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公開番号2025135562
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-18
出願番号2025020765
出願日2025-02-12
発明の名称磁気浮上デバイス及び電磁気式回転ドライブ
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 7/09 20060101AFI20250910BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】従来技術よりも低い渦電流損失を有する、磁気浮上デバイスと、かかる磁気浮上デバイスを備える電磁気式回転ドライブを提案する。
【解決手段】回転子3の非接触式磁気浮上のための磁気浮上デバイスであって、磁気浮上デバイスは、複数のコイル・コア25を含む固定子2を有し、それぞれのコイル・コア25は、エレメント253から形成されており、エレメント253は、固定子2の周方向に積層させられており、それぞれのコイル・コア25は、第1の端部261から軸方向Aに第2の端部262まで延びる長手方向脚部26と、長手方向脚部の第2の端部262に配置され且つ軸方向Aに対して垂直な半径方向に延びる横方向脚部27とを含み、それぞれの長手方向脚部26を包囲する少なくとも1つの集中巻が、それぞれの長手方向脚部26に設けられている。固定子2は、さらに、その中に回転子3を挿入することができるカップ状の凹所を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ディスク状又はリング状の磁気的に有効なコア（３１）を含む回転子（３）の非接触式磁気浮上のための磁気浮上デバイスであって、前記磁気浮上デバイスは、複数のコイル・コア（２５）を含む固定子（２）を有し、それぞれの前記コイル・コア（２５）は、シート・メタルにおけるエレメント（２５３）から形成されており、前記エレメント（２５３）は、前記固定子（２）の周方向に積層させられており、それぞれの前記コイル・コア（２５）は、第１の横方向境界面（２５５）及び第２の横方向境界面（２５６）を有し、それぞれの前記コイル・コア（２５）は、第１の端部（２６１）から軸方向（Ａ）に第２の端部（２６２）まで延びる長手方向脚部（２６）と、前記長手方向脚部の前記第２の端部（２６２）に配置され且つ前記軸方向（Ａ）に対して垂直な半径方向に延びる横方向脚部（２７）とを含み、それぞれの前記長手方向脚部（２６）を包囲する少なくとも１つの集中巻（６１）が、それぞれの前記長手方向脚部（２６）に設けられており、前記固定子（２）は、さらに、その中に前記回転子（３）を挿入することができるカップ状の凹所（２１１）を有し、前記カップ状の凹所（２１１）は、前記固定子（２）の軸方向端部に配置されており、前記横方向脚部（２７）は、前記カップ状の凹所（２１１）の周囲に配置されている、磁気浮上デバイスにおいて、前記第１又は第２の横方向境界面（２５５、２５６）のうちの少なくとも一方が、少なくとも１つのスロット（２５４）を有す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】
前記エレメント（２５３）は、電気的シート・メタルから形成されている、請求項１に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つのスロット（２５４）は、前記横方向脚部（２７）においてのみ延びている、請求項１又は２に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも１つのスロット（２５４）は、前記横方向脚部（２７）及び前記長手方向脚部（２６）において延びている、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】
前記少なくとも１つのスロット（２５４）は、前記スロット（２５４）を前記半径方向（Ｒ）から前記軸方向（Ａ）に方向転換する丸み（２５４１）を有する、請求項４に記載の磁気浮上デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つのスロット（２５４）は、前記第１の横方向境界面（２５５）から前記第２の横方向境界面（２５６）まで延びている、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】
前記少なくとも１つのスロット（２５４）の延びは、前記固定子（２）の周方向で見たときの前記第２の横方向境界面からの前記第１の横方向境界面の距離よりも短い、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】
互いに平行又は少なくともほぼ平行に配置されたいくつかのスロット（２５４）が設けられている、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】
前記コイル・コア（２５）は、前記コイル・コアを前記軸方向（Ａ）から前記半径方向（Ｒ）に方向転換する、軸方向上端部（２５２）に配置された丸み（２５７）を有する、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】
全ての前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部（２６１）を接続するバック・アイアン（２８）が、前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部（２６１）に配置されており、前記バック・アイアン（２８）は、半径方向内側の始点（２９１）から半径方向外側端部（２９２）まで延びる金属ストリップ（２９）を備えるリング状形式で設計されており、前記ストリップ（２９）は、前記半径方向（Ｒ）に関して互いに平らに位置するいくつかのストリップ巻き（２９３）を形成している、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、独立特許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気式回転ドライブに関する。
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、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、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】
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、極片とも呼ばれ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。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に位置する端部間に配置され、動作状態で軸方向を中心にして回転し、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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