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特開2024-32709磁気浮上可能なロータおよびこのようなロータを有する回転機械
(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】P2024032709
(43)【公開日】2024-03-12
(54)【発明の名称】磁気浮上可能なロータおよびこのようなロータを有する回転機械
(51)【国際特許分類】
F04D 29/48 20060101AFI20240305BHJP
H02K 1/2733 20220101ALI20240305BHJP
H02K 7/14 20060101ALI20240305BHJP
【ＦＩ】
F04D29/48
H02K1/2733
H02K7/14 B
【審査請求】有
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023217940
(22)【出願日】2023-12-25
(62)【分割の表示】P 2018116252の分割
【原出願日】2018-06-19
(31)【優先権主張番号】17179501.6
(32)【優先日】2017-07-04
(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】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ナターレ バーレッタ
(72)【発明者】
【氏名】ジャンピエロ、フォイエーラ
(72)【発明者】
【氏名】トマス エバーレ
(72)【発明者】
【氏名】レト シェーブ
(72)【発明者】
【氏名】トマス ゲンプ
(72)【発明者】
【氏名】マチアス フォフマン
(57)【要約】
【課題】本発明の目的は、回転機械のために磁気浮上することが可能なロータを提案し、さらに、このようなロータを有する回転機械を提案することである。
【解決手段】磁気浮上するロータを有する回転機械のためのロータが提案され、ロータは磁気浮上可能であり、ロータは、磁気的有効コア（２）と、熱可塑的に加工可能なフルオロポリマーで作られた被覆材（３）とを有し、被覆材（３）は磁気的有効コア（２）を完全に包囲し、磁気的有効コア（２）は少なくとも１つの永久磁石（２１）を備え、各永久磁石（２１）は酸性または化学的腐食性物質に対する保護のための金属コーティング（６）を有し、金属コーティング（６）と被覆材（３）との間にプラスチックコーティング（７）が設けられ、前記プラスチックコーティング（７）はパレリン族に属するポリマーからなる。さらに、このようなロータを有する回転機械（１００）が提案される。
【選択図】図２
【解決手段】磁気浮上するロータを有する回転機械のためのロータが提案され、ロータは磁気浮上可能であり、ロータは、磁気的有効コア（２）と、熱可塑的に加工可能なフルオロポリマーで作られた被覆材（３）とを有し、被覆材（３）は磁気的有効コア（２）を完全に包囲し、磁気的有効コア（２）は少なくとも１つの永久磁石（２１）を備え、各永久磁石（２１）は酸性または化学的腐食性物質に対する保護のための金属コーティング（６）を有し、金属コーティング（６）と被覆材（３）との間にプラスチックコーティング（７）が設けられ、前記プラスチックコーティング（７）はパレリン族に属するポリマーからなる。さらに、このようなロータを有する回転機械（１００）が提案される。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気浮上するロータを有する回転機械のためのロータであって、前記ロータは磁気浮上可能であり、前記ロータは、磁気的有効コア（２）と、熱可塑性フルオロポリマーで作られた被覆材（３）とを有し、前記被覆材（３）は前記磁気的有効コア（２）を完全に包囲し、前記磁気的有効コア（２）は少なくとも１つの永久磁石（２１）を備え、各永久磁石（２１）は酸性または化学的腐食性物質に対する保護のための金属コーティング（６）を有し、前記金属コーティング（６）と前記被覆材（３）との間にプラスチックコーティング（７）が設けられ、前記プラスチックコーティング（７）はパリレン族に属するポリマーからなることを特徴とする、ロータ。
【請求項2】
前記金属コーティング（６）は、ニッケルまたは金またはロジウムからなる少なくとも１つの層（６１、６２、６３）を備える、請求項１に記載のロータ。
【請求項3】
前記金属コーティング（６）は、互いに上下に配置された少なくとも３つの層（６１、６２、６３）を備え、最内層（６１）は前記永久磁石（２１）の表面上に直接設けられ、ニッケルからなる、請求項１または２に記載のロータ。
【請求項4】
前記金属コーティング（６）は、互いに上下に配置された、厳密に３つの層（６１、６２、６３）を備え、前記最内層（６１）および最外層（６３）は各々ニッケルからなり、間の中間層（６２）は銅または金またはロジウムからなる、請求項３に記載のロータ。
【請求項5】
前記被覆材（３）は、ペルフルオロアルコキシポリマーまたはエチレンクロロトリフルオロエチレンまたはポリビニリデンフルオリドからなる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項6】
前記プラスチックコーティング（７）と前記被覆材（３）との間に熱保護フィルム（９）が設けられ、前記熱保護フィルムはポリイミドフィルムである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項7】
前記プラスチックコーティング（７）は、フッ化パリレンからなる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項8】
前記金属コーティング（６）は、前記磁気的有効コア（２）を完全に包囲する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項9】
前記プラスチックコーティング（７）は、前記磁気的有効コア（２）を完全に包囲する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項10】
前記金属コーティング（６）は各永久磁石（２１）上に直接設けられ、各永久磁石（２１）は、その上に直接設けられた金属コーティング（６）によって完全に包囲される、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項11】
前記プラスチックコーティング（７）は前記金属コーティング（６）上に直接設けられ、各金属コーティング（６）は、その上に直接設けられた前記プラスチックコーティング（７）によって完全に包囲される、請求項１０に記載のロータ。
【請求項12】
前記磁気的有効コア（２）は永久磁石（２１）からなり、前記永久磁石（２１）は一体にリングの形態で設計される、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項13】
前記被覆材（３）は、前記磁気的有効コア（２）を受容するカップ型ハウジング部品（３１）と、前記カップ型ハウジング部品（３１）に溶接されるカバー（３２）とを有し、前記カップ型ハウジング部品（３１）は、前記磁気的有効コア（２）と前記カップ型ハウジング部品（３１）との間に空隙（８１、８２）が存在するように設計されている、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項14】
磁気浮上可能なロータ（１）およびステータ（１０４、１１０）を有する、流体に影響を及ぼすための回転機械であって、これにより前記ロータ（１）は、動作状態において軸方向（Ａ）の周りで回転するために磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、前記ロータ（１）は磁気浮上し、請求項１から請求項１３のいずれか一項にしたがって設計されていることを特徴とする、回転機械。
【請求項15】
ベアリングレスモータとして設計されており、前記ステータは軸受ステータおよび駆動ステータ（１０４）として設計され、これによって前記ロータ（１）は動作状態において磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、これによって前記ロータ（１）は前記ステータ（１０４）に対して少なくとも径方向に磁気的に非接触で浮上させられることが可能である、請求項１４に記載の回転機械。
【請求項16】
前記回転機械は、遠心ポンプまたは混合装置である、請求項１４または１５に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気浮上したロータを有する回転機械用のロータであって、ロータは磁気浮上可能である、ロータに関し、それぞれのカテゴリの独立請求項のプリアンブルによる回転機械にも関する。
【背景技術】
【0002】
たとえば遠心ポンプまたは混合装置または攪拌装置など、磁気浮上するロータを有する回転機械は、具体的には、機械軸受からの摩耗粒子によって流体を汚染することなく、高純度の流体が搬送、攪拌、または混合される用途向けの、多くの技術分野で使用される。半導体産業では、たとえば磁気浮上するロータは、半導体産業において半導体構造の製造または処理に使用される際に、超純水ならびに酸性、酸化性、またはその他の化学的腐食性物質を搬送するために使用される。このような金属イオンは半導体のドーピングを変化させる可能性があるので、磁気浮上するロータから液体に金属イオンが到達しないことが重要である。
【0003】
磁気浮上するロータを有する回転機械、具体的には遠心ポンプの設計に関して、ロータの回転が別の駆動ユニットによって駆動されている間、個別の磁気軸受によって非接触式にロータが浮上する装置が知られている。この場合、各磁気軸受は通常、ロータを磁気浮上させるためにロータの磁気的有効コアと相互作用する軸受ステータを備える。駆動ユニットは、ロータを電磁回転駆動部の原理にしたがって回転させる、駆動ステータを備える。
【0004】
しかしながら、個別の磁気軸受が設けられず、軸受機能および駆動機能が同じステータによって実現される、磁気的に非接触浮上するロータを有するような回転機械の設計もまた知られている。個別の磁気軸受（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｂｅａｒｉｎｇ）がロータに設けられていないので、このような設計のために用語「ベアリングレスモータ」が確立された。軸受機能および駆動機能は、互いに分離され得ない。これらの特に効率的なベアリングレスモータは、特に著しくコンパクトな設計と「非接触」の概念との同時実現を特徴とする。
【0005】
このように、ベアリングレスモータは、ロータがステータに対して完全に磁気浮上し、個別の磁気軸受が設けられていない、電磁回転駆動部である。この目的のために、ステータは軸受ステータおよび駆動ステータとして設計されており、これは電気駆動部のステータおよび磁気軸受のステータの両方である。回転磁界は、軸受ステータおよび駆動ステータの電気巻線を用いて生成されることが可能であり、この回転磁界は、一方ではロータにトルクを印加してこれを回転させ、他方では、その径方向位置がアクティブに制御または調整され得るようにロータに対して自由に調節可能な横力を印加する。
【0006】
回転機械のロータは、特にポンプ、ミキサー、または攪拌機として設計されたときに一体型ロータであることが多く、この一体型ロータは、電磁駆動部のロータおよびポンプまたはミキサーのロータの両方であり、これにより流体に影響を及ぼす。
【0007】
ロータの磁気的有効コアの設計について、異なる概念も知られている。たとえば、ロータの磁気的有効コア全体が永久磁石材料で作られるように、磁気的有効コアは１つ以上の永久磁石のみで構成されることが可能である。しかしながら、磁気的有効コアが軟磁性部品と組み合わせられた１つ以上の永久磁石を備えるような設計も、知られている。通常、軟磁性部品は、鉄、ニッケル鉄、またはシリコン鉄で作られる。
【0008】
たとえば遠心ポンプなどの回転機械が個別の磁気軸受を有して設計されるかベアリングレスモータの概念にしたがって設計されるかにかかわらず、酸性または化学的腐食性物質の搬送が、ロータの磁気的有効コア、特に永久磁石も、このような腐食性物質から保護することが特に重要である。たとえばネオダイン、サマリウム、またはコバルトなど、永久磁石に通常使用される材料は、一般的にこのような腐食性物質に対する耐性が非常に低い。
【0009】
半導体製造において使用および搬送されなければならない酸性またはその他の化学的腐食性物質は、たとえばオゾン水（Ｏ３、Ｈ２Ｏに溶解）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、塩酸（ＨＣｌ）、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、オゾン（Ｏ３）もしくはたとえば硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と硝酸（ＨＮＯ３）などの混合物などである。さらに悪いことに、これらの腐食性物質はしばしば、たとえば１５０℃から２００℃またはそれ以上の高温で提供されなければならない。
【0010】
このような腐食性物質から保護するために、ロータの磁気的有効コア、具体的には複数または１つの永久磁石にフッ化炭化水素のプラスチック被覆材を提供することが知られているが、これはこれらの炭化水素が、化学的腐食性物質に、特に上述の酸に対する非常に良好な耐性を示すからである。
【0011】
しかしながら、フッ化炭化水素は、化学物質の気体成分に対して十分な障壁を形成しないことが非常に多い。このため、フッ化炭化水素からの封入は、たとえばかなりの量の硫酸およびオゾン（Ｏ３を有するＨ２ＳＯ４）の搬送すべき混合物に含まれ得るオゾン（Ｏ３）に対して、非常に限られた障壁効果しか持たない。さらに、特にロータの永久磁石上では、比較的短い動作時間の後にはこのようなフッ化炭化水素の被覆材があっても腐食が発生することが、研究によって示されている。この結果、ロータが膨張し、金属コーティングが劣化し、ロータコアまたは被覆材の一部が欠けてロータの磁気的有効コアが完全に破壊される可能性がある。
【0012】
したがって欧州特許第２５４９１１３号明細書において、二重被覆材、すなわち永久磁石を完全に包囲する内部金属被覆材、および金属被覆材を完全に包囲するフッ化炭化水素の外部被覆材を有する、ロータの永久磁石を提供することが提案されている。
【0013】
この考え方は、通常は液体の酸に対して永久磁石または磁気的有効コアを外部プラスチック被覆材が保護し、プラスチック被覆材を比較的よく貫通できる気体成分に対しては内部金属被覆材が磁気的有効コアを保護するということである。
【0014】
二重被覆材のこの概念自体は実際に証明されているとはいえ、まだ改善の必要がある。一方では、被覆材の個々の部品の溶接は気密性でなければならないため、欧州特許第２５４９１１３号明細書において提案されたロータの永久磁石の厚肉金属被覆材を実現するのは比較的困難であるが、他方では、永久磁石材料の構造が変化しないように、溶接中のエネルギー入力は十分に低く保たれなくてはならない。磁気的な空隙は、あまり大きな力の損失を伴わずに磁気浮上の間に増加することはできないので、この問題は、金属の被覆材が永久磁石に比較的接近していなければならないという事実によって複雑化される。その際に、被覆材を溶接するために必要とされる熱は、ロータの永久磁石内に直接散逸される。加えて、オゾン、水素、または酸の蒸気はプラスチックを通じて拡散し、金属被覆材を腐食させる可能性がある。ロータの金属被覆材が腐食してしまうと、金属イオンがプラスチック被覆材を通じて搬送される流体内に拡散し、流体を汚染する可能性がある。半導体産業の用途において、流体中のこのような金属イオンは極端に否定的な結果を有する可能性があるが、これはたとえば、溶解した金属イオンの濃度が非常に低くても、制御されないやり方で処理される半導体構造のドーピングを変化させ、最悪の場合には半導体製品を使用不可能にする可能性があるからである。
【0015】
したがって、酸性またはその他の化学的腐食性物質に対してロータの磁気的有効コアをよりよく保護するため、そして同時に永久磁石の金属被覆材を溶接する上での上記の問題を回避するために、大きな努力が払われてきた。この目的のために、多種多様な金属層が永久磁石に電気的に付着させられ、これらの耐腐食性が試験された。しかし、たとえば非常に不活性であると考えられる金またはロジウムを用いて電気的に付着させられた金属被覆材であっても、驚くほどに本当に十分な結果には至らなかった。たとえば１００から２００時間という比較的短い使用寿命の後に、大規模な腐食がロータ上で発生する可能性がある。
【0016】
たとえば塩酸（ＨＣｌ）またはフッ酸（ＨＦ）またはオゾン（Ｏ３）など、非常に小さい分子を有する特定の物質は、たとえば気泡または毛細管亀裂など、金属層の格子欠陥または微細構造欠陥を通じて被覆材中に拡散し、ロータの永久磁石または磁気的有効コアを腐食させて、ロータが内側から腐食してしまうことが示唆される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【特許文献1】欧州特許第２５４９１１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
本発明はこの問題に特化している。
【0019】
したがって、この従来技術から始まって、本発明の目的は、そのロータ内でロータの磁気的有効コアおよび具体的には永久磁石が酸化性および酸性物質またはその他の化学的腐食性物質に対して特によく保護される、回転機械のために磁気浮上することが可能なロータを提案することである。さらに、本発明は、このようなロータを有する回転機械を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0020】
この問題を解決する本発明の目的は、それぞれのカテゴリの独立請求項の特徴によって特徴付けられる。
【0021】
本発明によれば、磁気浮上するロータを有する回転機械のために、磁気浮上可能なロータが提案され、このロータは、磁気的有効コアと、熱可塑的に加工可能なフルオロポリマーで作られた被覆材とを有し、被覆材は磁気的有効コアを完全に包囲し、磁気的有効コアは少なくとも１つの永久磁石を備え、各永久磁石は酸性または化学的腐食性物質に対する保護のための金属コーティングを有し、金属コーティングと被覆材との間にプラスチックコーティングが設けられ、このプラスチックコーティングはパレリン族に属するポリマーからなる。
【0022】
好ましくは、金属コーティングは永久磁石に直接接着する。
【0023】
非常に複雑で広範な研究により、フルオロポリマーの外部被覆材およびパリレンコーティングがその間に設けられた、永久磁石に直接接着する永久磁石の金属コーティングのこの正確な組み合わせは、酸、酸性流体、およびたとえばオゾンまたは水素などのその他の化学的腐食性物質に対するロータの磁気的有効コアの特に良好で長続きする保護を保証することが示された。ロータの磁気的有効コアは、この特殊な組み合わせにより、たとえば液体酸などの腐食性液体成分および気体成分の両方に対して保護される。具体的には、ロータの磁気的有効コアまたは永久磁石への、たとえば水素（Ｈ２）、オゾン（Ｏ３）、フッ酸（ＨＦ）、または塩酸（ＨＣｌ）などの非常に小さい分子を有する物質の拡散もまた防止され、または少なくとも著しく低減される。外部被覆材のフルオロポリマーと比較して、パリレンのポリマー鎖は著しく長く、これにより、これらはフルオロポリマーよりもはるかに優れた拡散障壁を形成する。
【0024】
パリレンはまた、化学蒸着によって製造されたポリ（ｐ－キシリレン）ポリマーの群の商品名としても使用される。出発材料はｐ－キシレン（キシレンは、キシレンまたはジメチルベンゼンとも称される）またはそのハロゲン化誘導体である。どの置換基がベンゼン環に結合しているかに応じて、異なるパリレンが区別される。パリレンＮとして知られる基本製品であるポリ－ｐ－キシレンにおいて、ベンゼン環は芳香族水素原子しか有しておらず、すなわちベンゼン環の４つのラジカルの各々は水素原子である。加えて、その他の市販製品は、具体的にはパリレンＣ、パリレンＤ、およびパリレンＨＴである。パリレンＣでは、芳香族水素原子の１つが塩素原子で置換され、パリレンＤでは芳香族水素原子の２つが各々１つの塩素原子で置換され、パリレンＨＴは、二量体のアルファ水素原子が各々フッ素原子で置換されたハロゲン化誘導体である。
【0025】
ロータの磁気的有効コアの１つまたは複数の永久磁石は、好ましくはネオダイン－鉄－ホウ素（ＮｄＦｅＢ）またはサマリウム－コバルト（ＳｍＣｏ）合金で作られている。
【0026】
ロータに直接接着する金属コーティングが、ニッケルまたは金またはロジウムで作られた少なくとも１つの層を備えていれば、有利であると判明した。
【0027】
金属コーティングが、互いに上下に配置された複数の、具体的には少なくとも３つのコーティングを有し、最内層が永久磁石の表面上に直接設けられ、好ましくはニッケルからなる場合、特に良好な保護が実現可能である。ニッケルはＮｄＦｅＢベース合金ならびにＳｍＣｏベース合金にもよく接着するので、ニッケルが特に好ましい。パリレンもまた、特に金またはロジウムなどの貴金属よりもよくニッケルと接着するので、ニッケルは最も外側の金属層としても好ましい。
【0028】
好適な実施形態において、金属コーティングは、互いに上下に配置された、厳密に３つの層を備え、最内層および最外層は各々ニッケルからなり、間の中間層は好ましくは銅または金またはロジウムからなる。
【0029】
多層金属コーティングにおいて、最内層が最初に永久磁石の表面に付着させられる。続いて中間層が付着させられるが、これはたとえば、最も内側のコーティング内の気泡、毛細管亀裂、またはその他の微細構造欠陥を充填するために使用され得る。次いで、中間層は、最外層のための特に平坦で平滑な基部を形成する。好ましくは、金属コーティングはガルバニ技術（電気メッキ）によって、または無電流金属蒸着（外部電流を用いない化学蒸着）によって、永久磁石の表面上に堆積される。
【0030】
金属コーティングが３つの層を備える場合には、以下の層の組み合わせが特に好まれるが、内側から、すなわち永久磁石の表面側から外側に向かって順に：ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、またはニッケル、金、ニッケル、またはニッケル、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケルである。金属層コーティングが１層のみからなる場合には、これは好ましくはニッケル、金、またはロジウムである。
【0031】
金属コーティングの全厚は、好ましくは３０から１００マイクロメートル、特に好ましくは５０から６０マイクロメートルである。
【0032】
被覆材に関しては、被覆材がペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）またはエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）またはポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）からなることが好ましい。酸に対する耐性に加えて、これらの熱可塑的に加工可能なフルオロポリマーは、たとえば赤外線溶接によって射出成形および溶接され得るという、際だった利点を有する。これはロータの製造に有利である。
【0033】
フルオロポリマーの被覆材は、好ましくは互いに溶接された少なくとも２つの部品を備え、この目的には赤外線溶接が好ましい。特に溶接プロセス中に、過剰な熱入力からパリレン製のプラスチックコーティングを保護するために、熱保護フィルム、好ましくはポリイミドフィルムがプラスチックコーティングと被覆材との間に設けられることが、有利な手段となる。この目的のために、たとえばカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）の商品名で入手可能な材料が適している。
【0034】
好適な実施形態によれば、プラスチックコーティングは、フッ化パリレン、好ましくは脂肪族フッ化パリレンからなる。具体的には、フッ化パリレンの２つの変異体が現在市販されており、すなわちパリレンＡＦ４と称される脂肪族フッ化変異体およびパリレンＶＴ４と称される芳香族フッ化変異体である。脂肪族フッ化パリレンは、ベンゼン環の間の脂肪族炭素結合中の２つの水素原子が２つのフッ素原子で置換された変異体である。この目的のため、二量体のアルファ水素原子はパリレンを生成するためにフッ素原子で置換される。芳香族フッ化変異体では、芳香族水素原子が各々フッ素原子で置換されており、すなわちベンゼン環の４つのラジカルの各々がフッ素原子である。
【0035】
フッ化パリレン、具体的には脂肪族フッ化パリレンは、高い熱安定性を有する、すなわち高温に対する耐性が高く、少なくとも短時間の間は劣化症状を伴わずに最高４５０°の温度に曝されることが可能であるという利点を有する。当然ながら、フッ化パリレンを用いるときにはパリレンのプラスチックコーティングと被覆材との間にポリイミド熱保護フィルムが設けられることも可能である。
【0036】
好ましくは、金属コーティングは磁気的有効コアを完全に包囲し、すなわち磁気的有効コア全体が金属コーティングによって完全に包囲される。第１の実施形態によれば、ロータの磁気的有効コアは、たとえば永久磁石リングなど、１つの永久磁石のみからなる。この場合、永久磁石全体が金属コーティングで完全に被覆されるように、すなわち金属コーティングによって完全に包囲または封入されるように、永久磁石の各表面には金属コーティングが完全に設けられている。
【0037】
プラスチック被覆材が磁気的有効コアを完全に包囲することもまた好ましい。通常、パリレンで作られたプラスチックコーティングは、被覆される基板上のポリマー層として蒸着によって製造される。したがって、たとえば、ロータの磁気的有効コアまたは永久磁石には、まず金属コーティングが設けられ、次いでパリレンのプラスチックコーティングがこの金属コーティング上に堆積される。
【0038】
好適な実施形態は、金属コーティングが各永久磁石上に直接設けられ、各永久磁石がその上に直接設けられた金属コーティングによって完全に包囲されることである。
【0039】
さらに、プラスチックコーティングは金属コーティング上に直接設けられ、各金属コーティングはその上に直接設けられたプラスチックコーティングによって完全に包囲されることが好ましい。
【0040】
既に述べられたように、磁気的有効コアは、第１の変形例の永久磁石からなり、永久磁石は好ましくは一体に、特に好ましくはリングの形態で設計される。
【0041】
好適な実施形態によれば、被覆材は、磁気的有効コアを受容するカップ型ハウジング部品と、ハウジング部品に溶接されるカバーとを有し、カップ型ハウジング部品は好ましくは、磁気的有効コアとハウジング部品との間に空隙が存在するように設計されている。磁気的有効コアに金属コーティングおよびプラスチックコーティングが設けられている場合、この空隙は、ハウジング部品の壁と被覆された磁気的有効コアとの間に、たとえば約０．１ｍｍの径方向の幅を有する。空隙は、軸方向、すなわちカップ型ハウジング部品の底部またはカバーにも設けられ、軸方向に約０．５から１ｍｍの幅を有する。
【0042】
さらに、磁気浮上可能なロータおよびステータを有する、流体に影響を及ぼす回転機械、具体的には遠心ポンプまたは混合装置が本発明によって提案され、これによりロータは、動作状態において軸方向の周りで回転するために磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、ロータは磁気浮上し、本発明によって設計されている。
【0043】
回転機械は好ましくはベアリングレスモータとして設計されており、ステータは軸受ステータおよび駆動ステータとして設計され、これによってロータは動作状態において磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、少なくともステータに対して径方向に磁気的に非接触で浮上させられることが可能である。
【0044】
本発明のさらに有利な手段および実施形態は、従属請求項から得られる。
【0045】
以下において、本発明は、実施形態によって、図面を参照して、より詳細に説明される。図示されるのは以下の通りである（一部断面）。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明によるロータの第１の実施形態を有する、本発明による回転機械の第１の実施形態の断面図である。
【図4】本発明によるロータの第２の実施形態を有する、本発明による回転機械の第２の実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0047】
図１は、本発明によるロータの第１の実施形態を有する、本発明による回転機械の第１の実施形態を第１の断面図で示す。ここで、回転機械は遠心ポンプとして設計されており、全体として参照符号１００が付される。このような遠心ポンプ１００は、特に半導体産業において、酸性流体または化学的腐食性物質を搬送するために使用されることが可能である。このような流体は、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、塩酸（ＨＣｌ）、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、オゾン（Ｏ３）、またはたとえば硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）または硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と硝酸（ＨＮＯ３）の混合物を含んでもよい。
【0048】
遠心ポンプ１００は、搬送される流体用の入口１０２および出口１０３を有するポンプハウジング１０１を備える。本発明による磁気浮上可能なロータの第１の実施形態はポンプハウジング１０１内に設けられ、このロータは全体として参照符号１が付される。よりわかりやすくするために、図２は、図１の磁気浮上可能なロータ１の断面図を示す。ロータ１は、軸方向Ａを画定する設定回転軸の周りでロータ１の回転を駆動するために、少なくとも１つの永久磁石２１を備える磁気的有効コア２を有する。軸方向Ａに垂直な方向は、径方向と記載される。
【0049】
第１の実施形態において、磁気的有効コア２は永久磁石２１のみからなり、これは本明細書においてリング状永久磁石２１として設計されている。好ましくは、リング状永久磁石２１は一体になっている。しかしながら、永久磁石２１はいくつかのセグメントを備え、これらが互いに補完してリングを形成することもまた、可能である。動作状態において、リング状永久磁石２１は、設定回転軸の周りに延在するように配置される。
【0050】
ロータ１は、熱可塑的に加工可能なフルオロポリマーで作られた被覆材３をさらに備え、これは磁気的有効コア２が被覆材３内に完全に埋め込まれ、被覆材３によって封入されるように、磁気的有効コア２を完全に包囲する。被覆材３はペルフルオロアルコキシポリマー（ＰＦＡ）からなる。あるいは、被覆材３は、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）またはポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）からなることも可能である。被覆材３には複数の羽根４が設けられ、これにより流体は入口１０２から出口１０３に搬送されることが可能である。さらに、羽根４を覆うカバープレート５が設けられ、これは被覆材３から離れる方に向いた面で羽根４を覆っている。ポンプハウジング１０１は、好ましくはプラスチック製である。これは、被覆材３が作られたのと同じプラスチックまたは別のプラスチックであってもよい。ポンプハウジング１０１は好ましくは、少なくとも基本的に、フルオロポリマーからなる。熱可塑的に加工可能ではない、すなわち溶接または射出成形できないプラスチックまたはポリマー、特にフルオロポリマーもまた、ポンプハウジング１０１に適している。
【0051】
ポンプハウジング１０１は、ステータ１０４内に挿入可能なように設計されており、これによりロータ１は、軸方向Ａの周りで回転するために磁気的に非接触で駆動されることが可能となり、少なくとも径方向に磁気的に非接触で浮上させられることが可能である。したがって、ロータ１は一体型ロータ１として設計され、これはポンプロータ１および電磁回転駆動部のロータ１の両方を形成する。
【0052】
ステータ１０４はそれ自体周知の方法で、コイルまたは巻線１０６を有するいくつかのコイルコア１０５を有し、これによりロータ１は、動作状態において磁気的に非接触で駆動されることが可能である。コイルコア１０５は終結部１０７によって接続されるが、これは好ましくは鉄からなる。第１の実施形態において、ステータ１０４は軸受ステータおよび駆動ステータ１０４として設計されており、これによってロータ１は動作状態において磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、ステータ１０４に対して接触することなく磁気的に非接触で浮上させられることが可能である。したがって、ステータ１０４およびロータ１は電磁回転駆動部を形成し、これは好ましくはベアリングレスモータの原理にしたがって設計される。
【0053】
ベアリングレスモータでは、ロータ１は、磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、ステータ１０４に対して磁気的に非接触で浮上させられることが可能である。この目的のために、ステータ１０４は軸受ステータおよび駆動ステータ１０４として設計されており、これによってロータ１は、設定回転軸の周りで磁気的に非接触で駆動させられることが可能であり、すなわちこれは、ステータ１０４に対して磁気的に非接触で回転および浮上させられることが可能である。
【0054】
ベアリングレスモータは当業者にとって周知であるので、その機能の詳細な説明はもはや必要ではない。ベアリングレスモータという用語は、ロータ１が完全に磁気浮上しており、別個の磁気軸受が設けられていないという事実を指す。この目的のために、ステータ１０４は軸受ステータおよび駆動ステータ１０４として設計されており、これは電気駆動部のステータおよび磁気軸受のステータの両方である。ステータ１０４は巻線１０６を備え、これによって磁気回転場が発生し、これは一方ではロータ１にトルクを印加してその回転を生じ、他方では、その径方向位置、すなわち軸方向Ａに垂直な径方向平面における位置がアクティブに制御または調整され得るように、ロータ１に対して自由に調節可能な横力を印加する。したがって、ロータ１の少なくとも３つの自由度がアクティブに制御可能である。ロータ１は、軸方向Ａの軸方向撓みに関して少なくともパッシブに磁気を帯びており、すなわちこれは制御可能ではなく、磁気抵抗力によって安定化される。ロータ１は、設計に応じて、残り２つの自由度、すなわち設定回転軸に垂直な径方向平面に対する傾斜に関しても、パッシブに磁気的に安定させられることが可能である。
【0055】
従来の磁気軸受とは対照的に、ベアリングレスモータのモータの磁気軸受および駆動部は電磁回転場を介して実現され、その総和は一方ではロータ１上で駆動トルクを発生し、またロータ１の径方向位置を制御できるようにする自由に調節可能な横力も発生する。これらの回転場は、個別に、すなわち異なるコイルを用いて生成されてもよく、あるいは回転場は、必要とされる電流または電圧を数学的に重ね合わせ、その後単一コイルシステムを使用することによって、生成されることも可能である。ベアリングレスモータの特徴は、駆動機能が軸受機能から分離され得ないことである。これは、駆動機能が軸受機能から分離された個別の磁気軸受の設計との大きな相違点である。
【0056】
ロータ１を有するポンプハウジング１０１をステータ１０４内に載置するために、ステータ１０４は、巻線１０６を有するコイルコア１０５がロータ１を包囲するように、ポンプハウジング１０１が挿入され得る略円筒形の凹部を有する。ロータ１は、コイルコア１０５によって形成されたステータ極の間の中央に配置されている。したがって、ロータ１およびステータ１０４は、内部ロータの原理にしたがって設計された、電磁回転駆動部を表す。
【0057】
本明細書に記載される実施形態では、遠心ポンプ１００、より正確にはステータ１０４およびロータ１によって形成された回転駆動部は、いわゆるテンプルモータとして設計されている。テンプルモータ設計の特徴は、ステータ１０４が、各々が縦脚および横脚を有するＬ字型になっている、複数の個別のコイルコア１０５を備えることである。各縦脚は第１末端から第２末端まで軸方向Ａに延在し、そこから横脚が径方向内向きに延在してステータ極を形成する。縦脚の全ての第１末端（これらは図１の図によれば下部末端である）は、終結部１０７によって互いに接続されている。終結部１０７は、各々がコイルコア１０５の第１末端を隣接するコイルコア１０５の第１末端に接続する、いくつかのセグメントを備える。個々のコイルコア１０５は、これらがロータ１を円形に包囲してこの円上に等距離で配置されるように、好ましく配置される。動作中、ロータ１は、径方向内側を指しているステータ極の間で、磁気的に非接触なやり方で浮上させられる。ロータの磁気的有効コア２は、軸方向Ａに対してステータ極と同じ高さにある。全てが軸方向Ａと平行に延在してロータ１を取り囲む、コイルコア１０５の平行な縦脚は、寺院（テンプル）の柱と似ているのでテンプルモータと名付けられたものである。
【0058】
テンプルモータの別の特徴は、ステータ１０４の巻線１０６がコイルコア１０５の縦脚の周りに各々配置され、こうして図にしたがって磁気ロータ面の下で磁気ロータ面の外側に配置されることである。磁気ロータ面は、ロータ１の磁気的有効コア２の磁気中心面である。これは、ロータ１が傾斜していない場合にロータ１またはロータ１の磁気的有効コア２が動作状態において浮上させられている、軸方向Ａに垂直な平面である。一般的に、磁気ロータ面は、軸方向Ａに垂直な、ロータ１の磁気的有効コア２の幾何学的中心面である。
【0059】
好ましくは、巻線１０６は完全に磁気的有効コア２の下に配置されている。したがって、巻線１０６は、動作状態においてロータ１が駆動または浮上させられる平面内には配置されていない。コイル軸が各々磁気ロータ面内に、すなわちロータが浮上させられる平面内にあるようにステータの巻線が配置される、別の電磁回転駆動部とは対照的に、ステータ１０４の巻線１０６は、巻線１０６の軸が磁気ロータ面に垂直となり、したがって軸方向Ａと平行となるように、テンプルモータ内に配置される。
【0060】
本発明は、テンプルモータのような実施形態に限定されないことは明らかである。ステータ１０４の他の多くの実施形態も可能である。唯一重要なことは、ロータ１が、動作状態において軸方向の周りで回転させるため磁気的に非接触で駆動可能なことである。
【0061】
【0062】
既に述べられたように、第１の実施形態において、磁気的有効コア２はリング状永久磁石２１からなり、すなわち磁気的有効コア２は永久磁石２１と同一である。永久磁石２１は好ましくはネオダイン－鉄－ホウ素（ＮｄＦｅＢ）合金からなるが、たとえばサマリウム－コバルト（ＳｍＣｏ）合金など、永久磁石に一般的に使用されるその他の材料からなってもよい。
【0063】
永久磁石２１は、特に酸性または化学的腐食性物質の気体成分に対する保護として機能し、永久磁石へのこのような成分の拡散を可能な限り防止するかまたは少なくとも著しく低減する、金属コーティング６を有する。金属コーティング６は、以下により詳細に説明するが、永久磁石２１の全ての表面に金属コーティング６が設けられ、永久磁石２１が金属コーティング６で完全に包囲されるように、永久磁石２１の表面上に直接設けられる。金属コーティング６は永久磁石２１の気密封止であり、いかなる物質も永久磁石２１と直接接触するのを防止する。
【0064】
好ましくは、金属コーティングはガルバニ技術（電気メッキ）によって、または無電流金属蒸着（外部電流を用いない化学蒸着）によって、永久磁石２１の各表面上に直接堆積される。
【0065】
プラスチックコーティング７は金属コーティング６上に直接設けられ、このプラスチックコーティングは、パリレン族に属するポリマーからなる。パリレンＮ、パリレンＣおよびパリレンＤの商品名で市販されているこれらのパリレンは、プラスチックコーティングに特に適している。パリレンＮは、このポリマー族の基本製品である。パリレンＮは完全に直線状のポリマーのポリ（パラキシリレン）である。パリレンＣおよびパリレンＤは、パリレンＮと同じ原材料から作られる変異体であるが、パリレンＣでは芳香族水素原子の１つが塩素原子に置換され、パリレンＤでは芳香族水素原子の２つが塩素原子で各々置換されている。特に、プラスチックコーティング７は、フッ化パリレン、および好ましくは脂肪族フッ化パリレンからなってもよい。たとえば、パリレンＡＦ４として記載され、パリレンＨＴの商品名で市販されているこの誘導体では、２つの水素原子が、ベンゼン環の間の脂肪族炭素結合中の２つのフッ素原子で置換されている。
【0066】
パリレンからなるプラスチックコーティング７の製造は、それ自体が従来技術であり、したがってこれ以上の説明を必要としない。通常、パリレンコーティングは、化学蒸着によって製造される。最初に、ジパラキシリレン（またはハロゲン化、たとえばフッ素化誘導体）などの適切な二量体が蒸発して高温領域を通過させられ（熱分解）、これによりモノマーが形成される（たとえば、パラキシリレン）。次いでモノマーは被覆される表面上で、この場合は永久磁石２１を包囲する金属コーティング６上で重合し、これによりパリレンコーティングがプラスチックコーティング７として形成される。
【0067】
この場合、プラスチックコーティング７は金属コーティング６を、したがって永久磁石２１を完全に包囲することもまた好ましい。これは、プラスチックコーティング７が永久磁石２１の周りに第２の被覆材を形成し、これが金属コーティング６を完全に包囲することを意味する。プラスチックコーティング７は、金属コーティング６上に直接設けられる。この目的のために、金属コーティング６は、プラスチックコーティング７の製造中にパリレンポリマーが堆積される基板として使用される。
【0068】
いくつかの連続した被覆プロセスにおいてプラスチックコーティング７を生成することが好ましく、その各々においてパリレン層が基板上に堆積される。この目的のために、金属コーティング６が設けられた永久磁石２１は、被覆プロセス中に永久磁石２１が置かれる接点もまた後続の被覆プロセス中に覆われるように、被覆プロセス中に少なくとも１回反転される。加えて、より均一で緻密なコーティングが複合被覆によって製造可能であり、永久磁石２１または金属コーティング６の凹部もまた均一に被覆可能である。具体的には、完成したプラスチックコーティング７が少なくとも３つの重なり合ったパリレンを備えるように、各々においてパリレン層が製造される少なくとも３つの被覆プロセスが実行さる。プラスチックコーティング７の全厚は、好ましくは少なくとも４０マイクロメートル、より好ましくは少なくとも６０マイクロメートル、最も好ましくは約８０マイクロメートル以上である。
【0069】
ロータ１は、永久磁石２１と、永久磁石２１を完全に包囲する金属コーティング６と、プラスチックコーティング７とを完全に包囲する、被覆材３をさらに備える。このように、被覆材３は、永久磁石２１およびその上に設けられたコーティング６および７のための完全に閉鎖したハウジングを形成する。被覆材３は、金属コーティング６およびプラスチックコーティング７を有する永久磁石２１を受容するカップ型ハウジング部品３１と、カップ型ハウジング部品３１を封止し、溶接継目３３に沿ってカップ型ハウジング部品３１に溶接されるカバー３２と、を備える。カバー３２をハウジング部品３１に溶接するには、赤外線溶接が好ましい。
【0070】
既に述べられたように、被覆材３は、特に溶接可能である、熱可塑的に加工可能なフルオロポリマーからなる。特に好ましくは、被覆材３はＰＦＡからなる。被覆材３もまた好ましくはＥＣＴＦＥまたはＰＶＤＦからなってもよい。
【0071】
したがって、テフロン（登録商標）の商品名で知られるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの溶接不可能なプラスチックまたは溶接不可能なフルオロポリマーは、被覆材３には特に適していない。通常は少量のＰＦＡを含有する、溶接可能またはＰＦＡはんだ付け可能なＰＴＦＥ化合物のみが使用されてもよい。
【0072】
当然ながら、ポンプハウジング１０１は溶接不可能なプラスチック、具体的にはＰＴＦＥなどの溶接不可能なフルオロポリマーからなってもよい。
【0073】
永久磁石２１を受容するカップ型ハウジング部品３１は、金属コーティング６およびプラスチックコーティング７が設けられた永久磁石２１が挿入される、略リング状の空洞を備える。空洞３４の軸方向Ａへの延長を意味する深さＴは、ハウジング部品３１が軸方向Ａに対して永久磁石２１およびプラスチックコーティング７の上に、図２および図３に示される下方向に突起するように、軸方向Ａにおいて金属コーティング６およびプラスチックコーティング７を含む永久磁石２１の延長よりもわずかに長くなっている。カバー３２がハウジング部品３１上に載置されるかまたはこれに溶接されると、いずれの場合も、金属コーティング６および永久磁石２１を包囲するプラスチックコーティング７と、カバー３２と空洞３４の底部との間に、軸方向の空隙８１がある。軸方向の空隙８１の軸方向Ａへの延長は、いずれの場合も好ましくは約０．５ｍｍから１ｍｍである。
【0074】
径方向において、空洞３４は、金属コーティング６および永久磁石２１を包囲するプラスチックコーティング７と被覆材３との間に径方向の空隙８２が存在するような寸法の、幅Ｂを有する。径方向の空隙８２は通常、０．５ミリメートル未満の幅（径方向）を有し、たとえば約０．１ｍｍである。
【0075】
カバー３２は、図（図２）によれば軸方向の空隙８１がいずれの場合も永久磁石２１またはプラスチックコーティング７の上下両方に存在するように、カバー３２から軸方向Ａに突起する隆起部３２１を有する。金属コーティング６および永久磁石２１を有するプラスチックコーティング７は、軸方向の空隙８１が隆起部３２１の横方向に隣接して形成されるように、この隆起部３２１上に支えられることが可能である。たとえば、隆起部３２１は、設定回転軸と同軸に配置され、永久磁石２１に対して径方向の中心にある、リング状の隆起部３２１として設計されることが可能である。
【0076】
磁気的有効コア２、この場合永久磁石２１が被覆材３に対して回転できず、代わりにその回転中に被覆材３ならびに羽根４およびカバープレート５を伴うように、トルクが永久磁石２１から被覆材３に伝達されることが可能な、いくつかの回転防止装置３５が設けられる。各回転防止装置３５は、被覆材３のカップ型ハウジング部品３１の一体構成要素である、軸方向Ａに延在するピン３５１と、それぞれのピン３５１が嵌合する、永久磁石内に設けられた穴３５２と、を備える。この目的のために、各ピン３５１およびピン３５１と相互作用するそれぞれの穴３５２は、永久磁石２１は被覆材３に対して回転できないが、永久磁石２１の回転は被覆材３に伝達されるように、設計されている。永久磁石２１が金属コーティング６およびプラスチックコーティング７によって完全に包囲されるように、金属コーティング６およびプラスチックコーティング７の両方は穴３５２の各々にも設けられる。これは、金属コーティング６およびプラスチックコーティング７の両方が、各穴３５２とその中に嵌合するピン３５１との間に設けられることを意味する。
【0077】
図３に示されるように、金属コーティング６は、互いに上下に配置された複数の、すなわち３つの金属層を備える。最内層６１は永久磁石２１の表面上に直接設けられ、中間層６２は最内層６１上に直接設けられ、最外層６３は中間層６２上に直接設けられている。３つの層６１、６２、６３は、好ましくはガルバニ技術（電気メッキ）によって、または無電流金属蒸着（外部電流を用いない化学蒸着）によって、連続して付着させられる。好ましくは、最内層６１および最外層６３は各々ニッケル（Ｎｉ）からなる。中間層は、好ましくは銅（Ｃｕ）からなるが、代わりに金（Ａｕ）またはロジウム（Ｒｈ）からなることも可能である。金属コーティングの全厚は、好ましくは３０から１００マイクロメートル、特に好ましくは５０から６０マイクロメートルである。この場合、最内層６１は約１０から２０マイクロメートルの厚さを有し、中間層６２は約１０から２０マイクロメートルの厚さを有し、最外層６３は約３０マイクロメートルの厚さを有する。
【0078】
図３の図から外れるが、金属コーティング６が１つの層のみからなることも当然ながら可能であり、そうするとこれは好ましくはＮｉまたはＡｕまたはＲｈからなる。金属コーティング６が２つの層からなることも可能であり、内側層は好ましくはＮｉからなり、外側層はＡｕまたはＲｈからなる。さらに、金属コーティング６は、３つの層６１、６２、６３よりも多くを備えることも可能である。
【0079】
特にプラスチックコーティング７の劣化を招く可能性のあるカップ型ハウジング部品３１へのカバー３２の溶接の間の過剰な熱からプラスチックコーティング７を保護するために、好ましくは被覆材３のカバー３２とプラスチックコーティング７との間に熱保護フィルム９が設けられる。熱保護フィルム９は、たとえばカプトン（Ｋａｐｔｏｎ）の商品名で市販されているものなど、好ましくはポリイミドフィルムである。熱保護フィルム９は、好ましくは図（図２、図３）によるプラスチックコーティング７の下側と被覆材３との間、すなわち溶接継目３３に最も近いプラスチックコーティング７の領域にのみ、設けられる。
【0080】
熱保護フィルム９の代わりにまたはこれに加えて、プラスチックコーティング７がフッ化パリレンおよび特に好ましくはパリレンＡＦ４としても指定される脂肪族フッ化パリレンからなることは、好ましい手段である。特に、脂肪族フッ化パリレンは、特に高い熱安定性を有する。
【0081】
特に被覆材のハウジング部品３１にカバー３２を溶接するときに、プラスチックコーティング７の温度関連の劣化を回避するために、いくつかの変異体が好ましい。プラスチックコーティング７は非フッ化パリレン、たとえばパリレンＮまたはパリレンＣまたはパリレンＤからなり、熱保護フィルム９が設けられる。あるいはプラスチックコーティング７はフッ化パリレン、特にパリレンＡＦ４タイプの脂肪族フッ化パリレンからなり、熱保護フィルム９は設けられない。あるいは、プラスチックコーティング７はフッ化パリレン、特にパリレンＡＦ４タイプの脂肪族フッ化パリレンからなり、熱保護フィルム９が追加で設けられる。
【0082】
ロータ１を製造するには、以下の手順が好ましい。まず、永久磁石が金属コーティングによって完全に包囲されるように、金属コーティング６がリング状永久磁石２１に付着させられる。続いて、金属コーティング６がプラスチックコーティング７によって完全に包囲されるように、プラスチックコーティング７が金属コーティング６上のパリレンから堆積される。次いで、カップ型ハウジング部品３１が設けられる。金属コーティング６およびプラスチックコーティング７が設けられた永久磁石２１は、ピン３５１が穴３５２内に嵌合するようなやり方で、ハウジング部品３１のリング状の空洞３４内に挿入される。場合により、カバー３２に対向するプラスチックコーティング７の表面上に、またはプラスチックコーティングに対向するカバー３２の表面上に、熱保護フィルム９が載置される。永久磁石２１を内部に有するカップ型ハウジング部品３１は、カバー３２を載置することによって覆われるかまたは閉鎖される。次いで、蓋３２が赤外線溶接によってカップ型ハウジング部品３１に溶接される。
【0083】
移動した材料によってプラスチックコーティング７が損傷する危険性がないように、被覆材３を構成する、溶接中に液化されるフルオロポリマーが、溶接継目３３に沿って空隙８１、８２の中に移動することが可能なので、この空隙８１、８２は溶接に関しても有利である。溶接中に移動したポリマー材料は、ビード３６を通じて図３に示されている。
【0084】
図４は、本発明によるロータの第２の実施形態を有する、本発明による回転機械の第２の実施形態の断面図を示す。回転機械の実施形態およびロータの第２の実施形態の以下の既述において、回転機械の第１の実施形態およびロータの第１の実施形態との違いのみが説明される。それ以外は、ロータまたは回転機械の第１の実施形態の説明が、ロータまたは回転機械の第２の実施形態でも同じようにまたはほぼ同じように有効である。ロータまたは回転機械の第２の実施形態において、同じ部品または同じ機能の部品は、ロータまたは回転機械の第１の実施形態と同じ参照符号が付されている。
【0085】
本発明による回転機械の第２の実施形態もまた、搬送される流体用の入口１０２および出口１０３を有するポンプハウジング１０１を備える遠心ポンプ１００として設計されている。磁気浮上可能な本発明によるロータ１の第２の実施形態は、ポンプハウジング１０１の内部に設けられている。よりわかりやすくするために、図５は図４の磁気浮上可能なロータ１の別の断面図を示し、図６は図５の切断線ＶＩ－ＶＩに沿った図５のロータ１を通る断面、すなわち軸方向Ａに垂直な断面を示す。
【0086】
ロータ１は、軸方向Ａを画定する設定回転軸の周りでロータ１の回転を駆動するために、ここではいくつかの永久磁石２１，すなわち２つの永久磁石２１を備える磁気的有効コア２を有する。磁気的有効コア２は、２つの永久磁石２１に加えて、永久磁石２１が埋め込まれた基体２２を備える。基体２２は、鉄、ニッケル鉄、またはシリコン鉄などの軟磁性材料からなる。基体２２は、永久磁石２１とともにロータ１の磁気的有効コア２を形成する。基体２２および永久磁石２１は、磁気的有効コア２が全体的に円筒形状を有し、円筒形の磁気的有効コア２の縦軸が軸方向Ａに延在するように、設計されている。
【0087】
基体２２は、２つの永久磁石２１を受容する円筒のシェル表面にリング状の凹部２２１を有する、略円筒形状を有する。軸方向Ａに対して、凹部２２１は基体２２の中央に設けられている。２つの永久磁石２１の各々は、２つの永久磁石２１が互いに補完し合って実質的に中空の円筒とするように、中空の半円筒の形状を有する湾曲したセグメントとして設計されている。この場合、基体２２内の凹部２２１および２つの永久磁石２１は、基体２２および２つの永久磁石２１が互いに補完し合って実質的に円筒形の磁気的有効コア２とするように、設計されている。
【0088】
ベアリングレスモータの原理で設計されている第１の実施形態とは対照的に、本発明による回転機械１００の第２の実施形態では、ロータ１の駆動機能および磁気浮上するロータ１の磁気軸受機能は互いに分離している。この目的のために、遠心ポンプ１００は、ロータ１の回転を軸方向Ａの周りで駆動する駆動ステータ１１０（図４）と、ロータ１を磁気浮上させることが可能な、好ましくは軸受ステータ１１１に対して磁気的に非接触で浮上させることが可能な少なくとも１つの軸受ステータ１１１、この場合は２つの軸受ステータ１１１と、を有する。全てのステータ１１０、１１１は、ポンプハウジング１０１に対して、したがってロータ１に対して、径方向外側に配置されている。
【0089】
駆動ステータ１１０は軸方向Ａに対してポンプハウジング１０１を包囲し、そこでは２つの永久磁石２１がロータ１の磁気的有効コア２内に配置されており、駆動ステータ１１０はまた電磁回転駆動部として磁気的有効コア２と相互作用する。この目的のために、駆動ステータ１１０は、電磁界、たとえばそれ自体周知の方法で軸方向Ａの周りのロータ１の回転を駆動する回転場を生成できる、１つまたはいくつかの巻線１１０ａを備える。駆動ステータ１１０の設計に関しては、全ての既知の設計が可能である。軸方向Ａの周りのロータ１の回転は駆動ステータ１１０を用いて駆動されることのみが、重要である。
【0090】
ロータ１の磁気浮上のための２つの軸受ステータ１１１は、軸方向Ａに対して駆動ステータ１１０の隣に配置されており、軸受ステータ１１１は駆動ステータ１１０の両側に設けられており、駆動ステータ１１０は、軸方向Ａに対して２つの軸受ステータ１１１の間に配置されるようになっている。好ましくは、２つの軸受ステータ１１１は、駆動ステータ１１０から同じ距離を有する。各軸受ステータ１１１は、電磁界を生成することができ、ロータ１を磁気浮上させることが可能な、好ましくは軸受ステータ１１１に対して磁気的に非接触で浮上させることが可能な、１つ以上の巻線１１１ａを備える。この場合、各軸受ステータ１１１は、磁気軸受の原理にしたがってロータ１の磁気的有効コア２と相互作用する。このような磁気軸受は、それ自体従来技術による多くの設計において知られているので、ここではさらなる説明を必要としない。軸受ステータ１１１の具体的な設計は、本発明にとって必須ではない。１つまたは複数の軸受ステータ１１１を有するロータ１は磁気浮上可能であり、好ましくは磁気的に非接触で浮上可能であることのみが重要である。
【0091】
本発明によれば、本発明によるロータ１の第２の実施形態でも、被覆材３は熱可塑的に加工可能な、具体的には溶接可能な、磁気的有効コア２を完全に包囲する、フルオロポリマーからなる。さらに、各永久磁石２１は金属コーティング６を有し、プラスチックコーティング７は金属コーティング６と被覆材３との間に設けられ、このプラスチックコーティングも同様にパリレン族に属するポリマーからなる。
【0092】
やはりロータ１の第２の実施形態において、被覆材３は好ましくは溶接可能なＰＦＡからなる。あるいは、被覆材３はＥＣＴＦＥまたはＰＶＤＦで作られることが好ましい。
【0093】
第２の実施形態において、ポンプハウジング１０１はやはり好ましくはフルオロポリマーからなるが、しかしこれは溶接可能であったり熱可塑的に加工可能であったりする必要はない。当然ながら、ポンプハウジング１０１がコーティングと同じプラスチックまたはポリマーからなることも可能である。
【0094】
金属コーティング６およびプラスチックコーティング７の設計、ならびにこれらのコーティング６、７の好適な材料に関しては、第１の実施形態に関する説明および定義が、第２の実施形態でも同じようにまたはほぼ同じように有効である。
【0095】
【0096】
プラスチックコーティング７は、磁気的有効コア２を完全に包囲する。この目的のために、プラスチックコーティング７は、基体２２の表面上に直接設けられ、磁気的有効コアの外側境界面の一部を形成する金属コーティング６のその領域上に直接設けられる。
【0097】
したがって、ロータ１の製造において永久磁石２１にはまず金属コーティング６が設けられる。この場合、金属コーティング６は、各永久磁石２１が金属コーティング６によって完全に被覆および封入されるように、各永久磁石２１の全ての表面上に堆積される。永久磁石２１に金属コーティング６が設けられた後、これらは基体２２の凹部２２１内に挿入される。次いで、磁気的有効コア２を完全に包囲する、少なくとも１つ、好ましくはいくつかのパリレン層を堆積することによって、磁気的有効コア２全体に、すなわち金属コーティング６をその上に有する基体２２および永久磁石２１の上に、プラスチックコーティング７が生成される。
【0098】
第１の実施形態とほぼ同じように、被覆材３は好ましくは再びいくつかの部品、たとえば２つの部品を備え、これにより、プラスチックコーティング７が設けられた磁気的有効コア２は部品のうちの１つに挿入され、その後２つの部品は互いに溶接される。
【0099】
【0100】
この第１の変形例において、プラスチックコーティング７はロータ１の磁気的有効コア２全体を包囲せず、金属コーティング６がその上に設けられた２つの永久磁石２１の各々のみを包囲している。
【0101】
この第１の変形例では、永久磁石２１にまず金属コーティング６が設けられる。この目的のために、金属コーティング６は、各永久磁石２１が金属コーティング６によって完全に被覆および封入されるように、各永久磁石２１の全ての表面上に堆積される。永久磁石２１に金属コーティング６が設けられた後、金属コーティング６およびこれによって包囲された永久磁石２１を完全に包囲する、少なくとも１つ、好ましくはいくつかのパリレン層を堆積することによって、各金属コーティング６上にプラスチックコーティング７が生成される。
【0102】
続いて、金属コーティング６およびプラスチックコーティング７が設けられた永久磁石２１は、基体２２の凹部２２１内に挿入される。次いで、ロータ２の磁気的有効コア２を完全に包囲する被覆材３が設けられる。
【0103】
【0104】
第２の変形例では、磁気的有効コア２全体が、金属コーティング６およびプラスチックコーティング７の両方によって完全に包囲されている。この変形例では、金属コーティング６は個々の永久磁石２１を直接および完全には包囲せず、磁気的有効コア２の径方向外面の一部を形成する永久磁石２１の表面のみに、金属コーティング６が直接設けられている。
【0105】
この第２の変形例では、まだ被覆されていない永久磁石２１が、基体２２の凹部２２１内に最初に挿入される。次いで、磁気的有効コア２全体、すなわち永久磁石２１が内部に挿入された基体２２に、金属コーティング６が設けられる。その際に、金属コーティング６は、金属コーティング６によって完全に被覆されて完全に包囲されるように、磁気的有効コア２の全表面上に堆積される。磁気的有効コア２に金属コーティング６が設けられた後、金属コーティング６およびこれによって包囲された磁気的有効コア２を完全に包囲する、少なくとも１つ、好ましくはいくつかのパリレン層を堆積することによって、プラスチックコーティング７がこの金属コーティング６上に直接生成される。次いで、ロータ１の磁気的有効コア２を完全に包囲する被覆材３が設けられる。
【0106】
【0107】
第３の変形例では、金属コーティング６はやはり各永久磁石２１上に直接設けられる。この場合、各永久磁石２１は、その上に直接設けられた金属コーティング６によって完全に包囲される。プラスチックコーティング７は、ロータ１の磁気的有効コア２全体を包囲せず、磁気的有効コア２の径方向外面の一部を形成する各永久磁石２１の金属コーティング６の領域のみを覆う。これは、いずれの場合も金属コーティング６の径方向外面のみがプラスチックコーティング７によって覆われることを意味する。金属コーティング６と基体２２の凹部２２１との間の境界領域が覆われて酸性または化学的腐食性物質の侵入に対して保護されるように、プラスチックコーティング７は、軸方向Ａに対して金属コーティング６よりもわずかに遠くまで延在することが、好ましい。したがって、プラスチックコーティング７は、軸方向Ａに対して両側に基体２２との小さな重複を有するように設計されることが好ましい。パリレンは、傷、亀裂、または間隙に非常によく浸透するので、具体的には永久磁石２１が、特に永久磁石上の金属コーティング６と基体２２の凹部２２１との間の境界内への物質の侵入に対して保護されることが、保証される。
【0108】
この第３の変形例では、まず永久磁石２１に金属コーティング６が各々設けられる。この場合、金属コーティング６は、各永久磁石２１が金属コーティング６によって完全に被覆および封入されるように、各永久磁石２１の全ての表面上に堆積される。永久磁石２１に金属コーティング６が設けられた後、これらは基体２２の凹部２２１内に挿入される。続いて、各金属コーティング６の径方向外面が、パリレンで被覆される。この目的のために、少なくとも１つ、好ましくはいくつかのパリレン層を堆積することによって、プラスチックコーティング７が金属コーティング６のこれらの表面上に直接生成されるが、プラスチックコーティング７は、軸方向Ａに対して両側で基体２２とわずかに重複するように製造される。これはたとえば、パリレン層の堆積中に、被覆されない基体２２の領域を覆うかまたはマスキングすることによって、実現可能である。
【0109】
プラスチックコーティング７の完成後に、ロータ１の磁気的有効コア２を完全に包囲する被覆材３が設けられる。
【0110】
本発明による磁気浮上可能なロータ１、および本発明による回転機械１００は、特に遠心ポンプまたは混合装置としての設計において、半導体産業に、とりわけ半導体または半導体チップの製造プロセスに、特に適している。
【符号の説明】
【0111】
１ ロータ
２ コア
３ 被覆材
４ 羽根
５ カバープレート
６ 金属コーティング
７ プラスチックコーティング
９ 熱保護フィルム
２１ 永久磁石
２２ 基体
３１ カップ型ハウジング部品
３２ カバー、蓋
３３ 溶接継目
３４ 空洞
３５ 回転防止装置
３６ ビード
６１ 最内層
６２ 中間層
６３ 最外層
８１ 軸方向の空隙
８２ 径方向の空隙
１００ 遠心ポンプ、回転機械
１０１ ポンプハウジング
１０２ 入口
１０３ 出口
１０４ ステータ
１０５ コイルコア
１０６、１１０ａ、１１１ａ 巻線
１０７ 終結部
１１０ 駆動ステータ
１１１ 軸受ステータ
２２１ 凹部
３２１ 隆起部
３５１ ピン
３５２ 穴
Ａ 軸方向
Ｂ 幅
Ｔ 深さ
２ コア
３ 被覆材
４ 羽根
５ カバープレート
６ 金属コーティング
７ プラスチックコーティング
９ 熱保護フィルム
２１ 永久磁石
２２ 基体
３１ カップ型ハウジング部品
３２ カバー、蓋
３３ 溶接継目
３４ 空洞
３５ 回転防止装置
３６ ビード
６１ 最内層
６２ 中間層
６３ 最外層
８１ 軸方向の空隙
８２ 径方向の空隙
１００ 遠心ポンプ、回転機械
１０１ ポンプハウジング
１０２ 入口
１０３ 出口
１０４ ステータ
１０５ コイルコア
１０６、１１０ａ、１１１ａ 巻線
１０７ 終結部
１１０ 駆動ステータ
１１１ 軸受ステータ
２２１ 凹部
３２１ 隆起部
３５１ ピン
３５２ 穴
Ａ 軸方向
Ｂ 幅
Ｔ 深さ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
