JP6470068B2 - Ventilator - Google Patents

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    • H02K7/08Structural association with bearings

Description

本発明は、生体の自然呼吸の発生に同期してその生体の肺内へ送気する人工呼吸装置であって、特に、羽根車の回転により気体を遠心力で圧縮して連続的に送り込むタイプで患者の肺に対して酸素供給を行う人工呼吸装置に関するものである。   The present invention is an artificial respiration apparatus that supplies air into the lungs of a living body in synchronization with the natural breathing of the living body, and in particular, a type in which gas is continuously compressed by centrifugal force due to rotation of an impeller The present invention relates to a ventilator that supplies oxygen to the lungs of a patient.

従来、人工呼吸装置として、送気導管によってマスクなどの患者側の接続装置に空気または呼吸に適した気体の供給を与える送風機を備えた治療装置が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an artificial respiration apparatus, a treatment apparatus including a blower that supplies air or a gas suitable for respiration to a patient-side connection device such as a mask by an air supply conduit is known (for example, Patent Document 1 and Patent). Reference 2).

特表2009−537735号公報(特に、段落0003、図1、図5b参照)JP 2009-537735 A (refer to paragraph 0003, FIG. 1, FIG. 5b in particular) 特許3775118号公報(特に、図1、図9参照)Japanese Patent No. 3775118 (refer to FIGS. 1 and 9 in particular) 実公昭57−1132号公報Japanese Utility Model Publication No.57-1132

ところが、上述した従来の送風機のモータは、単に、シャフトが回転することによってシャフトの外周面とスリーブの内周面との間に動圧が発生して軸受剛性が生じる構造であったため、モータに外乱が加えられるなどして回転体の回転軸が傾く方向にシャフトとスリーブとが相対的に揺動して接触すると動圧気体軸受の接触摩擦トルクが増大して動圧気体軸受の凝着や焼付きによりかじりが発生し、動圧気体軸受に致命的な損傷を与える虞がある。
そこで、安全に回転を持続するために、滑り軸受と、この滑り軸受の外側に設けた転がり軸受と、滑り軸受から転がり軸受へ伝達される回転トルクが基準回転トルク以上となるまでは転がり軸受の回転を規制する回転規制手段とを備えたものが知られている(例えば、特許文献3)。
However, the conventional blower motor described above has a structure in which dynamic pressure is generated between the outer peripheral surface of the shaft and the inner peripheral surface of the sleeve due to rotation of the shaft, resulting in bearing rigidity. If the shaft and the sleeve are relatively swung in the direction in which the rotating shaft of the rotating body tilts due to a disturbance or the like, the contact friction torque of the dynamic pressure gas bearing increases and adhesion of the dynamic pressure gas bearing Seizure may cause galling, which may cause fatal damage to the dynamic pressure gas bearing.
Therefore, in order to keep the rotation safely, the sliding bearing, the rolling bearing provided outside the sliding bearing, and the rolling bearing until the rotational torque transmitted from the sliding bearing to the rolling bearing becomes equal to or higher than the reference rotational torque. A device including a rotation restricting means for restricting rotation is known (for example, Patent Document 3).

しかしながら、上述した従来の回転規制手段は、外側環状部材に取り付けられた弾性部材や連結部材が内側環状部材と当接する接触式の構造であったため、伝達される回転トルクが基準回転トルクを超えて転がり軸受で回転しているときも回転毎に弾性部材が当接して弾性部材が破損してしまうという問題や、伝達される回転トルクが基準回転トルクを超えたときに連結部材が破断して回転規制手段の構造自体が破損してしまうという問題があった。   However, since the conventional rotation restricting means described above has a contact structure in which the elastic member or the connecting member attached to the outer annular member is in contact with the inner annular member, the transmitted rotational torque exceeds the reference rotational torque. Even when rotating with a rolling bearing, the elastic member comes into contact with each rotation and the elastic member breaks, and when the transmitted rotational torque exceeds the reference rotational torque, the connecting member breaks and rotates. There was a problem that the structure of the regulating means itself was damaged.

そこで、本発明は、前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、モータに外乱が加えられるなどしてモータ軸とスリーブとが揺動接触して動圧気体軸受の接触摩擦トルクが増大する際の動圧気体軸受の凝着や焼付きによるかじりを防止し、構造が破壊されることなく回転体のモータケース体に対する総回転数を揺動接触の発生前後で略一定にして生体の肺へ空気を安定して供給する人工呼吸装置を提供することである。   Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above. That is, the object of the present invention is to cause the motor shaft and the sleeve to oscillate and come into contact with each other by applying a disturbance to the motor. Prevents galling due to adhesion and seizure of the dynamic pressure gas bearing when the contact friction torque of the dynamic pressure gas bearing increases, and swings the total rotational speed of the rotating body against the motor case body without destroying the structure It is intended to provide an artificial respiration apparatus that supplies air to the lungs of a living body in a substantially constant manner before and after the occurrence of.

本請求項1に係る発明は、吸入口から空気を吸入して加圧する加圧手段と前記加圧手段で加圧された空気をマスクへ供給する吸気流路と前記マスクからの空気を排出する呼気流路とを備えた人工呼吸装置において、前記加圧手段が、前記空気を吸引・圧縮する羽根車と、該羽根車を回転させるモータとを有し、前記モータが、モータケース体と、このモータケース体に対して回転自在に支持されたモータ軸と、前記モータケース体内に配設されて通電により磁力を発生する駆動コイルと、該駆動コイルとの吸引・反発力を利用して回転力を発生するロータマグネットと、前記モータ軸の周囲を覆うスリーブを有した動圧気体軸受と、前記動圧気体軸受と直列配置されて前記モータ軸を回転自在に支持する補助軸受と、前記補助軸受と並列配置されて該補助軸受の回転を抑制する非接触式ディテントトルク発生機構とを備え、前記モータ軸と前記スリーブとを互いに離間した状態での動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクをTa、前記モータ軸と前記スリーブとが揺動接触することにより、前記動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクをTka、前記補助軸受の回転摩擦トルクをTb、前記非接触式ディテントトルク発生機構により前記補助軸受の回転を抑制した状態で発生する最大トルクをTdmax、としたときに、
(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)>(Ta)
となるようにTdmaxの値が設定されていることにより、前述した課題を解決するものである。
According to the first aspect of the present invention, a pressurizing unit that sucks and pressurizes air from a suction port, an intake passage that supplies air pressurized by the pressurizing unit to the mask, and discharges air from the mask. In the artificial respiration apparatus provided with an exhalation flow path, the pressurizing means includes an impeller that sucks and compresses the air, and a motor that rotates the impeller, and the motor includes a motor case body, A motor shaft that is rotatably supported with respect to the motor case body, a drive coil that is disposed in the motor case body and generates a magnetic force when energized, and rotates using the attractive / repulsive force of the drive coil A rotor magnet that generates force, a dynamic pressure gas bearing having a sleeve that covers the periphery of the motor shaft, an auxiliary bearing that is arranged in series with the dynamic pressure gas bearing and rotatably supports the motor shaft, and the auxiliary Parallel arrangement with bearing A non-contact type detent torque generating mechanism that suppresses rotation of the auxiliary bearing, and Ta represents the viscous friction torque during rotation of the dynamic pressure gas bearing in a state where the motor shaft and the sleeve are separated from each other. Due to the rocking contact between the shaft and the sleeve, the contact friction torque that may damage the dynamic pressure gas bearing is Tka, the rotational friction torque of the auxiliary bearing is Tb, and the non-contact detent torque generating mechanism When the maximum torque generated in a state in which the rotation of the auxiliary bearing is suppressed is Tdmax,
(Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)> (Ta)
By setting the value of Tdmax so as to satisfy, the above-described problem is solved.

本請求項2に係る発明は、請求項1に記載された人工呼吸装置の構成に加えて、前記非接触式ディテントトルク発生機構が、前記モータ軸と一体的に回転して周方向に極の替わる回転側磁石と、該回転側磁石より外周側あるいは該回転側磁石の軸方向に対向配設されて周方向に極の替わる固定側磁石とを備えていることにより、前述した課題をさらに解決するものである。   According to the second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the artificial respiration apparatus described in the first aspect, the non-contact type detent torque generating mechanism rotates integrally with the motor shaft and has a pole in the circumferential direction. The above-described problem can be further solved by including a rotating side magnet that changes and a fixed side magnet that is disposed opposite to the outer side of the rotating side magnet or in the axial direction of the rotating side magnet and whose pole changes in the circumferential direction. To do.

本請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載された人工呼吸装置の構成に加えて、前記補助軸受が、転がり軸受であることにより、前述した課題をさらに解決するものである。   In addition to the configuration of the artificial respiration apparatus described in claim 1 or 2, the invention according to claim 3 further solves the above-described problem by the auxiliary bearing being a rolling bearing. is there.

本請求項4に係る発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載された人工呼吸装置の構成に加えて、前記補助軸受の回転を検出する回転検出手段が、設置され、前記モータの回転を制御する制御部が、前記回転検出手段からの回転検出信号を受信することにより、前述した課題をさらに解決するものである。   In the invention according to claim 4, in addition to the configuration of the artificial respiration apparatus according to any one of claims 1 to 3, rotation detection means for detecting the rotation of the auxiliary bearing is installed, The controller that controls the rotation of the motor receives the rotation detection signal from the rotation detection means, thereby further solving the above-described problem.

本請求項5に係る発明は、請求項4に記載された人工呼吸装置の構成に加えて、前記制御部が、前記回転検出信号を受信したときに、前記補助軸受の回転積算時間の計測を開始することにより、前述した課題をさらに解決するものである。
In the invention according to claim 5 , in addition to the configuration of the artificial respiration apparatus described in claim 4, when the control unit receives the rotation detection signal, the rotation integrated time of the auxiliary bearing is measured. By starting, the above-described problems are further solved.

本請求項6に係る発明は、請求項4または請求項5に記載された人工呼吸装置の構成に加えて、前記制御部が、前記回転検出信号を受信した回数をカウントすることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
In the invention according to claim 6 , in addition to the configuration of the artificial respiration apparatus described in claim 4 or claim 5, the control unit counts the number of times the rotation detection signal is received, and thus the above-described configuration is provided. The problem is further solved.

本請求項7に係る発明は、請求項4乃至請求項6のいずれか1つに記載された人工呼吸装置の構成に加えて、前記制御部が、前記回転検出信号を受信した後、前記回転検出信号が受信されなくなるまで前記モータの回転数を減少させ、前記回転検出信号が受信されなくなった後に前記モータの回転数を増加させ、補助軸受の回転を抑制した状態に復帰させることにより、前述した課題をさらに解決するものである。
According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the artificial respiration apparatus according to any one of the fourth to sixth aspects, the control unit receives the rotation detection signal and then performs the rotation. By decreasing the rotation speed of the motor until no detection signal is received, increasing the rotation speed of the motor after the rotation detection signal is not received, and returning to a state in which the rotation of the auxiliary bearing is suppressed. It solves the problems that have been solved.

本発明の人工呼吸装置は、吸入口から空気を吸入して加圧する加圧手段と、この加圧手段で加圧された空気をマスクへ供給する吸気流路と、マスクからの空気を排出する呼気流路とを備えていることにより、生体の肺へ強制的に空気を供給するとともに肺からの空気を排出することができるばかりでなく、以下のような特有の効果を奏することができる。   The artificial respiration apparatus of the present invention includes a pressurizing unit that sucks and pressurizes air from an inlet, an intake passage that supplies air pressurized by the pressurizing unit to the mask, and discharges air from the mask. By providing the exhalation flow path, not only can air be forcibly supplied to the lungs of the living body and air can be discharged from the lungs, but also the following specific effects can be achieved.

本請求項1に係る発明の人工呼吸装置によれば、加圧手段が、空気を吸引・圧縮する羽根車と、この羽根車を回転させるモータとを有し、モータが、モータケース体と、このモータケース体に対して回転自在に支持されたモータ軸と、モータケース体内に配設されて通電により磁力を発生する駆動コイルと、この駆動コイルとの吸引・反発力を利用して回転力を発生するロータマグネットと、モータ軸の周囲を覆うスリーブを有した動圧気体軸受と、動圧気体軸受と直列配置されてモータ軸を回転自在に支持する補助軸受と、補助軸受と並列配置されてこの補助軸受の回転を抑制する非接触式ディテントトルク発生機構とを備え、モータ軸とスリーブとを互いに離間した状態での動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクをTa、モータ軸とスリーブとが揺動接触することにより、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクをTka、補助軸受の回転摩擦トルクをTb、非接触式ディテントトルク発生機構により補助軸受の回転を抑制した状態で発生する最大トルクをTdmax、としたときに、
(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)>(Ta)
となるようにTdmaxの値が設定されていることにより、仮にモータに外乱が加えられるなどしてモータ軸とスリーブとが揺動接触した際に、動圧気体軸受に凝着や焼付きなどのかじりが生じる前に、補助軸受の回転が開始されるため、動圧気体軸受に致命的な損傷を与えることなく、回転体のモータケース体に対する総回転数を揺動接触の発生前後で変化なく略一定にして生体の肺へ空気を安定して供給することができる。
言い換えると、仮にモータに外乱が加えられるなどした場合に補助軸受の回転が開始されるため、生体の肺への空気の供給が停止してしまうという致命的な事態を回避することができる。
さらに、ディテントトルク発生機構が非接触式であるため、補助軸受の回転が開始された場合であっても、ディテントトルク発生機構の構造が破壊されることなく回転を継続することができる。
According to the artificial respirator of the present invention, the pressurizing means has an impeller that sucks and compresses air and a motor that rotates the impeller, and the motor includes a motor case body, A motor shaft that is rotatably supported with respect to the motor case body, a drive coil that is disposed in the motor case body and generates a magnetic force when energized, and a rotational force that utilizes attraction / repulsive force of the drive coil A dynamic pressure gas bearing having a sleeve covering the periphery of the motor shaft, an auxiliary bearing which is arranged in series with the dynamic pressure gas bearing and rotatably supports the motor shaft, and is arranged in parallel with the auxiliary bearing. A non-contact detent torque generating mechanism that suppresses the rotation of the auxiliary bearing, and Ta represents the viscous friction torque during rotation of the dynamic pressure gas bearing with the motor shaft and sleeve separated from each other, and the motor shaft and The contact friction torque that might damage the dynamic pressure gas bearing is Tka, the rotational friction torque of the auxiliary bearing is Tb, and the rotation of the auxiliary bearing is suppressed by the non-contact detent torque generation mechanism. When the maximum torque generated in the state is Tdmax,
(Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)> (Ta)
Since the Tdmax value is set so that the motor shaft and the sleeve are in oscillating contact due to a disturbance applied to the motor, adhesion, seizure, etc. Since the auxiliary bearing starts rotating before galling occurs, the total number of rotations of the rotating body with respect to the motor case body does not change before and after the occurrence of oscillating contact without causing fatal damage to the dynamic pressure gas bearing. The air can be stably supplied to the lungs of the living body while being substantially constant.
In other words, since the auxiliary bearing starts rotating when a disturbance is applied to the motor, a fatal situation in which the supply of air to the lungs of the living body is stopped can be avoided.
Furthermore, since the detent torque generating mechanism is a non-contact type, the rotation can be continued without destroying the structure of the detent torque generating mechanism even when the rotation of the auxiliary bearing is started.

本請求項2に係る発明の人工呼吸装置によれば、請求項1に係る発明が奏する効果に加えて、非接触式ディテントトルク発生機構が、モータ軸と一体的に回転して周方向に極の替わる回転側磁石と、この回転側磁石より外周側あるいはこの回転側磁石の軸方向に対向配設されて周方向に極の替わる固定側磁石とを備えていることにより、補助軸受の回転が開始される前は、回転側磁石と固定側磁石との間に働く最大吸引力が、補助軸受の回転抑制時に発生するディテントトルクの最大トルクとなる。
一方、補助軸受が回転しているときのディテントトルクは、回転側磁石と固定側磁石との相対的な角度に応じて正弦波状に変化し、この頂点に当たるトルクが最大トルクとなり、一方、補助軸受が1回転したときの平均トルクは0になるため、補助軸受が回転しているときには、ディテントトルクによる実質的な損失は発生しない。
According to the artificial respirator of the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the non-contact type detent torque generating mechanism rotates integrally with the motor shaft and is poled in the circumferential direction. The rotation side of the auxiliary bearing is provided with a rotation-side magnet that is replaced with a fixed-side magnet that is disposed opposite to the rotation-side magnet or in the axial direction of the rotation-side magnet and whose pole is changed in the circumferential direction. Before starting, the maximum attractive force acting between the rotating side magnet and the stationary side magnet becomes the maximum detent torque generated when the rotation of the auxiliary bearing is suppressed.
On the other hand, the detent torque when the auxiliary bearing is rotating changes in a sine wave shape according to the relative angle between the rotating side magnet and the fixed side magnet, and the torque hitting this apex becomes the maximum torque, while the auxiliary bearing When the auxiliary bearing rotates, no substantial loss occurs due to the detent torque.

本請求項3に係る発明の人工呼吸装置によれば、請求項1または請求項2に係る発明が奏する効果に加えて、急激な劣化がなくてかじりが生じにくいため、外乱等によりモータ軸とスリーブとが揺動接触して、動圧気体軸受に致命的な損傷を与える前に、確実且つ速やかに補助軸受の回転を開始させることができる。   According to the artificial respiration apparatus of the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1 or claim 2, there is no rapid deterioration and galling is difficult to occur. The auxiliary bearing can be reliably and quickly started rotating before the sleeve comes into rocking contact and causes fatal damage to the dynamic pressure gas bearing.

本請求項4に係る発明の人工呼吸装置によれば、請求項1乃至請求項3のいずれか1つに係る発明が奏する効果に加えて、補助軸受の回転を検出する回転検出手段が、設置され、モータの回転を制御する制御部が、回転検出手段からの回転検出信号を受信することにより、仮に補助軸受の回転が開始された場合であっても、リアルタイムに補助軸受が回転していることを検知することができる。   According to the artificial respiration apparatus of the invention according to claim 4, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 3, the rotation detecting means for detecting the rotation of the auxiliary bearing is provided. Then, the control unit that controls the rotation of the motor receives the rotation detection signal from the rotation detection means, so that even if the auxiliary bearing starts rotating, the auxiliary bearing is rotating in real time. Can be detected.

本請求項5に係る発明の人工呼吸装置によれば、請求項4に係る発明が奏する効果に加えて、制御部が、回転検出信号を受信したときの補助軸受の回転積算時間を計測することにより、制御部が補助軸受の寿命を回転積算時間から算出して予測することができる。
そして、例えば、この寿命予測に基づいて、モータや補助軸受の交換を促すことができる。
According to the ventilator of the invention according to the claims 5, in addition to the effects of the invention according to claim 4, the control unit measures a rotational integration time of the auxiliary bearing upon reception of the rotation detection signal Thus, the control unit can calculate and predict the life of the auxiliary bearing from the rotation accumulated time.
For example, the replacement of the motor and the auxiliary bearing can be promoted based on the life prediction.

本請求項6に係る発明の人工呼吸装置によれば、請求項4または請求項5に係る発明が奏する効果に加えて、制御部が、回転検出信号を受信した回数をカウントすることにより、補助軸受の回転を開始した回数がカウントされるため、制御部が補助軸受の寿命を回転開始回数から算出して予測することができる。
そして、例えば、この寿命予測に基づいて、モータや補助軸受の交換を促すことができる。
According to the artificial respiration apparatus of the invention of claim 6, in addition to the effect of the invention of claim 4 or claim 5 , the control unit counts the number of times of receiving the rotation detection signal to assist Since the number of times rotation of the bearing is started is counted, the control unit can calculate and predict the life of the auxiliary bearing from the number of rotation start.
For example, the replacement of the motor and the auxiliary bearing can be promoted based on the life prediction.

本請求項7に係る発明の人工呼吸装置によれば、請求項4乃至請求項6のいずれか1つに係る発明が奏する効果に加えて、制御部が、回転検出信号を受信した後、回転検出信号が受信されなくなるまでモータの回転数を減少させることにより、非接触式ディテントトルク発生機構によって、再び補助軸受の回転が抑制された状態となり、回転検出信号が受信されなくなった後にモータの回転数を再び増加させることにより、モータ軸とスリーブとが揺動接触する前の回転状態および回転数に復帰させることができるため、モータ(軸受)の寿命を半永久的にすることができる。
According to the artificial respiration apparatus of the present invention related to claim 7, in addition to the effect exhibited by the invention according to any one of claims 4 to 6 , the control unit rotates after receiving the rotation detection signal. By reducing the rotation speed of the motor until no detection signal is received, the non-contact detent torque generating mechanism again suppresses the rotation of the auxiliary bearing, and the rotation of the motor after the rotation detection signal is not received. By increasing the number again, it is possible to restore the rotational state and the rotational speed before the motor shaft and the sleeve are in oscillating contact with each other, so that the life of the motor (bearing) can be made semi-permanent.

本発明の第1実施例であるモータを用いた人工呼吸装置を示す概略ブロック図。1 is a schematic block diagram showing an artificial respiration apparatus using a motor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施例であるモータを用いたブロアを示す斜視図。The perspective view which shows the blower using the motor which is 1st Example of this invention. (A)は図2の符号3A−3Aで視た側断面図であってモータ軸とスリーブとを互いに離間した状態での回転を示す図、(B)は図3(A)の符号3B−3Bで視た要部側断面図。FIG. 3A is a side sectional view taken along the line 3A-3A in FIG. 2 and shows rotation in a state where the motor shaft and the sleeve are separated from each other, and FIG. 3B is a line 3B- in FIG. The principal part side sectional view seen in 3B. (A)(B)は接触摩擦トルクと回転時粘性摩擦トルクとの和が回転抑制時の所定のディテントトルクとボールベアリングの摩擦トルクとの和より大となったときの回転を示す側断面図。(A) and (B) are sectional side views showing rotation when the sum of the contact friction torque and the viscous friction torque at the time of rotation becomes larger than the sum of the predetermined detent torque at the time of rotation suppression and the friction torque of the ball bearing. . モータ軸とスリーブとの揺動接触前後の動圧気体軸受およびボールベアリングのそれぞれの回転数の変化を示す図。The figure which shows the change of each rotation speed of the dynamic pressure gas bearing and ball bearing before and behind the rocking | fluctuation contact of a motor shaft and a sleeve. (A)は動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクとボールベアリングの摩擦トルクと回転数との関係を示す図であり、(B)は羽根車の回転数と動圧気体軸受での回転数とボールベアリングでの回転数との関係を示す図。(A) is a figure which shows the relationship between the viscous friction torque at the time of rotation of a dynamic pressure gas bearing, the friction torque of a ball bearing, and rotation speed, (B) is the rotation speed of an impeller and the rotation speed in a dynamic pressure gas bearing. The figure which shows the relationship between the rotation speed in a ball bearing. 人工呼吸装置の第1モードを示すチャート図。The chart figure showing the 1st mode of an artificial respirator. 人工呼吸装置の第2モードを示すチャート図。The chart figure showing the 2nd mode of a respirator. 人工呼吸装置の第3モードを示すチャート図。The chart figure showing the 3rd mode of a respirator. 人工呼吸装置の第4モードを示すチャート図。The chart figure showing the 4th mode of a respirator. (A)(B)は本発明の第2実施例であるモータを用いたブロアを示す側断面図。(A) (B) is a sectional side view showing a blower using a motor according to a second embodiment of the present invention.

本発明は、吸入口から空気を吸入して加圧する加圧手段と加圧手段で加圧された空気をマスクへ供給する吸気流路とマスクからの空気を排出する呼気流路とを備えた人工呼吸装置において、加圧手段が、空気を吸引・圧縮する羽根車と、この羽根車を回転させるモータとを有し、モータが、モータケース体と、このモータケース体に対して回転自在に支持されたモータ軸と、モータケース体内に配設されて通電により磁力を発生する駆動コイルと、この駆動コイルとの吸引・反発力を利用して回転力を発生するロータマグネットと、モータ軸の周囲を覆うスリーブを有した動圧気体軸受と、動圧気体軸受と直列配置されてモータ軸を回転自在に支持する補助軸受と、補助軸受と並列配置されてこの補助軸受の回転を抑制する非接触式ディテントトルク発生機構とを備え、モータ軸とスリーブとを互いに離間した状態での動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクをTa、モータ軸とスリーブとが揺動接触することにより、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクをTka、補助軸受の回転摩擦トルクをTb、非接触式ディテントトルク発生機構により補助軸受の回転を抑制した状態で発生する最大トルクをTdmax、としたときに、
(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)>(Ta)
となるようにTdmaxの値が設定されていることにより、仮にモータに外乱が加えられるなどしてモータ軸とスリーブとが揺動接触して動圧気体軸受の接触摩擦トルクが増大した場合であっても回転体のモータケース体に対する総回転数を揺動接触の発生前後で変化なく略一定にして生体の肺へ空気を安定して供給するとともに補助軸受の回転が開始された場合であっても、非接触式ディテントトルク発生機構の構造が破壊されることなく回転を継続するものであれば、その具体的な実施態様は、如何なるものであっても構わない。
The present invention includes a pressurizing unit that sucks and pressurizes air from an inlet, an intake passage that supplies air pressurized by the pressurizing unit to the mask, and an exhalation passage that discharges air from the mask. In the artificial respiration apparatus, the pressurizing means has an impeller that sucks and compresses air and a motor that rotates the impeller, and the motor is rotatable with respect to the motor case body and the motor case body. A motor shaft that is supported, a drive coil that is disposed in the motor case and generates a magnetic force when energized, a rotor magnet that generates a rotational force by using the attraction / repulsive force of the drive coil, and a motor shaft A hydrodynamic gas bearing having a sleeve covering the periphery, an auxiliary bearing which is arranged in series with the hydrodynamic gas bearing and rotatably supports the motor shaft, and a non-rotating bearing which is arranged in parallel with the auxiliary bearing to suppress the rotation of the auxiliary bearing. Contact detent A torque generating mechanism, Ta is the viscous friction torque during rotation of the hydrodynamic gas bearing with the motor shaft and the sleeve spaced apart from each other, and the hydrodynamic gas bearing becomes When the contact friction torque that may cause damage is Tka, the rotation friction torque of the auxiliary bearing is Tb, and the maximum torque generated in a state where the rotation of the auxiliary bearing is suppressed by the non-contact detent torque generation mechanism is Tdmax,
(Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)> (Ta)
The value of Tdmax is set so that the motor shaft and the sleeve oscillate and the contact friction torque of the hydrodynamic gas bearing increases due to a disturbance applied to the motor. However, the total rotational speed of the rotating body with respect to the motor case body remains substantially constant before and after the occurrence of the oscillating contact so that air is stably supplied to the lungs of the living body and rotation of the auxiliary bearing is started. However, as long as the structure of the non-contact detent torque generating mechanism continues to rotate without being destroyed, any specific embodiment may be used.

例えば、モータは、外乱が加えられる前の通常回転時に、動圧気体軸受において、モータ軸が回転せずにスリーブ側が回転する所謂、スリーブ回転タイプでもよいし、スリーブ側が回転せずにモータ軸が回転する所謂、シャフト回転タイプでもよい。
また、モータは、ブラシレスDCモータ(ブラシレス直流モータ)、ACモータ(交流モータ)など高速回転するものであれば如何なるものであっても構わない。
補助軸受は、ボールベアリング等の転がり軸受、面接触または線接触する滑り軸受、略一点で接触するピボット軸受など、他の接触式軸受であっても構わない。
For example, the motor may be a so-called sleeve rotation type in which the motor shaft does not rotate in the dynamic pressure gas bearing during normal rotation before the disturbance is applied, and the motor shaft does not rotate. A so-called rotating shaft type may be used.
The motor may be any motor that rotates at high speed, such as a brushless DC motor (brushless DC motor) or an AC motor (AC motor).
The auxiliary bearing may be another contact type bearing such as a rolling bearing such as a ball bearing, a sliding bearing that makes surface contact or line contact, and a pivot bearing that makes contact at substantially one point.

非接触式ディテントトルク発生機構は、永久磁石の磁力を用いてディテントトルクを発生させるもの、電磁石の磁力を用いてディテントトルクを発生させるものなど非接触式であれば如何なるものであっても構わない。   The non-contact detent torque generating mechanism may be any non-contact type, such as a mechanism that generates detent torque using the magnetic force of a permanent magnet or a mechanism that generates detent torque using the magnetic force of an electromagnet. .

以下に、本発明の第1実施例であるモータM100を用いた人工呼吸装置100について、図1乃至図10に基づいて説明する。
ここで、図1は、本発明の第1実施例であるモータM100を用いた人工呼吸装置100を示す概略ブロック図であり、図2は、本発明の第1実施例であるモータM100を用いたブロア140を示す斜視図であり、図3(A)は、図2の符号3A−3Aで視た側断面図であってモータ軸M120とスリーブM130とを互いに離間した状態での回転を示す図であり、図3(B)は、図3(A)の符号3B−3Bで視た要部側断面図であり、図4(A)および図4(B)は、図3(A)および図3(B)とそれぞれ対応して、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaと、何らかの外乱によりモータ軸M100とスリーブM130とが揺動接触することにより、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTkaとの和が、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと、回転抑制時の非接触ディテントトルク発生機構M180により、補助軸受であるボールベアリングM171、M172の回転を抑制した状態で発生する最大トルクTdmaxとの和より大なる値、すなわち(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)となったときの回転を示す側断面図であり、図5は、モータ軸M120とスリーブM130との揺動接触前後の動圧気体軸受およびボールベアリングM171、M172のそれぞれの回転数の変化を示す図であり、図6(A)は、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaとボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと回転数との関係を示す図であり、図6(B)は、羽根車W(モータ)の回転数Nと動圧気体軸受での回転数NaとボールベアリングM171、M172での回転数Nbとの関係を示す図であり、図7は、人工呼吸装置100の第1モードを示すチャート図であり、図8は、人工呼吸装置100の第2モードを示すチャート図であり、図9は、人工呼吸装置100の第3モードを示すチャート図であり、図10は、人工呼吸装置100の第4モードを示すチャート図である。
Below, the artificial respiration apparatus 100 using the motor M100 which is 1st Example of this invention is demonstrated based on FIG. 1 thru | or FIG.
Here, FIG. 1 is a schematic block diagram showing an artificial respiration apparatus 100 using the motor M100 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 uses the motor M100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A is a side sectional view taken along the line 3A-3A in FIG. 2 and shows rotation in a state where the motor shaft M120 and the sleeve M130 are separated from each other. 3 (B) is a cross-sectional side view of the main part viewed from reference numeral 3B-3B in FIG. 3 (A). FIGS. 4 (A) and 4 (B) are the same as FIG. 3 (A). Corresponding to FIGS. 3B and 3B, the viscous friction torque Ta during rotation of the dynamic pressure gas bearing and the motor shaft M100 and the sleeve M130 are brought into oscillating contact by some disturbance, thereby damaging the dynamic pressure gas bearing. The sum of the contact friction torque Tka that might be applied is The sum of the friction torque Tb of the rings M171 and M172 and the maximum torque Tdmax generated while the rotation of the ball bearings M171 and M172 as auxiliary bearings is suppressed by the non-contact detent torque generation mechanism M180 at the time of rotation suppression. FIG. 5 is a side sectional view showing rotation when the value, that is, (Ta + Tka)> (Tb + Tdmax), and FIG. 5 shows a hydrodynamic gas bearing and a ball bearing M171 before and after the rocking contact between the motor shaft M120 and the sleeve M130. FIG. 6A shows the relationship between the rotational viscous friction torque Ta of the hydrodynamic gas bearing and the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172 and the rotational speed. FIG. 6B shows the rotation speed N of the impeller W (motor), the rotation speed Na of the dynamic pressure gas bearing, and the ball base. FIG. 7 is a diagram showing the relationship with the rotational speed Nb in the rings M171 and M172, FIG. 7 is a chart showing the first mode of the ventilator 100, and FIG. 8 shows the second mode of the ventilator 100. FIG. 9 is a chart showing the third mode of the ventilator 100, and FIG. 10 is a chart showing the fourth mode of the ventilator 100.

本発明の第1実施例である人工呼吸装置100は、図1に示すように、制御部110と、表示手段120と、報知手段130と、吸入口から空気を吸入して加圧する加圧手段であるブロア140と、空気をマスクMKへ供給する吸気流路150と、マスクMKからの空気を排出する呼気流路160とを備えている。
このうち、制御部110は、駆動回路111を介してモータM100の回転を制御するように構成されている。
また、制御部110は、詳しくは後述するモータM100のボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号を受信するようにも構成されている。
駆動回路111は、例えばインバータ回路を構成して制御部110からの回転指示をモータM100に合わせた信号に変換してモータM100へ一例としてパルス信号を送るように構成されている。
As shown in FIG. 1, an artificial respiration apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention includes a control unit 110, a display unit 120, a notification unit 130, and a pressurizing unit that sucks and pressurizes air from an inlet. , A breather flow path 150 for supplying air to the mask MK, and an expiratory flow path 160 for discharging air from the mask MK.
Among these, the control part 110 is comprised so that rotation of the motor M100 may be controlled via the drive circuit 111. FIG.
The controller 110 is also configured to receive a rotation detection signal from a ball bearing rotation detector M190 of the motor M100, which will be described in detail later.
The drive circuit 111 is configured, for example, to constitute an inverter circuit and convert a rotation instruction from the control unit 110 into a signal matched with the motor M100 and send a pulse signal as an example to the motor M100.

また、表示手段120は、制御部110からの指示によって、詳しくは後述するボールベアリングM171、M172が回転している旨や、モータM100やボールベアリングM171、M172の交換時期が迫っている旨をディスプレイなどに表示するように構成されている。
報知手段130は、制御部110からの指示によってユーザに対して、ボールベアリングM171、M172が回転している旨や、モータM100やボールベアリングM171、M172の交換時期を、ランプを点灯したり、報知音を鳴らしたりなどして報知するように構成されている。
なお、必要に応じて制御部110から操作手段などの外部へ信号を出力してもよく、この外部出力信号を図示しない外部の制御機器に入力することにより、複数のモータを集中管理するなど多目的に利用してもよい。
Further, the display unit 120 displays, in accordance with an instruction from the control unit 110, that the ball bearings M171 and M172, which will be described later, are rotating, and that the replacement time of the motor M100 and the ball bearings M171 and M172 is approaching. And so on.
The notification means 130 turns on the lamp or notifies the user that the ball bearings M171 and M172 are rotating and the replacement timing of the motor M100 and the ball bearings M171 and M172 according to an instruction from the control unit 110. It is configured to notify by sounding or the like.
It should be noted that a signal may be output from the control unit 110 to the outside such as the operation unit as necessary, and a multipurpose such as centralized management of a plurality of motors by inputting the external output signal to an external control device (not shown). You may use it.

また、ブロア140は、一例として陽圧および陰圧の両方の空気圧を同時に発生するように構成されている。
吸気流路150には、一例として、吸入口である吸気用大気ポート151と、フィルタ152と、吸入口である酸素ポート153と、酸素ブレンダ154と、圧力センサ155と、吸気弁156とが、設置されている。
The blower 140 is configured to generate both positive pressure and negative pressure at the same time as an example.
In the intake flow path 150, for example, an intake air port 151 that is an intake port, a filter 152, an oxygen port 153 that is an intake port, an oxygen blender 154, a pressure sensor 155, and an intake valve 156, is set up.

このうち、吸気用大気ポート151は、空気を封入したボンベや病院施設などに備え付けられた供給バルブと接続されるように構成され、吸気用大気ポート151から供給された空気は、フィルタ152を介して流路下流側へ送られる。
同様に、酸素ポート153は、酸素を封入したボンベや病院施設などに備え付けられた供給バルブと接続されるように構成されている。
Among these, the intake air port 151 is configured to be connected to a supply valve provided in a cylinder filled with air, a hospital facility, or the like, and the air supplied from the intake air port 151 passes through the filter 152. To the downstream side of the flow path.
Similarly, the oxygen port 153 is configured to be connected to a supply valve provided in a cylinder filled with oxygen, a hospital facility, or the like.

また、酸素ブレンダ154は、吸気用大気ポート151から供給された空気と、酸素ポート153から供給された酸素とを混合し、吸気の酸素濃度を自在に設定するように構成されている。
酸素ブレンダ154によって混合された吸気は、ブロア140によって加圧されて圧力センサ155によって計測された状態で流路下流側の吸気弁156へ送られる。
吸気弁156を送られた吸気は、制御部110による弁の開放制御により、吸気用フィルタIFと加湿器HUとマスクMKとを介して患者Pへ送られるように構成されている。
The oxygen blender 154 is configured to mix the air supplied from the intake air port 151 and the oxygen supplied from the oxygen port 153 to freely set the oxygen concentration of the intake air.
The intake air mixed by the oxygen blender 154 is pressurized by the blower 140 and sent to the intake valve 156 on the downstream side of the flow path in a state measured by the pressure sensor 155.
The inhaled air sent to the inhalation valve 156 is configured to be sent to the patient P through the inhalation filter IF, the humidifier HU, and the mask MK by the valve opening control by the control unit 110.

他方、呼気流路160には、一例として、呼気弁161と、流量センサ162と、呼気用大気ポート163とが、設置されている。
このうち、呼気弁161は、制御部110による弁の開放制御により、マスクMKと呼気用フィルタEFとを介した患者Pからの呼気を流路下流側の流量センサ162へ送るように構成されている。
送られた呼気は、流量センサ162によって計測された状態で流路下流側の呼気用大気ポート163へさらに送られて排出される。
なお、制御部110は、流量センサ162による計測値で判断して呼気弁161の開閉を制御して流量を調整するように構成されている。
On the other hand, the exhalation flow path 160 is provided with an exhalation valve 161, a flow sensor 162, and an exhalation atmospheric port 163 as an example.
Among these, the exhalation valve 161 is configured to send the exhalation from the patient P via the mask MK and the exhalation filter EF to the flow rate sensor 162 on the downstream side of the flow path by the valve opening control by the control unit 110. Yes.
The sent exhaled air is further sent to the exhaled air port 163 on the downstream side of the flow path in a state measured by the flow sensor 162 and discharged.
The control unit 110 is configured to adjust the flow rate by controlling the opening and closing of the exhalation valve 161 based on the measurement value by the flow sensor 162.

本発明の第1実施例であるブロア140は、図2および図3に示すように、モータM100と、ハブHと、羽根車Wと、空気吸引口Iと、空気排出口Eと、カバープレートCとを備えている。
第1実施例のモータM100は、モータケース体M110内においてモータ軸M120に対してスリーブM130が回転するスリーブ回転タイプである。
ハブHは、回転子であるスリーブM130と一体に嵌合されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the blower 140 according to the first embodiment of the present invention includes a motor M100, a hub H, an impeller W, an air suction port I, an air discharge port E, and a cover plate. C.
The motor M100 of the first embodiment is a sleeve rotation type in which a sleeve M130 rotates with respect to a motor shaft M120 in a motor case body M110.
The hub H is integrally fitted with a sleeve M130 which is a rotor.

羽根車Wは、ハブHを介してスリーブM130と一体に嵌合され、羽根車Wには、モータ軸M120が回転自在に挿通されている。
空気吸引口Iは、図2におけるモータM100のモータケース体M110の上部中央に設けられ、空気排出口Eは、図2におけるモータケース体M110の側部に設けられている。
羽根車Wが高速回転することにより、外部の空気が、空気吸引口Iを介して内部の羽根車室内へ吸引され、羽根車室内の気圧が高まり、羽根車室内の空気が、空気排出口Eから排出される。
カバープレートCは、間隔を空けて空気吸引口Iの図2における上方に配設され、異物の侵入などを防止するように構成されている。
The impeller W is fitted integrally with the sleeve M130 via the hub H, and the motor shaft M120 is rotatably inserted into the impeller W.
The air suction port I is provided at the upper center of the motor case body M110 of the motor M100 in FIG. 2, and the air discharge port E is provided at the side portion of the motor case body M110 in FIG.
As the impeller W rotates at high speed, external air is sucked into the internal impeller chamber via the air suction port I, the pressure inside the impeller chamber increases, and the air in the impeller chamber becomes air discharge port E. Discharged from.
The cover plate C is disposed above the air suction port I in FIG. 2 with a space therebetween, and is configured to prevent entry of foreign matter and the like.

続いて、モータM100について詳しく説明する。
モータM100は、モータケース体M110と、モータ軸M120と、動圧気体軸受としてのスリーブM130と、ロータマグネットM140と、通電により磁力を発生する駆動コイルM150と、絶縁コアとしてのヨークM160と、補助軸受としてのボールベアリングM171、M172と、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制する非接触式ディテントトルク発生機構M180とを備えている。
スリーブM130は、モータ軸M120の周囲に微小の隙間を隔てて設置されており、この微小隙間を隔てて対向した部分が動圧気体軸受となっている。
Next, the motor M100 will be described in detail.
The motor M100 includes a motor case body M110, a motor shaft M120, a sleeve M130 as a dynamic pressure gas bearing, a rotor magnet M140, a drive coil M150 that generates a magnetic force when energized, a yoke M160 as an insulating core, an auxiliary Ball bearings M171 and M172 as bearings and a non-contact detent torque generating mechanism M180 that suppresses rotation of the ball bearings M171 and M172 are provided.
The sleeve M130 is installed around the motor shaft M120 with a minute gap, and a portion opposed to the minute gap is a dynamic pressure gas bearing.

スリーブM130の内周面およびモータ軸M120の外周面の一方に、例えば、ヘリングボーン形状の溝を形成することにより、相対的に回転したときにモータ軸M120の外周面とスリーブM130の内周面との間に動圧が発生して軸受剛性が生じる。
ロータマグネットM140は、永久磁石で形成され、スリーブM130の外周に嵌合されてスリーブM130と一体に回転するように構成されている。
For example, by forming a herringbone-shaped groove on one of the inner peripheral surface of the sleeve M130 and the outer peripheral surface of the motor shaft M120, the outer peripheral surface of the motor shaft M120 and the inner peripheral surface of the sleeve M130 when rotated relatively. A dynamic pressure is generated between them and bearing rigidity is generated.
The rotor magnet M140 is formed of a permanent magnet, and is configured to be fitted to the outer periphery of the sleeve M130 and rotate integrally with the sleeve M130.

駆動コイルM150は、ロータマグネットM140の外周でロータマグネットM140と対向する位置にステータとして配置されるとともに基板M151に取り付けられ、通電することにより磁力を発生するように構成されている。
ヨークM160は、駆動コイルM150の外周に設置されており、駆動コイルM150の磁力を高める効果がある。
The drive coil M150 is arranged as a stator at a position facing the rotor magnet M140 on the outer periphery of the rotor magnet M140, and is attached to the substrate M151 so as to generate a magnetic force when energized.
The yoke M160 is installed on the outer periphery of the drive coil M150, and has an effect of increasing the magnetic force of the drive coil M150.

補助軸受としての2つのボールベアリングM171、M172は、トルクが伝達される経路で動圧気体軸受の一部を構成するスリーブM130と直列となる関係で配置されている。
具体的には、ボールベアリングM171は、ベアリングホルダM173に保持され、図3(A)におけるモータ軸M120の上端を回転自在に支持している。
また、ベアリングホルダM173は、弾性材料で形成された振動吸収用OリングM177を介してモータケース体M110に取り付けられており、振動吸収用OリングM177は、ベアリングホルダM173に予圧を与える機能も有している。
同様に、ボールベアリングM172は、ベアリングホルダM174に保持され、図3(A)におけるモータ軸M120の下端側を回転自在に支持している。
また、ベアリングホルダM174は、弾性材料で形成された振動吸収用OリングM178を介してモータケース体M110に取り付けられており、振動吸収用OリングM178は、ベアリングホルダM174に予圧を与える機能も有している。
The two ball bearings M171 and M172 as auxiliary bearings are arranged in series with a sleeve M130 that constitutes a part of the dynamic pressure gas bearing in a path through which torque is transmitted.
Specifically, the ball bearing M171 is held by the bearing holder M173 and rotatably supports the upper end of the motor shaft M120 in FIG.
The bearing holder M173 is attached to the motor case body M110 via a vibration absorbing O-ring M177 formed of an elastic material, and the vibration absorbing O-ring M177 has a function of applying a preload to the bearing holder M173. doing.
Similarly, the ball bearing M172 is held by a bearing holder M174, and rotatably supports the lower end side of the motor shaft M120 in FIG.
The bearing holder M174 is attached to the motor case body M110 via a vibration absorbing O-ring M178 formed of an elastic material, and the vibration absorbing O-ring M178 also has a function of applying a preload to the bearing holder M174. doing.

非接触式ディテントトルク発生機構M180は、トルクが伝達される経路で補助軸受としてのボールベアリングM171、M172と並列となる関係で配置されている。
具体的には、非接触式ディテントトルク発生機構M180は、モータ軸M120と一体的に回転して周方向に極の替わる回転側磁石としての可動側環状磁石M181と、可動側環状磁石M181より外周側に配設されて周方向に極の替わる固定側磁石としての固定側環状磁石M182とを備えている。
可動側環状磁石M181は、図3(A)におけるモータ軸M120の下端側であってボールベアリングM172の上方近傍にモータ軸M120と一体的に回転するように嵌合されている。
固定側環状磁石M182は、可動側環状磁石M181と対向する位置でモータケース体M110に取り付けられている。
そして、可動側環状磁石M181と固定側環状磁石M182との吸引力により、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制している。
The non-contact type detent torque generating mechanism M180 is arranged in parallel with the ball bearings M171 and M172 as auxiliary bearings in a path through which torque is transmitted.
Specifically, the non-contact type detent torque generating mechanism M180 rotates integrally with the motor shaft M120, and a movable side annular magnet M181 as a rotating side magnet whose poles change in the circumferential direction, and an outer periphery from the movable side annular magnet M181. And a fixed-side annular magnet M182 as a fixed-side magnet that is disposed on the side and whose poles change in the circumferential direction.
The movable-side annular magnet M181 is fitted on the lower end side of the motor shaft M120 in FIG. 3A and in the vicinity of the upper portion of the ball bearing M172 so as to rotate integrally with the motor shaft M120.
The fixed-side annular magnet M182 is attached to the motor case body M110 at a position facing the movable-side annular magnet M181.
The rotation of the ball bearings M171 and M172 is suppressed by the attractive force of the movable annular magnet M181 and the stationary annular magnet M182.

また、モータ軸M120の上端側には、内側スラストマグネットM175が、モータ軸M120と一体的に回転するように嵌合されている。
内側スラストマグネットM175の外周側で対向する位置には、外側スラストマグネットM176が、ハブHと一体的に回転するように設置されている。
内側スラストマグネットM175と外側スラストマグネットM176との吸引力により、モータ軸M120とスリーブM130とのスラスト方向における相対的な位置関係が安定するように構成されている。
Further, an inner thrust magnet M175 is fitted to the upper end side of the motor shaft M120 so as to rotate integrally with the motor shaft M120.
An outer thrust magnet M176 is installed at a position facing the outer circumferential side of the inner thrust magnet M175 so as to rotate integrally with the hub H.
By the attractive force of the inner thrust magnet M175 and the outer thrust magnet M176, the relative positional relationship in the thrust direction between the motor shaft M120 and the sleeve M130 is stabilized.

さらに、本発明では、ボールベアリングM171、M172の回転を検出する回転検出手段としてのボールベアリング回転検出手段M190が、モータケース体M110の内側に設置されている。
ボールベアリング回転検出手段M190は、図3(B)、図4(B)に示すように、例えば、2極着磁の可動側環状磁石M181と、この可動側環状磁石M181と対向する位置で基板M151に設置したホールセンサM191とにより構成してもよい。
可動側環状磁石M181が回転したときに、その磁力が正弦波状に変化することを受けて、ホール電圧が変化する所謂、ホール効果を利用して検出することにより、ボールベアリングM171、M172の回転が検出される構成である。
Furthermore, in the present invention, ball bearing rotation detection means M190 as rotation detection means for detecting the rotation of the ball bearings M171 and M172 is installed inside the motor case body M110.
As shown in FIGS. 3B and 4B, the ball bearing rotation detection means M190 is, for example, a dipole magnetized movable side annular magnet M181 and a substrate at a position facing the movable side annular magnet M181. You may comprise by the Hall sensor M191 installed in M151.
When the movable-side annular magnet M181 rotates, its magnetic force changes in a sine wave shape, and the Hall voltage changes by detecting the so-called Hall effect, whereby the ball bearings M171 and M172 rotate. It is a detected configuration.

なお、ボールベアリング回転検出手段M190は、例えば、基板M151にプリントされた、例えば18極のフラックスゲートパターンと、このフラックスゲートパターンの数と着磁極数が同じ可動側環状磁石とにより構成してもよい。
可動側環状磁石が回転したときのインダクタンスの変化を検出することにより、ボールベアリングM171、M172の回転が検出される構成である。
The ball bearing rotation detection means M190 may be constituted by, for example, an 18-pole fluxgate pattern printed on the substrate M151, and a movable-side annular magnet having the same number of fluxgate patterns and the same number of magnetic poles. Good.
By detecting a change in inductance when the movable annular magnet rotates, the rotation of the ball bearings M171 and M172 is detected.

さらに、ボールベアリング回転検出手段M190は、例えば、可動側環状磁石M181と一体的に回転する金属製凹凸部と、この金属製凹凸部と対向して設置された渦電流センサとにより構成してもよい。
金属製凹凸部の外周面は、凹凸形状に形成され、金属製凹凸部が回転したときの渦電流磁界の変化(検出コイル誘起電圧の振幅と位相の変化)を検出することにより、ボールベアリングM171、M172の回転が検出される構成である。
その他、ボールベアリング回転検出手段M190は、回転による磁気的変化を検出する構成だけでなく、回転による光学的変化を検出する構成などその他公知の構成でもよく、必ずしもモータケース体内に配置しなくてもよいのは言うまでもない。
Further, the ball bearing rotation detection means M190 may be constituted by, for example, a metal uneven portion that rotates integrally with the movable-side annular magnet M181, and an eddy current sensor that is installed to face the metal uneven portion. Good.
The outer peripheral surface of the metal uneven portion is formed in an uneven shape, and the ball bearing M171 is detected by detecting a change in the eddy current magnetic field (a change in the amplitude and phase of the detection coil induced voltage) when the metal uneven portion is rotated. , M172 rotation is detected.
In addition, the ball bearing rotation detection means M190 is not limited to a configuration that detects a magnetic change due to rotation, but may be any other known configuration such as a configuration that detects an optical change due to rotation. Needless to say, it is good.

そして、駆動コイルM150に通電することにより磁力を発生してロータマグネットM140と協働して回転力が生じると、図3(A)の太線一点鎖線で示すように、スリーブM130とロータマグネットM140とハブHと羽根車Wと外側スラストマグネットM176とが、第1の回転子として回転する。
ここで、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制したときに非接触式ディテントトルク発生機構M180により発生する最大トルクTdmaxとの和が、モータ軸M120とスリーブM130とを互いに離間した状態での動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaより大なる値、すなわち(Tb+Tdmax)>(Ta)に設定されているため、この状態ではモータ軸M120は回転しない。
When a magnetic force is generated by energizing the drive coil M150 and a rotational force is generated in cooperation with the rotor magnet M140, the sleeve M130, the rotor magnet M140, and the rotor magnet M140, as shown by a thick dashed line in FIG. Hub H, impeller W, and outer thrust magnet M176 rotate as the first rotor.
Here, the sum of the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172 and the maximum torque Tdmax generated by the non-contact detent torque generating mechanism M180 when the rotation of the ball bearings M171 and M172 is suppressed is the motor shaft M120 and the sleeve. Since the value is set to be larger than the rotational viscous friction torque Ta of the dynamic pressure gas bearing in a state where M130 is separated from each other, that is, (Tb + Tdmax)> (Ta), the motor shaft M120 does not rotate in this state.

ここで、何らかの要因により、モータM100に外乱が加えられて、モータ軸M120とスリーブM130とが相対的に揺動して接触することにより、動圧気体軸受に接触摩擦トルクTsaが発生し、この接触摩擦トルクTsaが動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTkaに至った場合には、(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)となるように、補助軸受であるボールベアリングM171、M172の回転を抑制するために設けた非接触式ディテントトルク発生機構M180により発生する最大トルクTdmaxの値を設定しているため、図4(A)、図5に示すように、動圧気体軸受に凝着や焼付きなどのかじりが生じる前に、動圧気体軸受の接触摩擦トルクTsa=TkaがボールベアリングM171、M172に伝達されて、ボールベアリングM171、M172も回転を開始する。   Here, a disturbance is applied to the motor M100 for some reason, and the motor shaft M120 and the sleeve M130 are relatively swung to come into contact with each other, thereby generating a contact friction torque Tsa in the hydrodynamic gas bearing. When the contact friction torque Tsa reaches the contact friction torque Tka that may damage the dynamic pressure gas bearing, the rotation of the ball bearings M171 and M172 as auxiliary bearings is performed so that (Ta + Tka)> (Tb + Tdmax). Since the value of the maximum torque Tdmax generated by the non-contact detent torque generating mechanism M180 provided to suppress the pressure is set, as shown in FIGS. 4 (A) and 5, adhesion to the dynamic pressure gas bearing Before galling such as seizure occurs, the contact friction torque Tsa = Tka of the dynamic pressure gas bearing is transmitted to the ball bearings M171 and M172. , Ball bearings M171, M172 also starts the rotation.

つまり、図4(A)の太線二点鎖線で示すように、モータ軸M120とボールベアリングM171、M172の内径側と可動側環状磁石M181と内側スラストマグネットM175とが、スリーブM130とロータマグネットM140とハブHと羽根車Wと外側スラストマグネットM176とからなる第1の回転子から、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTkaを受けて、第2の回転子として回転し始める。   4A, the motor shaft M120, the inner diameter side of the ball bearings M171 and M172, the movable annular magnet M181, and the inner thrust magnet M175, the sleeve M130, the rotor magnet M140, The first rotor composed of the hub H, the impeller W, and the outer thrust magnet M176 receives contact friction torque Tka that may damage the dynamic pressure gas bearing, and starts rotating as the second rotor.

なお、モータ軸M120とスリーブM130とが接触して動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaと、動圧気体軸受の接触摩擦トルクTsaとの和が、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制するために設けた非接触式ディテントトルク発生機構M180により発生する最大トルクTdmaxの和に満たない場合、すなわち、(Ta+Tsa)<(Tb+Tdmax)の場合(Tsa<Tka)には、ボールベアリングM171、M172はほとんど回転しない(接触の瞬間わずかに動くことがあっても、連続回転するまでには至らない)ため、図3(A)の太線一点鎖線で示すように、スリーブM130とロータマグネットM140とハブHと羽根車Wと外側スラストマグネットM176とからなる第1の回転子だけが回転し続ける。
これは、かじりが生じるなど、動圧気体軸受に損傷を与える虞がないからである。
The sum of the rotational friction friction torque Ta of the dynamic pressure gas bearing and the contact friction torque Tsa of the dynamic pressure gas bearing when the motor shaft M120 and the sleeve M130 are in contact with the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172. When the sum of the maximum torques Tdmax generated by the non-contact type detent torque generation mechanism M180 provided for suppressing the rotation of the ball bearings M171 and M172 is not satisfied, that is, when (Ta + Tsa) <(Tb + Tdmax) (Tsa < In Tka), the ball bearings M171 and M172 hardly rotate (even if they move slightly at the moment of contact, they do not reach continuous rotation), and therefore, as indicated by the thick dashed line in FIG. And sleeve M130, rotor magnet M140, hub H, impeller W, and outer thrust magnet. Only the first rotor consisting Doo M176 Metropolitan continues to rotate.
This is because there is no possibility of damaging the dynamic pressure gas bearing such as galling.

図5に示すように、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaと、動圧気体軸受の接触摩擦トルクTsaとの和が、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制するために設けた非接触式ディテントトルク発生機構M180により発生する最大トルクTdmaxとの和より大なる値となった場合、すなわち、(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)となった場合(Tsa=Tka)には、瞬時にボールベアリングM171、M172の回転が開始され、動圧気体軸受の損傷を防ぐことができ、且つ、動圧気体軸受とボールベアリングM171、M172の両方が回転し安定状態となるまでの移行期間は、数十ミリ秒と短い。
これは、モータ軸M120とスリーブM130とが再び離間すると、動圧気体軸受は損傷を受けていないことから接触摩擦トルクTsaが0になり、一方で可動側環状磁石M181と固定側環状磁石M182とが相対的に回転することにより、吸引・反発を繰り返して相対的な角度(位置)に応じて、可動側環状磁石M181と固定側環状磁石M182とによるディテントトルクTdが正弦波状に変化するが、ボールベアリングM171、M172が回転を開始した後の1回転あたりの平均ディテントトルクは0であるため実質的な損失は発生しない。
そして、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaとボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbとが釣り合うところで、動圧気体軸受によるスリーブM130の回転数Naと、ボールベアリングM171、M172によるモータ軸M120の回転数Nbが一定となる。
As shown in FIG. 5, the sum of the rotational viscous friction torque Ta of the dynamic pressure gas bearing and the contact friction torque Tsa of the dynamic pressure gas bearing is the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172 and the ball bearings M171 and M172. When the value becomes larger than the sum of the maximum torque Tdmax generated by the non-contact detent torque generating mechanism M180 provided to suppress the rotation of the motor, that is, when (Ta + Tka)> (Tb + Tdmax) (Tsa = Tka), the ball bearings M171 and M172 start to rotate instantaneously to prevent damage to the dynamic pressure gas bearing, and both the dynamic pressure gas bearing and the ball bearings M171 and M172 rotate to be in a stable state. The transition period up to is as short as tens of milliseconds.
This is because when the motor shaft M120 and the sleeve M130 are separated again, the dynamic pressure gas bearing is not damaged, so that the contact friction torque Tsa becomes zero, while the movable side annular magnet M181 and the stationary side annular magnet M182 , The detent torque Td by the movable side annular magnet M181 and the stationary side annular magnet M182 changes in a sine wave shape according to the relative angle (position) by repeating attraction and repulsion. Since the average detent torque per rotation after the ball bearings M171 and M172 start rotating is zero, no substantial loss occurs.
Then, when the rotational viscous friction torque Ta of the dynamic pressure gas bearing balances with the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172, the rotational speed Na of the sleeve M130 by the dynamic pressure gas bearing and the motor shaft M120 by the ball bearings M171 and M172. The rotation speed Nb is constant.

移行期間において、動圧気体軸受の回転数Naは、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTkaが発生したことにより減少するが、他方でボールベアリングM171、M172が回転を開始し、その回転数Nbが徐々に増加し、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaと接触摩擦トルクTsaとの和と、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbとが釣り合う、すなわち、(Ta+Tsa)=(Tb)となる回転数まで増加する。
ここで、羽根車W(モータ)の回転数Nは、動圧気体軸受の回転数Naと、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbとの和、すなわち、(N=Na+Nb)の関係にあり、動圧気体軸受の回転数Naが減少した分だけ、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbが増加するため、結果的に羽根車W(モータ)の回転数Nは殆ど変化しない。
また、接触摩擦トルクTsaが動圧気体軸受に損傷を与える虞のある大きさTkaに至り、ボールベアリングM171、M172の回転が開始されても、可動側環状磁石M181と固定側環状磁石M182との1回転あたりの平均ディテントトルクは0であり実質的な損失がないため、移行後においても、羽根車W(モータ)の回転数Nに変化はなく、揺動接触の発生前後での羽根車W(モータ)の回転数Nは略一定になる。
During the transition period, the rotational speed Na of the dynamic pressure gas bearing decreases due to the occurrence of contact friction torque Tka that may damage the dynamic pressure gas bearing, but on the other hand, the ball bearings M171 and M172 start rotating. The rotation speed Nb gradually increases, and the sum of the rotational viscous friction torque Ta and the contact friction torque Tsa of the dynamic pressure gas bearing balances the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172, that is, (Ta + Tsa). It increases to the rotational speed which becomes = (Tb).
Here, the rotational speed N of the impeller W (motor) is the sum of the rotational speed Na of the dynamic pressure gas bearing and the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172, that is, (N = Na + Nb). Since the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 increases by the amount corresponding to the decrease in the rotational speed Na of the dynamic pressure gas bearing, the rotational speed N of the impeller W (motor) hardly changes as a result.
Even if the contact friction torque Tsa reaches a magnitude Tka that may damage the dynamic pressure gas bearing, and the rotation of the ball bearings M171 and M172 is started, the movable annular magnet M181 and the stationary annular magnet M182 Since the average detent torque per rotation is 0 and there is no substantial loss, the rotational speed N of the impeller W (motor) does not change even after the transition, and the impeller W before and after the occurrence of the oscillating contact occurs. The (motor) rotation speed N is substantially constant.

ここで、図5に示すように、移行後の動圧気体軸受での回転数Naと、ボールベアリングM171、M172での回転数Nbがそれぞれ一定の回転数で安定する理由は、動圧気体軸受とボールベアリングM171、M172とが、図6(A)に示す動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaとボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと回転数との関係を有しているからである。
言い換えると、移行後においては、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaとボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbとが釣り合うので、そのトルクに対応したそれぞれの回転数Na、Nbとなるからである。
Here, as shown in FIG. 5, the reason why the rotational speed Na in the dynamic pressure gas bearing after the transition and the rotational speed Nb in the ball bearings M171 and M172 are stabilized at a constant rotational speed is as follows. And the ball bearings M171 and M172 have the relationship between the rotational viscous friction torque Ta of the dynamic pressure gas bearing shown in FIG. 6A, the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172, and the rotational speed. is there.
In other words, after the transition, the viscous friction torque Ta at the time of rotation of the dynamic pressure gas bearing balances with the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172, so that the respective rotational speeds Na and Nb correspond to the torque. is there.

本発明では、上述したように、ボールベアリングM171、M172の回転を検出する回転検出手段としてのボールベアリング回転検出手段M190が、モータケース体M110の内側に設置されている。
また、モータM100の回転を制御する制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号を受信するように構成されている。
これにより、仮にボールベアリングM171、M172が回転を開始した場合に、ボールベアリングM171、M172の回転が検出される。
つまり、モータM100の内部の状態の変化を把握することができる。
In the present invention, as described above, the ball bearing rotation detection means M190 as the rotation detection means for detecting the rotation of the ball bearings M171 and M172 is installed inside the motor case body M110.
The control unit 110 that controls the rotation of the motor M100 is configured to receive a rotation detection signal from the ball bearing rotation detection means M190.
Thereby, if the ball bearings M171 and M172 start to rotate, the rotation of the ball bearings M171 and M172 is detected.
That is, a change in the internal state of the motor M100 can be grasped.

また、本実施例では、補助軸受が、転がり軸受の一例であるボールベアリングM171、M172により構成されているため、急激な劣化がなく、かじりが生じにくい。
つまり、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTkaとなった((Ta+Tka)>(Tb+Tdmax))ときに、確実にボールベアリングM171、M172の回転が開始されることにより、動圧気体軸受が損傷を受けるのを未然に回避することができることに加えて、ボールベアリングM171、M172はボールが転がる構造であるので、そもそも、かじりが生じにくいという特徴を有する。
In this embodiment, the auxiliary bearing is constituted by ball bearings M171 and M172, which are examples of rolling bearings. Therefore, there is no rapid deterioration and galling is unlikely to occur.
That is, when the contact friction torque Tka that may damage the dynamic pressure gas bearing is reached ((Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)), the rotation of the ball bearings M171 and M172 is surely started, so that the dynamic pressure is increased. In addition to avoiding damage to the gas bearing in advance, the ball bearings M171 and M172 have a feature that the ball rolls, and therefore, galling hardly occurs.

さらに、本実施例では、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbの大きさと動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTa(摩擦トルク)の大きさとが釣り合ったときの、ボールベアリングM171、M172のる回転数Nbは、動圧気体軸受の回転数Naより小さくなる。
結果的に、動圧気体軸受を主、ボールベアリングM171、M172を従とした主従関係が維持されるため、ボールベアリングM171、M172は余裕を持った状態で回転することになり、著しく寿命が短くなることはない。
Further, in the present embodiment, the ball bearings M171 and M172 have a balance when the magnitude of the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172 is balanced with the magnitude of the rotational viscous friction torque Ta (friction torque) of the dynamic pressure gas bearing. The rotational speed Nb is smaller than the rotational speed Na of the dynamic pressure gas bearing.
As a result, since the master-slave relationship is maintained with the dynamic pressure gas bearing as the main and the ball bearings M171 and M172 as the slave, the ball bearings M171 and M172 rotate with a sufficient margin, and the life is remarkably shortened. Never become.

続いて、補助軸受の回転を抑制した状態に復帰させるまでの一連の動作について説明する。
図6(B)の矢印A1に示すように、駆動コイルM150に通電することにより、当初は、スリーブM130とロータマグネットM140とハブHと羽根車Wと外側スラストマグネットM176とからなる第1の回転子が停止している状態から回転し始めて(図3(A)の状態)、例えば、所定の回転数である80,000回転/分まで羽根車W(モータ)の回転数Nが増加する。
言い換えると、動圧気体軸受より回転自在に支持されて、停止している状態から回転して、所定の回転数である80,000回転/分まで羽根車W(モータ)の回転数Nが増加する。
Then, a series of operation | movement until it returns to the state which suppressed rotation of the auxiliary bearing is demonstrated.
As shown by an arrow A1 in FIG. 6B, when the drive coil M150 is energized, initially, the first rotation including the sleeve M130, the rotor magnet M140, the hub H, the impeller W, and the outer thrust magnet M176. The rotation speed N of the impeller W (motor) increases up to, for example, a predetermined rotation speed of 80,000 rotations / minute, starting from the state where the child is stopped (the state of FIG. 3A).
In other words, the rotational speed N of the impeller W (motor) increases up to a predetermined rotational speed of 80,000 rotations / minute by being rotatably supported by the dynamic pressure gas bearing and rotating from a stopped state. To do.

そして、何らかの要因により、モータM100に外乱が加えられて、モータ軸M120とスリーブM130とが相対的に揺動して接触し、動圧気体軸受の接触摩擦トルクTsaが発生して増大すると、動圧気体軸受に凝着や焼付きなどのかじりが生じる前に、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaと接触摩擦トルクTsa=Tkaとの和が、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制した状態で非接触式ディテントトルク発生機構M180により発生する最大トルクTdmaxとの和よりも大なる値((Ta+Tka)>(Tb+Tdmax))となる。   Then, for some reason, disturbance is applied to the motor M100, the motor shaft M120 and the sleeve M130 are relatively swung and contacted, and the contact friction torque Tsa of the hydrodynamic gas bearing is generated and increased. Prior to the occurrence of galling such as adhesion or seizure in the pressurized gas bearing, the sum of the rotational viscous friction torque Ta and the contact friction torque Tsa = Tka of the dynamic pressure gas bearing is the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172. The value is larger than the sum of the maximum torque Tdmax generated by the non-contact detent torque generating mechanism M180 in a state where the rotation of the ball bearings M171 and M172 is suppressed ((Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)).

すると、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTkaがボールベアリングM171、M172に伝達されて、ボールベアリングM171、M172の回転が開始されると同時に、矢印A2に示すように、動圧気体軸受の回転数Naが、51,000回転/分まで減少し、同時に矢印B2に示すように、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbが、29,000回転/分まで増加する(図4(A)の状態)。
このまま、第1の回転子および第2の回転子を回転させてもよいが、補助軸受であるボールベアリングM171、M172は接触式の軸受であるため、モータ寿命の観点から第1の回転子のみが回転している元の状態に戻すことが望ましい。
Then, contact friction torque Tka that may damage the dynamic pressure gas bearing is transmitted to the ball bearings M171 and M172, and at the same time as the rotation of the ball bearings M171 and M172 is started, as shown by an arrow A2, The rotational speed Na of the pressurized gas bearing decreases to 51,000 revolutions / minute, and at the same time, the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 increases to 29,000 revolutions / minute as shown by the arrow B2 (FIG. 4). (A) state).
The first rotor and the second rotor may be rotated as they are, but the ball bearings M171 and M172 which are auxiliary bearings are contact type bearings, and therefore only the first rotor from the viewpoint of motor life. It is desirable to return to the original state where the is rotating.

そこで、駆動コイルM150への通電を制御することにより、矢印A3および矢印B3に示すように、羽根車W(モータ)の回転数Nを減少させて動圧気体軸受の回転数NaおよびボールベアリングM171、M172の回転数Nbを減少させる。
この際、図6(B)に示す動圧気体軸受の回転数NaおよびボールベアリングM171、M172の回転数Nbの曲線の傾きは、図6(A)に示す回転数と摩擦トルクとの関係に応じてそれぞれ変化する。
Therefore, by controlling the energization to the drive coil M150, as indicated by the arrows A3 and B3, the rotational speed N of the impeller W (motor) is reduced to reduce the rotational speed Na of the hydrodynamic gas bearing and the ball bearing M171. , M172 is decreased.
At this time, the inclination of the curve of the rotational speed Na of the dynamic pressure gas bearing and the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 shown in FIG. 6B is related to the relationship between the rotational speed and the friction torque shown in FIG. Each will change accordingly.

つまり、動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaとボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbとが釣り合ったままの関係で、動圧気体軸受の回転数NaおよびボールベアリングM171、M172の回転数Nbが減少する。
そして、少なくとも、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbが0になるA4、B4まで、駆動コイルM150への通電を制御して羽根車W(モータ)の回転数Nを減少させると、非接触式ディテントトルク発生機構M180により、再びボールベアリングM171、M172の回転が抑制され、図3(A)に示す第1の回転子のみが回転している元の状態に復帰する。
That is, the rotational speed Na of the dynamic pressure gas bearing and the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 are kept in balance with the viscous friction torque Ta during rotation of the dynamic pressure gas bearing and the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172. Decrease.
When the rotational speed N of the impeller W (motor) is reduced by controlling the energization to the drive coil M150 until at least A4 and B4 where the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 becomes 0, the non-contact type The rotation of the ball bearings M171 and M172 is again suppressed by the detent torque generation mechanism M180, and the original state where only the first rotor shown in FIG.

なお、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbが0になったか否かは、上述したように、ボールベアリング回転検出手段M190で検知することができる。
そして、必要に応じて、駆動コイルM150への通電を制御して、矢印A1に示すように、羽根車W(モータ)の回転数Nを増加させる。
また、矢印A3および矢印B3に示すように、駆動コイルM150への通電を制御して羽根車W(モータ)の回転数Nを減少させて、第1の回転子のみが回転している状態にする以外にも、完全に羽根車Wを停止させてから再び矢印A1に示すように、羽根車W(モータ)を回転させてもよい。
さらに、非接触式ディテントトルク発生機構M180が、永久磁石ではなく電磁石である場合には、電磁石の吸引力を強めて、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbを0にして復旧させてから電磁石による吸引力を元の大きさに戻してもよい。
As described above, the ball bearing rotation detecting means M190 can detect whether or not the rotation speed Nb of the ball bearings M171 and M172 has become zero.
Then, as necessary, energization to the drive coil M150 is controlled to increase the rotational speed N of the impeller W (motor) as indicated by an arrow A1.
Further, as indicated by arrows A3 and B3, the energization of the drive coil M150 is controlled to reduce the rotational speed N of the impeller W (motor), so that only the first rotor is rotating. In addition to this, the impeller W (motor) may be rotated as indicated by the arrow A1 after the impeller W is completely stopped.
Further, when the non-contact type detent torque generating mechanism M180 is an electromagnet instead of a permanent magnet, the attraction force of the electromagnet is increased, the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 is reduced to 0, and then the electromagnet is used. The suction force may be returned to the original size.

また、非接触式ディテントトルク発生機構M180を永久磁石により構成した上で、これとは別にボールベアリングM171、M172の制動用として、電磁石による非接触式ディテントトルク発生機構(図示せず)を組み合わせることもできる。
この場合、ボールベアリングM171、M172の回転数Nbを0にしたいときにだけ、図示しない電磁石による非接触式ディテントトルク発生機構に電磁力を発生させればよいため、電磁石への通電を最小限に抑えることができ効率的である。
In addition, the non-contact detent torque generating mechanism M180 is composed of a permanent magnet, and separately from this, a non-contact detent torque generating mechanism (not shown) using an electromagnet is combined for braking the ball bearings M171 and M172. You can also.
In this case, only when it is desired to set the rotational speed Nb of the ball bearings M171 and M172 to 0, it is only necessary to generate an electromagnetic force in a non-contact type detent torque generating mechanism using an electromagnet (not shown). It can be suppressed and is efficient.

続いて、モータM100を用いた人工呼吸装置100における制御について説明する。
図7に示すように、第1モードのステップS11では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転していないことを確認する。
そして、ステップS12では、動圧気体軸受が揺動接触して接触摩擦トルクTsaが発生したとする。
ステップS13では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転しているか否かを判断する。
回転していると判断した場合は、ステップS14へ進む。
他方、回転していないと判断した場合は、ステップS11へ戻る。
Next, control in the artificial respiration apparatus 100 using the motor M100 will be described.
As shown in FIG. 7, in step S11 of the first mode, the control unit 110 confirms that the ball bearings M171 and M172 are not rotating depending on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection means M190. To do.
In step S12, it is assumed that the dynamic pressure gas bearing is in rocking contact and contact friction torque Tsa is generated.
In step S13, the control unit 110 determines whether or not the ball bearings M171 and M172 are rotating based on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection unit M190.
If it is determined that it is rotating, the process proceeds to step S14.
On the other hand, if it is determined that it is not rotating, the process returns to step S11.

ステップS14では、制御部110が、回転検出信号を受信した回数として1回分加算する。
言い換えると、ボールベアリングM171、M172の回転開始回数のカウントアップを実行する。
ステップS15では、回転開始回数が所定回数に達したか否かを、制御部110が判定する。
ここで、所定回数は、ボールベアリングM171、M172の耐用期間経過前の回数でり、使用環境や用途等に応じて適切な安全率を見込むことが望ましい。
回転開始回数が所定回数に達したと判定した場合は、ステップS16へ進む。
他方、回転開始回数が所定回数に満たないと判定した場合は、第1モードを終了する。
In step S14, control unit 110 adds one time as the number of times the rotation detection signal has been received.
In other words, the rotation count of the rotation start times of the ball bearings M171 and M172 is executed.
In step S15, the control unit 110 determines whether or not the number of rotation starts has reached a predetermined number.
Here, the predetermined number of times is the number of times before the lifetime of the ball bearings M171 and M172 elapses, and it is desirable to allow for an appropriate safety factor according to the use environment, application, and the like.
If it is determined that the number of rotations has reached the predetermined number, the process proceeds to step S16.
On the other hand, if it is determined that the number of rotation starts is less than the predetermined number, the first mode is terminated.

ステップS16では、制御部110が、報知手段130および表示手段120の少なくとも一方へ指示してモータM100やボールベアリングM171、M172の交換時期到来の旨を報知または表示させる。
そして、第1モードを終了する。
第1モードにより、ボールベアリングM171、M172の耐用期間経過を、回転開始回数から算出して予測することができる。
そして、この耐用期間経過予測に基づいて、モータM100やボールベアリングM171、M172の交換時期をユーザに知らせることができる。
In step S16, the control unit 110 instructs at least one of the notification unit 130 and the display unit 120 to notify or display that the replacement time of the motor M100 and the ball bearings M171 and M172 has arrived.
Then, the first mode ends.
With the first mode, the lifetime of the ball bearings M171 and M172 can be predicted from the number of rotation starts.
And based on this lifetime prediction, it is possible to notify the user of the replacement time of the motor M100 and the ball bearings M171 and M172.

図8に示すように、第2モードのステップS21では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転しているか否かを判断する。
回転していると判断した場合は、ステップS22へ進む。
他方、回転していないと判断した場合は、ステップS21へ戻る。
ステップS22では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号を受信している間の積算時間を算出する。
As shown in FIG. 8, in step S21 of the second mode, the controller 110 determines whether or not the ball bearings M171 and M172 are rotating depending on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection means M190. to decide.
If it is determined that it is rotating, the process proceeds to step S22.
On the other hand, if it is determined that it is not rotating, the process returns to step S21.
In step S <b> 22, the control unit 110 calculates the accumulated time while receiving the rotation detection signal from the ball bearing rotation detection means M <b> 190.

ステップS23では、制御部110が、ボールベアリング回転積算時間と、ボールベアリングM171、M172の耐用期間経過前の所定設定時間とを比べる。
ここで、所定設定時間は、ボールベアリングM171、M172の耐用期間経過前の回転積算時間であり、使用環境や用途等に応じて適切な安全率を見込むことが望ましい。
ボールベアリング回転積算時間がボールベアリングM171、M172の耐用期間経過前の所定設定時間に達したと判定した場合は、ステップS24へ進む。
ボールベアリング回転積算時間がボールベアリングM171、M172の耐用期間経過前の所定設定時間に満たないと判定した場合は、第2モードを終了する。
In step S <b> 23, the control unit 110 compares the ball bearing rotation integration time with a predetermined set time before the ball bearings M <b> 171 and M <b> 172 expire.
Here, the predetermined set time is the accumulated rotation time before the lifetime of the ball bearings M171 and M172 elapses, and it is desirable to anticipate an appropriate safety factor depending on the use environment, application, and the like.
If it is determined that the ball bearing rotation accumulated time has reached a predetermined set time before the lifetime of the ball bearings M171 and M172 has elapsed, the process proceeds to step S24.
When it is determined that the ball bearing rotation accumulated time does not reach the predetermined set time before the lifetime of the ball bearings M171 and M172 has elapsed, the second mode is terminated.

ステップS24では、制御部110が、報知手段130および表示手段120の少なくとも一方へ指示してモータM100やボールベアリングM171、M172の交換時期到来の旨を報知または表示させる。
そして、第2モードを終了する。
第2モードにより、ボールベアリングM171、M172の耐用期間経過を、回転積算時間から算出して予測することができる。
そして、この耐用期間経過予測に基づいて、モータM100やボールベアリングM171、M172の交換時期をユーザに知らせることができる。
In step S24, the control unit 110 instructs at least one of the notification unit 130 and the display unit 120 to notify or display that the replacement time of the motor M100 and the ball bearings M171 and M172 has arrived.
Then, the second mode ends.
With the second mode, the lifetime of the ball bearings M171 and M172 can be predicted by calculating from the accumulated rotation time.
And based on this lifetime prediction, it is possible to notify the user of the replacement time of the motor M100 and the ball bearings M171 and M172.

図9に示すように、第3モードのステップS31では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転しているか否かを判断する。
回転していると判断した場合は、ステップS32へ進む。
他方、回転していないと判断した場合は、ステップS31へ戻る。
ステップS32では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号を受信してからの時間を計測し、所定時間経過したか否かを判定する。
ここで、所定時間は、ボールベアリングM171、172が回転している状態から、再び回転が抑制された状態に移行させるために設定される時間であり、ボールベアリングM171、172が回転している時間を極力短くしたいという場合には数秒に設定したり、ある程度長く回転していてもよいという場合には数分から数時間に設定するといったように、使用環境や使用目的等に応じて適宜設定することができる。
そして、所定時間経過したと判定した場合は、ステップS33へ進む。
他方、所定時間経過していないと判定した場合は、ステップS32へ戻る。
As shown in FIG. 9, in step S31 of the third mode, the control unit 110 determines whether or not the ball bearings M171 and M172 are rotating depending on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection means M190. to decide.
If it is determined that it is rotating, the process proceeds to step S32.
On the other hand, if it is determined that it is not rotating, the process returns to step S31.
In step S32, the control unit 110 measures the time after receiving the rotation detection signal from the ball bearing rotation detection means M190, and determines whether or not a predetermined time has elapsed.
Here, the predetermined time is a time set for shifting from a state in which the ball bearings M171 and 172 are rotating to a state in which the rotation is again suppressed, and a time in which the ball bearings M171 and 172 are rotating. If you want to shorten the time as much as possible, set it to a few seconds, or if you want to rotate it to some extent, set it from a few minutes to a few hours. Can do.
And when it determines with predetermined time having passed, it progresses to step S33.
On the other hand, when it determines with predetermined time not having passed, it returns to step S32.

ステップS33では、制御部110が、モータM100の回転数を減少させる。
ステップS34では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転しているか否かを判断する。
回転していると判断した場合は、ステップS33へ戻る。
他方、回転していないと判断した場合、すなわち、補助軸受が非接触式ディテントトルク発生機構M180により、再び回転が抑制された状態に至ったと判断した場合は、ステップS35へ進む。
In step S33, control unit 110 decreases the rotation speed of motor M100.
In step S34, the control unit 110 determines whether or not the ball bearings M171 and M172 are rotating based on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection unit M190.
If it is determined that it is rotating, the process returns to step S33.
On the other hand, if it is determined that it is not rotating, that is, if it is determined that rotation of the auxiliary bearing has been suppressed again by the non-contact detent torque generating mechanism M180, the process proceeds to step S35.

ステップS35では、制御部110が、モータM100の回転数を増加させる。
ステップS36では、制御部110が、モータM100の回転数を当初の所定回転数に合わせ、第3モードを終了する。
第3モードにより、ボールベアリングM171、M172の回転が抑制された、モータ軸M120とスリーブM130とが揺動接触する前の回転状態および回転数に復帰する。
In step S35, control unit 110 increases the number of rotations of motor M100.
In step S36, control unit 110 matches the rotational speed of motor M100 with the initial predetermined rotational speed, and ends the third mode.
In the third mode, the rotation of the ball bearings M171 and M172 is suppressed, and the motor shaft M120 and the sleeve M130 return to the rotational state and the rotational speed before the rocking contact.

図10に示すように、第4モードのステップS41では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転しているか否かを判断する。
回転していると判断した場合は、ステップS42へ進む。
他方、回転していないと判断した場合は、ステップS41へ戻る。
As shown in FIG. 10, in step S41 of the fourth mode, the controller 110 determines whether or not the ball bearings M171 and M172 are rotating depending on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection means M190. to decide.
If it is determined that it is rotating, the process proceeds to step S42.
On the other hand, if it is determined that it is not rotating, the process returns to step S41.

ステップS42では、制御部110が、カウント値(k値)と、所定の閾値(一例として閾値=2)とを比べる。
カウント値が所定の閾値に達したと判定した場合は、第4モードを終了する。
他方、カウント値が所定の閾値に達していないと判定した場合は、ステップS43へ進む。
ステップS43では、制御部110が、モータM100の回転数を減少させる。
In step S42, the control unit 110 compares the count value (k value) with a predetermined threshold value (threshold value = 2 as an example).
If it is determined that the count value has reached a predetermined threshold, the fourth mode is terminated.
On the other hand, if it is determined that the count value has not reached the predetermined threshold value, the process proceeds to step S43.
In step S43, control unit 110 decreases the rotational speed of motor M100.

ステップS44では、制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号の受信の有無により、ボールベアリングM171、M172が回転しているか否かを判断する。
回転していると判断した場合は、ステップS43へ戻る。
他方、回転していないと判断した場合は、ステップS45へ進む。
ステップS45では、制御部110が、モータM100の回転数が所定回転数になるまで回転数を増加(加速)させる。
In step S44, the control unit 110 determines whether or not the ball bearings M171 and M172 are rotating based on whether or not a rotation detection signal is received from the ball bearing rotation detection unit M190.
If it is determined that it is rotating, the process returns to step S43.
On the other hand, if it is determined that it is not rotating, the process proceeds to step S45.
In step S45, control unit 110 increases (accelerates) the rotational speed until the rotational speed of motor M100 reaches a predetermined rotational speed.

ステップS46では、制御部110が、羽根車Wの回転数Nと、ボールベアリングM171、M172の回転数とを比べて、両者が等しいか否かを判定する。
ここで、ボールベアリングM171、M172の回転数は、ボールベアリング回転検出手段M190の例えば、磁界変化量、すなわち、単位時間当たりの磁界変化により算出する。
両者が等しいと判定した場合は、ステップS47へ進む。
他方、両者が等しくないと判定した場合は、第4モードを終了する。
In step S46, the control unit 110 compares the rotational speed N of the impeller W with the rotational speeds of the ball bearings M171 and M172, and determines whether or not they are equal.
Here, the rotation speeds of the ball bearings M171 and M172 are calculated by, for example, the magnetic field change amount of the ball bearing rotation detection means M190, that is, the magnetic field change per unit time.
If it is determined that both are equal, the process proceeds to step S47.
On the other hand, if it is determined that they are not equal, the fourth mode is terminated.

ステップS47では、制御部110が、カウント値を1だけ増加させる。
再びステップS42で、制御部110が、カウント値(k値)と、所定の閾値(一例として閾値=2)とを比べる。
カウント値が所定の閾値に達したと判定した場合は、動圧気体軸受にかじりが生じている異常状態であると判断して、第4モードを終了する。
他方、カウント値が所定の閾値に達していないと判定した場合は、ステップS43へ戻る。
第4モードにより、動圧気体軸受にかじりが生じているかどうかを、モータM100の回転数を減少させて、動圧気体軸受のみによる回転を試行することにより判断することができ、動圧気体軸受が回転できない異常状態(かじりが生じている)であると判断したときには、動圧気体軸受が異常状態であることを知らしめた上で、ボールベアリングM171、M172のみでモータM100を回転させることもできる。
この場合は、モータM100の回転数=ボールベアリングM171、M172の回転数となるため、ボールベアリングM171、M172が寿命に至るまでの時間が短くなるため、第2モードに記載した回転積算時間を利用して、第2モードよりもさらに安全率を見込んだ寿命前の回転積算時間を設定することにより、早めにモータM100の交換を促すことが望ましい。
In step S47, the control unit 110 increases the count value by one.
In step S42 again, the control unit 110 compares the count value (k value) with a predetermined threshold value (threshold value = 2 as an example).
If it is determined that the count value has reached a predetermined threshold value, it is determined that the dynamic pressure gas bearing is in an abnormal state, and the fourth mode is terminated.
On the other hand, if it is determined that the count value has not reached the predetermined threshold, the process returns to step S43.
In the fourth mode, whether or not the dynamic pressure gas bearing is galling can be determined by reducing the number of rotations of the motor M100 and trying to rotate only with the dynamic pressure gas bearing. When it is determined that the motor is not in a rotating state (galling occurs), the motor M100 is rotated only by the ball bearings M171 and M172 after notifying that the dynamic pressure gas bearing is in an abnormal state. it can.
In this case, since the number of rotations of the motor M100 is equal to the number of rotations of the ball bearings M171 and M172, the time until the ball bearings M171 and M172 reach the end of their service life is shortened. Then, it is desirable to prompt the replacement of the motor M100 earlier by setting the rotation integration time before the life expecting the safety factor more than in the second mode.

このようにして得られた本発明の第1実施例である人工呼吸装置100は、加圧手段としてのブロア140が、空気を吸引・圧縮する羽根車Wと、この羽根車Wを回転させるモータM100とを有し、モータM100が、モータケース体に対して回転自在なモータ軸と、モータケース体内に配設されて通電により磁力を発生する駆動コイルと、この駆動コイルとの吸引・反発力を利用して回転力を発生するロータマグネットと、モータ軸の周囲を覆うスリーブを有した動圧気体軸受とを備え、動圧気体軸受に対する補助軸受の一例であるボールベアリングM171、M172が、動圧気体軸受と直列配置され、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制する非接触式ディテントトルク発生機構M180が、ボールベアリングM171、M172と並列配置され、モータ軸M120とスリーブM130とを互いに離間した状態での動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTa、モータ軸M120とスリーブM130とが揺動接触することにより、動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクTka、ボールベアリングM171、M172の回転摩擦トルクTb、非接触式ディテントトルク発生機構M180によりボールベアリングM171、M172の回転を抑制した状態で発生する最大トルクTdmax、としたときに、(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)>(Ta)となるようにTdmaxの値が設定されていることにより、動圧気体軸受に致命的な損傷を与えることなく、回転体のモータケース体に対する総回転数を揺動接触の発生前後で変化なく略一定にして生体の肺へ空気を安定して供給することができる。   In the artificial respiration apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention thus obtained, the blower 140 as the pressurizing means has an impeller W that sucks and compresses air, and a motor that rotates the impeller W. A motor shaft that is rotatable with respect to the motor case body, a drive coil that is disposed within the motor case body and generates a magnetic force when energized, and an attractive / repulsive force between the drive coil The ball bearings M171 and M172, which are examples of auxiliary bearings for the dynamic pressure gas bearing, are provided with a rotor magnet that generates a rotational force using the motor and a dynamic pressure gas bearing having a sleeve that covers the periphery of the motor shaft. A non-contact type detent torque generating mechanism M180 that is arranged in series with the pressurized gas bearing and suppresses the rotation of the ball bearings M171 and M172 is a ball bearing M171. When the motor shaft M120 and the sleeve M130 are arranged in parallel and the motor shaft M120 and the sleeve M130 are separated from each other, the viscous friction torque Ta at the time of rotation of the dynamic pressure gas bearing and the motor shaft M120 and the sleeve M130 are in oscillating contact with each other. Contact friction torque Tka that may damage the bearing, rotational friction torque Tb of ball bearings M171 and M172, and maximum torque Tdmax generated while rotation of ball bearings M171 and M172 is suppressed by non-contact type detent torque generation mechanism M180 When the value of Tdmax is set so that (Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)> (Ta), the motor of the rotating body can be obtained without causing fatal damage to the dynamic pressure gas bearing. The total number of rotations with respect to the case body is kept almost constant before and after the occurrence of rocking contact. Air can be stably supplied to.

さらに、非接触式ディテントトルク発生機構M180が、モータ軸M120の周方向に極の替わる回転側磁石としての可動側環状磁石M181と、この可動側環状磁石M181より外周側に配設されて周方向に極の替わる固定側磁石としての固定側環状磁石M182とを備えていることにより、ボールベアリングM171、M172に回転が生じているときのディテントトルクTdによる実質的な損失を無くすことができる。   Further, a non-contact type detent torque generating mechanism M180 is disposed on the outer circumferential side of the movable side annular magnet M181 as a rotating side magnet whose pole is changed in the circumferential direction of the motor shaft M120, and in the circumferential direction. By providing the fixed-side annular magnet M182 as a fixed-side magnet whose poles are replaced with each other, substantial loss due to the detent torque Td when the ball bearings M171 and M172 are rotating can be eliminated.

また、補助軸受が、転がり軸受の一例であるボールベアリングM171、M172であることにより、モータ軸M120とスリーブM130とが揺動接触して動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクTaと接触摩擦トルクTsa=Tkaとの和が、ボールベアリングM171、M172の摩擦トルクTbと、ボールベアリングM171、M172の回転を抑制した状態で非接触式ディテントトルク発生機構M180により発生する最大トルクTdmaxとの和よりも大なる値((Ta+Tka)>(Tb+Tdmax))となったとき、すなわち、動圧気体軸受に凝着や焼付きなどのかじりが生じる前に、確実にボールベアリングM171、M172の回転を開始させることができる。   Further, since the auxiliary bearings are ball bearings M171 and M172 which are examples of rolling bearings, the motor shaft M120 and the sleeve M130 are in oscillating contact with each other, and the viscous friction torque Ta and the contact friction torque at the time of rotation of the hydrodynamic gas bearing. The sum of Tsa = Tka is larger than the sum of the friction torque Tb of the ball bearings M171 and M172 and the maximum torque Tdmax generated by the non-contact detent torque generating mechanism M180 in a state where the rotation of the ball bearings M171 and M172 is suppressed. When the value becomes large ((Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)), that is, before galling such as adhesion or seizure occurs in the dynamic pressure gas bearing, the rotation of the ball bearings M171 and M172 is surely started. Can do.

さらに、ボールベアリングM171、M172の回転を検出する回転検出手段であるボールベアリング回転検出手段M190が、モータケース体M110の内側に設置され、モータM100の回転を制御する制御部110が、ボールベアリング回転検出手段M190からの回転検出信号を受信することにより、制御部110はボールベアリングM171、M172の回転を把握することができる。
また、制御部110が、回転検出信号を受信したときに報知手段130に対して報知指令をすることにより、ユーザはボールベアリングM171、M172の回転を知ることができる。
Further, a ball bearing rotation detecting means M190, which is a rotation detecting means for detecting the rotation of the ball bearings M171 and M172, is installed inside the motor case body M110, and the control unit 110 for controlling the rotation of the motor M100 is used for the ball bearing rotation. By receiving the rotation detection signal from the detection means M190, the control unit 110 can grasp the rotation of the ball bearings M171 and M172.
In addition, when the control unit 110 receives a rotation detection signal, the control unit 110 issues a notification command to the notification unit 130, so that the user can know the rotation of the ball bearings M171 and M172.

また、制御部110が、回転検出信号を受信したときにボールベアリングM171、M172の回転積算時間を計測することにより、制御部110がボールベアリングM171、M172の耐用期間経過を回転積算時間から算出して予測することができる。
さらに、制御部110が、回転検出信号を受信した回数をカウントすることにより、制御部110がボールベアリングM171、M172の耐用期間経過を回転開始回数から算出して予測することができる。
Further, when the control unit 110 receives the rotation detection signal, the control unit 110 measures the accumulated rotation time of the ball bearings M171 and M172, so that the control unit 110 calculates the elapsed service life of the ball bearings M171 and M172 from the accumulated rotation time. Can be predicted.
Further, the control unit 110 counts the number of times the rotation detection signal is received, so that the control unit 110 can predict the lifetime of the ball bearings M171 and M172 from the number of rotation starts.

また、制御部110が、回転検出信号を受信した後、回転検出信号が無くなるまでモータM100の回転数を減少させ、回転検出信号が無くなった後にモータM100の回転数を増加させることにより、モータ軸M120とスリーブM130とが揺動接触する前の回転状態および回転数に復帰させることができるなど、その効果は甚大である。   In addition, after receiving the rotation detection signal, the control unit 110 decreases the rotation speed of the motor M100 until the rotation detection signal disappears, and increases the rotation speed of the motor M100 after the rotation detection signal disappears. The effect is enormous, for example, the rotational state and the rotational speed before M120 and the sleeve M130 are brought into oscillating contact can be restored.

続いて、本発明の第2実施例であるモータM200を用いたブロア240について、図11に基づいて説明する。
ここで、図11(A)は、本発明の第2実施例であるモータM200を用いたブロア240を示す側断面図であり、図11(B)は、図11(A)の符号11B−11Bで視た要部側断面図である。
第2実施例のモータM200は、第1実施例のスリーブ回転タイプのモータM100をシャフト回転タイプに変更したものであり、多くの要素について第1実施例のモータM100と共通するので、共通する事項については詳しい説明を省略し、下2桁が共通するM200番台の符号を付すのみとする。
Next, the blower 240 using the motor M200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Here, FIG. 11A is a side sectional view showing the blower 240 using the motor M200 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a reference numeral 11B- in FIG. It is principal part side sectional drawing seen by 11B.
The motor M200 of the second embodiment is obtained by changing the sleeve rotation type motor M100 of the first embodiment to a shaft rotation type, and many elements are common to the motor M100 of the first embodiment. Detailed explanation is omitted, and only the code of the M200 series in which the last two digits are common is attached.

本発明の第2実施例であるブロア240のモータM200では、図11(A)に示すように、羽根車WおよびハブHが、モータ軸M220と一体に回転するように取り付けられている。
また、ハブHの下方には、ロータケースM241が配設され、モータ軸M220と一体に回転するように構成されている。
ロータケースM241の内周側には、ロータマグネットM240が配設され、モータ軸M220と一体に回転するように構成されている。
In the motor M200 of the blower 240 according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11A, the impeller W and the hub H are attached so as to rotate integrally with the motor shaft M220.
A rotor case M241 is disposed below the hub H and is configured to rotate integrally with the motor shaft M220.
A rotor magnet M240 is disposed on the inner peripheral side of the rotor case M241 and is configured to rotate integrally with the motor shaft M220.

ロータマグネットM240の内周側には、ステータとして駆動コイルM250が配設されている。
また、駆動コイルM250の内周側には、ヨークM260が配設されている。
補助軸受としてのボールベアリングM271、M272が、ベアリングホルダM273、M274によってそれぞれ保持され、ベアリングホルダM273、M274は、ヨークM260に取り付けられている。
ボールベアリングM271、M272が、ステータを構成するヨークM260に対してスリーブM230を回転自在の支持している。
スリーブM230は、モータ軸M220の周囲に設けられている。
A drive coil M250 is provided as a stator on the inner peripheral side of the rotor magnet M240.
A yoke M260 is disposed on the inner peripheral side of the drive coil M250.
Ball bearings M271 and M272 as auxiliary bearings are respectively held by bearing holders M273 and M274, and the bearing holders M273 and M274 are attached to the yoke M260.
Ball bearings M271 and M272 rotatably support the sleeve M230 with respect to the yoke M260 constituting the stator.
The sleeve M230 is provided around the motor shaft M220.

非接触式ディテントトルク発生機構M280の回転側磁石としての可動側環状磁石M281が、スリーブM230の外周にスリーブM230と一体的に回転するように配設され、固定側磁石としての固定側環状磁石M282が、モータケース体M210に取り付けられている。
また、内側スラストマグネットM275が、図11(A)におけるモータ軸M220の下端にモータ軸M220と一体的に回転するように配設されている。
他方、外側スラストマグネットM276は、内側スラストマグネットM275と対向する位置でモータケース体M210に取り付けられている。
そして、太線一点鎖線で示すように、モータ軸M220と羽根車WとハブHと内側スラストマグネットM275とが、第1の回転子を構成する。
また、太線二点鎖線で示すように、スリーブM230と可動側環状磁石M281とボールベアリングM271、M272の内径側とが、第2の回転子を構成する。
A movable annular magnet M281 as a rotating magnet of the non-contact type detent torque generating mechanism M280 is disposed on the outer periphery of the sleeve M230 so as to rotate integrally with the sleeve M230, and a stationary annular magnet M282 as a stationary magnet. Is attached to the motor case body M210.
Further, the inner thrust magnet M275 is disposed at the lower end of the motor shaft M220 in FIG. 11A so as to rotate integrally with the motor shaft M220.
On the other hand, the outer thrust magnet M276 is attached to the motor case body M210 at a position facing the inner thrust magnet M275.
Then, as indicated by the thick dashed line, the motor shaft M220, the impeller W, the hub H, and the inner thrust magnet M275 constitute a first rotor.
Further, as indicated by a thick two-dot chain line, the sleeve M230, the movable-side annular magnet M281, and the inner diameter side of the ball bearings M271 and M272 constitute a second rotor.

さらに、図11(B)に示すように、ボールベアリング回転検出手段290は、例えば、2極着磁の可動側環状磁石M281と、この可動側環状磁石M281と対向する位置で基板M251に設置したホールセンサ291とにより構成してもよい。
可動側環状磁石M281が回転したときにホール電圧が変化する所謂、ホール効果を利用して検出することにより、ボールベアリングM271、M272の回転が検出される構成である。
このように、モータM200が、シャフト回転タイプであっても、上述した第1実施例のスリーブ回転タイプと同様の作用効果を得ることができる。
なお、2つの実施例において、非接触式ディテントトルク発生機構として、回転側磁石と固定側磁石とを回転軸と直交する向き(径方向)に対向配置した例を示したが、回転軸と同じ方向(軸方向)に対向配置することもできる。
これは、回転検出手段についても同様である。
また、非接触式ディテントトルク発生機構の固定側磁石(永久磁石)を、例えば内歯車のギヤ歯のように、回転側磁石に向かって複数の突起部が形成された磁性部材に置き換えることもできる。
Furthermore, as shown in FIG. 11 (B), the ball bearing rotation detecting means 290 is installed on the substrate M251 at a position facing the movable side annular magnet M281 and the movable side annular magnet M281, for example. A hall sensor 291 may be used.
The rotation of the ball bearings M271 and M272 is detected by detecting the so-called Hall effect in which the Hall voltage changes when the movable annular magnet M281 rotates.
Thus, even if the motor M200 is a shaft rotation type, the same operational effects as those of the sleeve rotation type of the first embodiment described above can be obtained.
In the two embodiments, as the non-contact type detent torque generating mechanism, an example in which the rotating side magnet and the stationary side magnet are arranged to face each other in the direction (radial direction) orthogonal to the rotating shaft is shown, but the same as the rotating shaft It can also be arranged opposite to the direction (axial direction).
The same applies to the rotation detection means.
Further, the fixed side magnet (permanent magnet) of the non-contact type detent torque generating mechanism can be replaced with a magnetic member in which a plurality of protrusions are formed toward the rotating side magnet, such as gear teeth of an internal gear. .

100 ・・・ 人工呼吸装置
110 ・・・ 制御部
111 ・・・ 駆動回路
120 ・・・ 表示手段
130 ・・・ 報知手段
140、 240 ・・・ ブロア
150 ・・・ 吸気流路
151 ・・・ 吸気用大気ポート
152 ・・・ フィルタ
153 ・・・ 酸素ポート
154 ・・・ 酸素ブレンダ
155 ・・・ 圧力センサ
156 ・・・ 吸気弁
160 ・・・ 呼気流路
161 ・・・ 呼気弁
162 ・・・ 流量センサ
163 ・・・ 呼気用大気ポート
C ・・・ カバープレート
E ・・・ 空気排出口
EF ・・・ 呼気用フィルタ
H ・・・ ハブ
HU ・・・ 加湿器
I ・・・ 空気吸引口
IF ・・・ 吸気用フィルタ
M100、M200 ・・・ モータ
M110、M210 ・・・ ケース体
M120、M220 ・・・ モータ軸
M130、M230 ・・・ スリーブ(動圧気体軸受)
M140、M240 ・・・ ロータマグネット
M241 ・・・ ロータケース
M150、M250 ・・・ 駆動コイル
M151、M251 ・・・ 基板
M160、M260 ・・・ ヨーク(絶縁コア)
M171、M271 ・・・ ボールベアリング(補助軸受)
M172、M272 ・・・ ボールベアリング(補助軸受)
M173、M273 ・・・ ベアリングホルダ
M174、M274 ・・・ ベアリングホルダ
M175、M275 ・・・ 内側スラストマグネット
M176、M276 ・・・ 外側スラストマグネット
M177 ・・・ 振動吸収用Oリング
M178 ・・・ 振動吸収用Oリング
M180、M280 ・・・ 非接触式ディテントトルク発生機構
M181、M281 ・・・ 可動側環状磁石(回転側磁石)
M182、M282 ・・・ 固定側環状磁石(固定側磁石)
M190、M290 ・・・ ボールベアリング回転検出手段
M191、M291 ・・・ ホールセンサ
MK ・・・ マスク
N ・・・ 羽根車の回転数
Na ・・・ 動圧気体軸受での回転数
Nb ・・・ ボールベアリングでの回転数
P ・・・ 患者
Ta ・・・ (動圧気体軸受の)回転時粘性摩擦トルク
Td ・・・ ディテントトルク
Tsa ・・・ (動圧気体軸受の)接触摩擦トルク
Tka ・・・ 動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルク
Tb ・・・ (ボールベアリングの)摩擦トルク
W ・・・ 羽根車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Artificial respiration apparatus 110 ... Control part 111 ... Drive circuit 120 ... Display means 130 ... Notification means 140, 240 ... Blower 150 ... Intake flow path 151 ... Inhalation Air port 152 ... Filter 153 ... Oxygen port 154 ... Oxygen blender 155 ... Pressure sensor 156 ... Intake valve 160 ... Exhalation flow path 161 ... Exhalation valve 162 ... Flow rate Sensor 163 ... Exhalation air port C ... Cover plate E ... Air exhaust port EF ... Exhalation filter H ... Hub HU ... Humidifier I ... Air suction port IF ... · Intake filters M100, M200 ... Motors M110, M210 ... Case bodies M120, M220 ... Motor shafts M130, M230 ... Three (Dynamic pressure gas bearing)
M140, M240 ... Rotor magnet
M241 ... Rotor case M150, M250 ... Drive coils M151, M251 ... Substrate M160, M260 ... Yoke (insulating core)
M171, M271 ... Ball bearing (auxiliary bearing)
M172, M272 ... Ball bearing (auxiliary bearing)
M173, M273 ... Bearing holders M174, M274 ... Bearing holders M175, M275 ... Inner thrust magnets M176, M276 ... Outer thrust magnets M177 ... O-rings for vibration absorption M178 ... For vibration absorption O-ring M180, M280 ... Non-contact detent torque generation mechanism M181, M281 ... Movable ring magnet (rotary magnet)
M182, M282 ... Fixed side annular magnet (fixed side magnet)
M190, M290 ... Ball bearing rotation detection means M191, M291 ... Hall sensor MK ... Mask N ... Impeller speed Na ... Speed Nb in dynamic pressure gas bearing ... Ball Number of revolutions P in the bearing P ... Patient Ta ... Viscous friction torque during rotation Td ... (Detent torque Tsa ... Contact friction torque Tka ... (with dynamic pressure gas bearing) ... Contact friction torque Tb that may damage the hydrodynamic gas bearing Fb (ball bearing) friction torque W ... impeller

Claims (7)

吸入口から空気を吸入して加圧する加圧手段と前記加圧手段で加圧された空気をマスクへ供給する吸気流路と前記マスクからの空気を排出する呼気流路とを備えた人工呼吸装置において、
前記加圧手段が、前記空気を吸引・圧縮する羽根車と、該羽根車を回転させるモータとを有し、
前記モータが、モータケース体と、このモータケース体に対して回転自在に支持されたモータ軸と、前記モータケース体内に配設されて通電により磁力を発生する駆動コイルと、該駆動コイルとの吸引・反発力を利用して回転力を発生するロータマグネットと、前記モータ軸の周囲を覆うスリーブを有した動圧気体軸受と、前記動圧気体軸受と直列配置されて前記モータ軸を回転自在に支持する補助軸受と、前記補助軸受と並列配置されて該補助軸受の回転を抑制する非接触式ディテントトルク発生機構とを備え、
前記モータ軸と前記スリーブとを互いに離間した状態での動圧気体軸受の回転時粘性摩擦トルクをTa、
前記モータ軸と前記スリーブとが揺動接触することにより、前記動圧気体軸受に損傷を与える虞のある接触摩擦トルクをTka、
前記補助軸受の回転摩擦トルクをTb、
前記非接触式ディテントトルク発生機構により前記補助軸受の回転を抑制した状態で発生する最大トルクをTdmax、としたときに、
(Ta+Tka)>(Tb+Tdmax)>(Ta)
となるようにTdmaxの値が設定されていることを特徴とする人工呼吸装置。
Artificial respiration comprising pressurizing means for sucking and pressurizing air from the suction port, an inspiratory flow path for supplying air pressurized by the pressurizing means to the mask, and an expiratory flow path for discharging air from the mask In the device
The pressurizing means has an impeller that sucks and compresses the air, and a motor that rotates the impeller.
The motor includes a motor case body, a motor shaft that is rotatably supported with respect to the motor case body, a drive coil that is disposed in the motor case body and generates a magnetic force by energization, and the drive coil. A rotor magnet that generates a rotational force using attraction / repulsion force, a dynamic pressure gas bearing having a sleeve that covers the periphery of the motor shaft, and the motor pressure shaft that is arranged in series with the dynamic pressure gas bearing can freely rotate. An auxiliary bearing to be supported on the non-contact type detent torque generating mechanism arranged in parallel with the auxiliary bearing to suppress the rotation of the auxiliary bearing,
The viscous friction torque during rotation of the dynamic pressure gas bearing in a state where the motor shaft and the sleeve are separated from each other is Ta,
When the motor shaft and the sleeve are in oscillating contact, a contact friction torque that may damage the dynamic pressure gas bearing is expressed as Tka,
Tb is the rotational friction torque of the auxiliary bearing.
When the maximum torque generated in a state where the rotation of the auxiliary bearing is suppressed by the non-contact detent torque generating mechanism is Tdmax,
(Ta + Tka)> (Tb + Tdmax)> (Ta)
A value of Tdmax is set so that
前記非接触式ディテントトルク発生機構が、前記モータ軸と一体的に回転して周方向に極の替わる回転側磁石と、該回転側磁石より外周側あるいは該回転側磁石の軸方向に対向配設されて周方向に極の替わる固定側磁石とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の人工呼吸装置。   The non-contact type detent torque generating mechanism is disposed so as to face the rotation side magnet that rotates integrally with the motor shaft and changes its pole in the circumferential direction, or on the outer side of the rotation side magnet or in the axial direction of the rotation side magnet. The artificial respiration apparatus according to claim 1, further comprising a fixed-side magnet whose pole is changed in the circumferential direction. 前記補助軸受が、転がり軸受であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の人工呼吸装置。   The artificial respiration apparatus according to claim 1 or 2, wherein the auxiliary bearing is a rolling bearing. 前記補助軸受の回転を検出する回転検出手段が、設置され、
前記モータの回転を制御する制御部が、前記回転検出手段からの回転検出信号を受信することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1つに記載の人工呼吸装置。
A rotation detecting means for detecting the rotation of the auxiliary bearing is installed,
The artificial respiration apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a control unit that controls rotation of the motor receives a rotation detection signal from the rotation detection unit.
前記制御部が、前記回転検出信号を受信したときに、前記補助軸受の回転積算時間の計測を開始することを特徴とする請求項4に記載の人工呼吸装置。 The artificial respiration apparatus according to claim 4 , wherein when the control unit receives the rotation detection signal, the control unit starts measuring the rotation integration time of the auxiliary bearing. 前記制御部が、前記回転検出信号を受信した回数をカウントすることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の人工呼吸装置。 The artificial respiration apparatus according to claim 4 or 5, wherein the control unit counts the number of times the rotation detection signal is received. 前記制御部が、前記回転検出信号を受信した後、前記回転検出信号が受信されなくなるまで前記モータの回転数を減少させ、前記回転検出信号が受信されなくなった後に前記モータの回転数を増加させ、補助軸受の回転を抑制した状態に復帰させることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1つに記載の人工呼吸装置。
After the control unit receives the rotation detection signal, the control unit decreases the rotation speed of the motor until the rotation detection signal is not received, and increases the rotation speed of the motor after the rotation detection signal is not received. The artificial respiration apparatus according to any one of claims 4 to 6 , wherein the rotation is returned to a state in which the rotation of the auxiliary bearing is suppressed.
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