(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１）またはステータ（１０）と、
積層鉄心（１４）を有し、前記ケーシング（１）または前記ステータ（１０）内に回転可能に支持されているロータ（１１）と、
磁気ブレーキ（５，２２）と
を備え、
前記磁気ブレーキ（５，２２）が、
前記ケーシング（１）に相対回転不能に固定され、軸線方向に磁化されている少なくとも１つの永久磁石（７）と、
前記軸線方向において前記永久磁石（７）に接続するように配置されていて当該永久磁石（７）と固定結合されている電磁石（９）であって、当該電磁石（９）の磁場の主方向が前記軸線方向である電磁石（９）と、
前記ロータ（１１）と相対回転不能に結合され、前記永久磁石（７）および前記電磁石（９）と協働して磁気的吸引力を生じせしめることが可能なリング状のアーマチュア（２２）と
を含んでおり、かつ
前記永久磁石（７）は、前記軸線方向において前記ケーシング（１）または前記ステータ（１０）に弾性固定されていて、前記磁気的吸引力によって前記電磁石（９）と共に前記軸線上を、前記ロータ（１１）に設けられている前記リング状のアーマチュア（２２）に向かって移動して、当該リング状のアーマチュア（２２）に当接することで、当該リング状のアーマチュア（２２）との間で機械的な摩擦によるブレーキ力を発生させることが可能となっており、
前記リング状のアーマチュア（２２）が、前記ロータ（１１）に直接に且つ強固に固定されており、
前記ステータ（１０）が、周回するように配置されたコイルエンド（１３）を有し、半径方向において当該コイルエンド（１３）の内側にコイルエンド空間があり、当該コイルエンド空間内部に、前記磁気ブレーキ（５，２２）全体が配置されている
電気機械。
【請求項２】
リング状のアーマチュア（２２）がロータ（１１）の積層鉄心（１４）のエンドプレートである、請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
電磁石（９）が電気機械の能動部分とともに通電され、その際に永久磁石（７）の磁力が大部分相殺されるように、電磁石（９）が結線されている、請求項１または２に記載の電気機械。
【請求項４】
ケーシング（１）またはステータ（１０）と永久磁石（７）または電磁石（９）との間にセグメント状に構成された板ばねまたはリングスプリングが配置され、該板ばねまたはリングスプリングは、ケーシング（１）またはステータ（１０）に対する電磁石（９）および永久磁石（７）の軸線方向の相対運動を所定の範囲で可能にさせ、且つ制動トルクを電磁石（９）および永久磁石（７）からケーシング（１）またはステータ（１０）へ伝達させる、請求項１から３までのいずれか一つに記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングまたはステータと、積層鉄心を有し、ケーシングまたはステータ内に回転可能に支持されているロータと、磁気ブレーキとを備え、該磁気ブレーキが、ケーシングに相対回転不能に固定され、軸線方向に磁化されている少なくとも１つの永久磁石と、軸線方向において永久磁石に接続するように配置され、該永久磁石と固定結合されている電磁石であって、該電磁石の磁場の主方向が軸線方向にである前記電磁石と、ロータと相対回転不能に結合され、両磁石と協働するリング状のアーマチュアとを含んでいる電気機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石で励起される電動機用組み付けブレーキ、すなわち磁気ブレーキは、永久磁石と、アーマチュアと協働する電磁石とから成っているのが通常である。電磁石または巻型はほとんどの場合ステータ部分であり、他方アーマチュアは通常ロータ部分として実現されている。
【０００３】
機能的には、ロータ部分は、軸線方向に弾性のある磁性のスチールアーマチュアと、通常は非磁性の担持フランジとを有しているのが典型的である。この多分割構成のために、電動機の構造長さが付加的に長くなる。さらに、個々の部品とロータ部分の取付けに対し高いコストが生じる。最後に、スチールアーマチュアが嵩張るために慣性が大きくなり、電気機械（たとえばサーボモータ）の動的特性を損なわせる。
【０００４】
電動機を回転に依存して制動させるため、特許文献１から、渦電流ブレーキを備えた電動機が知られている。ロータの軸受は第１のフランジと第２のフランジとで締め付け固定されている。渦電流ブレーキは、第２のフランジと、これに対向し、担持体を介してロータと相対回転不能に結合されている制動磁石との協働により形成される。担持体は渦電流ブレーキの制動磁石のためのヨークを形成する。
【０００５】
さらに、特許文献２は渦電流減速装置を開示している。ディスク状のアーマチュアは磁気装置に対向している。磁気装置はケーシングを有し、該ケーシング内に１個の磁石がディスクに対し軸線方向に弾性変位可能に支持されている。
【０００６】
さらに、特許文献３は、同様に磁気ブレーキを備えた電動機を開示している。磁気要素は担持体に取り付けられ、担持体は電動機の軸上に固定されている。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１５６４８６８Ａ１号明細書
【特許文献２】特開２００５−０８０３２９Ａ号公報
【特許文献３】特開平０９−０２８０５６Ａ号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、組み付けブレーキを備えた電動機を可能な限り小型に且つ低コストに構成し、その際電気機械の高い動特性を保証する電機機械を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、本発明によれば、ケーシングまたはステータと、積層鉄心を有し、ケーシングまたはステータ内に回転可能に支持されているロータと、磁気ブレーキとを備え、該磁気ブレーキが、ケーシングに相対回転不能に固定され、軸線方向に磁化されている少なくとも１つの永久磁石と、軸線方向において永久磁石に接続するように配置され、該永久磁石と固定結合されている電磁石であって、該電磁石の磁場の主方向が軸線方向である前記電磁石と、ロータと相対回転不能に結合され、両磁石と協働するリング状のアーマチュアとを含んでいる電気機械であって、永久磁石が軸線方向においてケーシングまたはステータに弾性固定され、リング状のアーマチュアがロータに直接に且つ強固に固定され、ステータが、周回するように配置されるコイルエンドを有し、半径方向において該コイルエンドの内側にコイルエンド空間があり、該コイルエンド空間内部に磁気ブレーキ全体が配置されている構成によって解決される。
【０００９】
磁気モジュール全体（電磁石と永久磁石）を軸線方向に可動に支持し、且つアーマチュアをロータまたはロータ積層鉄心に直接固定することにより、担持フランジのような付加的な構成要素を設けずに済む。これにより部品コストおよび部品数が低減するばかりでなく、ロータの慣性も低減する。さらに、電気機械を軸線方向においてより短く構成できる。
【００１０】
好ましくは、リング状のアーマチュアが同時にロータの積層鉄心のエンドプレートでもあるのがよい。この多重機能によっても、付加的な部材を節減でき、ロータの慣性を低減できる。
【００１１】
特に有利なのは、電磁石が電気機械の能動部分とともに通電され、その際に永久磁石の磁力が大部分相殺されるように、電磁石が結線されていることである。これにより、電気機械が通電されず、且つこのときに永久磁石がアーマチュアを制動作用で引き寄せるならば、組み付けブレーキを停止ブレーキとして利用することができる。
【００１２】
ケーシングまたはステータと永久磁石または電磁石との間にセグメント状に構成された板ばねまたはリングスプリングを配置してよい。板ばねまたはリングスプリングは、ケーシングまたはステータに対する電磁石および永久磁石の軸線方向の相対運動を所定の範囲で可能にさせ、且つ制動トルクを電磁石および永久磁石からケーシングまたはステータへ伝達させる。この場合板ばねまたはリングスプリングはいくつかの要求を満たし、すなわち軸線方向における磁気モジュールの可動性という要求と、ケーシングまたはステータへの直接的なトルク伝達という要求、或いは、たとえばフレームを介して間接的にケーシングへのトルク伝達という要求とを満たす。
【００１３】
電気機械は巻線部を備えたステータを有し、この場合磁気ブレーキはコイルエンド空間内部に全体が収納されている。これは、担持フレームを設けずに済むので特に有利である。
【００１４】
さらに、これにより電気機械は軸線方向においてかなり短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を添付の図面を用いて詳細に説明する。
以下に詳細に記述する実施形態は、本発明の有利な実施形態である。しかし、本発明の原理をよりよく理解するため、まず図１を用いて、通常の構成を備えた電動機を詳細に説明する。
【００１６】
図１に図示した電動機は、ケーシング１と、これに固定されているエンドシールド２とを有している。ケーシングのない電動機の場合には、エンドシールドは通常ステータに固定されている。
【００１７】
エンドシールド内には、ピボット軸受４を用いて軸３が回転可能に支持されている。エンドシールド２には、組付けブレーキ（磁気ブレーキ）の磁気モジュール５がねじ６を用いて強固に固定されている。磁気モジュール５は、１個のリング状の永久磁石７（場合によっては複数個の永久磁石でもよい）と、アングルコア８内に配置されるコイル９とを含んでいる。これらの構成要素は、すなわち永久磁石７とアングルコア８の脚部とコイル９とは、軸線方向に直接かつ順に配置されている。
【００１８】
電動機は２個の能動部品を有しており、すなわちステータ１０とロータ１１とを有している。ステータ１０は、積層鉄心１２と、これから軸線方向へ突出しているコイルエンド１３とを有している。コイルエンド１３は周回するように配置されており、その結果その内側に、すなわち半径方向においてその内側に、本実施態様の目的のために「コイルエンド空間」を定義することができる。
【００１９】
ロータ１１は積層鉄心１４とエンドディスク１５とを有し、両者とも軸３上に相対回転不能に配置されている。ロータ１１のエンドディスク１５と磁気モジュール５のコイル９またはアングルコア８との間には担持フランジ１６がある。担持フランジ１６は締め付けねじ１７を用いて軸３に相対回転不能に締め付け固定されている。セグメント状に構成された板ばねまたはリングスプリング（図１には図示せず）を用いてリング状のスチールアーマチュア１８が担持フランジ１６に相対回転不能に固定されている。したがって、スチールアーマチュア１８は間隙１９内で通常は非磁性の担持フランジ１６と軸線方向において弾性結合されている。
【００２０】
作動時には、すなわちステータ１０が通電されると、コイル９も通電される。これを導線２０によって示唆した。この場合、電動機は、すなわちコイル９は、永久磁石７の磁場と逆方向の磁場を発生させる。その結果、磁気モジュール５はスチールアーマチュア１８を引き寄せず、前記板ばねまたはリングスプリングが間隙１９内でスチールアーマチュア１８を担持フランジ１６へ引きつけ、その結果アングルコア８または軸３側の取り付け部材２１とスチールアーマチュア１８との間に間隙Ｓが生じる。
【００２１】
他方、電流が遮断されてステータ１０もコイル９も通電されないと、永久磁石７の磁場はアングルコア８および取り付け部材２１を介して導かれて、前記板ばねまたはリングスプリングの力に抗してスチールアーマチュア１８を磁気的に引き寄せる。これにより、一方ではアングルコア８と取り付け部材２１との間、他方ではアングルコア８とスチールアーマチュア１８との間に摩擦力が生じる。これに対応するモーメントは担持フランジ１６から間隙１９内の前記板ばねまたはリングスプリングを介して伝達する。これによりロータ１１が制動および／または保持される。ブレーキを緩めると、すなわちコイル９を通電すると、スチールアーマチュア１８が再び磁気モジュール５から離間し、その結果再び空気間隙Ｓが形成される。
【００２２】
この構成の欠点は、ハブの機能を有し、高い慣性を有している嵩のある担持フランジ１６の存在である。さらに、担持フランジ１６は軸線方向に著しい長さを有しており、その結果この組付けブレーキ（磁気ブレーキ）を軸線方向においてコイルエンド空間の外側に配置せねばならない。
【００２３】
これらの欠点を解消するため、本発明による電動機または対応する他の電気機械は、図２の実施形態に従って構成されている。例示の電動機は、図１の場合と同様に、ケーシング１と、エンドシールド２と、その中にピボット軸受４を用いて支持されている軸３とから構成されている。積層鉄心１２とコイルエンド１３とを備えて「コイルエンド空間」を定義しているステータ１０にも変更はない。しかしながら、積層鉄心１４を備えているロータ１１は、ここではエンドディスクとしてリング状のスチールアーマチュア２２を有している。これとは択一的に、スチールアーマチュア２２を、エンドディスクの機能を持たせずに直接ロータ１１の端面に取り付けてもよい。
【００２４】
永久磁石７とコイル９とアングルコア８と取り付け部材２１とから構成されている磁気モジュール５はここでもスチールアーマチュア２２と協働する。しかしながら、磁気モジュール５はここでは間隙２３内のセグメント状に構成された板ばねまたはリングスプリングを用いて軸線方向に可動にエンドシールド２またはケーシング１と弾性結合されている。これは、図１の例のようにスチールアーマチュアではなく磁気モジュール５がある程度軸線方向に可動であることを意味している。この点を図２では両方向矢印で示唆した。
【００２５】
作動時には、すなわちステータ１０とコイル９とを通電すると、永久磁石７の磁場が解消され、その結果磁気モジュール５とスチールアーマチュア２２とは互いに引き寄せない。その結果、この場合も磁気モジュール５とスチールアーマチュア２２との間に間隙Ｓが生じる。この状態において前記板ばねまたはリングスプリングは磁気モジュール５を図２において左側へ引張り、すなわちロータ１１から離間させてエンドシールド２のほうへ引っ張る。
【００２６】
ステータ１０とコイル９とが通電されないと、ここでも永久磁石７の磁場が影響し、その結果磁気モジュール５とスチールアーマチュア２２とは互いに引き寄せあう。空気間隙Ｓは前記板ばねまたはリングスプリングの力に抗してゼロへ減少し、ロータ１１は摩擦によって磁気モジュール５で保持され、および／または制動される。磁気モジュール５に設けた前記板ばねまたはリングスプリングは発生する制動トルクをエンドシールド２またはこれに固定されている取付けリングへ伝え、その際前記板ばねまたはリングスプリングが設けられている間隙２３は、磁気モジュール５とエンドシールド２または取り付け要素との間でいくぶん開口する。このように、磁気モジュール５はここでは軸線方向においてエンドシールド２と弾性結合されている。
【００２７】
したがって、本発明によれば、ロータ１１または軸３に非磁性のハブ（担持フランジ１６）を設けずに済み、またロータ１１にセグメント状に構成された板ばねまたはリングスプリングを設けずに済む。これにより電動機のロータの慣性が減少し、これはたとえばサーボモータにおける動的作動において有利に作用する（前記板ばねまたはリングスプリングはロータの慣性に影響を及ぼさずにケーシングに装着されている）。さらに、ハブを設けずに済み、よって部品数が減少し、その結果取り付け労力が軽減することにより、コストが節減できるので有利である。しかし、特に有利なことは、ハブが設けられていないので磁気ブレーキの組み付け空間が短縮されることである。磁気ブレーキはコイルエンド空間内部に全体を収納することができ、すなわち軸線方向においても半径方向においてもコイルエンド装置から突出することがない。したがって、総じて、電動機または電気機械のコンパクトな構成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】国内の技術水準による電気機械の一部分の断面図である。
【図２】本発明の１実施形態による電気機械の一部分の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ケーシング
５  磁気モジュール
７  永久磁石
９  コイル，電磁石
１０  ステータ
１１  ロータ
１３  コイルエンド
１４  積層鉄心
２２  スチールアーマチュア，磁気ブレーキ
【図１】
0004916500.tif 000002
【図２】
0004916500.tif 000003