JP3768913B2 - 直流キャンドモータポンプおよび遠心ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非自吸式の直流キャンドモータポンプの構造に関し、特に半導体製造装置の温調器用などに使用する非自吸式の直流キャンドモータポンプの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非自吸式のキャンドモータポンプは、ステータとロータをそれぞれキャンで密閉し、これらのステータとロータキャンとの隙間に、図４に矢印のように、軸受の潤滑とモータの冷却とを行う液体を環流する。特に液温２００℃までの高温液を取り扱うキャンドモータポンプとしては図４に示す誘導式キャンドモータのものが多く、ロータの外周面からステータ内周面までの隙間Ｇのエアギャップを大きくすると、図６に示すように、モータ効率が著しく低下する。それゆえ、ステータキャンとロータキャンとの隙間が１ｍｍ以下に制限されている現状である。
【０００３】
ステータキャンとロータキャンの隙間が小さい場合では、液体が隙間に詰まり易く、かつ、モータ部ロータの流体摩擦の増加によるモータ部およびポンプ部の効率の低減が避けられず、軸受の十分な液体潤滑が図れず、さらにモータ部の冷却も十分に図れないのでモータ部の冷却構造が複雑となることもある。さらに、ステータキャンとロータキャンとの隙間を小さく保つ必要のため軸受の摩耗量が著しく制限され、軸受を頻繁に交換する必要がある。
【０００４】
また、従来、液温１００℃未満の液体を取り扱うキャンドモータポンプとしては、熱の発生量を低くするためにロータに永久磁石を配設した直流モータポンプが使用されている。しかし、この直流モータポンプのロータに配設の永久磁石は殆どがフェライト磁石であり、図１０の磁石の諸特性から分かるように、２００℃の液温の高温液までは取り扱えず、従って、高温液を扱う場合は誘導式キャンドモータによっていた。
【０００５】
一方、従来の装置では、ポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングとの隙間の軸封構造に対しては、キャンドモータポンプのステータキャンとロータキャンとの隙間が小さく、かつ、羽根車とポンプ部ケーシングとの隙間の軸封部分は、図５に示すように、羽根車のウェアリングが羽根車回転軸側から軸方向のウェアリングとなりポンプ部ケーシング軸側面との間に隙間を設けた構造となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間を従来の高温液を取り扱えるキャンドモータに比して広くすることを可能として軸受の磨耗量を大きな範囲まで許容可能とし、その結果、軸受の磨耗による頻繁な軸受交換を不要とし、モータ部およびポンプ部の効率に優れ、モータ部の寿命の向上した小型で、かつ、２００℃の液温の高温液まで取り扱うことが可能な直流キャンドモータポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、ステータと永久磁石を有するロータをそれぞれステータキャンとロータキャンで密閉したモータ部と該モータ部により駆動されるポンプ部からなり、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間に汲み上げ液体の一部を通してモータ部の冷却並びにロータ軸受の潤滑を行わせた直流キャンドモータポンプにおいて、モータキャンとステータキャンをステンレス製とし、モータ部の永久磁石を希土類磁石とすることによりステータキャンとロータキャンとの隙間Ｃを１ｍｍより大きくし、高温液まで取り扱い可能としたことを特徴とする直流キャンドモータポンプである。
【０００８】
請求項２の発明では、モータ部のステータとロータは、ロータが有する希土類磁石の外周面からステータ内周面までの隙間Ｇと希土類磁石の半径方向の厚さｔとの比Ｇ／ｔを０．５〜２．５とした構成からなることを特徴とする請求項１の手段の直流キャンドモータポンプである。
【０００９】
請求項３の発明では、左右のステータ側板の外面とステータキャンとの間に周縁にフランジを有する環状ばね板をそれぞれ配設し、ステータ側板の外面と環状ばね板の外周縁部および環状ばね板の内周縁部とステータキャンをそれぞれ環状ばね板のフランジで溶接し、かつ、ステータキャンとステータキャン外周を内嵌支持するモータ部ケーシング間にＯリングを配設して密閉したことを特徴とする請求項１または２の手段の直流キャンドモータポンプである。
【００１０】
請求項４の発明では、羽根車を囲むポンプ部ケーシング内壁に拡径段差部を設け、羽根車の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸に同芯状の羽根車ウェアリングをポンプ部ケーシングの羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板とし、該折曲側板の先端と該先端に対峙するポンプ部ケーシング側壁の拡径段差部面との羽根車半径方向の隙間Ｇｒ並びに折曲側板の側面と該側面に対峙するポンプ部ケーシング側壁の拡径段差部側面との羽根車回転軸方向の隙間Ｇａにより羽根車とポンプ部ケーシング間を軸封したことを特徴とするキャンドモータポンプのポンプ部に使用する遠心ポンプである。
【００１１】
請求項５の発明では、遠心ポンプの羽根車ウェアリングの羽根車半径方向の折曲側板は、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリングを羽根車半径方向へ直接折り曲げ形成したことを特徴とする請求項４の手段の遠心ポンプである。
【００１２】
請求項６の発明では、遠心ポンプの羽根車ウェアリングの羽根車半径方向の折曲側板は、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリングに回転羽根半径方向の折曲板を溶接して形成したことを特徴とする請求項４の手段の遠心ポンプである。
【００１３】
請求項７の発明では、遠心ポンプは、比速度１００〔（ｍ3／ｍｉｎ）・ｍ・ｒｐｍ〕以下の低比速度の遠心ポンプで、羽根車回転軸方向の隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍとし、かつ、羽根車半径方向の隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向の隙間Ｇａ以上の大きさとしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項の手段の遠心ポンプである。
【００１４】
本発明の作用について説明すると、従来の液温２００℃までの高温液を取り扱えるキャンドモータポンプは、誘導式モータによるものが多く、モータ部の効率をある程度に保つため、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間が１ｍｍ以下と大きな隙間が得られなかったのに対し、上記の本発明の手段の直流キャンドモータポンプは、モータ部のロータに配設の永久磁石を希土類磁石とすることにより、ステータキャンとロータキャンとの隙間Ｃを１ｍｍより大きくし、さらにモータ部のロータに配設の希土類磁石の外周面からステータ内周面までの隙間（エアギャップ）をＧとし、希土類磁石の半径方向厚さをｔとするとき、ステータとロータはＧ／ｔが０．５〜２．５の範囲に納まるように構成しているので、小型・高効率のキャンドモータが得られる。
【００１５】
さらに左右のステータ側板の外面とステータキャンとの間に周縁にフランジを有する環状ばね板をそれぞれ配設して溶接により接合したので、高温液を取り扱ってステータキャンが熱膨張しても追従して延びてステータ側板とキャンとの間から液体がステータ側に侵入することを防止することができる。
【００１６】
また遠心ポンプの羽根車とそのケーシングすなわちポンプ部ケーシングとの隙間の軸封構造において、羽根車ウェアリングをポンプ部ケーシングの羽根車回転半径方向に折曲げて折曲側板とすることで、羽根車回転軸方向隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍの範囲とし、かつ、半径方向隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向隙間Ｇａ以上の大きさの軸封構造とすることができ、半径方向隙間Ｇｒを大きくでき、その結果、軸受が磨耗してもウェアリングがポンプ部ケーシングと擦れることなく良好な軸封が保てる。本発明のこの遠心ポンプは本発明の直流キャンドモータポンプに使用でき、直流キャンドモータポンプの小型化、高効率化が図られ、軸受の磨耗による頻繁な軸受交換が不要となる。もちろん本発明の遠心ポンプはインダクションモータを用いるキャンドモータポンプにも適用でき、それによってインダクションキャンドモータポンプの小型化、高効率化が図られ、同様に軸受の磨耗による頻繁な軸受交換が不要となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の直流キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。図２は図１の直流キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分の一実施の形態を示す図である。図３は図２の部分の他の実施の形態を示す図である。図４は従来の高温液を取り扱える誘導式キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。図５は図４の誘導式キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分を示す図である。図６は誘導式モータの効率と誘導式モータのロータの外周面からステータ内周面までの隙間Ｇのエアギャップとの関係を示すグラフである。図７は本発明の直流キャンドモータポンプと従来の誘導式キャンドモータポンプの隙間Ｃを１ｍｍとしたものの性能を比較して示すグラフである。図８は羽根車ウェアリングとポンプ部ケーシングとの半径方向隙間を１．２ｍｍにした時の軸方向隙間Ｇａとポンプ効率との関係を示すグラフである。図９は本発明に用いる希土類磁石の諸特性を示すグラフである。図１０は従来のフェライト磁石の諸特性を示すグラフである。
【００１８】
図１に示すように、本発明の直流キャンドモータポンプ１は、モータ部２と、該モータ部２により駆動されるポンプ部１９からなる。モータ部２は希土類磁石９を有するロータ４とロータ４の外周のステータ１３からなる直流モータからなり、ロータ４の回転軸７がモータ部ケーシング３に取り付けた軸受５および軸受６でスリーブ７ａを介して支持されている。さらにロータ４の回転軸７にはロータ本体８ａとヨーク８が取り付けられ、ヨーク８の外周には希土類磁石９であるネオジム磁石を有する。このロータ４の希土類磁石９は半径方向の厚さｔを有し、希土類磁石９の最外周はステンレスのロータキャン１０と左右のロータ側板１１、１２で密閉されている。
【００１９】
一方、ステータ１３は界磁コイル１４を有し、ステータ１３の外周のモータ部ケーシング３、左右のステータ側板１８、１９およびステンレスのステータキャン１５に内包されている。左右のステータ側板１８、１９はその外側面および内周面側をボルトで締結された左右のモータ部ケーシング３で支持されており、ステータキャン１５の左右の両端が左右のステータ側板１８、１９の内周面を越えて左右のモータ部ケーシング３に設けられた凹陥部１６に入り込んでいる。それぞれ左右のステータ側板１８、１９の部分のステータキャン１５と、そのステータキャン１５を内周側から支持するモータ部ケーシング３の間にはそれぞれＯリング３３、３４が嵌められ水密に密閉されている。さらに左右のモータ部ケーシング３に設けられた凹陥部１６内には環状ばね板２０、２１がステータ側板１８、１９およびステータキャン１５間に溶接され、ステータキャン１５の熱膨張による延びを許容するとともにステータキャン１５とステータ側板１８、１９の内周面との隙間からモータ内の環流液体がステータ１３内に入り込まないようにガードしている。
【００２０】
ところでステータキャン１５とロータキャン１０の隙間Ｃは通常の誘導式キャンドモータでは１ｍｍ以下であるが、本発明の直流キャンドモータポンプのモータ部では、特に１ｍｍより大きい隙間Ｃとする。そしてステータキャン１５とロータキャン１０の隙間に汲み上げ液体の一部を環流してモータ部２の冷却とロータ４の軸受５、６の潤滑作用を行わせている。このため、図１に示すように、ポンプ部２２のステンレスの羽根車２４で汲み上げられた液体の一部をポンプ部ケーシングを構成する左側のモータ部ケーシング３に流入通路を設け矢印の様に液体をモータ内に環流する。
【００２１】
図１において、モータ部２の右側には遠心ポンプからなるポンプ部２２が配設され、上記のとおり、ポンプ部ケーシングの左側面を兼ねる右側のモータ部ケーシング３とポンプ部ケーシング２３の中に遠心ポンプを構成するステンレスの羽根車２４がモータ部２の回転軸７に取り付けられて駆動される。羽根車２４の中心部の右側はポンプ部２２の液体の吸込み口３７となっている。さらにポンプ部２２の外周の一箇所に、図１に示すように、遠心ポンプで汲み上げた液体をポンプ外に送給するための吐出口３８が設けられている。
【００２２】
さらに、本発明の実施の形態では、モータ部２のロータ４における従来のフェライト磁石に代えて希土類磁石９とし、この希土類磁石９にネオジム磁石を使用するものである。これは、本発明の直流キャンドモータポンプ１が精密樹脂成型金型用や半導体製造工程用の温調器などの２００℃の高温液の汲み上げに使用されるものであり、この温度において十分に高効率に使用できることが要求されるが、図１０の磁石諸特性に見られるとおり、従来使用されているフェライト磁石では２００℃では取り扱えないが、発明者らが鋭意検討したところ、図９の磁石諸特性に見られるとおりネオジム磁石では高温液まで取り扱うことができることによる。さらに、図７に見られるように、本発明の直流キャンドモータポンプの性能は、従来のキャンドモータポンプの隙間Ｃを１ｍｍとしたものの性能に比して優れていることがわかる。そこで、本発明の実施の形態では、希土類磁石９としてネオジム磁石を使用する。
【００２３】
さらに、上記のように、ステータキャン１５とロータキャン１０の隙間Ｃを１ｍｍより大とするものにおいて、モータ部２のステータ１３とロータ４は、ロータ４の希土類磁石９の外周面からステータ内周面１７までの隙間をＧとし、ロータ４の希土類磁石９の半径方向の厚さをｔとするとき、Ｇ／ｔが０．５〜２．５となるように構成する。それによって、希土類磁石を採用した直流キャンドモータポンプは、鉄損およびロータの流体摩擦損失などが減少され、モータ部の高効率が図られる。
【００２４】
さらに、本発明は、ポンプ部２２は上記したとおり遠心ポンプから形成されている。この遠心ポンプの羽根車２４を囲むポンプ部ケーシング２３の内壁に拡径段差部２９、３０を設け、羽根車２４の中心部の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸７に同芯状の羽根車ウェアリング２５、２６をポンプ部ケーシング２３の羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板２７、２８とする。これらの折曲側板２７、２８の先端とこれらの先端に対峙するポンプ部ケーシング２３の拡径段差部上面２９ａ、３０ａとの羽根車半径方向の隙間Ｇｒとし、さらに折曲側板２７、２８の側面とこれらの側面に対峙するポンプ部ケーシング２３の側壁の拡径段差部側面２９ｂ、３０ｂとの羽根車回転軸方向の隙間Ｇａとし、この隙間Ｇｒと隙間Ｇａにより羽根車２４とポンプ部ケーシング２３の間を軸封する。
【００２５】
上記の羽根車ウェアリング２５の羽根車半径方向の折曲側板２７は、図２に示すように、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリング２５を羽根車半径方向へ直接折り曲げにより形成したものとする。なお、折曲側板２８は羽根車ウェアリング２６が羽根車２４と溶接部３２で溶接して一体化して形成する。
【００２６】
さらに、他の実施の形態では、羽根車ウェアリング２５の羽根車半径方向の折曲側板２７は、図３に示すように、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリング２５に溶接部３１で溶接して一体化して形成する。さらに、羽根車ウェアリング２６の羽根車半径方向の折曲側板２８は、図２に示すように、半径方向の羽根車２４に溶接部３２で溶接して一体化して形成する。
【００２７】
さらに上記の羽根車２４とポンプ部ケーシング２３の間の軸封において、遠心ポンプは比速度１００〔（ｍ3／ｍｉｎ）・ｍ・ｒｐｍ〕以下の低比速度ｎsの遠心ポンプとする。ｎs＝ｎ・Ｑ1/2／Ｈ3/4で表され、ここでｎsは比速度、ｎはポンプの回転数［ｒｐｍ］、Ｑは吐出し量［ｍ3／ｍｉｎ］、Ｈは揚程［ｍ］である。この比速度は幾何学的に相似な羽根車を使って毎分１立方メートルの液体を全揚程において１メートル揚液するために必要なポンプ回転数である。この遠心ポンプにおいて羽根車回転軸方向の隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍとする。すなわち、図８に見られるとおり、ポンプ効率ηpは上記隙間Ｇａが１．６ｍｍを超えると低下する。０．３ｍｍより狭いとポンプ効率ηpは高いが、この場合は狭すぎて機械的に触れによる事故を発生する危険があるので、実用上から０．３ｍｍ以上とする。さらに、羽根車半径方向の隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向の隙間Ｇａ以上の大きさとする。この隙間Ｇｒを隙間Ｇａより大とするのは、ネオジム磁石を採用して軸受の損耗を大きく許容したことに合わせた隙間Ｇｒとしたもので、折曲側板２７、２８の上端が拡径段差部２９、３０と当接することのないようにしたものである。
【００２８】
また、さらに本発明では、上記したように、左右のステータ側板１８、１９の外面とステータキャン１５との間に周縁にフランジを有する環状ばね板２０、２１をそれぞれ配設し、ステータ側板１８、１９と環状ばね板２０、２１の外周縁部および環状ばね板２０、２１の内周縁部とステータキャン１５をそれぞれ環状ばね板２０、２１のフランジの部分で溶接している。そして、ステータキャン１５とステータキャン外周を内嵌支持するモータ部ケーシング３間にＯリング３３、３４をそれぞれ配設して密閉している。この構造とすることで、高温の液体を取り扱うことによるステータキャンの熱膨張を許容し、かつ、液密を十分に保ててステータ内に液体が侵入することがない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はモータ部のロータの永久磁石にネオジム磁石を採用してステンレス製のステータキャンとロータキャンの隙間Ｃを従来に比して広くしたことにより、さらに遠心モータの羽根車を囲むケーシング内壁に拡径段差部を設け、羽根車の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸に同芯状の羽根車ウェアリングをケーシングの羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板とし、折曲側板の先端とこの先端に対峙するケーシング側壁の拡径段差部面との羽根車半径方向の隙間Ｇｒとし、さらに折曲側板の側面とこの側面に対峙するケーシング側壁の拡径段差部側面との羽根車回転軸方向の隙間Ｇａとして羽根車とケーシング間を軸封したことにより、遠心ポンプおよびこの遠心ポンプを使用するキャンドモータポンプの軸受の磨耗量を大きな範囲まで許容可能とし、軸受の磨耗による頻繁な軸受交換を不要とし、効率の高い、寿命の向上した小型の遠心ポンブおよびこの遠心ポンプを使用したキャンドモータポンプが得られ、さらに、２００℃の液温の高温液まで取り扱うことが可能な直流キャンドモータポンプが得られ、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直流キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。
【図２】図１の直流キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分の一実施の形態を示す図である。
【図３】図２の部分の他の実施の形態を示す図である。
【図４】従来の高温液を取り扱える誘導式キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。
【図５】図４の誘導式キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分を示す図である。
【図６】誘導式モータの効率と誘導式モータのロータの外周面からステータ内周面までの隙間Ｇのエアギャップとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の直流キャンドモータポンプと従来の誘導式キャンドモータポンプの隙間Ｃを１ｍｍとしたものの性能を比較して示すグラフである。
【図８】羽根車ウェアリングとポンプ部ケーシングとの半径方向隙間を１．２ｍｍにした時の軸方向隙間Ｇａとポンプ効率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に用いる希土類磁石の諸特性を示すグラフである。
【図１０】従来のフェライト磁石の諸特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 直流キャンドモータポンプ
２ モータ部
３ モータ部ケーシング
４ ロータ
５ 軸受
６ 軸受
７ 回転軸
７ａ スリーブ
８ ヨーク
８ａ ロータ本体
９ 希土類磁石
１０ ロータキャン
１１ ロータ側板
１２ ロータ側板
１３ ステータ
１４ 界磁コイル
１５ ステータキャン
１６ 凹陥部
１７ ステータ内周面
１８ ステータ側板
１９ ステータ側板
２０ 環状ばね板
２１ 環状ばね板
２２ ポンプ部
２３ ポンプ部ケーシング
２４ 羽根車
２５ 羽根車ウェアリング
２６ 羽根車ウェアリング
２７ 折曲側板
２８ 折曲側板
２９ 拡径段差部
３０ 拡径段差部
３１ 溶接部
３２ 溶接部
３３ Ｏリング
３４ Ｏリング
３５ 流入通路
３６ 流出通路
３７ 吸い込み口
３８ 吐出口
３９ 電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、非自吸式の直流キャンドモータポンプの構造に関し、特に半導体製造装置の温調器用などに使用する非自吸式の直流キャンドモータポンプの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非自吸式のキャンドモータポンプは、ステータとロータをそれぞれキャンで密閉し、これらのステータとロータキャンとの隙間に、図４に矢印のように、軸受の潤滑とモータの冷却とを行う液体を環流する。特に液温２００℃までの高温液を取り扱うキャンドモータポンプとしては図４に示す誘導式キャンドモータのものが多く、ロータの外周面からステータ内周面までの隙間Ｇのエアギャップを大きくすると、図６に示すように、モータ効率が著しく低下する。それゆえ、ステータキャンとロータキャンとの隙間が１ｍｍ以下に制限されている現状である。
【０００３】
ステータキャンとロータキャンの隙間が小さい場合では、液体が隙間に詰まり易く、かつ、モータ部ロータの流体摩擦の増加によるモータ部およびポンプ部の効率の低減が避けられず、軸受の十分な液体潤滑が図れず、さらにモータ部の冷却も十分に図れないのでモータ部の冷却構造が複雑となることもある。さらに、ステータキャンとロータキャンとの隙間を小さく保つ必要のため軸受の摩耗量が著しく制限され、軸受を頻繁に交換する必要がある。
【０００４】
また、従来、液温１００℃未満の液体を取り扱うキャンドモータポンプとしては、熱の発生量を低くするためにロータに永久磁石を配設した直流モータポンプが使用されている。しかし、この直流モータポンプのロータに配設の永久磁石は殆どがフェライト磁石であり、図１０の磁石の諸特性から分かるように、２００℃の液温の高温液までは取り扱えず、従って、高温液を扱う場合は誘導式キャンドモータによっていた。
【０００５】
一方、従来の装置では、ポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングとの隙間の軸封構造に対しては、キャンドモータポンプのステータキャンとロータキャンとの隙間が小さく、かつ、羽根車とポンプ部ケーシングとの隙間の軸封部分は、図５に示すように、羽根車のウェアリングが羽根車回転軸側から軸方向のウェアリングとなりポンプ部ケーシング軸側面との間に隙間を設けた構造となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間を従来の高温液を取り扱えるキャンドモータに比して広くすることを可能として軸受の磨耗量を大きな範囲まで許容可能とし、その結果、軸受の磨耗による頻繁な軸受交換を不要とし、モータ部およびポンプ部の効率に優れ、モータ部の寿命の向上した小型で、かつ、２００℃の液温の高温液まで取り扱うことが可能な直流キャンドモータポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、ステータと永久磁石を有するロータをそれぞれステータキャンとロータキャンで密閉したモータ部と該モータ部により駆動されるポンプ部からなり、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間に汲み上げ液体の一部を通してモータ部の冷却並びにロータ軸受の潤滑を行わせた直流キャンドモータポンプにおいて、モータキャンとステータキャンをステンレス製とし、モータ部の永久磁石を希土類磁石とすることによりステータキャンとロータキャンとの隙間Ｃを１ｍｍより大きくし、高温液まで取り扱い可能としたことを特徴とする直流キャンドモータポンプである。
【０００８】
請求項２の発明では、モータ部のステータとロータは、ロータが有する希土類磁石の外周面からステータ内周面までの隙間Ｇと希土類磁石の半径方向の厚さｔとの比Ｇ／ｔを０．５〜２．５とした構成からなることを特徴とする請求項１の手段の直流キャンドモータポンプである。
【０００９】
請求項３の発明では、左右のステータ側板の外面とステータキャンとの間に周縁にフランジを有する環状ばね板をそれぞれ配設し、ステータ側板の外面と環状ばね板の外周縁部および環状ばね板の内周縁部とステータキャンをそれぞれ環状ばね板のフランジで溶接し、かつ、ステータキャンとステータキャン外周を内嵌支持するモータ部ケーシング間にＯリングを配設して密閉したことを特徴とする請求項１または２の手段の直流キャンドモータポンプである。
【００１０】
請求項４の発明では、羽根車を囲むポンプ部ケーシング内壁に拡径段差部を設け、羽根車の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸に同芯状の羽根車ウェアリングをポンプ部ケーシングの羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板とし、該折曲側板の先端と該先端に対峙するポンプ部ケーシング側壁の拡径段差部面との羽根車半径方向の隙間Ｇｒ並びに折曲側板の側面と該側面に対峙するポンプ部ケーシング側壁の拡径段差部側面との羽根車回転軸方向の隙間Ｇａにより羽根車とポンプ部ケーシング間を軸封したことを特徴とするキャンドモータポンプのポンプ部に使用する遠心ポンプである。
【００１１】
請求項５の発明では、遠心ポンプの羽根車ウェアリングの羽根車半径方向の折曲側板は、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリングを羽根車半径方向へ直接折り曲げ形成したことを特徴とする請求項４の手段の遠心ポンプである。
【００１２】
請求項６の発明では、遠心ポンプの羽根車ウェアリングの羽根車半径方向の折曲側板は、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリングに回転羽根半径方向の折曲板を溶接して形成したことを特徴とする請求項４の手段の遠心ポンプである。
【００１３】
請求項７の発明では、遠心ポンプは、比速度１００〔（ｍ3／ｍｉｎ）・ｍ・ｒｐｍ〕以下の低比速度の遠心ポンプで、羽根車回転軸方向の隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍとし、かつ、羽根車半径方向の隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向の隙間Ｇａ以上の大きさとしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項の手段の遠心ポンプである。
【００１４】
本発明の作用について説明すると、従来の液温２００℃までの高温液を取り扱えるキャンドモータポンプは、誘導式モータによるものが多く、モータ部の効率をある程度に保つため、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間が１ｍｍ以下と大きな隙間が得られなかったのに対し、上記の本発明の手段の直流キャンドモータポンプは、モータ部のロータに配設の永久磁石を希土類磁石とすることにより、ステータキャンとロータキャンとの隙間Ｃを１ｍｍより大きくし、さらにモータ部のロータに配設の希土類磁石の外周面からステータ内周面までの隙間（エアギャップ）をＧとし、希土類磁石の半径方向厚さをｔとするとき、ステータとロータはＧ／ｔが０．５〜２．５の範囲に納まるように構成しているので、小型・高効率のキャンドモータが得られる。
【００１５】
さらに左右のステータ側板の外面とステータキャンとの間に周縁にフランジを有する環状ばね板をそれぞれ配設して溶接により接合したので、高温液を取り扱ってステータキャンが熱膨張しても追従して延びてステータ側板とキャンとの間から液体がステータ側に侵入することを防止することができる。
【００１６】
また遠心ポンプの羽根車とそのケーシングすなわちポンプ部ケーシングとの隙間の軸封構造において、羽根車ウェアリングをポンプ部ケーシングの羽根車回転半径方向に折曲げて折曲側板とすることで、羽根車回転軸方向隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍの範囲とし、かつ、半径方向隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向隙間Ｇａ以上の大きさの軸封構造とすることができ、半径方向隙間Ｇｒを大きくでき、その結果、軸受が磨耗してもウェアリングがポンプ部ケーシングと擦れることなく良好な軸封が保てる。本発明のこの遠心ポンプは本発明の直流キャンドモータポンプに使用でき、直流キャンドモータポンプの小型化、高効率化が図られ、軸受の磨耗による頻繁な軸受交換が不要となる。もちろん本発明の遠心ポンプはインダクションモータを用いるキャンドモータポンプにも適用でき、それによってインダクションキャンドモータポンプの小型化、高効率化が図られ、同様に軸受の磨耗による頻繁な軸受交換が不要となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の直流キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。図２は図１の直流キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分の一実施の形態を示す図である。図３は図２の部分の他の実施の形態を示す図である。図４は従来の高温液を取り扱える誘導式キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。図５は図４の誘導式キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分を示す図である。図６は誘導式モータの効率と誘導式モータのロータの外周面からステータ内周面までの隙間Ｇのエアギャップとの関係を示すグラフである。図７は本発明の直流キャンドモータポンプと従来の誘導式キャンドモータポンプの隙間Ｃを１ｍｍとしたものの性能を比較して示すグラフである。図８は羽根車ウェアリングとポンプ部ケーシングとの半径方向隙間を１．２ｍｍにした時の軸方向隙間Ｇａとポンプ効率との関係を示すグラフである。図９は本発明に用いる希土類磁石の諸特性を示すグラフである。図１０は従来のフェライト磁石の諸特性を示すグラフである。
【００１８】
図１に示すように、本発明の直流キャンドモータポンプ１は、モータ部２と、該モータ部２により駆動されるポンプ部１９からなる。モータ部２は希土類磁石９を有するロータ４とロータ４の外周のステータ１３からなる直流モータからなり、ロータ４の回転軸７がモータ部ケーシング３に取り付けた軸受５および軸受６でスリーブ７ａを介して支持されている。さらにロータ４の回転軸７にはロータ本体８ａとヨーク８が取り付けられ、ヨーク８の外周には希土類磁石９であるネオジム磁石を有する。このロータ４の希土類磁石９は半径方向の厚さｔを有し、希土類磁石９の最外周はステンレスのロータキャン１０と左右のロータ側板１１、１２で密閉されている。
【００１９】
一方、ステータ１３は界磁コイル１４を有し、ステータ１３の外周のモータ部ケーシング３、左右のステータ側板１８、１９およびステンレスのステータキャン１５に内包されている。左右のステータ側板１８、１９はその外側面および内周面側をボルトで締結された左右のモータ部ケーシング３で支持されており、ステータキャン１５の左右の両端が左右のステータ側板１８、１９の内周面を越えて左右のモータ部ケーシング３に設けられた凹陥部１６に入り込んでいる。それぞれ左右のステータ側板１８、１９の部分のステータキャン１５と、そのステータキャン１５を内周側から支持するモータ部ケーシング３の間にはそれぞれＯリング３３、３４が嵌められ水密に密閉されている。さらに左右のモータ部ケーシング３に設けられた凹陥部１６内には環状ばね板２０、２１がステータ側板１８、１９およびステータキャン１５間に溶接され、ステータキャン１５の熱膨張による延びを許容するとともにステータキャン１５とステータ側板１８、１９の内周面との隙間からモータ内の環流液体がステータ１３内に入り込まないようにガードしている。
【００２０】
ところでステータキャン１５とロータキャン１０の隙間Ｃは通常の誘導式キャンドモータでは１ｍｍ以下であるが、本発明の直流キャンドモータポンプのモータ部では、特に１ｍｍより大きい隙間Ｃとする。そしてステータキャン１５とロータキャン１０の隙間に汲み上げ液体の一部を環流してモータ部２の冷却とロータ４の軸受５、６の潤滑作用を行わせている。このため、図１に示すように、ポンプ部２２のステンレスの羽根車２４で汲み上げられた液体の一部をポンプ部ケーシングを構成する左側のモータ部ケーシング３に流入通路を設け矢印の様に液体をモータ内に環流する。
【００２１】
図１において、モータ部２の右側には遠心ポンプからなるポンプ部２２が配設され、上記のとおり、ポンプ部ケーシングの左側面を兼ねる右側のモータ部ケーシング３とポンプ部ケーシング２３の中に遠心ポンプを構成するステンレスの羽根車２４がモータ部２の回転軸７に取り付けられて駆動される。羽根車２４の中心部の右側はポンプ部２２の液体の吸込み口３７となっている。さらにポンプ部２２の外周の一箇所に、図１に示すように、遠心ポンプで汲み上げた液体をポンプ外に送給するための吐出口３８が設けられている。
【００２２】
さらに、本発明の実施の形態では、モータ部２のロータ４における従来のフェライト磁石に代えて希土類磁石９とし、この希土類磁石９にネオジム磁石を使用するものである。これは、本発明の直流キャンドモータポンプ１が精密樹脂成型金型用や半導体製造工程用の温調器などの２００℃の高温液の汲み上げに使用されるものであり、この温度において十分に高効率に使用できることが要求されるが、図１０の磁石諸特性に見られるとおり、従来使用されているフェライト磁石では２００℃では取り扱えないが、発明者らが鋭意検討したところ、図９の磁石諸特性に見られるとおりネオジム磁石では高温液まで取り扱うことができることによる。さらに、図７に見られるように、本発明の直流キャンドモータポンプの性能は、従来のキャンドモータポンプの隙間Ｃを１ｍｍとしたものの性能に比して優れていることがわかる。そこで、本発明の実施の形態では、希土類磁石９としてネオジム磁石を使用する。
【００２３】
さらに、上記のように、ステータキャン１５とロータキャン１０の隙間Ｃを１ｍｍより大とするものにおいて、モータ部２のステータ１３とロータ４は、ロータ４の希土類磁石９の外周面からステータ内周面１７までの隙間をＧとし、ロータ４の希土類磁石９の半径方向の厚さをｔとするとき、Ｇ／ｔが０．５〜２．５となるように構成する。それによって、希土類磁石を採用した直流キャンドモータポンプは、鉄損およびロータの流体摩擦損失などが減少され、モータ部の高効率が図られる。
【００２４】
さらに、本発明は、ポンプ部２２は上記したとおり遠心ポンプから形成されている。この遠心ポンプの羽根車２４を囲むポンプ部ケーシング２３の内壁に拡径段差部２９、３０を設け、羽根車２４の中心部の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸７に同芯状の羽根車ウェアリング２５、２６をポンプ部ケーシング２３の羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板２７、２８とする。これらの折曲側板２７、２８の先端とこれらの先端に対峙するポンプ部ケーシング２３の拡径段差部上面２９ａ、３０ａとの羽根車半径方向の隙間Ｇｒとし、さらに折曲側板２７、２８の側面とこれらの側面に対峙するポンプ部ケーシング２３の側壁の拡径段差部側面２９ｂ、３０ｂとの羽根車回転軸方向の隙間Ｇａとし、この隙間Ｇｒと隙間Ｇａにより羽根車２４とポンプ部ケーシング２３の間を軸封する。
【００２５】
上記の羽根車ウェアリング２５の羽根車半径方向の折曲側板２７は、図２に示すように、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリング２５を羽根車半径方向へ直接折り曲げにより形成したものとする。なお、折曲側板２８は羽根車ウェアリング２６が羽根車２４と溶接部３２で溶接して一体化して形成する。
【００２６】
さらに、他の実施の形態では、羽根車ウェアリング２５の羽根車半径方向の折曲側板２７は、図３に示すように、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリング２５に溶接部３１で溶接して一体化して形成する。さらに、羽根車ウェアリング２６の羽根車半径方向の折曲側板２８は、図２に示すように、半径方向の羽根車２４に溶接部３２で溶接して一体化して形成する。
【００２７】
さらに上記の羽根車２４とポンプ部ケーシング２３の間の軸封において、遠心ポンプは比速度１００〔（ｍ3／ｍｉｎ）・ｍ・ｒｐｍ〕以下の低比速度ｎsの遠心ポンプとする。ｎs＝ｎ・Ｑ1/2／Ｈ3/4で表され、ここでｎsは比速度、ｎはポンプの回転数［ｒｐｍ］、Ｑは吐出し量［ｍ3／ｍｉｎ］、Ｈは揚程［ｍ］である。この比速度は幾何学的に相似な羽根車を使って毎分１立方メートルの液体を全揚程において１メートル揚液するために必要なポンプ回転数である。この遠心ポンプにおいて羽根車回転軸方向の隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍとする。すなわち、図８に見られるとおり、ポンプ効率ηpは上記隙間Ｇａが１．６ｍｍを超えると低下する。０．３ｍｍより狭いとポンプ効率ηpは高いが、この場合は狭すぎて機械的に触れによる事故を発生する危険があるので、実用上から０．３ｍｍ以上とする。さらに、羽根車半径方向の隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向の隙間Ｇａ以上の大きさとする。この隙間Ｇｒを隙間Ｇａより大とするのは、ネオジム磁石を採用して軸受の損耗を大きく許容したことに合わせた隙間Ｇｒとしたもので、折曲側板２７、２８の上端が拡径段差部２９、３０と当接することのないようにしたものである。
【００２８】
また、さらに本発明では、上記したように、左右のステータ側板１８、１９の外面とステータキャン１５との間に周縁にフランジを有する環状ばね板２０、２１をそれぞれ配設し、ステータ側板１８、１９と環状ばね板２０、２１の外周縁部および環状ばね板２０、２１の内周縁部とステータキャン１５をそれぞれ環状ばね板２０、２１のフランジの部分で溶接している。そして、ステータキャン１５とステータキャン外周を内嵌支持するモータ部ケーシング３間にＯリング３３、３４をそれぞれ配設して密閉している。この構造とすることで、高温の液体を取り扱うことによるステータキャンの熱膨張を許容し、かつ、液密を十分に保ててステータ内に液体が侵入することがない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明はモータ部のロータの永久磁石にネオジム磁石を採用してステンレス製のステータキャンとロータキャンの隙間Ｃを従来に比して広くしたことにより、さらに遠心モータの羽根車を囲むケーシング内壁に拡径段差部を設け、羽根車の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸に同芯状の羽根車ウェアリングをケーシングの羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板とし、折曲側板の先端とこの先端に対峙するケーシング側壁の拡径段差部面との羽根車半径方向の隙間Ｇｒとし、さらに折曲側板の側面とこの側面に対峙するケーシング側壁の拡径段差部側面との羽根車回転軸方向の隙間Ｇａとして羽根車とケーシング間を軸封したことにより、遠心ポンプおよびこの遠心ポンプを使用するキャンドモータポンプの軸受の磨耗量を大きな範囲まで許容可能とし、軸受の磨耗による頻繁な軸受交換を不要とし、効率の高い、寿命の向上した小型の遠心ポンブおよびこの遠心ポンプを使用したキャンドモータポンプが得られ、さらに、２００℃の液温の高温液まで取り扱うことが可能な直流キャンドモータポンプが得られ、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直流キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。
【図２】図１の直流キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分の一実施の形態を示す図である。
【図３】図２の部分の他の実施の形態を示す図である。
【図４】従来の高温液を取り扱える誘導式キャンドモータポンプを一部断面で示す図である。
【図５】図４の誘導式キャンドモータポンプのポンプ部の羽根車とポンプ部ケーシングの部分を示す図である。
【図６】誘導式モータの効率と誘導式モータのロータの外周面からステータ内周面までの隙間Ｇのエアギャップとの関係を示すグラフである。
【図７】本発明の直流キャンドモータポンプと従来の誘導式キャンドモータポンプの隙間Ｃを１ｍｍとしたものの性能を比較して示すグラフである。
【図８】羽根車ウェアリングとポンプ部ケーシングとの半径方向隙間を１．２ｍｍにした時の軸方向隙間Ｇａとポンプ効率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に用いる希土類磁石の諸特性を示すグラフである。
【図１０】従来のフェライト磁石の諸特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 直流キャンドモータポンプ
２ モータ部
３ モータ部ケーシング
４ ロータ
５ 軸受
６ 軸受
７ 回転軸
７ａ スリーブ
８ ヨーク
８ａ ロータ本体
９ 希土類磁石
１０ ロータキャン
１１ ロータ側板
１２ ロータ側板
１３ ステータ
１４ 界磁コイル
１５ ステータキャン
１６ 凹陥部
１７ ステータ内周面
１８ ステータ側板
１９ ステータ側板
２０ 環状ばね板
２１ 環状ばね板
２２ ポンプ部
２３ ポンプ部ケーシング
２４ 羽根車
２５ 羽根車ウェアリング
２６ 羽根車ウェアリング
２７ 折曲側板
２８ 折曲側板
２９ 拡径段差部
３０ 拡径段差部
３１ 溶接部
３２ 溶接部
３３ Ｏリング
３４ Ｏリング
３５ 流入通路
３６ 流出通路
３７ 吸い込み口
３８ 吐出口
３９ 電源
Claims (7)
- ステータと永久磁石を有するロータをそれぞれステータキャンとロータキャンで密閉したモータ部と該モータ部により駆動されるポンプ部からなり、モータ部のステータキャンとロータキャンの隙間に汲み上げ液体の一部を通してモータ部の冷却並びにロータ軸受の潤滑を行わせた直流キャンドモータポンプにおいて、モータキャンとステータキャンをステンレス製とし、モータ部の永久磁石を希土類磁石とすることによりステータキャンとロータキャンとの隙間Ｃを１ｍｍより大きくし、高温液まで取り扱い可能としたことを特徴とする直流キャンドモータポンプ。
- モータ部のステータとロータは、ロータが有する希土類磁石の外周面からステータ内周面までの隙間Ｇと希土類磁石の半径方向の厚さｔとの比Ｇ／ｔを０．５〜２．５とした構成からなることを特徴とする請求項１記載の直流キャンドモータポンプ。
- 左右のステータ側板の外面とステータキャンとの間に周縁にフランジを有する環状ばね板をそれぞれ配設し、ステータ側板の外面と環状ばね板の外周縁部および環状ばね板の内周縁部とステータキャンをそれぞれ環状ばね板のフランジで溶接し、かつ、ステータキャンとステータキャン外周を内嵌支持するモータ部ケーシング間にＯリングを配設して密閉したことを特徴とする請求項１または２に記載の直流キャンドモータポンプ。
- 羽根車を囲むポンプ部ケーシング内壁に拡径段差部を設け、羽根車の汲み上げ液体の吸引口を規制する回転軸に同芯状の羽根車ウェアリングをポンプ部ケーシングの羽根車回転半径方向に折り曲げて折曲側板とし、該折曲側板の先端と該先端に対峙するポンプ部ケーシング側壁の拡径段差部面との羽根車半径方向の隙間Ｇｒ並びに折曲側板の側面と該側面に対峙するポンプ部ケーシング側壁の拡径段差部側面との羽根車回転軸方向の隙間Ｇａにより羽根車とポンプ部ケーシング間を軸封したことを特徴とするキャンドモータポンプのポンプ部に使用する遠心ポンプ。
- 遠心ポンプの羽根車ウェアリングの羽根車半径方向の折曲側板は、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリングを羽根車半径方向へ直接折り曲げ形成したことを特徴とする請求項４に記載の遠心ポンプ。
- 遠心ポンプの羽根車ウェアリングの羽根車半径方向の折曲側板は、羽根車回転軸方向の羽根車ウェアリングに回転羽根半径方向の折曲板を溶接して形成したことを特徴とする請求項４に記載の遠心ポンプ。
- 遠心ポンプは、比速度１００〔（ｍ3／ｍｉｎ）・ｍ・ｒｐｍ〕以下の低比速度の遠心ポンプで、羽根車回転軸方向の隙間Ｇａを０．３〜１．６ｍｍとし、かつ、羽根車半径方向の隙間Ｇｒを羽根車回転軸方向の隙間Ｇａ以上の大きさとしたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。
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