JP2024515706A - 磁気軸受装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、少なくとも2つのステータを有するステータ装置と、ロータとを備える磁気軸受装置に関し、ステータは、少なくとも1つのコイル形成部、磁石、および磁束伝導装置を有するコイル装置を備え、ロータは、ステータ装置の長手方向に沿ってステータ装置に対して移動可能であり、ステータ装置およびロータは、コイル装置に電気エネルギーが印加されたときに、ロータに磁力を印加してステータ装置とロータとの間にエアギャップを形成することができるように構成される。これにより、ステータ装置の長手方向における少なくとも2つのステータの磁束伝導装置間の最小距離は、0と少なくとも2つのステータのコイル装置間の距離との間の範囲内にある。さらに、本発明は、そのような磁気軸受装置を備える位置決めシステムに関する。
Description
本発明は、少なくとも1つのステータを有するステータ装置とロータとを備える磁気軸受装置に関し、ステータは、少なくとも1つのコイル形成部を有するコイル装置、磁石、および磁束伝導装置を有し、ロータは、ステータ装置の少なくとも長手方向に沿ってステータ装置に対して移動可能であり、ステータ装置およびロータは、コイル装置に電気エネルギーが印加されたときに、ロータに磁力を印加してステータ装置とロータとの間にエアギャップを形成することができるように構成される。また、本発明は、このような磁気軸受装置を有する位置決めシステムに関する。
このような磁気軸受アセンブリおよび対応する位置決めシステムは、位置が重要な装置の正確な位置決めのために従来技術で知られている。請求項1の一般的な概念による磁気軸受装置を備えた一般的な位置決めシステムは、Sang-Ho Leeらによる第1の刊行物「Design of Novel Permanent Magnet Biased Linear Magnetic Bearing and it’s Application to High-Precision Stage」およびDong-Chul Hanらによる第2の刊行物「The High Precision Linear Motion Table With a Novel Rare Earth Permanent Magnet Biased Magnetic Bearing Suspension」から知られている。
第1の刊行物には、ステータと、移動方向に沿ってステータに対して移動可能なスライダとを備える磁気軸受装置が記載されている。磁気軸受装置は、磁束伝導構成要素、磁石、およびコイルから本質的に構成され、ロータの重量力を完全に補償するためにロータに磁力を加えるように構成され、それによって、コイルに電気エネルギーが加えられたときにロータに揚力として作用する。特に、通電されたコイルは、磁石によって生成された磁場と相互作用する磁場を生成する。能動要素(コイル)はロータ内に配置され、これは、電力供給に必要なケーブルがロータに取り付けられなければならず、ロータがステータに対して移動するときに一緒に運ばれなければならないという欠点を有する。あるいは、無線電力伝送が提供されなければならないか、またはエネルギー貯蔵要素がロータ内に配置されなければならず、これはロータの重量の大幅な増加につながる。さらに、この構成では、電気的に誘導された熱入力の放散は、空気を介して、場合によってはケーブルを介してのみ可能である。
第2の刊行物には、第1の刊行物からの磁気軸受装置の構造の一部も含むxyテーブルが記載されている。しかしながら、そこでは能動要素(コイル)はステータの一部であり、これは、電気エネルギーがもはやロータに供給される必要がないことを意味する。しかしながら、移動距離が大幅に小さくなることと、ロータの移動中にロータ座標系に対して力点が変化することが、この構成の欠点である。特に、力点の位置は幾何学的寸法に依存し、その結果、位置依存性レバーアームがトルクに関して生じ、これはそのようなシステムの制御をするのに不利であり、さらに、移動方向に沿った位置依存力性の出力要件をもたらす。
さらに、ステータとロータとを有する新規な磁気軸受アセンブリがあり、コイルおよび磁石ならびに関連する磁束伝導装置はステータにのみ設けられ、コイルに電気エネルギーを印加するとロータに磁力がかかり、ステータとロータとの間にエアギャップが形成される。この場合、ロータの長手方向の延長部は、ステータに沿った可能な限り長い移動を可能にするために可能な限り小さい。移動距離が長い場合、コイル、磁石、および磁束伝導装置のステータアセンブリが長くなると電力損失が大きくなり、モータ効率が低下するため、ステータ装置と比較してロータをできるだけ短くする必要がある。
したがって、本発明は、ステータの長手延在方向におけるロータの長い移動を低電力消費で可能にする磁気軸受装置を提供するという課題に基づいている。
この課題は、一般的な磁気軸受装置において、特にステータ装置が少なくとも2つのステータを有し、ステータ装置の長手方向における少なくとも2つのステータの磁束伝導装置間の最小距離が、0と少なくとも2つのステータのコイル装置間の距離との間、好ましくは0とコイル装置間の距離の50%との間、特に0とコイル装置間の距離の10%との間の範囲内にあるという事実によって解決される。この場合、コイル装置はステータ装置のステータにのみ設けられ、これは、電気エネルギーをロータに伝達する必要がなく、受動アセンブリとしてのロータをその寸法および重量の点で最小限に抑えることができることを意味する。その結果、ロータを、大きなコギング力およびコギングトルクなしに、能動制御中にステータに沿って移動させることができる。ステータ装置の長手方向またはステータ装置に沿ったロータの移動方向におけるロータのより長い移動のために、本発明は、少なくとも2つのステータを有するステータ装置を提供し、少なくとも2つのステータの磁束伝導装置は、ステータ装置に沿って長手方向にほぼ連続的に延在する。非常に長いステータを有するステータ装置と比較して、少なくとも2つのステータの構成は、コイルの使用可能な部分が結論の長さによって決定されるため、著しく低い電力損失およびより良好な効率を可能にする。さらに、複雑に製造された個々の構成要素の代わりにいくつかの同一の部品を使用することができるので、いくつかの短いステータを設けることは製造上の利点を可能にする。少なくとも2つのステータ間のロータの移送中に発生するコギング力およびコギングトルク、ならびにコイルの磁極面における磁束伝導装置の中断に起因する搬送方向の力孔を最小限に抑えるために、少なくとも2つのステータの磁束伝導装置間の可能な限り最小の距離が提供され、それにより、ステータは、磁束伝導材料を用いて長手方向にほぼ連続的に設計することができる。したがって、磁束がステータ装置の磁束伝導装置の全領域にわたって適度に均一に分配されるように、ステータ装置の少なくとも2つ以上のステータの長手方向に沿ってある種のレールが形成される。いくつかのステータを使用する場合、ステータ装置の個々の領域を個別に制御することができ、その結果、対応する長さを有する単一のステータと比較して、関連するステータのみを通電する必要があるため、本発明による磁気軸受装置では著しく小さい電力損失が可能である。
好ましい実施形態では、少なくとも2つのステータの磁束伝導装置は、ステータ装置の長手方向に互いに接触するか、または互いに直接接触する。それぞれの極面における磁束伝導装置の直接接触または材料接続は、ステータ装置のステータ間の移行中に搬送方向に力孔が発生することを最小限に抑える。
好都合な実施形態は、少なくとも2つのステータの磁束伝導装置が磁束伝導バーを備え、磁束伝導バーが、少なくとも2つのステータのコイル装置の上端面または下端面に対して少なくとも部分的に突出することを提供する。磁束伝導バーを設けることにより、ステータ装置の実質的に連続した磁束伝導装置の形成が容易になり、それによって大きなコギング力およびコギングモーメントの発生が回避される。磁束伝導バーは、磁束の最も可能な均一な分布を達成するために、磁束の出口および入口点の領域に設けられることが好ましい。
ステータ装置の適切な設計は、少なくとも2つのステータの磁束伝導装置が磁束伝導構成要素を有し、磁束伝導バーが磁束伝導構成要素と一体的に構成されることを提供する。このようにして、ステータ装置のステータは、ステータ装置に対してステータを任意の数で容易に組み合わせることができるように、同じタイプの磁束伝導装置を用いて設計することができる。
別の実施形態では、少なくとも2つのステータの磁束伝導装置は磁束伝導構成要素を含み、磁束伝導バーは磁束伝導構成要素とは別個に構成され、磁束伝導構成要素と接触し、それによって異なる材料および幾何学的形状を磁束伝導バーに使用することができる。例えば、磁束伝導バーは、均一な力分布のために台形形状に構成することができる。これに関連して、磁束伝導バーが少なくとも2つのステータにわたって一体に延在し、ステータ装置の少なくとも2つのステータの磁束伝導装置間に最小距離がなく、少なくとも2つのステータ間で中断のない磁束が可能になる場合は有利である。
有利な一実施形態では、ロータは、ステータ装置の両側に配置され、かつ少なくとも部分的に非磁性の部材によって相互接続された少なくとも2つのロータ磁束伝導構成要素を含む。この構造により、ロータは、非常にコンパクトな設計でステータ装置を包含する。これに関連して、可能な限り最もコンパクトな設計を実現するために、接続要素が非磁化可能材料で作られることが有利である。
特定の実施形態は、少なくとも2つのロータ磁束伝導構成要素が、ステータ装置の少なくとも1つのステータにわたってステータ装置の長手方向に延在することを提供する。したがって、ロータは、1つのステータよりも長く、したがって少なくとも2つのステータを少なくとも部分的に恒久的に覆う。これにより、ステータ装置に沿ったロータのより均一な移動が可能になる。
代替的な実施形態では、少なくとも2つのロータ磁束伝導構成要素は、ステータ装置のステータよりもステータ装置の長手方向に短い。このようにして、ロータは常に最大で1つのステータ移行部のみを覆い、複数部品のステータ装置の場合、最大で2つのステータに電気エネルギーを供給する必要があり、全体的な電力損失を低減することができる。
有利には、各コイル形成部は、それ自体の平面内に延在してもよく、好ましくは、ステータの磁石および磁束伝導構成要素の長手方向の長さは、各コイル形成部の平行部分の長さに対応する。磁石、磁束伝導構成要素、およびコイル形成部の平行部分の長さを実質的に同じにすることによって、ロータの運動に対して高度の均一性を可能にする均一な領域を作り出すことができる。
追加の変形形態では、ステータ装置のステータ内の磁石は各々、磁束伝導装置の2つの磁束伝導構成要素の間に配置することができる。これにより、コイル装置によって発生する磁場による磁石の消磁が防止される。
さらに、コイル装置が、上下に配置されたコイル形成部を有し、磁石がコイル形成部の間の平面内に配置されていると有用であることが判明し得る。この場合、各コイル形成部は、ロータの磁束伝導構成要素に平行なそれ自体の平面内に延在する。磁石のこの配置により、互いに特異的に作用する、または互いに特異的に作用する磁場を生成することができる。好ましくは、磁石および磁束伝導構成要素の長手方向の長さは、各コイル形成部の平行部分の長さに対応する。
さらに、各コイル形成部が、好ましくはステータ装置の長手方向に延在する磁束伝導装置の2つの平行に延在する磁束伝導構成要素の間に配置され、特に前記磁束伝導構成要素の少なくとも1つが、それによってさらなる構造、好ましくはハウジングに結合することができる結合部分を備える場合、磁気軸受装置にとって便利であり得る。この構成では、磁束伝導構成要素は磁束を伝導するだけでなく、ステータ装置をハウジングに取り付けるための構成要素としても同時に機能する。
有用な変形例では、ステータ装置のステータ内の磁束伝導装置は、十字形断面を有する中央磁束伝導構成要素を含み、中央磁束伝導構成要素の対向する部分は、異なるコイル形成部の開口部内に配置される。この構成では、コンパクトな設計を維持しながら、磁束を目標通りに導くことができる。しかしながら、板状の形状を有するものなど、中央磁束伝導構成要素の他の断面も考えられ、これは、そのような中央磁束伝導構成要素の製造コストを大幅に低減するという利点を有する。
さらに、磁石および/または磁束伝導構成要素が一体またはいくつかの部品で構成されている場合に有利であり得る。ステータ装置の構造に応じて、一体または複数の部品で構成された磁石および磁束伝導構成要素は、磁気軸受装置を組み立てるのに必要な労力を低減することができる。
さらに、本発明は、ハウジングと、プラットフォームと、上述の磁気軸受装置の少なくとも1つとを備える位置決めシステムに関し、磁気軸受装置のステータ装置はハウジングに結合され、プラットフォームはロータに結合される。このような位置決めシステムでは、大きなコギング力またはコギングトルクに打ち勝つ必要なく、かつステータ装置の個々のステータ間の軸受方向の大きな力孔を補償する必要なく、ステータ装置の長手方向により長い距離にわたってハウジングまたはステータに対してプラットフォームを移動させることが可能である。有利には、位置決めシステムは、ハウジングに対してステータ装置の長手方向に移動するリニアモータを含むことができる。リニアモータおよび磁気軸受装置の制御パラメータを選択することにより、プラットフォームの高精度な位置決めを実現することができる。
本発明の意味におけるコイル装置は、最も単純な場合には、その巻線が同心円状に共通の平面内に延在するコイル形成部を備え、さらに、その同心円状の巻線がいくつかの異なる平面内に延在するコイル形成部も備える。ここで、コイル形成部の巻線は、絶縁材料、例えばエポキシ樹脂に埋め込むことができる。さらに、コイル装置の個々のコイル形成部を並列または直列に電気的に接続することが考えられる。さらに、非磁性材料は、非磁化可能材料と非常に弱い磁化可能材料または非恒久的な磁化可能材料の両方を含むが、特に恒久的な磁気特性または強磁性特性を有する材料は除外される。
以下、本発明の非限定的な実施形態を、例示的な図を参照してより詳細に説明する。図面は以下を示す。
図1に示す磁気軸受装置1のステータ装置2の単一のステータ2-1の斜視図に基づいて、磁気軸受装置1の動作モードをより詳細に説明する。磁気軸受装置1は、少なくとも2つのステータ2-1、2-2およびロータ3を有するステータ装置2を備え、図1は1つのステータ2-1のみを示す。
本発明による磁気軸受装置1の単一のステータ2-1は、2つの別個の電気的に相互接続されたコイル形成部4-1、4-2を有するコイル装置4を備え、コイル形成部4-1、4-2は、z方向に、したがって平行なxy平面に上下に配置される。コイル形成部を互いに電気的に接続しないことも同様に考えられる。コイル形成部4-1、4-2の長さは、x方向に延在している。ステータ2 1は、磁化可能鋼で作られた3つの磁束伝導構成要素6a、6b、6cと4つの磁石5とを有する磁束伝導装置6をさらに備え、ステータ2-1の端面には2つの磁石5のみが見える。磁石5もx方向に延在している。図2のステータ2-1の断面図から明らかなように、2つの外側磁束伝導構成要素6b、6cは、コイル装置4のコイル形成部4-1、4-2に隣接し、それによって、それらは2つの外側磁束伝導構成要素6b、6cの間にy方向に位置する。第3の磁束伝導構成要素6aは、外側磁束伝導構成要素6b、6cの間にy方向におよびコイル形成部4-1、4-2の間にz方向に中心磁束伝導構成要素6aとして配置される。本実施形態では、中心磁束伝導構成要素6aは、断面が十字形状であり、したがってコイル形成部4-1、4-2の開口部内の垂直に対向する部分と係合する。さらに、外側磁束伝導構成要素6cのうちの1つには、外側磁束伝導構成要素6cに沿ってx方向に延在し、別の構造、特に位置決めシステム11のハウジング12への接続を可能にする結合部8が設けられる。2つの磁石5は、外側磁束伝導構成要素6b、6cと中央磁束伝導構成要素6aとの間にy方向に、およびコイル形成部4-1および4-2の間にz方向に各々配置される。この実施形態では、磁束伝導構成要素6a、6b、6cのz方向の高さは、磁束伝導構成要素6a、6b、6cがそれぞれコイル形成部4-1、4-2の上端面および下端面と同一平面になるように設計される。本発明の磁気軸受装置1の様々な実施形態に見られるように、磁束伝導構成要素6a、6b、6cに加えて、磁束伝導装置6は、磁束伝導構成要素6a、6b、6cと一体的にまたは別個に構成され、かつステータ装置2の1つのステータ2-1または複数のステータ2-1、2-2に沿って延在する磁束伝導バー9a、9b、9c(図3~図7C参照)を有してもよい。これにより、磁束伝導バー9a、9b、9cはコイル形成部4-1、4-2の上端面または下端面に対して突出することができ、これは、コイル形成部4-1、4-2および磁石5が真空の外側に配置されている間に真空の内側で磁気還流が起こるように磁束を伝導するために、真空用途などの特定の用途に有利である。さらに、端面に対する磁束伝導バー9a、9b、9cの面一閉鎖または鋸引きもまた、特定の用途には考えられ、有利である。
磁気軸受装置1のロータ3は、好ましくは、ステータ2-1の両側に配置された2つの同一のロータ磁束伝導構成要素7と、2つのロータ磁束伝導構成要素7を相互接続する少なくとも部分的に非磁性の要素(図示せず)とを備える。これにより、ロータ3は、ステータ2-1を内包するように構成される。ロータ磁束伝導構成要素7はまた、別の構造、特に位置決めシステム11のプラットフォーム13への接続を可能にする結合部分8を有することができる。ロータ磁束伝導構成要素7は、y方向に見たときにステータ2-1にわずかに突き出し、その結果、y方向の復元力は小さくなり、ロータ3をy方向に沿って移動させるために磁気軸受装置1に入力される電力を低減することができる。さらに、ロータ磁束伝導構成要素7は、y方向の並進復元力およびz軸周りの回転復元力を得るために、特別な形状、例えばE形状を有することができる。図1および図2に示す磁気軸受装置1のステータ装置2の実施形態では、x方向のロータ3の長さは、その方向のステータ2-1の長さよりもはるかに小さい。
一般に、ステータ2-1、2-2の磁束伝導装置6および磁石5ならびにロータ3のロータ磁束伝導構成要素7の形状および構造は、図1~図7に示す数、形状および配置に限定されないが、任意の好都合な形状、特に、ステータ装置2およびロータ3をより高いレベルの構造、例えば、位置決めシステム11のハウジング12またはプラットフォーム13に統合することを単純化する形状を有することもできる。これに関連して、磁束伝導構成要素6a、6b、6cおよび磁束伝導バー9a、9b、9cならびにロータ磁束伝導構成要素7の場合、磁化可能材料の層が非導電性材料の層と交互になるように、これらを層状構造または積層構造として設計することが考えられる。コイル形成部4 1、4-2は、好ましくはワイヤコイルであるが、箔コイルまたはプリントコイルも使用することができる。ステータ2-1、2-2の磁石5は、一体品または部分品のいずれかであってもよく、コイル形成部4-1、4-2の間のx方向の異なる長さにわたって、例えば、外側磁束伝導構成要素6b、6c(図6Bを参照)の長さにわたって、またはコイル形成部4-1、4-2もしくは外側磁束伝導バー9b、9c(図7Cを参照)の全長にわたって延在してもよい。
コイル形成部4-1、4-2に電気エネルギーを印加することにより、磁気軸受装置1を直接制御することができる。通電コイル形成部4-1、4-2は、ステータ2-1の磁束伝導装置6、すなわち図2の磁束伝導構成要素6a、6b、6c、または磁束伝導バー9a、9b、9c、ならびにロータ3のロータ磁束伝導構成要素7に対応する磁場を生成し、これらは磁石5によって生成された磁場と相互作用する。これらの磁場は、互いに作用しあうこともあれば、対抗して作用することもある。上側コイル形成部4-1の磁場が磁束伝導構成要素6a、6b、6cの上側部分の磁石5の磁場に対抗して作用する場合、下側コイル形成部4-2の磁場は、駆動部(電流方向)の正しい選択によって磁束伝導構成要素6a、6b、6cの下側部分の磁石5の磁場を強化することができる。選択的な制御により、ロータ3に磁気揚力を加えることができ、その結果、上側ロータ磁束伝導構成要素7とステータ2-1の上面との間、および下側ロータ磁束伝導構成要素7とステータ2-1の下面との間にエアギャップが形成される。特に、エアギャップのサイズ、すなわち、ステータ2-1の表面とロータ3のロータ磁束伝導構成要素7との間のz方向の距離は、制御を調整することによって調整することができる。したがって、揚力して作用するこの磁力は、ロータ3の重量力を補償するか、またはロータをz方向に位置決めすることができる。x軸およびy軸を中心としたロータ3の回転自由度に関してロータ3を同時に安定させることにより、ロータ3は浮動し、機械的摩擦なしに、すなわち外部摩擦なしに、ステータ装置2に対してx方向に沿って変位することができる。
図3の斜視図は、少なくとも2つのステータ2-1、2-2を有する本発明による磁気軸受装置1のステータ装置2を示す。各ステータ2 1、2-2は、上側および下側コイル形成部4-1、4-2と、磁化可能鋼で作られた3つの磁束伝導構成要素6a、6b、6cと、x方向に延在する磁石5とを有するコイル装置4を備える。ステータ装置2の一方の側には、2つのステータ2-1、2-2の2つの外側磁束伝導構成要素6cに結合部8が設けられている。このステータ装置2の磁束伝導装置6は、ステータ装置2の少なくとも2つのステータ2-1、2-2にわたって一体的に延在する磁束伝導バー9a、9b、9cを、磁束伝導構成要素6a、6b、6cに平行であり、磁束伝導構成要素6a、6b、6cと接触するx方向にさらに備える。これにより、磁束伝導バー9a、9b、9cは、コイル形成部4-1、4-2の上下端面に対してそれぞれ突出する。磁束伝導バー9a、9b、9cは、ステータ2-1、2-2の個々の磁束伝導構成要素6a、6b、6cを接続して共通の磁束伝導装置6を形成するために、ステータ装置2に沿って2つのステータ2-1、2-2にわたって一体的に延在し、その結果、磁束は、ステータ装置2の磁束伝導バー9a、9b、9cの全領域にわたって適度に均一に分配され得る。
少なくとも2つのステータ2-1、2-2およびロータ3を有する、図3に示す上述のステータ装置を有する図4Aに示す本発明による磁気軸受装置1は、一体的に構成された磁束伝導バー9a、9b、9cによってロータの移動を可能にし、磁束伝導バー9a、9b、9cは、ステータ装置2の少なくとも2つのステータ2-1、2-2に沿って延在し、一方のステータ2-1から他方のステータ2-2へのロータ3の移行中により大きなコギング力またはコギングモーメントを示すことなく、2つのステータ2-1、2-2の個々の磁束伝導構成要素6a、6b、6cをコイル装置4の2つのステータ2-1、2-2の境界を横切って互いに接続し、それによってロータ3の支持方向の力孔も回避する。
図3のステータ装置2を有するそのような磁気軸受装置1の第2の実施形態が図4Bに示されている。この実施形態では、ロータ3のロータ磁束伝導構成要素7は、x方向におけるステータ2-1、2-2のはるかに長い長さ範囲にわたってx方向に延在する。これにより、2つのステータ2-1、2-2の間の移行中にx方向のより均一な移動が可能になるが、スライダ3の可能な移動距離が減少する。
図5は、異なるステータ装置2を有する図4Aの磁気軸受装置1のさらなる実施形態を説明する。このステータ装置2の少なくとも2つのステータ2-1、2-2は、互いに別個の磁束伝導装置6を有する。このような磁束伝導装置6では、磁束伝導バー9a、9b、9cは各々、個々のステータ2-1、2-2の長さにわたってのみ延在し、磁束伝導構成要素6a、6b、6cと一体的にまたは別個に構成されてもよい。図5から明らかなように、個々のステータ2-1、2 2の別個の磁束伝導装置6の個々の磁束伝導バー9a、9b、9cは、わずかな中断のみでステータ装置2全体に沿って可能な最も均一な磁束を可能にするために、互いに接触しているか、または互いにごくわずかしか離間していない。
本発明による磁気軸受装置1のための別のステータ装置2が図6Aに示されている。図3に示す2つのステータ2-1、2-2を有するステータ装置2とは対照的に、ここでは5つのステータ2-1、2-2が設けられている。3つもしくは4つ、または5つを超えるステータ2-1、2-2を有する他の構成も可能である。一体に構成された磁束伝導バー9a、9b、9cは、ステータ装置2の全長に沿って延在し、ステータ2-1、2-2の個々の磁束伝導構成要素6a、6b、6cを互いに接続する。図3に示すステータ2-1、2-2とは対照的に、図6Aのステータ2-1、2-2は、x方向においてより短く、したがって、異なる長さのステータアセンブリ2を形成するために比較的容易に互いに組み合わせることができる。さらに、いくつかのより短いステータへの細分化は、電力散逸のより大幅な低減を可能にする。
図6Bは、図6Aのステータ装置2と、x方向の単一のステータ2 1、2-2よりもx方向に長いロータ3とを備え、したがって常にx方向に複数のステータ2-1、2-2にわたって延在する、本発明による磁気軸受装置1を示す。
図6Cは、本発明に係る磁気軸受装置1のさらなる実施形態を示す。短い磁束伝導構成要素6a、6b、6cと直列に配置された複数の同様のステータ2-1、2-2を有する図6Aおよび図6Bに示すステータアセンブリ2とは対照的に、図6Cのステータ2-1、2-2は、ステータ2-1、2-2の全長にわたってx方向に各々延在する長い磁束伝導構成要素6b、6cを有し、それにより、外側磁束伝導構成要素6b、6cは、2つのステータ2-1、2-2の間の移行部で互いに接触し、それにより、磁束伝導装置6は、ステータ装置2全体に沿って一体的に延在する磁束伝導バー9b、9cを介して接続されるだけではない。図6Cによる実施形態の磁束伝導構成要素6aは、磁束伝導構成要素6b、6cよりも短く、互いに接触しない。しかしながら、磁束伝導構成要素6aは、隣接する磁束伝導構成要素6aが互いに接触するように設計されることが考えられる。
図7A~図7Cは、図6Cの磁気軸受装置1のステータ2-1、2-2の様々な実施形態を示す。図7Aのステータ装置2の部分切欠図に見られるように、この実施形態では、磁石5は、コイル形成部4-1、4-2の開口部内に配置された中心磁束伝導構成要素6aに平行なx方向に延在し、隣接するステータ2-2の磁石5から明確な距離を置いてx方向に終端する。図7Bに示すステータ装置2の実施形態では、ステータ2-1、2-2の磁石5もまた、中心磁束伝導構成要素6aと平行かつ等しい長さで延在するが、これらの磁石5は一体に構成されず、x方向にばらばらに構成される。図7Cは、x方向に一体に構成された磁石5を有する別のステータ装置2を示し、これらの磁石5は、隣接するステータ2-2の磁石5までx方向に延在する。
図8~図10は、上述の実施形態による少なくとも2つのステータ2-1、2-2を有する2つの磁気軸受アセンブリ1と、y方向のスライダ3の移動方向に垂直な案内を可能にする任意選択的な磁気yガイドと、ハウジング12と、プラットフォーム13と、リニアモータ14とを備える位置決めシステム11を示す。磁気yガイドの代わりに、機械的ガイドまたは空気軸受をy方向に使用することもできる。図9に示すように、ハウジング12は、矩形のハウジングプレートとして構成され、プレートは、対向する2つの側面に垂直なハウジング壁を有する。ハウジング壁の内側に、本発明による磁気軸受装置1のステータ装置2の少なくとも2つのステータ2-1、2-2が直列に配置される。これにより、ステータ2-1、2-2の外側磁束伝導構成要素6cは、結合部8によって対応するハウジング壁に固定され得る。ハウジングプレートの中央には、リニアモータ14のコイル装置が配置されている。
プラットフォーム13は、2つの磁気軸受アセンブリ1の各々のロータ3に結合されている。これにより、図10に示すように、プラットフォーム13は、2つのロータ3の下側ロータ磁束伝導構成要素7および上側ロータ磁束伝導構成要素7の両方に結合される。2つの上側ロータ磁束伝導構成要素7への結合は、プラットフォーム13の対応する凹部を介して行われ、一方、下側ロータ磁束伝導構成要素7への結合は、プラットフォーム13の下側に配置された2つの接続ウェブ15を介して行われる。各接続ウェブ15は、プラットフォーム13を下側ロータ磁束伝導構成要素7に接続する。また、リニアモータ14のロータ部は、プラットフォーム13の中央に配置されている。
上述の位置決めシステム11により、機械的摩擦損失なしに、すなわち外部摩擦の影響なしに、プラットフォーム13の位置決めを実現することができる。さらに、プラットフォーム13の高精度の位置決めは、適切な制御パラメータの選択によって達成することができる。これにより、位置決めシステム11内の磁気軸受アセンブリ1の数は、磁気軸受装置1ごとに2つの磁気軸受アセンブリ1に限定されず、さらに2つのステータ2-1、2-2に限定されず、用途および設置状況に応じて適合され得る。
参照符号のリスト
1 磁気軸受装置
2 ステータ装置
2-1,2-2 ステータ
3 ロータ
4 コイル装置
4-1,4-2 コイル形成部
5 ソレノイド
6 磁束伝導装置
6a、6b、6c 磁束伝導構成要素
7 ロータ磁束伝導構成要素
8 連結部
9a、9b、9c 磁束伝導バー
11 位置決めシステム
12 ハウジング
13 プラットフォーム
14 リニアモータ
15 接続ウェブ
1 磁気軸受装置
2 ステータ装置
2-1,2-2 ステータ
3 ロータ
4 コイル装置
4-1,4-2 コイル形成部
5 ソレノイド
6 磁束伝導装置
6a、6b、6c 磁束伝導構成要素
7 ロータ磁束伝導構成要素
8 連結部
9a、9b、9c 磁束伝導バー
11 位置決めシステム
12 ハウジング
13 プラットフォーム
14 リニアモータ
15 接続ウェブ
Claims (14)
- 少なくとも1つのステータ(2-1)を有するステータ装置(2)とロータ(3)とを備え、前記ステータ(2-1)は、少なくとも1つのコイル形成部(4-1、4-2)を有するコイル装置(4)と、磁石(5)と、磁束伝導装置(6)とを備え、前記ロータ(3)は、少なくとも前記ステータ装置(2)の長手方向(x)に沿って前記ステータ装置(2)に対して移動可能であり、前記ステータ装置(2)および前記ロータ(3)は、前記コイル装置(4)に電気エネルギーが印加されたときに、前記ロータ(3)に磁力を印加して前記ステータ装置(2)と前記ロータ(3)との間にエアギャップを形成することができるように構成される、磁気軸受装置(1)において、
前記ステータ装置(2)は、少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)を備え、前記少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の前記磁束伝導装置(6)は、磁束伝導構成要素(6a~6c)および磁束伝導バー(9a~9c)を備え、前記磁束伝導バー(9a~9c)は、前記磁束伝導構成要素(6a~6c)上に配置され、前記少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の前記上端面および下端面に対向してそれぞれ少なくとも部分的に配置される。前記少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の前記コイル装置(4)の下端面、前記ステータ装置(2)の前記長手方向(x)における前記少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の前記磁束伝導装置(6)、特に前記磁束伝導バー(9a~9c)間の最小距離は、0と前記少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の前記コイル装置(4)の距離との間、好ましくは、0と前記コイル装置(4)の前記距離の50%との間、特に、0と前記コイル装置(4)の前記距離の10%との間の範囲内にあることを特徴とする、磁気軸受装置(1)。 - 前記少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の前記磁束伝導装置(6)の前記磁束伝導バー(9a~9c)は、前記ステータ装置(2)の前記長手方向(x)において互いに接触しているか、または互いに直接接触していることを特徴とする、
請求項1に記載の磁気軸受装置。 - 前記磁束伝導バー(9a~9c)の少なくとも一部は、前記磁束伝導構成要素(6a~6c)と一体的に構成されていることを特徴とする、
請求項1または2に記載の磁気軸受装置。 - 前記磁束伝導バー(9a~9c)は、前記磁束伝導構成要素(6a~6c)とは別個に構成され、前記磁束伝導構成要素(6a~6c)と接触していることを特徴とする、
請求項3に記載の磁気軸受装置。 - 前記磁束伝導バー(9a~9c)は、少なくとも2つのステータ(2-1、2-2)の上に一体に延在することを特徴とする、
請求項4に記載の磁気軸受装置。 - 前記ロータ(3)は、前記ステータ装置(2)の両側に配置され、かつ少なくとも部分的な非磁性要素によって相互接続された少なくとも2つの磁束伝導構成要素(7)を備えることを特徴とする、
先行する請求項のいずれか1項に記載の磁気軸受装置。 - 前記ロータ(3)の前記少なくとも2つの磁束伝導構成要素(7)は、前記ステータ装置(2)の少なくとも1つのステータ(2-1、2-2)にわたって前記ステータ装置(2)の前記長手方向(x)に延在することを特徴とする、
請求項6に記載の磁気軸受装置。 - 前記ロータ(3)の前記少なくとも2つの磁束伝導構成要素(7)は、前記ステータ装置(2)のステータ(2-1、2-2)よりも前記ステータ装置(2)の前記長手方向(x)において短いことを特徴とする、
請求項6に記載の磁気軸受装置。 - 前記ステータ装置(2)の前記ステータ(2-1、2-2)内の前記磁石(5)は各々、前記磁束伝導装置(6)の2つの磁束伝導構成要素(6a~6c)の間に配置されていることを特徴とする、
先行する請求項のいずれか1項に記載の磁気軸受装置。 - 前記コイル装置(4)は、上下に配置されたコイル形成部(4-1)を有し、前記磁石(5)は、前記コイル形成部(4-1)の間の平面(xy)内に配置されていることを特徴とする、
先行する請求項のいずれか1項に記載の磁気軸受装置。 - コイル形成部(4-1)は各々、好ましくは前記ステータ装置(2)の前記長手方向(x)に延在する前記磁束伝導装置(6)の2つの平行な磁束伝導構成要素(6b、6c)の間に配置され、特に、前記磁束伝導構成要素(6c)のうちの少なくとも1つは、さらなる構造、好ましくはハウジング(12)に結合することができる結合部分(8)を有することを特徴とする、
先行する請求項のいずれかに記載の磁気軸受装置。 - 前記ステータ装置(2)の前記ステータ(2-1、2-2)内の前記磁束伝導装置(6)は、十字形断面を有する中央磁束伝導構成要素(6a)を備え、前記中央磁束伝導構成要素(6a)の対向する部分は、異なるコイル形成部(4-1、4-2)の開口部内に配置されることを特徴とする、
先行する請求項のいずれかに記載の磁気軸受装置。 - 前記ステータ装置(2)の前記磁石(5)および/または前記磁束伝導構成要素(6a~6c)は、一体またはいくつかの部品で構成されることを特徴とする、
先行する請求項のいずれかに記載の磁気軸受装置。 - ハウジング(12)と、プラットフォーム(13)と、請求項1~13のいずれかに記載の少なくとも1つの磁気軸受装置(1)とを備える位置決めシステム(11)であって、前記ステータ装置(2)は前記ハウジング(12)に結合され、前記プラットフォーム(13)は前記ロータ(3)に結合されている、位置決めシステム(11)。
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