JP7471976B2 - Fluid pump and fluid transfer device - Google Patents
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Description
本発明は、流体ポンプ及び流体移送装置に関する。 The present invention relates to a fluid pump and a fluid transfer device.
特許文献1(特開2018-162865号公報)には、低温流体ポンプが記載されている。特許文献1に記載の低温流体ポンプは、シャフトと、モータ部と、ポンプ部とを有している。 Patent document 1 (JP 2018-162865 A) describes a cryogenic fluid pump. The cryogenic fluid pump described in Patent document 1 has a shaft, a motor section, and a pump section.
シャフトは、第1部分と、シャフトの中心軸方向に沿って第1部分から延在している第2部分とを有している。モータ部は、第1筐体と、モータステータと、第1ラジアル磁気軸受と、第2ラジアル磁気軸受とを有している。モータステータは、第1筐体の内部に配置されている。モータステータに通電が行われることにより、シャフトは、中心軸周りに回転駆動される。第1ラジアル磁気軸受及び第2ラジアル磁気軸受は、シャフトの中心軸方向においてモータステータを両側から挟み込むように配置されており、シャフトの第1部分を回転可能に支持している。 The shaft has a first portion and a second portion extending from the first portion along the central axis of the shaft. The motor portion has a first housing, a motor stator, a first radial magnetic bearing, and a second radial magnetic bearing. The motor stator is disposed inside the first housing. When current is applied to the motor stator, the shaft is driven to rotate around the central axis. The first radial magnetic bearing and the second radial magnetic bearing are disposed to sandwich the motor stator from both sides in the central axis direction of the shaft, and rotatably support the first portion of the shaft.
ポンプ部は、インペラと、第2筐体とを有している。インペラは、シャフトの先端(第2部分の先端)に取り付けられている。第2筐体の内部には、インペラが配置されるポンプ室が形成されている。第2筐体は、ポンプ室に連通している流入口及び流出口を有している。 The pump section has an impeller and a second housing. The impeller is attached to the tip of the shaft (the tip of the second part). A pump chamber in which the impeller is disposed is formed inside the second housing. The second housing has an inlet and an outlet that communicate with the pump chamber.
特許文献1に記載の低温流体ポンプは、ポンプ部が容器の内部に位置するように容器に取り付けられる。容器の内部には、液体窒素等の低温流体が貯留されている。シャフトの回転に伴い、インペラがポンプ室内で回転する。インペラの回転に伴う遠心力により、流入口から低温流体がポンプ室に流入するとともに、流出口から流出する。流出口から流出した低温流体は、容器を貫通しているとともに流出口に接続された流通管路により、冷却対象物へと供給される。 The cryogenic fluid pump described in Patent Document 1 is attached to a container so that the pump section is located inside the container. A cryogenic fluid such as liquid nitrogen is stored inside the container. As the shaft rotates, the impeller rotates inside the pump chamber. Centrifugal force caused by the rotation of the impeller causes the cryogenic fluid to flow into the pump chamber from the inlet and out of the outlet. The cryogenic fluid that flows out of the outlet is supplied to the object to be cooled through a distribution pipe that passes through the container and is connected to the outlet.
上記のとおり、シャフトを回転させるためには、モータステータに対する通電を行う必要がある。モータステータに対する通電により、モータステータが発熱する。モータステータにおいて発生した熱は、シャフトを介してポンプ部に伝達され、容器の内部に貯留された低温流体の温度を上昇させる。これにより、容器の内部に貯留されている低温流体の一部が気化される。気化した低温流体がポンプ室に流入すると、ポンプ効率が低下する。 As described above, in order to rotate the shaft, it is necessary to pass electricity through the motor stator. When electricity is passed through the motor stator, the motor stator generates heat. The heat generated in the motor stator is transferred to the pump section via the shaft, and increases the temperature of the cryogenic fluid stored inside the container. This causes a portion of the cryogenic fluid stored inside the container to vaporize. When the vaporized cryogenic fluid flows into the pump chamber, the pump efficiency decreases.
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、モータステータにおける発熱がポンプ部に伝達されることを抑制可能な流体ポンプを提供するものである。 The present invention has been made in consideration of the problems with the conventional technology as described above. More specifically, the present invention provides a fluid pump that can prevent heat generated in the motor stator from being transmitted to the pump section.
本発明の一態様に係る流体ポンプは、回転軸と、モータ部と、ポンプ部とを備える。回転軸は、中心軸と、中心軸に沿う中心軸方向における端である第1端と、第1端の反対側の端である第2端と、第1端から第2端に向かって延在している第1軸部と、第1軸部から第2端に向かって延在している第2軸部とを有する。モータ部は、内周面を含むモータケーシングと、モータケーシングの内部に配置されているモータステータと、モータステータと対向するようにモータケーシングの内部に配置されているとともに、第1軸部の一部によって構成されているモータロータと、中心軸方向においてモータステータよりも第1端側に位置するようにモータケーシングの内部に配置されている第1ラジアル磁気軸受と、中心軸方向においてモータステータよりも第2端側に位置するようにモータケーシングの内部に配置されている第2ラジアル磁気軸受と、外周面を含むとともに、外周面が内周面に接するように中心軸方向に直交する径方向においてモータケーシングとモータステータとの間に配置されている冷却ジャケットとを有する。ポンプ部は、第2軸部の第2端側に取り付けられたインペラと、インペラが収納されるポンプ室が内部に形成されたインペラケーシングとを有する。冷却ジャケットは、中心軸方向において、モータステータと少なくとも部分的に重なる位置に配置されている。中心軸方向においてモータステータと重なる位置にある外周面は、中心軸周りの螺旋状に形成された第1螺旋溝を含む。第2ラジアル磁気軸受の中心軸に沿う方向における幅は、第1ラジアル磁気軸受の中心軸に沿う方向における幅よりも大きい。 A fluid pump according to one aspect of the present invention includes a rotating shaft, a motor section, and a pump section. The rotating shaft has a central axis, a first end that is an end in the central axis direction along the central axis, a second end that is an end opposite to the first end, a first shaft section extending from the first end to the second end, and a second shaft section extending from the first shaft section to the second end. The motor section includes a motor casing including an inner peripheral surface, a motor stator disposed inside the motor casing, a motor rotor disposed inside the motor casing so as to face the motor stator and constituted by a part of the first shaft section, a first radial magnetic bearing disposed inside the motor casing so as to be located closer to the first end side than the motor stator in the central axis direction, a second radial magnetic bearing disposed inside the motor casing so as to be located closer to the second end side than the motor stator in the central axis direction, and a cooling jacket including an outer peripheral surface and disposed between the motor casing and the motor stator in a radial direction perpendicular to the central axis direction so that the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface. The pump section has an impeller attached to the second end side of the second shaft section, and an impeller casing in which a pump chamber in which the impeller is housed is formed. The cooling jacket is disposed in a position at least partially overlapping with the motor stator in the central axial direction. The outer peripheral surface at a position overlapping with the motor stator in the central axial direction includes a first spiral groove formed in a spiral shape around the central axis. The width of the second radial magnetic bearing in the direction along the central axis is greater than the width of the first radial magnetic bearing in the direction along the central axis.
上記流体ポンプにおいて、冷却ジャケットは、中心軸方向における端である第3端と、第3端の反対側の端であるとともに、第3端よりも第1端から離れた位置にある第4端とを有していてもよい。冷却ジャケットは、第4端が第2ラジアル磁気軸受の中心軸方向における中央よりも第2端に近い位置に達するように延在していてもよい。中心軸方向において第2ラジアル磁気軸受と重なる位置にある外周面は、中心軸周りの螺旋状に形成された第2螺旋溝を含んでいてもよい。 In the above fluid pump, the cooling jacket may have a third end which is an end in the central axis direction, and a fourth end which is an end opposite to the third end and is located farther from the first end than the third end. The cooling jacket may extend such that the fourth end reaches a position closer to the second end than the center in the central axis direction of the second radial magnetic bearing. The outer peripheral surface at a position overlapping with the second radial magnetic bearing in the central axis direction may include a second spiral groove formed in a spiral shape around the central axis.
上記流体ポンプにおいて、外周面は、第1螺旋溝の第3端側の端部に接続された第1円周溝と、中心軸方向において第1螺旋溝と第2螺旋溝との間にあるとともに、第1螺旋溝及び第2螺旋溝に接続されている第2円周溝と、第2螺旋溝の第4端側の端部に接続された第3円周溝とをさらに含んでいてもよい。 In the above fluid pump, the outer peripheral surface may further include a first circumferential groove connected to the end of the first spiral groove on the third end side, a second circumferential groove located between the first spiral groove and the second spiral groove in the central axis direction and connected to the first spiral groove and the second spiral groove, and a third circumferential groove connected to the end of the second spiral groove on the fourth end side.
上記流体ポンプにおいて、モータケーシングには、第1円周溝に連通している第1冷媒入口と、第2円周溝に連通している冷媒出口と、第3円周溝に連通している第2冷媒入口とが形成されていてもよい。 In the above fluid pump, the motor casing may be formed with a first refrigerant inlet communicating with the first circumferential groove, a refrigerant outlet communicating with the second circumferential groove, and a second refrigerant inlet communicating with the third circumferential groove.
上記流体ポンプにおいて、モータケーシングには、第1円周溝に連通している第1冷媒出口と、第2円周溝に連通している冷媒入口と、第3円周溝に連通している第2冷媒出口とが形成されていてもよい。 In the above fluid pump, the motor casing may be formed with a first refrigerant outlet communicating with the first circumferential groove, a refrigerant inlet communicating with the second circumferential groove, and a second refrigerant outlet communicating with the third circumferential groove.
本発明の一態様に係る流体移送装置は、容器と、ポンプ部が容器の内部に位置するように容器に取り付けられた上記流体ポンプとを備える。 A fluid transfer device according to one aspect of the present invention includes a container and the above-described fluid pump attached to the container such that the pump portion is located inside the container.
本発明の一態様に係る流体ポンプにおいては、冷却ジャケットの外周面に形成された第1螺旋溝及びモータケーシングの内周面で画された流路に冷媒を流すことにより、モータステータを冷却することができる。また、本発明の一態様に係る流体ポンプにおいては、第2ラジアル磁気軸受の中心軸方向における幅が第1ラジアル軸受の中心軸方向における幅よりも大きくなっているため、モータステータとポンプ部との距離を相対的に大きく確保することができる。そのため、本発明の一態様に係る流体ポンプによると、モータステータにおける発熱がポンプ部に伝達されることを抑制できる。 In the fluid pump according to one aspect of the present invention, the motor stator can be cooled by flowing a coolant through a flow path defined by a first spiral groove formed on the outer peripheral surface of the cooling jacket and the inner peripheral surface of the motor casing. In addition, in the fluid pump according to one aspect of the present invention, the width in the central axial direction of the second radial magnetic bearing is larger than the width in the central axial direction of the first radial bearing, so that a relatively large distance can be ensured between the motor stator and the pump section. Therefore, with the fluid pump according to one aspect of the present invention, the heat generated in the motor stator can be prevented from being transmitted to the pump section.
実施形態の詳細を、図面を参酌しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。 Details of the embodiment will be explained with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts will be given the same reference symbols, and duplicate explanations will not be repeated.
(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係る流体ポンプ(以下「流体ポンプ10」とする)の構成を説明する。
First Embodiment
The configuration of a fluid pump according to a first embodiment (hereinafter referred to as a "
図1は、流体ポンプ10の断面図である。図1に示されるように、流体ポンプ10は、回転軸1と、モータ部2と、ポンプ部3とを有している。
Figure 1 is a cross-sectional view of a
<回転軸1の詳細構成>
図1に示されるように、回転軸1は、中心軸Aを有している。回転軸1は、中心軸Aに沿う方向(以下「中心軸方向」とする)において、第1端1aと、第2端1bとを有している。第2端1bは、第1端1aの反対側の端である。
<Detailed configuration of rotating shaft 1>
1, the rotating shaft 1 has a central axis A. The rotating shaft 1 has a
回転軸1は、第1軸部11と、第2軸部12とを有している。第1軸部11は、第1端1aから第2端1bに向かって延在している。第2軸部12は、第1軸部11から第2端1bに向かって延在している。第1軸部11の直径は、第2軸部12の直径よりも大きいことが好ましい。
The rotating shaft 1 has a first shaft portion 11 and a
<モータ部2の詳細構成>
図1に示されるように、モータ部2は、モータケーシング21と、モータステータ22と、モータロータ23と、ラジアル磁気軸受24と、ラジアル磁気軸受25と、スラスト磁気軸受26と、冷却ジャケット27とを有している。
<Detailed configuration of
As shown in FIG. 1, the
モータケーシング21には、第1軸部11が収納されている。このことを別の観点から言えば、第1軸部11は、モータケーシング21に収納される回転軸1の部分である。モータケーシング21は、有底筒状の形状を有している。モータケーシング21は、第1ケーシング21aと、第2ケーシング21bと、ケーシング蓋21cとを有している。モータケーシング21は、内周面21dを有している。
The first shaft portion 11 is housed in the
第1ケーシング21aは、筒状の形状を有している。第1ケーシング21aは、中心軸方向に沿って延在している。第2ケーシング21bは、筒状の形状を有している。第2ケーシング21bは、中心軸方向に沿って延在している。第2ケーシング21bは、第1ケーシング21aの上端に接続されている。第1ケーシング21aと第2ケーシング21bとの間の接続は、例えばボルト及びナットにより行われる。ケーシング蓋21cは、平板状の形状を有している。ケーシング蓋21cは、第2ケーシング21bの上端に取り付けられている。これにより、第2ケーシング21bの上端が閉塞されている。
The
モータケーシング21は、冷媒入口21eと、冷媒出口21fとを有している。冷媒入口21eは、後述する円周溝27ccに連通しており、冷媒出口21fは、後述する円周溝27cbに連通している。冷媒入口21eからは冷媒が導入され、冷媒出口21fからは冷媒が排出される。冷媒は、例えば水である。
The
モータステータ22は、モータケーシング21の内部に配置されている。より具体的には、モータステータ22は、第1ケーシング21aの内部に配置されている。モータステータ22は、ステータコアにステータコイルが巻き回されることにより構成されている。
The
モータロータ23は、例えば、第1軸部11の一部である。モータロータ23は、永久磁石により形成されている。モータロータ23は、中心軸Aを通るとともに中心軸方向に直交する方向(以下「径方向」という)においてモータステータ22に対向するように配置されている。このことを別の観点から言えば、モータステータ22は、モータロータ23の周囲に配置されている。インバータ回路(図示せず)等によりステータコイルに流れる電流の方向が順次切り替えられることにより、モータステータ22が発生させる磁場の向きが順次切り替えられる。これにより、モータロータ23に対する推進力が発生し、回転軸1が中心軸A周りに回転する。なお、ステータコイルに電流が流れることにより(すなわちモータ部2が回転軸1を回転させることにより)、モータロータ23が発熱する。
The
ラジアル磁気軸受24は、モータケーシング21(より具体的には、第1ケーシング21a)の内部に配置されている。ラジアル磁気軸受24は、回転軸1(より具体的には、第1軸部11)の中心軸A周りに回転可能に支持している。ラジアル磁気軸受24は、回転軸1に加わるラジアル方向の荷重(径方向の荷重)を支持している。
The radial
ラジアル磁気軸受25は、モータケーシング21(より具体的には、第1ケーシング21a)の内部に配置されている。ラジアル磁気軸受25は、回転軸1(より具体的には、第1軸部11)の中心軸A周りに回転可能に支持している。ラジアル磁気軸受25は、回転軸1に加わるラジアル方向の荷重(径方向の荷重)を支持している。
The radial
ラジアル磁気軸受24は、中心軸方向において、モータステータ22よりも第1端1a側に配置されている。ラジアル磁気軸受25は、中心軸方向において、モータステータ22よりも第2端1b側に配置されている。すなわち、ラジアル磁気軸受24及びラジアル磁気軸受25は、中心軸方向において、モータステータ22を挟み込むように配置されている。
The radial
ラジアル磁気軸受24は、中心軸方向において、幅W1を有している。ラジアル磁気軸受25は、中心軸方向において、幅W2を有している。幅W2は、幅W1よりも大きくなっている。
The radial
スラスト磁気軸受26は、モータケーシング21の内部に配置されている。スラスト磁気軸受26は、回転軸1に加わるスラスト方向の荷重(中心軸方向の荷重)を支持している。なお、ラジアル磁気軸受24、ラジアル磁気軸受25及びスラスト磁気軸受26は、電磁力による磁気浮上を利用するため、回転軸1を非接触で支持することになる。
The thrust
冷却ジャケット27は、筒状の形状を有している。冷却ジャケット27は、中心軸方向に沿って延在している。冷却ジャケット27は、中心軸方向において、第3端27aと、第4端27bとを有している。第4端27bは、第3端27aの反対側の端である。第4端27bは、第3端27aよりも第1端1aから離れた位置にある。冷却ジャケット27は、中心軸方向において、モータステータ22に重なる位置に配置されている。このことを別の観点から言えば、第3端27aは、モータステータ22の第2端1b側の端よりも第1端1aに近い位置にあり、第4端27bは、モータステータ22の第1端1a側の端よりも第1端1aから離れた位置にある。好ましくは、第3端27aは、モータステータ22の中心軸方向における中央よりも第1端1aに近い位置にあり、第4端27bは、モータステータ22の第2端1b側の端に達している。
The cooling
冷却ジャケット27は、外周面27cを有している。冷却ジャケット27は、外周面27cが内周面21dと接するように、径方向においてモータケーシング21とモータステータ22との間に配置されている。
The cooling
図2は、流体ポンプ10における冷却ジャケット27の側面図である。図1及び図2に示されるように、中心軸方向においてモータステータ22と重なる位置にある外周面27cには、螺旋溝27caと、円周溝27cbと、円周溝27ccとが形成されている。螺旋溝27caは、中心軸A周りの螺旋状に形成された溝である。円周溝27cb及び円周溝27ccは、中心軸A周りの円周状に形成された溝である。このことを別の観点から言えば、中心軸方向に直交する側面視において、螺旋溝27caの延在方向は中心軸方向に対して傾いており、円周溝27cb及び円周溝27ccの延在方向は中心軸に直交している。外周面27cは、螺旋溝27ca、円周溝27cb及び円周溝27ccにおいて窪んでいる。
2 is a side view of the cooling
円周溝27cbは、螺旋溝27caの第3端27a側の端部に接続されている。円周溝27ccは、螺旋溝27caの第4端27b側の端部に接続されている。
The circumferential groove 27cb is connected to the end of the spiral groove 27ca on the
上記のとおり、外周面27cは内周面21dに接しているため、螺旋溝27ca、円周溝27cb及び円周溝27ccと内周面21dとにより、流路が形成されている。上記のとおり、冷媒入口21eは円周溝27ccに連通しており、冷媒出口21fは円周溝27cbに連通しているため、冷媒入口21eから導入された冷媒は、上記の流路を流れ、冷媒出口21fから排出される。
As described above, outer
<ポンプ部3の詳細構成>
図1に示されるように、ポンプ部3は、インペラ31と、インペラケーシング32と、シャフトカバー33とを有している。
<Detailed configuration of
As shown in FIG. 1 , the
インペラ31は、回転軸1に取り付けられている。より具体的には、インペラ31は、第2軸部12の先端部(第2軸部12の第1軸部11とは反対側の端部)に取り付けられている。
The
インペラケーシング32は、上面32aと、底面32bと、挿通孔32cと、ポンプ室32dと、吸込口32eと、吐出口32fと、流路32gとを有している。
The
上面32aは、モータ部2側を向く面である。底面32bは、上面32aの反対面である。挿通孔32cは、上面32aから底面32bに向かう方向に沿って、インペラケーシング32を貫通している。挿通孔32cには、回転軸1(第2軸部12)が挿通されている。ポンプ室32dは、インペラケーシング32の内部に形成されている。ポンプ室32dは、インペラ31が収納されるインペラケーシング32の内部空間である。ポンプ室32dは、インペラケーシング32の内部において、挿通孔32cに接続されている。ポンプ室32dよりも上面32a側にある挿通孔32cの部分を第1部分32caといい、ポンプ室32dよりも底面32b側にある挿通孔32cの部分を第2部分32cbという。第1部分32caの内壁面と回転軸1(第2軸部12)の外周面との間は、液密にシールされている。
The
吸込口32eは、第2部分32cbを介して、ポンプ室32dに連通している。吐出口32fは、インペラケーシング32の内部に形成された流路32gを介して、ポンプ室32dに連通している。回転軸1の回転に伴い、ポンプ室32d内においてインペラ31が回転する。流体は、インペラ31の回転に伴う遠心力により、吸込口32eからポンプ室32dへと吸い込まれるとともに、ポンプ室32dから吐出口32fへと吐出される。
The
シャフトカバー33は、インペラケーシング32とモータ部2との間にある回転軸1を覆っている。シャフトカバー33は、一方端において上面32aに接続されており、他方端においてモータケーシング21に接続されている。これにより、モータ部2とポンプ部3とが一体化されている。なお、シャフトカバー33とインペラケーシング32とは、一体に形成されていてもよい。
The
<流体ポンプ10を用いた流体移送装置>
以下に、流体ポンプ10を用いた流体移送装置(以下「流体移送装置100」とする)の構成を説明する。
<Fluid Transfer Device Using
The configuration of a fluid transfer device using the fluid pump 10 (hereinafter referred to as "
図3は、流体移送装置100の正面図である。図4は、流体移送装置100の断面図である。図3及び図4に示されるように、流体移送装置100は、流体ポンプ10と、容器20と、管路30と、管路40とを有している。
Figure 3 is a front view of the
容器20は、例えば真空容器である。容器20は、容器本体20aと、圧力壁20bとを有している。容器本体20aは、上端に開口を有している。圧力壁20bは、容器本体20aの上端に取り付けられることにより、容器本体20aの開口を閉塞するとともに、容器20の内部空間を画している。容器20の内部には、流体が貯留されている。容器20の内部に貯留される流体は、例えば、液体窒素等の低温流体である。
The
流体ポンプ10は、ポンプ部3が容器20の内部に位置するように容器20に取り付けられている。より具体的には、流体ポンプ10は、モータ部2(モータケーシング21)が圧力壁20b上に固定されることにより、容器20に取り付けられている。
The
管路30は、一方端が容器20の内部に位置するように圧力壁20bを貫通している。図示されていないが、管路30の他方端は、低温流体の供給源に接続されている。すなわち、管路30を介して、容器20の内部に低温流体が供給される。管路40は、一方端において吐出口32fに接続されるように圧力壁20bを貫通している。なお、管路40の他方端は、超電導ケーブル等の冷却対象物に接続されている。
The
回転軸1を回転させることにより、インペラ31が回転する。インペラ31の回転に伴う遠心力により、容器20の内部に貯留されている低温流体が吸込口32eから吸い込まれ、吐出口32fから吐出される。吐出口32fから吐出された低温流体は、管路40を介して冷却対象物に供給される。このようにして、流体移送装置100により、低温流体の供給源から容器20を介して冷却対象物へと低温流体が移送される。
Rotating the rotating shaft 1 rotates the
<流体ポンプ10の効果>
以下に、流体ポンプ10の効果を説明する。
<Effects of the
The effects of the
流体ポンプ10においては、外周面27cに形成された螺旋溝27ca及び内周面21dで画された流路に冷媒を流すことにより、モータステータ22を冷却できる。また、流体ポンプ10においては、幅W2が幅W1よりも大きくなっているため、モータステータ22とポンプ部3との距離を相対的に大きく確保することができる。そのため、流体ポンプ10によると、モータステータ22における発熱がポンプ部3に伝達されることを抑制できる。その結果、容器20の内部に貯留されている低温流体の気化及び気化した低温流体のポンプ室32dへの流入に伴うポンプ効率の低下を抑制できる。
In the
流体ポンプ10においては、外周面27cに円周溝27cb及び円周溝27ccが形成されていることにより、冷却ジャケット27が中心軸A周りに回転した状態でモータケーシング21に取り付けられたとしても、冷媒入口21e及び冷媒出口21fを円周溝27cc及び円周溝27cbにそれぞれ連通させることができる。
In the
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態に係る流体ポンプ(以下「流体ポンプ10A」とする)の構成を説明する。ここでは、流体ポンプ10の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
Second Embodiment
The configuration of a fluid pump according to the second embodiment (hereinafter referred to as "
図5は、流体ポンプ10Aの断面図である。図5に示されるように、流体ポンプ10Aは、回転軸1と、モータ部2と、ポンプ部3とを有している。回転軸1は、中心軸Aと、第1端1aと、第2端1bと、第1軸部11と、第2軸部12とを有している。モータ部2は、モータケーシング21と、モータステータ22と、モータロータ23と、ラジアル磁気軸受24と、ラジアル磁気軸受25と、スラスト磁気軸受26と、冷却ジャケット27とを有している。ポンプ部3は、インペラ31と、インペラケーシング32と、シャフトカバー33とを有している。これらの点に関して、流体ポンプ10Aの構成は、流体ポンプ10の構成と共通している。なお、流体ポンプ10Aにおいて、幅W2は、幅W1よりも大きいことが好ましいが、幅W1に等しくてもよく、幅W1よりも小さくてもよい。
Figure 5 is a cross-sectional view of the
流体ポンプ10Aの構成は、冷却ジャケット27の詳細及びモータケーシング21の詳細に関して、流体ポンプ10の構成と異なっている。以下においては、これらの点を詳説する。
The configuration of the
<冷却ジャケット27の詳細構成>
冷却ジャケット27は、中心軸方向において、モータステータ22及びラジアル磁気軸受25と重なる位置に配置されている。より具体的には、冷却ジャケット27は、第4端27bがラジアル磁気軸受25の中心軸方向における中央よりも第2端1bに近い位置まで延在している。なお、中心軸方向においてラジアル磁気軸受25と重なる位置にある冷却ジャケット27は、径方向において、ラジアル磁気軸受とモータケーシング21との間にある。
<Detailed configuration of cooling
The cooling
図6は、流体ポンプ10Aにおける冷却ジャケット27の側面図である。図5及び図6に示されるように、中心軸方向においてラジアル磁気軸受25と重なる位置にある外周面27cには、螺旋溝27cdと、円周溝27ceとが形成されている。なお、流体ポンプ10Aにおける冷却ジャケット27において、円周溝27ccは、中心軸方向において螺旋溝27caと螺旋溝27cdとの間にあり、かつ、螺旋溝27caの第4端27b側の端部及び螺旋溝27cdの第3端27a側の端部に接続されている。
Figure 6 is a side view of the cooling
螺旋溝27cdは、中心軸A周りの螺旋状に形成された溝である。円周溝27ceは、中心軸A周りの円周状に形成された溝である。このことを別の観点から言えば、中心軸方向に直交する側面視において、螺旋溝27cdの延在方向は中心軸方向に対して傾いており、円周溝27ceの延在方向は中心軸に直交している。外周面27cは、螺旋溝27cd及び円周溝27ceにおいて窪んでいる。円周溝27ceは、螺旋溝27cdの第4端27b側の端部に接続されている。
The spiral groove 27cd is a groove formed in a spiral shape around the central axis A. The circumferential groove 27ce is a groove formed in a circumferential shape around the central axis A. From another perspective, in a side view perpendicular to the central axis direction, the extension direction of the spiral groove 27cd is inclined with respect to the central axis direction, and the extension direction of the circumferential groove 27ce is perpendicular to the central axis. The outer
<モータケーシング21の詳細構成>
モータケーシング21は、冷媒入口21gをさらに有している。冷媒入口21gは、円周溝27ceに連通している。なお、流体ポンプ10Aにおいては、冷媒入口21eは円周溝27cbに連通しており、冷媒出口21fは円周溝27ccに連通している。冷媒入口21e及び冷媒入口21gからは、冷媒が導入される。螺旋溝27ca、円周溝27cb、円周溝27cc、螺旋溝27cd及び円周溝27ceと内周面21dとにより、流路が形成されている。冷媒出口21fは円周溝27ccに連通しているため、冷媒入口21e及び冷媒入口21gから導入された冷媒は、上記の流路を流れ、冷媒出口21fから排出される。
<Detailed Configuration of
The
<流体ポンプ10Aの効果>
以下に、流体ポンプ10Aの効果を説明する。ここでは、流体ポンプ10の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さない。
<Effects of
The effects of the
流体ポンプ10Aにおいては、外周面27cに形成された螺旋溝27cd及び内周面21dで画された流路に冷媒を流すことにより、ラジアル磁気軸受25を冷却できるため、ラジアル磁気軸受25における発熱がポンプ部3に伝達されることを抑制できる。
In the
容器20の内部には低温流体が貯留されているため、圧力壁20bに固定されている部分の付近に位置するモータケーシング21の温度が低くなっており、当該部分の付近に位置するモータケーシング21の外周面に結露が生じるおそれがある。流体ポンプ10Aにおいては、外周面27cに形成された螺旋溝27cd及び内周面21dで画された流路に冷媒を流すことにより、ラジアル磁気軸受25を冷却しつつ、圧力壁20bに固定されている部分の付近に位置するモータケーシング21を暖めることができるため、上記のような結露の発生を抑制できる。
Since a low-temperature fluid is stored inside the
流体ポンプ10Aにおいては、外周面27cに円周溝27cc、円周溝27cb及び円周溝27ceが形成されていることにより、冷却ジャケット27が中心軸A周りに回転した状態でモータケーシング21に取り付けられたとしても、冷媒入口21e、冷媒出口21f及び冷媒入口21gを円周溝27cc、円周溝27cb及び円周溝27ceにそれぞれ連通させることができる。
In the
流体ポンプ10Aにおいては、モータケーシング21が冷媒入口21e、冷媒出口21f及び冷媒入口21gを有していることにより、モータステータ22を冷却するための流路及びラジアル磁気軸受25を冷却するための流路をそれぞれ短くすることができる。その結果、冷媒の供給のために吐出圧の小さいポンプを用いること可能になり、装置構成を簡略化することができる。
In the
<変形例>
以下に、流体ポンプ10Aの変形例(以下「流体ポンプ10B」とする)を説明する。
<Modification>
A modified example of the
図7は、流体ポンプ10Bの断面図である。図7に示されるように、モータケーシング21は、冷媒入口21hと、冷媒出口21iと、冷媒出口21jとを有している。冷媒入口21hは、円周溝27ccに接続されており、冷媒出口21i及び冷媒出口21jは、円周溝27cb及び円周溝27ceにそれぞれ連通している。このような構成を有する流体ポンプ10Bによっても、流体ポンプ10Aと同様の効果を奏する。
Figure 7 is a cross-sectional view of
以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-mentioned embodiment can be modified in various ways. Furthermore, the scope of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
上記の実施形態は、液体窒素等の低温流体に対して用いられる流体ポンプ及び流体移送装置に特に有利に適用される。 The above embodiment is particularly advantageously applicable to fluid pumps and fluid transfer devices used for cryogenic fluids such as liquid nitrogen.
1 回転軸、1a 第1端、1b 第2端、11 第1軸部、12 第2軸部、2 モータ部、21 モータケーシング、21a 第1ケーシング、21b 第2ケーシング、21c ケーシング蓋、21d 内周面、21e 冷媒入口、21f 冷媒出口、21g 冷媒入口、21h 冷媒入口、21i,21j 冷媒出口、22 モータステータ、23 モータロータ、24,25 ラジアル磁気軸受、26 スラスト磁気軸受、27 冷却ジャケット、27a 第3端、27b 第4端、27c 外周面、27ca 螺旋溝、27cb,27cc 円周溝、27cd 螺旋溝、27ce 円周溝、3 ポンプ部、31 インペラ、32 インペラケーシング、32a 上面、32b 底面、32c 挿通孔、32ca 第1部分、32cb 第2部分、32d ポンプ室、32e 吸込口、32f 吐出口、32g 流路、33 シャフトカバー、10,10A,10B 流体ポンプ、20 容器、20a 容器本体、20b 圧力壁、30,40 管路、100 流体移送装置、A 中心軸、W1,W2 幅。 1 Rotating shaft, 1a first end, 1b second end, 11 first shaft portion, 12 second shaft portion, 2 motor portion, 21 motor casing, 21a first casing, 21b second casing, 21c casing cover, 21d inner circumferential surface, 21e refrigerant inlet, 21f refrigerant outlet, 21g refrigerant inlet, 21h refrigerant inlet, 21i, 21j refrigerant outlet, 22 motor stator, 23 motor rotor, 24, 25 radial magnetic bearing, 26 thrust magnetic bearing, 27 cooling jacket, 27a third end, 27b fourth end, 27c outer circumferential surface, 27ca spiral groove, 27cb, 27cc circumferential groove, 27cd spiral groove, 27ce circumferential groove, 3 pump portion, 31 impeller, 32 impeller casing, 32a upper surface, 32b Bottom surface, 32c insertion hole, 32ca first part, 32cb second part, 32d pump chamber, 32e suction port, 32f discharge port, 32g flow path, 33 shaft cover, 10, 10A, 10B fluid pump, 20 container, 20a container body, 20b pressure wall, 30, 40 pipeline, 100 fluid transfer device, A central axis, W1, W2 width.
Claims (4)
内周面を含むモータケーシングと、前記モータケーシングの内部に配置されているモータステータと、前記モータステータと対向するように前記モータケーシングの内部に配置されているとともに、前記第1軸部の一部によって構成されているモータロータと、前記中心軸方向において前記モータステータよりも前記第1端側に位置するように前記モータケーシングの内部に配置されている第1ラジアル磁気軸受と、前記中心軸方向において前記モータステータよりも前記第2端側に位置するように前記モータケーシングの内部に配置されている第2ラジアル磁気軸受と、外周面を含むとともに、前記外周面が前記内周面に接するように前記中心軸方向に直交する径方向において前記モータケーシングと前記モータステータとの間に配置されている冷却ジャケットとを有するモータ部と、
前記第2軸部の前記第2端側に取り付けられたインペラと、前記インペラが収納されるポンプ室が内部に形成されたインペラケーシングとを有するポンプ部とを備え、
前記冷却ジャケットは、前記中心軸方向において、前記モータステータと少なくとも部分的に重なる位置に配置されており、
前記中心軸方向において前記モータステータと重なる位置にある前記外周面は、前記中心軸周りの螺旋状に形成された第1螺旋溝を含み、
前記第2ラジアル磁気軸受の前記中心軸に沿う方向における幅は、前記第1ラジアル磁気軸受の前記中心軸に沿う方向における幅よりも大きく、
前記冷却ジャケットは、前記中心軸方向における端である第3端と、前記第3端の反対側の端であるとともに、前記第3端よりも前記第1端から離れた位置にある第4端とを有し、
前記冷却ジャケットは、前記第4端が前記第2ラジアル磁気軸受の前記中心軸方向における中央よりも前記第2端に近い位置に達するように延在しており、
前記中心軸方向において前記第2ラジアル磁気軸受と重なる位置にある前記外周面は、前記中心軸周りの螺旋状に形成された第2螺旋溝を含み、
前記外周面は、前記第1螺旋溝の前記第3端側の端部に接続された第1円周溝と、前記中心軸方向において前記第1螺旋溝と前記第2螺旋溝との間にあるとともに、前記第1螺旋溝及び前記第2螺旋溝に接続されている第2円周溝と、前記第2螺旋溝の前記第4端側の端部に接続された第3円周溝とをさらに含む、流体ポンプ。 a rotating shaft having a central axis, a first end which is an end in a central axis direction along the central axis, a second end which is an end opposite to the first end, a first shaft portion extending from the first end toward the second end, and a second shaft portion extending from the first shaft portion toward the second end;
a motor section including: a motor casing including an inner circumferential surface; a motor stator disposed inside the motor casing; a motor rotor disposed inside the motor casing so as to face the motor stator and constituted by a part of the first shaft portion; a first radial magnetic bearing disposed inside the motor casing so as to be located closer to the first end than the motor stator in the central axis direction; a second radial magnetic bearing disposed inside the motor casing so as to be located closer to the second end than the motor stator in the central axis direction; and a cooling jacket including an outer circumferential surface and disposed between the motor casing and the motor stator in a radial direction perpendicular to the central axis direction so that the outer circumferential surface is in contact with the inner circumferential surface;
a pump section including an impeller attached to the second end side of the second shaft section and an impeller casing having a pump chamber formed therein in which the impeller is housed,
the cooling jacket is disposed at a position at least partially overlapping with the motor stator in the central axial direction,
the outer circumferential surface at a position overlapping with the motor stator in the central axis direction includes a first spiral groove formed in a spiral shape around the central axis,
a width of the second radial magnetic bearing in a direction along the central axis is larger than a width of the first radial magnetic bearing in a direction along the central axis,
the cooling jacket has a third end which is an end in the central axis direction, and a fourth end which is an end opposite to the third end and is located farther from the first end than the third end,
the cooling jacket extends such that the fourth end reaches a position closer to the second end than a center of the second radial magnetic bearing in the central axial direction,
the outer circumferential surface at a position overlapping with the second radial magnetic bearing in the central axis direction includes a second helical groove formed in a spiral shape around the central axis,
the outer peripheral surface further includes a first circumferential groove connected to an end of the first spiral groove on the third end side, a second circumferential groove located between the first spiral groove and the second spiral groove in the central axis direction and connected to the first spiral groove and the second spiral groove, and a third circumferential groove connected to an end of the second spiral groove on the fourth end side.
前記ポンプ部が前記容器の内部に位置するように前記容器に取り付けられた請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の前記流体ポンプとを備える、流体移送装置。 A container;
A fluid transfer device comprising: the fluid pump according to any one of claims 1 to 3 , attached to the container so that the pump portion is located inside the container.
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