JP5025707B2 - Magnetic levitation pump device - Google Patents
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Description
この発明は磁気浮上型ポンプ装置に関し、特に、インペラを回転させて血液などの液体を排出する磁気浮上型ポンプ装置に関する。 The present invention relates to a magnetic levitation pump device, and more particularly to a magnetic levitation pump device that discharges a liquid such as blood by rotating an impeller.
図7は、第1の従来例の磁気浮上型ポンプ装置の構造を示す縦断面図である(たとえば特許文献1の図7参照)。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the structure of the magnetic levitation pump device of the first conventional example (see, for example, FIG. 7 of Patent Document 1).
本願の図7に示した磁気浮上型ポンプ装置は、磁気軸受用電磁石31とモータ13とがインペラ23の両側に設けられた構成の磁気浮上型ポンプ装置本体1と、コントローラ200とから構成されている。
The magnetic levitation pump apparatus shown in FIG. 7 of the present application includes a magnetic levitation pump apparatus
図7を参照して、第1の従来例の磁気浮上型ポンプ装置について説明する。図7の磁気浮上型ポンプ装置本体1は、ケーシング21内に軸方向に順次形成された、モータ部10とポンプ部20と磁気軸受部30とを備えている。
With reference to FIG. 7, a magnetic levitation pump device of a first conventional example will be described. The magnetically levitated pump apparatus
磁気軸受部30には、電磁石31と、位置センサとして機能する磁気式センサ222とが内蔵されている。ケーシング21の軸方向の中心部には液体が流入する流入口23cが形成されており、電磁石31と磁気式センサ222とは、流入口23cのまわりにそれぞれ少なくとも3個ずつ配置されている。これらの電磁石31と磁気式センサ222とは、磁気軸受部30とポンプ部20とを軸方向に仕切る隔壁34に取付けられている。
The
ポンプ部20内のポンプ室22には、インペラ23(羽根車)が周方向に回転可能に収納されており、インペラ23の磁気軸受部30側(一方側)には軟質磁性部材26が形成されている。インペラ23の一方側は隔壁34を介して磁気軸受用電磁石31によって非接触で支持され、磁気式センサ222によってインペラ23の一方側との間の距離が検出される。インペラ23の他方側には永久磁石24が埋込まれている。
An impeller 23 (impeller) is rotatably accommodated in the
モータ部10には、モータ13とそのモータ13の回転軸であるロータ12とが収納されている。ロータ12のポンプ部20に対向する面には、インペラ23に埋込まれた永久磁石24に隔壁33を介して対向するように永久磁石14が埋込まれている。
The
図7において、磁気式センサ222のセンサ出力はコントローラ200に与えられる。図9は、図7に示したコントローラ200の構成を示すブロック図である。以下に、図9を参照してコントローラ200の構成について説明する。
In FIG. 7, the sensor output of the
図9を参照して、磁気浮上型ポンプ装置本体1に含まれる磁気式センサ222からのセンサ出力Saは、コントローラ200内のセンサ回路223に入力され、内部変換関数f(Sb)によって変換されてセンサ回路出力Sbとして出力される。このセンサ回路出力Sbは、PID補償器224に入力されて内部変換関数f(Sp)によって変換されて電磁石電流指令値Sdとして出力される。この電磁石電流指令値Sdはパワーアンプ225に入力され、パワーアンプ225はその出力である電磁石電流Imを磁気浮上型ポンプ装置本体1内の磁気軸受用電磁石31に供給する。
Referring to FIG. 9, sensor output Sa from
すなわち、磁気式センサ222のセンサ出力Saは、コントローラ200に含まれるセンサ回路223に与えられ、このセンサ回路223によってインペラ23の一方側と磁気式センサ222との間の距離が検出される。センサ回路223のセンサ回路出力SbはPID補償器224に入力され、PID補償が行なわれる。このPID補償出力、すなわち電磁石電流指令値Sdはパワーアンプ225で増幅されてコイル電流値として電磁石31に与えられる。その結果、電磁石31によってインペラ23の対向する面への吸引力が制御される。
That is, the sensor output Sa of the
再度、図7を参照して、インペラ23のモータ部10側(他方側)には永久磁石24と永久磁石14とからなる吸引力が働く。すなわち、インペラ23は、永久磁石24と永久磁石14とからなる非制御式軸受と、インペラ23に形成された軟質磁性部材26と電磁石31とによる制御式軸受とによって磁気浮上する。インペラ23は、コントローラ200内の図示されないモータコントローラによって駆動トルクまたは回転数が制御されるモータ13によって回転するロータ12内の永久磁石14とこれに対向するインペラ23内の永久磁石24との磁気カップリングによって回転駆動され、流入口23cに流入した血液などの液体をポンプ部20に形成された図示しない排出口から流出させる。
Referring to FIG. 7 again, the attractive force composed of the
次に、図8は、第2の従来例の磁気浮上型ポンプ装置の構造を示す縦断面図である(たとえば特許文献2の図3参照)。図8を参照すると、モータ13と電磁石31とを、インペラ23に対して同じ側の空間に配置した磁気浮上型ポンプ装置本体1が示されており、コントローラ200は図示省略されている。
Next, FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the structure of the magnetic levitation pump device of the second conventional example (see, for example, FIG. 3 of Patent Document 2). Referring to FIG. 8, there is shown a magnetic levitation pump device
図8を参照して、第2の従来例の磁気浮上型ポンプ装置について説明する。図8の磁気浮上型ポンプ装置本体1は、軸方向に順次形成されたアクチュエータ部40とポンプ部20とケーシング部50とを備えている。図8に示す磁気浮上型ポンプ装置本体1は、図7に示した第1の従来例の磁気浮上型ポンプ装置本体1の構造と比較して、モータ13と電磁石31とを、インペラ23に対して同じ側の空間に配置している点で異なっている。このような構造によって、アクチュエータ部40とポンプ部20とケーシング部50とからなる外形の軸方向長さ(以下、ポンプ外形軸方向長さ)は、前述した図7に示した第1の従来例の磁気浮上型ポンプ装置本体1のポンプ外形軸方向長さよりもかなり短くすることができる。図8のアクチュエータ部40は、モータ13および電磁石31を含んでいる。ポンプ部20のケーシング21内にはポンプ室22が設けられており、このポンプ室22内でインペラ23が回転する。
With reference to FIG. 8, a magnetic levitation pump device of a second conventional example will be described. The magnetically levitated pump apparatus
ケーシング21のうち、アクチュエータ部40とインペラ23との間の隔壁35と、磁気式センサ222とインペラ23との間の隔壁36には磁性材料を使用することができず、したがって隔壁35,36は非磁性材料で形成される。
In the
インペラ23のアクチュエータ側(図8では左側)には、非制御式磁気軸受を構成する永久磁石24を有する非磁性部材25と、制御式磁気軸受のロータに相当する軟質磁性部材26とが設けられている。永久磁石24はインペラ23の円周方向に分割されていて、互いに隣接する磁石は互いに反対方向の磁極に着磁されている。インペラ23のケーシング部側(図8では右側)には、非制御式磁気軸受を構成するリング形状を有する強磁性体(永久磁石、軟磁性材料を含む)29とセンサターゲットである軟質磁性材料45とを含む非磁性部材46が設けられる。
On the actuator side (left side in FIG. 8) of the
インペラ23の永久磁石24を有する側に対向するようにして、アクチュエータ部40には、転がり軸受や動圧軸受などで構成されるモータ軸受11で支持されたロータ12が設けられる。ロータ12は、モータステータ16とモータロータ15とがラジアル方向に対向して形成されるラジアルギャップモータによって駆動されて回転する。ロータ12には、インペラ23の永久磁石24に対向しかつ吸引力が作用するようにインペラ23の永久磁石24と同数の永久磁石14が設けられている。この永久磁石14も、互いに隣接する磁石は互いに反対方向の磁極に着磁されている。
The
モータロータ15とモータステータ16とで構成されるモータ部13には、DCブラシレスモータを含む同期モータ、インダクションモータを含む非同期モータなどが使用される。
A synchronous motor including a DC brushless motor, an asynchronous motor including an induction motor, or the like is used for the motor unit 13 including the
インペラ23の軟質磁性部材26に対向するようにして電磁石31が設けられる。一方、インペラ23の軟質磁性材料45に対向するようにして磁気式センサ222が配置され、また強磁性体29に対向するようにしてリング状永久磁石28が配置される。
An
さらに、インペラ23はポンプ室22内で軸方向に移動できるが、この可動範囲内で永久磁石24と永久磁石14との間に作用する吸引力よりも永久磁石28と強磁性体29との間に作用する吸引力が常に大きくなるように、永久磁石28および強磁性体29の各々の材質、形状、および永久磁石28の配置する位置が設定される。
Further, the
磁気式センサ222と電磁石31とにより、ポンプ室22において、永久磁石24と永久磁石14との吸引力、強磁性体29と永久磁石28との吸引力、およびポンピング時にインペラ23に作用する流体力に釣り合って、インペラ23をポンプ室22の中心に保持することが可能となる。なお、図8では、インペラ23の位置を測定する磁気式センサ222はケーシング部50にあるが、この磁気式センサ222をアクチュエータ部40に置くことも可能である(特許文献2参照)。
By the
図7に示した第1の従来例の磁気浮上型ポンプ装置では、電磁石31と磁気式センサ222とがインペラ23に対して同じ側の空間に近接して配置されているために、電磁石31に通電することによって発生する磁束が磁気式センサ222に影響し、正確なインペラ23の位置を検出することができないという問題があった。
In the magnetic levitation pump device of the first conventional example shown in FIG. 7, since the
また、図8に示した第2の従来例の磁気浮上型ポンプ装置においては、電磁石31と磁気式センサ222とがインペラ23に対して反対側の空間に配置されてはいるが、ポンプ全体のコンパクト化のために各構成部品を小型化するために磁気式センサ222をアクチュエータ部40に置いた場合には、磁気式センサ222と電磁石31とが近接してしまうため、図7の第1の従来例と同様に、電磁石31に通電することによって発生する磁束が磁気式センサ222に影響し、正確なインペラ23の位置を検出することができないという問題があった。
In the magnetic levitation pump device of the second conventional example shown in FIG. 8, the
これらの問題点についてより詳細に説明する。
図10は、図9の従来技術のコントローラ200において、電磁石31に流す電磁石電流Imと、センサ出力Saにおけるドリフト量(センサシフト量)Sfとの関係を示す図である。
These problems will be described in more detail.
FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the electromagnet current Im flowing through the
図10を参照して、電磁石31に電磁石電流Imを流さない場合には、このドリフトは発生せず、ある一定電流以上の電磁石電流Imを流した場合に、センサ出力Saにドリフトが発生する。
Referring to FIG. 10, when no electromagnet current Im is passed through
電磁石31に電磁石電流Imを流さない状態から、電磁石電流Imを流しインペラ23を浮上させる「浮上時」や、インペラ23に過大な外力が印加した場合などには、電磁石電流Imは大きくなるが、このときに電磁石31からの磁束ノイズは磁気式センサ222に大きく影響して、このときのセンサ出力Saを使ってインペラ23を磁気軸受によって支持しようとすると、安定してインペラ23は浮上できなくなる可能性があった。
The electromagnet current Im increases when the electromagnet current Im is not passed through the
特に、インペラ23の浮上に際しては、電磁石31に過大な電磁石電流Imが流れる。この過大な電磁石電流Imが流れる理由は、たとえば前述の図7の第1の従来例においては次のとおりである。すなわち、インペラ23は電磁石31を起動させていない状態では、インペラ側の永久磁石24とロータ側の永久磁石14との吸引力によってロータ12側の隔壁33に吸着された状態にある。この状態で電磁石31によってインペラ23を磁気浮上させるときには、インペラ23の磁気浮上はPID補償器224によって積分制御しているので、電磁石31の起動直後に必要以上の過大な電流が流れることになる。その結果、磁気式センサ出力にドリフトが発生してインペラ23の正確な位置検出をすることができない。
In particular, when the
以上のように、図7〜図9に例示した従来の磁気浮上型ポンプ装置では、磁気軸受用の電磁石と磁気式センサとが近接するため、磁気軸受用の電磁石に通電することによって発生する磁束が磁気式センサに影響し、インペラの正確な位置検出および安定した磁気浮上を行なうことができないという問題があった。 As described above, in the conventional magnetic levitation type pump device illustrated in FIGS. 7 to 9, since the magnetic magnet for the magnetic bearing and the magnetic sensor are close to each other, the magnetic flux generated by energizing the electromagnet for the magnetic bearing Affects the magnetic sensor, and there has been a problem that accurate position detection of the impeller and stable magnetic levitation cannot be performed.
それゆえに、この発明の目的は、磁気軸受用の電磁石から磁気式センサへの磁束の影響を極力抑え、インペラの安定した位置測定、ひいては安定した磁気浮上を可能にした磁気浮上型ポンプ装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic levitation pump device that suppresses the influence of magnetic flux from an electromagnet for a magnetic bearing to a magnetic sensor as much as possible, enables stable position measurement of the impeller, and thus stable magnetic levitation. It is to be.
この発明の1つの局面によると、ケーシング内のインペラを回転することによって流体を排出するポンプ部と、磁気力によってインペラに非接触に結合して、インペラを回転させる回転駆動部と、インペラの浮上位置を検出する磁気式センサと、磁気センサの検出結果に基づいてインペラの浮上位置を示す信号を出力するセンサ回路と、センサ回路の出力信号に基づき、ケーシング内でインペラを浮上させるための電流指令値を生成するPID補償器と、インペラに電磁力を作用させるための電磁石と、電流指令値に従って電磁石に電流を流すパワーアンプとを備え、磁気式センサと電磁石とが近接して配置される磁気浮上型ポンプ装置において、PID補償器とパワーアンプとの間に、電流指令値を上限値以下の値に制限するリミット回路が設けられ、上限値は、ケーシング内において電磁石と反対側の端に位置しているインペラを浮上させるために必要な電流に基づいて設定されていることを特徴としたものである。 According to one aspect of the present invention, a pump unit that discharges fluid by rotating an impeller in a casing, a rotary drive unit that rotates the impeller coupled to the impeller in a non-contact manner by magnetic force, and the floating of the impeller A magnetic sensor for detecting the position, a sensor circuit for outputting a signal indicating the flying position of the impeller based on the detection result of the magnetic sensor, and a current command for floating the impeller in the casing based on the output signal of the sensor circuit A magnetic sensor in which a magnetic sensor and an electromagnet are arranged close to each other, and includes a PID compensator that generates a value, an electromagnet for applying an electromagnetic force to the impeller, and a power amplifier that causes a current to flow through the electromagnet according to a current command value In a floating pump device, a limit circuit that limits the current command value to a value below the upper limit between the PID compensator and the power amplifier It is provided, the upper limit value is obtained by the features that you have been set based on the current required to levitate the impeller which is located the end opposite the electromagnet in the casing.
この発明の他の局面に従うと、ケーシング内のインペラを回転することによって流体を排出するポンプ部と、磁気力によってインペラに非接触に結合して、インペラを回転させる回転駆動部と、インペラの浮上位置を検出する磁気式センサと、磁気センサの検出結果に基づいてインペラの浮上位置を示す信号を出力するセンサ回路と、センサ回路の出力信号に基づき、ケーシング内でインペラを浮上させるための電流指令値を生成するPID補償器と、インペラに電磁力を作用させるための電磁石と、電流指令値に従って電磁石に電流を流すパワーアンプとを備え、磁気式センサと電磁石とが近接して配置される磁気浮上型ポンプ装置において、センサ回路とPID補償器との間に、センサ回路の出力信号のレベルを上限値以下の値に制限するリミット回路が設けられ、上限値は、ケーシング内の可動範囲内でインペラが移動した場合におけるセンサ回路の出力信号レベルの最大値に基づいて設定されていることを特徴としたものである。 According to another aspect of the present invention, a pump unit that discharges a fluid by rotating an impeller in a casing, a rotary drive unit that rotates the impeller coupled to the impeller in a non-contact manner by a magnetic force, and the floating of the impeller A magnetic sensor for detecting the position, a sensor circuit for outputting a signal indicating the flying position of the impeller based on the detection result of the magnetic sensor, and a current command for floating the impeller in the casing based on the output signal of the sensor circuit A magnetic sensor in which a magnetic sensor and an electromagnet are arranged close to each other , including a PID compensator for generating a value, an electromagnet for applying an electromagnetic force to the impeller, and a power amplifier for causing a current to flow through the electromagnet according to a current command value in floating pump device, between the sensor circuit and the PID compensator, to limit the level of the output signal of the sensor circuit to limit the following values Limit circuit is provided, the upper limit value is obtained by the features that you have been set based on the maximum value of the output signal level of the sensor circuit when the impeller moves within the movable range in the casing.
この発明のさらに他の局面によると、リミット回路は、センサ回路の出力信号のレベルを上限値以下に制限するツェナーダイオードを含むことを特徴とする。 According to still another aspect of the present invention, the limit circuit includes a Zener diode that limits the level of the output signal of the sensor circuit to an upper limit value or less .
この発明のさらに他の局面によると、磁気浮上型ポンプ装置は、血液ポンプ装置であることを特徴とする。 According to still another aspect of the present invention, the magnetic levitation pump device is a blood pump device.
したがって、この発明によれば、磁気軸受用の電磁石からの磁束の磁気式センサに対する影響を抑制することができるので、測定されるインペラの位置データの精度を高めることができ、ひいてはこの位置データに基づいてインペラを磁気浮上させる場合に安定した磁気浮上性能を得ることができる。 Therefore, according to the present invention, since the influence of the magnetic flux from the electromagnet for the magnetic bearing on the magnetic sensor can be suppressed, the accuracy of the position data of the impeller to be measured can be increased. Therefore, stable magnetic levitation performance can be obtained when the impeller is magnetically levitated.
図1は、この発明の第1の実施形態による磁気浮上型ポンプ装置の全体構成を示す概略ブロック図である。図1に示した第1の実施形態は、以下の点で、図9に示した従来の磁気浮上型ポンプ装置と異なっている。すなわち、図1に示した磁気浮上型ポンプ装置では、電磁石電流Imを測定するための抵抗R1が設けられており、この抵抗R1で測定した電磁石電流測定値Idをローパスフィルタ220に与えて高周波ノイズを除去する。次に、ローパスフィルタ220から出力された電流測定値Id’に対して、予め測定・算出した電磁石電流値Imとセンサドリフト量Sfとの関係(たとえば図10参照)から導出した補正演算をセンサ補償回路230で施して、センサ補償出力Smを出力する。このセンサ補償出力Smをセンサ回路出力Sbと加減算演算することによって、センサ回路出力Sbを補償する。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of a magnetic levitation pump device according to a first embodiment of the present invention. The first embodiment shown in FIG. 1 is different from the conventional magnetic levitation pump device shown in FIG. 9 in the following points. That is, in the magnetic levitation pump device shown in FIG. 1, a resistor R1 for measuring the electromagnet current Im is provided, and the electromagnet current measurement value Id measured by the resistor R1 is given to the low-
図2は、図1に示したローパスフィルタ220およびセンサ補償回路230をアナログ演算回路で実現した構成例を示す回路図である。図2を参照して、ローパスフィルタ220は、抵抗R2と、コンデンサC1と、オペアンプA1とから構成されている。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example in which the low-
センサ補償回路230は、抵抗R4,R5,R6,R7,R8と、オペアンプA2,A3と、ダイオードD1,D2と、可変抵抗器VR1とで構成されている。
The
ここで、ローパスフィルタ220の時定数はR2×C1で決まり、そのゲインはl倍である。ここでR4=R5=R6とすると、ローパスフィルタ220の出力がVR1で設定した電圧Sh以下の場合には、出力Smはゼロに、ローパスフィルタ220の出力電圧がSh以上になった場合には、その出力電圧は、Sm=(R8/R7)×(Vd−Sh)となる。ここで、Vd=Id×R1である。
Here, the time constant of the low-
図3には、図1に示す第1の実施形態において近接する磁気軸受用の電磁石31からの磁気式センサ222への磁束の影響を補償した場合において、電磁石電流測定値Idを横軸に、そのときのシフトセンサ量Sfを縦軸に取って、その関係を実線で示したものである。すなわち、電磁石電流Imに比例する電磁石電流測定値Idが小さい場合にはセンサシフト量Sfはゼロで、電磁石電流測定値Idがある一定値以上となった場合に、センサシフト量Sfは電磁石電流値Idの増加量にほぼ比例して増加している。図3には、このセンサシフト量Sfを補償するために、図2で示したShおよび(R8/R7)を調整することで得られたセンサ補償出力Sm(破線)をも示している。
FIG. 3 shows the measured electromagnet current Id on the horizontal axis when the influence of the magnetic flux on the
図2で示したセンサ補償回路230はセンサ補償出力Smを電磁石電流測定値Idの増加量に完全に比例させたため、実際のセンサシフト量Sfとセンサ補償出力Smとは完全に一致していないが、かなりよい近似ができている。すなわち、図1で示すように、実際のセンサ出力Sbからセンサ補償出力Smを減算することで、電磁石電流Imによって変化するセンサ出力への影響をキャンセルすることができる。
Since the
ここで、図2ではアナログ回路によって補正回路を構成したが、デジタル回路やソフトウェアでこれを実現してもよい。 Here, in FIG. 2, the correction circuit is configured by an analog circuit, but this may be realized by a digital circuit or software.
以上のように、上述の実施形態1によれば、磁気軸受用の電磁石電流の実際の測定値に基づいてセンサ回路出力を補償することにより、インペラの位置測定の精度を高めることができ、インペラの安定した磁気浮上性能を実現することができる。 As described above, according to the first embodiment, the accuracy of the position measurement of the impeller can be improved by compensating the sensor circuit output based on the actual measurement value of the electromagnet current for the magnetic bearing. Stable magnetic levitation performance can be realized.
次に、図4は、この発明の第2の実施形態による磁気浮上型ポンプ装置の構成を示す概略ブロック図である。図4に示す第2の実施形態は、以下の点で、図9に示した従来の磁気浮上型ポンプ装置と異なっている。すなわち、図4に示した磁気浮上型ポンプ装置では、PID補償器224とパワーアンプ225との間にリミット回路210が設けられている。
Next, FIG. 4 is a schematic block diagram showing the configuration of the magnetic levitation pump device according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment shown in FIG. 4 is different from the conventional magnetic levitation pump device shown in FIG. 9 in the following points. That is, in the magnetic levitation pump device shown in FIG. 4, the
図4を参照して、磁気式センサ222からのセンサ出力Saは、センサ回路223に入力され、内部変換関数f(Sb)によって変換されてセンサ回路出力Sbとして出力される。このセンサ回路出力Sbは、PID補償器224に入力されて内部変換関数f(Sp)によって変換されてPID補償器出力Spとして出力される。リミット回路210は、このPID補償器出力Spを受けて内部変換関数f(Se)によって変換し、電磁石電流指令値Sdとして出力する。この電磁石電流指令値Sdはパワーアンプ225に入力され、パワーアンプ225は電磁石電流Imを出力して電磁石31に供給する。
Referring to FIG. 4, sensor output Sa from
図5は、PID補償器出力Sp(横軸)に対する電磁石電流指令値Sd(縦軸)の関係を示す図である。図4の第2の実施形態は、PID補償器224とパワーアンプ225との間にリミット回路210を設けている。このリミット回路210は、図5に示すように、PID補償器出力Spがある値A以上では、パワーアンプ225の入力である電磁石電流指令値Sdの出力値を上限値Bに制限しているので、磁気軸受用の電磁石31の電磁石電流Imも上限を持つ。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship of the electromagnet current command value Sd (vertical axis) to the PID compensator output Sp (horizontal axis). In the second embodiment of FIG. 4, a
リミット回路210は、たとえば、ツェナーダイオードを用いてPID補償器出力Spを制限するように構成することができる。あるいは、リミット回路210は、ツェナーダイオードに代えて、オペアンプなどを用いてPID補償器出力Spを制限するように構成してもよい。
The
図7に示すポンプ構成の場合、電磁石31に流す電流の最大値は、インペラ23がモータ側(図中左)にある場合に、インペラ23を図中右方向に移動させるために必要な電流値となる。よって、この推定した電流最大値の1.5倍程度の電流値にリミットを設けることで、必要以上に電磁石電流Imが流れることを防ぐことができる。このように磁気軸受用電磁石31に必要以上の電磁石電流Imを流さない結果、センサドリフト量Sfの最大値も制限することが可能となる。
In the case of the pump configuration shown in FIG. 7, the maximum value of the current flowing through the
なお、図4に示したブロック図では、リミット回路210を、PID補償器224とパワーアンプ225との間に設けたが、パワーアンプ225と磁気軸受用電磁石31との間にリミット回路を挿入しても同様の効果を得ることができる。
In the block diagram shown in FIG. 4, the
以上のように、上述の実施形態2によれば、電磁石電流に予めリミットを設けることにより、インペラの位置測定の精度を高めることができ、インペラの安定した磁気浮上性能を実現することができる。 As described above, according to the above-described second embodiment, by providing a limit to the electromagnet current in advance, the accuracy of the impeller position measurement can be increased, and the stable magnetic levitation performance of the impeller can be realized.
次に、図6は、この発明の第3の実施形態による磁気浮上型ポンプ装置の構成を示す概略ブロック図である。図6に示した第3の実施形態は、以下の点で、図4に示した第2の実施形態と異なっている。すなわち、図6に示した第3の実施形態の磁気浮上型ポンプ装置では、センサ回路223とPID補償器224との間にツェナーダイオードZD1からなるリミット回路210Zが設けられている。より詳細に説明すると、図6において、センサ回路223の出力と接地電位との間にツェナーダイオードZD1が接続されており、センサ回路223のセンサ回路出力Sbの最大電圧値はこのツェナーダイオードZD1によって制限されて、PID補償器224に与えられ、電磁石電流指令値Sdの値に制限を与える。
Next, FIG. 6 is a schematic block diagram showing a configuration of a magnetic levitation pump device according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment shown in FIG. 6 is different from the second embodiment shown in FIG. 4 in the following points. That is, in the magnetic levitation pump device of the third embodiment shown in FIG. 6, a
磁気浮上型ポンプ装置では、インペラ23はポンプ室22内の限られた場所に位置しており、したがって磁気式センサ222の出力もある限定された範囲の値となる。ここで、磁気式センサ222が、電磁石31の影響を受けて、センサ出力Saにドリフトが生じた場合には、センサ出力Saはあたかもインペラ23がこのポンプ室内の可動範囲外にあるような値を示す可能性がある。
In the magnetic levitation type pump device, the
そこで、図6に示したこの発明の第3の実施形態による磁気浮上型ポンプ装置では、このセンサ出力自体にリミットを設けることによって、センサ出力におけるドリフト量の上限を設定するものである。 Therefore, in the magnetic levitation pump device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 6, an upper limit of the drift amount in the sensor output is set by providing a limit to the sensor output itself.
図6を参照すると、ツェナーダイオードZD1から構成されるリミット回路210Zは、センサ回路223とPID補償器224との間に接続される。センサ回路出力SbはツェナーダイオードZD1のツェナー電圧に制限され、PID補償器224に入力される。このPID補償器224は、このツェナー電圧で制限されたセンサ回路出力Sbに応じて電磁石電流指令値Sdを出力し、この電磁石電流指令値Sdがパワーアンプ225で増幅されて電磁石電流Imとして磁気軸受用電磁石31に出力される。センサ回路出力SbはツェナーダイオードZD1のツェナー電圧に制限されるので、過大な電磁石電流Imは防ぐことができる。
Referring to FIG. 6, a
以上のように、この発明の第3の実施形態による磁気浮上型ポンプ装置では、電磁石の影響により磁気式センサ出力にドリフトがあった場合でも、センサ出力が、インペラがポンプ室内の可動範囲を超えた位置にあるような値を示すことを防止し、インペラの位置測定の精度を高めることができ、インペラの安定した磁気浮上を実現することが可能となる。 As described above, in the magnetic levitation pump device according to the third embodiment of the present invention, even when there is a drift in the magnetic sensor output due to the influence of the electromagnet, the sensor output exceeds the movable range of the impeller in the pump chamber. In this case, it is possible to prevent the value from being in a certain position and to improve the accuracy of the position measurement of the impeller, and to realize stable magnetic levitation of the impeller.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 磁気浮上型ポンプ装置本体、10 モータ部、11 モータ軸受、12 ロータ、13 モータ、14,24,28 永久磁石、15 モータロータ、16 モータステータ、20 ポンプ部、21 ケーシング、22 ポンプ室、23 インペラ、25,46 非磁性部材、26,45 軟質性磁性部材、29 強磁性体、30 磁気軸受部、31 電磁石、33,34,35,36 隔壁、40 アクチュエータ部、50 ケーシング部、200 コントローラ、210,210Z リミット回路、220 ローパスフィルタ、222 磁気式センサ、223 センサ回路、225 パワーアンプ、224 PID補償器、230 センサ補償回路、232 加減算回路。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記PID補償器と前記パワーアンプとの間に、前記電流指令値を上限値以下の値に制限するリミット回路が設けられ、
前記上限値は、前記ケーシング内において前記電磁石と反対側の端に位置している前記インペラを浮上させるために必要な電流に基づいて設定されていることを特徴とした、磁気浮上型ポンプ装置。 A pump unit that discharges fluid by rotating the impeller in the casing, a rotational drive unit that rotates the impeller coupled to the impeller in a non-contact manner by magnetic force, and a magnetic type that detects the floating position of the impeller A sensor circuit that outputs a signal indicating a floating position of the impeller based on a detection result of the magnetic sensor, and a current command value for floating the impeller in the casing based on an output signal of the sensor circuit A PID compensator for generating an electromagnetic force, an electromagnet for applying an electromagnetic force to the impeller, and a power amplifier for causing a current to flow through the electromagnet according to the current command value , wherein the magnetic sensor and the electromagnet are close to each other In the magnetic levitation pump device to be arranged,
A limit circuit is provided between the PID compensator and the power amplifier to limit the current command value to a value equal to or less than an upper limit value .
The upper limit was characterized that you have been set based on the current required to levitate the impeller which is located at the opposite end with said electromagnet in said casing, maglev pump apparatus.
前記センサ回路と前記PID補償器との間に、前記センサ回路の出力信号のレベルを上限値以下の値に制限するリミット回路が設けられ、
前記上限値は、前記ケーシング内の可動範囲内で前記インペラが移動した場合における前記センサ回路の出力信号レベルの最大値に基づいて設定されていることを特徴とした、磁気浮上型ポンプ装置。 A pump unit that discharges fluid by rotating the impeller in the casing, a rotational drive unit that rotates the impeller coupled to the impeller in a non-contact manner by magnetic force, and a magnetic type that detects the floating position of the impeller A sensor circuit that outputs a signal indicating a floating position of the impeller based on a detection result of the magnetic sensor, and a current command value for floating the impeller in the casing based on an output signal of the sensor circuit A PID compensator for generating an electromagnetic force, an electromagnet for applying an electromagnetic force to the impeller, and a power amplifier for causing a current to flow through the electromagnet according to the current command value , wherein the magnetic sensor and the electromagnet are close to each other In the magnetic levitation pump device to be arranged,
A limit circuit is provided between the sensor circuit and the PID compensator to limit the level of the output signal of the sensor circuit to a value equal to or lower than an upper limit value .
The upper limit was characterized that you have been set based on the maximum value of the output signal level of the sensor circuit in the case where the impeller within the movable range in the casing is moved, maglev pump apparatus.
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