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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022126592
(43)【公開日】2022-08-30
(54)【発明の名称】クロスフロー・ファン
(51)【国際特許分類】
H02K 7/09 20060101AFI20220823BHJP
F16C 32/04 20060101ALI20220823BHJP
H02K 7/14 20060101ALI20220823BHJP
F04D 17/04 20060101ALI20220823BHJP
F04D 29/058 20060101ALI20220823BHJP
【ＦＩ】
H02K7/09
F16C32/04 A
H02K7/14 A
F04D17/04 G
F04D29/058
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022011431
(22)【出願日】2022-01-28
(31)【優先権主張番号】21157946.1
(32)【優先日】2021-02-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】511081820
【氏名又は名称】レヴィトロニクス ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ダニエル シュタイナート
(72)【発明者】
【氏名】トマス ホレンシュタイン
(72)【発明者】
【氏名】イヴァナ バガリック
【テーマコード（参考）】
3H130
3J102
5H607
【Ｆターム（参考）】
3H130AA13
3H130AB02
3H130AB26
3H130AB54
3H130AC11
3H130BA13E
3H130BA24E
3H130BA97E
3H130DA02Z
3H130DB10Z
3H130DF00Z
3J102AA01
3J102BA03
3J102BA17
3J102CA05
3J102CA08
3J102CA10
3J102CA13
3J102CA20
3J102DA03
3J102DA09
3J102DA11
3J102DA28
3J102DB05
3J102GA18
3J102GA20
5H607AA04
5H607BB01
5H607BB07
5H607BB14
5H607CC01
5H607CC05
5H607DD03
5H607FF05
5H607GG01
5H607GG20
5H607GG21
(57)【要約】
【課題】インペラの非接触磁気浮上及び非接触駆動を可能にするクロスフロー・ファンを提供すること。
【解決手段】円筒形インペラ２で流体流れを生成するクロスフロー・ファンにおいて、第１の磁気的有効コア３１を第１の端部２１に設け、第２の磁気的有効コア３２を第２の端部２２に設け、複数の羽根８のそれぞれを第１の磁気的有効コア３１と第２の磁気的有効コア３２との間に配置し、軸受駆動固定子として設計され且つ第１の電磁回転駆動部として第１の磁気的有効コア３１と相互作用する第１の固定子４１を設け、少なくとも軸受固定子として設計された第２の固定子４２を設け、それによりインペラ２を第１及び第２の固定子４１、４２で接触なく磁気駆動及び磁気浮上可能なクロスフロー・ファンが提供される。第１の固定子４１は、第１の磁気的有効コア３１に取り囲まれるように第１の磁気的有効コア３１内に配置される。
【選択図】図２
【解決手段】円筒形インペラ２で流体流れを生成するクロスフロー・ファンにおいて、第１の磁気的有効コア３１を第１の端部２１に設け、第２の磁気的有効コア３２を第２の端部２２に設け、複数の羽根８のそれぞれを第１の磁気的有効コア３１と第２の磁気的有効コア３２との間に配置し、軸受駆動固定子として設計され且つ第１の電磁回転駆動部として第１の磁気的有効コア３１と相互作用する第１の固定子４１を設け、少なくとも軸受固定子として設計された第２の固定子４２を設け、それによりインペラ２を第１及び第２の固定子４１、４２で接触なく磁気駆動及び磁気浮上可能なクロスフロー・ファンが提供される。第１の固定子４１は、第１の磁気的有効コア３１に取り囲まれるように第１の磁気的有効コア３１内に配置される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の端部（２１）から第２の端部（２２）まで軸方向（Ａ）に延びる円筒形インペラ（２）によって流体流れを生成するためのクロスフロー・ファンであって、
環状に設計された第１の磁気的有効コア（３１）が前記第１の端部（２１）に設けられ、且つ、環状に設計された第２の磁気的有効コア（３２）が前記第２の端部（２２）に設けられ、
複数の羽根（８）が設けられて、前記羽根（８）のそれぞれが、前記軸方向（Ａ）に関して前記第１の磁気的有効コア（３１）と前記第２の磁気的有効コア（３２）との間に配置され、
軸受駆動固定子として設計された第１の固定子（４１）であって、第１の電磁回転駆動部として前記第１の磁気的有効コア（３１）と相互作用する第１の固定子（４１）が設けられ、
少なくとも軸受固定子として設計された第２の固定子（４２）が設けられ、それにより前記第２の磁気的有効コア（３２）は、前記第２の固定子（４２）に対して接触なしで磁気的に浮上させられることができ、また
前記インペラ（２）は、前記第１及び前記第２の固定子（４１、４２）によって接触なしで磁気的に駆動させることができ、且つ前記第１の固定子（４１）及び前記第２の固定子（４２）に対して接触なしで磁気的に浮上させられることができる
クロスフロー・ファンにおいて、
前記第１の固定子（４１）は、前記第１の磁気的有効コア（３１）が前記第１の固定子（４１）を取り囲むように、前記第１の磁気的有効コア（３１）内に配置されることを特徴とする、クロスフロー・ファン。
環状に設計された第１の磁気的有効コア（３１）が前記第１の端部（２１）に設けられ、且つ、環状に設計された第２の磁気的有効コア（３２）が前記第２の端部（２２）に設けられ、
複数の羽根（８）が設けられて、前記羽根（８）のそれぞれが、前記軸方向（Ａ）に関して前記第１の磁気的有効コア（３１）と前記第２の磁気的有効コア（３２）との間に配置され、
軸受駆動固定子として設計された第１の固定子（４１）であって、第１の電磁回転駆動部として前記第１の磁気的有効コア（３１）と相互作用する第１の固定子（４１）が設けられ、
少なくとも軸受固定子として設計された第２の固定子（４２）が設けられ、それにより前記第２の磁気的有効コア（３２）は、前記第２の固定子（４２）に対して接触なしで磁気的に浮上させられることができ、また
前記インペラ（２）は、前記第１及び前記第２の固定子（４１、４２）によって接触なしで磁気的に駆動させることができ、且つ前記第１の固定子（４１）及び前記第２の固定子（４２）に対して接触なしで磁気的に浮上させられることができる
クロスフロー・ファンにおいて、
前記第１の固定子（４１）は、前記第１の磁気的有効コア（３１）が前記第１の固定子（４１）を取り囲むように、前記第１の磁気的有効コア（３１）内に配置されることを特徴とする、クロスフロー・ファン。
【請求項2】
前記第２の固定子（４２）は、前記第２の磁気的有効コア（３２）にトルクを与えるために、第２の電磁回転駆動部として前記第２の磁気的有効コア（３２）と相互作用することができる軸受駆動固定子として設計され、また前記第２の固定子（４２）は、前記第２の磁気的有効コア（３２）が前記第２の固定子（４２）を取り囲むように、前記第２の磁気的有効コア（３２）内に配置される、請求項１に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項3】
前記第１の固定子（４１）は、低透磁性材料の第１の固定子ハウジング（９１）内に封入され、また前記第２の固定子（４２）は、低透磁性材料の第２の固定子ハウジング（９２）内に封入される、請求項１又は２に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項4】
前記それぞれの固定子（４１、４２）を制御又は調整するための制御装置（６）が、各固定子ハウジング（９１、９２）に設けられる、請求項１から３までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項5】
各固定子ハウジング（９１、９２）が、第１のハウジング部分（９３）と第２のハウジング部分（９４）とを有し、前記第１のハウジング部分（９３）は前記インペラ（２）内に配置されて、前記インペラ（２）の前記磁気的有効コア（３１、３２）のうちの１つによって取り囲まれ、また前記第２のハウジング部分（９４）は、少なくとも前記磁気的有効コア（３１、３２）の外径と同じ大きさの外径を有する、請求項４に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項6】
各制御装置（６）が、前記第２のハウジング部分（９４）のうちの１つに配置される、請求項４又は５に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項7】
前記インペラ（２）はシャフトなしで設計される、請求項１から６までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項8】
各固定子（４１、４２）が複数のコイル・コア（５）を有し、各コイル・コア（５）が半径方向に延び、且つただ１つの集中巻線（５３）を担持する、請求項１から７までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項9】
各固定子（４１）のコイル・コア（５）の数が、厳密に３つ、又は厳密に４つ、又は厳密に５つ、又は厳密に６つである、請求項７に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項10】
前記インペラ（２）の各磁気的有効コア（３１、３２）が、複数の永久磁石（３１１）を有する、請求項１から９までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項11】
各永久磁石（３１１）がリング・セグメントとして設計され、各磁気的有効コア（３１、３２）の前記永久磁石（３１１）が互いに補完してリングを形成する、請求項１０に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項12】
各永久磁石（３１１）が半径方向に磁化され、円周方向に互いに隣接して配置される永久磁石（３１１）は、それぞれ反対向きに磁化されている、請求項１０又は１１に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項13】
各磁気的有効コア（３１、３２）の永久磁石（３１１）の数が、厳密に４個、又は厳密に８個、又は厳密に１０個、又は厳密に１２個である、請求項１０から１２までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項14】
熱保護層（９６）が、前記固定子（４１、４２）と前記制御装置（６）の間で、各固定子ハウジング（９１、９２）内に設けられる、請求項４から１３までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【請求項15】
各固定子（４１、４２）が、冷却可能であるように設計される、請求項１から１４までのいずれか一項に記載のクロスフロー・ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、独立請求項の前提部分による、流体流れを生成するためのクロスフロー・ファンに関する。
【背景技術】
【0002】
横流ファンとも呼ばれるクロスフロー・ファンは、第１の端部から第２の端部まで軸方向に延在する円筒形インペラを有する。多くの場合ローラとも呼ばれるインペラは、外周に沿って配置される複数の羽根（ベーン）を有し、それぞれの羽根は第１の端部から第２の端部まで延在する。吸引される流体、通常、空気などのガスは、インペラの全長に沿って吸引され、回転するインペラに流れ込み、次いで、インペラの全長に沿って均一に吹き出される。クロスフロー・ファンは、吸引された流体を長いインペラによって広い領域にわたって均等に分布させることができるという利点を有する。クロスフロー・ファンはコンパクトであり、したがって、場所を取らず、頑強で、耐久性があり、静かである。
【0003】
クロスフロー・ファンの応用範囲は非常に広い。それは、空調システムなどの非常に単純な用途から、エキシマ・レーザにおけるガス循環などの非常に厳しい用途にわたる。そのようなガス放電レーザは、たとえば、小さい集積回路を製造するために、又は、マイクロチップの製造のために半導体産業で使用されるリソグラフィ装置において使用される。しかしながら、エキシマ・レーザは、完全に異なる分野、たとえば、眼科においても使用される。エキシマ・レーザは、レーザ・ガスを循環させる内部ファンを必要とする。ここで、レーザ・パルスの生成のために必要とされる活性ガスが、十分なレーザ出力を保証するために放電極の間で常に更新されることは非常に重要である。この目的のために、ガスの非常に高い流量が必要であり、それが、今日、ガス循環のためにエキシマ・レーザにおいてクロスフロー・ファンを使用することが一般的である理由であり、ファンは、非常に高い回転速度で動作される。別の課題は、エキシマ・レーザのガスが通常、非常に攻撃的であり、非常に困難な化学的環境を示すことである。さらにまた、ガスの不純物をできるだけ防ぐことが重要である。
【0004】
しかしながら、化学的に攻撃的な流体に関するそのような高い要求又は運搬される流体の純度に対する高い要求は、エキシマ・レーザだけでなく、半導体産業、製薬産業、又はバイオテクノロジにおける他の用途において存在する。
【0005】
したがって、クロスフロー・ファンに関して、可能であればインペラの機械的軸受をなくし、磁力又は電磁力を使用する接触なしでインペラを駆動及び浮上させることが知られている。一方で、この非接触の浮上により、機械的軸受の場合に、たとえば、摩耗によって生じる不純物に対して、運搬される流体を保護することが可能である。他方で、運搬される流体による接触に対して、浮上及び駆動装置の特定の構成要素を完全に保護することも可能である。
【0006】
これらのクロスフロー・ファンの場合、通常、少なくとも２つの磁気軸受が設けられ、その間にインペラが配置される。その場合、インペラは、たとえば、軸方向に延在する中央に配置されたシャフトを有し、シャフトの各端部は、磁気軸受内に支持される。磁気軸受の場合、受動的な磁気軸受と能動的な磁気軸受とが基本的に区別される。受動的な磁気的軸受又は安定化は、制御又は調整することができない。それは、通常、磁気抵抗力に基づく。よって、受動的な磁気的軸受又は安定化は、外部からのエネルギ供給なしで動作する。能動的な磁気軸受は、制御することができる軸受である。能動的な磁気軸受の場合、支持されるべき本体の位置は、たとえば、電磁場を与えることにより、能動的に影響又は調整されることができる。
【0007】
クロスフロー・ファンのインペラの駆動及び浮上のための特にコンパクトな設計は、クロスフロー・ファンの電磁回転駆動部が無軸受モータの原理に従って設計されるという事実によって可能になる。今のところ、無軸受モータは、その機能に関する詳細な説明はもはや不要なほどに、当業者には十分に知られている。無軸受モータの固定子は、回転子を、動作状態において軸方向に接触なしで磁気的に駆動させる、すなわち、回転させることができ、且つ、固定子に対する接触なしに磁気的に浮上させることができる軸受駆動固定子として設計される。軸方向は、回転子の望ましい回転軸によって定義される。
【0008】
無軸受モータという用語は、回転子が接触なしで磁気的に浮上され、別個の磁気軸受が設けられないという事実を表す。固定子は、電気駆動部の固定子でもあり、磁気浮上の固定子でもある。固定子は、磁気回転場を生成させることができる巻線を有し、この磁気回転場は、一方では、回転子の回転をもたらすトルクを回転子に与え、他方では、回転子の半径方向位置、すなわち、軸方向Ａに垂直な半径方向平面における回転子の位置を、能動的に制御又は調整することができるように、自由に調節可能である横方向力を回転子に与える。
【0009】
軸受駆動固定子において軸受ユニットと駆動ユニットとを区別することができないということが、無軸受モータの原理の本質的側面である。たとえば、駆動部の固定子及び磁気浮上の固定子が組み合わされて構造ユニットを形成する、電磁駆動及び軸受装置が知られている。ここで、固定子は、１つ又は複数の軸受ユニット及び駆動ユニットを有し、駆動ユニットは、たとえば、２つの軸受ユニットの間に配置することができる。よって、そのような装置は、駆動ユニットから分離することができ、専ら磁気軸受のために使用される軸受ユニットを示す。しかしながら、そのような装置は、ここでは駆動機能とは別に回転子の軸受を実現する別個の軸受ユニットが実際に存在するので、本出願の意味での無軸受モータとして理解されるべきではない。本出願の意味での無軸受モータの場合、固定子を軸受ユニットと駆動ユニットとに分けることはできない。それがまさに、無軸受モータにその名前を与える特性である。
【0010】
米国特許第６，４０４，７９４号から、インペラが無軸受モータの原理に従って駆動及び支持されるクロスフロー・ファンが知られている。そこでは、クロスフロー・ファンを有するエキシマ・レーザが提案されている。クロスフロー・ファンのインペラは、インペラの中心を通って軸方向に延在するシャフトを有する。シャフトの２つの端部の少なくとも一方に、無軸受モータの原理に従って設計される回転子－固定子機構が設けられる。２つの端部の他方は磁気軸受によって支持される、又は、代替形態として、無軸受モータの原理に従って設計される回転子－固定子機構がこの他端にも設けられる。各回転子－固定子機構は、シャフトに固定的に接続された磁性材料の回転子と、それぞれの回転子のまわりに配置された静止固定子とを有する。静止固定子は、合計２４個のコイル・コアを有し、そのそれぞれは、半径方向内向きに延在する。電磁場を生成するためのコイルは、コイル・コアのそれぞれのまわりに配置される、各コイル・コアは、２つの別個のコイルを支持する。これらのコイルの一部は、回転子を駆動するために回転子にトルクを与える４極回転場を生成する、３相４極（極対数２）巻線系を形成する。コイルの他の部分は、回転２極制御場が生成される、３相２極（極対数１）巻線系を形成する。ここで、巻線は、分布巻として、すなわち、いずれの場合にも、いくつかの固定子歯上を延在する巻線として設計される。４極回転場と２極制御場との相互作用により、回転子は、固定子における接触なしに磁気的に浮上することができ、自由に調節可能である横方向力は、回転子の半径方向位置を調整することができる半径方向に生成することができる。このように、回転子は、回転のために接触なしで駆動させることができ、固定子における接触なしに磁気的に浮上させることができる。
【0011】
クロスフロー・ファンにおける回転子の磁気軸受がその価値を示してきたが、特に、非常に高い性能を維持しながらの、クロスフロー・ファンの最もコンパクトで可能なデザインに関して、依然として、改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】米国特許第６，４０４，７９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
したがって、当技術分野のこの状況から始まり、本発明の目的は、無軸受モータの原理に従って設計され、したがって、非接触の磁気浮上及びインペラの非接触の駆動を可能にする、非常にコンパクトで、同時に強力なクロスフロー・ファンを提案することである。特に、クロスフロー・ファンは、化学的に攻撃的又は困難な環境条件、たとえば、半導体産業、特に、エキシマ・レーザにおいて多い環境条件で使用するために設計できるようにもしなければならない。さらに、クロスフロー・ファンを、運搬される流体の純度に対する非常に高い要求のある、たとえば、製薬産業又はバイオテクノロジにおける用途のために使用することもできるように、運搬される流体中の不純物はできるだけ避けるべきである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
この目的に対処する本発明の主題は、独立特許請求項の構成によって特徴づけられる。
【0015】
したがって、本発明によると、第１の端部から第２の端部まで軸方向に延在する円筒形インペラによって流体流れを生成するためのクロスフロー・ファンが提案され、環状に設計された第１の磁気的有効コアが第１の端部に設けられ、且つ、環状に設計された第２の磁気的有効コアが第２の端部に設けられ、複数の羽根が設けられて、その羽根のそれぞれが、軸方向に関して、第１の磁気的有効コアと第２の磁気的有効コアとの間に配置され、軸受駆動固定子として設計され、且つ、第１の電磁回転駆動部として第１の磁気的有効コアと相互作用する、第１の固定子が設けられ、少なくとも軸受固定子として設計された第２の固定子が設けられ、それにより、第２の磁気的有効コアを、第２の固定子に対して接触なしで磁気的に浮上させることができ、インペラ（２）を、第１及び第２の固定子によって接触なしで磁気的に駆動させることができ、且つ、第１の固定子及び第２の固定子に対して接触なしで磁気的に浮上させることができ、第１の固定子は、第１の磁気的有効コアが第１の固定子を囲むように、第１の磁気的有効コア内に配置される。
【0016】
好ましくは、流体流れはガス流、たとえば、空気流又はエキシマ・レーザのレーザ・ガスの流れである。
【0017】
クロスフロー・ファンの非常にコンパクトな設計を可能にするために、ファンの第１の電磁回転駆動部は、無軸受モータの原理に従って、加えて、半径方向に内側の固定子とともに設計される。これは、第１の電磁回転駆動部が、第１の磁気的有効コアが第１の固定子のまわりの半径方向外側に配置されるように、外部回転子として設計されることを意味する。これは、第１の固定子をインペラの内部に配置することができるという大きい利点を有し、その第１の端部に、第１の磁気的有効コアが設けられる。これは、クロスフロー・ファンの非常にコンパクトな設計を可能にする、それは、インペラの両方の軸方向端部において、その場合に駆動及び支持されるシャフトを引き出すことがもはや必要でないためである。さらに、クロスフロー・ファンは、完全非接触の浮上、インペラの非接触駆動、非常に高い回転速度の可能性、並びに摩擦及び摩耗からの解放などの、無軸受モータのすべての利点を提供する。
【0018】
インペラの第２の端部に設けられ、且つ、接触なしで第２の磁気的有効コアを磁気的に浮上させるために、第２の磁気的有効コアと相互作用する、第２の固定子は、それ自体が知られている伝統的な磁気軸受の固定子であってもよい。その場合、第２の磁気的有効コアは、第２の固定子とともに、インペラの非接触の浮上のための磁気軸受を形成する。第２の固定子は、第２の磁気的有効コアが第２の固定子を囲むように、インペラの半径方向内側に配置されてもよい。当然のことながら、第２の固定子が第２の磁気的有効コアを囲むように、第２の固定子がインペラのまわりで半径方向外側に配置されることも可能である。
【0019】
特に好ましい実施例によると、第２の固定子は、第２の磁気的有効コアにトルクを与えるために、第２の電磁回転駆動部として第２の磁気的有効コアと相互作用することができる軸受駆動固定子としても設計され、第２の固定子は好ましくは、第２の磁気的有効コアが第２の固定子を囲むように、第２の磁気的有効コア内に配置される。
【0020】
この実施例は、クロスフロー・ファンの非常に特にコンパクトな設計を可能にする。第１及び第２の電磁回転駆動部はそれぞれ、第１の磁気的有効コアが第１の固定子のまわりで半径方向外側に配置され、第２の磁気的有効コアが第２の固定子のまわりで半径方向外側に配置されるように、外部回転子として設計される。これは、両方の固定子をインペラの内部に配置することができるという大きい利点を有し、その各端部に、２つの磁気的有効コアのうちの１つが、各場合において設けられる。軸受駆動固定子として設計された固定子が各場合においてインペラの両端部に設けられるので、インペラを駆動するために非常に高いトルクを生成させることができる。
【0021】
しかしながら、用途に応じて、それぞれ軸受固定子及び駆動固定子として設計される２つの固定子を有する本実施例において、インペラの回転を駆動するために、第１の固定子及び第２の固定子の両方でトルクを生成することが必ずしも必要ではない。たとえば、第１の固定子のみで第１の磁気的有効コアに作用するトルクを生成すること、及び、インペラの回転を駆動するトルクを生成しないように第２の固定子を動作させることも可能である。
【0022】
本実施例において、第１及び第２の固定子は、インペラを動作状態において軸方向に接触なしで磁気的に駆動させる、すなわち、回転させることができ、且つ、２つの固定子に対する接触なしに磁気的に浮上させることができる軸受駆動固定子としてそれぞれ設計される。軸方向は、インペラの望ましい回転軸によって定義される。
【0023】
したがって、本出願の枠組内では、無軸受モータという用語は、インペラの第１及び第２の磁気的有効コアが、インペラ全体が接触なしで磁気的に浮上されるように、接触なしで磁気的にそれぞれ浮上され、別個の磁気軸受が設けられないことを意味する。第１の固定子は、且つ、任意選択的に第２の固定子も、それぞれ、電磁回転駆動部の固定子でもあり、磁気浮上の固定子でもある。各固定子は、磁気回転場を生成させることができる巻線を有し、この磁気回転場は、一方では、インペラのそれぞれの磁気的に能動的なコアにトルクを与えて、インペラの回転をもたらし、他方では、インペラの半径方向位置、すなわち、軸方向に垂直な半径方向平面におけるインペラの位置を、能動的に制御又は調整することができるように、自由に調節可能である横方向力をそれぞれの磁気的に能動的なコアに与える。よって、インペラの少なくとも３つの自由度は、能動的に調整することができる。軸方向におけるインペラの偏りに関して、インペラは、磁気抵抗力により、受動的に磁気的に安定化することができる、すなわち、制御することはできない。残りの２つの自由度、すなわち、軸方向に垂直な半径方向平面に対する傾きに関して、インペラは好ましくは、能動的に磁気的に浮上又は安定化される。
【0024】
すでに述べたように、回転のためにインペラを駆動する任意のトルクを生成しないような方法で、２つの固定子のうちの１つを動作させること、又は、第１の固定子のみ軸受駆動固定子として設計して、駆動機能を実行しないインペラの他端部に通常の磁気軸受を提供することも可能である。これは、その２つの端部のうちの１つのみでインペラを駆動すること、並びに、その端部の両方でインペラを駆動することが可能であることを意味する。両方の固定子がそれぞれ軸受駆動固定子として設計される場合、その端部の一方又は両方でのみ任意選択的にインペラを駆動することも可能である、それは、本実施例の場合、インペラがその２つの端部のうちの１つのみ又は両端部で回転のために駆動されるかどうかは、単に固定子の制御の問題であるためである。
【0025】
好ましくは、第１の固定子は低透磁性（ｌｏｗ－ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）材料の第１の固定子ハウジング内に封入され、第２の固定子は低透磁性材料の第２の固定子ハウジング内に封入される。さらにまた、第１及び第２の磁気的有効コアは、それぞれの磁気的有効コアを完全に取り囲む被覆内にそれぞれ配置することが可能であり、また、好ましい。これらの被覆も好ましくは、低透磁性材料から作られ、その低透磁性材料は、固定子ハウジングが作られる材料と同じであってもよく、又は、同じでなくてもよい。
【0026】
特に好ましい実施例において、第１の磁気的有効コア及び第２の磁気的有効コアの両方、並びに、各固定子は、完全に、好ましくは密閉的に、取り囲まれる。このようにして、インペラの磁気的有効コア並びに固定子、特に、たとえば、固定子の巻線又は固定子のコイル・コアは、特に、クロスフロー・ファンが、腐食性ガス、蒸気、又は他の腐食性若しくは酸性の流体と接触することになってもよい化学的に攻撃的な環境、たとえば、エキシマ・レーザ内においても、確実に保護される。
【0027】
インペラの磁気的有効コア及び固定子は、フッ素、塩素、又は酸の蒸気などの攻撃的なガスに対しても確実に保護される。磁気的有効コア及び／又は固定子を完全に取り囲むことによって、クロスフロー・ファンは、たとえ攻撃的な環境においても、著しく高い耐蝕性及び相当に長い耐用年数を有する。
【0028】
この好ましい実施例によると、インペラの各磁気的有効コアは、それぞれの被覆に完全に取り囲まれる。各固定子は、低透磁性材料、すなわち、低い透磁率（磁気伝導率）のみを有する材料から作られたそれぞれの固定子ハウジング内に封入される。この低透磁性材料は、たとえば、プラスチック、金属、又はセラミックとすることができる。本出願の枠組内では、そのような材料は、一般的にそうであるように、その透磁性数（比透磁率）が１（真空の透磁性数）からわずかにしか又は少しも逸脱しない低透磁性であると理解される。いかなる場合においても、低透磁性材料は、１．１未満の透磁性数を有する。
【0029】
インペラの磁気的有効コア並びに固定子の完全な被覆に起因して、磁気的有効コアの被覆及び固定子ハウジングの壁はどちらも、それぞれの磁気的有効コアとそれぞれの固定子との間の磁気空隙内に配置されなければならない。半径方向に関して、これは、インペラ及び固定子の磁気的に相互作用する部品間に大きな間隔を必要とする、すなわち、磁気的有効コア及び関連する固定子の磁気回路における磁気空隙は、いずれの場合にも大きい。驚くべきことに、この大きな磁気空隙にもかかわらず、インペラの確実且つ安定した浮上が固定子に対して可能である。
【0030】
好ましくは、磁気的有効コアの被覆及び固定子ハウジングは、プラスチックから、又は、セラミック若しくはセラミック材料から、又は、金属から、又は、チタン－アルミニウム合金、特に、Ｔｉ６Ａｌ－４Ｖ／Ｔｉ６、若しくは、ニッケル－クロム－モリブデン合金などの、電気伝導率の低い耐蝕性金属合金から構成される。被覆及び／又は固定子ハウジングが金属材料から作られる場合、この金属材料は好ましくは、特に、被覆及び固定子ハウジングの渦電流損を低い維持するために、電気伝導率の低い金属材料である。特に、被覆及び固定子ハウジングは異なる材料から構成することも可能である。よって、たとえば、被覆は、第１のプラスチック、又は第１のセラミック材料、又は第１の金属材料から構成されてもよく、一方、固定子ハウジングは、第２のプラスチック、又は第２のセラミック材料、又は第２の金属材料から構成される。ここで、第１及び第２のプラスチックは同じプラスチックであってもよく、又は、第１及び第２のプラスチックは異なるプラスチックである。第１及び第２のセラミック材料は同一であってもよく又は異なってもよく、第１及び第２の金属材料は同一であってもよく又は異なってもよい。金属材料の場合、耐蝕性であり、電気伝導率の低いそれらの金属合金が、特に好ましい。
【0031】
用途に応じて、特に耐性のある材料、たとえば、耐蝕性の合金又は金属又はプラスチックから羽根を製造することがさらに好ましい。これは、磁気的有効コアの被覆のために使用される材料とすることもできる。
【0032】
それぞれの固定子を制御又は調整するために、制御装置が各固定子ハウジングに設けられることは、特に好ましい方策である。それぞれの固定子ハウジングに制御装置を配置するこの方策は、特にコンパクトで場所を取らない設計を可能にし、それによって、同時に、制御装置は、固定子ハウジングによって見事に保護される。特に、電磁場を生成するためのパワー・エレクトロニクス、インペラの駆動及び浮上のための調整装置、並びに、必要であれば、センサ又は評価ユニットを有することができる制御装置は、固定子ハウジングに一体化される又は内蔵される。よって、それぞれの固定子ハウジングは、外部からエネルギのみ供給する必要があり、必要であれば、たとえば、クロスフロー・ファンを始動又は停止させるために、又は、回転速度を調節するために、信号が供給される。この目的のために、それぞれの固定子ハウジングに電気エネルギを提供する供給ラインを設けることができる。
【0033】
好ましくは、各固定子ハウジングは、第１のハウジング部分と第２のハウジング部分とを有し、第１のハウジング部分は、インペラ内に配置されて、インペラの磁気的有効コアのうちの１つによって囲まれ、第２のハウジング部分は、磁気的有効コアの外径と少なくとも同じ大きさの外径を有する。特に、第１のハウジング部分及び第２のハウジング部分はそれぞれ、円筒状に設計され、第１のハウジング部分は、第２のハウジング部分より小さい外径を有する。よって、それぞれの固定子は、第１のハウジング部分に配置することができ、その第１のハウジング部分は、その後、ファンの関連する磁気的有効コアに挿入される。その場合、たとえば、第２のハウジング部分は、第２のハウジング部分のための止め具を形成するファン・ハウジングに当接することができ、そのため、固定子ハウジングは明確な位置にある。
【0034】
さらにまた、各制御装置が第２のハウジング部分のうちの１つに配置されることが好ましい。この方策のために、第１のハウジング部分に配置される固定子と第２のハウジング部分に配置される制御装置との間に空間的分離がある。この空間的分離は、特に熱の観点から非常に有利である、それは、動作状態において、制御装置及び特にその電子部品は、たとえば、回転駆動部の動作によって生成される、又は、固定子ハウジングの第１のハウジング部分に流体によって導入される熱又は温度にほとんどさらされないためである。たとえば、エキシマ・レーザでは、運搬されるガスの温度は、最大２００℃又はさらに高い可能性がある。電磁回転駆動部及び、特に、固定子は一般に、制御装置より高い温度にさらされる可能性があるので、固定子及び制御装置の空間的間隔は特に有利である。
【0035】
特に好ましくは、インペラは、シャフトなしで設計される。通常、軸方向にインペラの中央を通って延在し、シャフトの２つの端部を軸受又は駆動装置によって受けることができるように、その両端部においてインペラを越えて突出する、知られているクロスフロー・ファンに設けられるインペラのシャフトは、本発明によるクロスフロー・ファンではもはや必要ではなく、そのため、そのようなシャフトは省くことができる。これは、特に構造設計に関して、大幅な簡略化を意味する。さらにまた、１つ又は複数の流れ案内要素を、流体流れを案内するために、インペラ内部に簡単な方法で配置することができ、それは、たとえば、バッフル・プレートである。
【0036】
好ましい実施例によると、各固定子は、それぞれが半径方向に延在する複数のコイル・コアを有し、各コイル・コアは厳密に１つの集中巻線を担持する。集中巻線は、電磁回転場を生成する働きをする。コイル・コアは、固定子歯とも呼ばれる。
【0037】
特に好ましくは、各固定子のコイル・コアの数は、厳密に３つ、又は厳密に４つ、又は厳密に５つ、又は厳密に６つである。
【0038】
インペラの各磁気的有効コアが複数の永久磁石を有することは、さらなる好ましい方策である。
【0039】
ここで、インペラの各磁気的有効コアが、切れ目がないように設計されて、軟磁性材料から作られる環状のリフラックスを有することは特に好ましく、各永久磁石は、リフラックスの半径方向内側に配置される。この実施例により、磁気浮上の非常に良好なトルク及び非常に良好な剛性を実現することができる。
【0040】
特に、実践的な観点から、各永久磁石はリング・セグメントとして設計されることが好ましく、各磁気的有効コアの永久磁石は、リングを形成するために互いを補完する。
【0041】
好ましくは、各永久磁石は半径方向に磁化され、円周方向に互いに隣接して配置される永久磁石は、それぞれ反対方向に磁化される。
【0042】
特に、各磁気的有効コアの永久磁石の数が、厳密に４個、又は厳密に８個、又は厳密に１０個、又は厳密に１２個であるそのような実施例は好ましい。
【0043】
制御装置を熱影響からさらに保護するために、固定子と制御装置との間の各固定子ハウジング内に熱保護層を提供することは有利である可能性がある。
【0044】
熱負荷の低減に関して、各固定子が冷却可能であるように設計されることは有利である可能性がある。たとえば、これは、巻線も配置されるコイル・コア間に冷却ラインを設けることによって実現することができ、それを通って、水などの流体冷却媒体は流れることができる。
【0045】
本発明のさらなる有利な方策及び実施例は、従属請求項よりもたらされる。
【0046】
以下において、本発明は、実施例及び図面に基づいて、さらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1】本発明によるクロスフロー・ファンの第１の実施例の斜視図である（ファン・ハウジングなし）。
【図5】第１の磁気的有効コアの断面であり、それによって、断面は半径方向に作られる。
【図6】浮上及び駆動の原理を説明する３つの説明図である。
【図7】軸方向Ａに対して垂直な断面における、第１又は第２の電磁回転駆動部の概略断面図である。
【図13】斜視図における第１の実施例の変形形態である。
【図15】本発明によるクロスフロー・ファンの第２の実施例の概略図である。
【図16】第２の実施例の浮上及び駆動原理を説明するための４つの図である。
【図17】本発明によるクロスフロー・ファンの第３の実施例の概略図である。
【図18】本発明によるクロスフロー・ファンの第４の実施例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0048】
図１は、参照符号１により全体が指定された、本発明によるクロスフロー・ファンの第１の実施例を斜視図で示す。より良い理解のために、図２は、軸方向Ａに沿った断面におけるこの実施例の断面図をさらに示し、図１に表されていないファン・ハウジング１０が図２に追加的に表されている。
【0049】
クロスフロー・ファン１は、時には、ローラとしても示される円筒形インペラ２を有する。インペラ２は、第１の端部２１から第２の端部２２まで軸方向Ａに延在し、軸方向Ａを中心に回転するように設計されている。軸方向Ａは、インペラが動作状態で回転する望ましい回転軸によって定義される。これは、インペラ２の円柱軸と一致する。
【0050】
軸方向に垂直な方向は、半径方向と表す。
【0051】
環状に設計された第１の磁気的有効コア３１（図２）は、インペラ２の第１の端部２１に設けられる。環状に設計された第２の磁気的有効コア３２は、インペラ２の第２の端部に設けられる。さらにまた、インペラ２は複数の羽根８を有し、その羽根のそれぞれは、軸方向Ａに関して、２つの端部２１、２２の間に配置され、第１の磁気的有効コア３１の被覆３１３から、軸方向Ａに、且つ、所望の回転軸と平行に、第２の磁気的有効コア３２の被覆３１３まで延在する。各々の羽根８は、第１の磁気的有効コア３１及び第２の磁気的有効コア３２に、耐トルク的に接続される。
【0052】
従来のクロスフロー・ファンから知られているように、羽根８は、運搬される流体、通常はガスが、吸込側の羽根８の間でインペラ２の内部に吸引され、圧力側の羽根８の間でインペラ２の内部から排出されるように、インペラ２の外周に沿って間隔をあけて配置される。
【0053】
インペラ２は、それ自体知られている方法で設計することができるファン・ハウジング１０（図２）内に配置される。ファン・ハウジング１０は通常、運搬される流体がインペラ２の全長に沿ってインペラ２の内部に吸引される吸入領域２０と、運搬される流体がインペラ２の全長に沿ってインペラ２の内部から排出される排出領域３０とを有する。インペラ２の長さは、軸方向Ａにおけるその伸長を指す。
【0054】
クロスフロー・ファン１は、軸受駆動固定子として設計され、且つ、第１の電磁回転駆動部として第１の磁気的有効コア３１と相互作用する、第１の固定子４１をさらに有する。この場合、第１の電磁回転駆動部は外部回転子として設計される、すなわち、動作状態において回転しない部分、すなわち、第１の固定子４１は、動作状態において回転する部分、すなわち、第１の磁気的有効コア３１の内部に配置され、第１の磁気的有効コア３１が第１の固定子４１を囲む。
【0055】
クロスフロー・ファン１は、少なくとも軸受固定子として設計された第２の固定子４２をさらに有し、それにより、第２の磁気的有効コア３２を、第２の固定子４２に対して接触なしで磁気的に浮上させることができる。
【0056】
ここで説明される第１の実施例において、第２の固定子４２は、軸受駆動固定子としても設計され、第２の電磁回転駆動部として第２の磁気的有効コア３２と相互作用することができる。この場合、第２の電磁回転駆動部は外部回転子として設計される、すなわち、動作状態において回転しない部分、すなわち、第２の固定子４２は、動作状態において回転する部分、すなわち、第２の磁気的有効コア３２の内部に配置され、第２の磁気的有効コア３２が第２の固定子４２を囲む。
【0057】
よって、第１の固定子４１及び第２の固定子４２はそれぞれ、第１の固定子４１が第１の磁気的有効コア３１によって囲まれ、且つ、第２の固定子４２が第２の磁気的有効コア３２によって囲まれるように、インペラ２の内部に配置される。第１の磁気的有効コア３１及び第２の磁気的有効コア３２が羽根８を介して耐トルク的に互いに接続されるので、インペラ２は、動作状態において、内部に配置された固定子４１、４２のまわりを回転する。
【0058】
第１の電磁回転駆動部及び第２の電磁回転駆動部はどちらも、無軸受モータの原理に従って設計され、接触なしで磁気的に駆動されることができ且つコイルなしで設計された第１及び第２の磁気的有効コア３１又は３２と、磁気的有効コア３１又は３２を動作状態において望ましい回転軸のまわりで接触なしで磁気的に駆動させることができ且つ固定子４１又は４２に対する接触なしに磁気的に浮上させることができる軸受駆動固定子として設計された第１の固定子４１又は第２の固定子４２とを有する。
【0059】
インペラ２が動作状態で回転する望ましい回転軸は、インペラ２が、固定子４１、４２に対して中心且つ非傾斜位置にあるときに回転する回転軸である。その場合、インペラ２は、両方の固定子４１、４２の半径方向に対してセンタリングされる。望ましい回転軸は通常、２つの固定子４１及び４２の中心軸と一致する。２つの固定子４１及び４２は、それらの中心軸が互いに一直線に並ぶように配置される、すなわち、それらは軸方向Ａの同じ軸上に位置する。各固定子４１、４２に関して、半径方向平面は、望ましい回転軸又は軸方向Ａに垂直な平面を示し、この平面は、固定子４１、４２の磁気中心平面である。各固定子４１、４２に関して、半径方向平面は、そのｚ軸が軸方向Ａに延在するデカルト座標系のｘ－ｙ平面を画定する。第１の固定子４１の半径方向平面は、第２の固定子４２の半径方向平面と平行である。
【0060】
特に好ましくは、第１の磁気的有効コア３１及び第１の固定子４１を有する第１の電磁回転駆動部と、第２の磁気的有効コア３２及び第２の固定子４２を有する第２の電磁回転駆動部とは、少なくとも略同様に設計される。したがって、電磁回転駆動部の以下の説明において、特に、図３、図４、及び図５の説明においては、理解には十分であるので、主に第１の電磁回転駆動部のみ参照される。これらの説明は、第１の電磁回転駆動部に基づく一例として与えられ、同じ方法で、又は、類似的に同じ方法で、第２の電磁回転駆動部に適用されることが理解される。
【0061】
しかしながら、２つの電磁回転駆動部は少なくとも略同一であるように設計されるが、それらをクロスフロー・ファン１の動作状態において、同一の方法で動作させる必要はないことが強調されなければならない。よって、たとえば、２つの電磁回転駆動部のうちの一方のみによってインペラ２の回転を駆動するトルクを生成し、インペラ２の非接触の磁気浮上のための浮上力を生成するためにのみ、２つの電磁回転駆動部の他方を使用することが可能であり、トルクは、インペラ２の回転を駆動する２つの端部２１、２２のうちの１つのみで生成される。当然のことながら、インペラ２の回転を駆動するトルクが２つの電磁回転駆動部のそれぞれで生成されることも可能であり、その回転を駆動するトルクは、両端部２１、２２で、インペラ２に作用する。この場合、インペラ２を駆動するために２つの端部２１、２２で伝えられるトルクの量は、等しくてもよく又は異なってもよいことが理解される。
【0062】
より良い理解のために、図３は、図２に類似した表現で、第１の電磁回転駆動部の拡大図を示す。図４は、図３の切断線ＩＶ－ＩＶに沿った、軸方向Ａに垂直な第１の電磁回転駆動部の断面を示す。図４の断面は、第１の固定子４１の半径方向平面、すなわち、第１の固定子４１の磁気中心平面において、軸方向Ａに垂直に作られる。図５は、第１の磁気的有効コア３１の断面を示し、断面は半径方向に作られる。
【0063】
クロスフロー・ファン１のインペラ２は、２つの磁気的有効コア３１及び３２を有し、その一方がインペラ２の第１の端部２１に配置され、他方がインペラ２の第２の端部２２に配置される。インペラ２はコイルなしで設計される、すなわち、巻線は、インペラ２上に、特に、インペラ２の磁気的有効コア３１、３２上に設けられない。回転子２の第１及び第２の磁気的有効コア３１及び３２は、トルク生成ために、且つ、磁気浮上力の生成のために、第１の固定子４１及び第２の固定子４２と磁気的に相互作用するインペラ２のそれらの領域を指す。各磁気的有効コア３１、３２は、環状に設計されて、第１の固定子４１又は第２の固定子４２のまわりに配置される。
【0064】
図３及び図４に、第１の磁気的有効コア３１及び第１の固定子４１を有する第１の電磁回転駆動部が示される。図５に、半径方向における第１の磁気的有効コア３１の断面が示される。第１の磁気的有効コア３１は、環状ディスク又は円柱状リングの形態で設計される。第１の磁気的有効コア３１は、環状の半径方向外側に配置されたリフラックス３１２と、たとえば、永久磁石リングとして設計されてもよい少なくとも１つの永久磁石３１１とを有する。当然のことながら、たとえば、リング・セグメントとしてそれぞれが設計される、複数の永久磁石３１１が設けられることも可能でもある。ここで説明される実施例において、特に図４を参照すると、合計４つの永久磁石３１１が設けられ、それらは、リングを形成するために、全体として互いを補完する。円周方向に見ると、４つの永久磁石３１１はすべて等しい長さであり、各永久磁石３１１は、永久磁石リング全体の１／４を形成する。各永久磁石３１１は、図４及び図５において参照符号のない矢印で示されるように、半径方向又は直径方向に磁化される。ここで、円周方向に隣接する永久磁石３１１は、いずれの場合にも反対方向に極性を与えられる、すなわち、半径又は直径方向に内向きに極性を与えられた永久磁石３１１及び半径又は直径方向に外向きに極性を与えられた永久磁石３１１が、いずれの場合にも隣接する。よって、ここでは、第１の磁気的有効コア３１は、４極、すなわち、磁極対数２を有して設計される。
【0065】
高磁性の、つまり高い保磁力を有する、これらの強磁性材料又はフェリ磁性材料は、通常は永久磁石と呼ばれる。保磁力は、材料を消磁するのに必要とされる磁界強度である。本出願の枠組内では、永久磁石は、保磁力、より正確には１０，０００Ａ／ｍ超になる磁気分極の保磁力を有する材料として理解される。インペラ２の磁気的有効コア３１、３２のすべての永久磁石３１１は好ましくは、ネオジミウム－鉄－ボロン（ＮｄＦｅＢ：ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ－ｉｒｏｎ－ｂｏｒｏｎ）合金、又はサマリウム－コバルト（ＳｍＣｏ：ｓａｍａｒｉｕｍ－ｃｏｂａｌｔ）合金から構成される。
【0066】
第１の磁気的有効コア３１は、すべての永久磁石３１１のまわりで半径方向外側に配置された環状のリフラックス３１２をさらに有する。リフラックス３１２は、すべての永久磁石３１１を包囲し、軟磁性材料から構成されるが、それは、リフラックス３１２は磁束を誘導する働きをするためである。
【0067】
インペラ２の各磁気的有効コア３１、３２に関して、各磁気的有効コア３１、３２が封入されるように、完全に、好ましくは密閉的に、それぞれの磁気的有効コア３１、３２を包囲する、それぞれの被覆３１３が設けられる。被覆３１３は好ましくは、金属又は耐蝕性金属合金又はセラミック又はセラミック材料又はプラスチックから作られる。被覆３１３が金属材料から作られる場合、被覆３１３は好ましく、特に、渦電流損をできるだけ低く維持するために、低い電気伝導率を有する。特に、高い耐蝕性を有する好適な合金は、たとえば、チタン－アルミニウム合金、特に、Ｔｉ６Ａｌ－４Ｖ／Ｔｉ６、又はニッケル－クロム－モリブデン合金である。好適な金属は、たとえば、タンタルである。
【0068】
たとえば、被覆３１３を作るために、各磁気的有効コア３１、３２は、製造プロセス、プラスチック若しくはセラミックで成形することができる、又は、金属材料でコーティングすることができる。しかしながら、それぞれの磁気的有効コア３１、３２が挿入される環状凹部をプラスチック、セラミック、又は金属材料、特に、耐蝕性の、非強磁性の、又は、わずかに弱強磁性且つ不十分な導電性の金属材料から作られる被覆３１３に最初に設けることも可能である。その後、環状凹部は、プラスチック又はセラミック又は金属材料から適切に形づくられたカバーで閉じられ、次いで、カバーは、たとえば、溶接法によって被覆３１３の残りの部分に接合される。その後、インペラ２の各々の磁気的有効コア３１、３２は密閉的に封入される。
【0069】
各固定子４１、４２は、複数の、ここでは厳密に６つのコイル・コア５を有し、そのそれぞれは、半径方向に延在し、星形に配置される。各コイル・コア５は、棒の形態に設計され、それぞれの固定子４１、４２の中心に配置された中心磁極片５１から半径方向外向きに延在し、各コイル・コア５が全体的に略Ｔ形状の外観を有するように丸みのある磁極シュー５２で終端する。すべての磁極シュー５２の半径方向外側境界表面はみな、中心磁極片５１の長手軸による同軸である円柱上に位置する。
【0070】
インペラ２の磁気駆動及び磁気浮上に必要な電磁回転場を生成するために、コイル・コア５は巻線を担持する。たとえば、ここで説明される第１の実施例において、巻線は、厳密に１つの集中巻線が個別のコイル５３として各コイル・コア５に巻回されるように設計される。動作状態において、それらの電磁回転場は、これらのコイル５３で生成され、この電磁回転場により、インペラ２にトルクがもたらされ、また、この電磁回転場により、インペラ２の半径方向位置、すなわち、軸方向Ａに垂直な半径方向平面におけるそれぞれの固定子４１、４２の位置が能動的に制御又は調整することができるように、自由に調節可能である横方向力が半径方向においてそれぞれの磁気的有効コア３１、３２に与えることができる。
【0071】
各固定子４１、４２の中心磁極片５１及びコイル・コア５の両方、並びに、各磁気的有効コア３１、３２のリフラックス３１２は、それらは、磁束を誘導するためのフラックス誘導要素として働くので、それぞれ軟磁性材料から作られる。適切な軟磁性材料は、たとえば、強磁性体又は強磁性材料であり、すなわち、特に、鉄、ニッケル－鉄、又はケイ素－鉄である。ここで、特に、各固定子４１、４２に対しては、固定子シートスタックとしての設計が好ましく、その場合、コイル・コア５及び中心磁極片５１は、金属薄板で設計され、すなわち、それらは、積み重ねられたいくつかの薄い要素から構成される。各磁気的有効コア３１、３２のリフラックス３１２は、金属薄板で設計することもできる。金属薄板設計の代替形態として、電気的に絶縁され且つ圧縮された金属粒子から構成される軟磁性複合材料もまた、磁気的有効コア３１、３２及び／又は固定子４１、４２のために使用することができる。特に、ＳＭＣ（Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ、軟磁性複合材料）とも表されるこれらの軟磁性複合材料は、電気絶縁層で被覆された鉄粉粒子から構成することができる。これらのＳＭＣはその後、粉末冶金法によって所望の形状に形成される。
【0072】
すでに述べたように、第１及び第２の磁気的有効コア３１、３２及び第１及び第２の固定子４１、４２による第１及び第２の電磁回転駆動部は、無軸受モータの原理に従って設計され、この場合、それぞれの磁気的有効コア３１、３２は、接触なしで磁気的に駆動され、且つ、それぞれの固定子４１、４２に対する接触なしで磁気的に浮上され、別体の又は分離可能な磁気軸受は設けられない。浮上機能及び駆動機能はそれぞれ、同一の固定子４１又は４２で実現され、この場合、固定子４１又は４２を軸受ユニットと駆動ユニットとに分けることは不可能である。駆動機能及び浮上機能は、互いに分離することができない。「無軸受モータ」という用語は、別体の磁気軸受又は磁気軸受ユニットがインペラのために設けられないので、そのような回転駆動部に対して確立されるようになっている。これらの特に効率的な無軸受モータは、「非接触」構想を実現すると同時に、それらの極めてコンパクトな設計により、特に特徴づけられる。
【0073】
よって、無軸受モータは、動作状態で回転する磁気的有効コア３１、３２が固定子４１、４２に対して浮上される電磁回転駆動部であり、別体の磁気軸受又は磁気軸受ユニットは設けられない。この目的のために、それぞれの固定子４１、４２は、電気駆動部の固定子４１、４２でもあり磁気浮上の固定子４１、４２でもある、軸受駆動固定子として設計される。軸受駆動固定子４１、４２のコイル５３は、回転磁場を生成するために使用することができ、この回転磁場は、一方では、磁気的有効コア３１、３２にトルクを与えて、その回転を生じさせ、他方では、磁気的有効コア３１、３２の半径方向位置、すなわち、それぞれの固定子４１、４２の半径方向平面における磁気的有効コア３１、３２の位置を、能動的に制御又は調整することができるように、自由に調節可能である横方向力を磁気的有効コア３１、３２に与える。無軸受モータの基本原理は、今のところ、当業者に十分に知られているが、無軸受モータの原理の特別な実現は、本発明によるクロスフロー・ファン１のために好ましく、それは、さらに詳細に説明される。
【0074】
ここで説明される第１の実施例において、それぞれの磁気的有効コア３１、３２の３つの自由度、すなわち、半径方向平面（２つの自由度）の磁気的有効コア３１、３２の位置及び軸方向Ａのまわりでの磁気的有効コア３１、３２の回転は、能動的に制御又は調整することができる。望ましい回転軸の方向における磁気的有効コア３１、３２の軸方向の偏りに関して、それぞれの磁気的有効コア３１、３２は、磁気抵抗力により、受動的に磁気的に、安定化又は浮上される、すなわち、それは制御することができない。したがって、インペラ２の半径方向浮上は、機能に関して能動的な磁気的半径軸受に対応し、軸方向軸受は、機能に関して受動的な軸方向磁気軸受に対応する。
【0075】
無軸受モータの場合、古典的な磁気軸受とは対照的に、モータの磁気浮上及び駆動は、電磁回転場によって実現される。通常、無軸受モータでは、磁気的な駆動及び浮上機能は、駆動場及び制御場と通常呼ばれる２つの磁気回転場の重ね合わせによって作り出される。固定子４１又は４２の巻線又はコイル５によって生成されるこれらの２つの回転場は、通常、１だけ異なる磁極対数を有する。たとえば、駆動場が磁極対数ｐを有する場合、制御場は、磁極対数ｐ＋１又はｐ－１を有する。この場合、半径方向平面においてそれぞれの磁気的有効コア３１、３２に作用する接線方向力が、駆動場によって生成され、軸方向Ａのまわりでの回転を生じさせるトルクをもたらす。駆動場及び制御場の重ね合わせにより、半径方向平面においてそれぞれの磁気的有効コア３１、３２にかかる自由に調節可能である横方向力を生成することも、可能であり、この横方向力により、半径方向平面におけるそれぞれの磁気的有効コア３１、３２の位置を調整することができる。よって、コイル５３によって生成される電磁束を、回転の駆動のみを提供する（電）磁束と、磁気浮上のみを実現する（電）磁束とに分けることは不可能である。
【0076】
駆動場及び制御場を生成するために、一方では、２つの異なる巻線系、すなわち、駆動場を生成するための巻線系と制御場を生成するための巻線系を使用することが可能である。駆動場を生成するためのコイルは、通常、駆動コイルと呼ばれ、制御場を生成するためのコイルは、制御コイルと呼ばれる。これらのコイルに印加される電流は、駆動電流又は制御電流と呼ばれる。他方では、ここで説明される実施例のように、単一の巻線系のみで駆動及び浮上機能を作り出すことも可能であり、そのため、駆動コイルと制御コイルとの区別がない。これは、制御装置６によりその都度判定される駆動電流の値及び制御電流の値が、計算、たとえば、ソフトウェアを用いた計算によって追加される又は重ねられ、そして得られる全電流がそれぞれのコイル５３に印加されるような方法で、実現することができる。この場合、当然のことながら、制御コイルと駆動コイルとを区別することは、もはや不可能である。ここで説明される実施例において、最後に述べた変形形態が実現され、すなわち、第１及び第２の固定子４１、４２において駆動コイルと制御コイルとが区別されないが、いずれの場合にも１つだけの巻線系が存在し、その６つのコイル５３において、駆動及び制御電流の計算された合計が印加される。しかしながら、２つの電磁回転駆動部により、本発明によるクロスフロー・ファン１を設計することも、当然のことながら可能であり、２つの別々の巻線系は、第１の固定子４１及び第２の固定子４２に設けられる、すなわち、それぞれ、別々の駆動コイル及び別々の制御コイルを有する。
【0077】
本発明によるクロスフロー・ファン１に好ましい、無軸受モータの原理の特定の実施例が、以下でさらに詳細に説明される。すでに述べたように、集中巻線５３のみが、軸受駆動固定子４１及び４２のそれぞれに設けられ、厳密に１つの集中巻線５３が各コイル・コア５上に設けられる。いくつかのコイル・コア上に延在する分布巻とは対照的に、集中巻線５３は、厳密に１つのコイル・コア５上に設けられる。
【0078】
たとえば、上述の米国特許第６，４０４，７９４号に開示されるような、分布巻による無軸受モータの概念とは対照的に、好ましいように、ここで提案される集中巻線５３による概念は、大幅に増加した出力密度及びさらに一層コンパクトな設計を可能にするという実質的な利点を有する。集中巻線５３の概念により、コイル・コア５の数又はコイル・コア５間の溝を大幅に減少させることができ、それは、製造に関するかなりの利点でもある。
【0079】
よって、ここで説明される好ましい実施例において、各固定子４１、４２は、いずれの場合にも、集中巻線５３を有して設計され、各コイル・コア５は、厳密に１つの巻線（又は、コイル）５３を担持する。これらは、浮上力の生成及びトルク形成の両方を同時に実行する同じ集中巻線５３である。よって、集中巻線５３は、浮上力及びトルクを生成するための、組み合わされた巻線を表す。これは、一方では浮上力の生成のための、他方ではトルクの形成のための、別々の巻線系が存在しないことを意味する。この実施例により、集中巻線５３の数は大幅に減少させることができる。
【0080】
浮上及び駆動の原理を説明するために、図６は、各場合における３つの異なる説明図で、磁極シュー５２を有するコイル・コア５及びコイル・コア５上に配置された集中巻線５３、並びに、第１の磁気的有効コア３１の詳細を示す。それぞれがスナップショットを表す３つの説明図は、第１の磁気的有効コア３１が磁極シュー５２に対して配置される相対回転位置が異なる。左の説明図では、反対方向に且つ半径方向に極性を与えられた２つの周方向に隣接する永久磁石３１１間の境界が、磁極シュー５２の反対側のちょうど中央にある。中央の説明図では、永久磁石３１１のうちの１つは、磁極シュー５２の反対側の中央に配置されている。右の説明図では、２つの隣接する永久磁石３１１間の境界が必ずしも磁極シュー５２の中心の反対側になく、永久磁石３１１のうちの１つが磁極シュー５２に関する中心位置にない任意の中間位置が示されている。
【0081】
図６において、参照符号のない矢印は再び、それぞれの永久磁石３１１の磁化を示し、電流ラインＩは、集中巻線５３を通る電流を示す。
【0082】
左の説明図において、第１の磁気的有効コア３１は、２つの永久磁石３１１に作用する半径方向力成分がちょうど互いに相殺する、すなわち、打ち消し、一方、２つの接線方向力成分は、全体として、接線方向に向けられる力ＦＴが第１の磁気的有効コア３１に作用するように合計されるように磁極シューに対して向けられる。中央の説明図において、永久磁石に作用する、結果として得られる力は、半径方向に向けられた力ＦＲである。右の説明図に表される一般的な向きにおいて、力Ｆが第１の磁気的有効コア３１に作用し、その力Ｆは、接線方向に向けられたゼロではない接線方向力成分ＦＴと、半径方向に向けられたゼロではない半径方向力成分ＦＲとの両方を有する。
【0083】
接線方向力成分ＦＴは、第１の磁気的有効コア３１にトルクをもたらす。力は、半径方向平面におけるその位置を変更又は調整するために、半径方向力成分ＦＲを介して第１の磁気的有効コア３１に加えることができ、すでに述べたように、半径方向平面は、第１の固定子４１におけるデカルト座標系のｘ－ｙ平面を表し、そのｚ軸は軸方向Ａに延在する。
【0084】
第１の磁気的有効コア３１が磁極シュー５２に対して配置される回転位置は、回転角によって説明することができる。図６が示すように、半径方向力成分ＦＲ又は接線方向力成分ＦＴが生成されない各コイル・コア５又は磁極シュー５２の回転角が存在する。第１の磁気的有効コア３１上の磁極シュー５２の力効果の方向、すなわち、図６の力Ｆの方向は、自由に選択することもできないが、回転角に依存する。トルクは接線方向力成分ＦＴによってのみ生成することができるので、所定の磁極シュー５２がトルクに寄与することができない回転角が存在する（たとえば、図６の中央の説明図を参照）。したがって、いくつかの磁極シュー５２が、トルク形成に関与しなければならない。
【0085】
同じことは、一般に半径方向平面におけるｘ－成分及びｙ－成分から構成される、第１の磁気的有効コア３１に作用する浮上力の生成にも当てはまる。各磁極シュー５２に関して、たとえば、ゼロではないｘ－成分で力を生成することが不可能である回転角が存在する。所定の大きさ及び方向の浮上力を生成するために、複数の磁極シュー５２の相互作用が必要である。
【0086】
したがって、第１の電磁回転駆動部に関して（当然のことながら、存在する場合、第２の電磁回転駆動部に関しても）、自由に選択可能な方向及び強さを有するトルク並びに浮上力を、各回転角に対して、すなわち、第１の固定子４１に対する第１の磁気的有効コア３１の各回転位置に対して、生成することができるような実施例が好ましい。この方策により、安定した回転速度及び位置制御を実現することができる。
【0087】
この要件を満たす１つの可能な実施例が、図４に示される実施例であり、この実施例では、第１の磁気的有効コア３１は厳密に４つの永久磁石３１１を有し、第１の固定子４１は、厳密に６つの磁極シュー５２とともに、厳密に６つのコイル・コア５を有し、厳密に１つの集中巻線５３は、各コイル・コア５上に配置される。
【0088】
この配置は、図７に再び概略的に示され、磁極シュー５２の明確な表現は、より良好な概観のために省かれている。被覆３１３も図７では表されていない。第１の固定子４１の６つのコイル・コア５によって担持される６つの集中巻線５３は、識別可能とするために、図７の参照符号Ｌ１～Ｌ６で指定される、すなわち、図７のＬ１～Ｌ６で示される巻線のそれぞれは、集中巻線５３のうちの１つである。それぞれの集中巻線Ｌ１～Ｌ６に供給される電流は、ｉ１～ｉ６で指定される。これは、ｉ１が集中巻線Ｌ１に供給される電流を示し、ｉ２が集中巻線Ｌ２に注入される電流を示すなどのことを意味する。各集中巻線Ｌ１～Ｌ６は、電気位相を形成する。
【0089】
図７に示される実施例において、任意の回転角に関して、すなわち、第１の固定子４１に対する第１の磁気的有効コア３１の任意の回転位置に関して、任意の方向及び大きさの浮上力、並びに、任意の大きさの定トルクを生成することができる制御は可能である。
【0090】
集中巻線Ｌ１～Ｌ６を制御するために、制御装置６に設けられるパワー・エレクトロニクスは、たとえば、６つの半ブリッジ、すなわち、各集中巻線Ｌ１～Ｌ６に対して１つの半ブリッジを有する。各半ブリッジのために２つの回路遮断機が必要とされるので、合計１２個の回路遮断機が、各電磁回転駆動部に対して設けられる。好ましくは、集中巻線Ｌ１～Ｌ６のそれぞれのうちの３つは、浮動スター・ポイントで３相系を形成するために接続される。たとえば、集中巻線Ｌ１、Ｌ３、及びＬ５は、３相系を形成するために接続され、集中巻線Ｌ２、Ｌ４、及びＬ６は、三相系を形成するために接続される。
【0091】
電流ｉ１～ｉ６は好ましくは、以下のスキームに従って調整される。駆動所望電流
は、速度制御アルゴリズムによって予め定められる。これは、第１の固定子４１に対する第１の磁気的有効コア３１の回転位置を示す回転角θとともに、以下の成分を有する固定子有向性三相系に変換される。
【数1】
は、速度制御アルゴリズムによって予め定められる。これは、第１の固定子４１に対する第１の磁気的有効コア３１の回転位置を示す回転角θとともに、以下の成分を有する固定子有向性三相系に変換される。
【数2】
【数3】
【0092】
同様に、磁気的有効コア３１の能動的な磁気浮上に必要とされる浮上電流
及び、位置制御アルゴリズムによって予め定められる浮上力方向φＢは、以下の固定子有向性三相系に変換される。
【数4】
及び、位置制御アルゴリズムによって予め定められる浮上力方向φＢは、以下の固定子有向性三相系に変換される。
【数5】
【0093】
集中巻線５３、すなわち、Ｌ１～Ｌ６が、磁気浮上に必要な浮上力及び駆動に必要なトルクの両方を生成するので、浮上及び駆動電流は、重畳させて、それぞれの集中巻線Ｌ１～Ｌ６に供給される、集中巻線Ｌ１～Ｌ６に対する以下の電流ｉ１～ｉ６としなければならない。
ｉ１＝ｉＤ，１＋ｉＢ，１
ｉ２＝ｉＤ，２－ｉＢ，３
ｉ３＝ｉＤ，３＋ｉＢ，２
ｉ４＝ｉＤ，１－ｉＢ，１
ｉ５＝ｉＤ，２＋ｉＢ，３
ｉ６＝ｉＤ，３－ｉＢ，２
ｉ１＝ｉＤ，１＋ｉＢ，１
ｉ２＝ｉＤ，２－ｉＢ，３
ｉ３＝ｉＤ，３＋ｉＢ，２
ｉ４＝ｉＤ，１－ｉＢ，１
ｉ５＝ｉＤ，２＋ｉＢ，３
ｉ６＝ｉＤ，３－ｉＢ，２
【0094】
この制御により、所望の浮上力、その方向がφＢによって定義され、次いで、所望のトルクが現在の回転角θで生成される。
【0095】
ここで説明された実施例では、第１の固定子４１又は第２の固定子４２がいずれの場合にも厳密に６つのコイル・コア５を有し、そのそれぞれが厳密に１つの集中巻線５３すなわちＬ１～Ｌ６を担持し、且つ、第１の磁気的有効コア３１又は第２の磁気的有効コア３２がいずれの場合にも磁極対数２を有するように、第１の磁気的有効コア３１又は第２の磁気的有効コア３２がいずれの場合にも４つの永久磁石３１１を有してさらに設計されるが、この実施例の他に、他の変形形態も存在し、好ましい変形形態のいくつかが、図８～図１２に概略図で示されている。図８～図１２の表現はいずれの場合にも、図７の表現に対応する、すなわち、被覆３１３は、図８～図１２においても示されない。すべての変形形態は、第１の固定子４１及び第１の磁気的有効コア３１を有する第１の電磁回転駆動部のために、並びに、第２の固定子４２及び第２の磁気コア３２を有する第２の電磁回転駆動部のために、使用することができる。電磁回転駆動部がインペラ２の各端部２１、２２に設けられる場合、この第１の電磁回転駆動部及び第２の電磁回転駆動部は好ましくは、少なくとも、第１及び第２の固定子４１並びに第１及び第２の磁気的有効コア３１及び３２に対するのと同様に設計される。
【0096】
さらにまた、図８～１２のすべての変形形態は、いずれの場合にも厳密に１つの集中巻線５３が各コイル・コア５上に設けられる、各永久磁石３１１がリング・セグメントとしていずれの場合にも設計される、各磁気的有効コア３１又は３２の永久磁石３１１がいずれの場合にもリングを形成するために互いを補完する、各永久磁石３１１が半径方向に磁化され、円周方向に互いに隣接して配置される永久磁石３１１がそれぞれ反対方向に磁化される、という共通点を有する。それぞれの磁化は再び、参照符号なしの矢印で表される。さらに、各磁気的有効コア３１又は３２に関して、この磁気的有効コア３１又は３２のすべての永久磁石３１１は、それぞれの磁気コア３１又は３２の円周方向に見られるのと同じ長さを有するように設計される。
【0097】
図８は、第１又は第２の磁気的有効コア３１又は３２が、６つの永久磁石３１１を有し、６極、すなわち、磁極対数３を有して設計される変形形態を示す。第１又は第２の固定子４１又は４２は、厳密に４つのコイル・コア５を有して設計され、厳密に１つの集中巻線５３は、各コイル・コア５上に配置される。
【0098】
図９は、第１又は第２の磁気的有効コア３１又は３２が、１２個の永久磁石３１１を有し、１２極、すなわち、磁極対数６を有して設計される変形形態を示す。第１又は第２の固定子４１又は４２は、厳密に４つのコイル・コア５を有して設計され、厳密に１つの集中巻線５３は、各コイル・コア５上に配置される。
【0099】
図１０は、第１又は第２の磁気的有効コア３１又は３２が、８つの永久磁石３１１を有し、８極、すなわち、対磁極数４を有して設計される変形形態を示す。第１又は第２の固定子４１又は４２は、厳密に５つのコイル・コア５を有して設計され、厳密に１つの集中巻線５３は、各コイル・コア５上に配置される。
【0100】
図１１は、第１又は第２の磁気的有効コア３１又は３２が、１０個の永久磁石３１１を有し、１０極、すなわち、対磁極数５を有して設計される変形形態を示す。第１又は第２の固定子４１又は４２は、厳密に６つのコイル・コア５を有して設計され、厳密に１つの集中巻線５３は、各コイル・コア５上に配置される。
【0101】
図１２は、第１又は第２の磁気的有効コア３１又は３２が、１６個の永久磁石３１１を有し、１６極、すなわち、対磁極数８を有して設計される変形形態を示す。第１又は第２の固定子４１又は４２は、厳密に６つのコイル・コア５を有して設計され、厳密に１つの集中巻線５３は、各コイル・コア５上に配置される。
【0102】
たとえば、無軸受モータとして設計される回転駆動部の磁気的有効コア３１、３２の位置、制御、供給、及び調整を判定するためのセンサ・システムは、当業者には十分に知られており、ここではさらなる説明は必要ない。いくつかのセンサ７は、例示的な形質を有して図４に描かれている。
【0103】
本発明によるクロスフロー・ファン１の第１の実施例において、好ましくは、第１及び第２の磁気的有効コア３１、３２が、それぞれの被覆３１３によって完全に包囲されるだけでなく、さらに、第１の固定子４１及び第２の固定子４２はそれぞれ、第１の固定子ハウジング９１及び第２の固定子ハウジング９２内に封入され、各固定子ハウジング９１、９２は低透磁性材料から構成される。好ましくは、この低透磁性材料は、プラスチック、又はセラミック、又は金属材料、特に、チタン－アルミニウム合金、特に、Ｔｉ６Ａｌ－４Ｖ／Ｔｉ６、若しくは、ニッケル－クロム－モリブデン合金などの、電気伝導率の低い耐蝕性金属合金である。
【0104】
好ましくは、磁気的有効コア３１、３２の被覆３１３及び固定子ハウジング９１、９２は、プラスチックから、又は、セラミック若しくはセラミック材料から、又は、金属から、又は、たとえば、チタン－アルミニウム合金、特に、Ｔｉ６Ａｌ－４Ｖ／Ｔｉ６、若しくは、ニッケル－クロム－モリブデン合金などの、電気伝導率の低い耐蝕性金属合金から作られる。被覆３１３及び／又は固定子ハウジングが金属材料から作られる場合、この金属材料は好ましくは、特に、結果として被覆３１３及び固定子ハウジング９１、９２の渦電流損を小さく維持するために、電気伝導率の低い金属材料である。特に、被覆３１３及び固定子ハウジング９１、９２は異なる材料から作ることも可能である。よって、たとえば、被覆３１３は、第１のプラスチック、又は第１のセラミック材料、又は第１の金属材料から作ることができ、一方、固定子ハウジング９１、９２は、第２のプラスチック、又は第２のセラミック材料、又は第２の金属材料から作られる。この場合、第１及び第２のプラスチックは同じプラスチックであってもよく、又は、第１及び第２のプラスチックは異なるプラスチックであってもよい。第１及び第２のセラミック材料は同一であってもよく又は異なってもよく、第１及び第２の金属材料は同一であってもよく又は異なってもよい。金属材料の中では、耐蝕性であり、電気伝導率の低いそのような金属合金が、特に好ましい。
【0105】
低透磁性材料は、より低い透磁率（磁気伝導率）のみを有する材料である。本出願の枠組内では、透磁性数（比透磁率）が１（真空の透磁性数）からわずかにしか又は少しも逸脱しない材料は、一般的にそうであるように、低透磁性であると理解される。いかなる場合においても、低透磁性材料は、１．１未満の透磁性数を有する。したがって、低透磁性材料は、たとえば、コイル・コア５が作られる強磁性材料よりかなり低い磁気伝導率を有する。第１のプラスチック及び／又は第２のプラスチックは、たとえば、以下のプラスチックのうちの１つとすることができる。ポリエチレン（ＰＥ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ：Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ：Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ）、ポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ：Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ：Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ポリウレタン（ＰＵ：Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ：Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ポリアクリル、ポリカーボネート（ＰＣ：Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅｓ）、又はシリコーン。多くの用途のために、Ｔｅｆｌｏｎの商標名で知られている材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、及びペルフルオロアルコキシ・ポリマー（ＰＦＡ：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏａｌｋｏｘｙ ｐｏｌｙｍｅｒｓ）もまた、第１及び／又は第２のプラスチックとして好適である。
【0106】
好ましくは、これらのプラスチックのうちの１つが、磁気的有効コア３１、３２を密閉的に封入するための第１のプラスチックとして使用され、これらのプラスチックのうちの１つが、固定子４１、４２を密閉的に封入する固定子ハウジングのための第２のプラスチックとして使用される。理解には十分であるので、以下では第１のプラスチックと第２のプラスチックとのさらなる区別はなされない。
【0107】
インペラ２の各羽根８が封入されて、好ましくは密閉的に、完全に包囲されることも可能である。しかしながら、特に耐性のある材料から、たとえば、金属材料又はプラスチックから羽根８を製造することも可能である。
【0108】
すべての上述のプラスチック又は金属又はセラミック材料は低透磁性であるので、すなわち、それらは磁束を十分に伝導しないので、半径方向において、一方では第１又は第２の磁気的有効コア３１、３２との間に、他方では第１又は第２の固定子４１、４２のコイル・コア５の磁極シュー５２との間に配置される被覆３１３及び固定子ハウジング９１又は９２は、磁気的有効コア３１又は３２と固定子４１又は４２との間の磁気空隙によるものとすべきである。よって、磁気的有効コア３１又は３２と固定子４１又は４２との間の磁気空隙は、磁気的有効コア３１又は３２と固定子４１又は４２のコイル・コア５の磁極シュー５２との間の半径方向における距離と等しい。したがって、磁気的有効コア３１、３２の密閉的封入及び固定子４１、４２の密閉的封入は、他の無軸受モータと比較して大きな磁気空隙をもたらす。磁気的有効コア３１、３２が中心に配置されたときの磁気空隙の幅は、たとえば、４ｍｍであるか、さらに大きいことすらある。
【0109】
２つの固定子ハウジング９１及び９２は、少なくとも略同様に設計される。したがって、第１の固定子ハウジング９１のみ、以下で言及し、説明は、同じ又は類似的に同じ方法で、第２の固定子ハウジング９２に適用される。
【0110】
第１の固定子ハウジング９１は、軸方向Ａに隣接して配置される第１のハウジング部分９３及び第２のハウジング部分９４を有し、第１のハウジング部分９３はインペラ２の内側に配置され、第２のハウジング部分９４はインペラ２の外側に配置される。各ハウジング部分９３、９４は円筒形状を有し、第２のハウジング部分９４の外径は、第１のハウジング部分９３の外径より大きい。よって、全体として、したがって、第１の固定子ハウジング９１は、長い縁を中心としてＬの字を回転させたときに作り出される空間を包囲する。
【0111】
第１のハウジング部分９３の外径は、インペラ２の第１の磁気的有効コア３１の内径より小さく、第１のハウジング部分９３は、軸方向Ａにインペラ２に挿入することができる。第１の電磁回転駆動部の第１の固定子４１は、第１の固定子ハウジング９１の第１のハウジング部分９３内に配置され、第１の固定子ハウジング９１がインペラ２内に挿入されたときに、第１の固定子４１はインペラ２の第１の磁気的有効コア３１によって取り囲まれる。結果として、外部回転子のための回転駆動部の配置は通常通りであり、第１の固定子４１は、第１の磁気的有効コア３１の半径方向内側に配置される。
【0112】
第１の固定子ハウジング９１の第２のハウジング部分９４の外径は、第１の磁気的有効コア３１の外径と少なくとも同じ大きさであるように寸法決めされ、そのため、第２のハウジング部分９４は、インペラ２に挿入することができない。その場合、たとえば、第２のハウジング部分９４は、第１の固定子ハウジング９１が明確な位置にあるように第２のハウジング部分９４のための止め具を形成するファン・ハウジング１０（図３）に当接することができる。
【0113】
第１の固定子４１のための制御装置６は、第１の固定子ハウジング９１の第２のハウジング部分９４内に配置される。類似の方法において、第２の固定子４２のための制御装置６は、第２の固定子ハウジング９２の第２のハウジング部分９４内に設けられる。第１の固定子４１のための、又は、第２の固定子４２のための２つの制御装置６は、互いに独立して動作することができる。よって、たとえば、第１の固定子４１のための制御装置６は、第１の固定子４１に対する第１の磁気的有効コア３１の半径方向位置を調整し、独立して、第２の固定子４２のための制御装置６は、第２の固定子４２に対する第２の磁気的有効コア３２の半径方向位置を調整することができる。クロスフロー・ファン１は、２つの制御装置６によって駆動及び調整される。各制御装置６は、それぞれの固定子４１又は４２のコイル５３のための電流が生成されるパワー・エレクトロニクス、並びに、インペラ２の駆動部及びそれぞれの磁気的有効コア３１、３２の半径方向位置を調整又は制御する調整及び制御装置を有する。パワー・エレクトロニクスは好ましくは、プリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）として設計される。さらにまた、制御装置６は、さまざまなセンサ７、並びに、センサ７によって供給される信号を処理するための評価ユニットを有することができる。制御装置６全体もそれぞれの固定子ハウジング４１又は４２内に配置されるという事実により、クロスフロー・ファン１の非常にコンパクトで場所を取らない設計がもたらされる。さらに、制御装置６は、化学的に攻撃的な周囲条件、並びに、密閉的に封止された固定子ハウジング４１又は４２内の塵及び汚染に対しても保護される。
【0114】
さらにまた、ケーブルのためのフィードスルー９５が、各固定子ハウジング９１、９２に設けられ、そのケーブルを介して、制御装置６に電力が供給される。さらにまた、ケーブルは、制御装置６への又は制御装置６からの、アナログ又はデジタル信号の伝送のために使用することができる。この目的のために、各制御装置６のケーブルは、たとえば、電圧源に、及び、通信インタフェースに接続される。
【0115】
よって、第１及び第２の磁気的有効コア３１、３２並びに第１及び第２の固定子４１、４２の両方と、２つの制御装置６とが密閉的に封入されるので、クロスフロー・ファン１は、半導体産業に見られるような問題をはらむ環境での使用に完全に適している。ここで、腐食性蒸気、ガス、さらには腐食性物質が存在することがあり、それらは、従来のクロスフロー・ファンには、ほんの短い動作時間の後に、かなり損傷を与える可能性がある。特に、本発明によるクロスフロー・ファン１は、エキシマ・レーザ、及び、一般的なレーザ技術での使用に好適である。無軸受の概念、並びに、固定子４１、４２、制御装置６、及び磁気的有効コア３１、３２の密閉的封入により、クロスフロー・ファン１は、たとえば、製薬産業又はバイオテクノロジにおける、高純度環境での使用又は高純度ガスの運搬にも特に好適である。
【0116】
いずれの場合にも第２のハウジング部分９４のうちの１つに制御装置６を配置することは、第１のハウジング部分９３に配置される固定子４１、４２と第２のハウジング部分９４に配置される制御装置６との間の空間的分離という利点をさらに有する。空間的分離により、制御装置６は、固定子４１、４２によって生成される熱にほとんどさらされない。この熱は、たとえば、回転駆動部の動作によって、特に、固定子４１、４２のコイル５３を通る電流流れによって、渦電流損によって、及びヒステリシス損によって生成される。熱が運搬される流体によって固定子ハウジング９１、９２の第１のハウジング部分９３に導入されることもある。たとえば、エキシマ・レーザでは、運搬されるガスの温度は、最大２００℃又はさらに高い可能性がある。概して、電磁回転駆動部及び、特に、固定子４１、４２がその電子部品を有する制御装置６より高い温度にさらされる可能性があるので、固定子４１、４２及び制御装置６の空間的間隔は特に有利である。
【0117】
特に、制御装置６を過度の加熱からより適切に保護するために、各固定子ハウジング９１、９２内に、固定子４１、４２と制御装置６との間に配置される熱保護層９６（図３）を設けることは有利であることがある。
【0118】
さらに有利な方策として、冷却可能な各固定子４１、４２を設計することが可能である。たとえば、これは、コイル・コア５の間、すなわち、コイル５３も走る場所に冷却ライン９７（図４）を設けることによって実現することができ、その冷却ライン９７を通って、流体熱伝達媒体、たとえば、水又は空気が循環し、それらは、コイル５３で生成された熱又は他の熱を少なくとも部分的に吸収及び除去する。熱伝達媒体は、フィードスルー９５を通して供給及び除去することができる。当然のことながら、第１及び第２の固定子ハウジング９１、９２は、外部から冷却することもできる。
【0119】
本発明によるクロスフロー・ファン１のさらなる利点は、インペラ２をシャフトなしで設計できるということである。知られているクロスフロー・ファンに設けられるシャフトは、インペラを通って軸方向に延在し、インペラの中央において中心に配置され、それによって、シャフトは両方の軸端においてインペラから出て、軸方向に関してインペラを越えて突出するが、本発明によるクロスフロー・ファン１ではもはや必要ではなく、そのようなシャフトは省くことができる。これは、特に、構造設計に関して、相当の簡略化を意味し、インペラ２内部に追加の自由空間を提供する。
【0120】
インペラ２内部にシャフトがないことにより、１つ又は複数の流れガイド要素を、流体流れを案内するために、非常に簡単な方法でインペラ２内部に配置することができるという利点をさらにもたらされる。そのような変形形態が図１３に示されている。図１３の表現は、図１の表現に実質的に対応する。図１３は、第１の実施例の変形形態の概略図を示し、インペラ２は、より良好な理解のために図１３には示されていない。本変形形態において、バッフル・プレート２５は、インペラ２内部に設けられ、第１の固定子ハウジング９１から第２の固定子ハウジング９２まで軸方向Ａに延在する。バッフル・プレート２５は、いずれの場合にも、取り外し可能な接続要素２５１によって、それぞれの固定子ハウジング９１、９２に固定される。それぞれの固定子ハウジング９１又は９２への接続は好ましくは、バッフル・プレート２５を簡単な方法で挿入又は除去できるように、簡単に取り外し可能である。この目的のために、各接続要素２５１は、たとえば、それぞれの固定子ハウジング９１、９２内の凹部に係合できるように設計することができる。
【0121】
より良い理解のために、図１４は、軸方向Ａに垂直な断面における、バッフル・プレート２５を有する本変形形態の断面をさらに示す。図１４において、インペラ２は、その内部に配置されたバッフル・プレート２５を有して表されている。さらにまた、ファン・ハウジング１０、並びに、運搬される流体がインペラ２の全長にわたってインペラ２の内部に吸引される吸入領域２０、及び、運搬される流体がインペラ２の全長にわたってインペラ２の内部から排出される排出領域３０も表されている。図１４から分かるように、インペラ２の内部から排出領域３０に、できるだけ滑らかに流体流れの向きを変えるために、バッフル２５は、軸方向Ａに対して垂直に湾曲して設計される。
【0122】
概略図において、図１５は、本発明によるクロスフロー・ファン１の第２の実施例を示す。第２の実施例の以下の説明においては、第１の実施例及びその変形形態との違いのみが、さらに詳細に論じられる。その他の点では、第１の実施例及びその変形形態に対する説明は、第２の実施例に同じ方法で又は類似的に同じ方法で当てはまる。第２の実施例において、同じ部品又は機能の同じ部品は、第１の実施例と同じ参照符号で示される。
【0123】
第２の実施例において、第１の固定子４１及び第２の固定子４２はまた、いずれの場合にも、軸受駆動固定子として設計され、第１の固定子４１は、無軸受モータの原理に従って動作する電磁回転駆動部として、第１の磁気的有効コア３１と相互作用し、第２の固定子４２は、無軸受モータの原理に従って動作する電磁回転駆動部として、第２の磁気的有効コア３２と相互作用することができる。
【0124】
両方の電磁回転駆動部は、それぞれの固定子４１、４２の特に場所を取らない設計で設計される。各固定子４１、４２は、いずれの場合にも、厳密に３つだけのコイル・コア５を有し、厳密に１つの集中巻線５３（図１６）が各コイル・コア５上に設けられ、各固定子４１、４２は、厳密に３つの集中巻線５３を有する。より良好な概観の理由から、集中巻線５３は図１５に示されていない。さらにまた、インペラ２は、図１５にのみ示されている。
【0125】
より良好な概観の理由から、且つ、理解には十分であるので、被覆３１３及び２つの磁気的有効コア３１、３２の環状の磁気リフラックス３１２、並びに、２つの固定子ハウジング９１、９２は、図１５に示されていない。
【0126】
第２の実施例において、いずれの場合にも、６つの永久磁石３１１が、第１の磁気的有効コア３１及び第２の磁気的有効コア３２に設けられ、それらは、リングを形成するために、全体として互いを補完する。円周方向に見ると、６つの永久磁石３１１はすべて等しい長さである。各永久磁石３１１は、図１５及び図１６において参照符号のない矢印で示されるように、半径方向に磁化される。この場合、円周方向に隣接する永久磁石３１１は、いずれの場合にも反対方向に極性を与えられる、すなわち、半径方向内向きに極性を与えられた永久磁石３１１及び半径方向外向きに極性を与えられた永久磁石３１１は、いずれの場合にも隣接する。よって、第１の磁気的有効コア３１及び第２の磁気的有効コア３２はそれぞれ、６極、すなわち、磁極対数３を有して設計される。
【0127】
特に図１５で分かるように、第２の実施例において、別の同様に設計された磁気コア３１及び３２が、ゼロとは異なる角度αだけ互いに対して回転されて、インペラ２上に配置される。この角度αは、円周方向に測定された永久磁石３１１の半分の長さに対応し、そのため、３６０°を永久磁石３１１の数の２倍で割った商で与えられる。したがって、本実施例では、角度αは３０°である。
【0128】
浮上及び駆動原理のより良好な理解のために、図１６は、４つの異なる説明図Ｅ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける第１の固定子４１及び第１の磁気的有効コア３１を示す（同じことは、当然、第２の固定子４２及び第２の磁気的有効コア３２にも当てはまる）。それぞれがスナップショットを表す４つの説明図は、第１の磁気的有効コア３１が第１の固定子４１に対して配置される相対回転位置が異なる。それぞれの集中巻線５３を通る電流の流れは、それぞれの集中巻線５３における点記号及び十字記号によって示される。集中巻線５３のうちの１つのこれらの記号の二重化（説明図Ｂ参照）は、単一の記号のみ存在する集中巻線よりも強い、この集中巻線５３の電流を記号で表す。記号がない（説明図Ｄ参照）ことは、電流が現在この集中巻線５３を流れていないことを意味する。
【0129】
たとえば、トルクの生成のために、図１６の説明図Ｅに示されるように、３つの集中巻線５３はすべて、同じ巻き方向で等しい量の電流が加えられる。その場合、トルクＴは、力ＦＴから生じ、第１の磁気的有効コア３１の回転を駆動する。浮上力ＦＬを形成するために、各集中巻線５３のための電流の方向及び大きさは、軸受力の所望の全体的な方向及び所望の大きさが生じるように調節しなければならない。これは、図１６の説明図Ｂ及びＤに例示され、一方の場合、３つの集中巻線５３のうちの１つを流れる電流が、他の２つの集中巻線５３を通る電流よりも強く（説明図Ｂ）、他方の場合、集中巻線５３のうちの１つには電流が流れていない（説明図Ｄ）。
【0130】
浮上力ＦＬは、接線方向力ＦＴ及び半径方向力ＦＲから生じさせることができるので、第１の固定子４１と第１の磁気的有効コア３１との間の任意の相対回転位置のために、任意の大きさ及び方向の軸受力ＦＬを生成することが可能である。
【0131】
しかしながら、たとえば、図１６の説明図Ｃの場合のように、第１の磁気的有効コア３１に作用するトルクＴを生成することが不可能である、第１の磁気的有効コア３１と第１の固定子４１との間の相対回転位置が存在することも分かる。
【0132】
よって、第１の電磁回転駆動部は、非接触の磁気浮上に関して完全浮上機能を有するが、駆動に関して、第１の固定子４１に対する第１の磁気的有効コア３１の相対回転位置が、第１の磁気的有効コア３１に作用するトルクＴを第１の固定子４１で生成することができないような位置である、デテント位置が存在する。そのようなデテント位置から第１の電磁回転駆動部を開始することは可能でないであろう。
【0133】
この理由のために、第２の磁気的有効コア３２は、第１の磁気的有効コア３１に対してゼロとは異なる角度α（ここでは３０°）まで回転されて、インペラ２上に配置される。第１の磁気的有効コア３１及び第２の磁気的有効コア３２がインペラ２を介して耐トルク的に互いに接続されるので、第１の磁気的有効コア３１及び第２の磁気的有効コア３２が、それぞれの磁気的有効コア３１又は３２にトルクを与えることができない、それらの固定子４１又は４２に対する回転位置に、同時に位置することは不可能である。第１及び第２の磁気的有効コア３１、３２の相対的にねじれた配置により、２つの磁気的有効コア３１、３２のうちの少なくとも１つは、クロスフロー・ファン１のインペラ２が任意の回転位置から開始することができるように、ゼロとは異なるトルクＴをその上に与えることができる、関連する固定子４１、４２に対する回転位置に常に位置する。２つの固定子４１及び４２は、互いに対して回転しないように取り付けられる。
【0134】
当然のことながら、２つの磁気的有効コア３１、３２を互いに対して回転させないことも可能である、すなわち、ゼロと等しい角度αを選択し、且つ、（軸方向Ａのまわりの回転に関して）３０°の角度で互いに対して回転する２つの固定子４１、４２を配置することも可能である。
【0135】
小さい空間の要求に加えて、第２の実施例は、２つの電磁回転駆動部の制御及び調整をそれぞれ、非常に簡単に、労力をかけずに実現することができるというさらなる利点を有する。２つの電磁回転駆動部のそれぞれのためには、４つの半ブリッジのみ必要である。２つの固定子４１、４２のそれぞれにおいて、３つの集中巻線５３のそれぞれは、いずれの場合にも、１つの相を表す。これらの３つの相は、固定子４１、４２のそれぞれにおいて、各集中巻線５３の電流を、同じ固定子４１又は４２の他の２つの集中巻線５３の電流とは独立して調節又は調整することができるように、ロード可能なスター・ポイントにおいて接続される。スター・ポイントへ（又は、スター・ポイントから）流れる電流も調整される。よって、４つの電流を各電磁回転駆動部で調整することになり、そのため、４つの半ブリッジが必要である。よって、各電磁回転駆動部のために８つの回路遮断機が必要である。
【0136】
図１７は、本発明によるクロスフロー・ファン１の第３の実施例を非常に概略的な表現で示す。図１８は、本発明によるクロスフロー・ファン１の第４の実施例を非常に概略的な表現で示す。第３及び第４の実施例の以下の説明において、第１及び第２の実施例及びそれらの変形形態との違いのみが、さらに詳細に論じられる。その他の点では、第１及び第２の実施例及びそれらの変形形態に対する説明も、同じ方法で、又は、類似的に同じ方法で、第３及び第４の実施例に適用される。第３及び第４の実施例において、同じ部品又は機能の同じ部品は、前述の実施例と同じ参照符号で示される。
【0137】
一方の第３及び第４の実施例と他方の第１の２つの実施例との実質的な差異は、第３及び第４の実施例では、第２の固定子４２は軸受固定子としてのみ設計され、よって、駆動機能を実行することができないことである。よって、第２の固定子４２は、第２の磁気的有効コア３２を磁気的に浮上させるために、浮上力のみ与えることができるが、第２の軸受固定子４２は、インペラ２を駆動することに寄与するトルクを生成することはできない。よって、第３及び第４の実施例では、第１の電磁回転駆動部として第１の磁気的有効コア３１と相互作用する第１の固定子４１のみが、軸方向Ａのまわりに回転させるためにインペラ２を駆動するトルクを提供することができる。
【0138】
第２の固定子４２は、磁気軸受としてのみ、第２の磁気的有効コア３２と相互作用し、それにより、第２の固定子４２に対してインペラ２の第２の端部２２を磁気的に浮上させる。特に、第２の固定子４２及び第２の磁気的有効コア３２は、従来技術において知られており、第２の磁気的有効コアを浮上させるために好適な任意の磁気軸受のように設計されてもよい。好ましくは、第２の固定子３２は、定常、すなわち、非回転磁場でのみ、第２の磁気的有効コア３２を磁気的に浮上させるように設計される。
【0139】
図１７に示される第３の実施例において、第２の固定子４２は、インペラ２の半径方向内側に配置される。第２の固定子４２のための制御装置６は好ましくは、インペラ２の外側に配置される第２の固定子ハウジング９２の一部に配置される。
【0140】
図１８に示される第４の実施例において、第２の固定子４２は、第２の磁気的有効コア３２のまわりで半径方向外側に配置される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【外国語明細書】