アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ
【課題】小型軽量で高いトルクが発生でき、軸方向位置および回転制御と傾き制御の簡単な構成、軸方向位置および回転制御と傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供する。
【解決手段】上部ステータの突極にロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよびロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを巻回して設ける。下部ステータの突極にロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよびロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを巻回して設ける。上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび上部傾き制御用コイルと下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび下部傾き制御用コイルをロータの軸線方向に沿って対称的に配置する。上部ステータと下部ステータでロータの回転制御を行なう。
【解決手段】上部ステータの突極にロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよびロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを巻回して設ける。下部ステータの突極にロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよびロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを巻回して設ける。上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび上部傾き制御用コイルと下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび下部傾き制御用コイルをロータの軸線方向に沿って対称的に配置する。上部ステータと下部ステータでロータの回転制御を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関し、特に小型軽量の磁気浮上人工心臓を実現するアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関する。
【０００２】
本発明は、特にロータとその軸線方向に沿って、ロータの上部に配置された上部ステータおよびロータの下部に配置された下部ステータとを備え、ロータをロータの軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながらロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータおよびこのアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
ロータを磁気の作用によってその軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながらロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させる構成の磁気浮上モータとして、例えば磁気浮上回転モータ、高速回転機、工作機械用の高速スピンドル、さらにはその応用例としての医療分野における人工心臓の遠心ポンプ等への応用がある。磁気浮上のモータ方式としてロータの軸線方向に沿ってロータの軸方向の位置ならびにロータの回転の制御を行なうアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上遠心ポンプが知られている。（特許文献１）
【０００４】
特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータは、ロータの上方に上部ステータ、下方に下部ステータを配置し、ロータの周囲にリング状外側永久磁石を配置した構成である。上部ステータの電磁石はロータ上面の上側永久磁石と共働して、ロータの軸方向位置および傾き制御を行ない、下部ステータはロータ下面の永久磁石と共働してロータの回転制御を行なう。このアキシャル型磁気浮上モータにおいては、ロータのラジアル方向の変動ないし振動はロータ周面に設けたリング状内側永久磁石とこれと同心配置のリング状外側永久磁石との間の相互反発力により抑制し、ラジアル方向の受動安定性でロータを支持している。
【０００５】
上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータに設けた４個の電磁石はロータに対して吸引力を作用させてロータの軸方向の位置制御を担っているがロータの回転制御は兼用していない。一方、下部ステータの電磁石が回転制御を担っている。従って、上部ステータにおいてロータの軸方向に着磁したバイアス磁束発生用としてロータの軸方向の位置を制御し、ロータの回転は下部ステータが担っている。すなわち、上部ステータはロータの軸線Ｚ方向におけるアキシャル制御を行ない、下部ステータはロータの軸線Ｚのまわりの回転制御を行なっている。
【０００６】
また、上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータに設けた電磁石は、ロータの上側永久磁石と共働してロータの傾きを制御する傾き制御用電磁石として機能している。すなわち、上部ステータの電磁石は、ロータが軸線Ｚに対して偏位した傾きに対する制御を担っている。
【０００７】
上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータでロータの位置とロータの傾きを制御し、ロータの回転制御と上部ステータに対するバイアス力を発生する下部ステータを備えており、軸方向位置制御は、上部ステータの吸引力と下部ステータの磁気吸引力の大きさを釣り合わせて行われている。またロータの傾き制御は永久磁石によるバイアス磁束と電磁石による磁束に基づいて行われている。
【０００８】
上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、成人用の循環系疾患者および呼吸器系疾患者の救命のための磁気浮上人工心臓の実現するアキシャル型磁気浮上モータに関するものであり、ロータの直径すなわちラジアル方向の寸法が大きく大型になりロータの重量が増大し、また磁気浮上を担う上部ステータとモータ機能を担う下部ステータの異なる役割の上下磁気吸引力を釣り合わせる構造であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６６７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は、ラジアル方向に小さい寸法を有する小型軽量のアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御構成が簡単なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御が容易なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１４】
本発明の解決しようとする課題は、上部ステータおよび下部ステータの両ステータでロータの回転制御ができるアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置される上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置される下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータにある。前記ロータ部分にインペラを設けてもよい。
【００１６】
本発明のアキシャル型磁気浮上モータにおける突極と前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルとの配置については少なくとも三つの構成がある。一例として、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、前記上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設ける。また、前記上部傾き制御用コイル前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設ける。他の例として、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設ける。また、前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設ける。その他の例として、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に両コイルを規則的にまたは不規則的に入り交ぜて混合して卷回して設け、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に両コイルを規則的にまたは不規則的に入り交ぜて混合して卷回して設ける。
【００１７】
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部ステータの前記突極および前記下部ステータの前記突極のいずれか一方のみに前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを設け、４極以上のロータ上側、下側の永久磁石を用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータにある。前記ロータ部分にインペラを設けてもよい。このアキシャル型磁気浮上モータを有し，そのロータ部分にインペラを形成したアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにある。
【００１８】
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置されたステータと、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置された吸引力発生体を備え、前記ステータと前記吸引力発生体で発生させる吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向の上面には上側永久磁石を設け、前記ステータと前記ロータの上面との間に前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを設け、４極以上の極数のロータ上側永久磁石を用い、前記吸引力発生体は磁場等による吸引力を発生することを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータにある。前記吸引力発生体の実現方法としては、前記ロータの軸方向の下面に下側永久磁石を設け、磁性部材を離間配置する方法、前記ロータの軸方向の下面に磁性材料を貼り付け、電磁石または永久磁石を離間配置する方法、前記ロータにかかる重力を利用する方法等がある。前記ロータ部分にインペラを設けてもよい。このアキシャル型磁気浮上モータを有し、そのロータ部分にインペラを形成したアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにある。
【００１９】
本発明では、上記目的を達成するために、ハウジングと、前記ハウジングに形成されたポンプ室を備え、前記ポンプ室にインペラを有するロータを配置するとともに、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置される上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ラジアル方向の小さい寸法を有する小型軽量のアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２１】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ロータの軸方向位置と回転制御の構成とロータの傾き制御の構成が簡単なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２２】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２３】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２４】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部ステータおよび下部ステータの両ステータでロータの回転制御可能なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２５】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御が容易なアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【００２６】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【００２７】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【００２８】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、上部ステータおよび下部ステータの両ステータで回転制御可能なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例の原理構成を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例における制御システム構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるロータ部分の一実施例を示す平面図である。
【図４】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるステータの一実施例を示す外観斜視図である。
【図５】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおける軸方向制御および回転制御用コイルと傾き制御用コイルとステータの一実施例を示す外観斜視図である。
【図６】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるロータ部分の他の実施例を示す平面図である。
【図７】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるステータの他の実施例を示す外観斜視図である。
【図８】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおける軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルとステータの他の実施例を示す外観斜視図である。
【図９】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例を示す側面図である。
【図１０】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例で図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明のアキシャル型磁気浮上モータおよびこのアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを実施するための形態を図面に示す実施例に沿って説明する。図１は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例の原理構成を示す外観斜視図である。
【００３１】
図１のアキシャル型磁気浮上モータＡは、主としてロータ１、このロータ１の軸線Ｚに沿ってロータ１の上部に配置されたデスク型上部ステータ２、ロータ１の軸線Ｚに沿ってロータ１の下部に配置されたデスク型下部ステータ３から構成されている。また、ロータ１は２枚のロータヨーク８および６枚のインぺラ９を備えており、ロータヨーク８の外表面に２個の永久磁石１０をそれぞれ設けている。
【００３２】
また、図１のアキシャル型磁気浮上モータＡは、上部ステータ２の突極には、３相２極の回転磁界を発生するロータ１の軸方向位置および回転を制御する上部軸方向位置・回転制御用コイル４が突極の根元部に巻回されており、ロータ１の傾きを制御する上部傾き制御用コイル５が突極の先端部に巻回されている。また、下部ステータ３の突極の根元部には、３相２極の回転磁界を発生するロータ１の下部軸方向位置・回転制御用コイル７、下部ステータ３のと突極の先端部にはロータ１の傾きを制御する下部傾き制御用コイル６が巻回されている。
【００３３】
さらに、図１のアキシャル型磁気浮上モータＡにおいては、ロータ１には、浮上回転用の２極の永久磁石１０が軸方向両面に配置されている。ロータ１は、上部ステータ２、下部ステータ３により軸方向両面から挟み込まれ、上部ステータ２、下部ステータ３で発生する磁気吸引力を釣り合わせることにより軸方向に磁気支持され回転する。本発明のアキシャル型磁気浮上モータＡは、上部ステータ２と下部ステータ３の両ステータでロータ１の回転制御を行なっている。
【００３４】
また、ロータ１の上下面に永久磁石１０を上下で９０度ずらして配置し、上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータに配置した上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6で、ロータ１のラジアル方向２軸まわりの傾きを制御している。ラジアル方向位置については、受動安定性を用いて静的に支持している。上部ステータ２、上部軸方向位置・回転制御用コイル４、上部傾き制御用コイル５と下部ステータ３、下部軸方向位置・回転制御用コイル7、下部傾き制御用コイル6とはロータ１の軸線Ｘに対向して、かつこの軸線Ｘに対して対称的に配置されている。
【００３５】
図１のアキシャル型磁気浮上モータＡにおけるロータ１の軸方向位置制御および回転制御は、上述したように上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータを用いて行なう。ロータ１の軸方向位置制御は、上部ステータ２、下部ステータ３の上部軸方向位置・回転制御用コイル４と下部軸方向位置・回転制御用コイル7の両コイルに与える３相２極の回転磁界のｄ軸電流を変化させ、ロータ１上下に働く吸引力の大きさを釣り合わせて行なっている。ロータ１の回転制御は、上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界のｑ軸電流により回転トルクを発生させて行なっている。ロータ１の軸方向位置制御および回転制御はベクトル制御を用いそれぞれ独立に制御している。
【００３６】
本発明の一実施例のアキシャル型磁気浮上モータＡでは、ｄ軸成分の電流値、ｑ軸成分の電流値を用いて、ロータ１の軸方向吸引力と回転制御を独立に行なっている。実際には、最終的に決定したｄ軸成分の電流値、ｑ軸成分の電流値を３相２極の回転磁界に変換し、その回転磁界を軸方向位置・回転制御用コイル４、６の両コイルに与えて、３相２極の回転磁界で制御している。
【００３７】
図１のアキシャル型磁気浮上モータＡにおけるロータ１の傾き制御は、上述したように上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6の両コイルを用いて行なう。すなわち、６個の突極に６個のコイルを巻いてあるが全ての傾き制御用コイルで同一方向に磁束を発生させ、ロータ１に配置した永久磁石のＳ極側とＮ極側に働く磁気吸引力の不均衡を生じさせて行なう。前述したように、ロータ１の上下面に上下で９０度ずらして配置した永久磁石１０と上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータに配置した上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6で、ロータ１のラジアル方向２軸まわりの傾きを制御している。
【００３８】
アキシャル型磁気浮上モータＡのロータ１のｘ軸回りおよびｙ軸回りの傾きを検出しロータ１の傾き制御を行なうが、傾き制御に用いる永久磁石１０はロータ１として回転する。このため、回転角の検出をし、ｘ軸回りおよびｙ軸回りの傾きを回転座標系の傾きに変換し、傾き制御を行なう。
【００３９】
本発明のアキシャル型磁気浮上モータＡにおける制御システムについて説明する。図２において、アキシャル型磁気浮上モータＡに設けた上部軸方向位置および回転制御用コイル４と下部軸方向位置および回転制御用コイル7、および上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6に対応して設けた過電流センサ２１よりロータ１の軸方向位置・回転制御用および傾きの変位を表わす検出信号がＡ/Ｄコンバータ２２を介して制御部２３に送られる。この制御部２３に設けた軸方向位置制御手段２３ａ、回転制御手段２３ｂおよび傾き制御手段２３ｃにおいて、上部軸方向位置・回転制御用コイル４と下部軸方向位置・回転制御用コイル７、および上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル６に流すべきコイル電流値が算出され、これが電源２４に接続された増幅器（アンプ）２５に出力される。
【００４０】
このように、傾き制御用として発生させ磁界α相を発生させる上部傾き制御用コイル５、磁界β相を発生させる下部傾き制御用コイル6とＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界を発生させる上部軸方向位置・回転制御用コイル4と下部軸方向位置・回転制御用コイル７の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）に電流を増幅器（アンプ）２５を介して入力する。制御には、デジタルＰＩＤ制御を用いる。ｄＳＰＡＣＥ（商品名）を用いて高速のデジタル信号処理をする。過電流センサ２１の信号は、Ａ/Ｄコンバータ２２を介してｄＳＰＡＣＥに取り込み上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6に流す電流を計算し、増幅器（アンプ）２５に出力する。また、制御部２３の制御プログラムはＣ言語などを用いて作成され、その具体例として例えばＭＡＴＬＡＢ．５．３ｓｉｍｕｌｉｋ（商品名）が用いられる。
【００４１】
本発明のアキシャル型磁気浮上型モータの一実施例を説明する。アキシャル型磁気浮上型モータＡ１はネオジウム系磁石を使用したＴｙｐｅ １−Ｎｄ型モータを採用した。図３は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ１におけるロータ部分の一実施例を示す平面図である。
【００４２】
アキシャル型磁気浮上型モータＡ１のロータ３１は１極を２個の永久磁石により構成し、合計４個の永久磁石３２ａ１、３２ａ２をロータ３１のロータヨークに貼り付けて２極のロータ３１を構成している。永久磁石３２ａ１、３２ａ２の形状は扇形構造であり、各永久磁石３２ａ１、３２ａ２の厚さは１ｍｍである。ロータ３１のロータヨークの寸法は、外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さは２ｍｍである。永久磁石３２ａ１、３２ａ２はネオジウム系磁石を採用した。ロータ３１は２個のロータヨークを備えており、ロータヨークに対向して他のロータヨークを有し、２個のロータヨークの間に６枚のインぺラを設けている。なお、ロータ３１の他のロータヨークの表面にも同じ形状の様な永久磁石が設けられている。
【００４３】
図３に示すロータ３１と共働するデスク型ステータについて説明する。図４は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ１におけるステータの一実施例を示す外観斜視図である。
【００４４】
アキシャル型磁気浮上型モータＡ１のデスク型ステータ３４は６０度毎に等間隔で設けた６個の突極３４ａから構成されている。突極３４ａはストレート突極構造を採用し、断面は扇形構造を採用した。ステータ３４の寸法は、外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、突極３４ａの高さは５ｍｍである。
【００４５】
図３に示すロータ３１と図４に示すデスク型ステータ３４に関連する軸方向位置および回転制御用の軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの構成を説明する。図５は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ１における軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの一実施例を示す外観斜視図である。
【００４６】
アキシャル型磁気浮上モータＡ１のステータ３４の６個のすべての突極３４ａには、軸方向位置・回転制御用として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界を発生させるように軸方向位置・回転制御用コイル３５（電磁石用コイル）を巻き、その上に傾き制御用としてα相、β相どちらかの磁界を発生させるように傾き制御用コイル（電磁石コイル）３６を巻いた。すなわち、軸方向位置・回転制御用コイル３５は、突極３４ａの根元部に巻回されており、傾き制御用コイル３６は、突極３４ａの先端部に巻回されている。軸方向位置・回転制御用コイル３５と傾き制御用コイル３６は線径０．４ｍｍの導線を用い、１突極あたり軸方向位置・回転制御用を２７巻き、傾き制御用を５巻きとした。
【００４７】
本発明のアキシャル型磁気浮上型モータの他の実施例を説明する。アキシャル型磁気浮上型モータＡ２はネオジウム系磁石を使用したＴｙｐｅ ２−Ｎｄ型モータおよびサマリウム系磁石を使用したＴｙｐｅ ２−Ｓｍ型モータを採用した。図６は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ２におけるロータ部分の他の実施例を示す平面図である。
【００４８】
アキシャル型磁気浮上型モータＡ２のロータ４１は１極を２個の永久磁石により構成し、合計４個の永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２をロータのヨーク４３に貼り付けて２極のモータロータ４１を構成している。永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２の形状は、ステータ４４、ロータ４１間の空隙における磁束密度が正弦波状に発生する形状を採用した。各永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２の厚さは０．７ｍｍである。モータロータ４１のロータヨークの寸法は、外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さは２ｍｍである。永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２はネオジウム系磁石とサマリウムコバルト系磁石の２種類を採用した。ロータ４１は２個のロータヨークを備えており、ロータヨークに対向して他のロータヨークを有し、２個のロータヨークの間に６枚のインぺラを設けている。なお、ロータ４１の他のロータヨークの表面にも同じ形状の様な永久磁石が設けられている。
【００４９】
図６に示すロータ４１と共働するデスク型ステータ４４について説明する。図７は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ２におけるステータの他の実施例を示す外観斜視図である。
【００５０】
上記したアキシャル型磁気浮上モータＡ２のデスク型ステータ４４は６０度毎に等間隔で設けた６個の突極から構成されている。ステータ４４の突極４４ａはストレート突極構造を採用し、断面は扇形構造を採用した。ステータ４４の寸法は、外径２４ｍｍ、内径１６ｍｍ、突極４４ａの高さは５ｍｍである。
【００５１】
図６に示すロータ４１と図７に示すデスク型ステータ４４に関連する軸方向位置および回転制御用の軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの構成を説明する。図８は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ２における軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの一実施例を示す外観斜視図である。
【００５２】
アキシャル型磁気浮上モータＡ２のステータ４４の６個のすべての突極４４ａには、軸方向位置および回転制御用として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界を発生させるように軸方向位置・回転制御用コイル（電磁石用コイル）４７を巻き、その上に傾き制御用としてα相、β相どちらかの磁界を発生させるように傾き制御用コイル（電磁石コイル）４６を巻いた。すなわち、軸方向位置・回転制御用コイル４７は、突極４４ａの根元部に巻回されており、傾き制御用コイル４６は、突極４４ａの先端部に巻回されている。軸方向位置・回転制御用コイル４７と傾き制御用コイル４６は線径０．４ｍｍの導線を用い、１突極あたり軸方向位置・回転制御用を４３巻き、傾き制御用を５巻きとした。
【００５３】
次に本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプについて説明する。図９は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例を示す側面図、図１０はアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例で図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【００５４】
このアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰは、主として遠心ポンプＰの固定フレームを構成するポンプハウジング５１、このポンプハウジング５１内に区画して形成されたポンプ室５２、吸込口５３、吐出口５４で構成されている。
【００５５】
また、このアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰにおいては、上述した他の一実施例であるアキシャル型磁気浮上モータＡ２を採用している。すなわち、図６に示したロータ、図７に示したステータ、図８に示した軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルからなるアキシャル型磁気浮上モータＡ２の構成を基本的に採用している。
【００５６】
アキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰは、ロータ６１を配置し、このロータ６１は、ポンプケーシング５１内に形成されたポンプ室５２内に配置されるともに遠心型のインペラ６１ａを一体的に備えている。このロータ６１は軸線Ｚのまわりに回転可能に、かつその軸線Ｚに沿って上下動可能になっている。このロータ６１は、その上面に設けた永久磁石６２ａを、その下面に永久磁石６２ｂを配置している。永久磁石６２ａの上部にはデスク型上部ステータ６３を配置し、永久磁石６２ａの下部にはデスク型下部ステータ６４を配置している。上部ステータ６３の突極には上部軸方向制御・回転制御用コイル６５と上部傾き制御用コイル６６を設けている。下部ステータ６４の上方には下部軸方向制御・回転制御用コイル６７と下部傾き制御用コイル６８を設けている。
【００５７】
アキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰの上部ステータ６２、上部軸方向制御・回転制御用コイル６５と上部傾き制御用コイル６６と下部ステータ６４、下部軸方向制御・回転制御用コイル６７と下部傾き制御用コイル６８は対向して配置され、ロータ６１の軸線Ｘに対して対称的に配置されている。
【００５８】
上述のように構成されたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰにおいて、ロータ６１が上部ステータ６２および下部ステータ６３のそれぞれの上部軸方向制御・回転制御用コイル６５と下部軸方向制御・回転制御用コイル６７により、磁気浮上状態で回転駆動され、これによってロータ６１のインペラ６１ａが回転して、吸込口５３よりポンプ室５２に流入したポンプ給送流体（例えば、血液）が遠心作用を受けて吐出口５４より外部に給送され、ポンプ動作が遂行される。
【００５９】
上述のアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰは、ロータ６１を回転支持する軸受を不要とした無接触状態で回転駆動されるので、潤滑用グリースによる吐出液の汚染や機械的接触による磨耗くずの混入の恐れがないので、高純度の液の給送に適している。
【００６０】
上述のアキシャル型磁気浮上モータの実施例では２極のアキシャル型磁気浮上モータについて説明したがこれに限定されなく、例えば４極、６極等多極のアキシャル型磁気浮上モータを採用できる。また、モータに用いられる永久磁石は、ネオジウム系磁石およびサマリウム系磁石を採用されたがこれに限定されない。また、ロータの軸方向位置・回転制御用コイルとロータの傾き制御用コイルの配置は、実施例のアキシャル型磁気浮上モータ構成に限定されなく、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、軸方向位置・回転制御用コイルをステータの突極の根元部側に傾き制御用コイルを突極の先端部側に配置してもよい。また、軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルをステータの突極に両コイルを入り交ぜて混合して配置してもよい。
【００６１】
例えば、アキシャル型磁気浮上４極モータの場合、傾き制御用の磁場を６極の回転磁界として、片側のステータにのみ軸方向位置・回転制御用コイルに加えて傾き制御用コイルを配置してもよい。この場合、他側のステータには、傾き制御用コイルは設けられていなく、軸方向位置・回転制御用コイルのみを配置することになる。このような構造のアキシャル型磁気浮上モータのロータ部分にインペラを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることもできる。
【００６２】
さらに、例えば、アキシャル型磁気浮上４極モータとして傾き制御用の磁場を６極の回転磁界として片側に１個のステータ構造を採用し、この片側１個のステータに傾き制御用コイルを配置してもよい。そして、この片側１個のステータに対し、ロータに対向する他側に磁場等による磁気吸引力の発生体として代用可能な電磁石、永久磁石等の吸引力発生体を設置してもよい。この吸引力発生体は重力でも代用できる。このような構造のアキシャル型磁気浮上モータのロータ部分にインペラを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることもできる。
【符号の説明】
【００６３】
１ … ロータ
２ … 上部ステータ
３ … 下部ステータ
４ … 軸方向位置・回転制御用コイル
５ … 傾き制御用コイル
６ … 傾き制御用コイル
７ … 軸方向位置・回転制御用コイル
８ … ロータヨーク
９ … インペラ
１０ … 永久磁石
２１ … 過電流センサ
２２ … Ａ／Ｄコンデンサ
２３ … 制御部
２３ａ … 軸方向位置制御手段
２３ｂ … 回転制御手段
２３ｃ … 傾き制御手段
２４ … 電源
２５ … 増幅器（アンプ）
３１ … ロータ
３２ａ１ … 永久磁石
３２ａ２ … 永久磁石
３４ … ステータ
３４ａ … 突極
３５ … 軸方向位置・回転制御用コイル
３６ … 傾き制御用コイル
４１ … ロータ
４２ａ１ … 永久磁石
４２ａ２ … 永久磁石
４４ … ステータ
４４ａ … 突極
４６ … 傾き制御用コイル
４７ … 軸方向位置・回転制御用コイル
５１ … ポンプケーシング
５２ … ポンプ室
５３ … 吸込口
５４ … 吐出口
６１ … ロータ
６１ａ … インペラ
６２ａ … 永久磁石
６２ｂ … 永久磁石
６３ … 上部ステータ
６４ … 下部ステータ
６５ … 上部軸方向位置・回転制御用コイル
６６ … 上部傾き制御用コイル
６７ … 下部軸方向位置・回転制御用コイル
６８ … 下部傾き制御用コイル
Ａ … アキシャル型磁気浮上モータ
Ａ１ … アキシャル型磁気浮上モータ
Ａ２ … アキシャル型磁気浮上モータ
Ｐ … アキシャル型磁気浮上遠心ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関し、特に小型軽量の磁気浮上人工心臓を実現するアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関する。
【０００２】
本発明は、特にロータとその軸線方向に沿って、ロータの上部に配置された上部ステータおよびロータの下部に配置された下部ステータとを備え、ロータをロータの軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながらロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータおよびこのアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【０００３】
ロータを磁気の作用によってその軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながらロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させる構成の磁気浮上モータとして、例えば磁気浮上回転モータ、高速回転機、工作機械用の高速スピンドル、さらにはその応用例としての医療分野における人工心臓の遠心ポンプ等への応用がある。磁気浮上のモータ方式としてロータの軸線方向に沿ってロータの軸方向の位置ならびにロータの回転の制御を行なうアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上遠心ポンプが知られている。（特許文献１）
【０００４】
特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータは、ロータの上方に上部ステータ、下方に下部ステータを配置し、ロータの周囲にリング状外側永久磁石を配置した構成である。上部ステータの電磁石はロータ上面の上側永久磁石と共働して、ロータの軸方向位置および傾き制御を行ない、下部ステータはロータ下面の永久磁石と共働してロータの回転制御を行なう。このアキシャル型磁気浮上モータにおいては、ロータのラジアル方向の変動ないし振動はロータ周面に設けたリング状内側永久磁石とこれと同心配置のリング状外側永久磁石との間の相互反発力により抑制し、ラジアル方向の受動安定性でロータを支持している。
【０００５】
上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータに設けた４個の電磁石はロータに対して吸引力を作用させてロータの軸方向の位置制御を担っているがロータの回転制御は兼用していない。一方、下部ステータの電磁石が回転制御を担っている。従って、上部ステータにおいてロータの軸方向に着磁したバイアス磁束発生用としてロータの軸方向の位置を制御し、ロータの回転は下部ステータが担っている。すなわち、上部ステータはロータの軸線Ｚ方向におけるアキシャル制御を行ない、下部ステータはロータの軸線Ｚのまわりの回転制御を行なっている。
【０００６】
また、上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータに設けた電磁石は、ロータの上側永久磁石と共働してロータの傾きを制御する傾き制御用電磁石として機能している。すなわち、上部ステータの電磁石は、ロータが軸線Ｚに対して偏位した傾きに対する制御を担っている。
【０００７】
上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、上部ステータでロータの位置とロータの傾きを制御し、ロータの回転制御と上部ステータに対するバイアス力を発生する下部ステータを備えており、軸方向位置制御は、上部ステータの吸引力と下部ステータの磁気吸引力の大きさを釣り合わせて行われている。またロータの傾き制御は永久磁石によるバイアス磁束と電磁石による磁束に基づいて行われている。
【０００８】
上述の特許文献１に示されたアキシャル型磁気浮上モータでは、成人用の循環系疾患者および呼吸器系疾患者の救命のための磁気浮上人工心臓の実現するアキシャル型磁気浮上モータに関するものであり、ロータの直径すなわちラジアル方向の寸法が大きく大型になりロータの重量が増大し、また磁気浮上を担う上部ステータとモータ機能を担う下部ステータの異なる役割の上下磁気吸引力を釣り合わせる構造であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６６７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は、ラジアル方向に小さい寸法を有する小型軽量のアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御構成が簡単なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１２】
本発明の解決しようとする課題は、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御が容易なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【００１４】
本発明の解決しようとする課題は、上部ステータおよび下部ステータの両ステータでロータの回転制御ができるアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置される上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置される下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータにある。前記ロータ部分にインペラを設けてもよい。
【００１６】
本発明のアキシャル型磁気浮上モータにおける突極と前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルとの配置については少なくとも三つの構成がある。一例として、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、前記上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設ける。また、前記上部傾き制御用コイル前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設ける。他の例として、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設ける。また、前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設ける。その他の例として、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に両コイルを規則的にまたは不規則的に入り交ぜて混合して卷回して設け、前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に両コイルを規則的にまたは不規則的に入り交ぜて混合して卷回して設ける。
【００１７】
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部ステータの前記突極および前記下部ステータの前記突極のいずれか一方のみに前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを設け、４極以上のロータ上側、下側の永久磁石を用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータにある。前記ロータ部分にインペラを設けてもよい。このアキシャル型磁気浮上モータを有し，そのロータ部分にインペラを形成したアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにある。
【００１８】
本発明では、上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置されたステータと、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置された吸引力発生体を備え、前記ステータと前記吸引力発生体で発生させる吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向の上面には上側永久磁石を設け、前記ステータと前記ロータの上面との間に前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを設け、４極以上の極数のロータ上側永久磁石を用い、前記吸引力発生体は磁場等による吸引力を発生することを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータにある。前記吸引力発生体の実現方法としては、前記ロータの軸方向の下面に下側永久磁石を設け、磁性部材を離間配置する方法、前記ロータの軸方向の下面に磁性材料を貼り付け、電磁石または永久磁石を離間配置する方法、前記ロータにかかる重力を利用する方法等がある。前記ロータ部分にインペラを設けてもよい。このアキシャル型磁気浮上モータを有し、そのロータ部分にインペラを形成したアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにある。
【００１９】
本発明では、上記目的を達成するために、ハウジングと、前記ハウジングに形成されたポンプ室を備え、前記ポンプ室にインペラを有するロータを配置するとともに、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置される上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ラジアル方向の小さい寸法を有する小型軽量のアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２１】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ロータの軸方向位置と回転制御の構成とロータの傾き制御の構成が簡単なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２２】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２３】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２４】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部ステータおよび下部ステータの両ステータでロータの回転制御可能なアキシャル型磁気浮上モータを得ることができた。
【００２５】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御が容易なアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【００２６】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、ロータの軸方向位置および回転制御とロータの傾き制御の容易なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【００２７】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、小型で高いトルクが発生可能なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【００２８】
本発明によって、アキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、上部ステータおよび下部ステータの両ステータで回転制御可能なアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例の原理構成を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示す本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例における制御システム構成を示すブロック図である。
【図３】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるロータ部分の一実施例を示す平面図である。
【図４】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるステータの一実施例を示す外観斜視図である。
【図５】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおける軸方向制御および回転制御用コイルと傾き制御用コイルとステータの一実施例を示す外観斜視図である。
【図６】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるロータ部分の他の実施例を示す平面図である。
【図７】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおけるステータの他の実施例を示す外観斜視図である。
【図８】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータにおける軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルとステータの他の実施例を示す外観斜視図である。
【図９】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例を示す側面図である。
【図１０】本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例で図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明のアキシャル型磁気浮上モータおよびこのアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを実施するための形態を図面に示す実施例に沿って説明する。図１は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータの一実施例の原理構成を示す外観斜視図である。
【００３１】
図１のアキシャル型磁気浮上モータＡは、主としてロータ１、このロータ１の軸線Ｚに沿ってロータ１の上部に配置されたデスク型上部ステータ２、ロータ１の軸線Ｚに沿ってロータ１の下部に配置されたデスク型下部ステータ３から構成されている。また、ロータ１は２枚のロータヨーク８および６枚のインぺラ９を備えており、ロータヨーク８の外表面に２個の永久磁石１０をそれぞれ設けている。
【００３２】
また、図１のアキシャル型磁気浮上モータＡは、上部ステータ２の突極には、３相２極の回転磁界を発生するロータ１の軸方向位置および回転を制御する上部軸方向位置・回転制御用コイル４が突極の根元部に巻回されており、ロータ１の傾きを制御する上部傾き制御用コイル５が突極の先端部に巻回されている。また、下部ステータ３の突極の根元部には、３相２極の回転磁界を発生するロータ１の下部軸方向位置・回転制御用コイル７、下部ステータ３のと突極の先端部にはロータ１の傾きを制御する下部傾き制御用コイル６が巻回されている。
【００３３】
さらに、図１のアキシャル型磁気浮上モータＡにおいては、ロータ１には、浮上回転用の２極の永久磁石１０が軸方向両面に配置されている。ロータ１は、上部ステータ２、下部ステータ３により軸方向両面から挟み込まれ、上部ステータ２、下部ステータ３で発生する磁気吸引力を釣り合わせることにより軸方向に磁気支持され回転する。本発明のアキシャル型磁気浮上モータＡは、上部ステータ２と下部ステータ３の両ステータでロータ１の回転制御を行なっている。
【００３４】
また、ロータ１の上下面に永久磁石１０を上下で９０度ずらして配置し、上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータに配置した上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6で、ロータ１のラジアル方向２軸まわりの傾きを制御している。ラジアル方向位置については、受動安定性を用いて静的に支持している。上部ステータ２、上部軸方向位置・回転制御用コイル４、上部傾き制御用コイル５と下部ステータ３、下部軸方向位置・回転制御用コイル7、下部傾き制御用コイル6とはロータ１の軸線Ｘに対向して、かつこの軸線Ｘに対して対称的に配置されている。
【００３５】
図１のアキシャル型磁気浮上モータＡにおけるロータ１の軸方向位置制御および回転制御は、上述したように上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータを用いて行なう。ロータ１の軸方向位置制御は、上部ステータ２、下部ステータ３の上部軸方向位置・回転制御用コイル４と下部軸方向位置・回転制御用コイル7の両コイルに与える３相２極の回転磁界のｄ軸電流を変化させ、ロータ１上下に働く吸引力の大きさを釣り合わせて行なっている。ロータ１の回転制御は、上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界のｑ軸電流により回転トルクを発生させて行なっている。ロータ１の軸方向位置制御および回転制御はベクトル制御を用いそれぞれ独立に制御している。
【００３６】
本発明の一実施例のアキシャル型磁気浮上モータＡでは、ｄ軸成分の電流値、ｑ軸成分の電流値を用いて、ロータ１の軸方向吸引力と回転制御を独立に行なっている。実際には、最終的に決定したｄ軸成分の電流値、ｑ軸成分の電流値を３相２極の回転磁界に変換し、その回転磁界を軸方向位置・回転制御用コイル４、６の両コイルに与えて、３相２極の回転磁界で制御している。
【００３７】
図１のアキシャル型磁気浮上モータＡにおけるロータ１の傾き制御は、上述したように上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6の両コイルを用いて行なう。すなわち、６個の突極に６個のコイルを巻いてあるが全ての傾き制御用コイルで同一方向に磁束を発生させ、ロータ１に配置した永久磁石のＳ極側とＮ極側に働く磁気吸引力の不均衡を生じさせて行なう。前述したように、ロータ１の上下面に上下で９０度ずらして配置した永久磁石１０と上部ステータ２、下部ステータ３の両ステータに配置した上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6で、ロータ１のラジアル方向２軸まわりの傾きを制御している。
【００３８】
アキシャル型磁気浮上モータＡのロータ１のｘ軸回りおよびｙ軸回りの傾きを検出しロータ１の傾き制御を行なうが、傾き制御に用いる永久磁石１０はロータ１として回転する。このため、回転角の検出をし、ｘ軸回りおよびｙ軸回りの傾きを回転座標系の傾きに変換し、傾き制御を行なう。
【００３９】
本発明のアキシャル型磁気浮上モータＡにおける制御システムについて説明する。図２において、アキシャル型磁気浮上モータＡに設けた上部軸方向位置および回転制御用コイル４と下部軸方向位置および回転制御用コイル7、および上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6に対応して設けた過電流センサ２１よりロータ１の軸方向位置・回転制御用および傾きの変位を表わす検出信号がＡ/Ｄコンバータ２２を介して制御部２３に送られる。この制御部２３に設けた軸方向位置制御手段２３ａ、回転制御手段２３ｂおよび傾き制御手段２３ｃにおいて、上部軸方向位置・回転制御用コイル４と下部軸方向位置・回転制御用コイル７、および上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル６に流すべきコイル電流値が算出され、これが電源２４に接続された増幅器（アンプ）２５に出力される。
【００４０】
このように、傾き制御用として発生させ磁界α相を発生させる上部傾き制御用コイル５、磁界β相を発生させる下部傾き制御用コイル6とＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界を発生させる上部軸方向位置・回転制御用コイル4と下部軸方向位置・回転制御用コイル７の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）に電流を増幅器（アンプ）２５を介して入力する。制御には、デジタルＰＩＤ制御を用いる。ｄＳＰＡＣＥ（商品名）を用いて高速のデジタル信号処理をする。過電流センサ２１の信号は、Ａ/Ｄコンバータ２２を介してｄＳＰＡＣＥに取り込み上部傾き制御用コイル５と下部傾き制御用コイル6に流す電流を計算し、増幅器（アンプ）２５に出力する。また、制御部２３の制御プログラムはＣ言語などを用いて作成され、その具体例として例えばＭＡＴＬＡＢ．５．３ｓｉｍｕｌｉｋ（商品名）が用いられる。
【００４１】
本発明のアキシャル型磁気浮上型モータの一実施例を説明する。アキシャル型磁気浮上型モータＡ１はネオジウム系磁石を使用したＴｙｐｅ １−Ｎｄ型モータを採用した。図３は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ１におけるロータ部分の一実施例を示す平面図である。
【００４２】
アキシャル型磁気浮上型モータＡ１のロータ３１は１極を２個の永久磁石により構成し、合計４個の永久磁石３２ａ１、３２ａ２をロータ３１のロータヨークに貼り付けて２極のロータ３１を構成している。永久磁石３２ａ１、３２ａ２の形状は扇形構造であり、各永久磁石３２ａ１、３２ａ２の厚さは１ｍｍである。ロータ３１のロータヨークの寸法は、外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さは２ｍｍである。永久磁石３２ａ１、３２ａ２はネオジウム系磁石を採用した。ロータ３１は２個のロータヨークを備えており、ロータヨークに対向して他のロータヨークを有し、２個のロータヨークの間に６枚のインぺラを設けている。なお、ロータ３１の他のロータヨークの表面にも同じ形状の様な永久磁石が設けられている。
【００４３】
図３に示すロータ３１と共働するデスク型ステータについて説明する。図４は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ１におけるステータの一実施例を示す外観斜視図である。
【００４４】
アキシャル型磁気浮上型モータＡ１のデスク型ステータ３４は６０度毎に等間隔で設けた６個の突極３４ａから構成されている。突極３４ａはストレート突極構造を採用し、断面は扇形構造を採用した。ステータ３４の寸法は、外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、突極３４ａの高さは５ｍｍである。
【００４５】
図３に示すロータ３１と図４に示すデスク型ステータ３４に関連する軸方向位置および回転制御用の軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの構成を説明する。図５は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ１における軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの一実施例を示す外観斜視図である。
【００４６】
アキシャル型磁気浮上モータＡ１のステータ３４の６個のすべての突極３４ａには、軸方向位置・回転制御用として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界を発生させるように軸方向位置・回転制御用コイル３５（電磁石用コイル）を巻き、その上に傾き制御用としてα相、β相どちらかの磁界を発生させるように傾き制御用コイル（電磁石コイル）３６を巻いた。すなわち、軸方向位置・回転制御用コイル３５は、突極３４ａの根元部に巻回されており、傾き制御用コイル３６は、突極３４ａの先端部に巻回されている。軸方向位置・回転制御用コイル３５と傾き制御用コイル３６は線径０．４ｍｍの導線を用い、１突極あたり軸方向位置・回転制御用を２７巻き、傾き制御用を５巻きとした。
【００４７】
本発明のアキシャル型磁気浮上型モータの他の実施例を説明する。アキシャル型磁気浮上型モータＡ２はネオジウム系磁石を使用したＴｙｐｅ ２−Ｎｄ型モータおよびサマリウム系磁石を使用したＴｙｐｅ ２−Ｓｍ型モータを採用した。図６は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ２におけるロータ部分の他の実施例を示す平面図である。
【００４８】
アキシャル型磁気浮上型モータＡ２のロータ４１は１極を２個の永久磁石により構成し、合計４個の永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２をロータのヨーク４３に貼り付けて２極のモータロータ４１を構成している。永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２の形状は、ステータ４４、ロータ４１間の空隙における磁束密度が正弦波状に発生する形状を採用した。各永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２の厚さは０．７ｍｍである。モータロータ４１のロータヨークの寸法は、外径２４ｍｍ、内径８ｍｍ、厚さは２ｍｍである。永久磁石４２ａ１、４２ａ２および永久磁石４２ｂ１、４２ｂ２はネオジウム系磁石とサマリウムコバルト系磁石の２種類を採用した。ロータ４１は２個のロータヨークを備えており、ロータヨークに対向して他のロータヨークを有し、２個のロータヨークの間に６枚のインぺラを設けている。なお、ロータ４１の他のロータヨークの表面にも同じ形状の様な永久磁石が設けられている。
【００４９】
図６に示すロータ４１と共働するデスク型ステータ４４について説明する。図７は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ２におけるステータの他の実施例を示す外観斜視図である。
【００５０】
上記したアキシャル型磁気浮上モータＡ２のデスク型ステータ４４は６０度毎に等間隔で設けた６個の突極から構成されている。ステータ４４の突極４４ａはストレート突極構造を採用し、断面は扇形構造を採用した。ステータ４４の寸法は、外径２４ｍｍ、内径１６ｍｍ、突極４４ａの高さは５ｍｍである。
【００５１】
図６に示すロータ４１と図７に示すデスク型ステータ４４に関連する軸方向位置および回転制御用の軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの構成を説明する。図８は本発明によるアキシャル型磁気浮上モータＡ２における軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルの一実施例を示す外観斜視図である。
【００５２】
アキシャル型磁気浮上モータＡ２のステータ４４の６個のすべての突極４４ａには、軸方向位置および回転制御用として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相２極の回転磁界を発生させるように軸方向位置・回転制御用コイル（電磁石用コイル）４７を巻き、その上に傾き制御用としてα相、β相どちらかの磁界を発生させるように傾き制御用コイル（電磁石コイル）４６を巻いた。すなわち、軸方向位置・回転制御用コイル４７は、突極４４ａの根元部に巻回されており、傾き制御用コイル４６は、突極４４ａの先端部に巻回されている。軸方向位置・回転制御用コイル４７と傾き制御用コイル４６は線径０．４ｍｍの導線を用い、１突極あたり軸方向位置・回転制御用を４３巻き、傾き制御用を５巻きとした。
【００５３】
次に本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプについて説明する。図９は、本発明によるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例を示す側面図、図１０はアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプの一実施例で図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【００５４】
このアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰは、主として遠心ポンプＰの固定フレームを構成するポンプハウジング５１、このポンプハウジング５１内に区画して形成されたポンプ室５２、吸込口５３、吐出口５４で構成されている。
【００５５】
また、このアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰにおいては、上述した他の一実施例であるアキシャル型磁気浮上モータＡ２を採用している。すなわち、図６に示したロータ、図７に示したステータ、図８に示した軸方向制御・回転制御用コイルと傾き制御用コイルからなるアキシャル型磁気浮上モータＡ２の構成を基本的に採用している。
【００５６】
アキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰは、ロータ６１を配置し、このロータ６１は、ポンプケーシング５１内に形成されたポンプ室５２内に配置されるともに遠心型のインペラ６１ａを一体的に備えている。このロータ６１は軸線Ｚのまわりに回転可能に、かつその軸線Ｚに沿って上下動可能になっている。このロータ６１は、その上面に設けた永久磁石６２ａを、その下面に永久磁石６２ｂを配置している。永久磁石６２ａの上部にはデスク型上部ステータ６３を配置し、永久磁石６２ａの下部にはデスク型下部ステータ６４を配置している。上部ステータ６３の突極には上部軸方向制御・回転制御用コイル６５と上部傾き制御用コイル６６を設けている。下部ステータ６４の上方には下部軸方向制御・回転制御用コイル６７と下部傾き制御用コイル６８を設けている。
【００５７】
アキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰの上部ステータ６２、上部軸方向制御・回転制御用コイル６５と上部傾き制御用コイル６６と下部ステータ６４、下部軸方向制御・回転制御用コイル６７と下部傾き制御用コイル６８は対向して配置され、ロータ６１の軸線Ｘに対して対称的に配置されている。
【００５８】
上述のように構成されたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰにおいて、ロータ６１が上部ステータ６２および下部ステータ６３のそれぞれの上部軸方向制御・回転制御用コイル６５と下部軸方向制御・回転制御用コイル６７により、磁気浮上状態で回転駆動され、これによってロータ６１のインペラ６１ａが回転して、吸込口５３よりポンプ室５２に流入したポンプ給送流体（例えば、血液）が遠心作用を受けて吐出口５４より外部に給送され、ポンプ動作が遂行される。
【００５９】
上述のアキシャル型磁気浮上遠心ポンプＰは、ロータ６１を回転支持する軸受を不要とした無接触状態で回転駆動されるので、潤滑用グリースによる吐出液の汚染や機械的接触による磨耗くずの混入の恐れがないので、高純度の液の給送に適している。
【００６０】
上述のアキシャル型磁気浮上モータの実施例では２極のアキシャル型磁気浮上モータについて説明したがこれに限定されなく、例えば４極、６極等多極のアキシャル型磁気浮上モータを採用できる。また、モータに用いられる永久磁石は、ネオジウム系磁石およびサマリウム系磁石を採用されたがこれに限定されない。また、ロータの軸方向位置・回転制御用コイルとロータの傾き制御用コイルの配置は、実施例のアキシャル型磁気浮上モータ構成に限定されなく、アキシャル型磁気浮上モータにおいて、軸方向位置・回転制御用コイルをステータの突極の根元部側に傾き制御用コイルを突極の先端部側に配置してもよい。また、軸方向位置・回転制御用コイルと傾き制御用コイルをステータの突極に両コイルを入り交ぜて混合して配置してもよい。
【００６１】
例えば、アキシャル型磁気浮上４極モータの場合、傾き制御用の磁場を６極の回転磁界として、片側のステータにのみ軸方向位置・回転制御用コイルに加えて傾き制御用コイルを配置してもよい。この場合、他側のステータには、傾き制御用コイルは設けられていなく、軸方向位置・回転制御用コイルのみを配置することになる。このような構造のアキシャル型磁気浮上モータのロータ部分にインペラを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることもできる。
【００６２】
さらに、例えば、アキシャル型磁気浮上４極モータとして傾き制御用の磁場を６極の回転磁界として片側に１個のステータ構造を採用し、この片側１個のステータに傾き制御用コイルを配置してもよい。そして、この片側１個のステータに対し、ロータに対向する他側に磁場等による磁気吸引力の発生体として代用可能な電磁石、永久磁石等の吸引力発生体を設置してもよい。この吸引力発生体は重力でも代用できる。このような構造のアキシャル型磁気浮上モータのロータ部分にインペラを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプを得ることもできる。
【符号の説明】
【００６３】
１ … ロータ
２ … 上部ステータ
３ … 下部ステータ
４ … 軸方向位置・回転制御用コイル
５ … 傾き制御用コイル
６ … 傾き制御用コイル
７ … 軸方向位置・回転制御用コイル
８ … ロータヨーク
９ … インペラ
１０ … 永久磁石
２１ … 過電流センサ
２２ … Ａ／Ｄコンデンサ
２３ … 制御部
２３ａ … 軸方向位置制御手段
２３ｂ … 回転制御手段
２３ｃ … 傾き制御手段
２４ … 電源
２５ … 増幅器（アンプ）
３１ … ロータ
３２ａ１ … 永久磁石
３２ａ２ … 永久磁石
３４ … ステータ
３４ａ … 突極
３５ … 軸方向位置・回転制御用コイル
３６ … 傾き制御用コイル
４１ … ロータ
４２ａ１ … 永久磁石
４２ａ２ … 永久磁石
４４ … ステータ
４４ａ … 突極
４６ … 傾き制御用コイル
４７ … 軸方向位置・回転制御用コイル
５１ … ポンプケーシング
５２ … ポンプ室
５３ … 吸込口
５４ … 吐出口
６１ … ロータ
６１ａ … インペラ
６２ａ … 永久磁石
６２ｂ … 永久磁石
６３ … 上部ステータ
６４ … 下部ステータ
６５ … 上部軸方向位置・回転制御用コイル
６６ … 上部傾き制御用コイル
６７ … 下部軸方向位置・回転制御用コイル
６８ … 下部傾き制御用コイル
Ａ … アキシャル型磁気浮上モータ
Ａ１ … アキシャル型磁気浮上モータ
Ａ２ … アキシャル型磁気浮上モータ
Ｐ … アキシャル型磁気浮上遠心ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項２】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項３】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、上部傾き制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルは、前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、下部軸方向位置・回転制御用コイルは前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項４】
請求項３のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項５】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部傾き制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルは、前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、下部軸方向位置・回転制御用コイルは前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項６】
請求項５のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項７】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部傾き制御用コイルと前記上部軸方向位置・回転制御用コイルは前記上部ステータの前記突極に混合して巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルと下部軸方向位置・回転制御用コイルは前記下部ステータの前記突極に混合して巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項８】
請求項７のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項９】
ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部ステータの前記突極および前記下部ステータの前記突極のいずれか一方のみに前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１０】
請求項９のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１１】
ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置されたステータと、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置された吸引力発生体を備え、前記ステータと前記吸引力発生体で発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向の上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを前記ステータの前記突極に巻回して設け、前記吸引力発生体は静止磁場による吸引力を発生することを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１２】
請求項１０のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記吸引力発生体は、前記ロータの軸方向の下面に下側永久磁石を設け、磁性材料を離間配置すること、前記ロータの軸方向の下面に磁性材料を貼り付け、電磁石または永久磁石を離間配置すること、前記ロータにかかる重力を利用することのいずれか一つを採用することを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１３】
請求項１１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１４】
ハウジングと、前記ハウジングに形成されたポンプ室を備え、前記ポンプ室にインペラを有するロータを配置するとともに、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１５】
請求項４に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１６】
請求項６に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１７】
請求項８に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１８】
請求項１０に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１９】
請求項１３に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１】
ロータと、前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びた突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項２】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項３】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、上部傾き制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルは、前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、下部軸方向位置・回転制御用コイルは前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項４】
請求項３のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項５】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部傾き制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の先端部に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルは前記上部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルは、前記下部ステータの前記突極の根元部に巻回して設け、下部軸方向位置・回転制御用コイルは前記下部ステータの前記突極の先端部に巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項６】
請求項５のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項７】
請求項１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、上部傾き制御用コイルと前記上部軸方向位置・回転制御用コイルは前記上部ステータの前記突極に混合して巻回して設け、前記下部傾き制御用コイルと下部軸方向位置・回転制御用コイルは前記下部ステータの前記突極に混合して巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項８】
請求項７のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項９】
ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部ステータの前記突極および前記下部ステータの前記突極のいずれか一方のみに前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを巻回して設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１０】
請求項９のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１１】
ロータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置されたステータと、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータに離間配置された吸引力発生体を備え、前記ステータと前記吸引力発生体で発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータの軸方向の上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう傾き制御用コイルを前記ステータの前記突極に巻回して設け、前記吸引力発生体は静止磁場による吸引力を発生することを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１２】
請求項１０のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記吸引力発生体は、前記ロータの軸方向の下面に下側永久磁石を設け、磁性材料を離間配置すること、前記ロータの軸方向の下面に磁性材料を貼り付け、電磁石または永久磁石を離間配置すること、前記ロータにかかる重力を利用することのいずれか一つを採用することを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１３】
請求項１１のアキシャル型磁気浮上モータにおいて、前記ロータにインペラを設けたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
【請求項１４】
ハウジングと、前記ハウジングに形成されたポンプ室を備え、前記ポンプ室にインペラを有するロータを配置するとともに、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの上部に離間配置された上部ステータと、前記ロータ側に突出して延びる突極を有し、前記ロータの軸線方向に沿って前記ロータの下部に離間配置された下部ステータを備え、前記上部ステータと前記下部ステータで発生させる磁気吸引力を釣り合わせることにより、前記ロータを前記軸線方向に沿ってアキシャル磁気浮上させながら前記ロータの軸線のまわりに非接触状態で回転させるアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプにおいて、前記ロータの軸方向上面には上側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向下面には下側永久磁石を設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう上部傾き制御用コイルを前記上部ステータの前記突極に巻回して設け、前記ロータの軸方向位置および回転制御を行なう下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記ロータの傾き制御を行なう下部傾き制御用コイルを前記下部ステータの前記突極に巻回して設け、前記上部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記上部傾き制御用コイルと前記下部軸方向位置・回転制御用コイルおよび前記下部傾き制御用コイルを前記ロータの前記軸線方向に沿って対称的に配置したことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１５】
請求項４に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１６】
請求項６に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１７】
請求項８に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１８】
請求項１０に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【請求項１９】
請求項１３に定義したアキシャル型磁気浮上モータを用いたことを特徴とするアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２７９２３０（Ｐ２０１０−２７９２３０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２２３９（Ｐ２００９−１３２２３９）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（５０４２０３５７２）国立大学法人茨城大学 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（５０４２０３５７２）国立大学法人茨城大学 (99)
【Ｆターム（参考）】
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