(57)【要約】  電動機（１）は、永久磁石として機能する保磁力を有しかつ所定の磁化反転作用により磁化方向を反転させることが可能な複数の磁石部（６）が所定方向に並べて設けられ、さらに、各磁石部（６）に磁化反転作用を与える磁化調整部（７）が各磁石部（６）に対応付けて設けられた固定子（２）と、磁石部（６）の並び方向に沿って移動可能に配置される可動子（３）と、複数の磁石部（６）のそれぞれの磁化方向が交互に反転し、かつ各磁石部（６）における磁化方向の反転時期のずれにより磁石部（６）の並び方向に沿った移動磁界が生じるように、磁化調整部（７）による磁化反転作用を制御する磁化制御手段（１０）とを備える。
2017038859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石として機能する保磁力を有しかつ所定の磁化反転作用により磁化方向を反転させることが可能な複数の磁石部が所定方向に並べて設けられ、さらに、各磁石部に前記磁化反転作用を与える磁化調整部が各磁石部に対応付けて設けられた固定子と、
前記磁石部の並び方向に沿って移動可能に配置される可動子と、
前記複数の磁石部のそれぞれの磁化方向が交互に反転し、かつ各磁石部における磁化方向の反転時期のずれにより前記磁石部の並び方向に沿った移動磁界が生じるように、前記磁化調整部による前記磁化反転作用を制御する磁化制御手段と、
を備えた電動機。
【請求項２】
前記磁石部が永久磁石となり得る強磁性材料にて形成され、
前記磁化調整部として、電流の供給により前記磁石部に前記磁化反転作用として外部磁界を作用させる巻線部が設けられ、
前記磁化制御手段は、前記複数の磁石部のそれぞれの磁化方向が交互に反転し、かつ前記磁石部における磁化方向の反転時期のずれにより前記移動磁界が生じるように、前記巻線部に供給されるべき電流を制御する請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記磁石部が硬質磁性材料にて形成されている請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記磁化制御手段は、前記巻線部にパルス状の電流を供給して前記磁石部の磁化方向を反転させる請求項２又は３に記載の電動機。
【請求項５】
前記磁石部には、前記可動子と前記固定子とが対向する方向と一致する方向に磁化方向を有し、かつ供給される外部磁界又は外部電流の向きに応じて前記磁化方向が反転する磁化可変層を有する少なくとも一の磁化反転デバイスが、前記磁化可変層を前記可動子側に向けるようにして設けられ、
前記磁化調整部は、前記磁化反転作用として前記磁化反転デバイスに前記外部電界又は前記外部電流を供給する請求項１に記載の電動機。
【請求項６】
単一の磁石部が複数の磁化反転デバイスを組み合わせて構成されている請求項５に記載の電動機。
【請求項７】
前記可動子は、永久磁石を用いることなく強磁性材料にて形成され、かつ前記磁石部の並び方向に沿って複数の突極部を有している請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子の磁石部の磁化方向を順次反転させて移動磁界を発生させる電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機では、固定子の内周に設けられた複数のティース部のそれぞれに巻線が施され、各巻線に対して三相交流電流が通電されることにより固定子の周方向に沿った回転磁界を発生させている。回転子には周方向にＮ極とＳ極とが交互に現れるようにして永久磁石が設けられ、それにより、回転子は固定子の回転磁界に同期して回転する（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０９６０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動機では、三相交流電流を巻線に通電することにより発生する銅損と、ティース部に交番磁界が発生することに伴う鉄損の２種類の損失が生じる。銅損は電流の２乗に比例するため、高トルクを発生させる場合に支配的である。一方、鉄損は交番磁界の磁束密度の２乗と回転速度の２乗とに比例するため、高速回転が必要な場合に支配的である。鉄損の低減方法としては、磁束密度の正弦波化、電磁鋼板の薄板化といった手法が提案されている。これに対して、銅損の低減については、巻線を太くし、あるいは巻線の断面形状を長方形に設定して巻線用のスペースに占める巻線の体積比率を向上させるといった手法により、巻線の抵抗値を下げる以外に有効な低減方法がない。しかしながら、巻線用スペースが限られている状況では抵抗値の低減にも限界がある。そのため、巻線に通電できる電流が制限されて電動機の発生トルクに限界が生じ、あるいは、銅損が熱エネルギーとして放出されて電動機の温度が上昇するといった不都合が生じる。温度上昇は磁石の減磁や冷却装置の大型化といった問題をもたらすおそれがある。【０００５】
そこで、本発明は銅損等に起因するエネルギー損失の低減を図ることが可能な電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る電動機は、永久磁石として機能する保磁力を有しかつ所定の磁化反転作用により磁化方向を反転させることが可能な複数の磁石部が所定方向に並べて設けられ、さらに、各磁石部に前記磁化反転作用を与える磁化調整部が各磁石部に対応付けて設けられた固定子と、前記磁石部の並び方向に沿って移動可能に配置される可動子と、
前記複数の磁石部のそれぞれの磁化方向が交互に反転し、かつ各磁石部における磁化方向の反転時期のずれにより前記磁石部の並び方向に沿った移動磁界が生じるように、前記磁化調整部による前記磁化反転作用を制御する磁化制御手段と、を備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一形態に係るモータの軸直角方向における断面図。
【図２】代表的な硬質磁性材料の保磁力と磁束密度との関係を示す図。
【図３】巻線部に供給される電流の波形とその巻線部に対応する磁石部の磁束密度との関係の一例を示す図。
【図４】巻線部による外部磁界と磁石部の磁束密度との関係の一例を示す図。
【図５】図１のモータにて各巻線部への通電を１２０度通電方式に従って制御した場合のステータの三つの磁石部の磁化方向とロータの半周相当の磁極との関係を示す図。
【図６】図５に従って通電を制御した場合の発生トルクとその平均トルクとを示す図。
【図７】モータの電気角と巻線部に供給される相電流との関係を本形態のモータと従来型モータとで比較して示す図。
【図８】図７の相電流の変化に基づく銅損の計算結果を示す図。
【図９】突極部を有するロータを採用した変形例に係るモータの軸直角方向における断面図。
【図１０】ＧＭＲ素子を磁石部に用いた変形例に係るモータの軸直角方向における断面図。
【図１１】ＧＭＲ素子を磁石部に用いた他の変形例に係るモータの軸直角方向における断面図。
【図１２】複数のＧＭＲ素子を組み合わせて単一の磁石部を構成する一形態を示す図。
【図１３】図１２の変形例を示す図。
【図１４】図１２の他の変形例を示す図。
【図１５】図１２のさらなる変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は本発明に係る電動機を、回転運動出力型の電動モータに適用した一形態を示している。モータ１は同期電動機として構成され、ステータ（固定子）２と、そのステータ２の内側に同軸的に配置される可動子としてのロータ３とを備えている。ステータ２は、断面円形又は多角形の筒型容器状に形成されたステータヨーク４と、そのステータヨーク４の内周に周方向へ一定間隔を空けて設けられた複数（図示例では６個）のティース部５とを備えている。ステータヨーク４は電磁鋼板にて形成されている。ティース部５には、ステータ２の中心に向かって突出するようにして磁石部６が設けられている。各磁石部６の外周には、磁石部６に対する磁化反転作用として外部磁界を磁石部６に作用させる巻線部７が磁化調整部として設けられている。巻線部７は、磁石部６の周囲に巻線を施して形成されている。巻線部７は磁石部６に作用する外部磁界の磁力線がステータ２の半径方向を向くように設けられている。
【０００９】
磁石部６は永久磁石にて構成されてステータヨーク４の内周の定位置に固定されている。永久磁石とは、外部から磁界や電流が供給されなくとも、一定方向に磁化された状態を保つことができる物体である。磁石部６に用いられるべき材料としては、永久磁石として機能し得る保磁力を有する強磁性材料、特には硬質磁性材料が用いられるが、その中でも、保磁力が比較的低く、かつ磁束密度が比較的高い材料が好適に選択される。例えば、図２に示すように、アルニコ磁石はネオジウム磁石と比較して低保磁力で高磁束密度の特徴を有するため、磁石部６の材料として好適に用いることができる。ただし、本発明において、アルニコ磁石以外の材料、すなわちネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石といった硬質磁性材料の使用が否定されるものではない。なお、図２に示したＧＭＲ素子は、巨大磁気抵抗素子（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を意味するが、これを用いて磁石部６を構成することもできる。この点は後述する。
【００１０】
図１に戻って、ロータ３は、電磁鋼板により概略円柱状に形成されたロータ本体８に、複数の平板型の永久磁石９を周方向に等間隔に配置した埋込磁石型のロータとして構成されている。永久磁石９の個数はステータ２の極数と関連付けられている。図示例では、６個の磁石部６に対して４個の永久磁石９が設けられている。つまり、ステータ２の極数は６極で、ロータ３の極数は４極である。各永久磁石９は、Ｎ極とＳ極の分極方向がロータ３の半径方向と一致するように設けられている。しかも、周方向に隣接する一対の永久磁石９間では、Ｎ極とＳ極との位置がロータ３の半径方向に関して逆向きである。つまり、ロータ３の外周の極性が周方向に沿って交互に反転するように永久磁石９が配置されている。
【００１１】
モータ１には、磁化制御手段として、制御回路部１０がさらに設けられている。制御回路部１０は、所定の電源１１からの電流を所定の波形に整形して所定の周期で各巻線部７に供給する。電源１１は三相交流電源である。なお、図１では、制御回路部１０と、隣接する一対のティース部５における巻線部７とが接続された状態を示しているが、各巻線部７はいずれも制御回路部１０と接続されている。
【００１２】
図３は、制御回路部１０から一つの巻線部７に供給される電流の波形とその巻線部７に対応する磁石部６の磁束密度との関係の一例を示している。制御回路部１０は、電源１１からの電流をパルス状に整形して巻線部７に所定の周期で供給する。パルス電流の大きさ（ピーク時の電流値）は、磁石部６の保磁力に打ち勝って磁石部６の磁化方向を巻線部７が作り出す外部磁界の方向に一致させることが可能な範囲に設定される。しかも、巻線部７に通電されるパルス電流の方向は一周期毎に交互に逆向きとなるように設定される。したがって、磁石部６のロータ３と対向する側の極性はＮ極とＳ極との間で周期的に反転する。
【００１３】
図４は、巻線部７が磁石部６に作用させる外部磁界と磁石部６の磁束密度との関係の一例を示している。巻線部７に正のパルス電流が供給されると磁石部６は初期磁化曲線に従って＋方向に磁化される。パルス電流がなくなると外部磁界が消滅し、それに伴って磁石部６の動作点は負の保磁力方向に移動し、Ａ１点で動作する。したがって、図３に示したように、パルス電流の消滅後も磁石部６には正方向の磁力が残る。次に、巻線部７に対して負のパルス電流が供給されると、磁石部６の動作点はＡ１から負の磁束密度方向に移動して飽和する。パルス電流がなくなると磁石部６の動作点は正の保磁力方向に移動し、Ａ２点で動作する。したがって、図３に示したように、パルス電流の消滅後も磁石部６には負方向の磁力が残る。
【００１４】
制御回路部１０は、ブラシレスＤＣモータに用いられる１２０度通電方式と同一の駆動方式に従って各巻線部７の電流を制御する。図３に示したように、パルス電流は１２０°間隔で通電され、それらの通電時期の間は電流値が０に設定される。また、各巻線部７への通電時期は周方向に６０度ずらされる。それにより、全ての巻線部７に対しては６通りの駆動パターン（通電パターン）が生じることになる。図５は、１２０度通電方式に従って各巻線部７への通電を制御した場合のステータ２の三つの磁石部６の磁化方向とロータ３の半周相当の磁極との関係を示している。１２０度通電方式に従って巻線部７の電流を制御することにより、各磁石部６の磁化方向を１２０度間隔で順次反転させてロータ３の周囲に回転磁界を生じさせ、それによりロータ３を一定方向に回転させることができる。
【００１５】
図６は、上述した方法で巻線部７の通電を制御した場合にロータ３にて発生するトルクを示している。磁石部６の磁化方向の反転に伴ってトルクはパルス状に変化するが、平均トルクを出力することができ、モータ１を回転運動の出力源として駆動することが可能である。なお、図４に示す磁化曲線のヒステリシスは、パルス電流のピーク値に応じて変化する。したがって、パルス電流の大きさを変えることにより、モータ１が発生するトルクを変化させることができる。
【００１６】
図７は、モータ１の一つの巻線部７と、従来型のモータの一つの巻線部のそれぞれに供給される相電流の波形の比較を示す。本形態のモータ１では、巻線部７に対して周期的にパルス電流を与えるだけで足りるのに対して、従来型のモータでは正弦波状の電流を絶えず通電する必要がある。したがって、本形態のモータ１によれば、従来型のモータよりも電流の積算量を低減することができる。そのため、本形態のモータ１は、従来型のモータに比して銅損の低減に有利である。銅損の計算結果の一例を図８に示す。これによれば、従来型のモータとの比較において、本形態のモータ１では銅損を１／１０程度に低減することが可能である。
【００１７】
本発明は上述した形態に限定されず、各種の変更又は変形が可能である。例えば、ステータ２及びロータ３のそれぞれの極数は適宜に変更が可能である。上記の形態では、ロータを永久磁石９が内部に埋め込まれた埋込磁石型ロータとして構成されているが、ロータはその外周面上に永久磁石が配置された表面磁石型ロータとして構成されてもよい。また、ロータは永久磁石を備えたものに限定されず、永久磁石を用いることなく鉄等の強磁性材料にて形成され、かつ外周に複数の突極部を有するように構成されてもよい。そのようなロータを有するモータは、ＳＲＭ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ  Ｍｏｔｏｒ）タイプと呼ばれるが、本発明をＳＲＭタイプのモータに適用した一形態を図９に示す。なお、図９において、図１と共通する部分には同一の参照符号を付してある。また、図９において、磁化制御手段としての制御回路部の図示は省略した。
【００１８】
図９に示すモータ１Ａにおいて、ステータ２Ａは、図１のステータ２と比較して、ティース部５の個数が１２個に変更されている点を除いてはステータ２と同様の構成である。一方、ロータ２０に関しては、図１のロータ３と比較して永久磁石９が省略され、ロータ２０の全体は強磁性材料にて形成されている。特には、保磁力が小さくて永久磁石として機能し得ない軟磁性材料の代表である鉄にてロータ２０が構成されている。ロータ２０の外周には、複数の突極部２１が周方向に一定間隔で形成されている。突極部２１の個数は、ステータ２Ａの極数の２／３に相当する８個に設定されている。
【００１９】
以上のようなモータ１Ａにおいても、ステータ２Ａの各巻線部７にパルス電流を周期的に供給して磁石部６の磁化方向を順次反転させることにより、ロータ２０の周囲に回転磁界を生じさせてロータ２０にトルクを発生させることができる。なお、ロータ２０の突極部２１の個数は図示の形態に限定されず、ステータ２Ａの極数に応じて適宜に変更されてよい。図９の例によれば、ロータ２０に磁石を設ける必要がないため、ロータ２０の構成を簡素化し、それによりシンプルな構造のモータ１Ａを提供することができる。
【００２０】
上記の形態では、ティース部５の磁石部６を永久磁石にて構成したが、これに代えてＧＭＲ素子等の磁化反転デバイスを用いることができる。その一例を図１０に示す。図１０に示すモータ１Ｂでは、各ティース部５の永久磁石に代えて、磁化反転デバイスの一例であるＧＭＲ素子３０が配置されている。ＧＭＲ素子３０は、強磁性材料からなる磁化固定層３１及び磁化可変層３２が、それらの間に中間層３３が介在するようにして積層された構造を有している。磁化固定層３１及び磁化可変層３２は、それらの磁化方向が積層方向（図の上下方向）と一致する垂直磁化型の磁化層として形成されている。各磁石部６において、ＧＭＲ素子３０は、ステータ２とロータ３とが対向する方向とＧＭＲ素子３０の磁化方向とが一致するように、かつ磁化可変層３２がロータ３側を向くようにしてステータ２の内周に配置されている。磁化固定層３１の磁化方向は一定であり、例えば図１０に白抜き矢印で示したようにロータ３側（半径方向中心側）を向くように設定される。一方、磁化可変層３２の磁化方向は巻線部７が作り出す外部磁界の方向に応じて、磁化固定層３１の磁化方向と一致する方向（実線の白抜き矢印で示す方向）と、磁化固定層３１の磁化方向とは反対向きの方向（破線の白抜き矢印で示す方向）との間で変化する。磁化可変層３２はフリー層と呼ばれることがある。中間層３３は非磁性材料の金属にて形成される。一例として銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）あるいは金（Ａｕ）が中間層３３の材料として用いられる。
【００２１】
図２からも明らかなように、ＧＭＲ素子３０の磁化可変層３２は、僅かな外部磁界の作用により磁束密度が相当に高い磁石として機能させることが可能である。しかも、磁化可変層３２は、外部磁界がなくなっても一定方向に磁化された永久磁石として機能する保磁力を有する。したがって、ＧＭＲ素子３０を低保磁力かつ高磁束密度の磁石部として用いることが可能である。なお、巻線部７に供給する電流は、図１の形態の制御回路部１０により、永久磁石製の磁石部６を用いる場合と同様に制御すればよい。つまり、図１の制御回路部１０を磁化制御手段として用いることができる。
【００２２】
なお、図１０の例では、ＧＭＲ素子３０の磁化可変層３２の磁化方向を巻線部７が作り出す外部磁界によって反転させているが、磁化反転作用は外部磁界を用いる例に限らず、例えば外部電流を用いて磁化反転作用を与えることもできる。例えば、図１１に示すモータ１Ｃでは、ＧＭＲ素子３０の磁化固定層３１及び磁化可変層３２の外側に電極３４が配置される。電極３４間に例えば矢印Ｃ１方向の電流を通電させると磁化可変層３２の磁化方向は磁化固定層３１のそれと一致し、電極３４間に矢印Ｃ２方向の電流を通電させると磁化可変層３２の磁化方向は磁化固定層３１のそれに対して逆向きに反転する。この場合には、図１又は図１０の巻線部７に与えたパルス電流と同様に、磁化反転のためのパルス電流を一定周期で交互に向きを反転させながら電極３４間に通電すればよい。つまり、図１の制御回路部１０を磁化制御手段として用いることができる。この例では、電極３４が磁化調整部として機能する。
【００２３】
図１１の形態によれば、磁石部６の周囲に巻線部７を配置する必要がない。そのため、モータ１Ｃの小型化に有利である。以上の他にも、外部磁界又は外部電流を磁化反転作用として与えることにより、磁化方向を反転可能で、かつ磁化反転作用が失われた後も永久磁石として機能する保磁力を有する磁化可変層を備えたデバイスであれば、永久磁石に代えてそのデバイスを磁石部に用いることができる。
【００２４】
図１０及び図１１の形態においては、単一の磁石部６を一又は複数のＧＭＲ素子３０にて構成することができる。特に、図１１の形態では、ＧＭＲ素子３０の周囲に巻線部を設ける必要がないため、多数のＧＭＲ素子３０を組み合わせて単一の磁石部６を構成することが容易である。しかも、一つの磁石部６内において、ＧＭＲ素子３０の配置や各ＧＭＲ素子３０の磁界を調整することにより、磁石部６が作り出す磁界を適宜に変化させることができる。図１１に示したタイプの複数のＧＭＲ素子３０を用いて単一の磁石部６を構成する具体的形態を図１２〜図１５に示す。なお、各図では図１０及び図１１と同様に、磁石部６の上方にロータが位置するものとして磁石部６が描かれている。各図において、ＧＭＲ素子３０中の矢印は磁化方向を、矢印の長さは磁界の強弱（磁束密度の高低）を、ＧＭＲ素子３０の上方の波形は磁界の磁束密度分布をそれぞれ示している。
【００２５】
図１２の例では、磁石部６の中心側と外周側とでＧＭＲ素子３０の磁化方向が変化している。すなわち、中心側のＧＭＲ素子３０は磁化方向がロータの半径方向と平行な方向を向くように配置され、外周側のＧＭＲ素子３０は、ロータと対向する一端部が反対側の端部よりも磁石部６の中心側にずれるように、ロータの半径方向に対して傾けて配置されている。これによれば、ＧＭＲ素子３０の磁界を磁石部６の中心側に集中させ、それによりステータの磁界を強めてモータのトルクを増加させることができる。
【００２６】
図１３の例では、中心側のＧＭＲ素子３０が図１２の例と同様に配置される一方で、外側のＧＭＲ素子３０は、図１２の例とは逆に、ロータと対向する一端部が反対側の端部よりも磁石部６の外周側にずれるように、ロータの半径方向に対して傾けて配置されている。これによれば、各ＧＭＲ素子３０の磁界を分散させ、それによりステータの高調波磁界を強めてモータのトルクを増加させることができる。
【００２７】
図１４の例では、図１２の例と同様に、中心側のＧＭＲ素子３０は磁化方向がロータの半径方向と平行な方向を向くように配置され、外周側のＧＭＲ素子３０は、ロータと対向する一端部が反対側の端部よりも磁石部６の中心側にずれるように、ロータの半径方向に対して傾けて配置されている。ただし、図１２の例では、外周側のＧＭＲ素子３０の傾きが一定であるのに対して、図１４の例では、磁石部６の外周に近いＧＭＲ素子３０が、それよりも内側のＧＭＲ素子３０よりもロータの半径方向に対してより大きく傾くように、ＧＭＲ素子３０の傾きが差別化されている。それにより、正弦波状の強度分布を持った磁界を発生させている。この場合には、モータのトルクリップルを減少させることができる。
【００２８】
図１５の例は、各ＧＭＲ素子３０の方向をロータの半径方向と平行な方向に揃えつつ、各ＧＭＲ素子３０の磁界の強さを磁石部６の中心側から外側に向かうほど小さくなるように差別化している。このためには、磁化方向を反転させるために各ＧＭＲ素子３０に与えるパルス電流の大きさを、磁石部６の中心側から外側に向かうほど小さくなるように制御すればよい。この例では、図１４の例と同様に正弦波状の強度分布を有する磁界を生じさせることができる。
【００２９】
以上に示した例に限らず、複数のＧＭＲ素子３０を組み合わせて単一の磁石部６を構成する場合、各ＧＭＲ素子３０の配置や各ＧＭＲ素子３０の磁界を調整することにより、磁石部６の磁界を適宜に変化させることが可能である。なお、図１２〜図１５では、複数のＧＭＲ素子３０が一方向に並べられた状態を示したが、単一の磁石部６において、ＧＭＲ素子３０は例えばマトリクス状、ハニカム状といったように、二次元方向に配置されてよい。
【００３０】
上記の形態では、ステータの内側にロータが配置されたインナーロータタイプの電動機を例に挙げたが、本発明はロータがステータの外側に配置されるアウターロータタイプの電動機にも適用可能である。また、本発明は、回転運動を出力する電動機に限らず、ステータ及びロータを切り開くことにより、非円弧状の軌跡に沿った運動を出力するリニアモータ等の電動機にも適用することが可能である。
【００３１】
上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の各種の態様を以下に記載する。なお、以下の説明では、本発明の各態様の理解を容易にするために添付図面に図示された対応する部材を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
【００３２】
本発明の一態様に係る電動機（１；１Ａ；１Ｂ；１Ｃ）は、永久磁石として機能する保磁力を有しかつ所定の磁化反転作用により磁化方向を反転させることが可能な複数の磁石部（６；３０）が所定方向に並べて設けられ、さらに、各磁石部に前記磁化反転作用を与える磁化調整部（７；３４）が各磁石部に対応付けて設けられた固定子（２；２Ａ）と、前記磁石部の並び方向に沿って移動可能に配置される可動子（３；２０）と、前記複数の磁石部のそれぞれの磁化方向が交互に反転し、かつ各磁石部における磁化方向の反転時期のずれにより前記磁石部の並び方向に沿った移動磁界が生じるように、前記磁化調整部による前記磁化反転作用を制御する磁化制御手段（１０）と、を備えたものである。
【００３３】
上記態様に係る電動機によれば、複数の磁石部の磁化方向を順次反転させることにより、磁石部の並び方向に沿った移動磁界を発生させ、それにより可動子を移動磁界の方向に駆動することができる。磁石部が永久磁石として機能する保磁力を有しているので、磁化調整部にて磁化反転作用を生じさせて磁石部を特定方向に磁化させた後、その磁化方向を反転させるべき時期に至るまでの間、磁石部の磁界を維持するために磁化調整部に電流等を供給する必要がないか、あってもそのエネルギー量は相対的に小さくて足りる。したがって、銅損等に起因するエネルギー損失を低減することが可能である。
【００３４】
本発明の一形態においては、前記磁石部が永久磁石となり得る強磁性材料にて形成され、前記磁化調整部として、電流の供給により前記磁石部に前記磁化反転作用として外部磁界を作用させる巻線部（７）が設けられ、前記磁化制御手段は、前記複数の磁石部のそれぞれの磁化方向が交互に反転し、かつ前記磁石部における磁化方向の反転時期のずれにより前記移動磁界が生じるように、前記巻線部に供給されるべき電流を制御してもよい。これによれば、巻線部への電流の供給によって生成される外部磁界により、磁石部を特定方向に磁化することができ、かつ電流の向きを切り替えることにより磁化方向を反転させることができる。磁石部が強磁性材料にて形成されることにより、巻線部への電流の供給を停止しても、磁石部を永久磁石として機能させることができる。
【００３５】
また、上記の形態においては、前記磁石部が硬質磁性材料にて形成されてもよい。硬質磁性材料にて形成された磁石部は、保磁力を超える外部磁界を作用させることにより磁化方向を反転させることができ、かつ外部磁界が失われた後も、一定方向に磁化された状態を維持して永久磁石として確実に機能させることができる。特に、硬質磁性材料の中でも、保磁力が比較的低く、かつ外部磁界が失われた後の磁束密度が比較的高いアルニコ磁石やサマリウムコバルト磁石等の硬質磁性材料は本発明の磁石部の材料として好適に用いることが可能である。
【００３６】
上記の形態において、前記磁化制御手段は、前記巻線部にパルス状の電流を供給して前記磁石部の磁化方向を反転させてもよい。これによれば、磁化を反転させるべき時期に巻線部にパルス電流を供給し、それ以外の期間では巻線部に電流を与える必要がない。したがって、銅損等に起因するエネルギー損失の低減効果を高めることができる。
【００３７】
本発明の他の形態において、前記磁石部には、前記可動子と前記固定子とが対向する方向と一致する方向に磁化方向を有し、かつ供給される外部磁界又は外部電流の向きに応じて前記磁化方向が反転する磁化可変層（３２）を有する少なくとも一の磁化反転デバイス（３０）が、前記磁化可変層を前記可動子側に向けるようにして設けられ、前記磁化調整部（７；３４）は、前記磁化反転作用として前記磁化反転デバイスに前記外部電界又は前記外部電流を供給してもよい。ＧＭＲ素子等の磁化反転デバイスは、外部磁界や外部電流を作用させることにより、低いエネルギーで磁化反転層の磁化方向を容易に反転させることができ、しかも外部電界や外部電流が失われた後も、磁束密度が比較的高く維持される。したがって、本発明の磁石部を実現する手段として、磁化反転デバイスを好適に用いることができる。外部電流にて磁化を反転させるタイプの磁化反転デバイスであれば、巻線部のような外部磁界を生成する手段を磁石部とは別に設ける必要がないため、電動機の小型化にも有利である。
【００３８】
上記の形態においては、単一の磁石部が複数の磁化反転デバイスを組み合わせて構成されてもよい。これによれば、各磁化反転デバイスの配置や各磁化反転デバイスの磁界を適宜に調整することにより、磁石部にて生じる磁界を適宜に変化させることが可能である。
【００３９】
本発明のさらなる形態において、前記可動子（２０）は、永久磁石を用いることなく強磁性材料にて形成され、かつ前記磁石部の並び方向に沿って複数の突極部（２１）を有していてもよい。これによれば、複数の磁石部が作り出す移動磁界により可動子の突極部を吸引して移動磁界に沿った運動を可動子に与えることができる。可動子側に永久磁石を配置する必要がないので、シンプルな構造の電動機を実現することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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