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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】P2024147503
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】電磁回転駆動装置及び遠心ポンプ
(51)【国際特許分類】
H02K 9/19 20060101AFI20241008BHJP
H02K 7/09 20060101ALI20241008BHJP
H02K 7/14 20060101ALI20241008BHJP
F04D 29/00 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
H02K9/19 A
H02K7/09
H02K7/14 B
F04D29/00 B
【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 2024035463
(22)【出願日】2024-03-08
(31)【優先権主張番号】23166383
(32)【優先日】2023-04-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(71)【出願人】
【識別番号】524008915
【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】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ウルス ヴィリ
(72)【発明者】
【氏名】マリオ ヘフリガー
(72)【発明者】
【氏名】ナターレ バーレッタ
【テーマコード（参考）】
3H130
5H607
5H609
【Ｆターム（参考）】
3H130AA02
3H130AB22
3H130AB42
3H130AC30
3H130BA32H
5H607AA02
5H607BB01
5H607BB07
5H607BB14
5H607CC01
5H607DD03
5H607FF06
5H609BB01
5H609BB14
5H609PP06
5H609QQ04
5H609QQ11
5H609RR37
5H609RR40
5H609RR42
(57)【要約】
【課題】効率的な放熱が確実に行われる、電磁回転駆動装置を提案すること。
【解決手段】電磁回転駆動装置は、リング状又はディスク状の磁気的に有効なコア３１を有する回転子３と、支持及び駆動用固定子として設計された固定子２とを有し、回転子は、軸方向Ａを画定する回転軸を中心として非接触で磁気的に駆動され得、且つ固定子に対して非接触で磁気的に浮上し得る。回転子は、軸方向Ａに垂直な径方向の平面Ｅ内に能動的に磁気浮上され得る。固定子は、複数のコイル・コア２５を有し、それぞれが、第１の端部から第２の端部まで軸方向Ａに延在する長手方向脚部２６と、第２の端部で長手方向脚部から径方向に延在する横方向脚部２７とを有する。周方向において２つの隣接するコイル・コアの長手方向脚部間の間隙に配置された、軸方向Ａに延在する少なくとも１つの冷却導管セクション８０を有する第１の冷却導管８を有する冷却デバイス１０が設けられる。
【選択図】図１
【解決手段】電磁回転駆動装置は、リング状又はディスク状の磁気的に有効なコア３１を有する回転子３と、支持及び駆動用固定子として設計された固定子２とを有し、回転子は、軸方向Ａを画定する回転軸を中心として非接触で磁気的に駆動され得、且つ固定子に対して非接触で磁気的に浮上し得る。回転子は、軸方向Ａに垂直な径方向の平面Ｅ内に能動的に磁気浮上され得る。固定子は、複数のコイル・コア２５を有し、それぞれが、第１の端部から第２の端部まで軸方向Ａに延在する長手方向脚部２６と、第２の端部で長手方向脚部から径方向に延在する横方向脚部２７とを有する。周方向において２つの隣接するコイル・コアの長手方向脚部間の間隙に配置された、軸方向Ａに延在する少なくとも１つの冷却導管セクション８０を有する第１の冷却導管８を有する冷却デバイス１０が設けられる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
テンプル・モータとして設計された電磁回転駆動装置であって、リング状又はディスク状の磁気的に有効なコア（３１）を有する回転子（３）と、支持及び駆動用固定子として設計された固定子（２）とを有し、それにより、前記回転子（３）は、動作状態において、軸方向（Ａ）を画定する所望の回転軸を中心として非接触で磁気的に駆動されることができ、また前記回転子（３）は、前記固定子（２）に対して非接触で磁気的に浮上させられることができ、
前記回転子（３）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な径方向の平面（Ｅ）内に能動的に磁気浮上させられ、
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）のそれぞれが、第１の端部から第２の端部まで前記軸方向（Ａ）に延在する長手方向脚部（２６）と、前記長手方向脚部（２６）の前記第２の端部に且つ前記径方向の平面（Ｅ）内に配置された横方向脚部（２７）であって、前記長手方向脚部（２６）から径方向に延在する横方向脚部（２７）とを有し、
前記コイル・コア（２５）は、前記磁気的に有効なコア（３１）を中心にして周方向に配置され、また
少なくとも１つの集中巻線（６１、６１ａ、６１ｂ）が各長手方向脚部（２６）に設けられ、前記集中巻線（６１、６１ａ、６１ｂ）は、前記それぞれの長手方向脚部（２６）を取り囲んでいる、電磁回転駆動装置において、
冷却液が流れることができる第１の冷却導管（８）を有する冷却デバイス（１０）が設けられ、前記第１の冷却導管（８）は、前記周方向において、２つの隣接するコイル・コア（２５）の前記長手方向脚部（２６）間の間隙に配置された少なくとも１つの冷却導管セクション（８０）であって、前記軸方向（Ａ）に延在する少なくとも１つの冷却導管セクション（８０）を有することを特徴とする、電磁回転駆動装置。
前記回転子（３）は、前記軸方向（Ａ）に垂直な径方向の平面（Ｅ）内に能動的に磁気浮上させられ、
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）のそれぞれが、第１の端部から第２の端部まで前記軸方向（Ａ）に延在する長手方向脚部（２６）と、前記長手方向脚部（２６）の前記第２の端部に且つ前記径方向の平面（Ｅ）内に配置された横方向脚部（２７）であって、前記長手方向脚部（２６）から径方向に延在する横方向脚部（２７）とを有し、
前記コイル・コア（２５）は、前記磁気的に有効なコア（３１）を中心にして周方向に配置され、また
少なくとも１つの集中巻線（６１、６１ａ、６１ｂ）が各長手方向脚部（２６）に設けられ、前記集中巻線（６１、６１ａ、６１ｂ）は、前記それぞれの長手方向脚部（２６）を取り囲んでいる、電磁回転駆動装置において、
冷却液が流れることができる第１の冷却導管（８）を有する冷却デバイス（１０）が設けられ、前記第１の冷却導管（８）は、前記周方向において、２つの隣接するコイル・コア（２５）の前記長手方向脚部（２６）間の間隙に配置された少なくとも１つの冷却導管セクション（８０）であって、前記軸方向（Ａ）に延在する少なくとも１つの冷却導管セクション（８０）を有することを特徴とする、電磁回転駆動装置。
【請求項2】
前記第１の冷却導管（８）は、少なくとも１つの冷却ループ（８１）と、好ましくは複数の冷却ループ（８１）とを有し、各冷却ループ（８１）が、いずれの場合にも、前記周方向において、２つの隣接するコイル・コア（２５）の前記長手方向脚部（２６）間の間隙に配置され、また各冷却導管セクション（８０）が、いずれの場合にも、前記冷却ループ（８１）のうちの１つの一部である、請求項１に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項3】
前記第１の冷却導管（８）は、複数の冷却ループ（８１）と、隣接する冷却ループ（８１）を連結する連結セクション（８２）とを有し、前記連結セクション（８２）がそれぞれ、前記周方向に延在し、且つ前記コイル・コア（２５）の前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部に隣接して径方向外側に配置される、請求項２に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項4】
すべての長手方向脚部（２６）の前記第１の端部が、磁束を誘導するためのバック・アイアン（２２）によって連結され、前記第１の冷却導管（８）は、前記バック・アイアン（２２）に隣接して隣接して領域的に延在している、請求項１から３までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項5】
前記冷却デバイス（１０）は、前記冷却液が流れることができる第２の冷却導管（９）を有し、前記第２の冷却導管（９）は、前記巻線（６１、６１ａ、６１ｂ）によって取り囲まれた内部空間に、前記巻線（６１、６１ａ、６１ｂ）に対して径方向内側に配置された内部空間ループ（９０）を有し、前記内部空間ループ（９０）は、好ましくは冷却スパイラル（９１）として設計される、請求項１から４までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項6】
前記第１の冷却導管（８）と前記第２の冷却導管（９）とが直列に連結されている、請求項５に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項7】
電子部品を備えた第１の回路基板（７１）が、前記軸方向（Ａ）に関して、前記巻線（６１、６１ｂ）と前記横方向脚部（２７）の間に配置され、前記冷却デバイス（１０）は第１のリング状導管（９３）又は第２のリング状導管（９４）を有し、前記第１のリング状導管（９３）又は前記第２のリング状導管（９４）のそれぞれを通して前記冷却液が流れることができ、前記第１のリング状導管（９３）及び前記第２のリング状導管（９４）がそれぞれ、前記コイル・コア（２５）の前記長手方向脚部（２６）に沿って径方向内側に、前記周方向に延在し、前記第１のリング状導管（９３）は、前記軸方向（Ａ）に関して、前記第１の回路基板（７１）と前記横方向脚部（２７）の間に配置され、前記第２のリング状導管（９４）は、前記軸方向（Ａ）に関して、前記第１の回路基板（７１）と前記巻線（６１、６１ｂ）の間に配置される、請求項１から６までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項8】
前記冷却デバイス（１０）は、前記第１のリング状導管（９３）及び前記第２のリング状導管（９４）を有する、請求項７に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項9】
前記第１のリング状導管（９３）及び／又は前記第２のリング状導管（９４）は、前記第２の冷却導管（９）の一体部分であり、且つ前記内部空間ループ（９０）及び前記冷却スパイラル（９１）とそれぞれ直列に連結されている、請求項７又は８に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項10】
電子部品を備える第２の回路基板（７２）が設けられ、前記第２の回路基板（７２）は、前記軸方向（Ａ）に関して、前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部に隣接して、前記横方向脚部（２７）とは反対を向いた側に配置され、前記冷却デバイス（１０）は第３のリング状導管（８３）又は第４のリング状導管（８４）を有し、前記第３のリング状導管（８３）又は前記第４のリング状導管（８４）のそれぞれを通して前記冷却液が流れることができ、前記第３のリング状導管（８３）及び前記第４のリング状導管（８４）がそれぞれ前記周方向に延在し、前記第３のリング状導管（８３）は、前記軸方向（Ａ）に関して、前記第２の回路基板（７２）と前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部との間に配置され、前記第４のリング状導管（８４）は、前記軸方向（Ａ）に関して、前記第２の回路基板（７２）が前記長手方向脚部（２６）の前記第１の端部と前記第４のリング状導管（８４）との間に位置するように配置される、請求項１から９までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項11】
前記第３のリング状導管（８３）及び／又は前記第４のリング状導管（８４）は、前記第１の冷却導管（８）の一体部品であり、前記少なくとも１つの冷却ループ（８１）と直列に連結されている、請求項１０に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項12】
２つの集中巻線（６１ａ、６１ｂ）が、各長手方向脚部（２６）に設けられ、前記２つの集中巻線（６１ａ、６１ｂ）のそれぞれが、前記それぞれの長手方向脚部（２６）を取り囲み、且つ前記軸方向（Ａ）に関して、互いに隣接して配置される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項13】
複数の集中駆動コイル（６１ａ）が設けられ、前記複数の集中駆動コイル（６１ａ）のそれぞれが、いずれの場合にも、２つの隣接するコイル・コア（２５）の前記長手方向脚部（２６）の周りに配置され、それにより前記２つの長手方向脚部（２６）が、前記径方向に関して、前記駆動コイル６１ａの内側に配置される、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項14】
前記冷却導管セクション（８０）のうちの少なくとも１つ、又は前記冷却ループ（８１）のうちの１つが、前記径方向に関して、前記駆動コイル（６１ａ）のうちの１つの内側に配置される、請求項１３に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項15】
液体を搬送するための遠心ポンプであって、請求項１から１４までのいずれか一項に従って設計された電磁回転駆動装置（１）を有し、前記電磁回転駆動装置（１）の前記回転子（３）が、前記遠心ポンプの前記回転子（３）として設計されていることを特徴とする、遠心ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、独立特許請求項の前提部分による電磁回転駆動装置、及びそのような電磁回転駆動装置を有する遠心ポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
ベアリングレス・モータの原理に従って設計され、動作する、電磁回転駆動装置が知られている。ベアリングレス・モータという用語は、回転子が固定子に対して完全に磁気的に浮上し、別個の磁気ベアリングが設けられていない電磁回転駆動装置を意味する。固定子は、この目的のために、電気駆動の固定子であり、磁気浮上の固定子でもある、支持用固定子及び駆動用固定子として設計されている。回転磁場は、固定子の電気巻線によって生成することができ、一方では回転子にトルクを加え、所望の回転軸を中心とする回転子の回転を生み出し、他方では任意に調整可能な横方向の力を回転子に加え、これにより回転子の径方向の位置を、能動的に制御又は調節することができる。したがって、回転子の３自由度、すなわち回転子の回転及び径方向の位置（２自由度）を、能動的に調節することができる。回転子は、別の３自由度、すなわち回転子の軸方向の位置及び所望の回転軸に垂直な径方向の平面に対する傾斜（２自由度）に関して、受動的に磁気抵抗力によって磁気浮上又は安定化される。すなわち、別の３自由度は制御することができない。回転子の完全な磁気浮上によって、別個の磁気ベアリングがないことが特質であり、これによりベアリングレス・モータの名前が与えられている。支持機能は、支持及び駆動用固定子では、駆動機能からは分離することができない。
【0003】
かかるベアリングレス・モータは、数多くの用途で実証されている。ベアリングレス・モータは、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（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）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。
【0004】
ベアリングレス・モータの原理のさらなる利点は、電磁回転駆動装置の回転子であり、ポンプの回転子でもある、一体型回転子としての回転子の設計である。ここでの利点は、非接触の磁気浮上に加えて、非常に小型で省スペースの設計である。
【0005】
加えて、ベアリングレス・モータの原理により、例えば、回転子が固定子から非常に簡単に分離できる、遠心ポンプの設計も可能である。これは、非常に大きな利点である。というのは、例えば、このようにして、回転子又は回転子を有するポンプ・ユニットを、１回だけ使用する使い捨て部品として設計できるからである。今日、かかる使い捨てでの使用は、非常に高い純度要件のために、以前のプロセスにおいて、取り扱われるべき物質と接触するすべてのそうした構成要素を、入念な手法で、例えば蒸気滅菌を用いて、洗浄及び滅菌する必要があった、プロセスに取って代わることが多い。１回だけ使用するよう設計されている場合、取り扱われるべき物質と接触するそうした構成要素は、まさに１回しか使用されず、次いで、次の使用のために新しい、すなわち未使用の使い捨て部品と交換される。
【0006】
この点では、製薬業界及び生物工学業界を、実例として挙げることができる。ここでは、物質の注意深く穏やかな搬送を必要とする溶液及び懸濁液が、頻繁に生産される。
【0007】
ベアリングレス・モータの原理に従って設計できる、それ自体は電磁回転駆動装置として知られている有益な設計は、例えば、欧州特許第３２３２５４９Ａ号に開示されている、テンプル・モータの設計である。本発明もまた、テンプル・モータの設計に関する。
【0008】
テンプル・モータ特有の特徴は、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、軸方向に平行に延在する長手方向の脚部を有していることである。軸方向とは、回転子の所望の回転軸、すなわち回転子が、動作状態で、軸方向に垂直な径方向の平面において、固定子に対して中心且つ傾斜していない位置にあるときの、回転子がその回りを回転する回転軸によって画定される方向を指す。各長手方向脚部は、第１の端部から軸方向に、第２の端部まで延在している。各コイル・コアは、長手方向の脚部に加えて、いずれも長手方向の脚部の第２の端部に設けられ、径方向に内側へ、すなわち長手方向の脚部に対してほぼ直角に延在する、横方向脚部を有する。コイル・コアはそれぞれ、Ｌ字形状であり、横方向脚部は、Ｌ字の短い脚部をなす。回転子は、この場合、横方向脚部間に配置される。軸方向に延在する複数の長手方向の脚部が、寺院の柱を連想させることが、テンプル・モータの名前の由来である。
【0009】
テンプル・モータは、一設計では、例えば、回転子（内側の回転子）の周りに、円形且つ等距離に配置された、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、磁束を誘導するよう機能する、バック・アイアン（ｂａｃｋ ｉｒｏｎ；裏当て鉄片）によって周方向に連結されている。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有し、横方向脚部の径方向内側にあ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、また回転子は、非接触で磁気的に駆動され、固定子に対して非接触で磁気的に浮上する。
【0010】
また、磁気的に有効なコアが、永久磁石のない手法で、すなわち永久磁石を使わずに設計されるような、テンプル・モータの設計も知られている。この場合、回転子の磁気的に有効なコアは、例えば、強磁性の手法で設計され、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からなる。
【0011】
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有する設計も可能である。例えば、永久磁石を、強磁性の基体内に配置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益である。
【0012】
長手方向脚部は、回転子の磁気駆動及び磁気支持に必要な電磁回転場を生成するために、巻線を担持している。巻線は、例えば、１つの集中巻線が、各長手方向脚部の周りに巻かれるように、すなわち、各集中巻線のコイル軸が、いずれも軸方向に延在するように、設計されている。ここで、集中巻線のコイル軸が、所望の回転軸と平行であり、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浮上する、径方向の平面に配置されないのが、典型的なテンプル・モータである。
【0013】
かかる電磁回転駆動装置の動作における１つの問題は、動作中の発熱、例えば鉄損及び銅損による発熱の放散である。温度の上昇は、特に、回転駆動装置の電子部品に関して、耐用年数の短縮につながる。熱損失を放散することにより、モータ性能を向上させることもできる。回転駆動装置で、例えば、非常に高温の液体を搬送又は混合する場合、放熱の問題はさらに深刻となる。この場合、やはり熱が、液体から電磁回転駆動装置に伝達される。例えば、半導体産業では、搬送されるべき液体が２００℃より高温、例えば最高２２０℃になる用途がある。加えてこれは、化学的に侵食性の物質、例えば硫酸又はリン酸であることが多い。
【0014】
動作することで発生する熱、又は回転駆動装置に液体によって伝わる熱を放散する、様々な措置が知られている。例えば、回転駆動装置の筐体に、熱を周囲に放散する、冷却フィンを設けることができる。
【0015】
回転駆動装置の筐体にファン又は送風機を設け、空気流によって回転駆動装置を冷却することも知られている。ただし、こうしたファンは、耐用年数が限定され、概して化学耐性があまり高くないため、例えば半導体産業での用途にはあまり適していない。
【0016】
また、例えば圧縮空気が吹き込まれる、筐体に取り付けられたフードを用いて、回転駆動装置の筐体での圧縮空気による冷却を可能にすることも知られている。しかし、圧縮空気は非常に高価であるため、プロセスの経済性の点でむしろ不利である。
【0017】
さらに、熱を放散するために、例えば冷却用流体が流れる冷却プレートを、回転駆動装置の筐体に取り付けることが知られている。しかし、かかる外部冷却プレートでは、多くの場合、十分な放熱を確実に行うことができないことがわかっている。この理由の１つは、例えば回転駆動装置の筐体の熱抵抗値が高く、そのため冷却プレートを用いても、筐体内部又は筐体内部に配置された構成要素から、十分に熱を放散できないためである。
【0018】
実際には、特に、搬送されるべき液体又は混合される液体の温度が、７０℃を超える用途において、回転駆動装置の筐体でのかかる外部冷却では、満足のいく放熱を確実に行うことはできないことがわかっている。
【0019】
例えば、モータの筐体の壁に、モータの動作中に冷却用流体が流れる穴又は水路などの冷却構造が設けられた、米国特許第１０，５３０，２２１号によるモータも知られている。筐体の壁のかかる冷却構造は、多くの費用をかけてフライス加工又は穿孔する必要があり、非常に複雑で、製造コストが高くなる。加えて、追加の密封機構が必要である。この場合、所望の化学耐性を確保するために、追加の塗装を施さなければならないことが多い。その結果、追加の熱抵抗が生じ、冷却性能が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0020】
【特許文献1】欧州特許第３２３２５４９Ａ号
【特許文献2】米国特許第１０，５３０，２２１号
【特許文献3】欧州特許第４０８４３０４Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0021】
したがって、この現況技術から始めて、テンプル・モータとして設計され、回転駆動装置から効率的な放熱が確実に行われる、電磁回転駆動装置を提案することが本発明の目的である。回転駆動装置は、特に、例えば最高２００°Ｃ又はそれを超えることさえある、非常に高温の液体を搬送又は混合する用途にも適しているべきである。本発明の目的は、さらに、かかる回転駆動装置を有する遠心ポンプを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【0022】
こうした目的を満たす本発明の主題は、独立特許請求項の特徴部分によって、特徴づけられる。
【0023】
したがって、本発明によれば、テンプル・モータとして設計される電磁回転駆動装置が提案され、電磁回転駆動装置は、回転子と固定子とを備え、回転子はリング状又はディスク状の磁気的に有効なコアを有し、固定子は支持及び駆動用固定子として設計され、回転子を、動作状態において非接触で、軸方向を画定する所望の回転軸を中心として磁気的に駆動でき、また回転子を、固定子に対して非接触で、磁気的に浮上させることができ、回転子は、軸方向に垂直な径方向の平面に能動的に磁気浮上し、固定子は、複数のコイル・コアを備え、コイル・コアのそれぞれが、第１の端部から第２の端部まで軸方向に延在する、長手方向脚部と、長手方向脚部の第２の端部で、径方向の平面に配置され、長手方向脚部から径方向に延在する、横方向脚部とを有し、コイル・コアは、磁気的に有効なコアを中心にして周方向に配置され、少なくとも１つの集中巻線が、各長手方向脚部に設けられ、それぞれの長手方向脚部を取り囲んでいる。冷却液を流すことができる、第１の冷却導管を有する冷却デバイスが設けられ、第１の冷却導管は、周方向に、隣り合う２つのコイル・コアの長手方向脚部間の間隙に配置され、軸方向に延在する、少なくとも１つの冷却導管セクションを備える。
【0024】
少なくとも１つの冷却導管セクションが、隣り合う２つの長手方向脚部間の間隙に、したがって２つの周方向に隣り合う巻線間の間隙にも配置されるという事実により、熱が、発生する場所から効率的に放散される。動作中に発生する熱のかなりの部分は、例えば長手方向脚部で発生する鉄損、及び巻線で発生する銅損から生じる。冷却導管セクションは、長手方向脚部及び長手方向脚部上に配置された巻線に、直に隣り合って配置されるので、２つの主な熱源がある場所を正確に冷却する。したがって、回転駆動装置による、非常に効率的な放熱が実現する。
【0025】
回転駆動装置は、典型的には、固定子が配置される固定子用筐体を有する。この場合、冷却導管セクションが固定子用筐体の内部空間に配置されるため、固定子用筐体の壁に、穴又は切欠きなどの複雑な冷却構造を設ける必要がない。冷却デバイスは、したがって、テンプル・モータの構成要素の設計を大幅に変更する必要なしに、テンプル・モータに容易に組み込むことができる。これは、構造上の観点から、非常に大きな利点である。
【0026】
冷却液は、流体、例えば水、蒸留水、又は好ましくは、脱塩水若しくは脱イオン水（ＤＩ水：ｄｅｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ）であることが好ましい。
【0027】
冷却導管セクションは、隣り合う２つの長手方向脚部の、長手方向脚部間の間隙のうちの１つに完全に配置されるか、又は複数の該間隙にわたって延在する、冷却ループの一部であることが好ましい。
【0028】
第１の冷却導管は、好ましい実施例では、少なくとも１つの冷却ループ、好ましくは複数の冷却ループを備え、各冷却ループはいずれも、周方向に、隣り合う２つのコイル・コアの長手方向脚部間の間隙に配置され、各冷却導管セクションはいずれも、冷却ループのうちの１つの一部である。複数の冷却ループを備えた第１の冷却導管の一実施例では、隣り合う冷却ループを連結するための、連結セクションが設けられることが好ましい。周方向に隣り合う２つの長手方向脚部間の各間隙のいずれにも、１つの冷却ループが設けられる実施例が可能である。この場合、冷却ループの数は、コイル・コアの数と等しいことが好ましい。
【0029】
しかし、冷却ループが、周方向に隣り合う２つの長手方向脚部間の各間隙に設けられない実施例も可能である。この場合、冷却ループの数は、コイル・コアの数よりも少ないことが好ましい。
【0030】
各冷却ループはいずれも、Ｕ字形に設計されており、Ｕ字の２つの脚部はそれぞれ、軸方向に延在し、したがってコイル・コアの長手方向脚部と平行であることが特に好ましい。Ｕ字の閉じた側は、長手方向脚部の第１の端部のより近くに配置されたＵ字の開いた側よりも、長手方向脚部の第２の端部のより近くに配置される。隣り合う冷却ループ間の連結セクションはそれぞれ、Ｕ字型冷却ループの一方の脚部を、周方向に隣り合うＵ字型冷却ループの脚部のうちの一方に連結する。
【0031】
第１の冷却導管は、すべての冷却ループ及びすべての連結セクションと一体に設計され、第１の冷却連結部から第２の冷却連結部まで延在することが好ましい。第１の冷却導管は、パイプを曲げることにより製造することが特に好ましい。例えば、元々真っ直ぐなパイプの断片を、間に連結セクションが配置された状態でＵ字形の冷却ループが形成されるように、曲げることによって形成される。
【0032】
第１の冷却管導管は、さらに、ステンレス鋼又は防錆鋼でできていることが好ましい。かかる鋼には、例えば、銅よりも耐食性が高いという利点もある。特に冷却液として、例えば、通常の水よりも侵食性の高いＤＩ水が使用される場合、第１の冷却導管を、防錆鋼又はステンレス鋼で作ることは有益である。
【0033】
第１の冷却導管は、したがって、複数の冷却ループと、隣り合う冷却ループを連結する連結セクションとを備えることが好ましく、また連結セクションがそれぞれ、周方向に延在し、コイル・コアの長手方向脚部の第１の端部と隣り合って、径方向外側に配置されていることが好ましい。
【0034】
好ましい実施例では、すべての長手方向脚部の第１の端部が、磁束を誘導するためのバック・アイアンによって連結され、第１の冷却導管は、バック・アイアンに隣り合って領域的（ｒｅｇｉｏｎ－ｗｉｓｅ）に延在している。ここで領域的とは、特に、バック・アイアン内に存在する熱、すなわち、特に鉄損による発熱が、発生箇所で効率的に吸収され放散されるように、連結セクションがバック・アイアンに沿って延在できることを意味する。
【0035】
さらに好ましい措置は、冷却デバイスが、冷却液を流すことができる第２の冷却導管を有することであり、第２の冷却導管は、巻線によって取り囲まれた内部空間に、巻線に対して径方向内側に配置された内部空間ループを備え、内部空間ループは、冷却スパイラルとして設計されることが好ましい。この内部空間ループ、すなわち冷却スパイラルによって、熱が、生じる場所又はそのすぐ近傍で吸収されるので、集中巻線による、すなわち、例えば銅損による発熱と、コイル・コア又はバック・アイアンの鉄損による発熱との両方を、効率的に放散することができる。
【0036】
第１の冷却導管と第２の冷却導管とは、互いに直列に連結されていることが好ましい。第１の冷却導管及び第２の冷却導管は、全体が一体に設計され、前後又は直列に配置される冷却導管は、パイプを曲げることによって製造されることが特に好ましい。例えば、元々真っ直ぐなパイプの断片を、間に連結セクションが配置された状態のＵ字形の冷却ループ、及び直列に配置された第２の冷却導管が形成されるように、曲げることによって形成される。
【0037】
好ましい実施例では、電子部品を備えた第１の回路基板が、軸方向に関して、巻線と横方向脚部との間に配置されており、冷却デバイスは、それぞれを通して冷却液を流すことができる、第１のリング状導管又は第２のリング状導管を有し、第１のリング状導管及び第２のリング状導管がそれぞれ、周方向に、コイル・コアの長手方向脚部に沿って径方向内側に延在し、第１のリング状導管は、軸方向に関して、第１の回路基板と横方向脚部との間に配置され、第２のリング状導管は、軸方向に関して、第１の回路基板と巻線との間に配置されている。この実施例では、第１の回路基板、例えば電子プリント又はＰＣＢ（プリント回路基板：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）は、（軸方向に関して）横方向脚部と隣り合って配置され、例えば、センサ、例えば位置センサ若しくは磁場センサの、制御若しくは動作用電子部品、又はセンサから供給される信号を評価するための構成要素を、収めることができる。
【0038】
電子プリント上に配置される電子部品は、通常、非常に影響を受けやすく、過度の熱が加えられると、損傷するか、故障するか、又は耐用年数が短くなる可能性があるので、過熱に対してとりわけ十分に保護すべきである。したがって、この領域が十分に冷却され、電子部品を備えた第１の回路基板が過熱から保護されるように、第１又は第２のリング状導管を、第１の回路基板に直に隣り合うよう配置することは有益である。特に、回転駆動装置が遠心ポンプとして設計されている場合、第１の回路基板は、回転子が配置されているポンプ筐体のすぐ近傍に位置する。非常に高温の、例えば、温度が２００℃以上の液体を搬送する場合、かなりの量の熱が、搬送されるべき液体から回転駆動装置に、したがって第１の回路基板にも、伝達される。したがって、かかる用途では、熱が、第１の回路基板が配置されている領域から直に放散されるように、第１又は第２のリング状導管を設けることが、とりわけ有益である。
【0039】
特に、冷却デバイスが、第１のリング状導管及び第２のリング状導管を備える実施例も可能である。
【0040】
第１のリング状導管及び／又は第２のリング状導管は、第２の冷却導管に統合された一部（すなわち一体部分）であり、内部空間ループ及び冷却スパイラルと直列に連結されていることが好ましい。
【0041】
好ましい実施例では、電子部品を備え、軸方向に関して、長手方向脚部の第１の端部に隣り合って、横方向脚部とは反対側に向く側部に配置される、第２の回路基板が設けられ、冷却デバイスは、それぞれを通して冷却液を流すことができる、第３のリング状導管又は第４のリング状導管を有し、第３のリング状導管及び第４のリング状導管はそれぞれ、周方向に延在し、第３のリング状導管は、軸方向に関して、第２の回路基板と長手方向脚部の第１の端部との間に配置され、第４のリング状導管は、軸方向に関して、第２の回路基板が長手方向脚部の第１の端部と第４のリング状導管との間に位置するように配置される。
【0042】
脚部の第１の端部が下部と指定され、脚部の第２の端部が上部と指定される場合、第２の回路基板は、コイル・コアの下方に配置される。第３のリング状導管は、第２の回路基板と長手方向脚部の第１の端部との間に配置され、長手方向脚部の第１の端部は、通常、バック・アイアンを介して互いに連結されている。第４のリング状導管は、第２の回路基板の下方に配置される。第３のリング状導管及び／又は第４のリング状導管は、したがって、電子部品を備えた第２の回路基板を、過剰な熱の流入から効率的に保護し、バック・アイアンからの熱も、放散することができる。例えば、巻線に電力供給して制御するパワーエレクトロニクス回路は、第２の回路基板上に設けられる。
【0043】
第３のリング状導管と第４のリング状導管との両方が設けられる実施例、第３のリング状導管は設けられるが第４のリング状導管は設けられない実施例、又は第４のリング状導管は設けられるが第３のリング状導管は設けられない実施例が、可能である。
【0044】
第３のリング状導管及び／又は第４のリング状導管は、第１の冷却導管に統合された一部であり、少なくとも１つの冷却ループと直列に連結されていることが好ましい。したがって、必要となる冷却液用冷却連結部は２つだけであり、すなわち、これを通して冷却液が、第１の冷却導管及び直列に配置された第２の冷却導管に取り込まれる、第１の冷却連結部、並びにこれを通して冷却液が、第１及び第２の冷却導管を通って流れた後に排出される、第２の冷却連結部である。
【0045】
さらに好ましい実施例によれば、２つの集中巻線が、各長手方向脚部に設けられ、集中巻線のそれぞれが、それぞれの長手方向脚部を取り囲み、軸方向に互いに隣り合って配置されている。
【0046】
さらに好ましい実施例では、複数の集中駆動コイルが設けられ、集中駆動コイルのそれぞれがいずれも、隣り合う２つのコイル・コアの長手方向脚部の周りに配置され、この結果、２つの長手方向脚部が、径方向に、駆動コイル内に配置されている。こうした駆動コイルも、したがって、集中巻線として設計されているが、各駆動コイルはいずれも、隣り合う２つの長手方向脚部の周囲に巻かれ、これによりそれぞれの駆動コイルが、隣り合う２つの長手方向脚部間の間隙を囲い込む。
【0047】
この実施例では、冷却導管セクションのうちの少なくとも１つ、又は冷却ループのうちの１つが、径方向に関して、駆動コイルのうちの１つの内側に配置されることが好ましい。したがって、駆動コイルが、この冷却導管セクション又はこの冷却ループを取り囲むことにより、駆動コイル内に配置された冷却導管セクション又は駆動コイル内に配置された冷却ループは、駆動巻線による発熱を、とりわけ十分に放散することができる。
【0048】
さらに、液体を搬送する遠心ポンプが本発明で提案され、遠心ポンプは、本発明に従って設計された電磁回転駆動装置を有し、電磁回転駆動装置の回転子は、遠心ポンプの回転子として設計されている。
【0049】
遠心ポンプは、搬送されるべき液体用ポンプ入口及びポンプ出口を有する、ポンプ筐体を有し、回転子は、ポンプ筐体内に配置され、液体を搬送するための複数のベーンを有する。ポンプ筐体は、回転子の磁気的に有効なコアが、横方向脚部によって取り囲まれるように、固定子内に挿入できるよう設計されている。
【0050】
本発明のさらに有利な措置及び実施例は、従属請求項から明らかである。
【0051】
以下において、本発明を、実施例を参照しながら、また図面を参照しながら、より詳細に説明することにする。
【図面の簡単な説明】
【0052】
【図1】本発明による電磁回転駆動装置の、第１の実施例の斜視図である。
【図2】第１の実施例の、冷却デバイスの斜視図である。
【図3】本発明による電磁回転駆動装置の、第２の実施例の部分断面斜視図である。
【図4】第２の実施例の、冷却デバイスの斜視図である。
【図5】本発明による電磁回転駆動装置の、第３の実施例の部分断面斜視図である。
【図6】第３の実施例の、冷却デバイスの斜視図である。
【図7】第３の実施例の変形例の、部分断面斜視図である。
【図8】本発明による電磁回転駆動装置の、第４の実施例の斜視図である。
【図9】第４の実施例の、冷却デバイスの斜視図である。
【図10】本発明による電磁回転駆動装置の、第５の実施例の部分断面斜視図である。
【図11】第５の実施例の、冷却デバイスの分解斜視図である。
【図12】本発明による遠心ポンプの、一実施例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0053】
図１は、全体を参照符号１で示す、本発明による電磁回転駆動装置の第１の実施例の斜視面を示している。電磁回転駆動装置１は、テンプル・モータとして設計され、ここでは６つのコイル・コア２５である、複数のコイル・コア２５を備える固定子２を有し、コイル・コア２５のそれぞれが、軸方向Ａに延在する長手方向２６と、長手方向脚部２６に垂直に配置された、横方向脚部２７とを有し、横方向脚部２７は、径方向に延在し、端面２１１によって画定されている。コイル・コア２５は、端面２１１が電磁回転駆動装置１の回転子３を取り囲むように、円形の線上に等距離に配置されている。２つの集中巻線６１ａ、６１ｂは、いずれも各長手方向脚部２６に設けられ、集中巻線のそれぞれが、それぞれの長手方向脚部２６を取り囲み、軸方向Ａに互いに隣り合って配置されている。他の実施例では（例えば、図７参照）、きっちり１つの集中巻線６１が、各長手方向脚部２６に配置され、それぞれの長手方向脚部２６を取り囲んでいる。
【0054】
【0055】
回転子３は、固定子２に対して非接触で、磁気的に浮上する。回転子３はさらに、固定子２によって非接触で磁気的に駆動され、所望の回転軸を中心にして回転することができる。所望の回転軸とは、図１に示しているように、回転子３が動作状態で、固定子２に対して中心にあり、且つ傾斜していない位置にあるときの、回転子３が回転する軸を指す。この所望の回転軸は、軸方向Ａを画定する。軸方向Ａを画定する所望の回転軸は、通常、固定子２の中心軸に相当する。
【0056】
以下において、径方向とは、軸方向Ａに対して垂直な方向を指す。
【0057】
６つのコイル・コア２５の数は、単に一実例と理解すべきであることを理解されたい。もちろん、固定子２が６つ未満、例えば５つのコイル・コア２５を備える実施例も、又は固定子２が６つを超える、例えば７つ若しくは８つのコイル・コア２５を備える実施例（例えば図１０参照）も、可能である。
【0058】
回転子３は、リング状又はディスク状に設計された、磁気的に有効なコア３１を有する。磁気的に有効なコア３１は、図１の図では、リングとして設計され、磁気中心面を画定する。磁気的に有効なコア３１は、別法として、ディスクとして設計することもできる。原則として、ディスク状又はリング状の磁気的に有効なコア３１において、磁気中心面は、軸方向Ａに垂直な、回転子３の磁気的に有効なコア３１の幾何学的中心面である。磁気的に有効なコア３１は、動作状態では、軸方向Ａに対して垂直な径方向の平面に浮上している。径方向の平面は、図１では、軸方向Ａに対して垂直な線Ｅで示している。径方向の平面Ｅは、したがって、軸方向Ａに対して垂直で、且つ線Ｅを含む平面である。
【0059】
径方向の平面Ｅは、動作状態において、回転子３の磁気的に有効なコア３１が、固定子２の端面２１１間に能動的に磁気浮上する平面である。回転子３が傾斜しておらず、軸方向Ａに偏っていない場合、磁気中心面は、径方向の平面Ｅに位置する。径方向の平面Ｅは、ｚ軸が軸方向Ａに延びる直交座標系の、ｘ－ｙ平面を画定する。
【0060】
磁気的に有効なコア３１又は回転子３の径方向位置とは、径方向の平面Ｅにおける回転子３の位置を意味する。
【0061】
本発明を理解するのには十分なので、図面の、図１、図３、図５、図７、図８、及び図１０のそれぞれには、回転子３の磁気的に有効なコア３１しか示していない。回転子３は、もちろん、プラスチック、金属、合金、又はセラミック若しくはセラミック材料でできていることが好ましい、ジャケット又は封入物などの他の構成要素を、有することができることを理解されたい。回転子３は、さらに、液体を混合、攪拌、若しくはポンプ移送するためのベーン（例えば、図１３参照）、又は他の構成要素を有してもよい。
【0062】
固定子２は、通常、固定子２を完全に収容する固定子用筐体２０（図１２参照）内に配置され、これにより、固定子２全体が固定子用筐体２０の内部に配置される。理解を容易にするために、固定子用筐体２０内に配置された固定子２の構成要素が見えるように、固定子用筐体２０は、図１、図３、図５、図７、図８及び図１０には示していない。
【0063】
固定子用筐体２０は、固定子２を完全に封入する、密閉封止型固定子用筐体２０として設計されることが特に好ましい。固定子用筐体２０は、熱伝導性の鋳造成形材料、例えばエポキシ樹脂又はポリウレタンで充填され、これにより、固定子２及び場合によっては固定子用筐体２０の内部に配置されるさらなる構成要素が、鋳造成形材料によって取り囲まれていることが好ましい。その結果、全体的な熱抵抗が減少し、振動が減衰する。
【0064】
回転子３、及び特に回転子３の磁気的に有効なコア３１は、径方向外側に配置された、固定子２のコイル・コア２５の横方向脚部２７によって取り囲まれている。したがって、横方向脚部２７は、複数の固定子の突極（ｐｒｏｎｏｕｎｃｅｄ ｓｔａｔｏｒ ｐｏｌｅ）、ここでは６つの固定子極を形成する。コイル・コア２５の長手方向脚部２６はそれぞれ、軸方向Ａに、図では下端である第１の端部から、図では上端である第２の端部まで延在する。横方向脚部２７は、長手方向脚部２６の上端、且つ径方向の平面Ｅ内に配置される。各横方向脚部２７は、径方向に、回転子３に向かって延在する。
【0065】
回転子３の磁気的に有効なコア３１が、動作中に、所望の位置にあるとき、磁気的に有効なコア３１は、横方向脚部２７の端面２１１間の中心に位置し、したがって径方向の平面Ｅ内に配置されている横方向脚部２７はまた、磁気中心平面内にも位置している。集中巻線６１ａ、６１ｂは、図では、径方向の平面Ｅより下方に配置され、集中巻線のコイル軸が軸方向Ａに延在するよう、一列に整列している。
【0066】
長手方向脚部２６のすべての第１の端部、すなわち、図では下端は、バック・アイアン２２によって互いに連結されている。バック・アイアン２２は、リング状に設計されていることが好ましい。バック・アイアン２２が、長手方向脚部２６のすべての第１の端部に沿って、径方向内側に延在する実施例が可能である（図１参照）。しかし、バック・アイアン２２がバック・アイアン２２の周縁に沿って複数の窪みを持ち、窪みのそれぞれが、第１の端部のうちの１つを受容することも可能である。バック・アイアンはまた、他の実施例では、複数のリング状セクションを有することもでき、リング状セクションのそれぞれがいずれも、周方向に隣り合う２つのコイル・コア２５間の、第１の端部の領域に配置される。
【0067】
回転子３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２５の長手方向脚部２６は、集中巻６１ａ、６１ｂとして設計された巻線を担持し、第１の実施例では、ちょうど２つの集中巻線６１ａ、６１ｂが、軸方向Ａに隣り合って、各長手方向脚部２６のいずれの周りにも配置される。動作状態において、これらの集中巻線６１ａ、６１ｂによって、そうした電磁回転場が生成され、集中巻線６１ａ、６１ｂは、回転子３にトルクをもたらし、また回転子３の径方向位置、すなわち軸方向Ａに垂直な径方向の平面Ｅにおける回転子３の位置を、能動的に制御又は調節できるように、回転子３に任意の調整可能な横方向の力を、径方向に加えることができる。
【0068】
回転子３の「磁気的に有効なコア３１」とは、トルク生成及び磁気浮上力生成のために、固定子２と磁気的に相互作用する回転子３の領域を指す。
【0069】
既に言及したように、この実施例では、磁気的に有効なコア３１は、リング状に設計されている。磁気的に有効なコア３１はさらに、永久磁石の手法で設計されている。磁気的に有効なコア３１は、この目的のために、少なくとも１つの永久磁石を有することができるが、複数の永久磁石を有することもでき、又はここで説明している実施例と同様に、磁気的に有効なコア３１が永久磁石となるように、完全に永久磁性材料で構成することもできる。磁気的に有効なコア３１は、例えば、径方向に磁化されている。
【0070】
磁気的に硬い、すなわち保磁力が大きい、そうした強磁性材料又はフェリ磁性材料は、通常、永久磁石と呼ばれる。保磁力とは、材料を消磁するのに必要な磁場の強さである。永久磁石は、この適用例の枠組み内では、１０，０００Ａ／ｍ超まで達する保磁力、より正確には磁気分極の保磁力を持つ材料又は物質と理解されたい。
【0071】
また、磁気的に有効なコア３１が、永久磁石のない手法で、すなわち永久磁石を使わずに設計される実施例も可能である。回転子３は、この場合、例えば磁気抵抗回転子として設計される。回転子３の磁気的に有効なコア３１は、この場合、例えば軟磁性材料からなる。磁気的に有効なコア３１に好適な軟磁性材料は、例えば強磁性材料又はフェリ磁性材料、すなわち、特に鉄、ニッケル鉄、コバルト鉄、シリコン鉄、ミューメタルである。
【0072】
さらに、回転子３の磁気的に有効なコア３１が、強磁性材料と永久磁性材料との両方を有する実施例も可能である。例えば、永久磁石を、強磁性の基体内に配置又は挿入することができる。かかる実施例は、例えば、永久磁性材料を節約することによって、大型回転子のコストを削減する場合に有益である。
【0073】
回転子が、籠型回転子の原理に従って設計される実施例も可能である。
【0074】
固定子２の、リング状バック・アイアン２２とコイル・コア２５との両方はそれぞれ、磁束を誘導する磁束伝導要素として機能するので、軟磁性材料でできている。
【0075】
コイル・コア２５及びバック・アイアン２２に好適な軟磁性材料は、例えば、強磁性材料又はフェリ磁性材料、すなわち、特に鉄、ニッケル鉄、コバルト鉄、シリコン鉄、又はミューメタルである。この場合、固定子２については、コイル・コア２５及びバック・アイアン２２が、板金で設計されている、すなわち、複数枚の積み重ねられた薄い板金要素からなる、固定子のシート積層体として設計されることが好ましい。
【0076】
コイル・コア２５及びバック・アイアン２２は、さらに、前述の材料の、プレスされ、続いて焼結された粒で作ることが可能である。金属粒は、金属粒が互いに少なくとも部分的に絶縁されるように、プラスチック母材に埋め込まれることが好ましく、これにより、渦電流損失を最小限に抑えることができる。したがって、電気的に絶縁され、圧縮された金属粒からなる軟磁性複合材料も、固定子に好適である。特に、ＳＭＣ（軟磁性複合材料：Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）とも称されるこうした軟磁性複合材料は、電気絶縁層で被覆された鉄粉粒で構成することができる。このＳＭＣは、次いで、粉末冶金プロセスで所望の形状に成形される。
【0077】
回転子３の磁気的に有効なコア３１は、電磁回転駆動装置１の動作中に、上記で説明した、回転子３を固定子２に対して、非接触で磁気的に駆動でき、非接触で磁気的に浮上させることができるベアリングレス・モータの原理に従って、固定子２と相互作用する。固定子２は、この目的のために、支持及び駆動用固定子として設計されており、これにより回転子３を、動作状態で、固定子２に対して、非接触で所望の回転軸を中心にして磁気的に駆動することができ、すなわち回転させることができ、また非接触で磁気的に浮上させることができる。回転子３の３自由度、すなわち、回転子３の径方向の平面Ｅにおける位置及び回転を、能動的に調節することができる。回転子３の磁気的に有効なコア３１は、軸方向Ａにおける、径方向の平面Ｅからのコア３１の軸方向の偏りに関して、磁気抵抗力によって受動的に磁気安定化される。すなわち、コア３１の軸方向の偏りを制御することはできない。回転子３の磁気的に有効なコア３１はまた、残りの２自由度、すなわち、所望の回転軸に垂直な径方向の平面Ｅに対する傾斜に関しても同様に、受動的に磁気安定化される。回転子３は、したがって、磁気的に有効なコア３１とコイル・コア２５との相互作用により、軸方向Ａにおいて、また傾斜に抗して（３自由度の全体）、受動的に磁気浮上するか、又は受動的に磁気安定化され、且つ径方向の平面に（２自由度）、能動的に磁気浮上する。
【0078】
能動的な磁気浮上は、一般的にそうであるように、この出願の枠組みにおいて、例えば集中巻線６１ａ、６１ｂによって生成される電磁回転場によって、能動的に制御又は調節できるものとも呼ばれる。受動的磁気浮上又は受動的磁気安定化は、制御又は調節できないものである。受動的磁気浮上又は受動的磁気安定化は、例えば、回転子３が所望の位置から偏った場合、例えば、回転子３が軸方向Ａにおいてずれているか若しくは偏っている場合、又は回転子３が傾斜している場合に、回転子３を再び所望の位置に戻す磁気抵抗力に基づく。
【0079】
径方向の浮上又は径方向における浮上とは、回転子３の径方向の位置を安定させることができる回転子３の浮上、すなわち、径方向の平面Ｅに、したがって回転子３の径方向の位置に回転子３を浮上させるような、浮上を指す。
【0080】
軸方向の浮上又は軸方向における浮上、及び軸方向の安定化又は軸方向における安定化とは、それぞれ、一方ではこれによって、回転子３の位置が軸方向Ａに安定化され、他方ではこれによって、回転子３が傾斜に抗して安定化される、回転子３の浮上又は安定化を指す。かかる傾斜は、２自由度を表し、回転子３の瞬間的な回転軸が、もはや軸方向Ａに正確には向いておらず、所望の回転軸とゼロではない角度をなす、偏りを示す。したがって磁気中心平面Ｃは、傾斜している場合、もはや径方向の平面Ｅにないか、又は径方向の平面Ｅに平行ではなく、磁気中心平面Ｃは、径方向の平面Ｅとゼロではない角度をなす。
【0081】
ベアリングレス・モータでは、モータの磁気浮上及び磁気駆動は、従来の磁気ベアリングとは対照的に、電磁回転場によって実現される。ベアリングレス・モータでは、磁気駆動及び磁気浮上の機能は、典型的には、通常は駆動場及び制御場と称される、２つの回転磁場の重ね合わせによって生成される。固定子２の巻線によって生成されるこれら２つの回転場は、通常、１だけ異なる極対番号を持つ。例えば、駆動場が極対番号ｐを持つ場合、制御場は極対番号ｐ＋１又はｐ－１を持つ。この場合、径方向の平面での磁気的に有効なコア３１に作用する接線力が、駆動場によって生成され、トルクを引き起こし、軸方向Ａを中心とする回転を引き起こす。駆動場と制御場との重ね合わせにより、径方向の平面で磁気的に有効なコア３１の位置を調節できる、任意に調整可能な横方向の力を、磁気的に有効なコア３１に対して、径方向の平面で発生させることも可能である。したがって、集中巻線６１ａ、６１ｂによって生成される電磁束を、回転を駆動することだけを行う（電）磁束と、磁気浮上を実現するだけの（電）磁束とに分割することは不可能である。
【0082】
駆動場及び制御場を生成するために、一方では、図１に示しているように、２種類の相異なる巻線システムを使用すること、すなわち、一方が駆動場を生成し、もう一方が制御場を生成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、この場合、通常、駆動コイル６１ａと呼ばれ、制御場を生成するためのコイルは、制御コイル６１ｂと呼ばれる。
【0083】
したがって、例えば、集中巻線のうちの一方を、駆動コイル６１ａとして使用でき、一方駆動コイル６１ａと隣り合う他方の集中巻線は、制御コイル６１ｂとして使用される。これらのコイルに印加される電流は、この場合、それぞれ、駆動電流及び制御電流と呼ばれる。電磁回転場である駆動場は、この場合、すべての駆動コイル６１ａ全体によって生成され、一方、やはり電磁回転場である制御場は、制御コイル６１ｂ全体によって生成され、駆動場に重ね合わされる。この場合、駆動場と制御場との重ね合わせにより、回転子３に対する、回転を駆動するためのトルクを生み出す接線力ばかりでなく、径方向の平面における磁気的に有効なコア３１の位置を能動的に調節できる、径方向の平面Ｅで任意に調整可能な横方向の力も、生成することができる。
【0084】
しかし、駆動機能及び浮上機能が、１つの単一巻線システムだけで生成され、したがって、駆動コイルと制御コイルとの区別がない実施例も可能である（例えば、図７参照）。これは、いずれも制御デバイスによって決定された駆動電流及び制御電流の値が、数学的に、すなわち、例えばソフトウェアによって、加算又は重ね合わされ、結果として得られた総電流が、それぞれの集中巻線６１（図７参照）に印加されるようにすることで、実現することができる。この場合、もちろん、制御コイルと駆動コイルとを区別することは、もはや不可能であり、きっちり１つの集中巻線６１（図７）が、各長手方向脚部２６に設けられる。この場合、ただ１つの巻線システムしか存在せず、巻線システムの集中巻線６１に、数学的に決定された駆動電流と制御電流との合計が印加される。
【0085】
別個の駆動コイル６１ａ及び別個の制御コイル６１ｂを備える実施例では、用途に応じて、電磁回転駆動装置１の制御又は調節を簡素化することができる。
【0086】
第１の実施例では、あまり詳細には示していない電子部品を備えた、第１の回路基板７１も設けられる。第１の回路基板７１は、電子プリント又はＰＣＢ（プリント回路基板）として設計されることが好ましい。例えば、センサ（図示せず）の制御及び／又はセンサによって判定された測定信号の評価に使用される構成要素を、第１の回路基板７１上に設けてもよい。かかるセンサは、例えば、回転子２の現在位置を判定する、位置センサを有する。
【0087】
第１の回路基板７１は、ほぼリング状に設計され、径方向の平面Ｅに平行に配置される。リング状の第１の回路基板７１は、コイル・コア２５に対して径方向内側に配置されることが好ましく、第１の回路基板７１は、図１に見られるように、隣り合うコイル・コア２５の長手方向脚部２６間の間隙内に、延在することもできる。
【0088】
第１の回路基板７１は、軸方向Ａに関して、巻線６１ｂとコイル・コア２５の横方向脚部２７との間に配置されている。第１の回路基板７１は、したがって、図１の図では、回転子３の磁気的に有効なコア３１の周囲に配置された、横方向脚部２７の下方に、横方向脚部２７と隣り合って配置される。
【0089】
電磁回転駆動装置１は、本発明によれば、冷却液を流すことができる、少なくとも第１の冷却導管８を有する、冷却デバイス１０（図２）を有する。第１の冷却導管８は、周方向に関して、隣り合う２つのコイル・コア２５の長手方向脚部２６間の間隙に配置され、軸方向Ａに延在する、少なくとも１つの冷却導管セクション８０を備える。各冷却導管セクション８０は、実質的に、長手方向脚部２６のうちの１つに沿って延在し、長手方向脚部２６のうちの１つと隣り合って配置される。
【0090】
図１及び図２に示している配置では、互いにほぼ平行に延在する２つの冷却導管セクション８０は、いずれも、冷却ループ８１を形成する湾曲した連結部によって連結され、これにより冷却液は、２つの冷却導管セクション８０のうちの一方を、図による上向きに流れ、２つの冷却導管セクション８０のうちの他方を、図による下向きに流れる。冷却導管セクション８０のうちの２つをそれぞれに有する、各冷却ループ８１は、周方向に関して、隣り合う２つのコイル・コア２５の長手方向脚部２６間の間隙のうちのきっちり１つに、配置される。
【0091】
他の実施例では、冷却ループ８１のうちの少なくとも１つが、隣り合う２つのコイル・コア２５の長手方向脚部２６間の間隙のうちの２つ以上を通って、延在することも可能である。例えば、冷却ループ８１の冷却導管セクション８０のうちの一方が、間隙のうちの１つに配置されてもよく、同じ冷却ループ８１の一部である他方の冷却導管セクション８０が、別の間隙、例えば隣り合う間隙に配置される。これら２つの冷却導管セクション８０間の湾曲した連結部は、この場合、例えば、これら２つの間隙を互いに分離する巻線６１ｂの、図では上方に、配置することができる。
【0092】
図１に示している、隣り合う長手方向脚部２６間の冷却ループ８１の配置により、かなりの熱源が位置する領域で熱を吸収し、そこから放散することが可能である。すなわち、回転駆動装置の動作中、コイル・コア２５が、鉄損により発熱し、長手方向脚部２６の周囲に配置された集中巻線６１ａ、６１ｂが、銅損により発熱する。冷却ループ８１は、隣り合う２つの長手方向脚部２５間の間隙に配置され、したがって、これらの隣り合う長手方向脚部２６を担持する集中巻線６１ａ、６１ｂ間の間隙にも配置されているので、動作状態において、主熱源が位置する領域から熱が効率的に放散される。
【0093】
冷却液は、流体であることが好ましい。冷却液は、脱塩水又は脱イオン水（ＤＩ水）が特に好ましい。ＤＩ水は、一般的な冷却液であり、例えば、半導体産業の生産施設で使用されることが多い。
【0094】
冷却デバイス１０の導管、すなわち、例えば冷却ループ８１を備えた第１の冷却導管８は、防錆鋼又はステンレス鋼でできていることが好ましい。冷却デバイス１０の導管を、用途に応じて、銅又はアルミニウムで作ることも可能である。しかし、特にＤＩ水を冷却液として使用する場合、防錆鋼又はステンレス鋼が、例えば銅よりも耐食性が高いので、導管に好ましい。
【0095】
図２は、より良く理解するために、第１の実施例の冷却デバイス１０の斜視図を示している。冷却デバイス１０は、第１の冷却導管８、並びに２つの冷却連結部１１、１２、すなわち、第１の冷却連結部１１及び第２の冷却連結部１２を有し、これらを通して冷却液を、第１の冷却導管８へ取り込むか、又は第１の冷却導管８から取り出すことができる。冷却連結部１１、１２はそれぞれ、詳細には示していないが、固定子用筐体２０（図１２）を貫く貫通連結部を有し、これにより冷却液を、例えば第１の冷却連結部１１を用いて、固定子用筐体２０の壁を通して、固定子用筐体２０の外側から第１の冷却導管８に供給でき、また、第２の冷却連結部１２を用いて、固定子用筐体２０の壁を通して、再び排出することができる。
【0096】
第１の冷却導管８は、第１の実施例では、複数の冷却ループ８１、この場合はすなわち、５つの冷却ループ８１を有し、冷却ループ８１のそれぞれが、いずれも、周方向に、隣り合う２つのコイル・コア２５間の間隙に配置され、各間隙には、最大でも１つの冷却ループ８１が設けられる。すべての冷却ループ８１は、直列に、すなわち前後に配置されている。第１の冷却導管８は、さらに、隣り合う冷却ループ８１を連結して、冷却連結部１１、１２に連結する、複数の連結セクション８２を有する。
【0097】
冷却ループ８１のそれぞれは、Ｕ字形に設計されており、Ｕ字の閉じた側は、いずれも、長手方向脚部２６の第２の端部に隣り合って、すなわち、図（図１）では上部に配置され、Ｕ字の開いた側は、長手方向の脚部２６の第１の端部に隣り合って、すなわち、図では下部に配置される。Ｕ字の２つの脚部はそれぞれ、軸方向Ａに、したがって、コイル・コア２５の長手方向脚部２６と平行に延在する。各Ｕ字形冷却ループ８１の２つの脚部の距離は、冷却ループ８１がそれぞれ、２つの周方向に隣り合う巻線６１ａ及び６１ｂ間の間隙に収まるような寸法に、設定されている。
【0098】
連結セクション８２のうちの１つは、いずれも、周方向に隣り合う２つの冷却ループ８１間に配置され、Ｕ字の開いた側にあるＵ字型冷却ループ８１の脚部のうちの１つを、隣り合うＵ字型冷却ループ８１の隣り合う脚部に連結し、これにより、すべての冷却ループ８１が、流れが直列になるよう配置される。
【0099】
隣り合う冷却ループ８１間、又は冷却連結部１１、１２と冷却ループ８１との間の、連結セクション８２はそれぞれ、周方向に弓状に延在し、長手方向脚部２５の第１の端部及びバック・アイアン２２の径方向外側に、これらと隣り合って配置される。連結セクション８２は、軸方向に関して、バック・アイアン２２と同じ高さに配置されるため、連結セクション８２は実質的に、バック・アイアン２２の経路の径方向外側を辿る。これにより、バック・アイアン２２の領域から、とりわけ効率的に放熱もされる。
【0100】
冷却ループ８１及び連結セクション８２を備える第１の冷却導管８は、全体として、特に図２で明確に確認できるように、円形の経路を持ち、固定子２全体の周囲に、周方向に延在する。２つの冷却連結部１１、１２は、互いに隣り合って配置され、それぞれが軸方向Ａに、すなわち互いに平行に延在する。各冷却連結部１１、１２は、いずれも、固定子用筐体２０（図１２）の内部空間から、固定子用筐体２０の壁を貫いて外側まで延在する。第１の冷却導管８は、第１の冷却連結部１１から周方向に、固定子２の周囲で径方向外側にバック・アイアン２２と隣り合って、第２の冷却連結部１２まで延在し、Ｕ字型冷却ループ８１は、隣り合うコイル・コア２５間に設けられ、それぞれが、コイル・コア２５の長手方向脚部２６と平行に、図では上方へ、例えば、集中巻線６１ｂの軸方向上端又は第１の回路基板７１の直下まで、延在する。
【0101】
既に言及したように、第１の実施例では、例示的な性質を持つ、ちょうど６つのコイル・コア２５及びちょうど５つの冷却ループ８１が設けられている。６つのコイル・コア２５が円形線上に配置された状態で、それぞれ周方向に隣り合うコイル・コア２５間には、合計６つの間隙がある。冷却ループ８１のうちの１つは、いずれも、これらの間隙のうちの５つに設けられ、互いに平行に配置された２つの冷却連結部１１、１２は、冷却ループ８１が設けられていない間隙の、図では軸方向Ａの下方に配置される。
【0102】
したがって、第１の実施例では、冷却ループ８１の数は、周方向に隣り合うコイル・コア２５間の間隙の数よりも１つだけ少ない。しかし、冷却ループ８１のうちの１つが、間隙のそれぞれにいずれも配置される実施例も可能である。周方向に隣り合うコイル・コア２５間の間隙の数と、冷却ループ８１の数との差が、１よりも大きい実施例も可能である。例えば、冷却ループ８１が、１間隙おきにしか設けられない実施例も可能であり、その結果、周方向に見て、冷却ループ８１が配置される２つの間隙間に、いずれも、冷却ループのない間隙が存在する。
【0103】
冷却ループ８１の数、及び第１の冷却導管８の経路もまた、用途に応じて適合させることができる。ここで重要な要素は、回転駆動装置１のサイズ、固定子２内で利用可能な空間、及び必要な冷却能力である。例えば、回転駆動装置１が遠心ポンプとして設計されており、例えば７０°Ｃを超える非常に高温の液体を搬送する必要がある場合、搬送されるべき液体も固定子２に熱を伝達するため、より多く放熱するほど有利であることを考慮しなければならない。
【0104】
第１の冷却導管８は、冷却ループ８１及び連結セクション８２と一体に設計されることが、特に好ましい。第１の冷却導管８は、パイプを曲げることにより、製造することが特に好ましい。これは、例えば、元は真っ直ぐなパイプ、例えばステンレス鋼パイプを、冷却ループ８１及び連結セクション８２を形成するよう曲げることによって、形成するように実行することができる。図２に示している第１の冷却導管８の形状は、元は真っ直ぐなパイプを曲げることにより、製造できることがわかる。
【0105】
図３は、本発明による回転駆動装置１の、第２の実施例の斜視図を示している。図３では、固定子２の一部分を切り出しているため、コイル・コア２５によって取り囲まれた空間の内部が確認できる。図４は、より良く理解するために、第２の実施例の冷却デバイス１０を、斜視図で示している。
【0106】
以下では、第１の実施例との相違点だけを、見ていくことにする。第２の実施例と同じ部品、又は第２の実施例と機能が同等の部品は、第１の実施例と同じ参照符号で示している。参照符号は、特に、第１の実施例に関連して既に説明したものと、同じ意味を持つ。第１の実施例の、以前のすべての説明は、同様に又は類似して、第２の実施例にも当てはまることを理解されたい。
【0107】
第１の冷却導管８は、第２の実施例では、４つの冷却ループ８１を備え、冷却ループ８１のそれぞれが、隣り合うコイル・コア２５の長手方向脚部２６間の間隙のうちの１つに配置され、各冷却ループ８１は、相異なる間隙に配置される。したがって、１つの冷却ループ８１が、いずれも６つの間隙のうちの４つに配置され、残りの２つの間隙は、冷却ループ８１なしで設計されている。
【0108】
冷却デバイス１０は、さらに、冷却液を流すことができる、第２の冷却導管９をさらに有する。第２の冷却導管９は、巻線６１ａ、６１ｂによって取り囲まれた内部空間に、巻線６１ａ、６１ｂに対して径方向内側に配置される、内部空間ループ９０を備える。内部空間ループ９０は、図３及び図４に示しているように、冷却スパイラル９１として設計されることが好ましい。
【0109】
冷却スパイラル９１は、巻線６１ａ、６１ｂが冷却スパイラル９１の周囲に配置されるように、集中巻線６１ａ、６１ｂに対して径方向内側に配置される。冷却スパイラル９１は、コイル・コア２５又は巻線６１ａ、６１ｂで取り囲まれた空間に配置され、これにより、この領域の熱を効率よく放散することができる。この領域の熱はまた、特に、巻線６１ａ、６１ｂでの銅損によって発生する熱である。
【0110】
冷却スパイラル９１の軸は、軸方向Ａに延びている。冷却スパイラル９１は、それ自体は既知の手法で、軸方向Ａに隣り合って配置された複数のターンを有し、すべてのターンが同じ直径である。第２の冷却導管９は、したがって、冷却スパイラル９１の領域では、螺旋状に設計されている。
【0111】
冷却スパイラル９１は、図では上端である第１の端部９１１から、図では下端である第２の端部９１２まで延在する。冷却スパイラル９１の外径は、冷却スパイラル９１のターンが径方向に関して、巻線６１ａ、６１ｂに直に隣り合って配置されるように、巻線６１ａ、６１ｂによって囲い込まれた空間の内径よりもごくわずかに小さい寸法に、設定されていることが好ましい。第２の冷却導管９は、したがって、冷却コイル９１の領域では、第１の端部９１１から巻線６１ａ、６１ｂの径方向内側の表面に沿って第２の端部９１２まで、螺旋状に延びている。
【0112】
冷却スパイラル９１の第１の端部９１１は、第２の冷却導管９の連結セクション９２を介して、第２の冷却連結部１２に連結される。冷却スパイラル９１の第２の端部９１２は、第２の冷却導管９の連結セクション９２を介して、連結要素９８に連結され、連結要素９８は、第２の冷却導管９を第１の冷却導管８に連結し、したがって、第１の冷却導管８と第２の冷却導管９とは、直列に連結されている。第１の冷却導管８は、連結要素９８から第１の冷却連結部１１まで延在する。
【0113】
冷却スパイラル９１を、第２の冷却連結部１２及び連結要素９８にそれぞれ連結する、第２の冷却導管９の２つの連結セクション９２が、隣り合うコイル・コア２５の長手方向脚部２６間の間隙のうちの、冷却ループ８１が設けられていないそれぞれ１つを通って延びるように、配置されていることが好ましい。
【0114】
第２の冷却導管９も、防錆鋼又はステンレス鋼でできていることが好ましい。
【0115】
冷却液は、２つの冷却連結部１１、１２のうちの一方を通して、例えば第１の冷却連結部１１を通して供給され、冷却ループ８１を備える第１の冷却導管８を通って流れ、次いで、連結要素９８を通って第２の冷却導管９に流入し、第２の冷却導管９を通って流れた後、第２の冷却連結部１２を通って流出する。
【0116】
第２の冷却導管９は、冷却スパイラル９１及び連結セクション９２と一体に設計されることが、特に好ましい。第２の冷却導管９は、パイプを曲げることにより、製造することが特に好ましい。これは、例えば、元は真っ直ぐなパイプ、例えばステンレス鋼パイプを、冷却スパイラル９１及び連結セクション９２を形成するよう曲げることによって、形成するように実行することができる。図４に示している第２の冷却導管９の形状は、元は真っ直ぐなパイプを曲げることにより、製造できることがわかる。
【0117】
構造上の理由から、第１の冷却導管８及び第２の冷却導管９は、最初に別々に、パイプを曲げることによってそれぞれ一体に作られ、次いで、連結要素９８を用いて互いに連結され、これにより、流れが直列になるよう配置されることが好ましい。
【0118】
第１の冷却導管８を第２の冷却導管９に連結する連結要素９８は、可撓な連結要素９８として設計されることが好ましく、これにより、第１の冷却導管８と第２の冷却導管９との接合も簡素化される。連結要素９８は、例えば、チューブ～締付け金具型連結部（ｔｕｂｅ－ｃｌａｍｐ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）として設計され、好適な長さのチューブ片と２つの締付け金具とを有することができる。チューブ片は、締付け金具を用いて、一方は第１の冷却導管８に、他方は第２の冷却導管９に固定される。２イヤー・クランプ又は２イヤー・クリップは、締付け金具としてとりわけ好適であり、第１の冷却導管８と第２の冷却導管９との間の連結部で、確実に全周を封止する。
【0119】
さらに好ましい措置は、冷却デバイス１０内で望ましからざる電流、電荷、又は閃落が発生しないように、冷却導管８、９を、絶縁箔によって、又は絶縁テープ、例えば接着絶縁テープによって、電気部品又は電子部品から保護することである。
【0120】
動作上の安全性をさらに高めるために有益な措置は、第１の冷却導管８及び／又は第２の冷却導管９を接地することである。これは、例えば、接地ケーブルを、一方は第１の冷却導管８及び／又は第２の冷却導管９に接続し、他方は接地電位に接続するにより、実現することができる。
【0121】
内部空間ループ９０は、以前に説明した冷却スパイラル９１とは相異なる形状に設計されてもよい。内部空間ループ９０は、例えば、設計上、例えばうねりの山が長手方向脚部２６の第２の端部と隣り合って配置され、うねりの谷が長手方向脚部２６の第１の端部と隣り合って配置される、蛇行又は波状であってもよい。
【0122】
図５は、本発明による回転駆動装置１の、第３の実施例の斜視図を示している。図５では、固定子２の一部分を切り出し、コイル・コア２５によって取り囲まれた空間の内部が確認できるようにしている。図６は、より良く理解するために、第３の実施例の冷却デバイス１０を、斜視図で示している。
【0123】
以下では、第１及び第２の実施例との相違点だけを、見ていくことにする。第３の実施例と同じ部品、又は第３の実施例と機能が同等の部品は、第１及び第２の実施例と同じ参照符号で示している。参照符号は、特に、第１及び第２の実施例に関連して既に説明したものと、同じ意味を持つ。第１及び第２の実施例の、以前のすべての説明は、同様に又は類似して、第３の実施例にも当てはまることを理解されたい。
【0124】
冷却デバイス１０は、第３の実施例では、冷却液を流すことができる第１のリング状導管９３を有し、第１のリング状導管９３は、周方向に、コイル・コア２５の長手方向脚部２６に沿って径方向内側に延在し、また第１のリング状導管９３は、軸方向Ａに関して、第１の回路基板７１と横方向脚部２７との間に配置される。第１のリング状導管９３は、したがって、図（図５）では第１の回路基板７１の上方に配置される。
【0125】
第１のリング状導管９３は、ほぼ円形に設計されており、径方向の平面Ｅに平行な平面内に延びている。第１のリング状導管９３によって、特に、電子部品を備えた第１の回路基板７１が配置されている領域から、熱を放散することができる。この熱は、例えば、回転駆動装置１の動作中に、第１の回路基板７１に電流が流れることにより、また、回転駆動装置１の銅損及び鉄損により発生する。
【0126】
さらに、回転駆動装置１で、非常に高温の液体が搬送又は混合される用途では、追加で、熱が液体から電磁回転駆動装置に伝わる。第１の回路基板７１は、回転子３の近傍に位置するので、非常に高温の液体を搬送又は混合する場合に、液体から第１の回路基板７１に入り込む、かなりの熱が生じる可能性がある。第１のリング状導管９３は、かかる用途では、第１の回路基板７１が配置されている領域から、選択的に放熱するために使用できるので、特に有益である。
【0127】
第１のリング状導管９３は、第２の冷却導管に統合された一部であり、冷却スパイラル９１と直列に配置されることが好ましい。第３の実施例では、したがって、第２の実施例とは対照的に、第２の冷却導管９が、第１のリング状導管９３を追加で有する。
【0128】
第１のリング状導管９３は、流れに関して、冷却スパイラル９１の第１の端部９１１と第２の冷却連結部１２との間に、配置されることが好ましい。第２の冷却連結部１２は、第２の冷却導管９の連結セクション９２を介して、第１のリング状導管９３の一方の端部に連結されている。第１のリング状導管９３の他方の端部は、第２の冷却導管９の別の連結セクション９２を介して、冷却スパイラル９の第１の端部９１１に連結されている。
【0129】
冷却液は、動作状態では、２つの冷却連結部１１、１２のうちの一方を通して、例えば第１の冷却連結部１１を通して供給され、冷却ループ８１を備える第１の冷却導管８を通って流れ、次いで、連結要素９８を通って第２の冷却導管９に流入し、冷却スパイラル９１を通り、その後、第１のリング状導管９３を通って流れ、第２の冷却導管９を通って流れた後、第２の冷却連結部１２を通って流出する。
【0130】
第１のリング状導管９３の代替として、又は第１のリング状導管９３に加えて、冷却液を流すことができる第２のリング状導管９４（図１１）を、設けることもでき、第２のリング状導管９４も、周方向に、コイル・コア２５の長手方向脚部２６に沿って径方向内側に延在し、また第２のリング状導管９４は、軸方向に関して、第１の回路基板７１と巻線６１ｂとの間に配置される。第２のリング状導管９４は、図５には示していないが、図１１に関連して説明するように、類似したやり方で設計及び配置することができる。
【0131】
図５の図では、第２のリング状導管９４（図示せず）は、この場合、第１の回路基板７１の下方に、第１の回路基板７１に直に隣り合って配置される。第２のリング状導管９４は、ほぼ円形に設計されており、径方向の平面Ｅに平行な平面内に延びている。
【0132】
第２のリング状導管９４は、第２の冷却導管９に統合された一部であり、冷却スパイラル９１と直列に配置されることが好ましい。
【0133】
第１のリング状導管９３又は第２のリング状導管９４のいずれか一方が設けられる、実施例が可能であるが、冷却デバイス１０が第１のリング状導管９３と第２のリング状導管９４とを備える、実施例も可能である。
【0134】
図７は、第３の実施例の変形例を、図５と同様の斜視図で示している。この変形例では、駆動機能及び支持機能は、ただ１つの単一巻線システム、すなわち集中巻線６１によって生成されるため、駆動用コイルと制御用コイルとの区別はない。
【0135】
巻線システムは、きっちり１つの集中巻線６１が、いずれも、各長手方向脚部２６の周囲に巻かれるよう設計されている。その電磁回転場は、動作状態において、この集中巻線６１によって生成され、これにより回転子３に対するトルクを生み出し、またこれにより、回転子３の径方向位置、すなわち軸方向Ａに垂直な径方向の平面Ｅにおける回転子３の位置が、能動的に制御又は調節できるように、任意の調整可能な横方向の力を、径方向に、回転子３に加えることができる。これは、いずれも制御デバイスによって決定された駆動電流及び制御電流の値が、数学的に、すなわち、例えばソフトウェアによって、加算又は重ね合わされ、結果として得られた総電流が、それぞれの集中巻線６１に印加されることで、実現することができる。もちろん、この場合、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。図７に示している変形例では、固定子２の駆動コイルと制御コイルとの区別はなく、いずれについてもただ１種類の巻線システムしかなく、巻線システムの６つの集中巻線６１に、数学的に決定された駆動電流と制御電流との合計が印加される。
【0136】
第１の実施例（図１）及び第２の実施例（図３）は、図７に示している変形例に類似したやり方で、すなわち、各長手方向脚部２６に、別個の駆動コイル６１ａ及び別個の制御コイル６１ｂではなく、きっちり１つの集中巻線６１を備えるようにも設計できることが理解されよう。
【0137】
【0138】
以下では、以前に説明した実施例との相違点だけを、見ていくことにする。第４の実施例と同じ部品、又は第４の実施例と機能が同等の部品は、以前に説明した実施例と同じ参照符号で示している。参照符号は、特に、以前に説明した実施例及び変形例に関連して既に説明したものと同じ意味を持つ。実施例及び変形例の、以前のすべての説明はまた、同様に又は類似して、第４の実施例にも当てはまることを理解されたい。
【0139】
冷却デバイス１０は、第４の実施例では、冷却液を流すことができ、主として、電子部品を備える第２の回路基板７２を冷却するよう機能する、第３のリング状導管８３を有する。電子部品は、図８には示していない。第２の回路基板７２は、電子プリント又はＰＣＢ（プリント回路基板）として設計されることが好ましい。
【0140】
第２の回路基板７２は、ほぼディスク状に設計され、径方向の平面Ｅに平行に配置される。第２の回路基板７２は、軸方向Ａに関して、長手方向脚部２６の第１の端部に隣り合って、横方向脚部２７とは反対側に向く第１の端部の側に配置される。第２の回路基板は、図８の図では、長手方向脚部２６の第１の端部の下方にあり、したがってバック・アイアン２２のやはり下方にある。
【0141】
回転駆動装置１の制御デバイスは、例えば、第２の回路基板７２上に配置でき、第２の回路基板７２は、巻線６１又は６１ａ、６１ｂを制御し、電磁場を生成する、パワーエレクトロニクス回路、回転子の駆動及び浮上用制御デバイス、並びに必要に応じてセンサ又は評価ユニットを有することができる。第２の回路基板７２は、固定子用筐体２０内に配置され、固定子用筐体２０に完全に収容されている。
【0142】
第３のリング状導管８３は、周方向に、長手方向脚部２６の第１の端部に沿って延在し、軸方向Ａに関して、第２の回路基板７２と、長手方向脚部２６の第１の端部又はバック・アイアン２２との間に配置される。第３のリング状導管８３は、したがって、図（図８）では、第２の回路基板７２の上方に配置される。
【0143】
第３のリング状導管８３の代替として、又は第３のリング状導管８３に加えて、第４のリング状導管８４を備えることもできるが、これは図８では破線でしか示されていない。冷却液は、第４のリング状導管８４を通って流れることもできる。第４のリング状導管８４は、周方向に延在し、径方向の平面Ｅに平行に配置される。第４のリング状導管８４は、軸方向Ａに関しては、第２の回路基板７２が、軸方向Ａに関して、長手方向脚部２６の第１の端部と第４のリング状導管８４との間に位置するように配置される。第４のリング状導管８４は、図８の図を参照すると、第２の回路基板７２の下方に配置されている。
【0144】
第３のリング状導管８３又は第４のリング状導管８４のいずれか一方が設けられる、実施例が可能であるが、冷却デバイス１０が第３のリング状導管８３と第４のリング状導管８４とを備える、実施例も可能である。
【0145】
第３リング状導管８３及び第４リング状導管８２はそれぞれ、ほぼ円形に設計されており、それぞれが、径方向の平面Ｅに平行な、且つバック・アイアン２２に平行な平面内に、それぞれに延在する。
【0146】
第３のリング状導管８３及び／又は第４のリング状導管８４は、第１の冷却導管８に統合された一部であり、それぞれ、冷却ループ８１と直列に配置されることが好ましい。したがって、以前に説明した実施例とは対照的に、第４の実施例では、第１の冷却導管８は、第３のリング状導管８３及び／又は第４のリング状導管８４を追加的に有する。
【0147】
第３のリング状導管８３と第４のリング状導管８４との両方が設けられる実施例では、第３のリング状導管８３及び第４のリング状導管８４は、直列に、すなわち前後に配置されることが好ましい。
【0148】
第３のリング状導管８３及び／又は第４のリング状導管８４は、流れに関して、第１の冷却連結部１１と冷却ループ８１との間に配置されることが好ましい。第１の冷却連結部１１は、第１の冷却導管８の連結セクション８２を介して、第３のリング状導管８３又は第４のリング状導管８４のうちの一方の端部に連結されている。第３のリング状導管８３の第２の端部は、第１の冷却導管８の別の連結セクション８２を介して、冷却ループ８１のうちの１つに連結されている。
【0149】
冷却液は、動作状態では、２つの冷却連結部１１、１２のうちの一方を通して、例えば第１の冷却連結部１１を通して供給され、最初に第４のリング状導管８４及び／又は第３のリング状導管８３を通り、次いで、第１の冷却導管８の冷却ループ８１を通って流れ、その後、連結要素９８を通って第２の冷却導管９に流入し、冷却スパイラル９１及び第１のリング状導管９３を通って流れ、第２の冷却導管９を通って流れた後、第２の冷却連結部１２を通って流出する。
【0150】
図１０は、本発明による回転駆動装置１の、第５の実施例の斜視図を示している。図１０では、固定子２の一部分を切り出し、コイル・コア２５によって取り囲まれた空間の内部が認識できるようにしている。図１１は、第５の実施例の冷却デバイス１０を、斜視図で示している。図１１は、より良く理解するために、冷却デバイス１０を、分解図で示している。
【0151】
以下では、以前に説明した実施例との相違点だけを、見ていくことにする。第５の実施例と同じ部品、又は第５の実施例と機能が同等の部品は、以前に説明した実施例と同じ参照符号で示している。参照符号は、特に、以前に説明した実施例及び変形例に関連して既に説明したものと同じ意味を持つ。実施例及び変形例の、以前のすべての説明はまた、同様に又は類似して、第５の実施例にも当てはまることを理解されたい。
【0152】
第５の実施例では、電磁回転駆動装置１の固定子２は、回転子３の周りに、円形且つ等間隔に配置された、８つのコイル・コア２５を備えている。第５の実施例では、コイル・コア２５の長手方向脚部２６に、別個の駆動コイル６１ａ及び別個の制御コイル６１ｂが設けられている。
【0153】
固定子２は、複数の集中駆動コイル６１ａ、この場合はすなわち４つの駆動コイル６１ａを有し、駆動コイル６１ａのそれぞれは、いずれも、隣り合う２つのコイル・コア２５の長手方向脚部２６の周りに配置され、この結果、これら２つの長手方向脚部２６は、径方向に関して、駆動コイル６１ａ内に配置されている。各駆動コイル６１ａは、したがっていずれも、ちょうど２つの長手方向脚部２６の周囲に巻かれており、この結果、両方の長手方向脚部２６が、この駆動コイル６１ａの内側に配置されている。
【0154】
さらに、長手方向脚部２６のそれぞれに、いずれも、きっちり１つの制御コイル６１ｂが設けられ、それぞれの長手方向脚部２６の周囲に配置されている。制御コイル６１ｂは、軸方向Ａに関して、駆動コイル６１ａに隣り合って、すなわちここ（図１０）では、図では駆動コイルの上方に配置されている。
【0155】
冷却デバイス１０は、第５の実施例では、第１の冷却導管８及び第２の冷却導管９を有する。
【0156】
第１の冷却導管８は、４つの冷却ループ８１及び連結セクション８２を有する。２つの冷却ループ８１を互いに連結する連結セクション８２は、径方向内側へ向けられ、周方向に、隣り合う２つの長手方向脚部２６の第１の端部間に配置された、湾入部８２１を備えることができる。湾入部８２１は主に、第１の冷却導管８をバック・アイアン２２により近づけるよう機能し、これにより放熱をさらに向上させる。
【0157】
冷却ループ８１のそれぞれは、径方向に関して、駆動コイル６１ａのうちの１つの内側に配置されている。冷却ループ８１をいずれも、駆動コイルのうちの１つの内部空間に配置する利点は、特に銅損による発熱を、とりわけ効率的に放散できることである。
【0158】
第５の実施例では、第４の実施例について説明したものと類似して、第１の冷却導管８が、第２の回路基板７２を冷却するための、第３のリング状導管８３を追加で有する変形例も可能である。
【0159】
第２の冷却導管９は、冷却スパイラル９１、軸方向Ａに関して第１の回路基板７１と横方向脚部２７との間に配置される、第１のリング状導管９３、並びに軸方向Ａに関して第１の回路基板７１と巻線６１ｂとの間に配置される、第２のリング状導管９４を有する。第２の冷却導管９は、この実施例ではしたがって、図（図１０）では第１の回路基板７１の上方に設けられる第１のリング状導管９３と、図では第１のプリント回路基板７１の下方に配置される第２のリング状導管９４との両方を有する。
【0160】
第５の実施例では、第１のリング状導管９３が設けられるが、第２のリング状導管９４が設けられない変形例、第２のリング状導管９４が設けられるが、第１のリング状導管９３は設けられない変形例、又は第２の冷却導管９が、第１のリング状導管９３も第２のリング状導管９４も備えていない変形例も、可能であることを理解されたい。
【0161】
冷却デバイス１０では、第１の冷却導管８は、一体に設計されることが好ましい。構造上の理由から、図１１に示しているように、一方の個別部品が、冷却スパイラル９１及び第２のリング状導管９４を有し、他方の個別部品が、第１のリング状導管９３を有する、２つの個別部品から第２の冷却導管９を組み立てることが、有利となる可能性がある。これらの２つの個別部品を、次いで、連結要素９８を介して互いに連結することができ、連結要素は、第２の実施例（図３、図４）に関連して説明したものと類似の手法で、設計することができる。
【0162】
第２の冷却導管９は、次に、連結要素９８を介して、第１の冷却導管８に連結される。連結要素９８は、図１１が分解図であるため、いずれも参照符号９８を付した破線でしか示していない。
【0163】
冷却液は、動作状態では、２つの冷却連結部１１、１２のうちの一方を通して、例えば第１の冷却連結部１１を通して供給され、最初に第１の冷却導管８の冷却ループ８１を通って流れ、その後連結要素９８を通って第２の冷却導管９に流入し、第１のリング状導管９３を、次いで冷却スパイラル９１及び第２のリング状導管９４を通って流れ、第２の冷却導管９を通って流れた後、第２の冷却連結部１２を通って流出する。
【0164】
流れに関して、冷却スパイラル９１はしたがって、第２の冷却導導管において、第１のリング状導管９３と第２のリング状導管９４との間に配置される。
【0165】
さらに、液体を搬送する遠心ポンプ１００が本発明で提案され、遠心ポンプ１００は、本発明に従って設計された電磁回転駆動装置１を有し、電磁回転駆動装置１の回転子３が、遠心ポンプ１００の回転子３として設計されていることを特徴とする。
【0166】
図１２は、本発明による遠心ポンプの実施例を斜視図で示しており、遠心ポンプ全体を、参照記号１００で示している。図１３は、より良く理解するために、図１２の実施例の、軸方向Ａの断面における概略断面図を示している。図１３では、より良く理解するために、固定子用筐体２０及び冷却デバイス１１は示していない。
【0167】
遠心ポンプ１００は、搬送されるべき液体用入口５２及び出口５３を有するポンプ筐体５１を備えた、ポンプ・ユニット５０を有し、回転子３は、ポンプ筐体５１内に配置され、液体を搬送するための複数のベーン５４を有する。ポンプ・ユニット５０は、回転子３の磁気的に有効なコア３１が、横方向脚部２７の端面２１１によって取り囲まれるように、ポンプ・ユニット５０を固定子２内に挿入できるよう設計されている。
【0168】
回転子３が、一体型回転子として設計されていることは、有利な態様である。というのは、回転子３が、電磁回転駆動デバイス１の回転子３であり、且つ流体が搬送される遠心ポンプ１００の回転子３でもあるからである。回転子３はしたがって、１つで合計３つの機能を果たす。すなわち、回転子３は、電磁駆動デバイス１の回転子３であり、磁気浮上の回転子３であり、また１種類又は複数の液体に作用する羽根車である。一体型回転子であるこの設計は、非常に小型で省スペース設計の利点を提供する。
【0169】
固定子２は、固定子用筐体２０内に配置され、固定子用筐体は、密閉封止された固定子用筐体２０として設計されていることが好ましく、固定子２を封入する。回転駆動装置１が、第１の回路基板７１を備えて設計されている場合、第１の回路基板も、固定子用筐体２０内に配置される。回転駆動装置１が、第２の回路基板７２を備えて設計されている場合、第２の回路基板も、固定子用筐体２０内に配置されることが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。固定子用筐体２０は、鋳造成形材料、例えばエポキシ樹脂又はポリウレタンで充填され、これにより、固定子２、及び場合によっては固定子用筐体２０の内部に配置されているさらなる構成要素が、鋳造成形材料によって取り囲まれることが好ましい。
【0170】
また、固定子用筐体２０には、固定子用筐体のポンプ・ユニット５０に面する端部に窪みがあり、ポンプ・ユニット５０を、この窪み内に挿入することができる。次いで、ポンプ筐体５１内に備えられる回転子３が、固定子用筐体２０のこの窪みに収容され、回転子３の磁気的に有効なコア３１は、コイル・コア２６の横方向脚部２７間に配置される。
【0171】
ポンプ筐体５１は、固定子用筐体２０に、複数のネジ５１１を用いて固定されることが好ましい。
【0172】
冷却連結部１１、１２は、固定子用筐体２０の、ポンプ・ユニット５０とは反対側に向く側部に設けられていることが好ましく、したがって、図１２では認識することができない。
【0173】
回転子３は、液体を搬送するための複数のベーン５４を有する。ここで説明している実施例では、例えば、合計４つのベーン５４が設けられており、この数は、例示的な性質のものである。回転子３は、回転子３の磁気的に有効なコア３１を収容し、回転子３の磁気的に有効なコア３１を、搬送されるべき液体と接触しないように密閉封入することが好ましい、ジャケット３８をさらに有する。すべてのベーン５４が、ジャケット３８上に配置され、回転子３の周方向に等距離に配置されている。各ベーン５４は、径方向外側に延在し、トルクに耐えるようにジャケット３８に連結されている。ベーン５４は、この場合、ジャケット３８に固定される別個の構成要素であってもよい。もちろん、ベーン５４のすべてが、ジャケット３８に統合された一部であること、すなわち、ジャケット３８を、ベーン５４のすべてと一体に設計することも可能である。ベーン５４を備えた回転子３は、１種類又は複数の液体に作用する、遠心ポンプ１００のホイール又は羽根車を形成する。
【0174】
ポンプ・ユニット５０のポンプ筐体５１ばかりでなくジャケット３８及びベーン５４が、用途に応じて、１種類又は複数のプラスチックでできていることが好ましい。好適なプラスチックは、ポリエチレン（ＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリアクリル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はシリコンである。多くの用途では、テフロンの商標名で知られている材料である、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びパーフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）も、プラスチックとして好適である。
【0175】
本発明による電磁回転駆動装置は、遠心ポンプ以外のデバイス用、例えば、流動性物質を混合する混合デバイス用、例えばタンク内の液体を混合する撹拌デバイス用、送風機用、又は例えば半導体製造における、ウェハを搬送し回転させるデバイス用にも、やはり好適であることを理解されたい。
【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】
【外国語明細書】