(57)【要約】  本発明は、電気機械（１）用一次部品（２）であって、一次部品（２）が少なくとも１つの積層鉄心（３）で形成され、かつ力リプルを低減するための少なくとも１つの磁束案内要素（１０）を一方又は両方の正面（Ｓ１、Ｓ２）に有し、一次部品（２）が第１空隙（δ1）によって二次部品（７）から離間しているものにおいて、一次部品（２）が磁束案内要素（１０）の領域に少なくとも１つの区域（δ2）を有し、この区域（δ2）が非導電性であり（Ｋel＝０）かつ無視し得るほどに低い導磁性（μr≒１）を有する一次部品に関する。この部品は、コギング力が低減され、起電力が対称化される特徴を持つ。
2009545940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（１）用一次部品（２）であって、一次部品（２）が少なくとも１つの積層鉄心（３）で形成され、かつ力リプルを低減するための少なくとも１つの磁束案内要素（１０）を一方又は両方の正面（Ｓ１、Ｓ２）に有し、一次部品（２）が第１空隙（δ１）によって二次部品（７）から離間しているものにおいて、一次部品（２）が磁束案内要素（１０）の領域に少なくとも１つの区域（δ２）を有し、この区域（δ２）が低い導電率（κel≒０）と無視し得るほどに低い導磁率（μr≒１）とを有する一次部品。
【請求項２】
積層鉄心（３）が磁束案内要素（１０）と共に単一部分構成又は２部分構成で形成されている請求項１記載の一次部品。
【請求項３】
磁束案内要素（１０）が摩擦接合式、素材接合式又は嵌合式に積層鉄心（３）に取付可能である請求項１又は２記載の一次部品。
【請求項４】
第２区域（δ２）がプラスチックによって形成されている請求項１から３の１つに記載の一次部品。
【請求項５】
第２空隙（δ２）の幅Ｂδ2に０＜Ｂδ2が成り立つ請求項１から４の１つに記載の一次部品。
【請求項６】
設定可能な距離（τF）によって磁束案内要素（１０）が一次部品（２）の隣接歯（５）から離間しており、この距離（τF）にτF＝τMが成り立ち、τMが二次部品（７）の磁極ピッチである請求項１から５の１つに記載の一次部品。
【請求項７】
設定可能な距離（τF）によって磁束案内要素（１０）が一次部品（２）の隣接歯（５）から離間しており、この距離（τF）にτF＜τM又はτF＞τMが成り立ち、τMが二次部品（７）の磁極ピッチである請求項１から６の１つに記載の一次部品。
【請求項８】
第１空隙（δ１）に向き合う磁束案内要素（１０）の面（１１）および／又は隅が、設定可能な丸みで丸く形成されている請求項１から７の１つに記載の一次部品。
【請求項９】
少なくとも１つの一次部品（２）と少なくとも１つの二次部品（７）とを有するリニアモータ（１）であって、一次部品（２）と二次部品（７）が第１空隙（δ１）によって相互に離間しているものにおいて、請求項１から８の１つに記載の一次部品（２）を有するリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械用一次部品であって、一次部品が少なくとも１つの積層鉄心で形成され、かつ力リプルを低減すべく、少なくとも１つの磁束案内要素を一方又は両方の正面に有するものに関する。本発明は更に、この一次部品を有するリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは一次部品と二次部品とを有する。一次部品に特に二次部品が対向している。一次部品は電流を通電すべく設けている。二次部品は、例えば永久磁石又は通電可能な巻線を有する。一次部品も、二次部品も、磁界を生成する活性な磁気手段を有する。
【０００３】
永久磁石リニアモータは構造に起因して力変動を有し、該変動は同期性と動力学とに不利に作用する。力変動は、一部では、縁コイル内の比較的小さな誘導電圧に起因する。
【０００４】
二次部品の励磁磁界および一次部品の主磁界の磁束を案内すべく、モータの巻線支持部品（一次部品）では普通、歯付き薄板が使用される。主磁界の界磁極と歯付き構造との間で磁気相互作用が起き、該作用は受動的力リプルとも称される寄生コギング力を生じる。その結果、振動、不安定な動作、そして加工プロセス時の位置誤差が生ずる。更に、一次部品正面の初端コイルおよび終端コイルの誘導電圧、即ち起電力（ＥＭＦ）は磁気ヨークが欠落しているので一般に中間コイルにおけるよりも著しく少ない。その結果、モータは対称に誘導される電圧を持たず、力損失の他に、能動的力リプルとも称される付加的電流依存力リプルも生じる。
【０００５】
米国特許第６８３１３７９号明細書により公知のリニアモータでは、その一次部品が積層鉄心の正面に主歯を補足して補助歯を有し、補助歯は付加的空隙によって一次部品と二次部品との間の空隙から離間している。これによりリニアモータの受動的力リプル、即ちコギング力は低減する。
【０００６】
しかし、この場合リニアモータのコギング力は確かに低減するが、一次部品は個々の巻線又はコイル内に対称誘導電圧を持たない。即ち、能動的力リプルの低減は起きない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の課題は、前文に係るリニアモータを改良し、コギング力の低減の他に起電力の対称化も起きるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は請求項１と９の特徴事項によって解決される。有利な諸構成は従属請求項に示す。
【０００９】
回転機械と異なりリニアモータは当然に末端領域を有し、該領域でモータの電磁部品は成端している。リニアモータが例えば短ステータ様式である場合、一次部品用に生じる２つの末端領域は二次部品の影響範囲内にある。能動的力リプルと受動的力リプル（コギング力）に対し決定的影響を持つように一次部品の末端は二次部品と相互作用する。
【００１０】
本発明によればリニアモータが一次部品と二次部品を有し、一次部品と二次部品は第１空隙によって相互に離間している。二次部品は永久磁石によって形成される一連の磁極を有する。一次部品は単数又は複数の積層鉄心で形成され、積層鉄心は多数の薄板で構成される。一次部品は多数の溝と歯を有し、溝は一次部品巻線又はコイルを受容するのに役立つ。巻線は例えば３相電源又は３相交流電流の３相巻線として形成されている。
【００１１】
リニアモータは、特に一次部品に分数スロット巻線と歯巻回コイルを備えて形成され、一次部品の溝ピッチは二次部品の磁極ピッチに等しくない。例えば溝ピッチと磁極ピッチとの比（溝ピッチ／磁極ピッチ）は８／１２、１０／１２、１１／１２、１３／１２、１４／１２、１６／１２である。
【００１２】
力リプルを低減させるべく、磁束案内要素が薄板又は積層鉄心の一方又は両方の正面に配置される。磁束案内要素の領域に少なくとも１つの区域が配置され、該区域は低い導電率（κel≒０）と無視し得る程に低い導磁率（μr≒１）を持つ。この区域を以下「第２空隙」と呼ぶ。該空隙は実質的に磁束案内要素の全幅と全深さにわたり延びている。幅は一次部品の移動方向に延び、深さは一次部品の移動方向を横切って延びている。
【００１３】
導電率κelは、電流を伝導する物質の能力を表す物理量である。導電率κelは電気抵抗率ρと結び付いており、導電率は抵抗率の逆数である（κel＝１／ρ）。
【００１４】
導電率に従い、物質は以下のものに区分される。
導体（特に全ての金属。κel＞０）。
絶縁体又は非導体（大抵の非金属。κel≒０）。
半導体（例えばケイ素、ゲルマニウム）。導電率は導体と非導体との間の範囲内。
超電導体。その導電率は材料に依存した遷移温度以下でいわば「無限」である。
【００１５】
透磁率μは磁界に対する材料の透過性を決定し、磁束密度Ｂと磁界強度Ｈとの比で表現され（μ＝Ｂ／Ｈ）、μは磁界定数μoと物質の比透磁率μrとで構成される（μ＝μoμr）。比透磁率μrはしばしば相対透磁率とも称される。
【００１６】
相対透磁率μrに従って以下のものに区分される。
強磁性体（例えば鉄、コバルト、ニッケル。μr＞＞１）。これは磁界を著しく強める。
常磁性体（例えばアルミニウム、空気。μr≒１）。これは磁界をごく僅かに強める。
反磁性体（例えば銀、銅。μr＜１）。これは磁界をごく僅かに弱める。
【００１７】
磁束案内要素は個々の薄板又は積層鉄心全体の正面に取付けられ、一次部品の各最終溝又は最終巻回歯の表面又は横にある。磁束案内要素自体は巻線又はコイルを支持しない。
【００１８】
このような磁束案内要素の取付けと第２空隙の形成により、受動的な力リプルの低減の他に能動的な力リプルの低減も可能である。一次部品の巻線を支持する末端歯の誘導電圧が高まり、ここでは一次部品の全コイルで極力一様なＥＭＦが目標である。終端コイル、即ち一次部品正面の各縁コイルに関する磁束鎖交は補助空隙の位置により制御できる。
【００１９】
第１実施形態によれば、積層鉄心が磁束案内要素と共に２部分構成で形成され、磁束案内要素は積層鉄心の末端領域で積層鉄心と磁束案内要素との間に第２空隙が形成されるように積層鉄心に対して位置決めされる。
【００２０】
磁束案内要素は、摩擦接合、素材接合又は嵌合にて積層鉄心に取付可能である。磁束案内要素は、例えば接着、螺着、掛け留め又は蟻溝継手等の好適な結合により積層鉄心に取付けられる。磁束案内要素は積層鉄心に締付け又は挟み付けられてもよい。
【００２１】
第２空隙は非充填であってもよい。即ち積層鉄心と磁束案内要素との間に空気があり、又は例えばプラスチック等の非導電非導磁性材料によって第２空隙は形成しておくことができる。プラスチックは安価な材料であり、簡単に加工可能である。
【００２２】
まず、一次部品を構成する単数又は複数の積層鉄心が製造される。１つの積層鉄心は複数の個別薄板から成り、個別薄板は例えば焼付けエナメルで焼付け又はプレス処理を行うことで束へと組み立てられる。一次部品が複数の積層鉄心から成る場合、積層鉄心は相応に組み立てられる。実質一次部品の歯の形状を有する磁束案内要素は引き続き一次部品の両方の正面に取付けられ、積層鉄心と磁束案内要素との間に例えばプラスチック層又はプラスチック板によって第２空隙が形成される。磁束案内要素とプラスチック板は貼付け、螺合又は掛け留めによって積層鉄心に取付けることができる。
【００２３】
第２実施形態によれば、積層鉄心と磁束案内要素が単一部分構成で形成される。磁束案内要素自体は第２空隙を有する。積層鉄心は、一方の正面にのみ、又は両方の正面に、磁束案内要素を有することができる。
【００２４】
この第２実施形態によれば、磁束案内要素は薄板の作製時に既に形成される。即ち、単一部分構成の薄板切片が存在する。引き続き第２空隙は、例えば磁束案内要素の部分領域を打抜くことで形成される。一次部品の末端歯として形成される磁束案内要素は打抜き部の領域に細い張出部を有する。これらの細い張出部は磁気飽和され、従って磁束案内要素の働きに対する影響は僅かである。
【００２５】
全ての薄板が磁束案内要素を備えていなくともよい。例えば各第２薄板のみが磁束案内要素を有し得る。単一部分構成の一次部品、即ち単に１つの積層鉄心を有する一次部品の場合、各薄板が薄板の一方の末端領域に単に１つの磁束案内要素を有することが可能である。その場合個々の薄板は、例えば個々の薄板の回転によって磁束案内要素が左又は右に一度向くように積層鉄心へと組み立てることができる。こうして力リプルは、従来公知の方策に比べて十分に低減する。
【００２６】
リニアモータの一次部品は、移動方向で前後に配置された複数の積層鉄心からなってもよい。従って、中間に配置される積層鉄心は磁束案内要素を有さず、本発明によれば一次部品の各末端、即ち正面に磁束案内要素が配置されているだけである。例えば右側要素を有する薄板の回転により左側要素を有する薄板となり、これら一次部品の正面に隙間なく要素が存在することになる。単に１つの積層鉄心を有する一次部品、即ち単一部分構成の一次部品の場合、積層鉄心の各正面に磁束案内要素を設け得る。
【００２７】
この第２実施形態では、第２空隙は単純な空隙として形成されるが、例えばプラスチック等の充填材を充填してもよい。
【００２８】
好ましくは、第２空隙（δ２）の幅Ｂδ2に０＜Ｂδ2が成り立つ。空隙の幅によって磁束案内要素内の磁束に対して適切に影響を及ぼすことができる。空隙が大きく形成されていればいるほど磁束案内要素領域の磁束は一層小さくなり、逆も又真である。
【００２９】
磁束案内要素内の磁束に対する有利な影響は、例えば第２空隙の一定でない幅Ｂδ2により及ぼし得る。対向する両端面における磁束案内要素領域内の区域は、互いに平行にも又は形態でも実施できる。区域又は第２空隙自体は、例えばＬ形又はＺ形又は楕円形等の任意の幾何学形状となし得る。従って空隙は１平面内にはない。
【００３０】
第２空隙が第１空隙に対し斜めに形成されるとよい。第２空隙は、有利には、磁束案内要素の終端コイルに向き合う側で、一次部品と二次部品との間の第１空隙の極力近傍で始まり、磁束案内要素の幅にわたって、第１空隙から離れた方の側の領域でその外面へと斜めに又は階段状に延びる。これにより、コギング力生成と、正面の溝内にある終端コイル又は巻線との磁束鎖交との間の適合向上が可能となる。
【００３１】
第１空隙に対向する磁束案内要素面が丸くなっているとよい。磁束案内要素は、例えば丸くされた隅を有する。この措置はコギング力の低減に寄与する。
【００３２】
本発明の他の１構成では、磁束案内要素は、積層鉄心の幅全体にわたっては形成されていない。積層鉄心の幅は一次部品の移動方向を横切って延びている。例えば磁束案内要素は積層鉄心の部分領域のみにわたって延びており、磁束案内要素はその場合、例えば積層鉄心に中央で配置することができる。単に部分的な磁束案内要素を形成することで、リニアモータに対する相応する要求に従い、受動的力リプルと能動的力リプルとの間の適合を行うことができる。
【００３３】
本発明に係るリニアモータでは、磁束案内要素の内部又は表面での補助空隙の位置又は配置により、能動的、受動的な力リプルが低減する。特に、第２空隙の配置により一次部品の巻線内で誘導電圧の対称化が起きる。磁束案内要素は一次部品の長さにわたってコギング力の低減とリニアモータの有効力の増強とに役立つ。
【００３４】
磁束案内要素は設定可能な幅を有し、磁束案内要素の幅は一次部品の移動方向に延びている。磁束案内要素の幅により、磁束案内要素内の磁束を適切に調節できる利点がある。
【００３５】
更に、磁束案内要素は積層鉄心の単数又は複数の隣接する巻回歯から距離を有する。磁束案内要素と単数又は複数の隣接歯との距離は、二次部品の磁極ピッチに一致するように選択されるとよく、こうして終端コイルとの極力高い磁束鎖交が起き、従って終端コイルの誘導電圧の所期の上昇が起きる。
【００３６】
取り付け空間を最適化したリニアモータを実現すべく、磁束案内要素の最小幅と極力僅かな距離とが追及される。これにより磁束案内要素と隣接巻回歯との距離が最適となり、この距離は二次部品の磁極ピッチよりも小さい。
【００３７】
例えば空気支承時にバイアス力を得るべく、例えば一次部品と二次部品との間に高い引力を追求する場合、磁束案内要素と隣接歯との最適距離は二次部品の磁極ピッチよりも大きくされる。
【００３８】
本発明に係る一次部品は、リニアモータ用に特に適する。しかし該一次部品は回転機械でも利用でき、ステータは例えばセグメント化された回転モータ等の末端領域を有する。
【００３９】
以下、本発明のその他の特徴および細部を添付図面に関連して実施例を基に詳しく説明する。個々の変更態様に述べる特徴と諸関係は基本的に全ての実施例に転用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、第１構成の磁束案内要素１０を有する本発明に係るリニアモータ１の第１実施形態を示す。図１は同期リニアモータ１の原理的な側面図であり、このモータが単数又は複数の積層鉄心３を有し、積層鉄心の各薄板は図示平面と平行に積層されて一次部品２を形成する。リニアモータ１の移動方向は矢印Ｒで示す。一次部品２は更にコイル４を有する。コイル４は、溝６内に異なるコイル４があるように一次部品２の歯５を取り囲む。更にリニアモータ１は永久磁石８を備えた二次部品７を有する。二次部品７は、詳しくは図示しない機械ベッド上に位置決めされている。永久磁石８は磁極ピッチτMで配置されている。しかし磁極ピッチτMは二次部品７内に配置される励磁巻線の電気励磁によっても形成できる。一次部品２と二次部品７は第１空隙δ１により相互に離間している。
【００４１】
力リプルを低減させるための磁束案内要素１０は、各々積層鉄心３の正面Ｓ１、Ｓ２に配置されており、磁束案内要素１０に第２空隙δ２が形成されている。磁束案内要素１０は例えば積層鉄心３の歯５と同じ幾何学的寸法を有し、第１空隙δ１に対向する磁束案内要素１０の面１１は丸くしてある。この面１１は所定の丸みを有する丸くされた隅のみを有することもできる。
【００４２】
積層鉄心３と磁束案内要素１０は２部分構成で形成されている。要素１０は摩擦結合、素材接合又は嵌合で積層鉄心３に取付可能である。磁束案内要素１０は、例えば接着、螺着、掛け留め又は蟻溝継手等の好適な結合によって積層鉄心３に取付けられている。磁束案内要素１０は積層鉄心３に締付け又は挟み付けておいてもよい。第２空隙δ２は、例えばプラスチック板等の非導電非導磁性材料によって形成されている。
【００４３】
磁束案内要素１０は設定可能な幅Ｂ10を有し、磁束案内要素１０の幅Ｂ10は一次部品２の移動方向に延びている。
【００４４】
更に、磁束案内要素１０は積層鉄心３の隣接巻回歯５に対して距離τFを有する。取付空間を最適化したリニアモータ１を形成するため、磁束案内要素１０の最小幅Ｂ10と隣接歯５に対する極力僅かな距離τFが追求される。
【００４５】
図２と図３は一次部品２と磁束案内要素１０と要素１０に設けられた第２空隙δ２との異なる構成を示す。
【００４６】
図２に示す磁束案内要素１０は、その幅Ｂ10が積層鉄心３の歯５の幅Ｂ5に一致している。空隙δ２は一次部品２と図示しない二次部品７との間の図示しない空隙δ１に垂直に配置されている。
【００４７】
図３に示す磁束案内要素１０は、図示しない空隙δ１に向き合う側に、丸くされた隅を持っていない。第２空隙δ２は、磁束案内要素１０を積層鉄心に掛け留め可能なように形成されている。磁束案内要素１０と隣接巻回歯５との距離τFは一次部品２の溝ピッチτNに一致している。
【００４８】
図４はリニアモータ１の第２実施形態を示し、積層鉄心３と磁束案内要素１０は単一部分構成に形成されている。磁束案内要素１０自体が第２空隙δ２を有する。空隙δ２は例えば要素１０の部分領域を打抜いて形成される。一次部品２の末端歯として形成される磁束案内要素１０は打抜き部領域に細い張出部９を有する。細い張出部９はモータ１の作動開始後に磁気飽和され、従って磁束案内要素１０の働きに殆ど影響しない。第２空隙δ２は図４の第２実施形態によれば単純な空隙として形成されているが、例えばプラスチック等の充填材を充填しておくこともできる。
【００４９】
図４から明らかなように第２空隙δ２は、特に積層鉄心３と要素１０を単一部分構成にした実施形態の場合、第１空隙δ１に対し斜めに形成される。第２空隙δ２は磁束案内要素１０の幅Ｂ10にわたって斜めに延びている。この結果、コギング力生成と、正面Ｓ２の溝６内にある終端コイル又は巻線４との磁束鎖交との間の適合向上が可能となる。
【００５０】
図５と図６は磁束案内要素１０の他の構成を示す。区域又は第２空隙δ２自体は、例えばＬ形又はＺ形又は楕円形等の任意の幾何学形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】第１構成の磁束案内要素を有するリニアモータの第１実施形態を示す。
【図２】第２構成の磁束案内要素を有する図１によるリニアモータ一次部品の一部を示す。
【図３】第３構成の磁束案内要素を有する図１によるリニアモータ一次部品の他の一部を示す。
【図４】第４構成の磁束案内要素を有するリニアモータの第２実施形態を示す。
【図５】第５構成の磁束案内要素を有する図４によるリニアモータ一次部品の一部を示す。
【図６】第６構成の磁束案内要素を有する図４によるリニアモータ一次部品の他の一部を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１  リニアモータ、２  一次部品、３  積層鉄心、５  歯、７  二次部品、１０  磁束案内要素、Ｂ  幅、δ１、δ２  空隙、κel  導電率、μr  導磁率、τF  距離、τM  磁極ピッチ
【図１】
2009545940.tif 000003
【図２】
2009545940.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009545940.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009545940.tif 000008
【国際調査報告】
2009545940.tif 000009
2009545940.tif 000010
2009545940.tif 000011
2009545940.tif 000012
2009545940.tif 000013
2009545940.tif 000014