JP2006514522A - 走行特性が最適化された多相交流機器 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｎ個のスロットとｍ個の電気的ストランドと集中巻または分布巻の巻線とを有する１次部と、磁極（２）を有する２次部（１）とを有する多相交流機器に関する。本発明では、コギングトルクおよび誘導電圧の高調波等の運転時に発生する妨害作用を最大限に減衰するために、磁極（Ｐ１〜Ｐ４）はジオメトリに基づいて配置され、極間ギャップ（６）および極対ギャップ（５）が適切に寸法決めされる。

Description

本発明は、次の形式の多相交流機器に関する。すなわち、Ｎ個のスロットおよびｍ個の電気的ストランドを有する１次部と、２次部とを有し、２次部には、それぞれ異なる極性の２つの磁極（２）を有する複数の極対（Ｐ１〜Ｐ４）が設けられている形式の多相交流機器に関し、とりわけ電気機械式の装置において駆動装置として使用されるか、または工作品を位置付けおよび加工するために使用される多相交流機器に関する。このような形式の多相交流機器の走行特性、たとえば走行の滑らかさおよび一定のトルク等は運転時に、構造に起因する妨害量の悪影響を受ける。

このような妨害量の１つに、コギングトルクがある。このコギングトルクはリラクタンス作用（リラクタンス＝パーミアンス値）に起因し、基本振動および高調波から成る。基本振動の周期性は、機器のジオメトリに依存する。高調波の周波数は、基本振動の整数倍である。コギングトルクは実際には、とりわけ運動の開始時に、２次部（可動部品）が１次部（固定部品）に対して相対的に位置を変える場合に、運動妨害を引き起こす。最も強く現れる高調波は主高調波とも称され、このような高調波に対して、該高調波の周期性を決定する所定の波長が割り当てられている。

別の妨害量に、ステータ巻線で誘導される電圧がある。このような誘導電圧は、鎖交磁束の変化によって引き起こされ、非正弦波の励磁場に起因して通常は、多かれ少なかれ高調波を伴う信号経過を有する。測定される誘導電圧の高調波成分は、その後に機器の作動中に発生し負荷の影響も受けて発生するトルクのリプルの尺度である。このリプルは多かれ少なかれ、機器によって行われる運動の精密度および該機器の寿命に影響し、ひずみ率を算出するための数式を介して、高調波成分を基本振動に対する比で表すことによってパーセンテージで求められる。

コギングトルクを低減するために、すでに種々の手法が開発されてきた。たとえば多極モータ、回転対称的モータおよび永久磁石励磁式のモータでは、斜行の磁化または段付きのロータ磁石を使用して、ステータのスロットを斜めに配置することにより、このような妨害量を低減することができる。しかし、このような手法は製造の手間を増大させる。というのも、付加的な処理ステップが必要となるので、製造コストが上昇するからだ。

コギングトルクを低減するための別の解決アプローチは、励磁場に関連する磁極間の間隔を変化させることである。この思想は、『Proc. ICEM 2000』（ヘルシンキ、Helsinki University of Technology、２０００年）第１２２１〜１２２６頁に掲載された『Reducing torque ripple in PM synchronous motors by pole shifting』（Bianchi, N., Bolognani, S. 著）および『Proc. ICEM 2000』（ヘルシンキ、Helsinki University of Technology、２０００年）第１３８４〜１３８５頁に掲載された『Design of permanent magnet motors with low torque ripples: a review』（W. Cai, D. Fulton, K. Reichert著）に詳述されている。まとめられた磁極でも、相互の配置を巧みに選択すれば、コギングトルクを低減することができる。この手法は、ＤＥ４１３３７２３Ａ１で使用されている。この公報で開示された回転磁界モータは８角形のロータを有しており、このロータの周部に磁極が分布されている。４つの極で１つのユニットが形成される。磁極の相互間の間隔は不均等である。全体で、それぞれ４つの磁極を有するユニットが２つ形成され、それらのコギングトルクは位相シフトされて相互に重なり合い、その結果として得られる機器のコギングトルクは低減される。ここに挙げられた解決手段では、コギングトルクの基本振動のみが考慮され、完全には補償されず、コギングトルクの高調波は考慮されない。また、この実施例で挙げられたロータの構成によって、エアギャップが不均等になり、構成の輪郭が対称的でなくなってしまうことも述べておきたい。不均衡が生じることにより、回転時に、周期的に重畳された妨害力が軸受けに対して発生する。小さいウェイトまたは孔によってこの不均衡を補償することにより、ベアリングの損傷を防止しなければならない。

ＤＥ４１３３７２３Ａ１で開示された構成はさらに、１次部の巻線で発生する誘導電圧に関しては検証されていない。しかし、とりわけジェネレータを実現する際には可能な限り正弦波状の出力電圧が望まれる。出力電圧の高調波成分が高くなるほど、純粋な正弦波からのずれが大きくなる。それに対してモータの場合、可能な限り高調波を伴わないトルクが必要とされる。『IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 6, No. 1』（１９９１年３月）掲載の、Jaime De La Ree および Nady Boules による『Magnet Shaping To Reduce Induced Voltage Harmonics In PM Machines With Surface Mounted Magnets』または『IEEE Transactions of Industrial Applications on Industry Applications, Vol. 28, No. 3』（１９９２年５月／６月）掲載の『Induced Voltage Harmonics Reduction of PM Cylindrical Machines』では、高調波成分を低減するための解決アプローチが議論されている。ここでは永久磁石励磁式モータのケースで、前記問題を解決するために、励磁磁石の寸法および形状を最適化する。無負荷時電圧の信号経過に対して、励磁磁石の形状を使用して影響が及ぼされることが公知である。こうするためにたとえば、放射状に磁化された皿形磁石が使用される。しかし特に、比較的大きなロータ直径の構成の場合、付着された皿形磁石を使用して誘導電圧を低減できない。というのも、このような皿形磁石によって渦電流損失が大きくなってしまうからだ。比較的大きなロータは、分割された安価な平形磁石によって実現することもできる。これによって、渦電流損失を制限することができるが、こうすると磁石形状の変化によってさらに増長されて、誘電電圧の高調波成分が発生してしまう。

磁石幅を介して、高調波を調整および低減することもできる。この解決アプローチは、ＥＰ１１３０７４７Ａ２でも行われている。ここでは、ステータに埋め込まれた磁石の両側とロータ軸との間で角度が定義され、この角度の大きさを変更することによって磁場の特性が調整される。こうすることにより、とりわけ誘導電圧およびコギングトルクが最適化される。しかし実際には、こうすることによって製造手順がジオメトリに依存し、面倒になるが、ここでの目的は、大量購入して多岐にわたる機器ジオメトリで使用することが可能な標準的な磁石を、該機器の寸法に依存せずに使用できるようにすることである。

本発明は当業者に対して、作動時に多相交流機器の妨害量を低減できる手法を開示することを目的とする。本発明の中心的な課題は、１つの妨害のファクタに制限することではなく、少なくとも２つの関連する妨害量を効率的に低減できる妥協案を見つけることである。製造技術上の手間と、このような手間によって発生する製造コストを、可能な限り低く抑えなければならない。

さらに本発明の課題は、永久磁石励磁式の多相交流機器を本発明にしたがって製造する際に、極を実現するための装置を提供することである。

工作品を加工（とりわけフライス加工、研削、穿孔）するために使用される電気機器では、本発明によって被加工部分の精度を向上し、ひいては製造公差を小さくしなければならない。

前記課題は本発明では、請求項１に記載された実施形態により、次の構成することによって解決される。すなわち、
ａ）すべての極対の極間ギャップ（６）は実質的に等しく、このためには２次部のすべての磁極が均等に分布されており、
ｂ）少なくとも１つの極対は極間ギャップ（６）を変えずに、すべての極対の等間隔の分布に対して、所定の間隔だけずらされている
構成によって解決される。

請求項１による本発明の利点を、以下に挙げる。
コギングトルクの基本振動がジオメトリに基づいて消去されると同時に、極対相互の配置および間隔における自由度を実現することによって、さらに該コギングトルクの高調波を減衰できること。このことは全体的に、発生したコギングトルクのスペクトラムに対して好影響を与える。
たとえば磁石にスロットを斜めに入れる製造ステップまたは磁石に段付けする製造ステップ等の個々の製造ステップを完全に削減でき、ひいてはコストを低減できること。
原則的にすべての機器タイプに対して適用できるので、コギングトルクを低減するための汎用的な手法が得られること。
コギングトルクを可能な限り効率的に低減するために最適化がなされるにもかかわらず、コギングトルクの他に、さらに誘導電圧の高調波も減衰させることができ、ひいてはトルクリプルも低減できること。

本発明では、上記の課題はさらに、請求項６に記載された実施形態を介して、次の構成によって解決される。すなわち、
ａ）すべての極対の極間ギャップ（６）は実質的に等しく、２次部のすべての磁極を均等に分布させることによって得られ、
ｂ）直接連続している極対はグループを形成し、
ｂ．１．１ 各グループ内の極対の数は同数であり、
ｂ．１．２ １つのグループに少なくとも２つの極対が含まれており、
ｂ．１．３ 少なくとも２つのグループが形成されており、
ｂ．１．４ 存在する極対はすべて極対グループに所属しており、
ｂ．１．５ グループは、２次部に沿って等間隔に分布されており、
ｂ．１．６ グループのすべての極対が、すべてのグループに対して統一的な所定の間隔および方向で、２次部に設けられたすべての極対の等間隔の分布に対して相互に相対的にずらされており、各グループ内の極対ギャップ（５）は実質的に等しい構成によって解決される。

請求項１に関してすでに記載された利点の他に、請求項６にて開示された解決手段は次のような別の利点を提供する：
コギングトルクの主高調波を完全に消去しないが可能な範囲で最良に減衰させる極間のギャップおよび極対間のギャップを計算することによって、目的に適って少なくとも２つの妨害影響が同時に低減および最適化されること。
極が輪郭対称的に配置されることによって不均衡が防止され、製造時に面倒なバランシング手順が削減されること。
システムは対称的な構成によって静的にも動的にも均衡状態にあるので、走行特性が改善されることにより、半径方向の力が低減されて、たとえばロータ軸受け等の早期の摩耗が防止されること。

したがって本発明の基本的思想となっているのは、磁極対の配置および極間ギャップおよび極対ギャップの寸法決めによって、コギングトルクに対しても誘導電圧の高調波に対しても有利な減衰を実現することである。この基本的思想は、すべての機器の種類に適用することができる。すなわち、たとえば外部ロータおよび内部ロータにも適用でき、リニアモータにも適用できる。磁極は２次部に固定することも組み込むことも、すなわち内設することもでき、後者の場合には、１次部と２次部との間に均等な機械的ギャップが形成される。多相交流機器のジオメトリおよび目的に応じて、本発明による効果を実現するためには、隣接する異なった極対間のギャップを増減する。回転対称性のシステムの場合、間隔をスロットピッチによって決定するのではなく、角度量によって決定することもできる。角度はここでは、ロータ円周の円セグメントを表し、間隔はこの円セグメントの弧長に相応する。リニアモータの場合、間隔は通常、極間の区間によって定義される。

本発明による解決手段は、コギングトルクまたは誘導電圧の特定の高調波に制限されない。作動時に発生した高調波および該高調波の強度はむしろ、１次部および２次部のジオメトリおよび構成に依存し、とりわけ機器のスロット／極比と、スロットピッチおよび極ピッチと、回転磁界巻線ないしは進行磁界巻線のコイル幅と、コイル係数と、極の実施形態（永久磁石の場合には、高さ、幅および形状）と、孔数と、ストランド数と、巻き方（集中巻または分布巻）と、巻線ないしはコイルグループ相互間の接続（並列、直列またはこれらの組み合わせ）とに依存する。したがって必要な極間ギャップおよび極対ギャップは、各機器ごとに改めて計算して、減衰すべき高調波ないしは所望の作用に適合しなければならない。必要な磁極カバー率（Polbedeckung）は、アプリケーションによって必要とされるトルクに依存し、非常に異なってくる。実際に実現可能な極間ギャップおよび極対ギャップは、必要な磁極カバー率によって予め決定され、得られたシフト帯域幅の枠内で、最適化のために最大限に利用される。

請求項６による回転対称的な多相交流機器は、スロット／極比が３／２（Ｎ＝１８およびＰ＝１２）の場合、次数がｋ＝５，７，１１などである誘導電圧の高調波が発生し、本発明による解決手段によって減衰されるように構成される。この場合、３つのスロットが１つの極対に配属されており、ｗ＝２π／３のコイル幅が選択される。このコイル幅は、スロットピッチにも相応する。６つの極対の１２個の極は、一定の極間ギャップ（スロットピッチの約３／２倍）を有する。構造に起因して発生したコギングトルクの第１８高調波は、極間ギャップが等しいので完全に消去される。その理由は、極の機械的間隔がスロットピッチの半分の整数倍（ｎ^＊ＰＩの電気的な角度。ここでは、ｎ＝１，２，３，４などである）に相応し、このような間隔は、２次部のすべての極を均等に分布することによって自動的に得られるからである。したがって第３６高調波は、スロット数Ｎ＝１８に依存してコギングトルクの主高調波として調整される。高調波の振幅の包絡線は、１／ｋの規則性に従っており、ｋは、考慮される高調波の次数を表す。ジオメトリが偏差すると、高調波および包絡線も偏差する。その際には極対ギャップは、個々の妨害影響を可能な範囲で最良に減衰するためにも最適化される。妨害影響が遮断されたものと見ると、格段に高い減衰値が得られるか、または完全な消去を実現することさえできる。請求項１は、コギングトルクに関連するこの目的を追求するための構成である。請求項６に記載された発明は、コギングトルクの低減にも、誘導された端子電圧のひずみ率の低減にも繋がる妥協案を提供する。

請求項２に記載された多相交流機器では、複雑な計算を行わずにロータ極対をモータの種類に依存して配置できる利点を提供する全般的な法則が開示されている。極対数および減衰すべき波長に依存して、実現すべき極対間の間隔を計算することができる。付加的に極対配置によって、１次部の巻線における誘導電圧の高調波が低減される。１次部と２次部との間の磁気的結合は最適化され、作動トルクに対して有利な影響を与える。磁極は、従来技術から公知となっているすべての磁化手法によって形成することができる。すなわち本発明による効果は、磁化手法にほぼ依存せずに、種々の多相交流機器に適用することができる。

請求項３によれば、基準極対Ｐ１を決定して回転対称性の配置を考察する場合、隣接する極対Ｐ２との間の角度間隔を３．７５°低減すると（回転方向は時計回り）、コギングトルクの第２４高調波が約２１％減衰されるという利点が得られる。

前記構成とは別に、請求項４にしたがって参照極対Ｐ１を考察し、隣接する極対Ｐ２との間の角度間隔を３．７５°低減し、隣接する極対Ｐ４との間の角度間隔を−３．７５°低減すると（回転方向は反時計回り）、約５０％という特に有利な減衰が実現される。

第２４高調波を完全に消去するためには、付加的に、請求項５にしたがって第３の極対Ｐ３を中間位置（７）から７．５°ずらす（回転方向は時計回り）。こうすることにより、コギングトルクの第２４高調波が実際にほぼ消去されるという、該構成の最大限の利点が得られる。

請求項７には、１８個のスロットおよび６個の極対を有する３／２の多相交流機器による本発明の具体的な実施形態が開示されている。他のすべてのスロット／極比も同様に考えられるが、その際には、極間ギャップおよび極対ギャップのみを新規に求めるだけでよい。この構成の利点は、１次部の巻線を実現することにある。ストランド数がｍ＝３である場合、３つの並列分岐が実現され、ひいては３つまでの異なる回転数が実現される。スロット数、極数、ストランド数およびコイル相互の結線（並列、直列またはこれらの組み合わせ形態）の選択に応じて、別の回転数を実現することもできる。

請求項８に記載された構成を考察すると、誘導電圧のひずみ率を約６８％低減するのに伴ってトルクの高調波が格段に低減され、コギングトルクは約３３％低減される。

それに対して、請求項９で提案された解決手段を考察すると、極対をずらすことによって、約６７％の誘導電圧のひずみ率の低減を実現し、かつ付加的に、コギングトルクを６１％低減することができる。最適化計算によって、機器ジオメトリに依存してずらす量を求めることができる。スロットピッチの数％の僅かな変位だけでも、所期の減衰値に格段に寄与することができる。次の表に、シフト角度と実現される減衰との間の関係が例示されている。

表１：請求項７にしたがって実現される実施形態

従属請求項１０〜１２には、本発明の別の具体的な実施形態が示されている。ここでは、ストランドが３つで２つの異なる回転数が実現される。というのも、２つの極対グループのみが存在するからだ。ここでも、この実施形態のために特別に計算された極対間隔を考慮することによってトルクの高調波を格段に低減し、コギングトルクが格段に低減される。

請求項１３によれば、励磁界を生成するために永久磁石を使用することによって、多相交流機器を比較的低コストで製造することができる。このような磁石は大量生産に適しており、組み立て装置によって自動プロセスで、本発明にしたがって２次部に装着される。励磁極を実現するためには、従来技術から公知であるすべての手法が考えられ、たとえば励磁巻線も考えられるが、算出された間隔を正確に実現することは、永久磁石を使用する場合には非常に単純に行うことができる。

請求項１４にしたがって極を形成するために複数の個別の磁石を使用する場合、ブランクの製造公差を補償することによって、極間のギャップおよび極対間のギャップをより正確に実現することができる。それによって、渦電流損失による２次部の加熱も低減される。

請求項１５に記載されているように、同期機の励磁極において、たとえば磁化されたリングまたは管を使用すると非常に高い精度が実現され、極を付着するのと比較して、本発明において実現すべき間隔を格段に正確に維持することができる。ここでは、従来技術から公知であるすべての磁化形態を使用することができ、たとえば平行、直径上、多極および放射状の磁化形態を使用することができる。この実施形態の特徴は、非常に狭幅の極間ギャップないしは極対ギャップを実現できることである。このことはたとえば、大きな磁極カバー率の場合に必要となることがある。このような高い精度の要求は、実際の適用から現れたものである。というのも小さなずれでさえ、すでに述べたように、減衰特性の影響が比較的大きくなるからである。

請求項１６に記載された斜溝によって、コギングトルクおよび誘導電圧の高調波をさらに調整することができる。同様のことが、（たとえば回転対称性のシステムの場合に）ロータ軸に沿って２次部の表面または表面下に永久磁石を段付きで取り付けする場合または斜めに取り付ける場合に当てはまる。その際、通常はロータ軸に対して平行に形成される極の長手軸は、ロータ軸に対して所定の角度で傾斜される。

請求項１７に記載された構成では、巻線の分布巻の取り付けと異なる、発生した誘導電圧の高調波に関する特別な構成が要求される。この取り付けでは、高調波をコイル幅およびコイルの接続によって調整する。しかしこの構成は、集中巻を使用する場合には利用できない。というのも回転対称性のステータの場合、各個別のステータ歯に独立した巻線が取り付けられ、この独立した巻線はジオメトリに依存して、所定の周波数に対して共振器のように影響するからである。本発明の基本的思想によって、このような高調波は完全に目的に応じて低減されるので、集中巻において誘導電圧に対して好影響が及ぼされる。

本発明による多相交流機器が、請求項１８記載のようにジェネレータとして使用される場合、理想的な正弦波に非常に近似する無負荷電圧が供給される。

請求項２０に記載された機具加工および成形加工用の機器の特に重要な条件は、作業過程の必要とされる精確な実施である。ここで例挙されるのは、自由成形面加工（輪郭のフライス加工、旋削、研削、研磨、レーザ加工、穿孔）および機具の精確な位置決めである。たとえば、球形のフライスによって行ごとに、完全な輪郭を形成する。機具の軌跡の間隔および精確な案内が、工作品の表面の質および品質を決定する重要な点である。機器の寿命が長いことも望ましい。このことは結果的に、メンテナンスコストの低減に繋がる。本発明によるモータは妥当な費用便益比率を実現しつつ、これらの高い要求を満たすので、加工機器を安価に製造できるようにする。

このような機器を製造するために必要な装置は、請求項２１および２２に記載された実施形態から実現される。請求項２１では磁化の製造プロセスが取り上げられており、２次部に取り付けられたブランクは、取り付け後に幾何的配置を考慮して磁化される。その利点は、取り付けプロセスをブランクの磁化が行われていない時点で行う方が、永久磁石を直接使用する場合よりも格段に簡単なことである。取り付けプロセス自体は、請求項２２で取り上げられている。励磁部の幾何的配置が決定されれば、該プロセスは大量生産で使用することができる。その実際の利点は、磁石を励磁部として使用すると、ブランクを２次部に付着または別の手法の取り付けする際にすでに、求められた極間ギャップ（１つの極対の２つの異なる極間の磁化されていない領域）および極対ギャップ（２つの極対間の磁化されていない領域）が自動的に、非常に正確に遵守されるということである。したがってこの製造ステップの後には、励磁極がすでに（たとえばロータ表面の）適正な位置に存在し、後処理は必要ない。本発明の別の有利な構成は、付加的に記載された従属請求項に開示されている。

図１〜６の図面はすべて、概略的または大まかに図示された略図であり、もっぱら、文章で記述された説明を図解するためのものである。図１は、本発明にしたがって構成されたロータの横断面を示しており、図２は、コギングトルクの成分、第２４高調波を単位円で示したベクトル図（Ｖ１〜Ｖ４）である。ベクトル（Ｖ１〜Ｖ４）に関連する極対は、（Ｐ１〜Ｐ４）によって示されている（図１を参照）。図３は、すべてのベクトルの重ね合わせを表している。図４は、請求項６に記載された極対のグループ分割を示している。図５は、２次部に取り付けられた磁化装置の相応のジオメトリを大まかに示した図である。図６は、Ｎ＝１８個のスロットを有する機器を例として、ストランド１つあたりのストランド数がｍ＝３で構成された分布巻の歯巻線の構成を示している。

図１は、本発明にしたがって製造されたロータ（１）を示している。ここでは実施例として、３：２（ステータにあるスロットの個数／ロータの極数）の比を有する回転対称性の３相交流モータが選択されている。ステータは１２個のスロットを有し、ロータの周部には、周部にわたって均等に分布された８個の永久磁石（（２）、４個はＳ極であり、４個はＮ極である）が設けられている。これらによって、励磁場が生成される。もちろん、励磁場を励磁巻線によって生成することもできる。その際、励磁巻線は本発明では、ロータ（１）に配置される。作動に不可欠なステータ（ここでは図示されていない）の構成は、従来技術から公知のものである。ステータの巻線は、ストランド数がたとえばｍ＝３である極巻線として形成される。この構成における孔数を計算すると、１２／（２×４×３）＝０．５となる。ロータ（１）には永久磁石（２）が取り付けられており、この永久磁石（２）がＮ極またはＳ極を形成する。異なる極性の隣接した２つの極（２）によって、各１つの極対（Ｐ１〜Ｐ４）が形成される。極対（Ｐ１〜Ｐ４）の両極（２）の間隔は、ロータ周部にわたって均等分布されている場合、４５°と一定になっている。このような構成によって、コギングトルクの第１２高調波が消去される。すべての極対（Ｐ１〜Ｐ４）の間隔も、ここでは極（２）が均等分布されているので一定になっている。ここで、極対Ｐ１を基準極対として選択し、該極対Ｐ１のロータ上の位置は変化しないものとする。同様のことが、反対側の極対Ｐ３にも適用される。請求項１に示されたように、６×ｐ（６×極対の数）からコギングトルクの主高調波を計算すると、この選択された構成では、主高調波として第２４高調波が得られる。ここで、図示された極対Ｐ２は請求項１に示された数式によれば、第２４高調波の波長の＋１／４ずれている。すなわち、極対Ｐ１とＰ２との間の角度間隔は３．７５°低減されている。ロータではこのことは、Ｐ２が時計回りにずれることに相応する。極対Ｐ４は、第２４高調波の波長の−１／４ずらされているので、極対Ｐ１とＰ４との間の角度間隔も３．７５°低減されている。このことはロータにおいて、反時計回りにずれることと同一視される。

図２は、図１に示された極対シフトの作用を単位円で表した図である。ベクトルＶ２の位相を波長のα_ｖ，ｐ＝（２−１）／４＝＋１／４ずらすことは、該ベクトルがベクトルＶ１に対して＋４５°進むことを意味する。ベクトルＶ４をα_ｖ，ｐ＝（３−１）／４＝＋３／４ずらすこと、ないしは簡略化すると波長の−１／４ずらすことは、ベクトルＶ４がベクトルＶ１に対して４５°遅れることを意味する。ベクトルＶ３の位相は、ベクトルＶ１の位相に対して変化されないままである。

すべてのベクトル（Ｖ１〜Ｖ４）の重ね合わせが、図３に示されている。数学的に正の回転は、単位円では反時計回りの回転に相応し、機械的には、このモータの具体例では時計回りの回転に相応する。それに対して数学的に負の回転は、単位円では時計回りの回転に相応し、機械的には、このモータでは反時計回りの回転に相応する。概観的に理解できるようにするために図１〜３の概略図では、理解するのに必要な詳細のみが示されている。ここで、ベクトル２および４が消去されるのが理解できる。というのも、これらのベクトルは単位円において、相互に逆位相であるからだ。それに対して、ベクトル１および３は加算される。これらは相互に同相であるからだ。両ベクトルの和Ｖ_ｒｅｓによって、この選択された構成におけるコギングトルクが解として得られる。このコギングトルクは、極対シフトを伴わないロータ構造に対して５０％低減されている。

図４は、極対（Ｐ１〜Ｐ１２）を区間ｓに沿ってどのように分布するかを示している。この構成によって、図６に示された本発明による解決手段が実現される。極対（Ｐ１〜Ｐ１２）はそれぞれ、Ｐ＋連続番号によって識別される。極（８，９）の異なる色は、極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の極（８，９）の異なる極性を表す。これは、リニアモータの構成要素（１０）ととるか、または、ロータ軸に対して平行に切開された（切断線はＡ‐Ａ’）回転対称性の機器のロータ周部の線形表示（１０）ととることができる。いずれの場合にも、励磁場を生成するために永久磁石（８，９）が使用される。ここに示された例では、２４個の極（８，９）が設けられている。区間ｓに沿って均等分布される場合、すべての極（８，９）において極間ギャップ（６，ｓ／２４）は等しく調整される。１２個の極（８，９）はＮ極として形成され、１２個の極はＳ極として形成される。それぞれ、異なる極性の相互に隣接する２つの極（８，９）で１つの極対Ｐ１〜Ｐ１２が形成される。したがって、極対ギャップ（５）もまずは、ｓ／２４で一定に設けられている。それぞれ３つの極対（Ｐ１〜Ｐ３，Ｐ４〜Ｐ６，Ｐ７〜Ｐ９，Ｐ１０〜Ｐ１２）で１つのグループＧ１〜Ｇ４が形成され、各グループの幅はｓ／４である。グループ（Ｇ１〜Ｇ４）内の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の極間ギャップ（６）は縮小されて示されており、本発明による効果が顕れるように最適化されている。この構成の基本的思想は、任意の数の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）に適用できるが、条件は、すべての極対（Ｐ１〜Ｐ１２）がグループ（Ｇ１〜Ｇ４）に所属しており、すべてのグループ（Ｇ１〜Ｇ４）が統一的な数の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）を有しておりかつ少なくとも２つの極対を含むことである。したがって、極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の数は必ず、グループ（Ｇ１〜Ｇ４）の数によって余りなく割り切れるようにしなければならない。

図５には大まかに、磁化装置（１１）の界磁極が２次部（１０）の磁石ブランクに相応に配置されるのが示されている。こうすることにより、２次部の磁石ブランクは本発明によって交番的に磁化される。この図示内容で重要なのは、磁化極間のギャップが２次部の極間ギャップ（６）および極対ギャップ（５）と一致することである。ここに示された矢印は、磁界（１２）を表している。界磁ユニットのこのような構成によって、種々の磁化原理が考えられる。この例では、平行な磁化が示されている。

図６は、１つのストランドに対して２つのコイル（歯１＋４；７＋１０および１３＋１６）が設けられた初期巻線の構成を概略的に示している。ここではスロット数はＮ＝１８であり、個々の初期巻線の結線は、ここでは示されていない。自由な歯は、別の２つのストランドに割り当てられており、ストランド１と同様に巻回されている。歯は、番号１〜１８によって識別される。

本発明にしたがって構成されたロータの横断面を示している。 コギングトルクの成分、第２４高調波を単位円で示したベクトル図（Ｖ１〜Ｖ４）である。 すべてのベクトルの重ね合わせを表している。 請求項６に記載された極対のグループ分割を示している。 ２次部に取り付けられた磁化装置の相応のジオメトリを大まかに示した図である。 Ｎ＝１８個のスロットを有する機器を例として、ストランド１つあたりのストランド数がｍ＝３で構成された分布巻の歯巻線の構成を示している。

符号の説明

Ｐｘ 極対番号ｘ、ｘ＝１〜４（請求項１）ないしは１〜１２（請求項６）
Ｖ１〜Ｖ４ コギングトルクの第２４高調波のベクトル１〜４
Ｖ５ Ｖ１〜Ｖ４を加算して得られるベクトル
１ ロータ横断面（２次部、請求項１）
２ 極の横断面
３，４ 極対Ｐ２およびＰ４の静止位置からのシフト角度
５ 極対ギャップ
６ 極間ギャップ
７ 極対の中心軸、ここではＰ３
８ 極性１を有する極
９ 極性２を有する極
１０ ２次部（請求項６）
１１ 磁化装置の断面（大まかに示されている）
１２ 磁界方向
ｓ 極が均等分布された区間
ｓ／４ グループが占有する区間

Claims (22)

1. 多相交流機器であって、
   Ｎ個のスロットおよびｍ個の電気的ストランドを有する１次部と、２次部（１）とを有し、
   ２次部（１）には、それぞれ異なる極性の２つの磁極（２）を有するｐ個の複数の極対（Ｐ１〜Ｐ４）が設けられている形式のものにおいて、
   １．１ 極間ギャップ（６）は、すべての極対（Ｐ１〜Ｐ４）において実質的に等しく、２次部（１）においてすべての極（２）を均等分布することによって形成され、
   １．２ 少なくとも１つの極対（Ｐ１〜Ｐ４）は、極間ギャップ（６）を変えずに、すべての極対の等間隔の分布に対して所定の間隔（５）でずらされていることを特徴とする多相交流機器。
2. スロット／極比がＮ／Ｐ＝３：２である場合、極対（Ｐ１〜Ｐ４）ｐは、均等分布で与えられた静止位置に対して、コギングトルクの第６×ｐ次の主高調波の波長の約α_ｖ，ｐ＝（ｖ−１）／ｐ倍（３，４）だけずらされることにより、極対ギャップ（５）は低減または増大され、ここではｖ＝１・・・ｐである、請求項１記載の多相交流機器。
3. Ｎ＝１２個のスロットおよびｐ＝４個の極対（Ｐ１〜Ｐ４）を有するモータの場合に、基準極対Ｐ１に隣接する極対Ｐ２は、コギングトルクの第２４高調波の実質的に＋１／４倍ずらされることにより、Ｐ１とＰ２との間の極対ギャップ（５）が低減される、請求項２記載の多相交流機器。
4. 付加的に極対Ｐ４が、コギングトルクの第２４高調波の波長の−１／４倍ずらされることにより、Ｐ１とＰ４との間の極対ギャップ（５）が低減される、請求項３記載の多相交流機器。
5. Ｐ１に対向する極対Ｐ３が静止位置から、コギングトルクの第２４高調波の波長の＋２／４倍ずらされる、請求項４記載の多相交流機器。
6. 多相交流機器であって、
   Ｎ個のスロットおよびｍ個の電気的ストランドを有する１次部と、２次部（１０）とを有しており、
   ２次部（１０）には、それぞれ異なる極性の２つの磁極（８，９）を有する複数の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）が設けられている形式のものにおいて、
   ６．１ すべての極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の極間ギャップ（６）は実質的に等しく、２次部（１０）においてすべての磁極（８，９）を均等分布することによって形成され、
   ６．２ 直接連続する極対（Ｐ１０〜１２）でグループ（Ｇ４）が形成されており、
   ６．２．１ 各グループ（Ｇ１〜Ｇ４）内の極対（Ｐ〜Ｐ１２）の数は同数であり、
   ６．２．２ １つのグループ（Ｇ４）には少なくとも２つの極対が含まれており（Ｐ１０〜Ｐ１１）
   ６．２．３ 少なくとも２つのグループ（Ｇ３，Ｇ４）が設けられており、
   ６．２．４ 存在する極対（Ｐ１〜Ｐ１２）はすべて、極対グループ（Ｇ１〜Ｇ４）に所属しており、
   ６．２．５ 該グループ（Ｇ１〜Ｇ４）は、２次部（１０）に等間隔に分布されており、
   ６．２．６ グループ（Ｇ１〜Ｇ４）のすべての極対（Ｐ１〜Ｐ１２）が、２次部（１０）に存在するすべての極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の等間隔の分布に対して相対的に、すべてのグループ（Ｇ１〜Ｇ４）において統一的な所定の間隔（５）および方向でずらされ、各グループ内の極対ギャップ（５）は実質的に等しくなっていることを特徴とする多相交流機器。
7. Ｎ＝１８個のスロットおよびｐ＝６個の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）を有する機器の場合、それぞれ２つの極対（Ｐ１０〜Ｐ１１）で１つのグループ（Ｇ４）が形成される、請求項６記載の多相交流機器。
8. グループ（Ｇ１〜Ｇ４）内の極対（５）の間隔は、スロットピッチ（歯幅＋スロット幅）の約３／１０倍である、請求項７記載の多相交流機器。
9. グループ（Ｇ１〜Ｇ４）内の極対（５）の間隔は、スロットピッチの約１／４倍である、請求項７記載の多相交流機器。
10. Ｎ＝１８個のスロットおよびｐ＝６個の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）を有する機器の場合、それぞれ３つの極対（Ｐ１０〜Ｐ１２）で１つのグループ（Ｇ４）が形成されている、請求項６記載の多相交流機器。
11. グループ（Ｇ１〜Ｇ４）内の極対（５）の間隔は、スロットピッチの約１／５倍である、請求項１０記載の多相交流機器。
12. グループ（Ｇ１〜Ｇ４）内の極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の間隔は、スロットピッチの約１／６倍である、請求項１０記載の多相交流機器。
13. ２次部（１０）の磁極（８，９）は、永久磁石によって実現される、請求項１から１２までのいずれか１項記載の多相交流機器。
14. 極対（Ｐ１〜Ｐ１２）の一方の極（８，９）のみが、少なくとも２つの小さな個別磁石から形成されている、請求項１３記載の多相交流機器。
15. 磁極（８，９）は、２次部（１０）に取り付けられ各部分ごとに請求項１〜１２にしたがって永久磁化された材料によって実現されている、多相交流機器。
16. 多相交流巻線を装着するための極（８，９）および／またはスロットはモータ軸に対して斜めに配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の多相交流機器。
17. 集中巻として構成されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の多相交流機器。
18. ジェネレータである、請求項１から１７までのいずれか１項記載の多相交流機器。
19. モータである、請求項１から１７までのいずれか１項記載の多相交流機器。
20. モータの使用方法において、
    請求項１９記載のモータを、機具加工および成形加工用の機器で使用し、一般的にはオートメーション技術のための駆動装置において使用することを特徴とする使用方法。
21. 磁化ヘッドを有する磁化機具において、
    磁化ユニット（１１）は、２次側（１０）に取り付けられた極（８，９）に相応して配置されていることを特徴とする、請求項１３〜１５にしたがって２次部（１０）を製造するための磁化機具。
22. 取り付け機具において、
    取り付け装置は、２次部（１０）のジオメトリに相応して構成されていることを特徴とする、請求項１３〜１５にしたがって２次部（１０）に磁極（８，９）を取り付けるための取り付け機具。

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