JP2010279230A - Axial magnetic levitation motor, and axial magnetic levitation centrifugal pump with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関し、特に小型軽量の磁気浮上人工心臓を実現するアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関する。 The present invention relates to an axial type magnetic levitation motor and an axial type magnetic levitation centrifugal pump equipped with an axial type magnetic levitation motor, and more particularly to an axial type magnetic levitation motor and an axial type magnetic levitation motor that realize a small and light magnetic levitation artificial heart. The present invention relates to an axial type magnetic levitation centrifugal pump.
本発明は、特にロータとその軸線方向に沿って、ロータの上部に配置された上部ステータおよびロータの下部に配置された下部ステータとを備え、ロータをロータの軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながらロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータおよびこのアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関する。 In particular, the present invention includes a rotor and an upper stator disposed at the upper portion of the rotor and a lower stator disposed at the lower portion of the rotor along the axial direction of the rotor, and the rotor is axially magnetically levitated along the axial direction of the rotor. The present invention relates to an axial magnetic levitation motor that rotates in a non-contact state around the axis of a rotor, and an axial magnetic levitation centrifugal pump including the axial magnetic levitation motor.
ロータを磁気の作用によってその軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながらロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させる構成の磁気浮上モータとして、例えば磁気浮上回転モータ、高速回転機、工作機械用の高速スピンドル、さらにはその応用例としての医療分野における人工心臓の遠心ポンプ等への応用がある。磁気浮上のモータ方式としてロータの軸線方向に沿ってロータの軸方向の位置ならびにロータの回転の制御を行なうアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上遠心ポンプが知られている。(特許文献1) As a magnetic levitation motor configured to rotate in a non-contact state around the axis of the rotor while axially levitating along the axial direction of the rotor by the action of magnetism, for example, a magnetic levitation rotary motor, a high-speed rotary machine, a machine tool There are applications to high-speed spindles, as well as centrifugal pumps for artificial hearts in the medical field as examples of applications thereof. As a magnetic levitation motor system, an axial type magnetic levitation motor and an axial type magnetic levitation centrifugal pump that control the axial position of the rotor and the rotation of the rotor along the axial direction of the rotor are known. (Patent Document 1)
特許文献1に示されたアキシャル型磁気浮上モータは、ロータの上方に上部ステータ、下方に下部ステータを配置し、ロータの周囲にリング状外側永久磁石を配置した構成である。上部ステータの電磁石はロータ上面の上側永久磁石と共働して、ロータの軸方向位置および傾き制御を行ない、下部ステータはロータ下面の永久磁石と共働してロータの回転制御を行なう。このアキシャル型磁気浮上モータにおいては、ロータのラジアル方向の変動ないし振動はロータ周面に設けたリング状内側永久磁石とこれと同心配置のリング状外側永久磁石との間の相互反発力により抑制し、ラジアル方向の受動安定性でロータを支持している。
The axial type magnetic levitation motor disclosed in
上述の特許文献1に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータに設けた4個の電磁石はロータに対して吸引力を作用させてロータの軸方向の位置制御を担っているがロータの回転制御は兼用していない。一方、下部ステータの電磁石が回転制御を担っている。従って、上部ステータにおいてロータの軸方向に着磁したバイアス磁束発生用としてロータの軸方向の位置を制御し、ロータの回転は下部ステータが担っている。すなわち、上部ステータはロータの軸線Z方向におけるアキシャル制御を行ない、下部ステータはロータの軸線Zのまわりの回転制御を行なっている。
In the axial type magnetic levitation motor disclosed in
また、上述の特許文献1に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータに設けた電磁石は、ロータの上側永久磁石と共働してロータの傾きを制御する傾き制御用電磁石として機能している。すなわち、上部ステータの電磁石は、ロータが軸線Zに対して偏位した傾きに対する制御を担っている。
In the axial type magnetic levitation motor shown in
上述の特許文献1に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータでロータの位置とロータの傾きを制御し、ロータの回転制御と上部ステータに対するバイアス力を発生する下部ステータを備えており、軸方向位置制御は、上部ステータの吸引力と下部ステータの磁気吸引力の大きさを釣り合わせて行われている。またロータの傾き制御は永久磁石によるバイアス磁束と電磁石による磁束に基づいて行われている。
In the axial type magnetic levitation motor shown in
上述の特許文献1に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、成人用の循環系疾患者および呼吸器系疾患者の救命のための磁気浮上人工心臓の実現するアキシャル型磁気浮上モータに関するものであり、ロータの直径すなわちラジアル方向の寸法が大きく大型になりロータの重量が増大し、また磁気浮上を担う上部ステータとモータ機能を担う下部ステータの異なる役割の上下磁気吸引力を釣り合わせる構造であった。
The axial type magnetic levitation motor disclosed in the above-mentioned
本発明の解決しようとする課題は、ラジアル方向に小さい寸法を有する小型軽量のアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a small and lightweight axial type magnetic levitation motor having a small dimension in the radial direction and an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with the axial type magnetic levitation motor.
本発明の解決しようとする課題は、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御構成が簡単なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an axial type magnetic levitation motor and an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with an axial type magnetic levitation motor and a simple configuration of rotor axial position and rotation control and rotor tilt control. There is.
本発明の解決しようとする課題は、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御が容易なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an axial type magnetic levitation motor and an axial type magnetic levitation centrifugal pump equipped with an axial type magnetic levitation motor that can easily control the axial position and rotation of the rotor and the tilt control of the rotor. It is in.
本発明の解決しようとする課題は、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an axial type magnetic levitation motor that is small and capable of generating high torque, and an axial type magnetic levitation centrifugal pump including the axial type magnetic levitation motor.
本発明の解決しようとする課題は、上部ステータおよび下部ステータの両ステータでロータの回転制御ができるアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide an axial magnetic levitation motor capable of controlling the rotation of the rotor by both the upper stator and the lower stator, and an axial magnetic levitation centrifugal pump including the axial magnetic levitation motor. is there.
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、少なくとも一つのステータを備え、
前記ステータは、前記ロータの回転中心軸の軸線方向に沿って前記ロータと離間配置され、前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、
前記ロータの前記ステータに対向する面には永久磁石が設けられ、
前記突極には、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行う軸方向位置・回転制御用コイル、および前記ロータの傾き制御を行う傾き制御用コイルが巻回されて設けられることによって、前記ステータに、前記軸方向位置・回転制御用コイルと、前記傾き制御用コイルとが一体的に形成されること
を特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを提供する。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a rotor and at least one stator,
The stator has salient poles that are spaced apart from the rotor along the axial direction of the rotation center axis of the rotor, and protrude and extend toward the rotor,
A surface of the rotor facing the stator is provided with a permanent magnet,
An axial position / rotation control coil for controlling the axial position and rotation of the rotor, and a tilt control coil for controlling the tilt of the rotor are wound around the salient pole, thereby providing the stator. The axial position / rotation control coil and the tilt control coil are integrally formed, and an axial type magnetic levitation motor is provided.
また、本発明は、前記アキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、前記ロータの前記軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、
前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、前記ロータの前記軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータとを備え、
前記ロータの前記軸方向上面には上側永久磁石が設けられ、前記ロータの前記軸方向下面には下側永久磁石が設けられ、
前記ロータの軸方向位置および回転制御を行う上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行う上部傾き制御用コイルが前記上部ステータの前記突極に巻回して設けられ、
前記ロータの軸方向位置および回転制御を行う下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行う下部傾き制御用コイルが前記下部ステータの前記突極に巻回して設けられ、
前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルとが、前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置されていること
を特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを提供する。
Further, the present invention relates to the axial type magnetic levitation motor, the upper stator having a salient pole projecting and extending toward the rotor side, and spaced apart from the upper portion of the rotor along the axial direction of the rotor;
A lower stator that has a salient pole that protrudes and extends toward the rotor, and that is spaced apart from the lower portion of the rotor along the axial direction of the rotor;
An upper permanent magnet is provided on the axial upper surface of the rotor, and a lower permanent magnet is provided on the axial lower surface of the rotor,
An upper axial position position / rotation control coil for controlling the axial position and rotation of the rotor and an upper tilt control coil for controlling the tilt of the rotor are wound around the salient poles of the upper stator,
A lower axial position / rotation control coil for controlling the axial position and rotation of the rotor and a lower tilt control coil for controlling the inclination of the rotor are wound around the salient poles of the lower stator,
The upper axial position / rotation control coil and the upper tilt control coil, and the lower axial position / rotation control coil and the lower tilt control coil are symmetrical along the axial direction of the rotor. An axial type magnetic levitation motor is provided.
当該アキシャル型磁気浮上モータが備える上部ステータの突極における前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルの配置と、下部ステータの突極における前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルの配置については少なくとも六つの構成がある。すなわち、
(1)前記上部軸方向位置・回転制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設けられ、前記上部傾き制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられる。また、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の根本部に巻回して設けられ、前記下部傾き制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられる。
(2)前記上部軸方向位置・回転制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設けられ、前記上部傾き制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられる。また、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられ、前記下部傾き制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の根本部に巻回して設けられる。
(3)前記上部軸方向位置・回転制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられ、前記上部傾き制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の根本部に巻回して設けられる。また、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられ、前記下部傾き制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の根本部に巻回して設けられる。
(4)前記上部軸方向位置・回転制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられ、前記上部傾き制御用コイルが前記上部ステータの前記突極の根本部に巻回して設けられる。また、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の根本部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルが前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けられる。
(5)前記上部傾き制御用コイルと前記上部軸方向位置・回転制御用コイルとが前記上部ステータの前記突極に混合して巻回して設けられる。また、前記下部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルとが前記下部ステータの前記突極に混合して巻回して設けられる。
(6)前記上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設けられ、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設けられ、前記上部ステータの前記突極および前記下部ステータの前記突極のいずれか一方のみに前記傾き制御用コイルを巻回して設けられる。
Arrangement of the upper axial position / rotation control coil and upper tilt control coil in the salient pole of the upper stator provided in the axial type magnetic levitation motor, and the lower axial position / rotation control in the salient pole of the lower stator There are at least six configurations for the arrangement of the coil and the lower inclination control coil. That is,
(1) The upper axial position / rotation control coil is wound around the base of the salient pole of the upper stator, and the upper tilt control coil is wound around the tip of the salient pole of the upper stator. It is provided by turning. The lower axial position / rotation control coil is wound around the base of the salient pole of the lower stator, and the lower tilt control coil is wound around the tip of the salient pole of the lower stator. Provided.
(2) The upper axial position / rotation control coil is wound around the base of the salient pole of the upper stator, and the upper tilt control coil is wound around the tip of the salient pole of the upper stator. It is provided by turning. The lower axial position / rotation control coil is wound around the tip of the salient pole of the lower stator, and the lower tilt control coil is wound around the base of the salient pole of the lower stator. Provided.
(3) The upper axial position / rotation control coil is wound around the tip of the salient pole of the upper stator, and the upper tilt control coil is wound around the base of the salient pole of the upper stator. It is provided by turning. The lower axial position / rotation control coil is wound around the tip of the salient pole of the lower stator, and the lower tilt control coil is wound around the base of the salient pole of the lower stator. Provided.
(4) The upper axial position / rotation control coil is wound around the tip of the salient pole of the upper stator, and the upper tilt control coil is wound around the salient pole of the upper stator. It is provided by turning. The lower axial position / rotation control coil is wound around the base of the salient pole of the lower stator, and the lower tilt control coil is wound around the tip of the salient pole of the lower stator. Provided.
(5) The upper tilt control coil and the upper axial position / rotation control coil are mixed and wound around the salient pole of the upper stator. The lower inclination control coil and the lower axial position / rotation control coil are provided by being mixed and wound around the salient poles of the lower stator.
(6) The upper axial position / rotation control coil is wound around the salient pole of the upper stator, and the lower axial position / rotation control coil is wound around the salient pole of the lower stator. The inclination control coil is wound around only one of the salient pole of the upper stator and the salient pole of the lower stator.
また、本発明は、前記アキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの前記軸線方向に沿って前記ロータに離間配置された吸引力発生体を備え、前記吸引力発生体は前記ロータに対する吸引力を発生し、前記吸引力と前記ステータが発生する磁気吸引力が釣り合うことにより前記ロータが前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上されることを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを提供する。前記吸引力発生体としては少なくとも以下の構成がある。
(1)前記ロータの下側に配置離間配置された磁性材料部と、前記ロータの前記軸方向下面に設けられた永久磁石とから構成される。
(2)前記ロータの下側に配置離間配置された電磁石または永久磁石と、前記ロータの前記軸方向下面に貼り付けられた磁性材料部とから構成される。
(3)前記ロータに作用する重力または何らかの吸引力を利用するものである。
In the axial type magnetic levitation motor, the present invention may further include an attractive force generator that is spaced apart from the rotor along the axial direction of the rotor, and the attractive force generator generates an attractive force with respect to the rotor. In addition, the present invention provides an axial magnetic levitation motor characterized in that the attraction force and the magnetic attraction force generated by the stator are balanced so that the rotor is axially magnetically levitated along the axial direction. The suction force generator has at least the following configuration.
(1) It is comprised from the magnetic material part arrange | positioned and spaced apart by the lower side of the said rotor, and the permanent magnet provided in the said axial direction lower surface of the said rotor.
(2) It is comprised from the electromagnet or permanent magnet arrange | positioned and spaced apart by the lower side of the said rotor, and the magnetic material part affixed on the said axial lower surface of the said rotor.
(3) Gravity or some suction force acting on the rotor is used.
上記目的を達成するため、本発明は、前記アキシャル型磁気浮上モータを用いたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプであって、
ハウジングと、前記ハウジングに形成されたポンプ室を備え、
前記ロータにインペラが設けられ、
当該ロータが、前記ポンプ室に配置されること
を特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供する。
To achieve the above object, the present invention is an axial magnetic levitation centrifugal pump using the axial magnetic levitation motor,
A housing and a pump chamber formed in the housing;
An impeller is provided on the rotor;
An axial type magnetic levitation centrifugal pump is provided in which the rotor is disposed in the pump chamber.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ラジアル方向の小さい寸法を有する小型軽量のアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation motor, a small and lightweight axial type magnetic levitation motor having a small dimension in the radial direction could be obtained.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ロータの軸方向位置と回転制御の構成とロータの傾き制御の構成が簡単なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation motor, it is possible to obtain an axial type magnetic levitation motor in which the configuration of the axial position of the rotor, the configuration of the rotation control, and the configuration of the rotor tilt control are simple.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation motor, it is possible to obtain an axial type magnetic levitation motor that can easily control the axial position and rotation of the rotor and the tilt control of the rotor.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation motor, an axial type magnetic levitation motor capable of generating a small and high torque can be obtained.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部ステータおよび下部ステータの両ステータでロータの回転制御可能なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation motor, an axial type magnetic levitation motor in which the rotation of the rotor can be controlled by both the upper stator and the lower stator can be obtained.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御が容易なアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with the axial type magnetic levitation motor, it is possible to obtain an axial type magnetic levitation centrifugal pump in which the axial position and rotation control of the rotor and the tilt control of the rotor are easy.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。 In accordance with the present invention, an axial type magnetic levitation centrifugal pump having an axial type magnetic levitation motor and an axial type magnetic levitation centrifugal pump having an axial type magnetic levitation motor that can easily control the axial position and rotation of the rotor and the tilt of the rotor. Could get.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。 According to the present invention, in the axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with the axial type magnetic levitation motor, it is possible to obtain an axial type magnetic levitation centrifugal pump including an axial type magnetic levitation motor capable of generating a small and high torque.
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、上部ステータおよび下部ステータの両ステータで回転制御可能なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。 According to the present invention, in an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with an axial type magnetic levitation motor, an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with an axial type magnetic levitation motor that can be rotationally controlled by both the upper and lower stators is obtained. I was able to.
以下、本発明のアキシャル型磁気浮上モータおよびこのアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを実施するための形態を図面に示す実施例に沿って説明する。図1は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例の原理構成を示す外観斜視図である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the form for implementing the axial type magnetic levitation motor of this invention and the axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with this axial type magnetic levitation motor is demonstrated along the Example shown on drawing. FIG. 1 is an external perspective view showing the principle configuration of an embodiment of an axial type magnetic levitation motor according to the present invention.
図1のアキシャル型磁気浮上モータAは、主としてロータ1、このロータ1の軸線Zに沿ってロータ1の上部に配置されたデスク型上部ステータ2、ロータ1の軸線Zに沿ってロータ1の下部に配置されたデスク型下部ステータ3から構成されている。また、ロータ1は上下に2枚のロータヨーク8およびヨーク間に6枚のインぺラ9を備えており、ロータヨーク8の外表面に2個の永久磁石10をそれぞれ設けている。
The axial type magnetic levitation motor A shown in FIG. 1 mainly includes a
また、図1のアキシャル型磁気浮上モータAは、上部ステータ2の突極には、その根本部に、3相2極の回転磁界を発生するロータ1の軸方向位置および回転を制御する上部軸方向位置・回転制御用コイル4が巻回されており、突極の先端部にロータ1の傾きを制御する上部傾き制御用コイル5が巻回されている。また、下部ステータ3の突極の根元部には、3相2極の回転磁界を発生するロータ1の下部軸方向位置・回転制御用コイル7、下部ステータ3の突極の先端部にはロータ1の傾きを制御する下部傾き制御用コイル6が巻回されている。
The axial type magnetic levitation motor A shown in FIG. 1 has an upper shaft that controls the axial position and rotation of the
さらに、図1のアキシャル型磁気浮上モータAにおいては、ロータ1には、浮上回転用の2極の永久磁石10が軸方向両面に配置されている。ロータ1は、上部ステータ2、下部ステータ3により軸方向両面から挟み込まれ、上部ステータ2、下部ステータ3で発生する磁気吸引力を釣り合わせることにより軸方向に磁気支持され回転する。本実施の形態のアキシャル型磁気浮上モータAは、上部ステータ2と下部ステータ3の両ステータによってロータ1の回転制御が行なわれている。
Further, in the axial type magnetic levitation motor A shown in FIG. 1, the
また、ロータ1の上下面に永久磁石10が上下で90度ずらして配置され、上部ステータ2、下部ステータ3の両ステータに配置した上部傾き制御用コイル5と下部傾き制御用コイル6で、ロータ1のラジアル方向2軸まわりの傾きを制御している。ラジアル方向位置については、受動安定性を用いて静的に支持している。上部ステータ2、上部軸方向位置・回転制御用コイル4、上部傾き制御用コイル5と下部ステータ3、下部軸方向位置・回転制御用コイル7、下部傾き制御用コイル6とはロータ1の軸線Xと軸線Yで形成される面上に、かつインペラを中心として対称的に配置されている。
In addition, the
図1のアキシャル型磁気浮上モータAにおけるロータ1の軸方向位置制御および回転制御は、上部ステータ2、下部ステータ3の両ステータを用いて行なわれる。ロータ1の軸方向位置制御は、上部ステータ2、下部ステータ3の上部軸方向位置・回転制御用コイル4と下部軸方向位置・回転制御用コイル7の両コイルに与える3相2極の回転磁界のd軸電流を変化させ、ロータ1上下に働く吸引力の大きさを釣り合わせて行なっている。ロータ1の回転制御は、上部ステータ2、下部ステータ3の両ステータにU相、V相、W相の3相2極の回転磁界のq軸電流により回転トルクを発生させて行なっている。ロータ1の軸方向位置制御および回転制御はベクトル制御を用いそれぞれ独立に行われる。
Axial position control and rotation control of the
本発明の実施の形態に係るアキシャル型磁気浮上モータAでは、d軸成分の電流値、q軸成分の電流値を用いて、ロータ1の軸方向吸引力と回転制御を独立に行なうが、最終的に決定したd軸成分の電流値、q軸成分の電流値を3相2極の回転磁界に変換し、その回転磁界を軸方向位置・回転制御用コイル4、6の両コイルに与えて、3相2極の回転磁界で制御することで行う。
In axial magnetic levitation motor A according to the embodiment of the present invention, the current value of the d-axis component, by using the current value of the q-axis component, rows that UGA independently controlling the rotation and axial attraction force of the
図1に示すアキシャル型磁気浮上モータAにおけるロータ1の傾き制御は、上部傾き制御用コイル5と下部傾き制御用コイル6の両コイルを用いて行なわれる。6個の突極に6個のコイルを巻いてあり、全ての傾き制御用コイルで同一方向に磁束を発生させ、ロータ1に配置した永久磁石のS極側とN極側に働く磁気吸引力の不均衡を生じさせて行なう。前述したように、ロータ1の上下面に上下で90度ずらして配置した永久磁石10と上部ステータ2、下部ステータ3の両ステータに配置した上部傾き制御用コイル5と下部傾き制御用コイル6で、ロータ1のラジアル方向2軸まわりの傾きを制御している。
Inclination control of the
アキシャル型磁気浮上モータAのロータ1のX軸回りおよびY軸回りの傾きを検出しロータ1の傾き制御を行なうが、傾き制御に用いる永久磁石10はロータ1として回転する。このため、回転角の検出をし、X軸回りおよびY軸回りの傾きを回転座標系の傾きに変換し、傾き制御を行なう。
In the axial type magnetic levitation motor A, the inclination of the
本実施の形態のアキシャル型磁気浮上モータAにおける制御システムについて説明する。図2において、アキシャル型磁気浮上モータAに設けた上部軸方向位置および回転制御用コイル4と下部軸方向位置および回転制御用コイル7、および上部傾き制御用コイル5と下部傾き制御用コイル6に対応して設けた過電流センサ21よりロータ1の軸方向位置・回転制御用および傾きの変位を表わす検出信号がA/Dコンバータ22を介して制御部23に送られる。この制御部23に設けた軸方向位置制御手段23a、回転制御手段23bおよび傾き制御手段23cによって、上部軸方向位置・回転制御用コイル4と下部軸方向位置・回転制御用コイル7、および上部傾き制御用コイル5と下部傾き制御用コイル6に流すべきコイル電流値が算出され、これが電源24に接続された増幅器(アンプ)25に出力される。
A control system in the axial type magnetic levitation motor A of the present embodiment will be described. In FIG. 2, the upper axial position and
このように、傾き制御用として発生させ磁界α相を発生させる上部傾き制御用コイル5、磁界β相を発生させる下部傾き制御用コイル6とU相、V相、W相の3相2極の回転磁界を発生させる上部軸方向位置・回転制御用コイル4と下部軸方向位置・回転制御用コイル7の各相(U、V、W相)に電流を増幅器(アンプ)25を介して入力する。制御には、デジタルPID制御を用いる。dSPACE(商品名)を用いて高速のデジタル信号処理をする。過電流センサ21の信号は、A/Dコンバータ22を介してdSPACEに取り込み上部傾き制御用コイル5と下部傾き制御用コイル6に流す電流を計算し、増幅器(アンプ)25に出力する。また、制御部23の制御プログラムはC言語などを用いて作成され、その具体例として例えばMATLAB.5.3simulik(商品名)が用いられる。
Thus, the upper tilt control coil 5 for generating the magnetic field α-phase and the lower
本発明の実施の形態に係るアキシャル型磁気浮上型モータの実施態様を説明する。アキシャル型磁気浮上型モータA1はネオジウム系磁石を使用したType 1−Nd型モータを採用している。図3は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータA1におけるロータ部分の実施態様を示す平面図である。 Describing embodiments of the axial type magnetic levitation motor according to an embodiment of the present invention. Axial magnetic levitation motor A1 employs a Type 1-Nd-type motor using a neodymium magnet. FIG. 3 is a plan view showing an embodiment of a rotor portion in the axial type magnetic levitation motor A1 according to the present invention.
アキシャル型磁気浮上型モータA1のロータ31は1極を2個の永久磁石により構成し、合計4個の永久磁石32a1、32a2をロータ31のロータヨークに貼り付けて2極のロータ31を構成している。永久磁石32a1、32a2の形状は扇形構造として形成してあり、各永久磁石32a1、32a2の厚さは1mmである。ロータ31のロータヨークの寸法は、外径24mm、内径8mm、厚さは2mmである。永久磁石32a1、32a2はネオジウム系磁石を採用した。ロータ31は2個のロータヨークを備えており、1つのロータヨークに対向して他のロータヨークを有し、2個のロータヨークの間に6枚のインぺラを設けている。なお、ロータ31の他のロータヨークの表面にも同じ形状とした永久磁石が設けられている。
The
図3に示すロータ31と共働するデスク型ステータについて説明する。図4は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータA1におけるステータの実施態様を示す外観斜視図である。
A desk-type stator that cooperates with the
アキシャル型磁気浮上型モータA1のデスク型ステータ34は60度毎に等間隔で設けた6個の突極34aから構成されている。突極34aはストレート突極構造を採用し、断面は扇形構造を採用している。ステータ34の寸法は、外径24mm、内径8mm、突極34aの高さは5mmである。
The
図3に示すロータ31と図4に示すデスク型ステータ34に関連する軸方向位置および回転制御用の軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの構成を説明する。図5は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータA1における軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの実施態様を示す外観斜視図である。
The configuration of the axial position and rotation control axial position / rotation control coil and the inclination control coil related to the
アキシャル型磁気浮上モータA1のステータ34の6個のすべての突極34aには、軸方向位置・回転制御用として、U相、V相、W相の3相2極の回転磁界を発生させるように軸方向位置・回転制御用コイル35(電磁石用コイル)を巻き、その上に傾き制御用としてα相、β相どちらかの磁界を発生させるように傾き制御用コイル(電磁石コイル)36を巻いた。すなわち、軸方向位置・回転制御用コイル35は、突極34aの根元部に巻回されており、傾き制御用コイル36は、突極34aの先端部に巻回されている。軸方向位置・回転制御用コイル35と傾き制御用コイル36は線径0.4mmの導線を用い、1突極あたり軸方向位置・回転制御用を27巻き、傾き制御用を5巻きとした。
All six
本発明のアキシャル型磁気浮上型モータの他の実施の形態を説明する。アキシャル型磁気浮上型モータA2はネオジウム系磁石を使用したType 2−Nd型モータおよびサマリウム系磁石を使用したType 2−Sm型モータを採用している。図6は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータA2におけるロータ部分の他の実施態様を示す平面図である。 Another embodiment of the axial magnetic levitation motor of the present invention will be described. Axial magnetic levitation motor A2 adopts the Type 2-Sm-type motor using a Type 2-Nd motor and samarium-based magnet using neodymium magnets. 6 is a plan view showing another embodiment of the rotor portion in the axial magnetic levitation motor A2 according to the present invention.
アキシャル型磁気浮上型モータA2のロータ41は1極を2個の永久磁石により構成し、合計4個の永久磁石42a1、42a2および永久磁石42b1、42b2をロータのヨーク43に貼り付けて2極のモータロータ41を構成している。永久磁石42a1、42a2および永久磁石42b1、42b2の形状は、ステータ44、ロータ41間の空隙における磁束密度が正弦波状に発生する形状を採用した。各永久磁石42a1、42a2および永久磁石42b1、42b2の厚さは0.7mmである。モータロータ41のロータヨークの寸法は、外径24mm、内径8mm、厚さは2mmである。永久磁石42a1、42a2および永久磁石42b1、42b2はネオジウム系磁石とサマリウムコバルト系磁石の2種類を採用した。ロータ41は2個のロータヨークを備えており、ロータヨークに対向して他のロータヨークを有し、2個のロータヨークの間に6枚のインぺラを設けている。なお、ロータ41の他のロータヨークの表面にも同じ形状の様な永久磁石が設けられている。
The rotor 41 of the axial type magnetic levitation motor A2 is composed of two permanent magnets, and a total of four permanent magnets 42a1, 42a2 and permanent magnets 42b1, 42b2 are attached to the rotor yoke 43 to form a two-pole rotor. A motor rotor 41 is configured. The shapes of the permanent magnets 42a1 and 42a2 and the permanent magnets 42b1 and 42b2 are such that the magnetic flux density in the gap between the
図6に示すロータ41と共働するデスク型ステータ44について説明する。図7は本実施の形態によるアキシャル型磁気浮上モータA2におけるステータの他の実施態様を示す外観斜視図である。
A desk-
上記したアキシャル型磁気浮上モータA2のデスク型ステータ44は60度毎に等間隔で設けた6個の突極から構成されている。ステータ44の突極44aはストレート突極構造を採用し、断面は扇形構造を採用した。ステータ44の寸法は、外径24mm、内径16mm、突極44aの高さは5mmである。
The
図6に示すロータ41と図7に示すデスク型ステータ44に関連する軸方向位置および回転制御用の軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの構成を説明する。図8は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータA2における軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの実施態様を示す外観斜視図である。
The configuration of the axial position and rotation control axial position / rotation control coil and the tilt control coil related to the rotor 41 shown in FIG. 6 and the
アキシャル型磁気浮上モータA2のステータ44の6個のすべての突極44aには、軸方向位置および回転制御用として、U相、V相、W相の3相2極の回転磁界を発生させるように軸方向位置・回転制御用コイル(電磁石用コイル)47を巻き、その上に傾き制御用としてα相、β相どちらかの磁界を発生させるように傾き制御用コイル(電磁石コイル)46を巻いた。すなわち、軸方向位置・回転制御用コイル47は、突極44aの根元部に巻回されており、傾き制御用コイル46は、突極44aの先端部に巻回されている。軸方向位置・回転制御用コイル47と傾き制御用コイル46は線径0.4mmの導線を用い、1突極あたり軸方向位置・回転制御用を43巻き、傾き制御用を5巻きとした。
All six
次に本発明の実施の形態に係るアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプについて説明する。図9は、本発明の実施の形態に係るアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの実施態様を示す側面図、図10はアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの実施態様で図9のX−X線に沿った断面図である。 Next, an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with an axial type magnetic levitation motor according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a side view showing an embodiment of an axial magnetic levitation centrifugal pump provided with an axial magnetic levitation motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 10 is an axial magnetic levitation centrifugal provided with an axial magnetic levitation motor. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 9 in the embodiment of the pump.
このアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプPは、主として遠心ポンプPの固定フレームを構成するポンプハウジング51、このポンプハウジング51内に区画して形成されたポンプ室52、吸込口53、吐出口54で構成されている。
The axial type magnetic levitation centrifugal pump P provided with this axial type magnetic levitation motor is mainly composed of a
また、このアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプPにおいては、上述した他の実施形態であるアキシャル型磁気浮上モータA2を採用している。すなわち、図6に示したロータ、図7に示したステータ、図8に示した軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルからなるアキシャル型磁気浮上モータA2の構成を基本的に採用している。 Further, in the axial type magnetic levitation centrifugal pump P provided with this axial type magnetic levitation motor, the axial type magnetic levitation motor A2 which is another embodiment described above is employed. That is, the configuration of the axial type magnetic levitation motor A2 comprising the rotor shown in FIG. 6, the stator shown in FIG. 7, the axial direction / rotation control coil and the tilt control coil shown in FIG. 8 is basically adopted. ing.
アキシャル型磁気浮上遠心ポンプPは、ロータ61を配置し、このロータ61は、ポンプケーシング51内に形成されたポンプ室52内に配置されるともに遠心型のインペラ61aを一体的に備えている。このロータ61は軸線Zのまわりに回転可能に、かつその軸線Zに沿って上下動可能になっている。このロータ61は、その上面に設けた永久磁石62aを、その下面に永久磁石62bを配置している。永久磁石62aの上部にはデスク型上部ステータ63を配置し、永久磁石62aの下部にはデスク型下部ステータ64を配置している。上部ステータ63の突極には上部軸方向制御・回転制御用コイル65と上部傾き制御用コイル66が設けられている。下部ステータ64の上方には下部軸方向制御・回転制御用コイル67と下部傾き制御用コイル68が設けられている。
The axial type magnetic levitation centrifugal pump P is provided with a
アキシャル型磁気浮上遠心ポンプPの上部ステータ62、上部軸方向制御・回転制御用コイル65と上部傾き制御用コイル66と下部ステータ64、下部軸方向制御・回転制御用コイル67と下部傾き制御用コイル68は対向して配置され、ロータ61の軸線Xに対して対称的に配置されている。
Upper stator 62 of axial type magnetic levitation centrifugal pump P, upper axial direction control /
上述のように構成されたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプPにおいて、ロータ61が上部ステータ62および下部ステータ63のそれぞれの上部軸方向制御・回転制御用コイル65と下部軸方向制御・回転制御用コイル67により、磁気浮上状態で回転駆動され、これによってロータ61のインペラ61aが回転して、吸込口53よりポンプ室52に流入したポンプ給送流体(例えば、血液)が遠心作用を受けて吐出口54より外部に給送され、ポンプ動作が遂行される。
In the axial type magnetic levitation centrifugal pump P configured as described above, the
上述のアキシャル型磁気浮上遠心ポンプPは、ロータ61を回転支持する軸受を不要とした無接触状態で回転駆動されるので、潤滑用グリースによる吐出液の汚染や機械的接触による磨耗くずの混入の恐れがないので、高純度の液の給送に適している。
The above-described axial type magnetic levitation centrifugal pump P is driven to rotate in a non-contact state that does not require a bearing for rotating and supporting the
上述のアキシャル型磁気浮上モータの実施の形態では2極のアキシャル型磁気浮上モータについて説明したがこれに限定されなく、例えば4極、6極等多極のアキシャル型磁気浮上モータを採用できる。また、モータに用いられる永久磁石は、ネオジウム系磁石およびサマリウム系磁石を採用されたがこれに限定されない。また、ロータの軸方向位置・回転制御用コイルとロータの傾き制御用コイルの配置は、実施例のアキシャル型磁気浮上モータ構成に限定されなく、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、軸方向位置・回転制御用コイルをステータの突極の根元部側に傾き制御用コイルを突極の先端部側に配置してもよい。また、軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルをステータの突極に両コイルを入り交ぜて混合して配置してもよい。 In the above-described embodiment of the axial type magnetic levitation motor, the two-pole axial type magnetic levitation motor has been described. However, the present invention is not limited to this. Moreover, although the neodymium-type magnet and the samarium-type magnet were employ | adopted as the permanent magnet used for a motor, it is not limited to this. In addition, the arrangement of the rotor axial position / rotation control coil and the rotor tilt control coil is not limited to the configuration of the axial magnetic levitation motor of the embodiment, and in the axial magnetic levitation motor, the axial position / rotation control is performed. The coil for inclination may be arranged on the base side of the salient pole of the stator and the coil for tilt control may be arranged on the tip side of the salient pole. Further, the axial position / rotation control coil and the tilt control coil may be arranged by mixing both the coils with the salient pole of the stator.
例えば、アキシャル型磁気浮上4極モータの場合、傾き制御用の磁場を6極の回転磁界として、片側のステータにのみ軸方向位置・回転制御用コイルに加えて傾き制御用コイルを配置してもよい。この場合、他側のステータには、傾き制御用コイルは設けられていなく、軸方向位置・回転制御用コイルのみを配置することになる。このような構造のアキシャル型磁気浮上モータのロータ部分にインペラを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることもできる。 For example, in the case of an axial-type magnetically levitated 4-pole motor, a tilt control coil may be arranged in addition to the axial position / rotation control coil only on one side of the stator with a tilt control magnetic field as a six-pole rotating magnetic field. Good. In this case, the other stator is not provided with a tilt control coil, and only the axial position / rotation control coil is disposed. It is also possible to obtain an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with an impeller in the rotor portion of the axial type magnetic levitation motor having such a structure.
さらに、例えば、アキシャル型磁気浮上4極モータとして傾き制御用の磁場を6極の回転磁界として片側に1個のステータ構造を採用し、この片側1個のステータに傾き制御用コイルを配置してもよい。そして、この片側1個のステータに対し、ロータに対向する他側に磁場等による磁気吸引力の発生体として代用可能な電磁石、永久磁石等の吸引力発生体を設置してもよい。この吸引力発生体は重力でも代用できる。このような構造のアキシャル型磁気浮上モータのロータ部分にインペラを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることもできる。 Further, for example, as an axial type magnetic levitation 4-pole motor, a tilt control magnetic field is used as a 6-pole rotating magnetic field, one stator structure is adopted on one side, and a tilt control coil is arranged on one stator on one side. Also good. Then, an attractive force generator such as an electromagnet or a permanent magnet that can be substituted as a magnetic attractive force generator by a magnetic field or the like may be installed on one side of the stator that faces the rotor. This suction force generator can be substituted by gravity. It is also possible to obtain an axial type magnetic levitation centrifugal pump provided with an impeller in the rotor portion of the axial type magnetic levitation motor having such a structure.
1…ロータ、2…上部ステータ、3…下部ステータ、4…軸方向位置・回転制御用コイル、5…傾き制御用コイル、6…傾き制御用コイル、7…軸方向位置・回転制御用コイル、8…ロータヨーク、9…インペラ、10…永久磁石、21…過電流センサ、22…A/Dコンデンサ、23…制御部、23a…軸方向位置制御手段、23b…回転制御手段、23c…傾き制御手段、24…電源、25…増幅器(アンプ)、31…ロータ、32a1…永久磁石、32a2…永久磁石、34…ステータ、34a…突極、35…軸方向位置・回転制御用コイル、36…傾き制御用コイル、41…ロータ、42a1…永久磁石、42a2…永久磁石、44…ステータ、44a…突極、46…傾き制御用コイル、47…軸方向位置・回転制御用コイル、51…ポンプケーシング、52…ポンプ室、53…吸込口、54…吐出口、61…ロータ、61a…インペラ、62a…永久磁石、62b…永久磁石、63…上部ステータ、64…下部ステータ、65…上部軸方向位置・回転制御用コイル、66…上部傾き制御用コイル、67…下部軸方向位置・回転制御用コイル、68…下部傾き制御用コイル、A…アキシャル型磁気浮上モータ、A1…アキシャル型磁気浮上モータ、A2…アキシャル型磁気浮上モータ、P…アキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
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