WO2021015034A1 - ポンプ - Google Patents

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WO2021015034A1
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bearing
rotor
pump
driven
magnetic
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PCT/JP2020/027209
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鬼塚　敏樹
進一郎 是枝
利晃 亀井
拓哉 関
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株式会社イワキ
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Priority to JP2021533953A priority patent/JPWO2021015034A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a pump.
  • a pump including a magnetic bearing that non-contactly supports the load of the impeller of a pump device by magnetic force and a drive unit that drives a driven member provided in the impeller by a magnetic coupling is known (for example, a patent). Reference 1).
  • a bearing magnet as a rotor member is provided on the outer periphery of the rotor of the impeller, and a magnetic core as a stator member is arranged at a position facing the bearing magnet on the inner circumference of the housing to form a magnetic bearing.
  • the interaction force between the bearing magnet and the bias magnet is made asymmetric, the impeller is urged in a certain radial direction, and the rotor is stopped at a certain position, so that the rotor orbits. It suppresses exercise.
  • the stator member of the magnetic bearing is composed of a simple permanent magnet and a magnetic material
  • the bearing mechanism may break down depending on the load of the pump and the type of transfer fluid.
  • the position control and attitude control of the rotor are performed according to the operating conditions such as the load of the pump. There is a problem that it is difficult to accurately perform the rotation control including.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a pump capable of accurately controlling the rotation of the rotor according to the operating condition of the pump.
  • the pump according to the present invention controls a rotor, a magnetic bearing that supports the rotor by magnetic force, a drive mechanism that rotationally drives the rotor, a pump mechanism including an impeller attached to the rotor, and the magnetic bearing.
  • the magnetic bearing includes a bearing rotor member made of a magnetic material provided on the rotor and a bearing stator member arranged so as to face the bearing rotor member, and the bearing stator member.
  • the control unit includes a drive unit that is arranged so as to face each other in the radial direction and is magnetically coupled to the driven member to drive the rotor, and the control unit detects the displacement of the rotor from a first sensor unit that can detect the displacement. It is characterized in that the rotation position of the rotor is corrected based on the signal.
  • the core of the bearing stator member has a vertical cross-sectional shape extending in a first direction orthogonal to the direction opposite to the bearing rotor member, and a first portion around which the coil is wound.
  • a pair of second portions extending from both ends of the first portion in the first direction toward the bearing rotor member side and then extending in a direction approaching each other in the first direction, and tips of the pair of second portions. It is formed so as to have a pair of third portions extending from the portion toward the bearing rotor member side.
  • the drive unit is arranged inside the driven member in the radial direction, and a plurality of bearing stator members are arranged outside the bearing rotor member in the radial direction. It faces the rotor member in the radial direction.
  • the drive unit is arranged outside the driven member in the radial direction, and a plurality of the bearing stator members are arranged inside the bearing rotor member in the radial direction. It faces the bearing rotor member in the radial direction.
  • control unit includes a second sensor unit that detects the rotation speed of the drive motor that rotates the drive unit, and a third sensor unit that detects the rotation speed of the rotor. Performs rotation synchronization correction between the drive motor and the rotor based on the detection signals from the second and third sensor units.
  • the pump mechanism is provided in a casing forming an accommodating space for accommodating the rotor and a portion of the casing opposite to the accommodating space in the axial direction, and the rotor is provided. It is provided with an auxiliary member that attracts with a predetermined magnetic force.
  • the rotor has a bearing / driven assembly in which the bearing rotor member and the driven member are integrally fixed, and movement of the bearing / driven assembly in the rotational direction is restricted.
  • the bearing / driven assembly includes the bearing rotor member, the driven member arranged radially inside or outside the bearing rotor member, and the bearing. It has a rotation restricting member that connects the rotor member and the driven member in a state in which movement in the rotational direction is restricted to each other.
  • the bearing rotor member comprises an annular permanent magnet and a pair of annular yokes arranged to sandwich the permanent magnet in the first direction.
  • the driven member has a plurality of permanent magnets magnetized in the radial direction so that N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor, and the rotation restricting member includes the bearing rotor member and the bearing rotor member. It has a cylindrical portion inserted between the driven members, and a flange portion that abuts on the end surface of the bearing rotor member in the first direction and has an outer shape other than a perfect circle in the axial direction.
  • a claw portion that is hooked on the edge portion of the circumferential boundary of the plurality of permanent magnets of the driven member is formed, and the end surface of the bearing rotor member of the flange portion is formed.
  • a convex portion that fits into a concave portion provided on the end surface is formed on the contact surface of the bearing, and the accommodating portion has a fitting portion that is formed in a shape that matches the outer shape of the flange portion.
  • control unit determines an abnormality of the magnetic bearing based on the information representing the state of the magnetic bearing including the detection signal, and based on the determination result, of the drive mechanism. Stop the operation.
  • the rotary blades attached to the rotary shaft of the drive motor and rotating together with the rotary shaft are arranged at positions facing the rotary blades and the rotary shaft in the axial direction, and the magnetic field.
  • a substrate for supplying an exciting current to the coil of the bearing stator member of the bearing is further provided.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 100 according to the first embodiment, omitting a part.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line MM'of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged vertical sectional view schematically showing a magnetic bearing 110 of the pump 100.
  • the pump 100 is used as a magnet pump for fluid transfer, and includes a rotor 120, a magnetic bearing 110 that supports the rotor 120 in a non-contact manner by magnetic force, and a rotor. It includes a magnetic coupling type drive mechanism 130 that rotationally drives the 120, a pump mechanism including an impeller 122 attached to the rotor 120, and a controller 160 as a control unit capable of controlling at least the magnetic bearing 110.
  • the rotation axis (Z axis) direction of the rotor 120 is the Z axis direction (also referred to as the axial direction and the Z direction), and the radial direction of the rotor 120 is the X axis direction and the Y axis direction (radial direction, X).
  • the direction of rotation around the Z-axis (rotation axis) is called the ⁇ direction
  • the direction of rotation around the X-axis is called the ⁇ direction
  • the direction of rotation around the Y-axis is called the ⁇ direction.
  • the X-axis, the Y-axis and the Z-axis are orthogonal to each other.
  • the right side facing the paper surface is the front side of the pump 100, and the left side is the rear side.
  • the pump 100 is formed in a cylindrical shape as a whole, and has a front casing 141 on one side in the Z-axis direction.
  • the front casing 141 has a pump chamber A1 formed inside, a cylindrical suction port 151 communicating with the pump chamber A1 in the front central portion, and a discharge port 152 communicating with the pump chamber A1 on the side surface.
  • a rear casing 142 is connected to the rear end of the front casing 141.
  • the rear casing 142 forms a closed space A including the pump chamber A1 together with the front casing 141. Further, the rear casing 142 forms an annular space (accommodation space) A2 protruding rearward.
  • a cylindrical bracket 143 is provided so as to cover the outer periphery of the rear casing 142.
  • the rotor 120 is housed in the closed space A.
  • the rotor 120 is entirely made of a non-magnetic material such as resin, and has an impeller 122 provided on the front side, which is one end in the axial direction, and an annular bearing provided on the rear side, which is the other end in the axial direction.
  • the driven portion 121 is integrally formed.
  • the impeller 122 is housed in the pump chamber A1 and constitutes a pump mechanism together with the pump chamber A1.
  • the bearing / driven portion 121 is housed in the annular space A2.
  • a magnetic bearing 110 that supports the rotor 120 by a magnetic force is provided on the outer peripheral side of the bearing / driven portion 121 of the rotor 120. Further, a drive mechanism 130 for driving the rotor 120 is provided on the inner peripheral side of the bearing / driven portion 121 of the rotor 120.
  • the magnetic bearing 110 includes a bearing rotor member 111 made of an annular magnetic material mounted on the outer peripheral side of the bearing / driven portion 121 of the rotor 120, and a bearing rotor member 111 outside the bearing rotor member 111 in the radial direction. It has a bearing stator member 112 arranged with respect to the above. The bearing stator member 112 is mounted between the rear casing 142 and the cylindrical bracket 143.
  • the bearing rotor member 111 is, for example, an annular electromagnetic soft iron that is concentric with a permanent magnet 113 made of a neodymium magnet formed in an annular shape and sandwiched in an axial direction (Z-axis direction). It has yokes 114 and 115 made of.
  • the permanent magnet 113 is magnetized so that, for example, the north and south poles face each other in the axial direction and become the same pole over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the bearing stator member 112 is arranged at four locations in the circumferential direction of the bearing rotor member 111 at an angle of 90 °, as shown in FIG.
  • the pair of bearing stator members 112 facing in the X-axis direction control the position of the rotor 120 in the X-axis direction and the angle in the ⁇ direction
  • the pair of bearing stator members 112 facing in the Y-axis direction Controls the position of the rotor 120 (not shown) in the Y-axis direction and the angle in the ⁇ direction.
  • these bearing stator members 112 control the height in the Z-axis direction.
  • a displacement sensor (first sensor unit) 116 capable of detecting displacement of the bearing rotor member 111 in the radial direction and each rotational direction forms an angle of 45 ° with the bearing stator member 112, respectively (that is,).
  • X-axis direction and Y-axis direction intersect at an angle of 45 °, respectively
  • a plurality of (here, four) are arranged.
  • these displacement sensors 116 include, but are not limited to, eddy current type sensors, and various sensors may be adopted.
  • the number of bearing stator members 112 is not limited to these, and various forms such as 6, 10, 12, and 16 can be adopted.
  • the displacement sensor together with the displacement sensor 116, is provided on, for example, a yoke base 144 or the like so as to face the bearing / driven portion 121 in the axial direction (not shown), and the axial direction of the bearing rotor member 111 or the like and It also includes sensors that can detect displacement in the rotational direction.
  • the arrangement mode and number of the displacement sensors 116 and the like are not limited to this, and various forms can be adopted.
  • the impeller 122 is arranged on one side of the rotor 120, when the rotor 120 is tilted with respect to the Z axis, the rotor 120 is centered on the position close to the impeller 122 on the Z axis.
  • the displacement sensor 116 is arranged at a position away from the impeller 122, preferably at the center position in the Z-axis direction of the bearing / driven portion 121, the displacement sensor 116 can be used. Since the position of the rotor 120 in the X-axis direction and the angle in the ⁇ direction, the position in the Y-axis direction and the angle in the ⁇ direction can be detected, the inclination of the rotation axis can be sufficiently controlled by biaxial control. Become.
  • the bearing stator member 112 has, for example, a core 117 made of a magnetic material such as a laminated electromagnetic steel plate, and a coil 118 wound around the core 117.
  • the vertical cross-sectional shape of the core 117 is substantially C-shaped with the bearing rotor member 111 side as the open end. Specifically, as shown in FIG. 3, the vertical cross-sectional shape of the core 117 extends in the first direction (Z-axis direction in this example) orthogonal to the direction (radial direction) facing the bearing rotor member 111, and the coil.
  • a pair of second portions 117b extending from both ends of the first portion 117a around which 118 is wound and both ends in the Z-axis direction toward the bearing rotor member 111 and then extending in a direction approaching each other in the Z-axis direction.
  • a pair of third portions 117c extending from each tip of the pair of second portions 117b toward the bearing rotor member 111 side.
  • the core 117 has a C-shape in the vertical cross-sectional shape, which should originally extend linearly from both ends of the first portion 117a around which the coil 118 is wound in the Z-axis direction toward the bearing rotor member 111.
  • the open end portion has a pair of key-shaped portions, and the open end side portions have a shape close to each other.
  • the length l of the coil 118 in the Z-axis direction is longer than the distance L1 between the facing surfaces of the pair of third portions 117c on the open end side of the core 117 in the Z-axis direction. Can also be increased. That is, the distance between the tips of the open ends can be made smaller than the length of the wound portion of the coil 118 in the Z-axis direction. Further, the width of the core 117 on the open end side, that is, the distance L2 between the facing surface and the opposite surface of the pair of third portions 117c in the Z-axis direction is larger than the original length L4 of the core 117 in the Z-axis direction. It is small and has a size substantially equal to the length L3 of the bearing rotor member 111 in the Z-axis direction.
  • the drive mechanism 130 has a driven magnet 131 as an annular driven member mounted on the inner peripheral side of the bearing / driven portion 121 of the rotor 120, and a predetermined distance from the driven magnet 131 inside the driven magnet 131 in the radial direction. It has a drive magnet 132 as a drive unit arranged via the above. Further, the drive mechanism 130 includes a motor shaft 133 in which the drive magnet 132 is mounted on the tip portion and is rotatably supported by a bearing 135, and a drive motor 134 that rotationally drives the motor shaft 133.
  • the driven magnet 131 and the driving magnet 132 are composed of, for example, neodymium magnets magnetized in two or four poles in the radial direction. Further, in this example, the drive magnet 132 and the motor shaft 133 are shown as having substantially the same diameter, but they do not necessarily have to have the same diameter.
  • the controller 160 detects the displacement of the rotor 120 in each direction and each rotation direction based on the detection signal from the displacement sensor including the displacement sensor 116 described above, and accordingly, the coil of the bearing stator member 112 of the magnetic bearing 110. Finely control the current flowing through 118. As a result, the position in the X-axis direction and the angle in the ⁇ direction, the position in the Y-axis direction and the angle in the ⁇ direction, and the height in the Z-axis direction of the rotor 120 are controlled in real time to correct the rotation position.
  • the controller 160 may be configured to control the drive mechanism 130 based on a detection signal from another sensor described later.
  • the controller 160 controls the current flowing through the coil 118 as described above so as to correct the displacement of the rotor 120 in each direction and the inclination in the ⁇ and ⁇ directions detected by the displacement sensor 116 and the like, and the coil 118. Adjusts the control magnetic flux generated by. As a result, the rotor 120 is supported in a non-contact state by the magnetic bearing 110 while maintaining a predetermined position and a predetermined posture.
  • the drive motor 134 rotates the motor shaft 133 to rotate the drive magnet 132, and the magnetic force of the drive magnet 132 drives the driven magnet 131 to drive the rotor 120, that is, the impeller 122 in the closed space A. It rotates by contact.
  • the transfer fluid is introduced into the pump chamber A1 via the suction port 151, and the transfer fluid is discharged from the inside of the pump chamber A1 to the outside through the discharge port 152.
  • the magnetic flux F is controlled by the coil, it is desired to reduce the inductance as much as possible in order to improve the responsiveness. It is known that the inductance of this coil is proportional to the cross-sectional area of the coil and inversely proportional to the coil length. Therefore, in order to improve the responsiveness, the core should be increased in length while reducing the cross-sectional area. Need to wrap.
  • the thickness of the bearing rotor member of the rotor in the axial direction also increases, so that the restoring force of the rotor is reduced, and the rotor is particularly tilted.
  • the restoration torque decreases and the size of the magnetic bearing in the axial direction increases.
  • the restoring force of the position and inclination of the rotor 120 by the magnetic bearing 110 is the third portion which is the open end of the bearing stator member 112 as described above. It is found that the length L2 in the Z-axis direction of 117c is substantially equal to the length L3 in the Z-axis direction of the bearing rotor member 111, and the shorter the length L3 in the Z-axis direction of the bearing rotor member 111, the larger the length.
  • the third portion which is a portion facing the bearing rotor member 111 at the open end as compared with the general U-shaped core. Since the length L2 in the Z-axis direction of 117c can be shortened, the length L3 in the Z-axis direction of the bearing rotor member 111 is shorter than that of a general one while maintaining the required number of turns of the coil 118. Can be configured. As a result, sufficient restoring force can be secured.
  • the distance L1 between the third portions 117c of the core 117 and the height of the permanent magnet 113 in the Z-axis direction are substantially equal, and each third portion of the core 117 is provided. It is desirable that the width of 117c in the Z-axis direction is substantially equal to the thickness of the yokes 114 and 115 in the Z-axis direction.
  • the coil 118 of the core 117 Since the structure is such that the length L4 of the first portion 117a to be wound can be sufficiently secured, the length l of the coil 118 in the Z-axis direction can be lengthened and the cross-sectional area of the coil 118 can be reduced. , It is possible to suppress the inductance of the coil 118 and improve the responsiveness.
  • the outer peripheral surface of the bearing rotor member 111 is formed of a curved surface, but the magnetic pole surface 117d (see FIG. 3) of the core 117 is formed of a flat surface.
  • the magnetic pole surface 117d is formed on the same plane extending in the X-axis direction or the Y-axis direction and the Z-axis direction.
  • the magnetic pole surface 117d of the core 117 is formed of a curved surface along the outer peripheral surface of the bearing rotor member 111
  • the magnetic flux F of the magnetic field is concentrated on the circumferential end of the magnetic pole surface 117d.
  • it is formed on a flat surface it is possible to prevent such concentration of the magnetic flux F.
  • the pump 100 can control the five degrees of freedom in the radial direction, the axial direction, and the two radial rotation axis directions by the magnetic bearing 110 and the controller 160, as described above.
  • the restoring force and responsiveness of the 120 can be enhanced, and the rotation control of the rotor 120 and the impeller 122 according to the operating condition of the pump 100 can be accurately performed.
  • the cross section of the coil 118 of the magnetic bearing 110 can be reduced, the entire shape including the drive motor 134 and the pump mechanism can be made into a cylindrical shape having a small diameter. Therefore, it is compact and highly interchangeable with other pumps.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 100A according to the second embodiment of the present invention, omitting a part.
  • the drive motor 134 and the controller 160 of the drive mechanism 130 are not shown.
  • a magnet 133a for detecting the number of rotations is attached to the motor shaft 133, and the magnet 133a is attached to the bottom portion (the portion on the bearing 135 side) of the bracket 143. It differs from the pump 100 of the first embodiment in that it includes a detection element (second sensor unit) 161 for detecting and a detection element (third sensor unit) 162 for detecting the driven magnet 131.
  • a so-called step-out detection function can be provided. That is, the bearing rotor member 111 floating on the magnetic bearing 110 rotates together with the driven magnet 131 in the bearing / driven portion 121 of the impeller 122. Then, the driven magnet 131 rotates synchronously by the magnetic attraction force of the driving magnet 132.
  • the driven magnet 131 and the drive magnet 132 which are synchronized by the magnetic attraction force, cannot withstand the load applied to the impeller 122 and cannot be synchronized, that is, so-called step-out.
  • the impeller 122 cannot be rotated.
  • the controller 160 calculates the rotation speed of the motor shaft 133 based on the detection signal from the detection element 161 and determines the rotation speed of the driven magnet 131 (that is, the rotation speed of the impeller 122) based on the detection signal from the detection element 162. By calculating and comparing these rotation speeds, step-out determination is performed.
  • the controller 160 When it is determined that the step-out has occurred based on the result of the step-out determination, the controller 160, for example, temporarily stops the rotation by the drive motor 134 and causes the rotation again, so that the driven magnet 131 and the drive magnet 132 By magnetic attraction, the motor shaft 133 and the impeller 122 can be synchronized and rotated (rotation synchronization correction).
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 100B according to the third embodiment of the present invention, omitting a part.
  • the pump 100B according to the third embodiment serves as an auxiliary member that attracts the bearing rotor member 111 to the surface of the rear casing 142 opposite to the annular space A2 in the Z-axis direction by magnetic attraction. It is different from the pump 100 of the first embodiment in that the auxiliary magnet 163 is provided.
  • the auxiliary magnet 163 attracts the bearing rotor member 111 to the rear side in the Z-axis direction and prevents the impeller 122 from moving in the axial direction.
  • the magnetic force of the auxiliary magnet 163 is set to such an extent that the support by the magnetic bearing 110 does not break and the impeller 122 does not move in the axial direction.
  • the auxiliary magnet 163 is magnetized so that the north and south poles face each other in the axial direction and become the same pole over the entire circumference in the circumferential direction, like the permanent magnet 113 of the bearing rotor member 111.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 100C according to the fourth embodiment of the present invention, omitting a part.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view schematically showing the magnetic bearing 110 of the pump 100C.
  • the pump 100C according to the fourth embodiment is the same as the pump 100 of the first embodiment in that it has the magnetic bearing 110, but the bearing rotor member 171 of the magnetic bearing 110 It differs from the pump 100 of the first embodiment in that the configuration is different from the configuration of the bearing rotor member 111.
  • the bearing rotor member 171 includes, for example, an annular permanent magnet 113 and a pair of annular yokes 174 and 175 that are concentric with the permanent magnet 113 and are arranged so as to be sandwiched in the axial direction (Z-axis direction).
  • the pair of yokes 174 and 175 have a substantially U-shape with the bearing stator member 112 side as the open end and the center in the Z-axis direction being cut off.
  • the vertical cross-sectional shapes of the pair of yokes 174 and 175 are in the Z-axis direction so as to cover the end faces of the permanent magnet 113 on the first direction (here, the Z-axis direction) side.
  • the bearing stator member 112 has a pair of fifth portions 174b and 175b extending in a direction approaching each other in the Z-axis direction so as to form a first gap 176 with the end surface on the side away from the bearing stator member 112.
  • the tips of the fifth portions 174b and 175b of the above are separated from each other so as to form a second gap 177 that communicates with the first gap 176.
  • the magnetic circuit of the bias magnetic flux Fb by the permanent magnet 113 is stabilized, and the control magnetic flux Fc generated by the coil 118 can be passed through the bearing rotor member 171 with as little loss as possible. Therefore, it may be combined with a bearing stator member having a general U-shaped core, but in particular, a magnetic bearing may be combined with the bearing stator member 112 according to the present embodiment having the first portion 117a to the third portion 117c.
  • the 110 it is possible to accurately control the rotation of the rotor 120 according to the operating condition of the pump 100C.
  • FIG. 8 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 200 according to the fifth embodiment of the present invention, omitting a part.
  • the pump 200 according to the fifth embodiment is different from the pump 100 of the first embodiment in that the arrangement mode of the magnetic bearing 110 and the drive structure of the drive mechanism 130 are different. .. That is, in the pump 100 of the first embodiment, the drive magnet 132, the driven magnet 131, the bearing rotor member 111, and the bearing stator member 112 are arranged in this order from the axis center of the motor shaft 133 toward the outside in the radial direction. On the other hand, in the pump 200 of the fifth embodiment, the arrangement order of these configurations is completely reversed from the shaft center of the motor shaft 133 to the outside.
  • the bearing / driven portion 121 of the rotor 120 is supported by the magnetic bearing 110 from the inside of the annular space A2, and the drive magnet on the tip side of the drive cylinder portion 136 attached to the tip of the motor shaft 133 from the outside of the annular space A2.
  • the bearing / driven portion 121 is driven by 132 to rotate the impeller 122, that is, the magnetic bearing 110, the driven magnet 131, and the drive magnet 132 are arranged in this order from the center of the shaft to the outside.
  • the impeller 122 is rotated by a larger torque than in a configuration in which the impeller 122 is driven from the inside of the annular space A2 as in the pump 100 of the first embodiment. It becomes possible to make it.
  • FIG. 9 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 201 according to the sixth embodiment of the present invention, with some parts omitted.
  • the pump 201 according to the sixth embodiment has a shaft center of the motor shaft 133 with respect to the configuration of the pump 100C of the fourth embodiment as in the pump 200 of the fifth embodiment.
  • the point that the magnetic bearing 110, the driven magnet 131, and the drive magnet 132 are arranged from the outside in the radial direction to drive the impeller 122 from the outside of the annular space A2 is the pump 100C of the fourth embodiment.
  • the impeller 122 can be rotated with a larger torque than that driven from the inside of the annular space A2, and the rotation control of the rotor 120 according to the operating condition of the pump 201 can be performed with high accuracy. it can.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the pump 100 according to the seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a block diagram showing a circuit configuration of the pump 100. Although illustration and description are omitted, it goes without saying that the configuration of the present embodiment can be applied to the pumps 100, 100A to 100C, 200, 201 according to the first to sixth embodiments.
  • a drive motor stop device 164 connected to a power supply line 100c is connected to the pump 100 of the seventh embodiment via a signal line 100a and a power supply line 100b.
  • the drive motor stop device 164 constitutes a control unit together with the controller 210, and has a function (stop function) of stopping the operation of the drive motor 134 when, for example, an abnormality occurs in the magnetic bearing 110 of the pump 100.
  • the controller 210 determines the abnormality of the magnetic bearing 110 and the determination result based on the information indicating the state of the magnetic bearing 110 including the detection signal of the displacement sensor 116 or the like from the magnetic bearing 110 side.
  • the drive motor stop device 164 By activating the drive motor stop device 164 based on the above, for example, the power supply to the drive motor 134 by the power supply line 100b is cut off, and the operation is stopped. As a result, it is possible to effectively prevent the impeller 122, the rotor 120, the rear casing 142, and the like that may occur when an abnormality occurs in the magnetic bearing 110.
  • the drive motor stop device 164 includes, for example, a transistor 165, a manual switch 166, and a relay unit 168.
  • the transistor 165 drives the relay unit 168 under the control of the controller 210.
  • the switch button 166a of the manual switch 166 is exposed to the outside of the housing (see FIG. 10).
  • the relay unit 168 may be composed of a solid state relay (SSR) or a mechanical relay.
  • the drive motor stop device 164 is connected to the controller 210 provided in the pump 100 via the signal line 100a.
  • the controller 210 includes a driver circuit 202 that drives the coil 118 of the magnetic bearing 110, and a CPU 204 that controls the driver circuit 202 based on the output of the displacement sensor 116.
  • the pump 100 configured in this way operates as follows, for example. Specifically, when the detection signal from the displacement sensor including the displacement sensor 116 input to the CPU 204 shows an abnormal value, the CPU 204 determines that there is an abnormality in the magnetic levitation and shifts the signal line 100a from the L level. Start up to H level (abnormal signal). As a result, the transistor 165 in the drive motor stop device 164 is turned on, the relay unit 168 disconnects the power supply line 100c and the power supply line 100b, and cuts off the power supply to the drive motor 134 by the power supply line 100b. To do. As a result, the operation of the drive motor 134 is stopped.
  • the CPU 204 for example, when the coil temperature shows an abnormal value by a detection signal from a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of the coil 118, or when the coil current value flowing through the coil 118 shows an abnormal value. In this case, or when the temperature of the driver circuit 202 shows an abnormal value, it is determined that there is an abnormality in the magnetic levitation, and an abnormal signal is sent to the drive motor stop device 164. As a result, the drive motor stop device 164 cuts off by the relay unit 168 and stops the operation of the drive motor 134.
  • the detection signals indicating the rotation speeds of the driven magnet 131 and the drive magnet 132 are abnormal values (values having different rotation speeds).
  • the drive motor 134 can be stopped in the same manner.
  • the operation of the drive motor 134 can also be stopped by, for example, operating the switch button 166a of the manual switch 166.
  • the operation signal of the manual switch 166 may be sent to the CPU 204 of the pump 100 to turn on the transistor 165 from the CPU 204.
  • the CPU 204 can also grasp the stopped state of the drive motor 134, and does not affect other controls. According to such a configuration, it is possible to obtain the same effects as those of the first to sixth embodiments, and the impeller 122, the rotor 120, the rear casing 142, and the like when an abnormality occurs in the magnetic bearing 110. Alternatively, damage to the outer cover 233 and the like of the accommodating portion 230 of the rotor 120, which will be described later, can be effectively prevented.
  • FIG. 12 is a vertical cross-sectional view schematically showing the overall configuration of the pump 203 according to the eighth embodiment of the present invention, omitting a part.
  • the pump 203 can also be applied to the pump 100 shown in FIGS. 10 and 11.
  • a controller 210 for controlling the pump mechanism is arranged on the rear side of the yoke base 144, and the drive motor 134 on the rear side of the controller 210 is arranged.
  • the point that the cooling fan 169 as a rotary vane is attached to the motor shaft 133 and the point that the controller 210 and the cooling fan 169 are arranged inside the bracket 143 are different from, for example, the pump 100 according to the first embodiment. doing.
  • the controller 210 includes, for example, a driver board 211 that drives the coil 118 of the magnetic bearing 110, a CPU board 212 that controls the driving operation of the drive mechanism 130, and an encoder board 213 that controls a magnetic encoder (not shown).
  • a rear cover 154 is attached to the rear side of the motor housing 134a connected to the bracket 143, and is installed on the pump base 153 together with the bracket 143.
  • the controller 210 has a characteristic that easily generates heat.
  • the driver substrate 211 has a large amount of heat generated by a MOS-FET or the like used as a driver circuit 202 (see FIG. 11).
  • the cooling fan 169 since the cooling fan 169 is attached to the motor shaft 133, the cooling fan 169 rotates together with the motor shaft 133. Therefore, it is possible to keep cooling the controller 210 at all times during the operation of the pump 203, and it is possible to effectively prevent problems such as thermal runaway of the substrates 211 to 213 due to heat generation.
  • the driver substrate 211 having the largest calorific value is arranged at the position closest to the cooling fan 169, and therefore has the highest cooling effect. Further, since it is not necessary to separately install a fan motor or the like for rotating the cooling fan 169, the number of parts constituting the pump 203 is minimized while suppressing the space and cost for cooling. It is possible to stop.
  • bracket 143 is formed with ventilation holes (not shown), the cooling effect is further enhanced. According to such a configuration, the same action and effect as those of the first embodiment and the like can be obtained, and even if a heat generating source or a heating element such as the controller 210 is arranged inside the pump 203, A pump 203 that can effectively prevent problems caused by heat generation of the controller 210 can be configured.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing the overall configuration of the rotor 120 of the pump according to the ninth embodiment of the present invention with a part cut out, and FIGS. 14 and 15 are bearings / driven parts included in the rotor 120. It is an exploded perspective view which shows the whole structure of the assembly 220 by cutting out a part. 14 (a) is an exploded perspective view from above, and FIG. 14 (b) is an exploded perspective view from below.
  • the rotor 120 in the pump of the ninth embodiment is, for example, instead of fixing the permanent magnet 113 and the driven magnet 131 constituting the rotor 120 by adhesion for the purpose of preventing slipping. In addition, it is fixed to the rotor 120 without using an adhesive.
  • the rotor 120 is made of resin that can accommodate the impeller 122, the annular bearing / driven assembly 220 corresponding to the bearing / driven portion, and the bearing / driven assembly 220 on the rear side of the impeller 122. It is formed by having a housing portion 230 made of a member.
  • the accommodating portion 230 has an outer cover 233 that covers the outer peripheral surface of the bearing / driven assembly 220, and an inner cover 234 that covers the inner peripheral surface of the bearing / driven assembly 220.
  • the outer cover 233 and the inner cover 234 are coaxially arranged, and a main accommodation chamber 231 for accommodating an annular bearing / driven assembly 220 is formed between them.
  • a concave fitting portion 232 is formed on the upper wall surface 231a on the impeller 122 side of the main storage chamber 231.
  • the bearing / driven assembly 220 includes a bearing rotor member 111 having a permanent magnet 113 and a pair of yokes 114 and 115 as described above, and a driven magnet 131 arranged inside the bearing rotor member 111 in the radial direction. It has a middle ring 221 made of a resin molded member as a rotation restricting member that connects the bearing rotor member 111 and the driven magnet 131 so as not to slip.
  • the driven magnet 131 is a plurality of permanent magnets (for example, four poles) magnetized in the radial direction of the rotor 120 so that, for example, N poles and S poles are alternately arranged in the circumferential direction of the rotor 120. It is composed of magnets.
  • the middle ring 221 abuts on the cylindrical portion 222 inserted between the bearing rotor member 111 and the driven magnet 131 and the end surface of the bearing rotor member 111 in the first direction (for example, the end surface of the yoke 115), and also in the axial direction (for example). It has a flange portion 223 having an outer shape excluding a perfect circle (for example, a rectangular outer shape with a notch in the corner) when viewed from the Z-axis direction.
  • recesses 114a and 115a are formed on the outer end faces of the yokes 114 and 115 in the Z-axis direction. Further, among these end faces, a resin end plate 220a made of, for example, a heat insulating material is attached to the end face on the side opposite to the contact side with the flange portion 223 (here, the end face on the yoke 114 side). .. A convex portion (not shown) that fits into the concave portion 114a may be formed on the end surface of the end plate 220a on the side opposite to the yoke 114, for example.
  • the driven magnet 131 At least the corners of the ridges extending in the rotation axis direction of the joints are chamfered, and the V-shaped grooves 226 extending in the rotation axis direction due to chamfering are formed at the joints in the circumferential direction. It is formed.
  • a V-shaped claw portion 224 is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 222 of the middle ring 221 so as to be hooked on the groove 226 formed at the circumferential joint portion of the driven magnet 131.
  • a convex portion 225 that fits into the concave portion 115a provided on the end surface of the yoke 115 is formed.
  • the concave fitting portion 232 formed on the upper wall surface 231a of the main storage chamber 231 is formed in a shape that matches the outer shape of the flange portion 223 of the middle ring 221.
  • an annular groove 227 is formed in which the end portion of the cylindrical portion 222 of the middle ring 221 opposite to the flange portion 223 is fitted.
  • the claw portion 224 of the cylindrical portion 222 of the middle ring 221 is caught in the groove 226, and the convex portion 225 of the flange portion 223 of the middle ring 221 is formed in the concave portion 115a of the yoke 115.
  • the driven magnet 131 is prevented from idling with respect to the bearing rotor member 111 in the circumferential direction.
  • the bearing rotor member 111 and the driven magnet 131 are fixed to each other by the middle ring 221 so as not to slip.
  • the end of the cylindrical portion 222 of the middle ring 221 opposite to the flange portion 223 is firmly fitted into the groove 227 formed in the end plate 220a by press fitting or the like.
  • the bearing / driven assembly 220 is assembled.
  • the end plate 220a is attached to, for example, the middle ring 221 and the outer cover 233 and the inner cover 234 in place of the press-fitting bond with the middle ring 221 or in addition to the press-fitting bond. It may be bonded by ultrasonic welding, hot plate welding, or the like. As a result, the end plate 220a is more firmly fixed to the rotor 120. Further, the end plate 220a may have a convex portion that fits into the concave portion 114a of the yoke 114. In this case, not only the movement of the yoke 115 but also the movement of the yoke 114 in the circumferential direction is restricted.
  • the bearing / driven assembly 220 in such a state is inserted into the accommodating portion 230, and the flange portion 223 of the middle ring 221 is firmly fitted to the fitting portion 232 of the accommodating portion 230 by press fitting or the like to firmly fit the rotor 120.
  • the rotor 120 is formed in a state where the bearing / driven assembly 220 is prevented from idling in the circumferential direction. As a result, the rotation of the yoke 115 with respect to the rotor 120 in the circumferential direction is also prevented, so that the rotation of the permanent magnet 113 firmly fixed to the rotor 120 by magnetic force is also prevented.
  • the ninth embodiment it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment and the like, and the permanent magnet 113 and the driven magnet 131 are not adhered to the rotor 120. Can be fixed to. For this reason, it is possible to reliably prevent the bearing rotor member 111 and the driven magnet 131 from slipping due to problems related to adhesion such as the adhesive being melted by corrosive gas, and to reduce the causes of rotation problems of the rotor 120. It becomes.
  • the bearing rotor member 111 and the driven magnet 131 with respect to the middle ring 221 are not limited to the above-mentioned example.
  • a gap may be left in the joint portion of the driven magnet 131, and a ridge that fits in the gap may be formed in the middle ring 221.
  • the ridge line extending in the radial direction of the joint portion of the driven magnet 131 may be chamfered to form a ridge in the middle ring 221 that fits into the V groove extending in the radial direction formed by the chamfer.
  • the claw portion 224 or the ridge formed on the middle ring 221 may be provided on the outer peripheral surface side of the cylindrical portion 222 in the fifth embodiment shown in FIG.
  • the bearing rotor member 111 and the driven member (driven magnet 131) are coupled to each other via the rotation regulating member exemplified by the middle ring 221 to regulate each other in the rotation direction and to rotate both rotors 120. If the regulations are made, it will not be necessary to use adhesives.
  • the bearing / driven portion 121 of the rotor 120 is first manufactured, and the impeller 122 is manufactured with respect to the bearing / driven portion 121 by secondary molding. You may try to do it.
  • the rotor 120 is manufactured, for example, as follows. First, a bearing / driven assembly 220 is manufactured. When manufacturing the bearing / driven assembly 220, first, the middle ring 221 is formed by, for example, molding, and while the middle ring 221 after molding is hot (when the temperature is higher than a predetermined temperature), the driven magnet 131 is middle-ringed. It is inserted inside the cylindrical portion 222 of 221 (inner peripheral surface side). Then, the driven magnet 131 is fixed in the middle ring 221 by utilizing the contraction of the middle ring 221 due to cooling.
  • the bearing rotor member 111 is positioned and fitted to the outside (outer peripheral surface side) of the cylindrical portion 222 of the middle ring 221 so that, for example, the concave portion 115a of the yoke 115 fits into the convex portion 225 of the flange portion 223.
  • Form bearing / driven assembly 220 After that, similarly, by molding a mold, a covered cylindrical housing portion (rotor case) 230 having an outer cover 233 and an inner cover 234 and having a lid on one side in the Z-axis direction of the main storage chamber 231 is formed.
  • the bearing / driven assembly 220 is placed in the main accommodating chamber 231 and the flange portion 223 of the middle ring 221 is placed in the fitting portion 232 of the accommodating portion 230.
  • the bearing / driven assembly 220 is fixed in the main accommodation chamber 231 by utilizing the contraction of the accommodating portion 230 due to the insertion and cooling of the accommodating portion 230.
  • the end plate 220a is inserted from the open end side of the main storage chamber 231 of the storage portion 230 so that, for example, a convex portion (not shown) fits into the concave portion 114a, and further resin molding is performed on the open end side of the main storage chamber 231.
  • a lid portion (not shown) is formed, and the main accommodating chamber 231 is sealed to produce the accommodating portion 230.
  • the end plate 220a made of the heat insulating material is inserted in order to prevent the heat at the time of molding from being transferred to the permanent magnet 113 and the driven magnet 131 and demagnetizing these magnets.
  • the impeller 122 is formed by secondary molding so as to be joined to the accommodating portion 230, and the rotor 120 is completed. With this configuration, it is possible to more easily increase the variation of the combination of the impeller 122 and the accommodating portion 230 in the rotor 120.
  • the convex portion 225 is formed on the flange portion 223 of the middle ring 221 so as to be fitted into the concave portion 115a of the yoke 115, but instead of the convex portion 225, the middle ring is formed.
  • a pin member (not shown) that fits into the separately manufactured recess 115a is inserted into a hole (not shown) provided in the flange portion 223 during molding of 221 and the pin member is fixed to the flange portion 223 by shrinkage due to cooling. You may use it.

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Abstract

ポンプは、ロータと、ロータを磁気力によって支持する磁気軸受と、ロータを回転駆動する駆動機構と、ロータに取り付けられたインペラを含むポンプ機構と、磁気軸受を制御する制御部とを備え、磁気軸受は、ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、軸受ロータ部材と対向するように配置された軸受ステータ部材とを備え、軸受ステータ部材は、磁性材料からなるコアと、コアに巻回されたコイルとを有し、駆動機構は、ロータにおける軸受ロータ部材の径方向に隣設された従動部材と、従動部材と径方向に対向配置されて従動部材と磁気結合されてロータを駆動する駆動部とを備え、制御部は、ロータの変位を検知可能に設けられた第１センサ部からの検知信号に基づきロータの回転位置補正を行う。

Description

ポンプ
　本発明は、ポンプに関する。
　ポンプ装置のインペラの荷重等を磁気力により非接触で支持する磁気軸受と、インペラに設けられた従動部材を磁気カップリングにより駆動する駆動部とを備えたポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。このポンプは、インペラのロータの外周にロータ部材としての軸受磁石を設け、ハウジングの内周の軸受磁石に対向する位置にステータ部材としての磁気コアを配置して磁気軸受を構成し、更に磁気コア間にバイアス磁石を配置することで、軸受磁石とバイアス磁石の相互作用力を非対称にしてインペラを一定の半径方向に付勢し、ロータを一定の位置に止めるようにすることで、ロータの周回運動を抑制している。
特開２００６－２２６３９０号公報
　しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術のポンプは、磁気軸受のステータ部材が単純な永久磁石と磁性材料により構成されているため、ポンプの負荷や移送流体の種類によっては軸受機構が破綻するおそれがあり、また、回転コイルに流す励磁電流等によって磁気力をコントロール可能な電磁石により構成されるものと比べると、ポンプの負荷等の運転状況に応じてロータの位置制御や姿勢制御等を含む回転制御を精度良く行うことが困難であるという問題がある。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ポンプの運転状況に応じたロータの回転制御を精度良く行うことができるポンプを提供することを目的とする。
　本発明に係るポンプは、ロータと、前記ロータを磁気力によって支持する磁気軸受と、前記ロータを回転駆動する駆動機構と、前記ロータに取り付けられたインペラを含むポンプ機構と、前記磁気軸受を制御する制御部とを備え、前記磁気軸受は、前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、前記軸受ロータ部材と対向するように配置された軸受ステータ部材とを備え、前記軸受ステータ部材は、磁性材料からなるコアと、前記コアに巻回されたコイルとを有し、前記駆動機構は、前記ロータにおける前記軸受ロータ部材の径方向に隣設された従動部材と、前記従動部材と前記径方向に対向配置されて前記従動部材と磁気結合されて前記ロータを駆動する駆動部とを備え、前記制御部は、前記ロータの変位を検知可能に設けられた第１センサ部からの検知信号に基づき前記ロータの回転位置補正を行うことを特徴とする。
　本発明の一実施形態において、前記軸受ステータ部材の前記コアは、その縦断面形状が、前記軸受ロータ部材との対向方向と直交する第１方向に延び前記コイルが巻回される第１部分と、前記第１部分の前記第１方向の両端部から前記軸受ロータ部材側に延びたのち、前記第１方向に互いに近づく向きに延びる一対の第２部分と、前記一対の第２部分の各先端部から前記軸受ロータ部材側に向けて延びる一対の第３部分とを有するように形成されている。
　本発明の他の実施形態において、前記駆動部は、前記従動部材の前記径方向の内側に配置され、前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の外側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する。
　本発明の更に他の実施形態において、前記駆動部は、前記従動部材の前記径方向の外側に配置され、前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の内側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する。
　本発明の更に他の実施形態において、前記駆動部を回転動作させる駆動モータの回転数を検知する第２センサ部と、前記ロータの回転数を検知する第３センサ部とを備え、前記制御部は、前記第２及び第３センサ部からの検知信号に基づいて、前記駆動モータと前記ロータとの回転同期補正を行う。
　本発明の更に他の実施形態において、前記ポンプ機構は、前記ロータを収容する収容空間を形成するケーシングと、前記ケーシングの前記収容空間とは軸方向に反対側の部分に設けられ、前記ロータを所定の磁気力で引き付ける補助部材とを備える。
　本発明の更に他の実施形態において、前記ロータは、前記軸受ロータ部材及び前記従動部材を一体的に固定してなる軸受／従動アッシィと、前記軸受／従動アッシィを内部に回転方向に移動が規制された状態で収容可能な収容部と、を有し、前記軸受／従動アッシィは、前記軸受ロータ部材と、前記軸受ロータ部材の径方向の内側又は外側に配置された前記従動部材と、前記軸受ロータ部材及び前記従動部材を、相互に回転方向の移動が規制された状態で結合する回転規制部材と、を有する。
　本発明の更に他の実施形態において、前記軸受ロータ部材は、円環状の永久磁石と、前記永久磁石を前記第１方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークと、を有し、前記従動部材は、Ｎ極及びＳ極が前記ロータの周方向に交互に配置されるように径方向に着磁された複数の永久磁石を有し、前記回転規制部材は、前記軸受ロータ部材及び前記従動部材の間に介挿される円筒部と、前記軸受ロータ部材の前記第１方向の端面に当接すると共に、軸方向視の形状が真円形を除く外形を有するフランジ部と、を有し、前記円筒部の内周面又は外周面には、前記従動部材の前記複数の永久磁石の周方向の境目の縁部に引っ掛かる爪部が形成され、前記フランジ部の前記軸受ロータ部材の前記端面との当接面には、前記端面に設けられた凹部に嵌合する凸部が形成され、前記収容部は、前記フランジ部の外形に合う形状に形成された嵌合部を有する。
　本発明の更に他の実施形態において、前記制御部は、前記検知信号を含む前記磁気軸受の状態を表す情報に基づいて、前記磁気軸受の異常を判断すると共に、判断結果に基づき前記駆動機構の動作を停止させる。
　本発明の更に他の実施形態において、前記駆動モータの回転軸に取り付けられて前記回転軸と共に回転する回転羽根と、前記回転羽根と前記回転軸の軸方向に対向する位置に配置され、前記磁気軸受の前記軸受ステータ部材の前記コイルに励磁電流を供給する基板と、を更に備える。
　本発明によれば、ポンプの運転状況に応じたロータの回転制御を精度良く行うことができる。
本発明の第１の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 図１のＭ－Ｍ´線断面図である。 同ポンプの磁気軸受を概略的に示す拡大縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 同ポンプの磁気軸受を概略的に示す縦断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 本発明の第７の実施形態に係るポンプの全体構成を概略的に示す斜視図である。 同ポンプの回路構成を示すブロック図である。 本発明の第８の実施形態に係るポンプの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。 本発明の第９の実施形態に係るポンプのロータの全体構成を、一部を切り欠いて概略的に示す斜視図である。 同ロータに含まれる軸受／従動アッシィの全体構成を、一部を切り欠いて概略的に示す分解斜視図である。 同軸受／従動アッシィの全体構成を、一部を切り欠いて概略的に示す分解斜視図である。
　以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るポンプを詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施形態において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を附して重複した説明を省略する。また、実施形態においては、各構成要素の縮尺や寸法が実際のものとは一致しない状態で示されている場合や、一部の構成要素につき省略されて示されている場合があるとする。
［第１の実施形態］
［ポンプの構成］
　図１は、第１の実施形態に係るポンプ１００の全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。図２は、図１のＭ－Ｍ´線断面図、図３は、ポンプ１００の磁気軸受１１０を概略的に示す拡大縦断面図である。
　図１に示すように、第１の実施形態に係るポンプ１００は、流体移送用のマグネットポンプとして用いられ、ロータ１２０と、このロータ１２０を磁気力により非接触で支持する磁気軸受１１０と、ロータ１２０を回転駆動する磁気カップリング型の駆動機構１３０と、ロータ１２０に取り付けられたインペラ１２２を含むポンプ機構と、少なくとも磁気軸受１１０を制御可能な制御部としてのコントローラ１６０と備える。
　なお、以後の説明では、ロータ１２０の回転軸（Ｚ軸）方向をＺ軸方向（アキシャル方向、Ｚ方向とも呼ぶ。）、ロータ１２０の径方向をＸ軸方向及びＹ軸方向（ラジアル方向、Ｘ方向及びＹ方向とも呼ぶ。）、Ｚ軸（回転軸）周りの回転方向をΨ方向、Ｘ軸回りの回転方向をΘ方向、Ｙ軸回りの回転方向をΦ方向とそれぞれ呼ぶことにする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交するものとする。また、紙面に向かって右側をポンプ１００の前方側、左側を後方側とする。
　ポンプ１００は、全体が円筒状に形成され、Ｚ軸方向の一方にフロントケーシング１４１を有する。フロントケーシング１４１は、内部にポンプ室Ａ１を形成し、前方中央部にポンプ室Ａ１に連通する円筒状の吸込口１５１を有し、側面に同じくポンプ室Ａ１に連通する吐出口１５２を有する。フロントケーシング１４１の後端にはリアケーシング１４２が接続されている。リアケーシング１４２は、フロントケーシング１４１と共にポンプ室Ａ１を含む密閉空間Ａを形成する。また、リアケーシング１４２は、後方に突出した環状空間（収容空間）Ａ２を形成する。このリアケーシング１４２の外周を覆うように円筒状のブラケット１４３が設けられている。
　密閉空間Ａには、ロータ１２０が収容される。ロータ１２０は、例えば、全体が樹脂等の非磁性体で形成され、軸方向の一端である前方側に設けられたインペラ１２２と、軸方向の他端である後方側に設けられた環状の軸受／従動部１２１とを一体に形成してなる。インペラ１２２は、ポンプ室Ａ１に収容され、ポンプ室Ａ１と共にポンプ機構を構成する。軸受／従動部１２１は、環状空間Ａ２に収容される。
　ロータ１２０の軸受／従動部１２１の外周側には、ロータ１２０を磁気力によって支持する磁気軸受１１０が設けられている。また、ロータ１２０の軸受／従動部１２１の内周側には、ロータ１２０を駆動する駆動機構１３０が設けられている。
　磁気軸受１１０は、ロータ１２０の軸受／従動部１２１の外周側に装着された環状の磁性材料からなる軸受ロータ部材１１１と、この軸受ロータ部材１１１のラジアル方向の外側に、軸受ロータ部材１１１と所定の間隔を介して配置された軸受ステータ部材１１２とを有する。軸受ステータ部材１１２は、リアケーシング１４２と円筒状のブラケット１４３との間に装着されている。
　軸受ロータ部材１１１は、例えば、円環状に成形されたネオジム磁石からなる永久磁石１１３と、この永久磁石１１３と同心で、アキシャル方向（Ｚ軸方向）に挟み込むように配置された円環状の電磁軟鉄からなるヨーク１１４，１１５とを有する。永久磁石１１３は、例えば、アキシャル方向にＮ極及びＳ極が対向し、且つ周方向全周に亘って同極となるように着磁されている。
　一方、軸受ステータ部材１１２は、この実施形態では、図２に示すように、軸受ロータ部材１１１の周方向の４箇所に９０°の角度を介して配置されている。これらのうちの、例えば、Ｘ軸方向に対向する一対の軸受ステータ部材１１２は、ロータ１２０のＸ軸方向の位置及びΦ方向の角度を制御し、Ｙ軸方向に対向する一対の軸受ステータ部材１１２は、ロータ１２０（図示せず）のＹ軸方向の位置及びΘ方向の角度を制御する。また、これらの軸受ステータ部材１１２は、Ｚ軸方向の高さを制御する。
　なお、ヨークベース１４４には、軸受ロータ部材１１１のラジアル方向及び各回転方向の変位を検出可能な変位センサ（第１センサ部）１１６が、軸受ステータ部材１１２とそれぞれ４５°の角度をなす（すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とそれぞれ４５°の角度で交差する）ように、複数（ここでは、４つ）配置されている。これら変位センサ１１６は、例えば、渦電流式のセンサが挙げられるが、これに限定されるものではなく、種々のセンサを採用し得る。また、軸受ステータ部材１１２の数は、これらに限定されるものではなく、６個、１０個、１２個、１６個等、種々の形態を採用し得る。その他、変位センサには、上記変位センサ１１６と共に、例えばヨークベース１４４等に、軸受／従動部１２１とアキシャル方向に対向するように設けられ（図示せず）、軸受ロータ部材１１１等のアキシャル方向及び回転方向の変位を検出可能なセンサも含まれる。なお、変位センサ１１６等の配置態様や数は、これに限定されず、種々の形態を採用し得る。本実施形態のポンプ１００の場合、ロータ１２０の一方にインペラ１２２が配置されているので、ロータ１２０がＺ軸に対して傾斜する場合、Ｚ軸上のインペラ１２２に近い位置を回転中心としてロータ１２０が傾斜する。このため、変位センサ１１６を、図示は省略するが、例えばインペラ１２２から離れた位置、好ましくは、軸受／従動部１２１のＺ軸方向の中央の位置に配置しておけば、変位センサ１１６によって、ロータ１２０のＸ軸方向の位置及びΦ方向の角度、Ｙ軸方向の位置及びΘ方向の角度を検知可能であるため、回転軸の傾きについても、二軸制御によって十分にコントロールすることが可能となる。
　軸受ステータ部材１１２は、例えば、積層電磁鋼板等の磁性材料からなるコア１１７と、コア１１７に巻回されたコイル１１８とを有する。コア１１７の縦断面形状は、軸受ロータ部材１１１側を開放端とするほぼＣ字形となっている。具体的には、図３に示すように、コア１１７の縦断面形状は、軸受ロータ部材１１１との対向方向（径方向）と直交する第１方向（この例ではＺ軸方向）に延び、コイル１１８が巻回される第１部分１１７ａと、この第１部分１１７ａのＺ軸方向の両端部から軸受ロータ部材１１１側に延びたのち、Ｚ軸方向に互いに近づく向きに延びる一対の第２部分１１７ｂと、この一対の第２部分１１７ｂの各先端部から軸受ロータ部材１１１側に向けて延びる一対の第３部分１１７ｃとを含む。換言すると、コア１１７は、縦断面形状において、コイル１１８が巻回される第１部分１１７ａのＺ軸方向の両端から、軸受ロータ部材１１１に向かって本来は直線状に延びるはずのＣ字形状の開放端部分に、一対のカギ型形状部分を有し、開放端側の部分を互いに近づけた形状を有しているといえる。
　このような形状であると、図示のように、コイル１１８のＺ軸方向の長さｌを、コア１１７の開放端側の一対の第３部分１１７ｃのＺ軸方向の対向面間の距離Ｌ１よりも大きくすることができる。すなわち、コイル１１８の巻回部分のＺ軸方向の長さよりも開放端の先端間の距離を小さくすることができる。また、コア１１７の開放端側の幅、すなわち一対の第３部分１１７ｃのＺ軸方向の対向面と反対側の面間の距離Ｌ２は、コア１１７の本来のＺ軸方向の長さＬ４よりも小さく、軸受ロータ部材１１１のＺ軸方向の長さＬ３とほぼ等しい大きさである。
　駆動機構１３０は、ロータ１２０の軸受／従動部１２１の内周側に装着された環状の従動部材としての従動マグネット１３１と、この従動マグネット１３１のラジアル方向の内側に、従動マグネット１３１と所定の間隔を介して配置された駆動部としての駆動マグネット１３２とを有する。また、駆動機構１３０は、この駆動マグネット１３２を先端部に装着し軸受１３５によって回転可能に支持されたモータ軸１３３と、このモータ軸１３３を回転駆動する駆動モータ１３４とを有する。この例では、従動マグネット１３１及び駆動マグネット１３２が、例えば、ラジアル方向２極又は４極に着磁したネオジム磁石から構成されている。また、この例では、駆動マグネット１３２とモータ軸１３３がほぼ同径として示されているが、両者は必ずしも同径でなくても良い。
　コントローラ１６０は、上述した変位センサ１１６を含む変位センサからの検知信号に基づいて、ロータ１２０の各方向及び各回転方向の変位を検知し、これに応じて磁気軸受１１０の軸受ステータ部材１１２のコイル１１８に流れる電流を細かくコントロールする。これにより、ロータ１２０のＸ軸方向の位置及びΦ方向の角度、Ｙ軸方向の位置及びΘ方向の角度、並びにＺ軸方向の高さをリアルタイムに制御して、回転位置補正を行う。なお、コントローラ１６０は、後述する他のセンサからの検知信号に基づいて、駆動機構１３０を制御するように構成し得る。
［ポンプの動作］
　次に、上記のように構成されたポンプ１００の動作を説明する。
　このように構成されたポンプ１００では、磁気軸受１１０を構成する軸受ロータ部材１１１及び軸受ステータ部材１１２のコア１１７が磁性材料で構成されているので、磁気回路を形成する。軸受ロータ部材１１１の永久磁石１１３は、この磁気回路にバイアス磁束を供給する。
　コントローラ１６０は、変位センサ１１６等で検出されたロータ１２０のＸＹＺ軸の各方向の変位並びにΦ及びΘ方向の傾きを補正するように、上記の如くコイル１１８に流れる電流を制御して、コイル１１８により発生する制御磁束を調整する。これにより、ロータ１２０は、磁気軸受１１０によって所定位置及び所定姿勢を維持しつつ、非接触状態で支持される。
　この状態で駆動モータ１３４がモータ軸１３３を回転させることにより駆動マグネット１３２が回転し、この駆動マグネット１３２の磁気力により従動マグネット１３１が従動してロータ１２０、すなわちインペラ１２２が密閉空間Ａ内で非接触で回転する。これにより、吸込口１５１を介してポンプ室Ａ１に移送流体が導入され、吐出口１５２を介して移送流体がポンプ室Ａ１内から外部に吐出される。
［実施形態の効果］
　ここで、ポンプに採用される一般的な磁気軸受においては、軸受ステータ部材を構成するコの字型のコアと軸受ロータ部材とで形成される磁気回路を通る磁束Ｆによって、ロータに対する規定位置への復元力が働く。この復元力は、例えば、軸受ステータ部材のコアのアキシャル方向の長さと、軸受ロータ部材のアキシャル方向の厚みがほぼ等しく、且つ極力薄いほど大きいことが知られている。
　一方、磁束Ｆは、コイルによって制御されるので、応答性を高めるためにインダクタンスを極力小さくすることが望まれる。このコイルのインダクタンスは、コイルの断面積に比例し、コイル長に反比例することが知られているので、応答性を上げるためには、断面積を小さくしつつ長さを長くするようにコアに巻き付ける必要がある。
　しかしながら、上記の点を踏まえた上で、コイル長が長くなると、ロータの軸受ロータ部材のアキシャル方向の厚みも増してしまうので、ロータの復元力が低下してしまうこととなり、特にロータが傾いたときの復元トルクが低下すると共に、アキシャル方向の磁気軸受のサイズが大きくなってしまうこととなる。
　すなわち、この点を本実施形態のポンプ１００の磁気軸受１１０に置き換えると、上記のようにロータ１２０の磁気軸受１１０による位置及び傾きの復元力は、軸受ステータ部材１１２の開放端である第３部分１１７ｃのＺ軸方向の長さＬ２が軸受ロータ部材１１１のＺ軸方向の長さＬ３とほぼ等しく、且つ軸受ロータ部材１１１のＺ軸方向の長さＬ３が短いほど大きくなることが判明する。
　このような観点において、本実施形態のポンプ１００の磁気軸受１１０によれば、上記一般的なコの字型のコアに比べて、開放端の軸受ロータ部材１１１に対向する部分である第３部分１１７ｃのＺ軸方向の長さＬ２を短くすることができるので、コイル１１８の必要な巻き数を維持しながらも、軸受ロータ部材１１１のＺ軸方向の長さＬ３を一般的なものよりも短く構成することができる。これにより、十分な復元力を確保可能である。
　なお、永久磁石１１３の吸引力を最大にするためには、コア１１７の第３部分１１７ｃ間の距離Ｌ１と永久磁石１１３のＺ軸方向の高さがほぼ等しく、且つコア１１７の各第３部分１１７ｃのＺ軸方向の幅が、ヨーク１１４，１１５のＺ軸方向の厚みとほぼ等しいことが望ましい。
　そして、磁気軸受１１０の応答性を高めるためには、コイル１１８のインダクタンスを極力小さくすることが必要であるが、この点についても、ポンプ１００の磁気軸受１１０によれば、コア１１７のコイル１１８が巻回される第１部分１１７ａの長さＬ４を十分に確保することができる構造であるので、コイル１１８のＺ軸方向の長さｌを長く、且つコイル１１８の断面積を小さくすることができ、コイル１１８のインダクタンスを抑えて応答性を向上させることが可能である。
　なお、図２に示すように、軸受ロータ部材１１１の外周面は曲面で構成されているが、コア１１７の磁極面１１７ｄ（図３参照）は平面で形成されている。具体的には、磁極面１１７ｄは、Ｘ軸方向又はＹ軸方向及びＺ軸方向に延びる同一平面上に形成されている。一般的に、コア１１７の磁極面１１７ｄが軸受ロータ部材１１１の外周面に沿う曲面で構成されている場合には、磁極面１１７ｄの周方向の端部に磁場の磁束Ｆが集中してしまうこととなるが、平面で形成されていればこのような磁束Ｆの集中を防ぐことが可能となる。
　このように、本実施形態に係るポンプ１００は、磁気軸受１１０及びコントローラ１６０によって、上述したようにラジアル方向、アキシャル方向及び２つのラジアル回転軸方向の５自由度を制御することができるので、ロータ１２０の復元力及び応答性を高めることができ、ポンプ１００の運転状況に応じたロータ１２０、ひいてはインペラ１２２の回転制御を精度良く行うことが可能となる。また、磁気軸受１１０のコイル１１８の断面を小さくすることができるので、駆動モータ１３４、ポンプ機構を含めて全体で小径の円筒状とすることができる。このため、コンパクトであり、他のポンプとの交換性も高い。
［第２の実施形態］
［ポンプの他の構成］
　図４は、本発明の第２の実施形態に係るポンプ１００Ａの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。ここで、図４を含む以降の説明においては、第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を附しているので、以下では重複する説明は省略する。また、駆動機構１３０の駆動モータ１３４とコントローラ１６０は図示を省略している。
　すなわち、図４に示すように、第２の実施形態に係るポンプ１００Ａは、モータ軸１３３に回転数検知用のマグネット１３３ａを取り付け、ブラケット１４３の底部（軸受１３５側の部分）にこのマグネット１３３ａを検知する検知素子（第２センサ部）１６１と、従動マグネット１３１を検知する検知素子（第３センサ部）１６２とを備えた点が、第１の実施形態のポンプ１００とは相違している。
　この第２の実施形態によれば、いわゆる脱調検知機能を備えることができる。すなわち、磁気軸受１１０で浮上状態にある軸受ロータ部材１１１は、インペラ１２２の軸受／従動部１２１において従動マグネット１３１と一緒に回転する。そして、この従動マグネット１３１は駆動マグネット１３２の磁気吸引力により同期して回転する。
　このような動作において、インペラ１２２に過剰な負荷が掛かった場合、モータ軸１３３は回転を続けるが、従動マグネット１３１はインペラ１２２と一体の軸受／従動部１２１に設けられているため、この従動マグネット１３１には回転を止めようとする力が働くことになる。
　そして、磁気吸引力で同期している従動マグネット１３１と駆動マグネット１３２は、インペラ１２２に掛かる負荷に耐えられずに同期できなくなる状態、いわゆる脱調になってしまう。この脱調になった場合、インペラ１２２を回転させることができなくなってしまう。
　そこで、コントローラ１６０によって、検知素子１６１からの検知信号に基づきモータ軸１３３の回転数を算出し、検知素子１６２からの検知信号に基づき従動マグネット１３１の回転数（すなわち、インペラ１２２の回転数）を算出して、これらの回転数を比較することで、脱調判定を行うようにした。
　脱調判定の結果により、脱調したと判断された場合は、コントローラ１６０は、例えば、一旦駆動モータ１３４による回転を止めて、再度回転を行うようにすることで、従動マグネット１３１と駆動マグネット１３２とを磁気吸引力で結合し、モータ軸１３３とインペラ１２２とを同期させて回転させる（回転同期補正）ことが可能となる。
［第３の実施形態］
［ポンプの更に他の構成］
　図５は、本発明の第３の実施形態に係るポンプ１００Ｂの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。
　図５に示すように、第３の実施形態に係るポンプ１００Ｂは、リアケーシング１４２の環状空間Ａ２とはＺ軸方向に反対側の面に、軸受ロータ部材１１１を磁気吸引力で引き付ける補助部材としての補助マグネット１６３を備えた点が、第１の実施形態のポンプ１００とは相違している。
　インペラ１２２が回転して送液を始めると、移送流体の流体力によりインペラ１２２にはアキシャル方向に移動するスラスト力が働くことになる。これにより、インペラ１２２はポンプ１００Ｂの前方側に移動するが、磁気軸受１１０による支持によってインペラ１２２は浮上状態を維持している。
　しかし、磁気軸受１１０による支持を打ち破るスラスト力が加わると、インペラ１２２はフロントケーシング１４１に接触し壊れてしまうことになる。補助マグネット１６３は、このような不具合を防止するために、軸受ロータ部材１１１をＺ軸方向の後方側に引き付け、インペラ１２２のアキシャル方向への移動を防いでいる。なお、補助マグネット１６３の磁気力は、磁気軸受１１０による支持が破綻しない程度且つインペラ１２２がアキシャル方向へ移動しない程度に設定される。また、補助マグネット１６３は、軸受ロータ部材１１１の永久磁石１１３と同じく、アキシャル方向にＮ極及びＳ極が対向し、且つ周方向全周に亘って同極となるように着磁される。
［第４の実施形態］
［ポンプの更に他の構成］
　図６は、本発明の第４の実施形態に係るポンプ１００Ｃの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。図７は、ポンプ１００Ｃの磁気軸受１１０を概略的に示す縦断面図である。
　図６に示すように、第４の実施形態に係るポンプ１００Ｃは、磁気軸受１１０を有する点については第１の実施形態のポンプ１００と同様であるが、この磁気軸受１１０の軸受ロータ部材１７１の構成が、軸受ロータ部材１１１の構成とは異なる点が、第１の実施形態のポンプ１００とは相違している。
　すなわち、軸受ロータ部材１７１は、例えば、円環状の永久磁石１１３と、この永久磁石１１３と同心で、アキシャル方向（Ｚ軸方向）に挟み込むように配置された円環状の一対のヨーク１７４，１７５とを有する。一対のヨーク１７４，１７５は、軸受ステータ部材１１２側を開放端としＺ軸方向の真ん中が寸断されたほぼコの字型となっている。
　具体的には、図７に示すように、一対のヨーク１７４，１７５の縦断面形状は、永久磁石１１３の第１方向（ここでは、Ｚ軸方向）側の端面を覆うようにＺ軸方向と直交する第２方向（ここでは、ラジアル方向）に延びる第４部分１７４ａ，１７５ａと、第４部分１７４ａ，１７５ａのラジアル方向における軸受ステータ部材１１２から離れる側の端部から、永久磁石１１３のラジアル方向における軸受ステータ部材１１２から離れる側の端面との間に第１間隙１７６を形成するように、Ｚ軸方向に互いに近づく向きに延びる一対の第５部分１７４ｂ，１７５ｂとを有しており、これら一対の第５部分１７４ｂ，１７５ｂの各先端部は、第１間隙１７６と連通する第２間隙１７７を形成するように互いに離間した形状となっている。
　このような形状であると、永久磁石１１３によるバイアス磁束Ｆｂの磁気回路が安定すると共に、コイル１１８により発生する制御磁束Ｆｃを極力損失なく軸受ロータ部材１７１に通すことが可能となる。従って、一般的なコの字型のコアを有する軸受ステータ部材と組み合わせても良いが、特に、第１部分１１７ａ～第３部分１１７ｃを有する本実施形態に係る軸受ステータ部材１１２と組み合わせて磁気軸受１１０を構成することで、ポンプ１００Ｃの運転状況に応じたロータ１２０の回転制御を精度良く行うこと等が可能となる。
［第５の実施形態］
［ポンプの更に他の構成］
　図８は、本発明の第５の実施形態に係るポンプ２００の全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。
　図８に示すように、第５の実施形態に係るポンプ２００は、磁気軸受１１０の配置態様と駆動機構１３０の駆動構造が異なる点が、第１の実施形態のポンプ１００とは相違している。すなわち、第１の実施形態のポンプ１００は、モータ軸１３３の軸中心からラジアル方向の外側に向けて、駆動マグネット１３２、従動マグネット１３１、軸受ロータ部材１１１及び軸受ステータ部材１１２が順に配置されていたのに対し、第５の実施形態のポンプ２００は、モータ軸１３３の軸中心から外側に向けてこれらの構成の配置順が真逆となっている。
　つまり、ロータ１２０の軸受／従動部１２１を環状空間Ａ２の内側から磁気軸受１１０で支持し、この環状空間Ａ２の外側からモータ軸１３３の先端に取り付けられた駆動筒部１３６の先端側の駆動マグネット１３２で軸受／従動部１２１を駆動してインペラ１２２を回転させるように、すなわち、軸中心から外側に向けて磁気軸受１１０、従動マグネット１３１及び駆動マグネット１３２の順に配置されて構成されている。このように、インペラ１２２を環状空間Ａ２の外側から駆動させることで、第１の実施形態のポンプ１００のように環状空間Ａ２の内側から駆動させる構成に比べて、より大きなトルクによってインペラ１２２を回転させることが可能となる。
［第６の実施形態］
［ポンプの更に他の構成］
　図９は、本発明の第６の実施形態に係るポンプ２０１の全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。
　図９に示すように、第６の実施形態に係るポンプ２０１は、第４の実施形態のポンプ１００Ｃの構成に対して、第５の実施形態のポンプ２００と同じようにモータ軸１３３の軸中心からラジアル方向の外側に向けて、磁気軸受１１０、従動マグネット１３１及び駆動マグネット１３２を配置し、インペラ１２２を環状空間Ａ２の外側から駆動させるようにした点が、第４の実施形態のポンプ１００Ｃとは相違している。このような構成によれば、環状空間Ａ２の内側から駆動させるよりもより大きなトルクでインペラ１２２を回転させることができ、ポンプ２０１の運転状況に応じたロータ１２０の回転制御を精度良く行うことができる。
［第７の実施形態］
［ポンプの他の構成］
　図１０は、本発明の第７の実施形態に係るポンプ１００の全体構成を概略的に示す斜視図、図１１はポンプ１００の回路構成を示すブロック図である。なお、図示及び説明は省略するが、本実施形態の構成は、第１～第６の実施形態に係るポンプ１００，１００Ａ～１００Ｃ，２００，２０１にも適用可能であることは言うまでもない。
　図１０に示すように、第７の実施形態のポンプ１００には、例えば電源線１００ｃに接続された駆動モータ停止装置１６４が、信号線１００ａ及び電力供給線１００ｂを介して接続されている。駆動モータ停止装置１６４は、コントローラ２１０と共に制御部を構成し、例えばポンプ１００の磁気軸受１１０に異常が生じた場合に、駆動モータ１３４の動作を停止させる機能（停止機能）を持たせている。
　すなわち、この種のポンプ１００において、磁気軸受１１０と駆動モータ１３４が別々に制御されている場合には、万が一磁気軸受１１０によるロータ１２０の非接触の支持（磁気浮上）が破綻したとしても、駆動モータ１３４は動作し続けることとなる。そして、このような場合は、ロータ１２０がリアケーシング１４２等と擦れたり、ロータ１２０のインペラ１２２がフロントケーシング１４１等と擦れたりして壊れてしまうことが起こり得る。
　そこで、本実施形態においては、磁気軸受１１０側からの変位センサ１１６等の検知信号を含む磁気軸受１１０の状態を表す情報に基づいて、コントローラ２１０で磁気軸受１１０の異常を判断すると共に、判断結果に基づき駆動モータ停止装置１６４を起動することにより、例えば電力供給線１００ｂによる駆動モータ１３４への電力供給を遮断して、その動作を停止させるように構成した。これにより、磁気軸受１１０の異常発生時に発生し得るインペラ１２２やロータ１２０、或いはリアケーシング１４２等の破壊を効果的に防止することができる。
　駆動モータ停止装置１６４には、図１１に示すように、例えばトランジスタ１６５、手動スイッチ１６６及びリレー部１６８が含まれている。トランジスタ１６５は、コントローラ２１０からの制御により、リレー部１６８を駆動する。また、手動スイッチ１６６のスイッチボタン１６６ａは、筐体の外部に露出している（図１０参照）。リレー部１６８は、ソリッドステート・リレー（ＳＳＲ）又はメカニカルリレーにより構成され得る。
　駆動モータ停止装置１６４は、信号線１００ａを介して、ポンプ１００内に設けられたコントローラ２１０に接続されている。コントローラ２１０は、磁気軸受１１０のコイル１１８を駆動するドライバ回路２０２、及び変位センサ１１６の出力に基づきドライバ回路２０２を制御するＣＰＵ２０４を含む。
　このように構成された本実施形態によるポンプ１００は、例えば次のように動作する。具体的には、ＣＰＵ２０４に入力される変位センサ１１６等を含む変位センサからの検知信号が異常値を示した場合は、ＣＰＵ２０４は磁気浮上に異常があると判断し、信号線１００ａをＬレベルからＨレベル（異常信号）に立ち上げる。この結果、駆動モータ停止装置１６４内のトランジスタ１６５がオン状態になり、リレー部１６８が電源線１００ｃと電力供給線１００ｂとを切断して、駆動モータ１３４への電力供給線１００ｂによる電力供給を遮断する。これにより、駆動モータ１３４の動作を停止させる。
　同様に、ＣＰＵ２０４は、例えばコイル１１８の温度を検出する温度センサ（図示せず）からの検知信号によりコイル温度が異常値を示した場合や、コイル１１８に流れるコイル電流値が異常値を示した場合、或いはドライバ回路２０２の温度が異常値を示した場合等も、磁気浮上に異常があると判断して、異常信号を駆動モータ停止装置１６４に送る。これにより、駆動モータ停止装置１６４は、リレー部１６８による切断を行い、駆動モータ１３４の動作を停止させる。
　また、ＣＰＵ２０４は、例えば上述した検知素子１６１，１６２（図４参照）からの検知信号のように、従動マグネット１３１と駆動マグネット１３２の回転数を示す検知信号が異常値（回転数が異なる値）を示した場合は、上述したような脱調が起こったと判断し、同様に駆動モータ１３４を停止させ得る。なお、駆動モータ１３４の動作は、例えば手動スイッチ１６６のスイッチボタン１６６ａを操作することによっても、停止させ得る。この場合、手動スイッチ１６６の操作信号をポンプ１００のＣＰＵ２０４に送ることにより、ＣＰＵ２０４からトランジスタ１６５をオン状態にするようにしても良い。これにより、ＣＰＵ２０４も駆動モータ１３４の停止状態を把握することができ、他の制御に影響を及ぼすことがなくなる。このような構成によれば、上記第１～第６の実施形態の作用効果と同様の作用効果を奏することができると共に、磁気軸受１１０の異常発生時のインペラ１２２やロータ１２０、リアケーシング１４２、或いは後述するロータ１２０の収容部２３０のアウターカバー２３３等の破損を効果的に防止することができる。
［第８の実施形態］
［ポンプの他の構成］
　図１２は、本発明の第８の実施形態に係るポンプ２０３の全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。なお、このポンプ２０３は、図１０及び図１１に示したポンプ１００にも適用可能である。
　図１２に示すように、第８の実施形態に係るポンプ２０３は、ヨークベース１４４の後方側に、ポンプ機構を制御するコントローラ２１０が配置された点、このコントローラ２１０の後方側の駆動モータ１３４のモータ軸１３３に、回転羽根としての冷却ファン１６９が取り付けられた点、並びにコントローラ２１０及び冷却ファン１６９がブラケット１４３の内部に配置された点が、例えば第１の実施形態に係るポンプ１００とは相違している。
　コントローラ２１０は、例えば磁気軸受１１０のコイル１１８を駆動するドライバ基板２１１、駆動機構１３０の駆動動作を制御するＣＰＵ基板２１２、及び図示しない磁気エンコーダ等を制御するエンコーダ基板２１３を含んでいる。なお、ブラケット１４３と接続されたモータハウジング１３４ａの後方側には、リアカバー１５４が取り付けられており、ブラケット１４３と共にポンプベース１５３に設置されている。
　上記の構成において、コントローラ２１０は、発熱し易い特性を備えている。特に、ドライバ基板２１１は、ドライバ回路２０２（図１１参照）として使用されるＭＯＳ－ＦＥＴ等の発熱量が大きいものである。
　この点、本実施形態のポンプ２０３によれば、モータ軸１３３に冷却ファン１６９が取り付けられているため、モータ軸１３３と一緒に冷却ファン１６９が回転する。このため、ポンプ２０３の動作時には常時コントローラ２１０を冷却し続けることが可能であり、発熱に伴う各基板２１１～２１３の熱暴走等の不具合を効果的に防止することができる。特に、最も発熱量が大きいドライバ基板２１１は、冷却ファン１６９に最も近い位置に配置されているので、最も冷却効果が高い。また、本実施形態によれば、冷却ファン１６９を回転させるためのファンモータ等を別途設置する必要がないため、冷却のためのスペースやコストを抑えながらポンプ２０３を構成する部品点数を最小限に止めることが可能である。
　なお、ブラケット１４３に、図示しない通風孔が形成されていると、より冷却効果が高まる。このような構成によれば、第１の実施形態等の作用効果と同様の作用効果を奏することができると共に、コントローラ２１０のような発熱源や発熱体をポンプ２０３の内部に配置しても、コントローラ２１０の発熱による不具合を効果的に防止可能なポンプ２０３を構成することができる。
［第９の実施形態］
［ポンプのロータの他の構成］
　図１３は、本発明の第９の実施形態に係るポンプのロータ１２０の全体構成を、一部を切り欠いて概略的に示す斜視図、図１４及び図１５はロータ１２０に含まれる軸受／従動アッシィ２２０の全体構成を、一部を切り欠いて概略的に示す分解斜視図である。なお、図１４（ａ）は上方からの分解斜視図、また図１４（ｂ）は下方からの分解斜視図である。
　図１３～図１５に示すように、第９の実施形態のポンプにおけるロータ１２０は、例えばロータ１２０を構成する永久磁石１１３及び従動マグネット１３１の空転を防ぐ目的で、これらを、接着により固定する代わりに、接着材を使わずにロータ１２０に固定している。
　具体的には、ロータ１２０は、インペラ１２２と、軸受／従動部に相当する円環状の軸受／従動アッシィ２２０と、インペラ１２２の後方側に、軸受／従動アッシィ２２０を内部に収容可能な樹脂成形部材からなる収容部２３０と、を有して形成されている。収容部２３０は、軸受／従動アッシィ２２０の外周面を覆うアウターカバー２３３と、軸受／従動アッシィ２２０の内周面を覆うインナーカバー２３４と、を有する。アウターカバー２３３とインナーカバー２３４は、同軸配置され、その間に円環状の軸受／従動アッシィ２２０を収容する主収容室２３１が形成されている。この主収容室２３１のインペラ１２２側の上壁面２３１ａには、凹状の嵌合部２３２が形成されている。
　一方、軸受／従動アッシィ２２０は、上述したような永久磁石１１３及び一対のヨーク１１４，１１５を有する軸受ロータ部材１１１と、この軸受ロータ部材１１１のラジアル方向の内側に配置された従動マグネット１３１と、これら軸受ロータ部材１１１及び従動マグネット１３１を空転不能に結合する回転規制部材としての樹脂成形部材からなるミドルリング２２１と、を有する。
　なお、従動マグネット１３１は、ここでは、例えばＮ極及びＳ極がロータ１２０の周方向に交互に配置されるように、ロータ１２０の径方向に着磁された複数の（例えば４極の）永久磁石により構成されている。ミドルリング２２１は、軸受ロータ部材１１１及び従動マグネット１３１の間に介挿される円筒部２２２と、軸受ロータ部材１１１の第１方向の端面（例えば、ヨーク１１５の端面）に当接すると共に、軸方向（Ｚ軸方向）から見た形状が真円形を除く外形（例えば、角欠き矩形状の外形）を有するフランジ部２２３とを有する。
　なお、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、ヨーク１１４，１１５のＺ軸方向の外側の端面には、凹部１１４ａ，１１５ａが形成されている。また、これらの端面のうち、フランジ部２２３との当接側とは反対側の端面（ここでは、ヨーク１１４側の端面）には、例えば断熱材等からなる樹脂製の端板２２０ａが取り付けられる。この端板２２０ａの、例えばヨーク１１４との対向側の端面には、凹部１１４ａに嵌まる凸部（図示省略）が形成されていても良い。
　従動マグネット１３１は、それぞれの少なくとも接合部の回転軸方向に延びる稜線の角部が面取りされており、それらの周方向の接合部には、面取りによる回転軸方向に延びるＶ字状の溝２２６が形成される。ミドルリング２２１の円筒部２２２の内周面には、従動マグネット１３１の周方向の接合部に形成される溝２２６に引っ掛かるＶ字状の爪部２２４が形成されている。また、ミドルリング２２１のフランジ部２２３の軸受ロータ部材１１１の端面との当接面には、例えばヨーク１１５の端面に設けられた凹部１１５ａに嵌合する凸部２２５が形成されている。そして、主収容室２３１の上壁面２３１ａに形成された凹状の嵌合部２３２は、ミドルリング２２１のフランジ部２２３の外形に合う形状に形成されている。また、端板２２０ａのミドルリング２２１との対向面には、ミドルリング２２１の円筒部２２２のフランジ部２２３とは反対側の端部が嵌まる環状の溝２２７が形成されている。
　このように構成された軸受／従動アッシィ２２０においては、ミドルリング２２１の円筒部２２２における爪部２２４が溝２２６に引っ掛かると共に、ミドルリング２２１のフランジ部２２３の凸部２２５がヨーク１１５の凹部１１５ａに嵌合することによって、軸受ロータ部材１１１に対する従動マグネット１３１の周方向の空転が防止される。
　このように、ミドルリング２２１によって、軸受ロータ部材１１１及び従動マグネット１３１が互いに空転不能に固定される。なお、ミドルリング２２１のフランジ部２２３とは反対側の円筒部２２２の端部は、端板２２０ａに形成された溝２２７に圧入等により強固に嵌められる。これにより、軸受／従動アッシィ２２０が組み立てられる。
　なお、上記の実施形態において、端板２２０ａは、ミドルリング２２１との圧入による結合に代えて、又は圧入による結合に加えて、例えば、ミドルリング２２１、アウターカバー２３３及びインナーカバー２３４に対して、超音波溶着や熱板溶着等により結合されるようにしても良い。これにより、端板２２０ａがロータ１２０に対して、より強固に固定される。また、端板２２０ａは、ヨーク１１４の凹部１１４ａに嵌まる凸部を有していても良い。この場合、ヨーク１１５のみならず、ヨーク１１４の周方向の移動も規制される。
　そして、このような状態の軸受／従動アッシィ２２０を収容部２３０に挿入し、ミドルリング２２１のフランジ部２２３を収容部２３０の嵌合部２３２に圧入等により強固に嵌合させることで、ロータ１２０に対する軸受／従動アッシィ２２０の周方向の空転も防止された状態でロータ１２０が形成される。これにより、ロータ１２０に対するヨーク１１５の周方向の回転も防止されるので、ロータ１２０に磁気力によって強固に固定された永久磁石１１３の周方向の回転も防止される。
　このように、第９の実施形態によれば、第１の実施形態等の作用効果と同様の作用効果を奏することができると共に、永久磁石１１３及び従動マグネット１３１を、接着によることなく、ロータ１２０に固定することができる。このため、例えば腐食性ガスによって接着材が溶ける等の接着に関する不具合に起因する軸受ロータ部材１１１や従動マグネット１３１の空転を確実に防止し、ロータ１２０の回転不具合の発生要因を少なくすることが可能となる。
　なお、ミドルリング２２１に対する軸受ロータ部材１１１及び従動マグネット１３１の周方向への空転防止構造は、上述した例に限定されない。例えば、従動マグネット１３１の接合部に隙間を空けて、この隙間に嵌まる突条をミドルリング２２１に形成しても良い。また、従動マグネット１３１の接合部の径方向に延びる稜線に面取りをして、これにより形成される径方向に延びるＶ溝に嵌まる突条を、ミドルリング２２１に形成するようにしても良い。更に、ミドルリング２２１に形成される爪部２２４又は突条は、図８に示した第５の実施形態においては、円筒部２２２の外周面側に設けられるようにしても良い。要するに、ミドルリング２２１で例示された回転規制部材を介して軸受ロータ部材１１１と従動部材（従動マグネット１３１）が結合されて、互いの回転方向への規制、及び、両者のロータ１２０に対する回転方向への規制がなされれば、接着材を使用する必要がなくなる。
　また、本実施形態の変形例としては、図示は省略するが、例えば、ロータ１２０の軸受／従動部１２１を最初に作り、この軸受／従動部１２１に対して、インペラ１２２を二次成形により作製するようにしても良い。この場合、ロータ１２０は、例えば次のように作製される。まず、軸受／従動アッシィ２２０を作製する。軸受／従動アッシィ２２０の作製に際しては、はじめに、例えば金型成形によりミドルリング２２１を形成し、成形後のミドルリング２２１が熱いうちに（所定の温度以上のときに）、従動マグネット１３１をミドルリング２２１の円筒部２２２の内側（内周面側）に挿入する。そして、ミドルリング２２１の冷却による収縮を利用して、従動マグネット１３１をミドルリング２２１内に固定する。
　次に、軸受ロータ部材１１１を、ミドルリング２２１の円筒部２２２の外側（外周面側）に、例えばヨーク１１５の凹部１１５ａがフランジ部２２３の凸部２２５に嵌まるように位置決めして嵌合し、軸受／従動アッシィ２２０を形成する。その後、同様に金型成形により、アウターカバー２３３及びインナーカバー２３４を有し、主収容室２３１のＺ軸方向の一方に蓋をした有蓋円筒状の収容部（ロータケース）２３０を形成する。
　そして、成形後の収容部２３０が熱いうちに（所定の温度以上のときに）、主収容室２３１に軸受／従動アッシィ２２０を、ミドルリング２２１のフランジ部２２３を収容部２３０の嵌合部２３２に嵌合させるようにして挿入し、冷却することによる収容部２３０の収縮を利用して、軸受／従動アッシィ２２０を主収容室２３１内に固定する。
　その後、収容部２３０の主収容室２３１の開口端側から端板２２０ａを、例えば図示しない凸部が凹部１１４ａに嵌まるように挿入し、更に主収容室２３１の開口端側に樹脂成形を施して図示しない蓋部を形成し、主収容室２３１を密閉して収容部２３０を作製する。このとき、断熱材からなる端板２２０ａをインサートするのは、成形時の熱が永久磁石１１３及び従動マグネット１３１に伝わって、これら磁石が減磁してしまうのを防ぐためである。最後に、二次成形によってインペラ１２２を収容部２３０に接合するように形成し、ロータ１２０が完成する。このように構成すれば、ロータ１２０におけるインペラ１２２と収容部２３０の組み合わせのバリエーションをより簡単に増やすことが可能となる。
　なお、第９の実施形態では、ミドルリング２２１のフランジ部２２３に凸部２２５を形成して、ヨーク１１５の凹部１１５ａに嵌合するようにしていたが、この凸部２２５の代わりに、ミドルリング２２１の成形時にフランジ部２２３に設けた孔部（図示省略）に、別途製造した凹部１１５ａに嵌まるピン部材（図示省略）を挿入して、冷却による収縮によりピン部材をフランジ部２２３に固定して利用するようにしても良い。
　以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１００　　　　　ポンプ
　１１０　　　　　磁気軸受
　１１１　　　　　軸受ロータ部材
　１１２　　　　　軸受ステータ部材
　１１３　　　　　永久磁石
　１１４，１１５　ヨーク
　１１６　　　　　変位センサ
　１１７　　　　　コア
　１１８　　　　　コイル
　１２０　　　　　ロータ
　１２１　　　　　軸受／従動部
　１２２　　　　　インペラ
　１３０　　　　　駆動機構
　１３１　　　　　従動マグネット
　１３２　　　　　駆動マグネット
　１３３　　　　　モータ軸
　１３４　　　　　駆動モータ
　１３５　　　　　軸受

Claims (10)

  1. 　ロータと、
    　前記ロータを磁気力によって支持する磁気軸受と、
    　前記ロータを回転駆動する駆動機構と、
    　前記ロータに取り付けられたインペラを含むポンプ機構と、
    　前記磁気軸受を制御する制御部と
    　を備え、
    　前記磁気軸受は、
    　前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、
    　前記軸受ロータ部材と対向するように配置された軸受ステータ部材とを備え、
    　前記軸受ステータ部材は、
    　磁性材料からなるコアと、
    　前記コアに巻回されたコイルとを有し、
    　前記駆動機構は、
    　前記ロータにおける前記軸受ロータ部材の径方向に隣設された従動部材と、
    　前記従動部材と前記径方向に対向配置されて前記従動部材と磁気結合されて前記ロータを駆動する駆動部とを備え、
    　前記制御部は、
    　前記ロータの変位を検知可能に設けられた第１センサ部からの検知信号に基づき前記ロータの回転位置補正を行う
    　ことを特徴とするポンプ。
  2. 　前記軸受ステータ部材の前記コアは、その縦断面形状が、
    　前記軸受ロータ部材との対向方向と直交する第１方向に延び前記コイルが巻回される第１部分と、
    　前記第１部分の前記第１方向の両端部から前記軸受ロータ部材側に延びたのち、前記第１方向に互いに近づく向きに延びる一対の第２部分と、
    　前記一対の第２部分の各先端部から前記軸受ロータ部材側に向けて延びる一対の第３部分とを有するように形成されている
    　ことを特徴とする請求項１記載のポンプ。
  3. 　前記駆動部は、前記従動部材の前記径方向の内側に配置され、
    　前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の外側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する
    　ことを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ。
  4. 　前記駆動部は、前記従動部材の前記径方向の外側に配置され、
    　前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の内側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する
    　ことを特徴とする請求項１又は２記載のポンプ。
  5. 　前記駆動部を回転動作させる駆動モータの回転数を検知する第２センサ部と、
    　前記ロータの回転数を検知する第３センサ部とを備え、
    　前記制御部は、
    　前記第２及び第３センサ部からの検知信号に基づいて、前記駆動モータと前記ロータとの回転同期補正を行う
    　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載のポンプ。
  6. 　前記ポンプ機構は、
    　前記ロータを収容する収容空間を形成するケーシングと、
    　前記ケーシングの前記収容空間とは軸方向に反対側の部分に設けられ、前記ロータを所定の磁気力で引き付ける補助部材とを備える
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載のポンプ。
  7. 　前記ロータは、
    　前記軸受ロータ部材及び前記従動部材を一体的に固定してなる軸受／従動アッシィと、
    　前記軸受／従動アッシィを内部に回転方向に移動が規制された状態で収容可能な収容部と、を有し、
    　前記軸受／従動アッシィは、
    　前記軸受ロータ部材と、前記軸受ロータ部材の径方向の内側又は外側に配置された前記従動部材と、前記軸受ロータ部材及び前記従動部材を、相互に回転方向の移動が規制された状態で結合する回転規制部材と、を有する
    　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載のポンプ。
  8. 　前記軸受ロータ部材は、
    　円環状の永久磁石と、
    　前記永久磁石を前記第１方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークと、を有し、
    　前記従動部材は、
    　Ｎ極及びＳ極が前記ロータの周方向に交互に配置されるように径方向に着磁された複数の永久磁石を有し、
    　前記回転規制部材は、
    　前記軸受ロータ部材及び前記従動部材の間に介挿される円筒部と、前記軸受ロータ部材の前記第１方向の端面に当接すると共に、軸方向視の形状が真円形を除く外形を有するフランジ部と、を有し、
    　前記円筒部の内周面又は外周面には、前記従動部材の前記複数の永久磁石の周方向の境目の縁部に引っ掛かる爪部が形成され、
    　前記フランジ部の前記軸受ロータ部材の前記端面との当接面には、前記端面に設けられた凹部に嵌合する凸部が形成され、
    　前記収容部は、前記フランジ部の外形に合う形状に形成された嵌合部を有する
    　ことを特徴とする請求項７記載のポンプ。
  9. 　前記制御部は、
    　前記検知信号を含む前記磁気軸受の状態を表す情報に基づいて、前記磁気軸受の異常を判断すると共に、判断結果に基づき前記駆動機構の動作を停止させる
    　ことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項記載のポンプ。
  10. 　前記駆動モータの回転軸に取り付けられて前記回転軸と共に回転する回転羽根と、
    　前記回転羽根と前記回転軸の軸方向に対向する位置に配置され、前記磁気軸受の前記軸受ステータ部材の前記コイルに励磁電流を供給する基板と、
    　を更に備えた
    　ことを特徴とする請求項５～９のいずれか１項記載のポンプ。
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