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公開番号2025040404
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-24
出願番号2024135784
出願日2024-08-15
発明の名称磁気浮上デバイス及び遠心ポンプ
出願人レヴィトロニクスゲーエムベーハー
代理人弁理士法人浅村特許事務所
主分類H02K 7/09 20060101AFI20250314BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回転子を磁気浮上させる磁気浮上デバイス、及びかかる磁気浮上デバイスを備える遠心ポンプを提供する。
【解決手段】コイル・コアが軸方向Aに第1の端部261から第2の端部262まで延在する長手方向脚部26及び長手方向脚部の第2の端部に配置され、軸方向Aに垂直な径方向に延在する横方向脚部27を備え、集中巻線61a、61bが各長手方向脚部に設けられ、巻線の長手方向脚部を囲繞し、固定子2が回転子を挿入できるカップ形状の凹部211をさらに備え、カップ形状の凹部が固定子の軸方向端部に配置され、横方向脚部が、カップ形状の凹部の周囲に配置される。互いに連結できる第1の保持デバイス8及び第2の保持デバイス9が設けられ、第1の保持デバイスは、複数の保持要素82が設けられた底板81を備え、保持要素が、軸方向Aに延在し、保持要素が、長手方向脚部のうちの1つを受容し、第2の保持デバイスは、横方向脚部を受容する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ディスク形状又はリング形状の磁気的に有効なコア（３１）を備える回転子（３）を非接触で磁気浮上させる磁気浮上デバイスであって、前記磁気浮上デバイスが、複数のコイル・コア（２５）を備える固定子（２）を具備し、前記コイル・コアのそれぞれが、第１の端部（２６１）から軸方向（Ａ）に第２の端部（２６２）まで延在する長手方向脚部（２６）と、前記長手方向脚部の前記第２の端部（２６２）に配置され、前記軸方向（Ａ）に垂直な径方向に延在する横方向脚部（２７）とを備え、前記各長手方向脚部（２６）に少なくとも１つの集中巻線（６１ａ、６１ｂ；６１）が設けられ、前記巻線が、前記それぞれの長手方向脚部（２６）を囲繞し、前記固定子（２）が、前記回転子（３）を挿入できるカップ形状の凹部（２１１）をさらに備え、前記カップ形状の凹部（２１１）が、前記固定子（２）の軸方向端部に配置され、前記横方向脚部（２７）が、前記カップ形状の凹部（２１１）の周囲に配置され、
互いに連結できる第１の保持デバイス（８）及び第２の保持デバイス（９）が設けられ、前記第１の保持デバイス（８）が、複数の保持要素（８２）が設けられた底板（８１）を備え、前記保持要素のそれぞれが、前記軸方向（Ａ）に延在し、前記保持要素のそれぞれが、前記長手方向脚部（２６）のうちのちょうど１つを受容するよう設計され、前記第２の保持デバイス（９）が、前記横方向脚部（２７）を受容するよう設計されていることを特徴とする、磁気浮上デバイス。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記固定子（２）が、前記固定子（２）の軸方向端部を形成する収容容器（２１）を備え、前記収容容器（２１）が、前記回転子（３）を挿入できる前記カップ形状の凹部（２１１）を備える、請求項１に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項３】
磁束を伝導するリング形状のバック・アイアン（２２）を備え、前記バック・アイアンが、すべての長手方向脚部（２６）の前記第１の端部（２６１）を連結し、前記第１の保持デバイス（８）の前記底板（８１）が、前記バック・アイアン（２２）を受容するよう設計され、前記バック・アイアン（２２）が、前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部（２６１）の径方向内側に配置されることが好ましい、請求項１又は２に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項４】
電子部品（７１）を備えた回路基板（７）が、前記軸方向（Ａ）に関して、前記巻線（６１ａ、６１ｂ；６１）と前記横方向脚部（２７）との間に配置され、前記第２の保持デバイス（９）が、前記回路基板（７）を受容するよう設計されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項５】
前記回路基板（７）が、リング形状に設計され、前記電子部品（７１）が前記カップ形状の凹部（２１１）の周囲に配置されるように、前記回路基板が配置される、請求項４に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項６】
前記収容容器（２１）が、前記第２の保持デバイス（９）の径方向外側を包囲する、請求項２から５までのいずれか一項に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項７】
前記第１の保持デバイス（８）の各保持要素（８２）がいずれも、前記径方向に関して、前記長手方向脚部（２６）のうちの１つと、前記長手方向脚部（２６）に配置される前記巻線（６１ａ、６１ｂ；６１）との間に配置され、前記軸方向（Ａ）に関して、少なくとも前記それぞれの長手方向脚部（２６）に配置されたすべての巻線（６１ａ、６１ｂ；６１）の端部まで延在する、請求項１から６までのいずれか一項に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項８】
各保持要素（８２）が、複数のロッド（８２１）を備え、前記ロッド間には空きスペース（８２２）があり、各ロッド（８２１）が前記軸方向（Ａ）に延在する、請求項１から７までのいずれか一項に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項９】
前記保持要素（８２）の前記ロッド（８２１）が、前記それぞれの保持要素（８２）に受容された前記長手方向脚部（２６）にバネ力を加えるように配置され、設計されている、請求項８に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項１０】
各長手方向脚部（２６）が、前記軸方向（Ａ）に垂直な長方形の断面を有し、前記ロッド（８２１）のうちのちょうど１つが、前記長手方向脚部（２６）の各角に配置されている、請求項８又は９に記載の磁気浮上デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立特許請求項のプリアンブルに記載の磁気浮上デバイス、及びかかる磁気浮上デバイスを備える遠心ポンプに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
回転子を非接触で磁気的に支える磁気ベアリング・デバイスは、回転子用の機械式ベアリングを必要としないという利点を有する。回転子は、磁気ベアリング・デバイスの固定子が生成する磁力によって支持又は安定化される。かかる磁気ベアリング・デバイスは、機械式ベアリングがないため、非常に影響を受けやすい物質が搬送されるポンプ移送、混合、若しくは攪拌デバイス、例えば血液ポンプ、純度に関して非常に要求が高い、例えば製薬業界若しくは生物工学業界におけるポンプ移送、混合、若しくは攪拌デバイス、又は機械式ベアリングを非常に早く破壊することになる研磨性若しくは侵食性の高い物質が搬送される、例えば半導体業界におけるスラリ、硫酸、リン酸、若しくは他の化学物質用ポンプ若しくはミキサに特に好適である。
【０００３】
磁気ベアリング・デバイスの有利な、それ自体が知られている設計は、テンプル構造の設計であり、本発明もテンプル構造の設計に関する。
【０００４】
テンプル構造特有の特徴は、磁気ベアリング・デバイスの固定子が複数のコイル・コアを備え、コイル・コアのそれぞれが、軸方向に第１の端部から第２の端部まで延在する、長手方向脚部を備えることである。ここで軸方向とは、磁気ベアリング・デバイスが支持する回転子の所望の回転軸で画定される方向を指す。所望の回転軸とは、回転子が動作状態で、固定子に対して中心にあり、且つ傾斜していない姿勢にあるときの、回転子がその周りを回転する回転軸である。各コイル・コアは、長手方向脚部に加えて、いずれも長手方向脚部の第２の端部に配置され、径方向に、通常は内側に向かって延在する横方向脚部を備え、ここで径方向は、軸方向に垂直である。横方向脚部は、したがって、長手方向脚部に対して実質的に直角に延在する。コイル・コアはそれぞれ、Ｌ字形状を有し、横方向脚部は、Ｌ字の短い脚部を形成する。支持されるべき回転子は、この場合、横方向脚部間に配置される。
【０００５】
軸方向に延在する複数の長手方向脚部が、寺院の柱を連想させることが、この構造の名前の由来である。
【０００６】
磁気ベアリング・デバイスの固定子は、一設計では、例えば、回転子を挿入できるカップ形状の凹部の周囲に円形且つ等間隔に配置された、６つのコイル・コアを備える。長手方向脚部の第１の端部は通常、磁束を伝導するよう作用するバック・アイアンによって周方向に連結されている。支持されるべき回転子は、磁気的に有効なコア、例えば、永久磁気ディスク又は永久磁気リングを備え、横方向脚部の径方向内側の端部間に配置され、動作状態で軸方向を中心にして回転し、回転子は、固定子に対して接触せずに磁気的に支持される。
【０００７】
かかる磁気ベアリング・デバイスでは、回転子の磁気的に有効コアが、永久磁石を使った手法で設計する必要があるというのは、必ずしも事実ではない。回転子の磁気的に有効なコアが、永久磁石を使わない手法で、すなわち永久磁石なしで設計されているような設計も知られている。回転子の磁気的に有効なコアは、この場合、例えば、強磁性体を使った手法で設計され、例えば鉄、ニッケル鉄、コバルト鉄、珪素鉄、ミューメタル、又は別の強磁性材料でできている。
【０００８】
さらに、回転子の磁気的に有効なコアが強磁性材料と永久磁性材料との両方を含む設計が可能である。例えば、永久磁石を、強磁性の基体内に配設又は挿入することができる。かかる設計は、例えば、永久磁性材料を節約することにより、大型回転子のコストを削減したい場合に有利である。
【０００９】
長手方向脚部は、巻線を担持し、回転子を非接触で磁気的に支えるのに必要な電磁回転場を生成する。巻線は、例えば、各長手方向脚部の周囲に１個の集中巻線が巻かれるように、すなわち、各集中巻線のコイル軸が、いずれも軸方向に延びるように設計されている。ここで、集中巻線のコイル軸が軸方向に延び、集中巻線が、回転子又は回転子の磁気的に有効なコアが動作状態で支持される径方向平面に配置されていないのが、典型的なテンプル構造である。
【００１０】
各長手方向脚部にちょうど１個の集中巻線を配置する設計が可能である。他の設計では、各長手方向脚部に複数の、例えばちょうど２個の集中巻線が設けられる。巻線が、周方向に隣り合う２つの長手方向脚部の周囲に巻かれるように設けられ、したがって、これら２つの隣り合う長手方向脚部が両方とも、集中巻線の内側に位置する設計も可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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