JP2003525561A - ロータ装置 - Google Patents

ロータ装置

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JP2003525561A JP2000613059A JP2000613059A JP2003525561A JP 2003525561 A JP2003525561 A JP 2003525561A JP 2000613059 A JP2000613059 A JP 2000613059A JP 2000613059 A JP2000613059 A JP 2000613059A JP 2003525561 A JP2003525561 A JP 2003525561A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ロータ(3,30,32,36,42)が流体と相互作用するロータ装置(1)に関する。本発明の特徴として、a)ロータ装置(1)は支持管(2)を有し、b)支持管(2)内にロータ(3,30,32,36,42)が回転可能に支持され、c)ロータ(3,30,32,36,42)は支持管(2)内を流れる流体と相互作用するように構成され、d)ロータ(3,30,32,36,42)はその両端面に、軸方向に磁化された永久磁石からなるロータ磁石(7,8;46,47)を有し、e)ロータ(3,30,32,36,42)の端面に軸方向に対向して、支持管(2)と接続された永久磁石からなるステータ磁石(18,19;52,53)が配置され、f)各々のステータ磁石(18,19;52,53)は、隣接するステータ磁石とロータ磁石(18,19;7,8;46,47;52,53)が引き合うように軸方向に磁化され、g)ロータ装置(1)はロータ(3,30,32,36,42)用の磁気的な軸方向安定装置(22,23,27;58,59,66)を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ロータが流体と相互作用するロータ装置に関する。ここで、流体は
液体又はガスである。
【０００２】 ポンプ及び計測装置用のロータ装置は従来技術の一部として発展してきた。こ
れらのロータ装置において、ロータが支持管内に磁場の力によって平衡状態で保
持されている。ドイツ公開特許公報DE-A-2919236には、液体流量計測用のタービ
ン・カウンターが記載されている。ここで、半径方向の安定性のために、ロータ
は２個のロータ磁石を有し、これらは永久磁石からなり、離隔して配置されてい
る。同様に永久磁石からなり対で配置されているステータ磁石がロータ磁石に伴
い、支持管を取り囲む。ロータ磁石及びステータ磁石は、軸方向に互いに反発す
るように、磁化されている。
【０００３】 電磁コイルがステータ磁石の間に配置され、環状に支持管を取り巻く。電磁コ
イルは、ロータに設けられてロータ磁石の間に配置された強磁性の磁束誘導部材
と協働して作用する。さらに、ロータの軸方向の位置を検出するセンサが設けら
れ、電磁コイルを流れる電流を制御する調整装置と協働して作用する。ロータの
軸方向の変位の際に、ロータ磁石及びステータ磁石の磁場による力が、ロータが
その平衡位置から外れるのを加速しようとすると直ちに、センサが測定した軸方
向の変位は、反対方向の（安定作用を生じる）磁場による力を生じる。したがっ
て、ロータが軸方向にいずれの向きであろうとシフトすれば、ロータは設定位置
に常に戻される。この際、安定作用を生じる軸方向の力は軸方向変位に対して復
元力（緩衝力）がロータを設定位置に安定化するように、適時に公知の態様で位
相シフトされる。
【０００４】 ここまで記載したロータ装置の欠点は、ロータは半径方向に比較的僅かなベア
リング剛性しか有しないということである。その理由は、流体を通す環状の通路
が支持管とロータの間にあるために、ステータ磁石とロータ磁石との間に広い空
間が存在することである。
【０００５】 ドイツ公開特許公報DE-A-2444099には、迅速に移動する物体用の磁気ベアリン
グが記載されている。この磁気ベアリングはスリーブ状のロータを有し、ロータ
の両端面には永久磁石を有する極片が対向している。これら極片が及ぼす磁気的
引力によりロータは安定位置に保持されている。平衡位置からの偏差は非接触位
置サンプリングにより測定される。このような偏差は、不揮発性電磁気散乱場制
御によって調整される。この目的のために、ロータに伴う間隙に近接して極片上
に配置された環状コイルが設けられている。空間の理由から、そのような磁気ベ
アリングは、流体が通されるべき支持管内に配置されるには適していない。
【０００６】 ポンプに関する限り、磁気ベアリングが、特に血液用ポンプに使用される。米
国特許明細書5,695,471号には、半径流ロータ（輻流ロータ）を有する半径流ポ
ンプ（輻流ポンプ）として形成された血液用ポンプが記載されている。半径流ロ
ータは、支持管内に配置され、吸入側の延長部に多数のロータ磁石を有し、これ
らのロータ磁石には、支持管に設けられたステータ磁石が伴っている。さらに、
半径流ロータは、周上に多数分散配置された軸方向に長い棒状のロータ磁石を有
し、これらのロータ磁石には、半径流ロータの両側において支持管の両面に設け
られた複数の環状のステータ磁石が伴っている。これらのロータ磁石及びステー
タ磁石はロータの延長部の領域においてラジアル軸受を補助するためのものであ
る。ロータは、軸方向には、一端ではボールベアリングによって、他端では突端
支持によって、純粋に機械的に支持されている。
【０００７】 ロータはブラシレス回転磁場モータによって駆動される。この目的のため、支
持管の側方にコイルが設けられ、半径流ロータに導入される輪状極磁石（Polrad
magnet）と協働して作用する。
【０００８】 この血液用ポンプの欠点は、そのベアリングの安定性が半径方向において最適
でなく、また、ポンプは多数のロータ磁石及びステータ磁石を有するため重く、
大きなスペースをとるということである。さらに、純粋に機械的なベアリングは
軸方向に摩耗にさらされる。これは移植可能な血液用ポンプにおいては特に欠点
となる。
【０００９】 軸流ポンプも血液用ポンプとして使用可能であることが知られている。しかし
この場合、軸受は、支持管内でロータの前および後ろに固定式に配置された複数
の案内車中で専ら機械的手段によってなされる（ウェルニッケ他、「A Fluid Dy
namic Analysis Using Flow Visualization of the Baylor/NASA Implantable A
xial Flow Blood Pump for Design Improvemen」、 アーティフィシャル・オー
ガンズ（Artificial Organs）第１９巻第２号、１９９５年、第１６１〜１７７
頁）。このような機械的ベアリングは摩耗しやすく、しかも、変質しやすい流体
、特に血液のような体液に有害な影響を及ぼす。
【００１０】 本発明の目的は、ここまでの導入部に記載された型のロータ装置について、遥
かに大きいベアリング剛性、特に半径方向のもの、が達成される装置を構成し、
ロータ装置をきわめて多目的に使用できるものとすることである。
【００１１】 本発明によれば、この目的は下記の特徴により達成された。 a) ロータ装置は支持管を有し、 b) 支持管内にロータが回転可能に支持され、 c) ロータは支持管を流れる流体と相互作用するように構成され、 d) ロータはその両端面に、軸方向に磁化された永久磁石からなるロータ磁石を
有し、 e) ロータの端面に軸方向に対向して、支持管と接続された永久磁石からなるス
テータ磁石が配置され、 f) 各々のステータ磁石は、隣接するステータ磁石とロータ磁石が引き合うよう
に軸方向に磁化され、 g) ロータ装置はロータ用の磁気的な軸方向安定装置を有する。
【００１２】 代替手段として、この目的は下記の特徴を有するロータ装置によって達成され
る。 a) ロータ装置は支持管を有し、 b) 支持管内にロータが回転可能に支持され、 c) ロータは支持管を流れる流体と相互作用するように構成され、 d) ロータの各端面近傍において、軸方向に磁化された永久磁石及び磁束誘導部
材が互いに対向し、永久磁石はロータに設けられたロータ磁石又は支持管に接続
されたステータ磁石であり、 e) ロータ装置はロータ用の磁気的な軸方向安定装置を有する。
【００１３】 したがって、本発明の根本思想は、端面同士が向かい合った位置関係にあるロ
ータ磁石とステータ磁石によって、ロータ磁石とステータ磁石の向かい合う対が
その都度引きつけ合うように、ロータ磁石とステータ磁石の間の隙間に橋渡しを
する軸方向の磁場を形成するということである。このため、ベアリング剛性は、
ドイツ公開特許公報DE-A-2919236に記載された磁気ベアリングと比較して、同一
の幾何学的配列において少なくとも１０倍になり、しかも、支持管とロータハブ
の間の環状の流路に実質的に制限を加えることがない。
【００１４】 上記した効果は、互いに対向しているのが２個の磁石（すなわちロータ磁石と
ステータ磁石）でなく、一方の側に磁石があり、他方の側には磁束誘導部材があ
る場合にも生じる。選択的に、磁石をロータ磁石としてロータに設け、磁束誘導
部材を支持管に接続したり、磁石をステータ磁石として支持管に設け、磁束誘導
部材をロータに設けることもできる。さらに、高度のベアリング剛性を達成する
ために磁束誘導部材の磁化を増幅して磁石と磁束誘導部材の間の磁気的引力を増
すため電磁コイルを設けてもよい。
【００１５】 ロータ磁石とステータ磁石が対となって互いに対向している限り、それらは、
少なくとも２個の組み合わされた部分磁石からなり、半径方向にそれぞれ隣接す
る部分磁石は反対方向に磁化されていることが好ましい。ロータ磁石とステータ
磁石のこのような構成は、ベアリング剛性を４０倍にすることを可能にする。
【００１６】 ロータ装置がポンプとして用いられれば軸流ポンプとなるように、ロータは軸
流ロータとして構成されていることが好適である。そのような軸流ロータは半径
流ロータよりも安価に製造できる。
【００１７】 本発明において、ロータはロータハブを有し、ロータ磁石又は磁束誘導部材は
ロータハブ内に配置され、ステータ磁石又は磁束誘導部材はロータハブの端面に
対向して配置されている。ステータ磁石又は磁束誘導部材は流れを妨げないリブ
によって支持管に接続することができる。このような配置からコンパクトな構造
が生じ、有害な隙間はほとんど避けることができる。ステータ磁石又は磁束誘導
部材は半径方向安定器内に配置され、半径方向安定器の輪郭はロータハブの輪郭
をはみ出さない。さらに好ましくは、半径方向安定器の輪郭はロータハブの輪郭
と同一である。
【００１８】 本発明の構成において、互いに対向する半径方向安定器及びロータの端面のう
ち少なくとも１つは球面状に形成されている。このような構成により、ロータが
軸方向に変位したときのロータと半径方向安定器の軸から離れた領域における機
械的干渉は避けられる。ロータの半径方向又は軸方向の運動を制限するために、
半径方向安定器及びロータの対向する端面には、嵌合する相補的な形状のベアリ
ングピンとベアリング用凹所が設けられることが有用である。ロータの半径方向
の変位がかなり大きいときのみベアリングピンとベアリング用凹所が接触するよ
うに適当な半径方向の遊びが設けられている。
【００１９】 本発明のさらに他の実施形態において、ロータ磁石及びステータ磁石は互いに
直接に対向するように配置されているので、可能なもっとも強力な磁場が形成さ
れる。
【００２０】 本発明は、軸方向安定装置はロータの軸方向の運動を検出するセンサを有する
調整装置及び少なくとも１つの電磁コイルを有し、調整装置は、ロータが設定位
置から外れようとするいかなる軸方向の運動をも電磁コイルの磁場が妨げるよう
に電流に影響を与えることをも提案する。そのような軸方向安定装置は、原理的
にはドイツ公開特許公報DE-A-2919236及びドイツ公開特許公報DE-A-2444099から
知られており、実証されている。好適には、軸方向安定化装置は、ステータ磁石
及び／又はロータの端面の近傍に配置された２つの電磁コイルを有することとす
れば、軸方向の磁化は特に効果的である。
【００２１】 電磁コイルを、例えば支持管に配置するには２つの可能性がある。すなわち、
電磁コイルが支持管を取り巻く、又は、電磁コイルが半径方向安定器そのものの
内部に配置される、ということである。しかし、いずれの場合においても、電磁
コイルへの及び電磁コイルからの電線を配線するための導出をしなければならな
い。 好ましくは半径方向安定器は、磁化可能な磁束誘導部材を有し、磁束誘導部材
の形状及び配置は、ロータが設定位置から外れようとするいかなる軸方向の運動
も妨げられるように、ロータ磁石とステータ磁石によって形成された軸方向の磁
場が、半径方向安定器とロータの端面間の隙間において電磁コイルによって形成
された磁場と軸方向に重なるようにされているべきである。この場合、電磁コイ
ル自身がセンサとして使用できる。磁束誘導部材は電磁コイルの高さに配置され
ているのが最も良い。
【００２２】 ロータ装置が計測装置の一部であるならば、ロータはパルス発信器を有し、支
持管はパルス受信器を有し、パルス発信器はロータの回転速度に対応するパルス
をパルス受信器用に発信することが好適である。これは、パルス発信器はパルス
磁石として形成され、パルス受信器はコイルとして形成され、したがってロータ
が回転すると電流がコイル中に誘起されるという簡単な方法で実現する。
【００２３】 本発明の他の実施形態において、支持管は、三相電流を供給され得る回転磁場
ステータをロータの高さに有し、ロータは半径方向に磁化される輪状極磁石を有
する。これによって同期電動機が形成され、その同期電動機において、回転磁場
ステータに回転電流が作用することにより、ロータを駆動する回転磁場が形成さ
れ得て、回転運動がロータへ伝えられる。したがってロータ装置はモータの特徴
を有し、もしロータの表面が適当な形状を成しておれば、計測目的のみならず液
体輸送用ポンプにも使用できる。 輪状極磁石は、異なった半径方向に磁化された少なくとも４個の磁石セグメン
トを有することが好ましい。これによって、ロータと半径方向安定器の間のベア
リング間隙の近傍における磁場の非対称性に起因する、回転中のロータのよろめ
くような運動は防止される。 回転磁場ステータは電子三相電流発生器に接続され、その電子三相電流発生器
に負荷角制御器が作用する。負荷角を制御することによりロータに作用する回転
磁場又はトルクの大きさ及び方向をセットし安定化することができる。
【００２４】 ロータは特定の用途に適用される。本発明によるロータ装置が流量測定用のイ
ンペラまたはタービンホイール装置として用いられるならばロータは羽根状の突
起を有することができる。上記したようにロータ装置が同期電動機により用途を
拡大されれば輸送ポンプとして使用できる。この目的のために、例えば、ロータ
の外表面に少なくとも一条の螺旋状リブを設けて、輸送作用を有する流路を螺旋
状リブの個々の山（うね）の間に形成することができる。この型のポンプは高真
空を生成するために広く用いられる。
【００２５】 これに対する代替手段として、ロータの外表面に複数のブレードリング（羽根
車）が形成され、これらのブレードリングは支持管の内壁面に設けられた相補的
な形状の複数のブレードリングと軸方向に重なり合う。ブレードリングの形状に
よっては、可能な最も変形した用途、例えばガスタービンまたは高真空ポンプ、
が生じる。上記したブレードリングの形状を螺旋形の流路と組み合わせることが
できる。これによって、真空技術で複合ポンプと呼ばれる、特に高い圧縮比を有
するものができる。
【００２６】 ブレードリングとリブを有するものに替えて、ロータの外表面を滑らかで、特
に円筒状に、形成することもできる。ロータ装置が上記したように同期電動機を
有するならば、ロータの特定の回転速度を維持するために必要とされる同期電動
機の消費電力を測定することによってガス状または液状の媒体の粘度は測定でき
る。この消費電力は本質的にロータの表面における摩擦力に比例し、この摩擦力
はロータを囲む媒体の粘度の関数である。
【００２７】 本発明の他の特徴によれば、ロータの外表面は、半径方向外側へ突出した少な
くとも１個の突出部を有し、ロータの軸方向の位置を検出してその軸方向の位置
に比例する信号を発生するセンサをさらに有することが提案される。この突出部
は、例えば環状のリブの形状で、ガス状または液状の媒体の軸方向の流速を測定
する可能性を提供する。軸方向安定装置が適当な信号を発生するならば、ロータ
上の突出部に流れによって伝えられる軸方向の力はロータの対応する軸方向の位
置変化によって決定される。上記したように、ロータ装置に同期電動機が備えら
れれば両尺度を組み合わせることができる。そうすれば、ロータの軸方向の変位
とロータに伝えられた力は同期電動機により検出することができるので、流速と
液体の粘度を同時に測定することができる。
【００２８】 添付図面に示した実施形態に基づき、以下、本発明をより詳細に説明する。図
面には下記のものを示す。 図１は、本発明による測定装置であるロータ装置の長手方向断面図である。 図２は、第２の実施形態であるポンプにおける支持管とロータの組合せの長手
方向断面図である。 図３は、第３の実施形態であるポンプにおけるロータと支持管の組合せの長手
方向断面図である。 図４は、第４の実施形態であるポンプにおけるロータと支持管の組合せの長手
方向断面図である。 図５は、第５の実施形態におけるロータハブと半径方向安定器の組合せの長手
方向断面図である。
【００２９】 図１に、液体またはガスを輸送するパイプ内に設置される、全体として符号１
で表されるロータ装置を示す。ロータ装置１は円筒状の支持管２を有し、支持管
２は図示しないフランジによってパイプに中間部材として取り付けることができ
、液体またはガスは支持管２を通って流れることになる。
【００３０】 支持管２の中央にロータ３があって円筒状のロータハブ４を有している。この
ハブの外側にブレード５，６が形成されている。ロータハブの両端の領域は、軸
方向に磁化された永久磁石であるロータ磁石７，８を含む。両ロータ磁石７，８
の間には輪状極磁石９が配置され、輪状極磁石９はその周のまわりに分配された
４つの半径方向に磁化されている。
【００３１】 ロータハブ４の両端面に近接して半径方向安定器１０，１１が配置され、これ
らの半径方向安定器は、リブ１２，１３，１４，１５によって支持管２の内側に
ロータ３と同心に、ロータ３について軸対称に固定されている。半径方向安定器
１０，１１は、円筒状の安定器スリーブ１６，１７を有し、それらの直径はロー
タハブ４の直径と等しい。半径方向安定器１０，１１は、外形に関する限り、ロ
ータハブ４の延長部をなす。安定器スリーブ１６，１７の各々は、永久磁石から
なるステータ磁石１８，１９を、ロータ３に近接した領域に収容する。これらの
ステータ磁石は軸方向に磁化されるので、半径方向安定器１０，１１とロータ３
の間の隙間にロータ３を引きつける軸方向の磁場が形成される。これらの磁場に
より、ロータ３は常に支持管２の中心軸上に保持される。したがって、生じ得る
半径方向の変位は直ちに修正される。この結果として、半径方向の高レベルのベ
アリング剛性が生じる。
【００３２】 半径方向安定器１０はさらに強磁性の磁束誘導部材２０，２１を有し、磁束誘
導部材２０，２１は、軸方向の安定器である環状の電磁コイル２２，２３と協働
する。電磁コイル２２，２３は、磁束誘導部材２０，２１の高さに配置されて支
持管２の外側を取り巻く。電磁コイル２２，２３は、支持管２を取り囲む環状の
ハウジング２４内に設けられている。ハウジング２４は、同時に、電磁コイル２
２，２３用の磁束誘導部材の役割をも果たす。両電磁コイル２２，２３は電線２
５，２６によって調整装置２７に接続されている。調整装置２７は、励磁電流を
電磁コイル２２，２３に供給する。これは、ロータ３が半径方向安定器１０，１
１間で軸方向に安定な、いずれの側にも接触しない位置をとるように、ロータ３
と半径方向安定器１０，１１との間の隙間内で磁束が重ねられ、調整されること
を意味する。したがって、ドイツ特許公開公報DE-A-2444099に記載された磁気ベ
アリングと同様に、電磁コイル２２，２３は、磁束調整用のみならず、同時にロ
ータ３の軸方向位置の非接触サンプリング用にも使用される。
【００３３】 環状の回転磁場ステータ２８が、ハウジング２４内で両電磁コイル２２，２３
の間に配置されており、ロータ３内の輪状極磁石９とともに同期電動機を形成す
る。そのために、回転磁場ステータ２８は電子回転電流発生器２９に接続される
。電子回転電流発生器２９は回転電流を回転磁場ステータ２８に供給することが
でき、それによって、ロータに作用する回転モーメントの強さ及び方向を、負荷
角を制御することによりセットし安定化することができる。
【００３４】 ここまで記述したロータ装置１は様々な目的に使用することができる。例えば
、パイプラインを流れる液体及びガスの流量の測定に使用することができる。こ
の場合、ロータ３と支持管２の間の環状流路を流れる液体がロータ３を液体の流
速に比例する速度で回転させ、流速から貫流する流体の体積流量を求めることが
できるように、ブレード５，６が製作されている。ガス媒体も測定できる。ロー
タの回転速度は、例えば、回転磁場ステータ２８において輪状極磁石９をパルス
送信機（伝送機）として誘起的にパルスをタップオフすることにより測定できる
。ここで測定の精度の立場からすれば、磁石ベアリング１のロータ３は摩擦に影
響されないように支持され、また全ての実用的な目的においていかなる摩耗にも
さらされないようにされ、したがってメンテナンスを必要としないようにされる
ならば有利である。
【００３５】 ロータ３がブレード５，６を有しないで製作され、したがって滑らかな円筒状
の外表面を有するならば、本発明によるロータ装置１は、ガス状又は液状の媒体
の粘度を測定することにも使用できる。この目的のためには、ロータ３は、回転
磁場ステータ２８と輪状極磁石９からなる同期電動機及び回転電流発生器２９を
用いて始動される。ロータの特定の回転速度を維持するために同期電動機が必要
とする電力が測定される。この電力は、ロータ３の外表面に於ける摩擦力に本質
的に比例する。この摩擦力はロータ３を取り囲む媒体の粘度の尺度となる。
【００３６】 図２〜４に示した実施形態は図１に示したものとロータの形状のみ異なり、支
持管２の外側の部分は、図１の実施形態において図示したものと同一なので、一
目瞭然であるという理由で省略した。図２〜４において、図１における部材と同
一構成及び／又は同一機能のものは、図１と同一の符号により示される。
【００３７】 図２において、ロータ３０は、支持管２の内径とほぼ等しい外径を有する。そ
の外表面には、例えば符号３１で示される螺旋状の流路がある。輸送用ポンプと
して機能するとき、ロータ３０は、回転磁場ステータ２８と輪状極磁石９とから
なる同期電動機により回転させられる。このようなロータ装置１は、高真空を作
り出すために使用することができる。
【００３８】 図３に示す実施形態において、ロータ３２は、離隔して配置された合計８枚の
ブレードリング（具体例では符号３３で示されるもの）を伴って構成される。こ
れらのブレードリングは、符号３４で示される複数の個別のブレードからなる。
支持管２に固定されたブレードリング（具体例では符号３５で示されるもの）は
ブレードリング３３の間隙に入り込む。これらは同様に個別のブレードからなる
。ブレードリング３３及びブレードリング３５はターボコンプレッサの流体技術
的部位をなす。ガス状媒体は、回転磁場ステータ２８と輪状極磁石９とからなる
同期電動機によりロータ３２を駆動することによって、ターボコンプレッサと同
様に吐出される。
【００３９】 図４に示した実施形態において、ロータ３６が設けられており、その外形は、
実質的に滑らかな円筒状の外表面がその軸方向の中央に環状のリブ３７を具備し
ているという点のみで、図１に示されたロータ３の外形と異なる。環状のリブ３
７は支持管２を通過する媒体の流れに対する抵抗となる。これによって軸方向の
力がロータ３６に伝えられ、この力はロータ３６の軸方向の対応する位置変化を
生じる。この位置変化は電磁コイル２２，２３によって検出され、位置変化に比
例する電気信号を制御装置２７に生じさせる。この電気信号は流速に比例する。
【００４０】 貫流する媒体がロータ３６に及ぼす軸方向の力は、媒体の流速のみの関数では
なく、粘度の関数でもあるので、貫流する媒体の粘度が同時に決定されれば有用
である。滑らかなロータ３に関連して上記したように、ロータ３６が同期電動機
により特定の態様で回転させられ、これを行うために必要な電力が検出され、貫
流する液体の粘度の尺度として用いられることによって、粘度は決定される。
【００４１】 ロータ３６のうち軸から離れた領域における機械的干渉を避けるために、ロー
タ３６は球面状の端面３８を有する。ロータ３６と半径方向安定器１０との間に
接触が生じたとしても、この形状ゆえに、それは周方向の速度の小さい中央領域
に限定される。下端面３９も同様の球状面にすることができるということは、も
ちろん理解される。
【００４２】 下部の半径方向安定器１１は、ロータ３６に近接した端面の軸心にベアリング
ピン４０を有し、ベアリングピン４０はロータ３６のベアリング用凹所４１に嵌
まる。ベアリングピン４０とベアリング用凹所４１との間には、ロータ３６の半
径方向の偏差が通常値であれば両者の間に接触が生じないように十分な隙間が設
けられている。半径方向の偏差が過大となったときのみベアリングピン４０及び
ベアリング用凹所４１はそれ以上のいかなる半径方向の動きも防止する。もちろ
ん、このような半径方向のベアリングは上部の半径方向安定器１０の領域にも設
けることができる。
【００４３】 図５に示す実施形態において、一目瞭然であるという理由で、支持管２は、そ
の上に配置された全部品とともに省略されている。図５に、２個の半径方向安定
器４３，４４の間に磁気的に支持されたロータ４２を示す。ロータ４２はロータ
ハブ４５を有し、ロータハブ４５は滑らかな外表面を有し、断面円形状である。
この断面形状は半径方向安定器４３，４４に連続するものである。半径方向安定
器４３，４４を支持管２の内側に固定するリブ１２，１３，１４，１５は、図１
では示されていたが、図示されていない。
【００４４】 ロータ４２は、その各々の端部にロータ磁石４６，４７を有している。いずれ
のロータ磁石４６，４７も２つの部分からなる。それぞれのロータ磁石４６，４
７が円柱状の内側磁石４８，４９と、これらを取り囲む環状の外側磁石５０，５
１からなる。外側磁石５０，５１の内側は、それぞれ、近接する内側磁石４８，
４９と接している。
【００４５】 各々のロータ磁石４６，４７に対向してステータ磁石５２，５３がある。ステ
ータ磁石５２，５３もロータ磁石４６，４７と同様に２つの部分からなる。すな
わち、ステータ磁石５２，５３は円柱状の内側磁石５４，５５と、それらを取り
囲んで接する環状の外側磁石５６，５７をそれぞれ有する。ステータ磁石５２，
５３の内側磁石５４，５５の直径は、ロータ磁石４６，４７の内側磁石４８，４
９の直径に相当する。一方、ステータ磁石５２，５３の外側磁石５６，５７の直
径はロータ磁石４６，４７の外側磁石５０，５１の直径と等しい。これらの磁石
は全て軸方向に配列されている。
【００４６】 ロータ磁石４６，４７及びステータ磁石５２，５３は、隣接する磁石の対がそ
れぞれ全表面にわたって引きつけ合うように磁化されている。本実施形態の特色
は、対になって向かい合って配置された内側磁石４８，５４又は４９，５５は軸
方向にロータ４２から離れる向きに磁化されており、これに対し、対になって向
かい合っている外側磁石５０，５６又は５１，５７はその反対の向きにすなわち
軸方向にロータ４２に向かって磁化されている、ということである。これは矢印
で象徴されている。この「反対方向磁化」はロータ４２のベアリングの半径方向
の剛性を大いに向上する。
【００４７】 半径方向安定器４３，４４内につぼ形コアコイル５８，５９が配置されている
。各々の半径方向安定器４３，４４はつぼ形の強磁性のヨーク６０，６１及びそ
の中に配置された電気コイル６２，６３からなる。ヨーク６０，６１はステータ
磁石５２，５３に向かって開いている。コイル６２，６３の中間点直径は近接し
た内側磁石５４，５５の外径に相当する。コイル６２，６３は電線６４，６５に
よって制御装置６６と接続されている。制御装置６６はコイル６２，６３に励起
電流を供給する。電流の方向によって、ロータ４２と半径方向安定器４３，４４
との間の隙間における軸方向の磁束は、軸心の双頭の矢印で示したように、強化
することも低減することもできる。このことによって、その間隙において有効な
軸方向の力は、ロータ４２が半径方向の安定器４３，４４の軸方向の中点に常に
導かれるように、変動する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による測定装置であるロータ装置の長手方向断面図。
【図２】 第２の実施形態であるポンプにおける支持管とロータの組合せの
長手方向断面図。
【図３】 第３の実施形態であるポンプにおけるロータと支持管の組合せの
長手方向断面図。
【図４】 第４の実施形態であるポンプにおけるロータと支持管の組合せの
長手方向断面図。
【図５】 第５の実施形態におけるロータハブと半径方向安定器の組合せの
長手方向断面図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月５日（２００１．４．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】 本発明によれば、この目的は下記の特徴により達成された。 a) ロータ装置は支持管を有し、 b) 支持管内にロータが回転可能に支持され、 c) ロータは支持管を流れる流体と相互作用するように構成され、 d) ロータはその両端面に、軸方向に磁化された永久磁石からなるロータ磁石を
有し、 e) ロータの端面に軸方向に直接に対向して、支持管と接続された永久磁石から
なるステータ磁石が配置され、 f) 各々のステータ磁石は、隣接するステータ磁石とロータ磁石が相互に引き合
うように軸方向に磁化され、 g) ロータ装置はロータ用の磁気的な軸方向安定装置を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】 代替手段として、この目的は下記の特徴を有するロータ装置によって達成され
る。 a) ロータ装置は支持管を有し、 b) 支持管内にロータが回転可能に支持され、 c) ロータは支持管を流れる流体と相互作用するように構成され、 d) ロータの各端面近傍において、軸方向に磁化された永久磁石及び磁束誘導部
材が直接に互いに対向し、永久磁石はロータに設けられたロータ磁石又は支持管
に接続されたステータ磁石であり、 e) ロータ装置はロータ用の磁気的な軸方向安定装置を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 １９９ ４４ ８６３．９ (32)優先日 平成11年９月18日(1999．9．18) (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5H605 AA17 BB05 BB18 CC04 CC05 DD37 5H607 AA05 BB01 BB14 BB26 CC01 DD06 GG19 GG21 5H621 GA01 JK07 JK10 JK17 JK19

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ロータ(3,30,32,36,42)と流体との相互作用のためのロータ装置(1)であって、
    a) ロータ装置(1)は支持管(2)を有し、 b) 支持管(2)内にロータ(3,30,32,36,42)が回転可能に支持され、 c) ロータ(3,30,32,36,42)は支持管(2)を流れる流体と相互作用するように構成
    され、 d) ロータ(3,30,32,36,42)はその両端面に、軸方向に磁化された永久磁石から
    なるロータ磁石(7,8;46,47)を有し、 e) ロータ(3,30,32,36,42)の端面に軸方向に対向して、支持管(2)と接続された
    永久磁石からなるステータ磁石(18,19;52,53)が配置され、 f) 各々のステータ磁石(18,19;52,53)は、隣接するステータ磁石とロータ磁石(
    18,19;7,8;46,47;52,53)が引き合うように軸方向に磁化され、 g) ロータ装置(1)はロータ(3,30,32,36,42)用の磁気的な軸方向安定装置（22,2
    3,27;58,59,66)を有する、 ことを特徴とするロータ装置。
  2. 【請求項２】 ロータ磁石及びステータ磁石(46,47;52,53)はそれぞれ、組み合わされた少な
    くとも２個の部分磁石(48,49,50,51;54,55,56,57)からなり、半径方向に隣接す
    る磁石の各々の対(48,49,50,51;54,55,56,57)が反対の極性に磁化されているこ
    とを特徴とする請求項１記載のロータ装置。
  3. 【請求項３】 ロータ(3,30,32,36,42)と流体との相互作用のためのロータ装置(1)であって、
    a) ロータ装置(1)は支持管(2)を有し、 b) 支持管(2)内にロータ(3,30,32,36,42)が回転可能に支持され、 c) ロータ(3,30,32,36,42)は支持管(2)を流れる流体と相互作用するように構成
    され、 d) ロータ(3,30,32,36,42)の各端面近傍において、軸方向に磁化された永久磁
    石及び磁束誘導部材が互いに対向し、永久磁石はロータ(3,30,32,36,42)に設け
    られたロータ磁石(7,8;46,47)又は支持管(2)に接続されたステータ磁石(18,19;5
    2,53)であり、 e) ロータ装置(1)はロータ(3,30,32,36,42)用の磁気的な軸方向安定装置(22,23
    ,27;58,59,66)を有する、 ことを特徴とするロータ装置。
  4. 【請求項４】 磁石(7,8;46,47)と磁束誘導部材との間で作用する磁気的引力が増幅されるよ
    うに磁束誘導部材の磁化を強化するために電磁コイルが設けられていることを特
    徴とする請求項３記載のロータ装置。
  5. 【請求項５】 ロータ(3,30,32,36,42)は軸流ロータであることを特徴とする請求項１〜４の
    いずれかに記載のロータ装置。
  6. 【請求項６】 ロータ(3,30,32,36,42)はロータハブ(45)を有し、ロータ磁石(7,8;46,47)又は
    磁束誘導部材はロータハブ(45)内に配置され、ステータ磁石(18,19;52,53)又は
    磁束誘導部材はロータハブ(45)の端面に対向して配置されていることを特徴とす
    る請求項１〜５のいずれかに記載のロータ装置。
  7. 【請求項７】 ステータ磁石(18,19;52,53)又は磁束誘導部材は半径方向安定器(10,11;43,44)
    内に配置され、半径方向安定器(10,11;43,44)の輪郭はロータハブ(45)の輪郭か
    らはみ出さないことを特徴とする請求項６記載のロータ装置。
  8. 【請求項８】 互いに対向する半径方向安定器(10,11)及びロータ(36)の端面のうち少なくと
    も１つは球面状に形成されていることを特徴とする請求項７記載のロータ装置。
  9. 【請求項９】 互いに対向する半径方向安定器(10,11)及びロータ(36)の端面には、嵌合する
    相補的な形状のベアリングピン(40)及びベアリング用凹所(41)が設けられ、これ
    らがロータ(36)の半径方向及び／又は軸方向の運動を制限することを特徴とする
    請求項７又は８記載のロータ装置。
  10. 【請求項１０】 ロータ磁石(7,8;46,47)又は磁束誘導部材及びステータ磁石(18,19;52,53)又は
    磁束誘導部材は互いに直接に対向するように配置されていることを特徴とする請
    求項１〜９のいずれかに記載のロータ装置。
  11. 【請求項１１】 軸方向安定装置はロータ(3,30,32,36,42)の軸方向の運動を検出するセンサを
    有する調整装置(27,66)のみならず少なくとも１つの電磁コイル(22,23;58,59)を
    有し、調整装置(27,66)は、ロータ(3,30,32,36,42)が設定位置から外れようとす
    るいかなる軸方向の運動をも電磁コイル(22,23;58,59)の磁場が妨げるように電
    磁コイル(22,23;58,59)を流れる電流に影響を与えることを特徴とする請求項１
    〜１０のいずれかに記載のロータ装置。
  12. 【請求項１２】 軸方向安定化装置は、ロータ(3,30,32,36,42)の両端面及び／又はステータ磁
    石(18,19;52,53)若しくは磁束誘導部材の近傍に配置された２つの電磁コイル(22
    ,23;58,59)を有することを特徴とする請求項１１記載のロータ装置。
  13. 【請求項１３】 電磁コイル(22,23)は支持管(2)を取り巻くことを特徴とする請求項１２記載の
    ロータ装置。
  14. 【請求項１４】 電磁コイル(58,59)が半径方向安定器(43,44)内に配置されたことを特徴とする
    請求項１２記載のロータ装置。
  15. 【請求項１５】 半径方向安定器(10,11;43,44)は、磁化可能な磁束誘導部材(20,21;60,61)を有
    し、磁束誘導部材(20,21;60,61)の形状及び配置は、軸方向の磁場が、半径方向
    安定器(10,11;43,44)とロータ(3,30,32,36,42)の端面間の隙間において、電磁コ
    イル(22,23;62,63)によって生成された磁場と軸方向に重なるようにされている
    ことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載のロータ装置。
  16. 【請求項１６】 磁束誘導部材(20,21;60,61)が電磁コイル(22,23;62,63)の高さに配置されてい
    ることを特徴とする請求項１５記載のロータ装置。
  17. 【請求項１７】 ロータ(3,30,32,36,42)はパルス発信器(9)を有し、支持管(2)はパルス受信器(
    28)を有し、パルス発信器(9)はロータ(3,30,32,36,42)の回転速度に対応するパ
    ルスをパルス受信器(28)用に発信することを特徴とする請求項１〜１６のいずれ
    かに記載のロータ装置。
  18. 【請求項１８】 パルス発信器はパルス磁石(9)として形成され、パルス受信器はコイル(28)と
    して形成されることを特徴とする請求項１７記載のロータ装置。
  19. 【請求項１９】 支持管(2)は、回転電流を供給され得る回転磁場ステータ(28)をロータ(3,30,3
    2,36,42)の高さに有し、ロータ(3,30,32,36,42)は軸方向に磁化され得る輪状極
    磁石(9)を有することを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載のロータ装
    置。
  20. 【請求項２０】 輪状極磁石(9)は、異なった半径方向に磁化された少なくとも４個の磁石セグ
    メントを有することを特徴とする請求項１９記載のロータ装置。
  21. 【請求項２１】 回転磁場ステータ(28)は電子回転電流発生器(29)に接続され、好ましくは電子
    回転電流発生器(29)に負荷角制御器が作用することを特徴とする請求項１９又は
    ２０記載のロータ装置。
  22. 【請求項２２】 ロータ(30)の外表面及び／又は支持管(2)に螺旋状流路(31)を設けるために少
    なくとも一条の螺旋状リブが設けられたことを特徴とする請求項１〜２１のいず
    れかに記載のロータ装置。
  23. 【請求項２３】 ロータ(32)の外表面に複数のブレードリング(33)が形成され、これらのブレー
    ドリング(33)は支持管(2)の内壁面に設けられた相補的な形状の複数のブレード
    リング(35)と軸方向に重なり合うことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに
    記載のロータ装置。
  24. 【請求項２４】 ロータ(42)の外表面は滑らかで、特に円筒状に、形成されていることを特徴と
    する請求項１〜２３のいずれかに記載のロータ装置。
  25. 【請求項２５】 ロータ(36)の外表面は、半径方向外側へ突出した少なくとも１個の突出部(37)
    を有し、ロータ(36)の軸方向の位置を検出してその軸方向の位置に比例する信号
    を発生するセンサをさらに有することを特徴とする請求項１〜２４のいずれかに
    記載のロータ装置。
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