特開 2024-159276 駆動装置及びポンプ

(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】P2024159276

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】駆動装置及びポンプ

(51)【国際特許分類】

   H02K 21/12 20060101AFI20241031BHJP

   H02K 7/09 20060101ALI20241031BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20241031BHJP

   F16C 32/04 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02K21/12 M

H02K7/09

H02K7/14 B

F16C32/04 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023075147

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000127352

【氏名又は名称】株式会社イワキ

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鬼塚 敏樹

【テーマコード（参考）】

3J102

5H607

5H621

【Ｆターム（参考）】

3J102AA01

3J102BA03

3J102BA17

3J102BA18

3J102CA19

3J102DA03

3J102DA09

3J102DA16

3J102DA28

3J102DA30

3J102DB01

3J102DB05

3J102DB10

3J102DB12

3J102FA03

3J102FA17

3J102FA23

3J102GA06

5H607FF06

5H607GG19

5H621BB10

5H621GA04

5H621GA12

5H621JK03

(57)【要約】

【課題】駆動装置全体の径方向の大きさを小さくして小型化を図る。
【解決手段】駆動装置は、ロータとロータを支持する軸受とロータを駆動する駆動機構とを備える。駆動機構は、ロータに設けられた被駆動部材とこれと径方向に対向するように配置されて被駆動部材を磁気駆動する駆動ステータとを有する。駆動ステータは、駆動コアと、これに巻回された駆動コイルとを含む。駆動コアの縦断面形状は、ロータの軸方向の一方の端部から軸方向に離れた位置で径方向に延び駆動コイルが巻回される第１部分と、第１部分の径方向の一方の端部から軸方向に延びる第２部分と、第２部分の先端部からロータ側に向けて径方向に延び被駆動部材と径方向に対向配置される第３部分と、を有するコの字状に形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータと、
前記ロータを支持する軸受と、
前記ロータを回転駆動する駆動機構と、
を備え、
前記駆動機構は、
前記ロータに設けられた被駆動部材と、前記被駆動部材と径方向に対向するように配置されて前記被駆動部材を磁気駆動する駆動ステータと、を有し、
前記駆動ステータは、磁性材料からなる駆動コアと、前記駆動コアに巻回された駆動コイルと、を含み、
前記駆動コアの縦断面形状は、
前記ロータの軸方向の一方の端部から前記軸方向に離れた位置で前記径方向に延び前記駆動コイルが巻回される第１部分と、
前記第１部分の前記径方向の一方の端部から前記軸方向に延びる第２部分と、
前記第２部分の先端部から前記ロータ側に向けて前記径方向に延び前記被駆動部材と前記径方向に対向配置される第３部分と、を有するコの字状に形成されている
駆動装置。

【請求項2】

前記軸受は、前記ロータを磁気力によって支持する磁気軸受であり、
前記磁気軸受は、
前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、前記軸受ロータ部材と前記ロータの径方向に対向するように配置された軸受ステータ部材と、を有する
請求項１記載の駆動装置。

【請求項3】

前記駆動ステータは、前記駆動コアの前記第３部分が前記被駆動部材の前記径方向の内側に配置され、
前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の外側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する
請求項２記載の駆動装置。

【請求項4】

前記駆動ステータは、前記駆動コアの前記第３部分が前記被駆動部材の前記径方向の外側に配置され、
前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の内側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する
請求項２記載の駆動装置。

【請求項5】

前記駆動コイルは、前記軸方向の幅が前記ロータの周方向の幅よりも大きい
請求項１記載の駆動装置。

【請求項6】

前記駆動コイルは、前記駆動コアの前記第１部分に前記軸方向の高さが前記径方向の外側に向かって増大するように巻回されている
請求項１記載の駆動装置。

【請求項7】

前記軸受ロータ部材は、
円環状の永久磁石と、
前記永久磁石を前記ロータの軸方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークと、を有し、
前記一対のヨークのそれぞれにおける前記径方向に対向する一組の円周方向に所定範囲の部分の縦断面形状は、
前記永久磁石の前記軸方向の両端面を覆い前記径方向に延びるヨーク主部と、一方のヨークの前記ヨーク主部の前記径方向の一方の端部から、他方のヨークの前記軸方向の外側端面の位置まで前記軸方向に延びるヨーク副部と、を有するＬ字状に形成され、
前記ヨーク副部は、前記円周方向に前記一方のヨークと前記他方のヨークとで互い違いに組み合わされて配置され、
前記一方のヨークの前記ヨーク副部と前記他方のヨーク及び前記永久磁石との間には、間隙が形成されている
請求項２記載の駆動装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１記載の駆動装置と、
前記ロータに取り付けられたインペラを含むポンプ機構と、
を備えた
ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、駆動装置及びポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、いわゆるテンプルモータ（ｔｅｍｐｌｅ ｍｏｔｏｒ）として構成された駆動装置（例えば、特許文献１参照）が知られている。この駆動装置は、ステータのコイルコアが、ロータの軸線方向に延びる長手方向リムと、この長手方向リムの第２端部からロータの径方向に延びる永久磁石又は横リムと、を備え、Ｌ字形状に形成されている。

【0003】

そして、コイルコアの長いリムを構成する長手方向リムに、コイルの巻線が軸線方向に延在するように径方向に巻回されて、ステータが構成されている。これにより、ステータのコイルを、磁気ロータ面の下に配置して、ロータが動作状態で駆動及び支持される面内にはコイルが配置されない構造を実現している。

【0004】

また、アウターロータ型の駆動装置（例えば、特許文献２参照）も知られている。この駆動装置は、磁気軸受部とモータ部との間にドーナツ状のロータを配置している。そして、ロータに向けて突出するモータヨークの突極の径方向の内側に、モータ用コイルを径方向に延在するように巻回している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１９２２９５号公報

【特許文献2】国際公開第２００９／０９５９４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術の駆動装置では、長手方向リムに軸線方向に沿ってコイルが延在するように巻線を巻き付けている。このため、径方向のコイル厚さ（コイル高さ）を薄くしてステータの径方向の大きさを小さくするには限界がある。また、上記特許文献２に開示された従来技術の駆動装置では、モータ用コイルが大きくなると、装置の径方向の外径寸法が大きくなってしまうので、駆動装置全体の径方向の大きさを小さくして小型化を図るには、いずれの場合も改善の余地があった。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、駆動装置全体の径方向の大きさを小さくして小型化を図ることができる駆動装置及びポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る駆動装置は、ロータと、前記ロータを支持する軸受と、前記ロータを回転駆動する駆動機構と、を備え、前記駆動機構は、前記ロータに設けられた被駆動部材と、前記被駆動部材と径方向に対向するように配置されて前記被駆動部材を磁気駆動する駆動ステータと、を有し、前記駆動ステータは、磁性材料からなる駆動コアと、前記駆動コアに巻回された駆動コイルと、を含み、前記駆動コアの縦断面形状は、前記ロータの軸方向の一方の端部から前記軸方向に離れた位置で前記径方向に延び前記駆動コイルが巻回される第１部分と、前記第１部分の前記径方向の一方の端部から前記軸方向に延びる第２部分と、前記第２部分の先端部から前記ロータ側に向けて前記径方向に延び前記被駆動部材と前記径方向に対向配置される第３部分と、を有するコの字状に形成されている。

【0009】

本発明の一実施形態において、前記軸受は、前記ロータを磁気力によって支持する磁気軸受であり、前記磁気軸受は、前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、前記軸受ロータ部材と前記ロータの径方向に対向するように配置された軸受ステータ部材と、を有する。

【0010】

本発明の他の実施形態において、前記駆動ステータは、前記駆動コアの前記第３部分が前記被駆動部材の前記径方向の内側に配置され、前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の外側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する。

【0011】

本発明の更に他の実施形態において、前記駆動ステータは、前記駆動コアの前記第３部分が前記被駆動部材の前記径方向の外側に配置され、前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の前記径方向の内側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記径方向にそれぞれ対向する。

【0012】

本発明の更に他の実施形態において、前記駆動コイルは、前記軸方向の幅が前記ロータの周方向の幅よりも大きい。

【0013】

本発明の更に他の実施形態において、前記駆動コイルは、前記駆動コアの前記第１部分に前記軸方向の高さが前記径方向の外側に向かって増大するように巻回されている。

【0014】

本発明の更に他の実施形態において、前記軸受ロータ部材は、円環状の永久磁石と、前記永久磁石を前記ロータの軸方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークと、を有し、前記一対のヨークのそれぞれにおける前記径方向に対向する一組の円周方向に所定範囲の部分の縦断面形状は、前記永久磁石の前記軸方向の両端面を覆い前記径方向に延びるヨーク主部と、一方のヨークの前記ヨーク主部の前記径方向の一方の端部から、他方のヨークの前記軸方向の外側端面の位置まで前記軸方向に延びるヨーク副部と、を有するＬ字状に形成され、前記ヨーク副部は、前記円周方向に前記一方のヨークと前記他方のヨークとで互い違いに組み合わされて配置され、前記一方のヨークの前記ヨーク副部と前記他方のヨーク及び前記永久磁石との間には、間隙が形成されている。

【0015】

本発明に係るポンプは、上記の駆動装置と、前記ロータに取り付けられたインペラを含むポンプ機構と、を備える。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、駆動装置全体の径方向の大きさを小さくして小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る駆動装置が適用されたポンプの全体構成を概略的に示す縦断面図である。

【図2】同駆動装置の全体構成を概略的に示す切欠斜視図である。

【図3】同駆動装置の駆動ステータの全体構成を概略的に示す平面図である。

【図4】同駆動ステータの駆動コアを概略的に示す一部拡大斜視図である。

【図5】同駆動装置の変形例が適用されたポンプの全体構成を概略的に示す縦断面図である。

【図6】同変形例の駆動ステータの全体構成を概略的に示す平面図である。

【図7】他の変形例の駆動ステータの全体構成を概略的に示す正面図である。

【図8】本発明の第２の実施形態に係る駆動装置の全体構成を概略的に示す切欠斜視図である。

【図9】同駆動装置の軸受ロータ部材の全体構成を示す斜視図である。

【図10】同軸受ロータ部材の全体構成を示す分解斜視図である。

【図11】図９のＡ－Ａ´断面図である。

【図12】本発明の第３の実施形態に係る駆動装置が適用されたポンプの一部構成を概略的に示す縦断面図である。

【図13】本発明の第４の実施形態に係る駆動装置をモータとして適用したポンプの一部構成を概略的に示す縦断面図である。

【図14】本発明の第５の実施形態に係る駆動装置をモータとして適用したポンプの一部構成を概略的に示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係る駆動装置及びポンプを詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、以下の実施形態において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、実施形態においては、各構成要素の配置、縮尺及び寸法等が誇張或いは矮小化されて、実際のものとは一致しない状態で示されている場合、並びに一部の構成要素につき記載が省略されて示されている場合がある。

【0019】

［第１の実施形態］
［駆動装置及びポンプの構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る駆動装置５０が適用されたポンプ１００の全体構成を概略的に示す縦断面図である。図２は、駆動装置５０の全体構成を概略的に示す一部を切欠した斜視図である。図３は、駆動装置５０の駆動ステータ１２の全体構成を概略的に示す平面図である。図４は、駆動ステータ１２の駆動コア１３を概略的に示す一部拡大斜視図である。

【0020】

図１～図４に示すように、第１の実施形態に係るポンプ１００は、例えば半導体産業におけるウエハ洗浄液、研磨用スラリー液、メッキ液移送用のポンプ等に用いられ、ロータ２０と、このロータ２０を支持する軸受として、例えば磁気力により非接触で支持する磁気軸受３０と、ロータ２０を回転駆動する駆動機構１０と、を備えている。

【0021】

なお、ポンプ１００は、上記ウエハ洗浄液、研磨用スラリー液、メッキ液移送用のポンプの他、例えば血液移送用のポンプ、要求純度の高い移送流体の移送用のポンプ、研磨物質の搬送用ポンプ等の各種ポンプにも適用可能である。また、第１の実施形態ではポンプ１００を示しているが、上記ロータ２０、磁気軸受３０及び駆動機構１０は、ロータ２０を回転駆動するという機能のみに着目すると、図２に示すように、駆動装置（アクチュエータ）５０として捉えることが可能である。また、磁気軸受３０の代わりに公知の各種の軸受でロータ２０を支持するようにして、駆動装置５０を構成するようにしても良い。

【0022】

以降の説明においては、ロータ２０の回転軸方向をＺ方向（アキシャル方向とも呼ぶ。）、ロータ２０の径方向をＸ方向及びＹ方向（ラジアル方向とも呼ぶ。）、Ｚ軸（回転軸）周りの回転方向をΨ方向、Ｘ軸周りの回転方向をΘ方向、及びＹ軸周りの回転方向をΦ方向と、それぞれ呼ぶことにする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交するものとする。また、図１の紙面に向かって上側をポンプ１００の前方（前面）側、下側を後方側とする。

【0023】

ロータ２０は、全体が樹脂等の非磁性体で形成されている。ロータ２０は、Ｚ軸方向の一端に設けられた環状の軸受／駆動部２１と、Ｚ軸方向の他端に設けられたインペラ２２と、を備える。軸受／駆動部２１及びインペラ２２は、例えば図示のように互いに螺合接続することによりロータ２０として一体化されているが、これに限定されるものではない。軸受／駆動部２１及びインペラ２２は、樹脂成形等により一体に形成されていても良い。

【0024】

ポンプ１００は、例えば全体が円筒状に形成され、Ｚ軸方向の一方にフロントケーシング４１を有する。フロントケーシング４１は、内部にインペラ２２が収容されるポンプ室Ａ１を形成する。フロントケーシング４１は、前面側の中央部にポンプ室Ａ１に連通し、図１中矢印Ｉで示すように移送流体を導入するための吸込口４８を有する。また、フロントケーシング４１は、側面の一部にポンプ室Ａ１に連通し、図１中矢印Ｏで示すように移送流体を排出するための吐出口４９を有する。

【0025】

フロントケーシング４１の後端には、リアケーシング４２が接続されている。リアケーシング４２は、フロントケーシング４１と共にポンプ室Ａ１を含む密閉空間Ａを形成する。また、リアケーシング４２は、後方に突出した環状空間（収容空間）Ａ２を形成する。円筒状のブラケット４３は、このリアケーシング４２の外周を覆うように設けられている。

【0026】

ロータ２０は、フロントケーシング４１及びリアケーシング４２を含むケーシング４０で形成される密閉空間Ａ内に収容されている。この密閉空間Ａは、上記のようにインペラ２２が収容されるポンプ室Ａ１と、軸受／駆動部２１が収容される環状空間Ａ２と、を含む。そして、インペラ２２は、ポンプ室Ａ１と共にポンプ機構を構成する。軸受／駆動部２１は、環状空間Ａ２に収容される。

【0027】

磁気軸受３０は、ロータ２０の軸受／駆動部２１の径方向の外周側に装着された環状の磁性材料からなる軸受ロータ部材３１と、この軸受ロータ部材３１のラジアル方向の外側に、軸受ロータ部材３１と所定の間隔を空けて配置された軸受ステータ部材３２と、を有する。軸受ステータ部材３２は、環状のヨークベース４４と、リアケーシング４２の外周部と、円筒状のブラケット４３と、の間に装着されている。

【0028】

軸受ロータ部材３１は、例えば、円環状に成形されたネオジム磁石からなる永久磁石３３と、この永久磁石３３と同心で、アキシャル方向（Ｚ軸方向）に挟み込むように配置された円環状の電磁軟鉄からなる一対のヨーク３４，３５と、を有する。永久磁石３３は、例えば、アキシャル方向にＮ極及びＳ極が対向し、且つ円周方向全周に亘って同極となるように着磁されている。

【0029】

一方、軸受ステータ部材３２は、本実施形態では、図２に示すように、軸受ロータ部材３１の円周方向の４箇所に９０°の角度を介して４つ配置されている。これらの軸受ステータ部材３２のうちの、例えば、Ｘ軸方向に対向する一対の軸受ステータ部材３２は、ロータ２０のＸ軸方向の位置及びΦ方向の角度を制御する。また、これらの軸受ステータ部材３２のうちの、例えば、Ｙ軸方向に対向する一対の軸受ステータ部材３２は、ロータ２０のＹ軸方向の位置及びΘ方向の角度を制御する。また、これらの軸受ステータ部材３２は、Ｚ軸方向の高さを制御する。なお、軸受ステータ部材３２の数は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、６個、１０個、１２個、１６個等、種々の形態を採用し得る。

【0030】

なお、図示は省略するが、ヨークベース４４には、軸受ロータ部材３１のラジアル方向及び各回転方向の変位を検出可能な変位センサが、例えば軸受ステータ部材３２とそれぞれ４５°の角度をなす（すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とそれぞれ４５°の角度で交差する）ように、複数（例えば、４つ）配置されている。

【0031】

また、変位センサには、例えばヨークベース４４等に、軸受／駆動部２１とアキシャル方向に対向するように設けられ、軸受ロータ部材３１等のアキシャル方向及び回転方向の変位を検出可能なセンサも含まれる。これらの変位センサは、例えば、渦電流式のセンサが挙げられるが、これに限定されるものではなく、種々のセンサを採用し得る。また、変位センサの配置態様や数は、上記のものに限定されず、種々の形態を採用し得る。

【0032】

なお、本実施形態のポンプ１００の場合、ロータ２０のＺ軸方向の一方にインペラ２２が配置されているので、ロータ２０がＺ軸に対して傾斜する場合、Ｚ軸上のインペラ２２に近い位置を回転中心としてロータ２０が傾斜する。このため、変位センサを、例えばインペラ２２から離れた位置、好ましくは軸受／駆動部２１のＺ軸方向の中央の位置に配置しておけば、変位センサによって、ロータ２０のＸ軸方向の位置及びΦ方向の角度、Ｙ軸方向の位置及びΘ方向の角度を検知可能である。これにより、回転軸の傾きについても、例えば二軸制御によって十分にコントロール可能となる。

【0033】

軸受ステータ部材３２は、例えば、積層電磁鋼板等の磁性材料からなる軸受コア３７と、軸受コア３７に巻回された軸受コイル３８と、を有する。軸受コア３７の縦断面形状は、軸受ロータ部材３１側を開放端とするほぼＣ字形となっているが、Ｃ字形状の開放端部分に一対のカギ型形状部分を有し、開放端側の部分を互いにＺ軸方向に近づけた形状を有している。なお、軸受コア３７の縦断面形状の詳細については、例えば、国際公開第２０２０／１８３８８４号、及び国際公開第２０２１／０１５０３４号に記載された内容を援用することができるので、ここでは説明を省略する。

【0034】

このような形状であると、軸受コイル３８のＺ軸方向の長さを、軸受コア３７の開放端側のカギ型形状部分におけるＺ軸方向の対向面間の距離よりも大きくすることが可能である。従って、軸受コイル３８の巻回部分のＺ軸方向の長さよりも開放端の先端間の距離を小さくすることができ、軸受ロータ部材３１のＺ軸方向の大きさを小さく設計することができる。また、軸受コア３７の開放端側のカギ型形状部分におけるＺ軸方向の対向面と反対側の面間の距離を、軸受ロータ部材３１のＺ軸方向の長さとほぼ等しい大きさとすることが可能であるので、寸法設計の自由度を向上させることができる。なお、磁気軸受３０は上述した構成に限定されず、種々の公知の構成を採用することが可能である。

【0035】

駆動機構１０は、ロータ２０の軸受／駆動部２１の径方向の内周側に装着された環状の被駆動部材としての駆動マグネット１１と、この駆動マグネット１１を磁気駆動する駆動部としての駆動ステータ１２と、を有する。駆動ステータ１２は、駆動マグネット１１に対してラジアル方向の内側に、径方向に対向するように駆動マグネット１１と所定の隙間を介して配置されている。この駆動機構１０は、径方向の内側から外側にかけて駆動ステータ１２及び駆動マグネット１１が順に配置されるいわゆるアウターロータ型に構成されている。なお、軸受／駆動部２１においては、駆動マグネット１１と軸受ロータ部材３１との間に、アルミニウム等の非磁性体からなる環状のセパレートヨーク３６（図２においては図示せず）が配置されている。

【0036】

駆動マグネット１１は、図２に示すように、例えば円周方向に４分割可能なラジアル方向２極又は４極に着磁したネオジム磁石から構成されている。駆動ステータ１２は、モータステータとして機能する。駆動ステータ１２は、図３に示すように、例えば円周方向に６０°ずつ配置される６つ（６スロット）の突極を有する磁性材料からなる駆動コア１３と、この駆動コア１３に巻回された駆動コイル１４と、を含み、例えば三相ブラシレスモータのステータとして構成されている。駆動ステータ１２は、ブラケット４３の内側に固定されたハウジング４５とリアケーシング４２の中央部の間に装着されている。

【0037】

駆動ステータ１２の駆動コア１３は、その縦断面形状がコの字形（コの字状）となるように形成されている。具体的には、駆動コア１３の縦断面形状は、図４に示すように、ロータ２０の軸方向（Ｚ軸方向）の一方の端部（図１では後方端部）から軸方向に離れた位置で、ラジアル方向（径方向）に延びて駆動コイル１４が巻回される第１部分１３ａを有する。なお、ここでは、駆動コイル１４は、Ｚ軸方向の高さがラジアル方向に沿って均一となるように、第１部分１３ａに巻回されている。

【0038】

また、駆動コア１３の縦断面形状は、第１部分１３ａのラジアル方向の一方の端部（図１では径方向内側の端部）から軸方向に（図１では軸方向前方に）延びる第２部分１３ｂと、第２部分１３ｂの先端部（図１では前方側の先端部）からロータ２０側に向けてラジアル方向に延びて、駆動マグネット１１と径方向に対向配置される第３部分１３ｃと、を有する。

【0039】

なお、駆動コア１３の第３部分１３ｃの駆動マグネット１１側の端面１３ｄは、円周方向に沿った曲面で構成され、駆動コア１３の主要部よりも幅広に形成されている。また、駆動コア１３は、図２に示すように、第１部分１３ａの第２部分１３ｂと反対側の端部が、円環状部材１５の切欠き部１５ａに嵌合されて円環状部材１５に接続されている。

【0040】

駆動コア１３がこのような形状であると、第３部分１３ｃ及び駆動マグネット１１のラジアル方向の寸法を極力小さくしつつも、必要な駆動機構１０の性能を得るための駆動コイル１４を第１部分１３ａに巻回させて、ロータ２０のＺ軸方向の一方の端部側に配置することが可能である。これにより、駆動機構１０のラジアル方向の寸法の小型化を図ることができる。

【0041】

なお、駆動機構１０の性能を向上させるために、駆動コイル１４の線径及び巻線ターン数を増加させたとしても、駆動機構１０の軸方向の寸法が僅かに大きくなるだけで、駆動機構１０のラジアル方向の寸法が大きくなることはない。換言すれば、同一性能の駆動機構１０においてラジアル方向の寸法をより小さく構成することができるようになる。従って、駆動機構１０を含む駆動装置５０全体の径方向の大きさを小さくすることができ、結果的に、円筒状のポンプ１００の径方向の寸法増大を抑えて小型化を図ることが可能となる。

【0042】

また、駆動コイル１４が巻回された第１部分１３ａが、例えば、ロータ２０の軸方向の後方端部から軸方向に離れた位置に配置されるため、これらの間のスペースに、例えば、ヨークベース４４と軸方向にほぼ同一箇所に配置され、駆動装置５０の各部を制御する各種制御部品１８ａが表面実装された基板１８を搭載することも可能である。これにより、円筒状のポンプ１００の駆動ステータ１２とロータ２０との軸方向の間のスペースを有効活用することができる。

【0043】

［駆動装置及びポンプの動作］
次に、上記のように構成された駆動装置５０が適用されたポンプ１００の動作を説明する。
ポンプ１００では、磁気軸受３０を構成する軸受ロータ部材３１及び軸受ステータ部材３２が磁性材料で構成されているので、磁気回路を形成する。軸受ロータ部材３１の永久磁石３３は、この磁気回路にバイアス磁束を供給する。

【0044】

図示しない制御回路は、変位センサで検出されたロータ２０のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向の変位並びにΦ方向及びΘ方向の傾きを補正するように、軸受コイル３８に流れる電流を制御して、軸受コイル３８により発生する制御磁束を調整する。これにより、ロータ２０は、磁気軸受３０によって所定位置及び所定姿勢を維持しつつ、非接触状態で支持される。

【0045】

また、この状態で駆動ステータ１２の駆動コイル１４に三相交流電力を供給すると、三相ブラシレスモータとして駆動機構１０が動作して、ロータ２０が回転する。ロータ２０が回転することにより、インペラ２２が密閉空間Ａ内で非接触で回転する。これにより、吸込口４８を介してポンプ室Ａ１内に移送流体が導入され、吐出口４９を介して移送流体がポンプ室Ａ１内から外部に排出される。

【0046】

［実施形態の効果］
ここで、ポンプ１００に採用される一般的な駆動機構においては、駆動ステータのみに着目すると、駆動ステータを構成する駆動コアに巻回される駆動コイルの線径及び巻線ターン数が多くなるほど一般的には性能が向上することが知られている。一方、いわゆるテンプルモータのＬ字状の駆動コアに駆動コイルを巻回して性能の向上を図ろうとすると、駆動コイルの線径及び巻線ターン数に応じて駆動機構のラジアル方向の寸法が増加する。同様に、ロータに向けて突出するモータヨークの突極の径方向の内側に駆動コイルを巻回して性能の向上を図ろうとすると、駆動コイルの線径及び巻線ターン数に応じて駆動機構のラジアル方向のみならずアキシャル方向の寸法も増加する。

【0047】

この点、本実施形態に係る駆動装置５０の駆動機構１０によれば、上記特許文献１及び２に記載の従来技術の駆動装置に比べて、駆動ステータ１２の駆動コア１３がコの字形であり、第３部分１３ｃのラジアル方向の寸法を極力小さくしつつも、径方向に延びる第１部分１３ａに駆動コイル１４を、線径及び巻線ターン数を任意の設計の下で自在に巻回させることができる。これにより、駆動機構１０に要求される性能を十分に実現しつつも、径方向の寸法を小さくすることができるので、駆動機構１０を含む駆動装置５０及びポンプ１００の径方向の寸法増大を抑えて、小型化を図ることが可能となる。

【0048】

［第１の実施形態の変形例］
［駆動機構の他の構成］
図５は、駆動装置５０の変形例が適用されたポンプ１００の全体構成を概略的に示す縦断面図である。図６は、変形例の駆動ステータ１２の全体構成を概略的に示す平面図である。図７は、他の変形例の駆動ステータ１２の全体構成を概略的に示す正面図である。なお、図５を含む以降の説明においては、上記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。

【0049】

すなわち、図５及び図６に示すように、変形例のポンプ１００は、駆動機構１０の駆動ステータ１２における駆動コア１３の第１部分１３ａに巻回される駆動コイル１４が、Ｚ軸方向の高さが径方向の外側に向かって増大するように巻回されている点が、第１の実施形態における駆動ステータ１２とは相違している。

【0050】

この変形例の駆動ステータ１２によれば、駆動コイル１４が縦断面形状で径方向の内側に向かってＺ軸方向の高さが低くなる台形状に巻回されるので、第１の実施形態に比べて、図示のように駆動コア１３の第１部分１３ａの径方向の長さを短く構成することが可能であると共に、例えば同じ収容スペースにおいて軸受／駆動部２１のＺ軸方向の長さを長くすることも可能である。

【0051】

なお、駆動コイル１４の巻回態様はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、他の変形例の駆動ステータ１２としては、駆動コイル１４が、Ｚ軸方向の幅Ｗ１が図示しないロータ２０の周方向の幅Ｗ２よりも大きくなるように、駆動コア１３の第１部分１３ａに直交する断面形状が、角丸矩形状又は楕円状等に巻回されるものが挙げられる。このようにすれば、必要な巻数ターン数等を得つつも円周方向に配置される駆動ステータ１２のスロット数を更に増加させることが可能となる。

【0052】

また、図示は省略するが、例えばＺ軸方向の幅Ｗ１が、第１部分１３ａにおける巻回開始位置から巻回終了位置までの径方向の中央部分で最も大きくなるように第１部分１３ａに巻回されたり、上記とは逆に径方向の外側に向かってＺ軸方向の高さが低くなる台形状に巻回されたりしても良い。このように、駆動コイル１４の巻回態様は、駆動コア１３の第１部分１３ａがロータ２０の端部からＺ軸方向に離れているため、種々の態様を採用し得る。

【0053】

［第２の実施形態］
［駆動装置の他の構成］
図８は、本発明の第２の実施形態に係る駆動装置５０Ａの全体構成を概略的に示す切欠斜視図である。図９は、駆動装置５０Ａの軸受ロータ部材６０の全体構成を示す斜視図である。図１０は、軸受ロータ部材６０の全体構成を示す分解斜視図である。図１１は、図９のＡ－Ａ´断面図である。

【0054】

図８に示すように、第２の実施形態に係る駆動装置５０Ａは、第１の実施形態に係るポンプ１００にも適用可能に構成され、磁気軸受３０及び駆動機構１０を有する点は、第１の実施形態の駆動装置５０と同様であるが、磁気軸受３０の軸受ロータ部材６０が、先の駆動機構１０に含まれる駆動マグネット１１のような被駆動部材も兼用している点が、第１の実施形態の駆動装置５０と相違している。

【0055】

なお、図示は省略するが、軸受ロータ部材６０は、ポンプ１００に適用する場合は上記と同様にロータ２０の軸受／駆動部２１に設けられ、磁気軸受３０の軸受ステータ部材３２と、駆動機構１０の駆動ステータ１２と、は上述した駆動装置５０と同様の構成を備えているので、ここでは説明を省略する。

【0056】

すなわち、図９～図１１に示すように、軸受ロータ部材６０は、円環状の永久磁石６３と、この永久磁石６３をＺ軸方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨーク６１，６２と、を有する。一対のヨーク６１，６２は、電磁軟鉄等の磁性材料からなる。永久磁石６３は、上記永久磁石３３と同様に、アキシャル方向にＮ極及びＳ極が対向し、且つ円周方向全周に亘って同極となるように着磁されている。

【0057】

一対のヨーク６１，６２は、それぞれにおける径方向に対向する一組の円周方向に所定範囲の部分（例えば、円周方向に９０°の範囲の部分）の縦断面形状が、次のように形成されている。すなわち、各ヨーク６１，６２は、永久磁石６３のＺ軸方向の両端面を覆う円環状のヨーク主部６１ａ，６２ａと、一方のヨークのヨーク主部６１ａ，６２ａの径方向の一方の端部（例えば、径方向内側の端部）から、他方のヨークのＺ軸方向の外側端面の位置までＺ軸方向に延びるヨーク副部６１ｂ，６２ｂと、を有するＬ字状に形成されている。本実施形態では、ヨーク副部６１ｂ，６２ｂは、ヨーク主部６１ａ，６２ａの内周側において径方向に対向し、それぞれが円周方向に９０°の範囲に延びるように形成されている。

【0058】

一対のヨーク６１，６２のヨーク副部６１ｂ，６２ｂは、円周方向に一方のヨーク（例えば、ヨーク６１）と他方のヨーク（例えば、ヨーク６２）とで互い違いに組み合わされて（円周方向に９０°ずつずらされて）配置される。これにより、ヨーク副部６１ｂ，６２ｂは、ヨーク主部６１ａ，６２ａの径方向の内周側に永久磁石６３の磁極を集中させる作用を有するので、上述した駆動マグネット１１と同様に機能することが可能であり、径方向に対向配置される駆動ステータ１２の駆動コアの第３部分１３ｃからの磁束によって、被駆動部材として磁気駆動され得る。なお、互い違いに組み合わされたヨーク副部６１ｂ，６２ｂの周方向には、それぞれ隙間が形成されているが、この隙間には図示しない樹脂等の非磁性体からなるスペーサが介挿されているため、一対のヨーク６１，６２が円周方向に動いてしまってガタつくことは防止されている。

【0059】

また、図１１に示すように、一対のヨーク６１，６２は、それぞれ、一方のヨーク６１（又はヨーク６２）のヨーク副部６１ｂ（又はヨーク副部６２ｂ）と、他方のヨーク６２（又はヨーク６１）及び永久磁石６３との間に閉磁路が形成されないように、間隙ｇ１が形成されている。なお、図示は省略するが、例えば、間隙ｇ１に代えて、間隙ｇ１に相当する部分に、アルミニウム等の非磁性体からなる環状のセパレートヨークが配置されても良い。

【0060】

このように構成された軸受ロータ部材６０では、永久磁石６３が磁気浮上中にＺ軸に対して傾く力は、一対のヨーク６１，６２のＮ極及びＳ極がそれぞれ対面構造となっているので相殺される。従って、軸受ロータ部材６０はＺ軸に対して傾かない構造を備える。また、駆動機構１０の駆動マグネット１１に相当する部品が不要となるため、駆動装置５０Ａの構成部品の削減及びシンプル化によるコストダウンを図ることが可能となる。なお、各ヨーク副部６１ｂ，６２ｂの径方向の厚みをより薄く構成すれば、駆動装置５０Ａのラジアル方向の寸法増大を抑えることが可能である。

【0061】

［第３の実施形態］
［ポンプの構成］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る駆動装置５０Ｂが適用されたポンプ１００Ａの一部構成を概略的に示す縦断面図である。上記第１及び第２の実施形態に係る駆動装置５０，５０Ａは、いわゆるアウターロータ型の構造を備えているが、第３の実施形態に係る駆動装置５０Ｂは、いわゆるインナーロータ型の構造を備えている。

【0062】

すなわち、上述した第１の実施形態の駆動装置５０では、駆動ステータ１２が、駆動コア１３の第３部分１３ｃが駆動マグネット１１の径方向の内側に配置されて構成され、軸受ステータ部材３２が、軸受ロータ部材３１の径方向の外側に複数配置されて、軸受ロータ部材３１と径方向にそれぞれ対向する構造を備えている。

【0063】

また、上述した第２の実施形態の駆動装置５０Ａでは、軸受ロータ部材６０が、一対のヨーク６１，６２のヨーク副部６１ｂ，６２ｂが永久磁石６３の径方向の内側に配置されて構成され、駆動ステータ１２が、駆動コア１３の第３部分１３ｃが軸受ロータ部材６０の径方向の内側に配置されて構成され、軸受ステータ部材３２が、軸受ロータ部材６０の径方向の外側に複数配置されて、軸受ロータ部材６０と径方向にそれぞれ対向する構造を備えている。

【0064】

これらに対し、第３の実施形態の駆動装置５０Ｂは、駆動ステータ１２が、駆動コア１３の第３部分１３ｃが駆動マグネット１１の径方向の外側に配置され、軸受ステータ部材３２が、軸受ロータ部材３１の径方向の内側に複数配置されて、軸受ロータ部材３１と径方向にそれぞれ対向する構造を備える。

【0065】

なお、この場合、軸受ロータ部材３１の永久磁石３３及び一対のヨーク３４，３５は、駆動マグネット１１の径方向の内側に、セパレートヨーク３６を介して配置されている。また、駆動ステータ１２の駆動コア１３は、第１部分１３ａの第２部分１３ｂと反対側の端部が、径方向の外周側に切欠き部１５ａが形成された円環状部材１５に嵌合されて円環状部材１５に接続されている。

【0066】

この第３の実施形態に係る駆動装置５０Ｂが適用されたポンプ１００Ａは、径方向の内側から外側にかけて軸受ステータ部材３２、軸受ロータ部材３１、駆動マグネット１１及び駆動ステータ１２がリアケーシング４２を介して順に配置されるインナーロータ型に構成される。従って、ポンプ１００Ａは、第１及び第２の実施形態に係る駆動装置５０，５０Ａが適用されたポンプ１００と同様に、インナーロータ型であっても駆動装置５０Ｂの径方向の寸法の増大を抑えて、小型化を図ることが可能となる。

【0067】

なお、図示は省略するが、第３の実施形態の駆動装置５０Ｂに第２の実施形態の駆動装置５０Ａの構成を適用した場合、軸受ロータ部材６０は、一対のヨーク６１，６２のヨーク副部６１ｂ，６２ｂが永久磁石６３の径方向の外側に配置されて構成される。また、駆動ステータ１２は、駆動コア１３の第３部分１３ｃが軸受ロータ部材６０の径方向の外側側に配置されて構成される。更に、軸受ステータ部材３２は、軸受ロータ部材６０の径方向の内側に複数配置されて、軸受ロータ部材６０と径方向にそれぞれ対向する構造を備える。このように構成した駆動装置５０Ｂが適用されたポンプ１００Ａによれば、第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0068】

［第４の実施形態］
［ポンプの構成］
図１３は、本発明の第４の実施形態に係る駆動装置をモータ１０Ａとして適用したポンプ１００Ｂの一部構成を概略的に示す縦断面図である。

【0069】

第４の実施形態に係る駆動装置としてのモータ１０Ａは、例えばモータ軸１９が中心に配置された円柱状のモータマグネット１１Ａを有するロータ２０Ａと、ロータ２０Ａを回転駆動する駆動ステータ１２と、を有する。ロータ２０Ａは、図示しないベアリングを介してリアケーシング４２に装着されポンプ１００Ｂに設けられている。モータ軸１９には、図示しないインペラ等が取り付けられる。駆動ステータ１２は、駆動コア１３の第３部分１３ｃがロータ２０Ａの径方向の外側に配置されているので、モータ１０Ａは、インナーロータ型のモータとして構成されている。

【0070】

第４の実施形態のモータ１０Ａが適用されたポンプ１００Ｂによれば、モータ１０Ａの駆動ステータ１２の駆動コア１３が第１～第３部分１３ａ～１３ｃを有し、駆動コイル１４が第１部分１３ａに巻回されているので、上記第３の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0071】

［第５の実施形態］
［ポンプの構成］
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る駆動装置をモータ１０Ｂとして適用したポンプ１００Ｃの一部構成を概略的に示す縦断面図である。

【0072】

第５の実施形態に係る駆動装置としてのモータ１０Ｂは、モータ軸１９が中心に配置された有底円筒状のロータ部材２０ａの円筒部分に配置されたモータマグネット１１Ｂを有するロータ２０Ｂと、ロータ２０Ｂを回転駆動する駆動ステータ１２と、を有する。ロータ２０Ｂは、図示しないベアリングを介してリアケーシング４２に装着されポンプ１００Ｃに設けられている。モータ軸１９には、図示しないインペラ等が取り付けられる。駆動ステータ１２は、駆動コア１３の第３部分１３ｃがロータ２０Ｂの径方向の内側に配置されているので、モータ１０Ｂは、アウターロータ型のモータとして構成されている。

【0073】

第５の実施形態のモータ１０Ｂが適用されたポンプ１００Ｃによれば、モータ１０Ｂの駆動ステータ１２の駆動コア１３が第１～第３部分１３ａ～１３ｃを有し、駆動コイル１４が第１部分１３ａに巻回されているので、上記第１及び第２の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0074】

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0075】

１０ 駆動機構
１０Ａ，１０Ｂ モータ
１１ 駆動マグネット
１２ 駆動ステータ
１３ 駆動コア
１３ａ 第１部分
１３ｂ 第２部分
１３ｃ 第３部分
１４ 駆動コイル
１５ 円環状部材
１５ａ 切欠き部
２０ ロータ
２１ 軸受／駆動部
２２ インペラ
３０ 磁気軸受
３１，６０ 軸受ロータ部材
３２ 軸受ステータ部材
３３，６３ 永久磁石
３４，３５ ヨーク
３６ セパレートヨーク
３７ 軸受コア
３８ 軸受コイル
４０ ケーシング
５０，５０Ａ 駆動装置
６１，６２ ヨーク
６１ａ，６２ａ ヨーク主部
６１ｂ，６２ｂ ヨーク副部
１００ ポンプ

【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】