(57)【要約】  【課題】  電気モータの可動部品が一層良好かつ簡単に放熱されねばならない。  【解決手段】  このため、第１モータ部（１）と、第１モータ部（１）と磁気的に協動し、第２モータ部に対して第１モータ部が２つの逆向きの運動方向（Ａ、Ｂ）に移動可能である第２モータ部とを備えた電気モータが提案される。この電気モータがさらに冷却システムを装備しており、この冷却システムは第１モータ部（１）に取付けられ、少なくとも第１モータ部を冷却するための冷却媒体を有する。冷却媒体は専ら第１モータ部（１）を２つの逆向きの運動方向（Ａ、Ｂ）の一方に加速することによって冷却システム内を移動する。この移動は例えば開冷却サイクルシステム内で自重によって、または閉冷却サイクルシステム内でピストン（２３）によって引き起こすことができる。こうしてモータの移動は冷却材の吸入および排出にも使用され、ファン等の付加的電気部材を省くことができる。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１モータ部と第２モータ部および冷却システムを備えた電気モータであって、第２モータ部は第１モータ部と磁気的に協動し、第２モータ部に対して第１モータ部が２つの逆向きの運動方向に移動可能であり、冷却システムは第１モータ部に取付けられ、少なくとも第１モータ部を冷却するための冷却媒体を有するように構成された電気モータにおいて、
前記第１モータ部が２つの逆向きの運動方向の専ら一方にのみ加速することによって前記冷却媒体を冷却システム内で移動可能とした電気モータ。
【請求項２】
リニアモータとして形成され、第１モータ部（１）が一次側であり、この一次側の内部／表面に冷却システムの冷却管（３、１１）が配置されている請求項１記載の電気モータ。
【請求項３】
冷却システムが少なくとも１つの遮断弁（１７、１８、２１、２２）を備えた冷却管（３、１１）を有し、この弁により冷却媒体（６）はこの冷却管内を１方向にのみ貫流可能とした請求項１または２記載の電気モータ。
【請求項４】
冷却システムがそれ自体閉じている請求項１から３のいずれか１つに記載の電気モータ。
【請求項５】
冷却システムが冷却管（３、１１）または容器内にピストン（２３）を有し、ピストンの密度（ρk、ρM、ρW）を冷却媒体（６）の密度とは異なることとした請求項１から４のいずれか１つに記載の電気モータ。
【請求項６】
冷却システムの１つの区域に、冷却媒体（６）の密度とは異なる密度（ρk、ρM、ρW）の物体（２３）がこの区域の内部横断面を少なくとも大部分覆う膜（２４）を用いて取付けられている請求項１から５のいずれか１つに記載の電気モータ。
【請求項７】
冷却システムが少なくとも１つのバランス容器（１２）を有し、このバランス容器内に液体冷却媒体（６）の他に気体バランス媒体を備えた請求項１から６のいずれか１つに記載の電気モータ。
【請求項８】
冷却システムが、各１つの遮断弁（１７、１８、２１、２２）を備えた並行に延びて互いに合流する２つの管部（１９、２０）を有し、そのうち両方の遮断弁が合流部の方を向くかまたは合流部から離れる方を向くかのいずれかであり、それにより冷却媒体（６）が第１モータ部の一方の運動方向（Ａ、Ｂ）のとき一方の管部のみを流れ、第１モータ部（１）の逆向きの運動方向（Ａ、Ｂ）のとき他方の管部のみを流れる請求項１から７のいずれか１つに記載の電気モータ。
【請求項９】
冷却システムが圧力容器（２６）とこれに接続された膨張部（２８）とを有し、第１モータ部の被冷却部が膨張部（２８）によって冷却される請求項１から８のいずれか１つに記載の電気モータ。
【請求項１０】
第１モータ部（１）と第２モータ部（２）および冷却システムを備えた電気モータのうち、第２モータ部（２）は第１モータ部（１）と磁気的に協動し、第２モータ部に対して第１モータ部が２つの逆向きの運動方向（A、B）に移動可能であり、冷却システムは第１モータ部（１）に取付けられ、少なくとも第１モータ部（１）を冷却するための冷却媒体（６）を有するように構成された電気モータを、第１モータ部（１）を２つの逆向きの運動方向（Ａ、Ｂ）の一方で第２モータ部（２）に対して加速することによって冷却するための方法において、
冷却媒体（６）が専ら第１モータ部（１）の加速によって冷却システム内で移動する方法。
【請求項１１】
冷却媒体（６）が一方の運動方向（Ａ、Ｂ）での第１モータ部（１）の加速時に一方の冷却管（３、１１）内を流れ、逆向きの運動方向（Ａ、Ｂ）での第１モータ部の移動時に遮断される請求項８記載の方法。
【請求項１２】
冷却媒体（６）がピストン（２３）によって移動させられ、このピストンが第１モータ部（１）の加速時に冷却媒体（６）内を移動する請求項８または９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１モータ部と第２モータ部および冷却システムを備えた電気モータであって、第２モータ部は第１モータ部と磁気的に協動し、第２モータ部に対して第１モータ部が２つの逆向きの運動方向に移動可能であり、冷却システムは第１モータ部に取付けられ、少なくとも第１モータ部を冷却するための冷却媒体を有する電気モータに関する。本発明はさらに電気モータを冷却するための相応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用率を高めるために電気モータには冷却システムが備えられる。その際、モータの固定部だけでなく可動部も冷却されるべきであろう。回転モータの場合可動部はロータであり、リニアモータの場合可動部は普通一次側部品である。
【０００３】
液体での冷却は空気または別の気体での冷却よりもはるかに効率的である。その都度使用される冷却媒体は例えばファンまたは搬送ホイールを用いて冷却システムの冷却管内を搬送される。その際、自己通風であるか強制通風であるかで区別される。後者の場合、モータの出力は通風に使用されない。
【０００４】
放熱の別の可能性は純粋な対流または放射を利用することにある。さらに、いわゆるヒートパイプやサーモパイプも放熱に利用される。
【０００５】
しかしモータの可動部では、各冷却組立体を取付けもしくは結合することは困難である。それゆえにモータ可動部の冷却はしばしば省かれるが、しかしこれは出力損失を意味する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、単純で容易に取り扱うことのできる冷却システムを特にモータの可動部用に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、本発明によれば、第１モータ部と第２モータ部および冷却システムを備えた電気モータであって、第２モータ部は第１モータ部と磁気的に協動し、第２モータ部に対して第１モータ部が２つの逆向きの運動方向に移動可能であり、冷却システムは第１モータ部に取付けられ、少なくとも第１モータ部を冷却するための冷却媒体を有するように構成された電気モータにおいて、冷却媒体が、第１モータ部が２つの逆向きの運動方向の専ら一方にのみ加速することによって冷却システム内で移動可能である電気モータによって解決される。
【０００８】
さらに、本発明によれば、第１モータ部と第２モータ部および冷却システムを備えた電気モータであって、第２モータ部は第１モータ部と磁気的に協動し、第２モータ部に対して第１モータ部が２つの逆向きの運動方向に移動可能であり、冷却システムは第１モータ部に取付けられ、少なくとも第１モータ部を冷却するための冷却媒体を有するように構成された電気モータを、第１モータ部を第２モータ部に対して２つの逆向きの運動方向の一方で加速し、冷却媒体を専ら第１モータ部の加速によって冷却システム内で移動させることによって冷却するための方法が提供される。
【０００９】
有利なことに、モータ部の加速が冷却媒体の移動に一緒に利用されるので、可動モータ部の放熱はごく簡単に可能となる。それゆえに、冷却媒体を移動させるための特殊な駆動装置は不要である。
【００１０】
好ましくは電気モータがリニアモータとして形成され、好ましくは第１可動モータ部が一次側であり、この一次側の内部／表面に冷却システムの冷却管が配置されている。その際、リニアモータ一次側の往復移動は一次側を冷却するのに活用される。
【００１１】
さらに、冷却システムは少なくとも１つの逆止弁もしくは遮断弁を備えた冷却管を有することができ、この冷却管内を冷却媒体は１方向にのみ貫流できる。これにより、冷却システムの効率を高めることができる。
【００１２】
冷却システムがそれ自体閉じていることも特別有利である。これにより、冷却システムが全体としてモータの可動部に配置されているとき、例えばモータ可動部の冷却時に外部への接続部を設けねばならないことを回避することができる。
【００１３】
さらに、冷却システムは冷却管または容器内にピストンを有することができ、ピストンの密度は冷却媒体の密度とは異なる。その場合、ピストンは第１モータ部の加速時に冷却媒体内を移動する。これにより、特に対称な冷却システムも構成することができる。さらに、このピストンは冷却媒体の流量を高めるのに使用することができる。
【００１４】
さらに、この冷却システムは少なくとも１つのバランス容器を有することができ、このバランス容器内に液体冷却媒体の他に気体のバランス媒体が存在する。その際、冷却媒体を移送するのに第１モータ部の加速の他に重力も一緒に使用することができる。
【００１５】
特殊な１実施形態では冷却システムが、各１つの遮断弁を備えた並行に延びて互いに合流する２つの管区域を有し、そのうち両方の遮断弁が合流部の方を向くかまたは合流部から離れる方を向くかのいずれかであり、これにより冷却媒体は第１モータ部の一方の運動方向のとき一方の管区域のみを流れ、第１モータ部の逆向きの運動方向のとき他方の管区域のみを流れる。こうして第１モータ部の加速は１方向だけでなく、両方向で利用することができる。
【００１６】
自由に移動するピストンの代わりに、冷却システムの１つの区域に、この区域の内部横断面を少なくとも大部分覆う膜を用いて、冷却媒体の密度とは異なる密度の物体を取り付けておくこともできる。その場合、加速時に膜はこの物体によって変位され、これにより冷却媒体は冷却システム内を移送される。
【００１７】
さらに、冷却システムは圧力容器とこれに接続された膨張部とを有することができ、第１モータ部の被冷却部がこの膨張部によって冷却される。その場合、圧力容器からの冷却媒体が膨張部内で膨張すると、付加的に熱力学的冷却効果が利用される。
【００１８】
以下、添付図面を基に本発明が詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】簡単な第１実施形態による本発明に係るリニアモータを横断面図で示す。
【図２】一次側に閉冷却システムを有するリニアモータを示す。
【図３】本発明の第３実施形態による、遮断弁を備えた冷却管路を有する水冷式リニアモータの原理図である。
【図４】本発明の第４実施形態による、冷却システム内にピストンを有する水冷式リニアモータの原理図である。
【図５】第５実施形態による、付加的熱力学的冷却部を有する水冷式リニアモータの原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下で詳しく述べる実施例は本発明の好ましい実施形態である。
【００２１】
リニアモータの水冷式一次側１のごく簡単な例が図１に示してある。一次側１は矢印Ａに相応してリニアモータの二次側２上を図面において右に移動し、または矢印Ｂに従って左に移動する。運動方向Ａ、Ｂと平行に一次側１内にコイル冷却のために冷却管３が設けられている。一次側１の左側に冷却材容器４、右側に冷却材容器５がある。冷却管３は両方の冷却材容器４、５と流体的に結合されている。冷却材６の液面は両方の冷却材容器４、５内で冷却管３の上方にある。従って冷却材容器４、５だけでなく冷却管３にも冷却媒体６が充填されている。
【００２２】
冷却管３は一次側１のコイルにできるだけ熱的結合が大きくなるように連結されている。この連結は例えば一次側のハウジングに押し込むことによって行われる。
【００２３】
ここで一次側１がＡ方向に加速されると、冷却液体６は加速のゆえに冷却管３内をＢ方向に流れ、冷却材容器４は徐々に充填され、冷却材容器５は徐々に空になる。一次側１がＢ方向、左側に加速される別の事例のときには冷却液体は冷却管３内を右に流れ、右側冷却材容器５が充填され、左側冷却材容器４が空にされる。冷却液体６が冷却管３内を流れることによって一次側１は一層良好に放熱される。一次側１の加速がもはや起きないと冷却材の流れは中断する。しかし加速がもはや存在しないと、リニアモータが消費する電気エネルギーは相応に少なくなりまたは零となる。冷却液体６の放熱のために冷却材容器４、５に、熱を周囲に放出する冷却体もしくは熱交換器７、８が取付けられている。
【００２４】
図２は自律的冷却システムを備えたリニアモータのさらに開発された第２実施形態をやはり縦断面図で示す。この電気モータの構造は図１のものにほぼ類似している。しかしこの第２実施形態では冷却材システムが閉じている。特に個々の冷却材容器４、５は蓋をされ、空気管９を介して互いに結合されている。図２の例では一次側１はＡ方向で右に加速される。それゆえに冷却管３内で冷却液体６、例えば水は書き込まれた矢印に従って左に流れる。それに対して空気管９内では空気がバランスのため左側冷却材容器４から右側冷却材容器５内へと右に流れる。Ｂ方向での逆加速時には、冷却管３内と空気管９内とで流れ方向が相応に反転している。さらに、重力が両方の冷却材容器４、５内で液面のバランスをもたらす。
【００２５】
冷却出力を改善するために図２の冷却原理（閉冷却システム）は図３に相応してさらに開発することができる。この図面にやはり示唆してある一次側１はＡ方向とＢ方向とに加速される。二次側の図示がここでは省かれている。一次側１内に配置されたコイル１０は一定の損失出力を有する。そのことから生じる熱は運動方向Ａ、Ｂに垂直に配置された冷却管１１に導かれる。冷却液体６は液体容器１２から出ており、この液体容器は冷却管１１の上端に配置され、冷却管と結合されている。
【００２６】
冷却液体６は冷却管１１内を下方に流れ、一次側１の下方で空冷式熱交換器１３を貫流する。熱交換器１３の下方で冷却管１１はＡ方向の第１冷却管部１４とＢ方向の第２冷却管部１５とに分岐する。両方の冷却管部１４、１５は下側液体容器１６内にＰ２点もしくはＰ４点で合流する。さらに両方の冷却管部１４、１５は、各冷却管部１４、１５から下側液体容器１６内への冷却液体の流入のみを許容する逆止弁もしくは遮断弁１７、１８を備えている。
【００２７】
液体容器１６の最も左側の末端（Ｐ１点）と最も右側の末端（Ｐ３点）とにそれぞれ上昇管２０、１９が配置されている。両方の上昇管が遮断弁２２、２１を備えており、冷却液体６は専ら下側液体容器１６から上昇管１９、２０内に流れることができる。両方の上昇管１９、２０は上側液体容器１２内に合流する。上側液体容器１２には冷却液体６が完全に充填されているのでなく、部分的に空気または別の気体が充填されている。
【００２８】
二方冷却システムと一緒に一次側１がＡ方向に加速されると、左側上昇管２０が下側液体容器１６に取付けられているＰ１点で圧力が上昇する。それに応じて、上昇管２０内で冷却液体６が上昇し、上側液体容器１２内に導かれる。同時に、下側液体容器１６内のＰ２点でＰ１点に比べて著しい負圧が発生し、冷却液体は上側液体容器６から冷却管１１および冷却管部１４を通して下側液体容器１６内に流れる。相応する冷却液体の流れは符号ＷＡで示されている。
【００２９】
一次側１が冷却システムと一緒にＢ方向に加速される別の事例では、右側上昇管１９が下側液体容器１６に連結されているＰ３点で圧力が上昇する。同時に、左側冷却管部１５が下側液体容器１６内に合流するＰ４点で圧力が低下する。それゆえに、左側冷却管部１５および右側上昇管１９内に書き込まれた冷却材の流れＷＢが生じる。つまりリニアモータの往復移動時に上側液体容器１２内に液体が絶えず吸入あるいは排出され、そこから下方に一次側１内を流れ、一次側は放熱することができる。
【００３０】
水冷式リニアモータ一次側の第３実施形態が図４に示してある。構造は図３のものに類似している。一次側１のコイル１０は垂直に配置される冷却管１１に熱を放出する。その下にある熱交換器１３が冷却管１１から熱を奪う。引き続き冷却管は同様に遮断弁１７、１８を備えた冷却管部１４、１５に分岐する。冷却管部１４、１５が下側水容器１６内に合流し、水容器の外側末端で上昇管１９、２０が上昇し、上昇管はやはり遮断弁２１、２２を備えている。両方の上昇管１９、２０は、ここで中間的な液体容器を接続することなく、共に冷却管１１内に合流する。こうして、冷却液体もしくは水を完全に充填された単一の容器を有する閉サイクルシステムが得られる。
【００３１】
例えば管状に形成される液体容器１６内にピストン２３がある。このピストン２３が密度ρkを有し、冷却液体もしくは水の密度はρwである。
【００３２】
以下の機能例ではρk＞ρwであると仮定する。ところで一次側１が冷却サイクルも含めてＡ方向に加速されると、冷却液体の密度よりも大きな密度のピストン２３が左（ρk＜ρwの場合右）に移動し、冷却液体は遮断弁１８のゆえに冷却管区域１５に入り込むことができないので上昇管２０に押し込まれる。同時に、ピストンの右側で容器空間内に負圧が発生し、冷却液体は冷却管１１および右側冷却管部１４内を液体流ＷＡに相応して流れる。
【００３３】
それに対して一次側１がＢ方向で左に加速される場合、ピストン２３は右に移動し、液体を右側上昇管１９に押し込み、冷却管１１および左側冷却管部１５を通して冷却液体容器１６の左側部分に押し戻す。
【００３４】
つまりこの閉冷却サイクルシステムでも、加速方向に依存して冷却材サイクルＷＡまたは冷却材サイクルＷＢのいずれかが作動する。両方のサイクルは一次側を貫流し、従って一次側の放熱をもたらす。
【００３５】
図４の例の冷却システムは従来、図３の例に相応して上昇管を備えた垂直システムと見做されてきた。しかし第４実施例の閉サイクルシステムは、図４に示した管が水平に配置されている場合にも、同様に機能する。その場合にもピストン２３は加速時にＡ方向、Ｂ方向の一方に移動し、これにより冷却材を移送する。
【００３６】
閉冷却サイクルを有する水冷式リニアモータの第５実施例が図５に略示してある。構造は図４のものにほぼ一致しており、それゆえに、変更のない個別構成要素の説明は省いてある。第４実施例に対する第１の本質的な変更は、ピストン２３の代わりに、質量もしくは物体２５を取り付けられた膜２４が液体容器１６内に配置されていることにある。物体２５の移動原理は図４のピストン２３の移動原理と同じである。つまり、物体２５が有する密度ρMは水もしくは液体の密度ρWとは異なる。物体２５の密度ρMが冷却液体の密度ρWよりも大きいと、Ａ方向での加速時に物体２５は逆方向Ｂに運動する。それに対して物体２５の密度ρMが冷却液体の密度ρWよりも小さいと、一次側１のＡ方向での加速時に物体２５はやはりＡ方向に運動する。Ｂ方向での一次側１の加速時には、物体２５の逆移動が起きる。
【００３７】
膜２４は物体２５の移動に相応して変位する。この膜は液体容器１６を、互いに液体結合されていない左半分と右半分とに分離するので、一次側１の加速時に方向に応じて再び両方の冷却サイクルの一方ＷＡまたはＷＢが図４の例に相応して作動される。
【００３８】
第４実施例に対する第５実施例の他の主要な変更は、中央冷却管１１がここでは圧力容器２６と管内の狭隘部２７と膨張部２８とに取り替えられていることにある。この圧力容器２６とそれに続く膨張部２８とによって、膨張時に例えば冷却液体の蒸発によって媒体が冷却される熱力学的原理が冷却に利用される。
【００３９】
図５に示す閉冷却サイクルシステムの機能は以下の如く略記することができる。例えば往復移動時に一次側１が加速されることによって、物体２５を取付けられた膜２４はポンプとして働き、冷却液体を圧力容器２６内に吸引する。そこでは温度が値Ｔ１に高まり、圧力が値ｐ１に高まる。熱交換器１３は温度上昇のゆえに圧力容器２６に熱的に連結されている。これにより、冷却液体の放熱時の効率が高まる。冷却液体が狭隘部２７を通して膨張部２８内に流れ、そこで冷却液体はポリトロープ状態変化（熱力学における準静的過程）に相応して膨張することができ、好ましくは蒸発する。圧力が値ｐ２に低下する。同様に、温度が温度Ｔ２に低下する。この膨張部２８に一次側１もしくはコイル１０が熱的に連結されている。膨張部２８が比較的低い温度Ｔ２を有するので、その放熱はこれに相応して一層効率的である。
【００４０】
放熱を改善するために、状況によっては、弁２１、２２を圧力容器２６に直接設けるのでなく、図３の例におけるように液体容器１６の近傍に設けるのが有利なこともある。その場合、外側管もしくは上昇管路２０、２１内の液体も高い温度Ｔ１を有し、そこでは周囲への付加的な放熱を行うことができる。
【００４１】
上記実施例は部分的に、両方向での加速時にポンプ作用を示す二方向システムとして示してある。しかしこの冷却システムは一方向システムとして実施することもでき、冷却材は一方向での加速時にのみ吸入あるいは排出される。さらに、冷却効果を改善するためにシステムは複数の並行に延びて場合によっては逆向きに流通させる管を装備しておくこともできる。相応する冷却サイクルを得るために、冷却システムのピストン、膜、熱力学的要素等のすべての個別要素は一般に互いに任意に組合せることができる。
【００４２】
紹介した閉冷却システムは、通常の水冷却が望ましくないいわゆるピックアンドプレース機械（表面実装装置）において特に有利である。というのも、これらの機械は永続的に移動し、こうして冷却材を絶えず吸入あるいは排出するからである。これにより、空気ファン等の付加的電気部材を節約することができる。それにもかかわらず熱はモータから効率的に搬出することができる。
【００４３】
図示した複数の例はリニア運動時の加速にあてはまる。同じ原理は、ロータの角加速度を利用することによって回転モータでも応用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  第１モータ部
２  第２モータ部
３  冷却管
６  冷却媒体
１１  冷却管
１２  バランス容器
１７、１８、２１、２２  遮断弁
１９、２０  管部
２３  ピストン
２４  膜
２６  圧力容器
２８  膨張部
Ａ、Ｂ  運動方向
ρK、ρM、ρW  密度
【図１】
2010502163.tif 000003
【図２】
2010502163.tif 000004
【図３】
2010502163.tif 000005
【図４】
2010502163.tif 000006
【図５】
2010502163.tif 000007
【国際調査報告】
2010502163.tif 000008
2010502163.tif 000009
2010502163.tif 000010
2010502163.tif 000011
2010502163.tif 000012