JPH04148095A - ターボ形ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明はターボ形ポンプに関し、特に、バイオテクノ
ロジー、宇宙基地用機器、半導体製造技術および医療機
器等に適用されるターボ形ポンプに関する。

［従来の技術］ ターボ形ポンプは、インペラ（羽根車）を回転させ、流
体に回転運動を与えて圧力を上げるものであり、工業界
に広く用いられている。

第６図はバイオテクノロジー、半導体製造技術および医
療機器等に用いられる従来のターボ形ポンプを示す図で
ある。

第６図を参照して、ポンプ２０は、流体に回転運動を与
えるためのインペラ２１を備える。インペラ２１は回転
軸２２に軸支される。回転軸２２は、転がり軸受２３に
よって支持され、モータ２４により駆動される。モータ
２４により回転軸２２が回転すると、回転軸２２に軸支
されたインペラ２１が回転する。インペラ２１の回転に
より、流体は吸込管２６から吸込まれ、渦巻室２７を経
て吐出される。

バイオテクノロジー、半導体製造技術および医療機器等
に用いられるポンプは、極めてクリーンであることが要
求される。このため、第６図に示すポンプ２０では、流
体を汚染する汚染物質を発生する転がり軸受２３および
モータ２４から流体を隔離するために、インペラ２１側
の軸受２３とインペラ２１との間にシール２５を設けて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記シール２５は回転軸２２と接触して
いるために、この接触部分における発熱や汚染物質の発
生により流体が汚染されるという問題がある。

また、軸受部やモータ部からのごみあるいはさびによる
汚染を少なくするために、モータなどの電磁石をモール
ドし、あるいは鉄部にメツキを施すことが考えられる。

しかしながら、このような改良を加えてたしても、従来
のポンプではスピンドル内に流体が澱むところがあり、
このような澱みは流体の凝固や不純物の沈殿を生じるた
めに、バイオテクノロジーや医療機器等においては重大
な問題である。

それゆえに、この発明の主たる目的は、流体をクリーン
な状態でかつ澱みなく送ることのできるターボ形ポンプ
を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明は、インペラが制御式軸受によってケーシング
内の所定位置に非接触で支持され、かつ回転駆動手段に
よって回転駆動されるターボ形ポンプである。

上記回転駆動手段は、インペラの一方の面に設けられた
複数個の永久磁石と、ケーシングを介してインペラの複
数個の永久磁石に対向するようにして設けられ、インペ
ラを回転駆動するための複数個の固定子巻線とを含む。

また、上記制御式軸受は、インペラの他方の面に設けら
れた磁性部材と、インペラの磁性部材に対向するように
してケーシングに取付けられた電磁石とを含む。

［作用コ この発明では、インペラ本体は電動機の回転子として用
いられる。インペラ本体に設けられた複数個の永久磁石
と、それに対向して設けられた固定子巻線とによりトル
クが発生し、インペラが回転する。また、インペラの他
方の面に設けられた磁性部材と、ケーシングに取付けら
れた電磁石により制御式磁気軸受を構成し、インペラの
両面に作用する磁気的作用によって、ケーシング外から
インペラを非接触で支持するようにしている。

［発明の実施例］ 第１図は、この発明の一実施例のターボ形ポンプの構造
を示す断面図である。第１図において、ポンプ１のケー
シング２内には、インペラ３が設けられる。ケーシング
２は非磁性部材からなる。

インペラ３は、回転駆動手段を構成する永久磁石４を有
する非磁性部材５と、制御式磁気軸受のロータに相当す
る軟鉄部材６がリベット等で結合されて作られている。

また、この軟鉄部材６は表面処理され、錆などが生じな
いように考慮されている。永久磁石４はインペラ３の円
周方向に分割されており、互いに隣接する磁石の磁界の
方向が逆方向となるように着磁されている。インペラ３
の永久磁石４を有する側に対向するようにして、ケーシ
ング２外部には固定子７が設けられる。固定子７には、
第２図に示すように、円周上に固定子巻線８が配置され
る。固定子巻線８の個数はインペラ３側の永久磁石４の
個数の１．５倍となっている。固定子７側には、インペ
ラ３の回転位置を検出するセンサ（図示せず）が設けら
れていて、その回転位置に応じて各固定子巻線８に接続
された無接点制御整流子（図せず）をオン・オフするこ
とにより、磁界を回転させ、永久磁石４が設けられたイ
ンペラ３を回転する。

一方、インペラ３の軟鉄部材６を有する側に対向するよ
うにして、ケーシング２には、永久磁石４と固定子巻線
８との磁気的作用と釣合ってインペラ３をケーシング２
の中心に保持するように作用する電磁石１０が取付けら
れる。電磁石１０は、この実施例では、第３図に参照符
号ｍ１〜ｍ４で示すように、４個設けられるが、少なく
とも３個の電磁石を設ける必要がある。これは、第４図
に示すように、座標軸２方向（インペラの軸方向）の力
を釣り合わせ、かつｚ軸に直交するＸ軸およびｙ軸回り
のモーメントを０にするためである。

電磁石１０は、第３図に示すように、２本−組のヨーク
１１と、１本のヨークの回りに巻回されたコイル１２と
からなる。

電磁石間には、位置センサＳ１〜Ｓ４が設けられる。こ
の位置センサＳ１〜Ｓ４により電磁石１０と軟鉄部材６
との隙間の間隔が検知され、この検知出力はコイル１２
に与えられる電流を制御する制御部（図示せず）にフィ
ードバックされる。

これにより、第４図に示す２．θ８．θ７が制御され、
インペラ３はケーシング２の中心に保持される。

インペラ３に重力等により半径方向の力が作用しても、
電磁石１０と軟鉄部材６との間の磁束（第１図に破線で
示す）の剪断力が作用するために、インペラ３はケーシ
ング２の中心に保持される。

このようにして、磁気的に支持された状態で、第５図に
示すようにインペラ３が回転すると、流体は吸入口１３
から吸入され、吐出口１４へ送られる。

インペラ３はケーシング２により固定子７および電磁石
１０から隔離されており、汚染を受けることがないので
、ポンプ１から吐出される流体はクリーンな状態を保持
する。

また、ポンプ２において流体が澱むところはないので、
当該ポンプを血液ポンプに適用しても、血栓などを生じ
ることはない。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば、インペラを軸支する
ことなく、インペラを磁気的作用によって非接触でケー
シング外部から支持するようにしたので、流体を汚染す
ることなくかつ澱みなく送ることができる。

また、この発明のポンプは、ポンプ本体の軸、軸受、シ
ールのみならず駆動用のモータの軸、軸受も一切不要で
あり、摩耗を生ずる運動機械部分が一切存在しないので
、保守管理が不要なる。

さらに、この発明のポンプの寿命は、ポンプを構成する
材料の耐蝕性と電気回路の寿命にのみ依存するので、ポ
ンプの半永久的な運転が可能となる。このことは人工心
臓や宇宙機器にとって、きわめて重要である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のターボ形ポンプの構造を
示す断面図である。第２図は第１図に示す固定子の巻線
の配置状態を示す図である。第３図は第１図に示す■−
■に沿う断面図である。第４図は第１図に示すインペラ
の釣合状態を説明するための図である。第５図は第１図
に示すターボ形ポンプのポンプ作用を説明するための図
である。 第６図は従来の渦巻形ポンプを示す断面図である。 図において、１はターボ形ポンプ、２はケーシング、３
はインペラ、４は永久磁石、５は非磁性部材、６は磁性
部材、７は固定子、８は固定子巻線、１０は電磁石を示
す。 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 インペラが制御式軸受によってケーシング内の所定位置
   に非接触で支持され、かつ回転駆動手段によって回転駆
   動されるターボ形ポンプであって、前記回転駆動手段は
   、 前記インペラの一方の面に設けられた複数個の永久磁石
   と、 前記ケーシングを介して前記インペラの前記複数個の永
   久磁石に対向するようにして設けられ、前記インペラを
   回転駆動するための複数個の固定子巻線とを含み、 前記制御式軸受は、 前記インペラの他方の面に設けられた磁性部材と、 前記インペラの前記磁性部材に対向するようにして前記
   ケーシングに取付けられた電磁石とを含む、ターボ形ポ
   ンプ。