JP2010041742A - Axially levitated rotating motor, and turbo-type pump using axially levitated rotating motor - Google Patents

Axially levitated rotating motor, and turbo-type pump using axially levitated rotating motor Download PDF

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JP2010041742A JP2008198116A JP2008198116A JP2010041742A JP 2010041742 A JP2010041742 A JP 2010041742A JP 2008198116 A JP2008198116 A JP 2008198116A JP 2008198116 A JP2008198116 A JP 2008198116A JP 2010041742 A JP2010041742 A JP 2010041742A
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真一 内藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axially levitated rotating motor reduced in thickness and size. <P>SOLUTION: This axially levitated rotating motor 1 includes: a rotor position adjusting permanent magnet 16 at the center; a rotor 3 having a rotor rotating permanent magnet 12 at the outer periphery of the radial direction; a rotor position adjusting electromagnet 11 at the center; and a stator 5 having a driving electromagnet 9 at the outer periphery of the radial direction. The axially levitated motor controls a distance in the axial direction of the rotor position adjusting permanent magnet 16 by adjusting an output of the rotor position adjusting electromagnet 11, and can maintain the rotor 3 at a floating position. At this time, the rotor 3 is maintained in the prescribed floating position by adjusting the output of the rotor position adjusting electromagnet 11 according to stress applied to the axial direction of the rotor 3 calculated from an induction voltage supplied to the driving electromagnet 9 and the number of revolutions of the rotor 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、アキシャル磁気浮上回転モータ及びターボ形ポンプに係り、特に、コンパクトなアキシャル磁気浮上回転モータ及びこのアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプに関する。   The present invention relates to an axial magnetic levitation rotary motor and a turbo pump, and more particularly, to a compact axial maglev rotary motor and a turbo pump using the axial magnetic levitation rotary motor.

軸受けによるシャフトの支持などの機械的接触部分を、電磁力を利用した軸受けを用いることで非接触な構造とした磁気浮上回転モータは、機械的摩擦や摩耗の影響が極めて小さいため高い耐久性を有している。この磁気浮上回転モータの1つとして、ロータの軸方向に電磁力を作用させることによってロータを浮上させるアキシャル磁気浮上回転モータが知られている。   A magnetically levitated rotary motor that has a non-contact structure by using a bearing that uses electromagnetic force, such as a shaft support by a bearing, has a high durability because it is extremely less affected by mechanical friction and wear. Have. As one of these magnetic levitation rotary motors, an axial magnetic levitation rotary motor that levitates a rotor by applying an electromagnetic force in the axial direction of the rotor is known.

アキシャル磁気浮上回転モータは、ロータがステータに対して機械的に非接触な構造であることから長期間の連続使用に適している。また、ロータ側にインペラを設けてターボ形ポンプとして構成した場合、流量の確保と小型化が比較的容易であることから、近年、このアキシャル磁気浮上回転モータを用いて構成されたターボ形ポンプを、人工心臓の血液ポンプとして適用する提案例が紹介されている(特許文献1,2及び非特許文献1参照)。
特許文献1,2及び非特許文献1に開示された技術によれば、アキシャル磁気浮上回転モータを用い、埋め込み型の人工心臓として体内に埋め込むことが可能なサイズの血液ポンプとして構成された例が開示されており、その優れた特性が注目されている。
The axial magnetic levitation rotary motor is suitable for continuous use for a long period of time because the rotor is mechanically non-contact with the stator. In addition, when a turbo pump is configured by providing an impeller on the rotor side, it is relatively easy to ensure the flow rate and to reduce the size, so in recent years, a turbo pump constructed using this axial magnetic levitation rotary motor has been developed. The proposal example applied as a blood pump of an artificial heart has been introduced (see Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).
According to the techniques disclosed in Patent Literatures 1 and 2 and Non-Patent Literature 1, an example in which an axial magnetic levitation rotating motor is used and configured as a blood pump of a size that can be implanted in the body as an implantable artificial heart is provided. It has been disclosed, and its excellent properties are attracting attention.

特開平08−284870号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-284870 特許第3808811号公報Japanese Patent No. 3808811 NTNテクニカルレビュー No.68(2000) p76−80NTN Technical Review No. 68 (2000) p76-80

ところが、上記特許文献1,2及び非特許文献1のいずれの技術においても、複数のギャップセンサを用いてロータの浮上状態を検出する構成であるため部品点数が多く複雑な構造を有している。また、ロータを浮上制御するための電磁石が、ロータを回転制御するための電磁石の外径側に配置される構造であるため、ロータを浮上制御するための電磁石は大きなサイズとなる一方、ステータの中央部分には磁石が配置されず中空構造となっている。そのため、このようなアキシャル磁気浮上回転モータを使用して構成された血液ポンプはサイズが大きくなるという問題があった。   However, in any of the above-mentioned Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1, since the configuration is such that the floating state of the rotor is detected using a plurality of gap sensors, the number of parts is complicated. . In addition, since the electromagnet for controlling the flying of the rotor is arranged on the outer diameter side of the electromagnet for controlling the rotation of the rotor, the electromagnet for controlling the flying of the rotor has a large size, while A magnet is not arranged in the central portion, and has a hollow structure. Therefore, the blood pump configured using such an axial magnetic levitation rotating motor has a problem that the size is increased.

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、一層の小型化且つ効率化を図ったアキシャル磁気浮上回転モータ及びターボ形ポンプを提供することである。
また、本発明の他の目的は、血液ポンプとしての使用に適したターボ形ポンプを提供することである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an axial magnetic levitation rotary motor and a turbo pump that are further downsized and more efficient.
Another object of the present invention is to provide a turbo pump suitable for use as a blood pump.

磁気浮上したロータを回転駆動する駆動用電磁石を備えるステータと、浮遊状態で維持可能なロータと、を備えたアキシャル磁気浮上回転モータにおいて、前記ロータは、回転中心部に前記ステータに対向して配設されたロータ位置調整用永久磁石と、径方向の外周側に前記ステータに対向して配設されたロータ回転用永久磁石と、を備え、前記ステータは、前記ロータ側の中央部にロータ位置調整用永久磁石と対向して配設されたロータ位置調整用電磁石と、前記ロータ側の径方向の外周側にロータ回転用永久磁石と対向して配設された駆動用電磁石と、を備え、前記ロータ位置調整用電磁石の出力を調整することによって前記ロータを所定位置に維持するように構成されることにより解決される。   In an axial magnetic levitation rotary motor that includes a stator including a driving electromagnet that rotationally drives a magnetically levitated rotor and a rotor that can be maintained in a floating state, the rotor is disposed at the center of rotation facing the stator. A rotor position adjusting permanent magnet, and a rotor rotating permanent magnet disposed on the outer peripheral side in the radial direction so as to be opposed to the stator, and the stator has a rotor position at a central portion on the rotor side. A rotor position adjusting electromagnet disposed opposite to the adjustment permanent magnet, and a driving electromagnet disposed opposite to the rotor rotating permanent magnet on the radially outer side of the rotor side, This is solved by adjusting the output of the rotor position adjusting electromagnet to maintain the rotor at a predetermined position.

上記構成によって、駆動用電磁石とロータ位置調整用電磁石を、径方向に沿って、ほぼ同一面上に形成することができるため薄型化を図ることができると共に、従来中空部であった領域にロータ位置調整用電磁石を配設する構造であるため小型化を図ったアキシャル磁気浮上回転モータが得られる。また、ロータ位置調整用永久磁石とロータ位置調整用電磁石をロータの回転軸線上に配置することにより、ロータの浮遊位置を調整する際に、ロータの回転に与える影響が少ない高効率なアキシャル磁気浮上回転モータが得られる。   With the above-described configuration, the driving electromagnet and the rotor position adjusting electromagnet can be formed on substantially the same plane along the radial direction, so that the thickness can be reduced and the rotor can be formed in a region that has conventionally been a hollow portion. Since the position adjusting electromagnet is provided, an axial magnetic levitation rotating motor with a reduced size can be obtained. In addition, by arranging the rotor position adjusting permanent magnet and the rotor position adjusting electromagnet on the rotation axis of the rotor, high-efficiency axial magnetic levitation has little effect on the rotor rotation when adjusting the rotor floating position. A rotary motor is obtained.

また、請求項2のように、アキシャル磁気浮上回転モータは、前記駆動用電磁石を制御することで前記ロータの回転を制御する回転制御装置と、前記ロータ位置調整用電磁石に供給する電力を制御することで前記ロータの位置を制御するロータ位置制御装置と、前記駆動用電磁石に供給される誘起電圧を検出可能な誘起電圧検出装置と、前記駆動用電磁石に供給される駆動電流を検出可能な駆動電流検出装置と、前記ロータの回転数を検出可能な回転数検出装置と、を備え、前記誘起電圧検出装置と前記駆動電流検出装置と前記回転数検出装置は、いずれも前記ロータ位置制御装置に接続され、前記ロータ位置制御装置は、前記誘起電圧検出装置によって検出された誘起電圧と、前記駆動電流検出装置によって検出された駆動電流と、前記回転数検出装置によって検出された回転数とから、前記ロータに加わる軸方向の応力を算出すると共に、算出した前記応力の値に基づいて、前記ロータ位置調整用電磁石に供給される電力を制御して、前記ロータを所定位置に維持するように構成されると好適である。   According to another aspect of the present invention, the axial magnetic levitation rotary motor controls the rotation control device that controls the rotation of the rotor by controlling the driving electromagnet, and the power supplied to the rotor position adjusting electromagnet. A rotor position control device for controlling the position of the rotor, an induced voltage detection device capable of detecting an induced voltage supplied to the drive electromagnet, and a drive capable of detecting a drive current supplied to the drive electromagnet A current detection device and a rotation speed detection device capable of detecting the rotation speed of the rotor, and the induced voltage detection device, the drive current detection device, and the rotation speed detection device are all included in the rotor position control device. The rotor position control device is connected to the induced voltage detected by the induced voltage detection device, the drive current detected by the drive current detection device, and the circuit. The axial stress applied to the rotor is calculated from the rotational speed detected by the number detection device, and the electric power supplied to the rotor position adjusting electromagnet is controlled based on the calculated stress value. Preferably, the rotor is configured to be maintained at a predetermined position.

上記構成によって、誘起電圧、駆動電流、回転数からロータの軸方向に加わる応力を算出する機構であることからギャップセンサを用いる必要がなく、一層の小型化を図ったアキシャル磁気浮上回転モータを得ることができる。   With the above configuration, since the mechanism calculates the stress applied in the axial direction of the rotor from the induced voltage, drive current, and rotational speed, there is no need to use a gap sensor, and an axial magnetic levitation rotary motor with further miniaturization is obtained. be able to.

前記課題は、請求項3に係るターボ形ポンプは、吸入口と排出口と両者を連通する流体通路とが形成された筒状のポンプケーシングと、前記ポンプケーシング内に浮遊状態で維持可能なロータと、前記ロータ側に固定されフィンを有するインペラと、前記ロータの軸方向の排出口側に配設され前記ロータを回転駆動する駆動用電磁石を有するステータと、を備え、前記ロータの回転により前記インペラが回転することで、前記吸入口から吸い込まれた流体が前記排出口へ移送されるターボ形ポンプであって、前記ロータは、回転中心部に前記ステータに対向して配設されたロータ位置調整用永久磁石と、径方向の外周側に前記ステータに対向して配設されたロータ回転用永久磁石と、を備え、前記ステータは、前記ロータ側の中央部にロータ位置調整用永久磁石と対向して配設されたロータ位置調整用電磁石と、前記ロータ側の径方向の外周側にロータ回転用永久磁石と対向して配設された駆動用電磁石と、を備え、前記ロータ位置調整用電磁石の出力を調整することによって前記ロータを所定位置に維持するように構成されることにより解決される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a turbo pump according to a third aspect of the present invention, wherein a cylindrical pump casing in which a suction port, a discharge port, and a fluid passage communicating both are formed, and a rotor that can be maintained in a floating state in the pump casing. And an impeller fixed to the rotor side and having fins, and a stator having a driving electromagnet disposed on the discharge port side in the axial direction of the rotor to rotationally drive the rotor. A turbo-type pump in which fluid sucked from the suction port is transferred to the discharge port by rotation of the impeller, wherein the rotor is positioned at a rotation center portion of the rotor facing the stator. A permanent magnet for adjustment, and a rotor rotating permanent magnet disposed on the outer peripheral side in the radial direction so as to face the stator, and the stator has a rotor at a central portion on the rotor side. A rotor position adjusting electromagnet disposed opposite to the position adjusting permanent magnet, and a driving electromagnet disposed opposite to the rotor rotating permanent magnet on the radially outer side of the rotor side. This is solved by adjusting the output of the rotor position adjusting electromagnet to maintain the rotor at a predetermined position.

上記構成によって、駆動用電磁石とロータ位置調整用電磁石を、径方向に沿って、ほぼ同一面上に形成することができるため薄型化を図ることができると共に、従来中空部であった領域にロータ位置調整用電磁石を配設する構造であるため小型化を図ったターボ形ポンプが得られる。また、ロータ位置調整用永久磁石とロータ位置調整用電磁石をロータの回転軸線上に配置することにより、ロータの浮遊位置を調整する際にロータの回転に与える影響が少ない高効率なターボ形ポンプが得られる。   With the above-described configuration, the driving electromagnet and the rotor position adjusting electromagnet can be formed on substantially the same plane along the radial direction, so that the thickness can be reduced and the rotor can be formed in a region that has conventionally been a hollow portion. Since the position adjusting electromagnet is provided, a turbo pump with a reduced size can be obtained. In addition, by arranging the rotor position adjusting permanent magnet and the rotor position adjusting electromagnet on the rotation axis of the rotor, there is a highly efficient turbo pump that has little influence on the rotation of the rotor when adjusting the floating position of the rotor. can get.

さらに、請求項4のように、ターボ形ポンプは、前記駆動用電磁石を制御することで前記ロータの回転を制御する回転制御装置と、前記ロータ位置調整用電磁石に供給する電力を制御することで前記ロータの位置を制御するロータ位置制御装置と、前記駆動用電磁石に供給される誘起電圧を検出可能な誘起電圧検出装置と、前記駆動用電磁石に供給される駆動電流を検出可能な駆動電流検出装置と、前記ロータの回転数を検出可能な回転数検出装置と、を備え、前記誘起電圧検出装置と前記駆動電流検出装置と前記回転数検出装置は、いずれも前記ロータ位置制御装置に接続され、前記ロータ位置制御装置は、前記誘起電圧検出装置によって検出された誘起電圧と、前記駆動電流検出装置によって検出された駆動電流と、前記回転数検出装置によって検出された回転数とから、前記ロータに加わる軸方向の応力を算出すると共に、算出された前記応力の値に基づいて、前記ロータ位置調整用電磁石に供給される電力を制御して、前記ロータを所定位置に維持するように構成されると好適である。   Furthermore, as in claim 4, the turbo pump controls the rotation of the rotor by controlling the drive electromagnet and the power supplied to the rotor position adjusting electromagnet. A rotor position control device for controlling the position of the rotor, an induced voltage detection device capable of detecting an induced voltage supplied to the drive electromagnet, and a drive current detection capable of detecting a drive current supplied to the drive electromagnet A rotation speed detection device capable of detecting the rotation speed of the rotor, and the induced voltage detection device, the drive current detection device, and the rotation speed detection device are all connected to the rotor position control device. The rotor position control device includes an induced voltage detected by the induced voltage detection device, a drive current detected by the drive current detection device, and the rotation speed detection device. Accordingly, the axial stress applied to the rotor is calculated from the detected rotational speed, and the electric power supplied to the rotor position adjusting electromagnet is controlled based on the calculated stress value. Suitably, the rotor is configured to be maintained in position.

上記構成によって、誘起電圧、駆動電流、回転数からロータの軸方向に加わる応力を算出する機構であることからギャップセンサを用いる必要がないため、一層の小型化を図ったターボ形ポンプが得られる。また、ロータが機械的に非接触な構造であることから摩耗による汚れを発生せず、摩耗により流体を汚染する心配がないため安全性を確保することができると共に、メンテナンスフリーを実現することができるため長期間の連続使用が可能でることから、血液ポンプとしての使用に適したターボ形ポンプが得られる。   With the above configuration, since it is a mechanism for calculating the stress applied in the axial direction of the rotor from the induced voltage, the drive current, and the rotational speed, it is not necessary to use a gap sensor, so that a turbo pump with further miniaturization can be obtained. . In addition, since the rotor is mechanically non-contact, it does not generate dirt due to wear, and there is no fear of contaminating the fluid due to wear, so safety can be ensured and maintenance-free can be realized. Since it can be used for a long period of time, a turbo pump suitable for use as a blood pump can be obtained.

本発明により、ロータの浮遊位置を調整する際にロータの回転に与える影響が少なく高効率な回転特性が得られると共に、従来中空部であった領域にロータ位置調整用電磁石を配設し、駆動用電磁石とロータ位置調整用電磁石を、ロータの径方向に沿って、ほぼ同一面上に形成する構造とすることにより一層の小型化を図ったアキシャル磁気浮上回転モータ及びターボ形ポンプが得られる。さらに、ギャップセンサを用いる必要がなく、一層の小型化が可能なアキシャル磁気浮上回転モータ及びターボ形ポンプが得られる。
また、ロータを軸支するベアリングがないことにより長寿命化とベアリング摺動ロスがないことによる低イナーシャ化を図ることができ、ロータが機械的に非接触な構造であることから摩耗による汚れを発生せず、摩耗により流体を汚染する心配がないため安全性を確保することができると共に、メンテナンスフリーを実現することができるため長期間の連続使用が可能な血液ポンプとしての使用に適したターボ形ポンプが得られる。
According to the present invention, when adjusting the floating position of the rotor, there is little influence on the rotation of the rotor, and a highly efficient rotation characteristic can be obtained. An axial magnetic levitation rotating motor and a turbo pump can be obtained by further reducing the size by forming the electromagnet and the rotor position adjusting electromagnet on substantially the same plane along the radial direction of the rotor. Furthermore, it is not necessary to use a gap sensor, and an axial magnetic levitation rotary motor and a turbo pump that can be further reduced in size can be obtained.
In addition, since there is no bearing that supports the rotor, the life can be extended and the inertia can be reduced due to the absence of bearing sliding loss. Turbo that is suitable for use as a blood pump that can be used continuously for a long period of time because it does not occur and there is no fear of contaminating the fluid due to wear, and safety can be ensured. A shaped pump is obtained.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する部材,配置等は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができることは勿論である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the members, arrangements, and the like described below do not limit the present invention, and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.

図1乃至3は本発明に係る一実施形態を示し、図1はアキシャル磁気浮上回転モータの断面説明図、図2はアキシャル磁気浮上回転モータのシステム構成図、図3はアキシャル磁気浮上回転モータのターボ形ポンプ(斜流ポンプ)への応用例である。   1 to 3 show an embodiment according to the present invention, FIG. 1 is a sectional view of an axial magnetic levitation rotary motor, FIG. 2 is a system configuration diagram of an axial magnetic levitation rotary motor, and FIG. 3 is an axial magnetic levitation rotary motor. This is an application example to a turbo pump (mixed flow pump).

先ず、図1に基づき、本発明の実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1の構成を説明する。
本実施形態におけるアキシャル磁気浮上回転モータ1は、ロータ3とステータ5とこれらを収納するハウジング4とを備え、電磁力によってロータ3を浮上させた状態で回転させることができるディスクロータ型ブラシレスモータとして構成されている。
First, based on FIG. 1, the structure of the axial magnetic levitation rotary motor 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
The axial magnetic levitation rotating motor 1 according to the present embodiment includes a rotor 3, a stator 5, and a housing 4 that accommodates the rotor 3, and is a disc rotor type brushless motor that can be rotated in a state where the rotor 3 is levitated by electromagnetic force. It is configured.

ロータ3は、出力軸としてのシャフト8と、シャフト8の一端部側に固定されたロータバックヨーク10と、ロータバックヨーク10に取り付けられたロータ回転用永久磁石12と、ロータバックヨーク10の中央部に非磁性体14を介して取り付けられたロータ位置調整用永久磁石16と、からなる。   The rotor 3 includes a shaft 8 as an output shaft, a rotor back yoke 10 fixed to one end side of the shaft 8, a rotor rotating permanent magnet 12 attached to the rotor back yoke 10, and the center of the rotor back yoke 10. And a rotor position adjusting permanent magnet 16 attached to the part via a non-magnetic body 14.

ロータバックヨーク10は、略円板状の部材であり、上述のように中心部にシャフト8の一端部側が固定されている。
ロータ回転用永久磁石12は、ロータバックヨーク10のシャフト8が固定された面とは逆側の面に固着されており、極性の異なる複数個の永久磁石が径方向の外周側にリング状に等間隔に並んで固定されている。ロータ回転用永久磁石12を構成する永久磁石の数は任意であるが、ロータ3の径方向のブレをなくすために4極以上の永久磁石から構成されることが望ましい。
The rotor back yoke 10 is a substantially disk-shaped member, and the one end portion side of the shaft 8 is fixed to the center portion as described above.
The rotor rotating permanent magnet 12 is fixed to the surface of the rotor back yoke 10 opposite to the surface on which the shaft 8 is fixed, and a plurality of permanent magnets having different polarities are formed in a ring shape on the outer peripheral side in the radial direction. They are fixed at regular intervals. The number of permanent magnets constituting the rotor rotating permanent magnet 12 is arbitrary, but it is desirable that the rotor 3 is composed of permanent magnets having four or more poles in order to eliminate the radial blur of the rotor 3.

ロータ位置調整用永久磁石16は、円板状の永久磁石であり、ロータバックヨーク10の、シャフト8が固定された面とは逆側の中心部に非磁性体14を介して固定されている。本実施形態においては、一方向にのみ着磁された1つの永久磁石から構成されている。なお、オーステナイト系ステンレス鋼などからなる非磁性体14を介してロータバックヨーク10に取り付けられることによって、ロータバックヨーク10内に形成される磁路に悪影響を与えないように構成されている。   The rotor position adjusting permanent magnet 16 is a disk-shaped permanent magnet, and is fixed via a nonmagnetic material 14 to the center portion of the rotor back yoke 10 opposite to the surface on which the shaft 8 is fixed. . In this embodiment, it is composed of one permanent magnet that is magnetized only in one direction. The magnetic path formed in the rotor back yoke 10 is not adversely affected by being attached to the rotor back yoke 10 via a nonmagnetic material 14 made of austenitic stainless steel or the like.

ステータ5は、ステータコア7と、ステータコア7に巻回された駆動用電磁石9と、ステータ中央部に巻回されたロータ位置調整用電磁石11とから構成されている。なお、本実施形態において、ステータ5はハウジング4と一体に形成されている。
駆動用電磁石9は、複数のステータコア7のそれぞれに導線が巻回されて形成され、ロータ側のロータ回転用永久磁石12と対向して配設されている。本実施形態においては、駆動用電磁石9は2相8極として構成されているが、駆動用電磁石9を構成するステータコア7の数は任意である。
ロータ位置調整用電磁石11は、ステータ5の中心部に形成されたロータ位置調整用電磁石コア13に導線が巻回されて形成されており、ロータバックヨーク10の中心部に固定されたロータ位置調整用永久磁石16と対向して配設されている。
The stator 5 includes a stator core 7, a driving electromagnet 9 wound around the stator core 7, and a rotor position adjusting electromagnet 11 wound around the center of the stator. In the present embodiment, the stator 5 is formed integrally with the housing 4.
The driving electromagnet 9 is formed by winding a conductive wire around each of the plurality of stator cores 7, and is disposed to face the rotor-rotating permanent magnet 12 on the rotor side. In the present embodiment, the driving electromagnet 9 is configured as two-phase eight poles, but the number of stator cores 7 constituting the driving electromagnet 9 is arbitrary.
The rotor position adjusting electromagnet 11 is formed by winding a conductive wire around a rotor position adjusting electromagnet core 13 formed at the center of the stator 5. The rotor position adjusting electromagnet 11 is fixed at the center of the rotor back yoke 10. The permanent magnet 16 is disposed so as to face the permanent magnet 16.

駆動用電磁石9とロータ位置調整用電磁石11は、磁束の発生する方向が同じであるため、径方向に沿って、ほぼ同一面上に形成することができる。このため、駆動用電磁石9とロータ位置調整用電磁石11を隙間なく配設することが可能であり、アキシャル磁気浮上回転モータ1を薄型化しコンパクトな構造にすることが可能になる。   Since the driving electromagnet 9 and the rotor position adjusting electromagnet 11 have the same magnetic flux generation direction, they can be formed on substantially the same plane along the radial direction. Therefore, it is possible to dispose the driving electromagnet 9 and the rotor position adjusting electromagnet 11 without any gap, and the axial magnetic levitation rotating motor 1 can be made thin and a compact structure.

なお、アキシャル磁気浮上回転モータ1は、駆動用電磁石9に連続的な回転磁界を発生させる回転制御装置21と、ロータ位置調整用電磁石11に供給する電力値を制御するロータ位置制御装置23と、に接続されている。また、回転制御装置21には、アキシャル磁気浮上回転モータ1に供給される誘起電圧と駆動電流及びロータ3の回転数を検出する検出装置に接続されている。さらに、ロータ3の磁極位置を検出するためのホール素子25がステータ5側の任意の位置に取り付けられている。   The axial magnetic levitation rotary motor 1 includes a rotation control device 21 that generates a continuous rotating magnetic field in the driving electromagnet 9, a rotor position control device 23 that controls a power value supplied to the rotor position adjustment electromagnet 11, and It is connected to the. The rotation control device 21 is connected to a detection device that detects the induced voltage and drive current supplied to the axial magnetic levitation rotary motor 1 and the rotation speed of the rotor 3. Further, a hall element 25 for detecting the magnetic pole position of the rotor 3 is attached to an arbitrary position on the stator 5 side.

次に、図2に基づき、本発明の実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1の制御内容について説明する。
アキシャル磁気浮上回転モータ1の制御システムは、ロータ3の磁極位置を検知するためのホール素子25と、駆動用電磁石9に連続的な回転磁界を発生させる回転制御装置21と、ロータ3の浮上させる磁界を発生させるロータ位置制御装置23とを有して構成されている。
また、ロータ位置制御装置23は、駆動用電磁石9に供給される誘起電圧と駆動電流をそれぞれ検出する誘起電圧検知装置27aと駆動電流検知装置27b、及び、ホール素子25に接続された回転数検出装置27cとに接続されている。
Next, the control content of the axial magnetic levitation rotating motor 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The control system of the axial magnetic levitation rotating motor 1 includes a Hall element 25 for detecting the magnetic pole position of the rotor 3, a rotation control device 21 that generates a continuous rotating magnetic field in the driving electromagnet 9, and the rotor 3 floating. And a rotor position control device 23 for generating a magnetic field.
The rotor position control device 23 detects the number of revolutions connected to the induced voltage detection device 27a and the drive current detection device 27b that detect the induced voltage and the drive current supplied to the drive electromagnet 9 and the Hall element 25, respectively. It is connected to the device 27c.

回転制御装置21は、駆動用電磁石9に供給する電力(誘起電圧と駆動電流)を制御して、ロータ3を回転させる連続的な回転磁界を発生させる制御装置であり、ホール素子25によって検知されたロータ3の磁極位置に対応した位置の電磁石を適宜励磁しながら必要な回転力を与える。
また、誘起電圧検知装置27a及び駆動電流検知装置27bは、ロータ位置制御装置23に誘起電圧及び駆動電流を出力するセンサーであり、本実施形態においては回転制御装置21に接続されて、駆動用電磁石9に供給される誘起電圧と駆動電流を読み取っている。同様に、回転数検出装置27cはホール素子25に接続されており、ホール素子によって検出されたロータ3の磁極位置をロータ位置制御装置23に出力している。ロータ3の磁極位置の検出結果に基づいて、ロータ位置制御装置23内で回転数が算出される。
The rotation control device 21 is a control device that controls electric power (induced voltage and drive current) supplied to the drive electromagnet 9 to generate a continuous rotating magnetic field that rotates the rotor 3, and is detected by the Hall element 25. Further, a necessary rotational force is given while appropriately exciting an electromagnet at a position corresponding to the magnetic pole position of the rotor 3.
The induced voltage detection device 27a and the drive current detection device 27b are sensors that output the induced voltage and the drive current to the rotor position control device 23. In the present embodiment, the induced voltage detection device 27a and the drive current detection device 27b are connected to the rotation control device 21 and are driven electromagnets. The induced voltage and drive current supplied to 9 are read. Similarly, the rotation speed detection device 27 c is connected to the Hall element 25, and outputs the magnetic pole position of the rotor 3 detected by the Hall element to the rotor position control device 23. Based on the detection result of the magnetic pole position of the rotor 3, the rotational speed is calculated in the rotor position control device 23.

ロータ位置制御装置23は、誘起電圧検知装置27aと駆動電流検知装置27b及び回転数検出装置27cによって検知された誘起電圧、駆動電流、回転数に基づいてロータ3の軸方向に加わる応力(浮力)の推定値を算出し、ロータ位置調整用電磁石11に供給する電力値を制御してロータ3が適切な浮遊位置で回転するように調整している。
ここで、ロータ3の浮力は、アキシャル磁気浮上回転モータ1の構成と取付け状態が定まれば、誘起電圧、駆動電流、回転数によって決定される値である。このため、予めこれらの値からロータ3の浮力を算出するプログラムを作製し、ロータ位置制御装置23に格納することでロータ位置調整用電磁石11に供給する電力値のリアルタイムの制御を可能としている。
The rotor position control device 23 is a stress (buoyancy) applied in the axial direction of the rotor 3 based on the induced voltage, drive current, and rotation speed detected by the induced voltage detection device 27a, the drive current detection device 27b, and the rotation speed detection device 27c. The estimated value is calculated, and the power value supplied to the rotor position adjusting electromagnet 11 is controlled to adjust the rotor 3 to rotate at an appropriate floating position.
Here, the buoyancy of the rotor 3 is a value determined by the induced voltage, the drive current, and the rotational speed if the configuration and the mounting state of the axial magnetic levitation rotary motor 1 are determined. For this reason, a program for calculating the buoyancy of the rotor 3 from these values is prepared in advance, and stored in the rotor position control device 23 to enable real-time control of the power value supplied to the rotor position adjusting electromagnet 11.

なお、回転数検出装置27cは、回転制御装置21に入力されたホール素子25の検出値を読み取る構成としてもよく、また、回転制御装置21がロータ3を回転制御する際に駆動用電磁石9に出力する制御信号から回転数を読み取る構成としてもよい。さらに、回転制御装置21とロータ位置制御装置23を一体化して、その内部に、誘起電圧検知装置27a、駆動電流検知装置27b、回転数検出装置27cに相当するセンサーや回路を組み込んでもよい。いずれの場合も同様の効果を発揮することができる。   The rotation speed detection device 27 c may be configured to read the detection value of the Hall element 25 input to the rotation control device 21, and when the rotation control device 21 controls the rotation of the rotor 3, It is good also as a structure which reads rotation speed from the control signal to output. Furthermore, the rotation control device 21 and the rotor position control device 23 may be integrated, and sensors and circuits corresponding to the induced voltage detection device 27a, the drive current detection device 27b, and the rotation speed detection device 27c may be incorporated therein. In either case, the same effect can be exhibited.

このような構成のアキシャル磁気浮上回転モータ1の動作を説明する。
まず、動作していないときは、ロータ回転用永久磁石12及び、ロータ位置調整用永久磁石16の磁力によって、ロータ3はステータ5側に吸引されている。
動作時は、ロータ位置調整用電磁石11に電力を供給してロータ3を所定量浮上させた後、回転駆動装置21によって駆動用電磁石9に電力を供給してロータ3を回転させる。このとき、検知された誘起電圧、駆動電流、回転数からロータ3の浮力を算出して、ロータ位置調整用電磁石11に供給する電力値を制御してロータ3が適切な浮遊位置になるように適宜調整している。
The operation of the axial magnetic levitation rotary motor 1 having such a configuration will be described.
First, when not operating, the rotor 3 is attracted to the stator 5 side by the magnetic force of the rotor rotating permanent magnet 12 and the rotor position adjusting permanent magnet 16.
During operation, power is supplied to the rotor position adjusting electromagnet 11 to float the rotor 3 by a predetermined amount, and then the rotor 3 is rotated by supplying power to the driving electromagnet 9 by the rotary drive device 21. At this time, the buoyancy of the rotor 3 is calculated from the detected induced voltage, drive current, and rotation speed, and the power value supplied to the rotor position adjusting electromagnet 11 is controlled so that the rotor 3 becomes an appropriate floating position. Adjustments are made as appropriate.

なお、ロータ3を回転させるために駆動用電磁石9から発生させる磁界は、ロータ3に回転力を与えると共にロータ位置調整用永久磁石16を駆動用電磁石9に吸引するため、ロータ3が径方向に移動することはない。
もちろん、ロータ3の径方向の浮遊位置を、より精密に制御するための制御機構を別途取付けてもよい。例えば、ロータ3の所定位置をステータ側の所定位置に吸引し続けるための磁石(位置決め用磁石)を配置する構成とすることが考えられる。
The magnetic field generated from the driving electromagnet 9 for rotating the rotor 3 applies a rotational force to the rotor 3 and attracts the rotor position adjusting permanent magnet 16 to the driving electromagnet 9, so that the rotor 3 moves in the radial direction. Never move.
Of course, a control mechanism for more precisely controlling the floating position of the rotor 3 in the radial direction may be separately attached. For example, it can be considered that a magnet (positioning magnet) for continuously attracting a predetermined position of the rotor 3 to a predetermined position on the stator side is arranged.

本実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1によれば、ロータ位置調整用永久磁石16とロータ位置調整用電磁石11を中心部(回転中心部)に配置することにより、これらがステータ径方向の外周側に配置された場合と比べて、ロータ3を浮上させるための磁界が回転させるための磁界に悪影響を及ぼすことがなく、ロータ3の回転への影響を軽減でき、高効率且つ安定した回転特性が得られる。また、駆動用電磁石9とロータ位置調整用電磁石11を、径方向に沿って、ほぼ同一面上に形成することができるため薄型化を図ることができると共に、従来は部品を配置しない領域であるステータ5の中央部に電磁石から構成されたロータ位置調整用電磁石11を配設する機構であるため従来よりも高い密度で巻線などの部品を配設することができることから一層の小型化が可能である。
さらに、誘起電圧、駆動電流、回転数からロータ3の軸方向に加わる応力(浮力)を算出する機構であることにより、ギャップセンサを用いる必要がなく構造を比較的簡単にすることができる。
According to the axial magnetic levitation rotating motor 1 according to the present embodiment, the rotor position adjusting permanent magnet 16 and the rotor position adjusting electromagnet 11 are arranged at the center (rotation center), so that these are the outer circumference in the stator radial direction. Compared with the case where the rotor 3 is arranged on the side, the magnetic field for levitating the rotor 3 does not adversely affect the magnetic field for rotation, the influence on the rotation of the rotor 3 can be reduced, and highly efficient and stable rotation characteristics. Is obtained. Further, since the driving electromagnet 9 and the rotor position adjusting electromagnet 11 can be formed on substantially the same plane along the radial direction, it is possible to reduce the thickness and conventionally, this is an area where no components are arranged. Since the rotor position adjusting electromagnet 11 made of an electromagnet is arranged at the center of the stator 5, windings and other parts can be arranged at a higher density than in the prior art, so that further miniaturization is possible. It is.
Furthermore, the mechanism that calculates the stress (buoyancy) applied in the axial direction of the rotor 3 from the induced voltage, the drive current, and the rotational speed makes it possible to make the structure relatively simple without using a gap sensor.

本実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1によれば、ロータ3を軸支するベアリングがないことにより長寿命化と、ベアリング摺動ロスがないことによる低イナーシャ化と、を図ることができる。また、ロータ3が機械的に非接触な構造であることから機械的な摩耗及び摩耗による汚れを発生せず、長期間に及ぶメンテナンスフリーを実現することができる。   According to the axial magnetic levitation rotating motor 1 according to the present embodiment, it is possible to achieve a long life due to the absence of a bearing that pivotally supports the rotor 3 and a low inertia due to the absence of a bearing sliding loss. Further, since the rotor 3 has a mechanical non-contact structure, mechanical wear and contamination due to wear do not occur, and maintenance free for a long period of time can be realized.

次に、本実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1の応用例を示す。なお、以下の例において、上述した実施の形態と同様部材、配置等には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図3は、本実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1を斜流ポンプ2に応用した例である。斜流ポンプ2は、吸込口と排出口が同一線上に配置され、筒状のポンプケーシングの外周面に流体の連通路が形成された全周流インライン型のポンプとして構成されている。
Next, an application example of the axial magnetic levitation rotating motor 1 according to the present embodiment will be shown. In the following examples, members, arrangements, and the like are assigned the same reference numerals as in the above-described embodiment, and detailed descriptions thereof are omitted.
FIG. 3 shows an example in which the axial magnetic levitation rotary motor 1 according to this embodiment is applied to the mixed flow pump 2. The mixed flow pump 2 is configured as an all-around flow in-line pump in which a suction port and a discharge port are arranged on the same line and a fluid communication path is formed on the outer peripheral surface of a cylindrical pump casing.

斜流ポンプ2は、インペラ32を構成する複数のフィンが取り付けられたロータ33と、ステータ35と、ロータ3及びステータ35を収納するケース34と、からなっている。
ロータ33は、円板状のロータバックヨーク10の一方の面にインペラ32が取り付けられており、他方の面(ステータ5側の面)には、ロータバックヨーク10の周方向の外周側にロータ回転用永久磁石12が取り付けられると共に、中央部には非磁性体14を介してロータ位置調整用永久磁石16が取り付けられている。
The mixed flow pump 2 includes a rotor 33 to which a plurality of fins constituting the impeller 32 are attached, a stator 35, and a case 34 that houses the rotor 3 and the stator 35.
The rotor 33 has an impeller 32 attached to one surface of a disk-like rotor back yoke 10, and the rotor (not shown) on the other surface (the surface on the stator 5 side) on the outer circumferential side of the rotor back yoke 10. A permanent magnet for rotation 12 is attached, and a permanent magnet 16 for adjusting the rotor position is attached to the center via a non-magnetic material 14.

インペラ32は、ロータバックヨーク10側に放射状に起立して固着された複数のフィンからなり、ロータ33の回転に伴ってインペラ33の中心部の流体を遠心方向に加圧する。なお、本実施形態においては、インペラ32を構成する各フィンは直線状に形成されているが、回転方向に対して傾斜角度及び湾曲形状を有した構成であってもよい。   The impeller 32 is composed of a plurality of fins that are erected and fixed radially on the rotor back yoke 10 side, and pressurizes the fluid at the center of the impeller 33 in the centrifugal direction as the rotor 33 rotates. In the present embodiment, each fin constituting the impeller 32 is formed in a straight line, but may have a tilt angle and a curved shape with respect to the rotation direction.

ステータ35は、上述したアキシャル磁気浮上回転モータ1と同様に、ステータコア7と、ステータコア7に巻回された駆動用電磁石9と、ステータ中央部に巻回されたロータ位置調整用電磁石11とから構成されている。
ステータ35の外周部分には流体通路39aが形成されており、後述するケース34に形成された流体通路39b,39bと連結される。このステータ35の外周部分とケース34とを組み合わせることで、斜流ポンプ2の外殻を構成する略筒状のポンプケーシングが形成される。
The stator 35 includes a stator core 7, a driving electromagnet 9 wound around the stator core 7, and a rotor position adjusting electromagnet 11 wound around the center of the stator, like the axial magnetic levitation rotating motor 1 described above. Has been.
A fluid passage 39a is formed in the outer peripheral portion of the stator 35, and is connected to fluid passages 39b and 39b formed in a case 34 described later. By combining the outer peripheral portion of the stator 35 and the case 34, a substantially cylindrical pump casing constituting the outer shell of the mixed flow pump 2 is formed.

また、回転制御装置21及びロータ位置制御装置23などの制御装置が、ステータ35のロータ33とは逆側に形成された回路配置スペース43内に配設されて、ケース34内に制御装置が格納可能な構成とされている。回路配置スペース43は、カバー41とステータ35で囲まれて流体が内部に侵入しないように構成されると共に、電源を供給するケーブル44が斜流ポンプ2の外部まで取り回されている。また、駆動用電磁石9と位置調整用電磁石11も樹脂などからなる不図示の充填剤により直接流体に接触しないように構成されている。   Control devices such as the rotation control device 21 and the rotor position control device 23 are disposed in a circuit arrangement space 43 formed on the opposite side of the stator 35 from the rotor 33, and the control device is stored in the case 34. Possible configuration. The circuit arrangement space 43 is surrounded by the cover 41 and the stator 35 so that fluid does not enter the inside, and a cable 44 for supplying power is routed to the outside of the mixed flow pump 2. The driving electromagnet 9 and the position adjusting electromagnet 11 are also configured not to contact the fluid directly by a filler (not shown) made of resin or the like.

ケース34,34は、ステータ35の両側に取り付けられることで流体の通路が形成されると共に、ステータ35との間でインペラ32を収納するポンプケーシングの一部をなす部材であり、ポンプ内に水や血液などの流体を流入させる吸入口36と、流体を排出する排出口37と、吸入口36に連結された遠心加圧室38と、遠心加圧室38と排出口37との間で流体を移動可能な流体通路39b,39bと、を備えている。   The cases 34 and 34 are attached to both sides of the stator 35 to form a fluid passage, and are members that form part of a pump casing that houses the impeller 32 with the stator 35. Fluid between a suction port 36 through which fluid such as blood or blood flows, a discharge port 37 through which fluid is discharged, a centrifugal pressurization chamber 38 connected to the suction port 36, and the centrifugal pressurization chamber 38 and the discharge port 37. The fluid passages 39b and 39b are movable.

吸入口36は、斜流ポンプ2により移送される流体をインペラ32の中心部に流入させるための開口部であり、流体を導く管体を連結するためケース34から外側に突出した管状に形成されている。なお、本実施形態においては、吸入口36の内側に、流体の流れる方向を揃えるための整流板36aを備える構成とされているが、整流板36aがない構成としてもよい。また、排出口37は、吸入口36とは逆側に形成されており、吸入口36と同様に、流体を導く管体を連結するためケース34から外側に突出した管状に形成されている。排出口37と吸入口36とをステータ35を挟んでケース34の両側に配置した構成としたことにより流体の通路の一部に斜流ポンプ2を配設することができ、使い勝手が向上する。もちろん、排出口37をケース34の側面部分に形成するなど用途に応じて変更することができる。   The suction port 36 is an opening for allowing the fluid transferred by the mixed flow pump 2 to flow into the central portion of the impeller 32, and is formed in a tubular shape that protrudes outward from the case 34 to connect a pipe that guides the fluid. ing. In addition, in this embodiment, although it is set as the structure provided with the baffle plate 36a for aligning the fluid flow direction inside the suction inlet 36, it is good also as a structure without the baffle plate 36a. Further, the discharge port 37 is formed on the opposite side to the suction port 36 and is formed in a tubular shape protruding outward from the case 34 in order to connect a tubular body for guiding a fluid, like the suction port 36. Since the discharge port 37 and the suction port 36 are arranged on both sides of the case 34 with the stator 35 interposed therebetween, the mixed flow pump 2 can be disposed in a part of the fluid passage, and the usability is improved. Of course, the discharge port 37 can be changed according to the application, such as being formed in the side surface portion of the case 34.

遠心加圧室38は、吸入口36に連結されており、ロータ33と一体に形成されたインペラ32が格納される部分であり、流体ポンプ2の駆動時にはロータ33は遠心加圧室の内壁面と所定のクリアランスを有する位置(所定位置)に浮遊状態で維持される。吸入口36から流入した流体は、インペラ32の吸入口36側の中央部に導かれ、インペラ32の回転に伴い遠心力が加わることによりインペラ32の外周方向に加圧される。
流体通路39bは、遠心加圧室38の側面側と排出口37との間を、ステータ35に形成された流体通路39aを介して流体を移送可能に形成された通路であり、インペラ32の外周方向に加圧された流体は、この流体通路39b,39a,39bを通り排出口37に向けて移送される。
The centrifugal pressurizing chamber 38 is connected to the suction port 36, and is a portion in which the impeller 32 formed integrally with the rotor 33 is stored. And in a floating state at a position (predetermined position) having a predetermined clearance. The fluid flowing in from the suction port 36 is guided to the central portion of the impeller 32 on the suction port 36 side, and is pressurized in the outer peripheral direction of the impeller 32 by applying a centrifugal force as the impeller 32 rotates.
The fluid passage 39 b is a passage formed so that fluid can be transferred between the side surface side of the centrifugal pressurizing chamber 38 and the discharge port 37 via a fluid passage 39 a formed in the stator 35. The fluid pressurized in the direction is transferred toward the discharge port 37 through the fluid passages 39b, 39a, 39b.

なお、遠心加圧室38の内壁面の一部には、インペラ32を構成するフィンの端面との摩擦抵抗が低くなるように形成された低摩擦部材(不図示)が配設されると好適である。低摩擦部材が配設されることで、フィンの端面が低摩擦部材と接触した状態であってもスムーズに回転できるため、斜流ポンプ2に振動や衝撃が加わったとしてもロータ33の回転に影響しにくくなる。また、インペラ32から流体に与えられる圧力エネルギーのロスを低減してポンプ効率を向上できる。
低摩擦部材としては、フッ素系樹脂,ダイヤモンドライクカーボン(DLC),および親水性ポリマーからなる群から選択される1または2種類以上の材料が用いられると好適である。また、低摩擦部材としては、このような低摩擦材料を使用するものに限定されず、例えば、内壁面と同一の材料であっても、研磨処理などによって表面の摩擦抵抗を低下させたものであってもよい。
Note that a low friction member (not shown) formed so as to have low frictional resistance with the end surfaces of the fins constituting the impeller 32 is preferably disposed on a part of the inner wall surface of the centrifugal pressurizing chamber 38. It is. Since the low friction member is disposed, the fin 33 can rotate smoothly even when the end face of the fin is in contact with the low friction member. Therefore, even if vibration or impact is applied to the mixed flow pump 2, the rotation of the rotor 33 is prevented. It becomes difficult to influence. Moreover, the loss of the pressure energy given to the fluid from the impeller 32 can be reduced and the pump efficiency can be improved.
As the low friction member, it is preferable to use one or two or more kinds of materials selected from the group consisting of a fluororesin, diamond-like carbon (DLC), and a hydrophilic polymer. Further, the low friction member is not limited to the one using such a low friction material. For example, even if it is the same material as the inner wall surface, the frictional resistance of the surface is reduced by a polishing process or the like. There may be.

このような構成の斜流ポンプ2の動作を説明する。
吸入口36からインペラ32の中心部に導かれた流体は、インペラ32の回転に伴い遠心方向に移動する。同時に、インペラ32の中心部が減圧になるため新たな流体が吸入口36から導入される。遠心力により遠心加圧室38の外周方向に移動した流体は、流体通路39を通って排出口37から排出される。
The operation of the mixed flow pump 2 having such a configuration will be described.
The fluid guided from the suction port 36 to the center of the impeller 32 moves in the centrifugal direction as the impeller 32 rotates. At the same time, since the central portion of the impeller 32 is depressurized, a new fluid is introduced from the suction port 36. The fluid that has moved in the outer circumferential direction of the centrifugal pressurizing chamber 38 due to the centrifugal force is discharged from the discharge port 37 through the fluid passage 39.

斜流ポンプ2において、ロータ33とインペラ34を一体として構成することにより、ポンプ作動時にインペラ34が浮上する力(吸入口36側に引かれる応力)と、ロータ33が磁力によりステータ35側に引かれる力とが、インペラ32とロータ33とに対してそれぞれ働く際にも、ロータ33に対して径方向や傾き方向の力が加わることがない。そのため、ロータ33の動きが安定しやすく、ロータ位置調整用電磁石11の電磁力での制御によりロータ33の浮遊位置を制御することが容易となる。   In the mixed flow pump 2, the rotor 33 and the impeller 34 are integrally formed, so that the impeller 34 floats when the pump is operated (stress that is pulled toward the suction port 36) and the rotor 33 is pulled toward the stator 35 by the magnetic force. Even when the applied force acts on the impeller 32 and the rotor 33, no force in the radial direction or the tilt direction is applied to the rotor 33. Therefore, the movement of the rotor 33 is easily stabilized, and the floating position of the rotor 33 can be easily controlled by the electromagnetic force of the rotor position adjusting electromagnet 11.

ここで、斜流ポンプ2は、インペラ34の回転に伴う流体の移送量に応じて吸入口36側が減圧となるため、インペラ34と一体に形成されたロータ33は、吸入口36側(ステータ5と離間する方向)に移動することになる。すなわち、ロータ位置調整用電磁石11に電力を供給していない状態での、ロータ33の軸方向に加わる応力(浮力)は、ロータ33の回転数と回転トルクから算出することができる。   Here, in the mixed flow pump 2, the suction port 36 is depressurized in accordance with the amount of fluid transferred with the rotation of the impeller 34, so the rotor 33 formed integrally with the impeller 34 is connected to the suction port 36 (stator 5 side). In the direction of separating from each other). That is, the stress (buoyancy) applied in the axial direction of the rotor 33 in a state where electric power is not supplied to the rotor position adjusting electromagnet 11 can be calculated from the rotational speed and rotational torque of the rotor 33.

ロータ33の回転数は回転数検出装置27cから、回転トルクは誘起電圧検知装置27aと駆動電流検知装置27bにより検出される誘起電圧と駆動電流から算出することができる。そのため、ロータ位置制御装置23は、誘起電圧と駆動電流及び回転数から、ロータ33の軸方向に加わる応力(浮力)を算出して、ロータ33が所定位置に留まるようにロータ位置調整用電磁石11に適切な電力を供給している。   The rotational speed of the rotor 33 can be calculated from the rotational speed detection device 27c, and the rotational torque can be calculated from the induced voltage and the drive current detected by the induced voltage detection device 27a and the drive current detection device 27b. Therefore, the rotor position control device 23 calculates the stress (buoyancy) applied in the axial direction of the rotor 33 from the induced voltage, the drive current, and the rotational speed, and the rotor position adjusting electromagnet 11 so that the rotor 33 stays at a predetermined position. Proper power is being supplied.

斜流ポンプ2は、本実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1と同様の構成を有するモータを適用することにより、以下に挙げる点においてアキシャル磁気浮上回転モータ1の特徴を備えたものとすることができる。
すなわち、ロータ位置調整用永久磁石16とロータ位置調整用電磁石11を回転中心部(中央部)に配置することにより、ステータ径方向の外周側に形成された場合と比べて、ロータ33の回転への影響を軽減できる。
The mixed flow pump 2 is provided with the characteristics of the axial magnetic levitation rotary motor 1 in the following points by applying a motor having the same configuration as the axial magnetic levitation rotary motor 1 according to the present embodiment. Can do.
That is, by arranging the rotor position adjusting permanent magnet 16 and the rotor position adjusting electromagnet 11 at the rotation center portion (center portion), the rotor 33 can be rotated as compared with the case where it is formed on the outer peripheral side in the stator radial direction. Can reduce the effects of

駆動用電磁石9とロータ位置調整用電磁石11を、径方向に沿って、ほぼ同一面上に形成することができるため薄型化を図ることができると共に、従来中空部であった領域に電磁石から構成されたロータ位置調整用電磁石11を配設する機構であるため斜流ポンプ2の小型化を図ることができる。また、回転制御装置21及びロータ位置制御装置23などの制御装置を、ステータ35のロータ33とは逆側の回路配置スペース43に配置することで、斜流ポンプ2の一層の小型化を図ることができる。   The drive electromagnet 9 and the rotor position adjusting electromagnet 11 can be formed on substantially the same plane along the radial direction, so that the thickness can be reduced and the conventional electromagnet is formed in the region that was a hollow portion. Since the rotor position adjusting electromagnet 11 is disposed, the mixed flow pump 2 can be downsized. Further, the control device such as the rotation control device 21 and the rotor position control device 23 is arranged in the circuit arrangement space 43 on the side opposite to the rotor 33 of the stator 35, thereby further reducing the size of the mixed flow pump 2. Can do.

さらに、誘起電圧、駆動電流、回転数からロータ33の軸方向に加わる応力を算出する機構であることから、ギャップセンサを用いる必要がなく構造を比較的簡単にすることができる。
また、ロータ33を軸支するベアリングがないことにより長寿命化とベアリング摺動ロスがないことによる低イナーシャ化を図ることができる。
もちろん、本実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータ1と同様の構成を遠心ポンプなどの他のターボ形ポンプに適用した場合にも、上述したアキシャル磁気浮上回転モータ1の特徴を備えたものとすることができる。
Furthermore, since it is a mechanism for calculating the stress applied in the axial direction of the rotor 33 from the induced voltage, drive current, and rotation speed, it is not necessary to use a gap sensor, and the structure can be made relatively simple.
Further, since there is no bearing that supports the rotor 33, it is possible to extend the life and reduce the inertia due to the absence of bearing sliding loss.
Of course, even when the same configuration as the axial magnetic levitation rotary motor 1 according to the present embodiment is applied to another turbo pump such as a centrifugal pump, the above-described features of the axial magnetic levitation rotary motor 1 are provided. be able to.

特に、本発明に係る斜流ポンプ2を人工心臓に適用した場合には、ロータ33が機械的に非接触な構造であることから摩耗による汚れを発生せず、摩耗により血液を汚染する心配がないため安全性を確保することができると共に、メンテナンスフリーを実現することができるため、長期間の連続使用に適している。
もちろん、血液ポンプ以外にも、ラジエータの冷却液を循環させるためのウォータポンプなどとしても好適に用いることができる。
なお、遠心加圧室38の内壁面の一部に低摩擦部材を配設することで、斜流ポンプ2に振動や衝撃が加わったとしてもロータ33の回転に影響しにくくなり、また、インペラ32から流体に与えられる圧力エネルギーのロスを低減してポンプ効率を向上できる。
In particular, when the mixed flow pump 2 according to the present invention is applied to an artificial heart, since the rotor 33 has a mechanical non-contact structure, contamination due to wear does not occur, and blood may be contaminated due to wear. Therefore, safety can be ensured and maintenance-free can be realized, which is suitable for long-term continuous use.
Of course, in addition to the blood pump, it can also be suitably used as a water pump for circulating the coolant of the radiator.
By disposing a low friction member on a part of the inner wall surface of the centrifugal pressurizing chamber 38, even if vibration or impact is applied to the mixed flow pump 2, it becomes difficult to affect the rotation of the rotor 33, and the impeller The loss of the pressure energy given to the fluid from 32 can be reduced and the pump efficiency can be improved.

本発明の一実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータの断面説明図である。It is a section explanatory view of the axial magnetic levitation rotation motor concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータのシステム構成である。1 is a system configuration of an axial magnetic levitation rotary motor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るアキシャル磁気浮上回転モータのターボ形ポンプへの応用例である。It is an application example to the turbo type pump of the axial magnetic levitation rotary motor which concerns on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 アキシャル磁気浮上回転モータ、2 斜流ポンプ、3,33 ロータ、4 ハウジング、5,35 ステータ、7 ステータコア、8 シャフト、9 駆動用電磁石、10 ロータバックヨーク、11 ロータ位置調整用電磁石、12 ロータ回転用永久磁石、13 ロータ位置調整用電磁石コア、14 非磁性体、16 ロータ位置調整用永久磁石、21 回転制御装置、23 ロータ位置制御装置、25 ホール素子、27a 誘起電圧検知装置、27b 駆動電流検知装置、27c 回転数検出装置、32 インペラ、36 吸入口、36a 整流板、37 排出口、38 遠心加圧室、39,39a,39b 流体通路、41 カバー、43 回路配置スペース、44 ケーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Axial magnetic levitation rotary motor, 2 Diagonal flow pump, 3,33 Rotor, 4 Housing, 5,35 Stator, 7 Stator core, 8 Shaft, 9 Driving electromagnet, 10 Rotor back yoke, 11 Rotor position adjusting electromagnet, 12 Rotor Permanent magnet for rotation, 13 Electromagnetic core for rotor position adjustment, 14 Non-magnetic material, 16 Permanent magnet for rotor position adjustment, 21 Rotation control device, 23 Rotor position control device, 25 Hall element, 27a Induced voltage detection device, 27b Drive current Detecting device, 27c Rotational speed detecting device, 32 impeller, 36 Suction port, 36a Rectifier plate, 37 Discharge port, 38 Centrifugal pressure chamber, 39, 39a, 39b Fluid passage, 41 Cover, 43 Circuit arrangement space, 44 Cable

Claims (4)

磁気浮上したロータを回転駆動する駆動用電磁石を備えるステータと、浮遊状態で維持可能なロータと、を備えたアキシャル磁気浮上回転モータにおいて、
前記ロータは、回転中心部に前記ステータに対向して配設されたロータ位置調整用永久磁石と、径方向の外周側に前記ステータに対向して配設されたロータ回転用永久磁石と、を備え、
前記ステータは、前記ロータ側の中央部にロータ位置調整用永久磁石と対向して配設されたロータ位置調整用電磁石と、前記ロータ側の径方向の外周側にロータ回転用永久磁石と対向して配設された駆動用電磁石と、を備え、
前記ロータ位置調整用電磁石の出力を調整することによって前記ロータを所定位置に維持することを特徴とするアキシャル磁気浮上回転モータ。
In an axial magnetic levitation rotary motor including a stator including a driving electromagnet that rotationally drives a magnetically levitated rotor, and a rotor that can be maintained in a floating state,
The rotor includes a rotor position adjusting permanent magnet disposed at the center of rotation so as to face the stator, and a rotor rotating permanent magnet disposed on the radially outer side facing the stator. Prepared,
The stator has a rotor position adjusting electromagnet disposed in the central portion on the rotor side so as to face the rotor position adjusting permanent magnet, and a rotor rotating permanent magnet on the radially outer side of the rotor side. An electromagnet for driving disposed
An axial magnetic levitation rotating motor characterized in that the rotor is maintained at a predetermined position by adjusting an output of the rotor position adjusting electromagnet.
前記駆動用電磁石を制御することで前記ロータの回転を制御する回転制御装置と、
前記ロータ位置調整用電磁石に供給する電力を制御することで前記ロータの位置を制御するロータ位置制御装置と、
前記駆動用電磁石に供給される誘起電圧を検出可能な誘起電圧検出装置と、
前記駆動用電磁石に供給される駆動電流を検出可能な駆動電流検出装置と、
前記ロータの回転数を検出可能な回転数検出装置と、を備え、
前記誘起電圧検出装置と前記駆動電流検出装置と前記回転数検出装置は、いずれも前記ロータ位置制御装置に接続され、
前記ロータ位置制御装置は、前記誘起電圧検出装置によって検出された誘起電圧と、前記駆動電流検出装置によって検出された駆動電流と、前記回転数検出装置によって検出された回転数とから、前記ロータに加わる軸方向の応力を算出すると共に、算出した前記応力の値に基づいて、前記ロータ位置調整用電磁石に供給される電力を制御して、前記ロータを所定位置に維持することを特徴とする請求項1に記載のアキシャル磁気浮上回転モータ。
A rotation control device for controlling the rotation of the rotor by controlling the driving electromagnet;
A rotor position control device for controlling the position of the rotor by controlling electric power supplied to the rotor position adjusting electromagnet;
An induced voltage detection device capable of detecting the induced voltage supplied to the driving electromagnet;
A drive current detector capable of detecting a drive current supplied to the drive electromagnet;
A rotational speed detection device capable of detecting the rotational speed of the rotor,
The induced voltage detection device, the drive current detection device, and the rotation speed detection device are all connected to the rotor position control device,
The rotor position control device is configured to cause the rotor to detect the induced voltage detected by the induced voltage detection device, the drive current detected by the drive current detection device, and the rotation speed detected by the rotation speed detection device. The applied axial stress is calculated, and the electric power supplied to the rotor position adjusting electromagnet is controlled based on the calculated stress value to maintain the rotor at a predetermined position. Item 2. The axial magnetic levitation rotary motor according to item 1.
吸入口と排出口と両者を連通する流体通路とが形成された筒状のポンプケーシングと、
前記ポンプケーシング内に浮遊状態で維持可能なロータと、
前記ロータ側に固定されフィンを有するインペラと、
前記ロータの軸方向の排出口側に配設され前記ロータを回転駆動する駆動用電磁石を有するステータと、を備え、前記ロータの回転により前記インペラが回転することで、前記吸入口から吸い込まれた流体が前記排出口へ移送されるアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプであって、
前記ロータは、回転中心部に前記ステータに対向して配設されたロータ位置調整用永久磁石と、径方向の外周側に前記ステータに対向して配設されたロータ回転用永久磁石と、を備え、
前記ステータは、前記ロータ側の中央部にロータ位置調整用永久磁石と対向して配設されたロータ位置調整用電磁石と、前記ロータ側の径方向の外周側にロータ回転用永久磁石と対向して配設された駆動用電磁石と、を備え、
前記ロータ位置調整用電磁石の出力を調整することによって前記ロータを所定位置に維持することを特徴とするアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプ。
A cylindrical pump casing in which a suction passage, a discharge port, and a fluid passage communicating the both are formed;
A rotor capable of being maintained in a floating state in the pump casing;
An impeller fixed to the rotor side and having fins;
A stator having a driving electromagnet which is disposed on the discharge port side in the axial direction of the rotor and rotationally drives the rotor, and the impeller is rotated by the rotation of the rotor, and is sucked from the suction port A turbo-type pump using an axial magnetic levitation rotary motor in which fluid is transferred to the discharge port,
The rotor includes a rotor position adjusting permanent magnet disposed at the center of rotation so as to face the stator, and a rotor rotating permanent magnet disposed on the radially outer side facing the stator. Prepared,
The stator has a rotor position adjusting electromagnet disposed in the central portion on the rotor side so as to face the rotor position adjusting permanent magnet, and a rotor rotating permanent magnet on the radially outer side of the rotor side. An electromagnet for driving disposed
A turbo pump using an axial magnetic levitation rotating motor, wherein the rotor is maintained at a predetermined position by adjusting an output of the rotor position adjusting electromagnet.
前記駆動用電磁石を制御することで前記ロータの回転を制御する回転制御装置と、
前記ロータ位置調整用電磁石に供給する電力を制御することで前記ロータの位置を制御するロータ位置制御装置と、
前記駆動用電磁石に供給される誘起電圧を検出可能な誘起電圧検出装置と、
前記駆動用電磁石に供給される駆動電流を検出可能な駆動電流検出装置と、
前記ロータの回転数を検出可能な回転数検出装置と、を備え、
前記誘起電圧検出装置と前記駆動電流検出装置と前記回転数検出装置は、いずれも前記ロータ位置制御装置に接続され、
前記ロータ位置制御装置は、前記誘起電圧検出装置によって検出された誘起電圧と、前記駆動電流検出装置によって検出された駆動電流と、前記回転数検出装置によって検出された回転数とから、前記ロータに加わる軸方向の応力を算出すると共に、算出された前記応力の値に基づいて、前記ロータ位置調整用電磁石に供給される電力を制御して、前記ロータを所定位置に維持することを特徴とする請求項3に記載のアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプ。
A rotation control device for controlling the rotation of the rotor by controlling the driving electromagnet;
A rotor position control device for controlling the position of the rotor by controlling electric power supplied to the rotor position adjusting electromagnet;
An induced voltage detection device capable of detecting the induced voltage supplied to the driving electromagnet;
A drive current detector capable of detecting a drive current supplied to the drive electromagnet;
A rotational speed detection device capable of detecting the rotational speed of the rotor,
The induced voltage detection device, the drive current detection device, and the rotation speed detection device are all connected to the rotor position control device,
The rotor position control device is configured to cause the rotor to detect the induced voltage detected by the induced voltage detection device, the drive current detected by the drive current detection device, and the rotation speed detected by the rotation speed detection device. The applied axial stress is calculated, and the electric power supplied to the rotor position adjusting electromagnet is controlled based on the calculated stress value to maintain the rotor at a predetermined position. A turbo pump using the axial magnetic levitation rotating motor according to claim 3.
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