JP2017158325A - 磁気浮上式電動機とそれを備えた磁気浮上式ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固定部の内部に配置され、回転軸心を中心に回転させられる回転部と、固定部に設けられた固定子と回転部に設けられた回転子とを有するモータ部と、モータ部の軸心方向の前後に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって回転部を固定部の中心で回転軸心と直交する方向に非接触で支持するラジアル方向支持部と、回転部の軸心方向の一端部に近接し、固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、固定磁性壁に配置され、ラジアル磁束の回転部から隙間を介して固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して回転部にスラスト磁束でスラスト方向力を作用させる制御部と、を備えている。
【選択図】 図2
Description
図1に示すように、この実施形態の磁気浮上式ポンプ1は、ケーシング2の内部に、磁気浮上式電動機10が備えられている。磁気浮上式電動機10は、固定部20の内部に配置され、回転軸心Lを中心に回転される回転部50が備えられている。この回転部50は、後述するように、ラジアル方向支持部23によって生じさせる磁束のラジアル軸支持力によって固定部20とは非接触で支持される。
図2は、上記磁気浮上式電動機10の構成を示す断面図であり、図3は、上記磁気浮上式電動機10の一部(斜め上部、90度分)を断面にした斜視図である。図では、固定部20の中心で回転部50が所定のギャップGで浮いた状態を示している。
図4は、図2に示す磁気浮上式電動機におけるラジアル軸支持力の発生原理を示す図面である。この図では、水平ラジアル方向αにラジアル方向支持コイル26αがあり、鉛直ラジアル方向βにラジアル方向支持コイル26βがあるものとした場合の例で説明する。
図5は、図2に示す磁気浮上式電動機におけるラジアル軸支持力を示す図面である。図示するように、永久磁石28,54の間には、N極からS極に向けてバイアス磁束であるラジアル磁束Ψs1(太い矢印)が発生する。この図では回転軸心Lを挟んで対向する位置を示している。ラジアル磁束Ψs1は、例えば、固定部20の後部に備えられた第1永久磁石28のN極から固定磁性部27を介して前部に備えられた第1永久磁石28のS極へと流れる。そして、この第1永久磁石28のN極から固定磁性部29とラジアル方向支持部23の固定磁性部25と回転部50の回転磁性部56を介して回転部50の前部に備えられた第2永久磁石54のS極へと流れる。そして、この第2永久磁石54のN極から回転部50の回転磁性部55を介して後部に備えられた第2永久磁石54のS極へと流れる。そして、この第2永久磁石54のN極から回転磁性部57とラジアル方向支持部23の固定磁性部25と固定磁性部30を介して後部の第1永久磁石28のS極へと流れる。このように、ラジアル磁束Ψs1は、固定部20の外周部と、モータ部40の前後位置に設けられたラジアル方向支持部23の固定磁性部25と、回転部50とを通ってループ状に流れる。
制御部70(図1)は、上記回転部50の周囲に配置された複数のラジアル方向支持コイル26に付与する電流を制御することにより、固定部20に対する回転部50の位置を制御する。この位置制御は、回転部50の前部と後部とにおいて、ラジアル方向支持コイル26の間に備えられたラジアル位置センサ32の検出結果に基づいてそれぞれラジアル方向支持コイル26に対して個別に行われる。
図7は、図5に示す磁気浮上式電動機においてスラスト方向力を調整した状態を示す図面である。図8は、図5に示す磁気浮上式電動機においてスラスト方向力を調整した他の状態を示す図面である。図7は、上記ラジアル磁束Ψs1、Ψs2の漏出磁束Ψs10に対してスラスト方向力調整コイル61によって生じさせたスラスト磁束Ψs3を反発するように重畳させた場合を示している。図8は、漏出磁束Ψs10に対してスラスト方向力調整コイル61によって生じさせたスラスト磁束Ψs3を同一方向に重畳させた場合を示している。
図10は、図7に示すスラスト方向力の調整時におけるスラスト方向力と電流との関係を示すグラフである。図示する縦軸は、固定磁性壁31から回転部50に向けて生じるスラスト方向力Fγを示している。後向きのスラスト方向力Fγが「+」、前向きのスラスト方向力−Fγが「−」となる。図示する横軸は、スラスト方向力調整コイル電流E1を示している。
以上のように、上記磁気浮上式電動機10によれば、スラスト方向支持部60のスラスト方向力調整コイル61を制御することで、回転部50に対して回転軸心Lの軸方向に作用させるスラスト方向力Fγを調整することが可能となる。しかも、スラスト方向力Fγを作用させる磁路(スラスト磁束Ψs3が流れる部分)をモータ部40の一方のみにでき、回転部50の軸方向寸法を小さくして、磁気浮上式電動機10を小型化することが可能となる。
上記した実施形態における磁気浮上式電動機10の回転部50、固定部20などの大きさは一例であり、用途に応じてそれぞれを適した大きさに形成すればよく、各構成の大きさは上記実施形態に限定されるものではない。
2 ケーシング
3 インペラ
10 磁気浮上式電動機
20 固定部
23 ラジアル方向支持部
24 ラジアル方向支持磁石
26 ラジアル方向支持コイル
28 第1永久磁石
30 固定磁性部
31 固定磁性壁
32 ラジアル位置センサ(ラジアル位置検出手段)
33 スラスト位置センサ(スラスト位置検出手段)
40 モータ部
50 回転部
54 第2永久磁石
60 スラスト方向支持部
61 スラスト方向力調整コイル
70 制御部
S 隙間
Ψs1 第1ラジアル磁束
Ψs10 漏出磁束
Ψs2 第2ラジアル磁束
Ψs3 スラスト磁束
Claims (6)
- 固定部の内部に配置され、回転軸心を中心に回転させられる回転部と、
前記固定部に設けられた固定子と該固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とを有するモータ部と、
前記モータ部の軸心方向の前後に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって前記回転部を前記固定部の中心で前記回転軸心と直交する方向に非接触で支持するラジアル方向支持部と、
前記回転部の軸心方向の一端部に近接し、前記固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、前記固定磁性壁に配置され、前記ラジアル磁束の前記回転部から隙間を介して該固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、
前記スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して前記回転部に前記スラスト磁束でスラスト方向力を作用させる制御部と、を備えていることを特徴とする磁気浮上式電動機。 - 前記スラスト方向力調整コイルは、前記固定磁性壁の径方向に面状で配置されている、請求項1に記載の磁気浮上式電動機。
- 前記制御部は、前記固定部に対する前記回転部の位置を検出するスラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、前記スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさと方向を制御してスラスト方向力を調整するように構成されている、請求項1又は2に記載の磁気浮上式電動機。
- 前記制御部は、前記スラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、前記回転部から前記固定磁性壁に流れる漏出磁束の方向と同じ方向に前記スラスト磁束を生じさせる電流を前記スラスト方向力調整コイルに付与し、又は漏出磁束の方向と反対方向に前記スラスト磁束を生じさせる電流を前記スラスト方向力調整コイルに付与するように制御してスラスト方向力の方向を制御するように構成されている、請求項3に記載の磁気浮上式電動機。
- 前記ラジアル方向支持磁石は、前記固定部の周方向に配置された複数個のラジアル方向支持コイルを有し、前記ラジアル方向支持コイルの間に、前記回転部の前記固定部に対する位置を検出するラジアル位置検出手段を備えている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気浮上式電動機。
- ケーシングの内部に請求項1〜5のいずれか1項に記載の磁気浮上式電動機を備え、
前記回転部は、前記固定磁性壁と反対の軸心方向の端部にインペラを備えている、ことを特徴とする磁気浮上式ポンプ。
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