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公開番号2025135560
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2025020410
出願日2025-02-12
発明の名称磁気浮上デバイス及び電磁ロータリ・ドライブ
出願人レヴィトロニクスゲーエムベーハー,Levitronix GmbH
代理人弁理士法人浅村特許事務所
主分類H02K 1/14 20060101AFI20250910BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】低渦電流損失磁気浮上デバイスを提供する。
【解決手段】回転子3は、ディスク状又はリング状の磁気的に有効なコア31を有し、カップ状の凹所を備える固定子2を有し、凹所内へ回転子を挿入することができ、固定子は、複数のコイル・コア25を有し、コイル・コアのそれぞれは、長手方向脚部26及び磁極片27を有し、それぞれの長手方向脚部は、第1の端部261から軸方向Aに第2の端部262まで延びており、接触面271が第2の端部に配置されており、それぞれの磁極片は、接触面から少なくとも部分的に半径方向Rに端面272まで延びており、半径方向Rは軸方向Aに対して垂直であり、端面はカップ状の凹所の周囲に配置されており、少なくとも1つの集中巻線61がそれぞれの長手方向脚部に配置されており、長手方向脚部は第1の材料から形成されており、磁極片は第2の材料から形成されており、第1の材料と、第2の材料とは異なる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
回転子（３）の非接触磁気浮上のための磁気浮上デバイスであって、前記回転子（３）は、ディスク状又はリング状の磁気的に有効なコア（３１）を有し、前記磁気浮上デバイスは、カップ状の凹所（２１１）を備える固定子（２）を有し、前記凹所（２１１）は、前記固定子（２）の軸方向端部に配置されており、前記凹所（２１１）内へ前記回転子（３）を挿入することができ、前記固定子（２）は、複数のコイル・コア（２５）を有し、前記コイル・コア（２５）のそれぞれは、長手方向脚部（２６）及び磁極片（２７）を有し、それぞれの前記長手方向脚部（２６）は、軸方向（Ａ）における第１の端部（２６１）から第２の端部（２６２）まで延びており、接触面（２７１）が前記第２の端部（２６２）に配置されており、それぞれの前記磁極片（２７）は、少なくとも部分的に半径方向（Ｒ）における前記接触面（２７１）から端面（２７２）まで延びており、前記半径方向（Ｒ）は前記軸方向（Ａ）に対して垂直であり、前記端面（２７２）は前記カップ状の凹所（２１１）の周囲に配置されており、少なくとも１つの集中巻線（６１）がそれぞれの前記長手方向脚部（２６）に配置されており、前記集中巻線はそれぞれの前記長手方向脚部（２６）を包囲している、磁気浮上デバイスにおいて、前記長手方向脚部（２６）は第１の材料から形成されており、前記磁極片（２７）は第２の材料から形成されており、前記第１の材料と前記第２の材料とが異なることを特徴とする、回転子（３）の非接触磁気浮上のための磁気浮上デバイス。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
それぞれの前記長手方向脚部（２６）は、金属薄板における要素（２６３）から形成されており、前記要素（２６３）は、前記固定子（２）の周方向に積層されている、請求項１に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項３】
前記第１の材料は、電気的金属薄板である、請求項１又は２に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項４】
前記第２の材料は、粉末複合材料、好ましくは軟磁性粉末複合材料である、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】
前記接触面（２７１）は、平坦な形式で設計されており、前記半径方向に対して垂直に延びる前記長手方向脚部（２６）の表面に配置されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項６】
前記接触面（２７１）は、前記軸方向に対して垂直に延びる前記長手方向脚部（２６）の表面に配置されている、請求項１から４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】
前記接触面（２７１）は、角度付けられた形式で設計されている、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】
前記接触面（２７１）は、２つの部分面を有し、第１の部分面（２７３）は、前記軸方向に対して垂直に延びており、第２の部分面（２７４）は、前記半径方向に対して垂直に延びている、請求項７に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項９】
前記磁極片（２７）は、角度付けられた形式で設計されており、前記磁極片（２７）は、２つの部分片を含み、部分片のうちの一方は前記半径方向に延びており、他方の部分片は前記軸方向に延びている、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】
前記コイル・コア（２５）は、軸方向上端部（２５２）に丸みを有し、前記丸みは、前記コイル・コア（２５）を前記軸方向（Ａ）から前記半径方向（Ｒ）へ方向転換している、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よ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電磁ロータリ・ドライブに関する。
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、例えば血液ポンプなどの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、又は例えば製薬業界若しくは生物工学業界での純度に関して非常に要求が高いポンプ移送、混合、遠心分離、若しくは攪拌デバイス、又は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などの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ポンプ移送、混合、遠心分離、若しくは攪拌デバイスに特に好適である。
【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ともに、例えば生物反応器内に若しくは生物反応器の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、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の端部まで延び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、固定子に対して中心合わせされ且つ傾斜していない位置にある作動状態において回転子が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の端部に配置され且つ径方向の通常は内側に向かって延びる、極片とも呼ばれる横方向脚部を備え、径方向は、軸方向に対して垂直である。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びる。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。したがって、支持される回転子は、横方向脚部の間に配置される。
【０００７】
軸方向に延び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、作動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。
【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コアは永久磁石の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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