JP2008515376A - 多角形状の電気機械 - Google Patents

Abstract

多角形状に構成した電気リニアモータ。横磁束巻線（１６）を備えた１次部分（４）は、永久磁石（４４）を有する２次部分（８）を取り囲んでいる。この場合、空隙面（５０、５１）又は巻線（１６）は多角形状に配置されている。

Description

本発明は、多角形状の横断面を備えた電気機械に関する。この電気機械は直線運動を生ずる。リニアモータはこの種の電気機械の一例である。リニアモータは発電機としても使用できるので、本発明の電気機械はリニア発電機にも係る。電気機械は１次部分と２次部分とを有している。以下で電気機械とは、１次部分が２次部分に対して、或いはその逆の関係で直線運動可能であるような電気機械のことを言う。本発明は、更に、多角形状の横断面の、電気機械の１次部分にも係る。

機械工学およびプラント工学では、リニアモータは電気的なダイレクトドライブとして重要性を増している。動的制御が可能であり、位置決め精度が高く、制御可能な加速および速度、移動距離が長いことといったその利点は他の駆動手段を凌駕するものである。

電気機械の１次部分は巻線を有し、巻線に通電することで、励磁場との相互作用によって２次部分に対する１次部分の運動又はその逆の運動を可能にさせる可変磁場を生ずる。励磁場は、例えば２次および／又は１次部分に取り付けた永久磁石により発生させる。

リニアモータの多くの使用例では、部分的に送り力を増大させることが要求される。送り力を増大させる方法は、第２の１次部分を使用することで単一櫛歯型リニアモータを二重櫛歯型リニアモータへ拡張させて送り力を２倍にすることにある。２つの１次部分を使用する利点は、構造長さを増大することなく送り力が２倍になることである。

例えば庁内書類番号１０３２９６５１．４の独国特許出願から、多角形状の横断面を有するリニアモータが知られている。この構成によりコンパクトな構造で高い送り力が可能である。リニアモータの１次部分は、多角形状に配置される複数個の積層鉄心と、周回するように延びている巻線コイルとを備える。この構造で積層鉄心に作用する法線力は、積層鉄心を取り囲む担持構造部により吸収される。担持構造部の構成は複雑であり、電気機械の構造空間を増大させる。積層鉄心は異なる多数の積層鉄心から組み立ててモジュール状に複数個の１次部分を形成させ得る、出力の異なる各種モータを簡単に製造できる。このようなリニアモータは構造形状が短く、高い送り力を特徴としている。

本発明の課題は、小形で、上記欠点を抑えた電気機械を提供することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１又は８に記載の構成を備えた電気機械により解決される。従属項２〜７および９〜１１は本発明の有利な構成を記載している。更に、本発明の課題は、請求項１２、１６、２０、２１に記載の装置によって解決される。従属項１３〜１５および１７〜１９および２２と２３は本発明の他の有利な構成を示す。

本発明は、構造長さが短くかつ高出力の電気機械（特にリニアモータ）を提供する。この場合、出力範囲の広いモータパレットを簡単に且つ低コストで実現できる。積層鉄心の積層高さにより、薄板断面幾何学と相俟って、例えば異なるモータ長さを達成でき、よって異なる出力を達成できる。

本発明において、電気機械は特にリニアモータであり、電気機械は１次部分と２次部分とを有し、１次部分が磁場を発生する巻線、２次部分が磁束を案内する手段を有し、１次部分と２次部分の間に空隙面が形成された前記電気機械において、１次部分の巻線および／又は空隙面が多角形状に配置される。

電気機械は、磁気的に活性な少なくとも２つの空隙面を有するとよい。この際、磁気的に活性な各空隙面に、１つ又は幾つかの巻線を割り当て得る。磁気的に活性な空隙面は、有効磁束の案内のため並びに送り力の形成のために設ける。割り当ては、１次部分の巻線と連動する磁束の案内に関与する。即ち当該空隙面は、特に磁気的に活性であり、動力を形成する機能を果たす。空隙面は有利には平面であり、湾曲していない面である。１次部分が空隙を介して２次部分から切り離され、しかも空隙は有利には少なくとも１つの多角形辺に対し長手方向（運動方向に相当）において少なくともほぼ同じ長さを有しているので、結果的に空隙面が生じる。この場合空隙面は、空隙内で１次部分の辺にも空隙内で２次部分の辺にも関与する。種々の空隙面が多角形状に配置されている。磁場を案内するための手段の一例は、積層鉄心である。

電気機械は、磁場を発生する他の手段をも備える。該他の手段は、励磁場を発生するために用いる。前記他の手段は１次部分か２次部分に配置されている。電気機械の励磁場、よって励磁束は、例えば永久磁石を用いて発生させる。永久磁石は、例えば電気機械の２次部分に取り付ける。電気機械の他の構成では、永久磁石は電気機械の１次部分に取り付ける。即ち１次部分も２次部分も、永久磁石又は励磁場を発生させるための前記他の手段を備え得る。

１次部分の巻線および／又は空隙面の多角形状配置は、１次部分の積層鉄心の、このために適した薄板断面により実現するとよい。多角形形状には、空隙内での引きつけ磁力を積層鉄心によって吸収できる利点がある。薄板断面の１つの薄板に対し一体の構成を設ければ、薄板断面の形状の閉構造の機械的剛性が高くなるという更なる利点が生ずる。

薄板として、横断面にて一体に形成された薄板を有している積層鉄心以外に、横断面にて複数個の薄板を有する横断面も実施可能である。これから得られる利点は、例えば１次部分の巻回がより簡単になる点である。

他の構成では、多角形は開口している。これから１次部分の開口した積層鉄心が得られるので、多角形又は積層鉄心の開口辺を、例えば２次部分の案内又は台架式支持のために利用できる。

上述した、１次部分の巻線および／又は１次部分の空隙面の多角形状配置の場合、更に吸引力の少なくとも一部を相殺できるという利点が得られるので有利である。

本発明による電気機械は、次のように実施可能である。即ち、
ａ）１次部分を電気機械の外側領域、２次部分を電気機械の内側領域に各々配置するか或いは、
ｂ）１次部分を電気機械の内側領域、２次部分を電気機械の外側領域に各々配置する。

上記実施形態ａ）の場合には、１次部分が少なくとも部分的に２次部分を取り囲む。上記実施形態ｂ）の場合には、２次部分が少なくとも部分的に１次部分を取り囲む。電気機械は直線運動させるべく設けるので、１次部分又は２次部分を取り囲むことは、各電気機械の縦方向拡がりの一部範囲のみに関係する。両実施形態の場合、１次部分を直線運動させるべく設けるか、２次部分を直線運動させるべく設けるかである。

他の構成では、励磁場は通電したコイル又は巻線によっても発生させ得る。

巻線を多角形状に配する場合、該巻線を特に次のように位置決めするとよい。即ち有効磁束の全部又は少なくとも大部分を電気機械の一部分の運動方向に対し横方向に指向する面内で案内すべく位置決めする。これから横磁束型配置が得られる。電気機械の一部分の運動方向は、２次部分に対する１次部分の運動方向、又は１次部分に対する２次部分の運動方向であり、少なくとも１つの相対運動である。

多角形状の縦磁束型配置構成を持つ電気機械と異なり、多角形状の横磁束型配置構成の場合、１次部分の積層鉄心に作用し、１次部分の巻線の通電および／又は永久磁石の励磁場によって生じる力は、薄板断面内で打ち消せる。縦磁束型配置構成の特徴は、磁場が１次部分又は２次部分の運動方向に対し横方向に閉じるのではなく、１次部分の運動方向又は２次部分の運動方向に沿って閉じることである。運動方向に対し平行な面内で案内される磁束は、縦磁束型配置構成の場合、有効磁束である。有効磁束は、１次部分の巻線と交差する磁束である。このように指向するこの有効磁束は、縦磁束型磁気回路を形成する。縦磁束型配置構成における電気機械の１次部分の積層鉄心の薄板の積層方向は、運動方向に平行である。発生する法線力はモータの積層鉄心だけでは吸収できない。それ故、多角形状に配置した積層鉄心を周囲の担持構造により保持せねばならない。

本発明の電気機械では、横磁束型配置構成を選択する。横磁束型配置構成の特徴は、磁場が１次部分又は２次部分の運動方向に沿ってではなく、１次部分の運動方向又は２次部分の運動方向に対し横方向に閉じることである。運動方向に対し横方向の面内で案内される磁束は、横磁束型配置構成の場合、有効磁束である。有効磁束は、１次部分の巻線と交差する磁束である。このように指向した有効磁束は、横磁束型磁気回路を形成する。

例えば独国特許第１０００３８５１号明細書に開示されたリニアモータの古典的構成と並んで、本発明による多角形状の構成がある。この構成によれば、２次部分に対する１次部分のガイドおよび／又はその逆のガイドをこれら部分中に一緒に組み込んだリニアモータを実現させ得る。即ち、本発明で、ガイドを１次部分および／又は２次部分の中に一緒に組み込む。

リニアモータ又はトルクモータのようなダイレクトドライブは、案内のために、例えばリニアガイドや回転運動用に設計した軸受を必要とする。ダイレクトドライブを機械に取り付ける際、１次および２次部分を備えたリニアモータ自体、ガイド、そして例えば測定システムのような幾つかの構成要素を互いに組み合わせねばならない場合がよくある。その結果、ダイレクトドライブは大抵の場合ビルトインモータである。リニアモータの場合には、例えば２つのガイドを用いて１次および２次部分のような構成要素を間隔を持って保持し、その際１次部分と２次部分は両ガイドの間に設ける。

このような構成は非常に複雑であり、大きな取り付け空間を必要とする。以下では電気機械、特にリニアモータを改良した構成について説明する。

１次部分と２次部分とガイドとを有する電気機械は、ガイドを少なくとも部分的に１次部分および／又は２次部分内に組み込んだように構成可能である。これにより非常にコンパクトな構成を実現できる。これは特にリニアモータに係る。

ガイドとして異形レールをガイドレールとして使用するのがよく、この場合ガイドレールにより同時に電気機械の２次部分も形成できる。

改良した構成は、１次部分と２次部分を持つ電気機械においても得られる。この際、
ａ）１次部分が２次部分の少なくとも一部分を部分的にのみ取り囲んでいるか、或いは
ｂ）２次部分が１次部分の少なくとも一部分を部分的にのみ取り囲んでいるか、
の何れかである。この場合、特に例えばガイドレールのようなガイドは少なくとも部分的に１次部分および／又は２次部分内に組み込む。部分的に取り囲むことで、コンパクトな構成を実現できる。この構成は、部分的な取り囲みによりガイド機能を実現すべく利用してもよい。ガイドは電気機械の２次部分に対する１次部分の相対運動に関与する。

電気機械の有利な構成では、２次部分を少なくとも１次部分の台架式支持に併用する。従って、１次部分を例えば機械（例えば工作機械又は生産機械）に取り付け得る。このため、リニアモータ用に機械にガイドを予め取り付ける必要がなくなる。

例えばガイドおよび２次部分のような単一要素の組み合わせ又は組み込みにより、特に１次部分および２次部分と、両部分のガイド（２次部分に対する第１部分のガイド又はその逆）とを有する電気機械一式を製造し得る。運動測定用の測定システムもこの電気機械の中に組み込まれているので有利である。かくしてモータ一式を製造できる。なお、他の有利な構成では、測定システムをガイドに一緒に組み込む。

リニアモータの上述の構成は、ガイドを１次部分又は２次部分に一緒に組み込んでいるという利点がある。この組み込みにより、例えば２次部分上の永久磁石を磁気トラックとして使用でき、測定システムのための磁気トラックを設けずに済むのも有利である。

１次部分と２次部分とを有する電気機械の１次部分であって、該部分が磁場を発生する巻線を有し、２次部分が磁束を案内する手段を備える前記電気機械の１次部分は、本発明によれば、１つの実施形態において、１次部分により溝状の受容部が形成され、溝状の受容部が２次部分の少なくとも一部分を受容すべく設けられているように形成可能である。即ち、１次部分の構成と２次部分の構成とは、一方の部分が正の形状を有し、他方の部分がこれに対応する負の形状を有し、これら形状が電気機械の中で互いに対向して配置されるように互いに整合する。

溝状の受容部を、２次部分に対し１次部分をガイドするためのガイド手段として用いるとよい。ガイドは、１次部分がリニアガイドのころ循環ユニットおよび／又はボール循環ユニット内に組み込まれるように構成し得る。

ガイドがころ又はボール等の可動部材を備えた軸受をベースにしていないなら、ガイドを滑り軸受により実現してもよい。この変形実施形態では、１次部分は２次部分に対する接触領域を有し、該接触領域は特に溝状の受容部の領域にあり、例えば１次部分は接触領域に滑動促進表面を有する。これとは別に、２次部分が滑動促進表面を有していてもよい。他の構成では、１次部分も２次部分も滑動促進表面を備える。

しかし、他の構成では、電気機械の１次部分の代わりに、２次部分も１次部分に対応して成形可能である。この場合、２次部分は溝状の受容部を有し、該溝状の受容部は１次部分の少なくとも一部分を受容するために設ける。

１次部分に対応して、２次部分においても、溝状の受容部は２次部分に対し１次部分をガイドするためのガイド手段として有効に使用できる。

他の構成では、２次部分にリニアガイドのころ循環ユニットおよび／又はボール循環ユニットを組み込む。これは構成がコンパクトな点で有益である。

ころ循環ユニット又はボール循環ユニットを１次部分又は２次部分の中に組み込んでいない場合には、１次部分又は２次部分も、例えば２つのころ循環ユニットの間、或いは２つのボール循環ユニットの間に位置決め可能である。これは構造空間の増大は伴うが、構成がより簡潔になるという利点がある。

簡潔な構成は、既に１次部分に関し述べたように、滑り軸受を使用することにより得られる。滑り軸受は少なくとも１つの滑動促進表面を有す。この滑動促進表面は、例えば１次部分および／又は２次部分にあり、接触領域に関与する。

即ち、２次部分が１次部分に対する接触領域を有し、該接触領域が溝状の受容部の領域にあるとき、例えば２次部分の滑動促進表面は１次部分と２次部分との接触領域にある。

例えば滑動層や滑動フィルムにより形成した滑動促進表面は、軸受としての機能性以外に、他の機能をも果たす利点がある。この他の機能とは空隙としての機能である。

電気機械は１次部分と２次部分とを備える。１次部分と２次部分とは、従来は、１次部分と２次部分の間に空隙が存在するように互いに位置決めされている。空隙を形成するには、１次部分および／又は２次部分のガイドが必要である。スペーサーとして用いるこの種のガイドを用いて、１次部分を２次部分から間隔をおいて配置する。これは、回転型電気機械の場合、例えば２次部分である回転子の支持により可能である。回転型電気機械の場合にも、またリニアモータ（勿論電気機械でもある）の場合にも、１次部分に対する２次部分の運動範囲全体にわたり空隙を一定に保持せねばならないので、ガイドに対し、製造公差に関し高度な要求が課される。これは、１次部分に対する２次部分の位置に関係なく、電気機械が常に同じ特性、特に電磁力（ＥＭＫ）の発生に関する特性を示すために必要である。一定の大きさの空隙を保持することは煩雑である。特に、長い移動距離を有し得るリニアモータの場合はそうである。

空隙は非常に小さいので、例えば１次部分と２次部分の間、即ち空隙内に外乱異物が侵入しないような処置をとることも必要である。異物は、特に空隙の大きさにほぼ相当する大きさ、或いは空隙の大きさを上回るような大きさを有している場合に障害となる。例えばカバーによる構造的処置や、清掃装置による構造的処置によっても、異物が空隙内に到達しないようになし得る。空隙内の異物の問題は、特にリニアモータの場合に生じる。と言うのはリニアモータの場合、ステータとロータとを有する回転型電気機械と比べて、空隙が露出した位置にあるからである。

１次部分と２次部分の間に一定の間隔を簡単に確保しおよび／又は１次部分と２次部分との間の空間、即ち空隙の汚染をも簡単に減らそうとするなら、１次部分と２次部分とを有し、１次部分が２次部分側に辺を有し、２次部分が１次部分側に辺を有し、これらの辺が磁場の出入のために設けられた電気機械の場合、１次部分が少なくとも部分的に２次部分に対し接触領域で接するようにすればよい。この接触領域は、電気機械の１次部分と２次部分との互いに対向しあう少なくとも１つの辺であり、この場合これら辺のうちの少なくとも１つは磁場の出入のために設けられている。

磁場の出入のために設けた１次部分又は２次部分の辺は、磁気的に活性な辺である。即ち電気機械は、１次部分が少なくとも部分的に２次部分の磁気的に活性な辺と接触するように構成でき、この際２次部分は、例えば常に磁気的に活性な永久磁石を有する。

電気機械は、１次部分が巻線を有し、２次部分が永久磁石を有するように構成できる。巻線と永久磁石の何れでも磁場を発生させ得る。これら磁場は１次部分および／又は２次部分から出入し、各々対向部材を介して閉じる。１次部分に対しては、２次部分に対する接触が通電可能な巻線を有する領域において、少なくとも部分的に行なわれる。

磁場を出入させて電磁力ＥＭＫを得るべく設けた接触領域で１次部分と２次部分を接触させることで、１次部分と２次部分との間隔を一定に保持可能である。１次部分の２次部分側の辺が滑動促進表面を有しおよび／又は２次部分の１次部分側の辺が滑動促進表面を有し得る。滑動促進表面を形成すべく、例えば滑動層や滑動フィルムを用い、この際空隙全体又はその一部の代わりに滑動層や滑動フィルムを設け得る。空隙は、電気機械の１次部分と２次部分の間の領域であり、電磁力ＥＭＫの発生に寄与する領域である。空隙内には、２次部分又は１次部分から出て対向する他方の部分へ入る磁場が延びている。滑動層は、空隙の機能の点で、空気で充填された空隙と同じ値μ_Rを有する利点がある。滑動層は、その構成の点では、フォイル（滑動箔）として形成できる。これには、フォイルの損傷時に簡単に新たなフォイルと交換できる利点がある。他の構成では、滑動層は片面の被膜である。可能な被膜材は、例えばポリテトラフルオロエチレンである。滑動層は、滑動特性に優れ、特に圧力安定で耐摩耗性があるような材料である。

他の有利な構成では、例えば滑動箔のような滑動層は交換可能であり、その結果滑動層は汚染時又は欠損時に新たな滑動層と簡単に交換できる。

１次部分が優先方向に力を形成すべく設けた巻線を有しているとき、明確に調整可能な、２次部分への１次部分の片側の磁気的吸引力を利用することで、２次部分に対する１次部分の滑動挙動を適宜調整できる利点がある。この調整は、例えば滑動層の厚さを種々選択することで行う。１次部分と２次部分の間の第１の面にある滑動層が、１次部分と２次部分の間の他の面にある滑動層よりも薄いとき、第１の面の領域での磁気的吸引力は前記他の面の領域での吸引力よりも大きい。この異なる吸引力に基づき、２次部分に対する１次部分の所定の位置決めを行える。

リニアモータの他の実施態様では、前記溝状の受容部は多角形状の横断面を持つ。この場合、リニアモータの１次部分か、２次部分の何れかが溝状の受容部を有する。１次部分が溝状の受容部を有するなら、２次部分は、該２次部分が溝状の受容部に嵌合して１次部分と２次部分との間に空隙が生ずるように形成される。２次部分が溝状の受容部を有するなら、１次部分は、該１次部分が溝状の受容部に嵌合して１次部分と２次部分との間に空隙が生ずるように形成される。空隙は、実際に空気をおよび／又は空隙の機能性を存続させるべく空気の電磁特性にほぼ相当する材料を含有する。

溝状の受容部は開口部を有し、該開口部は、リニアモータの場合、リニアモータの運動可能な方向に直線状に延びる。この開口部は溝穴とも呼べる。電気機械、特にリニアモータの他の構成は、前記開口部が溝状の受容部の横断面の外側の長さの半分よりも小さい幅を持つことで生ずる。この際、前記溝穴の幅は、溝状受容部の横断面の開口部の幅、即ち溝状の受容部の縦方向拡がりに対し横方向における前記開口部の幅に相当する。横断面の外側の長さは、溝状の受容部の縦方向拡がりに対し横方向における溝状の受容部の横断面に該当する。なお、前記長さはこの横断面の外側輪郭によって定まる。

本発明による電気機械は、２次部分および１次部分の何れかを位置不変に取り付けるように構成可能である。

１次部分および／又は２次部分に組み込まれた溝状の受容部を有する電気機械は、その電磁的構成に関し種々に形成可能である。本明細書で上述したように、２次部分は、例えば永久磁石を備えている。他の変形実施形態では、２次部分は、永久磁石の代わりに、例えば積層して形成したロック部を備える。

次に、本発明の実施形態を図面に基づきより詳細に説明する。

なお、図７〜１２は、特にリニアモータの原理的な電磁構成形態をも示しており、これらの電磁構成形態は、例えば図１６〜図２３に図示した構成形態とは異なっている。全体的に、図面には本発明による電気機械の種々の特徴を示しており、これらの特徴は互いに組み合わせることができるが、種々の多様な組み合わせは図示していない。

図１は、１次部分４と２次部分８を有する電気機械１を示す。１次部分４と２次部分８の間には空隙２７があり、空隙面５０、５１を多角形状に配置している。空隙面５０、５１は多角形の辺５０と５１に相当している。１次部分４の多角形辺を５０、２次部分８の多角形辺を５１で示す。電気機械１は直線運動を行うものであり、従ってリニアモータおよび／又はリニア発電機である。１次部分が位置固定して位置決めされているか、２次部分が位置固定して位置決めされているかに応じ、２次部分又は１次部分の一方が直線運動を行う。図１では、２次部分８を直線運動させており、二重矢印で２次部分８の可能な直線運動方向２５を示す。１次部分４は巻線１６を収容すべく構成している。コイル端１７を線で象徴的に示す。この線は２つの円の間にあり、該円は電流方向を示す十字と点とを有している。電気機械１の構成を解り易くすべく、図１では、１本の巻線１６しか図示していない。１次部分４は積層鉄心１２を有する。積層鉄心１２の薄板断面は図１の電気機械１の正面に図示した如く形成しており、運動方向２５に直列に配置された複数個の薄板を有している。これら直列に配置された薄板は一体に形成している。薄板断面に伴い、１次部分４は溝２０と２１を有する。例えば溝２１は既に巻線１６で覆われている。溝２０も巻線で覆われているが、この点は図１に図示していない。溝２１の巻線１６は相巻線である。溝２１は他の巻線（相巻線）で覆われる。溝２１の巻線と図１に図示しない溝２０の巻線はコイルを形成している。溝２０と２１の位置により、１次部分４において巻線の多角形形状配置が生じる。形成された多角形は４つの辺５０を有する。多角形の第１の辺は溝２１の巻線１６により形成される。多角形の第２の辺は図示しない溝２０の巻線により形成される。図示した２つの溝２０は図示した２つの溝２１から間隔を持って位置しているので、１つの多角形が生じる。この多角形はｎ＝４の辺を有し、本実施形態ではこれらの辺はほぼ同じ長さである。２次部分８が横断面にて巻線の配置に対応した形状を有するとよい。図１の２次部分８は４つの辺５１を有し、該辺は１次部分４の辺５０側にある。２次部分８の４つの辺５１は２次部分８の多角形横断面を形成している。図１では２次部分８を概略的に示したので、その構成の詳細は図示していない。図７〜１２に２次部分を詳細に図示した。図７〜図１２では、種々のタイプの２次部分以外に、これに付属の１次部分も図示している。図１の電気機械も、後述する図２、図３、図５、図１３〜１６に図示した電気機械も、図７〜１２に図示したタイプのものに構成できる。なお、これらのタイプの適用は図面に例示した４つの多角形面又は３つの多角形面を備えた種類の多角形に限定されず、４つ以上の辺を備えた多角形も可能であるが、図示していない。

図１の電気機械１では、磁場を運動方向２５に対し横方向に指向した面内で案内している。この結果横磁束型磁気回路が生じる。運動方向２５に対し横方向に案内するこの磁場は、有効磁場、特に励磁に伴い発生して１次部分４の巻線と交差する磁場である。この励磁場は、例えば永久磁石で発生させ得る。永久磁石は図１に図示していないが、図７〜１２は永久磁石の１つの可能な位置決めを図示している。このように２次部分８は、例えば永久磁石を有し或いは一種の鉄反応棒として用いられるように構成されている。

図１では、積層鉄心１２の各薄板を電気機械１の運動方向２５に積層している。電気機械１の作用面（力形成面）は、ｎ＝４の辺５０、５１を持った１つの多角形の形状に形成している。

図２は、図１の如く４つの辺５１を持つ多角形を有する電気機械１を示す。２次部分８も１次部分４も多角形である。１次部分４の場合、多角形は４つの巻線１６を多角形状に配置することで得られる。巻線１６は溝２０に収容しており、溝２０は部分薄板３０、３１、３２、３３により形成している。各部分薄板３０、３１、３２、３３は１つの巻線１６を備える。溝２０により部分薄板３０、３１、３２、３３は文字Ｅの形状を持つ。部分薄板３０、３１、３２、３３の各１つにより、四角形の一辺を形成している。部分薄板３０、３１、３２、３３を使用することで、溝２０の充填を簡単に行える。積層鉄心の組み立て前に充填を行えるからである。部分薄板３０、３１、３２、３３は中間部材３５に接続している。積層鉄心１３は、横断面（運動方向２５に対し横方向）にて、複数個の部分を有するように構成している。これら部分は、部分薄板３０、３１、３２、３３と、該部分薄板を構造的に結合する中間部材３５である。

図３は、図２の電気機械１に類似の構成を持つ電気機械１を示す。図２と異なるのは、図３の電気機械１が、一体の単一薄板から構成した積層鉄心１２を有する点である。これは、構成がより簡潔であるという利点を持つ。解り易さのため、１つの巻線１６のみ図示している。１次部分４の薄板断面に、２次部分のために設けた１次部分４の多角形開口部の個々の辺の間に特定のコーナー輪郭４２も図示している。コーナー輪郭４２には、例えばリニアガイドを組み込むことができる。

図４は、図３に類似の薄板断面３９を示す。図４では、２次部分のために設けた１次部分４の多角形開口部の多角形辺５０にも符号を付してある。図４の薄板断面は、先の図１〜３をより解り易くすべく、ここで初めて符号を付した歯２２を示す。歯２２は有効磁束を案内するために設けている。

図５は、１次部分５と２次部分９とを持つ電気機械２を示す。両部分は３つの多角形辺５０を有する多角形構造を持つ。多角形辺５０が交わる領域の平坦部５３は、三辺形状の基本的な多角形に影響しない。図５の電気機械２が、例えば図１の記述の電気機械１と異なるのは、主に三辺多角形形状の点である。即ち空隙面５０、５１とこれに付属の巻線１６とを、１次部分５で、３つの多角形辺５０又は５１を持った多角形を形成すべく位置決めしている。この際多角形辺５０と５１は、２次元的に見た多角形の稜と並んで、電気機械の可能な運動方向での該電気機械の形状にも関係している。

図６は、図５の積層鉄心１２の薄板断面４０を示している。

図７〜１２は、１次部分３、６、７と２次部分１０、１１とを示す。図１〜３、図５、図１３〜１６では、常に電気機械１、２の１つの多角形辺のみを図示している。図７〜１２は電気機械の動作原理を説明するためのものである。

図７は、１次部分６と、空隙２７で１次部分６から間隔をおいて配置した２次部分１０とを示す。２次部分１０は担持体４６を有し、該担持体４６上に永久磁石４４を装着している。永久磁石は交互に異なる磁化方向４８を持ち、励磁場を形成する。担持体４６は軟磁性材料であるとよく、積層状に或いは中実に形成できる。１次部分６は巻線１６と積層鉄心１２とを備える。積層鉄心１２は運動方向２５に歯２３を持つ。即ち１次部分６は空隙側に歯を形成した積層鉄心構造を持つ。ヨーク１４は連続的な積層鉄心を備える。歯２３は、同じ磁化方向４８を持つ永久磁石４４と同じ間隔を互いに有する。

図７は、例えば図５、図１３と１４又は図１６に示す３相巻線の電気機械のための２次部分の２番目の多角形辺と３番目の多角形辺の領域における永久磁石４３と４５の位置も示している。２番目の多角形辺の永久磁石４３は電気的に１２０゜ずれている。３番目の多角形辺の永久磁石４５は更に１２０゜ずれている。

図８は図７の配置構成の横断面図である。この横断面図は歯２３を通っている。図８から解るように、２次部分１０は、運動方向２５に対し横方向に、磁化方向４８が交互に異なる永久磁石４４を有する。永久磁石４４に対向して、１次部分６の他の歯２２を設けている。図８は横磁束型配置構成を説明するためのものである。永久磁石４４により励磁束が発生し、その延在態様を図では磁力線７０で示す。磁力線７０のこの延在態様は、可能な運動方向２５に対し横方向に延在している。有効磁束は運動方向２５に対し横方向に指向する面内で案内される。この有効磁束は巻線１６と交差する磁束である。このように指向して有効磁束は横磁束型磁気回路を形成する。これから横磁束型配置構成の概念は明らかである。図８でも、一点鎖線が中央の歯２２を通っている。この断面は図７に示す。

図９は、図７の配置構成に類似した１次部分７と２次部分１０の配置構成を示す。図７と、図９の１次部分７が図７の歯２３の機能を果たす単一歯２４を持つ点で異なる。単一歯２４は、例えば図示しない非磁性フレームを経て互いに結合している。即ち図９は、軟磁性材料（積層鉄心）から成るヨークのない実施形態を図示している。単一歯２４は、例えばＥ字状の積層鉄心を用いて形成する。図１０の横断面図は、Ｅ字状の構成を示す。単一歯２４は、同じ磁化方向４８を持つ永久磁石４４と同じ間隔を互いに有している。

３相巻線の電気機械に必要な位相ずれ、即ちＵ、Ｖ、Ｗの３つの相で動作する電気機械に必要な位相ずれは、図７に示す如く、例えば永久磁石４４を適当にずらすことで実現できる。位相ずれは、相巻線の異なる歯構造、即ち位相の異なる歯構造を１次部分に設定することにある。位相の異なる相巻線（巻線）の歯構造が設定されていれば、２次部分の１つの多角形辺の永久磁石を２次部分の他の多角形辺に対しずらす必要がない。

図１０は、図９の配置構成の横断面図である。この横断面は単一歯２４を通る。図１０からも解るように、２次部分１０は、運動方向２５に対し横方向に、磁化方向４８が交互に異なる永久磁石４４を有している。図１０にも一点鎖線を引いているが、この鎖線は中央の歯２２を通っている。この断面を図９に図示している。

図１１は、１次部分３と２次部分１１とを示す。２次部分１１は、例えば永久磁石のような磁気源を備えていない。２次部分は担持体４６を有する。担持体上にロック部１９があり、その結果空隙側に歯付き構造が生じている。ロック部１９は運動方向２５に対し横方向に積層して構成している。１次部分３は励磁場を発生すべく、巻線１６と永久磁石４４も有している。永久磁石４４の磁化方向４８は交互に交替している。

図１２は図１１の配置構成の横断面図である。図１２にも一点鎖線を引いており、この鎖線は中央の歯２２を通っている。この断面を図１１に示す。

図１３は電気機械２を示す。この電気機械２はその構成の点で図５の電気機械２に対応している。図１３は、巻線１６がいかに通電可能であるかを補助的に示している。各１つの多角形辺５０の巻線１６は、三相交流系の異なる相Ｕ、Ｖ、Ｗで通電されている。

図１４は、１次部分を有する電気機械２を示す。１次部分５は積層鉄心１３を有し、積層鉄心１３は異なる部分薄板３０、３１、３２からなっている。これは、基本的には、図２で述べた構成に対応している。中間薄板は、薄板又は軟磁性材料から製造する必要はない。中間薄板は例えばプラスチックから成り或いは、プラスチックを含んでもよい。巻線１６は相Ｕ、Ｖ、Ｗで通電するために設けている。即ち、相Ｕ、Ｖ、Ｗの巻線により、或いは、対応する空隙面により、多角形を形成している。

図１５は、本発明による電気機械の他の可能な構成を示す。図１５の電気機械２はモジュール状に形成されている。図示の実施形態では、電気機械２は３つのモジュール６１、６２、６３を有している。モジュール６０、６１、６２はその構成の点で図１４の電気機械２に対応している。図１４と異なるのは、図１５においては、１つのモジュールの巻線１６がただ１つの相Ｕ又はＶ又はＷで通電されている点である。モジュール６０、６１、６２は運動方向に直列に位置決めされている。位置決めはこれらのモジュールが互いにずらして配置されるように行う。この場合、電気的に１２０゜のずれが有利である。

図１３又は１４の構造をモジュールとして複数個直列に配置し、送り力を向上させてよい。この場合、各モジュールを三相交流の相Ｕ、Ｖ、Ｗに接続すべく設けているので、電気的に１２０゜のずれは不要である。かかるモジュール構成の例は、図示していない。図１３と１４の実施形態では、運動を生ずるために必要な、相Ｕ、Ｖ、Ｗ間のずれは、図７でも述べたように２次部分の構成により与えられる。

図１３〜１５は、電気機械の巻線１６が３つの相巻線を有することを示す。各相巻線は１つの相で通電するために設けた１つの巻線１６を有する。三相交流系の場合、これは相Ｕ、Ｖ、Ｗである。電気機械の相巻線は、多角形の周囲および／又は電気機械（特にリニアモータ）の長手方向（運動方向）に配分する。相巻線の各々の巻線は、少なくとも１つのコイルを有する。

図１６は、１次部分４と２次部分８とを有する電気機械２を示す。２次部分８はシュー５７を介して案内板５５と結合している。シュー５７により、巻線１６を備えた１次部分４に関し、開口した多角形が生じる。その結果、電気機械２はその電気的構成に関し、図５、図１３〜１５の電気機械に対応しているが、４つの多角形辺５０を備えた多角形構造を示す。シュー５７近傍の多角形辺５０により電気機械２の一種の台架式支持が生じる。この多角形辺は磁気的に活性な空隙を持たず、それ故送り力を生じない。

本発明によるリニアモータの１次部分は、複数個の積層鉄心からモジュール状に構成でき、その結果、適宜の数の部品から、送り力の異なる種々のモータを簡単に製造できる。

図１〜３、図５、図１３〜１６は、２次部分８、９を電気機械１、２の内側領域に配置した電気機械１、２を示す。この場合、１次部分４、５は電気機械１、２の外側領域に配置している。この種の配置構成では、２次部分８、９を少なくとも部分的に１次部分４、５で取り囲んでいる。図１７は、これに対し逆の配置構成の電気機械２を示す。図１７のこのような逆の配置構成では、２次部分９を電気機械の外側領域に位置決めし、１次部分５を電気機械の内側領域に配置する。即ち、２次部分９は巻線１６を有する１次部分５を少なくとも部分的に取り囲む。このように、１次部分および２次部分の互いに逆の関係の２つの配置構成が可能である。図１７は、永久磁石４４の可能な配置も示している。永久磁石４４の位置と巻線１６の位置により、図１７のこの電気機械２が磁気的に活性な３つの多角形辺と、磁気的に非活性な３つの多角形辺とを有することは明らかである。

図５は、１次部分５と２次部分９を有し、両部分が３つの多角形辺５０を有する多角形状の構造を持った電気機械２を示す。多角形辺５０が交わっている領域の平坦部５３は、３辺形状の基本的な多角形に影響しない。図５の電気機械２が、例えば図１の既知の電気機械１と異なるのは、主にこの３辺多角形形状である。即ち、空隙面５０、５１とこれに付属の巻線１６を、これらが３つの多角形辺５０又は５１を備えた多角形を形成するように１次部分５内に位置決めしている。この場合多角形辺５０と５１は、２次元的に見て、多角形の稜以外に、電気機械の可能な運動方向における該電気機械の延在態様に係る付属面の多角形配置にも関与している。

図１８は、図１６の電気機械１を示す。なお図１８では、１次部分４と２次部分８とを互いに切り離して図示している。この結果、１次部分４も２次部分８も多角形状の構造であることがよく解る。多角形状の構成は、図１８において輪郭を一点鎖線で延長することで示した長手方向に対する横断面に係る。更に、この図示により、多角形辺５０によって形成される多角形が１次部分４と２次部分８との実際の辺に関与するばかりか、点線で示した仮想の多角形辺５０にも関与することが明らかである。図１８は、４つの多角形辺を備えた多角形を示す。４つ以下の多角形辺を備えた多角形、又は４つ以上の多角形辺を備えた多角形を有する実施形態は図示していない。多角形辺の数量を無限に増やし、円形とすることも可能である。しかしこれも図示していない。図１８は、更に溝状の受容部６８と開口部６９も示している。１次部分は３つの巻線１６〜１８を有する。各巻線１６〜１８は１次部分４の１つの多角形辺に割り当てている。１次部分は、例えば１つの多角形辺５０に唯一の巻線１６を有するようにも構成できる。しかしこの変形実施形態は図１８に図示していない。

図１９は、図１６と同様に電気機械１を横断面図で示す。即ち運動方向５６に対し横方向に切断した図である。互いに逆の異なる運動方向５６を、円内の点又は十字によって示す。運動は案内板５５に沿って生ずる。図１９の電気機械１の場合、図１６と異なり、２次部分８とシュー５７と案内板５５とを一体に形成している。案内板５５は固定穴５９を持ち、固定穴５９内に、例えばねじを挿入可能で、該ねじは電気機械１全体を、例えば工作機械に固定するために用いる。シュー５７は２次部分８の台架式支持のため、従って電気機械１の台架式支持のために用いる。図１９は図２０と２１にも関連している。図２０と２１は１次部分４と２次部分８との間隔を示す。この間隔は、例えば図１６と１９には図示していない。１次部分４と２次部分８との間隔は空隙を形成する。空隙は空気又は空気と同じ電気的および／又は磁気的性質を有する材料で充填している。

図２０は、１次部分４と２次部分８の間の第１の種類の空隙７０を示す。空隙７０は滑動層７２を備え、該滑動層７２を介して１次部分４と２次部分８との接触領域が生ずる。滑動層７２は滑動促進表面を持つ。この場合、滑動層７２は１次部分４および／又は２次部分８に付着している。

図２１は、１次部分４と２次部分８との間の第２の種類の空隙７０を示す。空隙７０は該空隙７０を形成すべく、空気層７４を有している。

電気機械は空隙として図２０および２１に示す空隙の内の１種類のみ、或いは両方の空隙を有し得る。

図２２は、電気機械１に組み込んだ玉ころがり軸受６１を横断面図で示す。更にこの図は、３つの部分積層鉄心６３、６５、６７に分割した積層鉄心１２を示している。これら部分積層鉄心は互いに接続しており、全体で１つの積層鉄心を形成している。各部分積層鉄心は１つの固有の巻線１６〜１８を持つ。これは特に製造をより簡単にすべく用いる。それは、巻線１６〜１８を別個に部分積層鉄心６３、６５、６７内に挿入でき、その後部分積層鉄心６３、６５、６７を配置することで初めて多角形形状が生ずるからである。

図２３は、２次部分８によって溝状の受容部６８を形成した電気機械１を示す。１次部分４はこの溝状の受容部に受容される。図２３の１次部分４がコンパクトな構成なので、該１次部分４は巻線１６、１７、１８を磁気的に境界付けるために繰り抜き部７６を有している。これらの繰り抜き部７６は、例えば１次部分４を有する積層鉄心から押し抜いた押し抜き部である。繰り抜き部７６は空気で充填すると好ましい。

図２４は、１次部分４をころ循環装置８２に組み込んだ電気機械１を示す。ころ循環装置８２は異形レール８４上に設置している。異形レール８４は永久磁石４４を備える。従って、異形レール８４は電気機械１の２次部分８を構成する。

図２５は、異形レール８４の横断面図である。構成を解り易くするため、図２４で既知のころ循環装置８４内を循環するころ８０を補助的に図示している。

本発明の１実施例に係る電気機械を示す図である。 本発明の他の実施例に係る電気機械を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 電気機械の１次部分のための薄板断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 永久磁石を備えた２次部分と歯付き積層鉄心を備えた付属の１次部分とを示す図である。 図７の１次部分および２次部分の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 図９の１次部分および２次部分の断面図である。 電気機械の１次部分と２次部分とを示す図である。 図１１の１次部分および２次部分の断面図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 相巻線モジュールを有する電気機械を示す図である。 開口した多角形形状配置の電気機械を示す図である。 ロータ外側配置の電気機械を示す図である。 図１６の電気機械を１次部分と２次部分とに切り離して示す図である。 一体型の２次部分を有する電気機械を示す図である。 電気機械の１次部分と２次部分との間の滑動層を示す図である。 電気機械の１次部分と２次部分との間にある空隙を示す図である。 ボール循環装置を有する電気機械を示す図である。 溝状の受容部を備えた２次部分を有する電気機械を示す図である。 本発明の更に他の実施例に係る電気機械を示す図である。 ころ循環装置に組み込まれた１次部分を示す図である。 図２４の異形レールの横断面図である。

符号の説明

１、２ 電気機械、３〜７ １次部分、８〜１０ ２次部分、１２、１３ 積層鉄心、１６ 巻線、１９ ロック部、２３ 歯、２５ 直線運動方向、２７ 空隙、４４ 永久磁石、５０、５１ 空隙面、６８ 溝状の受容部、７２ 滑動層、８２ ころ循環装置

Claims (23)

1. 直線運動を生ずるために設けられる電気機械（１、２）、特にリニアモータ（１、２）であって、電気機械（１、２）が１次部分（３、４、５、６、７）と２次部分（８、９、１０）を有し、１次部分（３、４、５、６、７）が磁場を発生させるための巻線（１６）を有し、２次部分（８、９、１０）が磁束を案内するための手段（４６、１９）を有し、１次部分と２次部分との間に空隙面（５０、５１）が形成された前記電気機械（１、２）において、
   巻線（１６）および／又は空隙面（５０、５１）が多角形状に配置されたことを特徴とする電気機械。
2. １次部分（３、４、５、６、７）が積層鉄心（１２、１３）を有し、積層鉄心（１２、１３）が電気機械（１、２）の運動方向（２５）に対し横方向に積層されており、有効磁束（７０）を電気機械（１、２）の運動方向（２５）に対し横方向に発生可能であることを特徴とする請求項１記載の電気機械。
3. ２次部分（８、９、１０）が多角形状の横断面を有し、２次部分（８、９、１０）の多角形状の横断面が１次部分（３、４、５、６、７）の巻線（１６）の多角形状の配置に対応することを特徴とする請求項１又は２記載の電気機械。
4. ２次部分（８、９、１０）が１次部分（３、４、５、６、７）によって少なくとも部分的に取り囲まれたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の電気機械。
5. １次部分（３、４、５、６、７）が複数個の積層鉄心（１２）から組み立てられ、複数個の積層鉄心（１２）が各々１つの多角形の１つの辺を形成することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の電気機械。
6. 位相ずれを形成して動力を均一に形成すべく、
   ａ）１つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）又は１つの相巻線に割り当てられる永久磁石（４４）が、他の相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）又は他の相巻線の永久磁石（４４）に対し、運動方向（２５）に沿ってずれるか、
   ｂ）前記１つの相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）又は１つの相巻線に運動方向（２５）に沿って割り当てられる歯（２３）が、他の相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）又は他の相巻線の対応する歯（２３）に対し、運動方向（２５）に沿ってずれるかであり、
   このずれが特に電気的に１２０゜に相当し、電気機械（１、２）が特に三相交流による作動のために設けられたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の電気機械。
7. ａ）１次部分（３、４、５、６、７）が電気機械（１、２）の外側領域に配置され、２次部分（８、９、１０）が電気機械（１、２）の内側領域に配置され、或いは、
   ｂ）１次部分（５）が電気機械（２）の内側領域に配置され、２次部分（９）が電気機械（２）の外側領域に配置された
   ことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の電気機械。
8. １次部分（３、４、５、６、７）が磁場を発生させるための巻線（１６）を有する電気機械（１、２）の１次部分（３、４、５、６、７）において、巻線（１６）が多角形状に配置されたことを特徴とする１次部分。
9. １次部分（３、４、５、６、７）が積層鉄心（１２、１３）を有し、積層鉄心（１２、１３）が電気機械（１、２）の運動方向（２５）に対し横方向に積層されており、有効磁束（７０）を電気機械（１、２）の運動方向（２５）に対し横方向に発生可能であることを特徴とする請求項８記載の１次部分。
10. １次部分（３、４、５、６、７）が複数個の積層鉄心（１２、１３）から組み立てられ、複数個の積層鉄心が各々１つの多角形の１つの辺を形成することを特徴とする請求項８又は９記載の１次部分。
11. １次部分が請求項１から６の１つに記載の電気機械（１、２）の１次部分（３、４、５、６、７）であることを特徴とする請求項８から１０の１つに記載の１次部分。
12. １次部分（４）と２次部分（８）を有する電気機械（１）の１次部分（４）であって、１次部分（４）が磁場発生用の巻線（１６）を有し、２次部分（８）が磁束を案内する手段（４６、１９）を有する前記電気機械（１）の１次部分（４）において、１次部分（４）により溝状の受容部（６８）が形成され、溝状の受容部（６８）が２次部分（８）の少なくとも一部分を受容すべく設けられたことを特徴とする１次部分。
13. 溝状の受容部（６８）が、２次部分（８）に対し１次部分（４）を案内する案内手段として用いられることを特徴とする請求項１２から１４の１つに記載の１次部分。
14. １次部分（４）がリニアガイド（８４）のころ循環ユニットおよび／又はボール循環ユニット内に組み込まれたことを特徴とする請求項１２又は１３記載の１次部分。
15. １次部分（４）が２次部分（８）に対する接触領域を有し、該接触領域が溝状の受容部（６８）の領域にあり、１次部分（４）が接触領域に滑動促進表面（７２）を有することを特徴とする請求項１２から１４の１つに記載の１次部分。
16. ２次部分（８）と１次部分（８）を有する電気機械（１）の２次部分（８）であって、１次部分（４）が磁場を発生するための巻線（１６）を有し、２次部分（８）が磁束を案内するための手段（４６、１９）を備える前記電気機械（１）の２次部分（８）において、
    ２次部分（８）により溝状の受容部（６８）が形成され、溝状の受容部（６８）が１次部分（４）の少なくとも一部分を受容すべく設けられたことを特徴とする２次部分。
17. 溝状の受容部（６８）が、２次部分（８）に対し１次部分（４）を案内するための案内手段として用いられることを特徴とする請求項１６記載の２次部分。
18. ２次部分（８）がリニアガイド（８４）のころ循環装置（８２）および／又はボール循環装置（６１）内に組み込まれたことを特徴とする請求項１６又は１７記載の２次部分。
19. ２次部分（８）が１次部分（４）に対する接触領域を有し、該接触領域が溝状の受容部（６８）の領域にあり、２次部分（８）が接触領域に滑動促進表面（７２）を有することを特徴とする請求項１から１８の１つに記載の２次部分。
20. １次部分（４）と２次部分（８）とガイド（８４）とを有する電気機械（１）において、ガイド（８４）が少なくとも部分的に１次部分（４）および／又は２次部分（８）内に組み込まれたことを特徴とする電気機械。
21. １次部分（４）と２次部分（８）を有する電気機械（１）において、
    ａ）１次部分（４）が２次部分（８）の少なくとも一部分を部分的にのみ取り囲み、又は
    ｂ）２次部分（８）が１次部分（４）の少なくとも一部分を部分的にのみ取り囲む
    ことを特徴とする電気機械。
22. ２次部分（８）が、少なくとも、１次部分（４）の台架式支持のためにも用いられたことを特徴とする請求項２０又は２１記載の電気機械。
23. 電気機械が請求項８から１５の１つに記載の１次部分（４）を有しおよび／又は請求項１６から１９迄の１つに記載の２次部分（８）を有することを特徴とする請求項２０から２２の１つに記載の電気機械。

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