(57)【要約】【課題】固定軸の構造強度を向上させるために、ポンプ内にモニタ装置を設けることができる、永久磁石型キャンド・モータポンプを提供すること。【解決手段】キャンド・ポンプの構造的な改良は、固定軸の剛性を向上させることであり、また、要件に従ってモニタ装置を配置することである。モニタ装置は、複数の二次磁石と、モニタセットとを有し、モニタ装置は、二次磁石の数が主磁石と同じであり、二次磁石は、格納シェルの底側付近で内側回転子の回転子継鉄の内側の一端に組み付けられて、二次磁石の磁極方向は、主磁石と異なっており、また、二次磁石は、腐食性流体により腐食することを防ぐために、主磁石とともにカプセル化されており、二次磁石の軸方向の長さは、内側回転子の（軸受の軸方向の摩耗を含む）軸方向運動距離の２倍の大きさよりも少なくとも大きく、磁束線は、前記回転子継鉄に主磁気ループと共存する二次磁気ループを形成している。【選択図】図１Ｂ
2014131485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定軸の構造強度を向上させるための永久磁石モータポンプであって、該永久磁石モータポンプは要件に応じたモニタ装置を備え、該モニタ装置は、複数の二次磁石と、モニタセットとを有し、該モニタ装置は、
前記二次磁石の数が主磁石と同じであり、前記二次磁石は、格納シェルの底側付近で内側回転子の回転子継鉄の内側の一端に組み付けられて、前記二次磁石の磁極方向は、前記主磁石と異なっており、また、前記二次磁石は、腐食性流体により腐食することを防ぐために、前記主磁石とともにカプセル化されており、前記二次磁石の軸方向の長さは、前記内側回転子の（軸受の軸方向の摩耗を含む）軸方向運動距離の２倍の大きさよりも少なくとも大きく、磁束線は、前記回転子継鉄に主磁気ループと共存する二次磁気ループを形成しており、
前記モニタセットは、二次継鉄と、複数のモニタ素子とを含み、前記モニタ素子は、環状の前記二次継鉄の表面に強磁性体と共に設けられ、絶縁体を用いて１つの構成部品にカプセル化されており、前記二次継鉄の内側は、モニタリング軸後部金属サポートまたはモニタリング複合軸後部金属サポートの外径面に固定されており、磁石アラインメント点が、前記二次継鉄の後端部に設けられて、前記モニタリング軸後部金属サポートまたは前記モニタリング複合軸後部金属サポートの軸アラインメント点および固定子の巻線固定子の磁石アラインメント点と結び付けられており、前記二次磁石の軸方向の両端が、前記二次継鉄の軸方向範囲を超えることはない、ことを特徴とする、永久磁石モータポンプ。
【請求項２】
前記モニタ素子の数は偶数であって、少なくとも４つであり、前記モニタ素子の軸方向の長さは、前記二次磁石の長さと前記内側回転子の（スラスト軸受の摩耗限界値を含む）軸方向自由運動の和を下回ることはなく、また、前記モニタ素子の円周幅は、１８０度の電気夾角を超えていない、請求項１に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項３】
前記モニタ素子は信号コイル対であって、前記モニタセットは、前記二次継鉄と前記複数の信号コイル対とを含み、起電力信号の計算によって、軸方向の移動量、径方向の移動量、および角度が得られる、請求項２に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項４】
前記モニタ素子は信号コイル対であって、前記モニタセットは、前記二次継鉄と前記複数の信号コイル対とを含み、前記複数の信号コイル対は、環状の前記二次継鉄の表面上に設けられて配列されており、周方向に沿って、前記信号コイル対は信号コイルαとβの２つのグループに分けられ、前記２つのグループの間の電気夾角の位相差は９０（２７０度）であり、前記信号コイル対の電気夾角および空間夾角の位置決めは、前記モニタセットの修理および交換に適した前記二次継鉄の磁石アラインメント点によって得られる、請求項１に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項５】
前記モニタ素子は信号コイル対であって、前記モニタセットは、前記二次継鉄と前記複数の信号コイル対とを含み、起電力信号の計算によって、軸方向の移動量、径方向の移動量、および角度が得られる、請求項４に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項６】
前記信号コイル対の各々は、前記二次継鉄の軸方向の長さの半分より多くを少なくともカバーするように配置され、前記信号コイル対を軸方向に配列する方法には、前記信号コイル対の前端と後端をそれぞれ互いに隣接させる１つの方法と、前記信号コイル対の前端と後端を相互にずらすもう１つの方法と、各信号コイル対を１８０度の空間夾角内に配置する更なるもう１つの方法と、それらの組み合わせとが含まれる、請求項４に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項７】
前記モニタ素子は信号コイル対であって、前記モニタセットは、前記二次継鉄と前記複数の信号コイル対とを含み、起電力信号の計算によって、軸方向の移動量、径方向の移動量、および角度が得られる、請求項６に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項８】
前記二次継鉄の軸方向の長さは、配列された前記信号コイル対の軸方向の全長よりも長く、前記二次継鉄の前端と後端は、前記信号コイル対を完全にカバーしており、前記内側回転子の前記二次磁石の軸方向移動の範囲は、前記二次継鉄の軸方向の長さを超えない、請求項４に記載の永久磁石モータポンプ。
【請求項９】
前記モニタ素子は、複数の信号コイル対と複数のホールセンサとを含み、前記複数の信号コイル対は、環状の前記二次継鉄の表面上に設けられており、周方向に沿って、前記信号コイル対は信号コイルαとβの２つのグループに分けられ、前記２つのグループの間の電気夾角の位相差は９０（２７０度）であり、前記信号コイル対の電気夾角および空間夾角の位置決めは、前記モニタセットの修理および交換に適した前記二次継鉄の磁石アラインメント点によって得られ、前記３つのホールセンサの電気夾角の位相差はそれぞれ１２０度であり、中央位置のホールセンサは、前記信号コイル対の１つにおける電気夾角の中央に取り付けられる、請求項１に記載の永久磁石モータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールレス・キャンド・モータポンプに関し、より具体的には、軸受モニタ装置を有する耐腐食シールレス・キャンド・モータポンプに関するものである。シールレス・キャンド・モータポンプは、１つのユニットに統合されたキャンド・モータとポンプとを備える。モータの内側回転子と固定子巻線は、耐腐食性材料で保護されており、ＰＣＢ製造装置における薬液など、有毒で可燃性かつ腐食性の輸送流体と直接接触する。誘導モータを含むモータ（誘導型キャンド・モータポンプ）または永久磁石ポンプ（永久磁石型キャンド・モータポンプ）は、リークフリーが要求される工業的用途でよく知られている。
また、輸送流体と直接接触するシールレス・キャンド・モータポンプの内側回転子は、グラファイト、酸化アルミニウム、または炭化ケイ素などのセラミック材料で構成された滑り軸受を備える。ところが、軸受の摩耗に起因して内側回転子が偏心回転することがあり、これによって、固定軸は、より大きな遠心力とそのモーメントを受けることになり、内側回転子と格納シェルが互いに衝突して損傷し、流体が漏れることがある。よって、モータ軸系の構造は設計の焦点の一つとなる。高い信頼性でリークを防ぐための方法は、ポンプ内に軸受モニタ装置を配置することである。
【０００２】
そこで、本発明は、固定軸の構造強度を向上させるために、プラスチックで構成されるか、またはプラスチック・ライナを備え、ポンプ内にモニタ装置を設けることができる、永久磁石型キャンド・モータポンプについて開示する。
【背景技術】
【０００３】
金属製の誘導型キャンド・モータポンプは、内側回転子と固定子をカプセル化するための、低透磁率かつ耐腐食性の金属薄板で構成された円筒キャンを備えている。キャンは、流体と巻線を分離するように固定子の内側に組み付けられる。別の金属板が、同様に篭形内側回転子をカプセル化して、流体を隔離するために用いられる。
この場合、モータの空隙は、固定子のケイ素鋼の歯部と内側回転子のケイ素鋼の歯部との間の、片側の径方向の距離である。空隙の幅のほとんどは３ミリメートル（ｍｍ）未満であり、よって、上記モータのモータ特性は、小空隙のモータ構造である。自動車水冷ポンプなどの清浄かつ非腐食性の流体を輸送するために採用されるシールレス・キャンド・モータポンプは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）など、温度耐性および限られた耐腐食能力を持つ耐熱プラスチック材料で構成され、また、耐熱プラスチック材料を用いて固定子と内側回転子がカプセル化される。耐熱プラスチック材料の片側のカプセル厚さは１．５ｍｍを超え、全空隙の幅は４ｍｍを超える。
つまり、そのモータ特性は、より大きな空隙を有する構造である。フッ化水素酸など、高毒性かつ強腐食性の薬液を輸送するためには、ポリプロペン（ＰＰ）またはフルオロポリマなどの耐腐食性プラスチックの部材またはライナが、固定子と内側回転子のカプセル化のために採用される。耐腐食性プラスチック材料の採用によって、モータ軸系の構造強度が設計の焦点の一つとなる。モータ方式は、回転軸と固定軸に分類される。
本発明は、ゆとりを含んだその片側のカプセル厚さが３ｍｍを超え、全空隙幅のほとんどが７ｍｍを超える、好ましい固定軸系を提供するものであり、よって、本発明によるモータの特性は、より大きな空隙を有するモータ構造である。この場合、永久磁石同期モータは、より大きな空隙を有するポンプに好ましい選択肢である。シールレス・キャンド・モータポンプは、セラミック材料で構成された滑り軸受を備えているが、この軸受は、軸受の摩耗、ドライラン、または過度の振動によって、すり減ることがある。
このため、その信頼性を向上させるには、軸受の摩耗を監視するモニタ装置を配置することが必要である。また、モニタ装置はホールセンサとすることができ、この場合、永久磁石型キャンド・モータポンプの駆動方式は、センサ方式またはセンサレス方式の両方での駆動が可能である。このように、特定のドライバへの依存を低減し、ユーザによる装置の選択の幅を広げることができる。
【０００４】
つぎの事例は、固定軸構造、センサレス駆動、センサ駆動、および軸受摩耗検出を含むシールレス・キャンド・モータポンプの問題に対するソリューションである。これらの事例の内容について、以下で記載する。
【０００５】
事例１：
特許文献１：永久磁石型キャンド・モータポンプ、２００９年。
この発明は、高温かつ腐食条件で使用されるポンプを開示している。モータ構造は、片持ち固定構造と、径方向空隙を備えた内側モータと、を有している。腐食許容値を含んだカプセル厚さは３ｍｍであり、全空隙は８ｍｍである。この発明に開示されたセンサレス方式は、永久磁石ポンプを駆動するために磁極位置を算出することであり、剛性の複合固定構造によって、高温かつ高出力での使用のための要件を満たしている。しかしながら、この発明の構造は、軸受摩耗検出能力を備えていない。
【０００６】
事例２：
特許文献２：キャンド・モータポンプ。
これは、エンジン冷却に適用される永久磁石型キャンド・モータポンプである。この発明の低出力ポンプは、単純固定軸構造である。セラミック軸が、三角フロントサポートとポンプ格納シェルとを含む耐熱プラスチック部材によって支持されている。永久磁石ポンプを駆動するために磁極位置を検出する二次磁石とホールセンサが、主磁石の内側回転子継鉄の内側空間に設けられている。ホールセンサは、格納シェルの底側から外向きに延出している。
これに応じて内側回転子の磁石も軸方向に延出して、これによりホールセンサが独立に延びる長さを減少させている。このポンプでは清浄な流体のみが輸送されるので、軸受の摩耗について懸念する必要はない。単純固定構造が採用されているが、磁石の長さの追加によって製造コストが増加することがあり、また、磁石の表面に分布する磁束のみが検出されるのは、正確な磁極位置を検出するためには好ましくない。
【０００７】
事例３：
特許文献３：ブラシレスモータおよび流体ポンプ装置、２００８年。
これは、エンジン冷却に適用される永久磁石型キャンド・モータポンプを開示している。この発明の低出力ポンプは、単純固定軸構造である。セラミック軸が、三角フロントサポートとポンプ格納シェルとを含む耐熱プラスチック部材によって支持されている。永久磁石ポンプを駆動するため、ホールセンサおよびその駆動回路基板が、格納シェルの外側に設けられている。磁石は、磁石の後端がホールセンサに近接するように、軸方向に延出している。
また、磁石の磁束が基板上のホールセンサを斜め方向に通過し得るように、磁石の後端の形状は面取状に加工されており、これにより、磁極位置の検出精度を向上させている。このポンプでは清浄な流体のみが輸送されるので、軸受の摩耗について懸念する必要はない。単純固定構造が採用されているが、磁石の長さの追加によって製造コストが増加することがあり、また、磁石の表面に分布する磁束のみが検出されるのは、正確な磁極位置を検出するためには好ましくない。
【０００８】
事例４：
特許文献４：運転中の回転電機で生じる故障または初期故障を検出するための装置、１９８０年。
これは、誘導型キャンド・モータポンプに適用されるものである。信号コイル対は、固定子継鉄の全長をカバーするのに十分な長さである。信号コイル対は、主磁束による同期誘導電圧と内側回転子すべりによる内側回転子起電力の高調波電圧とを含む周期的電圧信号を出力することができる。軸受が摩耗すると、空隙の大きさが僅かに変わり、それに応じて信号コイル対により出力される電圧信号が変化する。
２つの信号コイル対が、固定子の歯部の対向する径方向位置にそれぞれある場合、出力電圧は、相反する主磁束により中和されて、周期的高調波電圧が残る。軸受が摩耗することで内側回転子の偏心回転が生じると周期的高調波電圧が増加し、これは軸方向空隙型誘導モータおよび径方向空隙型誘導モータに当てはまる。このような方法は、三相巻線の不平衡問題など、モータ電源またはモータ巻線の問題を検出するために利用してもよい。しかしながら、この発明は、誘導モータのラジアル軸受の摩耗を検出するためにのみ用いられるものであって、軸スラスト軸受の摩耗を検出するために用いられるものではない。
【０００９】
事例５：
特許文献５：キャンド・モータの軸受摩耗モニタ装置、１９９９年。
これは、誘導型キャンド・モータポンプに適用されるものである。固定子の２つの対向する端部のそれぞれにおいて、４つの垂直歯部の内側に４つの穴がそれぞれ形成されて、８つのコイルのうちの４つが一方の端部のそれぞれの穴に設けられ、その他のコイルは反対側の端部に設けられる。８つのコイルが軸受の径方向の摩耗、軸方向の摩耗、斜めの摩耗を検出することができるように、対向する端部において２つの対応する穴の各々が、同一の特別な角度を有している。
【００１０】
事例６：
特許文献６：シールレスポンプの内側回転子位置および軸受モニタ、１９９９年。
これは、誘導型キャンド・モータポンプに適用されるものである。２つのコイルと、異なる磁極を持つ継鉄とによって、高周波励磁コイルセットを形成している。２つのコイルは、互いに平行に、それぞれ固定子の各端部の外側の軸方向位置に、継鉄によってキャンの外面に固定されている。コイルセットの磁束は、キャンを通って、内側回転子の両端の外側空間に至り、そこに入る。そして、磁束は、軸の内側回転子の両端にあるプレート上の磁気導体を介して逆向きに異なる磁極コイルまで戻る。
このようにして、閉磁回路を形成しており、すなわち、磁気導体とコイルセットは互いに同心状である。コイルは、３つの巻線を一緒に含み、それらの巻線の１つは、２つの信号線となる他の２つの巻線の高周波数での励磁のために用いられる。信号線のうち一方は径方向の検出に用いられ、他方は軸方向の検出に用いられる。軸受の片側で軸方向の摩耗が生じると、プレートの径方向位置が径方向に動き、これにより、プレートは、コイルセットに近づくか、またはコイルセットから離れる。従って、磁気回路の磁気抵抗が変化し、そして磁気回路の出力電圧も変化する。
【００１１】
互いに垂直な４つのコイルセットを径方向位置に設けると、軸受の径方向の摩耗を検出することができる。コイルセットとプレートが、両方とも内側回転子の両側に設けられる場合には、さらに軸方向の移動を検出することができる。
軸方向検出の信号処理は、内側回転子の両側のコイルセットからの２つの電圧信号を相互に比較して、内側回転子の軸方向の移動を算出することである。また、１Ｋから４Ｋの間の高周波信号によって、コイルの高調波信号干渉を防ぐことができる。さらに、高調波信号干渉を低減するために、固定子コイルの後端に磁束遮蔽装置が追加して設けられる。
【００１２】
事例７：
特許文献７：軸受摩耗モニタ装置を有するモータ、２０００年。
これは、誘導型キャンド・モータポンプに適用されるものである。この発明は、固定子の２つの対向する端部にいくつかの信号コイル対を配置することで、軸受の径方向の摩耗を検出することができることを実際に示している。ところが、固定子、内側回転子、スピンドル、または信号コイル対の交換を含むモータの修理の際に、ユーザは、固定子および内側回転子の機械的な軸方向の位置決めを、それらの電気的な軸方向の位置決めに合わせて行うことができない場合があり、または、ユーザは、コイルを以前の位置に配置されるように巻回することができない場合があり、これによって異常信号が発生する。
そこで、このモニタ装置では、相対位置を調整して、軸方向摩耗の信号のゼロ点調整を行うことができるようにしている。この方法は、モータを組み立てたときに、軸の内側回転子側と軸の固定子側との間の距離だけ、内側回転子の厚さが固定子の厚さよりも大きいことによるものである。内側回転子側がコイルの中心に面し、内側回転子の突起が固定子の後端から突き出して、内側回転子の後端が径方向の余裕無くコイルを完全に覆っている。従って、スラスト軸受が摩耗して内側回転子が前方に移動すると、前端のコイル信号が明らかに変化し、後端のコイル信号は僅かに変化する。
【００１３】
事例８：
特許文献８：キャンド・モータの軸方向軸受摩耗検出装置、２００２年。
これは、誘導型キャンド・モータポンプに適用されるものである。この装置は、固定子の２つの対向する歯部にそれぞれ２つのコイルを１８０度の空間角を成すように有するコイルセットを備えている。この発明は、固定子の前端と後端にいくつかの信号コイル対を配置することで、軸受の軸方向の摩耗を検出できることを明確に示しているが、モータの前端と後端に設けられている摩耗リングの軸方向の長さは、内側回転子の前端と後端に設けられているスラスト軸受の軸方向の長さよりも大きい。
内側回転子は、自由である径方向に、摩耗リングの間でおよそ±２．５ｍｍ動くことができる。軸受の軸方向の摩耗を検出するためのモニタ装置は、内側回転子の異常な軸方向の動きを、内側回転子の通常の軸方向の動きと区別しなければならない。つまり、軸受の実際の摩耗を検出する必要がある。この発明によると、基準回路と不感帯回路とを相互に比較することで、内側回転子の軸方向の動きが正常範囲内であるかどうか判定するためのコイル信号の検出が可能である。
【００１４】
事例９：
特許文献９：キャンド・モータの軸方向軸受摩耗検出器、２００６年。
これは、誘導型キャンド・モータに適用されるものである。この発明でのコイル検出の方法は、事例８と同様である。この発明は、固定子の前端と後端にいくつかの信号コイル対を配置することで軸受の軸方向の摩耗を検出して信号を生成することができることと、信号をゼロ点調整すると摩耗値を正確に検出することができることと、を明確に示している。
しかしながら、信号コイル対によって出力される電圧信号の値は、エレクトロマイグレーションを発生させるモータの作動電圧による影響を受けることがあり、このことが信号のゼロ点調整を難しくしている。すなわち、軸受の摩耗値は正確ではない。この発明は、信号を処理する方法を提供しており、これによる装置によって、信号を確実にゼロ点調整することができる。
【００１５】
誘導型キャンド・モータポンプおよび永久磁石型キャンド・モータポンプに対するソリューションは、つぎのように３つのタイプに分けられる。
１．軸受を検出するためのモニタ装置を設けることで、ポンプの信頼性を向上させる。
２．ポンプをタイミングよく駆動するためにホールセンサが設けられるが、磁石を長くする必要がある。
３．固定軸の剛性を向上させることで、ポンプの信頼性を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】台湾実用新案第Ｍ３６９３９１号
【特許文献２】特開２００５−３４４５８９号公報
【特許文献３】特開２００８−２２０００８号公報
【特許文献４】米国特許第４２１１９７３号
【特許文献５】米国特許第５９２６００１号
【特許文献６】米国特許第５９５５８８０号
【特許文献７】米国特許第６１１４９６６号
【特許文献８】米国特許第６４２９７８１号
【特許文献９】米国特許第７０１９６６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記の対応する問題に対するソリューションは実施が可能であるかもしれないが、上記の例は、信頼性を向上させるために、固定軸の剛性を向上させると同時に、モニタ装置を配置するものではない場合がある。本発明において開示する永久磁石型キャンド・モータポンプは、つぎのような課題を解決する必要がある。
【００１８】
課題１：材料の強度の弱さ。
温度が８５℃を超えると耐腐食性プラスチック構造またはライナの強度が容易に低下するという問題を回避するように構造強度を向上させ、また、モニタ装置を配置することなくポンプの信頼性を向上させる。
【００１９】
課題２：軸受の摩耗を検出するための要件。
高毒性かつ強腐食性の薬液の輸送についての安全要件を満たすため、軸受の摩耗状態を継続的に検出するためのモニタ装置が設けられ、これによりポンプの信頼性を向上させる。
【００２０】
課題３：より大きな空隙というモータ特性を備える場合の低コスト要件。
永久磁石モータは、より大きな空隙を備えるモータとしての好ましい選択肢であるが、費用のかかる磁石を多く必要とする。モニタ素子の信号源を提供するために、主磁石の長さを大きくすることが利用される。このため、磁石のコストが比較的大きくなる。
【００２１】
課題４：永久磁石モータの高周波パルス幅変調（ＰＷＭ）信号駆動からの高調波干渉を防ぐ。
モニタ装置の構造は、高周波ＰＷＭ電力駆動からの高調波干渉を余儀なくされる。
【００２２】
課題５：モニタ装置が使用可能である場合に、より良い品質の信号を受け取るための要件。
キャンド・モータポンプの内側回転子は、高い耐腐食性を要する用途では、より大きな軸方向自由運動空間を有し、これによってモニタ装置の磁束が容易に曲がるので、電圧供給が変わることに起因する信号のドリフトを防ぐ必要がある。
【００２３】
課題６：構成部品が容易に修理および交換される。
構成部品の修理または交換の際に、位置決めの問題、または他の個人的なファクタの問題を回避する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、永久磁石型キャンド・モータポンプの固定軸の剛性を、いかなる出力範囲のものであっても、合理的コストで向上させるものであり、要件に従ってモニタ装置を設けることが可能である。これによって、信頼性が確保されるとともに、寿命が延長され、また、本発明は、単純固定軸構造にも複合軸構造にも適している。
【００２５】
本発明において開示する、以下でキャンド・ポンプと呼ぶ永久磁石型キャンド・モータポンプの目的は、固定軸の剛性を向上させることであり、さらに、軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置または他のモニタ装置などのモニタ装置が、ポンプなどの信頼性を向上させるための要件に従って設けられる。高温かつ強腐食の製造プロセスでポンプが使用される場合のソリューションについて、以下に記載する。
【００２６】
このキャンド・ポンプの目的は、固定軸の剛性を向上させることであり、さらに、要件に従ってモニタ装置が設けられる。固定軸の剛性を向上させることを目的として、固定軸の剛性を改善する方法は、キャンド・モータのモータ・リアケーシングの金属構造の軸後部金属サポートを、キャンド・モータの内側回転子の回転子継鉄の内径空間に軸方向に挿入することと、格納シェルのブランク後部軸サポートによって腐食性流体を隔離することと、より長い保持長さによって固定軸の剛性を向上させ、合力のアーム長を短くするように、軸後部金属サポートをブランク後部軸サポートに緊密に装着することと、を含んでいる。その結果、固定軸の剛性の向上によって構造信頼性が向上する。
格納シェルのブランク後部軸サポートは、例えば軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置であるモニタ装置を収容するための十分なスペースを径方向および軸方向に有し、これによって、ポンプの信頼性が確保されるか、または他の要件が満たされる。モニタ装置は、二次磁石とモニタセットとを有し、それらの間に閉ループ磁束線が存在する。二次磁石の数は主磁石と同じであり、二次磁石の体積は、主磁石の体積の１０分の１未満である。主磁石に背を向けて内側回転子の回転子継鉄の内側に取り付けられる二次磁石、および内側回転子は、これらが腐食性流体により腐食することを防ぐためカプセル化されており、また、回転子継鉄磁気経路と固定子継鉄磁気経路は回転子継鉄に共存することが可能である（つまり、モニタ装置の磁束線は、干渉することなく回転子継鉄を通過する）。
負荷要求を満たすために、より長い軸受を用いる場合は、より長い回転子継鉄が使用され、これにより回転子継鉄上への二次磁石の組み付けが容易に可能である。モニタセットは二次継鉄とモニタ素子とを含み、内側回転子が回転しているときには、モニタ素子が磁束線を横切ることで電圧信号を出力する。格納シェルは、ブランク後部軸サポートの環状スロットに取り付けられるモニタセットを保護する。
モニタ素子は、軸受の摩耗を監視するために用いられる信号コイル対、または磁極を検出してキャンド・ポンプを駆動するために用いられるホールセンサとすることができ、キャンド・ポンプの駆動は、以下でセンサレス・キャンド・ポンプと呼ぶモニタ装置を持たない駆動装置によるか、または以下でセンサ・キャンド・ポンプと呼ぶモニタ装置を持つ駆動装置によるか、いずれかとすることができ、これによって、ユーザが装置を選択する利便性が向上する。
【００２７】
二次磁石の軸方向の長さは、内側回転子の（軸受の軸方向の摩耗を含む）軸方向自由運動距離の２倍を超えている。二次磁石の表面から出る磁束線は、空隙を通って二次継鉄に至り、続いて逆に戻る磁力線によって隣接する二次磁石に至り、そして回転子継鉄を通って元の二次磁石に至り、このようにして閉ループを形成している。モニタセットのモニタ素子は、例えば信号コイル対とホールセンサであって、二次継鉄の表面上に設けられ、セットにして絶縁体によりカプセル化されている。
モニタセットは、格納シェルの底部の環状スロットに取り付けられ、この環状スロットは、格納シェルの底部に外側からモニタセットを組み付けることができるようにする開口部を備えている。二次継鉄の内面は、軸後部金属サポートの外面にぴったりとフィットしている。二次継鉄の後端部はアラインメント点を有し、その電気角位置は、モータ・リアケーシングの軸後部金属サポートの軸における別のアラインメント点に結び付けられており、また、キャンド・モータの固定子がモータ・ケーシングに組み付けられる際には、巻線固定子の電気角位置の基準点に結び付けられる。
【００２８】
信号コイル対を有するモニタセットにおいて、各信号コイルの円周幅は、二次磁石の磁極数によって変わるものの、１８０度の電気夾角を超えることはなく、各信号コイルは、十分な回転速度で回転して磁束線を横切ることで、電圧信号を出力する。信号コイル対は２つのグループに分けられ、その２つのグループの間の空間夾角の位相差は９０度である。各グループの配列には、同じグループの２つの信号コイル対の間の空間夾角の位相差を１８０度とする方法と、２つのグループが向き合って軸方向の列に取り付けられる別の方法とが含まれる。
内側回転子の回転速度、軸の遠心角度、軸方向位置、および径方向位置は、信号コイル対からの信号の演算により算出することができる。軸の遠心角度は、運動軌道についての詳細な情報を提供する。内側回転子の位置と比較することで、ラジアル軸受およびスラスト軸受の摩耗量が得られる。さらには、摩耗に関する警告通知を伝達してもよく、あるいはポンプの運転がモニタ装置により停止される。信号コイル対の出力電圧は、内側回転子の回転速度の傾きによって低下するので、例えば定格回転速度が３０００ｒｐｍである場合など、定格回転速度が４０％未満である状況では適用できない。
【００２９】
本発明は、さらに、そのうちの一部はモニタ装置を含み、一部は含まない、以下の構造によって説明されるものであり、これらの構造は、本発明を限定するものではない。同様の機能を有する他の構造も本発明の範囲内に含まれる。
【００３０】
戦略１：キャンド・ポンプの構造的な改良は、固定軸の剛性を向上させることであり、また、要件に従ってモニタ装置を設けることである。固定軸の剛性を向上させる方法は、キャンド・モータのモータ・リアケーシングの金属構造の軸後部金属サポートを、キャンド・モータの内側回転子の回転子継鉄の内側空間に軸方向に挿入することと、格納シェルのブランク後部軸サポートによって腐食性流体を隔離することと、より長い保持長さによって固定軸の剛性を向上させ、合力のアーム長を短くするように、軸後部金属サポートをブランク後部軸サポートに緊密に装着することと、を含んでいる。その結果、固定軸の剛性の向上によって構造信頼性が向上する。
【００３１】
戦略２：格納シェルのブランク後部軸サポートの内側には、例えば軸受の摩耗を検出するモニタ装置であるモニタ装置を取り付けるためのスペースが提供されており、これによって、ポンプの信頼性が確保される。モニタ装置は、二次磁石とモニタセットとを有し、閉ループ磁界を形成している。二次磁石は、内側回転子の回転子継鉄の内側で、主磁石の反対側の対応する位置に設けられる。内側回転子は、腐食性流体による腐食を防ぐためにカプセル化されている。二次継鉄とモニタ素子とを含むモニタセットは、格納シェルのブランク後部軸サポートの環状スロットに取り付けられ、これにより、モニタセットは格納シェルで保護されている。モニタ素子は、例えば、軸受の摩耗を監視するための信号コイル対である。
【００３２】
戦略３：回転子継鉄の内側空間にあるモニタ装置は、二次磁石とモニタセットとを有する。二次磁石の体積は、順磁束磁石の体積の１０分の１未満であり、このため、順磁束磁石を延長するのに比べて磁石のコストが低い。また、高負荷に耐えるために、より長い軸受を用いる場合には、より長い回転子継鉄を用いることができ、この回転子継鉄に二次磁石を組み付けることができる。
【００３３】
戦略４：磁束線と高周波ＰＷＭ電源により形成される高調波とによって生成される回転子継鉄磁気経路は、回転子継鉄を通過する。回転子継鉄は、この回転子継鉄の内側空間に設けられるモニタ装置を遮蔽する。モニタ装置の二次磁石の数は主磁石と同じであり、二次磁石は、内側回転子の回転子継鉄の内側で、主磁石の反対側の対応する位置に設けられ、これにより、回転子継鉄磁気経路と固定子継鉄磁気経路は回転子継鉄に共存することが可能である（つまり、モニタ装置の磁束線は、回転子継鉄磁気経路の磁束線と干渉することなく回転子継鉄を通過する）。
二次磁石の表面から出る磁束線は、空隙を通って二次継鉄に至り、続いて逆に戻る磁力線によって隣接する二次磁石に至り、そして回転子継鉄を通って元の二次磁石に至り、このようにして閉ループを形成している。内側回転子が回転しているときには、モニタ素子が磁束を横切ることで電圧信号を出力し、この電圧信号は独立であって、外側の電圧による影響を受けない。
【００３４】
戦略５：独立モニタ装置の環状二次継鉄の長さは、回転子継鉄の軸方向の長さと内側回転子の軸方向運動距離の和よりも長く、また、信号コイル対の軸方向の全長よりも長い。各信号コイルの軸方向の長さは、二次磁石の軸方向の長さ６０％よりも長い。信号コイル対の軸方向の全長は、二次磁石の軸方向の長さと内側回転子の軸方向自由運動距離の和よりも長く、これによって、内側回転子の回転に伴って二次磁石が軸方向に移動することがあっても、回転子継鉄磁気経路は変形なく安定したままであり、その結果、外部からの干渉の影響を受けることなく信頼性の高い信号出力が得られる。
信号コイル対が横切る磁束線の量は、内側回転子の軸方向の移動量または軸受の軸方向の摩耗量に比例的に減少する。互いに対向する２つの信号コイルにより生成される電圧信号の差分電圧は、内側回転子の径方向変位または軸受の径方向の摩耗に比例する。
【００３５】
戦略６：二次継鉄の後端部はアラインメント点を有し、これはモータ・リアケーシングの軸後部金属サポートの別のアラインメント点に一致しており、キャンド・モータの固定子がモータ・ケーシングに組み付けられるときには、アラインメント点を合わせることにより、固定子と回転子の継鉄の電気角位置が揃うことになる。モニタ素子と継鉄は、完全なモニタセットとしてカプセル化されており、これにより、メンテナンスおよび交換を容易にして、磁気的位置決めの補正を確保している。
【００３６】
本発明は、さらに、そのうちの一部はモニタ装置を含み、一部は含まない、以下の構造によって説明されるものであり、これらの構造は、本発明を限定するものではない。同様の機能を有する他の構造も本発明の範囲内に含まれる。
【００３７】
１．センサレス・モードで作動してポンプを駆動するドライバを必要とする、センサレス・キャンド・ポンプ。
（ａ）単純固定軸：この固定軸は、軸受摩耗の可能性が低い、全出力範囲での一般的用途に適している。軸方向に延出する格納シェルのブランク後部軸サポートと、軸後部金属サポートとによって、合力のアーム長を短くしており、また、軸後部金属サポートとブランク後部軸サポートとは、固定軸の剛性を向上させるように、緊密に結合されている。
（ｂ）複合固定軸：この固定軸は、軸受摩耗の可能性が低く、高温で作動し、低ＮＰＳＨｒ（必要有効吸込ヘッド）要件に関連し、高出力範囲に関連する分野で使用される。軸方向に延出する格納シェルのブランク後部軸サポートと、軸後部金属サポートとによって、合力のアーム長を短くしており、また、そのセラミック軸スリーブは、ネジによって、金属軸の円形頭部と軸後部金属サポートの圧縮面との間で強く圧迫されており、これにより固定軸の剛性を向上させている。
【００３８】
２．センサレス・モードで作動してポンプを駆動するドライバを必要とする、センサ・キャンド・ポンプ。
（ａ）単純固定軸：この固定軸は、軸受摩耗の可能性が高い、全出力範囲での一般的用途に適している。軸方向に延出する格納シェルのブランク後部軸サポートと、軸後部金属サポートとによって、合力のアーム長を短くしており、また、軸後部金属サポートとブランク後部軸サポートとは、固定軸の剛性を向上させるように、緊密に結合されている。
二次磁石が、内側回転子の回転子継鉄の内側で、主磁石の反対側の対応する位置に設けられ、二次継鉄と信号コイル対とを含むモニタ装置のモニタセットが、軸後部金属サポートにしっかり固定されて、軸受の摩耗を監視するために格納シェルのブランク後部軸サポートの環状スロットに配置されている。高負荷要求を満たすために、より長い軸受が用いられ、この場合、より長い回転子継鉄を採用することができ、その回転子継鉄に二次磁石を設けることができる。
（ｂ）複合固定軸：この固定軸は、軸受摩耗の可能性が高く、高温で作動し、低ＮＰＳＨｒ要件に関連し、高出力範囲での一般的用途に適している。軸方向に延出する格納シェルのブランク後部軸サポートと、軸後部金属サポートとによって、合力のアーム長を短くしており、また、そのセラミック軸スリーブは、ネジによって、金属軸の円形頭部と軸後部金属サポートの圧縮面との間で強く圧迫されており、これにより固定軸の剛性を向上させている。
二次磁石が、内側回転子の回転子継鉄の内側で、主磁石の反対側の対応する位置に設けられ、二次継鉄と信号コイル対とを含むモニタ装置のモニタセットが、軸後部金属サポートにしっかり固定されて、軸受の摩耗を監視するために格納シェルの後部軸座の環状スロットに配置されている。高負荷要求を満たすために、より長い軸受が用いられ、この場合、より長い回転子継鉄を採用することができ、その回転子継鉄に二次磁石を設けることができる。
【００３９】
３．モニタ装置の構造
モニタ装置は、内側回転子の回転子継鉄の内側で主磁石の反対側の対応する位置に設けられる二次磁石を有する。さらに、二次継鉄とモニタ素子とを含むモニタセットを有し、これは、軸後部金属サポートにしっかり固定されて、軸受の摩耗を監視するために格納シェルのブランク後部軸サポートの環状スロットに配置されており、モニタ素子としてホールセンサと信号コイル対の両方を含む場合は、センサ・モードで作動するドライバを提供し、モニタ素子が信号コイル対のみである場合は、センサレス・モードで作動するドライバが必要である。
【００４０】
本開示は、本明細書において単に説明を目的として以下で提示する、よって本開示を限定するものではない、詳細な説明によって、より良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置なしの両持ち固定軸の断面図である。
【図１Ｂ】本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置付きの両持ち固定軸の断面図である。
【図１Ｃ】本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置なしの片持ちカンチレバー複合固定軸の断面図である。
【図１Ｄ】本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置付きの片持ちカンチレバー複合固定軸の断面図である。
【図１Ｅ】本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置と延長された軸受とを備える両持ち固定軸の断面図である。
【図２】本発明により１つのユニットに統合されたモータの内側回転子とインペラの断面図である。
【図３Ａ】本発明に係るキャンド・ポンプの、両持ち固定軸の格納シェルの断面図である。
【図３Ｂ】本発明に係るキャンド・ポンプの、片持ち固定軸の格納シェルの断面図である。
【図４Ａ】本発明による両持ち固定軸の軸方向の保持長さＬを示している。
【図４Ｂ】本発明による片持ち固定軸の軸方向の保持長さＬを示している。
【図５Ａ】本発明による両持ち固定軸上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子を示している。
【図５Ｂ】本発明による片持ちカンチレバー固定軸上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子を示している。
【図６Ａ】本発明によりモータの軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の径方向断面図である。
【図６Ｂ】本発明により軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の軸方向断面図である。
【図６Ｃ】本発明により８つの信号コイル対を利用して軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の概略図である。
【図６Ｄ】本発明により軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の概略斜視図である。
【図６Ｅ】本発明により４つの信号コイル対を利用して軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の概略図である。
【図７】本発明により３つのホールセンサを有する、キャンド・ポンプのモニタ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
第１の実施形態：図１Ａおよび３Ａに示すように、モニタ装置を持たない両持ち固定軸を備えるキャンド・ポンプ。
図１Ａ、３Ａを参照すると、図１Ａは、本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置なしの両持ち固定軸の断面図であり、図３Ａは、本発明に係るキャンド・ポンプの、両持ち固定軸の格納シェルの断面図である。このキャンド・ポンプは、ポンプ・ケーシング４と、三角フロントサポート３１と、Ｉ型インペラ５と、Ｉ型格納シェル４１と、固定軸３と、キャンド・モータ８と、を備える。
【００４３】
ポンプ・ケーシング４は、入口４４と、出口４５と、流路４７とを有し、Ｉ型インペラ５を収容するために用いられる。ポンプ・ケーシング４の入口４４の内側に設けられたフロント・スラストリング４６は、Ｉ型インペラ５のスラスト軸受５３と対になって一緒に軸スラスト軸受を形成するために用いられる。
【００４４】
ポンプ・ケーシング４の入口４４に固定された三角フロントサポート３１は、ハブ開口部５４を軸方向に通って、固定軸３の一端を支持している。
【００４５】
Ｉ型インペラ５は、ポンプ・ケーシング４内に組み付けられている。三角フロントサポート３１は、ハブ開口部５４を軸方向に通ることができ、固定軸３の端部を支持するために用いられる。ハブプレート５２は、キャンド・モータ８の内側回転子７の軸方向延出部７６に結合するように用いられ、これによって、Ｉ型インペラ５と内側回転子７は、一体に統合されるか、または１つに結合するように組み込まれている。
【００４６】
Ｉ型格納シェル４１は、このＩ型格納シェル４１の底側に設けられたブランク後部軸サポート４１３を備えるカップ状シェル構造である。環状スロット４１３ｂを備えるブランク後部軸サポート４１３に貫通孔がないことによって、Ｉ型格納シェル４１からのリークがないことが保証される。Ｉ型格納シェル４１の前側に設けられたシェルフランジ部４１１は、ポンプ・ケーシング４およびキャンド・モータ８のポンプ側フランジ８１１と結合されて、これにより腐食性流体のリークを防いでいる。Ｉ型格納シェル４１の横方向外側に設けられたシェル柱状部４１２は、摺動遊合で固定子８３の内側を通っている。
キャンド・モータ８のモータ・リアケーシング８２は、十分な支持強度でＩ型格納シェル４１の底側に緊密に装着されている。ブランク後部軸サポート４１３は、Ｉ型格納シェル４１の底側の中心に設けられて、軸方向内向きに回転子継鉄７２の内側空間に延出している。ブランク後部軸サポート４１３は、このブランク後部軸サポート４１３内に配置されて内向きに突き出した軸保持穴４１３ａを有し、さらに、ブランク後部軸サポート４１３の外側に設けられた環状スロット４１３ｂを有している。リア・スラストリング４１４が、軸保持穴４１３ａの前面に設けられて、内側回転子７のセラミック軸受７９と一緒になって軸スラスト軸受を形成するように用いられる。
軸保持穴４１３ａの外側の側壁面は、モータ・リアケーシング８２の軸後部金属サポート８２１ａと完全に結合されて、これにより支持されており、軸保持穴４１３ａの底側は、モータ・リアケーシング８２の後方バルジ部８２３の内側に完全に嵌合し、固定軸３の高剛性支持を提供するようにバルジ部８２３の長さは軸保持穴４１３ａの深さＨと一致しており、この種の構造を以下では金属保持サポートと呼ぶ。Ｉ型格納シェル４１は、固定軸３の剛性支持を提供することなく、防食隔離特性を提供するためにのみに用いられる。
【００４７】
両持ち支持構造である固定軸３は、耐腐食性かつ耐摩耗性のセラミック材料で構成されている。固定軸３の前側は、三角フロントサポート３１によって支持されており、固定軸３の後側は、外向きに延出するブランク後部軸サポート４１３によって支持されている。固定軸３の中央部分は、セラミック軸受７９とかみ合って、内側回転子７の回転を支持し、固定軸３の中央部分の長さは、セラミック軸受７９の長さを満たしており、この中央部分の長さは、内側回転子７が受ける合力に耐えるため、また、内側回転子７の軸方向自由運動空間を確保するために適している。
ブランク後部軸サポート４１３の環状スロット４１３ｂは、モータ・リアケーシング８２の軸後部金属サポート８２１ａとしっかり結合されて、これにより支持されており、また、保持長さＬを提供している。さらに、この環状スロット４１３ｂは、プラスチック材料の強度が温度の上昇により低下するという問題を克服することができる。
【００４８】
キャンド・モータ８は、固定子８３と、モータ・ケーシング８１と、モータ・リアケーシング８２と、内側回転子７と、を備える。
【００４９】
固定子８３は、モータ・ケーシング８１内にしっかりと固定されている。固定子８３には、巻線８３１が巻回されている。巻線８３１に印加されるＰＷＭ電力によって、内側回転子７の磁界と相互作用する磁束を発生させ、その内側回転子７がトルクを発生して回転することでＩ型インペラ５を駆動し、これにより流体動力を出力する。固定子８３の巻線８３１が腐食性流体によって腐食することを、Ｉ型格納シェル４１により防いでいる。
【００５０】
モータ・ケーシング８１のポンプ側フランジ８１１は、腐食性流体のリークを防ぐように、シェルフランジ部４１１およびポンプ・ケーシング４と、しっかり固定するために用いられる。モータ・ケーシング８１のバックフランジは、モータ・リアケーシング８２を固定するために用いられ、これによって、固定軸３が必要とする支持をモータ・リアケーシング８２の軸後部金属サポート８２１ａにより提供することができるように、完全な構造支持を与える。
【００５１】
モータ・リアケーシング８２は、固定軸３が必要とする支持をモータ・リアケーシング８２の軸後部金属サポート８２１ａにより提供することができるように、モータ・ケーシング８１のバックフランジと固定される。固定子８３の巻線８３１の電力線は、リードポート８２２を介して駆動電源に接続される。
【００５２】
内側回転子７は、主磁石７１と、回転子継鉄７２と、軸方向延出部７６と、を備える環状構造であり、耐腐食性エンジニアリングプラスチックで覆われた環状の回転子樹脂エンクロージャ７４を形成している。セラミック軸受７９が、内側回転子７の中心穴に取り付けられている。ハブプレート５２は、内側回転子７の軸方向延出部７６と結合するように用いられ、これによって、Ｉ型インペラ５と内側回転子７は、一体に統合されるか、または１つに相互に結合するように組み込まれている。
【００５３】
ポンプが作動しているときには、流体が入口流線６に沿って流れ、インペラ出口流線６１のようにＩ型インペラ５を通って流れた後の流体は加圧されている。加圧された流体は出口４５により出力され、その流体の一部分は、折り返し流線６２のように、Ｉ型インペラ５の後側を通ってＩ型格納シェル４１の内部空間４１５に入る。その後、流体は、内側回転子７の外側とＩ型格納シェル４１の内部空間４１５との間の隙間に流れ、続いて固定軸３とセラミック軸受７９との間の別の隙間を通って流れる。つぎに、流体は、終端潤滑流線６５のようにハブ開口部５４を通って、Ｉ型インペラ５の入口に流れる。このような流体の循環的な流れは、セラミック軸受７９を潤滑するとともに、内側回転子７により発生する熱を運び去るために用いられる。
【００５４】
第２の実施形態：図１Ｃ、図３Ｂ、および図５Ｂに示すように、モニタ装置を持たない片持ちカンチレバー複合固定軸を備えるキャンド・ポンプ。
図１Ｃおよび図３Ｂを参照すると、図１Ｃは、本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置なしの片持ちカンチレバー複合固定軸の断面図であり、図３Ｂは、本発明に係るキャンド・ポンプの、片持ち固定軸の格納シェルの断面図であり、図５Ｂは、本発明による片持ちカンチレバー固定軸上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子を示している。このキャンド・ポンプは、金属ケーシング４ａと、ＩＩ型インペラ５ａと、ＩＩ型格納シェル４１ａと、複合固定軸３ａと、キャンド・モータ８と、を備える。
【００５５】
金属ケーシング４ａは、入口４４と、出口４５と、流路４７とを有し、ＩＩ型インペラ５ａを収容するために用いられる。金属ケーシング４ａは、鋳造による金属ウォック構造である。金属ケーシング４ａの内側は、耐腐食性プラスチック製のケーシング・ライナ４ｂで覆われている。金属ケーシング４ａの内側で入口４４に設けられたフロント・スラストリング４６は、ＩＩ型インペラ５ａのスラスト軸受５３と一緒になって軸スラスト軸受を形成するために用いられる。
【００５６】
ＩＩ型インペラ５ａは、金属ケーシング４ａ内に設けられる。ハブプレート５２は、内側回転子７の軸方向延出部７６と結合するように用いられ、これによって、ＩＩ型インペラ５ａと内側回転子７は、一体に統合されるか、または相互に一体に組み込まれている。ハブ釣合い穴５４ａは、循環流体を例えば終端潤滑流線６５に沿って再循環させるために、曲面ハブプレート５５の中心にある開口部である。金属ケーシング４ａの入口４４とＩＩ型インペラ５ａの入口とによって、滑らかで障害のない、内径が大きくなる流路を形成しており、また、曲面ハブプレート５５の形状も、同じく滑らかな曲面形状である。これは、ポンプが良好なＮＰＳＨｒ性能を持つことを確実にするために、流体の流速を低減させるのに適している。
【００５７】
ＩＩ型格納シェル４１ａは、このＩＩ型格納シェル４１ａの底側に設けられた穴を含む後部軸座４１８を有するカップ状構造である。ＩＩ型格納シェル４１ａの前側に設けられたシェルフランジ部４１１は、金属ケーシング４ａおよびキャンド・モータ８のポンプ側フランジ８１１と結合されて、これにより流体のリークを防いでいる。ＩＩ型格納シェル４１ａの横方向外側に設けられたシェル柱状部４１２は、摺動遊合で固定子８３の内側を通っている。
また、ＩＩ型格納シェル４１ａの底側は、十分な支持強度でモータ・リアケーシング８２に緊密に装着されている。ＩＩ型格納シェル４１ａの底側の中心に設けられた後部軸座４１８は、回転子継鉄７２の内側空間に向かって内向きに延出し、後部軸座４１８は、内向きにさらに突き出して、後部軸座４１８の内側に設けられた開口部４１８ａと、後部軸座４１８の外側に設けられた凹型開口部４１８ｂとを、互いに対応するように有している。
この後部軸座４１８の中心に設けられた開口部は複合固定軸３ａを収容するために用いられるものであり、また、後部軸座４１８のシール面４１８ｄは、Ｏリングおよびモータ・リアケーシング８２の軸後部金属サポート８２１ｃを含んで、セラミック軸スリーブ３３の表面により緊密に付着されており、この種の構造を以下では金属複合サポートと呼び、これによって確実にリークがないようにすることができる。本実施形態は、軸受の摩耗を検出するための検出装置を提供するモニタ装置を備えていない。
【００５８】
片持ち支持構造である複合固定軸３ａは、セラミック軸スリーブ３３と、金属軸３２と、耐腐食性かつ耐摩耗性のモータ・リアケーシング８２とで構成されている。複合固定軸３ａとＩＩ型格納シェル４１ａとによって、完全密封軸系を形成している。複合固定軸３ａの一端がモータ・リアケーシング８２の複合軸後部金属サポート８２１ｃに取り付けられると、必要な支持強度が提供される。
金属軸３２は、セラミック軸スリーブ３３のスリーブ中心穴３３２を通っており、また、金属軸３２の一端に設けられた円形頭部３２１を有し、これがセラミック軸スリーブ３３の前端面３３３に対して強く押し付けられる。金属軸３２の歯部３２３が、ＩＩ型格納シェル４１ａの後部軸座４１８と、径方向内向きに延出する複合軸後部金属サポート８２１ｃの中心穴とを貫通している。セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１が複合軸後部金属サポート８２１ｃの表面に強く押し付けられるように、歯部３２３のナットは、モータ・リアケーシング８２ａ上で固定されている。
金属軸３２の円形頭部３２１は樹脂エンクロージャ３２２で覆われており、円形頭部３２１上には封止および耐腐食のために用いられるＯリングが設けられている。セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１は、内側回転子７のセラミック軸受７９と一緒になって軸スラスト軸受を形成するために用いられる。
滑りスラスト面３３１の表面と、モータ・リアケーシング８２ａの複合軸後部金属サポート８２１ｃの表面とは、互いに強く固定および圧迫されており、滑りスラスト面３３１と複合軸後部金属サポート８２１ｃとの間に緊密に詰めて設けられる後部軸座４１８のシール面４１８ｄが、別のＯリングを含む滑りスラスト面３３１の表面によりカプセル化されて、これにより確実にリークがないようにしており、このようにして高剛性の複合固定軸３ａを形成している。
【００５９】
キャンド・モータ８は、固定子８３と、モータ・ケーシング８１と、モータ・リアケーシング８２ａと、内側回転子７と、を備える。
【００６０】
固定子８３は、モータ・ケーシング８１内にしっかりと固定されている。固定子８３には、巻線８３１が巻回されている。巻線８３１に印加されるＰＷＭ電力によって、内側回転子７の磁界と相互作用する磁束を発生させることができ、その内側回転子７がトルクを発生して回転することでＩＩ型インペラ５ａを駆動し、これにより流体動力を出力する。固定子８３の巻線８３１が腐食性流体によって腐食することを、ＩＩ型格納シェル４１ａにより防いでいる。
【００６１】
モータ・ケーシング８１のポンプ側外方に設けられたポンプ側フランジ８１１は、腐食性流体のリークを防ぐように、シェルフランジ部４１１および金属ケーシング４ａと固定するために用いられる。モータ・ケーシング８１のバックフランジは、モータ・リアケーシング８２ａと固定するために用いられ、これによって、複合固定軸３ａが必要とする支持をモータ・リアケーシング８２ａの複合軸後部金属サポート８２１ｃにより提供することができるように、完全な構造支持を与える。
【００６２】
モータ・リアケーシング８２ａは、複合固定軸３ａが必要とする支持をモータ・リアケーシング８２ａの複合軸後部金属サポート８２１ｃにより提供することができるように、モータ・ケーシング８１のバックフランジとしっかり固定される。固定子８３の巻線８３１の電力線は、リードポート８２２を介して駆動電源に接続される。
【００６３】
内側回転子７は、主磁石７１と、回転子継鉄７２と、軸方向延出部７６と、を備える環状構造であり、耐腐食性エンジニアリングプラスチックで覆われた環状の回転子樹脂エンクロージャ７４を形成している。セラミック軸受７９が、内側回転子７の中心穴に取り付けられている。ハブプレート５２は、内側回転子７の軸方向延出部７６と結合するように用いられ、これによって、ＩＩ型インペラ５ａと内側回転子７は、一体に統合されるか、または１つに相互に結合するように組み込まれている。
【００６４】
ポンプが作動しているときには、流体が入口流線６に沿って流れ、インペラ出口流線６１のようにＩＩ型インペラ５ａを通って流れた後の流体は加圧されている。加圧された流体は出口４５により出力され、このとき、その流体の一部分は、折り返し流線６２のように、ＩＩ型インペラ５ａの後側を通ってＩＩ型格納シェル４１ａの内部空間４１５に入る。
その後、流体は、内側回転子７の外側とＩＩ型格納シェル４１ａの内部空間４１５との間の隙間に流れ、続いて複合固定軸３ａとセラミック軸受７９との間の別の隙間を通って流れる。つぎに、流体は、終端潤滑流線６５のように曲面ハブプレート５５の中心に設けられたハブ釣合い穴５４ａを通って、ＩＩ型インペラ５ａの入口に流れる。このような流体の循環的な流れは、セラミック軸受７９を潤滑するとともに、内側回転子７により発生する熱を運び去るために用いられる。
【００６５】
第３の実施形態：図１Ｂ、１Ｅ、および図３Ａに示す、両持ちカンチレバー複合固定軸とモニタ装置とを備えるキャンド・ポンプ。
図１Ｂ、１Ｅ、および図３Ａを参照すると、図１Ｂは、本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置付きの両持ち固定軸の断面図であり、図１Ｅは、本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置と延長された軸受とを備える両持ち固定軸の断面図であり、図３Ａは、本発明に係るキャンド・ポンプの、両持ち固定軸の格納シェルの断面図である。このキャンド・ポンプは、ポンプ・ケーシング４と、三角フロントサポート３１と、Ｉ型インペラ５と、Ｉ型格納シェル４１と、モニタ装置９と、固定軸３と、キャンド・モータ８と、を備える。
【００６６】
ポンプ・ケーシング４は、入口４４と、出口４５と、流路４７とを有し、Ｉ型インペラ５を収容するために用いられる。フロント・スラストリング４６が、ポンプ・ケーシング４の入口４４の内側に設けられ、Ｉ型インペラ５のスラスト軸受５３と対になって一緒に軸スラスト軸受を形成するために用いられる。
【００６７】
三角フロントサポート３１は、ポンプ・ケーシング４の入口４４に固定されて、ハブ開口部５４を軸方向に通り、固定軸３の一端を支持するために用いられる。
【００６８】
Ｉ型インペラ５は、ポンプ・ケーシング４内に組み付けられている。三角フロントサポート３１は、ハブ開口部５４を軸方向に通ることができ、固定軸３の端部を支持するために用いられる。ハブプレート５２は、キャンド・モータ８の内側回転子７の軸方向延出部７６に結合するように用いられ、これによって、Ｉ型インペラ５と内側回転子７は、一体に統合されるか、または１つに結合するように組み込まれている。
【００６９】
Ｉ型格納シェル４１は、このＩ型格納シェル４１の底側に設けられたブランク後部軸サポート４１３を備えるカップ状シェル構造である。環状スロット４１３ｂを備えるブランク後部軸サポート４１３に貫通孔がないことによって、Ｉ型格納シェル４１からのリークがないことが保証される。Ｉ型格納シェル４１の前側に設けられたシェルフランジ部４１１は、ポンプ・ケーシング４およびキャンド・モータ８のポンプ側フランジ８１１と結合されて、これにより腐食性流体のリークを防いでいる。
Ｉ型格納シェル４１の横方向外側に設けられたシェル柱状部４１２は、摺動遊合で固定子８３の内側を通っている。キャンド・モータ８のモータ・リアケーシング８２は、十分な支持強度でＩ型格納シェル４１の底側に緊密に装着されている。ブランク後部軸サポート４１３は、Ｉ型格納シェル４１の底側の中心に設けられて、軸方向内向きに回転子継鉄７２の内側空間に延出している。ブランク後部軸サポート４１３は、内向きに突き出した中心の軸保持穴４１３ａを有し、環状スロット４１３ｂは、ブランク後部軸サポート４１３の外側にある。
リア・スラストリング４１４が、軸保持穴４１３ａの前面に設けられ、内側回転子７のセラミック軸受７９と一緒になって軸スラスト軸受を形成するように用いられる。二次継鉄９１と複数の信号コイル対９２とを含むモニタセット９３が、モータ・リアケーシング８２のモニタリング軸後部金属サポート８２１ｂ上に設けられて、軸保持穴４１３ａの外側側壁面の環状スロット４１３ｂ内に配置されている。ブランク後部軸サポート４１３の底側は、モータ・リアケーシング８２のバルジ部８２３の内側に完全に嵌合している。固定軸３の高剛性を提供するように、バルジ部８２３の長さは軸保持穴４１３ａの深さＨに一致している。Ｉ型格納シェル４１は、固定軸３の剛性支持を提供することなく、防食隔離機能を提供するためにのみに用いられる。
【００７０】
軸方向に延びるブランク後部軸サポート４１３の環状スロット４１３ｂに配置されたモニタ装置９は、軸受の摩耗を検出するために用いられる。モニタ装置９の構造は、複数の二次磁石７３と、モニタセット９３とを含んでいる。二次磁石７３の数は、主磁石７１と同じである。二次磁石７３は、Ｉ型格納シェル４１の底側付近で、内側回転子７の回転子継鉄７２の内側の一端に組み付けられるとともに、主磁石７１に背を向けて向かい合っている。
二次磁石７３の軸方向の長さは、少なくとも、内側回転子７の（軸受の軸方向の摩耗を含む）軸方向運動距離の２倍よりも大きい。モニタセット９３は、二次継鉄９１（図示せず）と、複数の信号コイル対９２とを含んでいる。二次継鉄９１は、基準点として二次磁石７３の中心に位置を取り、二次継鉄９１の軸方向の長さは前部と後部の２つのセクションに分けられる。二次磁石７３が軸方向に動いたときに、二次磁石７３の両端が二次継鉄９１の２つのセクションの範囲を超えることはない。
【００７１】
固定軸３は、耐腐食性かつ耐摩耗性のセラミック材料で構成された両持ち支持構造である。固定軸３の前側は、三角フロントサポート３１によって支持されており、固定軸３の後側は、外向きに延出するブランク後部軸サポート４１３によって支持されている。固定軸３の中央部分は、セラミック軸受７９とかみ合って、内側回転子７の回転を支持しており、固定軸３の中央部分の長さは、セラミック軸受７９の長さを満たすとともに、内側回転子７の軸方向自由運動空間を確保している。
ブランク後部軸サポート４１３の環状スロット４１３ｂは、モータ・リアケーシング８２のモニタリング軸後部金属サポート８２１ｂとしっかりと結合されて、これにより支持されており、また、保持長さＬを提供している。さらに、この環状スロット４１３ｂは、プラスチック材料の強度が温度の上昇により低下するという問題を克服することができる。
【００７２】
キャンド・モータ８は、固定子８３と、モータ・ケーシング８１と、モータ・リアケーシング８２と、内側回転子７と、を備える。
【００７３】
固定子８３は、モータ・ケーシング８１内にしっかりと固定されている。固定子８３には、巻線８３１が巻回されている。巻線８３１に印加されるＰＷＭ電力によって、内側回転子７の磁界と相互作用する磁束を発生させる。その内側回転子７がトルクを発生して回転することでＩ型インペラ５を駆動し、これにより流体動力を出力する。固定子８３の巻線８３１が腐食性流体によって腐食することを、Ｉ型格納シェル４１により防いでいる。
【００７４】
モータ・ケーシング８１のポンプ側フランジ８１１は、腐食性流体のリークを防ぐように、シェルフランジ部４１１およびポンプ・ケーシング４と、しっかり固定するために用いられる。モータ・ケーシング８１のバックフランジは、モータ・リアケーシング８２を固定するために用いられ、これによって、固定軸３が必要とする支持をモータ・リアケーシング８２のモニタリング軸後部金属サポート８２１ｂにより提供することができるように、完全な構造支持を与える。
【００７５】
モータ・リアケーシング８２は、固定軸３が必要とする支持をモータ・リアケーシング８２上でモニタリング軸後部金属サポート８２１ｂにより提供することができるように、モータ・ケーシング８１と固定される。固定子８３の巻線８３１の電力線は、リードポート８２２を介して駆動電源に接続される。
【００７６】
内側回転子７は、主磁石７１と、回転子継鉄７２と、二次磁石７３と、軸方向延出部７６と、を備える環状構造である。二次磁石７３の数は、主磁石７１と同じである。二次磁石７３は、Ｉ型格納シェル４１の底側付近で、内側回転子７の回転子継鉄７２の内側の一端に組み付けられるとともに、主磁石７１に背を向けて向かい合っている。セラミック軸受７９が、内側回転子７の中心穴に取り付けられている。ハブプレート５２は、内側回転子７の軸方向延出部７６と結合するように用いられ、これによって、Ｉ型インペラ５と内側回転子７は、一体に統合されるか、または１つに相互に結合するように組み込まれている。
【００７７】
ポンプが作動しているときには、流体が入口流線６に沿って流れ、インペラ出口流線６１のようにＩ型インペラ５を通って流れた後の流体は加圧されている。加圧された流体は出口４５により出力され、その流体の一部分は、折り返し流線６２のように、Ｉ型インペラ５の後側を通ってＩ型格納シェル４１の内部空間４１５に入る。
その後、流体は、内側回転子７の外側とＩ型格納シェル４１の内部空間４１５との間の隙間に流れ、続いて固定軸３とセラミック軸受７９との間の別の隙間を通って流れる。つぎに、流体は、終端潤滑流線６５のようにハブ開口部５４を通って、Ｉ型インペラ５の入口に流れる。このような流体の循環的な流れは、セラミック軸受７９を潤滑するとともに、内側回転子７により発生する熱を運び去るために用いられる。
【００７８】
図１Ｅを参照すると、これは、本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置と延長された軸受とを備える両持ち固定軸の断面図である。この実施形態は、高負荷運転のために延長されたセラミック軸受７９を備えるキャンド・ポンプを開示するものである。この場合、ポンプの構造設計において、回転子継鉄７２の長さは、セラミック軸受７９の長さに合わせて適宜延長することができる。
【００７９】
第４の実施形態：図１Ｄ、３Ｂ、４Ｂ、および５Ｂに示す、片持ちカンチレバー複合固定軸とモニタ装置とを備えるキャンド・ポンプ。
図１Ｄ、３Ｂ、４Ｂ、および５Ｂを参照すると、図１Ｄは、本発明に係るキャンド・ポンプの、モニタ装置付きの片持ちカンチレバー複合固定軸の断面図であり、図３Ｂは、本発明に係るキャンド・ポンプの、片持ち固定軸の格納シェルの断面図であり、図４Ｂは、本発明による片持ち固定軸の軸方向の保持長さＬを示しており、図５Ｂは、本発明による片持ちカンチレバー固定軸上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子を示している。このキャンド・ポンプは、金属ケーシング４ａと、ＩＩ型インペラ５ａと、ＩＩ型格納シェル４１ａと、モニタ装置９と、複合固定軸３ａと、キャンド・モータ８と、を備える。
【００８０】
金属ケーシング４ａは、入口４４と、出口４５と、流路４７とを有し、ＩＩ型インペラ５ａを収容するために用いられる。金属ケーシング４ａは、鋳造による金属ウォック構造である。金属ケーシング４ａの内側は、耐腐食性プラスチック製のケーシング・ライナ４ｂで覆われている。金属ケーシング４ａの内側で入口４４に設けられたフロント・スラストリング４６は、ＩＩ型インペラ５ａのスラスト軸受５３と一緒になって軸スラスト軸受を形成するために用いられる。
【００８１】
ＩＩ型インペラ５ａは、金属ケーシング４ａ内に設けられる。ハブプレート５２は、内側回転子７の軸方向延出部７６と結合するように用いられ、これによって、ＩＩ型インペラ５ａと内側回転子７は、一体に統合されるか、または相互に一体に組み込まれている。ハブ釣合い穴５４ａは、循環流体を例えば終端潤滑流線６５に沿って再循環させるため、曲面ハブプレート５５の中心にある貫通穴である。金属ケーシング４ａの入口４４とＩＩ型インペラ５ａの入口とによって、滑らかで障害のない、内径が大きくなる流路を形成しており、また、曲面ハブプレート５５の形状も、同じく滑らかな曲面形状である。これは、ポンプが良好なＮＰＳＨｒ性能を有することを確実にするために、流体の流速を低減させるのに適している。
【００８２】
ＩＩ型格納シェル４１ａは、このＩＩ型格納シェル４１ａの底側に設けられた開口部を含む後部軸座４１８を有するカップ状構造である。ＩＩ型格納シェル４１ａの前側で、シェルフランジ部４１１が、金属ケーシング４ａおよびキャンド・モータ８のポンプ側フランジ８１１と結合されて、これにより腐食性流体のリークを防いでいる。ＩＩ型格納シェル４１ａの横方向外側に設けられたシェル柱状部４１２は、摺動遊合で固定子８３の内側を通っている。
また、ＩＩ型格納シェル４１ａの底側は、十分な支持強度でモータ・リアケーシング８２ａに緊密に装着されている。ＩＩ型格納シェル４１ａの底側の中心で、後部軸座４１８が、回転子継鉄７２の内側空間に向かって内向きに延出している。後部軸座４１８は、内向きにさらに突き出して、後部軸座４１８の内側に設けられた開口部４１８ａと、後部軸座４１８の外側に設けられた凹型開口部４１８ｂとを、互いに対応するように有している。この後部軸座４１８の中心に設けられた開口部は、複合固定軸３ａを収容するために用いられる。
【００８３】
後部軸座４１８のシール面４１８ｄは、Ｏリングおよびモータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄを含んで、セラミック軸スリーブ３３の表面により緊密に付着されており、これによってリークがないようにしている。
【００８４】
軸方向に延びる後部軸座４１８の凹型開口部４１８ｂの環状面に配置されたモニタ装置９は、軸受の摩耗を検出するために用いられる。モニタ装置９の構造は、複数の二次磁石７３と、モニタセット９３とを含んでいる。二次磁石７３の数は、主磁石７１と同じである。二次磁石７３は、ＩＩ型格納シェル４１ａの底側付近で、内側回転子７の回転子継鉄７２の内側の一端に組み付けられるとともに、主磁石７１に背を向けて向かい合っている。二次磁石７３の軸方向の長さは、少なくとも、内側回転子７の（軸受の軸方向の摩耗を含む）軸方向運動距離の２倍よりも大きい。モニタセット９３は、二次継鉄９１と、複数の信号コイル対９２とを含んでいる。二次継鉄９１は、基準点として二次磁石７３の中心に位置を取り、二次継鉄９１の軸方向の長さは前部と後部の２つのセクションに分けられる。二次磁石７３が動いたときに、二次磁石７３の軸方向の両端が二次継鉄９１の２つのセクションの範囲を超えることはない。
【００８５】
片持ち支持構造である複合固定軸３ａは、セラミック軸スリーブ３３と、金属軸３２と、モータ・リアケーシング８２ａと、を備える。複合固定軸３ａとＩＩ型格納シェル４１ａとによって、完全密封軸系を形成している。複合固定軸３ａの一端がモータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄに取り付けられると、必要な支持強度が提供される。金属軸３２は、セラミック軸スリーブ３３のスリーブ中心穴３３２を通り、金属軸３２の円形頭部３２１は、セラミック軸スリーブ３３の前端面３３３に対して強く押し付けられる。
金属軸３２の歯部３２３が、ＩＩ型格納シェル４１ａの後部軸座４１８と、軸方向内向きに延出するモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄの中心穴とを貫通している。セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１がモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄの表面に強く押し付けられるように、歯部３２３のナットは、モータ・リアケーシング８２ａ上で固定されている。金属軸３２の円形頭部３２１は樹脂エンクロージャ３２２で覆われており、円形頭部３２１には封止および耐腐食のために用いられるＯリングが設けられている。セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１は、内側回転子７のセラミック軸受７９と一緒になって軸スラスト軸受を形成するために用いられる。
滑りスラスト面３３１の表面と、モータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄの表面とは、互いに強く固定および圧迫されて、後部軸座４１８のシール面４１８ｄが滑りスラスト面３３１とモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄとの間に緊密に詰めて設けられており、また、Ｏリングを圧迫することで確実にリークがないようにして、このように高剛性の複合固定軸３ａを形成している。
【００８６】
キャンド・モータ８は、固定子８３と、モータ・ケーシング８１と、モータ・リアケーシング８２ａと、内側回転子７と、を備える。
【００８７】
固定子８３は、モータ・ケーシング８１内にしっかりと固定されている。固定子８３には、巻線８３１が巻回されている。巻線８３１に印加されるＰＷＭ電力によって、内側回転子７の磁界と相互作用する磁束を発生させることができ、その内側回転子７がトルクを発生して回転することでＩＩ型インペラ５ａを駆動し、これにより流体動力を出力する。固定子８３の巻線８３１が腐食性流体によって腐食することを、ＩＩ型格納シェル４１ａにより防いでいる。
【００８８】
モータ・ケーシング８１のポンプ側外方で固定されるポンプ側フランジ８１１は、さらに、腐食性流体のリークを防ぐように、シェルフランジ部４１１および金属ケーシング４ａを固定する。モータ・ケーシング８１のバックフランジは、モータ・リアケーシング８２ａと固定するために用いられ、これによって、複合固定軸３ａが必要とする支持をモータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄにより提供することができるように、完全な構造支持を与える。
【００８９】
モータ・リアケーシング８２ａは、複合固定軸３ａが必要とする支持をモータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄにより提供することができるように、モータ・ケーシング８１のバックフランジとしっかり固定される。固定子８３の巻線８３１の電力線は、リードポート８２２を介して駆動電源に接続される。
【００９０】
内側回転子７は、複数の主磁石７１と、回転子継鉄７２と、複数の二次磁石７３と、軸方向延出部７６と、を備える環状構造である。二次磁石７３の数は、主磁石７１と同じである。二次磁石７３は、ＩＩ型格納シェル４１ａの底側付近で、内側回転子７の回転子継鉄７２の内側の一端に組み付けられるとともに、主磁石７１に背を向けて向かい合っている。二次磁石７３は、耐腐食性エンジニアリングプラスチックで構成された環状の回転子樹脂エンクロージャ７４によって覆われている。セラミック軸受７９が、内側回転子７の中心穴に取り付けられている。ハブプレート５２は、内側回転子７の軸方向延出部７６と結合するように用いられ、これによって、ＩＩ型インペラ５ａと内側回転子７は、一体に統合されるか、または１つに相互に結合するように組み込まれている。
【００９１】
ポンプが作動しているときには、流体が入口流線６に沿って流れ、インペラ出口流線６１のようにＩＩ型インペラ５ａを通って流れた後の流体は加圧されている。加圧された流体は出口４５により出力され、このとき、その流体の一部分は、折り返し流線６２のように、ＩＩ型インペラ５ａの後側を通ってＩＩ型格納シェル４１ａの内部空間４１５に入る。
その後、流体は、内側回転子７の外側とＩＩ型格納シェル４１ａの内部空間４１５との間の隙間に流れ、続いて複合固定軸３ａとセラミック軸受７９との間の別の隙間を通って流れる。つぎに、流体は、終端潤滑流線６５のように曲面ハブプレート５５の中心にあるハブ釣合い穴５４ａを通って、ＩＩ型インペラ５ａの入口に流れる。このような流体の循環的な流れは、セラミック軸受７９を潤滑するとともに、内側回転子７により発生する熱を運び去るために用いられる。
【００９２】
図２を参照すると、これは、第３の実施形態により１つのユニットに統合されたモータの内側回転子７とＩ型インペラ５の断面図である。この実施形態の構造は、本発明の他の実施形態にも適用可能である。内側回転子７の中空部に取り付けられるセラミック軸受７９は、固定軸３とかみ合うように用いられて、これにより、内側回転子７の回転を支持し、モータ出力を伝達するために用いられる動圧軸受を形成している。軸方向延出部７６は、ハブプレート５２と結合して、内側回転子７のトルクを伝達するために用いられる。
二次磁石７３は、内側回転子７の回転子継鉄７２の内側の一端に組み付けられるとともに、主磁石７１に背を向けて向かい合っている。二次磁石７３と内側回転子７は、腐食を防ぐために一緒にカプセル化されている。二次磁石７３の数は主磁石７１と同じであるが、二次磁石７３の大きさは、主磁石７１の１０分の１未満である。
【００９３】
図３Ａを参照すると、これは、本発明に係るキャンド・ポンプの、両持ち固定軸の格納シェルの断面図である。第３の実施形態のＩ型格納シェル４１を例にとって、環状スロット４１３ｂとモニタセット９３の組み付けについて以下で説明する。
Ｉ型格納シェル４１は、リークがないように貫通孔を持たないカップ状構造である。Ｉ型格納シェル４１の底側の中心にあるブランク後部軸サポート４１３は、内向きに延出している。軸方向に延出する長さＧは、Ｉ型格納シェル４１の底側からシェルフランジ部４１１に向かって延びている。ブランク後部軸サポート４１３は、内側から突き出して、中心軸保持穴４１３ａを有し、その深さＨはブランク後部軸サポート４１３の開口から軸保持穴４１３ａの底側までである。
環状スロット４１３ｂは、Ｉ型格納シェル４１の外側にある。リア・スラストリング４１４が、軸保持穴４１３ａの前面にある。二次継鉄９１と信号コイル対９２とを含むモニタセット９３は、ブランク後部軸サポート４１３の外側にある環状スロット４１３ｂに配置することができる。Ｉ型格納シェル４１は、固定軸３の剛性支持を提供することなく、防食隔離機能を提供するためにのみに用いられる。
【００９４】
図３Ｂを参照すると、これは、本発明に係るキャンド・ポンプの、片持ち固定軸の格納シェルの断面図である。第４の実施形態のＩＩ型格納シェル４１ａを例にとって、凹型開口部４１８ｂとモニタセット９３の組み付けについて以下で説明する。ＩＩ型格納シェル４１ａは、その底側の中心に穴を有するカップ状シェル構造であり、（図１Ｃに示す）複合固定軸３ａを収容するために用いられる。
ＩＩ型格納シェル４１ａの底側の中心にある後部軸座４１８は、内向きに内部空間の中に延出している。後部軸座４１８は、開口部４１８ａを有して、内側から突出する凸型構造である。軸方向に延出する長さＧは、ＩＩ型格納シェル４１ａの底側からシェルフランジ部４１１に向かって、シール面４１８ｄまで延びている。後部軸座４１８の外側は、凹型開口部４１８ｂに対応している。
凹型開口部４１８ｂの内側環状面に配置されたモニタセット９３は、二次継鉄９１と複数の信号コイル対９２とを含んでいる。二次継鉄９１は、モニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄにしっかりと固定されている。（図１Ｃに示す）複合固定軸３ａは、後部軸座４１８の中心にある開口部に取り付けられている。
後部軸座４１８のシール面４１８ｄは、Ｏリングおよびモータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄを含んで、（図１Ｃに示す）セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１の表面によって強く圧迫されて、これによりＩＩ型格納シェル４１ａからのリークが確実にないようにしている。複合固定軸３ａの剛性支持は、モータ・リアケーシング８２ａとモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄの保持長さＬとによって、すべて提供される。
【００９５】
図４Ａを参照すると、これは、本発明による両持ち固定軸の軸方向の保持長さＬを示している。両持ち固定軸３を例にとって、軸方向の保持長さＬについて以下で説明する。ブランク後部軸サポート４１３が、Ｉ型格納シェル４１の底側の中心に位置し、（図１Ａに示す）回転子継鉄７２の内側空間に軸方向内向きに延出している。ブランク後部軸サポート４１３は、内向きに突き出してブランク後部軸サポート４１３内に位置する（図３Ａに示す）軸保持穴４１３ａと、ブランク後部軸サポート４１３の外側に位置する（図３Ａに示す）環状スロット４１３ｂと、を有している。
二次継鉄９１と信号コイル対９２とを含むモニタセット９３が、（図３Ａに示す）環状スロット４１３ｂに取り付けられている。二次継鉄９１が相互にしっかり結合されたモータ・リアケーシング８２のモニタリング軸後部金属サポート８２１ｂにより支持される（図３Ａに示す）軸保持穴４１３ａの強度は、この保持穴４１３ａの外側側壁により提供される。
軸保持穴４１３ａの底側は、モータ・リアケーシング８２の後方バルジ部８２３の内側に完全に嵌合している。高剛性支持を提供するように、バルジ部８２３の長さは、軸保持穴４１３ａの保持長さＬに適合している。すなわち、Ｉ型格納シェル４１は、固定軸３の剛性支持を提供することなく、防食隔離機能を提供するためにのみに用いられる。
【００９６】
保持長さＬは、軸方向の剛性支持を実用的に提供することができるように、ブランク後部軸サポート４１３が軸方向に延出する長さＧと、保持穴の深さＨとによって決定される。保持長さＬが長いほど、プラスチック強度が温度の上昇によって低下する問題がより良く解決される。
【００９７】
図４Ｂを参照すると、これは、本発明による片持ち固定軸の軸方向の保持長さＬを示している。（図１Ｃに示す）片持ち複合固定軸３ａの保持長さＬを例にとって、これについて以下で説明する。カップ状シェル構造であるＩＩ型格納シェル４１ａは、その底側の中心に位置して、回転子継鉄７２の内側空間において軸方向内向きに延出する後部軸座４１８を有し、これは（図１Ｃに示す）複合固定軸３ａを収容するためのものである。
後部軸座４１８は、開口部４１８ａを有して、内側から突き出す凸型構造であり、その外側には凹型開口部４１８ｂがある。モニタセット９３が、凹型開口部４１８ｂの内側環状面に取り付けられている。後部軸座４１８のシール面４１８ｄは、Ｏリングおよびモータ・リアケーシング８２ａのモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄを含んで、（図１Ｃに示す）セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１の表面によって強く圧迫されている。
【００９８】
保持長さＬが長いほど、より大きな力およびモーメントに耐えることができる。本発明による複合固定軸３ａの構造によって、ＩＩ型格納シェル４１ａのプラスチック材料の強度が温度の上昇により低下し得る問題を回避することができる。
【００９９】
図５Ａを参照すると、これは、本発明による両持ち固定軸上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子を示している。第１および第３の実施形態による両持ち固定軸３上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子７を例にとって、これについて以下で説明する。固定軸３は、耐腐食性かつ耐摩耗性のセラミック材料で構成されている。固定軸３の前端は、プラスチック製の三角フロントサポート３１によって支持されており、固定軸３の後端は、軸方向に延出するブランク後部軸サポート４１３によって支持および固定されている。
ブランク後部軸サポート４１３の強度は、二次継鉄９１と相互にしっかりと結合されたモニタリング軸後部金属サポート８２１ｂにより提供される。固定軸３の中央部分は、内側回転子７の回転を支持するために用いられるセラミック軸受７９とかみ合っている。中央部分の長さは、セラミック軸受７９の長さを満たすとともに、図のＡ、Ｂ、Ｃのように内側回転子７の軸方向自由運動空間を確保している。
内側回転子７が実際に回転する際に、セラミック軸受７９とリア・スラストリング４１４との間に、後部の軸方向自由空間Ａが存在し、セラミック軸受７９と三角フロントサポート３１との間に、前部の軸方向自由空間Ｃが存在し、内側回転子７とＩ型格納シェル４１との間に軸方向隙間Ｂが存在する。上記の間隙（空間）は、フロント・スラストリング４６、スラスト軸受５３、リア・スラストリング４１４、およびセラミック軸受７９の表面の摩耗に起因して変化し得る。多くの場合、フロント・スラストリング４６をスラスト軸受５３とかみ合わせて摺動可能に回転させるＩ型インペラ５による軸スラストによって、内側回転子７が前方に移動する。
この場合、前部の軸方向自由空間Ｃの軸方向の幅は、フロント・スラストリング４６とスラスト軸受５３の摩耗代の量の和よりも大きくなければならず、前部の軸方向自由空間Ｃが減少すると、それに応じて軸方向隙間Ｂの幅が増加する。一方、ポンプが高流量・低ヘッドの条件で回転する場合には、リア・スラストリング４１４をセラミック軸受７９とかみ合わせて摺動可能に回転させる流体の軸方向運動量によって、内側回転子７は後方に移動することがあり、後部の軸方向自由空間Ａの幅はゼロまで減少する。
この場合、軸方向隙間Ｂの幅は、後部の軸方向自由空間Ａと、セラミック軸受７９の表面およびリア・スラストリングの表面の摩耗の総量よりも大きくなければならず、これによって、内側回転子７がＩ型格納シェル４１に直接接触して損傷につながることが防止される。つまり、内側回転子７の軸方向自由運動距離は、後部の軸方向自由空間Ａと前部の軸方向自由空間Ｃの和に等しく、また、プラスチック製のＩ型格納シェル４１とポンプ・ケーシング４の寸法変形量は通常大きいので、確保される隙間の大きさは製造公差を含んでいなければならない。
上記の作動条件下で、固定軸３とその支持構造は、内側回転子重量Ｗ、偏心遠心力Ｘ、径方向の力Ｐ、およびそれらの力のモーメントを含む多様な負荷に耐えるものでなければならない。内側回転子重量Ｗは、内側回転子７の重量によって生じる力である。偏心遠心力Ｘは、セラミック軸受７９の隙間に起因して内側回転子７の重心により発生する。ポンプ・ケーシング４の流路４７の不均一な流体圧力により生じる径方向の力Ｐは、Ｉ型インペラ５の流出面に作用する。重量のモーメントは、内側回転子重量Ｗに重量アーム長ＷＬを掛けたものに等しい。遠心力のモーメントは、偏心遠心力Ｘに偏心長ＸＬを掛けたものに等しい。径方向の力のモーメントは、径方向の力Ｐに径方向力アーム長ＰＬを掛けたものに等しい。これらの力とモーメントが固定軸３に作用する。
耐腐食性プラスチック材料で構成された三角フロントサポート３１の強度は、温度が上昇すると低下するため、これらの力とモーメントの大部分は、固定軸３の後端の支持構造で受ける。セラミック軸受７９の摩耗に伴って変化する偏心遠心力Ｘは、固定軸３に作用する最も主要な変動負荷である。摩耗量が大きいほど、偏心遠心力Ｘは大きい。固定軸３に作用する第２の主要な変動負荷は、インペラ５の流出面の不均一な流体圧力による径方向の力Ｐである。
最長の径方向力アーム長は、インペラ５の外径から固定軸３の後端までであり、これによって、内側回転子７の中心と固定軸３の軸との間にスキューが生じることで、支持構造が継続的に変形する。軸方向に延出する長さＧによって、径方向力アーム長の長さは実質的に減少し、また、保持長さＬによって、固定軸３の耐モーメント性が向上するので、上記スキューおよび構造変形の問題を軽減および改善することができ、従って、固定軸３の前端に位置する三角フロントサポート３１の支持構造の強度要件を大幅に減少させることができる。
【０１００】
図５Ｂを参照すると、これは、本発明による片持ちカンチレバー固定軸上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子である。第２および第４の実施形態による片持ち複合固定軸３ａ上で多様な力とそのモーメントを受ける内側回転子７を例にとって、これについて以下で説明する。複合固定軸３ａは、金属軸３２とセラミック軸スリーブ３３とで構成されている。
複合固定軸３ａの端部を、モータ・リアケーシング８２のモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄに取り付けると、必要な支持強度を得ることができる。金属軸３２は、セラミック軸スリーブ３３のスリーブ中心穴３３２を通り、その円形頭部３２１の端は、セラミック軸スリーブ３３の前端面３３３に強く押し付けられている。金属軸３２の歯部３２３は、ＩＩ型格納シェル４１ａの後部軸座４１８とモニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄの中心穴を貫通して、金属軸３２でモータ・リアケーシング８２と固定されている。
セラミック軸スリーブ３３の滑りスラスト面３３１の表面は、モニタリング複合軸後部金属サポート８２１ｄの表面に強く押し付けることができ、これにより複合固定軸３ａが高剛性で形成される。複合固定軸３ａは、その長さがセラミック軸受７９のための長さ要件を満たして、セラミック軸受７９とかみ合うことで内側回転子７の回転を支持しており、また、Ａ、Ｂのような内側回転子７の軸方向自由運動空間を確保している。
内側回転子７が実際に作動する際に、セラミック軸受７９とリア・スラストリング４１４との間には後部の軸方向自由空間Ａが存在し、内側回転子７とＩＩ型格納シェル４１ａとの間には軸方向隙間Ｂが存在する。上記の２つの隙間は、フロント・スラストリング４６、スラスト軸受５３、リア・スラストリング４１４、およびセラミック軸受７９の摩耗によって変化する。ほとんどの条件下では、フロント・スラストリング４６をスラスト軸受５３とかみ合わせて摺動可能に回転させるＩＩ型インペラ５ａの軸スラストによって、内側回転子７は前方に移動する。
これに応じて、軸方向隙間Ｂの幅が増加する。ポンプが高流量・低ヘッドの条件で作動する場合には、リア・スラストリング４１４をセラミック軸受７９とかみ合わせて摺動可能に回転させる流体の軸方向運動量によって、内側回転子７は後方に移動し、後部の軸方向自由空間Ａの幅はゼロまで減少する。この場合、軸方向隙間Ｂの幅は、後部の軸方向自由空間Ａと、セラミック軸受７９およびリア・スラストリング４１４の表面の摩耗量の和よりも大きくなければならず、これによって、内側回転子７がＩＩ型格納シェル４１ａと直接接触して損傷につながることが防止される。
つまり、後部の軸方向自由空間Ａは、内側回転子７の軸方向自由運動に従って変化し、また、プラスチック製のＩＩ型格納シェル４１ａの寸法変形量は通常大きいので、確保される隙間の大きさの各々は、製造公差を含んでいなければならない。上記の作動条件下で、複合固定軸３ａとその支持構造は、内側回転子重量Ｗ、偏心遠心力Ｘ、径方向の力Ｐ、およびそれらの力のモーメントを含む多様な負荷に耐えるものでなければならない。内側回転子重量Ｗは、内側回転子７の重量によって生じる力である。
偏心遠心力Ｘは、セラミック軸受７９の隙間に起因して内側回転子７の重心により発生する。金属ケーシング４ａの流路４７の不均一な流体圧力により生じる径方向の力Ｐは、ＩＩ型インペラ５ａの流出面に作用する。重量のモーメントは、内側回転子重量Ｗに重量アーム長ＷＬを掛けたものに等しい。遠心力のモーメントは、偏心遠心力Ｘに偏心長ＸＬを掛けたものに等しい。径方向の力のモーメントは、径方向の力Ｐに径方向力アーム長ＰＬを掛けたものに等しい。
これらの力とモーメントは、複合固定軸３ａに作用し、複合金属サポートで受ける。セラミック軸受７９の摩耗に伴って変化する偏心遠心力Ｘは、複合固定軸３ａに作用する最も主要な変動負荷である。摩耗量が大きいほど、偏心遠心力Ｘは大きい。複合固定軸３ａに作用する第２の主要な変動負荷は、インペラ５の流出面の不均一な流体圧力による径方向の力Ｐである。
最長の径方向力アーム長は、インペラ５の外径から複合固定軸３ａの後端までであり、これによって、内側回転子７の中心と複合固定軸３ａの軸との間にスキューが生じることで、支持構造が継続的に変形する。軸方向に延出する長さＧによって、径方向力アーム長の長さは実質的に減少し、また、保持長さＬによって、複合固定軸３ａの耐モーメント性が向上するので、上記スキューおよび構造変形の問題を軽減および改善することができる。
【０１０１】
第５の実施形態：軸受の摩耗を検出するためのキャンド・ポンプのモニタ装置、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ。
図６Ａを参照すると、これは、本発明によりモータの軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の径方向断面図である。この図面では、８極８コイル設計を例として挙げているが、本発明を限定するものではない。他の実施形態に従って、他の設計または方法により同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
モニタ装置９は、複数の二次磁石７３と、モニタセット９３とを備える。二次磁石７３は、Ｉ型格納シェル４１の底側付近で、内側回転子７の回転子継鉄７２の内側の一端に組み付けられるとともに、主磁石７１に背を向けて向かい合っている。二次磁石７３の数は主磁石７１と同じであるが、二次磁石７３の大きさは、主磁石７１の１０分の１未満であり、二次磁石７３の面積と厚さは、信号コイル対により必要とされる起磁力（ＭＭＦ：ＭａｇｎｅｔｏＭｏｔｉｖｅ  Ｆｏｒｃｅ）および磁束を少なくとも提供するものである。
ここでは、内側回転子７の周囲は、二次磁石７３の数に従って８つに分割されており、それらの各々は、１８０度の電気夾角と４５度の空間夾角とを有する。主磁束線は、順磁束磁石７１ａの表面から出て、モータ磁気ギャップ９８を通って固定子８３の固定子歯部８３ａに達し、続いて固定子継鉄８３ｂを経由して隣接する固定子歯部８３ｃに達し、さらにモータ磁気ギャップ９８を再び通って、元の隣接する逆磁束磁石７１ｂに達し、そして回転子継鉄７２を経由して元の順磁束磁石７１ａに戻る。
このようにして、（以下で主磁気ループと呼ぶ）固定子継鉄磁気経路９６ａを形成している。二次磁束線は、順磁束二次磁石７３ａの表面から出て、モニタリング磁気ギャップ９７を通って二次継鉄９１に達し、そして二次継鉄９１を経由し、モニタリング磁気ギャップ９７を再び通って元の隣接する逆磁束二次磁石７３ｂともう１つの逆磁束二次磁石７３ｃとにそれぞれ戻り、さらに回転子継鉄７２を通って元の二次磁石７３ａに戻ることで、（以下で二次磁気ループと呼ぶ）回転子継鉄磁気経路９６を形成しており、この二次磁気ループはモニタ装置を通っている。
このように、主磁気ループと二次磁気ループは、回転子継鉄７２に共存している。つまり、モニタ装置９の磁束線は、擾乱されることなく回転子継鉄７２を通っている。内側回転子７が回転すると、モニタ装置９は二次磁束線を横切ることによって起電力信号（すなわち、電圧信号）を出力し、この電圧信号は独立であって、外側の電圧の干渉は回避される。モニタセット９３は、二次継鉄９１と、複数の信号コイル対９２とを含んでいる。二次継鉄９１の表面に取り付けられた複数の信号コイル対９２は、フロント信号コイル対９２ａとリアコイル対９２ｂとを含み、これらは軸方向にぴったりと並んで配置されており、（図６Ｃに示す）二次磁石中心７３ｇと位置合わせされている。
また、信号コイル対９２は、周方向に沿って、信号コイルαと信号コイルβの２つのコイル・グループに分けられる。各グループは、１８０度の径方向で互いに対応する２つの信号コイル対を含んでいる。信号コイルα11と、信号コイルα12と、信号コイルα21と、信号コイルα22と、信号コイルβ11と、信号コイルβ12と、信号コイルβ21と、信号コイルβ22と、を含む８つの信号コイルは同一の大きさを有し、信号コイルαと信号コイルβの電気夾角の間の差は９０度（または２７０度）であり、信号コイルαと信号コイルβの空間夾角Θの間の差は１１２．５度（または６７．５度）である。
フロント信号コイル対９２ａには、信号コイルα11と、信号コイルα21と、信号コイルβ11と、信号コイルβ21と、が含まれる。リア信号コイル対９２ｂには、信号コイルα12と、信号コイルα22と、信号コイルβ12と、信号コイルβ22と、が含まれる。上記信号コイル対９２の電気夾角および空間夾角の位置決めは、二次継鉄９１の二次継鉄後端部９１ｂの（図６Ｃに示す）磁石アラインメント点９１１によって得られる。磁石アラインメント点９１１は、信号コイルα11の中心と位置合わせされ、このとき、磁石アラインメント点９１１の電気夾角が９０度であって、磁石アラインメント点９１１の空間夾角が２２．５度であると、モニタセット９３の修理および交換のために好ましい。
独立モニタ装置９の環状二次継鉄９１の長さは、回転子継鉄７２の軸方向の長さと内側回転子７の軸方向運動距離の和よりも長く、また、（スラスト軸受の摩耗限界値を含む）信号コイル対９２の軸方向の全長よりも長い。信号コイル対９２の円周幅は、１８０度の電気夾角を超えない。二次継鉄前端９１ａと二次継鉄後端９１ｂは、信号コイル対９２を完全にカバーして、これにより、内側回転子７が軸方向に動いても、二次磁石の回転子継鉄磁気経路９６の磁束線が依然として安定しているとともに、変形および曲がりが生じないことを確実に可能にすることで、信号コイル対９２の電圧信号の安定性および線形性を確保している。
内側回転子７が径方向と軸方向の両方に動くと、信号コイル対９２の差分電圧信号が得られる。信号コイル対の異なる組み合わせの差分電圧信号によって、軸方向移動量または径方向移動量を表すことができる。移動量が軸方向自由空間またはセラミック軸受７９の隙間を超えたら、それは軸受の摩耗が生じたことを示しており、摩耗量を算出することが可能である。移動量が摩耗警告値を超えたときには、警告通知が伝達されなければならず、また、移動量が摩耗限界値を超えたときには、ポンプの運転を停止させなければならない。
【０１０３】
図６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄを参照すると、図６Ｂは、本発明により軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の軸方向断面図であり、図６Ｃは、本発明により８つの信号コイル対を利用して軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の概略図であり、図６Ｄは、本発明により軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の概略斜視図である。
これらの図面は、軸受の摩耗を検出するためにモニタ装置の信号コイル対を実際に配列する方法、および電圧信号を計算する方法を示している。図面では、８極８コイル設計を例として挙げているが、本発明を限定するものではない。他の実施形態に従って、他の設計および計算方法により同様の効果を得ることができる。モニタ装置９は、信号コイルα11と、信号コイルα12と、信号コイルα21と、信号コイルα22と、信号コイルβ11と、信号コイルβ12と、信号コイルβ21と、信号コイルβ22と、を含む８つの信号コイル対９２を備えている。
内側回転子７が回転すると、二次磁石７３と信号コイル対９２との間に回転磁界が形成されて、電圧信号が出力され、この電圧信号をｄｑ軸変換法により計算することによって、内側回転子７の軸方向と径方向の移動量に変換することができ、これらを軸受の摩耗の基準とすることができる。これに相当する仕様について、以下で説明する。
【０１０４】
モニタ装置９の８つの信号コイル対の信号は、つぎのような信号値としての平均値を取る。
【０１０５】
【数１】
2014131485.tif 000003
【０１０６】
【数２】
2014131485.tif 000004
【０１０７】
上記の平均値信号は、軸受の軸方向の摩耗および径方向の摩耗の影響を受けず、また、ｅαTとｅβTの信号の間の電気夾角の差は９０度であるので、ｅαTおよびｅβTの等式がつぎのように仮定される。
【０１０８】
【数３】
2014131485.tif 000005
【０１０９】
【数４】
2014131485.tif 000006
【０１１０】
上記の式において、ωγは回転速度であり、λmTは二次磁石７３と信号コイル対９２との鎖交磁束であり、θγ-fはモニタ装置９のαとβ信号コイルの間の二次磁石の相対角度位置である。上記の式（２）および（３）から、ωγとθγ-fは、つぎのように計算することができる。
【０１１１】
【数５】
2014131485.tif 000007
【０１１２】
【数６】
2014131485.tif 000008
ここで、λmTは、測定により得ることができる。機械的回転速度と相対機械角度位置は、つぎの式により求められる。
【０１１３】
【数７】
2014131485.tif 000009
【０１１４】
【数８】
2014131485.tif 000010
【０１１５】
軸受の軸方向の摩耗および径方向の摩耗を算出するため、以下に示すように、信号コイル対９２の各信号に変換行列を適用することにより、信号をｄｑ軸座標に変換する。
【０１１６】
【数９】
2014131485.tif 000011
【０１１７】
【数１０】
2014131485.tif 000012
【０１１８】
【数１１】
2014131485.tif 000013
【０１１９】
【数１２】
2014131485.tif 000014
【０１２０】
【数１３】
2014131485.tif 000015
【０１２１】
【数１４】
2014131485.tif 000016
【０１２２】
【数１５】
2014131485.tif 000017
【０１２３】
【数１６】
2014131485.tif 000018
【０１２４】
【数１７】
2014131485.tif 000019
【０１２５】
つぎの２つの差分値のうち大きい方が、軸方向移動量および軸受の摩耗の基準として採用される。
【０１２６】
【数１８】
2014131485.tif 000020
【０１２７】
【数１９】
2014131485.tif 000021
【０１２８】
つぎの２つの差分値のうち大きい方が、径方向移動量および軸受の摩耗の基準として採用される。
【０１２９】
【数２０】
2014131485.tif 000022
【０１３０】
【数２１】
2014131485.tif 000023
【０１３１】
つぎの２つの差分値のうち大きい方が、径方向移動量、軸方向移動量、および軸受の摩耗の全体的基準として採用される。
【０１３２】
【数２２】
2014131485.tif 000024
【０１３３】
【数２３】
2014131485.tif 000025
【０１３４】
内側回転子７の偏心運動の値および角度位置、すなわち内側回転子の慣性中心の実際の運動軌道は、上記の式によって算出することができる。
【０１３５】
第６の実施形態：キャンド・ポンプの軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置、図６Ｅ。
図６Ｅを参照すると、これは、本発明により２組の信号コイル対を利用して軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置の概略図である。本実施形態によると、第５の実施形態と比較して、軸受の摩耗を検出するためのモニタ装置９の信号コイル対９２の数が４つに削減されている。図面では、８極４コイル設計を例として挙げているが、本発明を限定するものではない。
他の実施形態に従って、他の設計または方法により同様の効果を得ることができる。二次磁石７３の面積と厚さは、信号コイル対により必要とされる起磁力（ＭＭＦ）および磁束を少なくとも提供するものである。モニタセット９３は、二次継鉄９１と、複数の信号コイル対９２と、を含んでいる。ここでは、内側回転子７の周囲は、二次磁石７３の数に従って８つに分割されており、それらの各々は、１８０度の電気夾角と４５度の空間夾角とを有する。
信号コイル対９２は、信号コイルαと信号コイルβを含む２つのグループに分けられる。信号コイルαとして信号コイルα1と信号コイルα2とを含み、信号コイルβとして信号コイルβ1と信号コイルβ2とを含んでいる。信号コイルαと信号コイルβとの電気夾角および空間夾角の差は、それぞれ、９０度（または２７０度）と、１１２．５度（または６７．５度）である。
各グループは、１８０度の径方向で互いに対応する２つの信号コイル対を含んでいる。信号コイルα1、α2、β1、β2は同一の大きさを有し、コイルα1、α2、β1、β2のそれぞれの軸方向の長さは、二次磁石７３の長さと内側回転子７の（スラスト軸受の摩耗限界値を含む）軸方向自由運動距離の和を下回ることはなく、また、各信号コイルの円周幅は１８０度の電気夾角を超えない。信号コイルα1とβ2のそれぞれの前端は、二次継鉄９１の二次継鉄前端９１ａと位置合わせされている。信号コイルα1とβ2のそれぞれの後端は、二次磁石７３の二次磁石後端７３ｆと位置合わせされている。
信号コイルα2とβ1のそれぞれの前端は、二次磁石７３の二次磁石前端７３ｅと位置合わせされている。信号コイルα2とβ1のそれぞれの後端は、二次継鉄９１の二次継鉄後端９１ｂと位置合わせされている。つまり、信号コイルα1、α2、β1、β2は、軸方向にずらすようにして配列され、二次磁石７３の前端および後端と軸方向に位置合わせされている。上記の信号コイル対９２の電気角と空間角の位置は、二次継鉄９１の二次継鉄後端部９１ｂに位置して信号コイルα1の中心に対応する磁石アラインメント点９１１によって得られる。
磁石アラインメント点９１１の電気角と空間角は、それぞれ９０度と２２．５度であり、これは、モニタセット９３の修理および交換を便利にするのに適している。二次継鉄９１の軸方向の長さは、配列された信号コイル対９２の軸方向の全長よりも大きく、二次継鉄前端９１ａと二次継鉄後端９１ｂは信号コイル対９２を完全にカバーすることができ、これにより、内側回転子７が軸方向に動いても、二次磁石７３の二次磁気ループの磁束線が変形または曲がりなく安定しているとともに、それが二次継鉄９１の表面に安定的に分布するように維持されることを確実に可能にすることで、信号コイル対９２の電圧信号の安定性および線形性を確保している。
内側回転子７の軸方向移動量および径方向移動量は、信号コイル対９２のそれらの電圧信号の差分値から算出することが可能である。移動量が軸方向自由空間またはセラミック軸受７９の隙間を超えたら、それは軸受の摩耗が生じたことを示しており、摩耗量を算出することが可能である。移動量が摩耗警告値を超えたときには、警告通知が伝達されなければならず、また、移動量が摩耗限界値を超えたときには、ポンプの運転を停止させなければならない。
【０１３６】
モニタ装置９の４つの信号コイルの信号は、つぎのような信号値としての平均値を取る。
【０１３７】
【数２４】
2014131485.tif 000026
【０１３８】
【数２５】
2014131485.tif 000027
【０１３９】
上記の平均値信号は、軸受の軸方向の摩耗および径方向の摩耗の影響を受けず、また、ｅαTとｅβTとの信号の間の電気夾角の差は９０度であるので、ｅαTおよびｅβTの等式がつぎのように仮定される。
【０１４０】
【数２６】
2014131485.tif 000028
【０１４１】
【数２７】
2014131485.tif 000029
【０１４２】
上記の式において、ωγは回転速度であり、λmTは二次磁石７３と信号コイル対９２との鎖交磁束であり、θγ-fはモニタ装置９のαとβ信号コイルの間の二次磁石の相対角度位置である。上記の式（１４）および（１５）から、ωγとθγ-fは、つぎのように計算することができる。
【０１４３】
【数２８】
2014131485.tif 000030
【０１４４】
【数２９】
2014131485.tif 000031
ここで、λmTは、測定により得ることができる。機械的回転速度と相対機械角度位置は、つぎの式により求められる。
【０１４５】
【数３０】
2014131485.tif 000032
【０１４６】
【数３１】
2014131485.tif 000033
【０１４７】
軸受の軸方向の摩耗および径方向の摩耗を算出するため、以下に示すように、信号コイル対９２の各信号に変換行列を適用することにより、信号をｄｑ軸座標に変換する。
【０１４８】
【数３２】
2014131485.tif 000034
【０１４９】
【数３３】
2014131485.tif 000035
【０１５０】
【数３４】
2014131485.tif 000036
【０１５１】
【数３５】
2014131485.tif 000037
【０１５２】
【数３６】
2014131485.tif 000038
【０１５３】
【数３７】
2014131485.tif 000039
【０１５４】
【数３８】
2014131485.tif 000040
【０１５５】
【数３９】
2014131485.tif 000041
【０１５６】
【数４０】
2014131485.tif 000042
【０１５７】
つぎの差分値が、軸方向移動量および軸受の摩耗の基準として採用される。
【０１５８】
【数４１】
2014131485.tif 000043
【０１５９】
つぎの差分値が、径方向移動量および軸受の摩耗の基準として採用される。
【０１６０】
【数４２】
2014131485.tif 000044
【０１６１】
径方向移動量、軸方向移動量、および軸受の摩耗の全体的基準として、εαおよびεγを考慮することができる。
【０１６２】
内側回転子７の偏心運動の値および角度位置、すなわち内側回転子の慣性中心の実際の運動軌道は、上記の式によって算出することができる。
【０１６３】
第７の実施形態：ホールセンサを備えるキャンド・ポンプ、図７。
図７を参照すると、これは、本発明によりホールセンサを有する、キャンド・ポンプのモニタ装置の概略図である。この図面では、８極で４つの信号コイルを備え、３つのホールセンサ９４を有する複合モニタ装置９を例として挙げているが、本発明を限定するものではない。
他の設計により同様の効果を得ることができる。信号コイルは、信号コイルαと信号コイルβの２つのグループに分けられる。信号コイルαとして信号コイルα1と信号コイルα2とを含み、信号コイルβとして信号コイルβ1と信号コイルβ2とを含んでいる。αとβの信号コイルの間の電気夾角は９０度（２７０度）であり、αとβの信号コイルの間の空間夾角Θは１１２．５度（６７．５度）である。
信号コイルα1、α2、β1、β2は同一の大きさを有し、コイルα1、α2、β1、β2のそれぞれの軸方向の長さは、二次磁石７３の長さと内側回転子７の（スラスト軸受の摩耗限界値を含む）軸方向自由運動距離の和を下回ることはなく、また、各信号コイルの円周幅は１８０度の電気夾角を超えない。信号コイルα1とβ2のそれぞれの前端は、二次継鉄９１の二次継鉄前端９１ａと位置合わせされている。信号コイルα1とβ2のそれぞれの後端は、二次磁石７３の二次磁石後端７３ｆと位置合わせされている。
【０１６４】
信号コイルα2とβ1のそれぞれの前端は、二次磁石７３の二次磁石前端７３ｅと位置合わせされている。信号コイルα2とβ1のそれぞれの後端は、二次継鉄９１の二次継鉄後端９１ｂと位置合わせされている。つまり、信号コイルα1、α2、β1、β2は、軸方向にずらすようにして配列され、二次磁石７３の前端および後端と軸方向に位置合わせされている。
【０１６５】
上記の信号コイル対９２の電気角と空間角の位置は、二次継鉄９１の二次継鉄後端部９１ｂに位置して信号コイルα1の中心に対応する磁石アラインメント点９１１によって得られる。磁石アラインメント点９１１の電気角と空間角は、それぞれ９０度と２２．５度であり、これは、モニタセット９３の修理および交換を便利にするのに適している。
【０１６６】
３つのホールセンサ９４の間の電気夾角および空間夾角の差は、それぞれ、１２０度と３０度である。３つのうち中央位置にあるホールセンサ９４は、信号コイルα2の内側中央に設けられ、中央のホールセンサ９４の電気夾角および空間夾角は、それぞれ、９０度と２０２．５度である。他の２つのホールセンサ９４は、その電気夾角の差が１２０度であって、信号コイルα2の外側表面の２つの対向する側にそれぞれ設けられる。
【０１６７】
二次継鉄９１の軸方向の長さは、配列された信号コイル対９２の軸方向の全長よりも大きく、二次継鉄前端９１ａと二次継鉄後端９１ｂは信号コイル対９２を完全にカバーすることができ、これにより、内側回転子７が軸方向に動いても、二次磁石７３の二次磁気ループの磁束線が変形または曲がりなく安定しているとともに、それが二次継鉄９１の表面に安定的に分布するように維持されることを確実に可能にすることで、信号コイル対９２の電圧信号の安定性および線形性を確保している。
内側回転子７の軸方向移動量および径方向移動量は、信号コイル対９２のそれらの電圧信号の差分値から算出することが可能である。移動量が軸方向自由空間またはセラミック軸受７９の隙間を超えたら、それは軸受の摩耗が生じたことを示しており、摩耗量を算出することが可能である。移動量が摩耗警告値を超えたときには、警告通知が伝達されなければならず、また、移動量が摩耗限界値を超えたときには、ポンプの運転を停止させなければならない。
【０１６８】
軸受の摩耗を計算する方法は、第６の実施形態と同様である。内側回転子７が回転して軸方向の移動が生じても、二次磁気ループの磁束線が変形または曲がりなく安定していることで、ホールセンサ９４の電圧信号の安定性が確保され、このようにして、キャンド・ポンプを駆動するためのモニタセンサ９を含む駆動が提供される。
【０１６９】
本発明の典型的な実施形態についての上記説明は、単に例示および説明を目的として提示したものであって、網羅的なものではなく、または開示した厳密な形態に本発明を限定するものではない。上記教示に照らして、様々な変形および変更が可能である。
【０１７０】
実施形態は、本発明の原理およびその実際の適用について説明するために選択され、記載されたものであり、これによって、他の当業者が、本発明および様々な実施形態を、予定される特定の用途に合わせた様々な変更を加えて、利用することを促している。
本発明が属する技術分野に精通した者には、その趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態が明らかになるであろう。従って、本発明の範囲は、上記説明およびそこで記載した例示的実施形態によってではなく、添付の請求項によって規定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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