CN115917935A - 旋转驱动装置以及泵 - Google Patents

Abstract

一种泵，具备转子(20)、磁性轴承(10)以及对转子进行旋转驱动的驱动部(30)；磁性轴承，具备：轴承定子(12)，环状的轴承转子部件(11)；驱动部，具有：驱动定子(32)和环状的驱动转子部件(31)；轴承定子,具有：配置在轴承转子部件的外周侧并且与轴承转子部件一起形成磁回路的由磁性材料形成的多个轴承定子磁芯(17)，和卷绕在轴承定子磁芯上的轴承线圈(18)；所述轴承定子磁芯，具有：在与面对轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸的第1部分(17a)，和从第1部分的第1方向上的两个端部开始朝向轴承转子部件一侧延伸的一对第2部分(17b)；轴承线圈，卷绕在轴承定子磁芯的所述第1部分上，驱动定子，穿过转子的外周面与轴承定子磁芯的第1部分之间，并且穿过轴承定子磁芯的一对第2部分之间的第1方向上的位置而形成。

Description

旋转驱动装置以及泵

技术领域

本发明涉及一种使用磁性轴承的旋转驱动装置以及泵。

背景技术

已知有通过磁性力非接触地对泵装置的叶轮的荷重等进行支承的磁性轴承，和对叶轮进行旋转驱动的驱动部(例如，参照专利文献1)。如图12所示，这样的磁性轴承200，例如由在具备叶轮200a的转子201上设置的轴承转子部件206，以及固定于外壳体209的轴承定子202构成。

另外，在磁性轴承200的径方向上的内侧，组装有驱动部300，该驱动部300由设置在转子201上的永久磁铁组301和设置在外壳体209上的空芯线圈组302构成。转子201，被磁性轴承200支承的同时，在驱动部300的作用下进行旋转动作。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－121157号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在这样的磁性轴承200中，通过在构成轴承定子202的コ字型的定子磁芯204与轴承转子部件206所形成的磁回路中穿过的磁通φ，对转子201施加朝向规定位置的复原力。另外，通过在由永久磁铁组301和空芯线圈组302形成的磁回路中穿过的磁通φ，将作用于空芯线圈组302的洛伦兹力的反作用力施加于永久磁铁组301，发挥对转子201的旋转力的作用。

但是，由于具有在转子201的径方向的外侧配置磁性轴承200的轴承定子202，并且在径方向的内侧配置驱动部300的空芯线圈组302，又并且在转子201上配置轴承转子部件206以及永久磁铁组301的结构，因此，当作为包含磁性轴承200以及驱动部300的旋转驱动装置来看时，径方向上的尺寸减小具有大致的限度，例如在将该旋转驱动装置应用于泵装置的情况下，存在难以实现泵装置整体的小型化的问题。

本发明，鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种可抑制包含磁性轴承以及驱动部的径方向上的尺寸且能够实现小型化的旋转驱动装置以及泵。

解决技术问题的方法

本发明的旋转驱动装置，具备：转子，通过磁性力非接触地支承所述转子的磁性轴承，对所述转子进行旋转驱动的驱动部，其特征在于，所述磁性轴承，具备：轴承定子，配置在所述转子的外周侧并且通过磁性力非接触地支承所述转子；由磁性材料形成的环状的轴承转子部件，设置于所述转子并且与所述轴承定子一起形成磁回路，所述驱动部，具有：驱动定子，配置在所述转子的外周侧并且对所述转子施加旋转驱动力；环状的驱动转子部件，配置在所述转子的所述轴承转子部件的外周侧并且接收来自所述驱动定子的旋转驱动力，所述轴承定子，具有：由磁性材料形成的多个轴承定子磁芯，配置在所述轴承转子部件的外周侧并且与所述轴承转子部件一起形成磁回路；卷绕在所述轴承定子磁芯上的轴承线圈，所述轴承定子磁芯，具有：第1部分，在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸；一对第2部分，从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，所述轴承线圈，卷绕在所述轴承定子磁芯的所述第1部分上，所述驱动定子，穿过所述转子的外周面与所述轴承定子磁芯的所述第1部分之间，并且穿过所述轴承定子磁芯的所述一对第2部分之间的所述第1方向上的位置而形成。

在本发明的一实施方式中，所述轴承定子磁芯，形成为还具有一对第3部分，该一对第3部分从所述一对第2部分的所述轴承转子部件一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸之后，朝向所述轴承转子部件一侧延伸。

在本发明的另一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的轴承磁铁；圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，所述一对磁轭，具有：一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且沿着所述第1方向延伸；一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承磁铁相反的那一侧的端部开始朝向所述轴承定子一侧延伸；并且，在所述一对第5部分的在所述第1方向上相对的面之间配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承。

在本发明的再一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的轴承磁铁；配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁的圆环状的一对磁轭，所述一对磁轭，具有：一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且朝向与所述轴承定子相对的方向延伸；一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承定子相反的那一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，并且，在所述一对第4部分的、比所述轴承磁铁更靠近所述轴承定子一侧的在所述第1方向上相对的面之间，配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承，在所述第5部分与所述轴承磁铁之间形成有第1间隙，在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间设有第2间隙。

在本发明的又一实施方式中，所述轴承定子，在所述轴承转子部件的径方向上的外侧沿着所述轴承转子部件的周方向配置有多个，并且各个所述轴承定子分别在径方向上与所述轴承转子部件相对。

在本发明的又一实施方式中，所述驱动定子，具有由磁性材料形成的圆环状的驱动定子磁芯和卷绕在所述驱动定子磁芯的槽中的驱动线圈，所述驱动定子磁芯从径向方向的外侧与所述驱动转子部件相对，并且沿着所述驱动转子部件的周方向具有多个磁极。

本发明的泵，具备包括转子、通过磁性力非接触地支承所述转子的磁性轴承、对所述转子进行旋转驱动的驱动部、和安装在所述转子上的叶轮的泵机构，所述泵的特征在于，所述磁性轴承，具备：轴承定子，配置在所述转子的外周侧并且通过磁性力非接触地支承所述转子；由磁性材料形成的环状的轴承转子部件，设置于所述转子并且与所述轴承定子一起形成磁回路，所述驱动部，具有：驱动定子，配置在所述转子的外周侧并且对所述转子施加旋转驱动力；环状的驱动转子部件，配置在所述转子的所述轴承转子部件的外周侧并且接收来自所述驱动定子的旋转驱动力，所述轴承定子，具有：由磁性材料形成的多个轴承定子磁芯，配置在所述轴承转子部件的外周侧并且与所述轴承转子部件一起形成磁回路；卷绕在所述轴承定子磁芯上的轴承线圈，所述轴承定子磁芯，具有：第1部分，在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸；一对第2部分，从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，并且，所述轴承线圈，卷绕在所述轴承定子磁芯的所述第1部分上，所述驱动定子，穿过所述转子的外周面与所述轴承定子磁芯的所述第1部分之间，并且穿过所述轴承定子磁芯的所述一对第2部分之间的所述第1方向上的位置而形成。

在本发明的一实施方式中，所述轴承定子磁芯，形成为还具有一对第3部分，该一对第3部分从所述一对第2部分的所述轴承转子部件一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸之后，朝向所述轴承转子部件一侧延伸。

在本发明的另一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的轴承磁铁；圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，所述一对磁轭，具有：一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且沿着所述第1方向延伸；一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承磁铁相反的那一侧的端部开始朝向所述轴承定子侧延伸；并且，在所述一对第5部分的在所述第1方向上相对的面之间，配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承。

在本发明的再一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的轴承磁铁；圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，所述一对磁轭，具有：一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且朝向与所述轴承定子相对的方向延伸；一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承定子相反的那一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，并且，在所述一对第4部分的、比所述轴承磁铁更靠近所述轴承定子一侧的在所述第1方向上相对的面之间，配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承，在所述第5部分与所述轴承磁铁之间形成有第1间隙，在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。

在本发明的又一实施方式中，所述轴承定子，在所述轴承转子部件的径方向上的外侧沿着所述轴承转子部件的周方向配置有多个，并且各个所述轴承定子分别在径方向上与所述轴承转子部件相对。

在本发明的又一实施方式中，所述驱动定子，所述驱动定子具有由磁性材料形成的圆环状的驱动定子磁芯和卷绕在所述驱动定子磁芯的槽中的驱动线圈，所述驱动定子磁芯从径向方向的外侧与所述驱动转子部件相对，并且沿着所述驱动转子部件的周方向具有多个磁极。

发明的效果

根据本发明，可抑制包含磁性轴承以及驱动部在内的径方向上的尺寸且能够实现小型化。

附图说明

图1是示意性地示出应用了本发明的第1实施方式的旋转驱动装置的泵的整体结构的纵剖面图。

图2是示意性地示出该旋转驱动装置的放大纵剖面图。

图3A是示意性地示出该旋转驱动装置的整体结构的俯视图。

图3B是示意性地示出该旋转驱动装置的驱动部的整体结构的俯视图。

图4是将该旋转驱动装置的整体结构切除一部分且示意性地示出的立体图。

图5是将该旋转驱动装置的转子的轴承/转子部的整体结构切除一部分且示意性地示出的立体图。

图6是部分透视且示意性地示出应用了该旋转驱动装置的其他的泵的整体结构的立体图。

图7是示意性地示出本发明的第2实施方式的旋转驱动装置的放大纵剖面图。

图8是示意性地示出该旋转驱动装置的整体结构的俯视图。

图9是示意性地示出本发明的第3实施方式的旋转驱动装置的放大纵剖面图。

图10是示意性地示出本发明的第4实施方式的旋转驱动装置的驱动部的附视图。

图11A是示意性地示出应用了本发明的第5实施方式的旋转驱动装置的泵的整体结构的纵剖面图。

图11B是示意性地示出该旋转驱动装置的驱动部的俯视图。

图12是示意性地示出现有的磁性轴承以及驱动部的整体结构的纵剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式的旋转驱动装置以及泵进行详细说明。但是，以下的实施方式，不对各个权利要求所涉及的发明进行任何限定，另外，并非实施方式中所说明的特征的组合的特征的组合全部都是发明的解决方式所必须的。另外，在以下的实施方式中，相同或者相当的构成要素，标记了相同的附图标记并省略了重复说明。另外，在实施方式中，存在夸张地示出各构成要素的比例和尺寸的情况，以及省略一部分构成要素的情况。

[第1实施方式]

[旋转驱动装置以及泵的结构]

图1是示意性地示出应用了第1实施方式的旋转驱动装置90的泵100的整体结构的纵剖面图。图2是示意性地示出旋转驱动装置90的放大纵剖面图，图3A是示意性地示出旋转驱动装置90的整体结构的俯视图，图3B是示意性地示出驱动部30的整体结构的俯视图。另外，图4是将旋转驱动装置90的整体结构切除一部分且示意性地示出的立体图，图5是将旋转驱动装置90的转子20的轴承/转子部21的整体结构切除一部分且示意性地示出的立体图。

如图1～图5所示，第1实施方式的泵100，具备：转子20，通过磁性力非接触地对该转子20进行支承的磁性轴承10，对转子20进行旋转驱动的驱动部30。另外，泵100具备：包括安装在转子20上的叶轮22的泵机构，和对泵机构整体进行控制的控制部60。需要说明的是，虽然在该示例中示出了泵100，但是这些转子20、磁性轴承10以及驱动部30，如果仅仅关注非接触地支承转子20且对其进行旋转驱动的功能，那么如图3A以及图4所示，能够理解成使用磁性轴承10的旋转驱动装置(Bearingless Motor：无轴承马达)90。并且，在该旋转驱动装置90中，如果仅仅关注对转子20进行旋转驱动的功能，那么如图3B所示，驱动部30能够理解成马达装置(Brushless Motor：无刷马达)。

需要说明的是，在下文的说明中，将转子20的旋转轴(Z轴)方向称作Z轴方向(也称作轴向方向、Z方向。)，将转子20的径向称作X轴方向以及Y轴方向(也称作径向方向、X方向以及Y方向。)，将环绕X轴的旋转方向称作Θ方向，将环绕Y轴的旋转方向称作Φ方向。另外，X轴、Y轴以及Z轴彼此正交。另外，将朝向图1的纸面的右侧称作泵100的前方侧，将左侧称作后方侧。

泵100，例如整体形成为圆筒状，在Z轴方向上的一侧(前方侧)具有前壳41。前壳41，其内部形成有泵室A1，并且在前方中央具有与泵室A1连通的圆筒状的吸入口51。另外，前壳41，在侧面具有与相同的泵室A1连通的排出口52。

在前壳41的后端，例如在使用O形环41a进行密封的状态下与后壳42进行连接。后壳42与前壳41共同形成包含泵室A1的密闭空间A。另外，后壳42中形成有朝向后方突出的圆筒状空间(收容空间)A2。

后壳42的后方侧的径向方向上的外侧(外周侧)，被圆筒状的外壳体43包覆。在外壳体43的下部，设置有对泵100进行支承的泵支座43a。另外，外壳体43的后方侧，被将控制部60收纳在内部空间的后盖29覆盖。在后盖29的中央，形成有与控制部60连接的线束等的插通孔29a，该插通孔29a的后方侧连接有缆线接头28。

转子20以能够悬浮(非接触支承)的状态收纳在密闭空间A中。转子20，例如整体用树脂材料等非磁性体形成，由设置在作为Z轴方向上的一端的前方侧的叶轮22、和设置在作为Z轴方向上的另一端的后方侧的环状的轴承/转子部21一体地形成。叶轮22，被收纳在前壳41的内部的泵室A1中，与该泵室A1共同构成泵机构。

另一方面，后壳42具有前方的凸缘部42a、和从该凸缘部42a的中央朝向后方突出的圆筒状突出部42b，轴承/转子部21，被收纳在后壳42的圆筒状突出部42b的内部的圆筒状空间A2中。在外壳体43的内侧，设置有圆筒状的定子支座44。定子支座44，在后壳42的凸缘部42a以及圆筒状突出部42b的外周面之间，形成了围绕圆筒状空间A2的环状空间A3。并且，在该环状空间A3中，设置有下文所述的轴承定子12以及作为驱动定子的马达定子32。

磁性轴承10具有：安装在转子20的轴承/转子部21的内周侧的、环状的、由磁性材料形成的轴承转子部件11，和例如与轴承转子部件11隔着规定的间隔地配置在该轴承转子部件11的径向方向上的外侧的轴承定子12。

轴承转子部件11，例如如图5所示，具有：由成型为圆环状的钕磁铁形成的轴承磁铁13；与该轴承磁铁13同心，并且以在轴向方向上夹着轴承磁铁13的轴向方向(Z轴方向)上的两端面的方式进行配置的、由圆环状的电磁软铁形成的一对磁轭14、15。

轴承磁铁13，例如磁化成在轴向方向上N极以及S极相对，并且周方向的整周成为同极。需要说明的是，轴承磁铁13，如图2所示，给轴承转子部件11以及轴承定子12的下文所述的轴承定子磁芯17所形成的磁回路提供偏置磁通φ1。

另一方面，例如如图3A以及图3B所示，在轴承转子部件11的周方向上的4个位置间隔90°的角度配置有多个轴承定子12。这些轴承定子12中的、例如在X轴方向上相对的一对轴承定子12(12x)，通过控制部60的控制，对转子20的X轴方向上的位置以及Φ方向上的角度进行控制，在Y轴方向上相对的一对轴承定子12(12y)，对转子20的Y轴方向上的位置以及Θ方向上的角度进行控制。另外，这些轴承定子12(12x，12y)，对转子20的Z轴方向上的高度进行控制。

需要说明的是，在定子支座44上，能够检测出轴承转子部件11的径向方向以及各旋转方向上的位移的位移传感器16，以与轴承定子12分别成45°的角度(即，分别以45°的角度与X轴方向以及Y轴方向交叉)的方式，配置有多个(例如，这里为4个)。

这些位移传感器16，例如可列举电涡流式的传感器，但不限于此，能够采用各种传感器。另外，轴承定子12的个数，不限于上文所述的个数，例如能够采用6个、8个、10个、12个、16个等各种方式。此外，在位移传感器中，虽然省略了图示，但是还包含有以在轴向方向上与轴承/转子部21相对的方式，与上述的位移传感器16一起例如设置在定子支座44等上，并且能够检测出轴承转子部件11等在轴向方向以及旋转方向上的位移的传感器。需要说明的是，位移传感器16等的配置状态和个数，不限于此，能够采用各种方式。

轴承定子12具有：例如由层叠电磁钢板等磁性材料形成的轴承定子磁芯17，和卷绕在轴承定子磁芯17上的轴承线圈18。轴承定子磁芯17的纵剖面形状，是轴承转子部件11一侧形成开放端的大致C字型(コ字型)。具体地，如图2所示，轴承定子磁芯17，其纵剖面形状例如包含：沿着与面对轴承转子部件11的方向(径方向)垂直的第1方向(本示例中为Z轴方向)延伸的第1部分17a，和从该第1部分17a的Z轴方向上的两个端部开始朝向轴承转子部件11一侧延伸的一对第2部分17b。需要说明的是，在第1部分17a上卷绕有轴承线圈18。

需要说明的是，如图3A所示，虽然轴承转子部件11的外周面构成为曲面，但是轴承定子磁芯17的磁极面17d(参照图2)形成为平面。具体地，磁极面17d，在沿着X轴方向或者Y轴方向以及Z轴方向延伸的同一平面上形成。通常，在轴承定子磁芯17的磁极面17d构成为沿着轴承转子部件11的外周面的曲面的情况下，磁场的偏置磁通φ1会集中于磁极面17d的周方向上的端部。与之相反，如果磁极面17d形成为平面，则能够防止这样的偏置磁通φ1的集中。

另一方面，轴承转子部件11的一对磁轭14、15例如形成为其纵剖面形状包括：覆盖轴承磁铁13的第1方向上的两个端面并且沿着第1方向延伸的一对第4部分14a、15a，从一对第4部分14a、15a的与轴承磁铁13相反的一侧的端部开始朝向轴承定子12那一侧延伸的一对第5部分14b、15b。

驱动部30，具有：环状的作为驱动转子部件的马达磁铁31，配置在转子20的轴承/转子部21的外周侧，即轴承转子部件11的轴承磁铁13的径向方向(径方向)上的外侧；作为驱动定子的马达定子32，例如与该马达磁铁31隔着规定的距离，配置在该马达磁铁31的径向方向上的外侧。马达定子32对转子20施加旋转驱动力，马达磁铁31接收来自马达定子32的旋转驱动力。

马达磁铁31，例如由在径向方向上磁化成4极的钕磁铁形成。马达磁铁31配置成，通过在一对磁轭14、15的一对第5部分14b、15b的在第1方向上的相对的面之间配置的圆环状的垫片19，以与一对磁轭14、15以及轴承磁铁13非接触的方式被支承，并且被收纳在轴承转子部件11的径向方向上的尺寸(直径)L1之内。需要说明的是，垫片19，通过非磁性体的树脂材料或金属材料形成。

马达定子32具有由磁性材料形成的圆环状的马达定子磁芯33，马达定子磁芯33从径向方向上的外侧与马达磁铁31相对，并且具有沿着马达磁铁31的周方向的多个磁极。马达定子磁芯33，例如具备沿着马达磁铁31的外周面并且具有凹状的磁极面的6个槽。另外，马达定子32，具有卷绕在该马达定子磁芯33的各个槽中且作为驱动线圈的马达线圈34。马达定子32形成为环状，该环状穿过转子20的外周面与轴承定子磁芯17的第1部分17a之间、并且穿过轴承定子磁芯17的一对第2部分17b之间的Z方向上的位置。即，马达定子32，在轴承定子12的轴承线圈18的径向方向上的内侧，以收纳在轴承定子12的径向方向上的尺寸L2内的方式，配置在轴承定子磁芯17的一对第2部分17b之间。另外，如图3A以及图3B所示，为了检测出轴承转子部件11绕Z轴的旋转角度，在马达定子32的周方向上在相邻的4个槽之间间隔60°的角度设置有3个霍尔集成电路(Hall IC)16a。需要说明的是，霍尔集成电路16a的配置状态以及个数，不限于此，能够采用各种方式。

并且，如此构成的马达定子32，如图3B所示，以U相、V相以及W相的三相6槽、4极的有传感器无刷马达(Sensored Brushless Motor)的定子的方式构成，对包含产生磁通φ2并进行磁性耦合的马达磁铁31的转子20进行旋转驱动。需要说明的是，在除了图1之外的附图中，对轴承/转子部21的周围进行包覆的非磁性体，省略了图示。另外，驱动部30，不限于上文所述的三相6槽、4极的无刷马达，例如能够采用具有10极的马达磁铁31和12槽的马达定子磁芯33的马达定子32所形成的结构，以及具有14极的马达磁铁31和12槽的马达定子磁芯33的马达定子32所形成的结构等。需要说明的是，驱动部30，在无传感器无刷马达(Sensorless Brushless Motor)的情况下，例如也可以不具备霍尔集成电路16a。

控制部60，例如具有：第1基板61，例如是对磁性轴承10的轴承线圈18以及驱动部30的马达线圈34进行驱动的、具备MOS－FET等的驱动基板；第2基板62，例如是对磁性轴承10以及驱动部30进行控制的CPU基板等；以及第3基板63，例如是对来自各种传感器的信号进行处理的编码器基板等。控制部60，基于来自包含上文所述的位移传感器16的全部位移传感器的电压变化等检测信号，通过第3基板63检测出转子20的各个方向以及各个旋转方向上的位移，与之对应地第2基板62对流过磁性轴承10的轴承定子12的轴承线圈18的电流进行精细的控制。由此，能够对转子20的X轴方向上的位置以及Φ方向上的角度、Y轴方向上的位置以及Θ方向上的角度、以及Z轴方向上的高度实时地进行控制并且对转子20的旋转位置进行校正。另外，控制部60，基于来自霍尔集成电路16a的检测信号，通过第2基板62检测出磁场变化，并且对驱动部30的马达定子32的马达线圈34中流通的电流进行精细的控制，例如通过第1基板61对转子20的旋转动作进行控制。

[旋转驱动装置以及泵的动作]

接着，对应用了如上述构成的旋转驱动装置90的泵100的动作进行说明。

在上述的结构的泵100中，磁性轴承10的磁回路与驱动部30的磁回路彼此独立，不会相互干涉。即，如图2以及图3A所示，由磁性轴承10形成的磁通φ1所通过的磁回路，沿着与转子20的旋转轴Z平行的XZ平面以及YZ平面形成。另一方面，如图2以及图3B所示，驱动部30形成的磁通φ2所通过的磁回路，沿着与转子20的旋转轴Z正交的XY平面形成。马达定子32，以穿过轴承定子磁芯17的一对第2部分17b之间的方式形成为环状，并且，马达磁铁31配置成比轴承转子部件11更靠进外周侧，因此磁性轴承10的磁回路，形成为围绕着驱动部30的磁回路的外侧。

控制部60，为了对使用位移传感器16等检测出的转子20在XYZ轴的各个轴方向上的位移以及Φ方向以及Θ方向上的倾斜进行校正，如上文所述对轴承线圈18中流动的电流进行控制，并且对轴承线圈18产生的控制磁通进行调节。由此，转子20，能够通过磁性轴承10被维持在规定位置以及规定姿势，并且以非接触状态被磁性轴承10支承。

若在该状态下给驱动部30的马达定子32的马达线圈34提供三相交流电力，那么三相无刷马达会进行动作，转子20沿着规定的旋转方向进行旋转。若转子20进行旋转，则叶轮22在密闭空间A内非接触地进行旋转，因此输送流体经过吸入口51被导入泵室A1内，并通过排出口52从泵室A1内向外部排出输送流体。

[实施方式的效果]

根据使用了本实施方式的旋转驱动装置90的泵100，磁性轴承10的轴承定子12和驱动部30的马达定子32被配置在转子20的外侧，并且马达定子32被配置在磁性轴承10的轴承定子磁芯17的内侧空间中。因此，不需要将定子配置在转子20的内侧，与现有的相比能够缩小旋转驱动装置90整体在径向方向上的尺寸(直径)Lr。

另外，由于轴承定子磁芯17在Z轴方向上的尺寸，被设置成能够在一对第2部分17b之间容纳马达定子32的程度，因此与马达定子32不存在的情况相比，也不会更长。但是，轴承定子12的轴承线圈18，卷绕在轴承定子磁芯17的沿Z轴方向延伸的第1部分17a上，并且在Z轴方向上没有突出，因此旋转驱动装置90整体在Z轴方向上的寸法Lh，能够与轴承定子磁芯17在Z轴方向上的高度是相同尺寸。因此，能够将旋转驱动装置90整体在Z轴方向上的寸法Lh抑制成仅仅比现有的尺寸略微增大的程度。因此,可最大限度地抑制包含磁性轴承10以及驱动部30的旋转驱动装置90在径向方向以及轴向方向上尺寸，作为整体能够实现充分的小型化。

具体地，例如在将现有的旋转驱动装置在径向方向上的尺寸记做100％的情况下，旋转驱动装置90在径向方向上的尺寸Lr能够设为约70％左右，与现有的旋转驱动装置在Z轴方向上的尺寸(高度)相比，能够将旋转驱动装置90在Z轴方向上的尺寸Lh的的增加抑制为约1.1倍左右。因此，采用了旋转驱动装置90的泵100整体也能够实现小型化。并且，在如此构成的旋转驱动装置90中，磁性轴承10在Z方向上的两侧对转子20进行支承，并且驱动部30在转子20的Z方向上的正中进行驱动，因此对转子20施加的驱动力的平衡性非常好。另外，磁性轴承10与驱动部30不会对彼此的磁回路产生影响，因此两者不会对彼此的性能产生妨碍。

进一步，由于轴承定子12与马达定子32在转子20的外侧，并且，马达定子32以被轴承定子磁芯17横跨轴向方向上的两侧的方式配置在轴承定子磁芯17的内侧空间中，因此，与使用2个二轴的磁性轴承以四轴以上的方式对驱动部30的轴向方向上的两端进行支承的结构之通常的旋转驱动装置相比，结构简单且便宜，能够实现轻量化以及小型化。与此同时，由于通过二轴控制的磁性轴承10对转子20的磁性悬浮进行控制，因此控制结构不会复杂化，能够使得控制系统的电路结构简单化，例如可减少发热体(轴承线圈18、第1基板61的MOS－FET等)，能够使得控制部60的结构和基板设计等简单化。需要说明的是，在本实施方式的泵100的情况下，由于在转子20的一侧配置有叶轮22，因此在转子20相对于Z轴倾斜的情况下，转子20会以Z轴上的靠近叶轮22的位置为旋转中心进行倾斜。因此，只要将位移传感器16配置在远离叶轮22的位置，优选地配置在轴承/转子部21在Z轴方向上的中央的位置，就能够通过位移传感器16，检测转子20在X轴方向上的位置以及Φ方向上的角度，在Y轴方向上的位置以及Θ方向上的角度，因此对于旋转轴的倾斜，也能够通过二轴控制进行充分的控制。

[应用了旋转驱动装置的其他泵的结构]

图6是部分透视且示意性地示出应用了旋转驱动装置90的其他的泵101的整体结构的立体图。如图6所示，泵101，将旋转驱动装置90的与叶轮22一体化的转子20，例如插入在带凸缘配管102的内部，在带凸缘配管102的设置转子20的位置的外周侧，配置驱动部30的马达定子32以及磁性轴承10的轴承定子12。即，转子20，由于通过磁性轴承10进行磁性悬浮，并且在内侧没有配置马达定子32，因此能够容易地配置在带凸缘配管102内。另外，对转子20进行支承以及驱动的轴承定子12以及马达定子32，安装在带凸缘配管102的外侧即可。通过这样的结构，不需要带凸缘配管102的复杂的加工和泵装置的设置工作等，并且例如还能够利用泵101作为配管材料的一部分。

[第2实施方式]

[旋转驱动装置的其他结构]

图7是示意性地示出第2实施方式的旋转驱动装置90A的放大纵剖面图，图8是示意性地示出旋转驱动装置90A的整体结构的俯视图。需要说明的是，在包含图7以及图8的下文的说明中，与第1实施方式相同的构成要素附以相同的附图标记，因此在下文中省略重复的说明。

第2实施方式的旋转驱动装置90A，在磁性轴承10的轴承定子12的轴承定子磁芯17的例如纵剖面形状不同这一点上，不同于第1实施方式的旋转驱动装置90。即，轴承定子磁芯17形成为，除了上文所述的第1部分17a以及第2部分17b之外，其纵剖面形状还包含一对第3部分17c，该一对第3部分17c从一对第2部分17b的轴承转子部件11侧的端部开始沿着第1方向(在该情况下为Z轴方向)朝向彼此接近的方向延伸之后，朝向轴承转子部件11侧延伸。

换言之，在轴承定子磁芯17的纵剖面形状中，在本来从卷绕有轴承线圈18的第1部分17a的Z轴方向上的两端开始朝向轴承转子部件11延伸的C字形状的开放端部分(例如，参照图12)，具有一对钥匙型形状部分，并且具有开放端彼此接近的形状。

若轴承定子磁芯17是这样的形状，则能够使得轴承线圈18在Z轴方向上的长度l，比轴承定子磁芯17的开放端一侧的一对第3部分17c在Z轴方向上相对的面之间的距离La更大。另外，能够使得轴承定子磁芯17的开放端一侧的宽度，即一对第3部分17c的与Z轴方向上的相对的面相反的那一侧的面之间的距离Lb，比轴承定子磁芯17本来在Z轴方向上的长度(即，旋转驱动装置90A在Z轴方向上的尺寸)Lh更小，并且与轴承转子部件11在Z轴方向上的长度Lc大致相等。需要说明的是，驱动部30的马达定子32，从轴承定子磁芯17的一对第2部分17b之间开始到一对第3部分17c之间为止进行配置。

本文中，通常已知，现有的磁性轴承200(参照图12)产生的复原力，例如是轴承定子202的定子磁芯204的长度与轴承转子部件206的轴向方向上的厚度Lf越大致相等，并且尽可能地越薄，则复原力越大。另一方面，磁通φ通过轴承定子202的线圈205进行控制，为了提高响应性，优选线圈205的电感尽可能地小。

该线圈205的电感，与线圈205的剖面面积S成比例，与线圈长度l成反比，因此为了提高线圈205的响应性，需要以减小线圈205的剖面面积S且增大线圈205的长度l的方式，在定子磁芯204上卷绕线圈205。

但是，若线圈长度l变长，则转子201的轴承转子部件206的轴向方向上的厚度Lf也会增大，因此转子201的复原力会降低，特别地转子201倾斜时复原力矩会降低，并且轴向方向上的磁性轴承200的尺寸会变大。

这里，如上文所述，轴承定子12的开放端(第3部分17c)的Z轴方向上的长度Lb与轴承转子部件11的Z轴方向上的长度Lc越大致相等，且轴承转子部件11的Z轴方向上的长度Lc越短，则转子20的磁性轴承10产生的位置以及倾斜的复原力越大。这一点，与图12所示的现有的C字形状的定子磁芯204相比，根据第2实施方式的旋转驱动装置90A的磁性轴承10，能够使得开放端的与轴承转子部件11相对的部分(第3部分17c)在Z轴方向上的长度Lb变短。

因此，能够在维持轴承线圈18的圈数N的同时，使得轴承转子部件11在Z轴方向上的长度Lc比现有的更短，因此能够实现轴承转子部件11在Z轴方向上的小型化，并且能够确保充分的复原力。另一方面，如上文所述，为了提高磁性轴承10的响应性，需要轴承线圈18的电感尽可能地小。这一点，根据第2实施方式的磁性轴承10，由于能够充分地确保轴承定子磁芯17的可用于卷绕轴承线圈18的第1部分17a的长度Ld，因此能够增长轴承线圈18的Z轴方向上的长度l，并且减小轴承线圈18的剖面面积S，能够抑制轴承线圈18的电感并且提高响应性。需要说明的是，为了使得轴承磁铁13的吸引力最大化，优选轴承定子磁芯17的各个第3部分17c(突极)在Z轴方向上的宽度，与磁轭14、15在Z轴方向上的厚度大致相等。

根据该第2实施方式的旋转驱动装置90A，能够起到与第1实施方式的旋转驱动装置90相同的作用效果，并且能够进一步减小轴承转子部件11的轴向方向上的尺寸。因此，促进了轴承/转子部21的小型化，进而促进转子20的小型化，作为整体能够实现进一步的小型化。

[第3实施方式]

[旋转驱动装置的其他结构]

图9是示意性地示出第3实施方式的旋转驱动装置90A的放大纵剖面图。

第3实施方式的旋转驱动装置90B，如图9所示，磁性轴承10的轴承转子部件11的结构、以及马达定子32的形状和在轴承定子磁芯17的内侧空间的配置状态，不同于第2实施方式的旋转驱动装置90A。

即，轴承转子部件11，例如，在具有圆环状的轴承磁铁13、以及与该轴承磁铁13同心地以在轴向方向上的两侧对轴承磁铁13进行夹持的方式配置的圆环状的一对磁轭14、15的点上是相同的，但是细节不同。在第3实施方式中，一对磁轭14、15，例如其纵剖面形状是轴承定子12一侧为开放端并且Z轴方向上的正中央断开的大致コ字型。

具体地，一对磁轭14、15的纵剖面形状是，具有：一对第4部分14a、15a，对轴承磁铁13在第1方向(这里，为Z轴方向)上的两个端面进行覆盖并且沿着与Z轴方向正交的第2方向(这里，为径向方向(X轴方向))延伸的；一对第5部分14b、15b，从该一对第4部分14a、15a的与轴承定子12相反一侧的端部开始朝向在Z轴方向上彼此接近的方向延伸。第4部分14a、15a的内周部，比轴承磁铁13的内周部以及外周部更朝向内侧以及外侧突出。

在第4部分14a、15a的比轴承磁铁13更靠近轴承定子12一侧的、在第1方向上的相对的面之间，通过圆环状的垫片19被磁轭14、15以及轴承磁铁13以非接触的方式被支承的马达磁铁31，配置成收纳在轴承转子部件11的尺寸(直径)L1内，并且在第5部分14b、15b与轴承磁铁13之间形成有第1间隙g1。另外，在该一对第5部分14b、15b的相对的顶端部之间，设有第2间隙g2。

如果轴承转子部件11是这样的形状，那么能够通过第1间隙g1防止轴承磁铁13的两个磁极过于接近第5部分14b、15b，因此能够将轴承磁铁13产生的偏置磁通φ1稳定地提供给轴承定子12。另外，由与磁阻抗较大的轴承磁铁13并联的磁阻抗较小的第5部分14b、15b形成了磁回路，因此轴承线圈18所产生的控制磁通φ3能够尽可能无损失地通过轴承转子部件11。但是，如果没有第2间隙g2，轴承磁铁13的两个磁极会通过第5部分14b、15b而形成短路，因此考虑到向轴承定子12侧稳定地提供偏置磁通φ1，与控制磁通束φ3所通过的磁回路的磁阻抗的平衡，优选对第2间隙g2的宽度进行适当的设置。

另一方面，在本实施方式中，不同于图7所示的结构，构成马达定子32的马达线圈34没有位于轴承定子磁芯17的第3部分17c之间，而是被收纳在第2部分17b之间的位置。并且，仅仅有马达定子磁芯33的朝向转子20延伸的顶端部，位于轴承定子磁芯17的第3部分17c之间。即，马达定子32，在轴承定子12的轴承线圈18的径向方向上的内侧，马达定子磁芯33以及马达线圈34被收纳在轴承定子磁芯17的一对第2部分17b之间，并且马达定子磁芯33的延伸部分配置在一对第3部分17c之间，并且马达定子32配置成收纳在轴承定子12的径向方向上的尺寸L2内。

根据该第3实施方式的旋转驱动装置90B，能够起到与第2实施方式的旋转驱动装置90A同样的作用效果，并且能够进一步减小轴承转子部件11的轴向方向上的尺寸，因此能够进一步促进轴承/转子部21以及转子20的小型化，能够进一步实现整体的小型化。

[第4实施方式]

图10是示意性地示出第4实施方式的旋转驱动装置90C的驱动部30的俯视图。

在该实施方式中，作为位移传感器16，在马达定子32的周方向上，在相邻的6个槽之间间隔60°的角度设置有由电涡流传感器等形成的6个位移传感器16。霍尔集成电路16a，配置在一部分的位移传感器16的附近。

当如此配置位移传感器16时，马达定子32的各个槽的位置与位移传感器16的位置不会产生干涉，因此能够将位移传感器16配置在轴承转子部件11的Z轴方向上的中央。由此，能够在合适的位置检测出转子20的径向方向上的位置偏移以及倾斜。

[第5实施方式]

图11A是示意性地示出应用了第5实施方式的旋转驱动装置90D的泵100A的整体结构的纵剖面图，图11B是示意性地示出旋转驱动装置90D的驱动部30的俯视图。

在该实施方式中，位移传感器16，在轴承转子部件11的内周侧，沿周方向间隔90°的角度配置有4个。即，后壳42的朝向后方延伸的圆筒状突出部42b，其中央具有朝向前方延伸的的圆筒状突出部42c，轴承转子部件11配置在通过圆筒状突出部42b以及圆筒状突出部42c形成的环状空间A4内。并且，在圆筒状突出部42c的内侧配置有4个位移传感器16。在该情况下，位移传感器16的配置场所不会被马达定子32限制，因此能够容易地将位移传感器16配置在轴承转子部件11的Z轴方向上的中央。

根据本实施方式，与第4实施方式同样地，能够将位移传感器16配置在轴承转子部件11的Z轴方向上的中央，因此能够在合适的位置检测出转子20的径向方向上的位置偏移以及倾斜。

以上，虽然说明了本发明的若干实施方式，但是这些实施方式，仅仅作为示例被提出，不意在限定本发明的范围。这些新颖的实施方式，能够以其他各种各样的方式进行实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形，也包含在发明的范围、要旨内，并且包含与发明请求的范围中记载的发明等同的范围内。

附图标记说明

10           磁性轴承

11           轴承转子部件

12           轴承定子

13           轴承磁铁

14、15        磁轭

16           位移传感器

17           轴承定子磁芯

17a          第1部分

17b          第2部分

17c          第3部分

18           轴承线圈

20           转子

30           驱动部

31           马达磁铁

32           马达定子

33           马达定子磁芯

34           马达线圈

90           旋转驱动装置

100          泵

Claims (12)

1.一种旋转驱动装置，具备：

转子；

磁性轴承，通过磁性力非接触地支承所述转子；

驱动部，对所述转子进行旋转驱动，

其特征在于，

所述磁性轴承，具备：

轴承定子，配置在所述转子的外周侧并且通过磁性力非接触地支承所述转子；

由磁性材料形成的环状的轴承转子部件，设置于所述转子并且与所述轴承定子一起形成磁回路，

所述驱动部，具有：

驱动定子，配置在所述转子的外周侧并且对所述转子施加旋转驱动力；

环状的驱动转子部件，配置在所述转子的所述轴承转子部件的外周侧并且接收来自所述驱动定子的旋转驱动力，

所述轴承定子，具有：

由磁性材料形成的多个轴承定子磁芯，配置在所述轴承转子部件的外周侧并且与所述轴承转子部件一起形成磁回路；

卷绕在所述轴承定子磁芯上的轴承线圈，

所述轴承定子磁芯，具有：

第1部分，在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸；

一对第2部分，从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，并且，

所述轴承线圈，卷绕在所述轴承定子磁芯的所述第1部分上，

所述驱动定子，穿过所述转子的外周面与所述轴承定子磁芯的所述第1部分之间，并且穿过所述轴承定子磁芯的所述一对第2部分之间的所述第1方向上的位置而形成。

2.如权利要求1所述的旋转驱动装置，其特征在于，

所述轴承定子磁芯，形成为还具有一对第3部分，该一对第3部分从所述一对第2部分的所述轴承转子部件一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸之后，朝向所述轴承转子部件一侧延伸。

3.如权利要求1或2所述的旋转驱动装置，其特征在于，

所述轴承转子部件，具有：

圆环状的轴承磁铁；

圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，

所述一对磁轭，具有：

一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且沿着所述第1方向延伸；

一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承磁铁相反的那一侧的端部开始朝向所述轴承定子一侧延伸，并且，

在所述一对第5部分的在所述第1方向上相对的面之间配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承。

4.如权利要求1或2所述的旋转驱动装置，其特征在于，

所述轴承转子部件，具有：

圆环状的轴承磁铁；

圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，

所述一对磁轭，具有：

一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且朝向与所述轴承定子相对的方向延伸；

一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承定子相反的那一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，并且，

在所述一对第4部分的、比所述轴承磁铁更靠近所述轴承定子一侧的在所述第1方向上相对的面之间，配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承，

在所述第5部分与所述轴承磁铁之间形成有第1间隙，

在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。

5.如权利要求1～4中任一项所述的旋转驱动装置，其特征在于，

在所述轴承转子部件的径方向上的外侧沿着所述轴承转子部件的周方向配置有多个所述轴承定子，并且各个所述轴承定子分别在径方向上与所述轴承转子部件相对。

6.如权利要求1～5中任一项所述的旋转驱动装置，其特征在于，

所述驱动定子，具有由磁性材料形成的圆环状的驱动定子磁芯和卷绕在所述驱动定子磁芯的槽中的驱动线圈，所述驱动定子磁芯从径向方向的外侧与所述驱动转子部件相对，并且沿着所述驱动转子部件的周方向具有多个磁极。

7.一种泵，具备包括转子、通过磁性力非接触地支承所述转子的磁性轴承；对所述转子进行旋转驱动的驱动部、和安装在所述转子上的叶轮的泵机构，

其特征在于，

所述磁性轴承，具备：

轴承定子，配置在所述转子的外周侧并且通过磁性力非接触地支承所述转子；

由磁性材料形成的环状的轴承转子部件，设置于所述转子并且与所述轴承定子一起形成磁回路，

所述驱动部，具有：

驱动定子，配置在所述转子的外周侧并且对所述转子施加旋转驱动力；

环状的驱动转子部件，配置在所述转子的所述轴承转子部件的外周侧并且接收来自所述驱动定子的旋转驱动力，

所述轴承定子，具有：

由磁性材料形成的多个轴承定子磁芯，配置在所述轴承转子部件的外周侧并且与所述轴承转子部件一起形成磁回路；

卷绕在所述轴承定子磁芯上的轴承线圈，

所述轴承定子磁芯，具有：

第1部分，在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸；

一对第2部分，从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，并且，

所述轴承线圈，卷绕在所述轴承定子磁芯的所述第1部分上，

所述驱动定子，穿过所述转子的外周面与所述轴承定子磁芯的所述第1部分之间，并且穿过所述轴承定子磁芯的所述一对第2部分之间的所述第1方向上的位置而形成。

8.如权利要求7所述的泵，其特征在于，

所述轴承定子磁芯，形成为还具有一对第3部分，该一对第3部分从所述一对第2部分的所述轴承转子部件一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸之后，朝向所述轴承转子部件一侧延伸。

9.如权利要求7或8所述的泵，其特征在于，

所述轴承转子部件，具有：

圆环状的轴承磁铁；

圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，

所述一对磁轭，具有：

一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且沿着所述第1方向延伸；

一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承磁铁相反的那一侧的端部开始朝向所述轴承定子侧延伸，并且，

在所述一对第5部分的在所述第1方向上相对的面之间配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承。

10.如权利要求7或8所述的泵，其特征在于，

所述轴承转子部件，具有：

圆环状的轴承磁铁；

圆环状的一对磁轭，配置成在所述第1方向上夹持所述轴承磁铁，

所述一对磁轭，具有：

一对第4部分，对所述轴承磁铁的所述第1方向上的两个端面进行覆盖并且朝向与所述轴承定子相对的方向延伸；

一对第5部分，从所述一对第4部分的与所述轴承定子相反的那一侧的端部开始沿着所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，并且，

在所述一对第4部分的、比所述轴承磁铁更靠近所述轴承定子一侧的在所述第1方向上相对的面之间，配置有由非磁性体形成的垫片，所述垫片用于使得所述一对磁轭以及所述轴承磁铁对所述驱动转子部件进行非接触支承，

在所述第5部分与所述轴承磁铁之间形成有第1间隙，

在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。

11.如权利要求7～10中任一项所述的泵，其特征在于，

在所述轴承转子部件的径方向上的外侧沿着所述轴承转子部件的周方向配置有多个所述轴承定子，并且各个所述轴承定子分别在径方向上与所述轴承转子部件相对。

12.如权利要求7～11中任一项所述的泵，其特征在于，

所述驱动定子，具有由磁性材料形成的圆环状的驱动定子磁芯和卷绕在所述驱动定子磁芯的槽中的驱动线圈，所述驱动定子磁芯从径向方向的外侧与所述驱动转子部件相对，并且沿着所述驱动转子部件的周方向具有多个磁极。

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