(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次部及び２次部を有する同期リニアモータであって、該２次部の長さはリニアモータの移動方向において１次部の長さより大きく、その際に１次部は回転子溝を、単相または多相の回転子巻線を収容するために有し、２次部はＮ極及びＳ極として作用するそれぞれ２つの極の組を有する一列の永久磁石からなる形式のものにおいて、
１次部（１０）の前後の端面領域（１１、１２）は溝の形成をされず巻回されず、少なくとも部分的に次のように傾斜を付けられる、すなわち、
空隙平面に対して垂直に延在する傾斜の付けられた面（１１ａ、１２ａ）の傾斜角（β）が、１次部（１０）の前後の端面領域（１１、１２）で、モータの長手軸線（１３）に関して次の式、
β＝arctan（ｂ／τp）
に従って選択され、上式中、
β  １次部（１０）の前後の端面領域（１１、１２）の傾斜を付けられた端面（１１ａ、１２ａ）の傾斜角
ｂ  １次部（１０）の電気的作用幅
τp  ２次部（２０）の極（２１、２２）の極分割であることを特徴とする同期リニアモータ。
【請求項２】
１次部（１０）の回転子溝（１４）が、１次部の長手軸線（１３）に対して９０°とは異なる傾斜角を有することを特徴とする、請求項１記載の同期リニアモータ。
【請求項３】
１次部（１０）の回転子溝（１４）が、１次部の長手軸線（１３）に対して垂直に方向づけられていることを特徴とする、請求項１記載の同期リニアモータ。
【請求項４】
２次部（２０）のそれぞれの極の組（２１、２２）の間の極空隙（２４）が、２次部の長手軸線（２３）に対して９０°とは異なる傾斜角を有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の同期リニアモータ。
【請求項５】
１次部（１０）の端面（１１、１２）の傾斜角（β）が、２次部（２０）の磁極（２１、２２）に角度δで傾斜を付ける際に、次の式
β＝arctan（ｂ／τp）±δ
に従って選択され、上式中、
β  １次部（１０）の前後の端面領域（１１、１２）の傾斜を付けられた端面（１１ａ、１２ａ）の傾斜角
ｂ  １次部（１０）の電気的作用幅
τp  ２次部（２０）の極（２１、２２）の極分割
δ  ２次部（２０）の磁極（２１、２２）の傾斜角であり、この傾斜角は、磁極（２１、２２）を１次部（１０）の端面（１１、１２）の傾斜付けの方向に傾斜を付ける際には正の符号によって、また、磁極（２１、２２）を１次部（１０）の端面（１１、１２）の傾斜付けの反対方向に傾斜を付ける際には負の符号によって上記の式に使用される、
であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の同期リニアモータ。
【請求項６】
２次部（２０）のそれぞれの極の組（２１、２２）の間の極空隙（２４）が、変化する空隙幅（ｓ）を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の同期リニアモータ。
【請求項７】
２次部（２０）のそれぞれの極の組（２１、２２）の間の極空隙（２４）が、２次部の長手軸線（２３）に対して垂直に方向づけられていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の同期リニアモータ。
【請求項８】
導磁性の材料からなる付属部材（１００）が、１次部（１０）の前後端部に対して設けられており、各付属部材（１００）の空いた端面（１１０）は少なくとも一つの傾斜を付けられた面（１１１）を有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の同期リニアモータ。
【請求項９】
付属部材（１００）が、リニアモータ（１）の移動方向（矢印３０）に対して垂直に向けられた強磁性の薄板から形成されていることを特徴とする、請求項８記載の同期リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念記載の同期リニアモータに関する。この形式の同期リニアモータは米国特許第４９０８５３３号明細書から公知である。
サーボモータとして使用される高級な同期モータは、できる限り均一な障害のない動力展開を有さなくてはならない。回転型同期モータにおいては周期的な動力の揺らぎ（“動力のリップル特性”）の原因として、実質的に固定子の溝の形成が問題となる。この動力のリップル特性及び他のすべての、溝の形成によって発生した駆動軸でのモーメントに及ぼす作用を補償するために、通常は回転子極あるいは固定子極は、溝の幅にわたって傾斜が付けられる。
同期リニアモータにおいてもまた、米国特許第４９０８５３３号明細書から、動力のリップル特性の低減のために、極に、巻回された１次部の溝の幅にわたって傾斜が付けられることが公知である。１次部の端面の辺は平面図においては１次部の溝に対して平行に延在しているので、公知の方法で溝に傾斜を付ける場合には極の前後の端辺で傾斜付けが生じる。さらに、ヨーロッパ特許出願公開０３３４６４５号公報から公知の、動力のリップル特性を低減するための別の可能性は次のことにある。すなわち、同期リニアモータの１次部のコアを強磁性ディスクとして形成し、リニアモータの空隙において、コイルを、ディスクの端面領域が空隙コイルを越えて突出し、リニアモータの中心長手軸線の領域において段を形成するように配置するのである。
円周に関して無限に継続する回転型同期モータとは異なって、同期リニアモータは特別な特徴として始点及び終点を有する。始点及び終点における移行部には、同期リニアモータの場合には周期的なモータ端部動力が移動方向に生じる。このモータ端部動力はリニアモータの移動に障害的に作用する。しかもモータ端部動力はリニアモータがモータの位置に応じて磁極を異なってカバーしていることにより生じる。ここでは有利な位置が存在し、この有利な位置においてリニアモータの蓄積された磁気エネルギーが特に大きい。その場合、リニアモータをこのような有利な位置から動作させるには、付加的な動力消費を必要とする。リニアモータが磁極の有利な位置へ移動するための力は、“磁極力”と呼ばれる。磁極力はモータの定格出力の２０％にまで達する。各磁極の上に有利な位置が存在する。磁極力はゆえに周期的に磁極まで延在しており、そのことが“極のリップル特性”と呼ばれる、モータ力の障害を導く。磁極力はモータ電流には依存しないので、受動的な力であり、この力は無電流状態においても存在する。磁極力は仕事をしない。なぜなら磁極力は、交互にリニアモータの移動方向と移動方向の反対とに作用するからである。動作中には、磁極力はモータ電流によって発生した力に加算される。磁極力は溝力とは共通点を有さない。この溝力によって磁極の辺及び固定子溝が互いに作用しあう。
前記の“極のリップル特性”は、従来の同期リニアモータの動作の不正確を導く。そのことは特に、このようなモータを精密サーボモータとして使用する際に不都合である。
本発明の課題は、これに対して、冒頭に言及された形式の同期リニアモータにおいて移動精度を高めることにある。
この課題は、本発明により、請求項１の特徴部分によって解決される。
本発明による同期リニアモータの有利な構成と別の実施形態は下位請求項から得られる。
本発明による同期リニアモータにおいては、２つのモータ端部に磁極の幅の分だけ傾斜が付けられている。傾斜が付けられたモータ端部領域は溝の形成もされず巻回されてもいない。溝力の抑圧のための公知の手段とは異なって、本発明においては巻回されたリニアモータの領域は全く変更されない。本発明により２つのモータ端部に磁極の幅分だけ傾斜を付けることによって、リニアモータの表側における磁極力の寄与に対して、リニアモータの裏側における、正確に正反対の同一の大きさの磁極力の寄与が存在する。磁極力を完全に補償するために、モータ端部に、磁極の全幅にわたって傾斜を付けることが必須である。端部の傾斜付けが全幅より小さく、あるいは全幅より大きく行われると、磁極力の補償は不完全となる。このことは、次のことの原因である。すなわち、溝障害の低減のために冒頭に言及された溝の傾斜付け、及び、溝と接続された平行なモータ端部におよそ溝分割一つ分にわたる傾斜付けは、極のリップル特性の問題を解決しないことの原因である。通常は３つないし６つの溝がリニアモータの磁極をカバーしているが、そのことは、公知のように一つの溝に傾斜を付けることにおいて、単に磁極の３分の１ないし６分の１にわたってモータ端部に傾斜を付けることにしか相応しない。
１次部の溝の幅分の２次部の磁極の傾斜付けが、溝の形成に起因する動力のリップル特性の補償のために設けられているかぎり、本発明による１次部の端面の傾斜付けは、磁極の傾斜付けにまで拡大あるいは縮小されなければならない。このことは、磁極が、１次部の端面と同一の方向に傾斜を付けられているか、あるいは１次部の端面の傾斜付けの反対方向に延在しているかによる。
本発明による磁極の幅にわたって傾斜が付けられたモータ端部領域は巻線を有さず、ゆえに溝を形成される必要もない。最良の効果は、１次部の端部の２次部に対する傾斜付けが滑らかな平面を形成し、この平面がリニアモータの空隙と同一の空隙を有する場合に得られる。
本発明を、図における実施例に即して詳しく説明する。これらの図は、
図１  本発明による同期リニアモータの第１の実施例を図解した平面図
図２  本発明による同期リニアモータの第２の実施例の平面図であり、このリニアモータにおいては、図１に対して２次部の極空隙に傾斜が付けられている
図３  本発明による同期リニアモータの第３の実施例の平面図であり、このリニアモータにおいては、図１に対して回転子溝に傾斜が付けられている
図４  本発明により形成された、１次部の前後端部に対する付属部材の斜視図
を示している。
図１においては、本発明により構成された同期リニアモータ１の平面図が示されている。このリニアモータは通常の方法のように、１次部あるいは回転子１０と２次部２０とから成っている。リニアモータ１の移動方向３０は矢印３０によって示されている。移動方向３０における１次部１０の長さは２次部２０の長さより短い１次部１０は積層薄板体１６を含む。この成層鉄心１６は、平行に互いに延びている回転子溝１４を有し、この回転子溝１４から図１においては２つの回転子溝１４だけが破線で積層薄板体の左端に示されている。回転子溝１４の長手軸線は、図１による実施例においては、１次部１０の長手方向に対して垂直に延びている。回転子溝１４には２相あるいは３相の回転子巻線１５がはめ込まれている。この回転子巻線は図示しない方法で２相あるいは３相の交流電圧によって励磁される。
例えば定置の２次部は、移動方向３０に順次配置された多数の永久磁石から成り立っている。この永久磁石はそれぞれＮ極２１及びＳ極２２を有している。それぞれの幅Ｗを有する極の各組２１／２２の極２１、２２の間には、空隙幅ｓを有する狭い極空隙２４が存在する。極空隙２４の長手軸線は、図１による実施例においては１次部１０の長手軸線１３に対して垂直であり、回転子溝１４の長手軸線と同様に方向づけられている。
回転子巻線１５の励磁の際に電磁力が誘導され、この電磁力は、例えばキャリジの下に定置された１次部１０を矢印３０の方向へ、定置された１次部２０に関連して移動させる。１次部１０の移動変化はその場合に、一次部１０の励磁のための２相あるいは３相の交流電圧の周波数に関係して同期している。そのことによって、このタイプのリニアモータは同期リニアモータという名称を有する。
本発明により、１次部１０の積層薄板体１６の端面領域１１、１２は溝を形成されずに形成され、磁極２１、２２の幅Ｗ分だけ長手軸線１３に関連して傾斜角βを形成することによって傾斜が付けられている。端面１１、１２の傾斜付けは、図１に示されているように、全端面１１ａ、１２ａか、あるいは付属部材１００に即して図４に示されているように、その一部分のみかに関係する。溝を形成されていない付属部材１００は積層薄板体１６の軸方向の各端部に装着されている。このことによって積層薄板体１６を従来の方法で溝１４及び巻線１５によって製造することができる。各付属部材１００は、１次部１０と２次部２０との間の空隙平面に対して垂直に積層化されている。その際、積層薄板の配向は有利には積層薄板体１６の方向と一致する。図４による実施例においては、端面１１０が傾斜を付けられた平面部分１１１及び傾斜を付けられていないまっすぐな平面部分１１２を有する。その際に、平面部分１１１と１１２との間には、三角形の平面を有する水平方向の段部１１３が存在する。傾斜を付けられた平面部分１１１の高さは、例えば、１次部１０と２次部２０との間の空隙の高さの５倍よりも大きい。端面１１ａ、１２ａ（付属部材１００においてのみでなく、積層薄板体１６の一体の構造においても設けることができる）をこのように部分的に傾斜を付けることは、積層化された付属部材１００の機械強度を高めることができる。付属部材１００が直接に長方形の積層薄板体１６の端部にねじで固定されるように付属部材１００を形成することができる。さらに付属部材１００を、積層薄板体１６もまた固定されているのと同じ（図示しない）機械部材に固定することもできる。この場合、積層薄板体１６に対する（図示しない）固定孔が付属部材１００にまで延長される。
積層薄板体１６の端部を一体に形成する場合には、溝を形成された積層薄板体１６の個別のコア薄板は、異なる長さの、溝を形成されていない突出部を有することができる。個別の薄板を積層薄板体１６に接合した後に、異なる長さの突出部から、１次部１０の傾斜を付けられた端部が生じる。１次部１０の傾斜を付けられた端部を得るために、個別薄板を個別に短くすることが製造技術的にあまりにも面倒な場合には、傾斜付けは完成した積層薄板体１６のフライス切削を用いても製造することができる。この場合には、また、傾斜付けが積層薄板体１６の高さの一部にしかわたらないとしても充分である。このことは、図４において付属部材１００に対して示されているのと同様である。
図２に示されている本発明による同期リニアモータの別の実施例においては、２次部２０の磁極２１、２２が、溝の形成に起因する動力のリップル特性の補償のために、移動方向３０に対する垂線に対して角度δの傾斜を付けられている。この磁極２１、２２の傾斜付けは、図２に示されているように、１次部１０の端面１１、１２に傾斜を付ける方向に行うことができる。しかし同様に、図示しない方法によっても、磁極２１、２２の傾斜付けを、１次部１０の端面１１、１２に傾斜を付けるのと反対の方向に設けることもできる。磁極２１、２２を角度δで端面１１、１２の傾斜付けの方向に傾斜を付ける場合には、端面１１、１２の傾斜角βは磁極２１、２２の傾斜角δ分だけ拡大される。磁極２１、２２を端面１１、１２の傾斜付けの反対の方向に傾斜を付ける場合には、端面１１、１２の傾斜角βは傾斜角δ分だけ縮小される。１次部１０の端面１１、１２の傾斜角βに対して、２次部２０の磁極２１、２２の角度δで傾斜を付ける場合には、次の関係が成立する。
β＝arctan（ｂ／τp）±δ
上式中、
β  １次部１０の前後の端面領域１１、１２の傾斜を付けられた端面１１ａ、１２ａの傾斜角
ｂ  １次部１０の電気的作用幅
τp  ２次部２０の極２１、２２の極分割
δ  ２次部２０の磁極２１、２２の傾斜角であり、この傾斜角は、磁極２１、２２を１次部１０の端面１１、１２の傾斜付けの方向に傾斜を付ける際には正の符号によって、また、磁極２１、２２を１次部１０の端面１１、１２の傾斜付けの反対方向に傾斜を付ける際には負の符号によって上記の式に使用される、
ことを意味する。
図２による回転子溝１４及び図３による極空隙２４の長手軸線の傾斜付けを一緒に使用することもできることが理解される。更に、空隙２４の傾斜付けに代えて、あるいはこのような傾斜付けに加えて、空隙幅ｓを一定に保つ（図１から３においてそうであるように）のではなく、連続的に変化させて、極空隙２４を円錐形にすることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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