JP2002327695A - キャンドモータポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡明な構造で、ロータ磁石の位相を検出する
とともに、軸受監視が可能な、同期型モータを用いたキ
ャンドモータポンプを提供することにある 【解決手段】 ロータ磁石に対向するステータ鉄心の歯
の部分に、ロータ位相検出およびロータ変位検出を行な
う複数の検出コイル３を、ステータの円周方向、長手方
向両端に配設し、検出コイルは、ロータ磁石位相検出回
路４、ロータ半径方向変位検出回路５、ロータ長手方向
変位検出回路６に接続し、一部の検出コイルはロータ磁
石位相検出回路４とともに、ロータ半径方向変位検出回
路５またはロータ長手方向変位検出回路６に接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期型モータを用
いたキャンドモータポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、遠心型ポンプでモータとポンプを
一体化し取扱い液が漏れないようにし、取扱い液の一部
をモータ部に導入して、モータ部の潤滑、冷却を図るモ
ータポンプにおいて、取扱い液が腐食性の場合に、コイ
ルを含むステータを耐腐食性材料からなるキャンの内部
に隔離収容して保護するキャンドモータポンプが用いら
れる。キャンドモータポンプに用いられるモータは、構
造の簡明性等の理由から、現在誘導型モータが多く用い
られている。しかし、誘導型モータをキャンドモータポ
ンプに用いるときは、一般のモータと異なりロータとス
テータの間に耐腐食性のキャンがある構造のため、モー
タの性能に大きく影響するロータ・ステータ間距離を小
さくできないという問題がある。

【０００３】また誘導型モータをキャンドモータポンプ
に用いるときは、電子式の軸受監視装置の回路構成が複
雑となる問題がある。図６、図７に従来例の誘導型モー
タにおける電子式軸受監視装置の原理を示す。図６にお
いて、ステータ１の両端の円周方向にそれぞれ４個づつ
合計８個の検出コイル３（Ｃ１からＣ８）が配置される
様子が示される。図７は、ロータが半径方向、または長
手方向のいずれの方向に変位したかを表示するための８
個の検出コイル３（Ｃ１からＣ８）と出力表示器２の結
線図である。

【０００４】誘導型モータにおいてロータが半径方向に
変位するときは、その変位の大きさに応じて、検出コイ
ル３に誘起される電圧のうち、ロータ溝の影響による高
調波電圧が変化する。したがって高調波電圧成分のみを
取り出し、電源周波数に同期した基本波電圧成分を除く
ため、ロータの半径方向で対向する検出コイルのＣ１と
Ｃ３、Ｃ５とＣ７は差動結線される。その結果、図７の
Ｔ１において図６のステータ１の左端部、Ｔ３において
ステータ１の右端部におけるロータの半径方向変位を出
力する。ダイオードＤ１、Ｄ２は、Ｔ１とＴ２のいずれ
か大きいほうを出力表示器２に表示するために設けられ
る。

【０００５】これに対してロータの長手方向の変位は、
その変位に応じて誘起された基本波電圧が変化するた
め、検出コイルのＣ２とＣ６、Ｃ４とＣ８が差動結線さ
れた後、直列に結線され、出力表示器２内のローパスフ
ィルタにより、高調波電圧をカットして出力する。ダイ
オードＤ３は、Ｔ１、Ｔ２の出力よりＴ３の出力が大き
いときに出力表示器２に表示するためである。このよう
に８個の検出コイル３を特殊の結線関係で構成すること
で、ロータの半径方向および長手方向の変位を検出し、
軸受の磨耗を監視できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来多く用いられる誘
導型モータは構造が簡明である反面、キャンドモータポ
ンプのモータとしては、モータの性能に大きく影響する
ロータ・ステータ間距離を小さくできないこと、および
電子式の軸受監視装置の構成が複雑である問題があっ
た。

【０００７】これに対して、同期型モータをモータポン
プに用いる場合は、ロータに複数の強力な磁石を用いる
ことができるので、ステータとロータ間の隙間が一般の
モータより大きくなるキャンドモータポンプ用のモータ
としては都合がよい。しかし、回転する磁石の位相関係
を検出してステータ側の駆動電流の方向を切り替えるた
めには、ブラシ式若しくはセンサとコントローラを有す
るブラシレス式といった複雑な構成が必要である。ブラ
シ式は機械的耐久性に問題があり、ブラシレス式の場合
は一般に直流ブラシレスモータと呼ばれるタイプである
が、キャンドモータポンプの特質からセンサの選択が問
題となる。すなわち汎用の直流ブラシレスモータに広く
使われているエンコーダ方式は、キャンドモータポンプ
は一体構造であるので回転軸は外部に現われず、モータ
内部は取扱い液に曝されるため用いることができない。
したがってセンサは取扱い液に曝されないキャンの内
部、すなわちステータ側に置くこととなるが、ステータ
は発熱が激しく温度特性に敏感なホール素子などの半導
体素子を用いることができないといった課題があった。

【０００８】本発明の目的は、キャンドモータポンプに
おける誘導型モータの課題、および同期型モータを用い
る場合の課題を解決し、簡明な構造で、ロータ磁石の位
相を検出するとともに、軸受監視が可能な、同期型モー
タを用いたキャンドモータポンプを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
め、本発明は、回転軸に取付けられ複数の磁石を有する
ロータと、キャンの中に隔離されて収納されるステータ
を備える同期型モータ部と、前記回転軸に同軸に設けら
れたポンプ部を含み、ポンプ部により加圧された取扱い
液の一部を前記モータ部の内部に導入するキャンドモー
タポンプにおいて、ステータの鉄心のロータに対向する
歯の部分に取付けられ、ステータの一方端の円周方向に
複数、他方端に少なくとも一個配設された検出コイル
と、検出コイルに接続されるロータ磁石位相検出回路
と、ロータ半径方向変位検出回路と、ロータ長手方向変
位検出回路を有し、前記検出コイルの一部は、ロータ磁
石位相検出回路に接続されるとともにロータ半径方向変
位検出回路またはロータ長手方向変位検出回路に接続さ
れることを特徴とする。

【００１０】また、本発明に係るキャンドモータポンプ
において、前記ロータは、その両端の円周方向に複数の
インデックス磁石を備えることを特徴とする。

【００１１】本発明に係るキャンドモータポンプは、検
出コイルを、キャンの中に隔離して収納されたステータ
の鉄心のロータに対向する歯の部分に取付け、ステータ
の一方端の円周方向に複数、他方端に少なくとも一個配
設したので、センサとしての検出コイルは取扱い液から
保護され、かつステータの発熱による温度上昇に敏感な
半導体素子を用いることなくロータ位相検出およびロー
タ変位検出を行なうことができる。また検出コイルは、
ロータ磁石位相検出回路、ロータ半径方向変位検出回
路、ロータ長手方向変位検出回路に接続され、一部の検
出コイルは、ロータ磁石位相検出回路に接続されるとと
もにロータ半径方向変位検出回路またはロータ長手方向
変位検出回路に接続されるので、複雑な検出コイルの結
線関係を要せず、ロータ磁石の位相を検出するととも
に、軸受監視が可能になる。また、必要な場合に、前記
ロータは、その両端の円周方向に複数のインデックス磁
石を備えるので、確実に検出コイルの出力信号を得るこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施の
形態について詳細に説明する。図１は、本発明の中核で
ある同期型モータのロータ磁石の位相検出と、軸受監視
の部分のブロック図である。図６と共通の部分は同一の
符号を用いて説明を省略する。検出コイル３は、ステー
タ１の一方端の円周方向にＣ１からＣ４の四個、他端に
Ｃ５の一個が配置される。検出コイルのＣ１からＣ４
は、円周方向に９０度づつの角度間隔で配置され、それ
ぞれ独立にロータ磁石位相検出回路４に接続される。ま
た半径方向で互いに対向する検出コイルのＣ２とＣ４は
ロータ半径方向変位検出回路５に、ステータ両端部に配
置される検出コイルのＣ１とＣ５はロータ長手方向変位
検出回路６に接続される。ロータ磁石位相検出回路４
は、図示されていないステータ駆動電流スイッチング回
路に接続される。

【００１３】図２は、検出コイル３のステータ１への取
付けを示す図で、ステータ鉄心の歯部７を一部切り欠
き、所定の巻数の検出コイル３が取付けられる。図３に
ステータ１の一方端と他方端に配置された検出コイル３
と、ロータ８との位置関係を示す。正常状態では、ほぼ
ロータ８の両端部（ロータ磁石領域の両端部）に対応す
るステータの位置に検出コイルが配置される。図４はロ
ータ８の断面図を示し、図４（ａ）は、ロータ体９の内
部に永久磁石１０ａから１０ｄが埋め込まれているタイ
プ、図４（ｂ）は、ロータ体９の表面に永久磁石１１ａ
から１１ｄが配置されるタイプである。必要な場合は図
５に示すように十分な大きさを持つ複数のインデックス
磁石１２がロータ体９両端の表面に埋め込まれる。

【００１４】つぎにかかる構成の作用について説明す
る。モータの電源が投入されると、ステータ１の図示さ
れてない複数の駆動コイルにそれぞれ定められた方向に
電流が流れ、ロータ磁石の磁界との関係で回転を始め
る。ロータ８が回転すると、検出コイル３（Ｃ１からＣ
５）にロータ磁石の発生する磁束が鎖交し、検出コイル
端に磁束変化に応じた起電力が発生する。例えば図４
（ａ）の場合は、埋め込まれた４個の磁石１０ａから１
０ｄの不連続点、すなわち磁石と磁石の隙間の個所（例
えば１０ｂと１０ｃの間）で、検出コイルにそれまで鎖
交していた磁束がゼロに変化する。図４（ｂ）の場合
は、４個の磁石１１ａから１１ｄが密接して配置される
が、隣り合う磁石の極性は逆であるので、磁石の境界線
が検出コイルの真下を通過するときに磁束変化がもっと
も大きい。磁束をさらに十分確保したいときは、図５の
インデックス磁石１２を用いる。この場合は検出コイル
３の真下を通過したときに鎖交磁束が最大となり、十分
な大きさを持つので、ロータが長手方向に変位しても検
出できる。

【００１５】したがって検出コイル３の起電力を、ピー
ク検出回路等を含むロータ磁石位相検出回路４に入力し
て、ロータ磁石の回転時の位置すなわち位相関係が検出
できる。検出コイルのＣ１からＣ４は円周方向に９０度
づつの角度間隔をもって配置されているので、ロータ磁
石一回転ごとに９０度づつ位相差を持つ４つの位相波形
が得られる。この位相波形を用いて、図示されていない
ステータ駆動電流スイッチング回路において、モータの
定常回転を維持するように、複数のステータコイルの電
流方向をそれぞれ切り替える。

【００１６】一方、ロータが、軸受の磨耗等により、半
径方向に変位したときは、半径方向で互いに対向する一
組の検出コイルのＣ２とＣ４においては、ロータ磁石等
との関係において、一方の検出コイルがロータ磁石等に
接近し、他方の検出コイルは遠ざかる関係にあり、検出
コイルに鎖交する磁束に大小がでて、起電力にも大小が
でる。この差は、半径方向の変位量が大きいほど大き
い。したがって、この大小の起電力を積分器、差動増幅
器等から構成されるロータ半径方向変位検出回路５に入
力することで、半径方向の変位が検出できる。

【００１７】またロータが長手方向に変位したときは、
ステータの一方端と他方端に配置される検出コイルのＣ
１とＣ５は、いずれかがロータ磁石等の端部から外れる
のに対し、他方は十分ロータ磁石等の領域に入ってい
る。したがって、検出コイルの起電力に差が出ること
は、半径方向に変位した場合と同様であり、この大小の
起電力を差動増幅器等から構成されるロータ長手方向変
位検出回路６に入力することで、長手方向の変位が検出
できる。

【００１８】検出コイルのＣ１、Ｃ２、Ｃ３の起電力は
複数の回路に入力されるので、ロータ磁石位相検出回路
４、ロータ半径方向変位検出回路５、ロータ長手方向変
位検出回路６は、高入力インピーダンスであることが好
ましい。このように、本発明の構成では、ロータ磁石等
が発生する十分大きな磁束の変化そのものを検出するの
で、誘導型モータの基本波電圧を除いたり、高調波電圧
をローパスフィルタでカットするための複雑な結線関係
が不要で、ロータ磁石位相検出とともに軸受監視ができ
る。

【００１９】本発明の実施の形態において、検出コイル
はステータの一方端の円周方向に４個、他方端に一個の
計５個、ロータ磁石は４個の配置について説明したが、
モータの設計に応じこれらの数は適宜変更して本発明を
実施できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明に係るキャンドモータポンプは、
検出コイルを、キャンの中に隔離して収納されたステー
タの鉄心のロータに対向する歯の部分に取付け、ステー
タの一方端の円周方向に複数、他方端に少なくとも一個
配設したので、センサとしての検出コイルは取扱い液か
ら保護され、かつステータの発熱による温度上昇に敏感
な半導体素子を用いることなくロータ位相検出およびロ
ータ変位検出を行なうことができた。また検出コイル
は、ロータ磁石位相検出回路、ロータ半径方向変位検出
回路、ロータ長手方向変位検出回路に接続され、一部の
検出コイルは、ロータ磁石位相検出回路に接続されると
ともにロータ半径方向変位検出回路またはロータ長手方
向変位検出回路に接続されるので、複雑な検出コイルの
結線関係を要せず、ロータ磁石の位相を検出するととも
に、軸受監視が可能になった。また、必要な場合に、前
記ロータは、その両端の円周方向に複数のインデックス
磁石を備えるので、確実に検出コイルの出力信号を得る
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態におけるロータ磁石の位
相検出と、軸受監視の部分のブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態における検出コイルのス
テータへの取付けについての説明図である。

【図３】 本発明の実施の形態におけるステータの一方
端と他方端に配置された検出コイルと、ロータとの位置
関係の説明図である。

【図４】 本発明の実施の形態におけるロータの断面図
で、（ａ）は、ロータ体７の内部に永久磁石が埋め込ま
れているタイプ、（ｂ）は、ロータ体表面に永久磁石が
配置されるタイプである。

【図５】 本発明の実施の形態におけるインデックス磁
石の配置の説明図である。

【図６】 従来例の誘導型モータにおける軸受監視装置
における検出コイルの配置図である。

【図７】 従来例の軸受監視装置における検出コイルの
結線図である。

【符号の説明】

１ ステータ、２ 出力表示器、３ 検出コイル、４
ロータ磁石位相検出回路、５ ロータ半径方向変位検出
回路、６ ロータ長手方向変位検出回路、７ステータ鉄
心の歯部、８ ロータ、９ ロータ体、１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ
永久磁石、１２ インデックス磁石、Ｃ１〜Ｃ８ 検
出コイルの位置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸に取付けられ複数の磁石を有する
   ロータと、キャンの中に隔離されて収納されるステータ
   を備える同期型モータ部と、前記回転軸に同軸に設けら
   れたポンプ部を含み、ポンプ部により加圧された取扱い
   液の一部を前記モータ部の内部に導入するキャンドモー
   タポンプにおいて、 ステータの鉄心のロータに対向する歯の部分に取付けら
   れ、ステータの一方端の円周方向に複数、他方端に少な
   くとも一個配設された検出コイルと、検出コイルに接続
   されるロータ磁石位相検出回路と、ロータ半径方向変位
   検出回路と、ロータ長手方向変位検出回路を有し、前記
   検出コイルの一部は、ロータ磁石位相検出回路に接続さ
   れるとともにロータ半径方向変位検出回路またはロータ
   長手方向変位検出回路に接続されることを特徴とするキ
   ャンドモータポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたキャンドモータポ
   ンプにおいて、前記ロータは、その両端の円周方向に複
   数のインデックス磁石を備えることを特徴とするキャン
   ドモータポンプ。