本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨(dú)立專(zhuān)利權(quán)利要求的前序部分的磁懸浮裝置，且涉及一種具有此類(lèi)磁懸浮裝置的離心泵。

背景技術(shù)：

1、用于轉(zhuǎn)子的非接觸式磁承載的磁軸承裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：它們不需要用于轉(zhuǎn)子的機(jī)械軸承。轉(zhuǎn)子借助于磁軸承裝置的定子生成的磁力來(lái)支承或穩(wěn)定。由于沒(méi)有機(jī)械軸承，此類(lèi)磁軸承裝置特別適合用于泵送、混合、離心或攪拌裝置，利用其來(lái)輸送非常敏感的物質(zhì)，例如血泵，或用于在純度方面有非常高的要求，例如在制藥行業(yè)或生物技術(shù)行業(yè)中，或利用其來(lái)輸送會(huì)非?？焖俚仄茐臋C(jī)械軸承的磨蝕性或侵蝕性物質(zhì)，例如半導(dǎo)體行業(yè)中用于漿料、硫酸、磷酸或其它化學(xué)品的泵或混合器。

2、在生物技術(shù)行業(yè)中，此類(lèi)磁軸承裝置例如與生物反應(yīng)器結(jié)合使用，例如在用于將流體輸送進(jìn)或輸送出生物反應(yīng)器的離心泵中，或在混合生物反應(yīng)器中的流體的混合裝置中。在半導(dǎo)體行業(yè)中，此類(lèi)磁軸承裝置不僅用于輸送侵蝕性或磨蝕性物質(zhì)，而且例如用于旋轉(zhuǎn)裝置(利用其來(lái)旋轉(zhuǎn)晶片)。

3、使用磁軸承裝置來(lái)用于粘度計(jì)也是已知的。

4、本來(lái)已知的一種磁軸承裝置的有利設(shè)計(jì)是以廟宇(temple)構(gòu)造的設(shè)計(jì)，本發(fā)明也涉及該設(shè)計(jì)。

5、該廟宇構(gòu)造的特有特征在于，磁軸承裝置的定子具有多個(gè)線圈芯，線圈芯中的每個(gè)包括從第一端沿軸向方向延伸到第二端的縱向腿。此處，軸向方向是指通過(guò)由磁軸承裝置支承的轉(zhuǎn)子的期望的旋轉(zhuǎn)軸線所限定的那個(gè)方向。期望的旋轉(zhuǎn)軸線是當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子在居中且非傾斜的位置中時(shí)轉(zhuǎn)子在操作狀態(tài)下圍繞其旋轉(zhuǎn)的那個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線。除了縱向腿之外，每個(gè)線圈芯包括橫向腿，該橫向腿在每種情況下布置在縱向腿的第二端處，且該橫向腿沿徑向方向—通常朝向內(nèi)側(cè)—延伸，其中，徑向方向垂直于軸向方向。因此，橫向腿基本上與縱向腿成直角延伸。線圈芯各自具有l(wèi)形，其中，橫向腿形成l的短腿。待支承的轉(zhuǎn)子然后布置在橫向腿之間。

6、沿軸向方向延伸的并且讓人聯(lián)想到廟宇的柱的多個(gè)縱向腿使該構(gòu)造得名。

7、在一種設(shè)計(jì)中，磁軸承裝置的定子例如具有六個(gè)線圈芯，這些線圈芯圍繞轉(zhuǎn)子可插入到其中的杯形凹部呈圓形且等距地布置?？v向腿的第一端通常通過(guò)背鐵沿周向方向連接，背鐵用于傳導(dǎo)磁通。待支承的轉(zhuǎn)子包括磁有效芯，例如永磁盤(pán)或永磁環(huán)，該磁有效芯布置在橫向腿的徑向內(nèi)端之間，且在操作狀態(tài)下圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)，其中，轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子在不接觸的情況下受磁支承。

8、對(duì)于此類(lèi)磁軸承裝置，轉(zhuǎn)子的磁有效芯不一定必須以永磁方式設(shè)計(jì)。還已知其中轉(zhuǎn)子的磁有效芯以無(wú)永磁(即，沒(méi)有永磁體)的方式設(shè)計(jì)的此類(lèi)設(shè)計(jì)。然后，轉(zhuǎn)子的磁有效芯例如以鐵磁方式設(shè)計(jì)且由例如鐵、鎳鐵、鈷鐵、硅鐵、高導(dǎo)磁合金或另一鐵磁材料制成。

9、此外，其中轉(zhuǎn)子的磁有效芯包括鐵磁材料和永磁材料兩者的設(shè)計(jì)是可能的。例如，可將永磁體放置或插入到鐵磁基體中。例如，如果人們希望通過(guò)節(jié)省永磁材料來(lái)降低大轉(zhuǎn)子的成本，則此類(lèi)設(shè)計(jì)是有利的。

10、縱向腿載有繞組，以生成轉(zhuǎn)子的非接觸式磁承載所需的電磁場(chǎng)。例如，繞組設(shè)計(jì)成使得一個(gè)集中繞組圍繞每個(gè)縱向腿纏繞，即，每個(gè)集中繞組的線圈軸線在每種情況下沿軸向方向延伸。此處，對(duì)于廟宇構(gòu)造來(lái)說(shuō)，典型的是集中繞組的線圈軸線沿軸向方向延伸，且集中繞組不布置在徑向平面中，在操作狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子的磁有效芯在徑向平面中受支承。

11、其中正好一個(gè)集中繞組布置在每個(gè)縱向腿上的設(shè)計(jì)是可能的。在其它設(shè)計(jì)中，若干個(gè)(例如正好兩個(gè))集中繞組設(shè)在每個(gè)縱向腿上。其中繞組設(shè)置成圍繞沿周向方向相鄰的兩個(gè)縱向腿纏繞使得這兩個(gè)相鄰的縱向腿兩者位于集中繞組的內(nèi)部中的設(shè)計(jì)也是可能的。

12、對(duì)于轉(zhuǎn)子的可靠且安全的非接觸式磁軸承來(lái)說(shuō)，非常重要的是在每種情況下高準(zhǔn)確性地了解轉(zhuǎn)子在徑向平面中的當(dāng)前位置，使得可將轉(zhuǎn)子在徑向平面中的位置調(diào)節(jié)到期望位置。為確定轉(zhuǎn)子位置，(例如從wo2014/036419中)已知，在磁軸承裝置中布置多個(gè)磁場(chǎng)傳感器，例如霍爾傳感器，使得它們圍繞轉(zhuǎn)子的磁有效芯布置。然后從磁場(chǎng)傳感器的信號(hào)中盡可能準(zhǔn)確地確定轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置。然而，由于磁場(chǎng)傳感器在它們相應(yīng)的位置處檢測(cè)所有磁場(chǎng)，即例如也檢測(cè)定子磁場(chǎng)，因此通常非常難以從磁場(chǎng)傳感器的信號(hào)中確定轉(zhuǎn)子在徑向平面中的準(zhǔn)確位置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、從該現(xiàn)有技術(shù)水平出發(fā)，本發(fā)明的目標(biāo)因此是提出一種磁懸浮裝置，其用于具有環(huán)形或盤(pán)形磁有效芯的轉(zhuǎn)子的非接觸式磁懸浮，其中轉(zhuǎn)子位置可借助于磁場(chǎng)傳感器可靠地且以非常高的準(zhǔn)確性確定。此外，本發(fā)明的目標(biāo)是提出一種具有此類(lèi)磁懸浮裝置的離心泵。

2、滿足該目標(biāo)的本發(fā)明的主題由獨(dú)立專(zhuān)利權(quán)利要求的特征來(lái)表征。

3、根據(jù)本發(fā)明，因此提出一種用于轉(zhuǎn)子的非接觸式磁懸浮的磁懸浮裝置，轉(zhuǎn)子包括盤(pán)形或環(huán)形磁有效芯，其中，磁懸浮裝置具有定子，該定子包括多個(gè)線圈芯，線圈芯中的每個(gè)包括從第一端沿軸向方向延伸到第二端的縱向腿，以及布置在縱向腿的第二端處且沿垂直于軸向方向的徑向方向延伸的橫向腿，其中，至少一個(gè)集中繞組設(shè)在每個(gè)縱向腿處，該繞組圍繞相應(yīng)的縱向腿，其中，定子還具有杯形凹部，轉(zhuǎn)子可插入到該杯形凹部中，其中，杯形凹部布置在定子的軸向端處，其中，橫向腿圍繞杯形凹部布置，且其中，用于確定轉(zhuǎn)子位置的多個(gè)磁場(chǎng)傳感器圍繞杯形凹部布置。為磁場(chǎng)傳感器提供環(huán)形保持裝置，該環(huán)形保持裝置具有用于每個(gè)磁場(chǎng)傳感器的腔，該腔相對(duì)于徑向方向由內(nèi)側(cè)壁和由外側(cè)壁界定，其中，磁場(chǎng)傳感器可推動(dòng)到腔中，且其中，腔尺寸設(shè)定成使得內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁平靠在磁場(chǎng)傳感器上。

4、由于提供環(huán)形保持器(該環(huán)形保持器具有用于每個(gè)磁場(chǎng)傳感器的腔，該腔尺寸設(shè)定成使得內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁平靠在磁場(chǎng)傳感器上)的事實(shí)，以極為高的準(zhǔn)確性了解磁場(chǎng)傳感器的相應(yīng)位置。特別地，以高準(zhǔn)確性了解磁場(chǎng)傳感器相對(duì)于杯形凹部的位置，其使得能夠非常精確地確定轉(zhuǎn)子在杯形凹部中的位置。特別地，相應(yīng)磁場(chǎng)傳感器的位置僅由腔的位置限定，且不取決于例如磁場(chǎng)傳感器如何焊接到電路板或如何膠合到結(jié)構(gòu)。即使通過(guò)諸如焊接或膠合之類(lèi)的連接來(lái)確定磁場(chǎng)傳感器的位置，這大體上導(dǎo)致放置不準(zhǔn)確，這對(duì)轉(zhuǎn)子位置確定的準(zhǔn)確性產(chǎn)生負(fù)面影響。由于在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，焊接或膠合連接不能影響磁場(chǎng)傳感器的位置，因此這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置確定的非常高的準(zhǔn)確性。

5、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，電路板相對(duì)于軸向方向布置在繞組與橫向腿之間，所有磁場(chǎng)傳感器布置在該電路板上，且保持裝置設(shè)計(jì)成用于接收該電路板。這具有以下優(yōu)點(diǎn)：可首先將所有磁場(chǎng)傳感器連接到電路板，由此，在電路板上創(chuàng)建用于控制磁場(chǎng)傳感器和用于接收測(cè)量信號(hào)的電連接。隨后，將連接有磁場(chǎng)傳感器的電路板然后插入到保持裝置中，其中，磁場(chǎng)傳感器推動(dòng)到腔中。最后，電路板例如借助于螺紋件和/或借助于灌注到保持裝置中的灌封化合物而牢固地連接到保持裝置。

6、此處，優(yōu)選的是，保持裝置具有其上設(shè)有肩部的環(huán)形邊緣，其中，肩部相對(duì)于邊緣徑向向內(nèi)布置，且其中，電路板靠在肩部上。因此，該肩部為電路板形成支承，使得它可以以非常簡(jiǎn)單的方式放置在保持裝置中。

7、此外，優(yōu)選的是，邊緣設(shè)計(jì)成使得它相對(duì)于軸向方向突出超過(guò)電路板。由于這種措施，故有可能用灌封化合物灌注保持裝置，其中，電路板完全由灌封化合物覆蓋。

8、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，保持裝置具有用于每個(gè)線圈芯的單獨(dú)凹口，該凹口包圍線圈芯且接收線圈芯的橫向腿。

9、在該情況下，有利的是，每個(gè)腔相對(duì)于周向方向布置在兩個(gè)相鄰的凹口之間。這使得有可能每個(gè)磁場(chǎng)傳感器在每種情況下相對(duì)于周向方向布置在兩個(gè)相鄰的線圈芯之間。

10、根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施例，正好六個(gè)線圈芯設(shè)在磁懸浮裝置中。

11、此外，優(yōu)選的是，磁懸浮裝置包括正好六個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其優(yōu)選地圍繞杯形凹部等距布置。

12、在優(yōu)選的實(shí)施例中，保持裝置利用第一灌封化合物填充，使得電路板由灌封化合物完全覆蓋。第一灌封化合物特別優(yōu)選地為軟灌封化合物。在該申請(qǐng)的上下文中，軟灌封化合物意指肖氏硬度d小于40的灌封化合物。例如，硅樹(shù)脂或聚氨酯適合作為第一灌封化合物。

13、根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施例，其上布置有繞組的線圈芯布置在殼體中，該殼體灌注有第二灌封化合物，其中，第二灌封化合物是熱傳導(dǎo)灌封化合物。該第二熱傳導(dǎo)灌封化合物是硬熱灌封化合物，例如環(huán)氧樹(shù)脂。結(jié)果，第一灌封化合物和第二熱灌封化合物彼此不同。在磁懸浮裝置的操作期間，可能出現(xiàn)強(qiáng)烈且頻繁的溫度波動(dòng)，特別是在其中布置有磁場(chǎng)傳感器的保持裝置的區(qū)域中。軟灌封化合物更能抵抗此類(lèi)波動(dòng)。因此，軟灌封化合物對(duì)于灌注保持裝置是優(yōu)選的，其比灌注殼體所用的硬灌封化合物更軟。特別是包圍線圈芯和布置在其上的繞組的第二灌封化合物優(yōu)選地具有特別良好的熱傳導(dǎo)性，以盡可能高效地散發(fā)生成的熱，例如由銅損失和鐵損失生成的熱。為了實(shí)現(xiàn)高的熱傳導(dǎo)性，優(yōu)選地向第二熱灌封化合物添加具有良好熱傳導(dǎo)性的填充材料，例如石墨粉、碳纖維、碳納米管、氧化鋁粉末、氮化硼粉末或其它陶瓷粉末。這些填充材料改進(jìn)熱傳導(dǎo)性，但也引起硬化灌封化合物的硬度更高。因此，第二熱灌封化合物具有比第一灌封化合物更大的硬度，特別為更大的肖氏硬度d。

14、就盡可能準(zhǔn)確地定位磁場(chǎng)傳感器來(lái)說(shuō)，有利的是，為每個(gè)腔設(shè)置單獨(dú)的引導(dǎo)元件，該引導(dǎo)元件形成由其界定腔的內(nèi)側(cè)壁或外側(cè)壁。此類(lèi)單獨(dú)的引導(dǎo)元件通常比整個(gè)保持裝置更容易以非常高的準(zhǔn)確性制造，整個(gè)保持裝置例如借助于注射模制工藝來(lái)制造。為了形成用于磁場(chǎng)傳感器的腔，將單獨(dú)的引導(dǎo)元件沿軸向方向插入為了該目的提供的保持裝置中的凹部中，使得它然后形成相對(duì)于徑向方向界定腔的內(nèi)側(cè)壁或外側(cè)壁。優(yōu)選地，單獨(dú)的引導(dǎo)元件以形狀鎖定的方式(例如借助于壓配合)連接到保持裝置。

15、優(yōu)選地，定子具有容納罐，該容納罐形成定子的軸向端，其中，容納罐具有杯形凹部，轉(zhuǎn)子可插入到該杯形凹部中，且其中，容納罐徑向向外地環(huán)繞保持裝置。在該優(yōu)選實(shí)施例中，容納罐優(yōu)選地設(shè)計(jì)為單獨(dú)的容納罐，其具有杯形凹部。特別地出于構(gòu)造的原因，優(yōu)選的是容納罐徑向向外地環(huán)繞第二保持裝置。在該情況下，第二保持裝置的軸向端區(qū)域布置在容納罐內(nèi)側(cè)且當(dāng)沿周向方向觀察時(shí)由它完全包圍。

16、優(yōu)選地，保持裝置由塑料制成。例如，保持裝置設(shè)計(jì)為借助于注射模制工藝制造的注射模制部分。

17、此外，優(yōu)選的是，容納罐由塑料制成。容納罐也可設(shè)計(jì)為注射模制部分。

18、根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，磁懸浮裝置具有殼體，該殼體包括相對(duì)于軸向方向彼此相鄰布置的定子殼體和控制殼體，其中，定子殼體設(shè)計(jì)成用于接收其上布置有集中繞組的線圈芯，且控制殼體設(shè)計(jì)成用于接收控制單元，該控制單元用于控制繞組且為繞組供應(yīng)電能以用于生成電磁場(chǎng)。

19、優(yōu)選地，殼體設(shè)計(jì)成使得其上布置有集中繞組的線圈芯可在沿軸向方向的第一安裝方向上插入到定子殼體中，且控制單元可在第二安裝方向上插入到控制殼體中，其中，第一安裝方向指向與第二安裝方向相反的方向。殼體優(yōu)選地具有彼此分離的兩個(gè)區(qū)域，其中區(qū)域中的一個(gè)形成定子殼體，且另一個(gè)形成控制殼體。例如，這兩個(gè)區(qū)域可由具有通路(例如用于電氣連接)的壁彼此分離。然后，殼體優(yōu)選地相對(duì)于周向方向設(shè)計(jì)為一件。

20、根據(jù)特別優(yōu)選的實(shí)施例，磁懸浮裝置的定子設(shè)計(jì)成生成轉(zhuǎn)矩，利用該轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子可在不接觸的情況下磁驅(qū)動(dòng)以用于圍繞軸向方向旋轉(zhuǎn)。

21、此外，由本發(fā)明提出一種用于輸送流體的離心泵，該離心泵包括根據(jù)本發(fā)明的磁懸浮裝置，以及具有磁有效芯的轉(zhuǎn)子，其中，轉(zhuǎn)子可插入到容納罐的杯形凹部中，且其中，轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為離心泵的轉(zhuǎn)子。

22、本發(fā)明的另外的有利措施和實(shí)施例從從屬權(quán)利要求中清晰明了。