じる逆方向のスラスト力でローターユニット１０が後方向けに移動をするような時は、リアケーシングカバー５の内端面に設けた制動コーン２１がローター９の後面中心に当接してローターユニット１０の後退移動を規制する。従って、一時的にしても、ローターユニット１０は固定部と擦れ合うようなことがなく円滑に回転を継続する。
【００３０】
図４は、主軸を長尺構成にした比較的長尺のローターユニットに適用した実施の形態を示すもので、この実施の形態では、ブラケット１内に、後方に延びるリアケーシング４ａを同軸状に配し、このリアケーシング４ａ内にあってインペラー７後部に長尺構成の主軸８ａを介して非磁性体で良電導材料からなる円筒状のローター９を結合してローターユニット１０ａを形成し、このローターユニット１０ａの浮上時のバランスを採る上で、主軸８ａに装着する回転磁石１６ａ，１６ｂを、所定の間隔を採って主軸８ａの両端寄りに装着し、両方の回転磁石１６ａ，１６ｂに対応してリアケーシング４ａの外側周りに複数個の静止磁石１７ａ，１７ｂ（２個のリング状の静止磁石であってもよい。）を配装している。この場合の前後する静止磁石１７ａ，１７ｂは、ブラケット１とリアケーシング４ａの間にあって、ともに磁石保持器１８ａ，１８ｂに固定され、前後する静止磁石１７ａ，１７ｂ間の間隔をスペーサ２２で保持し、後部の磁石保持器１８ｂを保持器押え２３を用いてブラケット１に固定している。
【００３１】
このように、主軸８ａ上で間隔を採って２個所で浮上力を生じさせる構成の場合は、２個所の浮上力を、インペラー７側とローター９側の重量に見合った浮上力に設定することによって、ローターユニット１０ａの長さ等に無関係に、ローターユニット１０ａをバランスよく回転中心に浮上させることができる。
【００３２】
また、主軸８ａの２個所に回転磁石１６ａ，１６ｂを装着した構成では、両方の回転磁石１６ａ，１６ｂに対応する静止磁石１７ａ，１７ｂの位置設定によっては、図５に示すように、互いに打ち消す方向に磁力Ｆ3、Ｆ4を向けたり、磁力Ｆ3、Ｆ4を同一方向に向けたりすることが自由にできる。従って、磁力Ｆ3、Ｆ4によるスラスト力の大きさ及び方向は、ポンプの運転条件に合わせて総合的に考慮して設定される。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、本発明によれば、インペラーを有するローターユニットを、その重量に左右されることなく、永久磁石による磁力により、常時、ポンプ室内の回転中心に浮上させた状態に保持し、これを原動機によりマグネットカップリングを介して回転させてポンプ作用を発揮するようにしたので、ポンプ内でローターユニットを支持するラジアル軸受け機構を必要とせず、ローターユニットの支持構造を簡素化し、保守性に優れ、ポンプの高性能化と小型化を可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す磁気浮上型マグネットポンプの断面図である。
【図２】ローターユニットが磁力により回転中心に浮上する状態を説明のためのローターユニットの概略縦断面図である。
【図３】ローターユニットに対し後方向けにスラスト力を生じさせる磁力を説明のためのローターユニットの概略側面図である。
【図４】比較的長尺のローターユニットに適用した本発明の実施の形態を示す磁気浮上型マグネットポンプの断面図である。
【図５】図４に示すローターユニットに対し２方向にスラスト力を生じさせる磁力を説明のためのローターユニットの概略側面図である。
【符号の説明】
１ ブラケット
２ フロントケーシング
３ ポンプ室
３ａ 吸込み口
３ｂ 吐出口
４，４ａ リアケーシング
５ リアケーシングカバー
５ａ 円筒状壁部
６ 内外円筒キャン部
６ａ 隙間
７ インペラー
８，８ａ 主軸
９ ローター
１０，１０ａ ローターユニット
１１，１２ 永久磁石筒
１３ 磁気継手
１４ 原動機
１５ 出力軸
１６，１６ａ，１６ｂ 回転磁石
１７，１７ａ，１７ｂ 静止磁石
１８，１８ａ，１８ｂ 磁石保持器
１９ 支承部材
２０，２１ 制動コーン
２２ スペーサ
２３ 保持器押え
【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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