JP3233211U - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性があり、高い出力重量比を有しながらも、製造および使用するのに経済的である電気リニアモータを提供する。【解決手段】ステータ４と、ステータ４に対して線形軸方向Ａに移動可能な作動シャフト６と、を含む電気リニアモータ２であって、ステータ４は、ケーシング８と、ケーシング８に装着された電磁石アレイ１０と、を含み、電磁石アレイ１０は、線形軸方向Ａに延びる中心オリフィスを含み、その中を作動シャフト６が延び、作動シャフト６は、複数の磁極セグメントを含む永久磁石配列１６を含み、電磁アレイ１０は、磁界を発生させるために複数の電磁石１１を含み、この磁界は、永久磁石配列１６の磁界と共に、ステータ４に対して作動シャフト６を駆動するために軸方向Ａの成分を有する起電力を、ステータ４と作動シャフト６との間に発生させる。【選択図】図１ａ

Description

開示の内容

本考案は、電気リニアモータに関する。

リニア電気モータは、ＵＳ２０１５０２２０３０、ＵＳ２０１２０９８３５６、およびＥＰ２５４１７４４に開示されている。従来のリニアモータは、中実シャフトを含み、これは、シャフトの線形運動に対応する方向に積み重ねられた交番極性の複数の磁気セグメントを有する。これらの従来のリニアモータでは、ステータは、管状の支持体上に巻かれた複数のコイルを含み、コイル部分は並置するように配列され、電気モータの位相に接続される。シャフトの少なくとも一方の端部は、ステータから延びており、作動される器官（organ）に連結されることが意図されている。このような永久磁石リニア電気モータの利点の１つは、そのコンパクトさ、高い動的能力、特に非常に速く加速および減速する能力、少ない構成要素、ならびに構成要素の最小の摩耗であり、したがって、高い信頼性をもたらす。しかしながら、従来のリニアモータは、出力重量比が低く、航空機の構成要素の作動、または産業用ロボットアームおよび他の可動部品のような動的構成要素への装着など、特定の適用には不利である。また、リニアモータを含む一般的なモータの出力重量比および出力サイズ比（power to size ratios）を改善することが絶えず望まれている。

ＥＰ２２２４５８１およびＵＳ６６０３２２４に開示されているような、ある種のリニア電気モータは、強磁性材料の積み重ねられたステータディスクと、ステータディスク間に装着されたコイルと、で作られたステータを有する。しかしながら、このようなステータの製造は、特にステータディスク間でステータコイルを組み立てる困難さを考慮すると、困難である。また、駆動装置へのステータのコイルの電気的接続は、複雑であり、効率的かつコンパクトな形で達成することが困難である。

上記事情に鑑みて、本考案の目的は、信頼性があり、高い出力重量比を有しながらも、製造および使用するのに経済的である、電気リニアモータを提供することである。

信頼性があり、高い出力サイズ比を有するが、製造および使用するのに経済的である、電気リニアモータを提供することが有利である。

正確で制御が容易なリニアモータを提供することが有利である。

作動行程が長いリニアモータを提供することが有利である。

本考案の目的は、請求項１に記載のリニアモータを提供することによって達成されている。

本明細書には、ステータと、ステータに対して線形軸方向（Ａ）に移動可能な作動シャフトと、を含む、電気リニアモータが開示される。ステータは、ケーシングと、ケーシング内に装着された電磁石アレイと、を含み、電磁石アレイは、線形軸方向（Ａ）に延びる中心オリフィスを含み、その中を作動シャフトが延びる。作動シャフトは、複数の磁極セグメントを含む永久磁石配列を含む。ステータ電磁石アレイは、磁界を発生させるために複数の電磁石を含み、この磁界は、永久磁石配列の磁界と共に、ステータに対して作動シャフトを駆動するために軸方向（Ａ）の成分を有する起電力を、ステータと作動シャフトとの間に発生させる。

本考案の第１の態様によれば、作動シャフトは中空チューブを含み、永久磁石配列はこのチューブの周りに固定的に装着された管状形状を有する。

本考案の第２の態様によれば、電磁石アレイは、前記軸方向（Ａ）に積み重ねられた複数の実質的にディスク形状の電磁石を含み、各電磁石は、コイル支持体と、コイル支持体の軸方向凹部内に装着された少なくとも１つのコイルと、を含む。

有利な実施形態では、永久磁石配列は、ハルバッハ磁石アレイを形成する複数の磁極セグメントを含む。

別の実施形態では、永久磁石配列は、作動シャフトの中空チューブの一部上に装着されるか、またはその一部として形成された磁性材料の磁気コアチューブに装着された交番磁極セグメントのアレイを含む。

代替的な実施形態では、作動シャフトは中空チューブを含み、永久磁石配列はチューブの内側に固定的に装着された管状形状を有する。

一実施形態では、永久磁石配列は、強磁性スペーサリングによって互いに分離された複数の交番磁極セグメントを含む。

有利な実施形態では、電磁石アレイは、前記軸方向（Ａ）に積み重ねられた複数の実質的にディスク形状の電磁石を含み、各電磁石は、コイル支持体と、コイル支持体の軸方向凹部内に装着された少なくとも１つのコイルと、を含む。

一実施形態では、誘電材料は、誘電注封材料、誘電性樹脂、または注入もしくは成形された誘電性ポリマーの形態で、軸方向凹部内のコイルを覆う。

有利な実施形態では、コイル支持体は、強磁性材料などの磁性材料で作られる。

有利な実施形態では、コイル支持体は、積み重ねられた並置された電磁石を線形軸方向（Ａ）に沿ってセンタリングおよび整列させるように配置された、相互に係合した隆起部および凹部を、コイル支持体の対向する軸方向側面に含む。

有利な実施形態では、コイル支持体の内側環状リムは、軸方向（Ａ）における軸方向長さが、コイル支持体の外側環状リムの軸方向長さよりも短く、空気の、または非磁性材料で充填された軸方向ギャップを提供して、内側環状リムを介したステータの磁気短絡を回避する。

有利な実施形態では、作動シャフトの中空チューブは、非磁性材料、例えば、繊維強化樹脂材料、チタン合金、アルミニウム合金、炭素繊維強化材料、または前述した材料の任意の組み合わせの複数の層で作られる。

有利な実施形態では、作動チューブの第１の端部は、ステータから延び、外部構成要素に連結するように配置され、作動シャフトの第２の端部は、ステータ内に位置付けられる。

有利な実施形態では、ステータケーシングの第１の端部は、作動シャフトの中空チューブにスライド可能に係合するベアリング表面を含む。

有利な実施形態では、作動シャフトは、ステータ中心オリフィスのベアリング表面に係合する、前記第２の端部におけるベアリングを含む。

有利な実施形態では、ステータ中心オリフィスの前記ベアリング表面は、電磁石アレイの中心オリフィスを覆う硬化材料または低摩擦材料の層またはコーティングによって提供される。

別の実施形態では、作動チューブの第１の端部は、ステータから延び、外部構成要素に連結するように配置され、作動シャフトの第２の端部は、ステータケーシングの外側に延び、ステータケーシングは、ケーシングの対向する軸方向端部において作動シャフトのチューブにスライド可能に係合するベアリング表面を有する端部キャップを含む。

有利な実施形態では、ステータ端部キャップは、移動終了位置において作動と係合可能なダンパ要素を含む。

有利な実施形態では、ステータの軸方向端部は、作動シャフトが移動終了位置に到達したときに作動シャフトを磁力で保持するために磁気ロックシステムを含む。一実施形態では、ステータの軸方向端部は、作動シャフト上の永久磁石に磁力で連結された強磁性材料を含み、前記磁気ロックシステムを形成する。

本考案のさらなる目的および有利な特徴は、実用新案登録請求の範囲、および添付図面に関連する本考案の実施形態に関する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本考案の一実施形態によるリニアモータの斜視断面図である。 図１ａの実施形態のステータの斜視断面図である。 図１ａの実施形態の作動シャフトの斜視図である。 作動シャフトの変形例の図１ｃに類似した図である。 （コイル配線が取り外された）図１ａのリニアモータのステータの斜視図である。 図２のステータの電磁石の斜視図である。 図２ａの電磁石のコイル支持体の斜視図である。 本考案の一実施形態によるリニアモータのコイル配線コネクタを備えたステータの斜視図である。 コイル配線コネクタが装着されていない、図３ａのステータの斜視図である。 図３ａのステータの電磁石の斜視図である。 図３ｃの電磁石の分解組立斜視図である。 図３ｃの電磁石の分解組立斜視図である。 組立ツールに受容されるコイル配線コネクタの一部の斜視図である。 図３ａのステータにコイル配線コネクタを装着する組立ツールの一部の上面図である。 組立ツールが取り外された、図４ｂに類似した図である。 本考案の一実施形態による電気リニアモータのステータ巻線の概略断面図であり、ステータの電磁石の配線相互接続の一例を示す。 本考案のある実施形態による、永久磁石アレイの磁極を示す、電気リニアモータの作動シャフトの概略断面図である。 本考案の別の実施形態による、永久磁石アレイの磁極を示す、電気リニアモータの作動シャフトの概略断面図である。 本考案の別の実施形態による、永久磁石アレイの磁極を示す、電気リニアモータの作動シャフトの概略断面図である。 本考案の別の実施形態による、永久磁石アレイの磁極を示す、電気リニアモータの作動シャフトの概略断面図である。 本考案の別の実施形態による、永久磁石アレイの磁極を示す、電気リニアモータの作動シャフトの概略断面図である。 本考案の別の実施形態によるリニアモータの斜視断面図である。 図７ａのリニアモータのステータの断面図である。 図７ａのリニアモータの作動シャフトの斜視図である。 本考案の一実施形態による、位相Ｕ、Ｖ、Ｗを有するステータの電磁石の配線相互接続を提供するためのコイル配線コネクタ上の回路トレースの例を示す図である。 作動シャフトを磁力で保持するステータの軸方向端部における磁束のコンピュータシミュレーションを示す。

図面を参照すると、電気リニアモータ２は、ステータ４と、ステータ４によりステータに対して軸方向Ａに駆動される作動シャフト６と、を含む。

ステータ６は、電磁石アレイ１０を含む。電磁石アレイは、軸方向Ａに積み重ねられた複数のディスクリング形状電磁石１１を含み、ディスクリング形状電磁石１１は、作動シャフト６が軸方向に移動可能に受容される、中心オリフィスを含む。電磁石アレイ１０は、ケーシング８の管状ハウジング部分２５内に装着される。オリフィスの表面は、作動シャフト６上の永久磁石配列１６、１６’の外径Ｄ２よりわずかに大きい直径Ｄ１を有する。直径Ｄ１とＤ２との差は、好ましくは、直径Ｄ１に応じて０．１〜１ｍｍの範囲内にあり、製造公差ならびに作動シャフトおよびステータの異なる熱半径方向膨張を可能にし、ギャップが全ての指定された作動条件の下で維持されることを保証する。しかしながら、ステータ電磁石と作動シャフト永久磁石との間の磁界ギャップを小さくするために、上記公差を考慮してギャップをできるだけ小さくしている。

各電磁石１１は、コイル支持体３０と、コイル支持体上に装着されたコイル２６と、を含む。コイルは、導線２８の複数の巻線によって形成される。コイルは、コイル支持体の軸方向凹部３２内に装着される。コイル支持体は、実質的にディスク形状であり、軸方向凹部３２を備え、軸方向凹部は、コイル支持体３０の半径方向内側環状リム４０から半径方向外側環状リム３４まで半径方向に延びる。半径方向内側環状リム４０は、ステータ４の中央通路を画定する。軸方向凹部３２に装着されたコイル２６は、誘電注封材料または誘電性樹脂材料によって覆われてもよく、あるいはポリマーによってオーバーモールドされてもよい。コイル支持体３０は、磁束密度を増加させ、ステータ電磁石と作動シャフト永久磁石との間の連結を増大させるために、有利には、磁性材料、例えば強磁性材料で作られてもよい。有利な実施形態では、コイル支持体は、エポキシ樹脂中の焼結磁性粉末で作製することができる。これにより、高周波数および低重量を必要とする適用における電力損失を低減することができる。

一実施形態では、内側環状リム４０は、軸方向Ａにおける軸方向長さを、外側環状リム３４の軸方向長さよりも短くして、軸方向ギャップ４１を設け、図１の詳細図Ｘで最もよく分かるように磁気短絡を回避することができる。

半径方向外側環状リム３４には、ワイヤ出口３６が設けられ、外面には、例えば軸方向Ａに延在し得る凹部３８が設けられ、ワイヤ２８の、同じ電気位相の電磁石１１のコイル２６を相互接続する部分を受容しガイドする。ワイヤガイド凹部３８はまた、コイル２６を形成するワイヤ２８の端部を、モータ制御部および電源への電気的接続のため接続端子へとガイドする働きをする。

複数の電磁石１１は、図２、図１ｂ、図７ａ、図７ｂおよび図５に最もよく示されるように、軸方向に互いに積み重ねられて、複数の電磁石セグメント１１ａ、１１ｂ、１１ｃを形成し、電磁石の交番極を形成することができる。リニアモータは、モータ制御ユニットおよびステータ４のコイル２６間の相互接続に依存して、単相または多相モータとすることができる。図５に示す例では、三相電磁石配列が、相互接続された電磁石１１ａによって形成された位相Ｕ−Ｘ、相互接続された電磁石１１ｂによって形成された位相Ｖ−Ｙ、相互接続された電磁石１１ｃによって形成された位相Ｗ−Ｚによって表されて、概略的に示されている。この例では、モータは、各位相に４つの極（４つの電磁石）を有する３つの位相Ｕ−Ｘ、Ｖ−Ｙ、Ｗ−Ｚを規定する１２個の電磁石を含む。同位相の電磁石の巻線を交互に反対方向に巻回して、交互方向の磁極を形成してもよい。例えば、第１の位相では、電磁石１１ａ＋は、電磁石１１ａ−によって生成される磁極とは逆方向の磁極を生成する。他の２つの位相のそれぞれについても同様である。

図２で最もよく分かるように、各コイル支持体３０の半径方向外側環状リム３４上に形成されたワイヤガイド３８によって、ある位相の相互接続ワイヤは、位相の１つのコイルから同じ位相の次のコイルへと通過することができる。ワイヤガイド凹部３８は、モータ制御ユニットおよび電源（不図示）への接続のため、ワイヤの接続端部を、ステータハウジングの一端部または両端部から軸方向にコネクタ（不図示）または接続システムまで軸方向に延在させるために使用されてもよい。

図３ａ〜図３ｅに示す変形例では、コイルのワイヤ接続端部５４は、ケーシングのコイル支持体３０から半径方向に延びてもよい。コイルは、ステータケーシング内で相互接続されてもよく、またはステータケーシングから、相互接続手段、例えば接続ストリップ６０まで延びてもよい。接続ストリップ６０は、電磁石のコイル間の相互接続またはモータ制御ユニットおよび電源への相互接続を単純化するために、導電回路トレースを有する回路基板の形態とすることができる。コネクタ（不図示）は、例えば、モータ制御ユニットおよび電源に接続される相補的なコネクタにプラグ着脱可能に接続するために、ケーシング８に装着されるか、またはこれと一体的に形成されてもよい。コネクタは、接続ストリップ上に直接装着され、ワイヤ接続端部５４に相互接続された接続ストリップ上の導電回路トレースに接続されてもよい。

各電磁石１１のワイヤ接続端部５４は、絶縁接続端部支持体５２によって位置付けられて支持されてもよく、絶縁接続端部支持体は、コイル支持体３０の半径方向外側リム３４上のワイヤ出口によって形成された開口部に装着され得る。接続端部支持体５２は、例えば、ワイヤ端部を通過させるためのオリフィスを備えたプラスチックインサートであってもよく、ワイヤ接続端部５４を正確に保持して位置付け、接続ストリップ６０への組み立ておよび接続を容易にするのに役立つ。この点に関し、接続ストリップは、ワイヤ接続端部５４が挿入される接点スロットの形態をしたワイヤ端部接点５８を備えることができる。これは、図４ａ〜図４ｃに示すように、ワイヤ端部組立ツール６４を使用して有利に実施することができる。ワイヤ端部組立ツール６４は、ツール内に接続ストリップ６０を位置付けるための凹部などの位置付け要素と、接続ストリップの接点スロット５８と整列された漏斗形状のワイヤガイドスロット６６と、を含む。接続ストリップを備えたツールは、電磁石アレイ１０上に位置付けられ、ワイヤ接続端部５４がワイヤガイドスロット６６と整列した状態で、電磁石アレイの外側円筒面に接する方向に移動され、ワイヤ接続端部が対応する接点スロット５８にガイドされ挿入される。

変形例（不図示）では、接続ストリップは、スロットではなくオリフィスを備えてもよく、組立ツールは、漏斗形状のオリフィスを備えて、ツールが半径方向（すなわち、ワイヤ接続端部５４に平行な方向）に移動するときにワイヤ端部をオリフィス内にガイドすることができる。

ワイヤ接続端部５４は、例えば接点スロットまたはオリフィスの周囲に導電層を有する、接続ストリップ６０上の導電回路トレースに、半田付けまたは溶接によって電気的に接続することができる。図８に示すように、導電回路トレース６６は、接続ストリップの２つの層６４ａ、６４ｂ上に、または３つ以上の層（不図示）に設けられて、複数の（この例では３つの）位相Ｕ−Ｘ、Ｖ−Ｙ、Ｗ−Ｚを形成する電磁石間の相互接続を提供することができる。ブリッジ回路トレース６６ａは、隣接する電磁石のコイルを相互接続する。

各電磁石１１は、単一のワイヤ巻線を含むことができ、または変形例では、２つ以上のワイヤ巻線を含むことができる。好ましい実施形態では、各電磁石は単一のワイヤ巻線を含む。

コイル支持体３０またはその誘電体オーバーモールディングは、有利には、軸方向に積み重ねられた並置された電磁石１１を整列させセンタリングするために、相互に係合するセンタリング要素２４、３９を含む。例えば、図示の実施形態では、コイル支持体３０は、隣接する電磁石の半径方向外側リム３４によって係合される環状凹部３９を、一方の側に含む。センタリング要素は、半径方向内側環状リムに代替的にまたは追加的に設けられてもよい。

電磁石アレイ１０の電磁石１１は、溶接、接着結合、（例えば、端部キャップ２０、２１の間での）ケーシング部品による機械的な互いのクランプ、またはポリマー材料でのオーバーモールドなどの様々な結合技術によって一緒に結合することができる。

コイルが装着された実質的にディスク形状のコイル支持体を設けることにより、コスト効率の良い方法でステータ電磁石を製造することができ、さらに、高い出力サイズ比のために軸方向Ａに電磁石を確実に密に詰めることができる。また、電磁石アレイ１０は、電磁石の数を経済的に変えることにより、軸方向の長さを都合よく大きくしたり短くしたりすることができ、各電磁石は本質的に同一に製造される。

図示された実施形態によるステータのケーシング８は、円形の管状外側ケーシングを備えているが、当業者は、ステータの外部構成要素への適用および装着に応じて、様々なケーシングの形態および形状が提供され得ることを理解するであろう。

作動シャフト６は、第１の端部４４と第２の端部４６との間に延びている。端部のうちの少なくとも一方（図示の実施形態では、第１の端部４４）は、ステータ４が固定される第２の外部構成要素（不図示）に対して移動可能な第１の外部構成要素（不図示）に連結するように構成された作動端部である。作動端部４４には、シャフトを第１の外部構成要素に連結または固定するための連結装置または固定要素を設けることができる。同様に、ステータ４には、ステータを第２の外部構成要素に連結または固定するための連結装置または固定要素を設けることができる。作動シャフト６はステータ４に対して移動するので、適用に応じて、第１または第２の外部構成要素、あるいは第１および第２の外部構成要素の両方を固定基準に対して作動させることができる。

図１ａ〜図１ｄに示す実施形態では、シャフトの第２の端部４６は、ステータの内側に装着され、外部構成要素を作動させない。

変形例では、図７ａ〜図７ｃに示されるように、作動シャフトの第１の端部および第２の端部の両方をステータの外側に位置付けることができ、端部のうちのいずれか一方または端部の両方を作動された外部構成要素に連結することができる。図７ａ〜図７ｃの実施形態では、ステータ４の両端部を越えて延在する端部を有する作動シャフト６は、作動シャフト上に２つの作動端部を設ける目的を果たすことができ、単に、ステータに対してシャフトを線形にガイドする安定性を向上させるためのものである。後者の場合、機構内のモータの実装は、図１ａ〜図１ｄに示される第１の実施形態と比べてより多くの空間を必要とする、第２の作動端部の延長およびその変位を可能にしなければならない。

ステータは、軸方向端部２２、２３の間に延びるケーシング８を含み、これは、図示の実施形態では、概ね管状のハウジング部分２５と、例えばケーシング８の前記軸方向端部２２、２３に装着された第１の端部キャップ２０および第２の端部キャップ２１の形態の、端部２０、２１と、を含む。

図１ａ〜図１ｃの実施形態では、端部キャップのうちの一方２１は、好ましくは防塵または密閉するような形で、閉じられてもよい。少なくとも一方の端部キャップ２０には、作動シャフト６がスライド可能に中を延びることを可能にする通路が設けられている。端部キャップ２０および２１は、汚れがモータ内部に入るのを避けるためにシャフトから汚れをスワイプするスクレーパ機能を含むマルチリーフシールを有利に含むことができる。

図７ａ〜図７ｃに示す実施形態では、作動シャフトはステータ４の両端部を通って延びており、第１の端部キャップ２０および第２の端部キャップ２１の両方には、作動シャフト６が中をスライド可能に延びることを可能にする通路がそれぞれ設けられている。

作動シャフト６は、（ベアリング表面１８ａ、１８ｂによって形成される）第１のベアリング１８および（ベアリング表面１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ａ’、１９ｂ’によって形成される）第２のベアリング１９によってステータに対してスライド可能に支持およびガイドされる。

シャフトベアリング表面１８ａは、端部キャップ２０を通る通路に形成され、作動シャフトのベアリング表面１８ｂ上にスライド係合するように配置され、ベアリング表面１８ａ、１８ｂは、作動シャフト６の軸方向スライド運動を支持する第１のベアリング１８を形成する。

図７ａ〜図７ｃの実施形態では、シャフトベアリング表面１８ａ、１９ａは、両方の端部キャップ２０、２１を通る通路内に形成されてもよく、作動シャフトのそれぞれのベアリング表面１８ｂ、１９ｂ上にスライド係合するように配置され、ベアリング表面１８ａ、１８ｂおよび１９ａ、１９ｂは、作動シャフト６の軸方向スライド運動を支持する第１のベアリング１８および第２のベアリング１９を形成する。

例えば図１ａ〜図１ｄに示すように、作動シャフトの一端部がステータケーシング８内に残っている実施形態では、作動シャフトは、シャフトの第２の端部４６に隣接して、ステータ内の内側ベアリング表面１９ａ’にスライド可能に係合するベアリング要素１９ｂ’を備えることができる。

シャフト上のベアリング表面１８ｂ、１９ｂ、１９ｂ’、およびステータ上のベアリング表面１８ａ、１９ａ、１９ａ’は、有利には、スライドベアリング表面の形態であってもよく、ステータとシャフトの両方は、ベアリング表面において、低摩擦材料またはコーティング、例えば、テフロン（ＰＴＦＥ）、低摩擦プラスチック、アルミニウム−青銅、ＴｏｕｇｈＭｅｔ（登録商標）Ｓｐｉｎｏｄａｌ（Ｃ９６９００）、またはＥｖｅｒｌｕｂｅ（登録商標）コーティング（ＭｏＳ２、ＰＴＦＥ、グラファイト、エポキシ）、ＨＶＯＦコーティング、溶射コーティング、もしくは亜鉛−ニッケルコーティングを有する任意の金属もしくは非金属材料を備える。

作動シャフトベアリング表面１９ｃは、図１ｄに概略的に示すように、ステータベアリング表面１９ａ’に転がり接触するためのボールベアリング組立体を備えることもできる。

作動シャフト６は、中空チューブ１４、１４’と、チューブ１４上またはチューブ１４内に装着された永久磁石配列１６と、を含む。

永久磁石配列１６、１６’は、好ましくは、管状形状を有し、例えば、図６ａ、図６ｂに示されるように、作動シャフトのチューブ１４を取り囲む。図６ｅに示す代替的な実施形態では、永久磁石配列１６は、好ましくは、管状形状を有し、作動シャフトのチューブ１４によって取り囲まれる。本実施形態におけるチューブ１４は、非強磁性材料で作られている。したがって、各永久磁石はリング形状とすることができ、それによって有利な実施形態では、リング形状は、作動シャフトのチューブ１４上で結合される、セグメント、例えば８個の湾曲したセグメント、から構成することができる。

永久磁石配列１６、１６’は、連続的に極性が変化する複数の並置された磁極セグメントを含む。

一実施形態では、永久磁石配列１６は、図６ｂに最もよく示されているようなハルバッハ配列を含み、それにより、交番磁極セグメントＮ、Ｓは、やはり交番磁極性を有する軸方向に整列した磁極セグメントＡｘ−、Ａｘ＋によって分離される。

図６ｄに概略的に示す変形例では、交番磁極セグメントＮ、Ｓは、強磁性スペーサリング４９によって分離される。この構成は、有利には、電磁石アレイの駆動におけるリップルノイズを低減し、作動シャフトの線形運動のより円滑な制御を可能にする。

変形例では、例えば図６ａおよび図６ｃに示されるように、交番磁極セグメントＮ、Ｓは、スペーサまたは軸方向に整列した磁石なしで、互いに直接隣接して配置することができる。

図６ｂに示されるようなハルバッハ配列を有する永久磁石配列１６は、非強磁性材料内にある作動シャフトのチューブ１４に装着されてもよい。管状ハルバッハ磁石アレイ１６は、チューブ上に直接装着され、接着剤での結合、インモールド（inmolding）、溶接、機械的手段による固定、および同軸管状構成要素間の他のそれ自体既知の接続技術によってチューブ１４に固定されてもよい。

チューブ１４は、例えば、繊維強化チューブ、例えば炭素繊維強化樹脂チューブを含んでもよく、またはこれからなってもよい。他の非磁性材料、例えば、高い強度重量比のためのアルミニウムまたはチタンベースの合金を、チューブに使用してもよい。中空チューブ１４の構造のために、他のポリマー、金属、セラミック、およびそれらの多層の組み合わせを提供することができる。

図６ａに最もよく示されている別の実施形態では、永久磁石配列１６’は、並置された交番磁極セグメントＮ、Ｓを含むことができ、永久磁石配列１６’もまた、リング形状の交番磁極セグメントＮ、Ｓを有するチューブの形態である。永久磁石配列１６’は、強磁性材料などの磁性材料で作られた管状磁気コア５０上に装着されてもよい。管状磁気コア５０は、チューブ１４と磁石配列１６’との間に層を形成することができ、磁気コアチューブ５０は、チューブ１４上に直接装着される。同軸に配置された磁石配列１６’、管状磁気コア５０、およびチューブ１４は、接着剤による結合、インモールドまたはオーバーモールド（例えば熱可塑性ポリマーによる）、溶接、機械的接続技術、および同軸管状構成要素間の他のそれ自体既知の接続技術によって、一緒に固定されてもよい。

磁気コアチューブ５０は、交番磁極セグメントＮ，Ｓ間の磁束を強化することにより、ステータに対する永久磁石配列１６’の磁界を強化する。この実施形態では、作動シャフトのチューブ１４は、上述のように非磁性材料で作られてもよく、永久磁石配列は、結合、溶接、オーバーモールド、および他のそれ自体既知の接続技術によって磁気コアチューブ５０に固定される。

変形例では、管状磁気コア５０は、チューブ１４の一部分を形成することができ、それによって、チューブ１４は、磁性材料で作られるか、または非磁性材料の部分に接続された磁性材料の部分を含んでもよい。

上述の実施形態における管状の永久磁石配列１６、１６’は、特に、様々な軽量高強度材料で作られ得る中空チューブ１４を、リニア電気モータの作動力が依存する永久磁石配列１６、１６’からの強い磁界と組み合わせて含む、特に軽量でコンパクトな作動シャフト６を設けることができるという点で、特に有利である。

変形例において、チューブ１４はまた、本考案の範囲から逸脱することなく、磁性材料で作られてもよい。

作動シャフト６は、円筒形チューブ１４と共に、好ましい実施形態で示されているが、変形例のチューブは、非円筒形の形状を有してもよく、ベアリングは、例えば作動シャフト６の回転を防止する働きをする、相補的な非円筒形の形状を備えていてもよい。また、内側ベアリング１９ａ’、１９ｂ’、１９ｃに回転防止形状を提供してもよい。作動シャフトの非円筒形の形状はまた、適用に応じて特定方向の曲げ抵抗を増加させる働きをすることができる。

変形例では、永久磁石配列１６は、非円筒形の外形を備えてもよく、これにより、作動シャフト永久磁石アレイを取り囲むステータのオリフィスは、相補的な形状を備える。この場合、コイルは、非円形巻線を含むことができる。例えば、コイルは、楕円形、本質的に正方形または多角形の形状の巻線を有することができ、電磁石内のオリフィスは、本質的に相補的な形状の中心オリフィスを備えることができる。

一実施形態では、ステータ４の一方または両方の軸方向端部は、磁気ロックシステムを備え、作動シャフトが磁気ロックシステムを備えた軸方向端部における移動の終わりに到達したときに作動シャフトを磁力で保持することができる。一実施形態では、磁気ロックシステムは、強磁性材料、または、作動シャフト上の永久磁石に磁力で連結する、ケーシング８の前記軸方向端部２２、２３に装着された第１の端部キャップ２０および／もしくは第２の端部キャップ２１の上の、もしくはその一部を形成する永久磁石によって、形成することができる。磁気ロックシステムはまた、電磁石を含んでもよい。電磁石は、作動シャフトをケーシングの軸方向端部に引き付ける磁界とは反対の磁界を発生させることによって、磁気連結をロック解除する働きをすることができる。

図９は、一実施形態による磁気ロックシステムを形成する、作動シャフトに磁力で連結された強磁性材料を備えたステータの軸方向端部における磁束のコンピュータシミュレーションを示す。シャフトの軸方向末端部に軸方向に位置付けられた永久磁石の磁束は、ステータの端部のステータディスクを通って再循環し、ステータディスクは、軸方向に、より大きな壁厚を有することができる。ステータディスクからの磁束は、ステータの端壁に到達し、シャフトの軸方向端部を端壁の内面から隔てるエアギャップを通って磁石まで再循環する。このようにして、軸方向の引力が発生する。

エアギャップは、シャフトまたはステータ上の非強磁性スペーサによって一定に維持することができる。エアギャップ幅、および端壁に露出されるシャフトエリアの高さ（厚さ）を調節することにより、磁気引力を調整することができる。

〔参照符号のリスト〕
電気リニアモータ２
ステータ４
ケーシング８
第１の端部２２
第２の端部２３
管状ハウジング部分２５
第１の端部キャップ２０
バンパー２４
第２の端部キャップ２１
バンパー２４

電磁石アレイ１０
電磁石１１
コイル２６
ワイヤ２８
接続端部５４
コイル支持体３０
軸方向凹部３２
半径方向外側環状リム３４
環状凹部３９
ワイヤ出口３６
ワイヤガイド溝３８
半径方向内側環状リム４０
接続端部支持体５２
コネクタ５６
接続ボード／ストリップ６０
ワイヤ端部接点５８
接点スロット／オリフィス
外部コネクタ部分６２
接続層６４ａ、６４ｂ
回路トレース６６、
電磁石ブリッジ回路トレース６６ａ
ベアリング１８ａ、１９ａ
作動シャフト６
チューブ１４
第１の端部４４
作動端部
第２の端部４６
ベアリング端部
（管状）永久磁石配列１６、１６’
管状ハルバッハ磁石アレイ１６
磁極セグメントＮ、Ｓ、Ａｘ−、Ａｘ＋
強磁性スペーサリング４９
管状交番磁石アレイ１６’
磁極セグメントＮ、Ｓ４８
磁気コアチューブ５０

ベアリング１８ｂ、１９ｂ

ベアリング１８、１９

位相：Ｕ−Ｘ、Ｖ−Ｙ、Ｗ−Ｚ
ワイヤ端部組立ツール６４
ワイヤガイドスロット６６

〔実施の態様〕
（１） 電気リニアモータにおいて、
ステータ（４）と、
前記ステータに対して線形軸方向（Ａ）に移動可能な作動シャフト（６）と、を含み、
前記ステータは、ケーシング（８）と、前記ケーシング（８）内に装着された電磁石アレイ（１０）と、を含み、前記電磁石アレイ（１０）は、前記線形軸方向（Ａ）に延びる中心オリフィスを含み、その中を、前記作動シャフトが延び、
前記作動シャフトは、複数の磁極セグメントを含む永久磁石配列（１６）を含み、
前記電磁石アレイ（１０）は、磁界を発生させるために複数の電磁石（１１）を含み、前記磁界は、前記永久磁石配列の磁界と共に、前記ステータに対して前記作動シャフトを駆動するために前記軸方向（Ａ）の成分を有する起電力を、前記ステータと前記作動シャフトとの間に発生させ、
前記電磁石アレイ（１０）は、複数の実質的にディスク形状の電磁石（１１）を含み、各電磁石（１１）は、片側に軸方向凹部を有するコイル支持体（３０）と、前記軸方向凹部（３２）内に完全に挿入された少なくとも１つのコイルと、を含み、前記少なくとも１つのコイルは、前記コイル支持体に予め組み付けられて単一の電磁石を形成し、複数の前記単一の電磁石は、前記軸方向（Ａ）に積み重ねるように組み立てられて前記電磁石アレイ（１０）を形成することを特徴とする、電気リニアモータ。
（２） 前記作動シャフトは、中空チューブ（１４）を含み、前記永久磁石配列は、前記チューブ（１４）の周りに固定的に装着された管状形状を有する、実施態様１に記載のリニアモータ。
（３） 前記永久磁石配列は、前記作動シャフト（６）の前記中空チューブ（１４）の一部上に装着されるか、または前記一部として形成された磁性材料の磁気コアチューブ（５０）内に装着された交番磁極セグメントのアレイを含む、実施態様２に記載のリニアモータ。
（４） 前記作動シャフトは、中空チューブ（１４）を含み、前記永久磁石配列は、前記チューブ（１４’）の内側に固定的に装着された管状形状を有する、実施態様１に記載のリニアモータ。
（５） 前記永久磁石配列（１６）は、ハルバッハ磁石アレイを形成する複数の磁極セグメントを含む、実施態様１から４のいずれかに記載のリニアモータ。

（６） 前記永久磁石配列（１６）は、互いに直接隣接して配置された複数の交番磁極セグメント（Ｎ、Ｓ）を含む、実施態様１から４のいずれかに記載のリニアモータ。
（７） 前記永久磁石配列（１６）は、強磁性スペーサリング（４９）によって互いに分離された複数の交番磁極セグメント（Ｎ、Ｓ）を含む、実施態様１から４のいずれかに記載のリニアモータ。
（８） 各電磁石（１１）は、前記軸方向凹部（３２）内の前記コイル（２６）を覆う誘電材料を、誘電注封材料、誘電性樹脂、または注入もしくは成形された誘電性ポリマーの形態で含む、実施態様１から７のいずれかに記載のリニアモータ。
（９） 前記コイル支持体は、強磁性材料などの磁性材料で作られている、実施態様１から８のいずれかに記載のリニアモータ。
（１０） 前記コイル支持体は、積み重ねられた並置された前記電磁石を前記線形軸方向（Ａ）に沿ってセンタリングおよび整列させるように配置された、相互に係合した隆起部および凹部（３９）を、前記コイル支持体の対向する軸方向側面に含む、実施態様１から９のいずれかに記載のリニアモータ。

（１１） 前記作動シャフトの前記中空チューブ（１４）は、非磁性材料、例えば、繊維強化樹脂材料、チタン合金、アルミニウム合金、炭素繊維強化材料、または前述した材料の任意の組み合わせの複数の層で作られている、実施態様２と関連して実施態様１および３から１０のいずれかに記載のリニアモータ。
（１２） 前記作動チューブの第１の端部（４４）は、前記ステータ（４）から延び、外部構成要素に連結するように配置され、前記作動シャフトの第２の端部（４６）は、前記ステータ（４）内に位置付けられている、実施態様１から１１のいずれかに記載のリニアモータ。
（１３） 前記ステータケーシングの前記第１の端部（２２）は、前記作動シャフトの前記中空チューブ（１４）にスライド可能に係合するベアリング表面（１８ａ）を含む、実施態様１から１２のいずれかに記載のリニアモータ。
（１４） 前記作動シャフトは、前記ステータ中心オリフィスのベアリング表面（１９ａ’）と係合する、前記第２の端部（４６）におけるベアリング（１９ｂ’、１９ｃ）を含む、実施態様１２または１３に記載のリニアモータ。
（１５） 前記ベアリング表面（１９ａ’）は、前記電磁石アレイ（１０）の中心オリフィスを覆う、ベアリング支持材料、特に硬化材料または低摩擦材料の層またはコーティングによって提供されている、実施態様１４に記載のリニアモータ。

（１６） 前記作動チューブの第１の端部（４４）は、前記ステータ（４）から延び、外部構成要素に連結するように配置され、前記作動シャフト（４６）の第２の端部（４６）は、前記ステータケーシングの外側に延び、前記ステータケーシングは、前記ケーシング（８）の対向する軸方向端部において前記作動シャフト（６）の前記チューブ（１４）にスライド可能に係合するベアリング表面（１８ａ、１９ａ）を有する端部キャップ（２０、２１）を含む、実施態様１から１１のいずれかに記載のリニアモータ。
（１７） 前記ステータ端部キャップ（２０、２１）は、移動終了位置において前記作動と係合可能なダンパ要素（２４）を含む、実施態様１６に記載のリニアモータ。
（１８） 前記ステータの軸方向端部は、磁気ロックシステムを含んで、前記作動シャフトが前記磁気ロックシステムを備えた前記軸方向端部における移動の終わりに到達したときに前記作動シャフトを磁力で保持する、実施態様１から１７のいずれかに記載のリニアモータ。
（１９） 前記ステータの前記軸方向端部は、前記作動シャフト上の永久磁石に磁力で連結された強磁性材料を含み、前記磁気ロックシステムを形成する、実施態様１８に記載のリニアモータ。

Claims (19)

1. 電気リニアモータにおいて、
   ステータ（４）と、
   前記ステータに対して線形軸方向（Ａ）に移動可能な作動シャフト（６）と、を含み、
   前記ステータは、ケーシング（８）と、前記ケーシング（８）内に装着された電磁石アレイ（１０）と、を含み、前記電磁石アレイ（１０）は、前記線形軸方向（Ａ）に延びる中心オリフィスを含み、その中を、前記作動シャフトが延び、
   前記作動シャフトは、複数の磁極セグメントを含む永久磁石配列（１６）を含み、
   前記電磁石アレイ（１０）は、磁界を発生させるために複数の電磁石（１１）を含み、前記磁界は、前記永久磁石配列の磁界と共に、前記ステータに対して前記作動シャフトを駆動するために前記軸方向（Ａ）の成分を有する起電力を、前記ステータと前記作動シャフトとの間に発生させ、
   前記電磁石アレイ（１０）は、複数の実質的にディスク形状の電磁石（１１）を含み、各電磁石（１１）は、片側に軸方向凹部を有するコイル支持体（３０）と、前記軸方向凹部（３２）内に完全に挿入された少なくとも１つのコイルと、を含み、前記少なくとも１つのコイルは、前記コイル支持体に予め組み付けられて単一の電磁石を形成し、複数の前記単一の電磁石は、前記軸方向（Ａ）に積み重ねるように組み立てられて前記電磁石アレイ（１０）を形成することを特徴とする、電気リニアモータ。
2. 前記作動シャフトは、中空チューブ（１４）を含み、前記永久磁石配列は、前記チューブ（１４）の周りに固定的に装着された管状形状を有する、請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記永久磁石配列は、前記作動シャフト（６）の前記中空チューブ（１４）の一部上に装着されるか、または前記一部として形成された磁性材料の磁気コアチューブ（５０）内に装着された交番磁極セグメントのアレイを含む、請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記作動シャフトは、中空チューブ（１４）を含み、前記永久磁石配列は、前記チューブ（１４’）の内側に固定的に装着された管状形状を有する、請求項１に記載のリニアモータ。
5. 前記永久磁石配列（１６）は、ハルバッハ磁石アレイを形成する複数の磁極セグメントを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリニアモータ。
6. 前記永久磁石配列（１６）は、互いに直接隣接して配置された複数の交番磁極セグメント（Ｎ、Ｓ）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリニアモータ。
7. 前記永久磁石配列（１６）は、強磁性スペーサリング（４９）によって互いに分離された複数の交番磁極セグメント（Ｎ、Ｓ）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリニアモータ。
8. 各電磁石（１１）は、前記軸方向凹部（３２）内の前記コイル（２６）を覆う誘電材料を、誘電注封材料、誘電性樹脂、または注入もしくは成形された誘電性ポリマーの形態で含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のリニアモータ。
9. 前記コイル支持体は、強磁性材料などの磁性材料で作られている、請求項１から８のいずれか一項に記載のリニアモータ。
10. 前記コイル支持体は、積み重ねられた並置された前記電磁石を前記線形軸方向（Ａ）に沿ってセンタリングおよび整列させるように配置された、相互に係合した隆起部および凹部（３９）を、前記コイル支持体の対向する軸方向側面に含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のリニアモータ。
11. 前記作動シャフトの前記中空チューブ（１４）は、非磁性材料、例えば、繊維強化樹脂材料、チタン合金、アルミニウム合金、炭素繊維強化材料、または前述した材料の任意の組み合わせの複数の層で作られている、請求項２と関連して請求項１および３から１０のいずれか一項に記載のリニアモータ。
12. 前記作動チューブの第１の端部（４４）は、前記ステータ（４）から延び、外部構成要素に連結するように配置され、前記作動シャフトの第２の端部（４６）は、前記ステータ（４）内に位置付けられている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアモータ。
13. 前記ステータケーシングの前記第１の端部（２２）は、前記作動シャフトの前記中空チューブ（１４）にスライド可能に係合するベアリング表面（１８ａ）を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のリニアモータ。
14. 前記作動シャフトは、前記ステータ中心オリフィスのベアリング表面（１９ａ’）と係合する、前記第２の端部（４６）におけるベアリング（１９ｂ’、１９ｃ）を含む、請求項１２または１３に記載のリニアモータ。
15. 前記ベアリング表面（１９ａ’）は、前記電磁石アレイ（１０）の中心オリフィスを覆う、ベアリング支持材料、特に硬化材料または低摩擦材料の層またはコーティングによって提供されている、請求項１４に記載のリニアモータ。
16. 前記作動チューブの第１の端部（４４）は、前記ステータ（４）から延び、外部構成要素に連結するように配置され、前記作動シャフト（４６）の第２の端部（４６）は、前記ステータケーシングの外側に延び、前記ステータケーシングは、前記ケーシング（８）の対向する軸方向端部において前記作動シャフト（６）の前記チューブ（１４）にスライド可能に係合するベアリング表面（１８ａ、１９ａ）を有する端部キャップ（２０、２１）を含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアモータ。
17. 前記ステータ端部キャップ（２０、２１）は、移動終了位置において前記作動と係合可能なダンパ要素（２４）を含む、請求項１６に記載のリニアモータ。
18. 前記ステータの軸方向端部は、磁気ロックシステムを含んで、前記作動シャフトが前記磁気ロックシステムを備えた前記軸方向端部における移動の終わりに到達したときに前記作動シャフトを磁力で保持する、請求項１から１７のいずれか一項に記載のリニアモータ。
19. 前記ステータの前記軸方向端部は、前記作動シャフト上の永久磁石に磁力で連結された強磁性材料を含み、前記磁気ロックシステムを形成する、請求項１８に記載のリニアモータ。

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