JP3357639B2 - Turbo type pump - Google Patents

Turbo type pump

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はターボ形ポンプに
関し、特に、バイオテクノロジー、宇宙基地用機器、半
導体製造技術および医療機器などに適用されるターボ形
ポンプに関する。
The present invention relates to a turbo pump, and more particularly to a turbo pump applied to biotechnology, space station equipment, semiconductor manufacturing technology, medical equipment, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ターボ形ポンプは、インペラ(羽根車)
を回転させ、流体に回転運動を与えて圧力を上げるもの
であり、工業界に広く用いられている。
2. Description of the Related Art A turbo type pump is an impeller (impeller).
Is used to increase the pressure by giving a rotational motion to a fluid, and is widely used in the industry.

【0003】図6はバイオテクノロジー、半導体製造技
術および医療機器などに用いられる従来のターボ形ポン
プを示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional turbo pump used for biotechnology, semiconductor manufacturing technology, medical equipment, and the like.

【0004】図6を参照して、ポンプ20は、流体に回
転運動を与えるためのインペラ21を備える。インペラ
21は回転軸22に軸支される。回転軸22は、転がり
軸受23によって支持され、モータ24により駆動され
る。モータ24により回転軸22が回転すると、回転軸
22に軸支されたインペラ21が回転する。インペラ2
1の回転により、流体は吸込管26から吸込まれ、渦巻
室27を経て吐出される。
Referring to FIG. 6, a pump 20 includes an impeller 21 for imparting a rotational motion to a fluid. The impeller 21 is supported by a rotation shaft 22. The rotating shaft 22 is supported by a rolling bearing 23 and is driven by a motor 24. When the rotation shaft 22 is rotated by the motor 24, the impeller 21 supported by the rotation shaft 22 rotates. Impeller 2
With the rotation of 1, the fluid is sucked from the suction pipe 26 and discharged through the spiral chamber 27.

【0005】バイオテクノロジー、半導体製造技術およ
び医療機器などに用いられるポンプは、極めてクリーン
であることが要求される。このため、図6に示すポンプ
20では、流体を汚染する汚染物質を発生する転がり軸
受23およびモータ24から流体を隔離するために、イ
ンペラ21側の軸受23とインペラ21との間にシール
25を設けている。
[0005] Pumps used in biotechnology, semiconductor manufacturing technology, medical equipment and the like are required to be extremely clean. Therefore, in the pump 20 shown in FIG. 6, a seal 25 is provided between the bearing 23 on the impeller 21 side and the impeller 21 in order to isolate the fluid from the rolling bearing 23 and the motor 24 that generate pollutants that contaminate the fluid. Provided.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記シ
ール25は回転軸22と接触しているために、この接触
部分における発熱や汚染物質の発生により流体が汚染さ
れるという問題がある。
However, since the seal 25 is in contact with the rotating shaft 22, there is a problem that the fluid is contaminated by heat generation and generation of contaminants at the contact portion.

【0007】また、軸受部やモータ部からのごみあるい
は錆による汚染を少なくするために、モータなどの電磁
石をモールドし、あるいは鉄部にメッキを施すことが考
えられる。しかしながら、このような改良を加えたとし
ても、従来のポンプではスピンドル内に流体が淀むとこ
ろがあり、このような淀みは流体の凝固や不純物の沈殿
を生じるために、バイオテクノロジーや医療機器などに
おいては重大な問題である。
Further, in order to reduce contamination by rust or rust from the bearing portion or the motor portion, it is conceivable to mold an electromagnet such as a motor or to plate an iron portion. However, even with such an improvement, the conventional pump has a place where the fluid stagnates in the spindle, and such stagnation causes solidification of the fluid and precipitation of impurities. This is a serious problem.

【0008】それゆえに、この発明の主たる目的は、流
体をクリーンな状態でかつ淀みなく送ることのできるタ
ーボ形ポンプを提供することである。
[0008] Therefore, a main object of the present invention is to provide a turbo type pump capable of sending a fluid in a clean state without stagnation.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明は、制御式磁気
軸受と、ケーシング内の所定位置に非接触で支持される
インペラとを備えるターボ形ポンプである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a controlled magnetic
Bearing and non-contact supported at a predetermined position in the casing
This is a turbo pump having an impeller .

【0010】上記制御式磁気軸受は、インペラの一方の
面に設けられた磁性部材と、インペラの磁性部材に対向
するようにしてケーシングに取付けられた電磁石と、こ
れらの磁性部材と電磁石との間隔を検知するようにケー
シングに取付けられた位置センサとを含む。
[0010] The control type magnetic bearing, and the magnetic member provided on one surface of the impeller, an electromagnet attached to the casing so as to face the magnetic member of the impeller, this
Make sure that the distance between these magnetic members and the electromagnet is detected.
And a position sensor attached to the thing .

【0011】また、上記インペラは、ケーシングを介し
てインペラの他方の面からインペラに回転駆動力を付与
する磁気力と、制御式磁気軸受によって上記インペラの
一方の面に作用する磁気力とによって、釣り合わせた状
態で支持されている。
Further , the impeller is provided via a casing.
To apply rotational driving force to the impeller from the other side of the impeller
Magnetic force and a controlled magnetic bearing
Balanced by magnetic force acting on one surface
It is supported in a state.

【0012】作用 この発明では、インペラの一方の面に設けられた磁性部
材と、ケーシングに取付けられた電磁石により制御式磁
気軸受を構成する。インペラは、ケーシングを介してイ
ンペラの他方の面に作用する磁気力によって回転する。
インペラの両面に作用するこれらの磁気的作用によっ
て、ケーシング外からインペラを非接触で支持するよう
にしている。
[0012] (Function) In the present invention, the magnetic portion provided on one surface of the impeller
Controlled magnetism by the material and the electromagnet attached to the casing
Construct an air bearing. The impeller is inserted through the casing
It rotates by the magnetic force acting on the other surface of the impeller.
By these magnetic effects acting on both surfaces of the impeller, the impeller is supported from outside the casing in a non-contact manner.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施例のタ
ーボ形ポンプの構造を示す断面図である。図1におい
て、ポンプ1のケーシング2内には、インペラ3が設け
られる。ケーシング2は非磁性部材からなる。インペラ
3は、回転駆動手段を構成する永久磁石4を有する非磁
性部材5と、制御式磁気軸受のロータに相当する軟鉄部
材6がリベットなどで結合されて作られている。また、
この軟鉄部材6は表面処理され、錆などが生じないよう
に考慮されている。永久磁石4はインペラ3の円周方向
に分割されており、互いに隣接する磁石の磁界の方向が
逆方向となるように着磁されている。インペラ3の永久
磁石4を有する側に対向するようにして、ケーシング2
外部には固定子7が設けられる。固定子7には、図2に
示すように、円周上に固定子巻線8が配置される。固定
子巻線8の個数はインペラ3側の永久磁石4の個数の
1.5倍となっている。固定子7側には、インペラ3の
回転位置を検出するセンサ(図示せず)が設けられてい
て、その回転位置に応じて各固定子巻線8に接続された
無接点制御整流子(図示せず)をオン・オフすることに
より、磁界を回転させ、永久磁石4が設けられたインペ
ラ3を回転する。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a turbo pump according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an impeller 3 is provided in a casing 2 of a pump 1. The casing 2 is made of a non-magnetic member. The impeller 3 is made by combining a non-magnetic member 5 having a permanent magnet 4 constituting a rotation driving means and a soft iron member 6 corresponding to a rotor of a control type magnetic bearing by rivets or the like. Also,
The soft iron member 6 is subjected to a surface treatment so that rust or the like is not generated. The permanent magnet 4 is divided in the circumferential direction of the impeller 3 and is magnetized so that the directions of the magnetic fields of the adjacent magnets are opposite to each other. The casing 2 is opposed to the side of the impeller 3 having the permanent magnet 4.
A stator 7 is provided outside. As shown in FIG. 2, the stator 7 has stator windings 8 arranged on a circumference. The number of stator windings 8 is 1.5 times the number of permanent magnets 4 on the impeller 3 side. A sensor (not shown) for detecting the rotational position of the impeller 3 is provided on the stator 7 side, and a contactless control commutator (see FIG. 1) connected to each stator winding 8 according to the rotational position. By turning on / off (not shown), the magnetic field is rotated, and the impeller 3 provided with the permanent magnet 4 is rotated.

【0014】一方、インペラ3の軟鉄部材6を有する側
に対向するようにして、ケーシング2には、永久磁石4
と固定子巻線8との磁気的作用と釣合ってインペラ3を
ケーシング2の中心に保持するように作用する電磁石1
0が取付けられる。電磁石10は、この実施例では、図
3に参照符号m1〜m4で示すように、4個設けられる
が、少なくとも3個の電磁石を設ける必要がある。これ
は、図4に示すように、座標軸z方向(インペラの軸方
向)の力を釣合わせ、かつz軸に直交するx軸およびy
軸回りのモーメントを0にするためである。電磁石10
は図3に示すように、2本1組のヨーク11と、1本の
ヨークの周りに巻回されたコイル12とからなる。
On the other hand, the casing 2 is provided with a permanent magnet 4 so as to face the side of the impeller 3 having the soft iron member 6.
And magnet stator 1 acting to hold impeller 3 at the center of casing 2 in balance with the magnetic action of
0 is attached. In this embodiment, four electromagnets 10 are provided as shown by reference numerals m1 to m4 in FIG. 3, but it is necessary to provide at least three electromagnets. As shown in FIG. 4, this balances the force in the coordinate axis z direction (axial direction of the impeller), and the x-axis and y-axis are orthogonal to the z-axis.
This is to reduce the moment about the axis to zero. Electromagnet 10
As shown in FIG. 3, a pair of yokes 11 includes a pair of yokes 11 and a coil 12 wound around one yoke.

【0015】電磁石間には、位置センサs1〜s4が設
けられる。この位置センサs1〜s4により電磁石10
と軟鉄部材6との隙間の間隔が検知され、この検知出力
はコイル12に与えられる電流を制御する制御部(図示
せず)にフィードバックされる。これにより、図4に示
すz,θx,θyが制御され、インペラ3はケーシング2
の中心に保持される。
Position sensors s1 to s4 are provided between the electromagnets. The position sensors s1 to s4 allow the electromagnet 10
The interval between the gap and the soft iron member 6 is detected, and the detected output is fed back to a control unit (not shown) for controlling the current supplied to the coil 12. Thereby, z, θ x and θ y shown in FIG. 4 are controlled, and the impeller 3
Held in the center of the

【0016】インペラ3に重力などにより半径方向の力
が作用しても、電磁石10と軟鉄部材6との間の磁束
(図1に破線で示す)の剪断力が作用するために、イン
ペラ3はケーシング2の中心に保持される。
Even if a radial force acts on the impeller 3 due to gravity or the like, a shear force of a magnetic flux (shown by a broken line in FIG. 1) between the electromagnet 10 and the soft iron member 6 acts. It is held at the center of the casing 2.

【0017】このようにして、磁気的に支持された状態
で、図5に示すようにインペラ3が回転すると、流体は
吸入口13から吸入され、吐出口14へ送られる。
When the impeller 3 rotates as shown in FIG. 5 in the magnetically supported state, the fluid is sucked from the suction port 13 and sent to the discharge port 14.

【0018】インペラ3はケーシング2により固定子7
および電磁石10から隔離されており、汚染を受けるこ
とはないので、ポンプ1から吐出される流体はクリーン
な状態を保持する。
The impeller 3 is fixed to the stator 7 by the casing 2.
The fluid discharged from the pump 1 keeps a clean state because it is isolated from the electromagnet 10 and does not receive contamination.

【0019】また、ポンプ2において流体が淀むところ
がないので、当該ポンプを血液ポンプに適用しても、血
栓などを生じることはない。
Further, since there is no place in the pump 2 where the fluid stays, even if the pump is applied to a blood pump, a thrombus or the like does not occur.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、イン
ペラを軸支することなく、インペラを磁気的作用によっ
て非接触でケーシング外部から支持するようにしたの
で、流体を汚染することなくかつ淀みなく送ることがで
きる。
As described above, according to the present invention, since the impeller is supported from the outside of the casing by magnetic action without contacting the impeller, the fluid is not contaminated and Can be sent without stagnation.

【0021】また、この発明のポンプは、ポンプ本体の
軸、軸受、シール一切不要であり、摩耗を生ずる運動
機械部分が一切存在しないので、保守管理が不要にな
る。
Further, the pump of the present invention does not require any shaft, bearings, and seals of the pump body, and does not have any moving mechanical parts that cause wear, so that maintenance and management is unnecessary.

【0022】さらに、この発明のポンプの寿命は、ポン
プを構成する材料の耐蝕性と電気回路の寿命にのみ依存
するので、ポンプの半永久的な運転が可能となる。この
ことは人工心臓や宇宙機器にとって、極めて重要であ
る。
Further, the life of the pump of the present invention depends only on the corrosion resistance of the material constituting the pump and the life of the electric circuit, so that the pump can be operated semipermanently. This is extremely important for artificial hearts and space equipment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施例のターボ形ポンプの構造
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a turbo pump according to one embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示す固定子の巻線の配置状態を示す図
である。
FIG. 2 is a view showing an arrangement state of windings of the stator shown in FIG. 1;

【図3】 図1に示すIII−IIIに沿う断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III shown in FIG.

【図4】 図1に示すインペラの釣合い状態を説明する
ための図である。
FIG. 4 is a view for explaining a balanced state of the impeller shown in FIG. 1;

【図5】 図1に示すターボ形ポンプのポンプ作用を説
明するための図である。
FIG. 5 is a view for explaining a pumping operation of the turbo type pump shown in FIG. 1;

【図6】 従来の渦巻型ポンプを示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a conventional centrifugal pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ターボ形ポンプ、2 ケーシング、3 インペラ、
4 永久磁石、5 非磁性部材、6 磁性部材、7 固
定子、8 固定子巻線、10 電磁石。
1 turbo pump, 2 casing, 3 impeller,
4 permanent magnet, 5 non-magnetic member, 6 magnetic member, 7 stator, 8 stator winding, 10 electromagnet.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−219391(JP,A) 実開 昭48−91503(JP,U) 実開 平2−77318(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04D 13/06 F04D 15/00 101 F04D 29/04 Continuation of front page (56) References JP-A-1-219391 (JP, A) JP-A 48-91503 (JP, U) JP-A 2-77318 (JP, U) (58) Fields investigated (Int) .Cl. 7 , DB name) F04D 13/06 F04D 15/00 101 F04D 29/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 制御式磁気軸受と、 ケーシング内の所定位置に非接触で支持されるインペラ
とを備えるターボ形ポンプであって、 前記制御式磁気軸受は、前記インペラの一方の面に設け
られた磁性部材と、前記インペラの前記磁性部材に対向
するようにして前記ケーシングに取付けられた電磁石
、前記磁性部材と前記電磁石との間隔を検知するよう
に前記ケーシングに取付けられた位置センサとを含み、 前記インペラは、前記ケーシングを介して前記インペラ
の他方の面から前記インペラに回転駆動力を付与する磁
気力と、前記制御式磁気軸受によって前記インペラの一
方の面に作用する磁気力とによって、釣り合わせた状態
で支持されていることを特徴とする、ターボ形ポンプ。
1. A turbo pump comprising a control type magnetic bearing and an impeller supported at a predetermined position in a casing in a non-contact manner, wherein the control type magnetic bearing is provided on one surface of the impeller. A magnetic member, an electromagnet attached to the casing so as to face the magnetic member of the impeller, and a distance between the magnetic member and the electromagnet.
And a position sensor attached to the casing. The turbo pump is supported in a balanced state by a magnetic force acting on one surface of the turbo pump.
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