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公開番号2025081238
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-27
出願番号2024185907
出願日2024-10-22
発明の名称磁気浮上デバイス
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H02N 15/00 20060101AFI20250520BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ディスク形状又はリング形状の磁気的に有効なコアを備える回転子を非接触で磁気浮上させる磁気浮上デバイスを提供する。
【解決手段】磁気浮上デバイスは、筐体10、固定子2、及び制御デバイス40を備える。固定子2は、複数のコイル・コア25を備え、コイル・コアのそれぞれが、軸方向Aに延在する長手方向脚部26、及び第2の端部262に配置された横方向脚部27を備え、集中巻線61が、長手方向脚部26を囲繞する。固定子2は、回転子3を挿入できるカップ形状の凹部211を備える。制御ユニット40は、回路基板41を備え、巻線を制御する回路遮断器が前面に配置される。筐体10は、外壁15、固定子筐体101、制御部筐体102、及び分離壁103を備える。複数の回路遮断器とウェブとの間に、熱を放散するための熱接続要素が設けられる。
【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、筐体（１０）、固定子（２）、及び制御デバイス（４０）を備え、
前記固定子（２）が、複数のコイル・コア（２５）を備え、前記コイル・コアのそれぞれが、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）を備え、少なくとも１つの集中巻線（６１）が各長手方向脚部（２６）に設けられ、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、
前記制御ユニット（４０）が、前面（４１１）及び裏面（４１２）を有する回路基板（４１）を備え、前記巻線（６１）を制御する回路遮断器（４２０）が前記前面（４１１）に配置され、
前記筐体（１０）が、外壁（１５）、前記固定子（２）を受容する固定子筐体（１０１）、前記制御ユニット（４０）を受容する制御部筐体（１０２）、及び前記固定子筐体（１０１）を前記制御部筐体（１０２）から分離する分離壁（１０３）を備え、
少なくとも１つのウェブ（８）が、前記分離壁（１０３）上に、前記外壁（１５）と隣り合って配置され、前記ウェブが、前記制御部筐体（１０２）内に突出し、前記回路基板（４１）の前記裏面（４１２）が前記ウェブ（８）上に支持され、複数の前記回路遮断器（４２０）が、前記回路基板（８）の、前記回路基板（４１）の前記裏面（４１２）が前記ウェブ（８）上に支持されるエリアに配置され、前記複数の回路遮断器（４２０）と前記ウェブ（８）との間に、熱を放散するための熱接続要素（８５）が設けられることを特徴とする、磁気浮上デバイス。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記筐体（１０）の前記外壁（１５）、前記分離壁（１０３）、及び前記ウェブ（８）が、一体型ユニットとして設計されている、請求項１に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項３】
各回路遮断器（４２０）が、それぞれ別個の装着面（４２１）上に配置され、各装着面（４２１）が、複数の前記熱接続要素（８５）を介して前記回路基板（４１）の前記裏面（４１２）に接続され、各熱接続要素（８５）が、前記回路基板（４１）の前記前面（４１１）から前記裏面（４１２）まで延在する、請求項１又は２に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項４】
追加の熱接続要素（８６）が設けられ、前記追加の熱接続要素のそれぞれが、前記回路基板（４１）の前記前面（４１１）から前記裏面（４１２）まで延在し、追加の熱接続要素（８６）のそれぞれが、前記別個の装着面（４２１）の外側に配置されている、請求項３に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項５】
接触パッド（８７）が、装着面（４２１）ごとに、いずれも前記回路基板（４１）の前記裏面（４１２）に設けられ、前記装着面（４２１）に属するすべての熱接続要素（８５）を互いに熱的に結合する、請求項３又は４に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項６】
熱伝導層（８８）が、前記ウェブ（８）と前記回路基板（４１）の前記裏面（４１２）との間に配置され、前記熱伝導層によって、前記回路基板（４１）から前記筐体（１０）へ熱を伝達できる、請求項１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】
前記熱伝導層（８８）が、前記回路基板（４１）の前記裏面（４１２）に取り付けられる膜として設計されている、請求項６に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項８】
前記熱伝導層（８８）が、金属材料でできている、請求項６又は７に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項９】
前記筐体（１０）の前記制御部筐体（１０２）が、内部空間が前記軸方向（Ａ）に垂直の実質的に矩形又は方形の断面エリアを有するように設計されている、請求項１から８までのいずれか一項に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項１０】
前記筐体（１０）の前記固定子筐体（１０１）が、内部空間が前記軸方向（Ａ）に垂直の実質的に丸い断面エリアを有するように設計されている、請求項１から９までのいずれか一項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、独立請求項のプリアンブルに記載の磁気浮上デバイスに関する。
続きを表示（約 1,800 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、遠心分離、若しくは攪拌デバイス、例えば血液ポンプ、純度に対する要求が非常に厳しい、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、遠心分離、若しくは攪拌デバイス、又は機械式ベアリングを短期間に故障させ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】
かかる磁気ベアリング・デバイスは、生物工学業界では、例えば生物反応器と共に、例えば生物反応器の内外へ流体を搬送する遠心ポンプ、又は生物反応器内で流体を混合する混合デバイスで使用される。かかる磁気ベアリング・デバイスは、半導体業界では、侵食性又は研磨性の高い物質を搬送するために使用されるだけでなく、例えばウェハを回転させる回転デバイスにも使用される。
【０００４】
磁気ベアリング・デバイスを粘度計に使用することも知られている。
【０００５】
磁気ベアリング・デバイスの有利な、既知の設計は、テンプル構造の設計であり、本発明もテンプル構造に関する。
【０００６】
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によって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。
【０００７】
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。
【０００８】
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回転し、ここで回転子は、固定子に対して接触せずに磁気的に支持される。
【０００９】
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なコアを永久磁石の手法で設計する必要が必ずしもあるわけではない。回転子の磁気的に有効なコアが、永久磁石を備えない手法で、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、強磁性体の手法で設計され、例えば、鉄、ニッケル鉄、コバルト鉄、シリコン鉄、ミューメタル、又は別の強磁性材料でできている。
【００１０】
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。
（【００１１】以降は省略されています）

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