(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に対して可動子が往復直線運動可能に構成されている電気機械であって、
前記固定子及び前記可動子の一方は、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石が連続して配置さて構成されるか、または同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石からなる個別永久磁石列が複数並べられて構成された１以上の永久磁石列と、巻線導体がコイル状に巻回されて構成され且つ前記１以上の永久磁石列を囲むように配置された１以上の巻線部とを備え、
前記固定子及び前記可動子の他方は、前記永久磁石列に沿って間隔あけて並ぶように配置された複数の磁極片を有する１以上の磁極片列を備え、
前記複数の永久磁石のピッチ及び前記複数の磁極片のピッチは、同方向に着磁され且つ前記永久磁石列中に１つおきに位置する２つの前記永久磁石と、該２つの永久磁石に挟まれ且つ該２つの永久磁石の磁化方向とは異なる異方向に着磁された１つの前記永久磁石に対向する１つまたは２つの前記磁極片とを通って磁束が流れるように定められていることを特徴とする電気機械。
【請求項２】
前記複数の磁極片は、板状、柱状または環状形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
【請求項３】
前記永久磁石列は、前記複数の永久磁石のそれぞれの両極側に磁性ヨークが配置された構造を有している請求項１に記載の電気機械。
【請求項４】
前記複数の永久磁石及び前記磁性ヨークは、それぞれ前記永久磁石列が延びる方向に延びる中空部を有する筒形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の電気機械。
【請求項５】
前記磁極片列は、非磁性材料からなる筒体の内部に収納されている請求項１に記載の電気機械。
【請求項６】
前記巻線部が前記磁束を発生して、前記永久磁石と前記磁極片との間に前記可動子の前記往復直線運動を繰り返すための推力を発生する請求項１に記載の電気機械。
【請求項７】
外力によって前記可動子が往復直線運動をすると、前記永久磁石列の前記複数の永久磁石から出る磁束が前記磁束を形成する請求項１に記載の電気機械。
【請求項８】
ｎ相分（ｎは２以上の整数）の前記巻線部が前記永久磁石列に沿って配置され、前記ｎ個の巻線部に電気角で（３６０／ｎ）°の位相差を持った励磁電流が流されて前記可動子が前記往復直線運動をする請求項６に記載の電気機械。
【請求項９】
ｎ相分（ｎは２以上の整数）の前記巻線部が前記永久磁石列に沿って配置され、前記ｎ個の巻線部に電気角で（３６０／（２×ｎ））°の位相差を持った励磁電流が流されて前記可動子が前記往復直線運動をする請求項６に記載の電気機械。
【請求項１０】
ｎ相分（ｎは１以上の整数）のｎ個の前記巻線部が、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成され、電気角で（３６０／２ｎ）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように前記ｎ個の巻線部の前記第１及び第２の分割巻線部が配置されている請求項６または７に記載の電気機械。
【請求項１１】
１つの相の前記巻線部に対応して設けられる前記個別永久磁石列に含まれる前記複数の永久磁石のピッチをτｐとし、
１つの相の前記巻線部に対応して設けられた前記個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の前記巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって前記最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとし、
前記磁極片列に含まれる前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、
Ｐ＝３６０°（電気角）
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／ｎ）×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
の条件が満たされていることを特徴とする請求項８または９に記載の電気機械。
【請求項１２】
ｎ相分のｎ個の前記巻線部が、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成され、電気角で（３６０／２ｎ）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように前記ｎ個の巻線部の前記第１及び第２の分割巻線部が配置されおり、
１つの相の前記巻線部の前記分割巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列に含まれる前記複数の永久磁石のピッチをτｐとし、
１つの相の前記巻線部に対応して設けられた前記個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の前記巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって前記最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとし、
前記同極性になる最初の磁極が、前記他の個別永久磁石列の前記一端側から２番目に存在する磁極であり、
前記磁極片列に含まれる前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、
Ｐ＝３６０°（電気角）
τｍ＝２×Ｐ＋（１／（２×ｎ））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
の条件が満たされていることを特徴とする請求項８または９に記載の電気機械。
【請求項１３】
前記永久磁石列に含まれる前記複数の永久磁石の数がＭ（Ｍは自然数）個であり且つ前記複数の永久磁石のピッチがτｐ一定であり、
１つの相の前記巻線部の長さをτｃとし、
前記磁極片列に含まれる前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、
Ｐ＝３６０°（電気角）
τｃ＝２×Ｍ×τｐ／ｎ
τｐ＝Ｐ／２±Ｐ／（２×Ｍ）
の条件が満たされていることを特徴とする請求項８または９に記載の電気機械。
【請求項１４】
ｎ相分のｎ個の前記巻線部が、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成され、電気角で（３６０／（２×ｎ））°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように前記３個の巻線部の前記第１及び第２の分割巻線部が配置されおり、
前記永久磁石列に含まれる前記複数の永久磁石の数がＭ（Ｍは自然数）個であり且つ前記複数の永久磁石のピッチがτｐ一定であり、
１つの前記分割巻線部の長さをτｃとし、
前記磁極片列に含まれる前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、
Ｐ＝３６０°（電気角）
τｃ＝２×Ｍ×τｐ／（２×ｎ）
τｐ＝Ｐ／２±Ｐ／（２×Ｍ）
の条件が満たされていることを特徴とする請求項８に記載の電気機械。
【請求項１５】
前記ｎが２からなり、
１つの相の前記巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列に含まれる前記複数の永久磁石のピッチをτｐとし、
１つの相の前記巻線部に対応して設けられた前記個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の前記巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって前記最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとし、
前記磁極片列に含まれる前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、
Ｐ＝３６０°（電気角）
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／４）×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
の条件が満たされていることを特徴とする請求項８に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記複数の巻線部の外側には、磁気回路の一部を構成するバックヨークが設けられていることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１７】
前記バックヨークの前記永久磁石列が延びる方向の両端には、前記可動子を往復直線運動可能に且つ周方向に回転不可能に支持する軸受がそれぞれ固定されていることを特徴とする請求項１６に記載の電気機械。
【請求項１８】
前記複数の巻線部の両端には前記バックヨークと磁気的に結合されて前記磁極片列と対向する磁性ティースが設けられている請求項１６に記載の電気機械。
【請求項１９】
前記複数の分割巻線部の両端には前記バックヨークと磁気的に結合されて前記磁極片列と対向する磁性ティースが設けられている請求項１６に記載の電気機械。
【請求項２０】
前記永久磁石は、複数の分割永久磁石が組み合わされて構成されている請求項１に記載の電気機械。
【請求項２１】
前記固定子に前記磁極片列が設けられ、前記可動子に前記巻線部及び前記永久磁石列が設けられている請求項１に記載の電気機械。
【請求項２２】
１つの前記磁極片は、前記永久磁石列が延びる方向に磁性鋼板が積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
【請求項２３】
前記複数の磁極片は、磁性鋼板が積層されて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
【請求項２４】
前記巻線部が１つで、前記巻線部に交流電流が流されて前記可動子が往復振動する請求項１に記載の電気機械。
【請求項２５】
前記巻線部が前記可動子が延びる方向に２つ並んで配置され、２つの前記巻線部に逆位相の交流電流が流されて前記可動子が往復振動するように構成され、前記複数の永久磁石のピッチをτｐとし、前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐの条件が満たされていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
【請求項２６】
前記永久磁石列が外力で往復運動させられるように構成され、前記巻線部に交流電圧が誘起されるように構成され、前記複数の永久磁石のピッチをτｐとし、前記複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐの条件が満たされていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータ、リニア振動アクチュエータ、リニア振動発電機等を含む電気機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＯ２００９／０２８３６９号公報には、固定子に対して可動子が往復直線運動するリニアモータからなる電気機械が示されている。このリニアモータの可動子は、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石からなる永久磁石列を備えている。リニアモータの固定子は、巻線導体がコイル状に巻回されて構成され且つ永久磁石列と同心的に配置された巻線部を備えている。この種のリニアモータからなる電気機械では、単位体積あたりの可動子の推力を高めるためには、巻線部の数を永久磁石の使用量を増やしたり、巻線部を大きくすることが考えられた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００９／０２８３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、巻線部及び永久磁石の数を増やすと、製造が煩雑になり、製造コストが高くなる。
【０００５】
本発明の目的は、巻線部の数を少なくすることができて、しかも永久磁石の使用量を下げることができる電気機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願発明は、固定子に対して可動子が往復直線運動可能に構成されている電気機械を改良の対象とする。本発明では、固定子及び可動子の一方は、１以上の永久磁石列と１以上の巻線部とを備えている。１以上の永久磁石列は、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石が連続して配置されて構成されるか、または同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石からなる個別永久磁石列が複数並べられて構成される。また１以上の巻線部は、巻線導体がコイル状に巻回されて構成され且つ１以上の永久磁石列を囲むように配置される。ここで個別永久磁石列は、１つの巻線部に完全に対応して個別に設けられる。そして固定子及び可動子の他方は、永久磁石列に沿って間隔あけて並ぶように配置された複数の磁極片を有する１以上の磁極片列を備えている。複数の永久磁石のピッチ及び複数の磁極片のピッチは、同方向に着磁され且つ永久磁石列中に１つおきに位置する２つの永久磁石と、該２つの永久磁石に挟まれ且つ該２つの永久磁石の磁化方向とは異なる異方向に着磁された永久磁石に対向する１つまたは２つの磁極片とを通って磁束が流れるように定められている。
【０００７】
本発明のように構成された永久磁石列と複数の磁極片を有する磁極片列とを備えていると、リニアモータ、リニア振動アクチュエータ、リニア振動発電機のいずれの電気機械においても、同方向に着磁され且つ永久磁石列中に１つおきに位置する２つの永久磁石と、該２つの永久磁石に挟まれ且つ該２つの永久磁石の磁化方向とは異なる異方向に着磁された永久磁石に対向する１つまたは２つの磁極片とを通って磁束が流れたときに、磁極片列中の複数の磁極片にそれぞれ形成される磁極と該磁極片に隣接する永久磁石により形成された磁極との間に引き合う力が発生し、可動子の推力を高めることができる。また永久磁石列と巻線部とが固定子及び可動子の一方に一緒に配置されているので、組み立てが容易で、しかも巻線部及び永久磁石の数を減らすことができる。
【０００８】
複数の磁極片は、板状、柱状または環状形状を有していてもよく、その形状は任意である。
【０００９】
永久磁石列は、複数の永久磁石のそれぞれの両極側に磁性ヨークが配置された構造を有することができる。このようにすれば、磁束の流れを効率よく高めることができ、また、永久磁石の同極を向かい合わす際に発生する反発力を小さくすることができ、製造作業を容易にできる。
【００１０】
複数の永久磁石及び磁性ヨークは、それぞれ永久磁石列が延びる方向に延びる中空部を有する筒形状になるように構成できる。このようにすれば、可動子の推力を大きく低下させることなく、永久磁石及び磁性ヨークの量を下げることができる。
【００１１】
永久磁石列は、複数の永久磁石が直接接合された構造にしてもよい。このようにすれば、永久磁石の量を増やすことができ、電気機械の可動子の推力をさらに高めることができる。
【００１２】
このような場合においても、複数の永久磁石は永久磁石列が延びる方向に延びる中空部を有する筒形状になるように構成できる。このようにすれば、可動子の推力を大きく低下させることなく、永久磁石の使用量を下げることができる。
【００１３】
磁極片列は、非磁性材料からなる筒体の内部に複数の磁極片を収納して構成することができる。このようにすれば、複数の磁極片を筒体の内部に収納するだけで、簡単に磁極片列を構成することができる。
【００１４】
電気機械がリニア振動アクチュエータの場合は、巻線部が交番磁束を発生して、永久磁石と磁極片との間に可動子の往復直線運動を繰り返すための推力を発生する。
【００１５】
電気機械がリニア振動発電機の場合は、外力によって可動子が往復直線運動をすると、永久磁石列の複数の永久磁石と磁極片列とを流れる磁束が発生し、巻線部に誘起電圧が発生する。
【００１６】
電気機械がリニアモータの場合は、ｎ相分（ｎは２以上の整数）の巻線部に（３６０／ｎ）°または（３６０／２ｎ）°の位相差を持った励磁電流が流されて可動子が往復直線運動をする。ちなみに２相モータの場合には、巻線部に（３６０／２ｎ）°の位相差を持った励磁電流が流される。
【００１７】
ｎ相分（ｎは１以上の整数）のｎ個の巻線部を、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成してもよい。この場合には、電気角で（３６０／２ｎ）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるようにｎ個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部を配置すればよい。このようにすると例えば３相分の巻線部で６相の巻線部を備えた場合と同様の磁場を形成することができるので、励磁回路の数を減らすことができる。
【００１８】
具体的に、相数がｎ相の場合には、以下のように永久磁石のピッチと磁極片のピッチとの関係を定めればよい。すなわち１つの相の巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列に含まれる複数の永久磁石のピッチをτｐとし、１つの相の巻線部に対応して設けられた個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとする。そして磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とする。この場合において、
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／ｎ）×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
の条件が満たされていれば、本発明の電気機械はリニアモータとして機能する。この条件において、ｑの値は個別永久磁石列の構成に応じて定まる。ピッチτｍの式中の「ｑ」および「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。ちなみに後述する実施例１は、同極性になる最初の磁極が、他の個別永久磁石列の一端側において最初に存在する磁極の場合であり、具体的には、
τｍ＝ｑ×Ｐ＋（１／ｎ）×Ｐ，ｑ＝３，ｎ＝３
τｐ＝Ｐ／２
となる。また後述する実施例２の場合は、同極性になる最初の磁極が、他の個別永久磁石列の一端側から２番目に存在する磁極の場合であり、具体的には、
τｍ＝ｑ×Ｐ＋（１／ｎ）×Ｐ，ｑ＝３，ｎ＝３
τｐ＝Ｐ／２
となる。
【００１９】
またｎ相分のｎ個の巻線部を、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成し、電気角で（３６０／２ｎ）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるようにｎ個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部が配置される構造としてもよい。すなわち１つの相の巻線部の分割巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列に含まれる複数の永久磁石のピッチをτｐとし、１つの相の巻線部に対応して設けられた個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとし、磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とする。この場合には、
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／（２×ｎ））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
の条件ならば、本発明の電気機械はリニアモータとして機能する。上記条件において、「ｑ」および「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００２０】
なお後述する実施例３（図８，図９）では、
τｍ＝２×Ｐ＋（１／（２×３））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
の条件の場合を示している。
【００２１】
またｎ相の巻線部を用いる場合において、永久磁石列に含まれる複数の永久磁石の数が２×Ｍ（Ｍは自然数）個であり且つ複数の永久磁石のピッチがτｐ一定である場合には、磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とすると、１つの相の巻線部の長さτｃ及び永久磁石のピッチτｐが、以下の条件を満たせば本発明の電気機械はリニアモータとして機能する。
【００２２】
τｃ＝２×Ｍ×τｐ／ｎ
τｐ＝Ｐ／２±Ｐ／（２×Ｍ）
上記条件において、「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００２３】
ちなみに後述する実施例（図１０，図１１）では、
τｃ＝２×８×τｐ／３
τｐ＝Ｐ／２＋Ｐ／（２×８）
の条件の場合を示している。
【００２４】
またｎ相の巻線部を用いる場合において、３相分の３個の巻線部が、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成され、電気角で（３６０／（２×ｎ））°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように３個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部が配置されている場合において、永久磁石列に含まれる複数の永久磁石の数が２×Ｍ（Ｍは自然数）個であり且つ複数の永久磁石のピッチがτｐ一定である場合に、磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）として、次の条件を満たすことにより電気機械はリニアモータとして機能する。すなわち１つの分割巻線部の長さτｃと永久磁石のピッチτｐが次の条件を満たす必要がある。
【００２５】
τｃ＝２×Ｍ×τｐ／（２×ｎ）
τｐ＝Ｐ／２±Ｐ／（２×Ｍ）
上記条件において、「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００２６】
ちなみに後述する実施例（図１２）では、
τｃ＝２×８×τｐ／（２×３）
τｐ＝Ｐ／２＋Ｐ／（２×８）
の条件の場合を示している。
【００２７】
またｎ相の巻線部を用いる場合に、１つの相の巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列に含まれる複数の永久磁石のピッチをτｐとし、１つの相の巻線部に対応して設けられた個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとし、磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）としたときには、以下の条件を満たせば本発明の電気機械はリニアモータとして機能する。
【００２８】
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／（２×ｎ））×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
上記条件において、「ｑ」および「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００２９】
ちなみに後述する実施例（図１３）では、
τｍ＝３×Ｐ＋（１／（２×２））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
の条件の場合を示している。
【００３０】
またｎ相分のｎ個の巻線部が、それぞれ第１の分割巻線部と該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部とから構成され、電気角で（３６０／（２×ｎ））°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるようにｎ個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部が配置されいる場合には次の条件にする。すなわち、１つの相の巻線部の分割巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列に含まれる永久磁石のピッチをτｐとし、１つの相の巻線部に対応して設けられた個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の端面から、該個別永久磁石列の他端側に位置する他の相の巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列の一端側にあって最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極の端面までのピッチをτｍとし、同極性になる最初の磁極が、他の個別永久磁石列の一端側から２番目に存在する磁極であり、磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とした場合には、以下の条件を満たせば本発明の電気機械はリニアモータとして機能する。
【００３１】
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／（２×ｎ））×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
上記条件において、「ｑ」および「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００３２】
ちなみに後述する実施例（図１４）では、
τｍ＝２×Ｐ＋（１／（２×２））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
の条件の場合を示している。
【００３３】
複数の巻線部の外側には、磁気回路の一部を構成するバックヨークを設けることができる。このようにすれば、複数の巻線部の外側に磁気回路を積極的に形成でき、可動子の推力を高めることができる。
【００３４】
バックヨークの永久磁石列が延びる方向の両端には、可動子を往復直線運動可能に且つ周方向に回転不可能に支持する軸受がそれぞれ固定することができる。このようにすれば、可動子が周方向に回転するのを防ぐことができる。
【００３５】
複数の巻線部の両端または複数の分割巻線部の両端には、バックヨークと磁気的に結合されて磁極片列と対向する磁性ティースが設けられていてもよい。このような磁性ティースを設ければ、可動子の推力を高めることができる。
【００３６】
永久磁石は、複数の分割永久磁石が組み合わされて構成されていてもよい。永久磁石を、複数の分割永久磁石を組み合わせて構成すれば、種々の形状の永久磁石を安価に構成することができる。
【００３７】
固定子に磁極片列を設け、可動子に巻線部及び永久磁石列を設けてもよい。このようにすると、可動子のストロークを長くしても、巻線部の数及び永久磁石の数を増やす必要が無い利点が得られる。
【００３８】
磁極片の構成な任意であり、永久磁石列が延びる方向に磁性鋼板を積層して１つの磁極片を構成してもよく、また複数の磁極片を磁性鋼板が積層して構成してもよい。
【００３９】
なお巻線部を１つ用い、巻線部に交流電流を流して可動子を往復振動させることによりリニア振動アクチュエータを構成してもよい。また巻線部を可動子が延びる方向に２つ並んで配置し、２つの巻線部に逆位相の交流電流を流して可動子を往復振動させるようにしてもよい。この場合には、複数の永久磁石のピッチをτｐとし、複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐの条件が満たされていることが好ましい。
【００４０】
更に永久磁石列を外力で往復運動させられるようにして、巻線部に交流電圧が誘起されるように構成すれば、リニア振動発電機を得ることができる。この場合にも、複数の永久磁石のピッチをτｐとし、複数の磁極片のピッチをＰとしたときに、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐの条件が満たされていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】三相のリニアモータに本発明を適用した本発明の実施例の非励磁状態における停止状態を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は巻線部に通電する三相交流波形を示す図であり、（Ｂ）は三相の巻線部の配置を示す図である。
【図３】図１に示すリニアモータの動作を説明するために用いる図である。
【図４】（Ａ）は図１に示すリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図であり、（Ｂ）は横断面図である。
【図５】図１のリニアモータにおける磁極片列の構成を変えた実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図６】個別永久磁石列の一端側に最初に存在する磁極の極性が異なる場合の実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図７】図６のリニアモータにおける磁極片列の構成を変えた実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図８】（Ａ）は他の実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図であり、（Ｂ）は巻線部の配置構成を示す図である。
【図９】図８のリニアモータにおける磁極片列の構成を変えた実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１０】同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石が連続して配置されて永久磁石列を有する実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１１】図１０のリニアモータにおける磁極片列の構成を変えた実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１２】他の実施例のリニアモータを斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１３】２相のリニアモータに本発明を適用した実施例を斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１４】２相のリニアモータに本発明を適用した他の実施例を斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明を１相のリニアモータに適用してリニア振動アクチュエータを構成した実施例を斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｃ）は、リニア振動発電機に本発明を適用した実施例を斜めからみた状態での縦断面図である。
【図１７】バックヨークを有しない本発明の電気機械の一実施例の構造を示す断面図である。
【図１８】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の電気機械をリニアモータを適用した場合において、バックヨークに磁性ティースを配置した実施例の構造を示す図である。
【図１９】（Ａ）及び（Ｂ）は、可動子の固定構造を説明するための実施例の断面図である。
【図２０】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例の電気機械を軸線方向に直交する方向に切断した断面の輪郭の形状の変形例を説明するために用いる図である。
【図２１】（Ａ）及び（Ｂ）は、バックヨーク、永久磁石、磁極片の変形例を説明するために用いる図である。
【図２２】（Ａ）及び（Ｂ）は、バックヨーク、永久磁石、磁極片の変形例を説明するために用いる図である。
【図２３】磁極片列を固定子に設けて、永久磁石列及び巻線部を可動子に設ける場合の構成の一例を示す図である。
【図２４】磁極片列を固定子に設けて、永久磁石列及び巻線部を可動子に設ける場合の構成の他の例を示す図である。
【図２５】図２３及び図２４の実施例において使用することができる固定子の磁極片列を含む構造物の正面図及び側面図である。
【図２６】図２３及び図２４の実施例において使用することができる固定子の磁極片列を含む構造物の正面図及び側面図である。
【図２７】図２３及び図２４の実施例において使用することができる固定子の磁極片列を含む構造物の正面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の電気機械の複数の実施の形態を詳細に説明する。なお以下の説明で参照する図面には、図示を明確にするために、一部を除いて断面であることを示すハッチングを付していない。
【００４３】
（実施例１）
図１は、三相のリニアモータに本発明を適用した本発明の実施例１の電気機械の概略断面図である。図１には、軸受け構造は図示していない。この三相リニアモータには図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す位相関係の三相交流が励磁巻線に通電される。図１は、非励磁状態における直動軸の代表的な停止状態を示している。図１に示すように、本例の三相リニアモータ１は、リニアモータ本体３と該リニアモータ本体３に取り付けられたバックヨーク５とを有している。リニアモータ本体３は、可動子７と固定子９とを有している。可動子７は、直動軸１１を有しており、直動軸１１には複数の磁極片１３からなる１つの磁極片列１５が含まれている。本実施例で用いる磁極片１３は、図４に示すように円環状形状を有している。磁極片１３は、例えば珪素鋼の磁性材料から形成されている。実際には、破線または実線で示すステンレス製の管１７の内部に所定のピッチＰで複数の磁極片１３が間隔をあけて配置されている。隣合う磁極片１３間には、図示しない樹脂製のスペーサが配置されている。本実施例で、磁極片のピッチＰとは、磁極片１３の軸線方向の長さと樹脂製のスペーサの軸線方向の長さ（または隣合う２つの磁極片１３の間の空間の長さ）を加えた長さを意味する。本実施例では、この磁極片のピッチＰを電気角で３６０°と定義する。なお複数の磁極片１３をインサートとしてインサート成形により一体物の磁極片列１５を形成してもよいのは勿論である。後の実施例で説明するが、直動軸１１の両端は、直動軸１１の直線運動は許容するが、回転運動を許容しないボールスプライン軸受等によってスライド自在に支持されている。
【００４４】
固定子９は、３つの巻線部１９Ａ，１９Ｂ及び１９Ｃと複数の永久磁石２１からなる永久磁石列２３とから構成されている。巻線部１９Ａ〜１９Ｃは、巻線導体がコイル状に巻回されて構成され且つ永久磁石列２３と同心的に配置されている。巻線部１９Ａ〜１９Ｃには、電気角で１２０°（３６０／ｎ）°の位相差を持った励磁電流が流される。巻線部１９Ａ〜１９Ｃには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で電流が流れる。
【００４５】
永久磁石列２３は、複数の円筒形の永久磁石２１と複数の永久磁石２１の側面に配置された円筒形の複数の磁性ヨーク２２とが所定のピッチτｐで直動軸１１の軸線方向に並んで構成されている。
【００４６】
本実施例では、永久磁石２１の軸線方向の厚み寸法と磁性ヨーク２２の軸線方向の厚み寸法を加えた寸法が、永久磁石列２３における永久磁石のピッチτｐとなる。磁性ヨーク２２は、鉄などの磁性材料から形成されている。例えば、珪素鋼からなる複数の磁性鋼板を軸線方向に積層して磁性ヨーク２２を形成してもよい。磁性ヨーク２２の材料としては、炭素鋼、フェライト系ステンレス、圧粉磁心等も用いることができる。本実施例の永久磁石列２３は、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石２１からなる３つの個別永久磁石列２３Ａ〜２３Ｃによって構成されている。３つの個別永久磁石列２３Ａ〜２３Ｃは、それぞれ巻線部１９Ａ〜１９Ｃに対応して個別に設けられている。隣合う２つの個別永久磁石列２３Ａ及び２３Ｂ間または２３Ｂ及び２３Ｃ間には磁気的なギャップｇが形成されている。このギャップｇは、軸線方向の両極側に位置する２つの磁性ヨーク２２の軸線方向長さとギャップｇの軸線方向の厚みとを加算した値（電気角）が、前述の永久磁石２１のピッチτｐとなるように定められている。また本実施例では、１つの巻線部１９Ａとこの巻線部１９Ａの内側に配置された１つの個別永久磁石列２３Ａとが、モールド樹脂材料によってモールドされて一体化されている。そして一体化された巻線部１９Ａ及び個別永久磁石列２３Ａと、一体化された巻線部１９Ｂ及び個別永久磁石列２３Ｂと、一体化された巻線部１９Ｃ及び個別永久磁石列２３Ｃとが、筒状のバックヨーク５の内周面に接着剤やモールド樹脂材料等の接合手段を用いて接合されている。永久磁石列２３を構成する３つの個別永久磁石列２３Ａ〜２３Ｃを構成する複数の永久磁石２１は、同極性の磁極が対向するように並べられている。図１，図３及び図４において永久磁石２１中の矢印は磁化方向を示している。また細い線の矢印は磁束の流れを示している。
【００４７】
複数の永久磁石２１のピッチτｐ及び複数の磁極片のピッチＰは、同方向に着磁され且つ永久磁石列２３中に１つおきに位置する２つの永久磁石２１と、該２つの永久磁石に挟まれ且つ該２つの永久磁石の磁化方向とは異なる異方向に着磁された永久磁石に対向する１つまたは２つの磁極片１３とを通って磁束が流れるように定められている。
【００４８】
本実施の形態のように、相数が３相の場合には、以下のように永久磁石２１のピッチτｐと磁極片１３のピッチＰとの関係を定めればよい。すなわち３つの相の巻線部１９Ａ〜１９Ｃに対応して設けられる個別永久磁石列２３Ａ〜２３Ｃに含まれる複数の永久磁石２１のピッチをτｐとし、例えば１つの相の巻線部１９Ａに対応して設けられた個別永久磁石列２３Ａの一端側に最初に存在する磁極２４Ａの端面から、該個別永久磁石列２３Ａの他端側に位置する他の相の巻線部１９Ｂに対応して設けられた他の個別永久磁石列２３Ｂの一端側にあって最初に存在する磁極２４Ａの極性と同極性になる最初の磁極２４Ｂの端面までのピッチ（電気角）をτｍとする。ここで１つの磁極（２４Ａ，２４Ｂ）は、１つの永久磁石２１と該１つの永久磁石２１に隣接して配置された１つの磁性ヨーク２２とによって構成される。そして磁極片列１５に含まれる複数の磁極片１３のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とする。この場合において、
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／３）×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
の条件が満たされていれば、本発明の電気機械はリニアモータとして機能する。
【００４９】
この条件をｎ相として一般化すると以下のようになる。
【００５０】
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／ｎ）×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
上記条件において、「ｑ」および「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００５１】
本実施例では、前述の同極性になる最初の磁極が、他の個別永久磁石列２３Ｂの一端側において最初に存在する磁極２４Ｂの場合であり、ｑ＝３、ｎ＝３となってτｍ＝３×Ｐ＋（１／３）×Ｐとなる。この場合に、ｑ＝３とするのは、モータ全長を、実施例の長さのように制限した場合に、コイル数を増やすことなく、推力が最大となる最適なｑを選択したためである。
【００５２】
次に本例のリニアモータ１の可動子７が固定子９に対して往復直線運動を行う原理を説明する。図２（Ａ）は、巻線部１９Ａ〜１９Ｃ（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の位相の波形であり、図３の（１）〜（３）は、図２（Ａ）に示す（１）〜（３）の３ヶ所における可動子７と固定子９の位置関係を示す図である。図２（Ａ）の（１）に示す位置で、巻線部１９Ａ〜１９Ｃが励磁されると、図３の（１）に示すように、Ｕ相のエリアで複数の永久磁石２１及び複数の磁極片１３を通って磁束（矢印Ａ１）が流れる。このとき磁束の強いＵ相のエリアが強く引き合い、このエリアにおいて永久磁石２１が磁極片１３を強く引く推力が発生し、可動子７が図面上右方向に（１／３）Ｐだけ移動する。同様にして、図２の（２）に示す位置で、巻線部１９Ａ〜１９Ｃが励磁されると、図３の（２）に示すように、Ｖ相のエリアで複数の永久磁石２１及び複数の磁極片１３を通って磁束（矢印Ａ２）が流れる。このとき磁束の強いＶ相のエリアが強く引き合い、このエリアにおいて永久磁石２１が磁極片１３を強く引いて推力が発生し、可動子７が図面上右方向に更に（１／３）Ｐだけ移動する。同様にして、図２の（３）に示す位置で、巻線部１９Ａ〜１９Ｃが励磁されると、図３の（３）に示すようにＷ相のエリアで複数の永久磁石２１及び複数の磁極片１３を通って磁束（矢印Ａ３）が流れる。このとき磁束の強いＷ相のエリアが強く引き合い、このエリアにおいて永久磁石２１が磁極片１３を強く引いて推力が発生し、可動子７が図面上右方向に更に（１／３）Ｐだけ移動する。可動子７を逆方向に移動させる場合には、巻線部１９Ａ〜１９Ｃを励磁する（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の位相を１８０°進めればよい。
【００５３】
上記実施例では、磁極片１３として円環状形状を有するものを用いたが、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、磁極片１３´として円柱形状を有するものを用いてもよい。
【００５４】
（実施例２）
上記実施の形態では、個別永久磁石列２３Ａ〜２３Ｃは全て、一端側に最初に存在する磁極の極性が同じであった。しかしながら一端側に最初に存在する磁極が、個別永久磁石列毎に異なっていてもよい。図６は、個別永久磁石列１２３Ａ〜１２３Ｃの一端側に最初に存在する磁極の極性が異なる場合の実施例である。図６の実施例は図４の実施例と同様に磁極片１１３が円環状形状を呈しており、図７の実施例は図５の実施例と同様に磁極片１１３´が円柱形状を呈している。図６及び図７の実施例は、個別永久磁石列１２３Ａ〜１２３Ｃの極性の相違を除いて、その他の構成は図４及び図５の実施例と同じであるため、図６及び図７に示した実施例には、図４及び図５に示した実施例に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。これらの実施例では、個別永久磁石列１２３Ｂにおいて、個別永久磁石列１２３Ａの最初の磁極１２４Ａと同極性になる最初の磁極は、個別永久磁石列１２３Ｂの一端側から２番目に存在する磁極１２４Ｃである。この場合には、前述のピッチτｍ＝ｑ×Ｐ±（１／３）×Ｐ（但しｑは自然数）は、τｍ＝３×Ｐ＋（１／３）×Ｐとなる。ここでｑが３となり、±が＋となるのは、本実施例のモータ全長を制限した場合に、コイル数を増やすことなく、推力が最大となる最適なｑおよび符号を選択したためである。
【００５５】
（実施例３）
図８（Ａ）は、本発明をリニアモータに適用した他の実施例の断面図である。本実施例では、図４及び図５に示した実施例の構成と同様の部分には、図４及び図５に付した符号の数に２００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。本実施例では、図８（Ｂ）に示すように、３相分（ｎは１以上の整数）の３個の巻線部を、それぞれ第１の分割巻線部２１９Ａ〜２１９Ｃと該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部２１９Ａ´〜２１９Ｃ´とから構成している。またこれらの分割巻線部２１９Ａ〜２１９Ｃ及び２１９Ａ´〜２１９Ｃ´に対応して、個別永久磁石列２２３Ａ〜２２３Ｃ及び２２３Ａ´〜２２３Ｃ´を設けて永久磁石列を構成している。本実施例では、電気角で（３６０／６）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように３個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部（２１９Ａ〜２１９Ｃ及び２１９Ａ´〜２１９Ｃ´）を配置してある。本実施例によれば、３相分の巻線部で６相の巻線部を備えた場合と同様の磁場を形成することができるので、巻線部の数を減らすことができる。本実施例では、例えば１つの相の巻線部の分割巻線部２１９Ｂ´に対応して設けられる個別永久磁石列２２３Ｂ´に含まれる複数の永久磁石のピッチをτｐとし、１つの分割巻線部２１９Ｂ´に対応して設けられた個別永久磁石列２２３Ｂ´の一端側に最初に存在する磁極２２４Ａの端面から、該個別永久磁石列２２３Ｂ´の他端側に位置する他の相の分割巻線部２１９Ａに対応して設けられた他の個別永久磁石列２２３Ａの一端側にあって前記最初に存在する磁極２２４Ａと同極性になる最初の磁極の端面２２４Ｃまでのピッチをτｍとする。本実施例では、同極性になる最初の磁極の端面２２４Ｃが、他の個別永久磁石列２２３Ａの一端側から２番目に存在する磁極である。磁極片列２１５に含まれる複数の磁極片２１３のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とすると、前述のピッチ（電気角）τｍとτｐは以下のように定めればよい。
【００５６】
τｍ＝２×Ｐ＋（１／６）×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
上記の条件をｎ相の巻線部を備えた場合として、一般的に表現すれば以下のようになる。
【００５７】
τｍ＝２×Ｐ＋（１／（２×ｎ））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
上記の条件が満たされていれば、本実施例は、リニアモータとして機能する。
【００５８】
図９の実施例は図５の実施例と同様に磁極片２１３´が円柱形状を呈するものであり、その他の構成は図８（Ａ）の構成と同様である。
【００５９】
（実施例４）
上記各実施例では、永久磁石列が巻線部に対応して設けられた複数の個別永久磁石列によって構成されている。しかしながら、本発明で用いる永久磁石列は、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石が連続して配置されて構成されたものでも良いのは勿論である。図１０は、このような実施例の一例を示している。本実施例では、永久磁石列３２３が、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石３２１が連続して配置されて構成されている。なお図１０には、図４に示した実施例の構成と同様の部分に、図４に付した符号の数に３００の数を加えた数の符号を付して、図４の実施例と図１０の実施例の共通部分についての説明を省略する。
【００６０】
本実施例では、３相の巻線部３１９Ａ〜３１９Ｃを用いる。この場合において、永久磁石列３２３に含まれる複数の永久磁石３２１の数が２×Ｍ（Ｍは自然数）個であり且つ複数の永久磁石３２１のピッチがτｐ一定であり、磁極片列３１５に含まれる複数の磁極片３１３のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とする。１つの相の巻線部３１９Ａの長さ（電気角）τｃ及び永久磁石のピッチ（電気角）τｐが、以下の条件を満たせば本実施例のリニアモータは動作する。
【００６１】
なお以下の条件ではｎ相の巻線部を備えたものとして表現する。
【００６２】
τｃ＝２×Ｍ×τｐ／ｎ
τｐ＝Ｐ／２±Ｐ／（２×Ｍ）
この条件を本実施例に当てはめると、以下のようになる。
【００６３】
τｃ＝２×８×τｐ／３
τｐ＝Ｐ／２＋Ｐ／（２×８）
本実施例によれば、図４の実施例に比べて、より推力リップル及びコギング力が小さくなる利点が得られる。
【００６４】
図１１の実施例は図５の実施例と同様に磁極片３１３´が円柱形状を呈するものであり、その他の構成は図１０の構成と同様である
（実施例５）
図１０及び図１１の実施例のように、同極性の磁極が対向するように並べられた複数の永久磁石が連続して配置されて永久磁石列を用いる場合でも、図８（Ａ）に示した実施例と同様に、１つの巻線部を第１及び第２の分割巻線部に分けて使用することができる。図１２の実施例では、３相分の３個の巻線部が、それぞれ第１の分割巻線部４１９Ａ〜４１９Ｃと該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部４１９Ａ´〜４１９Ｃ´とから構成され、電気角で（３６０／６）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように３個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部が配置されている。その他の構成は、図１０と同様である。したがって図１２には、図１０に示した実施例の構成と同様の部分に、図１０に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して、図１０の実施例と図１２の実施例の共通部分についての説明を省略する。この場合にも、永久磁石列４２３に含まれる複数の永久磁石４２１の数が２×Ｍ（Ｍは自然数）個であり且つ複数の永久磁石４２１のピッチがτｐ一定であり、磁極片列４１５に含まれる複数の磁極片４１３のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とすると、次の条件を満たすことにより本実施例はリニアモータとして機能する。すなわち１つの分割巻線部の長さ(電気角)τｃと永久磁石のピッチ（電気角）τｐが次の条件を満たす必要がある。
【００６５】
なお以下の条件ではｎ相の巻線部を備えたものとして表現する。
【００６６】
τｃ＝２×Ｍ×τｐ／（２×ｎ）
τｐ＝Ｐ／２±Ｐ／（２×Ｍ）
この条件を本実施例に当てはめると、以下のようになる。
【００６７】
τｃ＝２×８×τｐ／（２×３）
τｐ＝Ｐ／２＋Ｐ／（２×８）
図１２の例で、Ｍが８となり、±が＋となるのは、モータ全長を本実施例のように制限した場合に、コイル数を増やすことなく、推力が最大となる最適なＭおよび符号を選択したためである。本実施例によれば、推力リップル及びコギング力が小さくなる利点が得られる。なお磁極片が円柱形状を呈するものであっても、本実施例と同様に、１つの巻線部を第１及び第２の分割巻線部に分けて使用することができるのはもちろんである。
【００６８】
（実施例６）
図１３は２相のリニアモータに本発明を適用した実施例である。本実施例は、図４に示した３相のリニアモータと比べて１相少ない点を除いて、基本的な構成は同じである。そのため図１３には、図４に示した部材と同様の部材には、図４に付した符号の数に５００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。本実施例のように２相の巻線部５１９Ａ及び５１９Ｂを用いる場合にも、１つの相の巻線部に対応して設けられる個別永久磁石列５２３Ａ及び５２３Ｂに含まれる複数の永久磁石５２１のピッチ（電気角）をτｐとし、１つの相の巻線部に対応して設けられた個別永久磁石列５２３Ａの一端側に最初に存在する磁極５２４Ａの端面から、該個別永久磁石列５２３Ａの他端側に位置する他の相の巻線部５１９Ｂに対応して設けられた他の個別永久磁石列５２３Ｂの一端側にあって最初に存在する磁極の極性と同極性になる最初の磁極５２４Ｂの端面までのピッチ（電気角）をτｍとする。そして磁極片列５１５に含まれる複数の磁極片５１３のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とする。このとき、以下の一般条件を満たせば本実施例のリニアモータは動作する。
【００６９】
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／（２×ｎ））×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
上記条件は、本実施例のように、同極性になる最初の磁極が、他の個別永久磁石列の一端側において最初に存在する磁極５２４Ｂである場合には、ｑ＝３、ｎ＝２として、以下のようになる。
【００７０】
τｍ＝３×Ｐ＋（１／（２×２））×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
上記条件において、ｑの値は個別永久磁石列の構成に応じて定まる。またピッチτｍの式中の「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００７１】
図１４は、図８に示した実施例と同様に、１個の巻線部を、それぞれ第１の分割巻線部６１９Ａ及び６１９Ｂと該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部６１９Ａ´及び６１９Ｂ´とから構成している。またこれらの分割巻線部６１９Ａ及び６１９Ｂ及び６１９Ａ´及び６１９Ｂ´に対応して、個別永久磁石列６２３Ａ及び６２３Ｂ及び６２３Ａ´及び６２３Ｂ´を設けて永久磁石列６２３を構成している。本実施例では、電気角で（３６０／４）°の位相差を持った励磁電流が順番に流れるように３個の巻線部の第１及び第２の分割巻線部（６１９Ａ及び６１９Ｂ及び６１９Ａ´及び６１９Ｂ´）を配置してある。本実施例によれば、２相分の巻線部で４相の巻線部を備えた場合と同様の磁場を形成することができるので、巻線部の数を減らすことができる。本実施例では、例えば１つの相の巻線部の分割巻線部６１９Ｂ´に対応して設けられる個別永久磁石列６２３Ｂ´に含まれる複数の永久磁石のピッチをτｐとし、１つの相の巻線部６１９Ｂ´に対応して設けられた個別永久磁石列６２３Ｂ´の一端側に最初に存在する磁極６２４Ａの端面から、該個別永久磁石列６２３Ｂの他端側に位置する他の相の巻線部に対応して設けられた他の個別永久磁石列６２３Ａ´の一端側にあって前記最初に存在する磁極の磁極６２４Ａと同極性になる最初の磁極の端面６２４Ｃまでのピッチをτｍとする。本実施例では、同極性になる最初の磁極の端面６２４Ｃが、他の個別永久磁石列６２３Ａ´の一端側から２番目に存在する磁極である。磁極片列６１５に含まれる複数の磁極片６１３のピッチをＰ＝３６０°（電気角）とすると、前述のピッチ（電気角）τｍとτｐは以下の一般条件を満たすように定まる。
【００７２】
τｍ＝ｑ×Ｐ±（１／（２×ｎ））×Ｐ（但しｑは自然数）
τｐ＝Ｐ／２
本実施例では、ｑ＝２、ｎ＝２となり、条件は以下のようになる。
【００７３】
τｍ＝２×Ｐ＋（１／４）×Ｐ
τｐ＝Ｐ／２
上記条件において、ｑの値は個別永久磁石列の構成に応じて定まる。またピッチτｍの式中の「±」はモータ全体の寸法、相順、永久磁石列長さなどから、選択的に決められるもので、モータの寸法と推力が最適になるように選択される。
【００７４】
図１３及び図１４の実施例があれば、モータの駆動回路に合わせることができる自由度が高くなる。
【００７５】
（実施例７）
図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明を１相のリニアモータに適用してリニア振動アクチュエータを構成した実施例である。本実施例は、図１３及び図１４に示した２相のリニアモータと比べて１相少ない点を除いて、基本的な構成は同じである。そのため図１５（Ａ）及び（Ｂ）には、図１３及び図１４に示した部材と同様の部材には、図１３及び図１４に付した符号の数に２００または１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。図１５（Ａ）は、１相の巻線部７１９を用いる場合に、巻線部７１９に対応して永久磁石列７２３を設けている。この場合には、磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）として、永久磁石のピッチτｐは、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐの条件を満たせばよい。本実施例ではτｐ＝Ｐ／２の場合を示しており、もっとも推力が大きくなる条件であり、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐ／２もしくはＰ／２＜τｐ＜Ｐの場合には、推力低下を抑えつつ、コギングを小さくでき、滑らかな駆動が実現できる。
【００７６】
図１５（Ｂ）の実施例は、図１４に示した実施例と同様に、１個の巻線部を、それぞれ第１の分割巻線部７１９Ａと該第１の分割巻線部とは逆相の関係になるように構成された第２の分割巻線部７１９Ａ´とから構成している。本実施例でも磁極片列に含まれる複数の磁極片のピッチをＰ＝３６０°（電気角）として、永久磁石のピッチτｐをＰ／４＜τｐ＜Ｐとし、また第１の分割巻線部７１９Ａの領域と第２の分割巻線部７１９Ａ´の領域での、永久磁石列から見た磁極片列の位相差が電気角で１８０°（＝Ｐ／２）となる条件が満たされる。本実施例ではτｐ＝Ｐ／２の場合を示しており、もっとも推力が大きくなる条件であり、Ｐ／４＜τｐ＜Ｐ／２もしくはＰ／２＜τｐ＜Ｐの場合には、推力低下を抑えつつ、コギングを小さくでき、滑らかな駆動が実現できる。
【００７７】
（実施例８）
図１６（Ａ）〜（Ｃ）は、リニア振動発電機に本発明を適用した実施例の断面状態を示す斜視図である。図１６（Ａ）が単相のリニア振動発電機の構造を示しており、図１６（Ｂ）が２相のリニア振動発電機の構造を示しており、図１６（Ｃ）が３相のリニア振動発電機の構造を示している。これらの発電機では、可動子８０７，９０７及び１００７を外力で往復駆動することにより、磁極片列８１５，９１５及び１０１５を通して永久磁石列８２３，９２３及び１０２３の磁束が図１及び図３に示すような磁路で流れて巻線部に電圧が誘起される。
【００７８】
（実施例９）
図１７は、バックヨークを有しない本発明の電気機械の一実施例の構造を示している。本実施例では、バックヨークを備えていないので、巻線部１１１９Ａ〜１１１９Ｃ及び個別永久磁石列１１２３Ａ〜１１２３Ｃは、絶縁樹脂モールド部１１０２により一体化されている。バックヨークが無い場合には、推力は低下するものの電気機械の軽量化を図ることができる。またバックヨークが無い分、巻線部の巻線のターン数を増やすことができて、高効率のモータを提供することができる。
【００７９】
（実施例１０）
図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の電気機械をリニアモータを適用した場合において、推力を向上させて、高効率化を図るために、バックヨーク１２０５，１３０５及び１４０５に磁性ティース１２０６，１３０６及び１４０６を配置した実施例の構造を示している。これらの実施例では、巻線部の両側に、一端がバックヨーク１２０５，１３０５及び１４０５と磁気的且つ機械的に結合されたリング状の磁性ティース１２０６，１３０６及び１４０６を固定している。このような磁性ティース１２０６，１３０６及び１４０６を設けると、磁性ティース１２０６，１３０６及び１４０６が磁極として機能する。
【００８０】
（実施例１１）
図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、可動子の固定構造を説明するための実施例の断面図である。図１９（Ａ）の実施例では、可動子１５０７の磁極片列１５１５を収容するステンレス製の管１５１７の両端を延長し、この両端をバックヨーク１５０５からなるケーシングの両端に嵌合した一対のボールスプライン軸受１５０４Ａ及び１５０４Ｂにより支持している。一対のボールスプライン軸受１５０４Ａ及び１５０４Ｂを用いれば、可動子１５０７は軸線方向にスライドするが、軸線を中心にして回転することはない。図１９（Ｂ）の実施例ではバックヨーク１６０５からなるケーシングの両端に一対の摩擦軸受１６０４Ａ及び１６０４Ｂを嵌合して、ステンレス製の管１６１７を軸線方向にスライド可能に支持している。この構造で可動子の回動を阻止するために、別途回転阻止機構を設ければよい。
【００８１】
また、上記の各実施例の電気機械は、軸線方向に直交する方向に切断した断面の輪郭が円形であるが、これらの断面は、図２０（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、楕円形、正方形、長方形、扁平形状等の種々の形状を採用できる。なお図２０（Ａ）〜（Ｄ）においては、Ａがバックヨークを示し、Ｂが巻線部を示し、Ｃが永久磁石列を示し、Ｄが磁極片列を示している。
【００８２】
またバックヨーク、永久磁石、磁極片は、必ずしも一体に形成されている必要はない。例えば図２１（Ａ）に示すように、バックヨークＡを２つの部材Ａ１及びＡ２を組み合わせる構造としてもよい。図２１（Ａ）の例では、図２１（Ｂ）に示すように隣合う永久磁石Ｃ１及びＣ３をそれぞれ４つの永久磁石片によって構成している。Ｃ３は、隣合う永久磁石Ｃ１及びＣ３の間に位置する磁性ヨークである。図２２（Ａ）の例では、図２２（Ｂ）に示すように隣合う永久磁石Ｃ１及びＣ３をそれぞれ平行に並ぶ２つの永久磁石片列によって構成している。Ｃ３は、隣合う永久磁石Ｃ１及びＣ３の間に位置する２つの分割磁性ヨークである。
【００８３】
上記各実施例では、磁極片列を可動子に設けて、永久磁石列及び巻線部を固定子に設けている。しかしながら本発明は、磁極片列を固定子に設けて、永久磁石列及び巻線部を可動子に設ける場合にも当然にして適用できる。図２３は、磁極片列Ｄを固定子に設けて、永久磁石列Ｃ及び巻線部Ｂを可動子に設ける場合の構成の一例を示す図である。この例では、固定子側に断面形状がＵ字状をなすベースＨを設け、このベースＨの中央部に磁極片列Ｄを固定する。そしてベースＨの一対の側壁部上にレールＧを固定し、このレールＧ上にガイドＦを介して可動プレートＥを配置する。可動プレートＥの裏面には、バックヨークＡがネジ止めされている。この例では、永久磁石列Ｃはその横断面形状が環状を呈しており、環状の永久磁石列Ｃの内部に磁極片列Ｄが配置されている。図２４の例では、図２２に示した構造と同様にして、永久磁石列Ｃを２つの分割永久磁石列Ｃ１１及びＣ１２によって構成している。図２５（Ａ）及び（Ｂ）〜図２７（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図２３及び図２４の実施例において使用することができる固定子の磁極片列Ｄを含む構造物の正面図及び側面図を示している。図２５の構造では、複数の磁極片ｄが可動子の移動方向に複数枚の磁性鋼板を積層して構成されている。複数の磁極片ｄを含む磁極片列Ｄは、複数のアルミ等の非磁性材板を間に介して積層されて、貫通軸Ｊにより一体化されている。図２６（Ａ）及び（Ｂ）の構造では、複数の磁極片ｄを構成する部分を一体に有する打ち抜き磁性板を複数枚重ねて磁極片列Ｄが構成されている。隣合う磁極片ｄを連結する連結部ｅは、磁気抵抗が大きくなるようになるべく横断面積が小さくなるように細く形成されている。図２７（Ａ）及び（Ｂ）の構造では、図２６（Ａ）及び（Ｂ）の構造を補強するために、連結部ｅの数を増やすと共に、連結部ｅが形成されている部分の周囲を網（メッシュ）状にしている。このようにすると多少磁気抵抗は大きくなるが、機械的強度は増加する。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、磁極片列中の複数の磁極片にそれぞれ形成される磁極と該磁極片に隣接する永久磁石により形成された磁極との間に引き合う力が発生し、可動子の推力を高めることができる。また永久磁石列と巻線部とが固定子及び可動子の一方に一緒に配置されているので、組み立てが容易で、しかも巻線部及び永久磁石の数を減らすことができる。
【符号の説明】
【００８５】
１          リニアモータ
３          リニアモータ本体
５          バックヨーク
７          可動子
９          固定子
１１        直動軸
１３        磁極片
１５        磁極片列
１７        管
１９Ａ，１９Ｂ      巻線部
２１        永久磁石
２２        磁性ヨーク
２３        永久磁石列
２３Ａ〜２３Ｃ      個別永久磁石列
２４Ａ，２４Ｂ      磁極
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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