WO2016158173A1 - 遠心式ポンプ装置 - Google Patents

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WO2016158173A1
WO2016158173A1 PCT/JP2016/056378 JP2016056378W WO2016158173A1 WO 2016158173 A1 WO2016158173 A1 WO 2016158173A1 JP 2016056378 W JP2016056378 W JP 2016056378W WO 2016158173 A1 WO2016158173 A1 WO 2016158173A1
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WO
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impeller
permanent magnet
partition
chamber
dynamic pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/056378
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English (en)
French (fr)
Inventor
山田 裕之
顕 杉浦
Original Assignee
Ntn株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046Bearings
    • F04D29/048Bearings magnetic; electromagnetic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0666Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the motor being of the plane gap type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/041Axial thrust balancing
    • F04D29/0413Axial thrust balancing hydrostatic; hydrodynamic thrust bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/04Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046Bearings
    • F04D29/047Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F04D29/0473Bearings hydrostatic; hydrodynamic for radial pumps

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal pump device, and more particularly to a centrifugal pump device provided with an impeller that sends a liquid by a centrifugal force during rotation.
  • a canned motor having a structure in which a motor drive chamber and a rotor chamber are separated by a partition wall is often used.
  • Such a motor is used, for example, in a pump for transporting pure water in a semiconductor production line used in an environment where dust is not desired or a pump for transporting biological fluid.
  • Patent Document 1 JP 2010-261394 A (Patent Document 1) describes an axial gap type centrifugal pump characterized by non-contact floating of an impeller by a fluid dynamic pressure bearing and a canned motor structure.
  • a ring shape is formed on the opposite side of the impeller so as to cancel the axial suction force acting between the impeller and the motor. Balance of attractive force in the axial direction by permanent magnets.
  • the attractive force by these permanent magnets or the like is a component of negative rigidity (unstable element) that tends to approach the impeller more in one direction.
  • negative rigidity unstable element
  • the impeller is eccentric from the rotation center of the motor in the radial direction.
  • this centrifugal pump has an impeller that deviates from the normal levitation position due to disturbance and fluid force due to the mutual balance of the axial suction force on the drive motor side and the axial suction force on the ring magnet side to offset it. May end up.
  • Patent Document 1 As described above, as a method for controlling the axial attractive force changed due to the eccentricity of the impeller, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-261394 (Patent Document 1), the motor-side attractive force is balanced with the attractive force change of the ring-shaped magnet portion. In addition, the motor current phase was adjusted. As a result, even if the impeller is eccentric in the radial direction due to disturbances or operating conditions, stable rotation can be maintained without changing the floating position of the impeller in the axial direction.
  • changing the motor current phase may cause various problems. For example, if the current phase changes from the situation where the motor is operated at the maximum efficiency point, the motor efficiency may be reduced. Further, for example, when the current phase is changed from the situation where the operation is performed at the maximum torque point, the generated torque is reduced, and there is a possibility that the pump output is reduced or the motor is stepped out.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a centrifugal pump device capable of achieving both prevention of contamination and prevention of reduction in efficiency and performance. .
  • the present invention is a centrifugal pump device, which includes a housing, an impeller, first and second drive units, a plurality of first permanent magnets, a plurality of second permanent magnets, 3 to 6 permanent magnets.
  • the housing includes first to third chambers.
  • the second chamber is provided between the first chamber and the third chamber.
  • the first chamber and the second chamber are partitioned by a first partition, and the second chamber and the third chamber are partitioned by a second partition.
  • the impeller is rotatably provided with the axis intersecting the first and second partition walls as a rotation axis in the second chamber, and sends the liquid by centrifugal force during rotation.
  • the first and second drive units are provided in the first chamber and the third chamber, respectively, and rotate the impeller through the first or second partition.
  • the plurality of first permanent magnets are provided on one surface of the impeller along the first partition and are arranged along the same circle.
  • the plurality of second permanent magnets are provided on the other surface of the impeller along the second partition, and are arranged along the same circle.
  • the first drive unit includes a plurality of first air-core coils that are provided to face the plurality of first permanent magnets and generate a rotating magnetic field.
  • the second drive unit is provided to face the plurality of second permanent magnets and includes a plurality of second air-core coils for generating a rotating magnetic field.
  • a first dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller or the surface of the first partition opposite to the one surface.
  • a second dynamic pressure groove is formed on the other surface of the impeller or the surface of the second partition opposite to the other surface.
  • the third permanent magnet is arranged on one side of the impeller and has a ring shape.
  • the fourth permanent magnet is disposed on the other surface of the impeller and has a ring shape.
  • the fifth permanent magnet has a ring shape that is provided on the first partition wall and faces the third permanent magnet.
  • the sixth permanent magnet has a ring shape that is provided on the second partition wall and faces the fourth permanent magnet.
  • the third permanent magnet and the fifth permanent magnet are arranged so that the magnetic poles of the opposing surfaces are different.
  • the fourth permanent magnet and the sixth permanent magnet are arranged so that the magnetic poles of the opposing surfaces are different.
  • the coil of the drive unit has a coreless structure so that the axial suction force does not work.
  • a configuration has been realized in which ring-shaped permanent magnets that have been arranged so as to offset the axial attractive force acting between the impeller and the motor can be arranged on both sides of the impeller, and the radial support force has been improved.
  • Directional disturbance resistance can be increased.
  • drive units are provided on both sides of the impeller.
  • the first drive unit is disposed on the opposite side to the first partition of the plurality of first air-core coils and is magnetically coupled to the plurality of first air-core coils.
  • the second driving unit further includes a second magnetic body that is disposed on the side opposite to the second partition walls of the plurality of second air-core coils and is magnetically coupled to the plurality of second air-core coils. .
  • the third and fourth permanent magnets are provided on the outer peripheral portions of one side and the other side of the impeller, respectively.
  • the fifth permanent magnet is provided on the outer periphery of the first partition wall
  • the sixth permanent magnet is provided on the outer periphery of the second partition wall.
  • the third and fourth permanent magnets are provided on the inner peripheral portion of one surface and the other surface of the impeller, respectively.
  • the fifth permanent magnet is provided on the inner periphery of the first partition, and the sixth permanent magnet is provided on the inner periphery of the second partition.
  • a third dynamic pressure groove is formed on the outer peripheral surface of the impeller or the outer peripheral surface of the second chamber facing the impeller, or the inner peripheral surface of the impeller or the inner peripheral surface of the second chamber facing the impeller.
  • the radial support force can be increased.
  • the plurality of first permanent magnets are Adjacent magnetic poles are arranged along the same circle so as to be different from each other.
  • the attractive force on the drive motor side and the negative stiffness component in the axial direction of the attractive force on the ring magnet side to cancel it cause instability of the impeller behavior.
  • the coil of the drive unit is an air-core coil so that the axial suction force from the drive unit does not act on the impeller.
  • the ring-shaped permanent magnets that have been arranged to offset the axial attractive force in the conventional structure are designed for exclusive use to strengthen the radial support force, thereby enabling stable impeller rotation and rotation. It is.
  • the cogging torque of the motor is reduced, so that the impeller can be started and rotated smoothly, and the restoring force in the radial direction is also increased, thereby improving the disturbance resistance of the impeller.
  • a structure in which two drive units (coreless motors) are arranged opposite each other with an impeller interposed therebetween is employed to further increase the pump output. Since it is driven by a coreless motor, the cogging torque is reduced as compared with the conventional method, and the impeller can be rotated more smoothly.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed arrangement of magnets embedded in a shroud of the impeller 10.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 3. It is the elements on larger scale which showed arrangement
  • FIG. 6 is sectional drawing which shows the state which removed the impeller 10 from FIG. FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where an impeller is removed from the cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 3. It is a 1st modification of arrangement
  • FIG. 1 is a front view showing an appearance of a pump unit 1 of a centrifugal pump device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the pump unit 1 shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the pump unit 1 of the centrifugal pump device includes a housing 2 formed of a nonmagnetic material.
  • the housing 2 includes a columnar main body 3, a cylindrical inflow port 4 erected at the center of one end surface of the main body 3, and a cylindrical outflow port 5 provided on the outer peripheral surface of the main body 3. Including.
  • the outflow port 5 extends in the tangential direction of the outer peripheral surface of the main body 3.
  • a pump chamber 7 and a motor chamber 8 partitioned by a partition wall 6 are provided in the housing 2, as shown in FIG. 3, a pump chamber 7 and a motor chamber 8 partitioned by a partition wall 6 are provided. As shown in FIGS. 3 and 4, a disc-shaped impeller 10 having a through hole 10 a at the center is rotatably provided in the pump chamber 7.
  • the impeller 10 is driven by the air-core coil 20 so that the axial attractive force does not work. Therefore, a ring-shaped permanent magnet for canceling the axial attractive force is not disposed.
  • the air-core coil 20 has a weak magnetic attraction compared to a normal coil having a magnetic material as a core, so it is difficult to ensure torque. Therefore, the present embodiment is characterized by a structure in which the generated torque is doubled and the pump output is further increased by arranging the air-core coils 20 and 20D to face each other with the impeller 10 therebetween.
  • the impeller 10 includes two donut plate-shaped shrouds 11 and 12 and a plurality of (for example, six) vanes 13 formed between the two shrouds 11 and 12.
  • the shroud 11 is disposed on the inflow port 4 side, and the shroud 12 is disposed on the partition wall 6 side.
  • the shrouds 11 and 12 and the vane 13 are made of a nonmagnetic material.
  • a plurality of (in this case, six) passages 14 partitioned by a plurality of vanes 13 are formed between the two shrouds 11 and 12.
  • the passage 14 communicates with the central through hole 10 a of the impeller 10, and starts from the through hole 10 a of the impeller 10 and extends so that the width gradually increases to the outer peripheral edge.
  • the vane 13 is formed between two adjacent passages 14.
  • the plurality of vanes 13 are provided at equiangular intervals and formed in the same shape. Therefore, the plurality of passages 14 are provided at equiangular intervals and are formed in the same shape.
  • FIG. 5 is a diagram showing a detailed arrangement of the magnets embedded in the shroud of the impeller 10.
  • a plurality of (for example, eight) permanent magnets 17 are embedded in shroud 12.
  • the plurality of permanent magnets 17 are arranged with gaps along the same circle at equal angular intervals so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • the permanent magnet 17 with the N pole facing the motor chamber 8 side and the permanent magnet 17 with the S pole facing the motor chamber 8 side are alternately provided along the same circle with gaps provided at equal angular intervals. Has been placed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG.
  • a plurality of (for example, nine) air-core coils 20 are provided in the motor chamber 8.
  • the plurality of air-core coils 20 are arranged along the same circle at equal angular intervals so as to face the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10 with a partition wall interposed therebetween.
  • a coil wiring is wound around an air-core portion 18 on which no magnetic material or the like is disposed.
  • a magnetic body 19 serving as a back yoke is arranged on the side opposite to the partition walls of the plurality of air-core coils, and the magnetic flux of the air-core coil 20 is strengthened.
  • the back yoke may not be provided.
  • the voltage is applied to the nine air-core coils 20 by, for example, a 120-degree energization method. That is, nine air-core coils 20 are grouped by three.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase three-phase voltages VU, VV, and VW are applied to the first to third air-core coils 20 of each group.
  • a positive voltage is applied to the first air-core coil 20 during a period of 0 to 120 degrees
  • 0 V is applied during a period of 120 to 180 degrees
  • a negative voltage is applied during a period of 180 to 300 degrees
  • 300 to 0V is applied during a period of 360 degrees.
  • the front end face (end face on the impeller 10 side) of the first air-core coil 20 becomes the N pole during the period of 0 to 120 degrees and becomes the S pole during the period of 180 to 300 degrees.
  • the phase of the voltage VV is 120 degrees behind the voltage VU
  • the phase of the voltage VW is 120 degrees behind the voltage VV. Therefore, by applying the voltages VU, VV, and VW to the first to third air-core coils 20, respectively, a rotating magnetic field can be formed, and the plurality of air-core coils 20 and the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10 can be formed.
  • the impeller 10 can be rotated by the suction force and the repulsive force.
  • a plurality of permanent magnets 17D are also provided on the shroud 11, and a motor chamber 8D is also provided on the shroud 11 side.
  • the motor chamber 8D and the pump chamber 7 are partitioned by a partition wall 6D.
  • a plurality of air-core coils 20D are provided in the motor chamber 8D so as to face the plurality of permanent magnets 17D.
  • Each of the plurality of air-core coils 20D is wound around the air-core portion 18D.
  • a magnetic body 19D serving as a back yoke is disposed on the side opposite to the partition wall 6D of the plurality of air-core coils 20D, and the magnetic flux of the air-core coil 20D is strengthened. The back yoke may not be provided.
  • the first attraction force between the plurality of permanent magnets 17 and the plurality of magnetic bodies 18 and the second attraction force between the plurality of permanent magnets 17 ⁇ / b> D and the plurality of magnetic bodies 18 ⁇ / b> D are expressed by the pump chamber 7. It is set so as to be balanced at the approximate center of the movable range of the impeller 10 inside. Therefore, the position of the impeller 10 in the rotation axis direction is stabilized, and the impeller can be prevented from contacting the inner wall of the pump chamber 7.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view showing the arrangement of the ring-shaped magnets of FIG.
  • pump unit 1 includes ring-shaped permanent magnets 15a, 15b, 16a, 16b.
  • ring-shaped permanent magnets 15 a and 15 b are embedded in the impeller 10
  • ring-shaped permanent magnets 16 a and 16 b are embedded in the housing 2 so as to face each other.
  • the impeller 10 is supported by ring-shaped permanent magnets 15 a and 15 b embedded in both surfaces (the shrouds 11 and 12) of the impeller 10 as shown in the partially enlarged portion of FIG. 7.
  • the ring-shaped permanent magnets 15a and 15b and the ring-shaped permanent magnets 16a and 16b facing each other are arranged in the direction of the magnetic poles so that the axial attractive force acts on each other.
  • the ring-shaped permanent magnet 15a is arranged such that the N pole is on the ring-shaped permanent magnet 16a side, and the S-pole is on the ring-shaped permanent magnet 15a side. Arrange as follows.
  • the ring-shaped permanent magnet 15b is disposed so that the S pole is on the ring-shaped permanent magnet 16b side, and the ring-shaped permanent magnet 16b is disposed so that the N-pole is on the ring-shaped permanent magnet 15a side. Note that the magnetic poles may be reversed as appropriate.
  • the ring magnet pair (15a, 16a) and the ring magnet pair (15b, 16b) on both sides of the impeller 10 have the same axial suction force (the difference in suction force is zero at the center floating position of the impeller 10).
  • the impeller 10 can be stably rotated.
  • the restoring force for returning the impeller 10 to the center position of the pump chamber 7 by the ring-shaped permanent magnets 15a, 15b, 16a, 16b becomes strong.
  • the ring-shaped permanent magnets can be arranged on both surfaces of the impeller 10 so that the attractive force can be offset by both.
  • the ring-shaped permanent magnet has a role of supporting the radial direction of the impeller 10, and the support force in the radial direction can be increased by arranging the ring-shaped permanent magnet on both surfaces of the impeller 10.
  • the ring-shaped permanent magnets have a dedicated arrangement that strengthens the support force in the radial direction, enabling the impeller to stably float and rotate. As a result, the cogging torque of the motor is reduced, and the impeller can be started and rotated smoothly. Furthermore, the radial restoring force also increases, which increases the disturbance resistance of the impeller.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state where the impeller is removed from FIG. 4.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state where the impeller is removed from the cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 21 are formed on the surface of the partition wall 6 facing the shroud 12 of the impeller 10, and the inner wall (partition wall 6 ⁇ / b> D) of the pump chamber 7 facing the shroud 11 is formed.
  • a plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 21 are formed in a size corresponding to the shroud 12 of the impeller 10, as shown in FIG.
  • Each dynamic pressure groove 21 has one end on the periphery (circumference) of a circular portion slightly spaced from the center of the partition wall 6 and has a width up to the vicinity of the outer edge of the partition wall 6 in a spiral shape (in other words, curved). It extends to gradually spread.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 21 have substantially the same shape and are arranged at substantially the same interval.
  • the dynamic pressure groove 21 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 21 is preferably about 0.005 to 0.4 mm.
  • the number of the dynamic pressure grooves 21 is preferably about 6 to 36.
  • ten dynamic pressure grooves 21 are arranged at an equal angle with respect to the central axis of the impeller 10. Since the dynamic pressure groove 21 has a so-called inward spiral groove shape, when the impeller 10 rotates in the clockwise direction, the liquid pressure increases from the outer diameter portion to the inner diameter portion of the dynamic pressure groove 21. For this reason, a repulsive force is generated between the impeller 10 and the partition wall 6, and this becomes a dynamic pressure.
  • the impeller 10 is separated from the partition wall 6 and rotates in a non-contact state. For this reason, a liquid flow path is ensured between the impeller 10 and the partition wall 6. Further, in a normal state, a portion between the impeller 10 and the partition wall 6 is stirred by the dynamic pressure groove 21 and a liquid flow (leakage flow rate) due to a pressure difference between the inner and outer diameter portions of the impeller generated by the pump operation. Generation of typical liquid retention can be prevented.
  • corner portion of the dynamic pressure groove 21 is preferably rounded so as to have an R of at least 0.05 mm.
  • the plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed in a size corresponding to the shroud 11 of the impeller 10 as with the plurality of dynamic pressure grooves 21.
  • Each dynamic pressure groove 22 has one end on the periphery (circumference) of a circular portion slightly spaced from the center of the inner wall (partition wall 6D) of the pump chamber 7, and is in a spiral shape (in other words, curved). 7 extends so that the width gradually increases to the vicinity of the outer edge of the inner wall 7 (partition wall 6D).
  • the plurality of dynamic pressure grooves 22 have substantially the same shape and are arranged at substantially the same interval.
  • the dynamic pressure groove 22 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 22 is preferably about 0.005 to 0.4 mm.
  • the number of the dynamic pressure grooves 22 is preferably about 6 to 36. In FIG. 9, ten dynamic pressure grooves 22 are arranged at an equal angle with respect to the central axis of the impeller 10.
  • the corners of the dynamic pressure grooves 22 are preferably rounded so as to have an R of at least 0.05 mm.
  • the impeller 10 is separated from the inner wall of the pump chamber 7 and rotates in a non-contact state. Moreover, when the pump part 1 receives an external impact or when the dynamic pressure by the dynamic pressure groove 21 becomes excessive, it is possible to prevent the impeller 10 from closely contacting the inner wall of the pump chamber 7.
  • the dynamic pressure generated by the dynamic pressure groove 21 and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure groove 22 may be different.
  • the impeller 10 rotates with the gap between the shroud 12 of the impeller 10 and the partition wall 6 and the gap between the shroud 11 of the impeller 10 and the inner wall of the pump chamber 7 being substantially the same.
  • the dynamic pressure by the dynamic pressure groove on the narrowing side is made larger than the dynamic pressure by the other dynamic pressure groove, To make the dynamic pressure grooves 21 and 22 different in shape.
  • each of the dynamic pressure grooves 21 and 22 has an inward spiral groove shape, but other shapes of the dynamic pressure grooves 21 and 22 can also be used. However, when the liquid is circulated, it is preferable to adopt the inward spiral groove-shaped dynamic pressure grooves 21 and 22 that allow the liquid to flow smoothly.
  • FIG. 5 shows an example in which a plurality of permanent magnets 17 are arranged with gaps along the same circle at equal angular intervals so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • the impeller 10 is provided with a plurality of permanent magnets 17 and a plurality of permanent magnets 67.
  • the number of permanent magnets 67 is the same as the number of permanent magnets 17.
  • the permanent magnet 67 is magnetized in the circumferential direction (the rotation direction of the impeller 10).
  • the plurality of permanent magnets 17 and the plurality of permanent magnets 67 are alternately arranged one by one at equal angular intervals along the same circle in a Halbach array structure.
  • the permanent magnet 17 with the N pole facing the partition wall 6 side and the permanent magnet 17 with the S pole facing the partition wall 6 side are alternately arranged along the same circle with gaps provided at equal angular intervals.
  • the N pole of each permanent magnet 67 is arranged toward the permanent magnet 17 with the N pole facing the partition 6 side, and the S pole of each permanent magnet 67 is arranged toward the permanent magnet 17 with the S pole facing the partition 6 side. Is done.
  • the shapes of the plurality of permanent magnets 17 are the same, and the shapes of the plurality of permanent magnets 67 are the same.
  • the shape of the permanent magnet 17 and the shape of the permanent magnet 67 may be the same or different.
  • the attractive force between the permanent magnet 17 and the air-core coil 20 can be suppressed, and the magnetic flux that causes the torque can be strengthened, so that the permanent magnet can be most miniaturized. That is, the impeller 10 can be most lightweight and energy efficiency can be increased even when the motor gap is wide.
  • the rotor (the shroud 12 of the impeller 10) includes a permanent magnet 17A magnetized in the direction of the rotation axis, a permanent magnet 67A magnetized in the circumferential direction, and a magnetic body 70A. It is out.
  • the permanent magnet 17A is arranged so that the magnetic poles of adjacent magnets have different orientations, and the permanent magnet 67A is arranged so that the same magnetic pole as the permanent magnet 17A approaches the end face of the permanent magnet 17A on the partition wall 6 side.
  • the number of permanent magnets 17A and the number of permanent magnets 67A is the same.
  • the magnetizing direction length of the permanent magnet 67A is shorter than the width of the permanent magnet 17A, and if the center of the magnetizing direction length of the permanent magnet 67A is made coincident with the boundary between adjacent magnets of the permanent magnet 17A, a gap is formed in the circumferential direction.
  • the magnetic body 70A is disposed in the gap. In this case, the magnetic flux is focused on the magnetic body 70A, and a stronger field magnetic flux can be obtained and the torque can be increased compared to the case where there is no magnetic body or the configuration of the normal Halbach arrangement (FIG. 10). Furthermore, in the arrangement of FIG. 11, it is possible to suppress a decrease in the permeance coefficient of the permanent magnets 17A and 67A.
  • FIG. 12 shows that the magnetic body 72 is disposed on the end surface of the permanent magnet 17A opposite to the partition wall 6 in the configuration of FIG. Magnetic flux can be further strengthened by the effect of the magnetic body 72.
  • FIG. 13 shows another magnet arrangement.
  • the rotor is composed of a permanent magnet 17B magnetized in the rotation axis direction, a permanent magnet 67B magnetized in the circumferential direction, and a magnetic body 70B.
  • the permanent magnets 17B are arranged with a gap in the direction of the magnetic poles of the adjacent magnets, and the permanent magnet 67B is arranged to protrude toward the partition wall 6 in the gap.
  • this configuration allows the permeance coefficient to be larger than that in FIG. 11 because the flatness of the permanent magnet 17B is reduced.
  • the number of permanent magnets 17B and the number of permanent magnets 67B is the same.
  • the permanent magnet 67B is magnetized in the circumferential direction (rotation direction of the rotor).
  • the plurality of permanent magnets 17B and the plurality of permanent magnets 67B are alternately arranged in a Halbach array structure along the same circle at equal angular intervals one by one.
  • the permanent magnet 17B with the N pole facing the partition wall 6 and the permanent magnet 17B with the S pole facing the partition wall 6 are alternately arranged along the same circle with gaps provided at equal angular intervals.
  • the N pole of each permanent magnet 67B is disposed toward the permanent magnet 17B with the N pole directed toward the partition wall 6, and the S pole of each permanent magnet 67B is disposed toward the permanent magnet 17B with the S pole directed toward the partition wall 6. Is done.
  • the shapes of the plurality of permanent magnets 17B are the same, and the shapes of the plurality of permanent magnets 67B are the same.
  • the axial length of the permanent magnet 17B is shorter than the width of the permanent magnet 67B.
  • the magnetic body 72 is arranged on the end surface of the permanent magnet 17 ⁇ / b> B opposite to the partition wall 6 in the configuration of FIG. 13. Magnetic flux can be further strengthened by the effect of the magnetic body 72.
  • the plurality of permanent magnets 17 embedded in the shroud 12 may be arranged without providing gaps along the same circle at equal angular intervals so that adjacent magnetic poles are different from each other.
  • FIG. 15 to 17 are cross-sectional views showing the main parts of the first to third modified examples of the pump unit 1 in which the arrangement of the ring magnets and the position where the dynamic pressure grooves are provided are changed.
  • the dynamic pressure groove 121 may be provided on the surface of the shroud 12 of the impeller 10.
  • the dynamic pressure groove 122 may be provided on the surface of the shroud 11 of the impeller 10.
  • the ring-shaped permanent magnets 15c provided on the inner peripheral side of the impeller 10 are provided. 15d may be provided, and the ring-shaped permanent magnets 16c and 16d facing the ring-shaped permanent magnets 15c and 15d may be provided on the walls of the partition wall 6 and the pump chamber 7 instead of the ring-shaped permanent magnets 16a and 16b.
  • Other configurations in FIG. 16 are the same as those in FIG. 3, and thus description thereof will not be repeated.
  • the dynamic pressure groove 121 may be provided on the surface of the shroud 12 of the impeller 10.
  • the dynamic pressure groove 122 may be provided on the surface of the shroud 11 of the impeller 10.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a main part of a fourth modification of the pump unit 1 in which the arrangement of the ring-shaped magnets and the position where the dynamic pressure grooves are provided are changed.
  • dynamic pressure grooves 61 and 62 are formed on the outer peripheral surface of the shroud in addition to the configuration of FIG. 3.
  • Other configurations in FIG. 18 are the same as those in FIG.
  • FIG. 19 is a view showing a first example of a dynamic pressure groove formed on the outer peripheral surface of the shroud.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating a second example of the dynamic pressure grooves formed on the outer peripheral surface of the shroud.
  • the dynamic pressure grooves 61 and 62 are formed on the outer peripheral surfaces of the shrouds 11 and 12, respectively.
  • the tips of the dynamic pressure grooves 61 and 62 are directed in the direction opposite to the rotation direction of the impeller 10.
  • the impeller 10 rotates in the direction of the arrow, the liquid pressure increases toward the tip portions of the dynamic pressure grooves 61 and 62. For this reason, a repulsive force is generated between the impeller 10 and the inner peripheral surface of the pump chamber 7, and this becomes a dynamic pressure.
  • dynamic pressure grooves 64 and 65 are formed on the outer peripheral surfaces of the shrouds 11 and 12, respectively.
  • the depth of each of the dynamic pressure grooves 64 and 65 is gradually shallower in the direction opposite to the rotation direction of the impeller 10.
  • the pressure of the liquid increases toward the tips of the dynamic pressure grooves 64 and 65. For this reason, a repulsive force is generated between the impeller 10 and the inner peripheral surface of the pump chamber 7, and this becomes a dynamic pressure.
  • dynamic pressure grooves may be provided on the wall surface of the pump chamber 7 facing the shrouds 11 and 12 instead of being provided on the outer peripheral surfaces of the shrouds 11 and 12.
  • FIG. 21 is a view showing a first example of a dynamic pressure groove formed on the wall surface of the pump chamber.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a second example of the dynamic pressure grooves formed on the wall surface of the pump chamber.
  • dynamic pressure grooves 161 and 162 similar in shape to the dynamic pressure grooves 61 and 62 shown in FIG. 19 are formed on the wall surface of the pump chamber 7 facing the outer peripheral surfaces of the shrouds 11 and 12.
  • dynamic pressure grooves 164 and 165 having the same shape as the dynamic pressure grooves 64 and 65 shown in FIG. 20 are formed on the wall surface of the pump chamber 7 facing the outer peripheral surfaces of the shrouds 11 and 12.
  • 23 to 25 are cross-sectional views respectively showing main parts of fifth to seventh modified examples of the pump unit 1 in which the arrangement of the ring magnets and the position where the dynamic pressure grooves are provided are changed.
  • FIG. 23 has dynamic pressure grooves 261 and 262 formed in place of the dynamic pressure grooves 61 and 62 in the configuration shown in FIG.
  • the configuration of other parts in FIG. 23 is the same as that in FIG.
  • the dynamic pressure grooves 261 and 262 instead of providing the dynamic pressure grooves 61 and 62 on the outer peripheral surface of the shroud 11 and 12 of the impeller, the dynamic pressure grooves 261 and 262 are provided on the inner peripheral surface of the shroud 11 and 12 of the impeller 10. Also good.
  • the ring-shaped permanent magnets 15c, 15d, 16c, and 16d are arranged in place of the ring-shaped permanent magnets 15a, 15b, 16a, and 16b in the configuration shown in FIG.
  • the configuration of other parts in FIG. 24 is the same as that in FIG.
  • the position where the ring-shaped magnet is arranged may be changed to the inner peripheral side of the shroud 11, 12 of the impeller 10 instead of being provided on the outer peripheral side of the shroud 11, 12 of the impeller 10.
  • the dynamic pressure grooves 261 and 262 are formed instead of the dynamic pressure grooves 61 and 62 in the configuration shown in FIG.
  • the configuration of other parts in FIG. 25 is the same as that in FIG.
  • the dynamic pressure grooves 261 and 262 instead of providing the dynamic pressure grooves 61 and 62 on the outer peripheral surface of the shroud 11 and 12 of the impeller, the dynamic pressure grooves 261 and 262 are provided on the inner peripheral surface of the shroud 11 and 12 of the impeller 10. Also good.
  • the dynamic pressure groove may be provided on the impeller 10 or on the wall surface of the pump chamber 7. Further, it may be either whether the ring-shaped magnet is provided on the outer peripheral side of the impeller or on the outer peripheral side. The combination of the position of the dynamic pressure groove and the position of the ring-shaped magnet may be applied to the pump unit 1 even for a combination not shown.
  • the attractive force of the drive unit and the negative stiffness component in the axial direction of the attractive force of the ring-shaped magnet for offsetting it cause instability of the impeller behavior.
  • the ring-shaped permanent magnet is arranged to cancel out the attractive force from the drive unit.
  • the coil of the drive unit has a coreless structure so that the axial attractive force from the drive unit does not work, and the ring-shaped permanent magnet has a dedicated arrangement that strengthens the support force in the radial direction.
  • the impeller can be stably levitated and rotated.
  • the restoring force in the radial direction is also increased, and the disturbance resistance of the impeller can be improved.
  • a structure in which two drive units (coreless motors) are arranged opposite each other with an impeller interposed therebetween is employed to further increase the pump output. Since it is driven by a coreless motor, the cogging torque is reduced as compared with the conventional method, and the impeller can be rotated more smoothly.
  • the centrifugal pump device of the present embodiment includes a housing 2, an impeller 10, drive units 9 and 9D, a plurality of first permanent magnets 17, a plurality of second permanent magnets 17D, and third to sixth. Permanent magnets 15a to 15d and 16a to 16d.
  • the housing 2 includes motor chambers 8 and 8D and a pump chamber 7.
  • the pump chamber 7 is provided between the motor chamber 8 and the motor chamber 8D.
  • the motor chamber 8 and the pump chamber 7 are partitioned by the first partition wall 6, and the pump chamber 7 and the motor chamber 8D are partitioned by the second partition wall 6D.
  • the impeller 10 is rotatably provided in the pump chamber 7 with the axis intersecting the first partition 6 and the second partition 6D as a rotation axis, and sends liquid by centrifugal force during rotation.
  • the drive units 9 and 9D are provided in the motor chamber 8 and the motor chamber 8D, respectively, and rotate the impeller 10 via the first partition wall 6 or the second partition wall 6D.
  • the plurality of first permanent magnets 17 are provided on one surface (the shroud 12) of the impeller 10 along the first partition wall 6, and are arranged along the same circle.
  • the plurality of second permanent magnets 17D are provided on the other surface (the shroud 11) of the impeller 10 along the second partition 6D, and are arranged along the same circle.
  • the drive unit 9 includes a plurality of first air-core coils 20 that are provided to face the plurality of first permanent magnets 17 and generate a rotating magnetic field.
  • the drive unit 9D is provided to face the plurality of second permanent magnets 17D, and includes a plurality of second air-core coils 20D for generating a rotating magnetic field.
  • the first dynamic pressure groove 21 or 121 is formed on one surface of the impeller 10 or the surface of the first partition wall 6 facing it.
  • a second dynamic pressure groove 22 or 122 is formed on the other surface of the impeller 10 or the surface of the second partition wall 6D facing the other surface.
  • the third permanent magnet 15a is disposed on one surface of the impeller 10 and has a ring shape.
  • the fourth permanent magnet 15b is disposed on the other surface of the impeller 10 and has a ring shape.
  • the fifth permanent magnet 16a has a ring shape that is provided on the first partition wall 6 and faces the third permanent magnet 15a.
  • the sixth permanent magnet 16b has a ring shape that is provided on the second partition wall 6D and faces the fourth permanent magnet 15b.
  • the third permanent magnet 15a and the fifth permanent magnet 16a are arranged so that the magnetic poles of the opposing surfaces are different (one is an N pole and the other is an S pole).
  • the fourth permanent magnet 15b and the sixth permanent magnet 16b are arranged so that the magnetic poles of the opposing surfaces are different (one is an N pole and the other is an S pole).
  • the drive unit 9 is disposed on the opposite side to the first partition 6 of the plurality of first air core coils 20 and is magnetically coupled to the plurality of first air core coils 20.
  • a body 19 is further included.
  • the drive unit 9D is disposed on the side opposite to the second partition 6D of the plurality of second air-core coils 20D, and includes a second magnetic body 19D that is magnetically coupled to the plurality of second air-core coils 20D.
  • a second magnetic body 19D that is magnetically coupled to the plurality of second air-core coils 20D.
  • the permanent magnets 15 a and 15 b are provided on the outer peripheral portions of one surface and the other surface of the impeller 10, respectively.
  • the fourth permanent magnet 15b is provided on the outer periphery of the first partition wall 6, and the fifth permanent magnet 16a is provided on the outer periphery of the second partition wall 6D.
  • the permanent magnets 15 a and 15 b are provided on the inner peripheral portions of one surface and the other surface of the impeller 10, respectively.
  • the fifth permanent magnet 16a is provided on the inner peripheral part of the first partition wall 6, and the sixth permanent magnet 16b is provided on the inner peripheral part of the second partition wall 6D.
  • Third dynamic pressure grooves 61, 62, 261, and 262 are formed on the surface.
  • the plurality of first permanent magnets 17 are arranged along the same circle so that adjacent magnetic poles are different from each other.

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Abstract

 駆動部(9,9D)は、複数の第1の永久磁石(17,17D)に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の空芯コイル(20,20D)を含む。リング形状をした永久磁石(16a)は、隔壁(6)に設けられ永久磁石(15a)に対向する。リング形状をした永久磁石(16b)は、ポンプ室(7)の内壁に設けられ永久磁石(15b)に対向する。永久磁石(15a)と永久磁石(16a)とは、対向する面の磁極が異なるように配置される。永久磁石(15b)と永久磁石(16b)とは、対向する面の磁極が異なるように配置される。これにより汚染防止と効率や性能の低下の防止とを両立することができる遠心式ポンプ装置を提供することができる。

Description

遠心式ポンプ装置
 この発明は遠心式ポンプ装置に関し、特に、回転時の遠心力によって液体を送るインペラを備えた遠心式ポンプ装置に関する。
 近年、隔壁によってモータ駆動室とロータ室とに分離した構造のキャンドモータが多く用いられている。このようなモータは、たとえば、粉塵をきらう環境下で使用される半導体製造ラインの純水輸送用ポンプや、生体液を輸送するポンプに使用されている。
 特開2010-261394号公報(特許文献1)には、流体動圧軸受によるインペラの非接触浮上と、キャンドモータ構造を特徴とするアキシアルギャップ型の遠心式ポンプが記載されている。流体動圧軸受によるインペラの非接触浮上を特徴とするアキシアルギャップ型の遠心式ポンプでは、インペラとモータとの間に働くアキシアル方向吸引力を相殺するように、インペラを挟んだ反対側でリング状永久磁石等によりアキシアル方向の吸引力バランスをとっている。
 しかし、これらの永久磁石等による吸引力は、インペラが一方向へ近づくとよりその方向へ近づこうとする負剛性(不安定要素)の成分である。また、例えば流量が多い場合では、流体出口の位置の影響で周方向に圧力差が生じ、インペラがモータの回転中心からラジアル方向へ偏心してしまう。このため、この遠心式ポンプは、駆動モータ側のアキシアル方向吸引力や、それを相殺するためのリング磁石側のアキシアル方向吸引力の相互バランスにより、外乱や流体力によってインペラが定常浮上位置からずれてしまう場合がある。
 このように、インペラの偏心により変化したアキシアル吸引力を制御する方法として、特開2010-261394号公報(特許文献1)では、モータ側吸引力がリング状磁石部の吸引力変化と釣合うように、モータ電流位相を調整することで対応していた。これにより、外乱や動作条件によりインペラがラジアル方向へ偏心しても、インペラのアキシアル方向の浮上位置を変化させずに安定回転を維持することが可能であった。
特開2010-261394号公報
 上述のように、特開2010-261394号公報に記載されたような遠心式ポンプでは、外乱や動作条件によりインペラがラジアル方向へ偏心しても、インペラのアキシアル方向の浮上位置を変化させずに安定回転を維持するために、モータ側吸引力がリング状永久磁石部の吸引力変化と釣合うようにモータ電流位相を調整する等の対策が行なわれている。
 しかしモータ電流位相を変化させるということは、種々の問題が生じるおそれがある。例えばモータを最大効率点で動作させていた状況から電流位相が変化してしまうと、モータ効率の低下を招く可能性がある。また例えば、最大トルク点で動作させていた状況から電流位相を変化させると、発生トルクが低下しポンプ出力の低下やモータの脱調の可能性があった。
 クリーン状態が必須であるポンプ用途では、インペラとポンプ室の内壁との接触等による汚染物質の発生、およびその混入は確実に防ぐ必要がある。その一方で、モータの効率低下やポンプ出力低下はできる限り避けることが望ましい。
 この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、汚染防止と効率や性能の低下の防止とを両立することができる遠心式ポンプ装置を提供することである。
 この発明は、要約すると、遠心式ポンプ装置であって、ハウジングと、インペラと、第1および第2の駆動部と、複数の第1の永久磁石と、複数の第2の永久磁石と、第3~第6の永久磁石とを備える。ハウジングは、第1~第3の室を含む。第2の室は、第1の室および第3の室に挟まれて設けられる。第1の室および第2の室は第1の隔壁で仕切られ、第2の室および第3の室は第2の隔壁で仕切られる。
 インペラは、第2の室内において第1および第2の隔壁に交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送る。第1および第2の駆動部は、第1の室および第3の室内にそれぞれ設けられ、第1または第2の隔壁を介してインペラを回転駆動させる。
 複数の第1の永久磁石は、第1の隔壁に沿うインペラの一方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。複数の第2の永久磁石は、第2の隔壁に沿うインペラの他方面に設けられ、同一の円に沿って配置される。
 第1の駆動部は、複数の第1の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第1の空芯コイルを含む。第2の駆動部は、複数の第2の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第2の空芯コイルを含む。
 インペラの一方面またはそれに対向する第1の隔壁の面に第1の動圧溝が形成される。インペラの他方面またはそれに対向する第2の隔壁の面に第2の動圧溝が形成される。
 第3の永久磁石は、インペラの一方面に配置され、リング形状をしている。第4の永久磁石は、インペラの他方面に配置され、リング形状をしている。第5の永久磁石は、第1の隔壁に設けられ第3の永久磁石に対向するリング形状をしている。第6の永久磁石は、第2の隔壁に設けられ第4の永久磁石に対向するリング形状をしている。
 第3の永久磁石と第5の永久磁石とは、対向する面の磁極が異なるように配置される。第4の永久磁石と第6の永久磁石とは、対向する面の磁極が異なるように配置される。
 上記に示したように、駆動部のコイルはコアレス構造とすることでアキシアル吸引力が働かない構成とした。そして、従来インペラとモータとの間に働くアキシアル方向吸引力を相殺するように配置していたリング状永久磁石をインペラの両面に配置できる構成を実現し、ラジアル方向の支持力が向上したのでラジアル方向の耐外乱性を高めることができる。そして、コアレス構造を採用したことによるトルクの不足を補うために、駆動部をインペラの両側に設けている。
 好ましくは、第1の駆動部は、複数の第1の空芯コイルの第1の隔壁と反対側に配置され、複数の第1の空芯コイルと磁気的に結合される第1の磁性体をさらに含む。第2の駆動部は、複数の第2の空芯コイルの第2の隔壁と反対側に配置され、複数の第2の空芯コイルと磁気的に結合される第2の磁性体をさらに含む。
 好ましくは、第3および第4の永久磁石は、それぞれインペラの一方面および他方面の外周部に設けられる。第5の永久磁石は、第1の隔壁の外周部に設けられ、第6の永久磁石は、第2の隔壁の外周部に設けられる。
 好ましくは、第3および第4の永久磁石は、それぞれインペラの一方面および他方面の内周部に設けられる。第5の永久磁石は、第1の隔壁の内周部に設けられ、第6の永久磁石は、第2の隔壁の内周部に設けられる。
 好ましくは、インペラの外周面もしくはそれに対向する第2の室の外周面、またはインペラの内周面もしくはそれに対向する第2の室の内周面に第3の動圧溝が形成される。
 さらに、インペラの内外周面、或いはそれに対向するポンプ室内壁面に新たなラジアル動圧溝を追加することで、ラジアル方向の支持力を高めることができる 好ましくは、複数の第1の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される。
 従来の構成では、駆動モータ側の吸引力や、それを相殺するためのリング磁石側の吸引力のアキシアル方向の負剛性成分が、インペラ挙動の不安定の原因となっていた。これに対し、本発明では駆動部のコイルは空芯コイルとすることで駆動部からのアキシアル吸引力がインペラに働かない構成とした。これによって、従来の構造でアキシアル吸引力を相殺するために配置していたリング状永久磁石はラジアル方向の支持力を強化する専用の配置とすることで、インペラの安定浮上回転を可能とする構造である。これにより、モータのコギングトルクを低減したことでインペラのスムーズな起動および回転が可能となり、さらにラジアル方向の復元力も増加したことでインペラの耐外乱性を強化することが可能となる。
 本発明ではさらに、2個の駆動部(コアレスモータ)をインペラを挟んで対向配置させる構造を採用し、さらなるポンプ出力の増加を図っている。コアレスモータにより駆動するため従来方式よりもコギングトルクが低減され、よりスムーズなインペラの回転が可能となる。
本発明の実施の形態の遠心式ポンプ装置のポンプ部1の外観を示す正面図である。 図1に示したポンプ部1の側面図である。 図2のIII-III線断面図である。 図3のIV-IV線断面図である。 インペラ10のシュラウドに埋設された磁石の詳細な配置を示す図である。 図3のVI-VI線断面図である。 図3のリング状磁石の配置を示した部分拡大図である。 図4からインペラ10を取り外した状態を示す断面図である。 図3のIX-IX線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。 図5に示した永久磁石の配置の第1変形例である。 図5に示した永久磁石の配置の第2変形例である。 図5に示した永久磁石の配置の第3変形例である。 図5に示した永久磁石の配置の第4変形例である。 図5に示した永久磁石の配置の第5変形例である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第1変形例の要部を示す断面図である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第2変形例の要部を示す断面図である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第3変形例の要部を示す断面図である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第4変形例の要部を示す断面図である。 シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第1例を示す図である。 シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第2例を示す図である。 ポンプ室の壁面に形成された動圧溝の第1例を示す図である。 ポンプ室の壁面に形成された動圧溝の第2例を示す図である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第5変形例の要部を示す断面図である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第6変形例の要部を示す断面図である。 リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第7変形例の要部を示す断面図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
 [ポンプ部の基本構成の説明]
 図1は、本発明の実施の形態の遠心式ポンプ装置のポンプ部1の外観を示す正面図である。図2は、図1に示したポンプ部1の側面図である。図3は、図2のIII-III線断面図である。図4は、図3のIV-IV線断面図である。
 図1~図4を参照して、この遠心式ポンプ装置のポンプ部1は、非磁性材料で形成されたハウジング2を備える。ハウジング2は、円柱状の本体部3と、本体部3の一方の端面の中央に立設された円筒状の流入ポート4と、本体部3の外周面に設けられた円筒状の流出ポート5とを含む。流出ポート5は、本体部3の外周面の接線方向に延在している。
 ハウジング2内には、図3に示すように、隔壁6によって仕切られたポンプ室7およびモータ室8が設けられている。ポンプ室7内には、図3および図4に示すように、中央に貫通孔10aを有する円板状のインペラ10が回転可能に設けられている。
 本実施の形態では、インペラ10を空芯コイル20で駆動することによってアキシアル吸引力が働かない構成としたので、アキシアル吸引力を相殺するためのリング状永久磁石を配置していない。一方で、空芯コイル20は、磁性体をコアとする通常のコイルと比べて磁気吸引力が弱まるのでトルクを確保しにくい。そこで、本実施の形態では、空芯コイル20および20Dをインペラ10をはさんで対向配置させることによって、発生トルクを倍増させ、さらなるポンプ出力の増加を図った構造を特徴としている。
 インペラ10は、ドーナツ板状の2枚のシュラウド11,12と、2枚のシュラウド11,12間に形成された複数(たとえば6つ)のベーン13とを含む。シュラウド11は流入ポート4側に配置され、シュラウド12は隔壁6側に配置される。シュラウド11,12およびベーン13は、非磁性材料で形成されている。
 2枚のシュラウド11,12の間には、複数のベーン13で仕切られた複数(この場合は6つ)の通路14が形成されている。通路14は、図4に示すように、インペラ10の中央の貫通孔10aと連通しており、インペラ10の貫通孔10aを始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。換言すれば、隣接する2つの通路14間にベーン13が形成されている。なお、本実施の形態では、複数のベーン13は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。したがって、複数の通路14は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。
 インペラ10が回転駆動されると、流入ポート4から流入した液体は、遠心力によって貫通孔10aから通路14を介してインペラ10の外周部に送られ、流出ポート5から流出する。
 [回転駆動用のインペラの永久磁石の配置の説明]
 図5は、インペラ10のシュラウドに埋設された磁石の詳細な配置を示す図である。図4および図5を参照して、シュラウド12には複数(たとえば8個)の永久磁石17が埋設されている。複数の永久磁石17は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って隙間を設けて配置される。換言すれば、モータ室8側にN極を向けた永久磁石17と、モータ室8側にS極を向けた永久磁石17とが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。
 図6は、図3のVI-VI線断面図である。図3および図6を参照して、モータ室8内には、複数(たとえば9個)の空芯コイル20が設けられている。複数の空芯コイル20は、インペラ10の複数の永久磁石17に隔壁を挟み対向して、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。空芯コイル20は、磁性体などが配置されていない空芯部18の周りにコイル配線が巻回されている。
 複数の空芯コイルの隔壁と反対側にはバックヨークとなる磁性体19を配置し、空芯コイル20の磁束を強めている。なお、バックヨークは無くてもよい。
 9個の空芯コイル20には、たとえば120度通電方式で電圧が印加される。すなわち、9個の空芯コイル20は、3個ずつグループ化される。各グループの第1~第3の空芯コイル20には、U相,V相,W相の三相電圧VU,VV,VWが印加される。第1の空芯コイル20には、0~120度の期間に正電圧が印加され、120~180度の期間に0Vが印加され、180~300度の期間に負電圧が印加され、300~360度の期間に0Vが印加される。したがって、第1の空芯コイル20の先端面(インペラ10側の端面)は、0~120度の期間にN極になり、180~300度の期間にS極になる。電圧VVの位相は電圧VUよりも120度遅れており、電圧VWの位相は電圧VVよりも120度遅れている。したがって、第1~第3の空芯コイル20にそれぞれ電圧VU,VV,VWを印加することにより、回転磁界を形成することができ、複数の空芯コイル20とインペラ10の複数の永久磁石17との吸引力および反発力により、インペラ10を回転させることができる。
 なお、シュラウド11にも複数の永久磁石17Dが設けられ、シュラウド11側にもモータ室8Dが設けられる。モータ室8Dとポンプ室7は、隔壁6Dで仕切られている。モータ室8D内には、複数の永久磁石17Dに対向して複数の空芯コイル20Dが設けられる。複数の空芯コイル20Dは、各々が空芯部18Dの周りに巻回されている。複数の空芯コイル20Dの隔壁6Dと反対側にはバックヨークとなる磁性体19Dを配置し、空芯コイル20Dの磁束を強めている。なお、バックヨークは無くてもよい。
 なお、複数の永久磁石17Dの配置および複数の空芯コイル20Dの配置は、基本的には図5および図6で示した配置であるので詳細な説明は繰り返さない。
 インペラ10の回転中において、複数の永久磁石17および複数の磁性体18間の第1の吸引力と複数の永久磁石17Dおよび複数の磁性体18D間の第2の吸引力とは、ポンプ室7内におけるインペラ10の可動範囲の略中央で釣り合うように設定されている。したがって、インペラ10の回転軸方向の位置が安定し、インペラがポンプ室7の内壁に接触することを避けることができる。
 [リング状永久磁石の配置の説明]
 本実施の形態では、駆動部9に空芯コイル20を採用することに加え、従来インペラとモータとの間に働くアキシアル方向吸引力を相殺するように配置していたリング状永久磁石をインペラの両面に配置する構成を採用した。
 図7は、図3のリング状磁石の配置を示した部分拡大図である。図7を参照して、ポンプ部1は、リング状永久磁石15a,15b,16a,16bを含む。
 インペラ10のラジアル方向の支持力を上げるため、インペラ10内部にリング状永久磁石15a,15bを埋設し、これらにそれぞれ対向するようにハウジング2内部にリング状永久磁石16a,16bを埋設している。
 図7の部分拡大部に示すようにインペラ10の両面(シュラウド11,12)に埋設されたリング状永久磁石15a,15bによって、インペラ10が支持される。互いに対向するリング状永久磁石15a,15bとリング状永久磁石16a,16bとは、軸方向吸引力が互いに働くような磁極の向きで配置する。一例では図7に示すように、リング状永久磁石15aは、N極がリング状永久磁石16a側となるように配置し、リング状永久磁石16aは、S極がリング状永久磁石15a側となるように配置する。また、リング状永久磁石15bは、S極がリング状永久磁石16b側となるように配置し、リング状永久磁石16bは、N極がリング状永久磁石15a側となるように配置する。なお、各磁極は適宜逆転して配置しても良い。
 インペラ10を挟んだ両側のリング磁石ペア(15a,16a)とリング磁石ペア(15b,16b)とは、それぞれの軸方向吸引力が同じ(インペラ10の中央浮上位置で吸引力差がゼロ)になるように設定することによって、インペラ10の安定回転が可能となる。さらに流体力や外乱等によりインペラがラジアル方向へ偏心すると、リング状永久磁石15a,15b,16a,16bによりインペラ10をポンプ室7の中心位置へ戻す復元力が強くなる。
 空芯コイル20を採用したことによりインペラ10に働くアキシアル方向の吸引力が弱まったので、従来の構成のようにアキシアル方向吸引力を相殺するためにリング状永久磁石を使用する必要がなくなった。そこで、リング状永久磁石をインペラ10の両面に配置し、両者で吸引力を相殺するように配置できるようになる。リング状永久磁石はインペラ10のラジアル方向を支持する役目があり、リング状永久磁石をインペラ10の両面に配置したことによってラジアル方向の支持力を高めることができる。
 リング状永久磁石をラジアル方向の支持力を強化する専用の配置とすることで、インペラの安定浮上回転を可能とした。これにより、モータのコギングトルクが低減し、インペラのスムーズな起動および回転が可能となった。さらにラジアル方向の復元力も増加したことでインペラの耐外乱性が増加する。
 [動圧溝の説明]
 図8は、図4からインペラを取り外した状態を示す断面図である。図9は、図3のIX-IX線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。
 図8、図9に示すように、インペラ10のシュラウド12に対向する隔壁6の表面には複数の動圧溝21が形成され、シュラウド11に対向するポンプ室7の内壁(隔壁6D)には複数の動圧溝22が形成されている。インペラ10の回転数が所定の回転数を超えると、動圧溝21,22の各々とインペラ10との間に動圧軸受効果が発生する。これにより、動圧溝21,22の各々からインペラ10に対して抗力が発生し、インペラ10はポンプ室7内で非接触状態で回転する。すなわち、動圧溝21と動圧溝22によりインペラ10のアキシアル方向が支持される。
 詳しく説明すると、複数の動圧溝21は、図8に示すように、インペラ10のシュラウド12に対応する大きさに形成されている。各動圧溝21は、隔壁6の中心から若干離間した円形部分の周縁(円周)上に一端を有し、渦状に(換言すれば、湾曲して)隔壁6の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝21は略同じ形状であり、かつ略同じ間隔に配置されている。動圧溝21は凹部であり、動圧溝21の深さは0.005~0.4mm程度であることが好ましい。動圧溝21の数は、6~36個程度であることが好ましい。
 図8では、10個の動圧溝21がインペラ10の中心軸に対して等角度で配置されている。動圧溝21は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっているので、インペラ10が時計方向に回転すると、動圧溝21の外径部から内径部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ10と隔壁6の間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
 このように、インペラ10と複数の動圧溝21の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ10は隔壁6から離れ、非接触状態で回転する。このため、インペラ10と隔壁6の間に液体流路が確保される。さらに、通常状態において、動圧溝21によるインペラ10と隔壁6の間の撹拌作用とポンプ動作で生じたインペラの内外径部の圧力差による液体の流れ(漏れ流量)とによって、両者間における部分的な液体滞留の発生を防止することができる。
 また、動圧溝21の角の部分は、少なくとも0.05mm以上のRを持つように丸められていることが好ましい。
 また、複数の動圧溝22は、図9に示すように、複数の動圧溝21と同様、インペラ10のシュラウド11に対応する大きさに形成されている。各動圧溝22は、ポンプ室7の内壁(隔壁6D)の中心から若干離間した円形部分の周縁(円周)上に一端を有し、渦状に(換言すれば、湾曲して)ポンプ室7の内壁(隔壁6D)の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝22は、略同じ形状であり、かつ略同じ間隔で配置されている。動圧溝22は凹部であり、動圧溝22の深さは0.005~0.4mm程度があることが好ましい。動圧溝22の数は、6~36個程度であることが好ましい。図9では、10個の動圧溝22がインペラ10の中心軸に対して等角度に配置されている。
 なお、動圧溝22の角となる部分は、少なくとも0.05mm以上のRを持つように丸められていることが好ましい。
 このように、インペラ10と複数の動圧溝22の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ10はポンプ室7の内壁から離れ、非接触状態で回転する。また、ポンプ部1が外的衝撃を受けたときや、動圧溝21による動圧力が過剰となったときに、インペラ10のポンプ室7の内壁への密着を防止することができる。動圧溝21によって発生する動圧力と動圧溝22によって発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。
 ただし、インペラ10のシュラウド12と隔壁6との隙間と、インペラ10のシュラウド11とポンプ室7の内壁との隙間とが略同じ状態でインペラ10が回転することが好ましい。インペラ10に作用する流体力などの外乱が大きく、一方の隙間が狭くなる場合には、その狭くなる側の動圧溝による動圧力を他方の動圧溝による動圧力よりも大きくし、両隙間を略同じにするため、動圧溝21と22の形状を異ならせることが好ましい。
 なお、図8および図9では、動圧溝21,22の各々を内向スパイラル溝形状としたが、他の形状の動圧溝21,22を使用することも可能である。ただし、液体を循環させる場合は、液体をスムーズに流すことが可能な内向スパイラル溝形状の動圧溝21,22を採用することが好ましい。
 [インペラの回転駆動用永久磁石の配置の変形例]
 図5では、複数の永久磁石17が、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って隙間を設けて配置された例を示した。
 図10~図14は、図5に示した永久磁石の配置の変形例である。
 図10(a)(b)の変形例では、インペラ10に複数の永久磁石17と複数の永久磁石67とが設けられている。永久磁石67の数は、永久磁石17の数と同じである。永久磁石67は、円周方向(インペラ10の回転方向)に着磁されている。複数の永久磁石17と複数の永久磁石67とは、1つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁6側にN極を向けた永久磁石17と、隔壁6側にS極を向けた永久磁石17とが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。各永久磁石67のN極は隔壁6側にN極を向けた永久磁石17に向けて配置され、各永久磁石67のS極は隔壁6側にS極を向けた永久磁石17に向けて配置される。複数の永久磁石17同士の形状は同じであり、複数の永久磁石67同士の形状は同じである。永久磁石17の形状と永久磁石67の形状は、同じでもよいし、異なっていてもよい。この変形例では、永久磁石17と空芯コイル20との吸引力を抑制するとともに、トルクの起因となる磁束を強めることができるので、最も永久磁石を小型化することができる。つまり、インペラ10を最も軽量化することができ、かつモータギャップが広い場合でもエネルギ効率を高めることができる。
 なお、この変形例では複数の永久磁石17Dに対しても図10に示した複数の永久磁石17の変形と同様な変形を行なう。
 図11に示した他の変形例では、回転子(インペラ10のシュラウド12)は回転軸方向に着磁された永久磁石17Aと、周方向に着磁された永久磁石67Aと磁性体70Aを含んでいる。永久磁石17Aは隣り合う磁石の磁極の向きが異なるように配置され、さらに永久磁石17Aの隔壁6側端面に永久磁石67Aが永久磁石17Aと同じ磁極同士が近づくように配置される。
 永久磁石17Aと永久磁石67Aは同じ数である。永久磁石67Aの着磁方向長さは、永久磁石17Aの幅より短く、永久磁石67Aの着磁方向長さの中央を永久磁石17Aの隣り合う磁石同士の境界と一致させると周方向に隙間ができ、その隙間に磁性体70Aを配置する。この場合、磁性体70Aに磁束が集束し、磁性体が無い場合や通常のハルバッハ配列の構成(図10)の構成と比べ、より強い界磁磁束が得られ高トルク化を図ることができる。さらに図11の配置では、永久磁石17A,67Aのパーミアンス係数の低下を抑制することができる。
 なお、この変形例では複数の永久磁石17Dに対しても図11に示した複数の永久磁石17の変形と同様な変形を行なう。
 図12は、図11の構成において、永久磁石17Aの隔壁6と反対側の端面に磁性体72を配置している。磁性体72の効果でさらに磁束を強めることができる。
 図13は別の磁石配置を示す。固定子と回転子の間に隔壁6を備えたキャンドモータにおいて、回転子は回転軸方向に着磁された永久磁石17Bと、周方向に着磁された永久磁石67Bと磁性体70Bから成り、永久磁石17Bは隣り合う磁石の磁極の向きが異なり、隙間を設けて配置され、永久磁石67Bがその隙間に隔壁6側に突出して配置される。限られたスペースで磁石を配置する場合、この構成は永久磁石17Bの扁平率が小さくなるためパーミアンス係数を図11より大きくすることができる。永久磁石17Bと永久磁石67Bは同じ数である。永久磁石67Bは、円周方向(ロータの回転方向)に着磁されている。複数の永久磁石17Bと複数の永久磁石67Bとは、1つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁6側にN極を向けた永久磁石17Bと、隔壁6側にS極を向けた永久磁石17Bとが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。各永久磁石67BのN極は隔壁6側にN極を向けた永久磁石17Bに向けて配置され、各永久磁石67BのS極は隔壁6側にS極を向けた永久磁石17Bに向けて配置される。複数の永久磁石17B同士の形状は同じであり、複数の永久磁石67B同士の形状は同じである。永久磁石17Bの軸方向長さは永久磁石67Bの幅より短く、配置したとき、隔壁6側に段差ができるようにし、その段差部に磁性体70Bを配置する。この場合も磁性体70Bに磁束が集束し、磁性体が無い場合や通常のハルバッハ配列の構成(図10)と比べ、より強い界磁磁束が得られ高トルク化を図ることができる。さらに永久磁石17B,67Bのパーミアンス係数の低下を抑制することができる。
 なお、この変形例では複数の永久磁石17Dに対しても図13に示した複数の永久磁石17の変形と同様な変形を行なう。
 図14に示した構成は、図13の構成において、永久磁石17Bの隔壁6と反対側の端面に磁性体72を配置している。磁性体72の効果でさらに磁束を強めることができる。
 また、シュラウド12に埋設されている複数の永久磁石17は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って隙間を設けず配置されてもよい。
 [リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置の変形例]
 図15~図17は、リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第1~第3変形例の要部を示す断面図である。
 図15に示すように、図3に示した構成において、動圧溝21を隔壁6に設ける代わりに、動圧溝121をインペラ10のシュラウド12の表面に設けてもよい。また、動圧溝22をポンプ室7の内壁側に設ける代わりに、動圧溝122をインペラ10のシュラウド11の表面に設けてもよい。図15の他の構成については、図3と同じであるので、説明は繰り返さない。
 また図16に示すように、図3に示した構成において、インペラ10の外周側に設けたリング状永久磁石15a,15bに代えて、インペラ10の内周側に設けたリング状永久磁石15c,15dを設け、リング状永久磁石16a,16bに代えてリング状永久磁石15c,15dにそれぞれ対向するリング状永久磁石16c,16dを隔壁6およびポンプ室7の壁に設けても良い。図16の他の構成については、図3と同じであるので、説明は繰り返さない。
 さらに図17に示すように、図16に示した構成において、動圧溝21を隔壁6に設ける代わりに、動圧溝121をインペラ10のシュラウド12の表面に設けてもよい。また、動圧溝22をポンプ室7の内壁側に設ける代わりに、動圧溝122をインペラ10のシュラウド11の表面に設けてもよい。図17の他の構成については、図16と同じであるので、説明は繰り返さない。
 図18は、リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第4変形例の要部を示す断面図である。図18では、図3の構成に加えて、シュラウドの外周面に動圧溝61,62が形成されている。図18の他の構成は図3と同じである。
 図19は、シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第1例を示す図である。図20は、シュラウドの外周面に形成された動圧溝の第2例を示す図である。
 図19を参照して、動圧溝61,62は、それぞれシュラウド11,12の外周面に形成される。動圧溝61,62の先端は、インペラ10の回転方向と逆の方向に向けられている。インペラ10が矢印の方向に回転すると、動圧溝61,62の先端部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ10とポンプ室7の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
 図20に示した第2例では、動圧溝61,62に代えて動圧溝64,65が、それぞれシュラウド11,12の外周面に形成される。動圧溝64,65の各々の深さは、インペラ10の回転方向と逆の方向に向かって徐々に浅くなっている。この変形例でも、インペラ10が矢印の方向に回転すると、動圧溝64,65の先端部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ10とポンプ室7の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
 なお動圧溝をシュラウド11,12の外周面に設ける代わりに、シュラウド11,12に対向するポンプ室7の壁面に設けても良い。
 図21は、ポンプ室の壁面に形成された動圧溝の第1例を示す図である。図22は、ポンプ室の壁面に形成された動圧溝の第2例を示す図である。図21では、図19に示した動圧溝61,62と同様な形状の動圧溝161,162が、シュラウド11,12の外周面にそれぞれ対向するポンプ室7の壁面に形成されている。図22では、図20に示した動圧溝64,65と同様な形状の動圧溝164,165が、シュラウド11,12の外周面にそれぞれ対向するポンプ室7の壁面に形成されている。このようにポンプ室7の壁面に動圧溝を設けても、インペラ10とポンプ室7の内周面との間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
 図23~図25は、リング状磁石の配置と動圧溝を設ける位置を変更したポンプ部1の第5~第7変形例の要部をそれぞれ示す断面図である。
 図23に示す構成は、図18に示した構成において、動圧溝61,62に代えて動圧溝261,262が形成されている。図23の他の部分の構成は、図18と同じである。図23に示すように、動圧溝61,62をインペラのシュラウド11,12の外周面に設ける代わりに、動圧溝261,262をインペラ10のシュラウド11,12の内周面表面に設けてもよい。
 図24に示す構成は、図18に示した構成において、リング状永久磁石15a,15b,16a,16bに代えてリング状永久磁石15c,15d,16c,16dが配置されている。図24の他の部分の構成は、図18と同じである。図24に示すように、リング状磁石を配置する位置をインペラのシュラウド11,12の外周側に設ける代わりに、インペラ10のシュラウド11,12の内周側に変更しても良い。
 図25に示す構成は、図24に示した構成において、動圧溝61,62に代えて動圧溝261,262が形成されている。図25の他の部分の構成は、図24と同じである。図25に示すように、動圧溝61,62をインペラのシュラウド11,12の外周面に設ける代わりに、動圧溝261,262をインペラ10のシュラウド11,12の内周面表面に設けてもよい。
 なお、動圧溝をインペラ10に設けるか、ポンプ室7の壁面に設けるかはいずれであってもよい。また、リング状磁石をインペラの外周側に設けるか、外周側に設けるかについてもいずれであっても良い。動圧溝の位置と、リング状磁石の位置の組み合わせは、図示していない組み合わせについてもポンプ部1に適用しても良い。
 以上説明したように、従来の構造では、駆動部の吸引力や、それを相殺するためのリング状磁石の吸引力のアキシアル方向の負剛性成分が、インペラ挙動の不安定の原因となっていた。また、従来の構造では、リング状永久磁石を駆動部からの吸引力を相殺するために配置していた。
 これに対し、本実施の形態では駆動部のコイルはコアレス構造とすることで駆動部からのアキシアル吸引力が働かない構成とし、リング状永久磁石はラジアル方向の支持力を強化する専用の配置とすることで、インペラの安定浮上回転が可能となる。これにより、ラジアル方向の復元力も増加し、インペラの耐外乱性を向上させることができる。
 本実施の形態ではさらに、2個の駆動部(コアレスモータ)をインペラを挟んで対向配置させる構造を採用し、さらなるポンプ出力の増加を図っている。コアレスモータにより駆動するため従来方式よりもコギングトルクが低減され、よりスムーズなインペラの回転が可能となる。
 最後に、再び図3、図15~図18、図23~図25を参照して、本実施の形態を総括する。本実施の形態の遠心ポンプ装置は、ハウジング2と、インペラ10と、駆動部9,9Dと、複数の第1の永久磁石17と、複数の第2の永久磁石17Dと、第3~第6の永久磁石15a~15d,16a~16dとを備える。
 ハウジング2は、モータ室8,8Dおよびポンプ室7を含む。ポンプ室7は、モータ室8およびモータ室8Dに挟まれて設けられる。モータ室8およびポンプ室7は第1の隔壁6で仕切られ、ポンプ室7およびモータ室8Dは第2の隔壁6Dで仕切られる。
 インペラ10は、ポンプ室7内において第1の隔壁6および第2の隔壁6Dに交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送る。駆動部9,9Dは、モータ室8およびモータ室8D内にそれぞれ設けられ、第1の隔壁6または第2の隔壁6Dを介してインペラ10を回転駆動させる。
 複数の第1の永久磁石17は、第1の隔壁6に沿うインペラ10の一方面(シュラウド12)に設けられ、同一の円に沿って配置される。複数の第2の永久磁石17Dは、第2の隔壁6Dに沿うインペラ10の他方面(シュラウド11)に設けられ、同一の円に沿って配置される。
 駆動部9は、複数の第1の永久磁石17に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第1の空芯コイル20を含む。駆動部9Dは、複数の第2の永久磁石17Dに対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第2の空芯コイル20Dを含む。
 インペラ10の一方面またはそれに対向する第1の隔壁6の面に第1の動圧溝21または121が形成される。インペラ10の他方面またはそれに対向する第2の隔壁6Dの面に第2の動圧溝22または122が形成される。
 第3の永久磁石15aは、インペラ10の一方面に配置され、リング形状をしている。第4の永久磁石15bは、インペラ10の他方面に配置され、リング形状をしている。第5の永久磁石16aは、第1の隔壁6に設けられ第3の永久磁石15aに対向するリング形状をしている。第6の永久磁石16bは、第2の隔壁6Dに設けられ第4の永久磁石15bに対向するリング形状をしている。
 図7に示されるように、第3の永久磁石15aと第5の永久磁石16aとは、対向する面の磁極が異なるように(一方がN極で他方がS極となるように)配置される。第4の永久磁石15bと第6の永久磁石16bとは、対向する面の磁極が異なるように(一方がN極で他方がS極となるように)配置される。
 好ましくは、駆動部9は、複数の第1の空芯コイル20の第1の隔壁6と反対側に配置され、複数の第1の空芯コイル20と磁気的に結合される第1の磁性体19をさらに含む。駆動部9Dは、複数の第2の空芯コイル20Dの第2の隔壁6Dと反対側に配置され、複数の第2の空芯コイル20Dと磁気的に結合される第2の磁性体19Dをさらに含む。
 好ましくは、図3、図15、図18、図23に示されるように、永久磁石15a,15bは、それぞれインペラ10の一方面および他方面の外周部に設けられる。第4の永久磁石15bは、第1の隔壁6の外周部に設けられ、第5の永久磁石16aは、第2の隔壁6Dの外周部に設けられる。
 好ましくは、図16、図17、図24、図25に示されるように、永久磁石15a,15bは、それぞれインペラ10の一方面および他方面の内周部に設けられる。第5の永久磁石16aは、第1の隔壁6の内周部に設けられ、第6の永久磁石16bは、第2の隔壁6Dの内周部に設けられる。
 好ましくは、図18、図23~図25に示されるように、インペラ10の外周面もしくはそれに対向するポンプ室7の外周面、またはインペラ10の内周面もしくはそれに対向するポンプ室7の内周面に第3の動圧溝61,62,261,262が形成される。
 好ましくは、図5に示されるように、複数の第1の永久磁石17は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 ポンプ部、2 ハウジング、3 本体部、4 流入ポート、5 流出ポート、6,6D 隔壁、7 ポンプ室、8,8D モータ室、9,9D 駆動部、10 インペラ、10a 貫通孔、11,12 シュラウド、13 ベーン、14 通路、15a~15d,16a~16d リング状永久磁石、17,17A,17B,17D,67,67A,67B 永久磁石、18,18D 空芯部、19,19D,70A,70B,72 磁性体、20,20D 空芯コイル、21,22,61,62,64,65,121,122,161,162,164,165,261,262 動圧溝。

Claims (6)

  1.  第1~第3の室を含むハウジングを備え、前記第2の室は、前記第1の室および前記第3の室に挟まれて設けられ、前記第1の室および前記第2の室は第1の隔壁で仕切られ、前記第2の室および前記第3の室は第2の隔壁で仕切られ、
     前記第2の室内において前記第1および第2の隔壁に交差する軸を回転軸として回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、
     前記第1の室および前記第3の室内にそれぞれ設けられ、前記第1または第2の隔壁を介して前記インペラを回転駆動させる第1および第2の駆動部と、
     前記第1の隔壁に沿う前記インペラの一方面に設けられ、同一の円に沿って配置された複数の第1の永久磁石と、
     前記第2の隔壁に沿う前記インペラの他方面に設けられ、同一の円に沿って配置された複数の第2の永久磁石とをさらに備え、
     前記第1の駆動部は、前記複数の第1の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第1の空芯コイルを含み、
     前記第2の駆動部は、前記複数の第2の永久磁石に対向して設けられ、回転磁界を生成するための複数の第2の空芯コイルを含み、
     前記インペラの前記一方面またはそれに対向する前記第1の隔壁の面に第1の動圧溝が形成され、前記インペラの前記他方面またはそれに対向する前記第2の隔壁の面に第2の動圧溝が形成され、
     前記インペラの前記一方面に配置され、リング形状をした第3の永久磁石と、
     前記インペラの前記他方面に配置され、リング形状をした第4の永久磁石と、
     前記第1の隔壁に設けられ前記第3の永久磁石に対向するリング形状をした第5の永久磁石と、
     前記第2の隔壁に設けられ前記第4の永久磁石に対向するリング形状をした第6の永久磁石とをさらに備え、
     前記第3の永久磁石と前記第5の永久磁石とは、対向する面の磁極が異なるように配置され、
     前記第4の永久磁石と前記第6の永久磁石とは、対向する面の磁極が異なるように配置される、遠心式ポンプ装置。
  2.  前記第1の駆動部は、前記複数の第1の空芯コイルの前記第1の隔壁と反対側に配置され、前記複数の第1の空芯コイルと磁気的に結合される第1の磁性体をさらに含み、
     前記第2の駆動部は、前記複数の第2の空芯コイルの前記第2の隔壁と反対側に配置され、前記複数の第2の空芯コイルと磁気的に結合される第2の磁性体をさらに含む、請求項1に記載の遠心式ポンプ装置。
  3.  前記第3および第4の永久磁石は、それぞれ前記インペラの前記一方面および前記他方面の外周部に設けられ、
     前記第5の永久磁石は、前記第1の隔壁の外周部に設けられ、前記第6の永久磁石は、前記第2の隔壁の外周部に設けられる、請求項1に記載の遠心式ポンプ装置。
  4.  前記第3および第4の永久磁石は、それぞれ前記インペラの前記一方面および前記他方面の内周部に設けられ、
     前記第5の永久磁石は、前記第1の隔壁の内周部に設けられ、前記第6の永久磁石は、前記第2の隔壁の内周部に設けられる、請求項1に記載の遠心式ポンプ装置。
  5.  前記インペラの外周面もしくはそれに対向する前記第2の室の外周面、または前記インペラの内周面もしくはそれに対向する前記第2の室の内周面に第3の動圧溝が形成された、請求項1~4のいずれか1項に記載の遠心式ポンプ装置。
  6.  前記複数の第1の永久磁石は、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置される、請求項1に記載の遠心式ポンプ装置。
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