JP2008538890A - ハイブリッドリラクタンスモータを有する組合せ駆動装置 - Google Patents

Abstract

コンパクトで、簡単で、かつ安価な構成を有する組合せリニア・回転駆動装置を提供することを課題とする。そのため、リニア駆動装置（３）及び回転駆動装置（１１）を有する組合せ駆動装置が設けられ、両駆動装置の少なくとも１つはハイブリッドリラクタンスモータを有する。特に、両駆動装置をハイブリッドリラクタンスモータとして構成すると有利であり、それによって、駆動装置の極めてコンパクトな構造様式のみならず、永久磁石なしの回転子の安価な製造が保証される。

Description

本発明は、リニア駆動装置と回転駆動装置とを有する組合せ駆動装置に関する。

従来、組み合わせられたリニア・回転駆動装置は組合せ駆動装置とも呼ばれ、通常２つの分離した集合体から構成される。集合体の１つは直線運動を引き受け、他方の集合体は回転を行う。それらの集合体は、しばしば空間的にも互いに分離されている。しかし最近の開発の枠組みでは、両ユニットは１つのハウジング内に組み込まれてきた。

図５はこの種の公知の組合せ駆動装置を断面で示す。この組合せ駆動装置は、例えば印刷機械のインクロールの駆動に用いられる。この駆動装置では、外側回転子として形成されたリニアモータ１と通常の回転式モータ２とが作動する。リニアモータも回転式モータも永久磁石励磁式の同期電動機として構成されている。駆動装置全体としては、分離され各々異なるように構成された２つの固定子と分離され各々異なるように構成された２つの回転子を有する。しかしながら回転子は共通の軸上に配置されている。

図５の組合せ駆動装置の欠点は、全回転子が特定の経路を行ったり来たりし得るに過ぎない点にある。このストローク運動は各用途に対し構造上規定されている。従って駆動装置は個別の用途に対してのみ使用できる。それ故、モータを改造しないでストロークを大きくすることは容易にはできない。別の欠点は、回転子を組み立ての目的でモータから取り外すことが任意にはできないことにある。

更に、上述の組合せ駆動装置においては、回転子の両部分を異なるように構成せねばならない欠点があることが明らかになっている。この理由から、両固定子は相応の間隔で配置され、それによってある程度のモータ長を予め与えられており、このモータ長は特定の用途に対しては大き過ぎるか又はその大きさの故に問題を伴う。

駆動装置の分野では、所謂ハイブリッドリラクタンスモータも原理的に公知である。該モータでは、モータの力又はトルクを可変のリラクタンス及び永久磁石を用いることで発生させる。このことは例えば1996年5月のVDI-Berichten 1269に述べられている。

更に、独国特許出願DE102004045992.4号明細書から、永久磁石を持たない二次側部分を備えた同期型リニアモータが公知である。一次側部分に巻線を設け、この一次側部分に永久磁石を配置している。

本発明の課題は、組み合わされたリニア・回転駆動装置のコンパクトで、簡単であり、更に安価な構成を提供することにある。

本発明によればこの課題は、リニア駆動装置及び回転駆動装置を備え、両駆動装置の少なくとも１つがハイブリッドリラクタンスモータを有することで解決される。

従って、２つの磁気的な作用機構が互いに統合されたハイブリッドモータのモータ原理を、組合せ駆動装置に対し有利に使用できる。このため組合せ駆動装置を簡単かつ安価に構成できる。

リニア駆動装置も回転駆動装置も、各々ハイブリッドリラクタンスモータを有するとよい。それによって、全駆動装置に対し単一のモータ原理が使用できる。

特に有利な構成では、回転子を永久磁石なしに形成する。これによって、大きな構造長の回転子を比較的安価に製作できる。

本発明の組合せ駆動装置の回転子は、同時にリニア駆動装置に対する回転子として、また回転駆動装置に対する回転子としても用いられ、その際、軸方向の広がり全体にわたって単一の構造が与えられるように形成できる。このことは、駆動装置の分解に関して、しかしまた回転子の製造費に関しても利点をもたらす。

更に回転子は、周方向にも軸方向にも均等に分散した溝を持ったリラクタンスプロフィルを備え得る。この構成の回転子は、極めて僅かの費用で製造できる。

別の有利な形態では、回転子を鋼から一つの部品として形成する。このこともまた、積層された回転子に対し特に製造費に有利に作用する。

本発明による組合せ駆動装置の特殊な適用領域は、工作機械、射出成形機及び印刷機械の分野にある。その際、特に中ぐり棒、押し出し成形スクリュー及びインクロールは、上述の組合せ駆動装置により構成できる。その他、ロボット、自動装入機、食品工業のための自動包装機等にも組合せ駆動装置を装備することができる。

以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。

以下に詳細に述べる実施例は、本発明の好ましい実施形態を示す。

図１〜３は、リニア駆動装置も回転駆動装置もハイブリッドリラクタンスモータによって実現された組合せ駆動装置の断面を示す。これらの実施形態においては、回転子ないし二次側部分は永久磁石なしである。

図１に縦断面で示すリニア駆動部の一部は、円筒状の固定子３を有し、該固定子内に同様に円筒状の回転子４が空隙５をおいて配置されている。固定子３及び回転子４は回転軸６に対し回転対称である。固定子３の溝には巻線７が挿入されている。図中に電流の流れる方向を巻線７内の矢によって示している。固定子３の内側には永久磁石８が配置されている。その磁化方向を図１に矢印で表している。

回転子４は溝９を有し、その幅は永久磁石８ないし巻線７の幅に調和している。このリニアモータの作用原理は、上述の独国特許出願DE 102004045992.4号明細書に開示されている。固定子３の内部で回転子４は双方向矢印１０に相応して軸方向に動くことができる。永久磁石８は、固定子３及び回転子４のリラクタンスプロフィルの磁界基本波と関連して軸方向の力を発生する。

図２は組合せ駆動装置の回転駆動装置の回転軸６に垂直な断面の一部を示す。回転子４は、ここでは回転駆動装置の固定子１１によって囲まれている。回転子４における溝９１が明確に認められる。

多相交流巻線１２は固定子１１の溝に収納されている。円筒状の固定子１１の内面には再び相応に磁化された永久磁石１３が配置されている。回転子３の溝９の周方向における幅は、永久磁石１３及び巻線１２の幅に調和している。永久磁石は、固定子１１及び回転子４のリラクタンスプロフィルの磁界基本波と関連してトルクを発生する。回転子の回転速度は、例えば固定子極対数１、永久磁石極対２４及び回転子歯２３を有する機械においては固定子回転周波数の１/２３の値となる。

図１のリニア駆動装置の電磁的構成は、図２による回転駆動装置のそれに相応する。両者において、永久磁石なしの回転子ないし二次側部分を持ったハイブリッドリラクタンスモータの原理が選択されているからである。

回転子４の構造を図３に示す。回転子はその表面に、周方向の溝９及び軸方向の溝９１を持つ。このため長方形状の隆起１４を生じ、該隆起は固定子ないし一次側部分のリラクタンスを低下させる。回転子４は、鋼や焼結材料からなるか、又は積層されている。回転子４は永久磁石又は巻線を持たないから、回転子は専らリラクタンス作用を示す。

図４は組合せ駆動装置の全体を側面図で示す。リニア駆動装置及び回転駆動装置の固定子３及び１１は軸方向に相並んで配置されている。それらは共通の回転子４を駆動し、該回転子はその全長にわたって同じ構造を持っている。このことは、リニア駆動装置と回転駆動装置が回転子を実際上全ての軸方向位置において共通に利用し得ることを意味する。それに対し、図５による従来技術から知られる回転駆動装置は、リニア駆動装置の回転子部分を利用できないか、またはその逆である。

図４から、回転子４は問題なくモータによって動かし得ることが容易に認められ、そのことは組み立てに対しても運転に対しても利点をもたらす。この回転子４の別の利点は簡単な製造にある。鋼製中実軸から縦方向フライス加工及び切込回転によって、極めて安価に回転子輪郭を製造できる。更にこの回転子構造は、回転子４の全長を力及びトルク形成に利用することを可能にする。回転子が図５に相応して異なるように構成された回転子部分からなる場合、大きなストロークの場合には装置は過度に長くなってしまう。図４の原理に相応して、大きなストロークの場合にも両固定子３、１１は極めて密に組み立てることができ、その結果駆動装置のコンパクトな構造形態を保証し得る。回転子上に高価な永久磁石を配置する必要がないという計り知れないほどの利点は、冒頭に既に述べたところであり、大きいストロ−クの場合に特に効力を発揮する。

本発明による組合せ駆動装置のリニア駆動部分の断面部分図を示す。 本発明による組合せ駆動装置の回転部分の断面部分図を示す。 本発明による回転子の三次元図を示す。 本発明による組合せ駆動装置の側面図を示す。 従来技術による組合せ駆動装置の断面図を示す。

符号の説明

１ リニアモータ、２ 回転モータ、３ 固定子、４ 回転子、５ 空隙、６ 回転軸、７ 巻線、８ 永久磁石、９、９１ 溝、１０ 双方向矢印、１１ 固定子、１２ 多相交流巻線、１３ 永久磁石、１４ 突起

Claims (7)

1. リニア駆動装置（１）及び回転駆動装置（２）を備え、両駆動装置の少なくとも１つがハイブリッドリラクタンスモータを有することを特徴とする組合せ駆動装置。
2. リニア駆動装置（１）及び回転駆動装置（２）が各々ハイブリッドリラクタンスモータを有することを特徴とする請求項１記載の組合せ駆動装置。
3. 両駆動装置の回転子（４）が永久磁石を持たないことを特徴とする請求項１又は２記載の組合せ駆動装置。
4. 回転子がリニア駆動装置（１）及び回転駆動装置（２）に対し用いられ、その軸方向の広がり全体にわたって単一の構造が与えられたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の組合せ駆動装置。
5. 回転子（４）が、周方向にも軸方向にも均等に分散した溝（９、９１）を持ったリラクタンスプロフィルを備えることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の組合せ駆動装置。
6. 回転子（４）が、鋼から一つの部品として形成されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の組合せ駆動装置。
7. 請求項１〜６の１つに記載の組合せ駆動装置を有することを特徴とする工作機械、射出成形機、印刷機械、又はロボット。

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