JP2013231471A - Fluid transfer device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid transfer device capable of further increasing a thrust shaft support force.SOLUTION: A centrifugal pump 10 is provided with a housing 12, a rotation unit 14 rotated with a rotary shaft L as its center, an impeller 16, a motor unit 18 for applying torque to the rotation unit 14, radial shaft supporting units 20, 26, a thrust shaft supporting unit 22 which has a first permanent magnet 80 provided in the housing 12 and a second permanent magnet 84 provided in the rotation unit 14, and causes thrust shaft support force in a direction opposite to a direction of external force acting on the impeller 16 to act to the rotation unit 14, by first magnetic flux generated between the first permanent magnet 80 and the second permanent magnet 84, a thrust shaft supporting coil 26 for generating second magnetic flux superimposed on the first magnetic flux, and a control unit 30 for controlling a magnitude of DC current applied to the thrust shaft supporting coil 26.

Description

本発明は、液体および気体等の流体を移送する流体移送装置に関する。   The present invention relates to a fluid transfer device that transfers fluid such as liquid and gas.

従来の流体移送装置として、ベアリングをなくしたベアリングレスポンプが知られている。一般的なベアリングレスポンプは、ポンプ部とモータ部とを有しており、ポンプ部の回転軸とモータ部の回転軸とが軸方向に連続して一体的に形成されている。モータ部は、ハウジングに設けられた固定子と、回転軸に設けられた回転子とを有しており、回転子が固定子に対して非接触な状態で磁力によって支持されている。固定子および回転子の表面には、流体による腐食を防止するために、フッ素樹脂等からなる耐薬品性の被覆層が形成されている。ベアリングレスポンプによれば、固定子と回転子とが機械的に接触しないので、部品の消耗や異物の発生を抑制することができる。しかし、回転子を支持する磁力を得るためには、固定子と回転子との間のギャップ長を短く抑える必要があるため、被覆層を厚くして耐薬品性を高めることが困難であった。そこで、本件の発明者の一人は、他の発明者と共に、ギャップ長が長い場合でも、十分な軸支持力を得ることのできるベアリングレスモータおよびポンプを提案している(特許文献1参照)。   As a conventional fluid transfer device, a bearingless pump without a bearing is known. A general bearingless pump has a pump part and a motor part, and the rotating shaft of the pump part and the rotating shaft of the motor part are integrally formed continuously in the axial direction. The motor unit includes a stator provided on the housing and a rotor provided on the rotating shaft, and the rotor is supported by magnetic force in a non-contact state with respect to the stator. On the surfaces of the stator and the rotor, a chemical-resistant coating layer made of a fluororesin or the like is formed in order to prevent corrosion due to fluid. According to the bearingless pump, since the stator and the rotor do not mechanically contact with each other, it is possible to suppress wear of parts and generation of foreign matters. However, in order to obtain the magnetic force to support the rotor, it is necessary to keep the gap length between the stator and the rotor short, so it is difficult to increase the chemical resistance by increasing the coating layer. . Therefore, one of the inventors of the present case has proposed a bearingless motor and a pump that can obtain a sufficient shaft support force even when the gap length is long (see Patent Document 1).

特許文献1に記載されたベアリングレスモータおよびポンプは、回転軸に対して直交する2軸における軸支持制御を行う2つのベアリングレスモータユニットと、回転軸に対して平行な1軸における軸支持制御を行う1つのスラスト磁気軸受ユニットとを備えている。スラスト磁気軸受ユニットは、回転軸周りに捲回されたスラスト軸支持巻線を有しており、スラスト軸支持巻線の軸方向両側には、バイアス磁束を発生させるスラスト永久磁石が配置されている。スラスト軸支持巻線に直流電流を流すとスラスト軸支持磁束が発生し、一方のバイアス磁束にスラスト軸支持磁束が重畳されるとともに、他方のバイアス磁束がスラスト軸支持磁束で相殺される。その結果、磁界に磁束密度が疎の部分と密の部分とが発生し、疎の部分から密の部分に向かう方向のスラスト軸支持力が回転子に作用する。   The bearingless motor and pump described in Patent Document 1 include two bearingless motor units that perform shaft support control in two axes orthogonal to the rotation axis, and shaft support control in one axis that is parallel to the rotation axis. One thrust magnetic bearing unit. The thrust magnetic bearing unit has a thrust shaft support winding wound around a rotating shaft, and a thrust permanent magnet for generating a bias magnetic flux is disposed on both axial sides of the thrust shaft support winding. . When a direct current is passed through the thrust shaft support winding, a thrust shaft support magnetic flux is generated, the thrust shaft support magnetic flux is superimposed on one bias magnetic flux, and the other bias magnetic flux is canceled by the thrust shaft support magnetic flux. As a result, a sparse part and a dense part are generated in the magnetic field, and a thrust shaft supporting force in a direction from the sparse part to the dense part acts on the rotor.

特許第4616405号公報Japanese Patent No. 4616405

特許文献1に記載されたベアリングレスモータおよびポンプによれば、2つのベアリングレスモータユニットによって、回転子を支持するラジアル軸支持力を確保することができる。しかし、未だ十分なスラスト軸支持力を確保することが困難であり、スラスト軸支持力については改善の余地があった。   According to the bearingless motor and the pump described in Patent Document 1, the radial shaft supporting force for supporting the rotor can be secured by the two bearingless motor units. However, it is still difficult to secure a sufficient thrust shaft support force, and there is room for improvement in the thrust shaft support force.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、スラスト軸支持力をより大きくすることができる、流体移送装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fluid transfer device that can further increase the thrust shaft support force.

上記課題を解決するために、本発明に係る流体移送装置は、ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置され、回転軸を中心に回転される回転部と、前記回転部の軸方向端部に設けられ、流体を移送する移送力を流体に作用させる作用部と、前記ハウジングに設けられた固定子と、前記回転軸に対して直交方向において前記固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とを有し、前記回転部に回転力を付与するモータ部と、前記回転軸に対して平行方向において前記モータ部から離間して配置され、前記回転軸に対して直交方向において前記回転部を非接触で支持するラジアル軸支持部と、前記ハウジングに設けられた第1永久磁石と前記回転部に設けられた第2永久磁石とを有し、前記第1永久磁石と前記第2永久磁石との間に生じる第1磁束によって、前記作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を前記回転部に作用させるスラスト軸支持部と、前記第1磁束に重畳させる第2磁束を生じさせるスラスト軸支持コイルと、前記スラスト軸支持コイルに付与される直流電流の大きさを制御する制御部とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a fluid transfer device according to the present invention is provided at a housing, a rotating unit disposed inside the housing and rotated about a rotating shaft, and an axial end of the rotating unit. And an action part for acting a transfer force for transferring the fluid on the fluid, a stator provided in the housing, and provided in the rotary part apart from the stator in a direction orthogonal to the rotation axis. A motor unit that has a rotor and applies rotational force to the rotating unit; and a motor unit that is spaced apart from the motor unit in a direction parallel to the rotation axis, and the rotation in a direction orthogonal to the rotation axis. A radial shaft support portion that supports the portion in a non-contact manner, a first permanent magnet provided in the housing, and a second permanent magnet provided in the rotating portion, and the first permanent magnet and the second permanent magnet. Between the magnet and The first magnetic flux generates a thrust shaft support portion that causes a thrust shaft support force in a direction opposite to the direction of the external force acting on the action portion to act on the rotating portion, and a second magnetic flux that is superimposed on the first magnetic flux. A thrust shaft support coil and a control unit that controls the magnitude of a direct current applied to the thrust shaft support coil.

この構成では、スラスト軸支持部が生じさせる第1磁束によって、作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を回転部に作用させることができる。また、スラスト軸支持コイルが生じさせる第2磁束を第1磁束に重畳させることによって、より大きなスラスト軸支持力を簡単に得ることができる。そして、スラスト軸支持コイルに付与される直流電流の大きさを制御部で制御して第2磁束の大きさを調整することによって、スラスト軸支持力の大きさを適宜調整することができる。   In this configuration, a thrust shaft support force in a direction opposite to the direction of the external force acting on the action portion can be applied to the rotating portion by the first magnetic flux generated by the thrust shaft support portion. Further, a larger thrust shaft support force can be easily obtained by superimposing the second magnetic flux generated by the thrust shaft support coil on the first magnetic flux. And the magnitude | size of thrust shaft support force can be adjusted suitably by controlling the magnitude | size of the direct current provided to a thrust axis | shaft support coil by a control part, and adjusting the magnitude | size of a 2nd magnetic flux.

前記スラスト軸支持部は、前記ハウジングに設けられ、前記第1磁束の流れを2つに分流させる磁束分流部と、前記ハウジングに設けられ、分流された一方の前記第1磁束を導く第1固定磁性部と、前記ハウジングに設けられ、分流された他方の前記第1磁束を導く第2固定磁性部とを有しており、前記第1固定磁性部および前記第2固定磁性部は、前記回転軸に対して平行方向に間隔を隔てて、前記第1磁束の磁束密度に差が生じるように構成されており、前記スラスト軸支持コイルは、前記第1固定磁性部および前記第2固定磁性部のいずれか一方を流れる前記第1磁束に前記第2磁束を重畳可能なように前記第1固定磁性部と前記第2固定磁性部との間に配置されており、前記第1固定磁性部および前記第2固定磁性部のいずれか一方を流れる前記第1磁束に前記第2磁束が重畳されたとき、他方を流れる前記第1磁束が前記第2磁束で相殺されるものであってもよい。   The thrust shaft support portion is provided in the housing and divides the flow of the first magnetic flux into two, and a first fixed portion that is provided in the housing and guides one of the divided first magnetic fluxes. A magnetic part and a second fixed magnetic part that is provided in the housing and guides the other first magnetic flux that has been shunted; the first fixed magnetic part and the second fixed magnetic part are configured to rotate The magnetic flux density of the first magnetic flux is configured to be spaced apart in a direction parallel to the shaft, and the thrust shaft support coil includes the first fixed magnetic portion and the second fixed magnetic portion. Are arranged between the first fixed magnetic part and the second fixed magnetic part so that the second magnetic flux can be superimposed on the first magnetic flux flowing through any one of the first fixed magnetic part, One of the second fixed magnetic parts When the second magnetic flux in the first magnetic flux flowing is superimposed, or may be the first magnetic flux flowing through the other is offset by the second magnetic flux.

この構成では、第1固定磁性部および第2固定磁性部は、回転軸に対して平行方向に間隔を隔てて、第1磁束の磁束密度に差が生じるように構成されているので、第1固定磁性部および第2固定磁性部のうち、磁束密度が疎である一方から密である他方に向かう方向のスラスト軸支持力を回転部に作用させることができる。また、第1固定磁性部および第2固定磁性部のいずれか一方を流れる第1磁束に第2磁束が重畳されたとき、他方を流れる第1磁束が第2磁束で相殺されるので、直流電流の方向および大きさを制御することによって、スラスト軸支持力の方向および大きさを適宜調整することができる。   In this configuration, the first fixed magnetic portion and the second fixed magnetic portion are configured to have a difference in the magnetic flux density of the first magnetic flux with an interval in the direction parallel to the rotation axis. Of the fixed magnetic part and the second fixed magnetic part, a thrust shaft supporting force in a direction from one sparse magnetic flux density to the other dense magnetic field can be applied to the rotating part. Further, when the second magnetic flux is superimposed on the first magnetic flux that flows through one of the first fixed magnetic portion and the second fixed magnetic portion, the first magnetic flux that flows through the other is offset by the second magnetic flux, so that the direct current By controlling the direction and magnitude of the thrust shaft, the direction and magnitude of the thrust shaft support force can be appropriately adjusted.

前記第1永久磁石および前記第2永久磁石が前記第1磁束を放射状に生じさせるように前記回転軸の周囲に配置されており、前記ラジアル軸支持部は、前記第1磁束に重畳させる第3磁束を生じさせるラジアル軸支持巻線を有しており、放射状の前記第1磁束の所定の第1部分に前記第3磁束が重畳され、前記回転軸を挟んで前記第1部分の反対側に位置する第2部分が前記第3磁束で相殺されるものであってもよい。   The first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged around the rotation shaft so as to generate the first magnetic flux radially, and the radial shaft support portion is configured to overlap the first magnetic flux. A radial shaft supporting winding for generating a magnetic flux; the third magnetic flux is superimposed on a predetermined first portion of the radial first magnetic flux; and on the opposite side of the first portion across the rotating shaft The second portion positioned may be offset by the third magnetic flux.

放射状の第1磁束の所定の第1部分に第3磁束を重畳させ、第2部分を第3磁束で相殺すると、磁束密度が疎である第2部分から磁束密度が密である第1部分に向かう方向にラジアル軸支持力が発生する。上記構成では、スラスト軸支持部とラジアル軸支持部との間で永久磁石を共有しているので、スラスト軸支持部およびラジアル軸支持部のいずれか一方において永久磁石を省略することができる。   When the third magnetic flux is superimposed on the predetermined first portion of the radial first magnetic flux and the second portion is canceled by the third magnetic flux, the second portion having a low magnetic flux density is changed to the first portion having a high magnetic flux density. Radial shaft support force is generated in the direction of heading. In the above configuration, since the permanent magnet is shared between the thrust shaft support portion and the radial shaft support portion, the permanent magnet can be omitted in either the thrust shaft support portion or the radial shaft support portion.

前記ハウジングに設けられた第3永久磁石と前記回転部に設けられた第4永久磁石とを備え、前記第3永久磁石および前記第4永久磁石は、前記回転軸に対して平行方向において前記モータ部から前記作用部側に離間して配置されており、前記第3永久磁石と前記第4永久磁石との間に生じる磁束によって、前記作用部に作用する外力の方向とは反対の放射状放射状方向のスラスト軸支持力を前記回転部に作用させるものであってもよい。   A third permanent magnet provided in the housing and a fourth permanent magnet provided in the rotating portion, wherein the third permanent magnet and the fourth permanent magnet are parallel to the rotation axis in the motor. Radial radial direction opposite to the direction of the external force acting on the action part by the magnetic flux generated between the third permanent magnet and the fourth permanent magnet. The thrust shaft supporting force may be applied to the rotating portion.

この構成では、モータ部から作用部側に離間した位置において、作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を回転部に作用させることができるので、さらに大きなスラスト軸支持力を得ることができる。   In this configuration, the thrust shaft supporting force in the direction opposite to the direction of the external force acting on the acting portion can be applied to the rotating portion at a position separated from the motor portion toward the acting portion side. You can gain power.

前記回転部に設けられた磁性体からなるセンサターゲットと、前記センサターゲットの前記回転軸に対する平行方向の変位を検知する変位センサと、前記ハウジングに設けられ、前記作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を前記センサターゲットに作用させる第5永久磁石とを備えており、前記回転部の中心部には、流体が流れる貫通孔が軸方向に延びて形成されており、前記センサターゲットは、前記貫通孔の周囲に配置されており、前記変位センサは、前記回転軸の延長線上から外れた位置に配置されているものであってもよい。   A sensor target made of a magnetic material provided in the rotating part; a displacement sensor for detecting a displacement of the sensor target in a direction parallel to the rotation axis; and a direction of an external force provided in the housing and acting on the action part. Includes a fifth permanent magnet that applies a thrust shaft supporting force in the opposite direction to the sensor target, and a through-hole through which a fluid flows is formed in the central portion of the rotating portion so as to extend in the axial direction. The sensor target may be disposed around the through hole, and the displacement sensor may be disposed at a position off the extended line of the rotation shaft.

この構成では、センサターゲットに第5永久磁石の磁力を作用させることによってスラスト軸支持力を得るようにしているので、センサターゲットとは別に磁性部を設ける必要がなく、コストの低減および軽量化を図ることができる。センサターゲットは、貫通孔の周囲に配置されており、変位センサは、回転軸の延長線上から外れた位置に配置されているので、センサターゲットおよび変位センサが貫通孔を流れる流体の流れを妨げることを抑制できる。   In this configuration, since the thrust shaft support force is obtained by applying the magnetic force of the fifth permanent magnet to the sensor target, it is not necessary to provide a magnetic part separately from the sensor target, thereby reducing cost and weight. Can be planned. The sensor target is disposed around the through hole, and the displacement sensor is disposed at a position off the extended line of the rotation shaft, so that the sensor target and the displacement sensor impede the flow of fluid flowing through the through hole. Can be suppressed.

本発明によれば、上記の構成によって、スラスト軸支持コイルに付与する電流を小さく抑えつつ、スラスト軸支持力をより大きくすることができる。   According to the present invention, the thrust shaft support force can be further increased with the above-described configuration while the current applied to the thrust shaft support coil is kept small.

実施形態に係る遠心ポンプ(流体移送装置)の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the centrifugal pump (fluid transfer apparatus) which concerns on embodiment. 実施形態に係る遠心ポンプ(流体移送装置)の主要部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the principal part of the centrifugal pump (fluid transfer apparatus) which concerns on embodiment. ラジアル軸支持力の発生原理を示す図である。It is a figure which shows the generation | occurrence | production principle of radial shaft support force. 第1ラジアル軸支持部における磁力線の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the magnetic force line in a 1st radial shaft support part. 第1スラスト軸支持部における磁力線の分布を示す図であり、(A)は、第1固定磁性部において第1磁束に第2磁束を重畳させた状態を示す図、(B)は、第2固定磁性部において第1磁束に第2磁束を重畳させた状態を示す図である。It is a figure which shows distribution of the magnetic force line in a 1st thrust shaft support part, (A) is a figure which shows the state which made the 2nd magnetic flux superimpose on the 1st fixed magnetic part, and (B) is 2nd. It is a figure which shows the state which superimposed the 2nd magnetic flux on the 1st magnetic flux in the fixed magnetic part. 第2スラスト軸支持部における磁力線の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the magnetic force line in a 2nd thrust shaft support part.

以下に、本発明に係る流体移送装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態では、本発明に係る「流体移送装置」が液体を移送する遠心ポンプに適用されている。   Hereinafter, a preferred embodiment of a fluid transfer device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the “fluid transfer device” according to the present invention is applied to a centrifugal pump for transferring a liquid.

図1は、実施形態に係る遠心ポンプ10の全体構成を示す断面図であり、図2は、遠心ポンプ10の主要部の構成を示す斜視図である。図3は、ラジアル軸支持力Fβの発生原理を示す図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of a centrifugal pump 10 according to the embodiment, and FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a main part of the centrifugal pump 10. FIG. 3 is a diagram showing the principle of generation of the radial shaft support force Fβ.

図1に示すように、遠心ポンプ10は、ハウジング12と、回転部14と、インペラ16と、モータ部18と、第1ラジアル軸支持部20と、第2ラジアル軸支持部22と、第1スラスト軸支持部23と、第2スラスト軸支持部24と、スラスト軸支持コイル26と、第3スラスト軸支持部28とを備えている。また、遠心ポンプ10は、モータ部18、第1ラジアル軸支持部20、第2ラジアル軸支持部22およびスラスト軸支持コイル26のそれぞれに電流を供給する電源部29と、電源部29を制御する制御部30とを備えている。   As shown in FIG. 1, the centrifugal pump 10 includes a housing 12, a rotating unit 14, an impeller 16, a motor unit 18, a first radial shaft support unit 20, a second radial shaft support unit 22, and a first A thrust shaft support portion 23, a second thrust shaft support portion 24, a thrust shaft support coil 26, and a third thrust shaft support portion 28 are provided. The centrifugal pump 10 also controls the power supply unit 29 and a power supply unit 29 that supplies current to each of the motor unit 18, the first radial shaft support unit 20, the second radial shaft support unit 22, and the thrust shaft support coil 26. And a control unit 30.

図1に示すように、ハウジング12は、略有底円筒状のモーターハウジング32と、略円錐状のポンプハウジング34とを有しており、モーターハウジング32の開口部にポンプハウジング34の基端部が接続されている。ポンプハウジング34の軸方向端部には、吸込み口34aが形成されており、ポンプハウジング34の側部には、吐出口34bが形成されている。吸込み口34aと吐出口34bとは、ポンプハウジング34の内部空間を介して連通されている。   As shown in FIG. 1, the housing 12 has a substantially bottomed cylindrical motor housing 32 and a substantially conical pump housing 34, and a base end portion of the pump housing 34 is formed in an opening of the motor housing 32. Is connected. A suction port 34 a is formed at the axial end of the pump housing 34, and a discharge port 34 b is formed at the side of the pump housing 34. The suction port 34 a and the discharge port 34 b are communicated with each other through the internal space of the pump housing 34.

回転部14は、ハウジング12の内部に略水平方向に延びて配置され、その回転軸Lを中心に回転される部分であり、モーターハウジング32の軸方向長さとほぼ同じ長さを有する略棒状またはパイプ状の軸部36を有している。回転部14およびインペラ16の中心部(すなわち軸部36の中心部)には、ハウジング12の内部で流体を循環させるための貫通孔15が軸方向に延びて形成されている。   The rotating portion 14 is a portion that extends in the horizontal direction inside the housing 12 and is rotated about the rotation axis L, and has a substantially rod shape or a length that is substantially the same as the axial length of the motor housing 32. It has a pipe-shaped shaft portion 36. A through hole 15 for circulating a fluid inside the housing 12 is formed in the central portion of the rotating portion 14 and the impeller 16 (that is, the central portion of the shaft portion 36) extending in the axial direction.

インペラ16は、液体を移送する移送力を液体に作用させる「作用部」として機能する部分であり、回転部14の軸方向端部に取り付けられた状態で、ポンプハウジング34の内部に配置されている。回転部14の回転に伴ってインペラ16が回転されると、ポンプハウジング34の内部の液体に遠心力が作用し、当該液体がインペラ16の中心部から径方向の外側に向けて移送され、その後、吐出口34bから排出される。これにより、ポンプハウジング34の内部空間における吸込み口34aの近傍部分が負圧となり、当該負圧によって吸込み口34aからポンプハウジング34に新たな液体が取り込まれる。図1では、白抜き矢印が液体の流れを示している。   The impeller 16 is a portion that functions as an “action portion” that applies a transfer force for transferring the liquid to the liquid, and is disposed inside the pump housing 34 in a state of being attached to the axial end portion of the rotating portion 14. Yes. When the impeller 16 is rotated along with the rotation of the rotating portion 14, a centrifugal force acts on the liquid inside the pump housing 34, and the liquid is transferred from the center portion of the impeller 16 toward the outside in the radial direction. And discharged from the discharge port 34b. Thereby, the vicinity of the suction port 34a in the internal space of the pump housing 34 has a negative pressure, and a new liquid is taken into the pump housing 34 from the suction port 34a by the negative pressure. In FIG. 1, white arrows indicate the flow of liquid.

インペラ16が回転されたとき、インペラ16には、上記負圧によって吸込み口34a側に向かう外力が作用する。このとき、当該外力は、スラスト軸支持部23,24,28等で生じる逆方向のスラスト軸支持力Fγ(Fγ=F1p+F2p+F2a+F3p、図2)によって相殺されるので、インペラ16がポンプハウジング34の内面に接触することはない。なお、本実施形態では、説明の便宜上、スラスト軸支持力Fγの方向をスラスト方向γ、スラスト方向γに対して直交する上下方向を鉛直ラジアル方向β、スラスト方向γに対して直交する水平方向を水平ラジアル方向αとしている。また、図1における右方向を正のスラスト方向γ、左方向を負のスラスト方向γとし、図1における上方向を正の鉛直ラジアル方向β、下方向を負の鉛直ラジアル方向βとし、図1における手前方向を正の水平ラジアル方向α、奥行方向を負の水平ラジアル方向αとしている。   When the impeller 16 is rotated, an external force directed toward the suction port 34a acts on the impeller 16 due to the negative pressure. At this time, the external force is canceled out by the thrust shaft support force Fγ in the reverse direction generated by the thrust shaft support portions 23, 24, 28, etc. (Fγ = F1p + F2p + F2a + F3p, FIG. 2). There is no contact. In this embodiment, for convenience of explanation, the direction of the thrust shaft support force Fγ is the thrust direction γ, the vertical direction orthogonal to the thrust direction γ is the vertical radial direction β, and the horizontal direction orthogonal to the thrust direction γ is The horizontal radial direction α is used. Further, the right direction in FIG. 1 is a positive thrust direction γ, the left direction is a negative thrust direction γ, the upward direction in FIG. 1 is a positive vertical radial direction β, and the downward direction is a negative vertical radial direction β. The forward direction in FIG. 5 is defined as a positive horizontal radial direction α, and the depth direction is defined as a negative horizontal radial direction α.

図1に示すように、モータ部18は、回転部14に回転力を付与する部分であり、ハウジング12に設けられた固定子40と回転軸Lに対して直交方向において固定子40から離間して回転部14に設けられた回転子42とを有している。固定子40は、鉄等の磁性体からなる固定磁性部44と、固定磁性部44に巻回された電動機巻線46とを有しており、電動機巻線46が電源部29に対して電気的に接続されている。一方、回転子42は、回転軸Lの周囲に配置された複数の永久磁石48を有している。モータ部18は、回転部14の軸方向中央部に配置されており、モータ部18を挟んだ軸方向両側に、第1ラジアル軸支持部20および第2ラジアル軸支持部22が配置されている。   As shown in FIG. 1, the motor unit 18 is a portion that applies a rotational force to the rotating unit 14, and is separated from the stator 40 in a direction orthogonal to the stator 40 provided on the housing 12 and the rotation axis L. And a rotor 42 provided in the rotating unit 14. The stator 40 includes a fixed magnetic portion 44 made of a magnetic material such as iron and an electric motor winding 46 wound around the fixed magnetic portion 44, and the electric motor winding 46 is electrically connected to the power supply portion 29. Connected. On the other hand, the rotor 42 has a plurality of permanent magnets 48 arranged around the rotation axis L. The motor unit 18 is disposed at the central portion in the axial direction of the rotating unit 14, and the first radial shaft support unit 20 and the second radial shaft support unit 22 are disposed on both sides in the axial direction across the motor unit 18. .

図1に示すように、第1ラジアル軸支持部20は、回転軸Lに対して直交する2軸(すなわち鉛直ラジアル方向βおよび水平ラジアル方向α)において回転部14を非接触で支持する部分であり、モータ部18から負のスラスト方向γ(すなわちインペラ16側)に離間して配置されている。第1ラジアル軸支持部20は、ハウジング12に設けられた固定子50と、回転軸Lに対して直交方向において固定子50から離間して回転部14に設けられた回転子52とを有している。固定子50は、鉄等の磁性体からなる2つの固定磁性部54,56と、一方の固定磁性部54に巻回されたラジアル軸支持巻線58と、2つの固定磁性部54,56の両方に異なる磁極で接続された永久磁石60とを有している。本実施形態では、永久磁石60のS極が一方の固定磁性部54に接続されており、N極が他方の固定磁性部56に接続されている。そして、ラジアル軸支持巻線58が電源部29に対して電気的に接続されている。一方、回転子52は、2つの固定磁性部54,56に対してギャップを隔てて対向する鉄等の磁性体からなる2つの回転磁性部62,64と、2つの回転磁性部62,64の両方に異なる磁極で接続された永久磁石66とを有している。本実施形態では、永久磁石66のN極が一方の回転磁性部62に接続されており、S極が他方の回転磁性部64に接続されている。   As shown in FIG. 1, the first radial shaft support portion 20 is a portion that supports the rotation portion 14 in a non-contact manner in two axes orthogonal to the rotation axis L (that is, the vertical radial direction β and the horizontal radial direction α). The motor unit 18 is spaced apart in the negative thrust direction γ (that is, the impeller 16 side). The first radial shaft support portion 20 includes a stator 50 provided on the housing 12 and a rotor 52 provided on the rotation portion 14 so as to be separated from the stator 50 in a direction orthogonal to the rotation axis L. ing. The stator 50 includes two fixed magnetic portions 54 and 56 made of a magnetic material such as iron, a radial shaft support winding 58 wound around one fixed magnetic portion 54, and two fixed magnetic portions 54 and 56. Both have permanent magnets 60 connected with different magnetic poles. In the present embodiment, the south pole of the permanent magnet 60 is connected to one fixed magnetic portion 54, and the north pole is connected to the other fixed magnetic portion 56. The radial shaft support winding 58 is electrically connected to the power supply unit 29. On the other hand, the rotor 52 includes two rotating magnetic parts 62 and 64 made of a magnetic material such as iron and facing the two fixed magnetic parts 54 and 56 with a gap therebetween, and two rotating magnetic parts 62 and 64. Both have permanent magnets 66 connected with different magnetic poles. In the present embodiment, the N pole of the permanent magnet 66 is connected to one rotating magnetic unit 62, and the S pole is connected to the other rotating magnetic unit 64.

図1に示すように、2つの永久磁石60,66は、固定子50と回転子52との間に放射状のバイアス磁束Ψs1を生じさせるように回転軸Lの周囲に配置されており、ラジアル軸支持巻線58は、放射状のバイアス磁束Ψs1(図3)の所定の第1部分にラジアル軸支持磁束Ψs2β,Ψs2α(図3)を重畳させ、かつ、回転軸Lを挟んで第1部分の反対側に位置する第2部分をラジアル軸支持磁束Ψs2β,Ψs2α(図3)で相殺するように配置されている。図3に示すように、ラジアル軸支持巻線58に直流電流を付与して2極のラジアル軸支持磁束Ψs2βを発生させると、放射状のバイアス磁束Ψs1の上部にラジアル軸支持磁束Ψs2βが重畳され、かつ、放射状のバイアス磁束Ψs1の下部がラジアル軸支持磁束Ψs2βで相殺される。つまり、鉛直ラジアル方向βにおいては、放射状のバイアス磁束Ψs1の上部が、磁束が密となる「第1部分」となり、下部が、磁束が疎となる「第2部分」となる。これにより、正の鉛直ラジアル方向β(上方向)のラジアル軸支持力Fβが回転部14に作用する。一方、水平ラジアル方向αにおいては、他のラジアル軸支持巻線58が発生させる2極のラジアル軸支持磁束Ψs2αによって、正の水平ラジアル方向αのラジアル軸支持力が回転部14に作用する。   As shown in FIG. 1, the two permanent magnets 60 and 66 are arranged around the rotation axis L so as to generate a radial bias magnetic flux Ψs1 between the stator 50 and the rotor 52, and the radial axis The support winding 58 has radial shaft support magnetic fluxes Ψs2β and Ψs2α (FIG. 3) superimposed on a predetermined first part of the radial bias magnetic flux Ψs1 (FIG. 3), and is opposite to the first part across the rotation axis L. The second portion located on the side is arranged so as to cancel out by the radial shaft supporting magnetic fluxes ψs2β and ψs2α (FIG. 3). As shown in FIG. 3, when a direct current is applied to the radial shaft support winding 58 to generate a two-pole radial shaft support magnetic flux ψs2β, the radial shaft support magnetic flux ψs2β is superimposed on the radial bias magnetic flux ψs1. In addition, the lower portion of the radial bias magnetic flux ψs1 is canceled by the radial axis support magnetic flux ψs2β. That is, in the vertical radial direction β, the upper part of the radial bias magnetic flux Ψs1 is a “first part” where the magnetic flux is dense, and the lower part is a “second part” where the magnetic flux is sparse. As a result, the radial shaft support force Fβ in the positive vertical radial direction β (upward) acts on the rotating portion 14. On the other hand, in the horizontal radial direction α, the radial shaft support force in the positive horizontal radial direction α acts on the rotating portion 14 by the two-pole radial shaft support magnetic flux Ψs2α generated by the other radial shaft support winding 58.

図1に示すように、第1ラジアル軸支持部20の近傍に位置する回転部14の軸方向端部には、鉄等の磁性体からなる略円筒状のセンサターゲット67が回転軸Lを中心として設けられている。一方、ハウジング12には、鉛直ラジアル方向βにおけるセンサターゲット67の変位を検知する変位センサ68がセンサターゲット67の上部に対向して設けられている。そして、変位センサ68が制御部30に対して電気的に接続されている。したがって、変位センサ68でセンサターゲット67の変位を検知することによって、鉛直ラジアル方向βにおける回転部14の変位を検知することが可能である。制御部30は、回転部14の変位が所定値となるように、電源部29の動作を制御してラジアル軸支持巻線58に付与される直流電流の大きさを制御する。   As shown in FIG. 1, a substantially cylindrical sensor target 67 made of a magnetic material such as iron is centered on the rotation axis L at the axial end of the rotation unit 14 located in the vicinity of the first radial shaft support unit 20. It is provided as. On the other hand, a displacement sensor 68 that detects the displacement of the sensor target 67 in the vertical radial direction β is provided in the housing 12 so as to face the upper portion of the sensor target 67. The displacement sensor 68 is electrically connected to the control unit 30. Therefore, by detecting the displacement of the sensor target 67 by the displacement sensor 68, it is possible to detect the displacement of the rotating unit 14 in the vertical radial direction β. The control unit 30 controls the magnitude of the direct current applied to the radial shaft support winding 58 by controlling the operation of the power supply unit 29 so that the displacement of the rotating unit 14 becomes a predetermined value.

図4に示すように、固定子50の固定磁性部56は、それに対応する回転子52の回転磁性部64よりも正のスラスト方向γにずれて配置されている。したがって、固定磁性部56と回転磁性部64とを流れるバイアス磁束Ψs1は、これらの間のギャップGを回転軸L(図2)に直交する方向に対して傾斜して流れ、これにより、正のスラスト方向γの受動的な第1スラスト軸支持力F1p(図2)が回転部14に作用する。つまり、本実施形態では、ハウジング12に設けられた永久磁石60(すなわち第3永久磁石)と、回転部14に設けられた永久磁石66(すなわち第4永久磁石)と、固定磁性部56と、回転磁性部64とによって第1スラスト軸支持部23が構成されている。そして、永久磁石60と永久磁石66との間(すなわち第3永久磁石と第4永久磁石との間)に生じるバイアス磁束Ψs1によって、インペラ16(図1)に作用する外力の方向とは反対の方向の第1スラスト軸支持力F1p(図2)が回転部14に作用する。   As shown in FIG. 4, the fixed magnetic portion 56 of the stator 50 is arranged so as to be shifted in the positive thrust direction γ from the corresponding rotating magnetic portion 64 of the rotor 52. Therefore, the bias magnetic flux ψs1 flowing through the fixed magnetic portion 56 and the rotating magnetic portion 64 flows through the gap G between them at an inclination with respect to the direction orthogonal to the rotation axis L (FIG. 2). A passive first thrust shaft support force F1p (FIG. 2) in the thrust direction γ acts on the rotating portion 14. That is, in the present embodiment, the permanent magnet 60 (that is, the third permanent magnet) provided in the housing 12, the permanent magnet 66 (that is, the fourth permanent magnet) provided in the rotating portion 14, the fixed magnetic portion 56, A first thrust shaft support portion 23 is constituted by the rotating magnetic portion 64. The direction of the external force acting on the impeller 16 (FIG. 1) is reversed by the bias magnetic flux Ψs1 generated between the permanent magnet 60 and the permanent magnet 66 (that is, between the third permanent magnet and the fourth permanent magnet). The first thrust shaft support force F1p (FIG. 2) in the direction acts on the rotating portion 14.

図1に示すように、第2ラジアル軸支持部22は、回転軸Lに対して直交する2軸(すなわち鉛直ラジアル方向βおよび水平ラジアル方向α)において回転部14を非接触で支持する部分であり、モータ部18から正のスラスト方向γに離間して、第2スラスト軸支持部24と一体的に設けられている。第2ラジアル軸支持部22は、ハウジング12に設けられた固定子70と、回転軸Lに対して直交方向において固定子70から離間して回転部14に設けられた回転子72とを有している。固定子70は、スラスト方向γにおいて互いに間隔を隔てて配置された鉄等の磁性体からなる2つの固定磁性部74,76と、一方の固定磁性部74に巻回されたラジアル軸支持巻線78と、2つの固定磁性部74,76の両方に異なる磁極で接続された永久磁石80とを有している。本実施形態では、永久磁石80のS極が一方の固定磁性部74に接続されており、N極が他方の固定磁性部76に接続されている。そして、ラジアル軸支持巻線78が電源部29に対して電気的に接続されている。一方、回転子72は、固定磁性部74に対してギャップを隔てて対向する鉄等の磁性体からなる回転磁性部82と、回転磁性部82に接続された永久磁石84とを有している。本実施形態では、永久磁石84のN極が回転磁性部82に接続されており、S極が固定磁性部76に対してギャップを隔てて対向している。   As shown in FIG. 1, the second radial shaft support portion 22 is a portion that supports the rotation portion 14 in a non-contact manner on two axes orthogonal to the rotation axis L (that is, the vertical radial direction β and the horizontal radial direction α). Yes, and is provided integrally with the second thrust shaft support portion 24 so as to be separated from the motor portion 18 in the positive thrust direction γ. The second radial shaft support portion 22 includes a stator 70 provided on the housing 12 and a rotor 72 provided on the rotation portion 14 so as to be separated from the stator 70 in a direction orthogonal to the rotation axis L. ing. The stator 70 includes two fixed magnetic parts 74 and 76 made of a magnetic material such as iron and spaced apart from each other in the thrust direction γ, and a radial shaft support winding wound around the one fixed magnetic part 74. 78 and a permanent magnet 80 connected to both of the two fixed magnetic portions 74 and 76 by different magnetic poles. In the present embodiment, the S pole of the permanent magnet 80 is connected to one fixed magnetic part 74, and the N pole is connected to the other fixed magnetic part 76. The radial shaft support winding 78 is electrically connected to the power supply unit 29. On the other hand, the rotor 72 includes a rotating magnetic part 82 made of a magnetic material such as iron and facing the fixed magnetic part 74 with a gap therebetween, and a permanent magnet 84 connected to the rotating magnetic part 82. . In the present embodiment, the N pole of the permanent magnet 84 is connected to the rotating magnetic part 82, and the S pole is opposed to the fixed magnetic part 76 with a gap.

永久磁石80,84は、固定子70と回転子72との間に放射状のバイアス磁束Ψs2(図2)を生じさせるように回転軸Lの周囲に配置されており、ラジアル軸支持巻線78は、放射状のバイアス磁束Ψs2(図2)の所定の第1部分にラジアル軸支持磁束(すなわち第3磁束。以下、同じ。)を重畳させ、かつ、回転軸Lを挟んで第1部分の反対側に位置する第2部分をラジアル軸支持磁束で相殺するように配置されている。第2ラジアル軸支持部22におけるラジアル軸支持力Fβの発生原理は、第1ラジアル軸支持部20におけるラジアル軸支持力Fβの発生原理と同様である(図3)。鉛直ラジアル方向βにおいては、放射状のバイアス磁束Ψs2(図2)の上部が磁束が密となる「第1部分」となり、下部が、磁束が疎となる「第2部分」となる。これにより、正の鉛直ラジアル方向β(上方向)のラジアル軸支持力Fβが回転部14に作用する。一方、水平ラジアル方向αにおいては、他のラジアル軸支持巻線58が発生させる2極のラジアル軸支持磁束によって、正の水平ラジアル方向αのラジアル軸支持力が回転部14に作用する。   The permanent magnets 80 and 84 are arranged around the rotation axis L so as to generate a radial bias magnetic flux Ψs2 (FIG. 2) between the stator 70 and the rotor 72, and the radial shaft support winding 78 is , A radial shaft supporting magnetic flux (that is, the third magnetic flux; the same applies hereinafter) is superimposed on a predetermined first portion of the radial bias magnetic flux ψs2 (FIG. 2), and the opposite side of the first portion across the rotation axis L It arrange | positions so that the 2nd part located in may be canceled with a radial shaft support magnetic flux. The principle of generation of the radial shaft support force Fβ in the second radial shaft support portion 22 is the same as the principle of generation of the radial shaft support force Fβ in the first radial shaft support portion 20 (FIG. 3). In the vertical radial direction β, the upper part of the radial bias magnetic flux Ψs2 (FIG. 2) is a “first part” where the magnetic flux is dense, and the lower part is a “second part” where the magnetic flux is sparse. As a result, the radial shaft support force Fβ in the positive vertical radial direction β (upward) acts on the rotating portion 14. On the other hand, in the horizontal radial direction α, the radial shaft support force in the positive horizontal radial direction α acts on the rotating portion 14 by the two-pole radial shaft support magnetic flux generated by the other radial shaft support winding 58.

図1に示すように、第2ラジアル軸支持部22の近傍に位置する回転部14の軸方向端部には、鉄等の磁性体からなる略円筒状のセンサターゲット87が、回転軸Lを中心として貫通孔15の周囲に配置されている。一方、ハウジング12には、鉛直ラジアル方向βにおけるセンサターゲット87の鉛直ラジアル方向βの変位を検知する変位センサ88がセンサターゲット87の上部に対向して設けられている。そして、変位センサ88が制御部30に対して電気的に接続されている。したがって、変位センサ88でセンサターゲット87の変位を検知することによって、鉛直ラジアル方向βにおける回転部14の変位を検知することが可能である。制御部30は、回転部14の変位が所定値となるように、電源部29の動作を制御してラジアル軸支持巻線78に付与される直流電流の大きさを制御する。   As shown in FIG. 1, a substantially cylindrical sensor target 87 made of a magnetic material such as iron is provided at the axial end of the rotating unit 14 located in the vicinity of the second radial shaft support unit 22. It is arrange | positioned around the through-hole 15 as a center. On the other hand, a displacement sensor 88 that detects the displacement of the sensor target 87 in the vertical radial direction β in the vertical radial direction β is provided on the housing 12 so as to face the upper portion of the sensor target 87. A displacement sensor 88 is electrically connected to the control unit 30. Therefore, by detecting the displacement of the sensor target 87 by the displacement sensor 88, it is possible to detect the displacement of the rotating unit 14 in the vertical radial direction β. The control unit 30 controls the magnitude of the direct current applied to the radial shaft support winding 78 by controlling the operation of the power supply unit 29 so that the displacement of the rotating unit 14 becomes a predetermined value.

図1に示すように、第2スラスト軸支持部24は、「作用部」としてのインペラ16に作用する外力の方向とは反対の方向(正のスラスト方向γ)の第2スラスト軸支持力F2p(図2)を回転部14に作用させる部分であり、ハウジング12に設けられた永久磁石80(すなわち第1永久磁石)、磁束分流部90、固定磁性部76および固定磁性部92と、回転部14に設けられた永久磁石84(すなわち第2永久磁石)および回転磁性部94とを有している。第2スラスト軸支持部24においては、説明の便宜上、ハウジング12に設けられた永久磁石80を「第1永久磁石80」と称し、回転部14に設けられた永久磁石84を「第2永久磁石84」と称する。また、一方の固定磁性部76を「第1固定磁性部76」と称し、他方の固定磁性部92を「第2固定磁性部92」と称する。そして、「バイアス磁束Ψs2」を「第1磁束Ψs2」と称する。   As shown in FIG. 1, the second thrust shaft support portion 24 has a second thrust shaft support force F2p in a direction (positive thrust direction γ) opposite to the direction of the external force acting on the impeller 16 as the “action portion”. (FIG. 2) is a portion that acts on the rotating portion 14, and includes a permanent magnet 80 (that is, a first permanent magnet), a magnetic flux diverting portion 90, a fixed magnetic portion 76, a fixed magnetic portion 92, and a rotating portion provided in the housing 12. 14 has a permanent magnet 84 (that is, a second permanent magnet) and a rotating magnetic part 94. In the second thrust shaft support portion 24, for convenience of explanation, the permanent magnet 80 provided in the housing 12 is referred to as “first permanent magnet 80”, and the permanent magnet 84 provided in the rotating portion 14 is referred to as “second permanent magnet”. 84 ". One fixed magnetic portion 76 is referred to as a “first fixed magnetic portion 76”, and the other fixed magnetic portion 92 is referred to as a “second fixed magnetic portion 92”. The “bias magnetic flux ψs2” is referred to as “first magnetic flux ψs2”.

図2に示すように、第1永久磁石80および第2永久磁石84は、第2スラスト軸支持力F2pを発生させるための第1磁束Ψs2を生じさせるものであり、磁束分流部90は第1永久磁石80のN極から与えられた第1磁束Ψs2の流れを2つに分流させる部分である。第1固定磁性部76は分流された一方の第1磁束Ψs2を回転磁性部94に導く部分であり、第2固定磁性部92は分流された他方の第1磁束Ψs2を回転磁性部94に導く部分である。回転磁性部94は、第1固定磁性部76および第2固定磁性部92のそれぞれから与えられた第1磁束Ψs2を合流させて第2永久磁石84のS極に導く部分である。磁束分流部90、第1固定磁性部76、第2固定磁性部92および回転磁性部94のそれぞれは、鉄等の磁性体によって形成されている。   As shown in FIG. 2, the first permanent magnet 80 and the second permanent magnet 84 generate the first magnetic flux Ψs2 for generating the second thrust shaft support force F2p. This is a portion that divides the flow of the first magnetic flux Ψs2 given from the north pole of the permanent magnet 80 into two. The first fixed magnetic part 76 is a part that guides one of the divided first magnetic fluxes Ψs2 to the rotating magnetic part 94, and the second fixed magnetic part 92 guides the other divided first magnetic flux Ψs2 to the rotating magnetic part 94. Part. The rotating magnetic part 94 is a part that joins the first magnetic flux Ψs2 given from each of the first fixed magnetic part 76 and the second fixed magnetic part 92 and guides it to the S pole of the second permanent magnet 84. Each of the magnetic flux shunt 90, the first fixed magnetic unit 76, the second fixed magnetic unit 92, and the rotating magnetic unit 94 is formed of a magnetic material such as iron.

図1に示すように、第1固定磁性部76および第2固定磁性部92は、回転軸Lに対して平行方向に間隔を隔てて配置されており、第1固定磁性部76と第2固定磁性部92とは、回転軸Lに対して直交する方向における回転軸Lから離間した側の端部において磁束分流部90を介して連結されている。したがって、第1固定磁性部76、第2固定磁性部92および磁束分流部90の全体の断面形状は、回転軸L側に開いた略溝形(略コ字形)である。そして、第1永久磁石80のN極が第1固定磁性部76に接続されており、第2永久磁石84のS極が回転磁性部94に接続されている。本実施形態では、回転軸Lに対して平行方向における第1固定磁性部76と第2固定磁性部92との中間位置に回転磁性部94が配置されており、第1永久磁石80から第1固定磁性部76を経て回転磁性部94に至る第1磁路R1の長さが、第1永久磁石80から磁束分流部90および第2固定磁性部92を経て回転磁性部94に至る第2磁路R2の長さよりも短くされている。これにより第1磁路R1の磁気抵抗が第2磁路R2の磁気抵抗よりも小さくなっている。したがって、第1固定磁性部76における第1磁束Ψs2の磁束密度は、第2固定磁性部92における第1磁束Ψs2の磁束密度よりも大きくなっており、磁束密度が疎の部分から密の部分に向かう方向、すなわち正のスラスト方向γの受動的な第2スラスト軸支持力F2p(図2)が回転部14に作用する。なお、磁気抵抗は、磁路R1,R2の断面積や透磁率を変えることによって適宜調整されてもよい。   As shown in FIG. 1, the first fixed magnetic part 76 and the second fixed magnetic part 92 are arranged in a parallel direction with respect to the rotation axis L, and are spaced apart from the first fixed magnetic part 76 and the second fixed magnetic part 92. The magnetic portion 92 is connected to the magnetic portion 92 via a magnetic flux diverting portion 90 at an end portion on the side separated from the rotation axis L in a direction orthogonal to the rotation axis L. Therefore, the overall cross-sectional shapes of the first fixed magnetic portion 76, the second fixed magnetic portion 92, and the magnetic flux diverting portion 90 are substantially groove-shaped (substantially U-shaped) opened to the rotation axis L side. The N pole of the first permanent magnet 80 is connected to the first fixed magnetic part 76, and the S pole of the second permanent magnet 84 is connected to the rotating magnetic part 94. In the present embodiment, the rotating magnetic portion 94 is disposed at an intermediate position between the first fixed magnetic portion 76 and the second fixed magnetic portion 92 in the direction parallel to the rotation axis L. The length of the first magnetic path R1 from the fixed magnetic portion 76 to the rotating magnetic portion 94 is the second magnetic field from the first permanent magnet 80 to the rotating magnetic portion 94 via the magnetic flux shunting portion 90 and the second fixed magnetic portion 92. It is shorter than the length of the path R2. As a result, the magnetic resistance of the first magnetic path R1 is smaller than the magnetic resistance of the second magnetic path R2. Therefore, the magnetic flux density of the first magnetic flux Ψs2 in the first fixed magnetic part 76 is larger than the magnetic flux density of the first magnetic flux Ψs2 in the second fixed magnetic part 92, and the magnetic flux density is changed from a sparse part to a dense part. A passive second thrust shaft support force F2p (FIG. 2) in the direction toward the direction, that is, the positive thrust direction γ, acts on the rotating portion 14. The magnetic resistance may be adjusted as appropriate by changing the cross-sectional area and magnetic permeability of the magnetic paths R1 and R2.

図2に示すように、スラスト軸支持コイル26は、第1磁束Ψs2に重畳させる第2磁束Ψtγ(すなわちスラスト軸支持磁束)を生じさせるものであり、第1固定磁性部76および第2固定磁性部92のいずれか一方を流れる第1磁束Ψs2に第2磁束Ψtγを重畳可能なように、回転軸Lの周囲に巻回された状態で第1固定磁性部76と第2固定磁性部92との間に配置されている。そして、スラスト軸支持コイル26が電源部29に対して電気的に接続されている。スラスト軸支持コイル26に直流電流を付与すると、直流電流の方向に応じて、第1固定磁性部76および第2固定磁性部92のいずれか一方を流れる第1磁束Ψs2に第2磁束Ψtγが重畳される。   As shown in FIG. 2, the thrust shaft support coil 26 generates a second magnetic flux Ψtγ (that is, a thrust shaft support magnetic flux) to be superimposed on the first magnetic flux ψs2, and the first fixed magnetic portion 76 and the second fixed magnetic portion. The first fixed magnetic portion 76 and the second fixed magnetic portion 92 are wound around the rotation axis L so that the second magnetic flux ψtγ can be superimposed on the first magnetic flux ψs2 flowing through one of the portions 92. It is arranged between. The thrust shaft support coil 26 is electrically connected to the power supply unit 29. When a direct current is applied to the thrust shaft support coil 26, the second magnetic flux Ψtγ is superimposed on the first magnetic flux Ψs2 flowing through one of the first fixed magnetic section 76 and the second fixed magnetic section 92 according to the direction of the direct current. Is done.

図5(A)に示すように、第1固定磁性部76を流れる第1磁束Ψs2に第2磁束Ψtγが重畳されると、第2固定磁性部92を流れる第1磁束Ψs2が第2磁束Ψtγで相殺される。すると、第1固定磁性部76における磁束の磁束密度と第2固定磁性部92における磁束の磁束密度との差が大きくなり、正のスラスト方向γの第2スラスト軸支持力F2p(図2)に対して同じ方向の能動的なスラスト軸支持力F2a(図2)が加算される。一方、図5(B)に示すように、第2固定磁性部92を流れる第1磁束Ψs2に第2磁束Ψtγが重畳されると、第1固定磁性部76を流れる第1磁束Ψs2が第2磁束Ψtγで相殺される。すると、第1固定磁性部76における磁束の磁束密度と第2固定磁性部92における磁束の磁束密度との差が小さくなり、或いは、第2固定磁性部92における磁束の磁束密度が第1固定磁性部76における磁束の磁束密度より大きくなる。これにより、第2スラスト軸支持力F2p(図2)に加算されるスラスト軸支持力F2a(図2)が小さくなり、或いは、第2スラスト軸支持力F2p(図2)に加算されるスラスト軸支持力F2a(図2)が負の値となる。図2に示すように、通常運転では、第1固定磁性部76を流れる第1磁束Ψs2に第2磁束Ψtγが重畳され、正のスラスト方向γの第2スラスト軸支持力F2pに対して同じ方向のスラスト軸支持力F2aが加算され、より大きなスラスト軸支持力F2p+F2aが得られる。   As shown in FIG. 5A, when the second magnetic flux Ψtγ is superimposed on the first magnetic flux Ψs2 flowing through the first fixed magnetic part 76, the first magnetic flux Ψs2 flowing through the second fixed magnetic part 92 becomes the second magnetic flux Ψtγ. Is offset by Then, the difference between the magnetic flux density of the magnetic flux in the first fixed magnetic portion 76 and the magnetic flux density of the magnetic flux in the second fixed magnetic portion 92 increases, and the second thrust shaft support force F2p (FIG. 2) in the positive thrust direction γ is obtained. On the other hand, an active thrust shaft supporting force F2a (FIG. 2) in the same direction is added. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the second magnetic flux Ψtγ is superimposed on the first magnetic flux Ψs2 flowing through the second fixed magnetic part 92, the first magnetic flux Ψs2 flowing through the first fixed magnetic part 76 is second. It is canceled out by the magnetic flux Ψtγ. Then, the difference between the magnetic flux density of the magnetic flux in the first fixed magnetic portion 76 and the magnetic flux density of the magnetic flux in the second fixed magnetic portion 92 is reduced, or the magnetic flux density of the magnetic flux in the second fixed magnetic portion 92 is the first fixed magnetic portion. It becomes larger than the magnetic flux density of the magnetic flux in the part 76. Thereby, the thrust shaft support force F2a (FIG. 2) added to the second thrust shaft support force F2p (FIG. 2) is reduced, or the thrust shaft added to the second thrust shaft support force F2p (FIG. 2). The supporting force F2a (FIG. 2) becomes a negative value. As shown in FIG. 2, in normal operation, the second magnetic flux Ψtγ is superimposed on the first magnetic flux Ψs2 flowing through the first fixed magnetic portion 76, and the same direction with respect to the second thrust shaft support force F2p in the positive thrust direction γ. The thrust shaft support force F2a is added to obtain a larger thrust shaft support force F2p + F2a.

図1に示すように、第3スラスト軸支持部28は、「作用部」としてのインペラ16に作用する外力の方向とは反対の方向(正のスラスト方向γ)の第3スラスト軸支持力F3p(図2)を回転部14に作用させる部分であり、正のスラスト方向γにおけるハウジング12の端部に設けられた固定部100を備えている。固定部100は、その中心軸が回転軸Lと一致する鉄等の磁性体からなる略円盤状の固定磁性部102と、固定磁性部102におけるセンサターゲット87に対向する面の中央部に設けられた略円盤状の永久磁石104(すなわち第5永久磁石)と、当該面の外周部に設けられた略円環状の永久磁石106(すなわち第5永久磁石)とを有している。本実施形態では、永久磁石104のN極が固定磁性部102に接続されており、永久磁石106のS極が固定磁性部102に接続されている。そして、図6に示すように、永久磁石104,106(すなわち第5永久磁石)で発生した磁束Ψs3がセンサターゲット87に作用し、これにより正のスラスト方向γの第3スラスト軸支持力F3p(図2)が回転部14に作用する。   As shown in FIG. 1, the third thrust shaft support portion 28 has a third thrust shaft support force F3p in a direction (positive thrust direction γ) opposite to the direction of the external force acting on the impeller 16 as the “action portion”. (FIG. 2) is a portion that acts on the rotating portion 14, and includes a fixing portion 100 provided at the end of the housing 12 in the positive thrust direction γ. The fixed portion 100 is provided at a central portion of a surface of the fixed magnetic portion 102 facing the sensor target 87 and a substantially disc-shaped fixed magnetic portion 102 made of a magnetic material such as iron whose central axis coincides with the rotation axis L. Furthermore, a substantially disk-shaped permanent magnet 104 (that is, a fifth permanent magnet) and a substantially annular permanent magnet 106 (that is, a fifth permanent magnet) provided on the outer peripheral portion of the surface are included. In the present embodiment, the N pole of the permanent magnet 104 is connected to the fixed magnetic unit 102, and the S pole of the permanent magnet 106 is connected to the fixed magnetic unit 102. Then, as shown in FIG. 6, the magnetic flux Ψs3 generated by the permanent magnets 104 and 106 (that is, the fifth permanent magnet) acts on the sensor target 87, whereby the third thrust shaft support force F3p (in the positive thrust direction γ) ( FIG. 2) acts on the rotating part 14.

図1に示すように、センサターゲット87の端面87aは、回転軸Lに対して直交して配置されており、一つの磁気回路を形成する2つの永久磁石104,106の間には、スラスト方向γにおけるセンサターゲット87の変位を検知する変位センサ108がセンサターゲット87の端面87aに対向して、回転軸Lの延長線上から外れた位置に配置されている。そして、変位センサ108が制御部30に対して電気的に接続されている。したがって、変位センサ108でセンサターゲット87の変位を検知することによって、スラスト方向γにおける回転部14の変位を検知することが可能である。制御部30は、回転部14の変位が所定値となるように、電源部29の動作を制御してスラスト軸支持コイル26に付与する直流電流の方向および大きさを制御する。   As shown in FIG. 1, the end surface 87a of the sensor target 87 is disposed orthogonally to the rotation axis L, and the thrust direction is between two permanent magnets 104 and 106 forming one magnetic circuit. A displacement sensor 108 that detects the displacement of the sensor target 87 at γ is disposed opposite to the end surface 87 a of the sensor target 87 at a position off the extended line of the rotation axis L. The displacement sensor 108 is electrically connected to the control unit 30. Therefore, by detecting the displacement of the sensor target 87 by the displacement sensor 108, it is possible to detect the displacement of the rotating unit 14 in the thrust direction γ. The control unit 30 controls the direction and magnitude of the direct current applied to the thrust shaft support coil 26 by controlling the operation of the power supply unit 29 so that the displacement of the rotating unit 14 becomes a predetermined value.

第1ラジアル軸支持部20におけるバイアス磁束Ψs1(図2)の磁路および第2ラジアル軸支持部22におけるバイアス磁束Ψs2(図2)の磁路のそれぞれの断面積は、これらの磁路が常に磁気飽和を起こすように小さめに設計されている。したがって、回転部14の位置がスラスト方向γにおいて変動した場合でも、第1ラジアル軸支持部20のバイアス磁束Ψs1(図2)および第2ラジアル軸支持部22のバイアス磁束Ψs2(図2)の両方について、磁束密度の変動を抑制することが可能であり、ラジアル軸支持力Fβを安定させることができる。図1に示すように、回転部14に設けられた各種の部品およびハウジング12に設けられた各種の部品は、フッ素樹脂等からなる耐薬品性の被覆層110によって被覆されている。   The respective cross-sectional areas of the magnetic path of the bias magnetic flux ψs1 (FIG. 2) in the first radial shaft support portion 20 and the magnetic path of the bias magnetic flux ψs2 (FIG. 2) in the second radial shaft support portion 22 are always the same. Designed to be small to cause magnetic saturation. Therefore, even when the position of the rotating portion 14 fluctuates in the thrust direction γ, both the bias magnetic flux ψs1 (FIG. 2) of the first radial shaft support portion 20 and the bias magnetic flux ψs2 (FIG. 2) of the second radial shaft support portion 22. Can suppress the fluctuation of the magnetic flux density, and can stabilize the radial shaft support force Fβ. As shown in FIG. 1, various components provided in the rotating unit 14 and various components provided in the housing 12 are covered with a chemical-resistant coating layer 110 made of a fluororesin or the like.

本実施形態によれば、上記構成により、以下の効果を奏することができる。すなわち、図2に示すように、スラスト軸支持コイル26が生じさせる第2磁束Ψtγを第1磁束Ψs2に重畳させることによって、受動的な第2スラスト軸支持力F2pに能動的なスラスト軸支持力F2aを加算することが可能であり、これにより、第2スラスト軸支持力F2pよりもさらに大きなスラスト軸支持力F2p+F2aを簡単に得ることができる。   According to the present embodiment, the following effects can be achieved by the above configuration. That is, as shown in FIG. 2, by superposing the second magnetic flux Ψtγ generated by the thrust shaft support coil 26 on the first magnetic flux Ψs2, the active thrust shaft support force is added to the passive second thrust shaft support force F2p. It is possible to add F2a, whereby a thrust shaft support force F2p + F2a larger than the second thrust shaft support force F2p can be easily obtained.

スラスト軸支持コイル26に付与される直流電流の大きさを制御部30(図1)で制御して第2磁束Ψtγ(図2)の大きさを調整することによって、スラスト軸支持力F2p+F2a(図2)の大きさを適宜調整することができる。   By controlling the magnitude of the direct current applied to the thrust shaft support coil 26 by the control unit 30 (FIG. 1) and adjusting the magnitude of the second magnetic flux Ψtγ (FIG. 2), the thrust shaft support force F2p + F2a (FIG. The size of 2) can be adjusted as appropriate.

図2に示すように、第1スラスト軸支持部23において正のスラスト方向γの受動的な第1スラスト軸支持力F1pを得ることができ、第2スラスト軸支持部24およびスラスト軸支持コイル26において正のスラスト方向γの受動的な第2スラスト軸支持力F2pと能動的なスラスト軸支持力F2aとを得ることができ、第3スラスト軸支持部28において正のスラスト方向γの受動的な第3スラスト軸支持力F3pを得ることができるので、全体として十分な大きさ(本実施形態では718N以上)のスラスト軸支持力Fγ(Fγ=F1p+F2p+F2a+F3p)を簡単に得ることができる。   As shown in FIG. 2, a passive first thrust shaft support force F1p in the positive thrust direction γ can be obtained at the first thrust shaft support portion 23, and the second thrust shaft support portion 24 and the thrust shaft support coil 26 can be obtained. Can obtain a passive second thrust shaft support force F2p and an active thrust shaft support force F2a in the positive thrust direction γ, and a passive member in the positive thrust direction γ can be obtained in the third thrust shaft support portion 28. Since the third thrust shaft support force F3p can be obtained, the thrust shaft support force Fγ (Fγ = F1p + F2p + F2a + F3p) having a sufficient size as a whole (in this embodiment, 718 N or more) can be easily obtained.

図1に示すように、第2スラスト軸支持部24と第2ラジアル軸支持部22との間で永久磁石80,84を共有しており、鉛直ラジアル方向βの変位センサ88とスラスト方向γの変位センサ108との間でセンサターゲット87を共有しているので、部品点数を削減してコストを低減することができる。   As shown in FIG. 1, the permanent magnets 80 and 84 are shared between the second thrust shaft support portion 24 and the second radial shaft support portion 22, and the displacement sensor 88 in the vertical radial direction β and the thrust direction γ. Since the sensor target 87 is shared with the displacement sensor 108, the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.

図1に示すように、センサターゲット87は、貫通孔15の周囲に配置されており、変位センサ108は、回転軸Lの延長線上から外れた位置に配置されているので、センサターゲット87および変位センサ108が貫通孔15を流れる流体の流れを妨げることがない。これにより、ハウジング12の内部における流体の循環を促すことができ、回転部14の軸方向両側における圧力差を小さくすることができる。   As shown in FIG. 1, the sensor target 87 is disposed around the through-hole 15, and the displacement sensor 108 is disposed at a position off the extended line of the rotation axis L. The sensor 108 does not obstruct the flow of fluid flowing through the through hole 15. Thereby, the circulation of the fluid in the inside of the housing 12 can be promoted, and the pressure difference between the axial directions of the rotating part 14 can be reduced.

図1に示すように、スラスト方向γにおけるモータ部18を挟んだ両側に第1ラジアル軸支持部20および第2ラジアル軸支持部22が離れて配置されているので、ラジアル位置制御のロバスト性を向上することができる。   As shown in FIG. 1, since the first radial shaft support portion 20 and the second radial shaft support portion 22 are spaced apart on both sides of the motor portion 18 in the thrust direction γ, the robustness of the radial position control is improved. Can be improved.

なお、上述の実施形態では、本発明が液体を移送する遠心ポンプに適用されているが、他の実施形態では、気体を移送する送風機等に適用されてもよい。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to a centrifugal pump that transfers a liquid. However, in another embodiment, the present invention may be applied to a blower that transfers gas.

また、上述の実施形態では、「作用部」としてのインペラ16に負のスラスト方向γの外力が作用しているが、他の実施形態では、インペラ等に正のスラスト方向γの外力が作用してもよく、この場合には、当該外力を、スラスト軸支持部23,24,28等で生じる負のスラスト方向γのスラスト軸支持力Fγ(Fγ=F1p+F2p+F2a+F3p)によって相殺してもよい。   In the above-described embodiment, an external force in the negative thrust direction γ acts on the impeller 16 as the “acting portion”. However, in another embodiment, an external force in the positive thrust direction γ acts on the impeller and the like. In this case, the external force may be canceled by the thrust shaft support force Fγ in the negative thrust direction γ (Fγ = F1p + F2p + F2a + F3p) generated by the thrust shaft support portions 23, 24, 28, etc.

L… 回転軸
10… 遠心ポンプ(流体移送装置)
12… ハウジング
14… 回転部
16… インペラ
18… モータ部
20… 第1ラジアル軸支持部
22… 第2ラジアル軸支持部
23… 第1スラスト軸支持部
24… 第2スラスト軸支持部
26… スラスト軸支持コイル
28… 第3スラスト軸支持部
29… 電源部
30… 制御部
80… 第1永久磁石
84… 第2永久磁石
L ... Rotating shaft 10 ... Centrifugal pump (fluid transfer device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Housing 14 ... Rotating part 16 ... Impeller 18 ... Motor part 20 ... 1st radial shaft support part 22 ... 2nd radial shaft support part 23 ... 1st thrust shaft support part 24 ... 2nd thrust shaft support part 26 ... Thrust shaft Support coil 28 ... Third thrust shaft support 29 ... Power supply 30 ... Control unit 80 ... First permanent magnet 84 ... Second permanent magnet

Claims (5)

ハウジングと、
前記ハウジングの内部に配置され、回転軸を中心に回転される回転部と、
前記回転部の軸方向端部に設けられ、流体を移送する移送力を流体に作用させる作用部と、
前記ハウジングに設けられた固定子と、前記回転軸に対して直交方向において前記固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とを有し、前記回転部に回転力を付与するモータ部と、
前記回転軸に対して平行方向において前記モータ部から離間して配置され、前記回転軸に対して直交方向において前記回転部を非接触で支持するラジアル軸支持部と、
前記ハウジングに設けられた第1永久磁石と前記回転部に設けられた第2永久磁石とを有し、前記第1永久磁石と前記第2永久磁石との間に生じる第1磁束によって、前記作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を前記回転部に作用させるスラスト軸支持部と、
前記第1磁束に重畳させる第2磁束を生じさせるスラスト軸支持コイルと、
前記スラスト軸支持コイルに付与される直流電流の大きさを制御する制御部とを備える、流体移送装置。
A housing;
A rotating part disposed inside the housing and rotated about a rotation axis;
An action part that is provided at an axial end of the rotating part and causes a transfer force to transfer the fluid to act on the fluid;
A motor that includes a stator provided in the housing and a rotor provided in the rotating portion that is spaced apart from the stator in a direction orthogonal to the rotation axis, and that imparts rotational force to the rotating portion. And
A radial shaft support portion disposed away from the motor unit in a direction parallel to the rotation axis, and supporting the rotation unit in a non-contact manner in a direction orthogonal to the rotation axis;
A first permanent magnet provided in the housing and a second permanent magnet provided in the rotating portion, and the action by the first magnetic flux generated between the first permanent magnet and the second permanent magnet. A thrust shaft support portion that causes the rotation portion to act on a thrust shaft support force in a direction opposite to the direction of the external force acting on the portion;
A thrust shaft support coil for generating a second magnetic flux to be superimposed on the first magnetic flux;
A fluid transfer device comprising: a control unit that controls the magnitude of a direct current applied to the thrust shaft support coil.
前記スラスト軸支持部は、
前記ハウジングに設けられ、前記第1磁束の流れを2つに分流させる磁束分流部と、
前記ハウジングに設けられ、分流された一方の前記第1磁束を導く第1固定磁性部と、
前記ハウジングに設けられ、分流された他方の前記第1磁束を導く第2固定磁性部とを有しており、
前記第1固定磁性部および前記第2固定磁性部は、前記回転軸に対して平行方向に間隔を隔てて、前記第1磁束の磁束密度に差が生じるように構成されており、
前記スラスト軸支持コイルは、前記第1固定磁性部および前記第2固定磁性部のいずれか一方を流れる前記第1磁束に前記第2磁束を重畳可能なように前記第1固定磁性部と前記第2固定磁性部との間に配置されており、
前記第1固定磁性部および前記第2固定磁性部のいずれか一方を流れる前記第1磁束に前記第2磁束が重畳されたとき、他方を流れる前記第1磁束が前記第2磁束で相殺される、請求項1に記載の流体移送装置。
The thrust shaft support is
A magnetic flux diverting portion provided in the housing and diverting the flow of the first magnetic flux into two;
A first fixed magnetic part that is provided in the housing and guides one of the divided first magnetic fluxes;
A second fixed magnetic part that is provided in the housing and guides the other first magnetic flux that has been shunted;
The first fixed magnetic part and the second fixed magnetic part are configured so as to have a difference in magnetic flux density of the first magnetic flux with an interval in a direction parallel to the rotation axis,
The thrust shaft support coil includes the first fixed magnetic portion and the first fixed magnetic portion so that the second magnetic flux can be superimposed on the first magnetic flux flowing through one of the first fixed magnetic portion and the second fixed magnetic portion. It is arranged between two fixed magnetic parts,
When the second magnetic flux is superimposed on the first magnetic flux flowing through one of the first fixed magnetic portion and the second fixed magnetic portion, the first magnetic flux flowing through the other is canceled by the second magnetic flux. The fluid transfer device according to claim 1.
前記第1永久磁石および前記第2永久磁石が前記第1磁束を放射状に生じさせるように前記回転軸の周囲に配置されており、
前記ラジアル軸支持部は、前記第1磁束に重畳させる第3磁束を生じさせるラジアル軸支持巻線を有しており、
放射状の前記第1磁束の所定の第1部分に前記第3磁束が重畳され、前記回転軸を挟んで前記第1部分の反対側に位置する第2部分が前記第3磁束で相殺される、請求項2に記載の流体移送装置。
The first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged around the rotating shaft so as to generate the first magnetic flux radially;
The radial shaft support portion has a radial shaft support winding that generates a third magnetic flux to be superimposed on the first magnetic flux,
The third magnetic flux is superimposed on a predetermined first portion of the radial first magnetic flux, and the second portion located on the opposite side of the first portion across the rotating shaft is offset by the third magnetic flux; The fluid transfer device according to claim 2.
前記ハウジングに設けられた第3永久磁石と前記回転部に設けられた第4永久磁石とを備えており、
前記第3永久磁石および前記第4永久磁石は、前記回転軸に対して平行方向において前記モータ部から前記作用部側に離間して配置されており、
前記第3永久磁石と前記第4永久磁石との間に生じる磁束によって、前記作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を前記回転部に作用させる、請求項1ないし3のいずれかに記載の流体移送装置。
A third permanent magnet provided in the housing and a fourth permanent magnet provided in the rotating portion;
The third permanent magnet and the fourth permanent magnet are disposed away from the motor portion toward the action portion in a direction parallel to the rotation axis,
The thrust shaft supporting force in the direction opposite to the direction of the external force acting on the acting portion is caused to act on the rotating portion by a magnetic flux generated between the third permanent magnet and the fourth permanent magnet. 4. The fluid transfer device according to any one of 3.
前記回転部に設けられた磁性体からなるセンサターゲットと、
前記センサターゲットの前記回転軸に対する平行方向の変位を検知する変位センサと、
前記ハウジングに設けられ、前記作用部に作用する外力の方向とは反対の方向のスラスト軸支持力を前記センサターゲットに作用させる第5永久磁石とを備えており、
前記回転部の中心部には、前記ハウジングの内部で流体を循環させるための貫通孔が軸方向に延びて形成されており、
前記センサターゲットは、前記貫通孔の周囲に配置されており、
前記変位センサは、前記回転軸の延長線上から外れた位置に配置されている、請求項1ないし4のいずれかに記載の流体移送装置。
A sensor target made of a magnetic material provided in the rotating part;
A displacement sensor for detecting a displacement of the sensor target in a direction parallel to the rotation axis;
A fifth permanent magnet provided on the housing and acting on the sensor target with a thrust shaft support force in a direction opposite to the direction of the external force acting on the acting portion;
A through hole for circulating a fluid inside the housing is formed extending in the axial direction at the center of the rotating part,
The sensor target is disposed around the through hole,
5. The fluid transfer device according to claim 1, wherein the displacement sensor is disposed at a position deviated from an extension line of the rotation shaft.
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