(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にそれぞれの電気的コイル(16)が安定して収容されている複数のコンパートメント(15)を装備した電機子を備えるリニアモータで、
前記電機子の一方の側面と協働する1個の固定バー(22)を備え、使用中、そのバーに前記電気的コイル(16)に面して配列された複数の永久磁石(12)が取り付けられていること、
前記電機子(14)は主としてアルミニウムまたはセラミック材料で作られていること、
前記電機子(14)は、少なくとも、前記電気的コイル(16)を収容している前記コンパートメント(15)の周辺部において電気的不連続部の領域を画成している中断部(21)を備えていること、および、
各コンパートメント(15)は、前記電気的コイル(16)の回りで実質的に閉じられた周辺部を形成し、且つ、各コンパートメント(15)は、溶融樹脂(20)を注型するための型として機能し、該樹脂は電気的コイル(16)の螺旋の間の隙間に浸透し、上記螺旋と上記電機子(14)との間のすべての空間と、上記電気的コイル(16)の内側コンパートメントを満たすことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記コンパートメント(15)は、周辺部が四つのセグメントによって規定された事実上矩形の形状を有しており、前記中断部(21)は、これらの四つのセグメントの一つに作られていることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記電機子(14)は、前記永久磁石(12)の位置に対して前記電気的コイル(16)の後ろの位置で、前記電気的コイル(16)および前記永久磁石(12)の間に確立された磁気回路が閉じる強磁性の材料で作られた少なくとも一つのバー(18)と協働することができることを特徴とする請求項1乃至2のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【請求項４】
強磁性の材料でできている前記バー(18)と後部で関連する支持プレート(25)を備えることを特徴とする請求項3に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記支持プレート(25)は、アルミニウムまたは合金でできていることを特徴とする請求項4に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記支持プレート(25)は、セラミック材料でできていることを特徴とする請求項4に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記電機子(14)は、液体または溶融状態の絶縁材料が注型される注型割れ目(19)を画成することができることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記絶縁材料は、重合可能な樹脂であることを特徴とする請求項7に記載のリニアモータ。
【請求項９】
前記電気的コイル(16)は、導体(17)の事実上連続な巻線によって得られることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
【請求項１０】
前記電機子(14)は、前記電気的コイル(16)と前記永久磁石(12)との対向面に垂直な方向に重ねた導体(17)の事実上連続な巻線によって得られる2または2の倍数の対の関連電気的コイル(16a、16b)を含むことができることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載されたリニアモータ。
【請求項１１】
前記電機子(14)は、運動の方向に整列配置されたそれぞれの電気的コイル(16)を収容する複数のコンパートメント(15)を画成することが可能な少なくとも一つのモジュールを備え、前記モジュールの長手方向の広がりは、偶数個の永久磁石(12)をカバーするようなものであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【請求項１２】
前記モジュールは、2または2の倍数に等しい多くの電気的コイル(16)を備えることを特徴とする請求項11に記載のリニアモータ。
【請求項１３】
前記モジュールは、3または3の倍数に等しい多くの電気的コイル(16)を備えることを特徴とする請求項11に記載のリニアモータ。
【請求項１４】
二つの隣接したコンパートメント(15)の間の距離「p」は、二つの隣接した永久磁石(12)の間の距離以下であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石によって励磁される同期ブラシレス型のリニアモータに関する。
【０００２】
より正確にいえば、本発明は、それぞれの電気コイルが安定して収容されている複数のコンパートメントを備えた可動電機子、スライダまたはカーソルおよび使用中は電気コイルに向かい合って取り付けられて配置されている一個の固定バーを備えている型のリニアモータに関する。
【０００３】
モータの可動電機子は、アルミニウムもしくはその合金またはセラミック材料で作られて、磁気回路を閉じるためにコイルと協働する強磁性のバーを収容するのに適当である。
本発明はまた、リニアモータを製作するための方法に関する。
【０００４】
【従来の技術】
例えばＧＢ−Ａ２．３５２．９５４に開示されているような従来技術は、上述のような普通型の同期ブラシレス・リニア電気モータを含んでいる。そのようなモータは、通常電機子またはフレームから成る可動部を備え、その上にハウジング・コンパートメントが通常等距離に作られ、コンパートメントの内部には給電手段と関連した電気コイルが挿入されて締め付けられている。
【０００５】
関連の固定バー（通常強磁性材料でできている）が電機子の少なくとも一方の側面に面している位置にあり、複数の永久磁石が固定バーに取り付けられて、一直線にかつ電気コイルを担持する電機子の運動の方向に通常等距離並べて配置されている。磁石は、交互の極性を有する。
【０００６】
他の構造的実施例において、モータは、電気コイルを備えている固定部および永久磁石を備えている可動部を有することができる。
【０００７】
コイルが収容されている電機子および永久磁石が取り付けられている強磁性のバーは、空気隙間によって互いに離されている。
【０００８】
この型のリニアモータの動作原理は、コイルの中を循環する電流の循環方向をコイルがある極性、例えば正、を持った磁石に向き合う位置から負の極性を持った磁石に面する位置へ動く度に順番に逆にすることによって作られる反発力を利用する。
【０００９】
従来のモータ（例えばＵＳ−Ａ−６，１４０，７３４を参照）において、コイルは電機子のそれぞれのハウジング・コンパートメント内の絶縁材料（例えば樹脂）に埋められ、樹脂を活性化（溶解）して、コイルの螺旋の間を浸透させる熱処理によって炉の中で固められる。絶縁材料は、モータの性能を劣化させる隣接したコイルの間の磁気摩擦の現象をなくすのに必要である。
【００１０】
コイルの螺旋の間に固化された絶縁材料はまた、固定された磁石に対する正確な位置決めを確実にするために、電機子の関連コンパートメントのコイルを安定に納めるための機械的サポートとして作用する。
【００１１】
しかし、特にコイルの内側のコンパートメントにおいて、完全に満たされていない螺旋の間の隙間のために絶縁材料に熱間固化プロセスを用いると機械的剛性の不足を生じることが分かった。モータが高周波状態で使われるとき、長期的には螺旋のゆるみに導く機械的応力がコイルに生じるので、螺旋はモータの機能および効率によくない影響を持つ環境にさらされる。
【００１２】
螺旋の間の隙間の存在は、コイル内を循環している電流および永久磁石によってそれぞれ発生される磁場の相互作用状態を悪化させ、モータを動かす反発力の値の減少をもたらす。
【００１３】
さらに、コイルの機械的サポートとして機能する絶縁材料のあることは、ジュール効果によって発生される熱を放散する能力を小さくし、その結果コイルの電機子における過熱の問題を生ずる。
【００１４】
本出願人は、従来の技術の欠点を解消して、更なる利点を得るために本発明を考案し具体化した。
【００１５】
本発明は本質的にはそれぞれの主請求項において記載され、特徴づけられ、一方、従属クレームは本発明のその他の革新的な特性を記載する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は応力に対する機械的抵抗、熱消散、電機子に埋設された螺旋の構造的安定性、小形総合的大きさ、効率および応答速度などの特性を改良した永久磁石付同期型のブラシレス・リニアモータを達成することである。
【００１７】
もう一つの目的は、それが使われることができる事実上全ての適用のために、十分に高い動力をいかなる場合にも保証できる低コストで低重量のリニアモータを得ることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
これらの目的に従って、第１の特性によれば、本発明によるリニアモータは、アルミニウムまたはそれの合金で主に作られた構造的電機子を備え、その電機子には、電気供給手段と関連し運動方向に沿って事実上一直線に配置された複数の相手コイルを安定して収容するためのコンパートメントが作られている。
【００１９】
もう一つの特性によれば、構造的電機子は、主にセラミック材料から作られる。
【００２０】
主にアルミニウム若しくはそれの合金またはセラミック材料から作られた構造的電機子を使用することによって、例えば高周波でモータの長期にわたる使用から生じる大きな応力の状態においてさえ、総重量を限られたものに保ちながら大きな機械的剛性を保証できるようになる。
【００２１】
さらに、アルミニウムまたはセラミックから作られる構造的電機子は大きな熱消散能力を確実にし、コイルの螺旋内の電流の長期にわたる循環から生じる可能性のある過熱を防ぐ。
【００２２】
本発明によるリニアモータはまた、１個の固定バーだけを備え、それに複数の永久磁石が可動電機子のコイルに面した位置に適当に間隔をあけて相互に極性を替えて取り付けられる。
【００２３】
複数の磁石からなる単一の固定バーのあることによって、モータのコストおよび重量に関して相当な節減ができ、改良された熱消散に関して相当な利点を得ることができる。総動力は、２列の磁石を有する従来のモータに対して僅かに減少するが、可能な適用のほとんど全ての場合について、どんな場合でも十分に高いままである。
【００２４】
コイルの背後（磁石に面している側面に関して）に、強磁性材料製のバーが電機子に取り付けられ、そのバーによってコイルと磁石の間にできている磁気回路が閉じられる。
【００２５】
本発明のもう一つの特徴によれば、アルミニウムまたはセラミックでできている構造的電機子は、コイルの前記ハウジング・コンパートメントを囲んでいる周辺部の少なくとも一部分と協働して、電気的不連続部を形成して電気回路が電機子そのもので閉じるのを防ぐことができる中断部を備え、これらの中断部はまた、電機子に誘導される電流が電機子そのものに沿って自由に流れて、モータの動作を妨げることを避けることができる。
【００２６】
第１実施例において、中断部または不連続部は、関連しているコイルの二つの隣接したハウジング・コンパートメントを切り離す電機子の横方向の部分に作られる。もう一つの実施例によれば、中断部または不連続部は、関係ハウジング・コンパートメントの上または下の部分と協働して作られる。
【００２７】
本発明の好ましい実施例によれば、コイルのハウジング・コンパートメントを画成するアルミニウムまたはセラミックの構造的電機子は、絶縁材料（例えば重合可能な樹脂またはそれと匹敵するその他の材料）が液体又は溶融状態で内部に注入される注型割れ目を画成することが可能な少なくとも一つのモジュールを備える。
【００２８】
注型の間、絶縁材料は、コイルの螺旋の間の全ての隙間およびコイルの内側のコンパートメントもまた満たされるまで深く浸透する。樹脂は、凝固して安定し（重合によって）、関係コイルと安定した統一体を形成する。この統一体は、絶対機械的安定性、電気的絶縁、良好な熱消散能力および電気を伝導させることができない空間がないことを保証する。
【００２９】
変形態様によれば、可動電機子の前進方向に対して直角な平面に、モータは、単一の連続巻線によって作った隣接して事実上平行な二つまたは２の倍数のコイルを備えている。
【００３０】
二つの隣接したコイルを形成するために単一の巻線を使用することによって、導体の二つの端（電気回路を形成するために電源に接続された）は、常に、一方および他方のコイルの外側周辺のそれぞれから出て、コイル自体の横方向の大半の中に含まれたままである。この構成については、導体の端が電機子から現れ出ているために形成された横方向のほかより膨らんだ部分はなく、その膨らんだ部分は、空間を絶縁材料によって効果的に充填するのを妨げる可能性があり、したがって、正しい電気伝導、熱消散および機械的安定性の問題を生む。
【００３１】
好ましい実施例において、電機子は、運動方向に整列して配列された二つのコイルまたは２の倍数すなわち数対のコイルを含むように寸法的に構成された少なくとも一つのモジュール（電気的観点から単一のコイルに匹敵する）を備える。
【００３２】
一つの変形態様によれば、モジュールは運動方向に整列配置された三つのコイルまたは３の倍数若しくは数対のコイルを含むのに適当である。
【００３３】
モジュールは、モータの可動部の運動の間、残される磁石の符号は、常にコイルを支える電機子によって覆われた新規な磁石の符号に等しくなるように、例えば偶数個の磁石をカバーするような運動方向の寸法を有する。こうして、隣接した磁石の間に発生され、金属電機子で閉じる誘導電流は、相互にキャンセルされ、したがって、モータの運動および／または性能に悪影響を与えないか、またはいずれにせよそれらの妨げになるようなことはない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明のこれら及びその他の特性は非限定的な例として与えられた好ましい形の実施例の以下の説明から明らかである。
【００３５】
添付図を参照すると、本発明による同期ブラシレス・リニアモータは、参照番号１０によって総括的に示されている。それは、この場合、バー２２（強磁性材料製）からなる固定部１１を備え、バーは、複数の永久磁石１２が、事実上等間隔にかつ交互に替わる極性で取り付けられている。
【００３６】
モータ１０はまた、主にアルミニウム若しくはその合金またはセラミック材料で作られたフレームまたは電機子１４からなり、バー２２に面して配列された可動部１３を備えている。
【００３７】
電機子１４は、相手電気コイル１６を収容するための複数のコンパートメント１５を画成するために適当である。この場合、コンパートメント１５は事実上形状が矩形であり、横方向のセグメントは、真っ直ぐであり、上下のセグメントは、湾曲している。
【００３８】
電機子１４のための材料としてアルミニウム若しくはその合金またはセラミック材料を使用することは、重量を軽くし、機械的剛性を大きくし、熱を放散させる能力を高め、そして電気伝導度をよくするのを確実にする。
【００３９】
この場合、電機子１４はモジュールで構成され、各々は運動方向に沿って整列配置された３個のコイル１６を備えている。
【００４０】
コイル１６は、導体１７を連続的に巻いて作られている（図４）。
【００４１】
図６に示された変形態様によれば、運動の方向に対して直角で互いに平行な２個のコイル１６ａおよび１６ｂがあり、単一の連続巻線によって達成されている。
【００４２】
第１のコイル１６ａは、導体１７を巻くことによって形成され、電源に接続した第１の端１７ａから始まり、コイルの外側から内側へ大きくなっている。第２のコイル１６ｂは、内側から外側へ進むように導体１７を巻くことによって形成されるので、給電源に接続される第２の端１７ｂは、第１の端１７ａと同様に、また、関連コイルの外周上にある。
【００４３】
この構成のため、折り重ねて隣接したコイル１６ａおよび１６ｂについては、電機子１４から出ている二つの端１７ａおよび１７ｂは、それぞれの関連コイル１６ａおよびｌ６ｂの横方向の大部分の中に含まれたままである。したがって、電気伝導を損ない全体の機械的剛性を弱める空間および隙間を生じる可能性のある側面に他より厚い部分が作られない。さらに、エアギャップの値は、最適化されている。
【００４４】
コイル１６が挿入されて、それぞれのハウジング・コンパートメント１５に組立てられたあと、絶縁と結合を兼ねる材料（例えば樹脂２０）が電機子１４の周辺部の一部分と対応して作られた割れ目１９に注型される。
【００４５】
したがって、本発明によれば、電機子１４は、溶融樹脂２０を注型するための型として機能し、樹脂は関連コイル１６の螺旋の間の隙間に浸透し、螺旋と電機子１４の間のすべての空間と割れ目およびコイルの内側コンパートメントを満たす。
【００４６】
樹脂２０が重合して、化学的に安定になると、それは関連コイル１６と単一のブロックを構成し、永久磁石１２に関して、事実上単一の螺旋としてふるまう伝導性の統一体を形成する。
【００４７】
隙間および空間のないこの単一ブロックは、破損またはゆるむ危険なしに、高周波においてさえモータの長期にわたる使用を可能にする相当な機械的剛性を保証する。さらに、例えば水、オイル、塵などの汚染材料の吸収および導体１７のそれらとの接触が最低限に限られるか又は全く除去されさえする。
【００４８】
強磁性材料でできているバー１８が、磁石１２のバーの後ろの位置でコイル１６を担持する電機子１４と結合され、コイル１６と磁石１２の間に作られた磁気回路は、前記バー１８で閉じる。バー１８は、リラクタンス効果を最低限に減らすために、頭部に適当に成形され、極性ピッチに１／２ピッチの２／３をプラスしたものに等しいかその倍数の長さおよび約１５０度の傾斜を有する。
【００４９】
可動部１３はまた、バー１８の後ろに、電機子１４に固定されたサポート２５（やはり、都合よくは、アルミニウム若しくはその合金でまたはセラミック材料で作られた）を備えている。
【００５０】
サポート２５は、閉じＬ字形バー２６（この場合、合成繊維製）と端で協働する。
【００５１】
電流が電機子１４で完全に閉じるのを防ぐために、電気的不連続部の開口部または中断部がコイル１６を収容している関連コンパートメント１５を囲む位置に設けられている。樹脂が塗布されるとき、電気的不連続部２１の開口もまた、完全に樹脂２０で満たされる。
【００５２】
図１に示す実施例において、不連続部２１の開口部は、ハウジング・コンパートメント１５の横方向のセグメントに作られているが、変形態様によれば、開口部は関連コンパートメント１５の上側のセグメントに作られている。電機子１４の下側の部分と協働して、コイル１６の各々の導体の端が出られるようにするチャネル２３があり、それらは電源に接続されたコネクタ２４（図示なし）でつながれている。
【００５３】
本発明の一実施例において、電機子１４の、したがって、バー１８およびサポート２５の縦方向の寸法は、使用中、偶数の永久磁石１２（この場合４個）をカバーするようなものであり、このような方法で、可動部１３の運動の間、コイル１６ａ、１６ｂに面している新規な磁石１２の極性は、前記可動部１３が動いたあと、カバーされてないままである磁石１２の極性に等しい。
【００５４】
この幾何学的構成は、電気的観点から有利であり、その理由は、
それが電気回路として電機子１４を用いて磁石と磁石の間を閉じる寄生電流を無効にするからである。
【００５５】
実施例の更なる態様において、電機子１４は、二つの長手方向に隣接したコンパートメント１５の間の距離「ｐ」は、２個の隣接した永久磁石１２の間の距離以下であるようにして作られている。このような方法で、二つの隣接したコイル１６の間の電機子１４の金属部分は更なる螺旋として機能しないので、電動機１０の正しい機能を妨げない。
【００５６】
しかし、変更および／または追加の態様を前述のような誘導リニアモータ１０およびその製作方法に対して本発明の範囲から逸脱することなく作ることができることは明白である。
【００５７】
例えば、コイル１６を担持している電機子１４を固定し、一方、永久磁石１２を有するバー２２を可動にしてもよいだろう。電機子１４は、長手方向に整列配置された３個以外のコイル１６を有するいくつかのモジュールを備えることもまた、本発明の精神の範囲内である。
【００５８】
電機子１４の縦の広がりが２個、６個又はそれより多い永久磁石１２をカバーするかまたは、電機子１４は、アルミニウムまたはセラミックで完全に作られていない部分（例えば外部）を備えることもまた本発明の技術分野の範囲内にはいる。
【００５９】
コイル１６を安定させて、電気的に絶縁するために用いられる絶縁と結合を兼ねる材料は、事実上同じ物理−化学特性を備えていれば、樹脂以外の何かであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリニアモータの平面図である。
【図２】図１のＡからＡに至る部分断面図である。
【図３】図１のリニアモータのコイル支承電機子の詳細図である。
【図４】図１のリニアモータにおいて使用されるコイルの正面図である。
【図５】図４に示されたコイルの横断面図である。
【図６】図１に示されたリニアモータにおいて用いられているように電気的に接続された二つのコイルの斜視図である。
【符号の説明】
１２      永久磁石
１４      電機子
１５      コンパートメント
１６      コイル
１７      導体
１８      強磁性バー
１９      割れ目
２１      中断部
２２      固定バー
２５      支持プレート
【図１】
0004480937.tif 000002
【図２】
0004480937.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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