(57)【要約】  本発明は、軸Ａの周りにレセプタクル１１を形成し、かつ軸Ａに対して同心状に配置され、交流電流が流されており、中間要素２２によって互いに分離されて、レセプタクル１１に磁界を形成する複数の環状の一次側コイル２１を有する一次側部分２０と、レセプタクル１１の磁界によって軸Ａに沿って一次側部分２０に対して動かすことができ、かつ超電導体巻線を有する二次側コイル３１を有する二次側部分３０とを有するリニア電気機械に関する。高い力密度を可能とするリニアモータを製造するために、中間要素２２が、磁化可能でない材料から作製され、一次側コイル２１および二次側コイル３１が空隙巻線を有して配置され、二次側コイル３１が高温超電導体から作製され、そこに直流を流すことができるまたは流す。リニアモータによってレセプタクル１１に１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度が得られる。
2010522530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって互いに対して分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分（２０）と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置され、かつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を有する二次側部分（３０）とを有し、一方の部分が、他方の部分に対して、軸に対して平行に可動であるリニア電気機械において、
前記一次側部分（２０）の前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態であり、前記二次側コイル（３１）は、高温超電導体の巻線から構成され、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができ、前記二次側コイル（３１）は環状であり、かつ前記支持体（３３）の周りに互いに対して同心状に配置されており、および前記二次側コイル（３１）間には間隔保持要素が配置されており、その間隔保持要素上に、前記二次側コイル（３１）は軸方向に支持されることを特徴とするリニア電気機械。
【請求項２】
前記二次側部分（２０）における前記二次側コイル（３１）の配置が、空隙巻線の形態であることを特徴とする請求項１に記載のリニア電気機械。
【請求項３】
磁束を集中させるために、磁化可能な材料、具体的には鉄を、前記一次側部分（２０）の前記一次側コイル（２１）間および前記二次側部分（３０）の前記二次側コイル（３１）間に配置しないことを特徴とする請求項１または２に記載のリニア電気機械。
【請求項４】
前記一次側コイル（２１）の、前記中間要素（２２）および／または空気中間空間に対する体積比と定義される前記一次側部分（２０）の充填率が、７０％超、具体的には８５％超であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のリニア電気機械。
【請求項５】
前記一次側コイル（２１）が、通常の電導体の巻線、具体的にはアルミニウムまたは銅から構成された導体の巻線または中空導体から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項６】
前記一次側コイルが、超電導体、好ましくは高温超電導体の巻線から作製されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項７】
前記一次側コイル（２１）および前記中間要素（２２）を被覆し、かつ好ましくは非磁性材料または磁化可能でない材料、特に軽量な材料から構成されるヨーク（３２）によって特徴付けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項８】
前記ヨークが、その内周部にスロットを有し、そのスロットに、前記中間要素（２２）が固着されていることを特徴とする請求項７に記載のリニア電気機械。
【請求項９】
前記一次側コイル（２１）および／または前記二次側コイル（３１）が、プラスチック、好ましくは合成樹脂、具体的にはエポキシ樹脂内に閉じ込められ、前記中間要素が部分的にまたは完全にプラスチックシースを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１０】
５０Ａ／ｍｍ２超、好ましくは７０Ａ／ｍｍ２超、具体的には１００Ａ／ｍｍ２超の電流密度を前記二次側コイル（３１）に流すことができまたは流し、および／または前記二次側コイルの磁界が、軸に対して平行に位置合せされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１１】
前記二次側部分がシリンダー状の支持体（３３）を有し、そのケーシング表面に、前記二次側コイル（３２）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１２】
前記支持体（３３）が磁化可能でないか、または磁化可能でない材料から構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のリニア電気機械。
【請求項１３】
前記間隔保持要素（３２）が磁化可能でないか、または磁化可能でない材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１４】
前記二次側コイルがある幅を有し、隣接する二次側コイル（３１）間の距離が、前記二次側コイル（３１）間の前記幅の少なくとも２倍に対応することを特徴とする請求項１３に記載のリニア電気機械。
【請求項１５】
前記一次側コイルに交流電流を流すことができまたは流し、電流を前記一次側部分および二次側部分（２１、３１）に流すことによって、前記一次側部分および二次側部分（２０；３０）を互いに対して動かすことができ、および前記リニア電気機械がリニアモータ（１０）を形成することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１６】
前記一次側コイルが、超電導体、好ましくは高温超電導体の巻線から製造され、１００Ｈｚ未満、具体的には５０Ｈｚ未満の周波数において振動する交流電流が流されることを特徴とする請求項１５に記載のリニア電気機械。
【請求項１７】
前記一次側部分または前記二次側部分を、外部から作動させて軸に対して平行に動かすことができ、前記一次側部分と前記二次側部分との間の軸方向運動によって前記一次側コイルに誘導される電流を取り出すことができ、かつ前記リニア電気機械が発電機を形成することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１８】
特に請求項１〜９、１６または１７のいずれか一項に記載のリニア電気機械の一次側部分であって、軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分において、
前記一次側部分（２０）における前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態であり、位相がシフトされた交流電流を、互いに並んで配置されている一次側コイルに流すことができることを特徴とする一次側部分。
【請求項１９】
特に請求項１または９〜１８のいずれか一項に記載のリニア電気機械の二次側部分であって、軸方向に並んで配置されかつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を有する二次側部分において、
前記二次側コイル（３１）の配置が空隙巻線の形態であり、前記二次側コイル（３１）が、高温超電導体から作製され、かつ反対の極性の直流を、互いに並んで配置されている二次側コイルに流すことができるまたは流すことを特徴とする二次側部分。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸に対して同心状に配置されかつ中間要素によって互いに分離されている複数の環状の一次側コイルを有する一次側部分と、直流を流すことができ極性を交互にして軸方向に並んで配置されかつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイルを有する二次側部分とを有し、一方の部分が他方の部分に対して軸に対して前後に可動であるリニア電気機械（ｌｉｎｅａｒ  ｍａｃｈｉｎｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１９５ ４２ ５５１Ａ１号明細書には、中空のシリンダー状の一次側部分を有するリニアモータが開示されており、この一次側部分は、二次側部分の移動軸に対して同心状に配置されかつ多相電流で動作し得る環状の一次側コイルを有する。一次側コイル間には、軟磁性材料から構成される環状積層体が配置され、中間要素として使用されて隣接する一次側コイルを分離し、かつ磁化可能な歯を形成して、磁束を増幅させ、二次側部分が配置されるレセプタクルにこれを伝える。一次側コイルおよび環状積層体は、磁化可能な材料から構成された中空のシリンダー状のヨークに収容され、そのヨークは、帰還磁路を形成する。二次側部分を、一次側部分によって形成されたレセプタクル内において軸方向に動くことができるように配置する。二次側部分は、超電導体巻線から構成された複数の界磁石を有し、界磁石は、軸方向に極性を交互にして並べて配置されている。ＤＥ１９５ ４２ ５５１号明細書では、二次側巻線の磁界は、二次側部分の軸に対して直角である。巻きコイルを使用してこの磁界の向きを生じさせるために、電流が流れる個々のコイルの軸を、リニアモータの移動軸に対して直角にする必要がある。永久磁石または超電導性の固体磁石が使用される場合にのみ、これらの磁石の内周面が、磁化可能な材料から構成されたシリンダー状のヨークに載置される。しかしながら、これらの磁石は環状形であっても放射状に磁化される。対照的に、二次側巻コイルの場合、巻きコイルが支持体のケーシング表面上で周方向および軸方向に互いに横にずれるような配置を選択する必要がある。一次側コイルおよび二次側コイルに電流が流されるときに生じる磁力が、一次側部分と二次側部分との間の相対運動を生じる。
【０００３】
ＥＰ１ ４６５ ３２８Ａ１号明細書には、二次側部分が外側にあって一次側部分を取り囲むように、一次側部分および二次側部分が逆に配置されているリニアモータが開示されている。
【０００４】
軟磁性材料では磁気飽和が生じるため、軟磁性の歯を磁化する能力は制限される。一次側部分のコイルにおける電流密度が高い状態で一次側部分と二次側部分との間により高い力密度を得るために、一次側コイルの巻回数を多くするか、または磁化可能な材料の量を増やすことが提案されている。これらの措置により、円形のリニアモータおよびポリソレノイドのリニアモータの試験段階において約８Ｎ／ｃｍ２の力密度を得ることを可能とした。しかしながら、このようにするためには、リニアモータの物理的なサイズおよび重量を、著しく増大させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、リニア電気機械の物理的なサイズが小さくても、一次側部分および／または二次側部分の設計措置によってかなり高い力密度が可能となるリニア電気機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、一次側部分における一次側コイルの配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素を備える空隙巻線の形状であり、二次側コイルが高温超電導体の巻線から構成され、その結果１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度が得られることから達成される。リニア電気機械は好ましくは、電流を一次側コイルおよび二次側コイルに流すことによって、このようにして形成される磁界を介して一次側部分と二次側部分との間に軸に対して平行な相対運動が生じるリニアモータの形態であり、以下、本発明を主にこれを参照して説明する。しかしながら、リニア電気機械はまた、一次側部分と二次側部分との間の相対運動によって一次側コイルに誘導される電流が、エネルギーを得るために変換される、発電機の形態ともし得る。リニア電気機械がリニアモータの形態である場合に、交流電流を一次側コイルにおよび直流を二次側コイルに流すことによって、高い力密度を得ることができる。一次側コイルの配置が、および好ましくは二次側コイルの配置も空隙巻線の形態にあるため、すなわち磁束を案内するための磁化可能な材料が一次側コイル間にも二次側コイル間にも配置されないため、本発明によるリニア機械の場合における力密度は、飽和磁化によって制限されない。
【０００７】
一次側部分における電流レベル、すなわち一次側部分の軸の長さ当たりの周方向における電流を、リニアモータの物理的なサイズを大きくすることなく、公知のリニアモータと比較して増大させることができ、その結果、飽和効果を生じることなく、電流レベルに比例する力密度が高くなる。磁束を集中させるための鉄または磁化可能な材料のいずれをも、好ましくは一次側コイル間に配置させることはない。７７Ｋより高い臨界温度を有する高温超電導材料から構成された二次側コイルを二次側部分に使用することによって、直流を大量に二次側コイルに流すことが可能となり、それにより、レセプタクルに極度に強力な磁界を形成することが可能となる。本発明によるリニアモータの別の利点は、実質的に軸方向において滑らかな力のプロファイルを得られることである。これは、空隙巻線は、実際にはほとんど磁気抵抗力がないことを意味し、その結果、ほとんどいかなるコギング力も発生しないためである。さらに、一次側部分および二次側部分には永久磁石および磁化可能な材料がなく、それゆえ供給される電流が切られているときに磁力が発生しないため、リニアモータを比較的容易に修理および清掃できる。
【０００８】
特に一次側部分に高い充填率を選択することによって、一次側部分に高電流レベルを得ることができる。充填率は、電流が流れる一次側コイルの体積の、中間要素および一次側コイル間に存在し得る中間空間全ての体積に対する体積比と定義する。一次側部分の充填率は、好ましくは７０％超、具体的には８５％超である。軸方向に隣接している一次側コイルは、好ましくはこれらコイルに、１２０°位相がシフトされた交流電流を流し、その結果、リニアモータは三相モータを形成する。二相モータ、または四相以上の多相モータの場合、位相シフトを異なるように適合または選択できる。
【０００９】
好ましい改良形態では、一次側コイルは、具体的にはアルミニウムまたは銅から構成された導体などの通常の電導体から構成された巻線を有することができ、その結果一次側コイルを、費用効果的に例えば液体冷却またはガス冷却し得る。水またはオイルを用いた冷却が、例えば特に有利である。特に、通常の電導体を中空導体から形成することもでき、その内部の管を冷却に使用する。あるいは、一次側コイルの巻線を、超電導導体、特に高温超電導導体から構成または製造し得る。流される電流を、交流電流を使用して、１００Ｈｚ未満の周波数で、具体的には５０Ｈｚ未満の周波数で流して、超電導性一次側コイルの交流電流損失を低く保つ。そうでなければ、超電導性一次側コイルを追加の冷却剤によって補償する必要がある。本発明によるリニアモータにおいて、１８Ｎ／ｃｍ2超の力密度を得ることができ、二次側コイルおよび一次側コイルの双方において超電導体を使用する場合には、２５Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることも可能である。冷却剤が流れることができる冷却管をコイル間に形成でき、または間隙を一次側コイル間および適切な場合には中間要素間に開放した状態にして、一次側コイルを冷却することができる。中間要素を、環状セグメントの形態とし得るので、一次側コイルの、環状セグメントによって覆われていない端面に冷却剤を送ることができる。中間要素を、全領域にわたって、一次側コイルの半径方向の高さにわたって部分的にまたは中間空間を有して延在させることができる。中間要素はグリッド構造、中空体またはグリッド体を含むこともでき、それらは機械的に十分に堅固であり、同時にそこに冷却剤が流れることを可能とする。
【００１０】
さらに、一次側コイルおよび中間要素を、好ましくは磁化可能でない材料、具体的には鉄を全く含有しない軽量な材料から構成されるヨークによって被覆する。あるいは、ヨークを、磁界遮蔽のために鉄を含有するおよび／または磁化可能な材料から構成する。特に、ヨークおよび中間要素は、一次側コイル用の機械的な保持構造を形成し得る。中間要素を軸方向にも固着するために、ヨークはその内周部にスロットを有することができ、そのスロットに中間要素が噛み合い式に係合する。ヨークに中間要素を固着することにより、一次側コイルを中間要素に軸方向に支持することが可能となり、それは、一次側コイルに作用する磁界力をヨークが軸方向において吸収できることを意味する。鉄を全く含まずに一次側部分を形成して、一次側部分、従ってリニア電気機械（ｌｉｎｅａｒ  ｍａｃｈｉｎｅ）をとりわけ軽量な設計とし、同時に飽和効果を回避することが特に有利である。あるいは、ヨークは磁化可能な材料を有して、磁束用の帰還路を形成することができる。
【００１１】
一次側コイルを、プラスチック、好ましくは合成樹脂、具体的にはエポキシ樹脂内に閉じ込める。本発明の有利な一改良形態における中間要素も同様に、プラスチック、好ましくは合成樹脂、具体的にはエポキシ樹脂から製造され、例えばガラス繊維材料を挿入することによって繊維強化材で補強し得る。
【００１２】
超電導性二次側コイルは、高電流密度、好ましくは５０Ａ／ｍｍ２超、一層好ましくは７０Ａ／ｍｍ２超、特に１００Ａ／ｍｍ２超の電流密度を有し得るので、二次側コイルによって極めて強力な磁界を生じることが可能となる。二次側部分によって空隙に形成され得る磁束密度は、０．５テスラ超、好ましくは１テスラ超、おそらく２テスラにまで達し得る。二次側部分は、好ましくはケーシング表面に隣接するかまたはケーシング表面上に二次側コイルが配置されているシリンダー状の支持体を有する。二次側部分の支持体は、好ましくは非磁性材料、例えば繊維強化プラスチックから作製される。支持体はまた、磁性材料、具体的には鉄から作製または構成される。一改良形態では、二次側コイルは環状形を有し、軸に対して互いに対して同心状に配置され、二次側部分の関連する支持体に取り付けられる。軸方向に隣接する二次側コイルは、動作中に反対の極性を接続することによって、逆相において直流が流される。再び、空隙巻線を形成するために、磁化可能でない環状の間隔保持要素を二次側コイル間に配置でき、その間隔保持要素上に二次側コイルを軸方向に支持する。この改良形態では、隣接する二次側コイルは、好ましくは、各二次側コイルの軸方向における幅の少なくとも２倍の大きさ、好ましくはこれ以上、互いから一定の距離にある。複数のコイルを組み合わせて、電流の流れる方向が全て同じでああるパック（直列または並列に接続される）を形成することができる。次いで、いずれの場合も隣接するコイルパックにのみ逆の電流方向が適用される。
【００１３】
本発明の別の利点および特徴を、図面に概略的に示すリニア電気機械としてのリニアモータの例示的な実施形態を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の例示的な実施形態による、一次側部分および二次側部分を備えるリニアモータの長手方向断面を示す。
【図２】図１からの二次側部分の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に、一次側部分２０および二次側部分３０を備えるリニアモータ（全体を１０で示す）を示す。一次側部分２０は、二次側部分３０が中心軸Ａに沿って内部で前後に移動できるシリンダー状のレセプタクル１１の境界を定める。図示の例示的な実施形態では、一次側部分２０は、軸Ａに対して同心状に配置されている５つの一次側コイル２１を有する。図面には、例えば三相運転のために、例えば、コイルまたはコイルパックの数は３で割り切ることができる必要があるため、モータ全体から１つのモータ部分のみを示す。一次側コイル２１は環状ディスクコイルを含み、そこに、電気接点（図示せず）を介して、例えば外周部において１２０°位相がシフトされている交流電流または三相電流を流すことができ、それにより、一次側コイル２１によってレセプタクル１１に移動磁界を形成する。一次側コイル２１の、銅の導体から構成されている巻線をエポキシ樹脂内内に閉じ込め、機械的な堅牢性をもたらす。同様に、一次側コイル２１間に環状中間要素２２が配置され、その中間要素２２上に、一次側コイル２１の端面が軸方向に支持される。中間要素２２は、一次側コイル２１の内周部から一次側コイル２１の外周部へ軸方向に延在する。中間要素２２が固着される（図示せず）中空のシリンダー状のヨーク２３を、中間要素２２の外周部および一次側コイル２１の外周部に載置する。それゆえ、ヨーク２３および中間要素２２は、一次側コイル２１用の機械的な保持構造を形成し、そこに一次側コイルを収容する。
【００１６】
一次側部分２０周囲のヨーク２３は、磁化可能でない材料から、または遮蔽目的で磁化可能な材料からも構成し得る。磁化可能な材料から構成される場合、力密度を高めることも可能である。ヨーク２３が導電性材料から構成される場合、ヨークを、交流電流損失を低減するために好ましくは積層材またはスロット付き材（ｓｌｏｔｔｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）によって形成することができる。
【００１７】
一例として、中間要素２２をガラス繊維強化プラスチックから構成することもでき、本発明によれば、それゆえ磁化され得ないので、その結果、一次側コイル２１に電流が流される場合レセプタクル１１に生じる磁界は、中間要素２２の飽和磁化によって限定されない。磁束を案内するための磁化可能な材料は、実質的に一次側コイル２１間に配置されない。それゆえ、軸方向に並べて配置された一次側コイル２１の構成は、いわゆる空隙巻線の形態にある。これらの一次側コイル２１間の「空隙」は、中間要素２２で埋められ、中間要素は、部分的に中空である可能性があるおよび／または絶縁専用に使用される。それゆえ、軸の長さ単位毎の巻数の多い、非常に広範囲な一次側コイル２１を一次側部分２０に使用することもできる。中間要素２２の体積は、一次側コイル２１の体積の何分の一かを占めるにすぎないため、電流を有する巻線（ｔｕｒｎｓ）がありかつ磁界（移動磁界）を形成する一次側部分の充填率は、５０％よりもはるかに大きい。それゆえ、高電流を一次側部分２０の一次側コイル２１に誘導できる。
【００１８】
図１および図２に示す二次側部分３０は環状の二次側コイル３１を有し、二次側コイルは軸Ａに対して同心状に配置され、高温超電導体から構成されている。２０Ｋ超の極低温度において超電導であるこれらの二次側コイル３１は、直流が流され、軸方向に隣接する二次側コイル３１は逆相で接続されている。二次側部分３０の高温超電導体巻線および二次側コイル３１は、パンケーキコイル、ダブルパンケーキコイル、これらのパンケーキコイルから構成されたパック、または短いソレノイドコイルの形態であり得る。同様に、二次側コイル３１間には環状の間隔保持要素３２が配置され、軸Ａに対して同心状に配置されている。間隔保持要素３２は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂から構成され、二次側コイル３１と共に、中空のシリンダー状の支持管３３上に配置される。中空のシリンダー状の支持管３３を、軟磁性鉄などの軟磁性の磁化可能な材料から製造することができ、または同様に、例えばガラス繊維強化プラスチックから構成することもできる。例えば液体窒素を使用して二次側コイル３１を冷却可能とするために、クライオスタット３４に二重壁管３６が設けられている。管３６の「暖かい」外管壁と「冷たい」内管壁との間の中間空間（図示せず）を排気して、外部からクライオスタット３４へ熱が入り込まないようにするかまたは熱の入り込みを抑制する。必要に応じて、市販の超断熱シートから構成された絶縁層を、冷たい管壁の周りに取り付けることもできる。概略的に示す伝達要素３５ａおよび３５ｂによって、二次側部分３０からクライオスタット３４へ力が伝達される。伝達要素３５ａ、３５ｂは、熱伝導性が低く機械的強度の高い材料、例えばガラス繊維強化プラスチックから構成されている。二次側コイル３１を、１００Ａ／ｍｍ2以下の電流密度で動作させることができる。本発明に従って設計されかつ一次側コイルの空隙巻線を備える一次側部分２０と、本発明に従って設計された二次側部分３０とを備えるリニアモータ１０により、一次側部分と二次側部分との間のレセプタクル１１における力密度を１８Ｎ／ｃｍ2超とすることが可能となり、それにより、二次側部分３０を軸Ａに対して平行に動かす。
【００１９】
上述の説明および従属請求項から多数の修正形態が当業者には明白である。軸方向における一次側コイルおよび二次側コイルの個数は一例にすぎず、特に、コイルの幅およびリニアモータの全長によりこれら個数を変えることができる。二次側コイルを螺旋状に配置することもできる。ヨークおよび二次側部分用の支持管も、鉄含有材料から構成し得る。例えば真空含浸によって、スペーサと共に二次側コイルが互いにしっかりと接続されている場合には、二次側部分用の支持管を省略することもできる。あるいは、二次側部分用の支持管を、積層されスロットが付けられた磁化可能な材料から、または同様に、例えばガラス繊維強化プラスチックから構成し得る。硬質磁性材料を、二次側部分において支持管として使用し、そこに直流を流すことができる。特に通常の導電性の一次側コイルを使用する場合、例えば水、オイル、ガスまたは窒素（Ｎ２）によってそれらを間接的にまたは好ましくは直接的に冷却できる。あるいは、７７Ｋ未満、例えば２０Ｋまたは３０Ｋの動作温度を可能とする好適なガスまたは乾式冷却を使用することも可能である。一次側部分における渦電流損失をさらに小さくするために、一次側コイルは編組線巻線を備える。必要に応じて、第２の一次側部分を二次側部分内に配置して、力密度をさらに高くすることもできる。二次側部分の代わりに、一次側部分を、電流が流されるときに形成される磁界によって軸に対して平行に動かすこともできる。一次側部分を内部に配置し、二次側部分を外部に配置することができる。発電機としてのリニア電気機械の一改良形態では、直流が流される二次側部分を、例えば波駆動発電装置の昇降ブイによって機械的に動かすことができる。二次側部分のこの動きによって一次側部分の一次側巻線に誘導される電流は、発電機として作用するリニア電気機械を用いて、エネルギーを得るために使用できる。添付の特許請求の範囲の保護範囲から逸脱せずに、二次側部分の代わりに、一次側部分が軸に対して平行に前後に動き、二次側部分が静止していることもできる。
【図１】
2010522530.tif 000003
【図２】
2010522530.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月2日(2009.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
軟磁性材料では磁気飽和が生じるため、軟磁性の歯を磁化する能力は制限される。一次側部分のコイルにおける電流密度が高い状態で一次側部分と二次側部分との間により高い力密度を得るために、一次側コイルの巻回数を多くするか、または磁化可能な材料の量を増やすことが提案されている。これらの措置により、円形のリニアモータおよびポリソレノイドのリニアモータの試験段階において約８Ｎ／ｃｍ２の力密度を得ることを可能とした。しかしながら、このようにするためには、リニアモータの物理的なサイズおよび重量を、著しく増大させる必要がある。  
高温超電導性ダブルパンケーキコイルを含む超電導体材料から構成された一次側コイルをステータが有するリニアモータの概念が、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１７（２００４）、４４５〜４４９頁から知られている。リニアモータによって１４Ｎ／ｃｍ２程度の大きさの力密度を得るために、ＮｄＦｅＢ磁石が取り付けられているアクチュエータが提案されている。代替的な概念として、鉄積層ウェーハとＹＢＣＯとを組み合わせることによって形成されている個体超電導体を含むアクチュエータが提案されている。 
ＥＰＯ ４２５ ３１４Ａ１号には、一次側部分のコイルおよび二次側部分のコイルの双方が、弓状に湾曲しかつ軸方向に互いにずれているサドルタイプのコイルを含むリニアモータが開示されている。一次側部分および二次側部分のサドルタイプのコイルの磁界は、移動軸に対して直角である。
【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】
軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって互いに対して分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分（２０）と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置され、かつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を有する二次側部分（３０）とを有し、一方の部分が、他方の部分に対して、軸に対して平行に可動であるリニア電気機械において、
前記一次側部分（２０）の前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態であり、前記二次側コイル（３１）は、高温超電導体の巻線から構成され、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができ、前記二次側コイル（３１）は環状であり、かつ前記支持体（３３）の周りに互いに対して同心状に配置されており、および前記二次側コイル（３１）間には間隔保持要素が配置されており、その間隔保持要素上に、前記二次側コイル（３１）は軸方向に支持されることを特徴とするリニア電気機械。
【請求項２】
前記二次側部分（２０）における前記二次側コイル（３１）の配置が、空隙巻線の形態であることを特徴とする請求項１に記載のリニア電気機械。
【請求項３】
磁束を集中させるために、磁化可能な材料、具体的には鉄を、前記一次側部分（２０）の前記一次側コイル（２１）間および前記二次側部分（３０）の前記二次側コイル（３１）間に配置しないことを特徴とする請求項１または２に記載のリニア電気機械。
【請求項４】
前記一次側コイル（２１）の、前記中間要素（２２）および／または空気中間空間に対する体積比と定義される前記一次側部分（２０）の充填率が、７０％超、具体的には８５％超であることを特徴とする請求項１、２または３に記載のリニア電気機械。
【請求項５】
前記一次側コイル（２１）が、通常の電導体の巻線、具体的にはアルミニウムまたは銅から構成された導体の巻線または中空導体から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項６】
前記一次側コイルが、超電導体、好ましくは高温超電導体の巻線から作製されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項７】
前記一次側コイル（２１）および前記中間要素（２２）を被覆し、かつ好ましくは非磁性材料または磁化可能でない材料、特に軽量な材料から構成されるヨーク（３２）によって特徴付けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項８】
前記ヨークが、その内周部にスロットを有し、そのスロットに、前記中間要素（２２）が固着されていることを特徴とする請求項７に記載のリニア電気機械。
【請求項９】
前記一次側コイル（２１）および／または前記二次側コイル（３１）が、プラスチック、好ましくは合成樹脂、具体的にはエポキシ樹脂内に閉じ込められ、前記中間要素が部分的にまたは完全にプラスチックシースを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１０】
５０Ａ／ｍｍ２超、好ましくは７０Ａ／ｍｍ２超、具体的には１００Ａ／ｍｍ２超の電流密度を前記二次側コイル（３１）に流すことができまたは流し、および／または前記二次側コイルの磁界が、軸に対して平行に位置合せされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１１】
前記二次側部分がシリンダー状の支持体（３３）を有し、そのケーシング表面に、前記二次側コイル（３２）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１２】
前記支持体（３３）が磁化可能でないか、または磁化可能でない材料から構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のリニア電気機械。
【請求項１３】
前記間隔保持要素（３２）が磁化可能でないか、または磁化可能でない材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１４】
前記二次側コイルがある幅を有し、隣接する二次側コイル（３１）間の距離が、前記二次側コイル（３１）間の前記幅の少なくとも２倍に対応することを特徴とする請求項１３に記載のリニア電気機械。
【請求項１５】
前記一次側コイルに交流電流を流すことができまたは流し、電流を前記一次側部分および二次側部分（２１、３１）に流すことによって、前記一次側部分および二次側部分（２０；３０）を互いに対して動かすことができ、および前記リニア電気機械がリニアモータ（１０）を形成することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【請求項１６】
前記一次側コイルが、超電導体、好ましくは高温超電導体の巻線から製造され、１００Ｈｚ未満、具体的には５０Ｈｚ未満の周波数において振動する交流電流が流されることを特徴とする請求項１５に記載のリニア電気機械。
【請求項１７】
前記一次側部分または前記二次側部分を、外部から作動させて軸に対して平行に動かすことができ、前記一次側部分と前記二次側部分との間の軸方向運動によって前記一次側コイルに誘導される電流を取り出すことができ、かつ前記リニア電気機械が発電機を形成することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項に記載のリニア電気機械。
【国際調査報告】
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