CN110718990A - 电磁旋转驱动器和旋转装置 - Google Patents

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Abstract

提出了一种电磁旋转驱动器，其设计为外转子，具有转子(3)以及磁中心平面(C)，转子(3)包括设置在定子(2)周围的环形有效磁芯(31)，其中定子(2)设计为轴承和驱动定子，利用所述电磁旋转驱动器，在工作状态下，转子(3)沿限定轴向(A)的所期望的旋转轴为可非接触式磁驱动，以及利用所述电磁旋转驱动器，转子(3)相对于定子(2)为非接触式磁悬浮，其中转子(3)在垂直于轴向(A)的径向平面中为主动磁悬浮以及在轴向(A)上为被动磁稳以抗倾斜，其中转子(3)包括有效磁轴承环(34)，其径向外置且与转子(3)的有效磁芯(31)隔开，其中设有具有有效磁定子环(71)的附加轴承定子(7)以与轴承环(34)相互作用，其中附加轴承定子(7)以一定的方式设计和布置成使得定子环(71)被动磁稳化转子(3)以抗倾斜，且其中轴承环(34)通过由低渗透材料制成的连接元件(35)与转子(3)的有效磁芯(31)连接。此外，本发明提出了一种具有这种旋转驱动装置(1)的旋转装置。

Description

电磁旋转驱动器和旋转装置
技术领域
本发明涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分的电磁旋转驱动器和旋转装置。
背景技术
根据无轴承电动机的原理设计和操作电磁旋转驱动器是为大众可知的。在这方面，术语“无轴承电动机”是指电磁旋转驱动器，其中转子相对于定子完全磁性地悬浮，没有提供单独的磁轴承。为此，定子设计为轴承和驱动定子，因此它既是电驱动器的定子又是磁悬浮的定子。通过使用定子的电绕组，可以产生旋转磁场，该旋转磁场一方面在转子上施加扭矩，该扭矩实现其旋转，另一方面，在转子上施加剪切力，该剪切力可以根据需要设定，从而主动地控制或调节其径向位置。因此可以主动调节转子的至少三个自由度，即其旋转和其径向位置(两个自由度)。关于三个另外的自由度，即其在轴向方向上的位置和对于垂直于所需旋转轴线的径向平面的倾斜(两个自由度)，转子被动地通过磁阻力磁悬浮或稳定化，即它无法被控制。没有单独的磁轴承但转子能够完全磁悬浮这一属性使得无轴承电机得名。
同时，无轴承电机对于本领域技术人员来说已经充分公知，并且其用于许多不同的应用。例如，在专利EP A 0 860 046和EP-A-0 819 330中，可以找到一些基本的描述。
在图1中，可以从透视图中看到具有示例性性质的无轴承电动机的可能设计，其为现有技术所知。为了更好地理解，图2仍然示出了图1中的无轴承电动机的透视剖视图，其中该截面沿轴向A'。为了表明图1和图2示出的为根据现有技术的装置，这里的附图标记每个都用倒置的逗号或破折号标记。无轴承电机整体上用附图标记1'表示，并且在此设计为外转子。这意味着定子2'径向布置在内部并且被转子3'包围。
定子2'包括多个(本文中为六个)明显的定子磁极21'，每个定子磁极21'从环形回流管22'径向向外延伸。在这方面，径向方向指的是在轴向A'上垂直的方向，该方向由转子3'的所需旋转轴线限定，即转子3'相对于定子2'处于中心而非倾斜位置时，转子3'在工作状态下围绕其旋转的旋转轴线。回流管22'和定子磁极21'由铁磁材料制成，例如由铁制成。
在图1和图2中，仅示出了转子3'的有效磁芯31'，其设计成环形且具有永磁性。为此目的，有效磁芯31'包括多个永磁体311'，每个永磁体311'设计为环形段，其中永磁体311'的整体彼此互补以形成环。每个永磁体311'在径向方向上磁化，其中相邻的永磁体311'在相反的方向上磁化，从而在圆周方向上看，永磁体311'在径向向内和径向向外交替地磁化。各个永磁体311'的磁化方向在每个实施例中由永磁体311'中的箭头表示，没有附图标记。
有效磁芯31'还具有由诸如铁的铁磁材料制成的回流环312'，其围绕永磁体311'并且用于引导磁通量。
为了产生转子3'的磁驱动和磁悬浮所需的电磁旋转场，定子磁极21'承载绕组。在图1和图2所示的设计的情况下，设计绕组例如使得单独的线圈61'缠绕在每个定子磁极21'上。在工作状态下，产生这些线圈61'的电磁旋转场，同时产生转子3'上的转矩，和可以施加到转子3'上的径向方向上任意可变的剪切力，所以可以主动控制或调整转子3'的径向位置，即转子3'在垂直于轴向A'的径向平面上的位置。
对于另外三个自由度，即转子3'在轴向A'上的位置和倾斜(两个自由度)，转子3'被动地通过磁阻力悬浮或稳定化，即其不能被控制。
关于转子3'的被动磁悬浮，转子3'的有效磁芯31'的内直径优选地设置至少为有效磁芯31'在轴向A'的高度h'的2.6倍。在图2中，R'表示转子3'的环形有效磁芯31'的内径。因此，应满足条件2*R'≥2.6*h'，即有效磁芯31'的内径应大于或至少等于其轴向A'高度h'的2.6倍。
电磁旋转驱动器是根据无轴承电机的原理设计的，已在多种应用中得到验证。
由于没有机械轴承，无轴承电机1'尤其适用于泵、混合设备和搅拌设备，利用这些设备(例如血泵)，传递非常敏感的物质，或这些设备的纯度要求非常高，例如在制药行业或生物技术行业，或利用这些设备(例如半导体工业中的泥浆泵或搅拌机)，传递将很快摧毁机械轴承的磨料或刺激物质。无轴承电机也用于半导体生产中的悬浮和旋转晶圆，例如，当涂覆或用光刻胶或其他物质处理晶圆时。
无轴承电机的原理的另一优势为将转子设计为内转子，即内转子既为电磁驱动器的转子，又为泵、搅拌器、混合器或用于旋转晶圆的固定器的转子。除了非接触式磁悬浮，其优点是提供非常紧凑和节省空间的配置。
此外，无轴承电机的原理也允许将转子3'设计成可以很容易地从定子2'分离。例如，可以将转子3'设计为一次性使用的一次性部分，这是一个非常大的优势。如今的这种一次性应用经常取代这样的过程，其中所有那些与过程中待处理物质接触的部件由于需要非常高的纯度，必须以复杂的方式进行清洁和消毒，例如通过蒸汽灭菌。在一次性使用的设计中，那些与待处理物质接触的部件只使用一次，然后在下一个应用程序中替换为新的、未使用过的一次性使用部件。
制药工业和生物技术工业中有这种例子可以说明。经常产生溶液和悬浮液，这些溶液和悬浮液需要小心地混合或输送。
在制药工业中，例如在活性制药物质的生产中，对洁净度的要求很高，与这些物质接触的部件甚至往往必须是无菌的。在生物技术方面也有类似的要求，例如在生物物质、细胞或微生物的生产、处理或培养方面，必须确保高度清洁，以免危害所生产产品的可用性。生物反应器可以作为更进一步的例子，例如，在生物反应器中培养组织或特殊细胞或其他非常敏感物质的生物替代品。这里还需要泵、搅拌器或混合设备，以确保营养液的连续混合，或确保其在混合罐中的连续循环。在这方面必须确保非常高的纯度，以保护物质或生产的产品不受污染。
在这种应用中，泵、搅拌器或混合装置由一次性使用装置和可重复使用装置组成。在这方面，一次性使用装置包括与该物质接触的那些部件，这些部件设计为一次性使用的一次性部件。例如，本文提供带有转子3'的泵或混合罐，转子3'包括用于输送物质的叶轮。该可重复使用装置包括永久使用的部件，即多次使用的部件，如定子2'。例如，在EP-B-2065 085中公开了这种装置。
在所有这些应用中，成功地使用了无轴承电机，将无轴承电机设计为内转子是符合原理的，即在其内部设置转子和在其周围设置定子，或将无轴承电机设计为外转子也是符合原理的(参照图1)，即在其内部设置定子2'和在其周围设置转子3'。然而，特别示出作为外部转子的设计，在某些应用中，转子3'的被动磁稳，特别是抗倾斜的被动磁稳，达到了极限，甚至不再足以确保旋转驱动器的安全无故障运行。与内转子相比，外转子所能达到的最大稳斜转矩大大降低。当设计为外转子时，这显著降低了抗倾斜的被动磁稳，这对于一些应用的实践是不足够的。
从本技术领域而言，因此，本发明的目的在于提供电磁旋转驱动器，其配置为外转子，且包括可以非接触式磁驱动和非接触式磁悬浮的转子，其中转子的被动磁稳显著提高，特别是抗倾斜的被动磁稳。此外，本发明的目的在于提供包含该旋转驱动器的旋转装置。
符合该目的的本发明主体具有各自范畴的独立权利要求的技术特征。
根据本发明，由此提出电磁旋转驱动器，其配置为外转子，该外转子具有转子以及磁中心平面，该转子包括设置在定子周围的环形有效磁芯，其中定子设计为轴承和驱动定子，在工作状态下，利用电磁旋转驱动器，转子对围绕限定轴向的所需旋转轴是非接触式磁驱动的，以及利用电磁旋转驱动器，转子相对于定子是非接触式磁悬浮的；其中转子主动磁悬浮在垂直于轴向的径向平面中以及在轴向方向上被动地磁稳定并且抵抗倾斜，以及其中转子包括有效磁轴承环，其径向向外布置和与转子的有效磁芯隔开，以及其中为轴承环的相互作用提供附加轴承定子，该附加轴承定子具有有效磁定子环；其中附加轴承定子以这样的方式设计并布置，定子环被动地磁性稳定转子以抵抗倾斜，以及其中轴承环通过由低渗透材料制成的连接元件与转子的有效磁芯连接。
由于附加轴承定子之间的相互作用，更准确地说是附加轴承定子的有效磁定子环，利用转子的有效磁轴承环，特别地，转子相对于径向平面的倾斜度的稳定化可以得到显著改善，其中径向平面为主动磁调整转子的径向位置的平面。附加轴承定子和转子的轴承环的功能在原理上类似于转子的附加被动磁轴向轴承，这尤其显著地增加了转子的倾斜刚度。引起转子倾斜的最大扭矩，根据本发明可利用设计补偿，远远大于设计为具有磁悬浮的、盘状或环形的转子有效磁芯的外转子的已知电磁旋转驱动器，例如至少20倍。由于这一事实，根据本发明的旋转驱动器可用于已知设计不适合或根本不适合的应用，因为在这些已知设计中用于稳定化转子抗倾斜的无源力不够高。
根据本发明的旋转驱动器，以一种有利的方式，将无轴承电机原理的众所周知的优点与附加的被动磁轴向轴承或转子的轴向稳定化相结合。为此目的，根据本发明的旋转驱动器的转子具有两个不同的有效磁区，至少大体上通过由低渗透材料制成的连接元件彼此磁解耦。根据无轴承电机的原理，转子的环形有效磁芯与设计作为轴承和驱动定子的定子以已知的方式相互作用。转子的有效磁轴承环，设置为相对于有效磁芯径向向外设置，其与附加轴承定子的有效磁性定子环相互作用，导致转子的附加的被动磁轴向轴承，这特别显著地增加了转子的倾斜刚度。
关于附加的被动磁性轴向轴承的设计，几种基本的变体是可能的。
例如，可以设计具有永磁性的有效磁轴承环和具有铁磁性的附加轴承定子的定子环。在这方面，轴承环可以完全由永磁材料制成，即例如设计为永磁环，其可以是一体设计或由几个永磁体段组成，也可以由一个或多个永磁体组成，这些永磁体由铁磁性中间件相互连接。定子环可以设计为铁磁环，例如一体环或分段环，特别是设计为铁环。
另一种变体是采用永磁方式设计附加轴承定子的有效磁定子环，以及采用铁磁方式设计转子的轴承环。定子环可以完全由永磁体材料构成，例如设计为永磁体环，可以是一体设计或由几个永磁体段组成，也可以是由一个或多个永磁体组成，这些永磁体通过铁磁性中间件相互连接。轴承环可以设计为铁磁环，例如一体环或分段环，特别是设计为铁环。
另一种优选的变体是转子的轴承环和附加轴承定子的定子环都包含至少一个永磁体，即以永磁方式设计的每个永磁环。定子环和轴承环均可以完全由永磁材料制成，即它们可以，例如，将每个设计成永磁环，永磁环为一体环或由几个永磁段组成，或者每个由一个或多个永磁体组成，这些永磁体例如由铁磁性中间件相互连接。
根据优选实施例，转子的轴承环设置在转子的有效磁芯的磁中心平面上。这意味着转子的轴承环与转子的环形有效磁芯布置为在同一平面上的同心环，使得轴承环相对于轴向居中地围绕有效磁芯。
在另一个优选的实施例中，轴承环相对于轴向设置在与转子的有效磁芯的磁中心平面不同的距离处，其中所述距离最多是轴承环内径的四分之一，优选最好是轴承环内径的五分之一。在这个实施例中，转子的环形有效磁芯和转子的轴承环相互平行布置，且各自相对于轴向居中，以便集中于同一轴线上，磁芯和轴承环相对于轴向间隔开。相对于正常使用位置，轴承环可以设置在有效磁芯的磁性中心平面之上或之下。优选地，轴承环与磁性中心平面的距离最多为轴承环内径的四分之一，尤其优选最多为轴承环内径的五分之一，使得附加的轴向轴承的失稳效果不超过附加的抗倾斜稳定性。轴承环与磁性中心平面之间的距离，是指轴承环的中心平面与磁性中心平面在轴向上的距离。
定子环的布置有几种不同的形式。根据优选的变体，附加轴承定子的定子环与转子的轴承环同心布置，定子环围绕轴承环径向外设。这意味着转子的轴承环与附加轴承定子的定子环布置为在同一平面上的同心环，使得定子环相对于轴向居中地围绕围绕轴承环。
根据另一优选的变体，附加轴承定子的定子环与转子的轴承环相对于轴向间隔设置，其中定子环优选具有与轴承环相同的内径。在这种变体中，附加轴承定子的定子环和转子的轴承环相互平行布置，以及每个居中于轴向上，使得它们居中于同一轴线上，定子环和轴承环相对于轴向隔开。在这方面，定子环可以设置在轴承环的上方或下方——相对于正常使用的位置，优选设置轴承环与定子环关于轴向排列整齐。
关于连接元件的设计可以有多种变型，其将转子的有效磁芯与转子的轴承环连接起来。例如，连接元件可以设计为完整的环形盘，环形盘相对于径向设置在转子的环形有效磁芯与转子的轴承环之间。优选地，连接元件采用盘状方式设计，并且可选具有多个凹槽，以降低对连接元件及其重量的材料要求。
根据另一变体(也是优选的变体)，连接元件包括多个辐条，每条辐条在转子的有效磁芯和转子的有效磁轴承环之间沿径向延伸。
对于尽可能强的附加的稳定性，以及对于简单的生产，优选定子环和轴承环均由永磁材料组成，并且均设计为具有多个永磁体段。在本优选实施例中，定子环和轴承环均完全由永磁材料制成。由于生产原因，优选分段设计轴承环和定子环，即定子环和轴承环每个均包含多个永磁体，每个永磁体设计为环形段，互补的永磁体的整体形成环。
定子环和轴承环的磁化有几种不同的变体。
根据第一优选变体，定子环和轴承环均在轴向上磁化，定子环的磁化方向与轴承环的磁化方向相反。
根据另一个，仍是优选变体，定子环和轴承环均在径向上磁化，定子环的磁化方向和轴承环的磁化方向相同，优选定子环的磁化方向和轴承环的磁化方向均径向向外。
另一种优选的变体是，定子环于轴向上磁化，轴承环于径向上磁化，或定子环于径向上磁化，轴承环于轴向上磁化。
本发明进一步提出用于处理盘状本体表面的旋转装置，处理时本体通过旋转装置是可旋转的，旋转装置包括根据本发明设计的电磁旋转驱动器，其中转子包括用于盘状本体的固定器。本体可以通过固定器保留在转子上，也可以通过固定器将本体固定在转子上。例如，在半导体工业中可以使用这种旋转装置以可控的方式将基片表面(例如用于生产电子元件的晶圆表面)涂上流体(例如悬浮液)，以便对其表面进行加工。例如，本文包括通过浆料、晶圆的清洗和/或蚀刻、光刻胶的应用或使用溶剂去除光刻胶以进行化学机械抛光工艺(CMP)。除了这些其中晶圆具有流体的湿制法，旋转装置也适用于干式工艺，特别是在半导体工业。旋转晶圆或其他组件或基板的干式工艺的例子有：等离子体的蚀刻、快速热加工(RTP)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)。
在这种湿制法或干式工艺中，以薄圆盘状式存在的晶圆通常在处理室中快速旋转，然后与相应的流体(湿处理)一起施加以处理或施加辐射或待分离的物质(干法)。为此，待处理的晶圆可以通过固定器固定在根据本发明的旋转装置的转子上，然后可以旋转。
此外，本发明还提出了一种用于输送、混合或搅拌流体的旋转装置，其中旋转装置包括根据本发明设计的电磁旋转驱动器，其中旋转驱动器的转子设计为旋转装置的转子。这种设计，也称为整体转子，其使旋转机械的设计特别紧凑，因为电磁旋转驱动器的转子也是旋转机械的转子，借助该旋转机械，力施加在待输送或搅拌的流体上。
根据实施例，转子具有用于混合或搅拌流体的多个叶片，叶片设置在连接元件上。
具体地，根据本发明的旋转装置还可以设计为使得它包括一次性使用的组件。在这样的设计中，旋转装置优选具有设计为一次性使用的一次性设备和设计为可多次使用的可重用设备，其中一次性设备至少包括具有多个用于输送、抽吸、搅拌或混合流体的叶片的转子，且其中可重用设备至少包括定子和附加轴承定子，借助定子和附加轴承定子，在工作状态下转子是可电磁驱动和可电磁悬浮的。如果旋转装置设计为混合或搅拌装置，则一次性使用的组件优选还包括柔性混合罐，例如转子设置在其中的柔性混合罐。
本发明的进一步有利的措施和实施例源于从属权利要求。
附图说明
在下文中，本发明将参照实施例和附图更详细地解释。在部分示意图(有些仅示出部分)中：
图1示出根据本技术领域设计为无轴承电机的电磁旋转驱动器的透视图；
图2示出图1的驱动器的透视截面图；
图3示出根据本发明的电磁旋转驱动器的第一个实施例的透视截面图；
图4示出通过图3的第一实施例的轴向示意图；
图5示出第一实施例的变体的透视截面图；
图6示出通过图5的变体的轴向示意图；
图7示出根据本发明的电磁旋转驱动器的第二实施例的透视截面图；
图8示出通过图7中的第二实施例的轴向示意图；
图9示出第二实施例的变体的透视截面图；
图10示出通过图9的变体的轴向示意图；
图11示出用于连接元件的设计的第一种变体的透视图；
图12示出图11的第一个变体的透视截面图；
图13示出用于连接元件的设计的第二种变体的透视图；
图14示出来自图13的第二个变体的透视截面图；
图15示出用于设计轴承环和定子环的变体的透视图；
图16示出图15中变体的透视截面图；
图17-21分别示出磁化轴承环和定子环的不同变体的示意图；
图22示出根据本发明设计的用于处理盘状体表面的旋转装置的实施例的透视图；
图23示出图22的实施例的透视截面图；
图24示出图22的实施例的轴向示意图；
图25示出图22的实施例的变体的透视图；
图26示出图24的变体的透视截面图；
图27示出通过图25的变体的轴向示意图；
图28示出根据本发明用于输送、混合或搅拌流体的旋转装置的实施例的透视图；
图29示出图28的实施例的透视截面图；以及
图30示出图28的实施例的轴向示意图。
具体实施方式
正如已经提到和解释过的，电磁旋转驱动器如图1和图2所示，这是为本技术领域公知的，而且其设计为无轴承电机。
图3示出根据本发明的电磁旋转驱动器的第一个实施例的透视截面图，该电磁旋转驱动器由附图标记1表示为一个整体。为了更好地理解，图4仍然示出根据第一实施例的轴向示意图。旋转驱动器1设计为外部转子，并包括定子2和相对于定子2非接触式磁悬浮的转子3。此外，转子3是非接触式磁驱动的，用于通过定子2绕所期望的旋转轴旋转。所期望的旋转轴是指当转子3相对于定子2处于居中而非倾斜位置时，转子3在工作状态下围绕旋转的轴。这个所期望的旋转轴限定了一个轴向A。通常，限定轴向A的所期望的旋转轴对应于定子2的中心轴。
下文中，径向是指垂直于轴向A的方向。
定子2包括多个(本文为六个)明显的定子极21，每个定子极21从径向内置的环形回流管22向外沿径向延伸。定子极21携带线圈以产生磁力驱动和转子3磁悬浮所需的电磁旋转场。在图3和图4所示的实施例中，设置绕组，例如，使离散线圈61缠绕在每个定子极21上。利用这些线圈61，在向转子3施加扭矩的工作状态下产生那些电磁旋转场，并且可以在径向上可以对转子3施加根据需要设定的剪切力。因此，可以主动地控制或调节转子3的径向位置，即其在垂直于轴向A的径向平面中的位置。
转子3包括有效磁芯31，有效磁芯31以环形盘或圆柱环的形式设计，轴向A的高度为HR，内径为IR。与通常的外转子一样，转子3或其有效磁芯31围绕定子2布置，使得定子2相对于转子3的有效磁芯31径向内置以及定子极21与周围的有效磁芯31相对。转子3的“有效磁芯31”是指转子3与定子极21相互作用产生转矩和产生磁轴承力的区域。
在图3和图4所示的第一实施例中，转子3的有效磁芯31以环形和永磁方式设计。为此目的，有效磁芯31包括多个永磁体311，每个永磁体311设计为环形段，永磁体311的总体彼此互补以形成环。每个永磁体311都是径向磁化的，其中相邻的永磁体311在每种情况下都是反向磁化的，因此，从圆周方向看，永磁体311交替向内径向磁化和向外径向磁化。在每种情况下，每个永磁体311的磁化由在各自的永磁体311中的箭头表示，没有附图标记。
那些铁磁性或亚铁磁性材料是硬磁性的，即它们具有高的矫顽磁场强度，通常被称为永磁体。矫顽磁场强度是使材料退磁所必需的磁场强度。在本发明的应用中，理解永磁体为一种具有矫顽磁场强度的材料，更准确地说，是磁极化的矫顽磁场强度，达到10000a/m以上。
有效磁芯31还具有由铁磁性材料制成的回流环312，该回流环环绕径向外置的永磁体311，并且用于引导磁通量。
环形回流管22和定子2的定子极21以及转子3的有效磁芯31的回流环312都是由软磁性材料制成，因为它们作为通量引导元件引导磁通量。合适的软磁材料例如是铁磁性或亚铁磁性材料，即特别是铁、镍铁或硅铁。特别是在本实施例中，定子2优选设计为定子堆栈，其中定子极21和回流管22采用金属片设计，即它们由若干薄元件组成，这些薄元件被堆叠起来。转子3的有效磁芯31的回流环312也可采用金属片设计。
在操作旋转驱动器1时，转子3的有效磁芯31与定子2的定子极21根据上述无轴承电机的原理相互作用，其中转子3相对于定子2为可非接触式磁驱动和可非接触式磁悬浮。为此，定子2设计为轴承和驱动定子，转子通过轴承和驱动定子在工作状态下围绕所期待的旋转轴是非接触式磁驱动的，即它可以设置成相对于定子2是非接触式可悬浮的。
与此同时，无轴承电机的原理已为本领域技术人员所充分了解，因此不再需要对其功能进行详细描述。无轴承电机的原理是指转子3是完全磁悬浮的，其中定子2设计为轴承和驱动定子，它既是电驱动的定子，又是磁悬浮的定子。在这方面，定子2包括绕组(本文中绕组为线圈61)，用来实现驱动功能和悬浮功能。电磁旋转场可以通过线圈61产生，一方面对转子3的有效磁芯31施加扭矩，从而使其旋转，而另一方面对转子3的有效磁芯31施加任意可变的剪切力，使得可以主动控制或调整其径向位置——即其在径向平面的位置。在无轴承电机的案例下，与传统的磁轴承不同，电机的磁悬浮和磁驱动是通过电磁旋转场实现的，电磁旋转场对转子3的有效磁芯31施加扭矩和可设置的剪切力。所需要的旋转场可以用不同的线圈产生，也可以用所需要的磁通的数学叠加和单个线圈系统(本文优选线圈61)的辅助下产生旋转场。在无轴承电机的情况下，因此不可能将由定子2的线圈61产生的电磁通量分成只驱动转子的电磁通量和只能实现转子磁悬浮的电磁通量。
根据无轴承电机的工作原理，至少可以主动调节转子3的三个自由度，即转子3在径向平面上的位置和转子3的旋转。转子3的有效磁芯31相对于轴向A的轴向偏转通过磁阻力为被动磁稳，即其不能被控制。同样，对于剩余的两个自由度，即关于垂直于所期望的旋转轴的径向平面的倾斜，转子3的有效磁芯31也为被动磁稳。因此，转子3为被动磁悬浮或被动磁稳，并且通过有效磁芯31与定子极21在轴向A上的相互作用而在径向平面(两个自由度)中主动磁悬浮并且抵抗倾斜(总共三个自由度)。
通常情况下，在本申请的范围中，主动磁悬浮也被称为可主动控制或可调节的，例如利用由线圈61产生的电磁旋转场主动控制或调节。被动磁悬浮或被动磁稳是不能控制或调节的。被动磁悬浮或磁稳是基于(例如)磁阻力，当转子3偏离其平衡位置时(如当它在轴向上移动或倾斜时)，磁阻力使转子3回到其平衡位置。
此外，转子3的有效磁芯31的磁中心平面C指的是垂直于轴向A的平面，其中当转子3不倾斜时，转子3的有效磁芯31在工作状态下悬浮。通常，在环形有效磁芯31中，磁性中心平面C是转子3的有效磁芯31的几何中心平面，几何中心平面垂直于轴向A。在工作状态下，转子3的有效磁芯31在定子2中悬浮的平面也称为径向平面。径向平面限定笛卡尔坐标系(Cartesian coordinate system)的x-y平面，其z轴在轴向A上延伸。如果转子3的有效磁芯31不倾斜，则径向平面对应于磁中心平面C。
有效磁芯31或转子3的径向位置指的是转子3在径向平面中的位置。
径向轴承或径向支撑件指的是转子3的轴承，转子3的径向位置可以通过该轴承稳定，例如在径向平面中并因此相对于其径向位置支撑转子3的轴承。
轴向轴承或轴向支撑件和轴向稳定或轴向稳定分别指转子3的轴承或稳定，通过轴承或稳定，一方面，转子3的位置相对于轴向A稳定，另一方面，转子3抗倾斜稳定。这种倾斜表示两个自由度并且表示偏转，其中转子3的瞬时旋转轴不再精确地指向轴向A，而是与期望的旋转轴形成非零的角度。在倾斜的情况下，磁中心平面C不再位于或平行于径向平面，但是磁中心平面C与径向平面形成一个非零的角度。
如已提到的，转子3的有效磁芯31根据无轴承电动机的原理与定子2的定子极21相互作用。转子3的旋转由这种相互作用驱动。此外，通过相互作用实现转子3的主动磁性径向悬浮，并且转子3为被动磁稳以抗倾斜。
关于转子3的被动磁悬浮，优选的是，转子3的有效磁芯31的内径的尺寸设置成其至少是有效磁芯在轴向A的高度HR的1.3倍。在图4中，IR表示转子3的环形有效磁芯31的内径。因此应满足条件2*IR≥1.3*HR，即内径应为大于或至少等于高度HR的1.3倍。
关于转子3的被动磁悬浮的另一个有利实施例是，将定子极21的尺寸设计成使得定子2的外径SD(图4)至少是该定子极21在轴向A上的高度SH的2.6倍。定子2的外径SD由定子极21在径向上的延伸部给出。因此有利的是，其满足条件SD≥2.6*SH，即定子2的外径SD应该大于或者至少等于定子极21的高度SH的2.6倍。
根据图3和图4的表示，定子极21的高度SH等于转子3的有效磁芯31的高度HR。虽然这是一种可能的设计，但这绝不是必要的。还存在可能的设计，其中定子极21的高度SH小于或大于转子3的有效磁芯31的高度HR。
上述转子3的有效磁芯31和定子2的设计是优选的设计，但是仅可作为例子理解。
转子的有效磁芯31也可以具有其他形式的磁化。有效磁芯31也可以完全设计为没有永磁体，这有助于驱动扭矩或产生轴承力。因此，有效磁芯31也可以是纯铁磁性的，例如设计为磁阻转子。
定子2本身也有许多已知的设计。例如，可以在定子中设置永磁体或多个永磁体，或者定子2可以设计为具有L形定子极的伸幅器电机的定子，其中L的长臂在轴向A上各自延伸，转子的有效磁芯围绕L的径向向外的短臂布置。然后，线圈围绕这些长臂布置，即在转子的有效磁芯的磁中心平面下方。
根据无轴承电机的原理操作的电磁旋转驱动器的调节或控制，以及为此所需的传感器，例如，位置传感器和/或角度传感器，均为本领域技术人员所公知，因此不需要再进一步说明。
为了显著改善转子3的被动磁稳，特别是抗倾斜性，根据本发明提供附加轴承定子7，其与转子3的有效磁轴承环34相互作用。这将在下面参考第一实施例更详细地解释。
转子3包括有效磁轴承环34，其布置在外部并与转子3的有效磁芯31间隔开。轴承环34设计为具有内径LR的永磁环，该环在轴向A上磁化，如轴向A向上所示(图3和图4)。轴承环34的磁化由箭头(在轴承环34中)表示，没有附图标记。轴承环34可以设计成一体的永磁环，或者是分段的，即由多个环形永磁体段组成，它们一起形成轴承环34(也参见图15和图16)。在第一实施例中，轴承环34布置在转子3的有效磁芯31的磁中心平面中，即轴承环34的几何中心平面LM，其垂直于轴向A延伸，且位于转子3的有效磁芯31的磁中心平面C中。环形有效磁芯31和轴承环34同心设置，即它们具有共同的中心。关于轴向A，轴承环34布置在有效磁芯31的中心。
在轴向A上，轴承环34具有高度HL，其优选地小于有效磁芯31的高度HR。然而，也可以设计轴承环34的高度HL等于有效磁芯31的高度HR或者大于有效磁芯31的高度HR。
轴承环34和有效磁芯31通过环形盘状连接元件35彼此连接，该连接元件35相对于径向布置在有效磁芯31和轴承环34之间。连接元件35相对于径向从有效磁芯31的回流环312延伸到轴承环34。为此，连接元件35的外半径等于轴承环34的内径LR。
连接元件35由低渗透性材料构成，即由仅具有低导磁率(磁导率)的材料构成，使得有效磁芯31和有效磁轴承环34彼此磁耦合。这意味着至少没有大量的磁通量可以通过连接元件35在轴承环34和有效磁芯31之间流动。
例如，这种低渗透性材料可以是塑料，或顺磁性金属(例如铝或不锈钢)，或抗磁性金属，或这些材料的组合。在本申请的范围内，通常情况下，那些材料是低渗透性的，其渗透率(相对渗透率)仅略微偏离或完全不偏离1(真空的渗透率)。在任何情况下，低渗透性材料的渗透率小于1.1。制造连接元件35的低渗透性材料形成磁通量的流动屏障，因为低渗透性材料具有比例如制造回流环312的铁磁材料更低的磁导率。
为了使有效磁芯31尽快地与轴承环34磁分离，如果有效磁芯31和轴承环34之间的径向距离尽可能的大是有利的。有利地，轴承环34的尺寸设计成使得其内径LR是环形有效磁芯31的外半径的至少1.1倍，优选至少1.3倍，并且特别优选为至少1.6倍。
为了方便理解本发明，因此图(如图3和图4)中仅示出了转子3的有效磁芯31、连接元件35和轴承环34。可以理解，转子3当然也可以包括其他组件，例如，优选地由塑料制成的护套或封装，或用于混合、搅拌或泵送流体的叶片(参见图28)，或用于待旋转的物体的固定器(参见图23)或其他组件。
附加轴承定子7包括有效磁定子环71，其设计和布置成与转子3的轴承环34相互作用。定子环71静止地布置，即它不旋转。在第一实施例中，定子环71布置在径向外部并且与转子3的轴承环34间隔开，使得其围绕轴承环34。定子环71设计为具有内径SR的永磁环，其中环71在轴向A上磁化，如轴向A向下所示(图3和图4)。定子环71的磁化由箭头(在定子环71中)表示，没有附图标记。因此，轴承环34和定子环71各自在轴向A上磁化，由此定子环71的磁化方向与轴承环34的磁化方向相反。
定子环71可以设计成一体的永磁环，或者是分段的，即由多个环形永磁体段组成，它们一起形成定子环71(也参见图15和图16)。在第一实施例中，定子环71布置在转子3的有效磁芯31的磁中心平面C中，即定子环71的几何中心平面SM，其垂直于轴向A延伸，位于转子3的有效磁芯31的磁中心平面C中。轴承环34和定子环71同心布置，即它们具有共同的中心。相对于轴向A，定子环71相对于轴承环34居中布置。
在第一实施例中，环形有效磁芯31、轴承环34和定子环71因此同心地布置在磁转子平面C中，有效磁芯31的内径IR小于轴承环34的内径LR，以及轴承环34的内径IR小于定子环的内径SR。
定子环71的内径SR的尺寸设计使得定子环71以尽可能小的间隙围绕轴承环34，使得径向上轴承环34和定子环71之间的磁气隙尽可能小。一方面，轴承环34应该能够在定子环71内自由旋转，另一方面，为了能够有效地引导轴承环34和定子环71之间的磁通量，由轴承环34和定子环71之间的间隙引起的磁阻应该尽可能低。径向上轴承环34和定子环71间的间隙的宽度至多为几毫米或仅为一毫米或甚至更小。
在轴向A上，定子环71具有高度HS，该高度HS优选地与轴承环34的高度HL相同。然而，也可以设计定子环71的高度HS小于或大于轴承环34的高度HL。
优选但非必要地，有效磁芯31、轴承环34和定子环71各自具有垂直于它们各自的圆周方向的矩形横截面。
附加轴承定子7还包括用于支撑静止的定子环71的支撑体72。支撑体72在定子2和附加轴承定子7的有效磁定子环71之间形成机械稳定的连接。
如图(图3和图4)所示，支撑体72包括从定子2沿径向向外延伸的盘状径向部分721和从径向部分721的径向外置的边缘沿轴向A向上延伸的环形轴向部分722。定子环71附着在轴部722上。盘状径向部分721在其径向内置的边缘处具有环形连接元件723，支撑体72通过该连接元件固定到定子2。为此，例如，连接元件723可附接到定子2的环形回流管22上，或者附接到定子2的定子壳体(未显示)上。
图3和图4所示，支撑体72在线圈61下方沿径向向外延伸然后在轴向向上超过了转子3的轴承环34，因此固定在支撑体72上的定子环71与轴承环34相对或围绕轴承环34。定子环71通过支撑体72与定子2连接，并相对于定子2固定。优选地，支撑体72为一体设计，即连接元件723、径向部分721和轴向部分722为一体设计为结构单元。
为了实现定子环71与定子2的磁解耦，特别是定子环71与回流管22和定子极21的磁解耦，支撑体72由-与连接元件35所解释的方法类似的-低渗透材料组成，即由只具有低导磁率(磁导率)的材料组成。例如，低渗透材料可以是塑料，或顺磁性金属(如铝或不锈钢)，或抗磁性金属，或这些材料的组合。
在电磁旋转驱动器1的工作状态下，通过轴承环34与定子环71的相互作用，实现转子3的附加的被动磁轴悬浮或附加的被动磁轴稳定。这样做，特别是抗倾斜的转子3的稳定性可以大大增加，例如，至少是20倍。这种增加，特别是在倾斜刚度方面，意味着转子3的整个被动磁轴悬浮能够吸收或补偿扭矩，扭矩会引起倾斜，其倾斜度至少比没有轴承环34和定子环71的可比较实施例大20倍。在这方面，特别有利的是，附加的磁轴悬浮(轴承环34和定子环71)对转子3的径向轴承的影响可以通过主动径向轴承来补偿，这通过转子3的有效磁芯31与定子极21的相互作用实现。
因此，电磁旋转驱动器1包括两个磁路，它们通过低渗透连接元件35和低渗透支撑体72彼此分离或磁解耦：根据无轴承电机的原理，有效磁芯31与定子极21相互磁作用，转子3的轴承环34与定子环71相互磁作用，从而实现附加的被动磁轴稳定或轴向轴承。
图5在透视图中示出与图3对应的第一个实施例的变体。为了更好地理解，图6仍然示出根据这种变体的轴向示意图。
在图5和图6所示的变体中，转子3的轴承环34相对于轴向A布置在距转子3的有效磁芯31的磁中心平面C的非零距离D处。这意味着轴承环34的设置使得轴承环34的几何中心平面LM不再在磁中心平面C中，但轴承环34的几何中心平面LM与磁中心平面通过距离D平行排列。根据图示(图5、图6)，轴承环34设置于有效磁芯31之上。应该了解，轴承环34当然也可以以类似的方式布置在(图5、图6)所示的有效磁芯31下方。
在这种变体中，两个环，即有效磁芯31和轴承环34，因此不再同心设置，但是相对于轴向A彼此偏移距离D。在这方面，轴承环34的中心和有效磁芯31位于同一轴上(即转子3的旋转轴)，但轴向相互隔开。因此，轴承环34相对于径向居中于有效磁芯31，并在轴向上与有效磁芯31以距离D间隔开。
连接元件35设置在轴承环34与有效磁芯31之间，并将轴承环34连接到有效磁芯31。连接元件35可以选择性地与有效磁芯31重叠，如图4和图5所示，这意味着连接元件35沿径向延伸至有效磁芯31的径向内置边缘。
附加轴承定子7的定子环71与轴承环34同心布置，使得定子环71的几何中心平面SM位于轴承环34的几何中心平面LM中。结果，定子环71也相对于轴向A布置在距磁性中心平面C的距离D处。定子环71围绕着轴承环34，使得定子环71和轴承环34相对于径向相互对齐。
为了限制附加轴向轴承(轴承环34和定子环71)的抗倾斜的不稳定效应至适合实际使用的值，实施例中的值优选在轴承环34(更确切地是轴承环34的几何中心平面LM)与磁中心平面C之间的距离D，其最多是轴承环34的内径LR的四分之一，特别优选最多为轴承环34的内径LR的五分之一。优选地，满足D≤LR/4的几何条件，尤其优选地满足D≤LR/5的几何条件。
图7在透视截面图中示出根据本发明的旋转驱动器的第二实施例，其表示形式与图3的表示形式相对应。为了更好地理解，图8仍然示出根据第二实施例的轴向A上的截面图。在下面，只讨论与第一个实施例的区别。第二实施例中的相同部件或相同功能的部件的附图标记与第一实施例或其变体中的附图标记相同。特别地，这些附图标记具有与它们已经就实施例解释过的相同的含义。可以理解，先前对第一实施例及其变体的所有解释均以相同的方式或类似的方式适用于第二实施例。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于，第二实施例中，附加轴承定子7的定子环71相对于轴向A与转子3的轴承环34间隔开地布置。这意味着定子环71设置使得定子环71的几何中心平面SM不再位于轴承环34的几何中心平面LM中，但定子环71的几何中心面SM平行于轴承环34的几何中心面LM，且间距E不为零。如图(图7、图8)所示，定子环71设置在轴承环34下方。应了解，根据(图7、图8)表现形式，定子环71也可以以类似的方式布置在轴承环34之上。
定子环71和轴承环34不再同心布置，但是相对于轴向A彼此偏移了距离E。在这方面，轴承环34的中心和定子环71位于同一轴线(即转子3的转动轴)上，但轴向上相互间隔开。特别优选地，定子环71具有与轴承环34的内径LR相同大小的内径SR。轴承环34与定子环71相对于轴向A相互对齐排列，使得轴承环34与定子环71在轴向A中相反排列或一个排列在另一个上方。
在图7和图8所示的实施例中，轴承环34设置在磁中心平面C中，即与有效磁芯31同心。在这个设置中，定子环71相对于轴向A以不等于零的距离E布置在磁中心平面C上，即定子环71的几何中心平面SM 71平行于磁中心平面C并且与其具有距离E。
由于图7和图8所示实施例中的定子环71设置在轴承环34下方，因此轴向部分722可以在支撑体72上选择性地省去。
图9在透视截面图中示出与图7对应的第二实施例的变体。为了更好地理解，图10仍然示出根据这种变体的轴向示意图。
在图9和图10示出变体的第二实施例中，转子3的轴承环34相对于轴向A以不同于零的距离D布置在转子3的有效磁芯31的磁中心平面C上。这意味着轴承环34布置使得轴承环34的几何中心平面LM不再位于磁中心平面C中，但轴承环34的几何中心平面LM与磁中心平面C隔距离D平行布置。根据(图9、图10)表示，轴承环34布置在环形有效磁芯31下方。可以理解的是，轴承环34当然也可以以类似的方式布置在所示的有效磁芯31上方(如图9，图10所示)，例如以与结合图5和图6解释的类似对应的方式。
在这种变体中，两个环，即有效磁芯31和轴承环34，因此不再同心布置，但是相对于轴向A彼此偏移距离D。在这方面，轴承环34的中心和有效磁芯31位于同一轴线(即转子3的转动轴)上，但它们轴向相互间隔开。因此，轴承环34相对于径向布置在有效磁芯31的中心，并且相对于轴向与有效磁芯31间隔开距离D。
附加轴承定子7的定子环71，其相对于轴向A布置在轴承环34的下方，与本变体中的磁中心平面C有D+E的距离。三环，即有效磁芯31、轴承环34和定子环71，分别相对于轴向A布置在不同的位置，且彼此平行。它们的中心都位于同一轴上，即转子3的旋转轴(如果它是居中的且相对于定子不是倾斜的)。定子环71的几何中心平面SM以距离E设在轴承环34的几何中心平面LM的下方，该几何中心平面LM以距离D在磁中心平面C下方。
为了限制附加轴向轴承(轴承环34和定子环71)的关于抗倾斜的附加的稳定性的不稳定效应至适合实际使用的值，实施例中的值优选轴承环34(更确切地是轴承环34的几何中心平面LM)与磁中心平面C之间的距离D，其最多是轴承环34的内径LR的四分之一，特别优选最多为轴承环34的内径LR的五分之一。优选满足D≤LR/4，尤其优选满足D≤LR/5的几何条件。
作为如图9和图10所示变体的一种可选设计，定子环71径向外接于支撑体72的径向部分721的径向外界面上。
应该了解，第一实施例及其变体描述的措施和设计可类比地与第二实施例及其变体描述的措施和设计相结合。
下述中，连接元件35和/或支撑体72的设计的变体参照图11-图14进行了解释。应了解，这些变体既可用于第一实施例及其变体，也可用于第二实施例及其变体。
图11在透视图中示出用于连接元件35的设计和/或用于支撑体72的设计的第一变体。图12示出第一变体关于轴向A的透视截面图。
在第一变体中，连接元件35径向上置于有效磁芯31和转子3的轴承环34之间，而不是设计成固态磁盘，但其具有多个凹槽351，多个凹槽351在轴向A上完全延伸通过连接元件35。在示例性的情况下，本文提供八个基本相同的凹槽351。凹槽351关于连接元件35的圆周方向等距布置。每个凹槽351具有环形段的形状，所有环形段的共同中心对应于盘状连接元件35的几何中心。
连接元件35的材料要求和重量可以通过凹槽351来降低。凹槽351的设计、尺寸和布置成使连接元件35之间的材料仍然形成足够稳定的机械连接，以便将轴承环34附接到有效磁芯31上。
以类似的方式，支撑体72，更确切地说是支撑体72的径向部分721，设置有多个第二凹槽724，每个第二凹槽724关于轴向完全延伸穿过连接元件35的径向部分721。在示例性质上，本文提供八个基本相同的第二凹槽724。第二凹槽724关于径向部分721的圆周方向等距布置。每一个第二凹槽724具有环形段的形状，所有环形段的共同中心对应于盘状支撑体72的径向部分721的几何中心。
支撑体72的材料要求和重量可以通过第二凹槽724来降低。第二凹槽724的设计、尺寸和布置使径向部分721之间的材料仍然形成足够稳定的机械连接，以便将定子环71附接到定子2上。
当然，这样的实施例也是可能的，其中仅在连接元件35中提供凹槽351，或仅在支撑体72中提供第二凹槽724。
图13在透视图中示出用于连接元件35的设计的和/或用于支撑体72的设计的第二种变体。图14示出第二变体关于轴向A的透视截面图。
在该第二变体中，连接元件35具有多个辐条352，每个辐条在径向上在转子3的有效磁芯31(或者可选地，有效磁芯31的护套(未示出))和转子3的轴承环34(或可选地轴承环34的轴套(未示出))之间延伸。每个辐条352将有效磁芯31连接到轴承环34。
具有示范性地，本文提供8个基本相同的辐条352。辐条352关于连接元件35的圆周方向等距布置。辐条352的设计、尺寸和布置使其形成足够稳定的机械连接，以便将轴承环34附接到有效磁芯31上。
以类似的方式，支撑体72，更确切地说是支撑体72的径向部分721，设置有多个第二辐条725，每个第二辐条725在径向上在定子2(或者可选地为定子壳体(未示出))和支撑体72的环形轴向部分722之间延伸。每个第二辐条725将定子2(或定子壳体(未显示))连接到支撑体72的轴向部分722。
具有示范性质地，本文提供8个基本相同的第二辐条725。第二辐条725关于支撑体72的圆周方向等距地布置。第二辐条725的设计、尺寸和布置使得它们形成足够稳定的机械连接，以将定子环71附接到定子2。
当然，这样的实施例也是可能的，其中仅辐条352设置在连接元件35中，或者仅在支撑体72中仅设置第二辐条725。
图15和图16示出用于轴承环34的设计的和/或用于定子环71的设计的变体。应当理解，该变体既可以用于第一实施例及其变体，也可以用于第二实施例及其变体。
根据该变体，轴承环34和定子环71均设计成分段的。图15以透视图示出使用旋转驱动器1的实施例，其对应于图3中示出的实施例。为了更好地理解，图16仍以透视截面图示出图15的变体。
轴承环34和定子环71均由永磁材料构成，并且每个都分段设置，且具有多个永磁体341或711。
轴承环34的每个永磁体341分别设计为环形段。所有永磁体341在同一方向上磁化，这里为在轴向A上向上磁化。图16中由轴承环34中的箭头指示磁化方向，没有附图标记。在示例性的情况下，轴承环34由二十四个相同的单独的永磁体341组成，每个永磁体设计成环形段。永磁体341沿圆周方向布置，其中两个相邻的永磁体341各自直接彼此邻接，使得永磁体341的整体彼此互补以形成永磁轴承环34。
定子环71的每个永磁体711设计为环形段。所有永磁体711在相同方向上磁化，这里为在轴向A上向下磁化。图16中由定子环71中的箭头指示磁化方向，没有附图标记。在示例性的情况下，定子环71由二十四个相同的单独的永磁体711组成，每个永磁体711设计成环形段。永磁体711沿圆周方向布置，其中两个相邻的永磁体711各自直接彼此邻接，使得永磁体711的整体彼此互补以形成永磁定子环71。
轴承环34或定子环71的分段设计是优选的，因为它使得制造更容易，但是当然也可以将轴承环34和/或定子环71设计为一体环。
如果轴承环34和/或定子环71永磁地设计，则相应的环34或71不必完全由永磁材料构成或仅包括永磁体。这样的实施例也是可能的，其中永磁轴承环34和/或永磁定子环71各自包括多个永磁体，在多个永磁体之间设置铁磁连接件。在相应的环34或71的分段设计中，可以设置若干永磁环形段，这些永磁环形段通过铁磁环形段彼此连接。
如所提及，优选但不是必须的是，轴承环34和定子环71均设计为永磁环。这样的实施例也是可能的，其中仅轴承环34或仅定子环71设计为永磁的。如果仅轴承环34是永磁的，那么定子环71设计为铁磁的，例如设计为铁环或由另一种铁磁材料制成的环。如果仅定子环71是永磁的，那么轴承环34设计为铁磁的，例如设计为铁环或由另一种铁磁材料制成的环。
如果轴承环34或定子环71设计为铁磁的，则该环34或71可以以与上述类似的方式设计为一体式环或分段式环。
对于优选实施例，其中轴承环34和定子环71均设置为永磁的，在图3-16中示出定子环71或轴承环34的相同形式的磁化，即轴承环34和定子环71各自在轴向A上磁化，定子环71的磁化(根据图示向下)与轴承环34的磁化方向相反(根据图示向上)。除了该优选实施例之外，还存在关于定子环71和轴承环34的磁化的其他优选实施例。在下文中，参考图17-图21解释轴承环34和定子环71的磁化的不同变体。应了解，这些变体既可用于第一实施例及其变体，也可用于第二实施例及其变体。
图17-图21各自示出了旋转驱动器1的实施例的截面图。图17-图21的每个图中，轴承环34中的箭头(没有附图标记)表示轴承环34的磁化方向，而定子环71中的箭头(没有附图标记)表示定子环71的磁化方向。
参考第一实施例，图17示出了一种变体，其中定子环71和轴承环34各自沿径向磁化，定子环71的磁化方向和轴承环34的磁化方向相同，即在每种实施例中径向向外。
参考第一实施例，图18示出了一种变体，其中定子环71在径向上磁化并且轴承环34在轴向A上磁化。定子环71的磁化方向径向向外且轴承环34的磁化方向为轴向A向上。
参考第一实施例，图19示出了一种变体，其中定子环71在轴向A上磁化且轴承环34在径向上磁化。定子环71的磁化方向沿轴向A向下，轴承环34的磁化方向沿径向向外。
参考第二实施例，图20示出了一种变体，其中定子环71和轴承环34各自在轴向上磁化，定子环71的磁化方向和轴承环34的磁化方向相反。定子环71的磁化方向沿轴向A向下，轴承环34的磁化沿轴向A向上。
参考第二实施例，图21示出了一种变体，其中定子环71和轴承环34各自在径向上磁化，定子环71的磁化方向和轴承环34的磁化方向相同，即在每种实施例中径向向外。
本发明进一步提出了一种用于处理盘状主体表面的旋转装置，利用该旋转装置，主体可旋转以进行处理，其特征在于，旋转装置包括根据本发明设计的电磁旋转驱动器1，其中转子3包括用于盘状主体的固定器。
图22以透视图示出用于处理盘状主体表面的旋转装置的实施例。旋转装置整体上用附图标记100表示，盘状主体用附图标记110表示。为了更好地理解，图23仍然示出了旋转装置100在轴向A上的透视截面图，并且图24示出旋转装置100沿轴向A的截面图。
在下文中，参考半导体工业的应用实例，其对于实践来说是重要的，待处理的主体110是用于生产电子元件的晶圆110，即薄的盘状主体。旋转装置100可用于处理晶圆110的表面111，例如以可控的方式将悬浮液等流体施加于表面111。例如，本文包括通过浆料、晶圆110的清洗和/或蚀刻、光刻胶的应用或用溶剂去除光刻胶以进行化学机械抛光工艺(CMP)。除了这些湿制法外，其中晶圆110涂有流体，旋转装置100也适用于干法工艺。晶圆110旋转的这种干法的示例是：等离子体蚀刻、快速热加工(RTP)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)。
在这种工艺中，晶圆110通常在处理室20中快速旋转，然后用各自的流体或各自的辐射(如等离子体或待分离的物质)进行处理。根据本发明的旋转装置100特别适用于必须抽真空的处理室20的工艺，尤其适用于在高真空条件下进行的工艺。
通常，在所有这些工艺中，定子2和附加轴承定子7都布置在处理室20外，而转子3布置在处理室20内。
图22-图24所示的实施例中，旋转装置100包括根据本文的第一个实施例(图3)设计的电磁旋转驱动器1。此外，提供了一种处理室20，其中图22-图27仅示出处理室壁区域，其将定子2与转子3分隔开。应了解，整个处理室20的设计方式是将带有晶圆110的转子3完全布置在可锁定的处理室20内。定子2和附加轴承定子7设置在处理室20外。从图23和图24中可以最清楚地看出，处理室20设计成，一方面，它在转子3之间延伸，另一方面，在定子2和附加轴承定子7之间延伸，即，定子2和附加轴承定子7布置在处理室20的外部，而具有晶圆110的转子3布置在处理室20的内部。为此，处理室20包括壁部201(图24)和居中布置的空心圆柱部202，该空心圆柱部202设置在定子2的环形回流管22内。壁部201从空心圆柱部202径向向外延伸，首先在定子2的线圈61上方延伸，然后在转子3下方沿着有效磁芯31、连接元件35和轴承环34延伸，然后在附加轴承定子7的定子环71上方延伸。
该设计具有以下优点：定子2和附加轴承定子7可以布置在处理室20的外部，在其中处理晶圆110，同时具有晶圆110的转子3可以布置在处理室20内。在这方面，处理室20的空心圆柱部202设有通向处理室20的入口，例如，流体可以通过该入口从处理室20排出或引入至处理室20。此外，空心圆柱部202通常可用作进入处理室20的入口，例如用于连接到加热器、等离子体源、辐射源或传感器等的电源或信号线。也可将空心圆柱部202用于将冷却剂供应到处理室20中或从处理室20中排出冷却剂。
转子3包括固定器120，以将晶圆110保持或固定在转子3上。固定器120包括多个支撑臂121，从圆周方向看，它们等距地分布在转子3上。在本文描述的实施例中，提供了八个基本相同的支撑臂121。每个支撑臂121布置在转子3的连接元件35上并且固定到连接元件35，使得每个支撑臂121以抗扭矩的方式连接到连接元件35并且因此也以抗扭矩的方式连接到转子3上。所有支撑臂121也可以是连接元件35的整体部分，即连接元件35与所有支撑臂121一体设计。
每个实施例中，每个支撑臂121分别从连接元件35径向向外延伸并且在转子3的轴承环34上方。每个支撑臂121的径向外置的端部设计成接收晶圆110。为此目的，每个支撑臂121的径向外置的端部可以各自具有用于晶圆110的止动件或凹部或不同构造的固定机构，使得晶圆110可以通过支撑臂121的整体保持在转子3上或固定在转子3上。支撑臂121的径向外置的端部位于圆上，该圆的直径对应于晶圆110的直径DK。
为了处理晶圆110或其表面111，将晶圆110插入固定器120中，然后通过转子3旋转。
图22-图24中所示的旋转装置100的实施例特别适用于处理直径DK大于定子环71或轴承环34的外径的大晶圆110。
图25以透视图示出了根据本发明的用于处理图22-图24中所示的盘状主体的表面111的旋转装置100的实施例的变体。为了更好地理解，图26仍然示出该变体在轴向A上的透视截面图，并且图27示出该变体沿轴向A的截面示意图。
旋转装置100的变体与用于晶圆110的固定器120的设计不同。该变体设计用于较小的晶圆110，其外径DK小于轴承环34的内径。从圆周方向看，在连接元件上等距布置的支撑臂121在此分别设计为沿轴向A延伸的条形支撑臂121。
可以理解的是，根据本发明的用于处理盘状主体110的表面111的旋转装置100也可以设计有根据第二实施例(图7)设计的电磁旋转驱动器1，其中因此，定子环71在轴向A上与轴承环34间隔布置，特别是定子环71在轴承环34下方。
此外，本发明提出用于输送、混合或搅拌流体的旋转装置，其特征在于，旋转装置包括根据本发明设计的电磁旋转驱动器1，其中旋转驱动器1的转子3设计为旋转装置的转子3。
图28以透视图示出了根据本发明的旋转装置的实施例，其设计为混合装置。混合装置整体用附图标记200表示。为了更好地理解，图29仍然示出了混合装置200沿轴向A的透视截面图，并且图30示出了混合装置200沿轴向A的截面图。
在图28-图30所示的实施例中，混合装置200包括根据第二实施例(图7)设计的电磁旋转驱动器1，其中定子环71与轴承环34沿轴向A间隔布置。定子环71如图所示(图29，图30)以定子环71和轴承环34沿轴向A彼此对齐的方式布置在轴承环34下方。
转子3包括多个叶片210，用于混合或搅拌流体。本文描述的实施例中，设有总共四个叶片210，由此该数量具有示例性特征。所有叶片210布置在连接元件35上并且沿转子3的圆周方向等距布置。每个叶片210在径向上向外延伸并且以抗扭矩的方式连接到连接元件35并且因此还以抗扭矩的方式连接到转子3。叶片210可以是单独的部件，然后固定到连接元件35。当然，所有叶片210也可以是连接元件35的整体部分，即连接元件35与所有叶片210一体设计。具有叶片210的转子3形成混合装置200的动叶轮或叶轮，动叶轮或叶轮对流体或液体起作用。
一个有利的方面是，转子3设计为整体转子，因为它既是电磁旋转驱动器1的转子3又是混合装置200的转子3，流体可以通过该转子输送、混合或搅拌。总之，因此转子3实现三个功能：它是电磁驱动器的转子，它是磁悬浮的转子，并且它是对流体起作用的叶轮。这种作为一体式转子的设计提供了非常紧凑和节省空间的设计优势。
混合装置200还包括具有固定尺寸的底部221的混合罐220。在图28和图29中，仅示出了混合罐220的底部221。混合罐220用于接收待混合或待搅拌的一种或多种流体。除了固定尺寸的底部221之外，混合罐220还包括至少另一个壁223(图30)，其限定混合罐220。该壁223未在图28和图29中示出，但在图30中有示出。在这方面，壁223可以设计为固定尺寸的壁，其例如由塑料构成。然而，壁223也可以设计为柔性壁223并且优选地由塑料制成。然后，柔性壁223与固定尺寸的底部221一起形成用于接收待混合或待搅拌的物质的混合罐220，其中该混合罐220然后设计为柔性袋，例如塑料袋或化纤包，其可以折叠以便在储存期间占用尽可能小的空间。混合罐220的这种设计特别适用于一次性使用的应用，其中混合罐220与布置在其中的转子3仅按预期使用一次并且由用于另一应用的新混合罐代替。
应当理解，混合装置200或混合罐220也可以设计用于多种应用，即重复使用。对于多种应用，优选整个混合罐220设计成固定尺寸的。优选地，混合罐220然后由不锈钢制成，但也可以由塑料、玻璃或其他材料制成。
混合罐220的固定尺寸的底部221包括容纳罐222，以容纳旋转驱动器1的定子2。容纳罐222居中于底部221并位于转子3的环形有效磁芯31内，使得转子3的有效磁芯31在工作状态下围绕容纳罐222。为此目的，容纳罐222的尺寸设计成使得转子3的有效磁芯31或未示出的护套以尽可能小的间隙包围容纳罐222。
如图29和图30中特别示出的，在混合装置200中具有固定尺寸的底部221的容纳罐222设计和布置成使得容纳罐222布置在定子2的定子极21和转子3的有效磁芯31之间，以及固定尺寸的底部221一方面在有效磁芯31、连接元件35和转子3的轴承环34之间沿径向延伸，另一方面，在支撑体72和附加轴承定子7的定子环71之间沿径向延伸。在组装状态下，定子2和附加轴承定子7因此均布置在混合罐220的外部，而具有叶片210的转子3布置在混合罐220内。
混合装置200的这种设计也特别适合于包括一次性使用的部件的实施例。混合装置优选地具有设计用于一次性使用的一次性使用装置和设计用于多次使用的可再用装置。
术语“一次性使用装置”和具有“一次性使用的”组件的其它组合物是指那些设计用于一次性使用的组件或部件，即它们只能按预期使用一次然后丢弃。对于新应用，必须使用之前未使用过的一次性使用部件。因此，当配置或设计一次性使用装置时，一次性使用的装置可以尽可能容易地与可再用装置组合以形成混合装置200。因此，一次性使用装置应该能够非常容易地更换而不需要高的装配成本。特别优选地，一次性使用装置应该能够与可再用装置组装在一起并与之分离，而无需使用工具。
在混合装置200中，一次性使用装置包括内部具有转子3的混合罐220，并且可再用装置包括定子2和附加轴承定子7。
关于一次性使用装置和可再用装置的最简单的可能的设计和最简单的可能的组装或分离，有利的是，根据第二实施例(图7)设计旋转驱动器1，其中定子环71沿轴向A与轴承环34间隔布置。这样，混合罐220可以以非常简单的方式与定子2和附加轴承定子7组装在一起并与之分离。为了组装，仅需要将容纳罐222放置在定子2上并且混合装置200准备好投入使用。使用后，混合罐210可以容易地再次与定子2和附加轴承定子7分离。
应理解，整个混合装置200也可以设计为可再用装置，即用于多次使用。通过这种设计，混合罐220，特别是其中布置有转子3的混合罐220，也设计用于多次使用。
设计为混合装置200的旋转装置尤其可用于制药工业和生物技术工业。混合装置200特别适用于这样的应用，其中与待混合物质接触的组分具有非常高的纯度或无菌是必要的。混合装置200也可以设计为生物反应器或发酵罐。然而，应当理解，混合装置200不限于这种设计，也通常可以设计为可以混合或搅拌介质或物质的混合装置200。特别地，这些物质可以是流体或固体，优选粉末。混合装置200适用于相互混合流体和/或将至少一种流体与粉末或其他固体混合和/或将气体与流体和/或固体混合。
应当理解，根据本发明的用于输送、混合或搅拌流体的旋转装置200也可以设计有电磁旋转驱动器1，其根据第一实施例(图3)设计，其中定子环71与轴承环34同心设置，使得定子环71围绕轴承环34。

Claims (15)

1.一种电磁旋转驱动器，其设计为外转子，具有转子(3)，转子(3)包括围绕定子(2)布置并具有磁中心平面(C)的环形有效磁芯(31)，其中定子(2)设计为轴承和驱动定子，利用所述驱动定子，在运行状态下，转子(3)可围绕限定轴向(A)的所期望的旋转轴非接触地磁驱动，并且利用所述驱动定子，转子(3)相对于定子(2)非接触地磁悬浮，其中转子(3)在垂直于轴向(A)的径向平面中主动磁悬浮，并且在轴向(A)上被动磁稳并且抗倾斜，其特征在于，转子(3)包括有效磁轴承环(34)，所述有效磁轴承环(34)径向外置并与转子(3)的有效磁芯(31)间隔开，并且附加轴承定子(7)具有用于与轴承环(34)相互作用的有效磁定子环(71)，其中附加轴承定子(7)设计和布置成使得定子环(71)被动磁稳化转子(3)以抗倾斜，并且其中轴承环(34)通过由低渗透性材料制成的连接元件(35)连接到转子(3)的有效磁芯(31)。
2.根据权利要求1所述的旋转驱动器，其中转子(3)的轴承环(34)和附加轴承定子(7)的定子环(71)各包含至少一个永磁体(341，711)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的旋转驱动器，其中转子(3)的轴承环(34)设置在转子(3)的有效磁芯(31)的磁中心平面(C)中。
4.根据权利要求1或2所述的旋转驱动器，其中轴承环(34)相对于轴向(A)以不同于零的距离(D)布置在转子(3)的有效磁芯(31)的磁中心平面(C)上，且其中所述距离(D)最多为轴承环(34)的内径(LR)的四分之一，优选最多为轴承环(34)的内径(LR)的五分之一。
5.根据上述权利要求中任一项所述的旋转驱动器，其中附加轴承定子(7)的定子环(71)与转子(3)的轴承环(34)同心布置，使得定子环(71)环绕径向外设的轴承环(34)。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的旋转驱动器，其中附加轴承定子(7)的定子环(71)相对于轴向(A)与转子(3)的轴承环(34)间隔布置，并且其中定子环(71)优选地具有与轴承环(34)相同的内径(SR)。
7.根据上述权利要求中任一项所述的旋转驱动器，其中连接元件(35)具有盘状设计，并可选地具有多个凹槽(351)。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的旋转驱动器，其中连接元件(35)包括多个辐条(352)，每个辐条(352)沿径向在转子(3)的有效磁芯(31)和转子(3)的有效磁轴承环(34)之间延伸。
9.根据上述权利要求中任一项所述的旋转驱动器，其中定子环(71)和轴承环(34)均由永磁材料组成，并且均设计为具有多个永磁体(341，711)的分段。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的旋转驱动器，其中定子环(71)和轴承环(34)各自沿轴向(A)磁化，定子环(71)的磁化方向与轴承环(34)的磁化方向相反。
11.根据权利要求2-9中任一项所述的旋转驱动器，其中定子环(71)和轴承环(34)各自沿径向磁化，定子环(71)的磁化方向和轴承环(34)的磁化方向相同，并且优选地定子环(71)的磁化方向和轴承环(34)的磁化方向均径向向外。
12.根据权利要求2-9中任一项所述的旋转驱动器，其中，定子环(71)沿轴向(A)磁化，轴承环(34)沿径向磁化，或定子环(71)沿径向磁化，轴承环(34)沿轴向(A)磁化。
13.一种用于处理盘状主体(110)的表面(111)的旋转装置，通过所述旋转装置，主体(110)可旋转以进行处理，其特征在于，旋转装置(100)包括根据权利要求1至12中任一项设计的电磁旋转驱动器(1)，其中转子(3)包括用于盘状主体(110)的固定器(120)。
14.一种用于输送、混合或搅拌流体的旋转装置，其特征在于，旋转装置(200)包括根据权利要求1至12中任一项设计的电磁旋转驱动器(1)，其中旋转驱动器(1)的转子(3)设计为旋转装置(200)的转子(3)。
15.根据权利要求14所述的旋转装置，其中所述转子(3)具有多个用于混合或搅拌流体的叶片(210)，所述叶片布置在所述连接元件(35)上。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113236671A (zh) * 2021-06-04 2021-08-10 湖南大学 一种基于pzt堆栈的新型主动磁气混合轴承
CN114653276A (zh) * 2022-04-07 2022-06-24 浙江微流纳米生物技术有限公司 一种在线中空磁力搅拌器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102317055B1 (ko) * 2013-09-30 2021-10-26 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 캡슐화된 광 배리어를 갖는 지지체 링
EP3595137A1 (de) * 2018-07-12 2020-01-15 Levitronix GmbH Elektromagnetischer drehantrieb und rotationsvorrichtung
US20220260078A1 (en) * 2021-02-18 2022-08-18 Levitronix Gmbh Cross-flow fan
CN112994525B (zh) * 2021-02-26 2022-04-08 河南理工大学 一种超导-永磁混合磁悬浮低温盘式潜液泵
CN113502181B (zh) * 2021-05-19 2022-10-14 兆丰(重庆)科技有限公司 一种石墨烯改性工艺

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08178011A (ja) * 1994-12-28 1996-07-12 Koyo Seiko Co Ltd フライホイール装置
US5686772A (en) * 1994-01-19 1997-11-11 Alcatel Cit Magnetic bearing and an assembly comprising a stator portion and a rotor portion suspended via such a bearing
US6015272A (en) * 1996-06-26 2000-01-18 University Of Pittsburgh Magnetically suspended miniature fluid pump and method of designing the same
US20060097595A1 (en) * 2004-10-05 2006-05-11 Alstom Transport Sa Rotor for an electric motor and corresponding electric motor
US20100282528A1 (en) * 2009-05-05 2010-11-11 Yoram Palti Electro-Mechanical Battery
JP2012060754A (ja) * 2010-09-08 2012-03-22 Ebara Corp 磁気浮上型回転導入機

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06133494A (ja) * 1992-10-14 1994-05-13 Fuji Xerox Co Ltd 動圧スピンドルモータ
US5598048A (en) * 1994-08-12 1997-01-28 Seagate Technology, Inc. Integrated passive magnetic bearing system and spindle magnet for use in an axial magnet spindle motor
FR2728738B1 (fr) * 1994-12-26 1997-01-31 Cit Alcatel Ensemble tournant comportant notamment des moyens de sustentation radiaux et une butee axiale magnetique
US6100618A (en) 1995-04-03 2000-08-08 Sulzer Electronics Ag Rotary machine with an electromagnetic rotary drive
US6053705A (en) 1996-09-10 2000-04-25 Sulzer Electronics Ag Rotary pump and process to operate it
DE59712591D1 (de) * 1997-08-25 2006-05-04 Levitronix Llc Magnetgelagerte Rotationsanordnung
US6717311B2 (en) * 2001-06-14 2004-04-06 Mohawk Innovative Technology, Inc. Combination magnetic radial and thrust bearing
US6794777B1 (en) * 2003-12-19 2004-09-21 Richard Benito Fradella Robust minimal-loss flywheel systems
JP2007020387A (ja) * 2005-06-07 2007-01-25 Maguneo Giken:Kk 超伝導非接触回転装置
US7832922B2 (en) 2007-11-30 2010-11-16 Levitronix Gmbh Mixing apparatus and container for such
CN204186531U (zh) 2014-09-01 2015-03-04 江苏大学 一种新型内转子五自由度磁悬浮垂直轴风力发电机
EP3115616B1 (de) * 2015-07-06 2022-09-07 Levitronix GmbH Elektromagnetischer drehantrieb
CN106208545B (zh) * 2016-09-13 2018-05-15 彭希南 非晶合金铁心体永磁无刷直流电机
US10947986B2 (en) * 2018-07-11 2021-03-16 Ch Biomedical (Usa) Inc. Compact centrifugal pump with magnetically suspended impeller
EP3595137A1 (de) * 2018-07-12 2020-01-15 Levitronix GmbH Elektromagnetischer drehantrieb und rotationsvorrichtung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686772A (en) * 1994-01-19 1997-11-11 Alcatel Cit Magnetic bearing and an assembly comprising a stator portion and a rotor portion suspended via such a bearing
JPH08178011A (ja) * 1994-12-28 1996-07-12 Koyo Seiko Co Ltd フライホイール装置
US6015272A (en) * 1996-06-26 2000-01-18 University Of Pittsburgh Magnetically suspended miniature fluid pump and method of designing the same
US20060097595A1 (en) * 2004-10-05 2006-05-11 Alstom Transport Sa Rotor for an electric motor and corresponding electric motor
US20100282528A1 (en) * 2009-05-05 2010-11-11 Yoram Palti Electro-Mechanical Battery
JP2012060754A (ja) * 2010-09-08 2012-03-22 Ebara Corp 磁気浮上型回転導入機

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113236671A (zh) * 2021-06-04 2021-08-10 湖南大学 一种基于pzt堆栈的新型主动磁气混合轴承
CN113236671B (zh) * 2021-06-04 2022-03-22 湖南大学 一种基于pzt堆栈的主动磁气混合轴承
CN114653276A (zh) * 2022-04-07 2022-06-24 浙江微流纳米生物技术有限公司 一种在线中空磁力搅拌器
CN114653276B (zh) * 2022-04-07 2023-07-04 浙江微流纳米生物技术有限公司 一种在线中空磁力搅拌器

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