(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に１組以上出現するように形成された円柱状ボンド磁石と、
前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に、該円柱状ボンド磁石の外周を囲むように配置される円筒形状を有し、該円柱状ボンド磁石の軸方向に沿ってその内周にＮ極とＳ極とが交互に１組以上出現するように形成された円筒状ボンド磁石と、
を備える磁石構造体であって、
前記円柱状ボンド磁石の軸と直交する方向において、該円柱状ボンド磁石の磁極と前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極とが、互いに異極となるよう配置してなることを特徴とする磁石構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の磁石構造体であって、
前記円柱状ボンド磁石の円周の磁極から出る磁力線を、該円柱状ボンド磁石の軸方向と直交する方向に位置する前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極に向かって、前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に放射状に進行させており、
前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極から出る磁力線を、前記円柱状ボンド磁石の軸方向と直交する方向に位置する前記円柱状ボンド磁石の円周の磁極に向かって進行させてなることを特徴とする磁石構造体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁石構造体であって、
前記円柱状ボンド磁石の円周に沿って表面磁束密度を測定した第一表面磁束密度プロファイルが、該円柱状ボンド磁石の円状断面において中心を通る第一方向に長く、前記第一方向と直交する第二方向が前記第一方向より短く、
前記円筒状ボンド磁石の内周に沿って表面磁束密度を測定した第二表面磁束密度プロファイルが、前記円筒状ボンド磁石の円状断面において中心を通る第一方向に長く、前記第一方向と直交する第二方向が前記第一方向より短い場合に、前記円柱状ボンド磁石の第一方向と前記円筒状ボンド磁石の第一方向とを互いに直交する方向になるように、前記円柱状ボンド磁石と前記円筒状ボンド磁石を配置してなることを特徴とする磁石構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の磁石構造体であって、
前記円筒状ボンド磁石が、円筒の中空部分を軸方向に沿って分割するように構成されてなることを特徴とする磁石構造体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の磁石構造体であって、
前記円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石とが、それぞれ一体に形成された物であることを特徴とする磁石構造体。
【請求項６】
軸方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に複数組出現するように形成された円柱状ボンド磁石と、
前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に、前記円柱状ボンド磁石の外周を囲むよう配置された磁気回路を構成するヨーク材料と、
の組み合わせからなり、
前記円柱状ボンド磁石が、一体に形成された物であることを特徴とする磁石構造体。
【請求項７】
長手方向に沿って交互多極磁化された円柱状ボンド磁石と、
前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に、該円柱状ボンド磁石の外周を囲むように配置され、
該円柱状ボンド磁石の長手方向に沿って内周が交互多極磁化された円筒状ボンド磁石と、を備えており、
前記円柱状ボンド磁石の磁極と前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極とが、互いに異極となるよう配置されてなることを特徴とする磁石構造体。
【請求項８】
請求項７に記載の磁石構造体であって、
前記円柱状ボンド磁石の円周に沿って表面磁束密度を測定した表面磁束密度プロファイルの凹状部分と、
前記円筒状ボンド磁石の内周に沿って表面磁束密度を測定した表面磁束密度プロファイルの凸状部分が、
略一致するように、前記円柱状ボンド磁石と前記円筒状ボンド磁石を配置してなることを特徴とする磁石構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向にＮ極とＳ極が交互に磁化された円柱状又は円筒状ボンド磁石の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
同種の磁極が対向するように複数の永久磁石を配置させた柱状磁石又は筒状磁石は、様々な分野で使用されている。例えば、食品から鉄粉等を除去するための異物除去装置や、リニアモータの固定子に用いられている（特許文献１〜３）。このような柱状磁石や筒状磁石は、その外周面において磁石の軸方向にＮ極とＳ極が放射状に交互に形成されている。このような磁石の外周面に発生した磁極は、例えばＮ極については、Ｎ極から軸方向に対して直交する方向に放射状に磁力線が伸び、そのＮ極と隣接するＳ極へと磁力線が大きな弧を描く。その結果、柱状磁石や筒状磁石の外周面に多くの磁場を形成することができる。そのため、このような磁石をリニアモータやリニアアクチュエータに利用した場合には、強い推進力を得ることができる。以下、このような磁石のことを柱状又は筒状の交互多極磁石と呼ぶ。
【０００３】
柱状又は筒状の交互多極磁石をリニアモータやリニアアクチュエータに利用するために、固定子をその磁石で構成する場合、可動子は、柱状又は筒状の交互多極磁石の軸方向に対して直交する方向に同心円状に配置されたコイルを備えている（特許文献２〜３）。その可動子は、前記コイルに流れる電流と固定子を構成する永久磁石が作る磁場とが相互作用をすることにより、柱状又は筒状の交互多極磁石の軸方向に推力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０３７１４号公報
【特許文献２】特開２００５−７３４６６号公報
【特許文献３】特許第３９５２１９０号公報
【特許文献４】特開２０１０−１３０７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の場合において、可動子がその磁石の軸方向に最も効率よく推力を得るには、可動子に備えられるその磁石の軸方向に直交する方向に同心円状に配置されたコイルに対して、その磁石の外周面の磁極から出る磁力線は、その磁石の軸方向と直交する方向を保ちながら放射状にそのコイルに達する必要があった。なぜなら、その磁石の軸方向である推力の方向に直交する方向に向いた磁力線は、可動子が備えるコイルに流れる電流に推力を及ぼすが、その磁石の軸方向である推力の方向に向いた磁力線は、可動子が備えるコイルに流れる電流に推力を及ぼさないからである。このため、固定子を構成する柱状又は筒状の交互多極磁石が作る磁場と、可動子が備えるコイルを流れる電流とを、最も効果的に効率よく相互作用させるためには、推力の方向と直交する方向、すなわち固定子を構成するその磁石の軸方向に直交する方向に、その磁石の外周面に発生した磁極から出る磁力線を、如何に多く直線的に、可動子が備えるコイルに流れる電流に到達させられるかが課題となる。
【０００６】
この課題に対して、従来の柱状又は筒状の交互多極磁石の磁力線は、径方向に磁場を作るものの、この磁石から出る磁力線の多くがその磁石の軸方向に対して直交する方向に放射状に伸び、弧を描き隣接する異極へと進む。例えば、図１６に示すように、磁石６０１のＮ極から出た磁力線の多くは、その磁石の軸方向に対して直交する方向に放射状に伸び、そのＮ極の前後に隣接する各Ｓ極へと分散しながら大きな弧を描くこととなる。つまり、その磁力線は、その磁石の外周面ではその磁石の軸方向に対して直交する方向に向くが、その磁石の外周面から離れるに従い、その磁石の軸方向に対して直交する方向から外れることとなる。したがって、可動子が備えるコイルに流れる電流に対して、多くの磁力線が効果的に、すなわち多くの磁力線が直線状に到達しているわけではない。
【０００７】
これに対して、固定子を構成する柱状又は筒状の交互多極磁石の外周面に発生した、ある磁極から出る多くの磁力線を、その磁極からその磁石の軸方向と直交する方向の可動子が備えるコイルに流れる電流に直線状に到達させるためには、その磁極からその磁石の軸方向と直交する方向でかつそのコイルを越えた位置に、その磁極から出た磁力線がその磁石の隣接する異極へと向かわないほどの強い磁場を備えた、異なる磁極を作ることが考えられる。そのことを磁石全体で考えると、固定子を構成する柱状又は筒状の交互多極磁石の磁力線は、その磁石の軸方向に対して直交する方向に放射状に伸びているため、その放射状に伸びた磁力線がその磁石の隣接する異極へと向かわないようにするためには、この磁石の外周面に発生した磁極を取り囲むように、その磁石の外周面にわたって強い磁場を備えた異なる磁極を作らなければならない。
【０００８】
しかしながら、上記を実現するには、固定子を構成する柱状又は筒状の交互多極磁石の外周側に、さらにその固定子を取り囲むように、もう一つの固定子となる筒状の交互多極磁石を設けなければならない。従来、柱状又は筒状の交互多極磁石を製造する場合には、軸方向に着磁された、柱状及び筒状の焼結磁石の複数ピースを同極が対向するように配置しながら、接着剤により接着する必要があった。この方法では、磁石を組み立てる際に、同種の磁極同士を対向させなければならず、大きな反発力を受けるため非常に危険であり、作業性が悪く、また接着剤が固化するまでの間、冶具で磁石を固定する必要もあって、生産性が低いという問題があった。その上さらに、外周側にも、もう一つの固定子となる筒状の交互多極磁石を強い磁場を発生させるためにこの方法で構成することは、更なる作業性と生産性の悪化に繋がる。加えて、固定子外周側のもう一つの固定子となる筒状の交互多極磁石側では、内周面のみならず外周面にも磁極が分散して発生してしまい、効率よく強い磁場をその内周面に作る上での課題ともなる。
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、推力の方向に直交する磁場を形成可能で、様々な分野に利用可能なリニアモータやリニアアクチュエータを構成できる円柱状ボンド磁石の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の第１の側面に係る円柱状ボンド磁石によれば、軸方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に１組以上出現するように形成された円柱状ボンド磁石と、前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に、該円柱状ボンド磁石の外周を囲むように配置される円筒形状を有し、該円柱状ボンド磁石の軸方向に沿ってその内周にＮ極とＳ極とが交互に１組以上出現するように形成された円筒状ボンド磁石と、を備える磁石構造体であって、前記円柱状ボンド磁石の軸と直交する方向において、該円柱状ボンド磁石の磁極と前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極とが、互いに異極となるように配置できる。
【００１１】
また本発明の第２の側面に係る円柱状ボンド磁石によれば、前記円柱状ボンド磁石の円周の磁極から出る磁力線を、該円柱状ボンド磁石の軸方向と直交する方向に位置する前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極に向かって、前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に放射状に進行させており、前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極から出る磁力線を、前記円柱状ボンド磁石の軸方向と直交する方向に位置する前記円柱状ボンド磁石の円周の磁極に向かって進行させることができる。すなわち、円柱状ボンド磁石の磁極より出た磁力線が、同円柱状ボンド磁石の隣接する異極へと向かう磁束方向と、円筒状ボンド磁石の内周面の磁極より出た磁力線が、同円筒状ボンド磁石の隣接する異極へと向かう磁束方向とが互いに相反する方向となる磁石構造体のため、磁束は互いに同磁石の隣接する異極へとは向かわず、磁束の方向が揃う円柱状ボンド磁石の軸に直交する方向に位置する円柱状ボンド磁石の磁極へと向かう。この結果、円柱状ボンド磁石の円周の磁極から出る磁力線が、磁極より円柱状ボンド磁石の軸方向に直交する方向に位置する円筒状ボンド磁石の内周の磁極へと円柱状ボンド磁石の軸を中心に放射状に進み、円筒状ボンド磁石の内周の磁極から出る磁力線が、磁極より円柱状ボンド磁石の軸方向に直交する方向に位置する円柱状ボンド磁石の円周の磁極へと進ませることができる。
【００１２】
さらに本発明の第３の側面に係る円柱状ボンド磁石によれば、前記円柱状ボンド磁石の円周に沿って表面磁束密度を測定した第一表面磁束密度プロファイルが、該円柱状ボンド磁石の円状断面において中心を通る第一方向に長く、前記第一方向と直交する第二方向が前記第一方向より短く、前記円筒状ボンド磁石の内周に沿って表面磁束密度を測定した第二表面磁束密度プロファイルが、前記円筒状ボンド磁石の円状断面において中心を通る第一方向に長く、前記第一方向と直交する第二方向が前記第一方向より短い場合に、前記円柱状ボンド磁石の第一方向と前記円筒状ボンド磁石の第一方向とを互いに直交する方向になるように、前記円柱状ボンド磁石と前記円筒状ボンド磁石を配置することができる。これにより、前記円柱状ボンド磁石の円周に沿って表面磁束密度を測定した第一表面磁束密度プロファイルの長短と前記円筒状ボンド磁石の内周に沿って表面磁束密度を測定した第二表面磁束密度プロファイルの長短とが平滑化される。すなわち、推力の方向となる前記円柱状ボンド磁石の軸方向に対して直交する方向の磁場のプロファイルバランスを平滑化させることができる。
【００１３】
さらにまた本発明の第４の側面に係る円柱状ボンド磁石によれば、前記円筒状ボンド磁石が、円筒の中空部分を軸方向に沿って分割するように構成することができる。これにより、円筒状ボンド磁石を一体物とせず、長手方向に沿うように分割された部材を連結して構成することで、成形時に磁力を高めることが容易となる利点が得られる。
【００１４】
さらにまた本発明の第５の側面に係る円柱状ボンド磁石によれば、前記円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石とを、それぞれ一体に形成された物とすることができる。これにより、本磁石構造体を構成する円柱状ボンド磁石の長手方向に隣接する異磁極間のピッチと、同じく本磁石構造体を構成する円筒状ボンド磁石の長手方向に隣接する異磁極間のピッチとを揃えることができる。
【００１５】
さらに本発明の第６の側面に係る磁石構造体によれば、軸方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に複数組出現するように形成された円柱状ボンド磁石と、前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に、前記円柱状ボンド磁石の外周を囲むよう配置された磁気回路を構成するヨーク材料との組み合わせで構成され、前記円柱状ボンド磁石を、一体に形成された物とできる。
【００１６】
さらに本発明の第７の側面に係る磁石構造体によれば、長手方向に沿って交互多極磁化された円柱状ボンド磁石と、前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に、該円柱状ボンド磁石の外周を囲むように配置され、該円柱状ボンド磁石の長手方向に沿って内周が交互多極磁化された円筒状ボンド磁石と、を備えており、前記円柱状ボンド磁石の磁極と前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極とが、互いに異極となるよう配置することができる。
【００１７】
さらに本発明の第８の側面に係る磁石構造体によれば、前記円柱状ボンド磁石の円周に沿って表面磁束密度を測定した表面磁束密度プロファイルの凹状部分と、前記円筒状ボンド磁石の内周に沿って表面磁束密度を測定した表面磁束密度プロファイルの凸状部分が、略一致するように、前記円柱状ボンド磁石と前記円筒状ボンド磁石を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る磁石構造体を示す垂直断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における水平断面図である。
【図３】他の実施の形態に係る磁石構造体を示す垂直断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線における水平断面図である。
【図５】図１のＩＩ−ＩＩ線及び図３のＩＶ−ＩＶ線における断面図のうち、磁石のみを表示する水平断面図である。
【図６】図５に示す磁石のうち、内部側の磁石単体による第一表面磁束密度プロファイルを示す水平断面図である。
【図７】図５に示す磁石のうち、外部側の磁石単体による第二表面磁束密度プロファイルを示す水平断面図である。
【図８】図６の磁石と図７の磁石とを組合せた第三表面磁束密度プロファイルを示す水平断面図である。
【図９】図１及び図３に係る磁石構造体の磁路を示す垂直断面図である。
【図１０】図１及び図３に係る磁石構造体の円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石の各単体での磁路を示す垂直断面図である。
【図１１】円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石の対向面における磁力線を示す垂直断面図である。
【図１２】円筒状ボンド磁石を一体成形する様子を示す斜視図である。
【図１３】円筒状ボンド磁石を二分割して構成する例を示す水平断面図である。
【図１４】図１３の分割された小片を形成する例を示す水平断面図である。
【図１５】図６の円柱状ボンド磁石の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図１６】従来のボンド磁石における磁力線の向きを示す垂直断面図である。
【図１７】図９に示す円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石との磁石間距離が２ｍｍの場合の磁束密度分布を示すグラフである。
【図１８】図９に示す円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石との磁石間距離が５ｍｍの場合の磁束密度分布を示すグラフである。
【図１９】円柱状及び円筒状ボンド磁石の角度位置を示す模式図である。
【図２０】有限要素法による磁場シミュレーションにより得られた円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石との組み合わせによる磁束密度の分布である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための円柱状ボンド磁石を例示するものであって、本発明は、円柱状ボンド磁石を以下に限定するものではない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一部の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一部の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
【００２０】
図１に、本発明の一実施の形態に係る円柱状ボンド磁石の模式的な垂直断面図を、図２にその水平断面図を、それぞれ示す。また図３は、他の実施の形態に係る円柱状ボンド磁石の模式的な垂直断面図を、図４はその水平断面図を、それぞれ示している。さらに図９は、図１及び図３の磁石構造体の磁路を模式的に示した図である。また、図１０は、その磁石構造体を構成する円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石のそれぞれ単体とした際の磁束の模式的な磁路を示している。なお図１及び図３では、説明を容易にするため支持部（可動子）１０５のエッジ部は図示していない。
【００２１】
このようなボンド磁石を製造する一例として、特願２００９−２６８１４３号明細書記載の方法を利用することも可能である。また成形中の配向方法を含め、他の製造方法によって製造された交互多極ボンド磁石や、生産性の低さはあるものの、従来のように磁石ピースを一つずつ組み上げていく方法で作られた交互多極焼結磁石を利用することもできる。すなわち、長手方向にＮ極とＳ極が交互に１組以上出現され、図１０に模式的に示す磁路を備える円柱状及び円筒状磁石の組合せであればよい。また、それがボンド磁石である場合は、図９で示す実施形態に係る円柱状及び円筒状ボンド磁石の磁石配置を、一体成形で実施しても構わない。さらに、図９で示す実施形態に係る円柱状ボンド磁石を、その内部を中空にして実施しても構わない。
【００２２】
図９に示す円柱状ボンド磁石１０１と円筒状ボンド磁石１０２間の磁束密度分布は、磁石間距離によって異なる。ここで磁束密度の分布状態の一例として、有限要素法による磁場シミュレーションにより得られた磁束密度の分布を、図１７と図１８に示す。これらの図においては、残留磁束密度１Ｔ、保磁力７５８ｋＡ／ｍ、透磁率１．０５Ｈ／ｍの磁石を想定している。また各ボンド磁石のＮ極とＳ極のピッチを７ｍｍ、円柱状ボンド磁石１０１の半径を３．２５ｍｍ、円筒状ボンド磁石１０２の内径と外径の差を３．２５ｍｍとした。また図１７は磁石間距離が２ｍｍの場合を示し、図１８は磁石間距離が５ｍｍの場合を示している。
【００２３】
図１と図３との違いは、図１が固定子に磁石を備え、可動子にコイルを備えるのに対し、図３が固定子にコイルを備え、可動子に磁石を備える点である。図１において支持部（可動子）１０５の移動方向をＢとする場合、コイル１０３ａに流す電流の向きは、図２の方向から見て時計回りとし、コイル１０３ｂに流す電流の向きは、図２の方向から見て反時計回りとなる。一方、図３において支持部（可動子）１０５の移動方向をＢとする場合、コイル１０３ａに流す電流の向きは、図４の方向から見て反時計回りとし、コイル１０３ｂに流す電流の向きは、図４の方向から見て時計回りとなる。
【００２４】
図１の場合も図３の場合も、可動子が移動中又は静止中に、コイル１０３ａに流す電流の方向とコイル１０３ｂに流す電流の向きを同一方向とし、支持部（可動子）１０５に対し制動力を与えることができる。また、その場合に双方の電流のバランスを可変することも可能である。
【００２５】
図１及び図３はＮとＳの１組の一実施の形態であるが、ＮとＳの２組以上の交互の磁石でもその実施が可能である。また、支持部（可動子）１０５、支持部（固定子）１０６及びコイル支持部１０２は、本発明の一実施の形態に係る円柱状ボンド磁石の説明のために模式的に付したものであり、これに限定するものではない。
【００２６】
図５は、図１のＩＩ−ＩＩ線、図３のＩＶ−ＩＶ線における水平断面図である図２、図４から、円柱状ボンド磁石１０１と円筒状ボンド磁石１０２のみを、説明のために抜き出した図である。図６及び図７に示す第一、第二表面磁束プロファイルは、それぞれ円柱状ボンド磁石の円周、及び円筒状ボンド磁石の内周に沿って測定した同値の表面磁束密度分布を模式的に示している。
【００２７】
図６に示す円柱状ボンド磁石の第一表面磁束密度プロファイルは、中心線を通る第一方向Ｂに長く、この第一方向Ｂと交差して中心線を通る第二方向Ｃに短くなっている。このように中心に対して点対称としない表面磁束密度プロファイルを得るには、例えば図１５に示すように、円柱状ボンド磁石１０１の左右から挟み込むように二分割した金型３０で成形することによって得ることができる。図１５において、金型３０同士の合わせ面が位置する円柱状ボンド磁石の上下において、射出成形時に磁性粉末の配向が不十分となり、磁束密度が低下するからである。
【００２８】
一方、図７に示す円筒状ボンド磁石の第二表面磁束密度プロファイルは、中心線を通る第一方向Ｄに短く、この第一方向Ｄと交差して中心線を通る第二方向Ｅに長くしている。このようにすることで、図８のようにＢ方向とＤ方向、Ｃ方向とＥ方向とをそれぞれ揃えるように配置された、図６の円柱状ボンド磁石と図７の円筒状ボンド磁石とで合成された第三表面磁束密度プロファイル５０は、図８において太線破線で示すように一方の磁束密度の弱い領域を他方で補完できるため、円形状に近付けることができ、全周に渡って均一に強い磁束密度を実現できる。この結果、従来の磁力線が図１６に示すように円弧状に湾曲する成分が多く、直進方向の成分が少ないのに対し、本実施の形態では図１１に示すように、対向する磁極同士が異なる極性を有することから、この間で直進する磁力線の成分が増す結果、強い磁力を得て推進力を大きく改善できる利点が得られる。
【００２９】
また円筒状ボンド磁石は、一体的に形成する構成に限られず、円筒の中空部分を軸方向に沿って分割するように構成することもできる。このようにすることで、磁力を高めることが容易となる。すなわち、予め円筒状に一体的に成形した円筒状ボンド磁石を得ようとすれば、図１２に示すように金型３４で成形する際に、円筒状の中心に挿入される配向用の棒状磁石３２の大きさが制限されることとなる。特に円筒状ボンド磁石を小型化する場合は、配向用の棒状磁石３２も小型化せざるを得ないが、小型の棒状磁石の磁力を高めることは容易でない。
【００３０】
一方で、円筒状ボンド磁石を、図１３に示すように中空部分に沿って分割した分割片１０２ａ、１０２ｂとすることで、いいかえると、中空の閉鎖空間を含まない形状に分割することで、分割された分割片１０２ａ、１０２ｂについては、円筒部分が無いため、配向用の磁石が棒状でなければならないという制限が無くなり、金型設計の自由度が高まる。例えば図１４に示すような、比較的大型の金型３６でも利用できることから、磁力を高めることが容易となる利点が得られる。
【００３１】
以上の円柱状ボンド磁石は、推力の方向に直交する有効な直線状の磁場を集中的に３６０度放射状に形成可能なため、従来、ボンド磁石の課題であった磁気特性の不足を、推力発生のために設ける電場に対する有効な磁束密度を上げることで補うことができる。その用途としては、リニアモータやリニアアクチュエータとして利用できる。特に従来、焼結磁石では実現がむずかしい小型軽量、割れや欠けが少ない、寸法精度を要する、狭磁極間ピッチへの対応等の要素を複合的に含む直線往復運動を行うアクチュエータ、中でも比較的ストロークの小さいアクチュエータの磁石構造体としても有効である。
【００３２】
また円柱状ボンド磁石は、推力の方向に直交する有効な直線状の磁場を集中的に３６０度放射状に形成可能なため、従来に比べ、有効な磁束密度をもつ磁場領域が電場の方向に広くなり、推力発生のために設ける電場の有効領域も広くなることとなる。すなわち、より広い有効な磁束密度をもつ磁場領域が確保できたことで、電場として組み合わされるコイルの巻き数や太さの仕様の選択肢が広がる効果を生み出している。このことは、コイルの巻き数を増し推力を上げる効果やコイルの太さを増すことでの最大電力量の確保に寄与することとなる。
【００３３】
さらに、構成するボンド磁石が焼結磁石に比べて軽量であることに加え、従来のボンド磁石の課題であった磁気特性の不足に由来する磁石の大型化に対し、推力発生のために設ける電場の方向に対する有効な磁束密度を上げることにより、磁石の小型化が可能となる。その結果、従来、焼結磁石を用いたリニアモータやリニアアクチュエータの場合は、磁石は固定子として備えられる場合が多いが、使用用途に合わせて、磁石を可動子に備え、コイルを固定子に備える構成と、これとは反対に、コイルを可動子に備え、磁石を固定子に備える構成との選択条件の領域が広がる効果も提供している。さらに、コイルを固定子とする構成を選択した場合には、可動子の場合のようにはコイルの軽量化に考慮する必要が無くなる。このことは、コイルの巻き数を増し推力を上げる効果やコイルの太さを増すことでの最大電力量の確保という効果も生み出すこととなる。また、前述の電気エネルギーを運動エネルギーである推力に換える場合以外の用途として、運動エネルギーを電気エネルギーに換える用途を想定する場合、すなわち、本発明の磁石構造体を発電に利用する場合にも、この最大電力量に寄与する効果は、重要な効果要素となる。
【００３４】
加えて、円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石とを組み合わせることにより、推力の方向軸と直行する方向に放射状形成される磁場のプロファイルバランスを平滑化できる。これによって、推力の方向安定性を向上させる効果が期待できる。ここで、有限要素法による磁場シミュレーションにより得られた、円柱状ボンド磁石と円筒状ボンド磁石との組み合わせによる磁束密度の分布を、図２０のグラフに示す。このグラフにおいて、横軸で示す角度位置［ｄｅｇ］は、図１９に示す円柱状及び円筒状ボンド磁石の水平断面図における角度位置である。すなわち図２０に示す角度位置は、図１９における円柱状ボンド磁石１０１の中心を通る任意の中心線を０°とした場合に、反時計回りの９０°分を表したものである。この例では、円柱状ボンド磁石１０１の半径を１０ｍｍ、円筒状ボンド磁石１０２の内径と外径の差を５ｍｍ、円柱状ボンド磁石１０１の外径と円筒状ボンド磁石１０２の内径との距離を５ｍｍ、各ボンド磁石のＮ極とＳ極のピッチを７ｍｍとした。また各ボンド磁石の透磁率は、１．０５Ｈ／ｍとした。さらに残留磁束密度の設定は、円柱状ボンド磁石１０１では０°を最大値１Ｔとし、９０°を最小値０．５Ｔとして連続変化させている。一方の円筒状ボンド磁石１０２では、０°を最小値０．５Ｔとし、９０°を最大値１Ｔとして連続変化させている。図２０に示すシミュレーションによる磁束密度の分布の観測点は、円柱状ボンド磁石１０１の外径と円筒状ボンド磁石１０２の内径との中間点である。
【００３５】
なお、本明細書で示した磁石構造体は、円柱状ボンド磁石の軸を中心に、円柱状ボンド磁石を囲むよう円筒状磁石を配置し、前記円柱状ボンド磁石の軸に直交する方向に位置する前記円柱状ボンド磁石の磁極と前記円筒状ボンド磁石の内周の磁極が互いに異極となるような構造としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、長手方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に１組以上出現するように形成された円柱状ボンド磁石と、前記円柱状ボンド磁石の軸を中心に前記円柱状ボンド磁石を囲むよう配置された磁気回路を構成するための円筒状のヨーク材料との組み合わせで構成させても構わない。円筒状のヨーク材料は、円柱状磁石の磁極から発生する磁力線を引き込む作用を持つので、推力の方向に直交する有効な直線状の磁場を効果的に形成できる。ここでヨーク材料に用いる材質は、比透磁率が１０００以上、最大磁束密度が１Ｔ以上のものが好ましい。比透磁率かつ最大透磁率が大きいほど、円筒状ヨーク部分での磁気抵抗を低減でき、効率よく円柱状磁石の磁極から発生する磁力線を引き込むことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の円柱状ボンド磁石は、リニアモータやリニアアクチュエータとして好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…円柱状ボンド磁石
１０２…円筒状ボンド磁石
１０２ａ、１０２ｂ…分割片
１０３ａ、１０３ｂ…コイル部
１０４…コイル支持部
１０５…支持部（可動子）
１０６…支持部（固定子）
１０…円柱状ボンド磁石表面磁束プロファイル
２０…円筒状ボンド磁石表面磁束プロファイル
３０…金型
３２…配向用の棒状磁石
３４、３６…金型
５０…第三表面磁束プロファイル
６０１…磁石
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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