JP4153468B2 - Magnetic levitation motor and turbo pump - Google Patents
Magnetic levitation motor and turbo pump Download PDFInfo
- Publication number
- JP4153468B2 JP4153468B2 JP2004190147A JP2004190147A JP4153468B2 JP 4153468 B2 JP4153468 B2 JP 4153468B2 JP 2004190147 A JP2004190147 A JP 2004190147A JP 2004190147 A JP2004190147 A JP 2004190147A JP 4153468 B2 JP4153468 B2 JP 4153468B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic
- stator
- rotation axis
- axis direction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims description 155
- 238000005339 levitation Methods 0.000 title claims description 33
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 8
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 235000000396 iron Nutrition 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2380/00—Electrical apparatus
- F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
本発明は、磁気力によってロータを非接触状態で支持しつつ回転させる磁気浮上型モータに関し、特に小型化に適した磁気浮上型モータ及びそれを用いたターボポンプに関する。 The present invention relates to a magnetic levitation motor that rotates while supporting a rotor in a non-contact state by a magnetic force, and more particularly to a magnetic levitation motor suitable for miniaturization and a turbo pump using the same.
磁気浮上型モータは、ロータを磁気軸受で非接触に支承した状態で回転駆動するため、軸受部での摩耗がないという利点を有する。しかし、磁気軸受に電磁石を使用する磁気浮上型モータでは、ロータを浮上させるために大きな電流を必要とする。また、少ない電流で磁気力を大きくするためには、ロータとステータとの間のギャップが小さいことが要求され、高い工作精度が必要になる。 The magnetic levitation type motor has an advantage that there is no wear on the bearing portion because the rotor is rotationally driven in a state of being supported in a non-contact manner by a magnetic bearing. However, a magnetic levitation motor that uses an electromagnet as a magnetic bearing requires a large current to levitate the rotor. In order to increase the magnetic force with a small current, it is required that the gap between the rotor and the stator be small, and high machining accuracy is required.
これらの問題を解決する有力な方法として、永久磁石から生じる磁束を磁気軸受のバイアス磁束として利用したハイブリッド型の磁気浮上型モータが使用されるようになってきた(特許文献1)。このハイブリッド型の磁気浮上型モータとして最も普及しているものは、ロータの回転軸方向に隔てて配置された2つのラジアル磁気軸受の間に軸方向に着磁された永久磁石を挟み、一方のラジアル軸受をN極に、他方のラジアル軸受をS極にバイアス磁化し、このバイアス磁束を励磁コイルによってラジアル方向の一方では強め、他方では弱めることによってラジアル吸引力を制御するようにしたものである。 As an effective method for solving these problems, a hybrid type magnetic levitation motor that uses a magnetic flux generated from a permanent magnet as a bias magnetic flux of a magnetic bearing has been used (Patent Document 1). The most popular type of this hybrid type magnetic levitation type motor is that a permanent magnet magnetized in the axial direction is sandwiched between two radial magnetic bearings spaced apart in the rotational axis direction of the rotor, The radial attraction is controlled by biasing the radial bearing to the N pole and biasing the other radial bearing to the S pole, and strengthening the bias magnetic flux in the radial direction by the exciting coil and weakening the other in the other direction. .
また、本発明者等は、このような磁気浮上型モータを応用した人工心臓などに用いられる小型の軸流ポンプを提案している(非特許文献1)。この軸流ポンプでは、2つの磁気軸受をロータの軸方向両端に配置する。各磁気軸受は、それぞれ4つの電磁石により構成され、両端の各4つの電磁石で、ロータの径方向、軸方向及び傾き方向の位置を制御する。これら磁気軸受間には、ロータの軸方向中央部を取り囲むようにモータ用のステータが配置され、このステータからの回転磁界によってロータを回転駆動する。
上述した従来の磁気浮上型モータでは、ロータが中心からずれたとき、ロータの回転用永久磁石によって磁気浮上を破綻させる方向に吸引力が働く。このため、ロータを磁気軸受の間に配置するタイプの磁気浮上モータでは、ロータの位置制御が難しいという問題がある。 In the conventional magnetic levitation motor described above, when the rotor is displaced from the center, an attractive force acts in a direction that causes the magnetic levitation to fail by the rotating permanent magnet of the rotor. For this reason, in the magnetic levitation motor of the type which arrange | positions a rotor between magnetic bearings, there exists a problem that position control of a rotor is difficult.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、制御性に優れ、より一層の小型化及び軽量化を図ることができる磁気浮上型モータ及びターボポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a magnetic levitation motor and a turbo pump that are excellent in controllability and can be further reduced in size and weight. .
本発明に係る第1の磁気浮上型モータは、ロータと、このロータの回転軸方向の両端に配置されて前記ロータを回転軸方向及び径方向に磁気力によって非接触で支承する電磁石からなる磁気軸受と、これら磁気軸受間に前記ロータの回転軸方向の中央部を取り囲むように配置されて前記ロータに回転駆動力を付与するステータと、前記磁気軸受と前記ステータとの間に異なる極が向かい合うように挿入されて前記磁気軸受にバイアス磁束を供給する永久磁石とを有する磁気浮上型モータにおいて、前記ステータによって回転駆動力を付与される前記ロータの中央部の径が前記磁気軸受に支承される前記ロータの両端部の径よりも小さく設定されていることを特徴とする。 A first magnetically levitated motor according to the present invention is a magnet composed of a rotor and an electromagnet which is disposed at both ends of the rotor in the rotation axis direction and supports the rotor in a non-contact manner by a magnetic force in the rotation axis direction and radial direction. A bearing, a stator arranged between the magnetic bearings so as to surround a central portion in the rotation axis direction of the rotor, and a rotational driving force applied to the rotor, and different poles face each other between the magnetic bearing and the stator. And a permanent magnet for supplying a bias magnetic flux to the magnetic bearing, the diameter of the central portion of the rotor to which a rotational driving force is applied by the stator is supported by the magnetic bearing. It is set smaller than the diameter of the both ends of the rotor.
本発明に係る第2の磁気浮上型モータは、ロータと、このロータの回転軸方向の両端に配置されて前記ロータを回転軸方向及び径方向に磁気力によって非接触で支承する電磁石からなる磁気軸受と、これら磁気軸受間に前記ロータの回転軸方向の中央部を取り囲むように配置されて前記ロータに回転駆動力を付与するステータと、前記磁気軸受と前記ステータとの間に異なる極が向かい合うように挿入されて前記磁気軸受にバイアス磁束を供給する永久磁石とを有する磁気浮上型モータにおいて、前記ステータと前記ロータとの磁気吸引力は、前記磁気軸受と前記ロータとの磁気吸引力よりも小さく設定されていることを特徴とする。 A second magnetic levitation motor according to the present invention is a magnet comprising a rotor and electromagnets arranged at both ends in the rotation axis direction of the rotor and supporting the rotor in a non-contact manner by a magnetic force in the rotation axis direction and the radial direction. A bearing, a stator arranged between the magnetic bearings so as to surround a central portion in the rotation axis direction of the rotor, and a rotational driving force applied to the rotor, and different poles face each other between the magnetic bearing and the stator. in the magnetic levitation type motor is inserted and a permanent magnet for supplying a bias flux to said magnetic bearing as the magnetic attraction force between the said stator rotor, than the magnetic attraction force between the said magnetic bearing rotor It is characterized by being set small.
また、本発明に係るターボポンプは、中央部の径が両端部の径よりも小さく設定され前記中央部の外周面にインペラが形成されたロータと、このロータを内部に非接触で回転可能に収容すると共に一方の端部に移送流体の導入口、他方の端部に前記移送流体の排出口が形成された円筒状のケーシングと、前記ロータの回転軸方向の両端に配置されて前記ロータを回転軸方向及び径方向に磁気力によって非接触で支承する電磁石からなる磁気軸受と、これら磁気軸受間に前記ロータの回転軸方向の中央部を取り囲むように配置されて前記ロータに回転駆動力を付与するステータと、前記磁気軸受と前記ステータとの間に異なる極が向かい合うように挿入されて前記磁気軸受にバイアス磁束を供給する永久磁石とを備えたことを特徴とする。 Further, the turbo pump according to the present invention has a rotor in which the diameter of the central part is set smaller than the diameters of both end parts and an impeller is formed on the outer peripheral surface of the central part, and the rotor can be rotated without contact inside. A cylindrical casing having a transfer fluid inlet at one end and a discharge outlet of the transfer fluid at the other end; and the rotor disposed at both ends of the rotor in the rotation axis direction. A magnetic bearing composed of an electromagnet that is supported in a non-contact manner by a magnetic force in the direction of the rotation axis and in the radial direction, and disposed between the magnetic bearings so as to surround a central portion in the direction of the rotation axis of the rotor. And a permanent magnet that is inserted so that different poles face each other between the magnetic bearing and the stator and supplies a bias magnetic flux to the magnetic bearing.
本発明によれば、ステータとロータとの磁気吸引力が、磁気軸受とロータとの磁気吸引力よりも小さくなるように設定されているので、ロータがずれたときでも磁気軸受によるロータの位置制御に影響を及ぼすことは殆どなく、制御性が良好で、より一層の小型化及び軽量化を図ることができる。 According to the present invention, since the magnetic attractive force between the stator and the rotor is set to be smaller than the magnetic attractive force between the magnetic bearing and the rotor, the position control of the rotor by the magnetic bearing is performed even when the rotor is displaced. The controllability is good, and further reduction in size and weight can be achieved.
以下、添付の図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る磁気浮上型モータの一部を切り欠いた斜視図、図2は回転軸に沿って切断した断面図、図3は図2におけるA−A′断面図である。 1 is a perspective view in which a part of a magnetic levitation motor according to a first embodiment of the present invention is cut away, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a rotation axis, and FIG. It is a cross-sectional view.
この磁気浮上型モータは、円筒状のロータ1と、このロータ1の回転軸方向(Z軸方向)の両端を非接触で支承する磁気軸受2,3と、これら磁気軸受2,3の間の位置に配置されてロータ1の回転軸方向の中央部に回転駆動力を付与する環状のステータ4と、磁気軸受2,3とステータ4の間の周方向4箇所にそれぞれ配置されてバイアス磁束を供給するバイアス用永久磁石5,6と、ロータ1の一端側でロータ1の回転軸方向(Z軸方向)及び径方向(X,Y軸方向)の変位をそれぞれ検出する渦電流センサ等のギャップセンサ7,8,9及びロータ1の他端側でロータ1の径方向(X,Y軸方向)の変位を検出する渦電流センサ等のギャップセンサ10,11と、磁気軸受2,3及びステータ4の外周をそれぞれ覆うケース12,13,14とを備えて構成されている。
This magnetic levitation motor includes a
ロータ1は、例えば磁性ステンレス等の強磁性体からなり、両端部を磁気軸受2,3に支承される大径部16a、16b、ステータ4と対向する軸方向中央部を両端部よりも小径の小径部16cとしたロータ本体16と、このロータ本体16の小径部16cに外装された4つのロータ用永久磁石17とを備えて構成されている。永久磁石17は、円筒体を周方向に4分割した外形を有し、厚み方向に着時され、S極とN極とが周方向に交互に並ぶようにロータ1に装着されている。
The
磁気軸受2,3は、例えば磁性ステンレス等の強磁性体からなる電磁石コア21,31と、これら電磁石コア21,31に巻回された4つの電磁石コイル22,32とを備えて構成されている。電磁石コア21,31は、ロータ1の回転軸方向に延び、一端がロータ1の回転軸方向(Z軸方向)両端部と所定のギャップを介して対向する円筒状のアキシャル突極21a,31aと、このアキシャル突極21a,31aの基端側の周方向の4箇所から径方向に放射状に延びる4つの第1継鉄21b,31bと、これら第1継鉄21b,31bの各先端から軸方向にそれぞれバイアス用永久磁石5,6まで延びる4つの第2継鉄21c,31cと、これら第2継鉄21c,31cの各先端からロータ1の大径部16a,16bに向けて径方向に突設されてロータ1に対して所定のギャップを介して対向する4つのラジアル突極21d,31dとを備えて形成されている。電磁石コイル22,32は、電磁石コア21,31の4つの第2継鉄21c,31cにそれぞれ巻回されている。また、アキシャル突極21a,31aには、中心孔が形成されており、少なくとも一方のアキシャル突極21aの中心孔に、ロータ1の回転軸方向(Z軸方向)の変位を検出するギャップセンサ7が装着されている。
The
ステータ4は、図3にも示すように、例えば3相駆動される6突極型のステータで、渦電流の発生を防ぐため積層珪素鋼板等の強磁性体の積層体からなる環状のステータコア41と、このステータコア41に巻回された6つのステータコイル42とを備えて構成されている。ステータコア41は、極毎に6つに分割されるもので、環状継鉄41aと、この環状継鉄41aの60°毎に内周から径方向に延び、先端がロータ1の周面に沿って拡幅する6つの突極41bとを有する。
As shown in FIG. 3, the
図4は、この磁気浮上型モータの磁気軸受制御回路を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a magnetic bearing control circuit of the magnetically levitated motor.
ロータ1の回転軸方向の変位を検出するギャップセンサ7の出力は、アキシャル方向コントローラ51に入力され、ギャップセンサ8,9の出力は、第1のラジアル方向コントローラ52に入力され、ギャップセンサ10,11の出力は、第2のラジアル方向コントローラ53に入力される。アキシャル方向コントローラ51は、ロータ1の回転軸方向の変位を検出するギャップセンサ7の出力に基づいて、軸方向の目標ギャップとの差分を修正するためのPID制御信号を出力する。第1のラジアル方向コントローラ52は、ロータ1の大径部16a側の径方向のギャップを検出するギャップセンサ8,9の出力に基づいて、大径部16a側の径方向の目標ギャップとの差分を修正するためのPID制御信号を出力する。更に、第2のラジアル方向コントローラ53は、ロータ1の大径部16b側の径方向のギャップを検出するギャップセンサ8,9の出力に基づいて、大径部16b側の径方向の目標ギャップとの差分を修正するためのPID制御信号を出力する。これらコントローラ51,52,53から出力されるPID制御信号は、加算器54a〜54d,55a〜55dで適宜加減算され、アンプ56a〜56d,57a〜57dを介して電磁石コイル22a〜22d,32a〜32dを駆動する。
The output of the
次に、このように構成された本実施形態に係る磁気浮上型モータの動作について説明する。 Next, the operation of the magnetic levitation motor according to the present embodiment configured as described above will be described.
図5は、本モータの磁気回路に形成される磁束とその向きを示している。図中点線矢印は、バイアス用永久磁石5,6によって生成されるバイアス磁束Bを、また実線矢印は電磁石コイル22,32で生成される制御磁束C1,C2を示している。バイアス磁束Bは、永久磁石5,6のN極側からS極側に至るように形成され、ロータ1の内部では、磁気軸受3側から磁気軸受2側へと流れ、第2継鉄21c,31c及びステータ4で形成される外周側では、磁気軸受2側から磁気軸受3側へと流れている。途中、ラジアル突極21d,31dを経由するバイパス路も存在する。バイアス磁束Bが形成されている結果、電磁石コイル22,32は、ロータ1の位置補正分の磁束のみを供給すれば良く、消費電力の削減を図ることかできる。
FIG. 5 shows the magnetic flux formed in the magnetic circuit of the motor and its direction. In the figure, the dotted line arrows indicate the bias magnetic flux B generated by the biasing
いま、ロータ1とアキシャル突極21aの間の軸方向のギャップが増大したとすると、コントローラ51は、図5に示すように、磁気軸受2側の軸方向磁束を強め、磁気軸受3側の軸方向磁束を弱めるように、制御磁束C1,C2をコントロールする。制御磁束C1,C2は、ラジアル方向に関しては均等に作用するので、結局、ロータ1は、全体的に軸方向に沿って磁気軸受2のアキシャル突極21a側に移動し、ロータ1を正規の軸方向位置に復帰させることが可能になる。
Assuming that the axial gap between the
また、ロータ1がラジアル方向に変位した場合には、第1及び第2のラジアル方向コントローラ52,53が、ギャップセンサ8〜11の出力に基づき、磁気軸受2,3内で、ラジアル方向の一方の制御磁束C1,C2を径方向に関して強め、ラジアル方向の他方の制御磁束C1,C2を径方向に関して弱めるように、電磁石コイル22,32を制御する。これにより、ロータ1は、磁束が強められた方のラジアル方向に移動し、ロータ1を正規のラジアル方向位置に復帰させることができる。
In addition, when the
ロータ1が中心軸に対して傾いた場合には、磁気軸受2,3で、ラジアル方向の異なる向きにロータ1を移動させれば、ロータ1をいずれかの方向に傾かせることもでき、ロータ1の傾き補正も可能になる。
When the
このように磁気軸受2,3によって非接触支持されたロータ1は、ステータ4から供給される3相交流回転磁界にロータ1側のモータ用永久磁石17が追従して回転する同期モータを構成する。ロータ1が回転中にラジアル方向にずれると、ロータ1の小径部16cに装着されているモータ用永久磁石17とステータ4との間の磁気吸引力が増加する。このため、磁気軸受2,3におけるロータ1の姿勢制御に影響を及ぼすことになる。
Thus, the
そこで、本実施形態においては、磁気軸受2,3に非接触支持されるロータ1の両端部を大径部16a,16bとし、回転磁界が与えられるロータ1の中央部を小径部16cとすることにより、ラジアル突極21d,31dと大径部16a,16bとの間のギャップを、ロータ1のモータ用永久磁石17とステータ4の突極41bとの間のギャップよりも小さくしている。
Therefore, in the present embodiment, both end portions of the
図6は、実験機I,IIについて、ロータ1のラジアル方向のずれに対する磁気軸受及びモータでの磁気吸引力の変化を示すグラフでする。
FIG. 6 is a graph showing changes in magnetic attractive force in the magnetic bearing and the motor with respect to the radial displacement of the
実験機I,II共に、磁気軸受2,3のラジアル突極21d,31dの径をφ22mm、ステータ4の突極41bの径をφ22mmに設定した。
In both the experimental machines I and II, the diameter of the radial
実験機Iのロータは、大径部16a,16bの径をφ20mm、永久磁石17の表面の径をφ15mmとした。
In the rotor of the experimental machine I, the diameters of the
また、実験機IIのロータ(1)は、大径部16a,16bの径をφ20mm、永久磁石17の表面の径をφ14mmとした。
Further, in the rotor (1) of the experimental machine II, the diameters of the
また、実験機IIのロータ(2)は、大径部16a,16bの径をφ20mm、永久磁石17の表面の径をφ13mmとした。
Further, in the rotor (2) of the experimental machine II, the diameters of the
図6からも明らかなように、実験機I,IIは、いずれもロータ1の径方向の変位が0.5mmに達しても、磁気軸受2,3とロータ1との間のラジアル方向の磁気吸引力(図中点線)が、ステータ4とロータ1との間のラジアル方向の磁気吸引力(図中実線)を上回ることから、モータによる磁気吸引力にあまり影響されることなくロータの磁気浮上制御を行うことができた。
As is clear from FIG. 6, the experimental machines I and II both have a radial magnetic force between the
図7は、本発明の他の実施形態に係る磁気浮上型モータを示す断面図である。 FIG. 7 is a sectional view showing a magnetic levitation motor according to another embodiment of the present invention.
先の実施形態では、磁気軸受2,3の第2継鉄21c,31cの外径とステータ4の外径がほぼ一致していたが、この実施形態では、磁気軸受2,3の第2継鉄21c,31cの外径よりも、ステータ61の外径を大きくしている。このため、第2継鉄21c,31cとステータ61との間に挿入されるバイアス用永久磁石62の幅も大きくなっている。
In the previous embodiment, the outer diameters of the
この実施形態によれば、ステータ61の径を大きくした分だけステータコイル63の巻き数を増やすことができるので、発生トルクの上昇を図ることができる。
According to this embodiment, since the number of windings of the
図8は、本発明を適用したターボポンプの一例として軸流ポンプの実施形態を示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing an embodiment of an axial flow pump as an example of a turbo pump to which the present invention is applied.
ロータ71には、両端の大径部71a,71bに周方向の複数箇所に軸方向に貫通する複数の孔71c,71dが形成され、真ん中の小径部71eのロータ用永久磁石72の上にインペラ73が形成されている。このロータ71は、非磁性体の円筒状のケーシング74の内部に収容されている。ケーシング74の磁気軸受2側には、4つの空きスペースを利用して4つのインレット75が接続されている。また、ケーシング74の磁気軸受3側にも、4つの空きスペースを利用して4つのアウトレット76が接続されている。
In the
この軸流ポンプによれば、インレット75からケーシング74に導入された移送流体は、ロータ71の孔71cを介してインペラ73側に導入され、インペラ73が装着されたロータ71の回転により運動エネルギが付与された後、孔71dを介して排出され、更にアウトレット76から外部に排出される。
According to this axial flow pump, the transfer fluid introduced from the
この実施形態によれば、小径部71eにインペラ73を設けているので、ロータ71の径が大きくなることはなく、小型の軸流ポンプを実現することができる。この軸流ポンプは、特に人工心臓用のポンプとして好適である。すなわち、本発明のターボポンプは、浮上ロータを使用しているため、軸受部の耐久性が良好で、血栓形成等の問題も生じさせない。
According to this embodiment, since the
なお、本発明は、ステータとロータとの磁気吸引力を、磁気軸受とロータとの磁気吸引力よりも小さく設定したものであり、その具体的手段として、モータを構成するロータ1,71の中央部の径を、磁気軸受を構成する両端の径よりも小さくした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、幾何学形状による吸引力調整としては,その他にモータ用磁石そのものを小さくして吸引力を低下させる、モータステータの内径を大きくして,モータ用磁石との距離を取ることにより吸引力を低下させる等の方法が考えられる。また、幾何学形状のみならず、永久磁石17の磁気特性そのものを適切なものに設定して上述した関係を満たすようにしても良い。
In the present invention, the magnetic attraction force between the stator and the rotor is set smaller than the magnetic attraction force between the magnetic bearing and the rotor. The diameter of the part was made smaller than the diameters of both ends constituting the magnetic bearing. However, the present invention is not limited to this, and the attractive force adjustment based on the geometrical shape can also reduce the attractive force by reducing the motor magnet itself. A method of reducing the attractive force by taking a distance from the magnet for use is conceivable. Further, not only the geometric shape but also the magnetic characteristics of the
なお、以上の実施形態では、ターボポンプの一例として軸流ポンプを例示したが、この他にも遠心ポンプ、斜流ポンプ等のターボポンプにも本発明を適用可能であることは言うまでもない。また、モータのステータに関しては、コイルが巻回されるコア(突極41b)を持たないタイプのステータを用いたモータにも本発明は適用可能である。
In the above embodiment, an axial flow pump is illustrated as an example of a turbo pump. However, it goes without saying that the present invention can also be applied to turbo pumps such as a centrifugal pump and a mixed flow pump. As for the stator of the motor, the present invention can also be applied to a motor using a type of stator that does not have a core (a
1,71…ロータ、2,3…磁気軸受、4,61…ステータ、5,6,62…バイアス用永久磁石、7〜11…ギャップセンサ、12〜14…ケース、16…ロータ本体、16a,16b…大径部、16c…小径部、17,72…ロータ用永久磁石、21,31…電磁石コア、22,32…電磁石コイル、41…ステータコア、42,63…ステータコイル、51…アキシャル方向コントローラ、52…第1のラジアル方向コントローラ、53…第2のラジアル方向コントローラ、73…インペラ、74…ケーシング、75…インレット、76…アウトレット。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
このロータの回転軸方向の両端に配置されて前記ロータを回転軸方向及び径方向に磁気力によって非接触で支承する電磁石からなる磁気軸受と、
これら磁気軸受間に前記ロータの回転軸方向の中央部を取り囲むように配置されて前記ロータに回転駆動力を付与するステータと、
前記磁気軸受と前記ステータとの間に異なる極が向かい合うように挿入されて前記磁気軸受にバイアス磁束を供給する永久磁石と
を有する磁気浮上型モータにおいて、
前記ステータによって回転駆動力を付与される前記ロータの中央部の径が前記磁気軸受に支承される前記ロータの両端部の径よりも小さく設定されている
ことを特徴とする磁気浮上型モータ。 A rotor,
A magnetic bearing comprising electromagnets arranged at both ends in the rotation axis direction of the rotor and supporting the rotor in a non-contact manner by a magnetic force in the rotation axis direction and the radial direction;
A stator that is disposed between these magnetic bearings so as to surround a central portion in the rotation axis direction of the rotor, and applies a rotational driving force to the rotor;
A magnetic levitation type motor having a permanent magnet inserted between the magnetic bearing and the stator so that different poles face each other and supplying a bias magnetic flux to the magnetic bearing;
A magnetic levitation type motor, wherein a diameter of a central portion of the rotor to which a rotational driving force is applied by the stator is set smaller than a diameter of both end portions of the rotor supported by the magnetic bearing.
このロータの回転軸方向の両端に配置されて前記ロータを回転軸方向及び径方向に磁気力によって非接触で支承する電磁石からなる磁気軸受と、
これら磁気軸受間に前記ロータの回転軸方向の中央部を取り囲むように配置されて前記ロータに回転駆動力を付与するステータと、
前記磁気軸受と前記ステータとの間に異なる極が向かい合うように挿入されて前記磁気軸受にバイアス磁束を供給する永久磁石と
を有する磁気浮上型モータにおいて、
前記ステータと前記ロータとの磁気吸引力は、前記磁気軸受と前記ロータとの磁気吸引力よりも小さく設定されている
ことを特徴とする磁気浮上型モータ。 A rotor,
A magnetic bearing comprising electromagnets arranged at both ends in the rotation axis direction of the rotor and supporting the rotor in a non-contact manner by a magnetic force in the rotation axis direction and the radial direction;
A stator that is disposed between these magnetic bearings so as to surround a central portion in the rotation axis direction of the rotor, and applies a rotational driving force to the rotor;
A magnetic levitation type motor having a permanent magnet inserted between the magnetic bearing and the stator so that different poles face each other and supplying a bias magnetic flux to the magnetic bearing;
A magnetic levitation type motor, wherein a magnetic attraction force between the stator and the rotor is set smaller than a magnetic attraction force between the magnetic bearing and the rotor.
一端が前記ロータの回転軸方向両端部に向けて回転軸方向に突設されて前記ロータに対して所定のギャップを介して対向するアキシャル突極を形成すると共に、他端が前記ロータに向けて径方向に突設されて前記ロータに対して所定のギャップを介して対向するラジアル突極を形成する電磁石コアと、
この電磁石コアに巻回された電磁石コイルと
を有するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気浮上型モータ。 The magnetic bearing is
One end protrudes in the rotation axis direction toward both ends of the rotor in the rotation axis direction to form an axial salient pole facing the rotor via a predetermined gap, and the other end faces the rotor. An electromagnet core projecting in a radial direction to form a radial salient pole facing the rotor via a predetermined gap;
The magnetic levitation motor according to claim 1, further comprising: an electromagnet coil wound around the electromagnet core.
前記ステータは、
前記ロータに向かって突出する複数のモータ突極を内周に突設した環状のステータコアと、
前記モータ突極にそれぞれ巻回されたモータコイルとを含む
ものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気浮上型モータ。 The rotor includes a permanent magnet for a rotor magnetized in a radial direction at a central portion in a rotation axis direction,
The stator is
An annular stator core having a plurality of motor salient poles projecting toward the rotor projecting from the inner circumference;
The magnetic levitation type motor according to claim 1, comprising a motor coil wound around each of the motor salient poles.
このロータを内部に非接触で回転可能に収容すると共に一方の端部に移送流体の導入口、他方の端部に前記移送流体の排出口が形成された円筒状のケーシングと、
前記ロータの回転軸方向の両端に配置されて前記ロータを回転軸方向及び径方向に磁気力によって非接触で支承する電磁石からなる磁気軸受と、
これら磁気軸受間に前記ロータの回転軸方向の中央部を取り囲むように配置されて前記ロータに回転駆動力を付与するステータと、
前記磁気軸受と前記ステータとの間に異なる極が向かい合うように挿入されて前記磁気軸受にバイアス磁束を供給する永久磁石と
を備えたことを特徴とするターボポンプ。 A rotor in which the diameter of the central portion is set smaller than the diameter of both end portions, and an impeller is formed on the outer peripheral surface of the central portion;
A cylindrical casing in which the rotor is rotatably accommodated in a non-contact manner and has a transfer fluid inlet at one end and a discharge outlet for the transfer fluid at the other end;
A magnetic bearing comprising electromagnets arranged at both ends of the rotation axis of the rotor and supporting the rotor in a non-contact manner by a magnetic force in the rotation axis and radial direction;
A stator that is disposed between these magnetic bearings so as to surround a central portion in the rotation axis direction of the rotor, and applies a rotational driving force to the rotor;
A turbo pump comprising: a permanent magnet that is inserted so that different poles face each other between the magnetic bearing and the stator and supplies a bias magnetic flux to the magnetic bearing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004190147A JP4153468B2 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Magnetic levitation motor and turbo pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004190147A JP4153468B2 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Magnetic levitation motor and turbo pump |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006014528A JP2006014528A (en) | 2006-01-12 |
JP4153468B2 true JP4153468B2 (en) | 2008-09-24 |
Family
ID=35781085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004190147A Expired - Lifetime JP4153468B2 (en) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | Magnetic levitation motor and turbo pump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4153468B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7651045B2 (en) | 2004-10-28 | 2010-01-26 | Kinshofer Gmbh | Crushing or cutting device |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100980565B1 (en) * | 2007-10-18 | 2010-09-06 | 가부시키가이샤 이와키 | Maglev motors and pumps |
CN102163942B (en) * | 2007-10-18 | 2015-04-22 | 株式会社易威奇 | Magnetic suspension motor |
AU2008349293B2 (en) | 2008-01-29 | 2011-09-08 | Iwaki Co., Ltd. | Maglev motor and pump |
CN111371213B (en) * | 2018-12-25 | 2025-03-25 | 珠海格力电器股份有限公司 | Compressor rotor, compressor and refrigerant circulation system |
CN111012963B (en) * | 2019-12-09 | 2024-08-20 | 华南理工大学 | Artificial heart power pump |
CN110894855B (en) * | 2019-12-26 | 2024-05-28 | 南京磁谷科技股份有限公司 | Magnetic suspension bearing assembly |
CN111181307B (en) * | 2020-02-05 | 2025-01-10 | 上海英威腾工业技术有限公司 | A high-speed motor for air-spinning |
JP7467147B2 (en) * | 2020-02-07 | 2024-04-15 | キヤノン株式会社 | Motors and articles |
-
2004
- 2004-06-28 JP JP2004190147A patent/JP4153468B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7651045B2 (en) | 2004-10-28 | 2010-01-26 | Kinshofer Gmbh | Crushing or cutting device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006014528A (en) | 2006-01-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9638202B2 (en) | Centrifugal pump apparatus | |
EP3490122B1 (en) | Rotation drive device and centrifugal pump device | |
EP0662262B1 (en) | Magnetic bearing system and method | |
EP2209186B1 (en) | Magnetically-levitated motor and pump | |
US7683514B2 (en) | Hybrid magnetic bearing | |
JP4934140B2 (en) | Magnetic levitation motor and pump | |
JP6083929B2 (en) | Centrifugal pump device | |
JP2005127222A (en) | Magnetic levitating pump | |
JP2002354767A (en) | Magnetic levitation motor | |
US20100109463A1 (en) | Hybrid Five Axis Magnetic Bearing System Using Axial Passive PM Bearing Magnet Paths and Radial Active Magnetic Bearings with Permanent Magnet Bias and Related Method | |
US7847453B2 (en) | Bearingless step motor | |
JP4616122B2 (en) | Magnetic bearing | |
US20220247266A1 (en) | Magnetic bearing, drive device equipped with the same, and pump | |
JP4153468B2 (en) | Magnetic levitation motor and turbo pump | |
JP2005061578A (en) | Magnetic bearing | |
JP2001190045A (en) | Magnetically levitated motor | |
JP2010041742A (en) | Axially levitated rotating motor, and turbo-type pump using axially levitated rotating motor | |
US7719152B2 (en) | Magnetic levitation actuator | |
JP3930834B2 (en) | Axial type magnetic levitation rotating equipment and centrifugal pump | |
JP4138606B2 (en) | Magnetic bearing | |
CN119853501A (en) | Magnetic suspension motor and pump capable of increasing control force | |
JP2023077460A (en) | Thrust magnetic bearing device and control method of thrust magnetic bearing device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080303 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080318 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080519 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080701 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080703 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4153468 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110711 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130711 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |