(57)【要約】  永久磁石により励起される電気機械の同期動作およびその損失特性を改善した、少なくとも１つの電磁石（４１、４２）と少なくとも１つの永久磁石（４４）が取り付けられた第１の能動部分（４０）と、多数の極歯（４５、４６）を有すると共に前記第１の能動部分（４０）と磁気的に協働する第２の能動部分（４３）とを備える電気機械を提供する。各歯の幅を移動方向（３）で測定すると共に、前記移動方向に対して横向きの範囲内で平均化したときに、電気機械の移動方向（３）に沿う極歯（４５、４６）は互いに不均等に間隔をおいておりおよび／又は相互に異なる平均幅を有している。この歯の幾何学形態は磁界の高調波に的確な影響を与える。第２の能動部分は、例えば単純な打抜き薄板部品として、低コスト化を図れる。
2009542167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電磁石（４１、４２）および少なくとも１つの永久磁石（４４）が取り付けられた第１の能動部分（４０）と、
多数の極歯（４５、４６）を有すると共に前記第１の能動部分と磁気的に協働する第２の能動部分（４３）と
を備える電気機械において、
歯のそれぞれの幅を移動方向で測定すると共に、前記移動方向に対して横向きの範囲内で平均化したときに、
前記極歯（４５、４６）は前記電気機械の移動方向（３）に沿って互いに不均等な間隔をおいておりおよび／又は相互に異なる平均幅を有している
電気機械。
【請求項２】
電動モータとして構成されている請求項１記載の電気機械。
【請求項３】
リニアモータとして構成されており、前記第１の能動部分（４０）はリニアモータの一次部分であり、前記第２の能動部分（４０）はリニアモータの二次部分である請求項２記載の電気機械。
【請求項４】
トルクモータとして構成されており、前記第１の能動部分はトルクモータのステータであり、前記第２の能動部分はトルクモータのロータである請求項２記載の電気機械。
【請求項５】
前記極歯（５２）は、前記第２の能動部分の第１の区域（５０）では移動方向（３）に沿って均等な間隔をおいており、第２の区域（５１）では不均等な間隔をおいている請求項１から４の１つに記載の電気機械。
【請求項６】
前記極歯（５２）は、前記第２の能動部分の第１の区域（５０）では移動方向（３）に沿って等しい平均幅を有しており、第２の区域（５１）では等しくない平均幅を有している請求項１から４の１つに記載の電気機械。
【請求項７】
前記移動方向に対して横向きの極歯の幅が不均等である請求項１から６の１つに記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの電磁石および少なくとも１つの永久磁石が取り付けられた第１の能動部分と、多数の極歯を有すると共に第１の能動部分と磁気的に協働する第２の能動部分とを備える電気機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは、典型的には、図１に模式的に示すような構造を有している。一次部分１が二次部分２の上方で移動方向３へ可動となっている。一次部分は、均等な幅と均等な間隔をもつ歯４を有し、該歯４の各々の回りにコイル５が巻き付けられている。これを一次部分１の集中巻きと呼ぶ。しかし、リニアモータのこの種の構造は、設計に起因する磁界の高調波が、モータの同期動作に悪影響を及ぼすという欠点を有している。
【０００３】
この欠点を回避すべく、一次部分が様々な幅の歯を有するリニアモータが開発されている。この種のリニアモータを図２に略示する。この図の一次部分１０は、広い歯１１と狭い歯１２を有している。各々の広い歯１１の回りにコイル１３が巻き付けられている。二次部分１４は永久磁石１５を有しており、従って、図１のリニアモータの二次部分２と構造的に同一である。各コイル間に小さい歯を備えるこのような型式のトルクモータは、特にドイツ特許出願公開第１０１２４４１５号明細書やドイツ特許出願公開第１０２４８７７１号明細書に記載されている。
【０００４】
図１と２のリニアモータの１つの欠点は、二次部分の製造に高コストを要し、移動区間全体に沿って高価な永久磁石が必要な点にある。このため、周知の如く、図３に略示するリニアモータが提案されている。該モータの構造は「Symplex技術」の名称で知られ、例えばドイツ特許出願第１０２００４０４５９９２．４号明細書に記載されている。この場合、一次部分２０は図１のリニアモータの場合と実質的に同じ構造を有し、該一次部分２０の歯２１の回りにコイル２２が巻き付けられている。しかし、二次部分２３の方を向いている一次部分２０の側は、永久磁石２４を追加的に装備している。移動区間に沿った磁束変化を実現すべく、二次部分は異形断面を有し、極歯２５を備えている。かくして、非常に長い移動区間について低コストな二次部分２３を製作できる。このリニアモータ構造の欠点は、やはり、移動方向に沿った妨害的な高調波や妨害的な推力リプルである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、推力リプルが低下し、又は作動時の高調波が低減しており、低コストで製造できる電気機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、この課題は、少なくとも１つの電磁石と少なくとも１つの永久磁石が取り付けられた第１の能動部分と、多数の極歯を有すると共に第１の能動部分と磁気的に協働する第２の能動部分とを備える電気機械により解決される。極歯は電気機械の移動方向に沿って互いに不均等な間隔をおいておりおよび／又は相互に異なる平均幅を有する。この際、各歯の幅は移動方向で測定されると共に、移動方向に対し横向きの範囲内で平均されている。
【０００７】
本発明による電気機械の高調波は、第２の能動部分の特別な薄板断面によって、簡単な方法で低減できる利点がある。そして一次部分の大きな歯に巻き付けをするときにも、小さい歯が邪魔になることがない。
【０００８】
本発明による電気機械は、電動モータ、特にリニアモータとして構成される。その際、第１の能動部分はリニアモータの一次部分、第２の能動部分はリニアモータの二次部分に相当する。そしてこの場合も、長い移動区間のために二次部分を非常に低コストで製作可能という格別な利点が成立し、同時に、二次部分の不均等な極歯により推力リプルを小さく抑えられる。
【０００９】
トルクモータも、本発明に基づく技術による利点を生ずる。それは、第１の能動部分がステータ、第２の能動部分がロータに相当するか、又はこの逆が成立するからである。
【００１０】
この電気機械の１つの好ましい実施形態の要諦は、第２の能動部分の第１の区域では極歯が移動方向に沿って均等な間隔、そして第２の区域では不均等な間隔をおいていることにある。これに準じて、極歯は第２の能動部分の第１の区域では移動方向に沿って等しい平均幅を有し、第２の区域では異なる平均幅を有し得る。この結果、例えばリニアモータの場合、リニアモータによって作動する工作機械が、加工用の移動領域では、工具交換用の移動領域とは異なる高調波を除去するようにできる。
【００１１】
場合によっては、極歯の幅を移動方向に対し横向きの方向において不均等に構成してもよい。かくして、第２の能動部分に要するコストを大きく増大せずに、推力リプルと高調波を低減できる。
【００１２】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に説明する実施例は、本発明の好ましい実施形態を示す。
【００１４】
最初に図４を参照しつつ、本発明によるリニアモータの構造の前段階に関し述べる。同図に示すリニアモータの構造は、基本的に図３のものに相当している。一次部分３０は、各々コイル３２で取り囲まれた歯３１を備えている。但し各コイル３２間に、図２のリニアモータの場合と同じく細い歯３３がある。この細い歯は、妨害的な高調波を取り除く役目をする。二次部分３４の方を向いた側では、一次部分３０に永久磁石３５が配置されている。二次部分３４は、均等に間隔をおいた均等な幅をもつ歯３６を有している。この種のリニアモータの構成は、妨害的な高調波を低減できるという利点を有するものの、細い歯３３があるために一次部分３０への巻き付けが難しい。しかも、細い歯３３が追加的に存在しているために、一次部分３０は図１や図３の一次部分に比べて長くなっている。
【００１５】
本発明によるリニアモータを図５に縦断面図で示す。一次部分４０の構造は、図３の一次部分２０の構造に相当する。均等な間隔をおいて成形した歯４１の回りに、コイル４２を巻き付けている。二次部分４３の方を向いた一次部分４０の側に永久磁石４４がある。このように、各コイル間に歯が存在しないので、一次部分４０は、図４の一次部分３０よりも小型になっている。
【００１６】
二次部分４３は、各々異なる歯４５と４６を有している。本例では便宜上、継続して交代する２通りの異なる幅をもつ歯だけを二次部分４３に設けている。しかし、移動方向３における歯の形状や歯の間隔は、所望のモータ特性が成立するよう、基本的にどの歯についても任意に選択できる。
【００１７】
図６は、本発明の更に別の実施形態に係わるリニアモータの二次部分４３の歯の概念図を示す。二次部分の第１区域５０では、移動方向３における第２区域５１とは異なる極歯構成を選択している。第１区域５０では、全部の歯が移動方向３で等しい幅をもち、等しい間隔をおいている。これらの歯は各々幅ｂ０を有すると共に、次の歯に対し間隔ａ０を有している。
【００１８】
二次部分の第２の区域５１では、隣接する歯５３、５４は各々の幅が異なっている。ここでは、歯５３は幅ｂ１、そして歯５４は幅ｂ２を有している。或いは、２つの隣接する歯が等しい幅を有していてもよい。その様子を図６に、各々幅ｂ２を有する歯５４と５５で図示している。隣接する歯の間隔も、等しいか又は異なっていてよい。本例では、歯５３と５４は、歯５４および５５と同様の間隔をおいている（間隔ａ１）。それに対し歯５５と５６はより短い間隔ａ２、そして歯５６と５７はより長い間隔ａ３で間隔をおいている。換言すると、第１の歯５４は隣接する第２の歯５５に対し、第２の歯５５がその隣接する歯５６に対して有する間隔（間隔ａ２）とは異なる間隔ａ１を有している。更に、図６の例に示す如く、各歯が異なる幅を持つ場合、これを次のように表現できる。即ち第１の歯５３は幅ｂ１を有し、それに対し隣接する歯５４は別の幅ｂ２を有している。
【００１９】
図６との関連で示している幅と間隔の記載は、移動方向３の長さに関する。一方、歯が移動方向３に対し横向きに不均等な幅をもつときは、移動方向に対し横向きの個別幅に関して平均された、移動方向における歯の平均幅を求めることができる。そしてこの平均幅について、上に挙げた規則を同じく適用できる。
【００２０】
こうして構成された二次部分は、例えば打抜かれた薄板又は中実部品から、非常に低コストに製造できる利点がある。そうすれば二次部分における歯の幾何学形態が一次部分の製造、特に歯への巻き付けに影響を及ぼすことがない。
【００２１】
二次部分の区域的に異なる構成により、妨害的な作用を位置に応じて除去できる。例えば工作機械の場合、加工領域における高調波に、工具交換が行われる領域とは異なる影響を与え得る。
【００２２】
適切な歯の幾何学形態により、例えば少ない推力リプルや一次部分の少ない傾きを実現し得るように、高調波に影響を与えることができる。それによって同期動作をはるかに改善し、損失を減少させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術に基づく、通常のリニアモータの縦断面図である。
【図２】従来技術に基づく、異なる幅の歯を備えるリニアモータの縦断面図である。
【図３】従来技術に基づく、永久磁石が一次部分に配置されたリニアモータの縦断面図である。
【図４】一次部分が異なる歯を有し、永久磁石を支持しているリニアモータの縦断面図である。
【図５】二次部分がさまざまに成形された歯を有している本発明のリニアモータの縦断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態に基づく歯の分布である。
【符号の説明】
【００２４】
３  移動方向、４０、４３  能動部分、４１、４２  電磁石、４４  永久磁石、４５、４６  極歯
【図１】
2009542167.tif 000003
【図２】
2009542167.tif 000004
【図３】
2009542167.tif 000005
【図４】
2009542167.tif 000006
【図５】
2009542167.tif 000007
【図６】
2009542167.tif 000008
【国際調査報告】
2009542167.tif 000009
2009542167.tif 000010
2009542167.tif 000011
2009542167.tif 000012