JPH0733838B2 - クリーンポンプ - Google Patents
クリーンポンプInfo
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- JPH0733838B2 JPH0733838B2 JP32042091A JP32042091A JPH0733838B2 JP H0733838 B2 JPH0733838 B2 JP H0733838B2 JP 32042091 A JP32042091 A JP 32042091A JP 32042091 A JP32042091 A JP 32042091A JP H0733838 B2 JPH0733838 B2 JP H0733838B2
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Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はクリーンポンプに関
し、特に、半導体製造技術および医療機器などに適用さ
れ、ケーシング外からの磁気的作用によってインペラ
（羽車）自体をケーシング内の所定位置で保持しかつ回
転させるようなクリーンポンプに関する。
し、特に、半導体製造技術および医療機器などに適用さ
れ、ケーシング外からの磁気的作用によってインペラ
（羽車）自体をケーシング内の所定位置で保持しかつ回
転させるようなクリーンポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】渦巻型ポンプは、インペラを回転させ、
流体に回転運動を与えて圧力を上げるものであり、工業
界において広く用いられている。
流体に回転運動を与えて圧力を上げるものであり、工業
界において広く用いられている。
【０００３】図６は本願発明者が特開平３−２２９９８
７号で提案したクリーンポンプの縦断面図である。図６
を参照して、ポンプ１のケーシング２内には、インペラ
３が設けられる。ケーシング２は非磁性部材からなり、
インペラ３は非制御式磁気軸受を構成する永久磁石４を
有する非磁性部材５と、制御式磁気軸受のロータに相当
する軟鉄部材６とを含む。永久磁石４はインペラ３の円
周方向に分割されていて、互いに隣接する部分が互いに
反対方向に着磁されている。インペラ３の永久磁石４を
有する側に対向するようにして、ケーシング２外部には
軸７に軸支されたロータ８が設けられる。ロータ８は図
示しないモータによって駆動されて回転する。ロータ８
にはインぺラ３の永久磁石４に対向し、かつ吸引力が作
用するようにインペラ側と同数の永久磁石９が設けられ
ている。一方、インペラ３の軟鉄部材６を有する側に対
向するようにして、ケーシング２において永久磁石４，
９の吸引力に打ち勝ってインペラ３をケーシング２の中
心に保持するように作用する電磁石１０が取付けられて
いる。
７号で提案したクリーンポンプの縦断面図である。図６
を参照して、ポンプ１のケーシング２内には、インペラ
３が設けられる。ケーシング２は非磁性部材からなり、
インペラ３は非制御式磁気軸受を構成する永久磁石４を
有する非磁性部材５と、制御式磁気軸受のロータに相当
する軟鉄部材６とを含む。永久磁石４はインペラ３の円
周方向に分割されていて、互いに隣接する部分が互いに
反対方向に着磁されている。インペラ３の永久磁石４を
有する側に対向するようにして、ケーシング２外部には
軸７に軸支されたロータ８が設けられる。ロータ８は図
示しないモータによって駆動されて回転する。ロータ８
にはインぺラ３の永久磁石４に対向し、かつ吸引力が作
用するようにインペラ側と同数の永久磁石９が設けられ
ている。一方、インペラ３の軟鉄部材６を有する側に対
向するようにして、ケーシング２において永久磁石４，
９の吸引力に打ち勝ってインペラ３をケーシング２の中
心に保持するように作用する電磁石１０が取付けられて
いる。
【０００４】上述のごとく構成されたクリーンポンプに
おいて、ロータ８に埋込まれている永久磁石９はインペ
ラ３の駆動や半径方向を支持し、インペラ３に設けられ
ている永久磁石５との間に軸方向の吸引力を生じさせ
る。この吸引力と釣り合うように電磁石１０のコイルに
電流が流され、インペラ３が浮上する。そして、ロータ
８が回転すると、永久磁石４と９とが磁気カップリング
を構成し、インペラ３が回転して、液体は図示しない吐
出口から送り込まれる。インペラ３はケーシング２によ
ってロータ８から隔離されておりかつ電磁石１０からの
汚染を受けることがないので、ポンプ１から吐出された
流体はクリーンな状態を保持する。
おいて、ロータ８に埋込まれている永久磁石９はインペ
ラ３の駆動や半径方向を支持し、インペラ３に設けられ
ている永久磁石５との間に軸方向の吸引力を生じさせ
る。この吸引力と釣り合うように電磁石１０のコイルに
電流が流され、インペラ３が浮上する。そして、ロータ
８が回転すると、永久磁石４と９とが磁気カップリング
を構成し、インペラ３が回転して、液体は図示しない吐
出口から送り込まれる。インペラ３はケーシング２によ
ってロータ８から隔離されておりかつ電磁石１０からの
汚染を受けることがないので、ポンプ１から吐出された
流体はクリーンな状態を保持する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、永久磁石５
と９との磁気カップリングの吸引力が小さければ、電磁
石１９のコイルに流れる電流が小さくなり、ここでの発
熱も小さくなり、消費電力も少なくなる。ところが、こ
の吸引力を小さくすると、磁気カップリングによる駆動
力や半径方向の剛性も小さくなり、実用的でない。必要
な駆動力や半径方向の剛性を大きくするためには、電磁
石１０のコイルに一定以上の電流を流さなければなら
ず、発熱や消費電力が大きくなってしまう。
と９との磁気カップリングの吸引力が小さければ、電磁
石１９のコイルに流れる電流が小さくなり、ここでの発
熱も小さくなり、消費電力も少なくなる。ところが、こ
の吸引力を小さくすると、磁気カップリングによる駆動
力や半径方向の剛性も小さくなり、実用的でない。必要
な駆動力や半径方向の剛性を大きくするためには、電磁
石１０のコイルに一定以上の電流を流さなければなら
ず、発熱や消費電力が大きくなってしまう。
【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、制
御式軸受の消費電流を少なくし、しかも必要な駆動力を
得ることができ、半径方向の剛性を大きくできるような
クリーンポンプを提供することである。
御式軸受の消費電流を少なくし、しかも必要な駆動力を
得ることができ、半径方向の剛性を大きくできるような
クリーンポンプを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は、永久磁石による回転伝達機能を兼ねる非制御式ラジ
アル磁気軸受と、回転軸方向と重心まわりの２自由度を
制御する能動型磁気軸受とによってポンプケーシング内
に設けられているディスク状のインペラが磁気的に支持
されかつ回転駆動されるクリーンポンプにおいて、能動
型磁気軸受はその要部の一部に永久磁石を有する複合電
磁石によって構成され、ゼロパワー制御されるように構
成したものである。
は、永久磁石による回転伝達機能を兼ねる非制御式ラジ
アル磁気軸受と、回転軸方向と重心まわりの２自由度を
制御する能動型磁気軸受とによってポンプケーシング内
に設けられているディスク状のインペラが磁気的に支持
されかつ回転駆動されるクリーンポンプにおいて、能動
型磁気軸受はその要部の一部に永久磁石を有する複合電
磁石によって構成され、ゼロパワー制御されるように構
成したものである。
【０００８】請求項２にかかる発明は、さらにポンプケ
ーシング内でインペラが接触することなく回転できるよ
うにゼロパワー動作の範囲を限定するリミット手段が設
けられている。
ーシング内でインペラが接触することなく回転できるよ
うにゼロパワー動作の範囲を限定するリミット手段が設
けられている。
【０００９】請求項３にかかる発明は、請求項１にかか
る発明の複合電磁石には、永久磁石の起磁力による吸引
力を増減させるための２つのコイルがコアに巻回されて
構成される。
る発明の複合電磁石には、永久磁石の起磁力による吸引
力を増減させるための２つのコイルがコアに巻回されて
構成される。
【００１０】
【作用】この発明にかかるクリーンポンプは、能動型磁
気軸受のヨークの一部に永久磁石を有する複合電磁石で
構成し、この複合電磁石をゼロパワー制御することによ
って、必要な駆動力を得て半径方向の剛性を大きくし、
しかも消費電流を少なくできる。
気軸受のヨークの一部に永久磁石を有する複合電磁石で
構成し、この複合電磁石をゼロパワー制御することによ
って、必要な駆動力を得て半径方向の剛性を大きくし、
しかも消費電流を少なくできる。
【００１１】
【実施例】図１はこの発明の一実施例の断面図であり、
図２は図１に示したインペラの釣合い状態を説明するた
めの座標を示す図であり、図３は図１に示した電磁石の
コアを示す図であり、図４は図１の線ＩＶ−ＩＶに沿う
断面図である。
図２は図１に示したインペラの釣合い状態を説明するた
めの座標を示す図であり、図３は図１に示した電磁石の
コアを示す図であり、図４は図１の線ＩＶ−ＩＶに沿う
断面図である。
【００１２】まず、図１を参照して、クリーンポンプ１
は電磁石２０を除いて前述の図６と同様にして構成され
る。電磁石２０は強磁性体で形成された断面コの字状の
コアの一方側ヨークの一部に永久磁石２１が設けられ
る。他方側のコアにはコイル２２，２３が巻回され、一
方のコイル２２に電流が流れると、永久磁石２１を含む
複合電磁石の起磁力を大きくし、他方コイル２３に電力
が流れると、起磁力を小さくするように結線されてい
る。
は電磁石２０を除いて前述の図６と同様にして構成され
る。電磁石２０は強磁性体で形成された断面コの字状の
コアの一方側ヨークの一部に永久磁石２１が設けられ
る。他方側のコアにはコイル２２，２３が巻回され、一
方のコイル２２に電流が流れると、永久磁石２１を含む
複合電磁石の起磁力を大きくし、他方コイル２３に電力
が流れると、起磁力を小さくするように結線されてい
る。
【００１３】なお、複合電磁石２０は、コイル電流が流
れていないときのインペラ３を吸引する力の合力と、カ
ップリング部がインペラを吸引する力とがほぼ等しくな
るよう設計され、かつ距離が保たれている。各電磁石２
０の間には、図４に示すように、位置センサＳ１〜Ｓ４
が配置される。これらの位置センサＳ１〜Ｓ４は複合電
磁石２０と軟鉄部材６とのギャップを検知し、その検知
出力は後述の図５に示す制御部に与えられ、図２に示す
ｚ，θx ，θy が制御され、インペラ３がケーシング２
の中心に保持される。
れていないときのインペラ３を吸引する力の合力と、カ
ップリング部がインペラを吸引する力とがほぼ等しくな
るよう設計され、かつ距離が保たれている。各電磁石２
０の間には、図４に示すように、位置センサＳ１〜Ｓ４
が配置される。これらの位置センサＳ１〜Ｓ４は複合電
磁石２０と軟鉄部材６とのギャップを検知し、その検知
出力は後述の図５に示す制御部に与えられ、図２に示す
ｚ，θx ，θy が制御され、インペラ３がケーシング２
の中心に保持される。
【００１４】図５はこの発明の一実施例の制御系をブロ
ック図で示した図である。次に、図５を参照して、この
発明の一実施例におけるゼロパワー制御について説明す
る。図４に示した４個の位置センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４の出力は、（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ3 ＋Ｓ４）がｚ軸制御
のフィードバック入力となり、（ｓ１＋ｓ２）−（ｓ３
＋ｓ４）がθx ，（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）がθ
y のフィードバック入力となり各制御軸ごとに制御が行
なわれる。
ック図で示した図である。次に、図５を参照して、この
発明の一実施例におけるゼロパワー制御について説明す
る。図４に示した４個の位置センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４の出力は、（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ3 ＋Ｓ４）がｚ軸制御
のフィードバック入力となり、（ｓ１＋ｓ２）−（ｓ３
＋ｓ４）がθx ，（Ｓ１＋Ｓ４）−（Ｓ２＋Ｓ３）がθ
y のフィードバック入力となり各制御軸ごとに制御が行
なわれる。
【００１５】ここでは、一例としてｚ軸の場合について
説明する。ｚ軸のフィードバック入力を（Ｓ１＋Ｓ２＋
Ｓ３＋Ｓ４）とすると、図５に示したループＩがない場
合、位置設定信号Ｒｚとフィードバック入力とが比較増
幅され、ＰＩＤ制御により、位相，ゲインが調整され、
電圧ｖ1 が出力される。電圧ｖ1 はＡ回路とＢ回路とに
入力される。Ａ回路は電圧ｖ1 のうちプラス信号のみを
出力する回路であり、Ｂ回路はマイナス信号のみを出力
する回路である。つまり、設定値に対して偏差が大きい
ときは、Ａ回路の出力がＫ6 で力に変換され、複合電磁
石２０の電磁力を大きくする方向に働き、インペラ３の
質量Ｍに力を及ぼし、インペラ３を移動させる。一方、
設定値に対してマイナスの偏差の場合には、Ｂ回路の出
力が生じ、Ｋ6 で永久磁石２１の電磁力を弱める方向の
力となり、インペラ３は複合電磁石２０から離れる方向
に作用する。Ｃ回路は電圧ｖ1 が０に近いとき、電磁力
の不感帯をなくすためのバイアス量を与える。つまり、
ｖ1 ＝０のときには、図３に示した２つのコイル２２，
２３には同じ値の電流が流れることになるが、複合電磁
石２０の吸引力は永久磁石２１のみの値から変化しな
い。なお、Ｍは電流が０のときの永久磁石のみの力であ
る。
説明する。ｚ軸のフィードバック入力を（Ｓ１＋Ｓ２＋
Ｓ３＋Ｓ４）とすると、図５に示したループＩがない場
合、位置設定信号Ｒｚとフィードバック入力とが比較増
幅され、ＰＩＤ制御により、位相，ゲインが調整され、
電圧ｖ1 が出力される。電圧ｖ1 はＡ回路とＢ回路とに
入力される。Ａ回路は電圧ｖ1 のうちプラス信号のみを
出力する回路であり、Ｂ回路はマイナス信号のみを出力
する回路である。つまり、設定値に対して偏差が大きい
ときは、Ａ回路の出力がＫ6 で力に変換され、複合電磁
石２０の電磁力を大きくする方向に働き、インペラ３の
質量Ｍに力を及ぼし、インペラ３を移動させる。一方、
設定値に対してマイナスの偏差の場合には、Ｂ回路の出
力が生じ、Ｋ6 で永久磁石２１の電磁力を弱める方向の
力となり、インペラ３は複合電磁石２０から離れる方向
に作用する。Ｃ回路は電圧ｖ1 が０に近いとき、電磁力
の不感帯をなくすためのバイアス量を与える。つまり、
ｖ1 ＝０のときには、図３に示した２つのコイル２２，
２３には同じ値の電流が流れることになるが、複合電磁
石２０の吸引力は永久磁石２１のみの値から変化しな
い。なお、Ｍは電流が０のときの永久磁石のみの力であ
る。
【００１６】次に、ループＩを接続すると、電圧ｖ1 が
積分されてＫ5 で増幅され，設定値に加算される。つま
り、初期の設定値を更新し、複合電磁石２０とインペラ
３の距離を短くし、永久磁石２１のみの吸引力と釣合う
ことにより、いわゆるゼロパワー制御の動作となる。ゼ
ロパワーのためのインペラ３の位置変更はポンプケーシ
ング内に限られるため、大きな移動はインペラ３とケー
スが接触する。このため、Ｋ5 にはリミット回路が含ま
れており、この接触を避けている。また、積分器Ｉの時
定数はＰＩＤコントローラ内の積分器Ｉの時定数よりも
大きく選ばれている。さらに、ゼロパワーのための設定
位置の変更は点線で示した加算を行なうことによっても
実行できる。当然のことながら、インペラ３がケーシン
グ２の中央にあるとき、回転のためのカップリング磁石
の吸引力と複合電磁石２０の全吸引力は電流がゼロのと
き、ほぼ等しく調整されていなくてはならない。さら
に、回転のためにカップリングは回転磁界によってもよ
い。
積分されてＫ5 で増幅され，設定値に加算される。つま
り、初期の設定値を更新し、複合電磁石２０とインペラ
３の距離を短くし、永久磁石２１のみの吸引力と釣合う
ことにより、いわゆるゼロパワー制御の動作となる。ゼ
ロパワーのためのインペラ３の位置変更はポンプケーシ
ング内に限られるため、大きな移動はインペラ３とケー
スが接触する。このため、Ｋ5 にはリミット回路が含ま
れており、この接触を避けている。また、積分器Ｉの時
定数はＰＩＤコントローラ内の積分器Ｉの時定数よりも
大きく選ばれている。さらに、ゼロパワーのための設定
位置の変更は点線で示した加算を行なうことによっても
実行できる。当然のことながら、インペラ３がケーシン
グ２の中央にあるとき、回転のためのカップリング磁石
の吸引力と複合電磁石２０の全吸引力は電流がゼロのと
き、ほぼ等しく調整されていなくてはならない。さら
に、回転のためにカップリングは回転磁界によってもよ
い。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、能動
型磁気軸受のヨークの一部に永久磁石を設けて複合電磁
石を構成し、この複合電磁石をゼロパワー制御するよう
にしたので、必要な駆動力を得ることができ、半径方向
の剛性を大きくでき、消費電流を少なくできる。
型磁気軸受のヨークの一部に永久磁石を設けて複合電磁
石を構成し、この複合電磁石をゼロパワー制御するよう
にしたので、必要な駆動力を得ることができ、半径方向
の剛性を大きくでき、消費電流を少なくできる。
【図１】この発明の一実施例の断面図である。
【図２】図１に示したインペラの釣合い状態を説明する
ための座標軸を示す図である。
ための座標軸を示す図である。
【図３】図１に示した電磁石のコアを示す図である。
【図４】図１の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図５】この発明の一実施例の制御系をブロック図で示
した図である。
した図である。
【図６】本願発明者が特開平３−２２９９８７号で提案
したクリーンポンプの縦断面図である。
したクリーンポンプの縦断面図である。
２ ケーシング ３ インペラ ４，９ 永久磁石 ６ 軟鉄部 ８ ロータ ２０ 複合電磁石 ２１ 永久磁石 ２２，２３ コイル ＰＩＤ ＰＩＤコントローラ Ｉ 積分器
Claims (3)
- 【請求項１】 永久磁石による回転伝達機能を兼ねる非
制御式ラジアル磁気軸受と、回転軸方向と重心まわりの
２自由度を制御する能動型磁気軸受とによってポンプケ
ーシング内に設けられているディスク状のインペラが磁
気的に支持されかつ回転駆動されるクリーンポンプにお
いて、 前記能動型磁気軸受は、そのヨークの一部に永久磁石を
有する複合電磁石によって構成され、ゼロパワー制御さ
れることを特徴とする、クリーンポンプ。 - 【請求項２】 さらに、前記ポンプケーシング内で前記
インペラが接触することなく回転できるように前記ゼロ
パワー動作の範囲を限定するリミット手段を含む、請求
項１のクリーンポンプ。 - 【請求項３】 前記複合電磁石には、前記永久磁石の起
磁力による吸引力を増減させるための２つのコイルがコ
アに巻回されている、請求項１のクリーンポンプ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32042091A JPH0733838B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | クリーンポンプ |
| US07/981,684 US5350283A (en) | 1991-12-04 | 1992-11-25 | Clean pump |
| DE4240718A DE4240718C2 (de) | 1991-12-04 | 1992-12-03 | Reinpumpe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32042091A JPH0733838B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | クリーンポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH062691A JPH062691A (ja) | 1994-01-11 |
| JPH0733838B2 true JPH0733838B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=18121262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32042091A Expired - Lifetime JPH0733838B2 (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | クリーンポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0733838B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4573429B2 (ja) * | 2000-12-11 | 2010-11-04 | Ｎｔｎ株式会社 | 磁気浮上型ポンプの制御回路 |
-
1991
- 1991-12-04 JP JP32042091A patent/JPH0733838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH062691A (ja) | 1994-01-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19951003 |
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