JP4879271B2 - リニア電気機械の二次側およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リニア電気機械の二次側に関する。このリニア電気機械は、特に駆動用リニアモータである。リニアモータが同期機として構成されている場合、このリニア電気機械は容易に発電機としても利用できる。

リニア電気機械は一次側と二次側を有する。これら機械部品は寸法に関し高精度で製造せねばならない。このことは特にリニア電気機械の高さ寸法にあてはまる。これは、例えば外寸の高さ、又は一次側と二次側の間の空隙の高さにもあてはまる。所定の公差を守るには製造費が必要であり、従って費用がかかる。高い製造費用は、例えば二次側の製造業者、又はリニア電気機械の二次側を製造するための半製品の納入業者の下でも生じる。

二次側は永久磁石を支持する支持体を有する。即ち、この永久磁石支持体上で永久磁石が位置決めされている。支持体（永久磁石支持体）は、例えば鉄板から作製される支持板として構成されている。支持体の高さはその厚さであり、厚さは例えば６〜１２ｍｍとすることができる。厚さ公差は例えば±０．２ｍｍであり、又は±０．５ｍｍでもある。公差が小さければ小さい程、その製造には一層費用を要する。

それと共に、二次側の高さは永久磁石の高さにも支持体の高さにも依存する。これら部品の高さは、一次側と二次側との間の空隙高さも測定可能な平面での寸法に関係する。

二次側は注型成形材を有してもよい。注型成形材によっても二次側の高さは調節可能である。空隙の領域にある注型成形材の材料は、例えば厚さが約０．４ｍｍである。注型成形材の厚さは、支持体と永久磁石の公差に依存し、通常±０．２５ｍｍの公差を有する。空隙幅は空隙の高さである。空隙が小さければ小さい程、電気機械の出力は一層大きくなる。永久磁石の高さに依存して空隙が異なる幅を有する場合、このことは機械挙動に否定的に作用する。それは、これにより磁束は様々となり、その結果達成可能な電磁力（ＥＭＦ）も様々となるからである。注型成形材を有する二次側は、例えば独国特許出願公開第１９９３６０６４号明細書により公知である。

二次側の組込高さの所定の公差を満たすには、特定公差を上回らない二次側の部材を使用するか、二次側の高さを再加工工程によって追加的に適合させるかの何れかを行わねばならず、両方とも極めて費用を要する。特に支持体の再加工時に他の諸問題が生じることがある。二次側の組込高さを一緒に決定する支持体の厚さは、例えば研削又はフライス加工により調整可能である。研削法はごく時間がかかる。フライス加工は、圧延板から製造された永久磁石用支持体の場合、圧延法によって圧延板が内部残留応力を有するので歪みを生じる。この問題は、例えば焼鈍過程にて除去可能ではあるが、高い費用を要する。

そこで本発明の課題は、二次側の組込高さを守るのを容易とするリニア電気機械の二次側を製造するための方法又は二次側自体を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する二次側と請求項７の特徴を有する二次側製造方法とにより解決される。有利な諸構成を従属請求項２〜６、８〜１０の特徴部分に示す。

一次側と二次側とを持つリニア電気機械の二次側は永久磁石を有する。リニア電気機械は特に駆動用リニアモータであるが、例えば発電機としても運転できる。永久磁石は支持体上で位置決めされている。支持体は永久磁石支持体である。二次側は少なくとも１つの高さ調節要素も有し、特に２つ以上の高さ調節要素を二次側用に備えている。単数又は複数の高さ調節要素によって二次側の組込高さは調節される。つまり組込高さは少なくとも１つの高さ調節要素に依存している。二次側の組込高さは二次側の外寸に該当する。組込高さとは、一次側と二次側との間の空隙幅の方向において測定した寸法のことである。少なくとも１つの高さ調節要素によって二次側の組込高さは定まる。高さ調節要素の高さを大きく選択すればする程、二次側の組込高さは一層大きくなる。組込高さは二次側の高さである。二次側の載置底から、電気機械の空隙が接する面迄の高さが測定される。

高さ調節要素の使用によって、永久磁石用支持体を構成するのに精確に圧延され又は追加的に研削された支持板を使用せねばならない必要性は減少する。

二次側が複数の高さ調節要素を有する場合、高さ調節要素は電気機械据付個所の凸凹の補償に利用できる。凸凹を補償すべく、例えば異なる高さの高さ調節要素が使用される。異なる高さは、例えば研削過程又はフライス加工によって、或いは座板を使用することで達成できる。つまり高さ調節要素は二次側の脚部となり、該脚部によって二次側は様々な基礎上に容易かつ簡単に組立可能である。基礎の１例は機械ベッドである。

二次側の有利な１構成では、高さ調節要素は支持体に接する。永久磁石の支持体は例えば接着又は溶接結合により、高さ調節要素と結合される。かかる結合の後に二次側を注型成形し得る。得られた注型成形材により高さ調節要素は少なくとも一緒に保持される。

即ち二次側は、例えば支持板である支持体とその上に配置される複数の永久磁石との他に注型成形体を有するようにし、該注型成形体内に永久磁石を埋封し、注型成形体が少なくとも永久磁石の両側で二次側の外側形状を限定する。こうして一方で永久磁石を確実に支持板に固定し、外的影響から保護し、他方で注型成形時に必要な構造要素を注型成形体内に構成し得る。この構造要素は、例えばモータ特性や製造業者等データを記した注型成形体の外面の取付ねじ又はエンボス用の座ぐり部である。永久磁石の一貫した表面を得、そして注型成形後の収縮に基づく空隙形成を避けるべく、永久磁石の表面と注型成形体の外面との間に不織布フリース、特にガラス繊維フリースを入れるとよい。注型成形体は有利には合成物質又は合成樹脂からなり、特にポリウレタン又はエポキシ樹脂が適する。

本発明に係る方法の好ましい１実施形態では、支持板が貫通孔を有するのでなく、外側に向いて片側が開口した取付耳部を有する。従って支持板は金属板から簡単に打ち抜くことができ、又はレーザを用い、しかも連続的切断工程で、切り抜き得る。次に、永久磁石を金属板上で位置決めし、例えば瞬間接着剤により位置ずれしないよう固定する。その際永久磁石を個々に嵌挿される永久磁石用凹部又は区画を有する位置決め工具を支持板に載置すると特によい。取付耳部又は貫通孔の下で高さ調節要素を位置決めしておける。

注型成形体を構成すべく、支持板は永久磁石と共に注型成形型内に置くとよい。注型成形型は形成すべき注型成形体の構造に対し相補的に構成され、例えばねじ頭部等のための座ぐり部を有する。

二次側の他の構成例では永久磁石の支持体を有し、該支持体は１つ又は複数の凹部を持つ。この１つ又は複数の凹部は、永久磁石が位置決めされた側とは反対側の支持体の側にある。即ちこの凹部は一次側と反対側の二次側の下面にある。凹部に高さ調節要素を導入できる。高さ調節要素は、例えば接着されおよび／又は凹部に押し込まれる。脚部として役立つ高さ調節要素が同じ長さを有する場合、二次側の高さは凹部の深さによって変更できる。高さ調節要素を凹部の底に迄案内し、そこで位置決めする。他の１構成では、異なる凹部が異なる深さを有する。深さとは、空隙の幅と同じ方向で測定できる尺度のことである。異なる深さの凹部を異なる高さの高さ調節要素と組合せると好ましい。

二次側が異なる高さの高さ調節要素を有する場合、これらの異なる高さは、二次側に組込み後に高さ調節要素を再加工すること又は既に事前に異なる高さの高さ調節要素を組込のため使用することによって予め得る。

二次側の他の有利な１構成では、１つ又は複数の高さ調節要素は伝熱性の材料を含む。従って、高さ調節要素も伝熱性である。高さ調節要素の伝熱特性により、支持体から熱エネルギーを導出できる。熱エネルギーは、例えば工具ベッドや冷却機構へ導き得る。

二次側は、少なくとも永久磁石とは反対側の支持体の側に注型成形材を有するようにも構成でき、特に二次側の表面全体又は少なくとも大部分を注型成形材と１つ又は複数の高さ調節要素とにより形成する。高さ調節要素は、例えばアルミニウム、特殊鋼、高強度プラスチック等から製造できる。この種材料により耐食性が得られる。例えば鉄で製造し、注型成形材で包み込んで高さ調節要素および永久磁石から完全に分離した支持体においてこの耐食性が生じる。こうして、例えば支持体の亜鉛鍍金は省略できる。

本発明によれば、二次側は特定の方法ででも製造できる。リニア電気機械の二次側を製造するための本発明に係る方法では、二次側の載置に役立つ高さ調節要素を用いる。二次側が永久磁石を有し、永久磁石を単に支持体と称する永久磁石支持体上に配置する。高さ調節要素を、永久磁石を載置した永久磁石支持体と共に、永久磁石を注型成形材内で少なくとも部分的に埋封しかつ注型成形材が永久磁石の側で二次側の表面を形成するように注型成形する。注型成形により永久磁石上に注型成形皮膜が生じ、例えばこの注型成形皮膜は例えば０．４±０．０５ｍｍの厚さに調整できる。注型成形により高さ調節要素を二次側で保持できる。二次側の表面の一部を高さ調節要素によっても形成すべく、高さ調節要素が注型成形材から突出しているとよい。その結果、剛体として設計した高さ調節要素が剛体として設計した支持体と結合し、高さ調節要素を、例えば剛性機械ベッド上に設置でき、こうして二次側は機械ベッドと剛性に結合可能であると言う利点が生ずる。この結合は、例えばねじ結合により行える。

この方法では、異なる高さの高さ調節要素を使用できる。このため二次側の組込高さを調節し、又はこれに伴い電気機械据付個所の凸凹も補償できる。この方法は、１つの高さ調節要素の高さ又は複数の高さ調節要素の高さをも低減すべく変更できる。少なくとも１つの高さ調節要素の高さ低減は、例えば研削法および／又はフライス加工法で行える。

本発明方法の他の１構成では、高さ調節要素を受容する凹部を支持体内に形成し、特に異なる深さの凹部を形成する。例えば同じ高さの高さ調節要素を異なる深さの凹部に導入し、凹部の底迄案内すると、二次側全体の異なる高さを達成できる。二次側は異なる場所で或る高さ又は異なる高さも有し得る。

このような方法で、本発明に係る二次側を製造できる。

二次側の脚部として機能する高さ調節要素を追加的に切削加工する際、十分な高さの高さ調節要素を使用できる。高さ調節要素は一体形、又は多体形として実施し得る。

本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。

図１は先行技術による二次側１を略横断面図で示す。二次側１は支持体１３と永久磁石１１を有する。永久磁石１１が支持体１３上で位置決めされており、支持体１３は永久磁石支持体とも呼べる。永久磁石１１は注型成形材１５で注型成形されている。二次側１は組込高さ１９を持つ。組込高さは二次側の高さであり、高さは二次側と図示しない一次側との間の空隙の空隙幅方向で測定している。二次側１の高さ１９は、支持体１９の高さ２１と永久磁石１１の高さ２３と永久磁石１１上の注型成形材１５の高さ２７との合計に等しい。注型成形材１５のこの高さ２７は永久磁石１１上の注型成形材の厚さとも呼べる。「上」との位置表示は、永久磁石１１と図示しない空隙との間の領域を意味する。

図２は図１と同様にリニア電気機械の二次側を示し、電気機械はリニアモータである。該リニアモータは、特にリニア同期モータである。図２で、二次側は高さ調節要素９を有する。高さ調節要素９は、例えば機械ベッド上に載置すべく予定されている。高さ調節要素９は支持体１３に接している。支持体１３は永久磁石１１を担持し、例えば金属板から切り抜かれている。二次側２の製造時、金属板１３の切り抜き後、場合により表面の洗浄と粗面化後、引き続き永久磁石１１を支持体１３上に載置する。支持体１３上で永久磁石１１を位置決めすべく、図示しない位置決め工具を利用する。位置決め工具は、最も単純には永久磁石１１を受容する個々の区画を備えた枠である。全ての永久磁石１１を支持体１３上で位置決めし、例えば接着にて位置ずれしないよう固定すると、枠を再び取り外せる。こうして形成した、永久磁石１１を備えた支持板１３を、引き続き、注型成形法を実施すべく図示しない型に導入する。注型成形によって永久磁石１１を注型成形体内に完全に埋封する。永久磁石１１は支持体１３とは反対側の面が例えば約０．４ｍｍの厚さ２７の層で覆われており、こうして例えば損傷や腐食から保護される。

高さ調節要素９は、例えば数ｍｍの埋込深さ２９で注型成形材１５内に突出している。高さ調節要素９の埋込深さ２９と総高さ１０とから底距離３３を求め得る。底距離３３とは、高さ調節要素９が注型成形材１５から張り出している高さである。

製造した一次側２は、一定の公差範囲内の、特定の組込高さ１９を有すべきである。公差が小さければ小さい程、品質は一層良好となる。二次側２の公差は、個別部品の公差の合算値である。個別部品は支持体１３と永久磁石１１である。永久磁石１１はその高さ２３の公差が例えば±０．０５ｍｍであり、支持体はその高さ２１の公差が例えば±０．５ｍｍである。

組込高さ１９の公差を後から達成すべく、従来は、支持体１３全体の高さを低減せねばならなかった。このため支持体１３の永久磁石１１と反対側の面を、例えば研削又はフライス加工で除去していた。この措置は極めて高費用となる。高さ調節要素９を本発明により使用することで、組込高さを守るべき公差範囲に適合させ得る。組込高さの公差、即ち総高さ公差は、高さ調節要素を後から切削加工することで守れる。切削加工時、例えば高さ調節要素９の端面１２はフライス加工で除去できる。

高さ調節要素９の大きさは、高さ調節要素９を通して排出すべき熱エネルギーに応じ選択できる。排出すべきエネルギーが大きければ大きい程、端面１２は一層大きくなる。

二次側２に取付け後に高さ調節要素を加工すべきではない場合、高さ調節要素９の取付け前に、様々な高さ１０の高さ調節要素９から選択できる。即ち、高さ調節要素９の取付け前に組込高さ１９を測定し、その後に適切な高さ調節要素９を選択し、注型成形する。こうして、二次側２の作製時の切削加工を省略できる。

図３は同じく二次側３を示す。二次側３を補足して一次側７も示しており、一次側７と二次側３の間にある空隙は空隙幅２５を有する。空隙幅２５は空隙の高さである。電気機械５は一次側７と二次側３を有する。図３の支持体１３は凹部１７を有する。凹部１７は深さ３１を有する。凹部１７に高さ調節要素９が組み込まれている。これら高さ調節要素９は高さ１０を有し、この高さの一部は凹部１７の深さ３１に一致し、第２の部分は注型成形材厚２８に一致し、第３の部分は底距離３３に一致する。底距離３３は、この高さだけ二次側が従来技術による二次側に比べて持ち上げられている二次側３の高さである。

高さ調節要素９により、支持体１３の高さ公差も永久磁石１１の高さ公差も補償することができる。凹部１７は、例えば座ぐり法によって製造可能な袋孔である。

有利な１方法では、支持体１３内に形成される凹部１７は支持体１３内に常に同じ残留厚４２を生じる。残留厚４２は袋孔の底領域における支持体１３の高さである。このため例えば支持体上面から常に同じ深さを持つ座ぐり部を支持体１３に穿孔できる。高さ調節要素１３は例えば旋削部品から作製され、正確に定義された高さ１０を有し、凹部１７内に接着し又は押付け得る。こうして、支持体１３の高さ公差に左右されなくなる。

本発明の利点として、公差の小さい空隙４４の形成を可能とする公差の小さい組込高さ１９の二次側３を製造できる。空隙の幾何学的変動を減らすことで、電磁力（ＥＭＦ）の力変動も低減可能である。

先行モデルの二次側３におけるよりも小さな高さ２１の支持体１３を二次側３用に使用すると、高さ調節要素９により組込高さ１９を一定に保てる。本発明に係る二次側３により、一層薄い支持体１３によって、例えば二次側の重量を低減できる。

高さ調節要素９を、二次側２、３の組込高さ１９の公差を守るべく使用するので、永久磁石１１の製造を簡素化することもできる。それは、永久磁石の上面と下面をもはや研削する必要がないからである。

図４は、機械ベッド上に取付けた支持体１３を斜視図で示す。支持体１３はエッジを丸めた略長方形の平面輪郭を有し、取付耳部４１を備える。取付耳部は長方形本体から横に突出し、横方向で開口した貫通孔を形成している。この構造では、支持体１３をねじ３７で機械ベッド３９の組立帯板３５上に組み立て得る。機械ベッド上に、前後して複数の二次側を取付けて１つの共通する二次側を形成できる。そのことは図４に図示していない。

先行技術による二次側の略横断面図である。 本発明に係る二次側の第１実施例の略横断面図である。 本発明に係る二次側の他の実施例の略横断面図である。 二次側の永久磁石用の、機械ベッド上に取付けた支持体の斜視図である。

符号の説明

１、２、３ 二次側、５ 電気機械、７ 一次側、９ 高さ調節要素、１０ 高さ調節要素の全高、１１ 永久磁石、１２ 端面、１３ 支持体、１５ 注型成形材、１７ 凹部、１９ 組込高さ、２１ 支持体の高さ、２３ 永久磁石の高さ、２５ 空隙幅、２７ 注型成形材の高さ、２８ 注型成形材厚、２９ 埋込深さ、３１ 深さ、３３ 底距離、３５ 組立帯板、３７ ねじ、３９ 機械ベッド、４２ 残留厚、４４ 空隙

Claims (11)

1. リニア電気機械（５）の二次側（２、３）であって、当該二次側（２、３）が永久磁石（１１）と支持体（１３）とを有し、前記永久磁石が前記支持体（１３）上に配置されたものにおいて、
   前記二次側（２、３）における前記永久磁石（１１）の組込高さを決定（又は調節；以下同様）するべく配置された、複数の高さ調節要素（９）と、
   前記支持体（１３）と共に前記永久磁石（１１）を埋封する注型成形材（１５）であって当該注型成形材（１５）における前記永久磁石（１１）の表面上を覆っている部分の表面が前記二次側（２、３）の表面となると共に、前記高さ調節要素（９）の一部が当該注型成形材（１５）の表面からその外側へと突出するように注型成形してなる注型成形材（１５）と
   を備えたことを特徴とするリニア電気機械の二次側。
2. 前記複数の高さ調節要素（９）が、前記支持体（１３）に接している
   ことを特徴とする請求項１記載のリニア電気機械の二次側。
3. 前記高さ調節要素（９）が、伝熱性材料からなるものである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のリニア電気機械の二次側。
4. 前記支持体（１３）には、複数の凹部（１７）が設けられており、
   前記複数の高さ調節要素（９）が、それぞれ前記複数の凹部（１７）内に一部受容されており、かつ
   前記複数の凹部（１７）の深さが、前記永久磁石（１１）の前記二次側（２、３）における組込高さの公差の調節に対応した深さにそれぞれ設定されている
   ことを特徴とする請求項１から３の１つに記載のリニア電気機械の二次側。
5. 前記複数の高さ調節要素（９）の高さが、前記永久磁石（１１）の前記二次側（２、３）における組込高さの公差の調節に対応した高さにそれぞれ設定されている
   ことを特徴とする請求項１から４の１つに記載のリニア電気機械の二次側。
6. 前記二次側（２、３）が、前記支持体（１３）における少なくとも前記永久磁石（１１）が配置されている側の面とは反対側の面に前記注型成形材（１５）を有し、かつ
   前記二次側（２、３）の表面全体が、前記注型成形材（１５）の表面と、前記複数の高さ調節要素（９）の一部表面と、他の耐食材料の一部表面とによって構成されている
   ことを特徴とする請求項１から５の１つに記載のリニア電気機械の二次側。
7. リニア電気機械（５）の二次側（２、３）の製造方法であって、当該二次側（２、３）が、支持体（１３）上に配置される永久磁石（１１）を有するものにおいて、
   複数の高さ調節要素（９）を、前記永久磁石（９）を載置した前記支持体（１３）と共に、前記永久磁石（９）が注型成形材（１５）内に埋封されかつ当該注型成形材（１５）が前記永久磁石（１１）の側で前記二次側（２、３）の表面を形成するように注型成形し、前記高さ調節要素（９）を前記二次側（２、３）の表面の一部が前記高さ調節要素（９）によって形成されたものとするべく前記注型成形材（１５）から突出させる
   ことを特徴とする、リニア電気機械の二次側の製造方法。
8. 前記永久磁石（１１）の前記二次側（２、３）における組込高さの公差の調節にそれぞれ対応した高さの前記複数の高さ調節要素（９）を使用する
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 少なくとも１つの前記高さ調節要素（９）の高さを低減する
   ことを特徴とする請求項７又は８記載の方法。
10. 前記複数の高さ調節要素（９）を各々受容するための複数の凹部（１７）であって前記永久磁石（１１）の前記二次側（２、３）における組込高さの公差の調節に対応した深さの凹部（１７）を、前記支持体（１３）に形成する
    ことを特徴とする請求項７から９の１つに記載の方法。
11. 請求項１から６の１つに記載のリニア電気機械（５）の二次側（２、３）であって、
    請求項７から１０の１つに記載の方法によって製造された
    ことを特徴とするリニア電気機械の二次側。

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