(57)【要約】磁気式リニア駆動装置（１）は鉄心（３）並びにコイル（１１）を有している。可動接極子（７）に継鉄（１０）並びに永久磁石（８）が付設されている。接極子（７）はその第１終端位置に、永久磁石（８）で発生された磁気保持力および鉄心における空隙を橋渡しする継鉄（１０）に基づいて保持される。
2006520517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電可能な第１コイル（１１、２３）を貫通し磁束によって通過される少なくとも１つの磁気空隙（５）を有する第１鉄心（３、２１）と、第１永久磁石（８、２７）を有する可動接極子（７、２５）とを備えた磁気式リニア駆動装置（１、２０）において、接極子（７、２５）の第１終端位置において、第１永久磁石（８、２７）が、第１鉄心（３、２１）の空隙を少なくとも部分的に塞ぎ、接極子（７、２５）に配置された継鉄（１０、２６）が、第１鉄心（３、２１）の空隙の縁に接していることを特徴とする磁気式リニア駆動装置。
【請求項２】
第１鉄心（３、２１）が少なくとも２つの部分鉄心から成り、その両部分鉄心間に、第１鉄心（３、２１）において発生される磁束で通過される空隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項３】
第１鉄心（３、２１）が少なくとも２分割構造に形成され、第１鉄心（３）の第１鉄心体（３ａ）および第２鉄心体（３ｂ）にそれぞれ磁極面が配置され、その両磁極面間に、第１空隙（５）および第２空隙（６）が形成されていることを特徴とする請求項２記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項４】
接極子（７、２５）の第１終端位置において、継鉄（１０、２６）が、第１永久磁石（８、２７）から出る磁束によって保持されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項５】
第１終端位置において、磁束によって引き起こされる磁力が、補助要素（１２ａ、１２ｂ）から出る力に抗して作用することを特徴とする請求項４記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項６】
第１コイル（１１、２３）で、接極子（７、２５）の運動方向に対して直角に空隙（５、６）を通過する磁界が発生されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項７】
接極子（２５）が第２永久磁石（２８）を有し、この第２永久磁石（２８）が、給電可能な第２コイル（２４）を貫通する第２鉄心（２２）と共働し、この第２鉄心（２２）が磁束で通過される少なくとも１つの磁気空隙を有し、第２鉄心（２２）の磁気空隙が接極子（２５）の第２終端位置において、第２永久磁石（２８）によって少なくとも部分的に塞がれ、継鉄（２６）が第２鉄心（２２）の磁気空隙の縁に接していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項８】
継鉄（２６）が第１終端位置において第１鉄心（２１）の空隙の縁に接し、第２終端位置において第２鉄心（２２）の空隙の縁に接していることを特徴とする請求項７記載の磁気式リニア駆動装置。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の特徴を有する駆動装置が、対称軸に対して鏡面対称に構成されていることを特徴とする請求項７又は８記載の磁気式リニア駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電可能な第１コイルを貫通し磁束によって通過される少なくとも１つの磁気空隙を有する第１鉄心と、第１永久磁石を有する可動接極子とを備えた磁気式リニア駆動装置に関する。
【０００２】
そのような磁気式リニア駆動装置は例えば欧州特許出願公開第０８６７９０３号明細書で知られている。その磁気式リニア駆動装置はしゃ断器の接触子を動かすために使われる。可動接極子は永久磁石を有し、その永久磁石は電気コイルへの給電時に、永久磁石と給電されたコイルとの間に作用する磁力によりコイルの方向に移動される。その動きはしゃ断器のしゃ断機構を「閉」にするために使われる。その「閉」運動中、ばね装置が圧縮される。コイルを通る電流の中断後も駆動装置をその「閉」位置に保持するために、永久磁石は鉄心に付着している。
【０００３】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の磁気式リニア駆動装置を、単純な構造において接極子を終端位置に確実に位置づけることができるように改良することにある。
【０００４】
この課題は、本発明に基づいて、冒頭に述べた形式の磁気式リニア駆動装置において、接極子の第１終端位置で第１永久磁石が、第１鉄心の空隙を少なくとも部分的に塞ぎ、接極子に配置された継鉄が第１鉄心の空隙の縁に接している、ことによって解決される。
【０００５】
第１鉄心の内部においては磁束は僅かな磁気抵抗で転向され得る。その際、鉄心は、強磁性特性を有する種々の適当な材料（例えば鉄、コバルト、ニッケル、特殊合金製鉄心薄板）で構成され得る。第１鉄心の空隙の永久磁石による少なくとも部分的な閉塞は、永久磁石から出る磁力線を僅かな損失で第１鉄心へ移行することを可能にする。継鉄が空隙の縁に接することによって、磁束が継鉄の内部でも導かれることによって、磁束の案内が向上される。リラクタンスによって力作用が生ずる。継鉄と鉄心との間隔ができるだけ小さいことによって、力作用が特に大きくなる。その際、永久磁石が塞ぐ空隙並びに継鉄が接する空隙は、同じ空隙にされるか、互いに異なった空隙にされるように設計できる。第１鉄心の内部で発生された磁束は、接極子がその終端位置に保持されるほど強い。その接極子は、外から作用する力あるいはコイルの給電によってしかその終端位置から移動できない。
【０００６】
さらに、第１鉄心が少なくとも２つの部分鉄心から成り、その両部分鉄心間に、第１鉄心において発生される磁束で通過される空隙が形成されている、ことが有利である。
【０００７】
鉄心の少なくとも２つの部分鉄心への分割は、第１鉄心の内部における磁束の有利な案内を可能にする。例えば、鉄心は単一品に形成でき、その場合、鉄心自体に切込みを相応して配置することによって、複数の部分鉄心に分けられる。その切込みは、例えばその中に第１永久磁石が接極子と共に移動される空隙と見なされ得る。複数の部分鉄心への分割によって、鉄心に目的に適った特別な部位が形成され、その部位において磁束は、例えば表面に対して垂直に流入ないし流出する優先方向に延びる。
【０００８】
さらに、第１鉄心が少なくとも２分割に形成され、第１鉄心の第１鉄心体および第２鉄心体にそれぞれ磁極面が配置され、その両磁極面間に、第１空隙および第２空隙が形成されている、ことが有利である。
【０００９】
第１鉄心の複数の鉄心体への分割は、第１鉄心のモジュール構成を可能にする。即ち、必要に応じて少数の鉄心体から種々の鉄心が形成できる。例えば同形の２つの鉄心体が利用でき、その両鉄心体間に第１空隙および第２空隙が形成される。単純な場合、両鉄心体はＵ形鉄心として形成され、その脚の自由端が端面側で対向して位置して配置されている。その脚の端面は磁極面を形成している。その両磁極面間に第１空隙および第２空隙が形成されている。そのような鉄心は非常に頑丈であり、安価に製造できる。Ｕ形鉄心体の脚は、給電可能な第１コイルを受けるため並びに継鉄のストッパ点として用いるために適用される。
【００１０】
他の有利な実施態様において、接極子の第１終端位置において、継鉄は第１永久磁石から出る磁束によって保持されている。
【００１１】
接極子を保持するための磁束の利用は、機械式掛け金の採用を不要にする。この磁気式「掛け金」はほとんど機械的摩耗を生じない。永久磁石の利用に基づいて、接極子の第１終端位置を永続的に保持するために、補助エネルギも不要とされる。
【００１２】
他の有利な実施態様において、第１終端位置において、磁束によって引き起こされる磁力は、補助要素から出る力に抗して作用する。
【００１３】
その補助要素は例えば接極子の第１終端位置への運動中に圧縮される弾性要素である。この弾性要素は例えばばね、液圧装置、空気圧装置などである。接極子の磁束によって引き起こされる保持力は弾性要素からの力より大きい。弾性要素によって蓄えられた力は、接極子を第１終端位置から移動させるために利用される。接極子を第１終端位置から動き始めさせるために必要な外力は、弾性要素からの力と磁力との差より大きくなければならない。その外力は例えば電気コイルの給電によって発生される。そのような構成によって、磁力の値ないし弾性要素からの力と無関係に、その弾性要素からの力と磁力との差にしか関係しない非常に小さな外力で、接極子を第１終端位置から移動させることができる。接極子を完全に動かすために必要な力は、弾性要素によって用立てられる。即ち、非常に大きな出力の磁気式リニア駆動装置であっても僅かな「開」作用外力しか必要とされない。
【００１４】
また、第１コイルで、接極子の運動方向に対して直角に空隙を通過する磁界が発生されることが有利である。
【００１５】
接極子の運動方向に対して直角に向いた磁界は例えば、コイルがＵ形鉄心体の脚上に巻回されていることによって発生できる。これによって、コイル自体を交換することが非常に容易にでき、第１コイルによって発生された磁界の作用が鉄心によって直接強化される。その場合例えば、コイルが鉄心の空隙の両側を延びているようにすることも考えられる。即ち、空隙ないし永久磁石に対称的な力作用が発生される。好適には、空隙内における磁界は接極子の運動方向に対して垂直に延びる。
【００１６】
他の実施態様において有利に、接極子が第２永久磁石を有し、この第２永久磁石が、給電可能な第２コイルを貫通する第２鉄心と共働し、この第２鉄心が磁束で通過される少なくとも１つの磁気空隙を有し、第２鉄心の磁気空隙が接極子の第２終端位置で第２永久磁石によって少なくとも部分的に塞がれ、継鉄が第２鉄心の磁気空隙の縁に接している。
【００１７】
２つの永久磁石と１つの継鉄を備えた接極子を利用することによって、接極子を２つの終端位置に確実に保持することができる。第１永久磁石あるいは第２永久磁石で発生された磁束は、保持力を用意するために利用される。さらに、第１コイルおよび第２コイルの利用によって、接極子の運動に用立てられる力を簡単に増強することができる。その両コイルのコイル巻線方向および給電方向に応じて、一方あるいは両方のコイルが接極子への力作用を発生する。これによって構造に応じて、駆動動力を高めることあるいは小さく寸法づけられた２つのコイルで唯一のコイルと同じ駆動動力を発生することができる。また、復帰力を用意する弾性要素を省くことができる。しかも、緊急投入あるいは接極子の制動あるいは補助的な加速を生じさせるために弾性要素を採用することも考えられる。
【００１８】
さらに、継鉄が第１終端位置において第１鉄心の空隙の縁に接し、第２終端位置において第２鉄心の空隙の縁に接していることが有利である。
【００１９】
継鉄は、第１終端位置および第２終端位置における保持力を発生するほかに、第１鉄心および第２鉄心における機械的ストッパとして用いる。これによって、接極子の行程距離が限定づけられる。継鉄は、ストッパ力および衝突力を受けるために、十分な機械的強度で形成される。鉄心並びに継鉄は支持要素として機械的に安定し、コイルの振動を防止する。
【００２０】
また、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の特徴を有する駆動装置が、対称軸に対して鏡面対称に構成されていることが有利である。
【００２１】
鏡面対称構造は、駆動装置をモジュールで構成することおよび同種の集合体を利用することを可能にする。鏡軸は例えば線形移動可能な接極子の運動軸線と一致しているかそれに平行している。他の有利な鏡軸は、例えば接極子の運動方向に対して垂直に位置する軸線である。このような形状の場合、第１鉄心および第２鉄心を同じように形成することができる。これによって、種々の形状の駆動装置を少数の構成要素で製造することを可能にする。
【００２２】
以下図に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２３】
図１には磁気式リニア駆動装置１の第１実施例が示されている。この磁気式リニア駆動装置１はしゃ断器２の開閉接触子を動かすために使われる。しゃ断器２は例えば真空スイッチ管を有する多極電力しゃ断器である。磁気式リニア駆動装置１は第１鉄心３を有している。この第１鉄心３は第１鉄心体３ａ並びに第２鉄心体３ｂを有している。第１鉄心体３ａ並びに第２鉄心体３ｂは同形に形成されている。これらの鉄心体３ａ、３ｂはＵ状鉄心体として形成され、その両鉄心体３ａ、３ｂの自由脚端面側が対向して位置するように配置されている。第１鉄心体３ａは第１脚４ａ並びに第２脚４ｂを有している。第２鉄心体３ｂは第１脚４ｃ並びに第２脚４ｄを有している。両第１脚４ａ、４ｃの端面は磁極面として形成され、第１空隙５を境界づけている。両第２脚４ｂ、４ｄの端面にそれらの磁極面間に第２空隙６が形成されている。第１空隙５と第２空隙６との間において接極子７が移動できる。接極子７は第１永久磁石８を有している。第１永久磁石８のＮ極およびＳ極（ＮＳ）は、第１永久磁石８の内部を通る磁力線９が第１脚４ａ、４ｃないし第２脚４ｂ、４ｄの磁極面に対してほぼ垂直に通過するように配置されている。さらに接極子７は継鉄１０を有している。この継鉄１０は第１永久磁石８から間隔を隔てて、接極子７のしゃ断器２と反対側面に固定されている。第１永久磁石８と継鉄１０との継手は非磁性材料で形成されている。第２脚４ｂ、４ｄは第１コイル１１に対する巻芯として用いられる。あるいはまた、第１コイル１１が第１脚４ａ、４ｃ上に巻回されるようにも設計できる。第１コイル１１は接極子７の運動軸線の両側において延びている。第１鉄心３に弾性要素としてばね装置１２ａ、１２ｂが配置され、これらのばね装置は接極子７の運動時に圧縮される。
【００２４】
図１には、磁気式リニア駆動装置１が「開」位置で示され、即ち、しゃ断器２の接触子は開かれている。その際、接極子７は予圧縮されたばね装置１２ａ、１２ｂによって安定してその「開」位置に保持されている。その「開」位置は接極子７の第２終端位置を規定している。第１永久磁石８は第２空隙６をブリッジとして橋渡して塞いでいる。第１コイル１１に直流電流が第１方向１３に給電された際、第１永久磁石８の磁界と第１コイル１１の磁界との間における力作用に基づいて、接極子７が第１空隙５の方向に移動される。その移動中、継鉄１０と鉄心３との間隔の縮小に基づいて、追加的力作用が発生される。
【００２５】
図２には、第１永久磁石８が第１空隙５を塞いでいる接極子７の第１終端位置が示されている。しゃ断器２の接触子はいまや閉じられている。ばね装置１２ａ、１２ｂは圧縮されている。継鉄１０は第２空隙６の縁に面接触している。継鉄１０は第２空隙６をブリッジとして橋渡ししている。第１永久磁石８から出る磁束１５はいまや第１鉄心体３ａ並びに第２鉄心体３ｂにおいて導かれ、継鉄１０を介して閉じられている。第１永久磁石８で引き起こされた磁力は接極子７を安定してその第１終端位置に保持する。磁気式リニア駆動装置１は永久磁石によってエネルギ供給される駆動装置として作用する。
【００２６】
接極子７を第１終端位置（図２）から第２終端位置（図１）に動かすために、第１コイル１１の第２方向１４への給電が必要である。あるいはまた、「開」運動を生じさせるための補助コイルを利用することも考えられる。即ち、例えば、「開」過程中、接極子７の特別な運動経過が生じさせられる。第１永久磁石８は圧縮されたばね装置１２ａ、１２ｂで支援されて第１終端位置から移動される。その第１永久磁石８と共に接極子７並びに継鉄１０も移動される。
【００２７】
第１終端位置（図２）において、接極子７は第１永久磁石８から出る磁束によって安定して保持される。第２終端位置（図１）において、接極子７はばね装置１２ａ、１２ｂによって安定して保持される。
【００２８】
図３には、図１および図２に示された磁気式リニア駆動装置の実施例の変形例が示されている。図３は単一形の第１鉄心３を有する磁気式リニア駆動装置１ａを示している。その第１鉄心３はＵ状に形成されている。その一方の脚上に第１コイル１１が巻回されている。第１脚４ａおよび第２脚４ｂにおける端面に存在する磁極面間に、第１空隙５が形成されている。第１空隙５の内部を第１永久磁石８が移動できる。第１永久磁石８は接極子７に配置されている。さらに、接極子７に継鉄１０が付設されている。接極子７の第１終端位置（図示せず）への移動後、継鉄１０は第２脚４ｂに接触支持されている。第２脚４ｂは第１空隙５の縁を形成している。継鉄１０の面接触によって、第１永久磁石８から出て第１鉄心３および継鉄１０を通って導かれる磁力線の経路は短縮され、これによって、接極子７は永久磁石８の磁力作用に基づいて第１終端位置に安定して保持される。接極子７を第２終端位置から第１終端位置に動かすために、あるいはその逆向きに動かすために、第１コイル１１にそれに対応した電流方向で給電する必要がある。
【００２９】
図３に示された配置構造の作用は、図１および図２に示され上述した磁気式リニア駆動装置の作用に相当する。
【００３０】
図６には、原理的に図３で述べたような磁気式リニア駆動装置が示されている。接極子７は継鉄１０のほかにもう１つの継鉄１０ａを有している。それらの両継鉄１０、１０ａは接極子７を終端位置に安定支持するために用いる。
【００３１】
図４および図５には、本発明に基づくリニア駆動装置の第２実施例が示されている。図４および図５に示された二重磁気式リニア駆動装置２０は、それぞれ２つの鉄心体から成る第１鉄心２１並びに第２鉄心２２を有している。第１鉄心２１および第２鉄心２２の形成は、図１および図２に示された鉄心の形成に相当する。第１鉄心２１に第１コイル２３が付設されている。第２鉄心２２に第２コイル２４が付設されている。第１コイル２３並びに第２コイル２４は鉄心の自由脚上に配置されている。この二重磁気式リニア駆動装置２０は接極子２５を有している。この接極子２５の中央に継鉄２６が取り付けられている。接極子２５は線形に延びて形成され、その両端に第１永久磁石２７ないし第２永久磁石２８を有している。第１鉄心２１、第１コイル２３並びに第１永久磁石２７は、第２鉄心２２、第２コイル２４並びに第２永久磁石２８と同様に（図１および図２で上述したように）互いに共働する。接極子２５の対称軸２９に関して鏡像的形成並びに形状に基づいて、接極子２５を第１終端位置から第２終端位置に移動するために、あるいはその逆のために、第１コイル２３並びに第２コイル２４が利用される。図１および図２で説明したと同様に、継鉄２６は第１鉄心２１あるいは第２鉄心２２の空隙に対するブリッジとして作用し、接極子２５を、それぞれ永久磁石２７、２８で引き起こされる磁気保持力を利用してその終端位置に位置づける。簡単に言えば、図１および図２において復帰力を発生するために利用されるばね装置１２ａ、１２ｂが、第２鉄心２２、第２コイルおよび第２永久磁石２８を備えた装置で置き換えられている。
【００３２】
図に示された実施例のすべての特徴は種々に組み合わせることができ、これによって、他の変形例が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】磁気式リニア駆動装置の第１実施例における第２終端位置における断面図。
【図２】磁気式リニア駆動装置の第１実施例における第１終端位置における断面図
【図３】磁気式リニア駆動装置の第１実施例の変形例における断面図。
【図４】磁気式リニア駆動装置の第２実施例における第１終端位置における断面図。
【図５】磁気式リニア駆動装置の第２実施例における第１終端位置から第２終端位置への移行開始時の断面図。
【図６】もう１つの継鉄を備えた磁気式リニア駆動装置の第１実施例の変形例の断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１    磁気式リニア駆動装置
３    第１鉄心
５    空隙
６    空隙
７    接極子
８    第１永久磁石
１０    継鉄
２０    磁気式リニア駆動装置
２１    第１鉄心
２２    第２鉄心
２５    接極子
２６    継鉄
２７    第１永久磁石
２８    第２永久磁石
【図１】
2006520517.tif 000003
【図２】
2006520517.tif 000004
【図３】
2006520517.tif 000005
【図６】
2006520517.tif 000006
【図４】
2006520517.tif 000007
【図５】
2006520517.tif 000008
【国際調査報告】
2006520517.tif 000009
2006520517.tif 000010
2006520517.tif 000011
2006520517.tif 000012
2006520517.tif 000013
2006520517.tif 000014