(57)【要約】  本発明は、第１の磁気特性を呈する部分２１と第２の磁気特性を呈する部分２２を主方向において交互に連ねた形の素子である、電磁機械のための能動素子２０であって、前記部分２１及び２２の厚みに比して薄く、かつ、前記能動素子の外側表面の大部分を覆う非磁性被覆２５を有し、この被覆が、前記部分２１及び２２の少なくとも幾つかに締着されており、前記部分２１及び２２に加えられる磁力を機械的に伝達するための部材を形成するのに十分な強度を呈することを特徴とする能動素子を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁気特性を呈する部分（１１；２１；７１）と第２の磁気特性を呈する部分（１２；２２；７２）を主方向において交互に連ねた形の素子である、電磁機械のための能動素子（１０；２０；７０）において、
前記第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分の厚みに比して薄く、かつ、前記能動素子の外側表面の大部分を覆う非磁性被覆（１５；２５；７５）を有し、この被覆が、前記第１の部分及び前記第２の部分の少なくとも幾つかに締着されており、前記第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分に加えられる磁力を機械的に伝達するための部材を形成するのに十分な強度を呈することを特徴とする能動素子。
【請求項２】
前記第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分が棒部材（１１；１２；２１；２２）であり、これにより、前記能動素子がほぼ、前記棒部材の隣接し合う側面により形成された２つの向き合った大きい面を呈する板の形をなし、前記被覆（１５；２５）が前記大きい面の大部分を覆うべく延びていることを特徴とする請求項１に記載の能動素子。
【請求項３】
前記被覆が、前記能動素子の大きい面に装着された２つの薄壁（１５；２５）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の能動素子。
【請求項４】
前記第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分は、前記能動素子がほぼ周面を呈する棒部材の形をなすように円筒形セグメント（７１、７２）の形であり、前記被覆（７５）が前記周面の少なくとも大部分を覆うべく延びていることを特徴とする請求項１に記載の能動素子。
【請求項５】
前記被覆（７５）が、前記能動素子の周囲を延びている管状薄壁を備えていることを特徴とする請求項４に記載の能動素子。
【請求項６】
前記第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分と整列して延びている少なくとも１つの端部を有し、前記少なくとも１つの端部は、前記被覆に締着されており、これにより、前記第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分に加えられる磁力が前記被覆により前記端部に機械的に伝達されることを特徴とする請求項１に記載の能動素子。
【請求項７】
前記能動素子が僅かな隙間をもって機械の固定部分の中に摺動自在に受容されることにより、前記能動素子と前記固定部分との接触が可能になる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の、少なくとも１つの能動素子を有する電磁機械。
【請求項８】
２つの固定能動素子の間に１つの可動能動素子が位置し、前記２つの固定能動素子の間を前記能動素子が僅かな隙間をもって摺動することにより、対面する前記能動素子同士の接触が可能になるように相互配置された、請求項２に記載の複数の能動素子を有する電磁機械。
【請求項９】
前記被覆が低い摩擦係数を呈する少なくとも１つの表面層を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の電磁機械。
【請求項１０】
前記被覆全体が低い摩擦係数を呈する材料で作られていることを特徴とする請求項９に記載のリニア電磁機械。
【請求項１１】
請求項２に記載の能動素子を製作する方法において、
・第１の磁気特性を呈するシート（２６）において窓を切り抜く工程、又は、前記窓を空いたままにする工程と、
・前記窓の中に、第２の磁気特性を呈する部分を嵌め込む工程と、
・前記部分をほとんど覆うように前記シートの２つの面の一方に被覆を施す工程と、
・前記２つの窓の間にあるシート自体が前記能動素子の第１の磁気特性を呈する部分及び前記第２の磁気特性を呈する部分を形成するように前記シートの側縁を切り落とす工程とを備えている方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁機械のための能動素子、上記能動素子を製作する方法、及び、上記能動素子を有する電磁機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁機械としては、１つの摺動方向において互いに相対的に移動する２つの部品を有するリニア電磁機械が知られている。２つの部品のうち、摺動方向に延びている少なくとも１つが、各々、異なる磁気特性を持つ一連の部分から作り上げられた能動素子を有する。
【０００３】
可変リラクタンス機械では、各能動素子の一連の部分が、強磁性部分と非磁性部分を交互に並べた形である。永久磁石機械では、一方の部品の能動素子が、強磁性部分と非磁性部分を交互に並べた形であるのに対し、他方の部品の能動素子は、第１の方向で磁化された部分と第１の方向と反対の第２の方向で磁化された部分を交互に並べた磁化部品を備えている。
【０００４】
２つの部品は、電磁的に相互作用すべく配置されており、そのうちの１つが磁場を発生させるための手段と結合している。磁場発生により、両部品を摺動方向において互いに相対移動させようとする磁力が作られる。あるいは代わりに、２つの部品の間の相対運動を分け与えることによって機械を発電機として運転してもよい。
【０００５】
電磁機械の第１のタイプでは、能動素子を構成する複数の部分が板又は羽根の形をしている。２つの部品の能動素子は並列で、一方の部品の能動素子が他方の部品の２つの能動素子の間を延びるように（無論、最外の能動素子を除いて）互いにずらしたインタリーブド・コームを形成する。
【０００６】
仏国特許第２５８８１３３号公報の図５に示した実施例では、可動部品の能動素子を形成する部分が中央支持部の両側で延びている２つの小部分に分割されていて、中央支持部がこれら小部分をその一端部で保持し、これら小部分に加えられる磁力を吸収する。固定部品の能動素子を形成する部分も同様に２つの小部分に分割され、各々、その一端部で外側支持部により保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】仏国特許第２５８８１３３号公報
【０００８】
前記支持部は、製作が複雑で、小部分の各々をその一端部だけで受け止めている。これは、小部分が片持ち式に張り出していることを意味し、従って、小部分を受け止めている支持部から小部分を分離させようとする応力にさらされることを意味する。加えて、各小部分の、支持部と噛み合わされた端部は、向き合う能動素子の小部分との磁気的相互作用を持たないので、機械の運転に関与しない。加えて、中央支持部と外側支持部の存在が機械全体のサイズを増大させる。支持部は能動素子同士の磁気的相互作用に関与せず、貴重なスペースを占有し、機械の体積出力密度を制限しようとする。
【０００９】
専門家会議“Electrotechnique du futur, SUPELEC, December 9-10, 2003”において発表された論文“Actionneur lineaire synchrone machine a aimants permanents multi-tiges”（多ロッド形永久磁石を付けた同期リニアアクチュエータ）の中で描かれた通りの電磁機械の第２のタイプでは、可動部品の能動素子がロッドの形をなし、中央支持部に螺着された円筒形部分を備えている。中央支持部はこれらの部分を保持し、該部分に加えられる磁力を機械的に吸収し、ロッドを補剛する。
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】論文“Actionneur lineaire synchrone machine a aimants permanents multi-tiges”（多ロッド形永久磁石を付けた同期リニアアクチュエータ）
【００１１】
板を付けた場合と同様、中央支持部は磁気的相互作用に関与せず、貴重なスペースを占有し、機械の体積出力密度を制限しようとする。
【００１２】
仏国特許第２５８８１３３号公報で提案された通り、支持部を省略し、所与の能動素子の複数の部分を接着剤又はろう付けにより互いに結合させることは可能である。それでも、その方法は、複数の部分が互いに隣接し、かつ、ろう付け又は接着剤により互いに結合させるのに適していることを前提とする。そうであった場合、このようにして作られた結合部を通して磁力は機械的に引き寄せられる形で伝達されるが、これは、力学的な視点から理想的でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、より高い効率をもたらす新規な能動素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するため、電磁機械のための能動素子として、第１の磁気特性を呈する部分と第２の磁気特性を呈する部分を主方向において交互に連ねた形の素子を提供する。本発明によれば、能動素子は、第１の磁気特性を呈する部分と第２の磁気特性を呈する部分の厚みに比して薄く、かつ、能動素子の外側表面の大部分を覆う非磁性被覆を有し、この被覆が、第１の磁気特性を呈する部分と第２の磁気特性を呈する部分の幾つかに締着されており、第１の磁気特性を呈する部分と第２の磁気特性を呈する部分に加えられる磁力を機械的に伝達するための部材を形成するのに十分な強度を呈する。
【発明の効果】
【００１５】
そのため、この被覆は、薄いにも拘わらず能動素子を補剛するのに大いに寄与するように能動素子の外側、すなわち、断面二次モーメント最大のゾーンに置かれる。次いで、電磁的相互作用は被覆を通して行われる。
【００１６】
第１の磁気特性を呈する部分と第２の磁気特性を呈する部分に作用する磁力は、被覆により分けて機械的に伝達されるので、これは、力学的視点から大いに好ましい。従って、被覆は、極めてコンパクトな効果的な力伝達体を形成する。
【００１７】
従って、板又は羽根の形の能動素子に関して言えば、電磁的相互作用が行われる時に介在する能動素子の２つの大きい面をほぼ覆う２つの薄い壁を有する被覆を提供することが有利である。ロッドの形の能動素子に関して言えば、円筒形を覆う管状の薄い壁を備えている被覆を提供することが有利である。
【００１８】
本発明をより良く理解するため、以下、本発明の実施例を添付図面に則して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】板の形の能動素子を有する本発明の電磁機械の斜視図である。
【図２】図１に示した機械の能動素子の切取詳細図である。
【図３】図２に示した機械の別の能動素子の切取詳細図である。
【図４】図３に示した能動素子の製作中の図である。
【図５】図３に示した能動素子の別の実施例の製作中の図である。
【図６】ロッドの形の能動素子を有する本発明の電磁機械の斜視図である。
【図７】図５に示した機械の能動素子セグメントの部分切取詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を先ず、図１に示した機械のような、多重エアギャップを付けたリニア電磁機械に則して説明する。従来公知の方法で、この種の機械は、強磁性材料からなるケージ１を備え、これが、互いに１２０゜ずらして給電される３つのコイル２を受容する。このコイル２により発生させられた磁場は、内部で下記の能動素子が交互に延びているケージ１のアクティブゾーンにおいて伝達される。
・互いに平行に延び、ケージに相対して移動するのを阻止される固定板１０の形の能動素子（固定板には１つだけ参照番号が付けてある）。固定板１０は各々、下で図２に則して詳述する通り、一連の永久磁石を備えている。
・各々、互いに相対して複数のエアギャップを呈するように２つの固定板１０の間を延びている互いに平行な可動板２０の形の能動素子（可動板２０には１つだけ参照番号が付けてある）。可動板２０は各々、下で図３〜５に則して詳述する通り、一連の強磁性部分と非磁性部分を備えている。可動板２０は、可動板２０の全部を貫通するように延びているピン３０を使って互いに締着されている。可動板は、固定板１０と対面して摺動方向Ｘに摺動する。
【００２１】
図２に示した通り、各固定板１０は、第１の方向に向けられた永久磁石１１と、その第１の方向と反対の第２の方向に向けられた永久磁石１２を交互に配した形で備え、その向きは永久磁石の端部に描かれた矢印で表されている通りである。永久磁石１１及び１２は互いに接触する棒部材で、相異なる磁気特性を持つ一連の部分を形成する。本発明の本質的態様によれば、各固定板１０は薄い非磁性壁１５を有し、これが、固定板１０の両側でその大きい面にわたって延び、また、例えば接着剤により永久磁石１１及び１２に締着されている。大きい表面は、棒部材の隣接し合う側壁から作り上げられている。
【００２２】
本実施例では、永久磁石１１及び１２は約１ミリメートル（ｍｍ）の厚みを有し、他方、薄壁１５は０．１ｍｍの厚みを有する。薄壁１５は黄銅で作られている。
【００２３】
薄壁１５は、永久磁石１１及び１２を支持する極めてコンパクトな手段を形成する。次いで、永久磁石１１及び１２は、その高さ全体にわたって、薄壁１５を通して該永久磁石と対面する可動板２０と電磁的に相互作用することができるので、全部の磁石が可動板２０の表面に機械的力を生じさせるのに使用されることになる。
【００２４】
加えて、薄壁１５は、永久磁石１１及び１２により構成されたコアを中心に持つサンドウィッチ構造の外層を形成し、これにより、固定板１０に高レベルの曲げ剛性を与える。
【００２５】
図３に示した通り、各可動板２０は、強磁性部分２１と非磁性部分２２を交互に配した形で備えている。部分２１及び２２は互いに接触する棒部材を形成する。各可動板２０は、また、部分２１及び２２から延び、可動板２０を互いに締着するピン３０を受け止める働きをする非磁性端部２３を有し、機械の可動エレメントを形成する。本発明の本質的態様によれば、各可動板２０は薄壁２５を有し、これが、可動板２０の両側でその大きい面にわたって延び、また、例えば接着剤により部分２１及び２２に締着され、また、端部２３にも締着されている。
【００２６】
上で述べたその補剛機能に加えて、薄壁は、また、部分２１及び２２に加えられる磁力を機械的に端部２３に伝達する働きをする。この磁力を薄壁２５と部分２１及び２２の間で機械的に伝達する仕事は分割して行われ、これは、接着結合したアセンブリにとって効果的な伝達モードである。ここでは同じく、薄壁２５は黄銅で作られている。
【００２７】
図４に示した通り、また、好ましい一実施例において、各可動板２０は、強磁性部分２１を受容するために切り抜かれた平行窓２７を有する非磁性材料のシート２６を使用することにより得られる。可動板２０を作るために、一方の薄壁２５を切り抜き後のシート２６の大きい面の１つ、ここでは大きい底面に接着結合させる。次に、強磁性部分２１を窓２７の中に置く。強磁性部分２１の１つが図示されており、これが窓２７の１つの中に置かれている。その後、他方の薄壁２５を切り抜き後のシート２６の大きい頂面に接着結合させる。次に、切り抜き後のシート２６の側縁を点線に沿って切り落とし、これにより、強磁性部分２１の間に残る切り抜き後のシート２６の部分が非磁性部分２２を構成するようにする。次に残るのは、ピン３０を受容するオリフィスを設けるために端部２３をドリルで穴あけすることである。
【００２８】
図５に示した変形例では、切り抜き後のシート２６が強磁性材料で作られているのに対し、窓は、非磁性部分を形成するために液体樹脂２８で満たされている。
【００２９】
樹脂が硬化した後、頂面薄壁２５はすでに接着結合しており、側縁は点線から切り落としてある。窓から延びている切り抜き後のシート２６が強磁性部分２１を形成するのに対し、樹脂２８は非磁性部分２２を形成する。
【００３０】
図４及び５に示した製作方法は、無論、固定板に適用できるが、端部なしの板にも適用できる。同様に、窓を空いたままにし、その中の空気が非磁性部分を形成する形にすることが可能である。
【００３１】
従来公知の機械では、対面する板同士が接触しないよう、板同士の間に空いたスペースを保つことが望まれる。なぜなら、対面する部分同士の間の境界に多重エッジがあるため、その対面する部分同士が覆われず、それゆえ、互いに向かって摺動し、くっつき合う危険があるからである。そのようなスペースを空いた状態に保つことは、可動板を固定板に相対して外部的に案内することを要求し、板同士を互いに向けて移動させ、曲げ応力を生じさせようとする磁気的不安定をもたらし、その結果、可変的エアギャップの発生につながる。こうした空いたスペースは、板同士の間のエアギャップをかなり増大させ、機械の効率を低下させる。
【００３２】
対照的に、また、本発明の特に有利な態様によれば、図１の機械は、運転時に固定板１０と可動板２０が相互の接触を許容するほどの極めて僅かの隙間をもって摺動するように設計されている。このようにして設けられた精密な案内は、対面する２つの板の磁性部分同士の間のエアギャップをほぼ一定に、かつ、互いに擦れ合う薄壁の厚みプラス摺動のための隙間にほぼ等しく保つことを可能にする。板同士は、エッジなしで連続するその薄壁１５及び２５を介して接触することになり、これにより、摺動が容易になる。
【００３３】
加えて、このようにして設けられた精密な案内は、可動板２０の剛性を高め、従って、その座屈強度を高め、それだけ可動板を長尺にすることができる。可動板２０は、浮動の状態でピン３０に取り付けることができる。
【００３４】
薄壁１５及び２５に使用された材料（本例では黄銅）は、板同士が低い摩擦係数もって互いに摺動することを許容するものである。一変形例では、薄壁１５及び２５は他の何らかの非磁性材料で作ることができ、この材料が好ましい摩擦係数を呈しない場合は、有利にも、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、低い摩擦係数を有し、機械の運転条件、特にその内部温度と両立し得る材料で薄壁１５及び２５の表面を被覆することができる。
【００３５】
以下、本発明を図６に示した通りのロッドを有するリニア電磁機械に則して図解する。
【００３６】
このタイプの機械は、同じく、互いに１２０゜位相をずらした３つのコイル５２を受容するケージ５１を備えている。このコイル５２により発生させられた磁場は、内部で下記のものが延びているケージ５１のアクティブゾーンにおいて伝達される。
・交互に磁化されるディスクの形の永久磁石で作り上げられた固定コア６０、及び、
・固定コア６０に相対して環状エアギャップを呈するように固定コア６０の中のオリフィスを通って延びている互いに平行な可動ロッド７０（可動ロッド７０には１つだけ参照番号が付けてある）。可動ロッド７０は各々、下で図７に則して詳述する通り、一連の強磁性部分と非磁性部分を備えている。可動ロッド７０は、可動ロッド７０の端部が固定された端板８０により互いに締着されている。ロッドは摺動方向Ｘに摺動する。
【００３７】
固定コア６０は、本実施例において固定板１０と同じ機能を果たし、可動ロッド７０は、可動板２０と同じ機能を果たす。
【００３８】
図７に見られる通り、各可動ロッド７０は、強磁性部分７１と非磁性部分７２を交互に配した形で有する。各可動ロッド７０は、また、部分７１及び７２と整列して延びているねじ付きの非磁性端部分７３を有し、これが、可動ロッド７０を互いに締着する端板８０の１つに受け止められるように設計されており、機械の移動エレメントを形成する。本発明の本質的態様によれば、各可動ロッド７０は、可動ロッド７０の周囲を延び、例えば接着剤により部分７１及び７２に締着され、また、端部７３にも締着された管状の薄壁７５を有する（図を明瞭にするために一部切り捨てて描いてある）。可動ロッドの部分と固定コアの部分の間の電磁的相互作用は、管状の薄壁７５を通して行われる。
【００３９】
板を付けた場合と同様、部分７１及び７２を保持する管状薄壁７５は、可動ロッド７０を大いに補剛し、部分７１及び７２に機械的に加えられる磁力を端部７３に伝達する働きをする（伝達は上と同様、分割して行われる）。
【００４０】
その上、中央支持部が存在しないことは、部分７１及び７２が中実の作りで、中央オリフィスを持たないことを可能にし、これにより、機械の効率は高められる。
【００４１】
本発明の特に有利な態様によれば、可動ロッド７０は、僅かな隙間をもって固定コア６０のオリフィスの中に摺動自在に受容され、可動ロッド７０は固定コア６０と接触できることになる。結果として、可動ロッド７０（長尺であってよい）はうまく案内され、これにより、その剛性は高められ、また、座屈に耐えるその能力も高められる。その上、エアギャップはうまく制御され、管状薄壁７５の厚みプラス摺動のための隙間にほぼ等しくなる。管状薄壁７５は、低い摩擦係数を呈する材料、黄銅で作られている。管状薄壁７５は、固定コアのオリフィスと直接擦れ合う。それでも、薄壁７５はエッジなしで連続しており、これにより、結合相手の可動ロッドの摺動は促進される。
【００４２】
本発明は、上で述べたものに限られるのでなく、それどころか、請求項により限定された範囲に属するどんな変形例もカバーする。
【００４３】
特に、上で述べたことは、能動素子の幾つかが磁性部分を有するタイプの機械に関連するが、本発明は無論、他のタイプの機械、例えば、永久磁石を持たず、能動素子を構成する部分として強磁性部分と非磁性部分を交互に配した形の可変リラクタンス機械にも適用できる。
【００４４】
能動素子の複数の部分がここでは隣接し合うものとして示してあるが、これら部分の間に空いたスペースを残していてよい。その上、１つの部分が全体として空いたスペースで構成されていてもよい。
【００４５】
ここに示した能動素子は、能動素子の外面の全部を覆う１つ以上の連続的薄壁の形の外被覆を有するが、この被覆は他の形であってよい。特に、この被覆は連続的な壁を備えている必要がなく、能動素子の摺動方向にその表面に沿って延びているストリップを備えているものであってよい。その場合、１つの能動素子のストリップが対面する能動素子のストリップと向き合うように配置されていることが好ましい。事情如何では、被覆にとって、能動素子の複数の部分に加えられる磁力を機械的に伝達し得るに十分な強度を持つことが重要である。
【００４６】
前期複数の部分に被覆を接着結合させると述べたが、他の結合方法を使用してもよい。例えば、冷却の上で被覆を形成する高温材料を前記複数の部分の表面に被せることによって被覆を作ることができよう。被覆は、また、気体中での前記複数の部分への吹付けによって作ってもよい。
【００４７】
前記複数の部分の全部を被覆に締着すると述べたが、そのうちの幾つかについては被覆に締着しなくことが可能であり、例えば、他のどの部分についても締着しないことが可能である。その場合、磁力は、被覆に締着された部分だけによって薄壁に、依然分割して伝達されることになる。
【００４８】
最後に、本発明をリニア電磁機械に則して説明したが、本発明は、例えばディスクの形の能動素子を有する回転機械に適用することができる。事情如何では、ある角度の扇形に沿って延びている複数の部分が主円周方向に交互に配置されている。その場合、被覆は、複数の部分の隣接し合う側面により形成されたディスクの２つの大きいスペースにわたって延びている２つの薄壁を備えている。
【符号の説明】
【００４９】
１    ケージ
２    コイル
１０    固定板
１１    永久磁石
１２    永久磁石
１５    薄壁
２０    可動板
２１    強磁性部分
２２    非磁性部分
２３    非磁性端部
２５    薄壁
２６    シート
２７    窓
２８    樹脂
３０    ピン
５１    ケージ
５２    コイル
６０    固定コア
７０    可動ロッド
７１    強磁性部分
７２    非磁性部分
７５    薄壁
８０    端板
【図１】
2009543536.tif 000003
【図２】
2009543536.tif 000004
【図３】
2009543536.tif 000005
【図４】
2009543536.tif 000006
【図５】
2009543536.tif 000007
【図６】
2009543536.tif 000008
【図７】
2009543536.tif 000009
【国際調査報告】
2009543536.tif 000010
2009543536.tif 000011
2009543536.tif 000012
2009543536.tif 000013