(57)【要約】  本発明は、電気機械（１、３）又はその二次部品（５、７）に関する。電気機械（１、３）は一次部品（９、１１）と二次部品（５、７）とを有し、一次部品（９、１１）は巻線（２１）と永久磁石（１７）とを有する。本発明によれば二次部品（５、７）が歯（１３）を有し、この歯（１３）は非成層型に形成される。本発明による電気機械又はその二次部品は、２５Ｈｚ以下の基本周波数での運転に適し、渦電流損を低く抑えたままで、簡単かつ安価に製造できる。【選択図】      図８
2008514168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯を有する電気機械（１、３）の二次部品（５、７）であって、該部品（５、７）の単数又は複数の歯（１３）が非成層型であることを特徴とする二次部品。
【請求項２】
二次部品（５、７）が歯支持体（１９）を有し、歯（１３）が歯支持体（１９）と一体に形成されたことを特徴とする請求項１記載の二次部品。
【請求項３】
二次部品（５、７）が歯支持体（１９）を有し、少なくとも１つの歯（１３）が結合手段（２９）によって歯支持体（１９）と結合されたことを特徴とする請求項１記載の二次部品。
【請求項４】
歯（１３）が  少なくとも２つの材料を含みおよび／又はダイカスト法又は粉末プレス成形法で製造されたことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の二次部品。
【請求項５】
歯（１３）が空洞を持ち、該空洞が鉄を含む材料で充填されたことを特徴とする請求項４記載の二次部品。
【請求項６】
歯（１３）が板（３３）で形成され、板（３３）が歯のプロフィルを定めることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の二次部品。
【請求項７】
歯（１３）が管（２５）からなることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の二次部品。
【請求項８】
一次部品（９、１１）と二次部品（５、７）とを有する電気機械（１、３）であって、二次部品（５、７）が歯を有するものにおいて、二次部品（５、７）の単数又は複数の歯（１３）が非成層型に形成されたことを特徴とする電気機械。
【請求項９】
請求項１乃至７の１つに記載の二次部品（５、７）を有することを特徴とする請求項８記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械の二次部品又は電気機械そのものに関する。電気機械は一次部品と二次部品とを有する。一次部品は電気巻線を有する。電気機械は例えば同期機、誘導機、ステッピングモータ等である。電気機械は、例えばリニアモータや回転運動を伴うモータ又は発電機であり得る。
【背景技術】
【０００２】
例えば独国特許出願番号第１０２００４０４５９９２．４明細書により公知の電気機械は、その二次部品が能動的磁界発生手段を有していない。この能動的手段は例えば永久磁石であり、又は通電可能な巻線でもある。永久磁石のない二次部品を有する永久磁石同期リニアモータでは、例えば一次部品は通電可能な巻線と永久磁石とを有し、二次部品は鉄含有材料からなる歯構造体を有し、二次部品の歯は一次部品の方を向いている。この出願明細書により受動的二次部品が公知であり、二次部品は成層型に形成されている。成層をなす二次部品の使用は支出を要し、製造に時間がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、電気機械の簡略化された二次部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このように簡略化された構成は、特にリニアモータにおいて望ましい。それは、リニアモータが、例えば運動方向におけるその寸法が運動方向における一次部品の寸法を数倍上まわる二次部品を有することがあるからである。
【０００５】
上記の課題は、例えば請求項１の特徴を有する電気機械の二次部品、又は請求項８記載の電気機械により解決される。従属請求項２乃至７と９は請求項１と８による各装置の発明的諸構成又は諸展開である。
【０００６】
電気機械の本発明に係る二次部品は歯プロフィルを有する。歯プロフィルは二次部品の横断面から得られ、歯プロフィルは歯によって形成される。二次部品の他に一次部品も有する作動可能な電気機械では、歯が一次部品に向き合っている。歯によって、一次部品は二次部品に対し少なくとも２つの異なる距離を持つ。二次部品はそれが非成層型に形成されるように構成されている。即ち二次部品は、特に成層鉄心の意味での相並んだ板を有さない。成層鉄心を形成するこのような成層は、特に渦電流の低減に役立つ。成層鉄心は特に一次部品においても使用される。歯プロフィルに関し付記するなら、歯プロフィルは、電気機械の運動方向に対して概ね垂直な長手方向の広がりを持つ歯で形成される。運動は直線運動でも回転運動でもよい。従って１つの歯は一種の横桁であり、その長手方向広がりに対し概ね垂直に複数の横桁と交差する横断面が歯プロフィルを明らかにする。
【０００７】
歯プロフィルは、それが様々なプロフィル形状、即ちジオメトリを有するように形成可能である。ジオメトリの例は長方形、三角形、正弦波形等である。
【０００８】
成層二次部品の製造は費用を要する。成層は、特に相隣接する境界面が電気機械の空隙によって形成可能な平面に対して垂直である板の積層に関しており、これは公知の成層鉄心の目印である。成層鉄心で生じるような積層構造のない二次部品の構成を使用することで、板の積重ねが不要なので二次部品の製造又は構成を著しく簡素化できる。この結果、二次部品を、例えば機台上に固着するための手段の簡素化が可能となる。
【０００９】
成層構成の二次部品は渦電流損が少ない。渦電流損は特に高周波数で現れる。周波数は電気機械の一次部品が供給し又は供給される交流の基本周波数に関係している。
【００１０】
電気機械は、例えば一次部品と二次部品を有し、一次部品が２つの磁界発生手段を有するように構成されている。二次部品は磁界発生手段なしに構成可能である。即ち一次部品は第１磁界発生手段と他の磁界発生手段とを有し、第１磁界発生手段は交流電圧又は交流電流を供給される。第１磁界を発生する第１手段は、例えば巻線である。励磁磁界である磁界を発生する他の手段は、他の、即ち少なくとも１つの第２磁界を発生可能な手段である。他の磁界を発生する磁界励磁は、好適には作動時変化がない、即ち一定である。他の磁界を発生するこのような他の手段は、例えば永久磁石又は特に定電流を印加される巻線である。他の磁界を発生する前記他の手段は、異極磁界励磁を発生する他の手段を多数有する。第１磁界を発生する第１手段は、例えばコイル巻線であり、コイルから流出又はコイルに流入する第１磁界は他の磁界を発生する他の手段（即ち第２、第３手段等）へと誘導され、他の磁界を発生する少なくとも２つの他の手段は第１磁界の磁界範囲内にあり、こうして両方の磁界の相互作用が生ずる。他の磁界を発生する前記他の手段は、互いに各々逆向きの多数の磁化方向を有し、かくして異極磁化を有する配置が実現する。
【００１１】
即ち、一次部品と二次部品を有し、一次部品が第１磁界を発生する第１手段を有し、二次部品が磁界案内手段を有する電気機械は、一次部品が少なくとも２つの他の磁界を発生する少なくとも２つの他の手段を有するよう構成され、第１磁界を発生する第１手段は、他の磁界を発生する他の手段に対し、第１磁界と他の磁界が重畳するように配置される。
【００１２】
電気機械をこのように構成すると、電気機械の二次部品は能動的磁界発生手段を備える必要がなくなる。しかし少なくとも二次部品は、該部品が電磁力を生成するために設ける部分領域に磁気活性手段を有さないように構成できる。この電気機械の二次部品は磁界案内手段を有するだけで足り、それ故に簡単かつ安価に作製できる。二次部品は渦電流を避けるべく、例えば成層型に形成できるが、この実施形態は費用を要する。一次部品と二次部品との形成に軟鉄部品が使用できる。これらの部品の成層は渦電流を減らす。
【００１３】
有利な実施形態では、二次部品の軟鉄部品を中実におよび／又は所謂鉄粉末プレス成形品として形成する。
【００１４】
本発明に係る二次部品の有利な１構成では、二次部品は歯支持体を有し、歯は歯支持体と一体に形成される。歯付き二次部品の一体的な構成に伴い単層構造となる。成層は特に一次部品で、交流の基本周波数が２５Ｈｚ超の場合に不可欠である。それは、渦電流損が周波数の増加に伴い上昇し、結果的に生じる電動力が低下するからである。従って、非成層型の二次部品は、主として２５Ｈｚ以下の交流周波数で作動する電気機械で使用するとよい。非成層型の二次部品の他の利用分野は、周波数の上昇又は電動機速度の上昇に伴う電動力の低下が駆動要求仕様書から許容されている電気機械に認められる。
【００１５】
主として２５Ｈｚ超の交流基本周波数での作動状態用の電気機械用二次部品は、成層式に構成し、又は渦電流抑制措置を施すとよい。
【００１６】
二次部品の他の１構成では、二次部品は歯支持体を有し、少なくとも１つの歯は結合手段で歯支持体と結合される。歯支持体は例えば支持板であり、これに歯が付けられる。歯は電気機械の運動方向を横切って長手方向広がりを有する故、歯は一種の横桁とも称し得る。支持板自体は、例えば機械の内部又は表面に二次部品を取付けるのに役立つ。このような機械の例は工作機械、生産機械又はマニプレータである。その際、支持板は特に機台上に組付ける。個別の支持板に歯を予め組付けることで、機械への組込が容易となる。歯支持体の他の１構成では、歯支持体は、特に電気機械がリニアモータとして組込まれる機械部分である。例えば機械の機台を歯支持体としても使用できる。歯を歯支持体上に取付ける結合手段として、数多くの結合方式を利用できる。例えばねじ結合、リベット結合、溶接結合、加圧結合、形状嵌合式結合等々である。
【００１７】
二次部品の歯は、例えば単一の材料から製造でき、この材料を合金や別の混合材料としてもよい。二次部品の製造方式と構造に応じ、歯の材料は歯支持体の材料と違えたり、同一としたりできる。二次部品製造方式の形態を以下に列挙する。
二次部品を金属板からフライス加工する。
二次部品をねずみ鋳鉄鋳造法で製造する。ねずみ鋳鉄の側面に仕上げ加工（例えばフライス加工、研削等）を施し、この側面を電気機械の場合一次部品に向き合わせ、空隙を形成するために用いる。
二次部品に複数の金属棒を設け、これら金属棒を歯支持体として機能する金属プレートに溶接および／又はリベット止めしおよび／又は螺着する。
二次部品に歯プロフィルを有する金属板を設ける。歯プロフィルは例えばエンボス加工法で金属板に設けることができる。エンボス加工前の金属板は特に平面状とする。
【００１８】
二次部品において、特に電気機械運動方向を横切る方向にも板により歯が形成され、この際板が歯プロフィルを有する場合、二次部品は１つの材料からでも材料の組合せからでも構成可能である。金属板（板）への歯プロフィルのエンボス加工は、このような二次部品を特別簡単迅速に作製するための１例である。エンボス加工で生じるスロットは、例えば軟磁性材料又は鉄とプラスチックの混合物で充填可能である。かかる混合物は管の充填材料としても使用できる。歯として使用する管は、特に長方形横断面を持つ。スロット又は管の充填は、例えばスロットの安定性を高めるだけでなく、特に磁気損失の減少をもたらす。プラスチックと金属との混合物の場合、磁気伝導性金属粒子をプラスチックで分離し、良好な磁気伝導率の下に渦電流は避け又は少なくとも減少できる。充填したスロットでは、充填した管でも、二次部品の歯は少なくとも２つの材料を含む。歯の充填物は磁束を案内すべく鉄を含み、充填に伴い、空隙は少なくとも縮小、又は完全に充填される。
【００１９】
エンボス加工された板や管が鉄製なら、それら自体が磁束の一部を案内する。薄肉板の場合、その肉厚は場合により全磁束を案内するのに不十分である。それは薄板が磁気的に飽和し、ために電動力に否定的に作用し得るからである。かかる場合、磁束案内のため軟磁性充填物、即ち「鉄含有」充填物を使用するとよい。他の１構成では、エンボス加工した板の磁気的機能は完全に省略できる。その際、エンボス加工した板又は管の壁は、磁束を案内するための磁気上重要な充填材料に対し、形状安定包装材料および／又は組付補助具又は固着補助具としてなお役立つにすぎない。例えばプラスチックからなる形状安定包装材料および／又は組付補助具又は固着補助具は、その場合例えばリニアモータの、二次部品の歯構造に作用する磁気推進・吸引力を吸収する手段としても役立つ。
【００２０】
他の１構成では、二次部品の作製工程の後、充填物はそれ自体機械的に強固で安定しており、形状安定包装材料は二次部品の作製中充填物用「型枠」としてのみ役立つ。充填物の硬化後に型枠は除去する。その結果、電気機械の空隙を小さく抑えられる。充填物は、例えば焼結プロセス後に硬化するフェライト材料からなる。
【００２１】
有利な１構成では、金属板をエンボス加工だけでなく、打抜き加工も施す。打抜き加工で、例えばねやリベットにより二次部品を固着するための孔を生成できる。
【００２２】
二次部品を構成すべく板を用いる場合、このために複数の板を重ね、又は１枚の板のみを使用し得る。複数の板の場合、板間の境界面は電気機械の空隙領域であり、空隙によって形成される平面と平行にある。
【００２３】
二次部品の渦電流損を減らすべく、二次部品を以下のように構成してもよい。一方で、少なくとも焼結歯を使用できる。付加的に歯支持体も焼結してもよく、その場合歯と歯支持体を一体に形成できる。焼結歯又は焼結歯支持体は、例えば粉末プレス成形法で製造できる。焼結技術を利用することで、渦電流損を低減できる。
【００２４】
渦電流損の低減は、他方でダイカスト法によっても達成できる。歯、歯支持体又は二次部品はダイカスト機でダイカスト品として製造できる。ダイカスト品用の材料として、金属粒子を富化したプラスチックを使用し得る。ダイカスト品は簡単かつ安価に製造可能である。歯と歯支持体との一体構造も簡単に実現できる。二次部品を機械ベッドに固着すべく、挿入部品として使用可能なダイカスト品もダイカスト法により射出成型できる。
【００２５】
本発明に係る二次部品は、上述の如く、他の特徴に従い、歯が少なくとも２つの材料からなるようにも構成できる。この構造は、例えば１つの歯が１つの管を有するようになし得る。この管は、例えば長方形横断面を有し、歯支持体で形成した平らな面に単純に取り付け可能である。管は特殊鋼やアルミニウムから予め作製しておいてもよく、管の肉厚は薄肉であるとよい。磁気損失に対処すべく、磁束を誘導する材料で管を充填し得る。充填材料用に、例えば鉄プラスチック混合物を使用できる。この結果、成層鉄心を省くにも係らず渦電流損を低減できる。管は、例えば溶接結合で歯支持体と結合できる。
【００２６】
二次部品の他の１構成では、二次部品は一種の樋を形成する歯を有する。樋の１例は１つの側面が欠落した長方形横断面の管であり、こうして管が樋となる。樋は歯として使用でき、管と同様に充填材料を充填され、樋の開口側面は、例えば歯支持体に隣接する。開口側面は一次部品の方に向けてもよく、その場合開口側面は歯支持体とは反対側である。
【００２７】
管も、樋も、歯によって空洞が形成された二次部品の例であり、空洞に充填された材料は金属、特に鉄からなる。
【００２８】
本発明は、電気機械の二次部品の他に、電気機械そのものにも関する。本発明による電気機械は一次部品と二次部品とを有し、二次部品が歯プロフィルを有し、二次部品の単数又は複数の歯が非成層型に構成される。成層は、特に板が互いに整列し、該整列が電気機械の空隙に対し少なくとも概ね垂直となった成層である。この電気機械では、有利には本明細書で既述のような又は以下で図に例示するような二次部品を使用する。
【００２９】
以下の図は電気機械二次部品の本発明に係る諸構成の例を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１はリニアモータの態様の電気機械１を示す。電気機械１は一次部品９と二次部品５からなる。一次部品９は、巻線２１、永久磁石１７および成層鉄心２３を含む。一次部品３の可能な運動方向を、電気機械の長手方向に延びる両方向矢印３７で示す。二次部品の横断面を図示すべく、矢印４１の方向に見た図２乃至図８の側面図を用いる。成層型に形成した一次部品９は、二次部品５に向き合う側面に永久磁石１７を有する。永久磁石１７は一次部品９上に、それらの磁化方向が交番するように取付けている。即ち永久磁石が発生する磁束は、空隙４３を横切って常にその向きが交番する。一次部品９と二次部品５の間の空隙が１つの空隙面を形成し、二次部品５が歯１３を有し、二次部品の歯１３がこの空隙４３に隣接している。この場合リニアモータである電気機械１の運動は長手方向３７で起きる。その際、一次部品９が固定され、二次部品５が移動するか、二次部品５が固定され、一次部品９が二次部品５上を移動するかである。巻線２１は第１磁界を発生するための第１手段、永久磁石１７は他の磁界を発生するための他の手段である。
【００３１】
二次部品５は歯支持体１９を有し、該支持体１９上に歯１３を形成している。歯状構造は側面図で明確になる。側面図は電気機械１の可能な運動方向３７を横切っており、電気機械の長手方向を表す。歯１３も長手方向を有するが、歯のこの長手方向は電気機械１の横方向３９に一致している。二次部品５の歯１３は歯支持体１９上に固定されている。横桁とも呼べる歯１３は、支持体１９上に例えば貼付け、ろう付又は溶接され、或いは固着手段を組合せて互いに結合されている。特に一次部品の巻線に通電される交流の基本周波数が低い場合渦電流効果は顕著でないので、成層は省略でき、例えば安価な中実部品を歯として使用できる。低い基本周波数は２５Ｈｚ以下の範囲内である。
【００３２】
図２はリニアモータの横断面図であり、横断面はリニアモータの運動方向３７と平行又はそれに沿って延びている。二次部品５は一体に形成され、歯１３を有する。一次部品９は永久磁石１７の他に巻線２１も有する。巻線は一次部品９の巻線歯１５を包込む。巻線の端巻線２２は弧により象徴的に示してある。
【００３３】
図３は、二次部品５の構造の他の例を示す。図３の二次部品が有する歯支持体１９上に歯１３を溶接している。歯１３は四角形管２５を有する。この管２５は充填材料２７で充填されている。充填材料２７は例えば鉄とプラスチック混合物である。例えば鉄又はアルミニウムからなる管２５は、溶接部２９で歯支持体１９と強固に結合される。
【００３４】
図４に示す歯１３は樋３１として形成され、樋３１に充填材料２７が充填されている。充填材料２７は、軟磁性材料を含み得る。
【００３５】
図５に示す二次部品５は歯支持体１９に当接する板３３を示す。図５は板３３を横断面図で示す。この横断面は、長方形横断面の歯１３を有している。
【００３６】
図６の二次部品５は歯支持体１９に接する板３３を備える。図６は板３３を横断面図で示す。この横断面は、波状横断面に構成された歯１３を有することを示している。
【００３７】
図７の二次部品５は、歯支持体１９に接する板３３を備える。図７は、板３３を横断面で示している。この図は、三角形横断面に構成された歯１３を有することを示す。
【００３８】
例えば図５〜７に示した歯の構造の違いに伴い、電動機特性は適切に調節および／又は最適化できる。最適化又は調節の目的は、例えば下記のとおりである。
障害となる係止力の低減、
誘導電圧中の高調波の低減、或いは
誘導電圧の「正弦波性」向上等。
【００３９】
横断面の違いは、上記の如く特別簡単には、エンボス加工された板の様々な波形状によって実現し得る。
【００４０】
図４〜７に示す歯は電気機械の運動方向を横切って長手方向広がりを有し、電気機械は相応する歯プロフィルのこのような二次部品を有する。歯のこの長手方向広がりは図４乃至図７に示していない。しかしそれは図８から明らかである。
【００４１】
図８に斜視図で示す二次部品５は長方形横断面の板３３を有し、板はねじ４５で歯支持体１９に固着されている。図８は歯１３の長手方向４７も示しており、歯１３の長手方向は二次部品５の長手方向３７に対し直角をなしている。
【００４２】
歯１３は側面成端部を備える。この側面成端部は、例えば空洞を形成し、該空洞内に充填材料２７が注入でき、充填材料が再び流出することはない。即ち充填材料を注入するための形状が生ずる。二次部品５の長手側正面にある側面成端部は、見易さのため図８には示してない。
【００４３】
電気機械が生ずる運動方向は直線又は回転にできる。図１〜図８は、長手方向３７での直線的運動に関する。図９は回転作動する電気機械３の横断面の一部を示す。該電気機械３は一次部品１１と二次部品７を有し、両部品は円形横断面を持つ。一次部品１１は、リニアモータの一次部品と同様に巻線２１、巻線歯１５および永久磁石１７を有する。二次部品７は歯１３を持ち、歯１３は一次部品１１から空隙４３で離間している。図９では、二次部品７を例示的に一体に形成している。歯１３は図示しない長手方向を回転軸線４７に沿って有し、歯は一種の横桁として構成され、その長手方向広がりに対し略垂直に複数の横桁と交差する横断面により、歯プロフィルを明らかにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一次部品に永久磁石を有するリニアモータの原理図である。
【図２】リニアモータの横断面図である。
【図３】リニアモータ二次部品の第１横断面図である。
【図４】リニアモータ二次部品の他の横断面図である。
【図５】二次部品の長方形にエンボス加工された歯プロフィルを示す。
【図６】二次部品の波状にエンボス加工された歯プロフィルを示す。
【図７】二次部品の波状にエンボス加工された歯プロフィルを示す。
【図８】歯支持体に螺着された歯プロフィルを示す。
【図９】回転電気機械における歯プロフィルを示す。
【符号の説明】
【００４５】
１、３  電気機械、５、７  二次部品、９、１１  一次部品、１３  歯、１５  巻線歯、１７  永久磁石、１９  歯支持体、２１  巻線、２２  端巻線、２３  成層鉄心、２５  管、２７  充填材料、２９  溶接部、３１  樋、３３  板、３７、４７  長手方向、３９  横方向、４３  空隙、４５  ねじ、
【図１】
2008514168.tif 000003
【図２】
2008514168.tif 000004
【図３】
2008514168.tif 000005
【図４】
2008514168.tif 000006
【図５】
2008514168.tif 000007
【図６】
2008514168.tif 000008
【図７】
2008514168.tif 000009
【図８】
2008514168.tif 000010
【図９】
2008514168.tif 000011
【国際調査報告】
2008514168.tif 000012
2008514168.tif 000013
2008514168.tif 000014
2008514168.tif 000015
2008514168.tif 000016
2008514168.tif 000017