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HINTERGRUND
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugalpumpe zum Pumpen
eines medizinischen Fluids, typischerweise Blut.
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Bei
neuerer medizinischer Behandlung werden Zentrifugalblutpumpen vermehrt
in künstlichen Herz/Lungenmaschinen
zur extrakorporalen Blutzirkulation eingesetzt. Zentrifugalpumpen
des magnetischen Kopplungstyps, bei denen ein Antriebsdrehmoment
von einem externen Motor auf ein Flügelrad durch magnetische Kopplung übertragen
wird, werden üblicherweise
verwendet, da die physikalische Verbindung zwischen der Blutkammer
der Pumpe und dem Außenraum
vollständig
ausgeschlossen werden kann und das Eindringen von Bakterien verhindert
wird. Die Zentrifugalblutpumpe umfaßt ein Gehäuse mit einer Bluteinlaßöffnung und
einer Blutauslaßöffnung und
ein drehbar in dem Gehäuse
untergebrachtes Flügelrad
zum Speisen von Blut durch eine während seiner Drehung erzeugten
Zentrifugalkraft. Das Flügelrad
mit einem darin angeordneten Permanentmagneten wird durch einen
Rotor gedreht, der Magneten zur Anziehung des Magneten des Flügelrads
an diese aufweist, und durch einen Drehmomenterzeugungsmechanismus
mit einem Motor zum Drehen des Rotors. Das Flügelrad dreht sich ohne Kontaktieren
des Gehäuses,
wobei das Flügelrad
zu der Seite, die der Rotorseite entgegengesetzt ist, durch eine
magnetische Kraft angezogen wird. Dieser Zustand ist ein magnetischer
Schwebezustand.
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Eine
derartige Zentrifugalpumpe ist aus US-A-5 947 703 bekannt.
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In
dem Fall, bei dem eine Schwierigkeit in dem Steuersystem der magnetischen
Lagerung der herkömmlichen
Zentrifugalpumpe auftritt, ist es unmöglich, die Funktion der Zentrifugalpumpe
durch Drehung des Flügelrad
aufrechtzuerhalten. Dies ist in EP-A-1 070 510 beschrieben.
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Die
Zentrifugalpumpe eines magnetischen Schwebetyps hat drei Sensoren
zum Erfassen der Position des Flügelrads
und drei flügelradanziehende Elektromagneten.
Bei der in der Zentrfugalpumpe auszuführenden Steuerung der magnetischen
Lagerung wird die Position des Flügelrads durch die Steuerung
elektrischer Ströme
gesteuert, mit denen die Elektromagneten zu versorgen sind, und
zwar auf Grundlage von Informationen über das Flügelrad, die von den Sensoren
zur Erfassung der Position des Flügelrads geliefert werden. Wenn
daher Vorrichtungen, die das Steuersystem bilden, zerstört sind,
z. B. wenn Kabel für
die Positionssensoren und für
die Elektromagneten unterbrochen sind, hat das Steuersystem Schwierigkeiten
und eine richtige Steuerung kann nicht mehr erreicht werden. Dadurch
wird es schwierig, das Flügelrad
mittels der magnetischen Lagerung zu rotieren.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifugalpumpe
bereitzustellen, die eine Drehung eines Flügelrads ohne wesentlichen Kontakt
zwischen dem Flügelrad
und einer inneren Fläche
eines Gehäuses
erlaubt, indem ein von einer Rinne zur hydrodynamischen Lagerung
erzeugter Druck verwendet wird, wenn ein Steuersystem einer magnetischen
Lagerung eine Schwierigkeit hat, um dadurch das Speisen einer Flüssigkeit
beizubehalten, wenn die Drehung eines Motors gesteuert werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Das
oben gesetzte Ziel wird durch die folgende Zentrifugalpumpe erreicht.
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Die
Zentrifugalpumpe weist einen Pumpenkörper, in dem ein Flügelrad ohne
Kontaktieren eines Gehäuses
rotiert; und einen Steuermechanismus für den Pumpenkörper auf,
wobei der Pumpenkörper umfaßt: das
Gehäuse,
das eine Bluteinlaßöffnung und
eine Blutauslaßöffnung aufweist;
einen Zentrifugalpumpenabschnitt, der ein Flügelrad mit einem ersten magnetischen
Material und einem zweiten magnetischen Material umfaßt, das
sich in dem Gehäuse dreht,
um ein Fluid durch eine während
seiner Drehung erzeugten Zentrifugalkraft zu speisen; einen Flügelraddrehmomenterzeugungsabschnitt,
der einen Rotor mit einem Magnet zum Anziehen des ersten magnetischen
Materials des Flügelrads
und einen Motor zur Drehung des Rotors umfaßt; einen Flügelradpositionssteuerabschnitt
mit einem Elektromagnet zum Anziehen des zweiten magnetischen Materials
des Flügelrads;
einen Positionssensor zum Detektieren einer Position des Flügelrads;
und eine Rinne zur hydrodynamischen Lagerung, die an einer inneren
Fläche
des Gehäuses
an einer Seite des Rotors oder an einer Fläche des Flügelrads zu einer Seite des
Rotors vorgesehen ist, wobei der Steuermechanismus aufweist: eine
Positionssensorausgabeaufzeichnungsfunktion oder eine Elektromagnetstromaufzeichnungsfunktion;
eine Motorstromaufzeichnungsfunktion; eine Fehlerfassungsfunktion
zur Bestimmung einer Fehlfunktion des Sensors unter Verwendung der
Positionssensorausgabeaufzeichnungsfunktion oder einer Fehlfunktion
des Elektromagneten unter Verwendung der Elektromagnetstromaufzeichnungsfunktion;
und eine Notflügelraddrehfunktion,
die arbeitet, wenn die Fehlerfassungsfunktion die Fehlfunktion des
Sensors oder die Fehlfunktion des Elektromagneten detektiert, um
das Flügelrad
unter Verwendung der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung ohne wesentlichen
Kontakt zwischen dem Flügelrad
und dem Gehäuse
zu drehen, wobei die Notflügelraddrehfunktion
aufweist: eine flügelradmagnetische
Rekopplungsausführungsfunktion
Elektromagneten von der Anziehung des Flügelrads abzuhalten, wenn die
Fehlerfassungsfunktion die Fehlfunktion detektiert und zum graduellen
Verringern einer Motorgeschwindigkeit, um dadurch eine magnetische
Kopplung zwischen dem Flügelrad
und dem Rotor auszuführen;
eine magnetische Rekopplungserfassungsfunktion zum Erfassen der
magnetischen Rekopplung zwischen dem Flügelrad und dem Rotor unter
Verwendung eines von der Motorstromaufzeichnungsfunktion aufgezeichneten
Motorstroms; und eine Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion durch
Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit bis auf einen vorbestimmten Wert, nachdem
die magnetische Rekopplungserfassungsfunktion die magnetische Rekopplung
detektiert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben beschriebenen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung sind besser verständlich durch die folgende Beschreibung,
die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen ist.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Zentrifugalpumpe gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Vorderansicht, die ein Beispiel des Körpers der Zentrifugalpumpe
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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3 ist
eine Draufsicht des in 2 gezeigten Körpers der
Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
eine vertikale Schnittansicht, die den Körper der Zentrifugalpumpe der
in 2 gezeigten Ausführungsform zeigt.
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5 ist
eine entlang einer Linie A-A in 2 genommene
Schnittansicht, die den Körper der
Zentrifugalpumpe zeigt.
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6 ist
eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein Flügelrad von
dem entlang der Linie A-A in 2 genommener
Querschnittsansicht entfernt ist, welche den Körper der Zentrifugalpumpe zeigt.
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7 ist
ein Zeitdiagramm zur Beschreibung des Betriebs der Zentrifugalpumpe
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein Flußdiagramm
zur Beschreibung des Betriebs der Zentrifugalpumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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9 ist
ein Flußdiagramm
zur Beschreibung des Betriebs der Zentrifugalpumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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10 ist
ein Flußdiagramm
zur Beschreibung des Betriebs der Zentrifugalpumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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11 ist
ein Flußdiagramm
zur Beschreibung des Betriebs der Zentrifugalpumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DARSTELLENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
Ausführungsform
der Zentrifugalpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unten mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Eine
Zentrifugalpumpe 1 der vorliegenden Erfindung umfaßt einen
Pumpenkörper 5,
in dem ein Flügelrad 21 rotiert,
ohne ein Gehäuse 20 zu
kontaktieren; und einen Steuermechanismus 6 für den Körper 5.
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Der
Pumpenkörper 5 umfaßt das Gehäuse 20 mit
einer Bluteinlaßöffnung 22 und
einer Blutauslaßöffnung 23;
einen Zentrifugalpumpenabschnitt 2, der ein Flügelrad 21 mit
einem ersten magnetischen Material 25 und einem zweiten
magnetischen Material 28 darin angeordnet aufweist, und
der in dem Gehäuse 20 rotiert,
um ein Fluid durch eine während seiner
Rotation erzeugte Zentrifugalkraft zu speisen (to feed); einen Flügeiraddrehmomenterzeugungsabschnitt 3,
der einen Rotor 31 mit einem Magnet 33 zur diesbezüglichen Anziehung
des ersten magnetischen Materials 25 des Flügelrads 21 und
einen Motor 34 aufweist, um den Rotor 31 zu drehen;
einen Flügelradpositionssteuerabschnitt 4 mit
einem Elektromagnet 41 (der Elektromagnet ist zur Anziehung des
zweiten magnetischen Materials 28 des Flügelrads 21)
zum Anziehen des Flügelrads 21 an
ihn, einen Positionssensor 42 (Positionssensor zum Erfassen
der Position des zweiten magnetischen Materials 28 des
Flügelrads 21)
zur Erfassung der Position des Flügelrads 21, und eine
Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung, die an einer inneren
Fläche
des Gehäuses 20 an
der Seite des Rotors 31 oder einer Fläche des Flügelrads 21 an der
Seite des Rotors 31 vorgesehen ist.
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Der
Steuermechanismus 6 hat einen Positionssensorausgabeaufzeichnungsteil
(eine Funktion zum Aufzeichnen der Ausgabe des Positionssensors) 56,
eine Funktion 57 zum Aufzeichnen eines Motorstroms oder
eines elektromagnetischen Stroms, und eine Fehlerfassungsfunktion.
Die Fehlerfassungsfunktion dient zur Bestimmung eines Fehlverhaltens
des Sensors 42 unter Verwendung der Funktion zur Aufzeichnung
der Positionssensorausgabe oder eines Fehlverhaltens des Elektromagnets 41 durch
Verwendung der Funktion zur Aufzeichnung des elektromagnetischen
Stroms.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wird es bevorzugt, daß der Steuermechanismus 6 die
Funktion 56 zum Aufzeichnen der Positionssensorausgabe,
die Funktion 57 zur Aufzeichnung des Stroms für den Elektromagneten,
die Funktion zum Aufzeichnen des Motorstroms, und die Fehlerfassungsfunktion
zur Bestimmung, ob der Sensor einen Fehler hat, indem die Funktion 56 zur
Aufzeichnung der Positionssensorausgabe verwendet wird, und ob der
Elektromagnet eine Fehlfunktion hat, in dem die Funktion 57 zur
Aufzeichnung des Stroms für
den Elektromagneten verwendet wird, aufweist.
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Die
Zentrifugalpumpe 1 hat eine Not-Flügelraddrehfunktion, die betätigt wird,
wenn die Fehlerfassungsfunktion erfaßt hat, daß der Sensor oder der Elektromagnet
eine Fehlfunktion hat, um das Flügelrad 21 unter
Nutzen der Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung ohne
wesentlichen Kontakt zwischen dem Flügelrad 21 und dem
Gehäuse 20 zu drehen.
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Die
Not-Flügelraddrehfunktion
umfaßt
eine Funktion zur Ausführung
einer magnetischen Rekopplung des Flügelrads, um den Elektromagnet 41 davon
abzuhalten, das Flügelrad 21 anzuziehen, wenn
die Fehlerfassungsfunktion die Fehlfunktion entdeckt und gradual
(z. B aufeinanderfolgend oder schrittweise) eine Motorgeschwindigkeit
verringert, um dadurch eine magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad 21 und
dem Rotor 31 auszuführen; eine
magnetische Rekopplungserfassungsfunktion zur Erfassung magnetischer
Rekopplung zwischen dem Flügelrad
und dem Rotor durch Verwendung eines von der Funktion zur Aufzeichnung
des Motorstroms aufgezeichneten Motorstroms; und ene Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion
durch Erhöhen der
Motorgeschwindigkeit bis zu einem vorbestimmten Wert (z. B., gradual,
nämlich
sukzessive oder schrittweise) nach dem Detektieren der magnetischen
Rekopplungserfassungsfunktion, daß die magnetische Rekopplung
zwischen dem Flügelrad
und dem Rotor erfolgt ist.
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Das
heißt,
wenn der Sensor oder der Elektromagnet eine Fehlfunktion zeigt,
hat die Zentrifugalpumpe 1 der vorliegenden Erfindung die
Wirkung, von der Nichtkontaktrotation des Flügelrads mittels der magnetischen
Lagerung zu der Nichtkontaktrotation des Flügelrads mittels der Rinne für die hydrodynamische
Lagerung zu wechseln, die einen Druck erzeugt.
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Bei
der mittels der Rinne für
die hydrodynamische Lagerung bewirkten Drehung des Flügelrads 21 ist
es nötig,
eine magnetische Anziehungskraft, die zwischen dem Flügelrad und
dem Rotor wirkt, mit dem durch die Rinne für die hydrodynamische Lagerung
erzeugten Druck auszubalancieren, der in eine Richtung entgegengesetzt
der Richtung der magnetischen Anziehungskraft wirkt. Für eine derartige
Vorgehensweise ist die magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad und
dem Rotor wesentlich. In dem Fall, in dem das Steuersystem der magnetischen
Lagerung Schwierigkeiten macht und daher das Flügelrad und der Rotor voneinander
magnetisch entkoppelt sind, erlaubt daher ein ledigliches Betreiben
der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung nicht den Wechsel von der
Drehung des Flügelrads
mittels magnetischer Lagerung zu dessen Drehung mittels der Rinne
zur hydrodynamisches Lagerung.
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Die
Beschreibung erfolgt für
eine Ausführungsform
der Zentrifugalpumpe eines Typs, bei dem die Funktion 56 zum
Aufzeichnen der Positionssensorausgabe und die Funktion 57 zum
Aufzeichnen des Stroms für
den Elektromagneten, wie in 1 gezeigt
und in der Lage sind, Klarheit darüber herzustellen, ob der Sensor
und/oder der Elektromagnet eine Fehlfunktion zeigen/zeigt.
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Wie
in den 2 bis 6 gezeigt ist, umfaßt der Körper 5 das
Gehäuse 20 mit
der Bluteinlaßöffnung 22 und
der Blutauslaßöffnung 23,
den Zentrifugalpumpenabschnitt 2 mit dem innerhalb des
Gehäuses
zum Speisen von Blut durch eine während seiner Rotation erzeugten
Zentrifugalkraft rotierenden Flügelrad 21,
den Abschnitt 3 zur Erzeugung des Flügelraddrehmomentes (magnetischer
Lagerungskonstruktionsabschnitt vom Nichtkontakt typ) für das Flügelrad 21,
und den Flügelradpositonssteuerabschnitt
(Abschnitt magnetischer Lagerungskonstruktion vom Kontakttyp) 4 für das Flügelrad 21 auf.
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Wie
in 4 gezeigt ist, dreht sich das Flügelrad 21 bei
normalem Betrieb ohne Kontaktieren der inneren Fläche des
Gehäuses 20,
wobei das Flügelrad 21 innerhalb
des Gehäuses 20 durch
den Betrieb des magnetischen Lagerungskonstruktionsabschnitt 3 vom
Nicht-Kontakttyp und dem des magnetischen Lagerungskonstruktionsabschnitt 4 vom
Kontakttyp in einer vorbestimmten Stellung gehalten wird.
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Das
Gehäuse 20 weist
die Bluteinlaßöffnung 22 und
die Blutauslaßöffnung 23 auf,
und ist aus einem nicht magnetischen Material gebildet. Das Gehäuse 20 bringt
eine Blutkammer 24 unter, die mit der Bluteinlaß- und Auslaßöffnung 22 bzw. 23 kommuniziert.
Das Gehäuse 20 hat
ebenfalls das Flügelrad 21 untergebracht.
Die Bluteinlaßöffnung 22 ragt
im wesentlichen vertikal von der Nähe der Mitte der oberen Fläche des
Gehäuses 20 vor.
Wie i den 3 und 5 gezeigt
ist, ragt die Blutauslaßöffnung 23 tangential
von einer Seitenfläche
des approximativ zylindrischen Gehäuses 20 vor.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist das scheibenförmige Flügelrad 21 mit
einem Durchgangsloch in dessen Mitte innerhalb der in dem Gehäuse 20 gebildeten
Blutkammer 24 untergebracht. Wie in 4 gezeigt
ist, umfaßt
das Flügelrad 21 ein
ringplattenförmiges
Teil (unteres Deckband) 27, das die untere Fläche davon
bildet, und ein ringplattenförmiges
Teil (oberes Deckband) 28, das die obere Fläche davon und
die Öffnung
in der Mitte davon bildet, und eine Mehrzahl von (z. B. sieben)
Flügel 18,
die zwischen dem unteren Deckband 27 und dem oberen Deckband 28 gebildet
sind. Eine Mehrzahl von (z. B. sieben) Blutpassagen 26,
die voneinander durch die benachbarten Flügel 18 getrennt sind,
ist zwischen dem unteren Deckband 27 und dem oberen Deckband 28 gebildet.
Wie in 5 gezeigt ist, kommuniziert jede der Blutpassagen 26 mit
der Zentrumsöffnung
des Flügelrads 21 und
erstreckt sich von der Zentrumsöffnung
des Flügelrads 21 zu
dessen Randbereich, wobei jede der Blutpassagen 26 hinsichtlich
ihrer Breite gradual größer wird.
Mit anderen Worten sind die Flügel 18 zwischen
den benachbarten Blutpassagen 26 gebildet. Bei der Ausführungsform
sind die Flügel 18 und
die Blutpassagen 26 in gleichwinkligen Abständen voneinander
beabstandet und haben im wesentlichen die gleiche Form.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl (von z. B. 24)
der ersten magnetischen Materialien 25 (z. B. Permanentmagnete,
Folgemagnete) in das Flügelrad 21 eingebettet.
In der Ausführungsform
sind die ersten magnetischen Materialien 25 in das untere Deckband 27 eingebettet.
Die eingebetteten ersten magnetischen Materialien 25 sind
derart vor gesehen, daß das
Flügelrad 21 in
Richtung zu der Seite angezogen wird, die der Seite entgegengesetzt
ist, an der die Bluteinlaßöffnung 22 angeordnet
ist (mit anderen Worten, zur Seite des Rotors 31), und
zwar mittels eines Permanentmagneten 33, der in dem Rotor 31 des
Abschnitts 3 zur Erzeugung des Drehmoments, der später beschrieben
wird, vorgesehen ist und derart, daß das Drehmoment von dem Drehmomenterzeugungsabschnitt 3 auf
das Flügelrad 21 übertragen
wird.
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Die
später
beschriebene magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad 21 und
dem Rotor 31 wird sichergestellt, indem eine Mehrzahl von
ersten magnetischen Materialien 25 in das Flügelrad 21 eingebettet
ist. Es wird bevorzugt, daß jedes
der ersten magnetischen Materialien 25 (der Permanentmagnete)
in einem horizontalen Querschnitt kreisförmig ist. Dagegen ist es auch
möglich,
einen ringförmigen
Magnet mit Multipolen (z. B., 24 Polen) zu verwenden. Mit anderen
Worten kann eine Mehrzahl von kleinen Magneten in der Form eines
Ringes in einer derartigen Weise angeordnet sein, daß positive
und negative Pole einander abwechseln.
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Das
Flügelrad 21 umfaßt weiter
das zweite magnetische Teil 28, welches selbst das obere
Deckband bildet oder welches innerhalb des oberen Deckbands vorgesehen
ist. Bei der Ausführungsform
ist das gesamte obere Deckband aus dem zweiten magnetischen Teil 28 aufgebaut.
Das zweite magnetische Teil 28 ist derart vorgesehen, daß der Elektromagnet 41 des
Flügelradpositionssteuerabschnitts 4, der
später
beschrieben wird, das Flügelrad 21 in Richtung
der Bluteinlaßöffnung 22 magnetisch
anzieht. Das zweite magnetische Teil 28 ist aus einem magnetischen
rostfreien Stahl hergestellt.
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Der
Flügelradpositionssteuerabschnitt 4 und der
Drehmomenterzeugungsabschnitt 3 bilden eine magnetische
Lagerung vom Nicht-Kontakttyp, die das Flügelrad 21 aus entgegengesetzten
Richtungen magnetisch anzieht. Dadurch wird das Flügelrad 21 sicher
in einer richtigen Stellung nicht in Kontakt mit der inneren Fläche des
Gehäuses 20 gehalten
und dreht sich innerhalb des Gehäuses 20 ohne
dessen innere Fläche
zu berühren.
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Wie
in 4 gezeigt ist, sind in dem Drehmomenterzeugungsabschnitt 3 der
in dem Gehäuse 20 untergebrachte
Rotor 31 und ein Motor 34 zur Drehung des Rotors 31 enthalten.
Der Rotor 31 hat eine Mehrzahl von Permanentmagneten 33 an
seiner Fläche
zur Seite des Zentrifugalpumpenabschnitts 2 angeordnet.
Die Mitte des Rotors 31 ist durch Befestigung an die Drehwelle
des Motors 34 gesichert. Eine Mehrzahl von Permanentmagneten 33 ist
gemäß dem Anordnungsmodus
(Anzahl und Lage) der Permanentmagneten 25 des Flügelrads 21 gleichwinklig
verteilt.
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Der
Abschnitt 3 zur Erzeugung des Flügelraddrehmoments ist nicht
auf die dargestellte Variante mit dem Rotor und Motor eingeschränkt. Zum
Beispiel kann eine Mehrzahl von Statorspulen als Abschnitt 3 zur
Flügelraddrehmomenterzeugung
verwendet werden, solange diese die Permanentmagnete 25 des
Flügelrads 21 an
sich anziehen können und
das Flügelrad 21 zur
Drehung antreiben können.
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Wie
in den 3 und 4 gezeigt ist, sind in dem Flügelradpositionssteuerabschnitt 4 eine Mehrzahl
der in dem Gehäuse 20 untergebrachten Elektromagneten 41 zur
Anziehung des zweiten magnetischen Teils 28 des Flügelrads 21 und
eine Mehrzahl von Positionssensoren 42 zur Erfassung der
Positionen der zweiten magnetischen Teile 28 des Flügelrads 21 enthalten.
Die (drei) Elektromagneten 41 und die drei Positionssensoren 42 sind
jeweils in gleichwinkligen Intervallen beabstandet. Die Elektromagneten 41 und
die Sensoren 42 sind ebenfalls in gleichwinkligen Intervallen
beabstandet. Jeder der Elekromagneten 41 besteht im wesentlichen
aus einem Kern und einer Spule. Drei Elektromagneten 41 sind
bei der Ausführungsform
angeordnet. Nicht weniger als drei Elektromagnete, z. B. vier Elektromagnete
können
vorgesehen sein. Durch Einstellen der elektromagnetischen Kräfte der
Elektromagneten 41 gemäß den Ergebnissen
der Erfassung der Positionssensoren 42 ist es möglich, die
auf das Flügelrad 21 in
einer Drehachsen (z-Achsen) Richtung und die Steuermomente um eine
x-Achse und eine y-Achse, die beide senkrecht zu der Drehachse (z-Achse)
stehen, auszubalancieren.
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Jeder
der Positionssenoren 42 erfaßt den Abstand der Lücke zwischen
dem Elektromagnet 41 und dem zweiten magnetischen Teil 28.
Eine Ausgabe des Positionssensors 42, die das Ergebnis
der Erfassung anzeigt, wird zu einem Steuerteil 51 des Steuermechanismus 6 zur
Steuerung eines elektrischen Stroms, mit dem Spule des Elektromagneten zu
beschicken ist (hiernach als elektromagnetischer Strom bezeichnet)
oder einer diesbezüglich
anzuwendenden Spannung, gesandt. Wenn eine radiale Kraft wie etwa
die Gravitation auf das Flügelrad 21 wirkt,
wird das Flügelrad 21 in
der Mitte des Gehäuses 20 gehalten,
und zwar aufgrund von Wiederherstellungskräften eines magnetischen Flusses
zwischen dem Permanentmagnet 25 des Flügelrads 21 und dem
Permanentmagnet 33 des Rotors 31 und wiederherstellenden
Kräften
des magnetischen Flusses zwischen dem Elektromagnet 41 und
dem zweiten magnetischen Teil 28.
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Wie
in 6 gezeigt ist, bringt das Gehäuse 20 in der Zentrifugalpumpe 1 der
Ausführungsform das
Flügelrad 21 unter
und weist die Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung auf,
die an einer inneren Fläche 20a des
Gehäuses 20 zur
Rotoranordnungsseite gebildet ist, und zwar der inneren Fläche 20a derjenigen
Flächen,
die die Blutkammer 24 bilden. Wenn der Betrieb der magnetischen
Lagerung endet (mit anderen Worten, wenn der Betrieb des Elektromagneten
endet), erlaubt eine hydrodynamische Lagerungswirkung, die zwischen
der Rinne 38 für
die hydrodynamische Lagerung und dem Flügelrad 21 durch Drehung
des Flügelrads 21 bei
einer Geschwindigkeit höher
als eine vorbestimmte Geschwindigkeit erzeugt wird, daß das Flügelrad 21 ohne
Kontaktieren der inneren Fläche
des Gehäuses 20 rotiert.
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Wie
in 6 gezeigt ist, hat die Rinne 38 zur hydrodynamischen
Lagerung eine Größe, die
derjenigen der Bodenfläche
des Flügelrads 21 entspricht (der
Fläche
einer Rotorseite). Bei der Zentrifugalpumpe 1 der Ausführungsform
erstreckt sich die Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung
spiralförmig (mit
anderen Worten, gekrümmt)
nach außen
zu der Nähe
des äußeren Randes
der inneren Fläche 20a, wobei
ein Ende der Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung auf
dem Umfang eines Kreises angeordnet ist, der von der Mitte der inneren
Fläche 20a des
Gehäuses 20 einen
kurzen Abstand nach außen
beabstandet ist, und wobei deren Breite nach außen gradual größer wird.
Eine Mehrzahl der Rinnen 38 zur hydrodynamischen Lagerung
weist im wesentlichen den gleichen Aufbau auf und ist in beinahe
gleichen Intervallen beabstandet. Jeder der Rinnen 38 zur
hydrodynamischen Lagerung ist konkav gebildet. Es wird bevorzugt,
daß deren
Tiefe in dem Bereich von 0.01 bis 0.2 mm liegt. Es wird ebenfalls
bevorzugt, daß die
Anzahl der Rinnen 38 zur hydrodynamischen Lagerung in dem
Bereich von 6 bis 36 liegt. Bei der Ausführungsform sind 12 Rinnen 38 zur
hydrodynamischen Lagerung in gleichwinkligen Intervallen um die
Mitte der Achse des Flügelrads 21 vorgesehen.
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Die
Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung kann an der Fläche des
Flügelrads 21 zur
Seite des Rotors 31 vorgesehen sein, anstelle davon, sie an
dem Gehäuse 20 anzuordnen.
Es wird bevorzugt, daß die
an der Fläche
des Flügelrads 21 zur
Seite des Rotors 31 angeordnete Rinne 38 zur hydrodynamischen
Lagerung den gleichen Aufbau wie den der Rinne 38 zur hydrodynamischen
Lagerung aufweist, die an der inneren Fläche des Gehäuses 20 angeordnet
ist.
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Die
Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung mit dem oben beschriebenen
Aufbau wird in Richtung des Abschnitts 3 zur Flügelraddrehmomenterzeugung
angezogen, wenn der Abschnitt 4 zur Steuerung der Flügelradposition
nicht betrieben wird. Aufgrund der zwischen der Rinne 38 zur
hydrodynamischen Lagerung und der Bodenfläche des Flügelrads 21 (oder zwischen
der Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung und der inneren
Fläche
des Gehäuses)
erzeugten hydrodynamischen Lagerungswirkung rotiert das Flügelrad 21 in
einer Lage, die einen kurzen Abstand von der inneren Fläche des
Gehäuses 20 beabstandet
ist, ohne dessen innere Fläche
zu berühren,
und stellt so einen Blutweg zwischen der unteren Fläche des
Flügelrads 21 und
der inneren Fläche
des Gehäuses 20 bereit.
Dadurch wird es möglich,
zu verhindern, daß Blut
zwischen diesen stehenbleibt und ein Thrombus aufgrund des Blutstillstands
dazwischen auftritt. Zusätzlich
zeigt die Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung eine Antreibwirkung
zwischen der unteren Fläche
des Flügelrads 21 und
der inneren Fläche
des Gehäuses 20 in
einem Normalzustand auf, und verhindert so, daß Blut teilweise dazwischen
stehenbleibt.
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Der
Steuermechanismus 6 wir unten mit Bezug auf 1 beschrieben.
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Der
Steuermechanismus 6 umfaßt einen Leistungsverstärker 52 für den magnetischen
Kopplungsmotor 34, einen Motorsteuerkreis 53,
einen Leistungsverstärker 54 für den Elektromagneten 41, den
elektromagnetischen Stromaufzeichnungsteil 57 zum Aufzeichnen
des elektrischen Stroms, mit dem der Elektromagnet 41 zu
beschicken ist, einen Sensorkreis 55 für den Sensor 42, den
Positionssensorausgabeaufzeichnungsteil 56 zum Aufzeichnen
der Ausgabe des Sensors 42, und den Steuerteil 51.
Der Steuerteil 51 weist die Funktion zum Aufzeichnen des Motorstroms
auf.
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Bei
der Ausführungsform
weist der Steuermechanismus 6 sowohl den elektromagnetischen Stromaufzeichnungsteil 57 als
auch den Positionssensorausgabeaufzeichnungsteil 56 auf.
Aber der Steuermechanismus 6 könnte den elektromagnetischen
Stromaufzeichnungsteil 57 oder den Positionssensorausgabeaufzeichnungsteil 56 aufweisen.
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Die
Zentrifugalpumpe 1 weist die Notflügelradrotationsfunktion auf,
die betätigt
wird, wenn die Fehlerfassungsfunktion erfaßt, daß der Sensor oder der Elektromagnet
eine Fehlfunktion hat und es dem Flügelrad 21 erlaubt,
durch Ausnutzen der Rinne 38 zur hydrodynamischen Lagerung
ohne Kontakt mit dem Gehäuse 20 zu
rotieren.
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Der
Steuerteil 51 hat die Fehlerfassungsfunktion, um unter
Verwendung einer Abgabe des elektromagnetischen Stromaufzeichnungsteils
oder desjenigen des Sensorausgabeaufzeichnungsteils zu bestimmen,
ob der Sensor eine Fehlfunktion hat; die Flügelradrekopplungsausführungsfunktion,
um den Elektromagnet 41 davon abzuhalten, das Flügelrad 21 an
sich anzuziehen und zum graduellen Verringern (z. B., aufeinanderfolgend
oder schrittweise) der Motorgeschwindigkeit, wenn die Fehlerfassungsfunktion
die Fehlfunktion erfaßt,
um dadurch die magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad 21 und dem
Rotor 31 auszuführen;
die magnetische Rekopplungserfassungsfunktion der Erfassung der magnetischen
Rekopplung des Flügelrads 21 unter
Verwendung eines von der Motorstromaufzeichnungsfunktion aufgezeichneten
Motorstroms; und die Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion durch graduelle
(z. B., aufeinanderfolgend oder schrittweise) Erhöhung der
Motorgeschwindigkeit auf einen vorbestimmten Wert nach dem Erfassen
der magnetischen Rekopplung des Flügelrads an den Rotor seitens
der magnetischen Rekopplungserfassungsfunktion.
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Der
Steuermechanismus 6 der Zentrifugalpumpe der Ausführungsform
hat die Positionssensorabgabeaufzeichnungsfunktion und die elektromagnetische
Stromaufzeichnungsfunktion. Wenn der Steuermechanismus 6 erfaßt, daß eine Ausgabe
des Positionssensors (mehrere Systeme sind vorgesehen) oder des
elektromagnetischen Stroms (mehrere Systeme sind vorgesehen) von
einem normalen Bereich abweicht, was verursacht, daß die Steuerung der
magnetischen Lagerung aufgrund der magnetischen Entkopplung zwischen
dem Flügelrad
und dem Rotor nicht mehr durchgeführt werden kann, hält der Steuermechanismus 6 den
Elektromagneten 41 davon ab, das Flügelrad 21 an sich
anzuziehen und verändert
die Motorgeschwindigkeit, um eine magnetische Rekopplung zwischen
dem Flügelrad
und dem Rotor durchzuführen.
Dann bringt der Steuermechanismus 6 die Motorgeschwindigkeit
auf ihre ursprüngliche
Geschwindigkeit, nachdem der Steuermechanismus 6 erfaßt hat,
daß die
magnetische Rekopplung zwischen diesen erreicht worden ist, um die kontaktfreie
Drehung des Flügelrads
aufgrund der magnetischen Lagerung auf dessen kontaktfreie Drehung
mittels der Rinne 31 zur hydrodynamischen Lagerung zu verlagern.
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Wenn
das Sensorsystem der magnetischen Lagerung aufgrund einer Zerstörung von
Vorrichtungen oder einer Trennung von Kabeln Schwierigkeiten hat,
weicht die Abgabe des Sensors von derem normalen Bereich ab. Wenn
zum Beispiel ein Reluktanzsensor eine Unterbrechung aufweist, weicht
dessen Ausgabe von ihrem normalen Bereich ab.
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Daher
hat die Zentrifugalpumpe der Ausführungsform einen Sensorkreis
mit einer Funktion der Erzeugung eines vorbestimmten Ausgabewerts,
der das Normalniveau übersteigt,
wenn das Sensorsystem eine Unterbrechung aufweist. Insbesondere
in dem Fall, bei dem der normale Bereich der Ausgabe des Sensorkreises
in dem Bereich von –1
bis +1 M als Ausgabe des Sensors ist, ist die Ausgabe des Sensorkreises
+ 2.5 M (vorbestimmter Wert), wenn das Sensorsystem eine Unterbrechung
hat. Daher ist die Fehlerfassungsfunktion in der Lage, in einfacher und
sicherer Weise zu bestimmen, daß der
Sensor eine Fehlfunktion (Unterbrechung) hat, wenn ein Ausgabewert
des Sensors, von der Sen sorausgabeaufzeichnungsfunktion aufgezeichnet,
gleich dem vorbestimmten Ausgabewert zu der Zeit ist, wenn das Sensorsystem
eine Unterbrechung hat.
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Ähnlich zu
dem Sensorsystem weicht der auf das elektromagnetische Stromsystem
aufzubringende elektrische Strom von seinem normalen Rahmen ab,
wenn das elektromagnetische Stromsystem aufgrund der Zerstörung von
Vorrichtungen oder Unterbrechung von Kabeln Schwierigkeiten hat.
Daher weist die Zentrifugalpumpe der Ausführungsform einen Kreis für den Elektromagneten
auf. Der in der Ausführungsform
verwendete elektromagnetische Kreis ist von einem Typ, der nicht
betrieben wird, wenn der Elektromagnet eine Unterbrechung hat. Genauer
gesagt ist der Normalbereich des elektrischen Stroms, mit dem elektromagnetische
Kreislauf beschickt wird, in dem Bereich von 1 bis 2 [A]. Wenn der
elektromagnetische Kreis eine Unterbrechung aufweist, wird er mit
einem elektrischen Strom von 0 [A] beschickt. Demgemäß ist die
Fehlerfassungfunktion in der Lage, in einfacher und sicherer Weise
zu bestimmen, daß der
Elektromagnet eine Fehlfunktion (Unterbrechung) aufweist, wenn die
Funktion zum Aufzeichnen des elektromagnetischen Stroms aufzeichnet,
daß kein
elektrischer Strom auf den elektromagnetischen Kreis aufgebracht
wird.
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Die
Zentrifugalpumpe der Ausführungsform weist
eine Mehrzahl von Elektromagneten auf. Die Elektromagnetaufzeichnungsfunktion
zeichnet die Ausgabe eines jeden der Elektromagneten auf. Wenn irgendeiner
der Elektromagneten eine Fehlfunktion aufweist, bestimmt die Fehlerfassungfunktion,
daß der
Elektromagnet eine Fehlfunktion aufweist. In ähnlicher Weise weist die Zentrifugalpumpe der
Ausführungsform
eine Mehrzahl von Positionssensoren auf. Die Sensorausgabeaufzeichnungsfunktion
zeichnet die Ausgabe eines jeden der Positionssensoren auf. Wenn
irgendeiner der Positionssensoren eine Fehlfunktion aufweist, bestimmt
die Fehlerfassungsfunktion, daß der
Positionssensor eine Fehlfunktion aufweist.
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Die
aus der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung aufgebaute dynamische
Drucklagerung ist ein System zur Aufrechterhaltung des Nicht-Kontaktes
zwischen dem Flügelrad 21 und
dem Gehäuse 20 mittels
des von der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung erzeugten Drucks.
Um den Druck zu erzeugen, ist es erforderlich, daß das Flügelrad 21 sich
mit mehr als einer gewissen Geschwindigkeit dreht. Um dies zu erreichen,
sollte die magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad und dem Rotor normal
sein. Wenn ein Fehler in dem Steuersystem der magnetischen Lagerung
aufgetreten ist, wird die magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad und
dem Rotor außernormal.
Es ist folglich notwendig, das Flügelrad und den Rotor magnetisch
miteinander zurückzukoppeln
(zu rekoppeln). Bei der Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung
ist das Flügelrad in
der Lage, mittels der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung eine stabile
Nicht-Kontaktrotation zu vollbringen, wenn Flügelradgeschwindigkeit (die
Rotorgeschwindigkeit) in dem Bereich von 1000 bis 3000 U/min liegt.
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Die
Flügelradrekopplungsausführungsfunktion,
die nach einem detektierten Fehler betrieben wird, wird unten beschrieben.
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Bei
der Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung wird die Anziehung
des Flügelrads 21 zu dem
Elektromagneten 41 gestoppt, wenn die Fehlerfassungsfunktion
eine Fehlfunktion detektiert. Folglich wird das Flügelrad 21 in
Richtung des Rotors 31 angezogen und nähert sich der inneren Fläche des Gehäuses 20.
Dann wird die magnetische Kopplung zwischen dem Rotor 31 und
dem Flügelrad 21 in
dem Zustand ausgeführt,
in dem die magnetische Kopplung zwischen dem Magnet des Rotors 31 und
dem magnetischen Material des Flügelrads 21 einfach durch
eine graduale Verringerung der Motorgeschwindigkeit (z. B. etwa
sukzessive oder schrittweise) erreichbar.
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Es
wird bevorzugt, daß die
Flügelradrekopplungsausführungsfunktion
einen ersten Geschwindigkeitsverringerungsschritt einer sukzessiven
Verringerung der Motorgeschwindigkeit auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit
bei einem ersten Verringerungsverhältnis aufweist; und einen zweiten Geschwindigkeitsverringerungsschritt
von sukzessiver Verringerung der Motorgeschwindigkeit bei einem
zweiten Verringerungsverhältnis
aufweist, das geringer als das erste Verringerungsverhältnis ist, wenn
die magnetische Rekopplung des Flügelrads an den Rotor nicht
bei dem ersten Geschwindigkeitsverringerungsschritt detektiert wird.
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Unter
Verwendung eines aufgezeichneten Motorstroms durch die Motorstromaufzeichnungsfunktion
detektiert die flügelradmagnetische
Rekopplungserfassungsfunktion, daß die magnetische Rekopplung
zwischen dem Flügelrad 21 und
dem Rotor 31 vollbracht worden ist. Genauer gesagt, wenn
die magnetische Rekopplung zwischen dem Flügelrad 21 und dem
Rotor 31 erreicht ist, steigt die Motorlast. Folglich steigt
der Motorstrom, welches die Erfassung der magnetischen Rekopplung
zwischen ihnen erlaubt. Genauer gesagt bestimmt die Rekopplungserfassungsfunktion,
daß die
magnetische Rekopplung zwischen ihnen hergestellt worden ist, wenn
ein Motorstromwert bei einer vorbestimmten Motorgeschwindigkeit
höher als
ein vorbestimmter Motorstromwert ist. In diesem Fall speichert der
Steuerteil 51 den vorbestimmten Motorstromwert bei der
vorbestimmten Motorgeschwindigkeit. Auf diese Weise bestimmt der
Steuerteil 51, daß die
magnetische Rekopplung zwischen ihnen vollbracht worden ist. Der Steuerteil 51 kann
einen vorbestimmten Motorstromwert für jeden einer Mehrzahl von
vorbestimmten Motorgeschwindigkeiten speichern. Dadurch kann der Steuerteil 51 bestimmen,
daß die
magnetische Rekopplung zwischen ihnen hergestellt worden ist, wenn
ein Motorstromwert bei jeweils der vorbestimmten Motorgeschwindigkeiten
höher als
der gespeicherte vorbestimmte Motorstromwert bei der jeweiligen
vorbestimmten Motorgeschwindigkeit ist. Es ist bevorzugt, daß der Steuerteil 51 einen
Beziehungsausdruck zwischen der Motorgeschwindigkeit und dem Motorstromwert
speichert und der Steuerteil 51 bestimmen kann, daß die magnetische
Rekopplung hergestellt worden ist, wenn der Beziehungsausdruck erfüllt ist.
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Die
Zentrifugalpumpe der vorliegenden Erfindung weist die Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion
auf. Diese Funktion wird betrieben, nachdem die magnetische Rekopplung
zwischen dem Flügelrad 21 und
dem Rotor 31 detektiert ist. Diese Funktion erhöht die Motorgeschwindigkeit
bis auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit (wenigstens der Motorgeschwindigkeit,
bei der eine im wesentlichen Nicht-Kontaktrotation des Flügelrads
durch die Rinne zur hydrodynamischen Lagerung erlaubt ist). Es ist bevorzugt,
daß die
Zentrifugalpumpe (mit anderen Worten, der Steuermechanismus) eine
Funktion zur Speicherung der Geschwindigkeit zu der Zeit, wenn die
Fehlerfassungsfunktion eine Fehlfunktion erfaßt oder zu einer Zeit in der
zeitlichen Nähe
der Zeit, wenn die Fehlerfassungsfunktion die Fehlfunktion detektiert,
aufweist. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion
die Motorgeschwindigkeit zu der von der Motorgeschwindigkeitsspeicherfunktion
gespeicherten Geschwindigkeit erhöht.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß,
wenn die Fehlerfassungsfunktion detektiert, daß der Sensor 42 oder
der Elektromagnet 41 eine Fehlfunktion hat, die Notflügelraddrehfunktion
der Zentrifugalpumpe dem Rotor 31 erlaubt zu drehen, mit
dem Flügelrad 21 in Kontakt
mit der Fläche
des Gehäuses 20,
die der zur Rotorseite angeordneten entgegengesetzt ist, durch Anziehung
des Flügelrads 21 zu
dem Elektromagneten 41 in einem höheren Ausmaße als bei einer willkürlichen
Zeit. Diese Funktion löst
den Zustand, indem das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist, und erlaubt den Wechsel für die Drehung des Flügelrads 21,
die durch Ausnutzen der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung hergestellt
wird.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß die
Zentrifugalpumpe (mit anderen Worten, der Steuermechanismus) eine
Entkopplungsbestimmungsfunktion aufweist, die betrieben wird, während sich
der Motor dreht, wobei die Motorgeschwindigkeit von der Motorgeschwin digkeitssteuerfunktion
gesteuert wird, wenn das Flügelrad
mittels der dynamischen Drucklagerung angehoben ist, nachdem die
magnetische Rekopplung des Flügelrads
zu dem Rotor vollbracht ist. Die Entkopplungsbestimmungsfunktion
ist in der Lage zu bestimmen, daß das Flügelrad und der Rotor magnetisch
voneinander entkoppelt sind, wenn die Motorgeschwindigkeit höher als
der vorbestimmte Wert während
einer vorbestimmten Zeitperiode ist, und der Motorstromwert kleiner
als der vorbestimmte Motorstromwert ist. Genauer gesagt speichert
die Entkopplungsbestimmungsfunktion einen vorbestimmten Motorstromwert
(z. B., 0.12A) bei einer vorbestimmten Motorgeschwindigkeit (z.
B., 1000 U/min. Wenn eine tatsächliche
Motorgeschwindigkeit größer als
die vorbestimmte Motorgeschwindigkeit ist, und ein tatsächlicher
Motorstromwert kleiner als der gespeicherte vorbestimmte Motorstromwert
ist, bestimmt die Entkopplungsbestimmungsfunktion, daß das Flügelrad und
der Rotor voneinander magnetisch entkoppelt worden sind.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß die
Zentrifugalpumpe eine Funktion zum Stoppen der Drehung des Motors,
wenn die Entkopplungsbestimmungsfunktion detektiert, daß das Flügelrad und
der Rotor voneinander entkoppelt sind, aufweist.
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Es
ist ebenfalls bevorzugt, daß die
Zentrifugalpumpe eine zweite Notflügelraddrehfunktion aufweist,
die in dem Fall betrieben wird, wenn die magnetische Rekopplung
des Flügelrads
zu dem Rotor nicht durch eine Flügelradrekopplungsausfunktion vollbracht
wird, oder wenn das Flügelrad
und der Rotor voneinander entkoppelt sind, nachdem diese miteinander
rekoppelt wurden.
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Die
zweite Notflügelraddrehfunktion
umfaßt eine
zweite Flügelradrekopplungsausführungsfunktion
des Drehens des Rotors 31, wobei das Flügelrad 21 in Kontakt
mit der Fläche
des Gehäuses 20 ist,
die der Seite der Rotoranordnung entgegengesetzt ist, und zwar durch
die Anziehung des Flügelrads 21 zu dem
Elektromagnet 41 in einem höheren Ausmaß, des Abhaltens des Elektromagneten 41 vom
Anziehen des Flügelrads 21,
und des gradual (aufeinanderfolgend oder schrittweise) Verringerns
der Motorgeschwindigkeit, um dadurch die magnetische Kopplung zwischen
dem Flügelrad 21 und
dem Rotor 31 auszuführen.
Zusätzlich
umfaßt
die zweite Notflügelraddrehfunktion
die Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion durch Erhöhung der
Motorgeschwindigkeit bis zu einem vorbestimmten Wert (bevorzugt
gradual) nachdem die magnetische Rekopplungserfassungsfunktion detektiert,
daß die
magnetische Rekopplung zwischen dem Flügelrad 21 und dem
Rotor 31 vollbracht worden ist. Es ist bevorzugt, daß die zweite
Flügelradrekopplungsausführungsfunktion
die gleiche wie die Flügelradrekopplungsausführungsfunktion
ist, die zuvor beschrieben worden ist. Es wird ebenfalls bevorzugt,
daß die
Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion die gleiche ist, wie die zuvor
beschriebene.
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Der
Betrieb der Zentrifugalpumpe der vorliegen Erfindung wird nun unten
mit Bezug auf das in 7 gezeigte Zeitdiagramm und
die in den 8 und 9 gezeigten
Flußdiagramme
beschrieben.
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Eine
magnetische Lagerpumpe rotiert mit nicht weniger als 1200 U/min,
insbesondere als 1450 U/min. Wenn das Steuersystem der magnetischen Lagerung
eine Schwierigkeit hat (Fehlfunktion der magnetischen Lagerung),
wie in dem Flußdiagramm von 8 gezeigt
ist, d. h., wenn der Steuerteil 51 bestimmt, daß der Sensor
oder der Elektromagnet eine Unterbrechung aufweist, startet ein
Notdrehsteuermodus seinen Betrieb. Die Motorgeschwindigkeit wird
bei einem vorbestimmten Verringerungsverhältnis verringert (erstes Verringerungsverhältnis: in dem
Bereich von 50 bis 400 U/min/s, 217 U/min/s in der Ausführungsform).
Dieser Zustand ist ein Schritt zur Ausführung der magnetischen Rekopplung
des Flügelrads.
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Wenn
ein Motorstromwert nicht kleiner als der vorbestimmte Wert ist,
wenn die Motorgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert erreicht
hat, d. h., wenn der Motorstromwert nicht kleiner als 0.12 A bei 1000
U/min ist, bestimmt der Steuerteil 51, daß die magnetische
Rekopplung des Flügelrads
an den Rotor erreicht worden ist.
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Wenn
der Steuerteil 51 bestimmt, daß die magnetische Rekopplung
des Flügelrads
an den Rotor erreicht worden ist, wie in 8 gezeigt
ist, wird die Motorgeschwindigkeit bei einem vorbestimmen Erhöhungsverhältnis (erstes
Erhöhungsverhältnis) erhöht, z. B.
in dem Bereich von 50 bis 400 U/min/s, insbesondere 217 U/min/s.
Danach bestimmt der Steuerteil 51 bei einem Schritt der
Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit, ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit
höher als
der vorbestimmte Wert (erster vorbestimmter Wert) ist und der Motorstromwert
geringer als der vorbestimmte Wert ist, für einen vorbestimmten Zeitraum
fortgesetzt worden ist. Genauer gesagt bestimmt der Steuerteil 51,
ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit nicht kleiner als
1300 U/min und der Motorstromwert kleiner als 0.2 A ist, für einige
Sekunden (z. B. nicht weniger als vier Sekunden) fortlaufend war.
Das heißt,
in dem Fall, in dem die Motorgeschwindigkeit die gespeicherte Motorgeschwindigkeit
erreicht hat, entsprechend dem Zeitpunkt der Fehlerfassung ohne
Erfassen eines derartigen Zustands bei einem Rekopplungslösebestimmungsschritt,
wird die Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit gestoppt, und die Motorgeschwindigkeit
wird bei beibehalten. Dadurch wird der Wechsel zu der Nicht-Kontaktdrehung
mittels der dynamischen Drucklagerung vervollständigt. Das Zeitdiagramm von 7 zeigt
den Fall, bei dem die magnetische Rekopplung bei 1000 U/min aufgetreten ist,
wie mit einer unterbrochenen Linie gezeigt.
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Wenn
bei dem Rekopplungslösebestimmungsschritt
bestimmt wird, daß die
magnetische Rekopplung gelöst
worden ist, wie in 8 gezeigt, wird die Drehung
des Motors gestoppt. In dem Fall, in dem die Zentrifugalpumpe einen
Notdrehsteuermodus 2 aufweist, geht der Steuerteil 51 auf
diesen.
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Wenn
in der Zentrifugalpumpe der Ausführungsform
bei dem Schritt zur Ausführung
der magnetischen Rekopplung des Flügelrads die magnetische Rekopplungsbedingung
nicht erfüllt
ist, wenn die Motorgeschwindigkeit bei dem ersten Verringerungsverhältnis verringert
wird, geht der Steuerteil 51 zu Schritt [1] von 9,
bei dem ein Betrieb zur Verringerung der Motorgeschwindigkeit bei
dem ersten Verringerungsverhältnis
fortgeführt
wird, bis die Motorgeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert (zweiten
vorbestimmten Wert) erreicht, z. B. 500 bis 1000 U/min, insbesondere
weniger als 640 U/min. Wenn detektiert wird, daß die Motorgeschwindigkeit
kleiner als der zweite vorbestimmte Wert ist, wird die Verringerung
der Motorgeschwindigkeit fortgefahren, indem das Verringerungsverhältnis der
Motorgeschwindigkeit auf ein zweites Verringerungsverhältnis geändert wird,
das geringer als das erste Verringerungsverhältnis ist. Bei der Ausführungsform
ist das zweite Verringerungsverhältnis
vorteilhaft in dem Bereich von 5 bis 100 U/min/s, insbesondere 13.6 U/min/s.
Dieser Zustand ist der Ausführungsschritt der
magnetischen Rekopplung des Flügelrads.
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Wenn
bei dem Flügelrad
magnetische Rekopplungsausführungsschritt,
der bei dem zweiten Verringerungsverhältnis auszuführen ist,
detektiert wird, daß der
Motorstromwert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, bestimmt
der Steuerteil 51, daß die
magnetische Rekopplung des Flügelrads
an den Rotor erreicht worden ist. Wenn z. B. detektiert wird, daß der Motorstromwert
in den Bereich von 0.12 bis 2.72 A fällt, bestimmt der Steuerteil 51,
daß die
magnetische Rekopplung erreicht worden ist.
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Wenn
der Steuerteil 51 bestimmt, daß die magnetische Rekopplung
des Flügelrads
erreicht worden ist, wie in 9 gezeigt
ist, wird die Motorgeschwindigkeit bei einem vorbestimmten Erhöhungsverhältnis (zweites
Erhöhungsverhältnis, kleiner
als das erste Erhöhungsverhältnis) erhöht, z. B.
in dem Bereich von 5 bis 100 U/min/s, insbesondere 27.2 U/min/s.
Danach bestimmt der Steuerteil 51 bei einem Schritt der
Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit, ob der Zustand, bei dem die Motorgeschwindigkeit höher als
der vorbestimmte Wert (erster vorbestimmter Wert) und der Motorstromwert
kleiner als der vorbestimmte Wert ist, für einen Zeitraum fortlaufend war.
Genauer gesagt bestimmt der Steuerteil 51, ob der Zustand,
bei dem die Motorgeschwindigkeit nicht kleiner als 1300 U/min und
der Motorstromwert kleiner als 0.2 A ist für einige Sekunden (z. B., nicht
weniger als vier Sekunden) fortlaufend war. Das heißt, in dem
Fall, bei dem die Motorgeschwindigkeit die gespeicherte Motorgeschwindigkeit
erreicht hat, entsprechend der Fehlerfassungszeit ohne Erfassen
eines derartigen Zustands bei einem Rekopplungslösebestimmungsschritt, wird
die Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit gestoppt, und die Motorgeschwindigkeit
wird aufrechterhalten. Dieser Fall entspricht dem Fall, der in dem
Zeitdiagramm von 7 mit der durchgezogenen Linie
gezeigt ist.
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Bei
dem flügelradmagnetischen
Ausführungsschritt,
der bei dem zweiten Verringerungsverhältnis auszuführen ist,
bestimmt der Steuerteil 51, ob der Zustand, in dem die
Motorgeschwindigkeit kleiner als der vorbestimmte Wert (zweiter
vorbestimmter Wert) und der Motorstromwert höher als ein vorbestimmter Wert
(zweiter vorbestimmter Wert) ist, für einen vorbestimmten Zeitraum
fortlaufend war. Genauer gesagt bestimmt der Steuerteil 51,
ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit kleiner als 640
U/min und der Motorstromwert höher
als 2.72 A ist, für
einige Sekunden (z. B., nicht weniger als vier Sekunden) fortlaufend
war. Das heißt,
es wird bestimmt, ob das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses
zur Rotorseite ist. Mit dem Verringern der Motorgeschwindigkeit
wird fortgefahren, bis der Zustand erfaßt ist, in dem das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses an
der Rotorseite ist. Wenn bestimmt wird, daß das Flügelrad 21 in Kontakt
mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist und daß die
Rekopplung gelöst
worden ist, wird die Drehung des Motors gestoppt, wie in 9 gezeigt
ist, In dem Fall, in dem die Zentrifugalpumpe den Notdrehsteuermodus 2 besitzt,
geht der Steuerteil 51 auf diesen.
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Nun
wird unten der in 10 gezeigte Notdrehsteuermodus 2 unten
beschrieben.
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Wenn
der Steuerteil 51 in den Notdrehsteuermodus 2 geht,
wie in 10 gezeigt ist, wird der elektromagnetische
Stromwert erhöht,
um das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses 20 an
der Elektromagnetseite zu bringen. Mit anderen Worten wird ein Schritt
ausgeführt,
um das Flügelrad 21 erzwungen
in Kontakt mit dem Gehäuse an
der Seite des Elektromagnets 41 zu bringen. Wenn irgendeiner
der Elektromagneten eine Fehlfunktion zeigt, kann ein derartiger
Zustand erzeugt werden, in dem die verbleibenden Elektromagneten verwendet
werden. Bei diesem Zustand dreht sich der Motor bei einem vorbestimmten
Motorgeschwindigkeit, z. B. in dem Bereich von 400 bis 800 U/min, insbesondere
640 U/min. Mit anderen Worten wird ein Schritt des Drehens des Motors ausgeführt, wobei
das Flügelrad
erzwungenerweise in Kontakt mit dem Gehäuse an der Seite des Elektromagneten
gebracht wird.
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Danach
wird der Betrieb des Elektromagneten gestoppt. Dann wird die Motorgeschwindigkeit bei
einem vorbestimmten Verringerungsverhältnis (drittes Verringerungsverhältnis, kleiner
als das erste Verringerungsverhältnis,
z. B. in dem Bereich von 5 bis 100 U/min/s, insbesondere 13.6 U/min/s)
verringert. Dieser Zustand ist ein Schritt zur Ausführung der
magnetischen Rekopplung des Flügelrads
in dem Modus 2.
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Wenn
bei dem flügelradmagnetischen
Ausführungsschritt,
der bei dem dritten Verringerungsverhältnis auszuführen ist,
detektiert wird, daß der Motorstromwert
in einen vorbestimmten Bereich fällt, bestimmt
der Steuerteil 51, daß die
magnetische Rekopplung des Flügelrads
an den Rotor erreicht worden ist. Wenn z.B. detektiert wird, daß der Motorstrom
in den Bereich von 0.12 bis 2.72 A fällt, bestimmt der Steuerteil 51,
daß die
magnetische Rekopplung des Flügelrads
erreicht worden ist.
-
Wenn
der Steuerteil 51 bestimmt, daß die magnetische Rekopplung
des Flügelrads
erreicht worden ist, wie in 10 gezeigt
ist, wird die Motorgeschwindigkeit bei einem vorbestimmten Erhöhungsverhältnis (zweites
Erhöhungsverhältnis, kleiner
als das erste Erhöhungsverhältnis) erhöht, z. B. in
dem Bereich von 5 bis 100 U/min/s, insbesondere 27.2 U/min/s. Danach
bestimmt der Steuerteil 51 bei einem Schritt der Erhöhung der
Motorgeschwindigkeit, ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit
höher als
ein vorbestimmter Wert (erster vorbestimmter Wert) und der Motorstromwert
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, für einen vorbestimmten Zeitraum
fortlaufend war. Genauer gesagt, bestimmt der Steuerteil 51,
ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit nicht kleiner als
1300 U/min und der Motorstromwert kleiner als 0.2 A ist, für einige
Sekunden (z. B., nicht weniger als vier Sekunden) fortlaufend war.
Das heißt,
in dem Fall, in dem die Motorgeschwindigkeit eine gespeicherte Motorgeschwindigkeit
erreicht hat, entsprechend einer Fehlerfassungszeit ohne Erfassen
eines derartigen Zustands bei einem Rekopplungslösebestimmungsschritt, wird
die Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit gestoppt, und die Motorgechwindigkeit wird
beibehalten.
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Bei
dem flügelradmagnetische
Rekopplungsführungsschritt,
der bei dem dritten Verringerungsverhältnis auszuführen ist,
bestimmt der Steuerteil 51, ob der Zustand, in dem die
Motorgeschwindigkeit nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert (zweiter
vorbestimmter Wert) und der Motorstrom nicht größer als ein vorbestimmer Wert
(zweiter vorbestimmter Wert) ist, für einen vorbestimmten Zeitraum fortlaufend
war. Genauer gesagt bestimmt der Steuerteil 51, ob der
Zustand, bei dem die Motorgeschwindigkeit kleiner als 640 U/min
und der Motorstromwert größer als
2.72 A ist, für
einige Sekunden (z. B., nicht weniger als vier Sekunden) fortlaufend war.
Das heißt,
es wird bestimmt, ob das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist. Die Verringerung der Motorgeschwindigkeit
wird fortgefahren, bis der Zustand erfaßt wird, in dem das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist. Wenn bestimmt wird, daß das Flügelrad 21 in Kontakt mit
der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist, und daß die
Rekopplung gelöst
worden ist, wird die Drehung des Motors gestoppt, wie in 10 gezeigt
ist. Dann wird der Modus 2 von dem ersten Schritt an ausgeführt. Das
heißt,
bei dem flügelradmagnetischen
Rekopplungsausführungsschritt
wird der oben beschriebene Betrieb wiederholt ausgeführt, bis
die Drehung des Flügelrads
durch die Unterstützung
der dynamischen Drucklagerung erreicht worden ist.
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Die
Notflügelraddrehfunktion
der Zentrifugalpumpe kann wie in 11 gezeigt
durchgeführt
werden.
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Eine
Pumpe magnetischer Lagerung dreht sich nicht weniger als mit 1200
U/min und insbesondere 1450 U/min. Wenn das Steuersystem der magnetischen
Lagerung eine Schwierigkeit hat (Fehlfunktion der magnetischen Lagerung),
wie in dem Flußdiagramm
von 11 gezeigt ist, das heißt, wenn der Steuerteil 51 bestimmt,
daß der
Sensor oder der Elektromagnet eine Unterbrechung aufweist, beginnt ein
Notdrehsteuermodus zu arbeiten. Das Steuerteil 51 speichert
die Motorgeschwindigkeit zu der Zeit, wenn bestimmt wird, daß der Sensor
oder der Elektromagnet eine Unterbrechung hat.
-
Dann
wird, wie in 11 gezeigt ist, der elektromagnetische
Stromwert erhöht,
um das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses 20 an
der Seite des Elektromagneten 41 zu bringen. Mit anderen
Worten wird ein Schritt ausgeführt,
um das Flügelrad
erzwungenerweise in Kontakt mit dem Gehäuse an der Seite des Elektromagneten 41 zu
bringen. Wenn irgendeiner der Elektromagneten eine Fehlfunktion
hat, kann ein derartiger Zustand erzeugt werden, in dem die verbleibenden
Elektromagneten verwendet werden. In diesem Zustand wird der Motor
bei einer vorbestimmten Motorgeschwindigkeit gedreht, z. B. in dem
Bereich von 400 bis 800 U/min, insbesondere 640 U/min. Mit anderen Worten
wird ein Schritt der Drehung des Motors ausgeführt, wobei das Flügelrad erzwungenerweise
in Kontakt mit dem Gehäuse 20 an
der Seite des Elektromagneten gebracht ist.
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Danach
wird der Betrieb des Elektromagneten gestoppt. Dann wird die Motorgeschwindigkeit bei
einem vorbestimmten Verringerungsverhältnis (z.B., in dem Bereich
von 5 bis 100 U/min/s, insbesondere 13.6 U/min/s verringert. Dieser
Zustand ist ein Ausführungsschritt
zur magnetischen Rekopplung des Flügelrads.
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Wenn
bei dem flügelradmagnetischen
Rekopplungsausführungsschritt
detektiert wird, daß der Motorstromwert
in eine vorbestimmten Bereich fällt, bestimmt
der Steuerteil 51, daß die
magnetische Rekopplung des Flügelrads
erreicht worden ist. Zum Beispiel, wenn detektiert wird, daß der Motorstromwert
in dem Bereich von 0.12 bis 2.72 A fällt, bestimmt der Steuerteil 51,
daß die
magnetische Rekopplung des Flügelrads
erreicht worden ist.
-
Wenn
der Steuerteil 51 bestimmt, daß die magnetische Rekopplung
des Flügelrads
erreicht worden ist, wie in 11 gezeigt
ist, wird die Motorgeschwindigkeit bei einem vorbestimmten Erhöhungsverhältnis, z.
B. in dem Bereich von 5 bis 100 U/min/s, insbesondere 27.2 U/min/s
erhöht.
Danach bestimmt der Steuerteil 51 bei einem Schritt der
Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit, ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit
höher als
ein vorbestimmter Wert (erster vorbestimmter Wert) und der Motorstromwert
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, für einen vorbestimmten Zeitraum
fortlaufend war. Genauer gesagt bestimmt der Steuerteil 51,
ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit nicht kleiner als
1300 U/min und der Motorstromwert kleiner als 0.2 A ist, für einige
Sekunden (z.B., nicht weniger als vier Sekunden) fortlaufend war.
Das heißt,
in dem Fall, wo die Motorgeschwindigkeit die gespeicherte Motorgeschwindigkeit
erreicht, entsprechend der Fehlererfassungszeit ohne Detektieren
eines derartigen Zustands bei einem Rekopplungslösebestimmungsschritt, wird
die Erhöhung
der Motorgeschwindigkeit gestoppt, und die Motorgeschwindigkeit
wird beibehalten.
-
Bei
dem flügelradmagnetischen
Rekopplungsausführungsschritt
bestimmt der Steuerteil 51, ob der Zustand, in dem die
Motorgeschwindigkeit kleiner als ein vorbestimmter Wert (zweiter
vorbestimmter Wert) und der Motorstrom größer als ein vorbestimmter Wert
(zweiter vorbestimmter Wert) ist, für einen vorbestimmten Zeitraum
fortlaufend war. Genauer gesagt bestimmt der Steuerteil 51,
ob der Zustand, in dem die Motorgeschwindigkeit kleiner als 640
U/min und der Motorstromwert höher
als 2.72 A ist, für
einige Sekunden (z. B., nicht weniger als vier Sekunden) fortlaufend
war. Das heißt,
es wird bestimmt, daß das
Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist. Die Verringerung der Motorgeschwindigkeit
wird fortgefahren, bis der Zustand detektiert wird, in dem das Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist. Wenn bestimmt wird, daß das Flügelrad 21 in Kontakt
mit der inneren Fläche
des Gehäuses
an der Rotorseite ist, und daß die Rekopplung
gelöst
worden ist, wird die Drehung des Motors gestoppt, wie in 11 gezeigt
ist. Dann geht der Steuerteil 51 zu einem Schritt, um das
Flügelrad 21 in
Kontakt mit der inneren Fläche
des Gehäuses an
der Elektromagnetseite zu bringen, in dem der elektromagnetische
Strom erhöht
wird. Das heißt,
bei dem flügelradmagnetischen
Rekopplungsausführungsschritt
wird der oben beschriebene Betrieb wiederholt ausgeführt, bis
die Drehung des Flügelrads mittels
der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung erreicht worden ist.
-
Die
Zentrifugalpumpe dieser Erfindung umfaßt die Positionssensorausgabeaufzeichnungsfunktion
oder die Elektromagnetstromaufzeichnungsfunktion; die Motorstromaufzeichnungsfunktion;
die Fehlererfassungsfunktion zur Bestimmung einer Fehlfunktion des
Sensors unter Verwendung dieser Positionssenorausgabeaufzeichnungsfunktion
oder einer Fehlfunktion des Elekromagneten unter Verwendung dieser
Elektromagnetstromaufzeichnungsfunktion; und die Notflügelraddrehfunktion,
die betrieben wird, wenn die Fehlerfassungsfunktion detektiert,
daß der
Sensor eine Fehlfunktion hat, um das Flügelrad unter Verwendung der
Rinne zur hydrodynamischen Lagerung ohne wesentlichen Kontakt zwischen
dem Flügelrad
und dem Gehäuse
zu drehen. Die Notflügelraddrehfunktion
hat die flügelradmagnetische
Rekopplungsausführungsfunktion
des Abhaltens des Elektromagneten vom Anziehen des Flügelrads,
wenn die Fehlfunktion durch die Fehlerfassungsfunktion erfaßt wird
und zum graduellen Verringern der Motorgeschwindigkeit, um dadurch die
magnetische Kopplung zwischen dem Flügelrad und dem Rotor auszuführen; die
magnetische Rekopplungserfassungsfunktion des Erfassens der magnetischen
Rekopplung des Flügelrads
unter Verwendung eines von der Motorstromaufzeichnungsfunktion aufgezeichneten
Motorstroms; und die Motorgeschwindigkeitssteuerfunktion durch Erhöhung der
Motorgeschwindigkeit bis auf einen vorbestimmten Wert, nachdem die
magnetische Rekopplungserfassungsfunktion die magnetische Rekopplung
des Flügelrads
detektiert hat.
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Dadurch
ist es in dem Fall, in dem der Positionssensor oder der Elektromagnet,
die das Steuersystem der magnetischen Lagerung bilden, eine Schwierigkeit
haben, möglich,
die Drehung des Flügelrads,
die durch die magnetische Lagerung hergestellt ist, auf dessen Drehung
zu wechseln, die durch Ausnutzen des von der Rinne zur hydrodynamischen Lagerung
erzeugten Drucks hergestellt ist. Es ist so möglich, das Speisen einer Flüssigkeit
beizubehalten.
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Der
Umfang der Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche bestimmt.