(57)【要約】  片側式のリニアモータのコイルユニット（１）はコイル（５）を備えた鉄コア（３）を有しており、コイル（５）は鉄コア（３）と、シーリング材（６）により結合されて、１つの成形部分を成している。この成形部分はハウジング（２）により取り囲まれており、ハウジングと成形部分との間には、周囲を取り巻くように延在する狭いギャップ（１６）が形成されており、ギャップ（１６）を通して、冷却空気が通気されることができる。これにより、コイル（５）を備えた鉄コア（３）は大面積で冷却され、ハウジング（２）は鉄コア（３）およびコイル（５）から熱絶縁される。
2005512484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁的なコイル（５）を備えたリニアモータのコイルユニット（１）であって、少なくとも１つの鉄コア（３）と、コイルおよび鉄コア（３）を包囲するハウジング（２）とが設けられており、該ハウジング（２）がリニアモータの磁石軌道（１１）に向かって開いており、
鉄コア（３）がハウジング（２）に固く結合されており、
コイル（５）がシーリング材（６）により固定されており、かつ
ハウジング（２）内に、少なくとも１つの冷却空気通路が設けられている
形式のものにおいて、
強制通気される冷却空気通路が実質的に、ハウジング（２）と、封止されたコイル（５）を備えた鉄コア（３）との間の狭幅で広範なギャップ（１６）として形成されており、かつ
鉄コア（３）が、狭小な支持エレメント（４）を介してハウジング（２）に結合されている
ことを特徴とする、リニアモータの、空冷式のコイルユニット。
【請求項２】
周囲を取り巻くように形成されたギャップ（１６）のギャップ幅が１ミリメートルよりも小さく、かつコイル（５）を備えたコアおよびハウジング（２）が、互いに適合された成形部分として形成されている、請求項１記載のコイルユニット。
【請求項３】
冷却空気のための入口開口（１４）が鉄コア（３）の、磁石軌道（１１）とは反対の上面に配置されており、かつギャップ（１６）がハウジング（２）の、開いた下面にまで案内されている、請求項１または２記載のコイルユニット。
【請求項４】
シーリング材（６）内に、特にコイル（５）の巻線と鉄コア（３）との間に、付加的な冷却空気通路（１７）が形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項５】
支持エレメント（４）が、ハウジング（２）に成形された支持突起として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項６】
支持エレメントが、熱伝導度の低い別個のスペーサ部材（１３）として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項７】
リング状の、圧縮に強いセラミックから成るスペーサ部材（１３）の厚さがギャップ幅よりも大きく、かつハウジング（２）がスペーサ部材（１３）のための凹欠部を有している、請求項６記載のコイルユニット。
【請求項８】
支持エレメント（４）がハウジング（２）の上面に配置されており、該上面が別の構造部分（１５）のための組付けベースとして形成されている、請求項５から７までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項９】
ハウジング（２）が、リニアなガイドエレメント（８）のための、側方の支持突出部（７）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁的なコイルを備えたリニアモータのコイルユニットであって、少なくとも１つの鉄コアと、コイルおよび鉄コアを包囲するハウジングとが設けられており、該ハウジングがリニアモータの磁石軌道に向かって開いており、鉄コアがハウジングに固く結合されており、コイルがシーリング材により固定されており、かつハウジング内に、少なくとも１つの冷却空気通路が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
この種のコイルユニットは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８４２３８４号明細書により公知になっている。本明細書によれば、モータ一次部分は可動車両（Ｌａｕｆｗａｇｅｎ）と呼ばれるハウジング内に収容されており、レール状のガイドハウジングの二次部分にわたって走行可能である。そのような一次部分は一般に磁石鉄コアから成っており、磁石鉄コアは直交して位置するコイルにより操作可能である。この種のコイルはコアおよびハウジングと共に封止されて固定されるのが一般的である。ハウジング内には、第３頁、第２３行〜第２６行の記載により、通気スリットが形成されており、通気スリットはモータの損失熱を導出し、コイル部分の温度上昇を可能な限り僅かに維持すべきである。
【０００３】
さらに、アメリカ合衆国特許第４１７２２２９号明細書により公知になっている両側式のリニアモータでは、鉄コアがＵ字形の磁石部分の側部脚片間に埋没している。鉄コアにはコイルが巻装されており、コイルの中間スペースに、強制通気される冷却空気通路が配置されている。冷却空気通路はコイル間の間隔を拡大し、これにより、アクティブなリニアモータ区分間の仕切り幅を増大する。
【０００４】
さらに、アメリカ合衆国特許第５６４２０１３号明細書により公知になっているリニアモータでは、コイル巻線が磁石コアのスリット状の凹欠部に充填されている。凹欠部はそのベース領域に、冷却液体のための冷却管を収容しており、冷却液体は圧力管路を介して供給され、かつ戻り管路を介して導出されなければならない。この種の管路接続は、例えば基板に電気的な構成素子を装着するため使用されるような、高速で運動するコイル部分のためには不適である。さらに、冷却通路は磁束に影響を及ぼす。
【０００５】
本発明の課題は、片側式のリニアモータを備えたコイルユニットを改良して、その熱的な特性を改善することである。
【０００６】
上記課題は本発明により請求項１に基づき解決される。周囲を取り巻くように配置されたギャップにより、最大の冷却作用を伴った、極めて大きな冷却面積が提供される。この冷却面積はコイルおよびコアの磁気的な作用範囲外に位置している。冷却面積は狭小な作用間隔で配置されることができるので、大きな出力密度が達成されることができる。
【０００７】
特別な利点は、ギャップが熱の、大面積な遮断層を形成し、この遮断層により、コイル部分の損失熱は、周囲を取り巻く支持ハウジングから遠ざけられる。これにより、支持ハウジングは僅かに加熱されるに過ぎず、ハウジングに、言及すべき程の変形が発生することはなく、ハウジングに固定されている側方のリニアガイド部分間のひずみは回避される。リニアモータをポジショニングアームのためのポジショニング用駆動装置として使用することは一般的であって、その際、ハウジングにおける熱ひずみは位置変化を生ぜしめる可能性があって、この位置変化はポジショニング精度を低下させる。
【０００８】
本発明の有利な構成は請求項２から請求項９に特徴付けられている。
【０００９】
請求項２に基づくギャップ幅は例えば０．２ｍｍの寸法に減じられることができ、この幅で、冷媒と冷却したい部分との間の集中的な材料コンタクトが生じる。さらに、大きなギャップ長により、流出する冷却空気の騒音は大きな長さにわたって分配され、相応にその強度を減じる。コイルおよび鉄コアをフレームハウジングに通常のように封止するのはここでは問題外である。対応配置および力伝達はここでは狭小な支持エレメントを介して、例えば結合ねじにより実施される。ギャップ横断面を周囲全体にわたって一定に維持するために、両成形部分は例えば適当な成形型内で精緻に互いに適合されなければならない。
【００１０】
請求項３に基づく構成により、冷却空気は均等に分配され、冷却したい部分を完全に環流するように案内されるので、完全な冷却作用が得られる。しかも、ギャップ幅は例えば鉄コアの、それ程熱負荷されていない外縁でより大きな横断面に拡幅されることが可能である。
【００１１】
請求項４に基づく構成により、冷却作用をさらに改善する付加的な冷却通路が提供されることができる。
【００１２】
請求項５に基づく支持突起は、一体成形されたカム状の隆起部として形成されていることができ、その隆起部に、鉄コアが支持されている。
【００１３】
請求項６および請求項７に基づくスペーサ部材により、鉄コアとハウジングとの間の熱伝導はさらに減じられる。その熱絶縁性が例えばアルミニウムの熱絶縁性よりも５０倍も大きいセラミック材料を使用する可能性が存在し、このことにより、支持エレメントの橋渡し作用は大幅に減じられる。
【００１４】
請求項８に基づく構成により、多数の支持箇所が平坦な面上に適当な成形精度でもって提供されることができる。
【００１５】
請求項９に基づく構成は、ガイドエレメントとハウジングとの間の寸法安定な結合を可能にする。熱ひずみを補償する弾性的な構造はここでは不要であるので、ガイドエレメントと組付けベースとの間の形状安定な結合が形成される。
【００１６】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００１７】
図１および図２に基づき、コイルユニット１はハウジング２を有しており、ハウジング２に、積層薄板から成る鉄コア（鉄心）３が支持エレメント４を介して固定されており、支持エレメント４は、一体的にハウジング２に成形された支持突起として形成されている。鉄コア３は電気的なコイル５の巻線と、シーリング材６により固く結合されている。ハウジング２は側方に突出したフランジ状の突出部７を有しており、突出部７はリニアなガイドエレメント８を固定するために役立つ。ガイドエレメント８は定置のガイド軌道１０の、対応するガイドレール９と協働する。ガイド軌道１０はガイドレール９間に磁石軌道１１を有しており、磁石軌道１１は走向方向で相並んだ永久磁石から成る。
【００１８】
ハウジング２は磁石軌道１１側の面で開いており、残りの面で、コイル５を備えた鉄コア３を、狭小な間隔を保って包囲している。この間隔は環状に延在するギャップ１６として図示されており、ギャップ１６の幅は０．５ミリメートルの数分の一に減じられている。鉄コア３およびコイル５はシーリング材６と相俟って、所定の外側輪郭を備えた成形部分を形成し、この外側輪郭にハウジング２の内壁が精緻に適合されており、それにより、所定のギャップ幅が確保される。シーリング材６には、付加的な冷却空気通路１７が形成されており、冷却空気通路１７はコイル５の側方の端部領域と鉄コア３との間に配置されている。図２で見て左側に示された周囲輪郭は、コイルの端部間を延在していて相応に大きな冷却面積を熱源近傍に形成するギャップ１６を生ぜしめる。図２の右側には、別の変化形が示されており、この場合、ギャップ１６は直線的な経過を示し、これにより、比較的重いハウジングの質量、ひいては全質量が減じられる。
【００１９】
ハウジング２は磁石軌道１１とは反対の上面に、方向矢印１２に沿って鉄コア３の上面に対して垂直に供給される冷却空気のために入口管片１４を有している。入口管片１４はホッパ状に鉄コア３に向かって拡幅するので、ギャップ１６への移行部で、流動横断面は狭窄されない。これにより、入口開口を通して給気される冷却空気は大面積に、運転中に加熱される成形ボディに分配されることができ、これにより、成形ボディは高い効率で冷却されることができる。鉄コアの大きさ次第では、複数の入口管片が互いに間隔を置いて設けられることもできる。冷却空気を逆の流動方向で入口管片から吸出し、この温められた空気を、排気チューブを介して例えば機械ハウジングから導出することも可能であって、このことは第２の方向矢印１８により暗示されている。
【００２０】
ギャップは熱の遮断層をアクティブな部分とハウジング２との間に、点状の支持エレメント４における最小のボディコンタクトにより形成する。これにより、ハウジングは大幅に熱絶縁される。それにより、ハウジングの、磁石軌道１１とは反対の上面は直接的に、位置安定度の高い別の構造部分のための組付けベースとして役立つことができる。
【００２１】
図３に基づき、支持エレメントは熱伝導度の低い別個のリング状のスペーサ部材１３としてセラミックまたは焼結プラスチックから形成されている。熱絶縁をさらに改善するために、その厚さはギャップ幅よりも大きく、ハウジング２は適当な凹欠部を有している。金属製の固定ねじ２０の頭のための座金１９はスペーサ部材１３と同種の材料から成る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】リニアモータの運動方向に対して直交する、リニアモータのコイルユニットの断面図である。
【００２３】
【図２】図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿った、コイルユニットの断面図である。
【００２４】
【図３】図１に示したコイルユニットの、改変された支持エレメントの、拡大された部分断面図である。
【図１】
2005512484.tif 000003
【図２】
2005512484.tif 000004
【図３】
2005512484.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月20日(2004.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁的なコイルを備えたリニアモータのコイルユニットであって、少なくとも１つの鉄コアと、コイルおよび鉄コアを包囲するハウジングとが設けられており、該ハウジングがリニアモータの磁石軌道に向かって開いており、鉄コアがハウジングに固く結合されており、コイルがシーリング材により固定されており、かつハウジング内に、少なくとも１つの冷却空気通路が設けられている形式のものに関する。
【０００２】
この種のコイルユニットは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８４２３８４号明細書により公知になっている。本明細書によれば、モータ一次部分は可動車両（Ｌａｕｆｗａｇｅｎ）と呼ばれるハウジング内に収容されており、レール状のガイドハウジングの二次部分にわたって走行可能である。そのような一次部分は一般に磁石鉄コアから成っており、磁石鉄コアは直交して位置するコイルにより操作可能である。この種のコイルはコアおよびハウジングと共に封止されて固定されるのが一般的である。ハウジング内には、第３頁、第２３行〜第２６行の記載により、通気スリットが形成されており、通気スリットはモータの損失熱を導出し、コイル部分の温度上昇を可能な限り僅かに維持すべきである。
【０００３】
さらに、アメリカ合衆国特許第４１７２２２９号明細書により公知になっている両側式のリニアモータでは、鉄コアがＵ字形の磁石部分の側部脚片間に埋没している。鉄コアにはコイルが巻装されており、コイルの中間スペースに、強制通気される冷却空気通路が配置されている。冷却空気通路はコイル間の間隔を拡大し、これにより、アクティブなリニアモータ区分間の仕切り幅を増大する。
【０００４】
さらに、アメリカ合衆国特許第５６４２０１３号明細書により公知になっているリニアモータでは、コイル巻線が磁石コアのスリット状の凹欠部に充填されている。凹欠部はそのベース領域に、冷却液体のための冷却管を収容しており、冷却液体は圧力管路を介して供給され、かつ戻り管路を介して導出されなければならない。この種の管路接続は、例えば基板に電気的な構成素子を装着するため使用されるような、高速で運動するコイル部分のためには不適である。さらに、冷却通路は磁束に影響を及ぼす。
【０００５】
本発明の課題は、片側式のリニアモータを備えたコイルユニットを改良して、その熱的な特性を改善することである。
【０００６】
上記課題は本発明により請求項１に基づき解決される。周囲を取り巻くように配置されたギャップにより、最大の冷却作用を伴った、極めて大きな冷却面積が提供される。この冷却面積はコイルおよびコアの磁気的な作用範囲外に位置している。冷却面積は狭小な作用間隔で配置されることができるので、大きな出力密度が達成されることができる。
【０００７】
特別な利点は、ギャップが熱の、大面積な遮断層を形成し、この遮断層により、コイル部分の損失熱は、周囲を取り巻く支持ハウジングから遠ざけられる。これにより、支持ハウジングは僅かに加熱されるに過ぎず、ハウジングに、言及すべき程の変形が発生することはなく、ハウジングに固定されている側方のリニアガイド部分間のひずみは回避される。リニアモータをポジショニングアームのためのポジショニング用駆動装置として使用することは一般的であって、その際、ハウジングにおける熱ひずみは位置変化を生ぜしめる可能性があって、この位置変化はポジショニング精度を低下させる。
【０００８】
ギャップ幅は例えば０．２ｍｍの寸法に減じられることができ、この幅で、冷媒と冷却したい部分との間の集中的な材料コンタクトが生じる。さらに、大きなギャップ長により、流出する冷却空気の騒音は大きな長さにわたって分配され、相応にその強度を減じる。コイルおよび鉄コアをフレームハウジングに通常のように封止するのはここでは問題外である。対応配置および力伝達はここでは狭小な支持エレメントを介して、例えば結合ねじにより実施される。このことは、ハウジングとコイル部分との間のコンタクト面積が特に細小な支持点に減じられるので、直接的な熱伝導がほぼ完全に遮断されていることを意味する。ギャップ横断面を周囲全体にわたって一定に維持するために、両成形部分は例えば適当な成形型内で精緻に互いに適合されなければならない。
【０００９】
本発明の有利な構成は請求項２から請求項８に特徴付けられている。
【００１０】
請求項２に基づく構成により、冷却空気は均等に分配され、冷却したい部分を完全に環流するように案内されるので、完全な冷却作用が得られる。しかも、ギャップ幅は例えば鉄コアの、それ程熱負荷されていない外縁でより大きな横断面に拡幅されることが可能である。
【００１１】
請求項３に基づく構成により、冷却作用をさらに改善する付加的な冷却通路が提供されることができる。
【００１２】
請求項４に基づく支持突起は、一体成形されたカム状の隆起部として形成されていることができ、その隆起部に、鉄コアが支持されている。
【００１３】
請求項５および請求項６に基づくスペーサ部材により、鉄コアとハウジングとの間の熱伝導はさらに減じられる。その熱絶縁性が例えばアルミニウムの熱絶縁性よりも５０倍も大きいセラミック材料を使用する可能性が存在し、このことにより、支持エレメントの橋渡し作用は大幅に減じられる。
【００１４】
請求項７に基づく構成により、多数の支持箇所が平坦な面上に適当な成形精度でもって提供されることができる。
【００１５】
請求項８に基づく構成は、ガイドエレメントとハウジングとの間の寸法安定な結合を可能にする。熱ひずみを補償する弾性的な構造はここでは不要であるので、ガイドエレメントと組付けベースとの間の形状安定な結合が形成される。
【００１６】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００１７】
図１および図２に基づき、コイルユニット１はハウジング２を有しており、ハウジング２に、積層薄板から成る鉄コア（鉄心）３が支持エレメント４を介して固定されており、支持エレメント４は、一体的にハウジング２に成形された支持突起として形成されている。鉄コア３は電気的なコイル５の巻線と、シーリング材６により固く結合されている。ハウジング２は側方に突出したフランジ状の突出部７を有しており、突出部７はリニアなガイドエレメント８を固定するために役立つ。ガイドエレメント８は定置のガイド軌道１０の、対応するガイドレール９と協働する。ガイド軌道１０はガイドレール９間に磁石軌道１１を有しており、磁石軌道１１は走向方向で相並んだ永久磁石から成る。
【００１８】
ハウジング２は磁石軌道１１側の面で開いており、残りの面で、コイル５を備えた鉄コア３を、狭小な間隔を保って包囲している。この間隔は環状に延在するギャップ１６として図示されており、ギャップ１６の幅は０．５ミリメートルの数分の一に減じられている。鉄コア３およびコイル５はシーリング材６と相俟って、所定の外側輪郭を備えた成形部分を形成し、この外側輪郭にハウジング２の内壁が精緻に適合されており、それにより、所定のギャップ幅が確保される。シーリング材６には、付加的な冷却空気通路１７が形成されており、冷却空気通路１７はコイル５の側方の端部領域と鉄コア３との間に配置されている。図２で見て左側に示された周囲輪郭は、コイルの端部間を延在していて相応に大きな冷却面積を熱源近傍に形成するギャップ１６を生ぜしめる。図２の右側には、別の変化形が示されており、この場合、ギャップ１６は直線的な経過を示し、これにより、比較的重いハウジングの質量、ひいては全質量が減じられる。
【００１９】
ハウジング２は磁石軌道１１とは反対の上面に、方向矢印１２に沿って鉄コア３の上面に対して垂直に供給される冷却空気のために入口管片１４を有している。入口管片１４はホッパ状に鉄コア３に向かって拡幅するので、ギャップ１６への移行部で、流動横断面は狭窄されない。これにより、入口開口を通して給気される冷却空気は大面積に、運転中に加熱される成形ボディに分配されることができ、これにより、成形ボディは高い効率で冷却されることができる。鉄コアの大きさ次第では、複数の入口管片が互いに間隔を置いて設けられることもできる。冷却空気を逆の流動方向で入口管片から吸出し、この温められた空気を、排気チューブを介して例えば機械ハウジングから導出することも可能であって、このことは第２の方向矢印１８により暗示されている。
【００２０】
ギャップは熱の遮断層をアクティブな部分とハウジング２との間に、点状の支持エレメント４における最小のボディコンタクトにより形成する。これにより、ハウジングは大幅に熱絶縁される。それにより、ハウジングの、磁石軌道１１とは反対の上面は直接的に、位置安定度の高い別の構造部分のための組付けベースとして役立つことができる。
【００２１】
図３に基づき、支持エレメントは熱伝導度の低い別個のリング状のスペーサ部材１３としてセラミックまたは焼結プラスチックから形成されている。熱絶縁をさらに改善するために、その厚さはギャップ幅よりも大きく、ハウジング２は適当な凹欠部を有している。金属製の固定ねじ２０の頭のための座金１９はスペーサ部材１３と同種の材料から成る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】リニアモータの運動方向に対して直交する、リニアモータのコイルユニットの断面図である。
【００２３】
【図２】図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿った、コイルユニットの断面図である。
【００２４】
【図３】図１に示したコイルユニットの、改変された支持エレメントの、拡大された部分断面図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁的なコイル（５）を備えた、片側式のリニアモータのコイルユニット（１）であって、少なくとも１つの鉄コア（３）と、コイルおよび鉄コア（３）を包囲するハウジング（２）とが設けられており、該ハウジング（２）がリニアモータの磁石軌道（１１）に向かって開いており、
鉄コア（３）がハウジング（２）に固く結合されており、
コイル（５）がシーリング材（６）により固定されており、かつ
ハウジング（２）内に、少なくとも１つの冷却空気通路が設けられている
形式のものにおいて、
ハウジング（２）と、封止されたコイル（５）を備えた鉄コア（３）とが、互いに適合された成形部分として形成されており、かつ周囲を取り巻くように形成された、１ｍｍよりも小さな幅のギャップにより隔離されており、かつ
鉄コア（３）が、狭小な支持エレメント（４）を介してハウジング（２）に結合されている
ことを特徴とする、リニアモータの、空冷式のコイルユニット。
【請求項２】
冷却空気のための入口開口（１４）が鉄コア（３）の、磁石軌道（１１）とは反対の上面に配置されており、かつギャップ（１６）がハウジング（２）の、開いた下面にまで案内されている、請求項１記載のコイルユニット。
【請求項３】
シーリング材（６）内に、特にコイル（５）の巻線と鉄コア（３）との間に、付加的な冷却空気通路（１７）が形成されている、請求項１または２記載のコイルユニット。
【請求項４】
支持エレメント（４）が、ハウジング（２）に成形された支持突起として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項５】
支持エレメントが、熱伝導度の低い別個のスペーサ部材（１３）として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項６】
リング状の、圧縮に強いセラミックから成るスペーサ部材（１３）の厚さがギャップ幅よりも大きく、かつハウジング（２）がスペーサ部材（１３）のための凹欠部を有している、請求項５記載のコイルユニット。
【請求項７】
支持エレメント（４）がハウジング（２）の上面に配置されており、該上面が別の構造部分（１５）のための組付けベースとして形成されている、請求項４から６までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【請求項８】
ハウジング（２）が、リニアなガイドエレメント（８）のための、側方の支持突出部（７）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のコイルユニット。
【国際調査報告】
2005512484.tif 000006
2005512484.tif 000007
2005512484.tif 000008
2005512484.tif 000009
2005512484.tif 000010
2005512484.tif 000011