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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-02-04
(45)【発行日】2022-02-15
(54)【発明の名称】電磁回転駆動装置及び回転装置
(51)【国際特許分類】
H02K 21/38 20060101AFI20220207BHJP
【ＦＩ】
H02K21/38 M
【請求項の数】
14
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2017066905
(22)【出願日】2017-03-30
(65)【公開番号】P2017192295
(43)【公開日】2017-10-19
【審査請求日】2020-03-09
(31)【優先権主張番号】16165393.6
(32)【優先日】2016-04-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【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】トマス ホーレンシュタイン
(72)【発明者】
【氏名】レト シェーブ
【審査官】安池 一貴
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０６１８１０４０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】中国特許出願公開第１０３８２５４１８（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００１－０１６８８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－０２２９１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－３０３３５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６２２３９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０００－１８４６５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１２０６３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ２１／３８
Ｈ０２Ｋ ７／０９
Ｆ０４Ｄ １３／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
非接触式に磁気駆動可能なロータ（３）であって、コイルフリー且つ永久磁石フリーとして構成された、磁気有効コア（３１）を有するロータ（３）と、動作状態において前記ロータ（３）を所望の回転軸線の周りで非接触式に磁気駆動可能にするステータ（２）と
を有する、テンプルモータとして構成された電磁回転駆動装置であって、
前記ステータ（２）が、複数のコイルコア（４）を有し、各コイルコア（４）が、前記所望の回転軸線に平行な方向に第１端部（４３）から第２端部（４４）まで延びる棒形状の長手方向リム（４１）を有し、
全ての前記第１端部（４３）がリフラックス（５）によって接続され、また
電磁回転磁場を発生させるために複数の巻線（６，６１）が設けられ、各巻線（６，６１）が、前記長手方向リム（４１）のうちの１つを包囲している、電磁回転駆動装置において、
前記複数のコイルコア（４）が、予磁化永久磁束を生成可能な複数の永久磁石（４５，４６）を有し、各コイルコア（４）は、前記長手方向リム（４１）の前記第１端部（４３）から前記第２端部（４４）まで延びる永久磁気部（４６）と、それぞれが前記第１端部（４３）から前記第２端部（４４）まで延びる２つの永久磁石フリー部（４７）とを有し、前記永久磁気部（４６）が前記２つの永久磁石フリー部（４７）の間に配置されていることを特徴とする、電磁回転駆動装置。
【請求項2】
前記ステータ（２）が、動作状態において前記ロータ（３）を前記ステータ（２）に対して非接触式に磁気支持可能とするベアリング駆動ステータとして構成される、請求項１に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項3】
各コイルコア（４）が、前記長手方向リム（４１）の前記第２端部（４４）に配置された横リム（４２）であって、前記所望の回転軸線によって定められる軸線方向（Ａ）に直交する径方向に延びる横リム（４２）を有する、請求項１又は２に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項4】
前記コイルコア（４）の前記永久磁気部（４６）及び２つの永久磁石フリー部（４７）はそれぞれ前記横リム（４２）を通して延び、前記永久磁気部（４６）は前記横リム（４２）において前記２つの永久磁石フリー部（４７）の間に配置される、請求項３に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項5】
前記永久磁気部（４６）がそれぞれ径方向及び軸線方向（Ａ）に垂直に極性を与えられ、隣接するコイルコア（４）の前記永久磁石（４６）がそれぞれ反対方向に極性を与えられている、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】
前記コイルコアの前記永久磁石フリー部（４７）はそれぞれ、前記ロータ（３）の周囲方向に積層された複数の要素（４８）から、束状積層形状として製造される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項7】
前記ステータ（２）が、偶数個のコイルコア（４）、好ましくは６個、８個又は１２個のコイルコア（４）を有する、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】
前記ロータ（３）に対向する前記コイルコア（４）の前記横リム（４２）の前記端面（４２１）が、前記ロータ（３）の前記磁気有効コア（３１）の軸線方向高さ（ＨＲ）より大きい前記軸線方向（Ａ）の高さ（ＨＳ）を有する、請求項２から７までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項9】
前記巻線（６）が、前記ロータ（３）のための電磁駆動磁場を発生させるための駆動コイル（６２）と、それとは別の、前記ロータ（３）に径方向に作用する横方向力を設定するための制御コイル（６３）とを有する、請求項１から８までのいずれか一項に記載の電磁回転駆動装置。
【請求項10】
前記ロータ（３）の前記磁気有効コア（３１）が、ディスク状又はリング状に構成され、且つ径方向外方境界面（３４，３４’’）を有し、前記径方向外方境界面（３４，３４’’）は、前記ロータ（３）が中心に配置された状態において全ての前記コイルコア（４）から径方向に等しい間隔を有している、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】
テンプルモータとして構成された電磁回転駆動装置のためのステータであって、動作状態においてロータ（３）がステータ（２）によって所望の回転軸線の周りで非接触式に磁気駆動されることができ、
前記ステータ（２）が複数のコイルコア（４）を有し、各コイルコア（４）が、前記所望の回転軸線に平行な方向に第１端部（４３）から第２端部（４４）まで延びる棒形状の長手方向リム（４１）を有し、
全ての前記第１端部（４３）がリフラックス（５）によって接続され、また
電磁回転磁場を発生させるための複数の巻線（６，６１）が設けられ、各巻線（６，６１）が前記長手方向リム（４１）のうちの１つを包囲している
ステータにおいて、
前記複数のコイルコア（４）が、予磁化永久磁束を生成可能な複数の永久磁石（４６）を有し、各コイルコア（４）は、前記長手方向リム（４１）の前記第１端部（４３）から前記第２端部（４４）まで延びる永久磁気部（４６）と、それぞれが前記第１端部（４３）から前記第２端部（４４）まで延びる２つの永久磁石フリー部（４７）とを有し、前記永久磁気部（４６）が前記２つの永久磁気部（４７）の間に配置されることを特徴とする、ステータ。
【請求項12】
前記ステータ（２）が、動作状態において前記ロータ（３）を前記ステータ（２）に対して非接触式に磁気支持可能とするベアリング駆動ステータとして構成される、請求項１１に記載のステータ。
【請求項13】
請求項１から１０までのいずれか一項に記載のように構成された電磁回転駆動装置、或いは請求項１１又は１２に記載のように構成されたステータを有することを特徴とする、流体を搬送、圧送、混合又は撹拌するための回転装置。
【請求項14】
１回の使用のために構成された使い捨て装置（２００）と、複数回の使用のために構成された再利用可能装置（３００）とを有し、前記使い捨て装置（２００）が、１又は複数の流体を搬送、圧送、混合又は撹拌するための複数の羽根を有する前記ロータ（３）を少なくとも有し、
前記再利用可能装置（３００）が、前記ロータ（３）を受容する支持タンク（３０１）と、動作状態において前記ロータ（３）を非接触式に磁気駆動及び支持できる前記ステータ（２）とを有し、
前記ステータ（２）が、予磁化永久磁束を生成するための少なくとも１つの永久磁石（４５，４６）と、電磁束を生成するための少なくとも１つの巻線（６，６１）とを有し、
前記予磁化永久磁束及び前記電磁束が共にロータを駆動及び支持する、請求項１３に記載の回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、各カテゴリの独立請求項の前提部分に記載の電磁回転駆動装置及び回転装置に関する。
【背景技術】
【0002】
所謂テンプルモータ（ｔｅｍｐｌｅ ｍｏｔｏｒ）として構成された電磁回転駆動装置が知られている。本発明は、この実施例に関する。テンプルモータは、図１及び図２の斜視図にそれぞれ示すように、２つの実施例が従来知られている。より良く理解するため、図２のテンプルモータの軸線方向の断面を図３に示す。図１～図３が先行技術の装置を図示したものであることを示すために、ここでは、符号にそれぞれ逆コンマ又はダッシュが付される。テンプルモータは、全体として、符号１’によって特徴付けられる。
【0003】
テンプルモータの特徴として、ステータ２’が、軸線方向Ａ’と平行に延在する棒形状の長手方向リム４１’をそれぞれ備える複数のコイルコア４’を有する。なお、その方向は、ロータ３’の所望の回転軸線、つまり、ロータ３’が、軸線方向に直交するように配設された径方向面において、ステータ２’に対して中心且つ傾斜していない位置にある場合の動作状態で回転する回転軸線によって定義される軸線方向Ａ’を意味する。図１～図３では、ロータ３’の円盤状の永久磁石としてそれぞれ構成された、ロータ３’の各磁気有効コア３１’のみを示す。永久磁石の磁化は、それぞれ、符号なしの矢印によって示される。
【0004】
更に、電磁回転駆動装置は、ベアリングレスモータの原理に従って構成及び動作がなされるものが知られている。なお、ベアリングレスモータという用語は、磁気ベアリングが別途設けられることなく、ロータがステータに対して完全に磁気的に支持される電磁回転駆動装置を指す。このため、ステータは、ベアリング駆動ステータとして構成され、よって、電気駆動のステータと磁気支持のステータとの両方を兼ね備えている。回転磁場は、電気巻線を用いて作ることができ、一方では、ロータにその回転を生じさせるトルクを与え、他方では、ロータの径方向位置を能動的に制御及び調整可能となるようにロータに要望通りに設定可能なせん断力を与える。ロータの完全な磁気支持を伴う別個の磁気ベアリングの不在が、ベアリングレスモータをそう名付ける所以となる特性である。
【0005】
ところで、ベアリングレスモータは、当業者にはもう十分よく知られており、多数の様々な用途に用いられている。幾つかの基本的な説明は、例えば特許文献１及び特許文献２を参照のこと。
【0006】
機械ベアリングの不在に起因して、ベアリングレスモータは、例えば血液ポンプ等の非常に敏感な物質を搬送する装置、又は例えば製薬業界やバイオテクノロジー業界における純度に関して非常に高い要求が課される装置、又は例えば半導体産業におけるスラリー用ポンプやミキサ等の、機械ベアリングを短期間で破壊してしまう研磨物質を搬送する装置といった、特に、ポンプ装置、混合装置又は撹拌装置に適している。また、ベアリングレスモータは、半導体製造において、例えばフォトレジストや他の物質でコーティングや処理を行う際に、ウェハを支持し回転させるためにも用いられる。
【0007】
圧送、撹拌又は混合の用途におけるベアリングレスモータの原理の更なる利点は、電磁駆動装置のロータと、ポンプ、攪拌機又はミキサのロータとを兼ね備えた統合ロータとしてのロータの設計に由来する。非接触磁気支持に加えて、ここでは、非常にコンパクトで場所を取らない構成による利点もある。
【0008】
また、ベアリングレスモータの原理によれば、ロータをステータから非常に容易に分離できる設計も可能となる。このことは、例えばロータを１回きりの使用のための使い捨て部分として設計可能となるため、非常に大きな利点となる。現在、このような使い捨ての適用は、純度に対する非常に高い要求から、処理中に取り扱う物質と接触する全ての部品を、例えば蒸気滅菌による複雑且つ／又は費用のかかる方法で事前に洗浄・殺菌する必要があった処理に、しばしば取って代わっている。１回きりの使用を目的とした構成において、取り扱う物質と接触する部品は、厳密に１回だけ使用後、次回用の新しい未使用の使い捨て部品と交換される。
【0009】
ここでは、例として製薬業界及びバイオテクノロジー業界が挙げられる。ここでは、溶液及び懸濁液の調製がしばしば行われ、物質の配合又は搬送には注意を要する。
【0010】
製薬業界では、例えば、薬学的活性物質の製造において、清浄度への要求が非常に高く、多くの場合、物質と接触する部品は無菌である必要さえある。また、バイオテクノロジーの分野においても、例えば、製造される製品の有用性を脅かさないためにも極めて高い純度の確保を必要とする生物学的物質、細胞又は微生物の調製、処理又は培養において同様の要求が課される。更なる例として、ここでは、例えば組織や特殊な細胞又はその他の非常に敏感な物質の生物学的な代替物の培養が行われるバイオリアクタが挙げられる。また、ここでは、例えば、栄養液の連続的な配合を確保したり、それの混合タンク内での連続的な循環を確保したりするために、圧送、攪拌又は混合するための装置も必要となる。なお、物質や製造された製品を汚染から保護するためにも非常に高い純度の確保が必要である。
【0011】
このような用途において、圧送、撹拌又は混合するための装置は、使い捨て装置及び再利用可能装置から構成される。なお、使い捨て装置は、物質と接触する、１回きりの使用のための使い捨て部品として構成された部品を備えている。これは、例えばポンプタンク又は混合タンクであって、その内部に、例えば物質を搬送するためのインペラを備えたロータが設けられている。再利用可能装置は、恒久的に、つまり複数回使用される部品、例えばステータを備えている。このような装置は、例えば特許文献３に開示されている。
【0012】
使い捨て部品としての構成において、ポンプタンク又は混合タンクは、多くの場合、ロータをその内部に有する柔軟性のあるプラスチックの袋部又はプラスチックのサックとして設計されている。これらの袋部は、製造時又は梱包・保管後に既に滅菌済みであることが多く、梱包時に滅菌状態で顧客に提供される。
【0013】
１回きりの使用のための使い捨て部品の製造や設計においては、可能な限り簡単な方法で再利用可能装置やその部品と組み付けられることが重要な条件となる。このような組み付けは、可能な限り少ない労力と少ない作業で、素早く、好ましくは工具なしで行えることが望ましい。
【0014】
他の観点としては、こうした使い捨て部品は、可能な限り経済的且つ安価な方法で製造することが可能である。なお、特に、商業用プラスチック等の手頃な価格の簡素な出発物質も重要視される。また、環境を意識した取り扱いや利用可能資源の責任ある利用も、使い捨ての部品の設計において重要な側面である。
【0015】
また、圧送、撹拌又は混合を行う装置全体が１回きりの使用のために構成されたものも知られている。
【0016】
特に有利な既知の実施例としては、最初に説明したテンプルモータを、１回きりの使用のための部品を有するか否かに関係なく、ベアリングレスモータとして構成することである。
【0017】
図１～図３に示すテンプルモータ１’の実施例において、コイルコア４’、ここでは例えば６個のコイルコア４’は、棒形状の長手方向リム４１’と共に、ロータ３’（内部ロータ）の周りに円状且つ等距離に配置されている。外部ロータとしての実施例において、ロータは、例えば、リング形状を有し、コイルコアは、ロータに対して内向きに配設されている。軸線方向Ａ’に延在し、寺院の柱を連想させる複数の棒形状の長手方向リム４１’が、テンプルモータの名前の由来である。
【0018】
棒形状の長手方向リム４１’は、それぞれ、図示の下部における第１端部から図示の上部における第２端部まで、軸線方向Ａ’に延在している。第１端部は、隣接する２つのコイルコア４’間にそれぞれ配置された複数のセグメントを備えるリフラックス５’によって、径方向に互いに接続されている。永久磁石ロータ３’は、長手方向リム４１’の第２端部間に配置され、動作状態において軸線方向Ａ’を中心に回転する。ロータ３’は、ステータ２’に対して非接触に磁気駆動され、非接触に磁気支持される。また、ロータ３’の径方向位置は、長手方向リム４１’の第２端部間の中心位置に位置付けられるように調節される。
【0019】
長手方向リム４１’は、ロータ３’の磁気駆動や磁気支持に必要な電磁回転磁場を発生させる巻線を有する。図１～図３に示す実施例では、巻線は、例えば、個別のコイル６１’が各長手方向リム４１’に巻き付けられるように、つまり各コイル６１’のコイル軸線がそれぞれ軸線方向Ａ’に延在するように構成されている。なお、テンプルモータは、典型的に、コイル６１’のコイル軸線が所望の回転軸線と平行に延在していたり、コイル６１’又は巻線が磁気ロータ面Ｃ’内に配置されていなかったりする。磁気ロータ面Ｃ’は、ロータ３’の磁気有効コア３１’の磁気中心面である。この、軸線方向Ａ’に直交する面において、ロータ３’又はロータ３’の磁気有効コア３１’が動作状態に支持される。原則として、特に、図１～図３に示す円盤としてのロータ３’の磁気有効コア３１’の実施例において、磁気ロータ面Ｃ’は、軸線方向Ａ’に直交するロータ３’の磁気有効コア３１’の幾何学的中心面である。図１～図３に示すように、コイル６１’は、磁気ロータ面Ｃ’の下、好ましくは、ロータ３’の磁気有効コア３１’の下に配置される。
【0020】
よく実施されるテンプルモータの実施例を図２及び図３に示す。この実施例において、各コイルコア４’は、長手方向リム４１’に加えて、長手方向リム４１’の第２端部にそれぞれ設けられ、長手方向リム４１’に略直角の径方向に延在する横リム４２’を備えている。この実施例では、各コイルコア４’はＬ字形状を有し、横リム４２’がそのＬ字形の短いリムを形成している。ロータ３’は、横リム４２’の間に配置されている。
【0021】
テンプルモータとしてのこの実施例の利点の１つは、磁気ロータ面Ｃ’に、ステータの巻線又は巻線ヘッドが存在しないことである。これにより、例えば遠心ポンプにテンプルモータを適用する場合に、ステータの巻線による干渉なしに、遠心ポンプの出口をポンプロータのインペラが回転する面内に設けることが可能となる、つまり、出口を軸線方向Ａ’に対してポンプロータの羽根と同じ高さに設けることが可能となる。このようにポンプ出口を中心、つまり中央に配置することは、流体力学的観点において、具体的には、傾斜に対するロータの受動的支持及び安定化に関しても、特に好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0022】
【文献】欧州特許出願公開第０８６００４６号明細書
【文献】欧州特許出願公開第０８１９３３０号明細書
【文献】欧州特許第２０６５０８５号明細書
【文献】米国特許出願公開第２００９／１２１５７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0023】
この従来技術を発端として、本発明の目的は、テンプルモータとして構成され、複数の用途に利用可能な、異なる電磁回転駆動装置を提供することである。更に、この回転駆動装置は、１回きりの使用のための部品を使う用途用としても構成可能である。また、本発明の目的は、このような回転駆動装置用のステータを提供すること、及びこのような回転駆動装置を備える、搬送、圧送、混合又は撹拌するための回転装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0024】
この目的を達成する本発明の要旨は、各カテゴリの独立請求項の特徴部分によって特徴付けられる。
【0025】
本発明によれば、非接触に磁気駆動可能であり、コイルフリー且つ永久磁石を含まないで構成され、磁気有効コアを備えるロータと、ロータを動作状態において所望の回転軸線を中心として非接触に磁気駆動可能にするステータとを有するテンプルモータとして構成された電磁回転駆動装置であって、ステータが、所望の回転軸線に平行な方向に第１端部から第２端部まで延在する棒形状の長手方向リムをそれぞれ備える複数のコイルコアを有し、第１端部がいずれもリフラックスによって接続され、それぞれが長手方向リムの１つを包囲し、電磁回転磁場を発生させるための複数の巻線が設けられ、コイルコアが、予磁化（ｐｒｅ－ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）永久磁束を生成可能な複数の永久磁石を備える電磁回転駆動装置が提供される。
【0026】
ステータに永久磁石を備えるテンプルモータのステータの特定の実施例に起因して、ステータにおいて全磁束を生成することが可能である。特に、ここでは、ロータが磁束の生成には寄与せず、むしろそれを伝導したり誘導したりするだけでよくなる。それにより、ロータにおいて磁束生成のための永久磁石や磁気的に高硬質な材料を省くことが可能となる。
【0027】
ロータは、駆動磁束又は制御磁束に寄与する永久磁石が完全に省かれるため、特に簡素で経済的且つ安価な方法で製造することが可能である。このことは、特に、使い捨てロータの実施例にとって大きな利点であることも示す。構成によっては、ステータとロータの磁気有効コアとの間の領域内には、様々なジャケット、ギャップ及び壁、特にロータの磁気有効コアのジャケット、流体ギャップ又はステータを包囲する分離缶が収容されている。これらの要素を全て収容するために、ステータとロータの磁気有効コアとの間には、少なくとも３ミリ、好ましくは４～６ミリの間隔があることが好ましい。本発明に係る回転駆動装置のロータは永久磁石を有さず、よって起磁力には寄与できないため、ステータにおいて全起磁力を生成せざるを得ない。ステータとロータの磁気有効コアとの間における、例えば３ミリの間隔については、確実に磁気的な方法でロータの支持や駆動を行うためには、約５０００アンペアの起磁力が必要となる。ステータの励起をこれまでのように巻線だけで、つまり電磁的に行う場合、適当な大きさを有するステータの大抵狭い施工スペースでは上記のような高起磁力を実現することは不可能である。そのため、本発明によれば、予磁化の磁束を生成する複数の永久磁石がステータに装着される。しかしながら、一定の磁束では、トルクを生成するための回転磁場も、ロータの能動的な磁気支持のための調節可能な磁束も生成することができないため、可変で調節可能な電磁束を生成する巻線が更にステータに装着される。
【0028】
現在の従来技術によれば、通常、希土類金属や、これら金属の化合物又は合金は、その磁気的特性に起因して、非常に強力な永久磁場が発生可能であるため、ロータの永久磁石として用いられる。これら希土類の既知のしばしば使用される例としては、ネオジムやサマリウムが挙げられる。しかしながら、そのような金属は、それらが比較的希少であり、採掘や処理も複雑であったり費用がかかったりすることに起因して、実質的な原価要素を示している。また、例えば、１回きりの使用後に上記永久磁石を廃棄することは、技術的な環境上の側面から見ても問題又は大変な労力となる場合も多く、それによって更に費用も嵩張ることとなる。従って、本発明によって希土類からなる、又はそれらを備えるこのような永久磁石材料をロータから省略できることは、経済面、費用面及び環境面から見ても、特に使い捨て用途においても有利となる。
【0029】
特に、ステータは、ロータを動作状態でステータに対して非接触に磁気支持可能とするベアリング駆動ステータとして構成することが好ましい。ベアリングレスモータの原理に従った本実施例により、ステータを１つだけ備えることで、ロータに対する駆動機能とベアリング機能の双方が実装可能となるため、特にコンパクトな実施例が可能となる。
【0030】
好適な実施例において、各コイルコアは、長手方向リムの第２端部に配置され、所望の回転軸線によって定められる軸線方向に直交する径方向に延在する横リムを備える。ロータの磁気有効コアに対向して配設された各端面は、これらの横リムによりコイルコアに形成可能である。これらの横リムの端面によって、ステータからロータへ、またその逆も同様に、磁束の伝導を好適に行うことが可能である。
【0031】
好適な構成としては、各コイルコアは、長手方向リムの第１端部から第２端部まで延在する永久磁気部と、それぞれ第１端部から第２端部まで延在する２つの永久磁石フリー部とを備え、その永久磁気部が上記２つの永久磁石フリー部の間に配置されている。本実施例により、永久磁石を通らないように電磁束経路を導くことが可能である。永久磁石、特に、希土類磁石のみならずフェライト磁石の多くは、ほんの僅かにゼロを上回る相対浸透率を有する。そのため、もし電磁束経路が永久磁石や磁石を通った場合、その磁束経路に位置付けられる永久磁石の程度によって電磁的効果を有する空隙が増大し、更には起磁力要求も増大することになる。従って、永久磁気的に励起された磁束と電磁的に励起された磁束とは、ステータとロータ間の磁気空隙においては互いに重なり合うが、永久磁石の領域においては別々に伝導されるように誘導可能である方が有利である。電磁的に励起された磁束は、可能であれば、ロータとステータ間の空隙の領域を除き、鉄やケイ素鉄等の軟磁性材料を通って伝導されることが好ましい。空隙の磁束は、ロータの径方向位置の調整と、トルクを生じさせる接線力成分の形成の両方が行えるように、ロータとステータ間の空隙の領域において永久磁気的に励起された磁束や電磁的に励起された磁束と重なり合うことで調節が可能である。
【0032】
更にまた、コイルコアの永久磁気部及び２つの永久磁石フリー部は、それぞれ横リムを通って延在し、永久磁気部は、横リムにおいて２つの永久磁石フリー部の間に配置される方が有利である。すなわち、ここでは、ステータの電磁的に励起された磁束が永久磁石を通って誘導されなくてもよいという点では、ステータの永久磁気的に励起された磁束と電磁的に励起された磁束とをそれぞれ別々に誘導することが特に容易に可能となる。
【0033】
好適な実施例によれば、コイルコアの永久磁気部の軸線方向断面における断面は、永久磁石フリー部の軸線方向断面における断面と略同じである。こうすることで、永久磁束が電磁的に励起された磁束とは略個別に簡単な方法でステータ内を誘導可能となるステータの設計を簡単且つ安価に行うことができる。
【0034】
更に好適な構成としては、永久磁気部がそれぞれ径方向及び軸線方向に垂直に極性を与えられ、隣接するコイルコアの永久磁石がそれぞれ反対方向に極性を与えられている。これにより、ロータの駆動や支持を特に単純且つ容易に調整することが可能となる。
【0035】
特に、ステータの渦電流損失を最小限に抑えるために、コイルコアの永久磁石フリー部が、それぞれロータの周囲方向に積層している要素から、束状積層形状に製造されることが好ましい。
【0036】
技術規則の理由により、ステータは、偶数個のコイルコア、好ましくは、６個、８個又は１２個のコイルコアを有することが好ましい。
【0037】
好適な実施例によれば、ロータに対向するコイルコアの横リムの端面は、ロータの磁気有効コアの軸線方向高さより大きい、軸線方向の高さを有する。これにより、特に所望の回転軸線に対する傾斜に関して、受動的な磁気安定化の増大や改善が図られる。
【0038】
好適な実施例において、上記巻線は、ロータの電磁駆動磁場を発生させるための駆動コイルと、それとは別の、ロータに作用する径方向の横方向力を設定する制御コイルとを備える。このように、本実施例では、２つの個別の巻線システム、すなわち、ロータにトルクを生じさせ回転させる電磁回転磁場を発生させることができる駆動コイルと、ロータに作用する横方向力、つまり、径方向の力を設定可能な更なる回転磁場を発生させることができる制御コイルとが設けられている。なお、駆動コイルは制御コイルと同じコイルコアに設けることもできるし、駆動コイルだけ、もしくは制御コイルだけが設けられるコイルコアが設けられたり、又は、これらを組み合わせたりした構成が採用される。制御コイルのみ、駆動コイルのみ、もしくは、その両方が個々のコイルコアに設けられる。これは、当然ながら、ステータ内のコイルコアごとに異なっていてもよい。すなわち、ステータは、駆動コイルと制御コイルのいずれか一方のみを有するコイルコアと、駆動コイルと制御コイルの両方を有するコイルコアとを備えることができる。装置としての側面から見て、駆動コイルとそれとは別の制御コイルとを区別することにより、各個々のコイルを制御するのに個別のバイポーラパワーアンプを設ける必要がなくなるという利点がある。
【0039】
好適な実施例において、ロータの磁気有効コアは、ディスク状の形状又はリング状の形状を有する。また、ロータは、ロータの中心状態において径方向の全てのコイルコアから等しい間隔を有する径方向限界外面を有することが好ましい。これにより、ロータの周辺から見て、ロータとコイルコアとの所望の間隔が一定となるため、ロータ位置の制御と調整に必要なセンサシステムを簡素化することができる。
【0040】
ロータの実施例に関する好適な構成としては、ロータが磁束に対する磁束バリアを含んで構成される。これにより、ロータの磁気異方性が要望通り実用的に設定可能となり、各用途に対して簡素な方法で最適化することが可能となる。
【0041】
更に、本発明によれば、テンプルモータとして構成された電磁回転駆動装置ためのステータであって、ロータが動作状態においてステータにより所望の回転軸線を中心として非接触に磁気駆動可能であり、ステータが、所望の回転軸線に平行な方向に第１端部から第２端部まで延在する棒形状の長手方向リムをそれぞれ備える複数のコイルコアを有し、第１端部がいずれもリフラックスによって接続され、それぞれが長手方向リムの１つを包囲し、電磁回転磁場を発生させるための複数の巻線が設けられ、コイルコアは予磁化の永久磁束を生成可能な複数の永久磁石を備え、各コイルコアは長手方向リムの第１端部から第２端部まで延在する永久磁気部と、それぞれ第１端部から第２端部まで延在する２つの永久磁石フリー部とを備え、永久磁気部は２つの永久磁石フリー部の間に配置されているステータが提供される。
【0042】
ステータに永久磁石を備えたテンプルモータのステータの具体的な実施例によれば、ステータ内の磁束の大部分又は全磁束を生成可能である。なお、既に説明したように、ロータの非接触な磁気駆動やその非接触な磁気支持を行うため、ステータを非常にコンパクトな構成とすることで、電磁的に生成された磁束と共に十分に大きな起磁力も生成するように、永久磁石によりステータに一定の予磁化磁束が既に生成されていることが特に好ましい。２つの永久磁石フリー部間に配置される永久磁気部をそれぞれ有するコイルコアを備えたステータの具体的な実施例によれば、永久磁石を通らないように電磁束経路を導くことが可能となる。それにより、永久磁気的に励起された磁束と電磁的に励起された磁束とは、ステータとロータ間の磁気空隙においては互いに重なり合うが、ステータの永久磁石の領域においては別々に導かれるように誘導することが可能である。また、電磁的に励起された磁束は、可能であれば、ロータとステータ間の空隙の領域を除き、鉄やケイ素鉄等の軟磁性材料を通って伝導されることが好ましい。
【0043】
特に好適な実施例では、ステータは、ロータを動作状態でステータに対して非接触に磁気支持可能とするベアリング駆動ステータとして構成される。
【0044】
本発明に係るステータは、ロータが、コイルを含まず、且つ永久磁石を含まないで設計されたテンプルモータにも、ロータが永久磁石及び／又はコイルを備えたテンプルモータにも適している。
【0045】
更に、本発明により構成された電磁回転駆動装置やステータを備えた、流体を搬送、圧送、混合又は撹拌するための回転装置が提案されている。
【0046】
本発明に係る回転装置は、特に、１回きりの使用のための部品を備えるように構成されてもよい。この回転装置は、本実施例では、１回きりの使用のために構成された使い捨て装置と、複数回の使用のために構成された再利用可能装置を有することが好ましく、使い捨て装置は、１つ又は複数の流体に対して搬送、圧送、混合又は撹拌するための複数の羽根を有するロータを少なくとも備え、再利用可能装置は、ロータを受容する支持タンクと、動作状態におけるロータの非接触に磁気駆動且つ支持できるステータとを備え、ステータは、予磁化の永久磁束を生成するための永久磁石を少なくとも１つ備え、電磁束を生成するための巻線を少なくとも１つ備え、その予磁化の永久磁束及び電磁束が共にロータを駆動・支持する。
【0047】
本発明の更なる有利な構成や実施例は、従属クレームから派生する。
【0048】
以下に、本発明を、実施例及び図面を参照して更に詳細に説明する。図面中には以下のものが（一部断面で）図示されている。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】従来技術に係るテンプルモータの斜視図である。
【図2】従来技術に係る他のテンプルモータの斜視図である。
【図4】本発明に係る電磁回転駆動装置の第１実施例の斜視図である。
【図5】本発明に係る電磁回転駆動装置の第２実施例の斜視図である。
【図7】本発明に係る電磁回転駆動装置の第３実施例の斜視図である。
【図12】本発明に係る電磁回転駆動装置の第４実施例の斜視図である。
【図17】本発明に係る電磁回転駆動装置の第５実施例の斜視図である。
【図18】本発明に係る電磁回転駆動装置の第６実施例の斜視図である。
【図20】コイルコアの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図21】コイルコアの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図22】コイルコアの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図23】コイルコアの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図24】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図25】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図26】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図27】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図28】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図29】ロータの実施例の変形例の軸線方向の断面である。
【図30】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図31】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図32】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図33】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図34】ロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図35】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図36】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図37】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図38】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図39】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図40】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図41】磁束バリアを有するロータの実施例の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図42】センサの配置の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図43】センサの配置の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図44】センサの配置の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図45】センサの配置の様々な変形例をそれぞれ示す斜視図である。
【図48】混合装置として構成された、本発明に係る回転装置の第１実施例の斜視図である。
【図50】混合装置として構成された、本発明に係る回転装置の第２実施例の斜視図である。
【図52】使い捨て装置と再利用可能装置とを備える、本発明に係る回転装置の第３実施例の軸線方向の断面である。
【図53】使い捨て装置と再利用可能装置とを備える、本発明に係る回転装置の第４実施例の軸線方向の断面である。
【図54】使い捨て装置と再利用可能装置とを備える、本発明に係る回転装置の第５実施例の軸線方向の断面である。
【図55】ポンプ装置として構成された、本発明に係る回転装置の第６実施例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0050】
【0051】
図４は、全体として符号１で示される本発明に係る電磁回転駆動装置の第１実施例を示す斜視図である。回転駆動装置１は、テンプルモータとして構成され、ステータ２と、ステータ２内に非接触に磁気支持され、コイルや永久磁石を含まず構成されたロータ３とを備える。この第１実施例では、ロータ３は、リラクタンスロータとして構成され、４つの突出したロータ歯３２を有する十字形状に形成された磁気有効コア３１を備える。動作状態において、ロータ３は、ステータ２によって、所望の回転軸線を中心として非接触に磁気駆動可能である。この軸線は所望回転軸線と呼ばれ、それを中心として、ロータ３がステータ２に対して中心且つ傾斜していない位置にある動作状態で回転する。この所望回転軸線によって軸線方向Ａが定められる。軸線方向Ａを確定する所望回転軸線Ａは、典型的には、ステータ２の中心軸線と一致する。
【0052】
本発明を理解する上で十分であるため、以下に示す電磁回転駆動装置１の実施例及び変形例では、ロータ３の各磁気有効コア３１だけしか示されない。当然ながら、ロータ３は、好ましくはプラスチックから製造されるジャケットやカプセル等の部品や、流体を混合、撹拌又は圧送するための羽根等の部品や、その他の部品も更に備えることが可能であることが理解される。
【0053】
以下、軸線方向Ａに直交する方向が径方向と称される。更に、ロータ３の磁気有効コア３１の磁気中心面が磁気ロータ面Ｃと称される。この軸線方向Ａに直交する面において、ロータ３又はロータ３の磁気有効コア３１が、ロータ３が傾斜していない動作状態で支持される。原則として、この磁気ロータ面Ｃは、軸線方向Ａに直交して配設されたロータ３の磁気有効コア３１の幾何学的中心面である。この、ロータ３が動作状態で支持される面は、径方向面とも称される。この径方向面によって、ｚ軸線が軸線方向Ａに延在する直交座標系のｘ－ｙ平面が定められる。従って、ロータ３が傾斜していない場合は、径方向面と磁気ロータ面Ｃとが一致する。
【0054】
テンプルモータとしての設計において特徴的な点は、ステータ２は、第１端部４３から第２端部４４まで軸線方向Ａに延在する棒形状の長手方向リム４１をそれぞれ備える複数の個別のコイルコア４を備え、図４では下端として示されるこの第１端部４３は全てリフラックス５によって互いに接続されるという点である。これに関して、リフラックス５は、コイルコア４の第１端部４３を、隣接するコイルコア４の第１端部４３にそれぞれ接続する複数のセグメント５１を備える。また、図４に示すように、個々のコイルコア４は、内部ロータとしての一実施例では円形状にロータ３を包囲するように配置されることが好ましく、この円上で等距離に配置される。動作中は、ロータ３がコイルコア４の第２端部４４間に非接触に磁気支持される。
【0055】
コイルコア４の長手方向リム４１は、互いに平行に並んでいて、いずれも軸線方向Ａに平行に延在し、ロータ３を包囲する（又は、外部ロータとしての一実施例では、ロータ３に包囲される）。これらの平行な長手方向リム４１は、寺院の柱を連想させるため、テンプルモータの名前の由来となる。
【0056】
また、ステータ２は、電磁回転磁場を発生させるための複数の巻線６を更に備える。この巻線６は、ここでは、それぞれが長手方向リム４１の１つを包囲する個々のコイル６１として構成される。これは、各コイル６１の軸線がそれぞれ軸線方向Ａと平行に延在することを意味する。図４に示す第１実施例では、各長手方向リム４１が１個のコイル６１を厳密に支持する。
【0057】
従って、テンプルモータ１の更なる特徴としては、ステータ２のコイル６１が、磁気ロータ面Ｃの外、図示では磁気ロータ面Ｃの下に配置される。コイル６１は、磁気有効コア３１の完全に下に配置されることが好ましい。これにより、ロータ３が動作状態で駆動及び支持される面内にはコイル６１が配置されない。各コイル軸線が磁気ロータ面内、つまり、ロータの駆動や支持が行われる面内に存在するようにステータのコイルが配置される他の電磁回転駆動装置とは異なり、テンプルモータ１では、コイル６１の軸線が磁気ロータ面Ｃ上に垂直に立つようにステータ２のコイル６１が配置される。
【0058】
本発明の枠組み内で、テンプルモータとしての実施例又はテンプルモータ１は、軸線方向Ａに平行に延在する長手方向リム４１をそれぞれ備える複数のコイルコア４を有し、全てのコルコア４の第１端部４３がリフラックス５を介して互いに接続され、個々のコイル６１のコイル軸線が軸線方向Ａに平行に並ぶようにステータ２の各巻線６、６１が長手方向リム４１の周りに配置されるような電磁回転駆動装置１として理解される。好適な実施例では、テンプルモータ１として構成された電磁回転駆動装置は、ベアリングレスモータの原理に従って構成される。従って、この場合のテンプルモータ１は、ベアリングレスモータの具体的な実施例である。
【0059】
ベアリングレスモータの原理に従うテンプルモータ１の実施例が好ましいものであったとしても、本発明はこの実施例に限定されない。当然ながら、ロータのベアリング機能がその他の方法、例えば、１つ又は複数の個別の磁気ベアリングユニットやその他のベアリング、特に機械ベアリングによって実装される実施例も可能である。
【0060】
ベアリングレスモータにおいて、ロータ３は、ステータ２に対して非接触に磁気駆動可能であり、非接触に磁気支持可能である。このために、ステータ２は、動作状態において所望回転軸線を中心としてロータ３を非接触に磁気駆動でき、すなわち回転でき、ステータ２に対して非接触に磁気支持できるベアリング駆動ステータとして設計される。
【0061】
一方で、ベアリングレスモータは当業者にはごく周知のものであるため、その機能についての詳細な説明は最早不要である。ベアリングレスモータという用語は、磁気ベアリングを別途設けずに、ロータ３を完全に磁気的に支持するということを意味する。このため、ステータ２は、ベアリング駆動ステータとして構成され、よって、電気駆動のステータと磁気支持のステータとの両方を兼ね備える。なお、ステータ２は、回転磁場を発生可能な巻線を備え、回転磁場は、一方では、ロータ３にその回転を生じさせるトルクを与え、他方では、ロータ３の径方向位置、つまり、径方向面における位置を能動的に制御・調整可能となるようにロータに要望通りに設定可能なせん断力を与える。これにより、少なくともロータ３の３自由度を能動的に調整することができる。ロータ３は、軸線方向Ａの軸線偏向に対して、リラクタンス力によって少なくとも受動的に磁気安定化が行われる、すなわち、制御不能とされる。また、同様に、実施例によっては、所望回転軸線に直交する径方向面に対する残りの２自由度、つまり傾斜に対してロータ３の安定化を行うことができる。
【0062】
電磁駆動ベアリング装置は、従来から、例えば特許文献４でも知られており、駆動のステータと磁気ベアリングのステータとが接合して構造部を形成している。ここでのステータは、上側ベアリング面と下側ベアリング面からなるベアリング部と、これらのベアリング面の間に配置される駆動部とを備えている。よってこの装置からは、ベアリング部が駆動部とは分離することができ、磁気支持としてのみ機能するということも分かる。しかしながら、このような装置は、ここでは実際、駆動機能とは別にロータの支持を実装する個別のベアリング部が存在するため、本出願の意味におけるベアリングレスモータとして理解されるべきではない。本発明の意味におけるベアリングレスモータでは、ステータをベアリング部と駆動部とに分けることは不可能である。まさにこの特性こそがベアリングレスモータがそう名付けられる所以となる特性である。
【0063】
これまでの磁気ベアリングとは異なり、ベアリングレスモータによれば、電磁回転磁場を介してモータの磁気支持及び駆動が実現される。この電磁回転磁場は、一方では、その和によってロータ３への駆動トルクや要望通り設定可能な横方向力が生成され、ロータ３の径方向位置が調整可能である。これらの回転磁場は、別々に、つまり異なるコイルを用いて発生させることもできるし、もしくは必要な電流を計算して重畳し、単一コイルシステムを用いて生成することもできる。
【0064】
本発明に係る回転駆動装置１のロータ３は、コイルフリーに構成され、つまりロータ３に巻線が設けられない。このロータ３は、構成に応じてプラスチックジャケットにより包囲することができる磁気有効コア３１を備える。ロータの実施例に関する実例については更に以下に説明する。
【0065】
本発明に係る回転駆動装置１では、ロータ３又はロータ３の磁気有効コア３１は永久磁石を有さないため、永久磁石が含まれない。これにより、永久磁石の製造にしばしば用いられる、特にネオジムやサマリウム等の希土類や、これら金属の化合物又は合金をロータ３の製造に必要としないため、ロータ３の、例えば使い捨て部品としても、特に安価な実施例が可能となる。これらの永久磁石をロータから省略することは、環境面においても大きな利点を意味する。
【0066】
典型的に、硬質磁性体である、つまり保磁力が高い強磁性体やフェリ磁性体を永久磁石と称する。保磁力とは、物質を消磁するのに必要な磁場強度のことである。本出願において、永久磁石とは、保磁力、より正確には１０，０００Ａ／ｍを超える磁気分極の保磁力を有する物質として理解される。
【0067】
従って、ロータ３に永久磁石が含まれない場合、ロータ３の磁気有効コア３１には保磁力が最大でも１０，０００Ａ／ｍの物質しか含まれないということを意味する。
【0068】
ロータ３には「永久磁石フリー（又は永久磁石が含まれない）」という指定は、本発明の枠組み内においては、ロータ３を回転駆動するための駆動磁場に実質的に寄与する永久磁石がロータ３には１つも含まれていないものとして理解されるべきである。当然ながら、例えば、ロータの角度位置検出としてのみ機能する、又はロータの駆動磁束の生成とは無関係の目的を達成するその他の磁石や永久磁石をロータ３に設けることは可能である。従って、「永久磁石フリー」という指定は、ロータ３の駆動のみに関する。
【0069】
そのため、ロータに対する「永久磁石フリー」という指定は、本発明の枠組み内においては、ロータ３にはロータの駆動に寄与する永久磁石が含まれない、又はロータ３にはロータ３の駆動のための駆動磁束に寄与する永久磁石が含まれないものとして理解されるべきである。
【0070】
ロータの磁気有効コア３１は、軟磁性体、例えば鉄、ニッケル鉄又はケイ素鉄から製造されることが好ましい。なお、磁気有効コア３１は、例えば軟磁性粉の鋳込み、スタンピング又はプレスを行った後、金属板等の部品の焼結、鍛造、成形又は組立を行うことにより製造される。
【0071】
ロータ３の磁気有効コア３１がディスク形状又はリング形状を有する図４に示す実施例では、ロータ３は、３自由度で、能動的に磁気的に、つまり制御可能に支持される。それらは、径方向面におけるロータ３の径方向位置の２自由度及び回転の自由度である。ロータは、他の３自由度に対するリラクタンス力を介して、完全に受動的な磁気安定化、つまり制御不能な安定化が行われる。それらは、径方向面と、ロータ３の軸線方向位置、つまり軸線方向Ａに対する位置とに対するロータ３の傾斜の２自由度である。図４に示す本発明に係る回転駆動装置１の第１実施例では、ロータ３がステータ２内に配置される内部ロータとして構成される。この第１実施例では、ステータ２は、軸線方向と平行に延在する棒形状の長手方向リム４１をそれぞれ備える合計６個のコイルコア４を備える。この６個のコイルコア４は、ロータ３の周りに円の形状に配置され、この円の周囲に亘って等距離間隔で分配される。図示における下部にある棒形状の長手方向リム４１の第１端部４３は、リフラックス５によって互いに接続され、リフラックス５は、隣接する２つの第１端部４３同士をそれぞれ接続する複数のセグメント５１を備える。長手方向リム４１は、軸線方向Ａに直交する長方形の断面を有する。更に、ステータ２は、ロータ３をステータ２に対して非接触に磁気駆動可能にし、非接触に磁気支持可能にする電磁回転磁場を発生させるための複数の巻線６を備える。第１実施例では、合計６個の個々のコイル６１が巻線６として設けられ、各コイル６１は各長手方向リム４１に設けられる。各コイル６１は、コイル軸線がそれぞれ軸線方向Ａと平行に、ひいては、磁気ロータ面Ｃと直交に配設されるように各長手方向リム４１の周りに配置される。
【0072】
リフラックス５若しくはそのセグメント５１並びにコイルコア４の長手方向リム４１は、磁束を伝導する磁束伝導素子として機能するため、軟磁性体からそれぞれ作られる。好適な軟磁性体としては、例えば強磁性体やフェリ磁性体、すなわち特に鉄、ニッケル鉄又はケイ素鉄が挙げられる。なお、各長手方向リム４１及びセグメント５１が束になった積層状に構成された、つまり積み重ねられた複数の薄い要素からなる、金属板ステータパックとしての実施例が好ましい。長手方向リムの具体的な実施例については、図２０～図２３に関連して、以下に更に説明する。
【0073】
ロータ３は、リラクタンスロータとして構成され、ここでは、４つの突出したロータ歯３２を有するディスク形状の十字形に構成され、コイルコア４の長手方向リム４１の第２端部４４、すなわち図示における上端部間に動作状態で支持される磁気有効コア３１を備える。
【0074】
本発明によれば、コイルコア４は、所望回転軸線を中心としたロータ３の回転駆動が行われる磁気駆動磁束の生成に寄与する予磁化の永久磁性を生成する複数の永久磁石４５を備える。
【0075】
このため、第１実施例では、合計６個の永久磁石４５が設けられ、各永久磁石４５は、各長手方向リム４１の第２端部に設けられ、この永久磁石は、コイルコア４の長手方向リム４１において、つまり長手方向リム４１のロータ３に対向する側において、径方向内方にそれぞれ配設される。そのため、全体的に見て、各コイルコア４は、軸線方向Ａの断面においてＬ字形状の断面を有し、各長手方向リム４１がそのＬ字形の長いリムを形成し、永久磁石４５がロータ３に配向されたＬ字形の短いリムを形成する。ここで、永久磁石４５は、略直方体形状にそれぞれ構成されており、その径方向外方に配設された境界面はそれぞれ長手方向リム４１の第２端部と一致する。
【0076】
図４に符号なしの矢印で示すように、各永久磁石４５に対する磁化は径方向に行われる。なお、周囲方向に隣接する永久磁石４５は、それぞれ反対方向に極性を与えられる。つまり、径方向において内方に向けて磁化が行われる永久磁石４５は、径方向において外方に向けて磁化が行われる２つの永久磁石４５を周囲方向に隣接する永久磁石として有する。
【0077】
動作状態において、電磁回転磁場は、ベアリングレスモータに関して知られている方法でコイル６１によって発生し、これにより、ロータ３上の接線力を生成可能である。電磁回転磁場は、一方では、ロータ３を回転駆動させるトルクを生じさせ、他方では、径方向においてロータ３に要望通りに設定可能な横方向力を与えることができ、径方向面内でロータ３の位置を能動的に磁気調整可能にする。この点で、永久磁石４５は予磁化の永久磁束を生成し、永久磁束と電磁束とが共にロータ３を駆動する。
【0078】
既に上述したように、予磁化の永久磁束の大きな利点としては、ロータ３の駆動や支持を行うための全磁束が電磁的な方法で生成されなくてもよいという点である。
【0079】
なお、テンプルモータ１において、長手方向リム４１は、軸線方向に配向され、ロータ３の駆動や支持が行われる磁気ロータ面Ｃにおいて、磁束や、特にコイル６１により生成される電磁束も誘導する磁束誘導要素として機能する。
【0080】
コイル６１の制御に必要な電力電子機器及び対応する制御調整装置は当業者には十分知られているので、ここでは更に詳細な説明は不要である。ロータ３の径方向位置や角度位置を検出する位置センサシステムの実施例や配置は、図４２～図４７に関連して、以下に更に考察する。
【0081】
第１実施例は、変形例では外部ロータとしても構成でき、そこでは、ロータ３の、好ましくはリング形状の磁気コア３１が長手方向リム４１の第２端部４４を包囲することが理解される。そして、永久磁石４５は、ロータ３に対向するように、必然的に、長手方向リム４１の第２端部４４の径方向外方に配設された面に同じ方法で配置される。
【0082】
図５は、本発明に係る回転駆動装置１の第２実施例の斜視図を示す。また、図６は、この第２実施例の軸線方向Ａの断面を更に示す。以下、上述の第１実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、第１実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第２実施例にも適用されるものと理解される。
【0083】
第２実施例は、主に、ステータ２における永久磁石４５の設計及び配置について第１実施例と異なる。第２実施例では、永久磁石としての各コイルコア４は、軸線方向Ａにおいて各コイルコア４の長手方向リム４１の第１端部４３から長手方向リム４１の第２端部まで延在する永久磁気部４６を備える。また、各長手方向リム４１は、それぞれ各長手方向リム４１の第１端部４３から第２端部４４まで延在する２つの永久磁石フリー部４７を備える。ここでは、永久磁気部４６は、長手方向リム４１の２つの永久磁石フリー部４７間に配置される。そのため、ステータ２の周囲方向から見て、各コイルコア４の各長手方向リム４１は棒形状の永久磁気部４６を備え、これは同様に棒形状の２つの永久磁石フリー部４７間に配置される。なお、軸線方向Ａにおける永久磁気部４６の長さは、それに軸線方向Ａに隣接する２つの永久磁石フリー部４７の長さと同じである。また、永久磁気部４６は、２つの永久磁石フリー部４７がそれらの間に配設された永久磁気部４６によって互いに完全に分離されるように、それに隣接する永久磁石フリー部４７と径方向において同じ大きさを有する。軸線方向Ａに直交し、径方向面と平行又はロータ３の磁気中心面Ｃと平行な断面において、全てのコイルコア４が、２つの永久磁石フリー部４７とその間に配置される永久磁気部４６とによって形成された長方形の断面を有するように、２つの永久磁石フリー部４７の断面と、永久磁気部４６の断面とは、ステータ２の周囲方向に直交する軸線方向の断面において同一である。このため、各コイルコア４は、互いに平行に配置され、軸線方向Ａにそれぞれ延在する３つの棒形状部品、すなわち２つの永久磁石フリー部４７とその間に配置される永久磁気部４６とを備える。
【0084】
以下に更に説明するように、このような配置は、特に電磁的に生成された磁束のみが、磁束伝導素子として機能する永久磁石フリー部４７及びリフラックス５を介して、つまり軟磁性体のみを介してステータ２内にて誘導されることができるという利点を有する。これにより、ステータ２における電磁的に生成された磁束を、その電磁的に生成された磁束に対して非常に高い抵抗を示す永久磁気部４６を介して誘導しなければならないといった事態を回避することができる。
【0085】
図５及び図６において、永久磁気部４６内の符号なしの矢印で示すように、各永久磁気部４６の極性付与や磁化は、ステータ２の周囲方向に行われる。すなわち、永久磁気部４６はいずれも、径方向に直交し、軸線方向Ａに直交して配向される磁化を有する。なお、隣接するコイルコア４の永久磁気部４６はそれぞれ逆方向に磁化が行われる。つまり、コイルコア４の各永久磁気口４６は、それぞれ反対方向に磁化が行われる、周囲方向から見て隣接したコイルコア４の２つの永久磁気部４６によって包囲される。
【0086】
第２実施例でも合計６個のコイルコア４が設けられ、円形状且つ等距離にロータ３を包囲する。なお、コイルコア４の６個という個数は例示として理解されるべきである。当然ながら、異なる個数のコイルコア４、例えば８個や１２個や４個のコイルコア４を備えることも可能であり、技術規則の理由から、偶数個のコイルコア４が好ましい。６個、８個又は１２個のコイルコア４が多くの用途で有利であることが証明されている。
【0087】
図７は、本発明に係る回転駆動装置１の好適な第３実施例の斜視図を示す。より良く理解するため、この第３実施例の軸線方向の断面を図８に示す。以下、上述の実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第３実施例にも適用されるものと理解される。
【0088】
第３実施例では、各コイルコア４は、各長手方向リム４１の第２端部４４に配置され、軸線方向Ａに直交し、ひいては各長手方向リム４１に直交する径方向に延在する横リム４２を備える。図７及び図８に示す電磁回転駆動装置１の内部ロータとしての実施例では、横リム４２は径方向において内方へ、つまりロータ３の方へ延在する。回転駆動装置１の外部ロータ（例えば図１８参照）としての実施例では、横リム４２はそれぞれ径方向において外方へ、つまり、この場合も同様にロータ３の方へ延在すると理解される。
【0089】
このように、各コイルコア４はＬ字形状の実施例を有し、長手方向リム４１は軸線方向Ａに延在するＬ字形の長いリムを形成し、径方向においてロータ３の方へ長手方向リム４１に直交して延在する横リム４２はそのＬ字形の短いリムを形成する。
【0090】
第２実施例で既に説明したように、各コイルコア４は、第３実施例において、永久磁気部４６をその間に含む２つの永久磁石フリー部４７も備える。なお、各永久磁石フリー部４７及び各永久磁気部４６は両方ともＬ字形状の構成を有し、永久磁気部４６に隣接する２つの永久磁石フリー部の２つの境界面は、接触している永久磁気部４６の境界面と一致するようにそれぞれ構成される。このように、各コイルコア４の２つの永久磁石フリー部４７は、ここでも、それらの間に配設された永久磁気部４６によって互いに完全に分離される。
【0091】
これは、各コイルコアの永久磁気部４６と２つの永久磁石フリー部４７はそれぞれ横リム４２に沿っても延在し、永久磁気部４６は横リム４２においても２つの永久磁石フリー部４７間に配置されることを意味する。
【0092】
従って、各横リム４２は、ロータ３に対向する径方向内方に配設された（又は、外部ロータとしての実施例では径方向外方に配設された）端面４２１を有する。なお、径方向面と平行なこの端面４２１の中心線は、磁気ロータ面Ｃ、すなわち、ロータ３が動作状態で支持される平面に配設される。
【0093】
図７及び図８において、永久磁気部４６内の符号なしの矢印で示すように、各永久磁気部４６の極性付与や磁化は、ステータ２の周囲方向に行われる。すなわち、第３実施例では、永久磁気部４６はいずれも、径方向に直交し、軸線方向Ａに直交して配向される磁化を有する。なお、隣接するコイルコア４の永久磁気部４６はそれぞれ逆方向に磁化が行われる。つまり、コイルコア４の各永久磁気口４６は、それぞれ反対方向に磁化が行われる、周囲方向から見て隣接したコイルコア４の２つの永久磁気部４６によって包囲される。
【0094】
第３実施例に係る設計によれば、電磁束が永久磁気部４６によって誘導される必要がなく、それと同時にステータ２の永久磁束と電磁束とをロータ３とステータ２との間の間隙で重畳させることができるという意味では、特に簡単な方法でそれら２つの磁束を別々に誘導することが可能となる。このことは、第３実施例の軸線方向からの平面図を示す図９を参照して以下に説明する。
【0095】
図９では、永久磁気部４６によって生成された永久磁束が、参照符号ＰＭが付され、破線で示される力線により概略的に示される。いずれの場合も、永久磁束ＰＭは、永久磁気部４６から、隣接する永久磁石フリー部４７の一方へと延在し、ロータ３の磁気コア３１に向かって径方向に誘導され、コイルコア４とロータ３の磁気有効コア３１との間の空隙を通過し、再び空隙へと誘導された後、隣接する永久磁石フリー部４７の他方へと移動する。そして、永久磁束ＰＭは径方向外方へと誘導され、再びまた永久磁気部４６へと誘導された後、力線が終結する。
【0096】
図９では、巻線６又はコイル６１によって生成された電磁束が、参照符号ＥＭが付され、実線で示される力線により概略的に示される。個々のコイルコア４の長手方向リム４１上に配置されたコイル６１による電流印加によって生成された電磁束ＥＭは、このコイルコア４の２つの軟磁性永久磁石フリー部４７により径方向内方へロータ３の磁気有効コア３１へ向かって誘導され、このコイルコア４とロータ３の磁気有効コア３１との間の空隙を通過し、再び空隙へと誘導された後、個々のコイルコア４の永久磁石フリー部４７に隣接して配置された、個々のコイルコア４の、隣接する２つのコイルコア４の２つの永久磁石フリー部４７へと移動する。そして、これら２つの永久磁石フリー部４７によって径方向外方へと誘導され、その後、リフラックス５へと軸線方向に誘導され、力線が終結する。
【0097】
このように、ステータ２を確実に軟磁性体、すなわちコイルコア４の永久磁石フリー部４７及びリフラックス５のみで誘導し、コイルコア４の永久磁気部４６が作られる硬磁性体では誘導しないようにすることができる。その結果、ロータ３の支持や駆動のために、電磁束ＥＸのエネルギーの特に効率的な利用が有利な方法で図られる。
【0098】
図１０及び図１１には、第３実施例の２つの変形例が、図７に類似の斜視図によってそれぞれ示される。図１０に示す変形例では、ステータ２は、いずれも上述と同様の構成を有する合計８個のコイルコア４を備える。この場合も、厳密に１個のコイル６１が各長手方向リム４１に配置される。ロータ３の磁気有効コア３１は、５つの突出したロータ歯３２を有する、ディスク形状及びスタート形の形状を有する。図１１に示す変形例では、ステータ２は、いずれも上述と同様の構成を有する合計１２個のコイルコア４を備える。この場合も、厳密に１個のコイル６１が各長手方向リム４１に配置される。ロータ３の磁気有効コア３１は、中央に穴を有するリング形状であり、ここでは１０個の突出したロータ歯３２を有する星形の形状を有する。
【0099】
本発明に係る回転駆動装置１は、コイルコア４の数及びロータ歯３２の数に関して更に数多くの様々な変形例で構成することも可能であり、技術規則の理由から、コイルコア４は偶数個であることが好ましいことが理解される。当業者が用途に応じてコイルコア４の設計個数を選択したり、それに応じたロータ３の磁気有効コア３１の実施例、例えば、適切な個数のロータ歯３２をそれぞれ選択したりすることは問題ない。
【0100】
図１２は、本発明に係る回転駆動装置１の第４実施例の斜視図を示す。より良く理解するため、この第４実施例の軸線方向の断面を図１３に示す。以下、上述の実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第４実施例にも適用されるものと理解される。
【0101】
第４実施例では、ステータ２は、上記と同様、略Ｌ字形状を有する、すなわち軸線方向Ａに延在する長手方向リム４１とロータ３に向けられた横リム４２とを有する合計６個のコイルコア４を備える。しかしながら、第４実施例では、各コイルコア４において、横リム４２の軸線方向高さがロータ３に向かって見た径方向に増大するように、長手方向リム４１から横リム４２への径方向外方に配設される移行部に斜角面４９が設けられる。
【0102】
その他、各コイルコア４は、２つの略Ｌ字形状の永久磁石フリー部４７と、その間に配設された略Ｌ字形状の永久磁気部４６とで構成され、永久磁気部４６及び２つの永久磁石フリー部４７の互いに当接する境界面が一致する。
【0103】
第４実施例では、ロータ３に対向する、各コイルコア４の横リム４２の端面４２１は、軸線方向から見て、これらの端面４２１が、軸線方向Ａに対して、対向するロータ３の外面上において上方及び下方に向かってそれぞれ突出するように、ロータ３の磁気有効コア３１の軸線方向高さＨＲよりも大きい高さＨＳを有して設計される。このことは図１３を見れば特によく分かる。
【0104】
ＨＳがＨＲより大きい本実施例は、とりわけ、軸線方向Ａへの傾斜及び偏向に対してロータ３の受動的な磁気安定化を行うという点で非常に有利である。端面４２１はロータ３の磁気有効部３１よりも軸線方向Ａに大きいので、軸線方向Ａに対する傾斜又は軸線方向Ａにおける偏向に対して、ロータ３の受動的な磁気安定化が大幅に向上する。
【0105】
これまでのベアリングレスモータでは、つまりテンプルモータ１としての具体的な実施例においても、典型的に駆動磁場及び制御磁場と呼ばれる２つの回転磁場の重畳によって磁気駆動ベアリング機能が発揮される。ステータ２の巻線６又はコイル６１によって生成されるこれらの２つの回転磁場は、原則として、互いに異なる極対番号を有する。なお、径方向面内で作用してトルクを発生させる駆動磁場はロータ３に接線力を発生させ、それにより、ロータ３が軸線方向Ａを中心に回転する。また、望み通りの設定が可能であって、ロータ３の径方向位置を調整可能な駆動磁場と制御磁場との重畳によって、ロータ４には径方向面において横方向力も更に発生する。
【0106】
一方では、２つの異なる巻線システム、すなわち１つは駆動磁場を発生させるための巻線システムで、１つは制御磁場を発生させるための巻線システムである巻線システムにより駆動磁場や制御磁場を発生させることが可能である。そして、典型的に、駆動磁場を発生させるコイルは駆動コイルと呼ばれ、制御磁場を発生させるコイルは制御コイルと呼ばれる。また、これらのコイルに与えられる電流は駆動電流又は制御電流と呼ばれる。しかしながら、他方では、駆動コイルと制御コイルとの区別がない単一の巻線システムのみにより駆動支持機能を実現することも可能である。これは、制御装置により得られた駆動電流や制御電流の各値に対して演算による、つまり、例えばソフトウェアを用いた加算や重畳を行い、そこから得られた全電流を各コイルに与えることで実現可能である。この場合、当然ながら、制御コイルと駆動コイルとを区別することは不可能となる。ここまで説明してきた第４実施例では、最後に挙げられた変形例が実施されている。すなわち、駆動コイルと制御コイルとの区別はないが、演算によって得られた駆動電流と制御電流との合計がコイル６１に与えられる巻線システムが１つだけ存在する。しかし、当然ながら、これらの第１～第４実施例、更なる実施例及び上述の全ての変形例を、２つの個別の巻線システム、すなわち個別の駆動コイルと個別の制御コイルとで構成することも可能である。巻線システムの設計に関する各変形例については、図１４～図１６を参照して以下に説明する。
【0107】
図１４は、変形例を図７に対応する図で示す。この変形例では、各駆動コイル６２と各制御コイル６３は、各コイルコア４の長手方向リム４１上に配置される。より良く理解するため、この変形例の軸線方向Ａに沿った断面を図１５に示す。各長手方向リム４１上の駆動コイル６２及び制御コイル６３は、軸線方向Ａに対して互いに隣接して同軸線上に配置される。図示によれば、制御コイル６３は、各コイル４の長手方向リム４１上の駆動コイル６２の上方にそれぞれ配置される。なお、ここでは、駆動コイル６２と制御コイル６３との両方が、軸線方向Ａに対してロータ３の磁気有効コア３１の完全に下に配設されることも好ましい。
【0108】
図１６は、変形例を図１１に対応する図で示す。この変形例では、各長手方向リム４１上にはコイルが１つだけ、つまり駆動コイル６２又は制御コイル６３のいずれかが配置される。なお、ステータ２の周囲方向から見て、隣接するコイルコア上には制御コイル６３と駆動コイル６２とが常に交互に設けられることが好ましい。すなわち、駆動コイル６２を１つだけ有する各コイルコア４には、それぞれ制御コイル６３を１つだけ有する２つのコイルコア４が周囲方向に直接隣接し、またその逆も然りである。
【0109】
上述のように、これらの様々な巻線の概念、つまり個別の駆動コイル６２及び制御コイル６３を有する概念や、１種類のコイル６１だけを有する概念は、本発明に係る回転駆動装置１の全ての実施例に適用可能である。
【0110】
コイル６１又は駆動コイル６２及び制御コイル６３は、それ自体が周知の方法で制御を行い、テンプルモータ１を動作させるための電磁回転磁場を発生させる。このために、アンプユニットを備え、制御調整装置により制御される不図示の調整装置が存在する。アンプユニットの構成に関しては、複数の変形例がある。１種類のコイル６１のみが使用される場合、つまり、個別の駆動コイル及び制御コイルが使用されない場合、各コイル６１には個別のパワーアンプが設けられることが好ましく、このコイル６１についてのコイル電流やコイル電圧は、その他のコイル６１のコイル電流又はコイル電圧とは独立して調整可能である。
【0111】
以下、例示として、各コイル電流が変数として調整される場合について言及する。当然ながら、特に、より多くのコイル、例えば１２個以上のコイルが設けられる場合、異なるコイル６１を、同じ電気位相に属することで同じパワーアンプにより制御されるコイルのグループにまとめることも可能である。そしてグループのコイル６１は、同じコイル電流が同じグループの各コイル内に与えられるように、互いに直列に接続される。
【0112】
従って、それ自体が電気位相を形成する厳密に１つの別個コイルとして各コイル６１をそれぞれ設計することも、複数の別個コイルを同じ電気位相に属する１つのグループにまとめることも可能である。
【0113】
例えば、図５に示すように、それぞれ個別の電気位相に属する６個のコイル６１が設けられる場合、アンプユニットには合計６個のパワーアンプが設けられる。なお、好適な変形例によれば、各パワーアンプは、Ｈブリッジ回路として知られる方法でバイポーラパワーアンプとして設計される。「バイポーラパワーアンプ」という名前は、位相電流と位相電圧との両方がそれぞれプラス記号とマイナス記号とを取ることを意味する。
【0114】
コイル６１やコイル６１のグループにおいてコイル電流（又はコイル電圧）を個別に調整するためのアンプユニットのパワーアンプについての他の変形例としては、各パワーアンプがそれぞれ、アンプユニットのブリッジ分岐であることである。アンプユニットの各ブリッジ分岐は、各コイル６１又は各電気位相のための個別のバイポーラパワーアンプとして設けられる。各コイル６１や各コイルグループは、一方では、それに供給を行うバイポーラパワーアンプに接続される。そして、各コイル６１やコイル６１の各グループは、他方では、共通の中性点、つまり中心点電位に接続される。この中性点は、ロード可能な中性点として構成されることが好ましく、つまり６個のコイル電流とは異なる追加の電流が、中性点の上方を、又はその中へ流れることができるように、ロード可能な電位に接続される。これは、中性点におけるコイル電流の合計が常にゼロでなければならないといった通常の中性点の条件がこの回路では不要であることを意味する。その結果、この変形例では、各コイル電流を他のコイル電流とは完全に独立して調整することも可能である。
【0115】
また別の好適な変形例によれば、コイル６１又はコイル６１のグループは、従来のＡＣコントローラにより供給され、ＡＣコントローラは典型的に３つの電気位相を有する。このため、例えば図７に示す実施例では、それぞれが３個のコイル６１を供給する２つの独立したＡＣコントローラを用いて６個の個別のコイルが供給される。なお、この２つのＡＣコントローラは互いに分離しており、つまり特にそれらの中性点が互いに分離しているか、互いに独立している。当然ながら、コイル６１のグループについても同じことが言える。
【0116】
また、個別の駆動コイル６２と個別の制御コイル６３とを有する実施例では、従来のＡＣコントローラを用いて駆動コイル６２及び制御コイル６３に各位相電流を提供することも特に有利に可能となり、ＡＣコントローラは、典型的に３つの電気位相を供給可能である。
【0117】
上述のように、本発明に係る電磁回転駆動装置１は、内方に配設されたステータ２と径方向外方でステータを包囲するロータ３とを有する外部ロータとしても構成することができる。図１７は、外部ロータとして構成された本発明に係る電磁回転駆動装置１の第５実施例の斜視図を示す。
【0118】
以下、上述の実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第５実施例にも適用されるもの理解される。
【0119】
第５実施例は、ステータ２の構成という点では、図５に示す実施例に対応する。ロータ３は、ここでは、外部ロータとして配置される。すなわち、径方向の外方に配設されたコイルコア４の長手方向リム４１の第２端部４４を包囲するように配置される。このため、磁気コア３１は、複数の、ここでは８つの突出するロータ歯３２を有するリング形状を有し、そのロータ歯はそれぞれ径方向の内方へ延在する、つまりコイルコア４の長手方向リム４１の第２端部４４に対向する。
【0120】
図１８は、外部ロータとして同様に構成され、それ以外は図７に示す実施例に対応する、本発明に係る回転駆動装置の第６実施例の斜視図を示す。より良く理解するため、この第６実施例の軸線方向の断面を図１９に示す。
【0121】
以下、上述の実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第６実施例にも適用されるものと理解される。
【0122】
第６実施例のステータ２の構成の大部分は、図７に関連して説明した構成に対応する。各コイルコア４は、ここでも、２つのＬ字形状の永久磁石フリー部４７と、その間に配置された１つのＬ字形状の永久磁気部４６とを備える。しかしながら、外部ロータであるため、横リム４２は、ここでは、径方向外方に、つまりロータ３側に向かって並べられる。ロータ３は、リング形状を有し、複数の、ここでは８つの突出するロータ歯３２を有する磁気コア３１を有し、そのロータ歯はそれぞれ径方向に対して内方へ延在する、つまりコイルコア４の横リム４２に対向する。
【0123】
以下、長手方向リム４１を有するコイルコア４の好適な構成に関する様々な変形例を図２０～図２３を参照して説明する。この構成では、各コイルコア４が、２つの永久磁石フリー部４７とその間に配置された永久磁気部４６とを有する。これらの説明は、横リム４２を１つも有さないコイルコア４（例えば図５参照）にも、長手方向リム４１と横リム４２との両方を有し、永久磁石フリー部４７及び永久磁気部４６がそれぞれＬ字形状を有するコイルコア４にも略同様に適用される。
【0124】
上述のように、コイルコア４の永久磁石フリー部４７は、容易に磁束を伝導する軟磁性体から作られる。好適な軟磁性体は、鉄、ニッケル鉄又はケイ素鉄を備える。
【0125】
各コイルコア４の永久磁石フリー部４７は、束になった積層状に構成されることが好ましい。これは、コイルコア４の構成の変形例の斜視図をそれぞれ示す図２０～図２３を見れば分かる。束になった積層状の構成では、各永久磁石フリーのステータ部４７が、互いに平行に積み重ねられた複数の薄い要素４８から作り上げられる。これらの要素４８は全て同一の構成を有し、すなわち、ここでは、Ｌ字形状を有し、同じ厚さを有する。図２０～図２３から分かるように、永久磁石フリー部４７を形成する要素４８は、ロータ３又はステータ２の周囲方向に積み重なる。そのため、複数の対応する平行な要素４８によって永久磁石フリー部４７が形成される。個々の要素４８が共にとどまるように、プラスチックで接着接合又は成形を行うこともできる。この成形は、当然ながら、全コイルコア４を備えることができる。このような束になった積層状の構成により、永久磁石フリー部４７の渦電流が効果的に抑制又は軽減される。
【0126】
図２０に示す変形例では、２つの永久磁石フリー部４７間に配置されたＬ字形状の永久磁気部４６は、単一の部材である。符号なしの矢印によってその磁化が示される。
【0127】
図２１に係る変形例では、永久磁気部４６は、１つは軸線方向Ａに長く、もう１つは径方向に長い２つの棒形状のセグメント４６１から構成される。
【0128】
図２２に係る変形例では、永久磁気部４６は、２つは軸線方向Ａに長く、残りの１つは径方向に長い３つの棒形状又は直方体形状のセグメント４６１から構成される。
【0129】
図２３は、Ｌ字形状のコイルコア４の構成に関して、多くの用途で有利な方法を示す。この変形例では、ロータ３に対向する、横リム４１の端面４２１が屈曲し、実際には、ロータ３の径方向外側の曲率に沿うように屈曲する。端面４２１の曲率がロータ３に適応する場合、例えばディスク形状のロータ３では、コイルコア４とロータ３との間の空隙が、端面４２１全体から見て、径方向に一定の大きさを有する。この空隙では、空間的に非常に均一な磁束が実現できる。このような構成は、例えば、個々の要素が径方向に対して連続して互いに僅かにずれて、端面４２１の曲率を達成することで実現可能である。図２３では、コイルコア４を径方向内方に配設するように界する内円が、参照記号Ｓ１が付された円で示される。永久磁石フリー部４７の個々の要素４８は、各端面４２１を形成する端部が内円Ｓ１の輪郭に沿うように、それぞれ互いに径方向にずれて配置される。
【0130】
端面４２１は、図２３に示すような内部ロータとしての構成では、周囲方向に凹状に曲げられ、一方、外部ロータとしての構成では、凸状に曲げられることが理解される。
【0131】
以下、ロータ３の構成に関する、より正確には、ロータ３の磁気有効コア３１の構成に関する更なる様々な実施例について、内部ロータとしての構成を参照しながら説明する。ロータ３は、リラクタンスロータとして、コイルフリーであって、永久磁石を含まない。ロータ３の磁気有効コア３１又はその全ての部分は、軟磁性体、例えば、鉄、ニッケル鉄又はケイ素鉄から作られることが好ましい。なお、磁気有効コア３１は、例えば、軟磁性粉の鋳込み、スタンピング又はプレスを行った後、金属板等の部品の焼結、鍛造、成形又は組立を行うことにより製造することができる。このように、ロータ３は、コイルコア４に関して説明したのと同様の方法で、特に束になった積層状に、つまり、互いに平行に積み重ねられた、例えばプラスチックジャケットやプラスチックの鋳型で固定された複数の薄い要素から構成することも可能である。コイルコア４とは異なり、ロータ３の磁気有効コア３１の束になった積層形状の構成では、個々の要素が軸線方向Ａに積み重ねられることが好ましい。当然ながら、個々の要素は、隣接する要素間で境界面が軸線方向Ａと平行に延在するように、束になった積層形状の構成で径方向に積み重ねることもできる。
【0132】
まず、ロータ３の磁気有効コア３１の構成に関する幾つかの変形例と方法について説明する。ここでは、ロータ３の磁気有効コア３１の幾何学的構成によって、つまり、例えば突出したロータ歯３２によってリラクタンスロータに必要なロータ磁化の異方性が実現される。ロータ歯３２のそれぞれの個数は例示的なものとして理解されるべきである。当業者であれば、用途に応じて、特にステータ２の構成に応じて、とりわけコイルコア４の個数に応じて、問題なくロータ歯の最適な個数を判定することができる。当然ながら、個々の変形例に関連して説明した方法を互いに、又はロータ３の上記構成と組み合わせることも可能である。
【0133】
以下に説明するロータ３の磁気有効コア３１の構成に関する変形例では、磁気有効コア３１は、常に、軸線方向Ａに対してディスク形状又はリング形状を有し、磁気コア３１（図１３参照）の軸線方向高さＨＲは、対向するコイルコア４の端面４２１の軸線方向Ａにおける高さＨＳとせいぜい同じであることが好ましい。
【0134】
図２４に示される斜視図では、ロータ３の磁気有効コア３１は略十字形状を有し、４つの突出したリング歯３２を有する。なお、各ロータ歯３２は、径方向にステータ２に向かって先細りする台形である。各ロータ歯３２の径方向外方に配設された境界面３３は、ここでは凸状にそれぞれ湾曲する。図２３に示すようなコイルコア４の端面４２１の湾曲構造に伴い、ロータ歯３２の径方向外方に配設された境界面３３と端面４２１との間の空隙は、周囲方向から見て一定の径方向の大きさを有する。これは、この空隙において磁束を非常に均一に分布させるのに有利となる。
【0135】
図２５の斜視図に示す磁気コア３１の変形例は、図２４に示すものに略対応するが、図２５に係る変形例では、各ロータ歯２３の径方向内方に配設された境界面３３は平面的な構造を有し、つまり湾曲されない。この構成は、特にコイルコア４の端面４２１も平面的である、つまり湾曲されない場合に好ましい。
【0136】
図２６の斜視図に示す磁気コア３１の変形例は、図２５に示すものと多く対応する。しかしながら、図２６に係る変形例の磁気コア３１は、径方向外方に配設された閉鎖リング３４、例えば鉄ブリッジを更に備え、このリング３４は、磁気有効コア３１の全周囲に亘って延在し、径方向に界する。このように、リング３４は、磁気有効コア３１の径方向外方境界面を形成する。径方向外方に配設されたリング３４の構成は、特に、ロータ３の径方向位置やその回転位置を決定するセンサシステムにおいて有利である。すなわち、径方向外方に配設されたリング３４によって、ロータ３の磁気有効コア３１とステータ３との所望の間隔が磁気コア３１の全周囲から見て一定の値になることを確実にできる。なお、この所望の間隔とは、ロータ３が径方向面において中心且つ傾斜していない位置にある場合のロータ３とステータ２との径方向の間隔である。ロータ３の周囲方向に亘る、つまりリング３４に沿った所望の間隔が均一であることにより、特に、動作状態のロータ３の径方向位置をより簡単に度量衡学的に検出することができる。これは、磁気コア３１の所望の間隔が等しい大きさであり、その時点でのロータ３の角度位置とは関係なく全てのコイルコア４に対して一定であるためである。
【0137】
図２７は、ロータ３の磁気有効コア３１が略リング形状を有し、突出したロータ歯３２を有する変形例の斜視図を示す。従って、磁気有効コア３１は、その中心に円形の穴３５を有する。磁気コア３１をリング形状に、つまり穴３５を有した設計とすることにより、ディスク形状の構成、つまり穴３５を有さない構成と比較して、磁気有効コア３１の質量を軽減することが可能となる。また、ロータ３全体の重量を軽減した構成も可能となり、幾つかの用途で有利となる。また、軟磁性体が節約できることで、ロータ３の製造における材料費が軽減される。一方、磁気有効ロータ３１は、複数の、ここでは１０個の突出したロータ歯３２を有する。なお、このロータ歯３２は、径方向外方に配設された端部が丸められ、隣接する２つのロータ歯３２間の移行領域も丸められる。これらの丸い部分は、全体的に磁気有効コア３１の周囲方向から見て正弦関数等の調和的な関数に少なくとも大体沿うように設計可能である。
【0138】
図２８は変形例の斜視図を示す。この変形例では、ロータ３の磁気有効コア３１が２つの円形カバーディスク、すなわち下部カバーディスク３７と上部カバーディスク３６とを備え、両ディスクが磁気有効コア３１を軸線方向Ａの上方及び下方に界する。また、磁気有効コア３１を径方向に界する径方向外方に配設されたリング３４が設けられる。
【0139】
図２８に係る構成の磁気有効コア３１は、例えば、図２６の実施例に、上部カバーディスク３６と下部カバーディスク３７とを更に設けることで製造できる。これら２つのカバーディスク３６，３７は、鉄等の軟磁性体から構成されることが好ましい。この径方向外方に配設されたリング３４及び２つのカバーディスク３６，３７を用いたカプセル化により、磁気有効コア３１に、全体として、円形状ディスク又は高さＨＲを有する円筒の外形、ひいては特に対称な外形が提供される。これは、径方向位置や角度位置を検出するためのセンサシステムにおいて有利となる場合が多い。このことは、リング３４について図２６に関連して既に説明した。また、上記カバー板３６，３７によって、軸線方向Ａから見て可能な限り均一且つ対称な外形が磁気有効コア３１に提供される。これは、センサシステムが、軸線方向Ａに対して磁気ロータ面Ｃの外側に、例えば磁気有効コア３１の上方又は下方に配置された位置センサを備える場合に特に有利である。このようなセンサにより、例えば、ロータ３の磁気有効コア３１とコイルコア４との間の空隙の外側で生成される磁界を意味する、ロータ３の磁気有効コア３１の軸線方向における漂遊磁界を計測することができる。
【0140】
また、磁気有効コア３１のディスク形状の外部設計は、磁気コア３１が特に簡単な方法でその他の部品、例えばプラスチックジャケット、羽根又は混合素子等と接合してロータ３を形成できるという利点を有する。
【0141】
リング３４及び２つのカバーディスク３６，３７を用いたカプセル化は、ロータの磁気有効コア３１のその他全ての実施例においても更なる方法として利用可能なことが理解される。図２９は、例として、図２７の変形例の磁気有効コア３１の軸線方向Ａの断面を示す。この例では、径方向外方に配設されたリング３４と２つのカバーディスク３６，３７とが更に設けられる。
【0142】
【0143】
【0144】
図３２は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３１に係る変形例と同様に設計した変形例の斜視図を示す。一方、この図３２に係る例では、磁気有効コア３１は８つの突出したロータ歯３２を有し、略リング形状に構成されるように、円形の穴３５が磁気有効コア３１の中心に更に設けられる。
【0145】
図３３は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３２に係る変形例と同様に設計した変形例の斜視図を示す。一方、この図３３に係る例では、磁気有効コア３１は１０個の突出したロータ歯３２を有し、穴３５の直径はより径方向に大きい。
【0146】
図３４は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３３に係る変形例と同様に設計した変形例の斜視図を示す。一方、この図３４に係る例では、磁気有効コア３１は図２６に関連して説明した径方向外方に配設されたリング３４を更に有する。
【0147】
ロータ３の磁気有効コア３１の設計に関しては、例えば対応する上記変形例を組み合わせたり、ロータ歯３２の個数やそれらの幾何学的形状を変更したりすることで、その他多くの変形例が可能であることが理解される。例えば、当業者には、より多くのロータ歯３２を備えること、又はそれらの形状を変化させることで、コギングを大幅に軽減できることが知られている。
【0148】
ロータ３の磁気有効コア３１の設計に関する他の可能性において、それ自体が周知の方法で磁束バリアを設けた磁気有効コア３１を備えることもできる。なお、磁気有効コア３１は、その外部幾何学的形状に対してディスク形状又はリング形状に、例えば軸線方向の高さＨＲを有する円筒状のディスク（ディスク形状）、又は中心穴３５を有するディスク（リング形状）として設計される。本実施例では、磁束バリアを磁気有効コア３１内に追加することで、ロータ３の磁気有効コア３１の磁気異方性が達成される。磁束バリアとは、磁気有効コア３１の強磁性構造やフェリ磁性構造における凹部、例えば、スリット又はバリア面であり、空気又は他の非軟磁性体、特にプラスチックを充填可能である。軟磁性体を磁気導体と見なすことができる一方で、磁束は、非軟磁性体、つまり、例えば空気又はプラスチックから非常に高い磁気抵抗を受けるため、これらの磁束バリアの配置や構成を適切に行うことにより、磁気有効コア３１に対して所望の磁気異方性を与えることができる。特に、このような磁束バリアを用いた駆動及び磁気支持の両方の要求に対して、磁束の誘導を最適化することができる。また、特に、突出したロータ歯３１については、このような磁束バリアを用いた対応する配置により想定することもできる。すなわち、磁気有効コア３１は、ロータ歯３２を幾何学的に形成することで実現されるのと略同様の磁気異方性を有することになる。
【0149】
このように、例えば、図５に示す十字形の磁気有効コア３１に対してコギングを大幅に軽減することができる。原則として、磁気駆動に関して、傾斜及びロータの軸線方向位置の受動的な磁気安定化と、径方向面におけるロータ３の能動的な磁気安定化との両方が最適化された磁束バリアを用いて、所望の極番号のロータ３を実装することができる。
【0150】
【0151】
図３５は、４つの極対の磁気効果を磁気有効コア３１に与える複数の磁束バリア３８を有するロータ３の磁気有効コア３１の斜視図を示す。磁束バリア３８の合計４つのグループ３９が設けられている。隣接するグループ３９は、対ごとに直径方向に向かい合うように、周囲方向に対してそれぞれ互いに９０°にオフセットして配置される。各グループ３９は、四分円状の同心ギャップとして設計され、それぞれ軸線方向Ａに磁気有効コア３１を完全に通って延在する複数の磁束バリア３８を備える。これらの四分円状のギャップのそれぞれは、磁気有効コア３１の径方向外方に配設された境界面３４’’にその始まりと終わりがある。なお、径方向外方に配設された境界面３４’’は、ギャップが貫通しない隣接面である。こうして、リング３４に関して図２６に関連して説明したのと同様の利点がセンサシステムについても得られる。この磁束バリア３８を形成するギャップは、空隙として構成するか、磁気的に伝導しにくい物質、特にプラスチックを充填することができる。
【0152】
【0153】
図３７は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３６に係る変形例と同様に構成した変形例の斜視図を示す。一方、この図３７に係る例では、磁束バリア３８の個々のギャップは四分円状ではなく、略台形を有する。各ギャップは、それぞれ境界面３４’’から径方向内方へ互いに直交して延在する２つの部分を備える。これら２つの部分の径方向内方に配設された端部は、略台形の構成となるように互いに接続される。
【0154】
図３８は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３７に係る変形例と同様に構成した変形例の斜視図を示す。一方、この図３８に係る例では、磁束バリア３８の個々のギャップは略三角形である。各ギャップは、それぞれ境界面３４’’から内方へ延在する２つの部分を備える。しかしながら、これら２つの部分はここでは径方向に延在せず、それらの径方向内方に配設された端部が接触又は略接触するように互いに向かって延在する。
【0155】
図３９は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３７に係る変形例と同様に構成した変形例の斜視図を示す。ここでも磁束バリア３８の個々のギャップは略台形であり、各ギャップは、それぞれ境界面３４’’から径方向内方へ延在する２つの部分を備える。一方で、この図３９に係る変形例では、これら２つの部分の径方向内方に配設された端部同士の接続が連続せず、ウェブによって断続される。
【0156】
図４０は、ロータ３の磁気有効コア３１を図３９に係る変形例と同様に構成した変形例の斜視図を示す。一方、この図４０に係る例では、１０個の極対の磁気効果を磁気有効コア３１に与える磁束バリア３８の合計１０個のグループ３９が設けられる。また、中央穴３５の直径はより径方向に大きくなるよう構成される。
【0157】
図４１は、ロータ３の磁気有効コア３１が外部ロータ用に構成された変形例の斜視図を示す。磁束バリア３８の構成は、図４０に係る変形例と略同様に設計されている。一方、図４１の配置については、外部ロータ用の設計がされている。つまり、磁気有効コア３１の径方向内方に配設された境界面３４１の２つの部分は、ここでは、磁束バリア３８の略台形のギャップにおいて径方向に見て外方へ延在する。図４１に係る外部ロータとしての変形例においても、磁気有効コア３１には１０個の極対の磁気効果が与えられる。
【0158】
磁束バリア３８を有する磁気有効コアの製造方法としては周知のものが数多く知られている。そのため、例えばスタンピングやカッティング又はその他の切削法により、ディスク形状又はリング形状のベース体に磁束バリア３８を形成することも可能である。磁気有効コア３１の束に積層された実施例では、個々の要素には、例えば、要素の積層後に所望の磁束バリア３８の配置や構成が得られるように、積層前にカッティング又はスタンピングにより、対応する凹部又はギャップを設けることができる。
【0159】
以下、位置センサシステムの実施例及び位置センサの構成について説明する。ここでは、模範例として図７に係るステータ２の構成及び図７に係るロータ３の構成を参照する。また、以下の説明は、ステータ２及びロータ３の構成に限定されるものではなく、ステータ２、ロータ３及びその他全ての構成並びにそれらの組み合わせにも略同様に適用されることが理解される。
【0160】
ベアリングレスモータの調整、制御及びひいてはテンプルモータ１としての具体的な構成についても、径方向ロータ位置及び回転角度の算出又は度量衡学的な判定が必要となる。なお、径方向ロータ位置は、ロータ３の径方向面における径方向位置を意味する。径方向面とは、ロータ３が動作状態で磁気支持される面である。そのため、ロータ３が傾斜していない場合、径方向面は、磁気ロータ面Ｃと一致する。ロータ３の回転角度は、ロータ３が軸線方向Ａを中心に回転する際の、ステータ２に対する相対角度位置を示す。この回転角度は、例えば所望の向きのｘ軸線及びそれに直交するｙ軸線が固定されたｘ－ｙ平面、つまり径方向面において計測される。これらの軸線はステータ２に対して固定位置にある。ロータ３の回転の瞬間角度は、ｘ軸線に対して（又は、当然ながら、ｙ軸線に対しても同様に）瞬間角度として定めることができる。
【0161】
【0162】
更に、図４２には合計６つの位置センサ７が示され、これらのセンサによって径方向ロータ位置、すなわち径方向面又はｘ－ｙ平面におけるロータ位置を決定することができる。位置センサ７は、磁場センサであり、ホールセンサ又はＧＭＲセンサとして構成されることが好ましい。これらの位置センサは、不図示の信号線を介して、不図示の制御調整装置と信号通信を行う。
【0163】
径方向面におけるロータ３の位置を決定するために合計４つの位置センサ７を設けることは慣習的且つ既知の方法である。なお、位置センサ７は、対ごとに直径方向に向かい合うように配設される。原則として、ｘ－ｙ平面におけるロータ３の位置を決定するのに位置センサ７は２つ、すなわち、１つの座標方向につき１つあれば十分である。一方、上述のように、対ごとに対向して配設された位置センサ７の差異信号から更に正確にロータ３の位置を決定できるようにするためには、４つの位置センサ７を設けることが好ましい。また、更にロータ３の回転角度も決定する必要があるため、更なる位置センサ７が必要となる。図４２に示すロータ３又は磁気有効コア３１では、ロータ位置及び回転角度の両方の決定に少なくとも合計５つの位置センサ７が一般的に必要である。磁気有効コア３１が、図２６に関連して説明したような径方向外方に配設されたリング３４を有する場合、必要な位置センサ７の数は４つに削減される。
【0164】
図４２に示す構成では、対ごとに直径方向に向かい合う合計６つの位置センサ７が設けられる。これらの位置センサ７は全て、ロータ３が支持される径方向面、つまりロータ３が傾斜されていない状態における磁気中心面Ｃに配置される。そして、位置センサ７は、周囲方向に等距離間隔で分配される。各位置センサ７は、隣接する２つのコイルコア４の横リム４２の間にそれぞれ配置される。
【0165】
このようにセンサ信号を用いて位置センサ７を配置することにより、径方向ロータ位置及びロータ３の回転角度の両方を決定することができる。位置センサ７はそれぞれ、例えば渦電流センサ、光学センサ、容量センサ又はホールセンサやＧＭＲセンサ等の磁場センサでありうる。
【0166】
また、磁場又は漂遊磁場が位置センサ７の部位において十分に正確な計測を行うには不十分である場合に、小さい永久磁石（不図示）をセンサの後方に配置することが磁場に関しては有利な方法となりうる。
【0167】
図４３は、位置センサ７の配置の更なる変形例を示す斜視図である。図４２に示す変形例に加えて、複数（ここでは４つ）の位置センサ７が、図４３に係る変形例における傾斜していないロータの磁気ロータ面Ｃと一致する径方向面において、ロータ３のリング形状の磁気有効コア３１に対して径方向内方に配置される。磁気コア３１に対して径方向内方に配設された４つの位置センサ７は、対ごとに直径方向に向かい合って配置されることも好ましく、周囲方向に亘って等距離間隔で分配される。この方法によりロータの径方向ロータ位置及び回転角度の両方を確実に決定するためには、磁気有効コア３１に対して、少なくとも、２つの位置センサ７を径方向内方に配設し、そして２つの位置センサ７を径方向外方に配設しなければならない。
【0168】
図４４は、位置センサ７の配置の更なる変形例を示す斜視図である。図４２に示す変形例に加えて、この図４４の変形例では更に複数（ここでは６つ）の位置センサ７が設けられる。それらの位置センサ７は、対ごとに直径方向に互いに向かい合って配置されることが好ましく、周囲方向に亘って等距離間隔で分配され、径方向面ひいては磁気ロータ面Ｃの外側、つまり図示での下側に全て配置される。これらの更なる位置センサ７のそれぞれは、径方向面に配置された位置センサ７のうちの１つと同じ箇所での径方向の配置に対して、つまり軸線方向Ａに対して下側なだけで同じ径方向位置に配置される。この配置にすることで、磁気有効コアの位置を更に軸線方向に対しても決定することができるという利点がある。磁気有効コア３１の軸線方向Ａに対する傾斜も検出可能である。
【0169】
図４５は、位置センサ７の配置の更なる変形例を示す斜視図である。より良く理解するため、図４５に示す変形例の軸線方向の断面を図４６に示す。この変形例では、合計１２個の位置センサ７が設けられ、全て径方向面の外側に配置される。厳密に２つの位置センサ７が各コイルコア４に設けられ、軸線方向Ａに対して、各コイルコア４の横リム４２の上下に、実際には各位置センサ７が横リム４２の永久磁気部４６の上又は下に位置付けられるように配置される。各位置センサは、ホールセンサ又は磁場センサとして構成されるのが好ましい。構成によっては、位置センサ７の部位における漂遊磁場が回転角度の又はロータ３の径方向位置の各現在値を決定するには不十分である場合がある。このように漂遊磁場が不十分な場合は、位置センサ７のそれぞれに、例えば各位置センサ７に接着接合された小さい永久磁石（不図示）を備えることが可能である。
【0170】
このように位置センサ７を横リム４２の上下に配置することは、施工面においても特に有利である。このため、６つの位置センサをそれぞれプリント基板（ＰＣＢ）上に集積し、そのプリント基板の１つを横リム４２上に、そしてまた他のプリント基板を横リム４２の下に配置することができる。
【0171】
図４７は、位置センサ７の配置の更なる変形例を示す軸線方向Ａの断面である。この配置では、合計８つの位置センサ７の内、図４７の断面図において完全に認識できるものは２つだけで、４つは断面、つまりその半分が図示されている。それぞれが２つの位置センサ７を有する４つのグループ７１が設けられるように、センサ７をそれぞれ２つずつ組み合わせてグループ７１を形成する。全ての位置センサ７は、長手方向リム４１に包囲されたスペースにおいて、径方向面の外側に、すなわち軸線方向Ａにおける磁気有効コア３１の下に配置される。４つのグループ７１は、対ごとに直径方向に向かい合って配置され、周囲方向に沿って等距離間隔で分配される。つまり、２つの隣接するグループ７１がそれぞれ周囲方向に対して９０°でオフセットされる。各グループ７１は、軸線方向Ａに対して両方とも同じ高さに配置された２つの位置センサ７を備え、その内の一方の位置センサ７は、このグループ７１の他方の位置センサ７よりも更に径方向内方に配設される。
【0172】
上記ステータ２の実施例や変形例は、一般的に、その他の種類のロータにも、つまりコイルを有するロータや、磁気駆動磁束の生成に寄与する永久磁石を少なくとも１つ有するロータにも適している。更に、本発明によれば、テンプルモータとして構成された電磁回転駆動装置のステータも提案されている。このステータ２は、必ずしもではないが、ロータを所望の回転軸線を中心として非接触に磁気駆動可能であり、動作状態においてステータ２に対して非接触に磁気支持可能なベアリング駆動ステータとして構成されることが好ましく、ステータは上記のように構成される。ステータ２（例えば図７参照）は、所望の回転軸線に平行な方向に第１端部４３から第２端部４４まで延在する棒形状の長手方向リム４１をそれぞれ備える複数のコイルコア４を有し、全ての第１端部４３がリフラックス５によって互いに接続される。それぞれが長手方向リム４１の１つを包囲し、電磁回転磁場を発生させるための複数の巻線６，６１が更に設けられる。コイルコア４は、ロータ３を駆動するための永久磁気駆動磁束を生成可能な複数の永久磁石４６を備える。各コイルコア４は、長手方向リム４１の第１端部４３から第２端部４４まで延在する永久磁気部４６と、それぞれ第１端部４３から第２端部４４まで延在する２つの永久磁石フリー部４７とを備える。永久磁気部４６は、２つの永久磁石フリー部の間に配置される。
【0173】
本発明に係るステータ２は、ロータがコイル及び永久磁石を含まないで設計されたテンプルモータにも、ロータが永久磁石及び／又はコイルを備えるテンプルモータにも適している。
【0174】
本発明に係るステータは、ベアリングレスモータの原理に従って構成されずに、ロータ３を支持するために、駆動を生じさせるステータ２に加えて、個別のベアリングや又はベアリングユニット、例えば磁気ベアリング又は機械ベアリングが設けられたテンプルモータにも適している。
【0175】
更に、本発明によれば、本発明により構成された電磁回転駆動装置１又はステータ２を備えることを特徴とする、流体の搬送、圧送、混合又は撹拌するための回転装置も更に提案されている。電磁回転駆動装置１、ステータ２及びロータ３に関する上記説明は、本発明に係る回転装置にも同様に又は略同様に適用される。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。
【0176】
図４８は、流体の混合又は撹拌を行うための混合装置として構成され、全体として符号１００により示される、本発明に係る回転装置の第１実施例を示す斜視図である。より良く理解するため、この第１実施例の軸線方向の断面を図４９に示す。混合装置１００は、本発明により構成された、つまり、例えば上記実施例又は変形例の１つにより構成されたステータ２を備える。更に、混合装置１００は、例えば、先行の説明により構成され、混合装置１００を不図示の混合タンクに挿入可能にするフランジ１０１を備えるロータ３も備える。ここで、フランジ１０１は、その中心にロータ３を受容する安定した形状のバケツ１０２を有する安定した形状の略円形ディスクとして構成され、そのバケツ１０２を含む状態でプラスチックから製造することが好ましい。好適なプラスチックの例については更に以下に挙げられる。
【0177】
ロータ３は、好ましくは同様にプラスチックからなるジャケット８で囲まれた磁気有効コア３１を備える。更に、ロータ３は、磁気有効コア３１の又はそのジャケット８の軸線方向境界面の１つに配置された、ここでは４つの複数の羽根９を備える。図４８及び図４９に係る図においては、羽根９が上側の軸線方向境界面に配置され、磁気回転面Ｃの完全に上方に位置付けられる。羽根９もプラスチックから製造されることが好ましい。また、羽根９は、ジャケット８を有する単一の部材として、又は、例えば溶接や接着によりジャケット８に締結される個別の部品として製造することができる。また、羽根９はいずれも、例えば接着や溶接により磁気有効コア３１又はそのジャケットに固定される個別のインペラの部品であってもよい。
【0178】
羽根９の構成及び個数に関しては当然ながら多くの変形例が知られているため、ここでは更に詳細には考察しない。
【0179】
バケツ１０２は、磁気有効コア３１を受容するように機能し、適切な大きさを有する。バケツ１０２は、軸線方向Ａに直交する円形の断面を有することが好ましく、バケツ１０２が、ステータ２のコイルコア４の横リム４２間に可能な限りぴったりと又はごく僅かな隙間だけ残して挿入できるように、その直径が設定される。バケツ１０２の軸線方向Ａの深さは、ロータ３の磁気有効コア３１の軸線方向高さＨＲよりも若干大きくなるように設定される。これにより、ロータ３が動作中に磁力によってバケツ１０２の基部から持ち上げられ、自由に回転可能となる。
【0180】
フランジ１０１は、流体を混合するために不図示の混合タンク内に挿入される、又は混合装置１００を動作させるために接続される。原則として、フランジ１０１は、混合タンクの基部の少なくとも一部を形成する。混合タンクを柔軟性のあるプラスチック袋として構成する場合、例えば、フランジ１０１を、この袋を有する混合タンクに接着又は溶接することができる。フランジ１０１を混合タンクに接続又は挿入する場合、バケツ１０２は混合タンクに対して外側へスリーブを形成する。バケツ１０２は、典型的には混合タンクの外側に配置されるステータ２内に挿入される。ロータ３は、ロータ３の磁気有効コア３１が完全にステータ２のコイルコア４間に、より正確には横リム４２間に位置するように、バケツ１０２内に追加される。
【0181】
そして、ロータ３は、動作中のベアリングレスモータの原理に従って、非接触に回転駆動され、ステータ２により非接触に磁気支持されることで混合タンク内の１つ又は複数の流体を混合させる。なお、ロータ３の３自由度、すなわちその回転と径方向面の位置は、ステータ２により能動的且つ磁気的に調整や制御を行うことが可能である一方、ロータ３は、その他の３自由度、すなわちその軸線方向位置及び径方向面に対する傾斜に関しては、受動的且つ磁気的に安定化が行われる、つまり、制御不能に安定化が行われる。ロータ３が傾斜していない場合、磁気ロータ面Ｃは、ロータ３又はその磁気有効コア３１が支持される径方向面と同一である。
【0182】
バケツ１０２は、磁気有効コア３１の軸線方向高さＨＲよりも軸線方向で若干深く、更に直径が磁気有効コア３１よりも若干大きいため、ロータ３は動作状態でバケツ１０２に対して非接触に回転することができる。ロータ３が僅かに傾斜したり、その径方向及び／又は軸線方向位置がずれたりしても、磁気有効コア３１又はそのジャケット８とバケツ１０２との物理的な接触は回避可能である。
【0183】
図５０は、同様に混合装置１００として構成された、本発明に係る回転装置の第２実施例を示す斜視図である。より良く理解するため、この第２実施例の軸線方向の断面を図５１に示す。以下、回転装置の第１実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第２実施例にも適用されるものと理解される。
【0184】
第２実施例では、ステータ２は、図１２及び図１３に示す実施例により構成され、コイルコア４の横リム４２の端面４２１は、軸線方向Ａの高さがＨＳであり、この高さＨＳは、ロータ３の磁気有効コア３１の軸線方向高さＨＲよりも高い。
【0185】
バケツ１０２は、ここでは、その基部がディスク形状のフランジ１０１の残りの部分と略同一平面に位置するように構成され、このことは図５１からも特に容易に認識できる。図示のバケツ１０２の外壁の上縁は、コイルコア４の横リム４２を受容可能な凹部１０４をバケツ１０２とフランジ１０１の残りの部分との間位に形成するように構成された安定した形状の接続部１０３を介してフランジ１０１の残りの部分と接続される。
【0186】
ロータ３は、ジャケット８、及びここでは４枚の羽根９である複数の羽根９が図示の上側における磁気有効コア３１又はそのジャケット８の軸線方向境界面に配置された磁気有効コア３１を備える。各羽根９は、径方向に凹部１０４をまたいで延在し、凹部１０４に対して径方向外方に配設され、軸線方向Ａに、フランジ１０１の直前まで図示の下方へ延在する混合ブレード９１を備える。本実施例では、羽根９は、より正確には混合ブレード９１が磁気ロータ面Ｃと交差するように構成される。なお、軸線方向Ａと直交する中心線である各混合ブレード９１の中心線は、磁気ロータ面Ｃに位置することが好ましい。
【0187】
このようなステータ２の構成により、特に受動的磁気支持の安定性が向上するため、この混合ブレード９１を有するロータ３も動作中にステータ２に対して非接触に磁気支持可能となる。
【0188】
接続部１０３には、混合タンクを空にする際に流体やその流体の残留物を流出させるための開口部１０５が設けられることが好ましい。
【0189】
図５２は、流体の搬送、圧送、混合又は撹拌するためのポンプ装置や混合装置１００として構成された、本発明に係る回転装置の第３実施例を示す軸線方向Ａの断面図である。以下、回転装置の上記実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第３実施例にも適用されるものと理解される。
【0190】
【0191】
第３実施例は、その使用目的に応じて厳密に１回だけ使用可能で、その後は交換が必要となる、１回きりの使用のために構成された使い捨て装置２００と、複数回の使用のために構成された再利用可能装置３００とを備える。使い捨て装置２００は、１つ又は複数の流体の搬送、圧送、混合又は撹拌するための羽根９を有するインペラ９２を有したロータ３を備える。一方、再利用可能装置３００は、ロータ３を受容するための安定した形状の支持タンク３０１と、ロータ３を動作状態で非接触に磁気駆動可能且つ支持可能にできるステータ２とを備え、ステータ２は、本発明に係る構成を有する。
【0192】
また、使い捨て装置２００は、混合又は搬送される物質を受容するための、プラスチックから製造される柔軟性のある混合タンク２０１を更に備える。混合タンク２０１は、収納時に可能な限り場所を取らないよう折り畳める柔軟な袋部２０２、例えばプラスチックサックや合成材料からできたサックを備えることが好ましい。混合タンク２０１は、その中心に安定した形状のバケツ１０２を有するフランジ１０１を更に備える。フランジ１０１は、同様に安定した形状を有することが好ましく、詳細については不図示の方法で、柔軟な袋部２０２に対して流体密封状に接続、例えば溶接又は接着される。ロータ３が混合タンク２０１に配置され、バケツ１０２内に位置付けられると、そのバケツ１０２をステータ２内へ挿入することができる。使い捨て装置２００の柔軟性のある混合タンク２０１は、その混合タンク２０１を支持する再利用可能装置３００の支持タンク３０１内へと取り付けられる。なお、バケツ１０２は、磁気有効コア３１が完全にコイルコア４の横リム４２間に配置されるようにステータ２内に挿入される。
【0193】
混合タンク２０１及び／又は支持タンク３０１は、例えば流体の供給及び流出を行うための開口部や、混合タンク２０１内に位置付けられた物質の性質を検出可能なセンサ又はプローブを受容するための開口部を更に有することができることが理解される。この図５２に係る構成では、例えば液体、ガス、又はその他の物質を混合タンク２０１内へと導入できる入口２０３が混合タンク２０１に設けられる。また、混合タンク２０１を空にしたり、物質を混合タンクから流出させたりすることができる出口３０５も更に設けられる。
【0194】
このような再利用可能装置３００及び使い捨て装置２００を有する回転装置の構成は、例えば製薬業界やバイオテクノロジー業界において有利に利用可能である。また、この構成は、混合される物質又は流体と接触する部品に関して非常に高い純度や滅菌が重要となる用途に特に適している。この、本発明に係る回転装置の構成は、バイオリアクタ又は発酵槽としても形成できるが、極めて一般的に、媒体又は物質を混合できるポンプ装置や混合装置にもなりうることが理解される。特に、このような物質は流体又は固体、好ましくは粉体である。このようなポンプ装置又は混合装置は、液体同士の混合、及び／又は少なくとも１つの液体と粉体やその他の固体との混合、及び／又はガスと液体及び／又は固体との混合を行うのに適している。
【0195】
支持タンク３０１は、その基部に、略シリンダー形状を有し、ステータ２を受容するための中央に配置された缶部３０２を備える。この缶部３０２は、典型的に軸線方向Ａと一致するシリンダー軸線の方向に延在し、例えばねじ３０３で支持タンク３０１の基部に締結される。缶部３０２の基部には供給口３０４が設けられ、供給口３０４は、ステータ２の供給及び調整を行うための電気線を備える。この供給口３０４には、ステータ２のエネルギー供給や制御、並びに、不図示の制御調整装置を用いたセンサと測定装置との間のデータ交換に必要な全ての電気的接続が統合される。上記缶部３０２は、金属材料から作られてもよいし、プラスチックから作られてもよい。
【0196】
ロータ３を含む使い捨て装置２００の混合タンク２０１と、再利用可能装置３００の支持タンク３０１との組み付けは、特に工具を使わず非常に簡単且つ迅速に行うことができる。このため、典型的に、収納のため内部に位置付けられたロータ３と共に折り畳まれる混合タンク２０１がパッケージから取り除かれて支持タンク３０１内へ取り付けられ、内部にロータ３が配設されたバケツ１０２が、バケツ１０２がコイルコア４の横リム４２間に位置するように、缶部３０２内に取り付けられる。こうして、ポンプ装置又は混合装置１００として構成された回転装置の使用準備が整う。使用後は、バケツ１０２とロータ３とを有する混合タンク２０１は支持タンク３０１から簡単に引き抜かれる。なお、バケツ１０２は、缶部３０２から簡単に解放される。この、特に簡単且つ問題のない接続や分離により、第３実施例は、１回きりの使用のために構成された混合タンク２０１及びロータ３により１回きりの使用に利用可能となる。一方、支持タンク３０１及び缶部３０２を有するステータ２は、恒久的な利用又は複数回の使用のために設計される。
【0197】
ステータ２は、缶部３０２において、熱伝導性を有する化合物により、成形及びひいては固定されうる。
【0198】
混合タンク２０１のバケツ１０２及びフランジ１０１は安定した形状に構成されることが好ましいが、袋部２０２は柔軟性を有するため、必要とは限らないが、バケツ１０２及びフランジ１０１を、後に流体密封状で袋部２０２に接続される個別の部品として製造することが有利である。
【0199】
更に有利な観点としては、ロータ３は、電磁駆動装置１のロータ３と磁気支持のロータ３との両方を兼ね備えるため、つまりミキサのロータ３でもあるため、一体型ロータとして構成される。これにより、非常にコンパクトで場所を取らない設計となる利点が得られる。
【0200】
ロータ３及び混合タンク２０１を１回きりの使用のために設計する場合、プラスチックから作られた部品を可能な限り安価な商業用プラスチックから製造するべきである。１回きりの使用のための構成において更に重要な側面としては、使い捨て部品は、あるエリアでの用途では滅菌可能でなければならないということである。なお、使い捨て部品には、特に、ガンマ線滅菌が行えることが好ましい。このタイプの滅菌法では、ガンマ線が滅菌対象の要素に作用する。例えば蒸気滅菌と比較した場合に、ガンマ線滅菌は、特にパッケージを通した滅菌も可能であるという利点がある。使い捨て部品に関しては、その製造後は発送用に梱包がなされ、顧客へ配送されるまではしばらく保管されるというのが一般的である。このような場合、顧客へと配送される直前に滅菌が行われる。これは、蒸気滅菌又はその他の滅菌法では不可能である。
【0201】
また、原則として、混合タンク２０１及びロータ３等の使い捨て部品が複数回滅菌可能である必要はない。このことは、特に、ガンマ線滅菌法に非常に有利となる。なぜなら、プラスチックへのガンマ線照射は劣化を招くこともあり、複数回のガンマ線滅菌でプラスチックが使い物にならなくなる場合もあるためである。
【0202】
また、原則として、使い捨て部品には高温及び／又は高（蒸気）圧の滅菌を行わないため、例えば、高温に耐えられないプラスチックや、何度も高温や高圧に晒すことができないプラスチック等、より安価なプラスチックを利用することができる。
【0203】
このように、上記を全て考慮すると、１回きりの使用を目的とした構成では、ガンマ線滅菌が少なくとも１回行うことができる、使い捨て装置の製造用のプラスチックを使用することが好ましい。なお、材料は、ガンマ線滅菌を１回行えるように、少なくとも４０ｋＧｙの線量のガンマ線に対して耐ガンマ線性を有さなければならない。また、ガンマ線滅菌は毒性物質を生じるべきではない。更に、混合される物質と接触する全ての材料がＵＳＰクラスＶＩ基準を満たすことが好ましい。
【0204】
例えば柔軟性がある袋部２０２の製造に好ましいプラスチックとしては、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）及びシリコンが挙げられる。
【0205】
例えばプラスチックを備えるバケツ１０２及びロータ３の部品、つまりインペラ９２、羽根９及びジャケット８の製造に好ましいプラスチックとしては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、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）、ポリアクリル及びポリカーボネート（ＰＣ）が挙げられる。
【0206】
プラスチック部品の製造にはあまり向いていない又は不適切な材料としては、例えばテフロン（登録商標）（Ｔｅｆｌｏｎ）の商標名で知られ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アルカン（ＰＦＡ）が挙げられる。つまり、これらの材料をガンマ線滅菌に使用すると、フッ化水素酸（ＨＦ）等の毒性化合物又は有害化合物を形成しうるフッ素等の有害ガスを生じる危険がある。このような材料は、当然ながら、とりわけ、ロータ３が１回きりの使用のために設計されていないような用途においては使用できる。
【0207】
上記ステータ２及びロータ３は、上述のようにテンプルモータとして構成された、第３実施例ではベアリングレスモータの原理に従って動作する電磁回転駆動装置１を共に形成する。ベアリングレスモータでは、少なくともロータ３の３自由度、すなわちその所望回転軸線Ａを中心とした回転及び径方向位置が、常に能動的に磁気調整可能である。一方、ロータ３の軸線方向位置の自由度は、受動的に磁気安定化が行われる。つまり、個別の軸線方向の磁気ベアリング又は機械ベアリングを必要としない。ロータ３は、一方では特に簡素で安価となり、他方ではステータ２や缶部３０２から容易に分離可能となる。軸線方向においてベアリング部品が不要となることに起因して、ロータ３は、バケツ１０２と共に、缶部３０２又はステータ２から特に容易に分離可能となる。
【0208】
なお、ロータ３の磁気有効コア３１は、ステータ２から発生する磁場により軸線方向Ａに偏向（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）が発生した場合、磁気ばね力によって引き戻される。ロータ３を軸線方向Ａに対して所望の位置に安定させるこれらの受動的且つ磁気的復元力は、ロータ３が軸線方向Ａにずれた際に偏向と共にまずは増加し、ロータ３の磁気有効コア３１の形状、コイルコア４の横リム４２の端面４２１の形状、永久磁気部４６の形状や磁気特性及びステータ２とロータ３との間の空隙に応じたある特定の偏向で最大に達し、その後再び減少する。本発明の構成では、ロータ３に作用する軸線方向力が全動作範囲において軸線方向受動磁気ベアリングの最大力未満となり、ロータ３がステータ２から容易に分離可能でなくてはならないような用途において、軸線方向受動磁気ベアリングの最大力が、混合タンク２０１を任意に備えるロータ３を工具無しでステータ２から容易に分離可能とするのに十分なくらいに小さくなるように、本来の軸線方向の受動的な磁石ベアリングの特性が選択される。なお、ポンプ装置又は混合装置としての構成では、工具や付加的装置なしに最大２００ニュートンの軸線方向受動磁石ベアリングの最大力まで対処可能であることが分かっている。もっと小さい混合装置の場合、大幅に小さくなった軸線方向受動磁気ベアリングの最大力を選択して、可能な限り簡単な方法で挿入や除去の設計が行われる。５０リットル～１０００リットルの低粘度の液体に用いられる混合装置では、典型的に、１０ニュートン～８０ニュートンの範囲の値となる。
【0209】
全ての実施例において、受動的な磁気安定化は、残りの２自由度、すなわち径方向面に対するロータ３の傾斜についても同様に実現可能である。このような構成では、テンプルモータとして構成されたベアリングレスモータの調整が特に簡単になり、パワーアンプチャンネルの数も削減可能になる。一方、このようにロータ３を傾斜に対して完全に受動的に安定させることは、ある一定の幾何学的条件が満たされた場合にしか確実に実現されない。ロータ３の磁気有効コア３１の直径がｄで、磁気有効コア３１の軸線方向の高さがＨＲの場合、直径は少なくとも高さＨＲの２．６倍の大きさでなくてはならない。そのため、ｄ＞２．６×ＨＲという条件を満たす必要があり、つまり直径ｄは高さＨＲの２．６倍より大きくなければならない。
【0210】
ロータ３を外部ロータ（例えば図５４参照）として構成した場合、この幾何学的関係における磁気有効コア３１の直径は、磁気有効コア３１の内径に置き換えられる。すなわち、幾何学的条件は、磁気有効コア３１の内径が高さＨＲの少なくとも２．６倍大きいこととなる。このｄ＞２．６×ＨＲという条件を満たす必要があり、つまり内径ｄは高さＨＲの２．６倍より大きくなければならない。
【0211】
このため、本発明に係る回転装置は、径方向面への傾斜（２自由度）に対するロータ３の磁気的安定化が完全に受動的に行われ、ロータ３の直径（又は外部ロータとしての構成では内径）が磁気有効コア３１の軸線方向Ａの高さＨＲより少なくとも２．６倍大きい方が好ましい。
【0212】
本発明の実施例において、この幾何学的条件が満たされない場合は、その他の適した方法により、これらの傾斜に対するロータ３の安定化又は調整を行うことができる。
【0213】
図５３は、流体の搬送、圧送、混合又は撹拌するためのポンプ装置又は混合装置１００として構成された本発明に係る回転装置の第４実施例軸線方向Ａの断面を示す。以下、回転装置の上記実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、第１、第２及び第３実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、全ての上記の変形例、実施例及び方法は全て同様に又は結果的に同様に第４実施例にも適用されるものと理解される。
【0214】
【0215】
図５４は、本発明に係る回転装置１００の第５実施例を示す軸線方向Ａの断面を示す。以下、回転装置の上記実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、先行する実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第５実施例にも適用されるものと理解される。
【0216】
第５実施例も、流体の搬送、圧送、混合又は撹拌するためのポンプ装置又は混合装置１００として構成される。必ずしもではないが、第５実施例でも１回きりの使用のための部品、すなわち１回きりの使用のために構成された使い捨て装置２００と、複数回の使用のために構成された再利用可能装置３００とを備えることが好ましい。使い捨て装置２００は、１つ又は複数の流体の搬送、圧送、混合又は撹拌するためのインペラ９２と羽根９とを有するロータ３と、柔軟な袋部２０２を有する柔軟な混合タンク２０１とを備える。再利用可能装置３００は、混合タンク２０１を受容するための安定した形状の支持タンク３０１と、ロータ３を動作状態で非接触に磁気駆動可能且つ支持可能とするステータ２とを備える。
【0217】
第５実施例では、ロータ３は外部ロータとして構成される。すなわち、ロータ３は、コイルコア４の横リム４２に対して径方向外方に配設され、横リム２は、コイルコア４の端面４２１が径方向外方に配設されるように径方向外方へ、ひいてはロータ３の方へ延在する。
【0218】
また、ステータ２は、例えば図１８及び図１９に関連して説明したように構成される。ロータ３の磁気有効コア３１も、例えば図１８及び図１９に示すように構成される。磁気コア３１は、上述のように、好ましくはプラスチックで構成されるジャケット８で包囲される。また、例えば磁気有効コア３１をプラスチックで成形してジャケット８を形成することが可能である。一方、ロータ３は、流体又は物質の混合、圧送又は撹拌を行うここでは４枚の複数の羽根９を有するインペラ９２を備える。この羽根９又はインペラ９１は、好ましくはプラスチックから製造され、ジャケット８を有する１つの部材として、又は例えば接着や溶接によって後にジャケット８に固定される個別の部品として製造することができる。羽根９は、磁気コア３１が軸線方向Ａに対して各羽根９の略中心を通って延在するように構成され配置されることが好ましい。ここで、動作中に羽根９がロータ３に伝送する力が、磁気ロータ面３の上下両方に与えられ、ロータ一の磁気の安定化に対して有利となる。
【0219】
ここで説明した外部ロータとしての実施例では、安定した形状のバケツ１０２が、混合タンク２０１に対して内側へと押し出されるように、つまり混合タンク２０１内へ突出するように、フランジ１０１上に配置される。そして、ロータ３は、磁気コア３１がバケツ１０２に対して径方向外方に延在して包囲するように配設される。このようにして、コイルコア４の横リム４２がバケツ１０２内に配設され、横リム４２の端面４２１が磁気有効コア３１に対向して配置されて配設されるようにステータ２を置くことが可能である。なお、バケツ１０２の直径は、バケツ１０２がごく小さな隙間だけを残して、又は全く隙間なく横リム４２を包囲するが、問題なくステータ２から分離可能となるように、径方向に対して設定される。ステータ２を受容する缶部３０２は、軸線方向Ａにおいてバケツ１０２と重なり、つまりバケツ１０２内へと延在して、横リム４２の直上で終端する。
【0220】
図５５は、本発明に係る回転装置の第６実施例の斜視図を示す。より良く理解するため、この第６実施例の軸線方向の断面図を図５６に示す。以下、上記実施例との相違点のみを考察する。特に、符号は、上述の実施例に関連して既に説明されているものと同じ意味を有する。また、上記の説明は全て同様に又は結果的に同様に第６実施例にも適用されるものと理解される。
【0221】
【0222】
また、ポンプ装置４００は、好ましくはプラスチックから製造されるポンプハウジング４０１を更に備える。ポンプハウジング４０１は、軸線方向Ａに延在し、ポンプハウジング４０１の中央に配置され、軸線方向Ａの円筒状菅として構成された、流体を搬送するための入口４０２と、径方向に延在し、円筒状菅として構成された、流体を搬送するための出口４０３とを有する。インペラとして構成され、磁気有効コア３１と複数の羽根４０４とを備えて流体を入口４０２から出口４０３へと搬送するロータ３は、ポンプハウジング４０１内に設けられる。羽根４０４は、軸線方向Ａに対して、図示における磁気有効コア３１の上方に配置される。このように、ポンプ装置４００は、ここでは、遠心ポンプとして構成される。当然ながら、例えば軸線流ポンプ又はらせん状軸線流ポンプとして他の構成も可能である。
【0223】
ロータ３の磁気有効コア３１は、羽根４０４と全く同様に、好ましくはプラスチックから作られるジャケット８によって包囲される。ポンプハウジング４０１は、ロータ３の磁気有効コア３１を包囲する下部４０５と、その下部４０５に軸線方向に隣接し、ロータの羽根４０４を包囲する上部４０６とを備える。これらの上下部４０５及び４０６はいずれも、軸線方向に直交する略円形の断面を有し、上部４０６よりも下部４０５の方が直径が小さい。なお、下部４０５の直径は、可能な限り隙間なくコイルコア４の横リム４２間に挿入され、ここでもステータ２からの解放が容易に行えるように設定される。上部４０６の直径は、径方向に対して横リム４２と重なり、横リム４２上に位置できるように設定される。
【0224】
ロータ３が内部に配置されたポンプハウジング４０１がステータ２内に挿入されると、磁気ロータ面Ｃが径方向面内に配設され、磁気有効コア３１が軸線方向Ａに対して完全に横リム４２の端面４２１間に位置するように、コイルコア４の横リム４２が、磁気有効コア３１が内部に位置付けられたポンプハウジング４０１の下部４０５を包囲する。こうして、ロータ３は、動作状態でステータに対して非接触に磁気駆動可能且つ非接触に磁気支持可能となる。
【0225】
ポンプハウジング４０１の上部４０６は、軸線方向Ａに対してコイルコア４の横リム４２の直上に位置付けられる。この上部４０６内に開口する出口４０３は、軸線方向Ａに対して羽根４０４と同じ高さに配設される。このことは、動作中のロータ３に作用する流体力の観点からも特に有利である。そのため、このような流体力は可能な限り均一にロータ３に分配される。このように出口４０３と羽根４０４との相対的な配置は、ここでは出口４０３を上記のように配置することを少なくとも大幅に難しくするであろう巻線が横リム４２に含まれないため、特にテンプルモータとしての回転駆動装置１の構成により可能となる。
【0226】
また、ポンプ装置４００として構成された回転装置は、１回きりの使用のための部品を用いることでも好適に構成することができ、使い捨て装置２００と再利用可能装置３００とを有することができる。このような用途では、使い捨て装置２００は、好ましくはポンプハウジング４０１とその内部に配置されたロータ３とを１回きりの使用のための使い捨て部品として備える。この使い捨て部品は、その使用目的に応じて１回だけ使用可能であり、その後は次の利用のための新しい未使用の部品との交換が必要となる。再利用可能装置３００は、この構成ではステータ２を備える。
【0227】
機械ベアリングの不在に起因して、ポンプ装置４００は、例えば血液ポンプ等の非常に敏感な物質を搬送する用途、又は例えば製薬業界又はバイオテクノロジー業界における純度に関して非常に高い要求が課される用途、又は例えば半導体産業におけるスラリー用ポンプ等の、機械ベアリングを即座に破壊してしまう研磨物質を搬送する用途に特に適している。
【0228】
また、ロータ３は、電磁駆動装置１のロータ３と、磁気支持のロータ３と、搬送される流体を圧送するポンプ装置４００のロータ３とを兼ねているため、一体型ロータとして構成されることもポンプ装置４００の有利な点である。これにより、非常にコンパクトで場所を取らない設計となる利点が得られる。
【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】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
