JP3421243B2 - キャンドモータポンプ - Google Patents

キャンドモータポンプ

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JP3421243B2 JP13066598A JP13066598A JP3421243B2 JP 3421243 B2 JP3421243 B2 JP 3421243B2 JP 13066598 A JP13066598 A JP 13066598A JP 13066598 A JP13066598 A JP 13066598A JP 3421243 B2 JP3421243 B2 JP 3421243B2
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    • F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はキャンドモータポン
プに係り、特にロータを支承する磁気軸受を搭載したキ
ャンドモータポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からキャンドモータポンプの軸受に
は、すべり軸受が使われてきている。しかしながらキャ
ンドモータポンプの運転中には、回転部品である軸スリ
ーブとスラスト板が固定側である軸受にそれぞれ接触し
合いながら回転するために、軸受等が摩耗するという欠
点があった。この欠点を克服するために、近年キャンド
モータポンプのロータを支承する軸受として、磁気軸受
が使われ始めた。
【０００３】図８は従来の磁気軸受を搭載したキャンド
モータポンプの一般的な構造を示す断面図である。同図
に示すようにほぼ円筒容器状のポンプケーシング１には
吸込フランジ２と吐出しフランジ３とが設けられてお
り、吸込フランジ２には吸込口２ａが形成され、吐出し
フランジ３には吐出し口３ａが形成されている。ポンプ
ケーシング１内に羽根車５が収容されており、この羽根
車５は主軸６の自由端に固定され支持されている。ポン
プケーシング１は羽根車ブラケット７を介してモータフ
レーム１０に接続されている。モータフレーム１０は円
筒状のフレーム本体１１とフレーム本体１１の開口部を
閉塞するフレーム側板１２とからなり、フレーム本体１
１の反羽根車側には中間カバー１３及びエンドカバー１
４が固定されている。
【０００４】またフレーム本体１１の反羽根車側の内周
端とフレーム側板１２の内周端にはステータキャン１６
が溶接によって固着され、ステータ室Ｒｓが形成されて
おり、ステータ室Ｒｓ内にラジアル磁気軸受のステータ
磁極２１，２２とラジアル変位センサ２３，２４とモー
タステータ２５とが格納されている。そして、ステータ
磁極２１，２２、変位センサ２３，２４及びモータステ
ータ２５には、相隣接する部材間に円筒状のディスタン
スピース２７，２８，２９，３０が配設されている。前
記ラジアル変位センサ２３，２４はステータ磁極２１，
２２に隣接して設けられ、該変位センサ２３，２４には
インダクタンスの変化を利用して回転体の変位を検出す
る誘導型センサが用いられている。
【０００５】一方、主軸６には、ラジアル磁気軸受のス
テータ磁極２１，２２に対応する位置にラジアル磁気軸
受のロータ磁極３１，３２、ラジアル変位センサ２３，
２４に対応する位置にラジアル変位センサのターゲット
３３，３４、モータステータ２５に対応する位置にモー
タロータ３５がそれぞれ固定されている。
【０００６】前記中間カバー１３及びエンドカバー１４
には、アキシャル磁気軸受のステータ磁極３６及び３７
が相対向して配設されている。そして、ステータ磁極３
６及び３７間には、主軸６に固定されたディスク３８が
配置されており、このディスク３８に前記ステータ磁極
３６，３７にそれぞれ対向するようにアキシャル磁気軸
受のロータ磁極３９，４０が固定されている。
【０００７】また、エンドカバー１４には誘導型のアキ
シャル変位センサ４１が配設されており、この変位セン
サ４１に対向するように主軸６の軸端にアキシャル変位
センサのターゲット４２が固定されている。
【０００８】主軸６に取り付けられたディスク３８は中
間カバー１３とエンドカバー１４で形成された空間内
で、ディスク３８に取り付けられたアキシャル磁気軸受
のロータ磁極３９，４０及びそれぞれに対面して中間カ
バー１３とエンドカバー１４に取り付けられたアキシャ
ル磁気軸受のステータ磁極３６，３７とによりアキシャ
ル方向に接触することなく回転し、モータロータ３５を
アキシャル方向に安定させ回転自在となるようにしてい
る。
【０００９】また、羽根車側ブラケット７及び中間カバ
ー１３には、ラジアル用タッチダウン軸受４６及び４７
がそれぞれ設けられている。中間カバー１３及びエンド
カバー１４には、アキシャル用タッチダウン軸受４８及
び４９がそれぞれ設けられている。
【００１０】またラジアル変位センサ２３，２４やアキ
シャル変位センサ４１には、電磁シールドを施したもの
も採用されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気軸受を搭載したキャンドモータポンプにおいては、
ラジアル磁気軸受のステータ磁極及びキャンドモータの
ステータからの電磁ノイズや洩れ磁束によるノイズ、さ
らには、ステータキャンに発生する渦電流の影響によっ
て、ラジアル変位センサが正確なロータの位置を検出し
ないという問題があった。つまり、実際にはロータが軸
中心からほとんどずれていないにもかかわらず、ラジア
ル変位センサの検出したロータの位置が実際のロータの
位置よりも軸中心から大きくずれてしまっているように
検出してしまうという問題である。この結果、ラジアル
磁気軸受によるラジアル方向の制御において、ロータを
軸中心に支承させようとする吸引力を発生させるための
必要以上の過大な電流を消費してしまうという欠点があ
った。また、必要以上の過大な電流がラジアル磁気軸受
のステータ磁極のコイルに流れるため、このコイルを焼
損してしまうという欠点もあった。
【００１２】このコイルの焼損を防止するためには、電
流が小さくても大きな吸引力を発生できるよう、ラジア
ル磁気軸受のステータ磁極及びコイルをさらに大きい物
にすれば、非接触の状態でロータを軸中心付近に支承し
得るが、大きくなり過ぎて全く実用的ではない。しか
も、ラジアル磁気軸受のステータ磁極及びキャンドモー
タのステータからの電磁ノイズや洩れ磁束によるノイ
ズ、さらには、ステータキャンに発生する渦電流の影響
によって、ラジアル変位センサが正確なロータの位置を
検出しないという問題は依然として解決されないままで
ある。
【００１３】また、前記電磁シールドを施したラジアル
変位センサにおいても、ラジアル磁気軸受のステータ磁
極及びキャンドモータのステータからの電磁ノイズや洩
れ磁束によるノイズやステータキャンに発生する渦電流
の影響は少しは低減するが、依然として、これらの問題
を解決するには至らなかった。
【００１４】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、ラジアル変位センサが、ラジアル磁気軸受のス
テータ磁極及びキャンドモータのステータからの電磁ノ
イズや洩れ磁束によるノイズ、さらには、ステータキャ
ンに発生する渦電流の影響を受けずに、正確なロータの
位置を検出でき、適正な電流の消費にとどめて、ラジア
ル磁気軸受のステータ磁極のコイルの温度を正常に保つ
ことにより、ロータを非接触に安定して支承できるキャ
ンドモータポンプを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、キャンドモータのロータとステータの両側
部に、ラジアル磁気軸受とラジアル変位センサとラジア
ル用タッチダウン軸受とをそれぞれ配置したキャンドモ
ータポンプにおいて、前記両ラジアル磁気軸受のステー
タ磁極をキャンドモータのステータと共にステータ室内
に格納すると共に、前記ラジアル変位センサを前記ステ
ータ室の両側に該ステータ室とは別に設けたラジアル軸
受フレーム内に格納し、且つ前記ラジアル変位センサを
格納したラジアル軸受フレームの内周端に固着するステ
ータキャンを前記ステータ室のステータキャンとは分離
したことを特徴とする。また本発明は、前記ラジアル変
位センサとして、該ラジアル変位センサの検出しようと
する磁界の方向と前記ラジアル磁気軸受のステータ磁極
の磁界の方向とが直交するような直交形変位センサを用
いたことを特徴とする。また本発明は、前記ラジアル変
位センサとラジアル磁気軸受との間に、絶縁材を介在せ
しめたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図７に基づいて詳細に説明する。なお以下の各実施形
態においてキャンドモータポンプ自体の基本的な構造
で、図８に示す従来例と同一又は相当部分には同一の符
号を付してその重複した説明を省略する。
【００１７】図１は本発明の第一実施形態にかかるキャ
ンドモータポンプの構造を示す断面図である。同図に示
すようにこの実施形態においては、羽根車側のラジアル
軸受フレーム５０を、モータフレーム１０と羽根車ブラ
ケット７との間に配設している。このラジアル軸受フレ
ーム５０は円筒状のフレーム本体５２と開口部を閉塞す
るフレーム側板５４とからなり、フレーム本体５２の羽
根車側の内周端とフレーム側板５４の内周端にはステー
タキャン５６が溶接によって固着され、その内部にラジ
アル変位センサ２３が格納されている。一方反羽根車側
のラジアル軸受フレーム５１は、モータフレーム１０と
中間カバー１３との間に配設されている。このラジアル
軸受フレーム５１は円筒状のフレーム本体５３と開口部
を閉塞するフレーム側板５５とからなり、フレーム本体
５３の反羽根車側の内周端とフレーム側板５５の内周端
にはステータキャン５７が溶接によって固着され、その
内部にラジアル変位センサ２４が格納されている。即ち
ラジアル磁気軸受のステータ磁極２１，２２をモータス
テータ２５と共にステータ室Ｒｓ内に格納すると共に、
ラジアル変位センサ２３，２４を前記ステータ室Ｒｓの
両側に該ステータ室Ｒｓとは別に設けたラジアル軸受フ
レーム５１内に格納している。
【００１８】図２は本発明の第一実施形態におけるラジ
アル変位センサ２３，２４を示す図であり、同図（ａ）
は分解斜視図、同図（ｂ）は斜視図である。同図に示す
ようにこのラジアル変位センサ２３，２４はリング状の
コア２３１にリング状にコイル２３３を取り付けて構成
されている。
【００１９】上記構成において、モータフレーム１０の
フレーム側板１２，１２ａ及びラジアル軸受フレーム５
０，５１のフレーム側板５４，５５とで、ラジアル磁気
軸受のステータ磁極２１，２２及びモータステータ２５
からの電磁ノイズや洩れ磁束による、ラジアル変位セン
サ２３，２４に与えるノイズの影響を、それぞれかなり
低減している。また、モータフレーム１０のステータキ
ャン１６とラジアル軸受フレーム５０，５１のステータ
キャン５６，５７がそれぞれ分離して配置されているた
め、ラジアル変位センサ２３，２４に与えるステータキ
ャン１６に発生する渦電流の影響を、それぞれ低減して
いる。このため、かなり正確なロータの位置を検出で
き、適正な電流の消費にとどめて、ラジアル磁気軸受の
ステータ磁極２１，２２のコイルの温度をほぼ正常に保
つことができる。
【００２０】図３は本発明の第二実施形態にかかるキャ
ンドモータポンプの構造を示す断面図である。図４は本
発明の第二実施形態におけるラジアル変位センサ２３，
２４を示す図であり、同図（ａ）は分解斜視図、同図
（ｂ）は斜視図である。この実施形態において前記第一
実施形態と相違する点は、ラジアル変位センサ２３，２
４の構造である。即ち図１，図２に示す第一実施形態に
おけるラジアル変位センサ２３，２４を直交形変位セン
サに置き換えた実施形態である。ラジアル磁気軸受のス
テータ磁極２１，２２のそれぞれの磁界の方向はラジア
ル方向であるのに対し、該直交形変位センサが検出しよ
うとする磁界の方向はアキシャル方向となる。このよう
に、磁界の方向を同一方向ではなく、直角方向になるよ
うに構成することによって、ラジアル磁気軸受のステー
タ磁極２１，２２及びモータステータ２５からの電磁ノ
イズや洩れ磁束によるノイズが、ラジアル変位センサ２
３，２４に入ってきにくくしている。これによって、図
１で説明した効果に加え、ラジアル磁気軸受のステータ
磁極２１，２２及びモータステータ２５からの電磁ノイ
ズや洩れ磁束によるノイズの影響がさらに低減され、さ
らに確実な効果が得られる。
【００２１】図５は本発明の第三実施形態にかかるキャ
ンドモータポンプの構造を示す断面図である。この実施
形態において前記図１に示す第一実施形態と相違する点
は、モータフレーム１０のフレーム側板１２と羽根車側
のラジアル軸受フレーム５０のフレーム側板５４、及び
モータフレーム１０のフレーム側板１２ａと反羽根車側
のラジアル軸受フレーム５１のフレーム側板５５との間
に、それぞれ絶縁材５８，５９を入れた点にある。
【００２２】このように絶縁材５８，５９を入れること
によって、モータフレーム１０のフレーム側板１２，１
２ａ及びラジアル軸受フレーム５０，５１のフレーム側
板５４，５５との接触面を通じて若干伝わる、ラジアル
磁気軸受のステータ磁極２１，２２及びモータステータ
２５からの電磁ノイズや洩れ磁束による、ラジアル変位
センサ２３，２４に与えるノイズの影響を、それぞれほ
ぼ完全になくしている。また、モータフレーム１０のフ
レーム側板１２，１２ａ及びラジアル軸受フレーム５
０，５１のフレーム側板５４，５５との接触面を通じて
若干漏れる、ラジアル変位センサ２３，２４に与える、
モータフレーム１０のステータキャン１６からの渦電流
の影響もほぼ完全になくしている。従って、ラジアル変
位センサ２３，２４に影響を与える、ラジアル磁気軸受
のステータ磁極２１，２２及びモータステータ２５から
の電磁ノイズや洩れ磁束によるノイズやモータフレーム
１０のステータキャン１６からの過電流を、それぞれほ
ぼ完全に遮断することができ、正確なロータの位置を検
出でき、適正な電流の消費にとどめて、ラジアル磁気軸
受のステータ磁極２１，２２のコイルの温度を正常に保
つことができる。
【００２３】図６は本発明の第四実施形態にかかるキャ
ンドモータポンプの構造を示す断面図である。この実施
形態において前記図３に示す第二実施形態と相違する点
は、前記本発明の第三実施形態と同様に、モータフレー
ム１０のフレーム側板１２と羽根車側のラジアル軸受フ
レーム５０のフレーム側板５４、及びモータフレーム１
０のフレーム側板１２ａと反羽根車側のラジアル軸受フ
レーム５１のフレーム側板５５との間に、それぞれ絶縁
材５８，５９を入れた点である。
【００２４】このように構成することによって、図３及
び図５において説明した効果と同様に、ラジアル変位セ
ンサ２３，２４が、ラジアル磁気軸受のステータ磁極２
１，２２及びモータステータ２５からの電磁ノイズや洩
れ磁束によるノイズの影響を全く受けずに、より正確な
ロータの位置を検出でき、適正な電流の消費にとどめ
て、ラジアル磁気軸受のステータ磁極２１，２２のコイ
ルの温度を正常に保つことができる。なおこの絶縁材５
８，５９は別部品で構成する必要はなく、それぞれのフ
レーム側板１２，１２ａ，５４，５５の該当箇所に絶縁
材を溶射等でコーティングしても同様の効果がある。
【００２５】図７は本発明の第五実施形態にかかるキャ
ンドモータポンプの構造を示す断面図である。この実施
形態において前記図８に示す従来のキャンドモータポン
プと相違する点は、ラジアル変位センサ２３，２４を直
交形変位センサ（図４に示すものと同じ構造のもの）に
置き換えた点である。ラジアル変位センサ２３，２４を
モータフレーム１０と同一のステータ室Ｒｓ内に格納し
ても、前記第二実施形態で説明したようにラジアル変位
センサ２３，２４はその構造上、ラジアル磁気軸受のス
テータ磁極２１，２２及びモータステータ２５からの電
磁ノイズや洩れ磁束によるノイズの影響をあまり受けず
に、ある程度正確なロータの位置を検出でき、実用的で
ある。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 ラジアル磁気軸受のステータ磁極をキャンドモータの
ステータと共にステータ室内に格納すると共に、前記ラ
ジアル変位センサを前記ステータ室の両側に該ステータ
室とは別に設けたラジアル軸受フレーム内に格納したの
で、ラジアル変位センサが、ラジアル磁気軸受のステー
タ磁極及びモータステータからの電磁ノイズや洩れ磁束
によるノイズの影響をほとんど受けず、且つモータフレ
ームのステータキャンに発生する渦電流の影響をほとん
ど受けずに、正確なロータの位置を検出でき、適正な電
流の消費にとどめて、ラジアル磁気軸受のステータ磁極
のコイルの温度を正常に保つことができ、ロータを非接
触に安定して支承できる。
【００２７】ラジアル変位センサとして、該ラジアル
変位センサの検出しようとする磁界の方向と前記ラジア
ル磁気軸受のステータ磁極の磁界の方向とが直交するよ
うな直交形変位センサを用いたことによって、さらに確
実に正確なロータの位置を検出でき、適正な電流の消費
にとどめて、ラジアル磁気軸受のステータ磁極のコイル
の温度を正常に保つことができる。
【００２８】ラジアル変位センサとラジアル磁気軸受
との間に、絶縁材を介在せしめることによって、上記
，の効果をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるキャンドモータ
ポンプの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態におけるラジアル変位セ
ンサ２３，２４を示す図であり、同図（ａ）は分解斜視
図、同図（ｂ）は斜視図である。
【図３】本発明の第二実施形態にかかるキャンドモータ
ポンプの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態におけるラジアル変位セ
ンサ２３，２４を示す図であり、同図（ａ）は分解斜視
図、同図（ｂ）は斜視図である。
【図５】本発明の第三実施形態にかかるキャンドモータ
ポンプの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第四実施形態にかかるキャンドモータ
ポンプの構造を示す断面図である。
【図７】本発明の第五実施形態にかかるキャンドモータ
ポンプの構造を示す断面図である。
【図８】従来の磁気軸受を搭載したキャンドモータポン
プの一般的な構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ポンプケーシング ５ 羽根車 ６ 主軸 １０ モータフレーム １１ フレーム本体 １２，１２ａ フレーム側板 １３ 中間カバー １４ エンドカバー １６ ステータキャン ２１，２２ ステータ磁極 ２３，２４ ラジアル変位センサ ２５ モータステータ ２７，２８，２９，３０ ディスタンスピース ３１，３２ ロータ磁極 ３３，３４ ターゲット ３５ モータロータ ３６，３７ ステータ磁極 ３８ ディスク ３９，４０ ロータ磁極 ４１ 変位センサ ４２ ターゲット ４６，４７，４８，４９ タッチダウン軸受 ５０，５１ ラジアル軸受フレーム ５２，５３ フレーム本体 ５４，５５ フレーム側板 ５６，５７ ステータキャン ５８，５９ 絶縁材
フロントページの続き (72)発明者 檜垣 展宏 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株式会社荏原電産内 (56)参考文献 特開 平６−90545（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−116318（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−14815（ＪＰ，Ｕ) 特表2001−516849（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04D 13/06 F04D 29/04 F16C 32/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キャンドモータのロータとステータの両
    側部に、ラジアル磁気軸受とラジアル変位センサとラジ
    アル用タッチダウン軸受とをそれぞれ配置したキャンド
    モータポンプにおいて、 前記両ラジアル磁気軸受のステータ磁極をキャンドモー
    タのステータと共にステータ室内に格納すると共に、前
    記ラジアル変位センサを前記ステータ室の両側に該ステ
    ータ室とは別に設けたラジアル軸受フレーム内に格納
    し、且つ前記ラジアル変位センサを格納したラジアル軸
    受フレームの内周端に固着するステータキャンを前記ス
    テータ室のステータキャンとは分離したことを特徴とす
    るキャンドモータポンプ。
  2. 【請求項２】 前記ラジアル変位センサとして、該ラジ
    アル変位センサの検出しようとする磁界の方向と前記ラ
    ジアル磁気軸受のステータ磁極の磁界の方向とが直交す
    るような直交形変位センサを用いたことを特徴とする請
    求項１に記載のキャンドモータポンプ。
  3. 【請求項３】 前記ラジアル変位センサとラジアル磁気
    軸受との間に、絶縁材を介在せしめたことを特徴とする
    請求項１又は２記載のキャンドモータポンプ。
JP13066598A 1998-05-13 1998-05-13 キャンドモータポンプ Expired - Fee Related JP3421243B2 (ja)

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