JP2628498B2 - 非接触直線駆動装置 - Google Patents

非接触直線駆動装置

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JP2628498B2 JP63506526A JP50652688A JP2628498B2 JP 2628498 B2 JP2628498 B2 JP 2628498B2 JP 63506526 A JP63506526 A JP 63506526A JP 50652688 A JP50652688 A JP 50652688A JP 2628498 B2 JP2628498 B2 JP 2628498B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば磁石式懸垂形モノレールやエレベ
ータの駆動に用いられる非接触直線駆動装置に関する。
〔従来の技術〕
かかる直線駆動装置はドイツ連邦共和国特許出願公開
第312028号明細書から知られている。現在非接触直線駆
動装置の複数のシステムが知られている。
例えば、固定子が案内軌道に沿って設けられ一方回転
子が車両に配置されている、いわゆるリニアモータが知
られている。
別の公知の装置は案内軌道に沿って永久磁石を有し、
一方車両には電磁石が設けられ、この電磁石が絶えずそ
の極性を変え、それにより電磁石が永久磁石に沿って移
動する。
これらの公知のすべての駆動装置系は、特に固定子と
回転子との間に比較的大きいエアギャップが存在するた
め、多量の電流を消費するという欠点を有し、この電流
消費は距離の２乗で増大する。このために比較的多量の
エネルギーが熱の発生により失われる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3120328号明細書か
ら、一次側部分が回転する円筒形ローラであり、このロ
ーラの周囲に磁石が螺旋形に取り付けられているリニア
モータが知られている。そのＮ極及びＳ極は連続する帯
として構成され、それにより円筒表面の範囲に軸方向に
移動する磁界（移動磁界）が生じる。この移動磁界は磁
極帯が密に連続して並ぶために部分的に極の間で短絡を
生じ、比較的僅かな部分が二次側部分を経て閉じるにす
ぎず、その上二次側部分には比較的大きい渦電流部分が
発生される。従ってこの公知のモータの経済性は比較的
小さい。
更にドイツ連邦共和国特許第3428684号明細書から、
一次側部分が磁石輪として形成され、この一次側部分が
歯形に溝を切られた二次側部分と協働する磁石式歯車装
置が知られている。この磁石構成も比較的低い効率を有
する。なぜならば常に磁石輪周囲に連続して並ぶ磁極の
うち二つの磁極の磁気回路だけが二次側部分を経て閉じ
るにすぎないからである。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明の目的は、構造及び機能において非常に経済
的な非接触直線駆動装置を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、この発明においては、直
線状に固定配置され、二重螺旋体を有する管状の強磁性
材料からなる案内部材と、案内部材に沿って移動するこ
とができ、かつ案内部材と同軸的に配置され回転し得る
搬送部材とを備え、搬送部材は芯部の周囲に配置された
二重螺旋体を有し、搬送部材の二重螺旋体は半径方向に
配置された永久磁石により軸方向に交互に異なる極性の
極を有し、この各極は案内部材の二重螺旋体と間隙を介
して対向しており、案内部材と搬送部材との相対向する
二重螺旋体により形成される磁気回路中に一定の磁界が
生成されるようなっている。
またこの発明においては、直線状に固定配置され、二
重螺旋体を有する管状の強磁性材料からなる案内部材
と、案内部材に沿って移動することができ、かつ案内部
材と同軸的に配置され回転し得る搬送部材とを備え、搬
送部材は芯部の周囲に配置された二重螺旋体を有し、搬
送部材の二重螺旋体は軸方向に配置された永久磁石によ
り軸方向に交互に異なる極性の極を有し、この各極は案
内部材の二重螺旋体と間隙を介して対向しており、案内
部材と搬送部材との相対向する二重螺旋体により形成さ
れる磁気回路中に一定の磁界が生成されるようなってい
る。
この発明の直線駆動装置においては、回転子として作
用する搬送部材も二重螺旋体を備え、搬送部材内に永久
磁石が配置され、互いに狭い間隔を置いて並べられた両
螺旋体は逆向きに極性化され、二重螺旋体と磁気帰路と
によって形成される磁気回路内に一定の磁界が形成され
る。これによって、非常に狭い間隔でＮ−Ｓ極性化され
た搬送部材の二重螺旋体と、磁気帰路を形成し同様に狭
い間隔の強磁性材料の案内部材の二重螺旋体とが対向す
ることになり、非常に密の閉磁気回路が形成され、高い
効率が得られる。さらに、強磁性の搬送部材螺旋体の間
に永久磁石を軸方向に配置するか、又は搬送部材螺旋体
そのものの中に半径方向に配置することによって、非常
に効果のある磁石材料を搬送部材内に挿入することがで
き、それにより、直線駆動装置に対しこれまで得られな
かった電動力を得ることができる。
案内部材は搬送方向に連続する波の山と波の谷とを備
えたほぼ波形の輪郭とすることができる。その際搬送部
材の螺旋体にそれぞれ接近する波の山の頂部が、搬送部
材の二重螺旋体の外面に対してほぼ平行にかつ搬送部材
の二重螺旋体とほぼ同じ軸方向寸法に平らに削られるの
が有利であり、それにより磁束が最適化される。
案内部材は搬送部材を形成する二重螺旋体にほぼ直角
に向いたリブを有することができ、それによりリブの脚
と僅かな間隔を置いて搬送部材の螺旋体とを対向する。
案内部材は複数のＬ字形材要素から集成することもで
き、それぞれ軸方向に向いた脚が本体として例えば相互
に溶接され、またこの脚に直交する脚が搬送部材に向か
ってぼぼ半径方向に延びる。案内部材をそれぞれその脚
を軸方向に続けて積み重ねられた複数のＵ字形材要素、
又は相応にその中央脚を半径方向内側に向けて配置され
たＴ字形材から集成することができる。リブ付きの案内
部材のこの溶接による構成方法又は加工方法は、特に有
利でありまた経済的である。
この発明の別の構成によれば、搬送部材の両螺旋体が
軟磁性の芯部の周囲に配置されかつ両螺旋体が逆の極性
を有するように構成される。このためにそれぞれ第１の
螺旋体ではＳ極がまた第２の螺旋体ではＮ極が外に向か
うように、磁石が螺旋体中に半径方向に向けて設けられ
ている。従ってＳ極螺旋体及びＮ極螺旋体と呼ぶことが
できる。このような配置により発生される磁束は次の経
路を有する。すなわち磁束はＮ極から出て、搬送部材と
案内部材との間のエアギャップを乗り超え、それから例
えば案内部材の桟の中に入り、次のリブで再び外へ出
る。次いで磁束は次のエアギャップを乗り越え、次の搬
送部材螺旋体のＳ極の中に入る。搬送部材螺旋体の内側
の極は軟磁性の芯部を通って閉じる。それにより回路全
体が閉じられている。搬送部材螺旋体は案内部材に対し
所定の距離を有する。この発明に基づき搬送部材螺旋体
を電動機により回転させることができ、有利な実施例で
は車両に取り付けることができる。搬送部材螺旋体の回
転により車両を移動させる一定の磁界が発生する。この
実施例では、案内部材が強固に走行軌道に、又は磁石懸
垂形モノレールの場合には強固に支持形材に配置されて
いるので、搬送部材螺旋体は案内部材に沿ってねじ状に
移動し、車両のために必要な駆動力を発生させる。
搬送部材の第２の構成では、螺旋体を軟磁性材料から
作ることができ、一方芯部は非磁性材料から成る。この
場合には永久磁石は螺旋体の間の空間にぼぼ軸方向に向
けて配置されている。その際一方の空間の磁石は例えば
Ｎ極を搬送方向に向けてはめ込まれ、他方の空間はＳ極
を向けた磁石を装着され、それによりそれぞれ一つの螺
旋体が同一の極に両側を挟まれ、従ってそれぞれ一つの
Ｓ極螺旋体はＳ極に両側を挟まれる。それにより螺旋体
の中に磁力線の高い集中力が生じ、効率を著しく高める
ことができる。
例えば搬送部材の二重螺旋体が連続的に一方向に回転
されると、直線駆動装置により引き起こされる搬送運動
を連続的に一方向に生じさせることができる。しかしな
がら搬送部材が時計方向又は反時計方向に交番旋回運動
を行うことにより、特に工作機械で用いられるような往
復運動を発生させることもできる。
搬送部材は例えば電動機を介してそも自体周知の方法
で回転させることができる。しかしながら例えば車両又
は工作機械の回転する別の要素から回転運動を周知の伝
動要素を介して搬送部材へ導くことも可能である。
搬送部材に非磁性鋼から成る安全螺旋体が設けられる
と有利である。これは１又は最高で２を超えないターン
を有すべき受動的な螺旋体である。安全螺旋体は半径方
向に比較的深く案内部材中に突出し、案内部材の同様に
半径方向のリブに対し摩擦ブレーキのように作用する。
それにより搬送部材に過負荷がかかった際、安全螺旋体
は案内部材のリブ上に載り、搬送部材が案内部材から滑
り抜けるのを阻止する。その際案内部材のリブと安全螺
旋体との間の間隔は、磁界が引きちぎれる少し前に搬送
部材が安全螺旋体を介して案内部材のリブ上に載るよう
に定められる。これは約90％負荷に相当する。
半径方向に向いた磁石を備えた構成では、安全螺旋体
を磁石螺旋体の間で芯部に設けるのが有利でありかつ同
時に場所を取らない。軸方向に向いた磁石の場合にはこ
うすることは不可能である。ここでは安全螺旋体を極螺
旋体の外側の芯部分に設けるのか有効である。その際こ
の範囲では芯部直径を螺旋体の直径より大きくし、それ
により安全螺旋体がぼぼ案内部材のリブの高さを有する
にすぎないようにすると、一層大きい強度が得られる。
この発明に基づく駆動装置は古典的なリニアモータに
比べて非常に有利である。搬送部材を通常の電動機によ
り駆動することができ、従って回転子と固定子とが最小
可能なギャップを有する理想状態で電動機が作動する。
電流消費量は常に一定でありエアギャップの大きさとは
無関係である。
更にこの発明に基づく直線駆動装置の最善のかつ非常
に経済的な利用可能性は非常に有利であると見なすこと
ができる。なぜならばこの駆動装置は実際上いかなる任
意の方向への搬送運動に対しても採用できるからであ
る。従って例えば懸垂形モノレール、扉、工作機械又は
機械全体の又は機械内部の相対運動を実施すべき他の機
械のような、水平の搬送のためにこの駆動装置を利用す
ることは最適である。
垂直な搬送のためにこの発明に基づく駆動装置を利用
することも非常に有利である。なぜならば例えば従来の
方法で搬送ケーブルを用いて作動する人の輸送又は材料
搬送におけるリフト又はエレベータに比べて、この発明
によれば駆動装置のための付加的な上部構造又は下部構
造を必要とせず、それにより大きい場所節約と材料節約
とが得られるからである。比較的大きい自重を有するロ
ープ又はケーブルを用いなくても済み、それにより例え
ば鉱山の坑内において非常に深い坑道の中で連続的に走
行させることができる。現在もなお坑内では相互にずれ
た複数の区域の中で走行しなければならず、このことは
その都度費用を伴う新しい完全な輸送装置を必要とす
る。
〔実施例〕
次に図面に示す実施例により本発明を詳細に説明す
る。
第１図は本発明の第１の実施例で、この非接触直線駆
動装置は、搬送部材１と案内部材２とを備えている。搬
送部材１は軟磁性の芯部５と、この芯部５の周囲に相互
に等しい間隔を置いて配置された二の螺旋体３、４から
なる二重螺旋体とを有している。これらの螺旋体３、４
は永久磁石から作られるか又は永久磁石片から構成され
る。その際極性は螺旋体ごとに逆向きであり、従ってＮ
極螺旋体３とＳ極螺旋体４とが形成されるようになって
いる。それにより長手方向に見て交互にＮ極とＳ極とが
並んでいる。
螺旋体３、４は一つの実施形式では全体を永久磁石材
料から作ることができ、別の実施形式では小さい棒磁石
を半径方向に非磁性材料の中に埋め込み、全体として軟
磁性の芯部を備えた二重螺旋体を形成することができ
る。この埋め込みは、例えば埋め込み鋳造又は埋め込み
焼結によるような公知の種々の加工方法で行うことがで
きる。
搬送部材１の二重螺旋体の周囲にはほぼ同軸に配置さ
れた案内部材２は同様に二重螺旋体を有する管状の強磁
性材料からなり、この案内部材２は軸方向に連続して波
の山11と波の谷12とを有する。その波は、搬送部材１の
二重螺旋体の螺旋体３、４と同じピッチ及び同じ傾斜を
備えている。搬送部材１の二重螺旋体と案内部材２の二
重螺旋体とは、それぞれ搬送部材１の一つの螺旋体が案
内部材２の平らに削られた頂部を有する一つの波の山に
向かい合うように相互に位置づけられている。
特に第２図に示すように、案内部材２はスリット状の
軸方向の開口部13を有し、この開口部13を通して搬送部
材１と図示されていない軸受又は固定要素とを連結し得
るようになっている。
第３図は搬送部材の二重螺旋体の第２の実施例で、搬
送部材１は、軟磁性材料から形成された螺旋体３、４が
非磁性の芯部５の周囲に巻き付けられている。螺旋体
３、４の間の空間には、特に第４図に示すように永久磁
石14が軸方向に向けて配置されてる。その際永久磁石14
は交互に極性の向きが変わるように挿入されているの
で、常にＮ極性の空間とＳ極性の空間とが交互に生じる
ようになっている。これにより常に一つの螺旋体が同じ
磁極により両側を挟まれ、それにより同時に螺旋体の極
性が生じる。その結果第４図に破線で示すような経路の
磁力線７の非常に高い集中を生じる。
第４図の部分詳細図だけを示した実施例においては、
案内部材２はリブ付き管として形成されている。その半
径方向に向いたリブ17を有する断面Ｌ字形材16が複数個
溶接によりつなぎ合わされ一つの連続した管を形成して
いる。
第５図は別の実施例で、搬送部材１の二重螺旋体が第
１図、第２図と同様な方法で半径方向に向いた磁石14を
備えている。案内部材２は第４図に示す実施例の場合と
類似の方法で形成され、この実施例では断面Ｕ字形材18
が用いられ、このＵ字形材18は軸方向に連続してその脚
を積み重ねて溶接によりつなぎ合わせられている。溶接
によりつなぎ合わされた脚はそれぞれ案内部材２のリブ
17を形成する。
搬送部材１の二重螺旋体の螺旋体３、４の間には非磁
性鋼から成る安全螺旋体20が設けられ、この安全螺旋体
20は１ターンないし２ターンを有することができる。安
全螺旋体20は比較的長く半径方向に張り出して案内部材
２のリブ17の間に突出し、リブ17と溶触するその制動面
にブレーキライニング21を有する。安全螺旋体20は搬送
部材１の二重螺旋体の軟磁性材料から成るほぼ棒状の芯
部５上に例えば溶接により固定されている。
第６図は更に別の実施例で、搬送部材１の二重螺旋体
がほぼ第３図に示すのと同様な方法で形成されしかも軸
方向に向いた磁石14を備えている。案内部材２は第５図
におけると同様に複数のＵ字形材18を溶接でつなぎ合わ
すことにより形成されている。ここでも同様に安全螺旋
体20が設けられているが、この安全螺旋体20は搬送部材
１の二重螺旋体の螺旋体３、４を備えた芯部５の外側に
配置されている。この部分は例えば搬送部材端部とする
ことができる。そのため芯部５はそれより大きい直径を
有する段部22を備え、その直径はほぼ螺旋体３、４の直
径寸法を有する。安全螺旋体20の制動面は同様にブレー
キライニング21を備え、ブレーキライニング21はこの実
施例ではぼぼ安全螺旋体20の一全端面を覆い、一方第５
図に示す実施例では、ブレーキライニングは軸方向に向
いた安全螺旋体制動面の一部だけを形成するにすぎな
い。この安全螺旋体20は、最大負荷の90％になったとき
に既に安全螺旋体20がリブ17の上に載り、磁界が引きち
ぎられることなく制動が開始されるように、リブ17に対
し離して置かれている。
図面の簡単な説明 第１図は本発明の実施例の縦断面図、第２図は螺旋体
の磁石の配置状態を示す第１図のII-II線に沿う断面
図、第３図は本発明の二重螺旋体の異なる実施例の正面
図、第４図は第３図に示す二重螺旋体を有する本発明の
別の実施例の縦断面図、第５図は本発明の異なる実施例
の縦断面図、第６図は本発明の更に異なる実施例の縦断
面図である。
１……搬送部材 ２……案内部材 ３、４……螺旋体 ５……芯部 11……案内部材の波の山 12……案内部材の波の谷 13……開口部 14……永久磁石 16……Ｌ字形材 17……リブ 18……Ｕ字形材 20……安全螺旋体 21……ブレーキライニング
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−133812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−156959（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−133782（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−10280（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3903808（ＵＳ，Ａ) 西独国特許公開2250825（ＤＥ，Ａ) 仏国特許公開2259472（ＦＲ，Ａ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直線状に固定配置され、二重螺旋体を有す
    る管状の強磁性材料からなる案内部材と、案内部材に沿
    って移動することができ、かつ案内部材と同軸的に配置
    され回転し得る搬送部材とを備え、搬送部材は芯部の周
    囲に配置された二重螺旋体を有し、搬送部材の二重螺旋
    体は半径方向に配置された永久磁石により軸方向に交互
    に異なる極性の極を有し、この各極は案内部材の二重螺
    旋体と間隙を介して対向しており、案内部材と搬送部材
    との相対向する二重螺旋体により形成される磁気回路中
    に一定の磁界が生成されるようになっていることを特徴
    とする非接触直線駆動装置。
  2. 【請求項２】直線状に固定配置され、二重螺旋体を有す
    る管状の強磁性材料からなる案内部材と、案内部材に沿
    って移動することができ、かつ案内部材と同軸的に配置
    され回転し得る搬送部材とを備え、搬送部材は芯部の周
    囲に配置された二重螺旋体を有し、搬送部材の二重螺旋
    体は軸方向に配置された永久磁石により軸方向に交互に
    異なる極性の極を有し、この各極は案内部材の二重螺旋
    体と間隙を介して対向しており、案内部材と搬送部材と
    の相対向する二重螺旋体により形成される磁気回路中に
    一定の磁界が生成されるようになっていることを特徴と
    する非接触直線駆動装置。
  3. 【請求項３】案内部材がスリット状の軸方向の開口部を
    有することを特徴とする請求項１又は２記載の非接触直
    線駆動装置。
  4. 【請求項４】案内部材は搬送方向に連続する波の山と波
    の谷とを備えた波形の輪郭を有し、波の山と波の谷とは
    それぞれ搬送部材の二重螺旋体の螺旋間間隔と同じ間隔
    を有することを特徴とする請求項１又は２記載の非接触
    直線駆動装置。
  5. 【請求項５】案内部材の波の山の先端は搬送部材の二重
    螺旋体の外面に対してほぼ平行にかつ搬送部材の二重螺
    旋体と同一の軸方向寸法に平らに切り取られていること
    を特徴とする請求項４記載の非接触直線駆動装置。
  6. 【請求項６】案内部材の二重螺旋体と搬送部材の二重螺
    旋体とは同じ傾き角を有することを特徴とする請求項１
    又は２記載の非接触直線駆動装置。
  7. 【請求項７】案内部材は搬送部材の二重螺旋体の軸に対
    してほぼ直角に向いたリブを有する複数の環状部分を軸
    方向に連結して形成され、隣接する各リブは搬送部材の
    二重螺旋体の各螺旋間間隔と同じ間隔を有し、搬送部材
    の二重螺旋体の各極と間隙を介して対向していることを
    特徴とする請求項１又は２記載の非接触直線駆動装置。
  8. 【請求項８】案内部材は断面Ｌ字形を有することを特徴
    とする請求項７記載の非接触直線駆動装置。
  9. 【請求項９】案内部材は断面Ｕ字形を有することを特徴
    とする請求項７記載の非接触直線駆動装置。
  10. 【請求項１０】芯部は軟磁性材料から形成されているこ
    とを特徴とする請求項１記載の非接触直線駆動装置。
  11. 【請求項１１】芯部は非磁性材料から形成されているこ
    とを特徴とする請求項２記載の非接触直線駆動装置。
  12. 【請求項１２】非磁性鋼からなる少なくとも１つの安全
    螺旋体が搬送部材に設けられ、この安全螺旋体は最大２
    ターンを有し、案内部材の二重螺旋体の各螺旋内に突出
    し、案内部材の二重螺旋体の各螺旋の内面上に係止し得
    るようになっていることを特徴とする請求項１又は２記
    載の非接触直線駆動装置。
  13. 【請求項１３】安全螺旋体は、半径方向に配置された永
    久磁石を有する搬送部材の二重螺旋体の螺旋間で芯部に
    配置されていることを特徴とする請求項12記載の非接触
    直線駆動装置。
  14. 【請求項１４】安全螺旋体は、軸方向に配置された永久
    磁石を有する搬送部材の二重螺旋体の磁石領域の外側に
    ある芯部の部分に設けられていることを特徴とする請求
    項12記載の非接触直線駆動装置。
JP63506526A 1987-09-03 1988-07-08 非接触直線駆動装置 Expired - Lifetime JP2628498B2 (ja)

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