JP3224232B2 - 往復運動磁石体 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
- H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、一般にリニヤーモーター又は同期発電機の
ようなリニヤー形電気機械変換装置の分野に関し、特に
リニヤー形の電気機械変換装置の往復運動磁石に関す
る。
ようなリニヤー形電気機械変換装置の分野に関し、特に
リニヤー形の電気機械変換装置の往復運動磁石に関す
る。
【０００２】
電気機械変換装置の分野においては、電気導体の近く
の時間的に変化する磁場は、導体を横切る電圧を誘導
し、閉ループの電流経路があれば電流が流れる。逆もま
た真である。即ち、電気導体を通る時間的に変化する電
流は、時間的に変化する磁場を生ずるであろう。これ
が、リニヤー形の同期発電機及びモーターの機能を備え
た電気機械変換装置の原理である。 従来技術の電気機械変換装置、特に同期発電機がレッ
ドリッチの米国特許4602174号に示される。電気導体を
通過する磁束を増加させるために（従って発生電流を増
加させるために）、巻線が使用され、そして磁石は巻線
の中心付近の中央通路内で往復する。更なる強化は、巻
線を通る磁束ループ内への比較的透磁率の大きい材料の
形成である。磁石は、巻線の内側ではなく磁束経路構造
の間において往復し、この構造を通過する磁束が巻線に
電流を誘導する。
の時間的に変化する磁場は、導体を横切る電圧を誘導
し、閉ループの電流経路があれば電流が流れる。逆もま
た真である。即ち、電気導体を通る時間的に変化する電
流は、時間的に変化する磁場を生ずるであろう。これ
が、リニヤー形の同期発電機及びモーターの機能を備え
た電気機械変換装置の原理である。 従来技術の電気機械変換装置、特に同期発電機がレッ
ドリッチの米国特許4602174号に示される。電気導体を
通過する磁束を増加させるために（従って発生電流を増
加させるために）、巻線が使用され、そして磁石は巻線
の中心付近の中央通路内で往復する。更なる強化は、巻
線を通る磁束ループ内への比較的透磁率の大きい材料の
形成である。磁石は、巻線の内側ではなく磁束経路構造
の間において往復し、この構造を通過する磁束が巻線に
電流を誘導する。
【０００３】 間隙内で往復させられる磁石は、同様に間隙を通過す
る支持構造内に埋設されることが多い。支持構造は剛性
が大きく、構造的に弱い磁石が別の本体に駆動可能に連
結されることを可能とする。（通常は導電性である）支
持構造も時間的に変化する磁場に遭遇するため、支持構
造に電流が誘導されエネルギー損失を生ずる。この損失
は効率を低下させ、この望ましくない電流のために発生
する熱は磁石を破損させる可能性がある。 リニヤー形電気機械変換装置用の最も普通の形状は図
1A及び1Bに示される円形の軸対称集合である。円筒状の
磁石支持構造12は、磁束ループセグメント10と16との間
に形成された間隙14内を長手方向に往復する。典型的に
は、構造12は、内部に磁石の埋設された導電性の支持体
で作られる。支持構造12が間隙内で往復すると、時間的
に変化する磁束が支持構造12を通過する。支持構造12の
遭遇した時間的に変化する磁場により、支持構造に渦電
流が誘導され、電流の正味の流れを支持構造12の周囲を
まわるようにさせる。周囲の電流は、支持構造12におけ
る望ましくなくかつ使用できない電流を発生させ、IR損
失を生ずる。 誘導電流による損失が無視できるほど小さく、一方で
は磁石セグメント用の強固な支持を提供する磁石支持に
対する要求がある。
る支持構造内に埋設されることが多い。支持構造は剛性
が大きく、構造的に弱い磁石が別の本体に駆動可能に連
結されることを可能とする。（通常は導電性である）支
持構造も時間的に変化する磁場に遭遇するため、支持構
造に電流が誘導されエネルギー損失を生ずる。この損失
は効率を低下させ、この望ましくない電流のために発生
する熱は磁石を破損させる可能性がある。 リニヤー形電気機械変換装置用の最も普通の形状は図
1A及び1Bに示される円形の軸対称集合である。円筒状の
磁石支持構造12は、磁束ループセグメント10と16との間
に形成された間隙14内を長手方向に往復する。典型的に
は、構造12は、内部に磁石の埋設された導電性の支持体
で作られる。支持構造12が間隙内で往復すると、時間的
に変化する磁束が支持構造12を通過する。支持構造12の
遭遇した時間的に変化する磁場により、支持構造に渦電
流が誘導され、電流の正味の流れを支持構造12の周囲を
まわるようにさせる。周囲の電流は、支持構造12におけ
る望ましくなくかつ使用できない電流を発生させ、IR損
失を生ずる。 誘導電流による損失が無視できるほど小さく、一方で
は磁石セグメント用の強固な支持を提供する磁石支持に
対する要求がある。
【０００４】
本発明は、電気機械変換装置用の往復する磁石体であ
る。この磁石体は、少なくとも１個のスロットを有する
円筒状の金属製支持スリーブを備える。好ましい実施例
においては、スリーブは複数のスロットを持つ。磁石体
は、更に、スリーブに取り付けられた磁石セグメントを
備える。好ましい実施例には、同数の磁石セグメントと
スロットとがある。各磁石セグメントは、対にされた同
数のスロットとセグメントを形成している組合せスロッ
トの少なくとも一部分の上を延びる。各対の各磁石セグ
メントは、組み合わせられたスロットの両側のスロット
に取り付けられることが好ましい。 本発明は、第１の長手方向端部付近から第２の長手方
向端部付近に伸びるスロットであって、スリーブを完全
に貫いて伸びていて、円筒状スリーブの軸線に平行でか
つスリーブの周囲のまわりに等間隔に置かれる前記スロ
ットを考える。
る。この磁石体は、少なくとも１個のスロットを有する
円筒状の金属製支持スリーブを備える。好ましい実施例
においては、スリーブは複数のスロットを持つ。磁石体
は、更に、スリーブに取り付けられた磁石セグメントを
備える。好ましい実施例には、同数の磁石セグメントと
スロットとがある。各磁石セグメントは、対にされた同
数のスロットとセグメントを形成している組合せスロッ
トの少なくとも一部分の上を延びる。各対の各磁石セグ
メントは、組み合わせられたスロットの両側のスロット
に取り付けられることが好ましい。 本発明は、第１の長手方向端部付近から第２の長手方
向端部付近に伸びるスロットであって、スリーブを完全
に貫いて伸びていて、円筒状スリーブの軸線に平行でか
つスリーブの周囲のまわりに等間隔に置かれる前記スロ
ットを考える。
【０００５】
図面に示された本発明の好ましい実施例の説明は、明
確のため特別な用語によるであろう。しかし、本発明
は、このように選ばれた特別な用語により限定されるこ
とは意図されず、そして特別な用語の各は同様な目的を
達成するために同様な方法で機能する技術的に同等なも
のの総てを含むことを理解すべきである。 本発明は、リニヤー形式のモーター又は同期発電機の
ような電気機械変換装置の往復している磁石体に向けら
れる、変換装置全体は、往復磁石体以外の総てが本技術
の熟練者の知られる通常の変換装置の部分であるため、
ここでは特別には説明されない。従って、本発明の以下
の説明は主として往復磁石体及びその関連部分の説明で
あり、通常の部分は普通の技術者により本発明について
十分に実施できる。 好ましい磁石体20が図２に示される。スリーブ22は、
筒状、好ましい実施例においては円筒状であるスリーブ
壁24を持つ。磁石体20は、図１の構造12と同様に、普通
のように、磁束経路セグメント間の間隙内でこれにごく
接近して往復する。スリーブ壁24には、第１の長手方向
端部28の付近から反対側の第２の長手方向端部30の付近
まで長手方向スロット26が形成され、円周方向の電流の
流れを限定する。スロット26の長さは壁24の長さより短
く、壁24の両端28及び30においてスロットなしの幅狭の
円周方向リングを残すことが好ましい。スロット26は、
スリーブ壁24の厚さを完全に貫いて延びることが好まし
い。
確のため特別な用語によるであろう。しかし、本発明
は、このように選ばれた特別な用語により限定されるこ
とは意図されず、そして特別な用語の各は同様な目的を
達成するために同様な方法で機能する技術的に同等なも
のの総てを含むことを理解すべきである。 本発明は、リニヤー形式のモーター又は同期発電機の
ような電気機械変換装置の往復している磁石体に向けら
れる、変換装置全体は、往復磁石体以外の総てが本技術
の熟練者の知られる通常の変換装置の部分であるため、
ここでは特別には説明されない。従って、本発明の以下
の説明は主として往復磁石体及びその関連部分の説明で
あり、通常の部分は普通の技術者により本発明について
十分に実施できる。 好ましい磁石体20が図２に示される。スリーブ22は、
筒状、好ましい実施例においては円筒状であるスリーブ
壁24を持つ。磁石体20は、図１の構造12と同様に、普通
のように、磁束経路セグメント間の間隙内でこれにごく
接近して往復する。スリーブ壁24には、第１の長手方向
端部28の付近から反対側の第２の長手方向端部30の付近
まで長手方向スロット26が形成され、円周方向の電流の
流れを限定する。スロット26の長さは壁24の長さより短
く、壁24の両端28及び30においてスロットなしの幅狭の
円周方向リングを残すことが好ましい。スロット26は、
スリーブ壁24の厚さを完全に貫いて延びることが好まし
い。
【０００６】 外向きに延びているフランジ32が第１の長手方向端部
28に形成され、これは、スリーブ壁24から約90゜の角度
でスリーブ壁24の全周をまわって延び、フランジ32とス
リーブ壁24との間の連結部34を作る。反対側の第２の長
手方向端部30には、内向きに延びているフランジ36が形
成され、これは連結部38において壁24と約90゜の角度を
形成する。フランジ32及び36は、スリーブ22に半径方向
の剛性を与え、更に、例えば磁石体20を駆動する構造、
或いはこれに駆動される構造を取り付けるための取付け
部を提供する。 磁石セグメント40がスリーブ20の外面にスリーブ円周
方向で等間隔に取り付けられる。これら磁石セグメント
が磁場を提供する。この磁場は、（同期発電機における
ように）磁石を往復させることにより時間的に変化する
するように作られ、或いは磁石セグメント110の磁場
が、（モーターにおけるように）巻線において作られる
時間的に変化する磁場による影響を受けて磁石体20を運
動させる。磁石40は、好ましくは接着剤によりスリーブ
壁24の外面に装着され、これは高透磁率の磁束経路の間
隙形成用構造のごく近くに置かれる。 磁石40の長手方向端部は、外向きに延びているフラン
ジ32及び外向きに延びている中間フランジ42に押し付け
られる。中間フランジ42は、外向きに延びているフラン
ジ32と内向きに延びているフランジ36の中間でスリーブ
壁24の外面に取り付けられる。外向きに延びているフラ
ンジ32と中間フランジ42とは、スリーブ壁24の直角な接
着面の提供に加えて磁石40用の長手方向の支持を提供す
る。フランジ32及び42は、図８にフランジ100及び102に
より示されるように、磁石40を定位置に、より強固に保
持するように磁石40の上方に曲げることができる。
28に形成され、これは、スリーブ壁24から約90゜の角度
でスリーブ壁24の全周をまわって延び、フランジ32とス
リーブ壁24との間の連結部34を作る。反対側の第２の長
手方向端部30には、内向きに延びているフランジ36が形
成され、これは連結部38において壁24と約90゜の角度を
形成する。フランジ32及び36は、スリーブ22に半径方向
の剛性を与え、更に、例えば磁石体20を駆動する構造、
或いはこれに駆動される構造を取り付けるための取付け
部を提供する。 磁石セグメント40がスリーブ20の外面にスリーブ円周
方向で等間隔に取り付けられる。これら磁石セグメント
が磁場を提供する。この磁場は、（同期発電機における
ように）磁石を往復させることにより時間的に変化する
するように作られ、或いは磁石セグメント110の磁場
が、（モーターにおけるように）巻線において作られる
時間的に変化する磁場による影響を受けて磁石体20を運
動させる。磁石40は、好ましくは接着剤によりスリーブ
壁24の外面に装着され、これは高透磁率の磁束経路の間
隙形成用構造のごく近くに置かれる。 磁石40の長手方向端部は、外向きに延びているフラン
ジ32及び外向きに延びている中間フランジ42に押し付け
られる。中間フランジ42は、外向きに延びているフラン
ジ32と内向きに延びているフランジ36の中間でスリーブ
壁24の外面に取り付けられる。外向きに延びているフラ
ンジ32と中間フランジ42とは、スリーブ壁24の直角な接
着面の提供に加えて磁石40用の長手方向の支持を提供す
る。フランジ32及び42は、図８にフランジ100及び102に
より示されるように、磁石40を定位置に、より強固に保
持するように磁石40の上方に曲げることができる。
【０００７】 図３は図２の磁石体の断面の端面図を示し、この図は
スロット26上の磁石セグメント40の位置決めを更に明瞭
に示す。スロット26はスリーブ壁24に等間隔に置かれ、
同数の磁石セグメント40がスリーブ壁24に取り付けられ
る。各磁石セグメント40は、好ましくはその組み合わせ
られたスロット26の長さの少なくとも一部分の上を延
び、組み合わせられたスロット26と磁石セグメント40と
の対を多数形成する。スロット26と同じ数の磁石／スロ
ットの対がある。磁石セグメント40は、スロット26の全
長を延びることは要求されない。これは、スリーブ22を
一緒に保持するために、スリーブ壁24の一部分が反対側
の長手方向端部で円周方向で連続したままであるためで
ある。しかし、セグメント40がスリーブ26上を延び、か
つ各磁石セグメント40が、それの伸びているスロット26
の両側でスリーブ壁26に取り付けられることは、スリー
ブ壁24を更に強固にすることであり好ましい。 例えば、フリーピストン式スターリングサイクル機関
のピストンに往復磁石体20を駆動可能に取り付けるため
の取付け穴50が図３のフランジ36に示される。 図２及び３を参照すれば、スリーブ壁24に形成された
スロット26は、スリーブ壁24をまわる電流の円周方向の
流れに対する大きい抵抗である電気的障壁を形成する。
空気は壁24よりも非常に大きい抵抗を有するため、空隙
から抵抗が生ずる。この電流は、上述のように、時間的
に変化する磁場のある間隙をスリーブ壁24が通過するこ
とにより作られる。スリーブ壁24は金属であるため、ス
リーブ壁24が間隙内の時間的に変化する磁場を通過する
とき、スリーブ壁24内に渦電流が発生する。これら局所
的な渦電流は、スロットのない装置においては、組み合
ってスリーブ壁24のまわりの最終の円周方向の流れを形
成するであろう。電流の円周方向の流れを（好ましくは
直角に）横切るスロット26の形成により、大きい（電気
的）抵抗障壁が形成され、これが円周方向の電流の流れ
を阻止し又は少なくとも減少させ、これによりこの円周
方向電流と組み合った損失を減らす。局所化された損
失、即ち、スロット間で発生する電流による損失は、い
かなる電気伝導材料にも存在するが、スロット数を大き
くすることにより更に減らすことができる。
スロット26上の磁石セグメント40の位置決めを更に明瞭
に示す。スロット26はスリーブ壁24に等間隔に置かれ、
同数の磁石セグメント40がスリーブ壁24に取り付けられ
る。各磁石セグメント40は、好ましくはその組み合わせ
られたスロット26の長さの少なくとも一部分の上を延
び、組み合わせられたスロット26と磁石セグメント40と
の対を多数形成する。スロット26と同じ数の磁石／スロ
ットの対がある。磁石セグメント40は、スロット26の全
長を延びることは要求されない。これは、スリーブ22を
一緒に保持するために、スリーブ壁24の一部分が反対側
の長手方向端部で円周方向で連続したままであるためで
ある。しかし、セグメント40がスリーブ26上を延び、か
つ各磁石セグメント40が、それの伸びているスロット26
の両側でスリーブ壁26に取り付けられることは、スリー
ブ壁24を更に強固にすることであり好ましい。 例えば、フリーピストン式スターリングサイクル機関
のピストンに往復磁石体20を駆動可能に取り付けるため
の取付け穴50が図３のフランジ36に示される。 図２及び３を参照すれば、スリーブ壁24に形成された
スロット26は、スリーブ壁24をまわる電流の円周方向の
流れに対する大きい抵抗である電気的障壁を形成する。
空気は壁24よりも非常に大きい抵抗を有するため、空隙
から抵抗が生ずる。この電流は、上述のように、時間的
に変化する磁場のある間隙をスリーブ壁24が通過するこ
とにより作られる。スリーブ壁24は金属であるため、ス
リーブ壁24が間隙内の時間的に変化する磁場を通過する
とき、スリーブ壁24内に渦電流が発生する。これら局所
的な渦電流は、スロットのない装置においては、組み合
ってスリーブ壁24のまわりの最終の円周方向の流れを形
成するであろう。電流の円周方向の流れを（好ましくは
直角に）横切るスロット26の形成により、大きい（電気
的）抵抗障壁が形成され、これが円周方向の電流の流れ
を阻止し又は少なくとも減少させ、これによりこの円周
方向電流と組み合った損失を減らす。局所化された損
失、即ち、スロット間で発生する電流による損失は、い
かなる電気伝導材料にも存在するが、スロット数を大き
くすることにより更に減らすことができる。
【０００８】 異なった結果を得るために、スロット数の増加の代わ
りにスロットの相対長さを変えることができる。図４
は、図２の磁石体20と同様な磁石体60を示す。スロット
62は、スリーブより僅かに短い長さを有するのではな
く、スリーブ壁64と同じ長さを持つ。スロット62は、一
方の長手方向端部66から反対側の第２の長手方向端部68
に延びかつスリーブ壁64を完全に貫き、これにより、ス
リーブ壁64を、取り付けられた磁石70により一緒に保持
される多数の個別スリーブセグメントに分割する。磁石
70はスロット62の一方の側からスロット62の反対の側に
延び、各磁石70は組み合わせられた各スロット62の両側
でスリーブ壁64に取り付けられる。この実施例において
は、磁石70（又はその他の適切な構造）は、スリーブ壁
64のセグメントを一緒に保持するためにスロット62を横
切って延びなければならない。 磁石体60は、その長手方向の両端にあって円筒を強固
にする連続した一体の連結用構造を持たないので、（図
２及び３の）磁石体20と比べて構造的に不利である。し
かし、長手方向両端部の連結用構造が無いことにより、
図２及び３の実施例に比してスリーブ壁64をまわる円周
方向の電流が少なくなる。 好ましい磁石体の抵抗率は、好ましくは銅の抵抗率
（1.7μΩ/cm）の10倍以上、より好ましくは50μΩ/cm
以上である。チタンの抵抗率は約170μΩ/cmであり、ス
テンレス鋼（300シリーズ）抵抗率は約75μΩ/cmであ
る。もし材料の抵抗率が銅の抵抗率の10倍以上、（即
ち、17μΩ/cm以上）であるならば、これは高抵抗率材
料と考えられ、この値又はこれ以上の抵抗率を有する材
料が本発明用として好ましい。抵抗率が２μΩ/cmより
小さい材料は低抵抗率材料と考えられ、本発明用には好
ましくない。
りにスロットの相対長さを変えることができる。図４
は、図２の磁石体20と同様な磁石体60を示す。スロット
62は、スリーブより僅かに短い長さを有するのではな
く、スリーブ壁64と同じ長さを持つ。スロット62は、一
方の長手方向端部66から反対側の第２の長手方向端部68
に延びかつスリーブ壁64を完全に貫き、これにより、ス
リーブ壁64を、取り付けられた磁石70により一緒に保持
される多数の個別スリーブセグメントに分割する。磁石
70はスロット62の一方の側からスロット62の反対の側に
延び、各磁石70は組み合わせられた各スロット62の両側
でスリーブ壁64に取り付けられる。この実施例において
は、磁石70（又はその他の適切な構造）は、スリーブ壁
64のセグメントを一緒に保持するためにスロット62を横
切って延びなければならない。 磁石体60は、その長手方向の両端にあって円筒を強固
にする連続した一体の連結用構造を持たないので、（図
２及び３の）磁石体20と比べて構造的に不利である。し
かし、長手方向両端部の連結用構造が無いことにより、
図２及び３の実施例に比してスリーブ壁64をまわる円周
方向の電流が少なくなる。 好ましい磁石体の抵抗率は、好ましくは銅の抵抗率
（1.7μΩ/cm）の10倍以上、より好ましくは50μΩ/cm
以上である。チタンの抵抗率は約170μΩ/cmであり、ス
テンレス鋼（300シリーズ）抵抗率は約75μΩ/cmであ
る。もし材料の抵抗率が銅の抵抗率の10倍以上、（即
ち、17μΩ/cm以上）であるならば、これは高抵抗率材
料と考えられ、この値又はこれ以上の抵抗率を有する材
料が本発明用として好ましい。抵抗率が２μΩ/cmより
小さい材料は低抵抗率材料と考えられ、本発明用には好
ましくない。
【０００９】 抵抗率が２から約17μΩ/cmの間の材料は中間抵抗率
材料と考えられ、ある種の状況下では本発明に好ましい
可能性がある。中間抵抗率材料は、その抵抗率の代わり
にこの材料を望ましいものとする高強度又は低密度のよ
うな有利な性質のため望まれることがある。しかし、材
料の抵抗率が小さくなると、損失を減らすために必要な
スロット数が大きくなる。例えば、銅は約1.7μΩ/cmの
抵抗率を有し、そしてチタンより相当に多いスロット数
を必要とするであろう。逆に、材料の抵抗率が大きくな
ると、損失を減らしなおかつ満足な結果を得るために必
要なスロット数は少なくなる。これは、より大きい抵抗
率が局所的な渦電流、従って局所的な損失を減らすため
である。スロットの利点と抵抗率の利点とを平衡させる
ことにより、適切な磁石体を得ることができる。図２の
スロット26及び図４のスロット62は、これらが形成され
た円筒状スリーブの軸線と一般に平行であるが、スリー
ブ軸線に対して平行でなく傾けることが可能である。ス
リーブ壁をまわる電流の流れは円周方向であるため、ス
リーブ壁に形成されたいかなる非円周方向のスロットも
電流の流れと干渉するであろう（従って電流に対する障
壁となるであろう）。このため、電流の流れを横切る総
てのスロットはこの電流に対する障壁であり、磁石体が
使用される場合は本発明の部分と考えられる。好ましい
磁石体に示された長手方向スロットは電流の流れと直角
であり、これにより電流の流れに対する最も効果的な障
壁を提供する。同期発電機の場合は、磁石体に形成され
たスロットが図５に示されるように螺旋方向を有するこ
とがある。
材料と考えられ、ある種の状況下では本発明に好ましい
可能性がある。中間抵抗率材料は、その抵抗率の代わり
にこの材料を望ましいものとする高強度又は低密度のよ
うな有利な性質のため望まれることがある。しかし、材
料の抵抗率が小さくなると、損失を減らすために必要な
スロット数が大きくなる。例えば、銅は約1.7μΩ/cmの
抵抗率を有し、そしてチタンより相当に多いスロット数
を必要とするであろう。逆に、材料の抵抗率が大きくな
ると、損失を減らしなおかつ満足な結果を得るために必
要なスロット数は少なくなる。これは、より大きい抵抗
率が局所的な渦電流、従って局所的な損失を減らすため
である。スロットの利点と抵抗率の利点とを平衡させる
ことにより、適切な磁石体を得ることができる。図２の
スロット26及び図４のスロット62は、これらが形成され
た円筒状スリーブの軸線と一般に平行であるが、スリー
ブ軸線に対して平行でなく傾けることが可能である。ス
リーブ壁をまわる電流の流れは円周方向であるため、ス
リーブ壁に形成されたいかなる非円周方向のスロットも
電流の流れと干渉するであろう（従って電流に対する障
壁となるであろう）。このため、電流の流れを横切る総
てのスロットはこの電流に対する障壁であり、磁石体が
使用される場合は本発明の部分と考えられる。好ましい
磁石体に示された長手方向スロットは電流の流れと直角
であり、これにより電流の流れに対する最も効果的な障
壁を提供する。同期発電機の場合は、磁石体に形成され
たスロットが図５に示されるように螺旋方向を有するこ
とがある。
【００１０】 スリーブに形成されたスロットの方向に加えて、スリ
ーブ壁を部分的にだけ貫いて延びるスロットによっても
電流に対する障壁が作られる。この形式の障壁は電流を
無くすのではなく、これを減らすだけであろう。図６に
おいて、スリーブ80は、スロット84が形成されたスリー
ブ壁82を持つ。スロット84は壁82を完全に貫いては形成
されず、壁82の外面から深さｄまで延びる。この電流経
路は断面積を小さくし、スロットのないスリーブ壁82の
隣接部分と比べて電流の流れに対する抵抗を大きくす
る。 特別な材料のスリーブにおけるスロットの形成は、構
造的な剛性の低下と円周方向の電流の流れに対する抵抗
率増加との間の妥協である。いかなる妥協によったとき
も、スロットの形状、抵抗率及び強度特性のいかなる組
合せも本発明の何かの応用に望ましい領域がある。一例
として、最小深さのスロットは、構造的な損失は無視で
きるが電流に対する抵抗はごく小さい。別の極端な例の
場合、図４に示されるように、スリーブの一方の端部か
ら他方の端部に伸びていてかつ厚さ全体を貫くスロット
は、強度及び電流を極端を減らす。加えて、低抵抗率を
有する（銅又はアルミニウムのような）材料を使用でき
るが、損失を減らすためにかなり数の多いスロットが必
要であろう。更に、セラミック及びプラスチックのよう
な極端に抵抗率の大きい材料を使うことができるが、熱
抵抗特性及び強度特性は適切とはいえない。理想的に
は、妥協しないことが要求されるとすれば、無限の抵抗
率を持った材料から無限の強度でかつ厚さのないスリー
ブを作ることが必要であろう。
ーブ壁を部分的にだけ貫いて延びるスロットによっても
電流に対する障壁が作られる。この形式の障壁は電流を
無くすのではなく、これを減らすだけであろう。図６に
おいて、スリーブ80は、スロット84が形成されたスリー
ブ壁82を持つ。スロット84は壁82を完全に貫いては形成
されず、壁82の外面から深さｄまで延びる。この電流経
路は断面積を小さくし、スロットのないスリーブ壁82の
隣接部分と比べて電流の流れに対する抵抗を大きくす
る。 特別な材料のスリーブにおけるスロットの形成は、構
造的な剛性の低下と円周方向の電流の流れに対する抵抗
率増加との間の妥協である。いかなる妥協によったとき
も、スロットの形状、抵抗率及び強度特性のいかなる組
合せも本発明の何かの応用に望ましい領域がある。一例
として、最小深さのスロットは、構造的な損失は無視で
きるが電流に対する抵抗はごく小さい。別の極端な例の
場合、図４に示されるように、スリーブの一方の端部か
ら他方の端部に伸びていてかつ厚さ全体を貫くスロット
は、強度及び電流を極端を減らす。加えて、低抵抗率を
有する（銅又はアルミニウムのような）材料を使用でき
るが、損失を減らすためにかなり数の多いスロットが必
要であろう。更に、セラミック及びプラスチックのよう
な極端に抵抗率の大きい材料を使うことができるが、熱
抵抗特性及び強度特性は適切とはいえない。理想的に
は、妥協しないことが要求されるとすれば、無限の抵抗
率を持った材料から無限の強度でかつ厚さのないスリー
ブを作ることが必要であろう。
【００１１】 技術的な妥協の原理を考慮し、本発明は、スロットの
深さと長さ、及びスリーブ材料の好ましい組合せに達し
た。好ましい材料は、チタン又はステンレス鋼のような
大きい抵抗率と大きい強度とを有するものである。スリ
ーブ側壁の全厚さを貫きかつ長手方向の一方の端部付近
から反対側の長手方向端部付近に伸びている多数の長手
方向スロットが好ましいスロット配置である。スリーブ
壁の厚さは、磁石体全体が往復する間隙を横切る距離の
約1/10である（間隙は、従来技術については図1A及び1B
に示され、また本発明が往復する間隙は同様である）。
好ましい実施例においては、これは約0.4から0.5mmであ
る。 妥協の別の組合せを示す別の実施例が図７に示され
る。スリーブ88は、スリーブ88の長さに沿って深さの変
化するスロット90を持つ。これは、円周方向の電流の流
れが少ない領域において材料の連続リングを提供するこ
とにより長手方向端部（ここはより少量の磁束に暴露さ
れる）に強さを与える。円周方向電流が大きい（磁石に
近い）領域では、スロットはスリーブ88の厚さを完全に
貫いて形成される。 リニヤー形式のモーター又は同期発電機においては、
抵抗率と損失との間に反比例の関係がある。これは、抵
抗率の増加に比例して損失が減少することを意味する。
このため、強度及び重量のようなその他の総ての要因が
一定であるならば、抵抗率のより大きい材料を有するこ
とが望ましい。 本発明のある好ましい実施例が詳細に明らかにされた
が、本発明の精神及び以下の請求項の範囲から離れるこ
となく種々の変更をなし得ることを理解すべきである。
深さと長さ、及びスリーブ材料の好ましい組合せに達し
た。好ましい材料は、チタン又はステンレス鋼のような
大きい抵抗率と大きい強度とを有するものである。スリ
ーブ側壁の全厚さを貫きかつ長手方向の一方の端部付近
から反対側の長手方向端部付近に伸びている多数の長手
方向スロットが好ましいスロット配置である。スリーブ
壁の厚さは、磁石体全体が往復する間隙を横切る距離の
約1/10である（間隙は、従来技術については図1A及び1B
に示され、また本発明が往復する間隙は同様である）。
好ましい実施例においては、これは約0.4から0.5mmであ
る。 妥協の別の組合せを示す別の実施例が図７に示され
る。スリーブ88は、スリーブ88の長さに沿って深さの変
化するスロット90を持つ。これは、円周方向の電流の流
れが少ない領域において材料の連続リングを提供するこ
とにより長手方向端部（ここはより少量の磁束に暴露さ
れる）に強さを与える。円周方向電流が大きい（磁石に
近い）領域では、スロットはスリーブ88の厚さを完全に
貫いて形成される。 リニヤー形式のモーター又は同期発電機においては、
抵抗率と損失との間に反比例の関係がある。これは、抵
抗率の増加に比例して損失が減少することを意味する。
このため、強度及び重量のようなその他の総ての要因が
一定であるならば、抵抗率のより大きい材料を有するこ
とが望ましい。 本発明のある好ましい実施例が詳細に明らかにされた
が、本発明の精神及び以下の請求項の範囲から離れるこ
となく種々の変更をなし得ることを理解すべきである。
【００１２】 本発明の好ましい態様を整理して記載すれば、下記の
とおりである。 1.（ａ）スリーブ壁と、該スリーブ壁内の少なくとも１
つの軸方向の細長いスロットとを有し、該スロットが該
スリーブ壁を介する電流を横切っている、円筒状の非強
磁性金属支持スリーブと、 （ｂ）該スリーブ壁に設置され、支持された磁気セグメ
ントと を具備し、 磁石セグメントがスロットの少なくもある部分上を伸
び、スロットの両側でスリーブに取り付けられている ことを特徴とする、電気機械変換装置におけるギャップ
において往復運動する往復運動磁石体。 2.スリーブが高抵抗率の金属で作られる上記１の磁石
体。 3.スリーブがこれに形成された複数のスロットを有し、
同数の磁石セグメントがスリーブに取り付けられ、各磁
石セグメントは同数の対にされたスロットとセグメント
を形成しつつ組み合わせられたスロットの少なくともあ
る部分上で伸び、各対の各磁石セグメントは組み合わせ
られたスロットの少なくともある部分上で伸びかつ組み
合わせられたスロットの両側でスリーブに取り付けられ
ている上記２の磁石体。 4.スロットが螺旋状である上記３の磁石体。 5.スロットがスリーブ軸線と平行である上記３の磁石
体。 6.スロットが互いに平行であり、かつスリーブのまわり
に等間隔に置かれた上記５の磁石体。 7.スリーブの第１の長手方向端部からスリーブの反対側
の第２の端部に伸びるスロットがスリーブに形成される
上記３の磁石体。 8.スリーブの第１の長手方向端部付近からスリーブの反
対側の第２の端部付近に伸びるスロットがスリーブに形
成される上記３の磁石体。 9.スロットがスロットの長さに沿って変化する深さにス
リーブ内に伸びる上記３の磁石体。 10.スロットがスロットの全長に沿って一定である深さ
にスリーブ内に伸びる上記３の磁石体。 11.スリーブを完全に貫いてスロットが形成される上記1
0の磁石体。 12.第１のフランジがスリーブの第１の端部から半径方
向外向きに伸び、そして第２のフランジがスリーブの第
２の端部から半径方向内向きに伸びる上記３の磁石体。 13.スロットがフランジの少なくとも一方を通って形成
される上記12の磁石体。 14.スリーブと第１のフランジとの間の第１の連結部付
近からスリーブと第２のフランジとの間の第２の連結部
付近に伸びているスロットがスリーブに形成される上記
12の磁石体、 15.スリーブの端部の中央でスリーブから半径方向外向
きに伸びている第３のフランジを更に備え、更にスリー
ブと第１のフランジとの間の第１の連結部付近からスリ
ーブと第３のフランジとの間の第３の連結部付近に伸び
ているスロットがスリーブに形成される上記12の磁石
体。 16.スリーブの厚さが間隙の厚さの約1/10であり、この
中を磁石体が往復する上記３の磁石体。 17.スリーブが高抵抗率材料である上記３の磁石体。 18.スリーブがチタンである上記17の磁石体。 19.スリーブがステンレス鋼である上記17の磁石体。 20.スリーブの抵抗率が約50μΩ/cmより大きい上記17の
磁石体。 21.スリーブの抵抗率が銅の抵抗率の10倍より大きい上
記17の磁石体。 22.スリーブがこれに形成された複数のスロットを有
し、スリーブに数の異なった磁石セグメントが取り付け
られ、少なくとも１個の磁石セグメントが１個以上のス
ロットの上を伸びている上記２の磁石体。 図面の簡単な説明
とおりである。 1.（ａ）スリーブ壁と、該スリーブ壁内の少なくとも１
つの軸方向の細長いスロットとを有し、該スロットが該
スリーブ壁を介する電流を横切っている、円筒状の非強
磁性金属支持スリーブと、 （ｂ）該スリーブ壁に設置され、支持された磁気セグメ
ントと を具備し、 磁石セグメントがスロットの少なくもある部分上を伸
び、スロットの両側でスリーブに取り付けられている ことを特徴とする、電気機械変換装置におけるギャップ
において往復運動する往復運動磁石体。 2.スリーブが高抵抗率の金属で作られる上記１の磁石
体。 3.スリーブがこれに形成された複数のスロットを有し、
同数の磁石セグメントがスリーブに取り付けられ、各磁
石セグメントは同数の対にされたスロットとセグメント
を形成しつつ組み合わせられたスロットの少なくともあ
る部分上で伸び、各対の各磁石セグメントは組み合わせ
られたスロットの少なくともある部分上で伸びかつ組み
合わせられたスロットの両側でスリーブに取り付けられ
ている上記２の磁石体。 4.スロットが螺旋状である上記３の磁石体。 5.スロットがスリーブ軸線と平行である上記３の磁石
体。 6.スロットが互いに平行であり、かつスリーブのまわり
に等間隔に置かれた上記５の磁石体。 7.スリーブの第１の長手方向端部からスリーブの反対側
の第２の端部に伸びるスロットがスリーブに形成される
上記３の磁石体。 8.スリーブの第１の長手方向端部付近からスリーブの反
対側の第２の端部付近に伸びるスロットがスリーブに形
成される上記３の磁石体。 9.スロットがスロットの長さに沿って変化する深さにス
リーブ内に伸びる上記３の磁石体。 10.スロットがスロットの全長に沿って一定である深さ
にスリーブ内に伸びる上記３の磁石体。 11.スリーブを完全に貫いてスロットが形成される上記1
0の磁石体。 12.第１のフランジがスリーブの第１の端部から半径方
向外向きに伸び、そして第２のフランジがスリーブの第
２の端部から半径方向内向きに伸びる上記３の磁石体。 13.スロットがフランジの少なくとも一方を通って形成
される上記12の磁石体。 14.スリーブと第１のフランジとの間の第１の連結部付
近からスリーブと第２のフランジとの間の第２の連結部
付近に伸びているスロットがスリーブに形成される上記
12の磁石体、 15.スリーブの端部の中央でスリーブから半径方向外向
きに伸びている第３のフランジを更に備え、更にスリー
ブと第１のフランジとの間の第１の連結部付近からスリ
ーブと第３のフランジとの間の第３の連結部付近に伸び
ているスロットがスリーブに形成される上記12の磁石
体。 16.スリーブの厚さが間隙の厚さの約1/10であり、この
中を磁石体が往復する上記３の磁石体。 17.スリーブが高抵抗率材料である上記３の磁石体。 18.スリーブがチタンである上記17の磁石体。 19.スリーブがステンレス鋼である上記17の磁石体。 20.スリーブの抵抗率が約50μΩ/cmより大きい上記17の
磁石体。 21.スリーブの抵抗率が銅の抵抗率の10倍より大きい上
記17の磁石体。 22.スリーブがこれに形成された複数のスロットを有
し、スリーブに数の異なった磁石セグメントが取り付け
られ、少なくとも１個の磁石セグメントが１個以上のス
ロットの上を伸びている上記２の磁石体。 図面の簡単な説明
【図１】 Ａは、従来技術のリニヤー形式の同期発電機又はモー
ターを断面で示している端面図であり、Ｂは同じく側面
図である。
ターを断面で示している端面図であり、Ｂは同じく側面
図である。
【図２】 本発明の好ましい実施例を断面で示している側面図で
ある。
ある。
【図３】 本発明の好ましい実施例を断面で示している端面図で
ある。
ある。
【図４】 本発明の別の実施例を断面で示している側面図であ
る。
る。
【図５】 本発明の別の実施例を断面で示している側面図であ
る。
る。
【図６】 円筒状スリーブの一部分を断面で示している側面図で
ある。
ある。
【図７】 別の円筒状スリーブの一部分を断面で示している側面
図である。
図である。
【図８】 別の円筒状スリーブの一部分を断面で示している側面
図である。
図である。
20 磁石体 22 スリーブ 24 スリーブ壁 28 長手方向端部 30 長手方向端部 32 フランジ 40 磁石セグメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−190250（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−9158（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−153269（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246764（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−215159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−144758（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−46856（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−70034（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭44−23854（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 41/02 - 41/06 H02K 1/27
Claims (1)
- 【請求項１】（ａ）スリーブ壁と、該スリーブ壁内の少
なくとも１つの軸方向の細長いスロットとを有し、該ス
ロットが該スリーブ壁を介する電流を横切っている、円
筒状の非強磁性金属支持スリーブと、 （ｂ）該スリーブ壁に設置され、支持された磁気セグメ
ントと を具備し、 磁石セグメントがスロットの少なくもある部分上を伸
び、スロットの両側でスリーブに取り付けられている ことを特徴とする、電気機械変換装置におけるギャップ
において往復運動する往復運動磁石体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US540,120 | 1995-10-06 | ||
| US08/540,120 US5642088A (en) | 1995-10-06 | 1995-10-06 | Magnet support sleeve for linear electromechanical transducer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10512437A JPH10512437A (ja) | 1998-11-24 |
| JP3224232B2 true JP3224232B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=24154093
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51438697A Expired - Fee Related JP3224232B2 (ja) | 1995-10-06 | 1996-10-01 | 往復運動磁石体 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5642088A (ja) |
| EP (1) | EP0878014B1 (ja) |
| JP (1) | JP3224232B2 (ja) |
| KR (1) | KR100309486B1 (ja) |
| AU (1) | AU701785B2 (ja) |
| BR (1) | BR9610827A (ja) |
| DE (1) | DE69611387T2 (ja) |
| NZ (1) | NZ319499A (ja) |
| WO (1) | WO1997013261A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| KR19990048726A (ko) * | 1997-12-10 | 1999-07-05 | 구자홍 | 리니어 모터의 마그네트 고정구조 |
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| US6199381B1 (en) | 1999-09-02 | 2001-03-13 | Sunpower, Inc. | DC centering of free piston machine |
| JP3832556B2 (ja) * | 2000-02-25 | 2006-10-11 | 株式会社安川電機 | キャンド・リニアモータ |
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| KR100480376B1 (ko) * | 2001-12-12 | 2005-04-06 | 주식회사 엘지이아이 | 왕복동식 압축기의 마그네트 고정구조 |
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1995
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1996
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- 1996-10-01 BR BR9610827A patent/BR9610827A/pt not_active IP Right Cessation
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