(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックヨークの主面と直交する方向に磁化され、磁化方向が交互となるように前記主面に配列される複数の主磁極永久磁石と、
前記主磁極永久磁石の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、前記主磁極永久磁石の配列方向と同方向に前記主磁極永久磁石と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石と、
前記主磁極永久磁石と隣接する他の前記主磁極永久磁石との間に設けられる非磁性の領域である非磁性層と、
を備え、
前記副磁極永久磁石は、少なくとも一部が前記主面と直交する方向に前記非磁性層を介して前記主面と対向するように配置され、
前記副磁極永久磁石の前記主面と対向する面の位置は、前記主面と直交する方向に前記主面から最も離れた前記主磁極永久磁石の面の位置と前記主面と直交する方向において同じ位置または前記主磁極永久磁石の面の位置よりも前記主面から離れた位置であり、
前記副磁極永久磁石における前記配列方向の長さは、前記非磁性層の前記配列方向の長さと同じ又は前記非磁性層の前記配列方向の長さよりも長い、
ことを特徴とする界磁子。
【請求項２】
前記副磁極永久磁石は、一部が前記主磁極永久磁石を介して前記主面と直交する方向において前記バックヨークと対向するように配置され、
前記副磁極永久磁石における前記配列方向の長さは、前記非磁性層における前記配列方向の長さよりも長い
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁子。
【請求項３】
前記副磁極永久磁石における前記配列方向の長さに対する前記非磁性層における前記配列方向の長さの比は、２．８以下である
ことを特徴とする請求項２に記載の界磁子。
【請求項４】
前記副磁極永久磁石と隣接する他の前記副磁極永久磁石との間には、軟磁性材料からなる磁性体が設けられる
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の界磁子。
【請求項５】
前記主面と直交する方向における前記副磁極永久磁石の幅は、前記主面と直交する方向における前記磁性体の幅よりも小さい
ことを特徴とする請求項４に記載の界磁子。
【請求項６】
前記磁性体の一部の角は、Ｃ面取りまたは角にＲをつけた構成である
ことを特徴とする請求項４に記載の界磁子。
【請求項７】
前記磁性体の角のうち前記主磁極永久磁石側の角は、Ｃ面取りまたは角にＲをつけた構成である
ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の界磁子。
【請求項８】
前記副磁極永久磁石の角のうち前記主磁極永久磁石側の角は、Ｃ面取りまたは角にＲをつけた構成である
ことを特徴とする請求項４に記載の界磁子。
【請求項９】
前記磁性体と磁化方向が逆方向の２つの前記副磁極永久磁石とを１極としたとき、前記主磁極永久磁石と面しない側の面は、円弧形状である
ことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載の界磁子。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項の界磁子と、
前記界磁子との間に空気ギャップを有して配置される電機子と、
前記電機子に設けられるコイルと、
を備え、
前記電機子と前記界磁子のうち、いずれか一方は可動自在であり、
前記界磁子が備える前記前記主磁極永久磁石と前記副磁極永久磁石は、直線状または円弧状に配列される
ことを特徴とする電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、永久磁石で構成される界磁子および界磁子を備えた電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を有する電動機の界磁構造として、従来、磁石磁束を集中させることを目的とする永久磁石をハルバッハ磁石配列構造が用いられている。ハルバッハ磁石配列としては、発生磁界方向に磁化された複数の主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の間に配置される副磁極永久磁石とがバックヨークに一列に固定されるような配列がある。【０００３】
そのような配列は、発生磁界を大きくできる一方で、発生させることができる磁界には限界があった。これに対し、バックヨークと、主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の磁界発生側に配置された軟磁性材料と、主磁極永久磁石と軟磁性材料のそれぞれと同じ厚みの２種類の幅の副磁極永久磁石を有するものがある。そして軟磁性材料の発生磁界側の長さよりも主磁極永久磁石のバックヨーク側の長さを大きく形成した配列が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の配列は、発生磁界側の面を狭くするようにしているため、主磁極永久磁石と主磁極永久磁石の間に配置される副磁極永久磁石とがバックヨークに一列に固定されるような配列よりも発生磁界を大きくすることができるものの、本来磁石がもつ磁束を有効に使うことができていないという課題があった。【０００６】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、本来の永久磁石がもつ磁束を有効に活用する構成により、推力を向上させることができる界磁子および界磁子を備えた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】
【０００７】
本開示に係る界磁子は、バックヨークの主面と直交する方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列される複数の主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、主磁極永久磁石の配列方向と同方向に主磁極永久磁石と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石と、主磁極永久磁石と隣接する他の主磁極永久磁石との間に設けられる非磁性の領域である非磁性層と、を備え、副磁極永久磁石は、少なくとも一部が主面と直交する方向に非磁性層を介して主面と対向するように配置され、副磁極永久磁石の主面と対向する面の位置は、主面と直交する方向に主面から最も離れた主磁極永久磁石の面の位置と主面と直交する方向において同じ位置または主磁極永久磁石の面の位置よりも主面から離れた位置であり、副磁極永久磁石における配列方向の長さは、非磁性層の配列方向の長さと同じ又は非磁性層の配列方向の長さよりも長いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の界磁子および界磁子を備えた電動機によれば、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施の形態１に係る界磁子を備えた電動機の横断面図である。
【図２】本開示の実施の形態１に係る界磁子を備えた電動機の縦断面図である。
【図３】本開示の実施の形態１に係る界磁子を備えた界磁子の縦断面図である。
【図４】本開示の実施の形態１に係る界磁子における非磁性層の長さに対する副磁極永久磁石の長さの比と誘起電圧の増減率との関係を示す図である。
【図５】本開示の実施の形態１に係る界磁子を説明する縦断面図と空気ギャップ面での磁束密度波形の模式図である。
【図６】本開示の実施の形態１に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。
【図７】本開示の実施の形態２に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。
【図８】本開示の実施の形態２に係る界磁子にはたらく磁気力を示す図である。
【図９】本開示の実施の形態２に係る界磁子にはたらく磁気力を説明する界磁子の要部縦断面図である。
【図１０】本開示の実施の形態２に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。
【図１１】本開示の実施の形態２に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。
【図１２】本開示の実施の形態３に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。
【図１３】本開示の実施の形態４に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。
【図１４】本開示の実施の形態５に係る界磁子の構成を説明する軸方向断面図である。
【図１５】本開示の実施の形態５に係る界磁子の構成を説明する軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本開示の実施の形態１に係る界磁子を備えた電動機を示す横断面図、図２は、本開示の実施の形態１に係る界磁子を備えた電動機を示す縦断面図である。なお、横断面図とは後述する永久磁石の配列方向と直交する平面における断面図であり、縦断面図とは後述するバックヨークの主面と直交し、かつ永久磁石の配列方向と平行な平面における断面図である。
また、本開示の実施の形態１において、電動機として、リニアモータを例に説明するがこれに限るものではない。
【００１２】
図１に示すように、電動機１０は、架台１００と、架台１００に延設された一対のガイドレール１０２と、ガイドレール１０２に案内されて移動可能なステージ１０１と、電機子２と、界磁子３と、を備える。
架台１００上には、周期磁場を発生する界磁子３が設置される。ここでの周期磁場とは、Ｎ磁極とＳ磁極が交互に発生する周期的な磁場である。また、ステージ１０１には、界磁子３との間に所定の隙間である空気ギャップを確保して電機子２が支持される。
この構成により、ステージ１０１に支持された電機子２は、ガイドレール１０２に案内され、界磁子３に対向した状態で可動自在となる。電機子２は、界磁子３から発生された周期磁場との間に吸引力と反発力とを発生させながら可動する。すなわち、本開示の形態においては、界磁子３が電動機１０における固定子となり、電機子２が電動機１０における可動子として構成されている。
【００１３】
なお、界磁子３を可動子とし、電機子２を固定子としてもよいことは言うまでもない。また、架台１００、ステージ１０１、ガイドレール１０２の構成はこれに限られるものではなく、界磁子３または電機子２のいずれか一方を固定し、他方を可動させることができる構成であればよい。以下、各構成についてさらに説明するが、各構成のうち架台１００、ステージ１０１、ガイドレール１０２の構成については、周知技術であるため詳細な説明は省略する。
【００１４】
図２に示すように電機子２は、軟磁性材料である電磁鋼板を用いて作製されたコア２０と、コア２０のティース２２部分に巻き回されたコイル２１と、を備えている。電機子２は、ティース２２の先端を界磁子３側に向け、ステージ１０１の面と平行に取り付けられている。この構成により、電機子２は、ティース２２と界磁子３との間の隙間を一定に確保しつつ、後述する界磁子３を構成する永久磁石の配列方向に移動可能となっている。電機子２のコア２０は、電磁鋼板の積層体を通しボルトとナットとを用いて締着一体化して作製されている。
【００１５】
ここで、電機子２の進行方向をｘ方向、電機子２と界磁子３の間の空気ギャップを横切る方向をｙ方向、ｘ方向とｙ方向とのそれぞれに直角な方向をｚ方向、と定義する。また、説明の便宜上、紙面の図面における右方向をｘの正方向（＋ｘ方向）、紙面の上方向をｙの正方向（＋ｙ方向）、紙面の手前方向をｚの正方向（＋ｚ方向）、と定義する。本定義は、他の実施の形態においても適用する。
【００１６】
界磁子３は、磁性材の塊から作製されたバックヨーク５と、永久磁石と、により構成される。
【００１７】
バックヨーク５は、板状に構成されてｘ方向に延設され、バックヨーク５の主面５ａがｙ方向に直交する面となるように配置される。バックヨーク５の主面５ａは、ｙ方向に直交する面のうち、電機子２側の面である。
【００１８】
永久磁石は、発生磁界の方向となるｙ方向に磁化された主磁極永久磁石４１、５１と、主磁極永久磁石４１、５１の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石６１、７１と、を含む。そして、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とは、バックヨーク５の主面５ａ上に特定方向への磁場強度が大きくなるようにハルバッハ配列にて配列される。以下の説明では、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とをまとめて説明する際には「永久磁石」を用いて説明する場合がある。
【００１９】
主磁極永久磁石４１、５１は、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を直方体に作製したものが用いられる。また、主磁極永久磁石４１、５１は、電機子２と界磁子３の間の空気ギャップを横切る方向であるｙ方向に磁化されている。
【００２０】
図２に矢印で示すように、具体的には、主磁極永久磁石４１はバックヨーク５の主面５ａと直交する＋ｙ方向に向かって磁化され、主磁極永久磁石５１は−ｙ方向に向かって磁化される。そして、主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１は、バックヨーク５の主面５ａ上に交互に間隔を有してｘ方向に配列される。すなわち、各主磁極永久磁石４１、５１は、ｘ方向において、隣接する他の主磁極永久磁石４１、５１と磁化方向が互いに逆向き（交互）となるように直線状に配列されている。また、ｙ方向において、主磁極永久磁石４１、５１は、バックヨーク５よりも＋ｙ方向に位置するように設けられている。
【００２１】
副磁極永久磁石６１、７１は、主磁極永久磁石４１、５１と同様にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を直方体に作製したものが用いられる。また、副磁極永久磁石６１、７１は、電機子２の可動方向であるｘ方向に磁化される。
【００２２】
具体的には、副磁極永久磁石６１は＋ｘ方向に向かって磁化され、副磁極永久磁石７１は−ｘ方向に向かって磁化されている。そして、副磁極永久磁石６１と副磁極永久磁石７１は、交互に間隔を有して主磁極永久磁石４１、５１の配列方向と同方向に配列される。すなわち、各副磁極永久磁石６１、７１は、ｘ方向において、隣接する他の副磁極永久磁石６１、７１と磁化方向が互いに逆向き（交互）となるように直線状に配列されている。また、副磁極永久磁石６１、７１は、ｙ方向において、主磁極永久磁石４１、５１よりも＋ｙ方向側に設けられている。
【００２３】
主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１とのｘ方向における各間は、空隙となっている。この空隙は非磁性の領域となっており、以下、非磁性層６として説明する。また、副磁極永久磁石６１と副磁極永久磁石７１とのｘ方向における各間隔には、磁性体４が配置される。したがって、主磁極永久磁石４１、非磁性層６、主磁極永久磁石５１、非磁性層６・・・の順で繰り返されるｘ方向の直線状の配列が形成される。また、副磁極永久磁石６１、磁性体４、副磁極永久磁石７１、磁性体４・・・の順で繰り返されるｘ方向の直線状の配列が形成される。磁性体４は、例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の軟磁性材料がｚ方向に積層されて構成されたものが用いられる。
【００２４】
ここで、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１との配置関係について説明する。
主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とはｘ方向において、互い違いになるように配列される。具体的には、主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１との間にある非磁性層６の＋ｙ方向側に副磁極永久磁石６１、７１のいずれかが配置されるように配列される。言い換えると、副磁極永久磁石６１、７１は、その少なくとも一部が−ｙ方向に非磁性層６を介してバックヨーク５の主面５ａと対向して配置される。ｙ方向とは、バックヨーク５の主面５ａと直交する方向であり、-ｙ方向とは、非磁性層６からバックヨーク５に向かう方向である。このとき、副磁極永久磁石６１、７１の面のうち主面５ａと対向する面のｙ方向における位置は、主磁極永久磁石４１、５１の面のうち主面５ａから最も離れている面と同じ位置となる。または、主磁極永久磁石４１、５１の面のうち主面５ａから最も離れている面よりもさらに＋ｙ方向に主面５ａから離れた位置となる。ただし、離れた位置となる場合においても、その距離はわずかでありほぼ同等な位置となる。主面５ａから最も離れている主磁極永久磁石４１、５１の面とは、ｙ方向と直交する面のうちの＋ｙ方向側の面である。
【００２５】
また、副磁極永久磁石６１と副磁極永久磁石７１との間に位置する磁性体４の−ｙ方向側に、主磁極永久磁石４１、５１のいずれかが配置されるように配列される。このとき、磁性体４のｘ方向における中心と磁性体４の−ｙ方向側に配置されるいずれかの主磁極永久磁石４１、５１とのｘ方向における中心とは一致するように配列される。
【００２６】
さらに具体的に説明すると、永久磁石は、＋ｘ方向に向かって、副磁極永久磁石６１、主磁極永久磁石４１、副磁極永久磁石７１、主磁極永久磁石５１、副磁極永久磁石６１・・・の順に繰り返して配列される。すなわち、＋ｙ方向に磁化された主磁極永久磁石４１はその−ｘ方向側に＋ｘ方向に向かって磁化された副磁極永久磁石６１が配置され、その＋ｘ方向側に−ｘ方向に向かって磁化された副磁極永久磁石７１が位置する。また反対に、−ｙ方向に向かって磁化された主磁極永久磁石５１はその−ｘ方向側に−ｘ方向に向かって磁化された副磁極永久磁石７１が配置され、その＋ｘ方向側に＋ｘ方向に向かって磁化された副磁極永久磁石６１が位置する。この配置により、主磁極永久磁石４１、５１の磁場と副磁極永久磁石６１、７１の磁場とを重畳させることができる。なお、配列の両端は、電磁鋼板が配置されている。
【００２７】
次に各構成間の保持について説明する。各構成間は面と面との接着により保持される。具体的には、磁性体４と主磁極永久磁石４１、５１とのｙ方向間、主磁極永久磁石４１、５１とバックヨーク５とのｙ方向間、副磁極永久磁石６１、７１と磁性体４とのｘ方向間のそれぞれが接着剤を塗布され面同士を密着して取り付けられる。主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とのｙ方向間に対向する面がある場合は、他の構成と同様に接着剤を塗布されて面同士を密着して取り付けられる。
【００２８】
次に各構成のｙ方向における幅の関係について図３を用いて説明する。図３は、本開示の実施の形態１に係る界磁子の縦断面図である。
バックヨーク５の主面５ａと直交する方向であるｙ方向における主磁極永久磁石４１、５１の幅をＴｍ、非磁性層６の幅をＴａ、副磁極永久磁石６１、７１の幅をＴｓ、磁性体の幅をＴｄとする。
このとき、主磁極永久磁石４１、５１の幅Ｔｍと非磁性層６の幅Ｔａは同等の幅である。
【００２９】
また、副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓと磁性体４の幅Ｔｄは同じである。そして、バックヨーク５は上述のとおり主面５ａがｙ方向に直交する面となるように配置されている。このため、バックヨーク５の主面５ａの＋ｙ方向側に配置される主磁極永久磁石４１、主磁極永久磁石５１、および非磁性層６は、＋ｙ方向側のそれぞれの面がｙ方向に対して直交することになる。さらに、それらの＋ｙ方向側に配置される磁性体４と副磁極永久磁石６１、７１の面もｙ方向に対して直交することになる。すなわち、磁性体４の空気ギャップに面する面の位置と副磁極永久磁石６１、７１の空気ギャップに面する面の位置とは、ｙ方向において一致している。
【００３０】
次に各構成のｘ方向（永久磁石の配列方向）における長さの関係について説明する。
主磁極永久磁石４１、５１の長さをＬｍ、非磁性層６の長さをＬａ、副磁極永久磁石６１、７１の長さをＬｓ、磁性体４の長さをＬｄとする。
【００３１】
磁性体４の長さＬｄは、主磁極永久磁石４１、５１の長さＬｍよりも短く、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓおよび非磁性層６の長さＬａよりも長くなるように構成される。副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓは、非磁性層６の長さＬａと同じもしくは非磁性層６の長さＬａよりも長くなるように構成される。主磁極永久磁石４１、５１の長さＬｍは、１極分の長さである極ピッチＬｐよりも短く、非磁性層６の長さＬａよりも長くなるように構成される。図３では、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが非磁性層６の長さＬａよりも長い構成を図示している。
【００３２】
ここで、図４を用いて副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓを変更して解析した結果を説明する。副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓは、非磁性層６の長さＬａと同じ長さから長くなるように変更している。図４は、非磁性層６の長さＬａに対する副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓの比Ｌｓ／Ｌａと誘起電圧の増減率との関係を示す図である。図４に示すグラフの横軸は、比Ｌｓ／Ｌａの値を示し、縦軸は、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓと非磁性層６の長さＬａとが等しいとき（比Ｌｓ／Ｌａが１）を基準とした誘起電圧の割合の増減率を示している。一般に誘起電圧は推力に比例するため、以下では主に誘起電圧の増減について詳細に説明する。
【００３３】
図４に示すように、増減率は比Ｌｓ／Ｌａが１から増加する方向に向かって、誘起電圧の増減率の値が大きくなり、ピークを迎えた後、また小さくなるような凸の形状となる。すなわち、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが非磁性層６の長さＬａよりも長く、主磁極永久磁石４１、５１の面とｙ方向において重なる面部分を有するときの長さにおいて誘起電圧が最大となることがわかる。さらに具体的には、比Ｌｓ／Ｌａが１〜２．８の場合において、基準とした誘起電圧よりも誘起電圧が大きくなることがわかる。
【００３４】
副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓを変更した際の磁束密度波形の変化について図５を用いて説明する。図５のＡは、空気ギャップ面ｇ１での磁束密度波形を模式的に表したものである。実線の矩形波Ｈ１は、一般的な磁石配列の場合の磁束密度波形を示し、破線の矩形波に近い形状の波Ｈ２は、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１との空気ギャップ面を一致させたハルバッハ配列の場合の磁束密度波形を示している。また、点線の正弦波に近い波Ａ１は、後述する図５のＡ１に示す副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓと非磁性層６の長さＬａが等しい場合の磁束密度波形を示している。実線の正弦波に近い波Ａ２は、後述する図５のＡ２の副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが非磁性層６の長さＬａよりも長い場合の磁束密度波形を示している。さらに、一点鎖線の波Ａ３は、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが適切に設定されない場合の磁束密度波形を示している。副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが適切に設定されない場合とは、例えば非磁性層６の長さＬａに対して長すぎる場合である。
【００３５】
図５のＡに示すように、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓと非磁性層６の長さＬａが等しい場合（Ａ１）は、ハルバッハ配列ではない一般的な磁石配列の場合と比べ、磁束密度波形が矩形波から正弦波に近い波型（以下、「略正弦波」という）に近づくことがわかる。これは、副磁極永久磁石６１、７１の影響により主磁極永久磁石４１、５１の端部の磁束が主磁極永久磁石４１、５１の中央部付近に集中するためである。また、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが非磁性層６の長さＬａよりも長い場合（Ａ２）には、さらに磁束が主磁極永久磁石４１、５１の中央部付近に集中していることがわかる。主磁極永久磁石４１、５１の端部は、元々磁束密度がそれほど高くない範囲であり、磁束密度の低下に比べ、主磁極永久磁石４１、５１の中央部付近への磁束集中の効果が大きいためである。
【００３６】
一方で、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓが適切に設定されない場合には、主磁極永久磁石４１、５１の中央部付近の磁束量が低下する。結果、誘起電圧低下させる方への影響が大きくなる。したがって、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓを適切な範囲で非磁性層６の長さＬａよりも長くすることにより、誘起電圧を高める効果を得ることができる。
【００３７】
副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓを変更した際における磁束線の様子をさらに説明する。図５のＡ１は、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓと非磁性層６の長さＬａが等しい場合の配列の一部と、その際の磁束線を模式的に表した図である。
【００３８】
図５のＡ１に示すように主磁極永久磁石４１からの磁束は、図中の＋ｙ方向に進行し、空気ギャップ面ｇ１を横切ってその先に位置する電機子２に侵入する。一方で、副磁極永久磁石６１の磁束は、＋ｘ方向に進行しつつ徐々に＋ｙ方向へと曲がり、空気ギャップ面ｇ１を横切って電機子２に侵入する。また、同様に副磁極永久磁石７１の磁束は、−ｘ方向に進行しつつ徐々に＋ｙ方向へと曲がり、空気ギャップ面ｇ１を横切って電機子２に侵入する。このため、主磁極永久磁石４１、５１にあたる永久磁石のみで構成される一般的な電機子に比べ、副磁極永久磁石６１、７１を有するリニアモータである本開示の電動機１０は、空気ギャップ面ｇ１の主磁極永久磁石４１の中央部付近における磁束密度が向上する。そして、空気ギャップ面ｇ１における磁束密度波形は、略正弦波に近づくことになる。
【００３９】
図５のＡ２は、副磁極永久磁石の長さＬｓを適切な範囲で非磁性層６の長さＬａよりも大きくした場合の配列の一部と、その際の磁束線を模式的に表した図である。説明の便宜上、主磁極永久磁石４１のうち、＋ｙ方向側で副磁極永久磁石６１、７１と重なる部分をそれぞれ主磁極永久磁石４１１、４１２とし、それ以外の部分を主磁極永久磁石４１３とする。また、副磁極永久磁石６１のうち、−ｙ方向側で主磁極永久磁石４１と重なる部分を副磁極永久磁石６１１とする。同様に副磁極永久磁石７１のうち−ｙ方向側で主磁極永久磁石４１と重なる部分を副磁極永久磁石７１１とする。図５のＡ１との構成とは、Ａ２の副磁極永久磁石６１１、７１１部分において磁性体４から副磁極永久磁石６１に置き換わっている点で異なっている。
【００４０】
副磁極永久磁石６１１からの磁束は、＋ｘ方向へ進行しつつ徐々に＋ｙ方向へと曲がり、空気ギャップ面ｇ１を横切ってその先に位置する電機子２に侵入する。副磁極永久磁石７１１からの磁束も同様に、−ｘ方向へ進行しつつ徐々に＋ｙ方向へと曲がり、空気ギャップ面ｇ１を横切って電機子２に侵入する。Ａ１と比較し、副磁極永久磁石６１、７１は、主磁極永久磁石４１の中央部により近くに位置するため、空気ギャップ面ｇ１の主磁極永久磁石４１の中央部付近における磁束密度が向上する。
【００４１】
主磁極永久磁石４１からの磁束も図５のＡ１と同様に、＋ｙ方向に進行する一方で、その上部が磁性体４から副磁極永久磁石６１、７１へと変わった主磁極永久磁石４１１、４１２の付近の磁束密度は、Ａ１のように磁性体４が配置される構成に比べ低くなる。しかしながら、主磁極永久磁石４１１、４１２付近は、磁束密度波形のピークから離れた位置であり、略正弦波波形においては元々磁束密度値がそれほど高くない範囲である。そのため、副磁極永久磁石６１１、７１１部分の範囲を適切に設定することにより、主磁極永久磁石４１１、４１２付近の磁束密度が下がった場合でも誘起電圧に対しては大きな影響を与えない。よって、副磁極永久磁石６１、７１の長さＬｓを適切な範囲で非磁性層６の長さＬａよりも長くすることにより、誘起電圧を高める効果を得ることができる。
【００４２】
したがって、本開示の形態においても上述した配列において副磁極永久磁石の長さＬｓは、非磁性層６の長さＬａと同じもしくは非磁性層６の長さＬａよりも長くなるように、具体的には比Ｌｓ／Ｌａが１〜２．８となるように構成される。副磁極永久磁石の長さＬｓを非磁性層６の長さＬａよりも長く構成する際には、副磁極永久磁石のｙ方向と直交する面のうち−ｙ方向の面の一部が主磁極永久磁石４１、５１を介してバックヨーク５の主面５ａとｙ方向に対向することとなる。このときの比Ｌｓ／Ｌａは、２．８以下となるように構成される。
【００４３】
上述のように構成された電動機１０の動作について簡単に説明する。
主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１を上述した構成とすることにより、主磁極永久磁石４１、５１の磁場と副磁極永久磁石６１、７１の磁場とを重畳させることができる。重畳させることにより、界磁子３の＋ｙ方向に形成される磁束密度の分布である周期磁場は、略正弦波となる。そこに、電機子２のコイル２１に通電をすると、電機子２は、通電により発生する磁場と周期磁場との吸引力および反発力により、ガイドレール１０２に案内されて、永久磁石の配列方向に移動する。本開示の電動機１０では、界磁子３の＋ｙ方向に形成される周期磁場が略正弦波となるため、コイル２１に誘起される逆起電力も略正弦波となる。
【００４４】
界磁子３を上述した構成とすることによる効果を説明する。
本開示の実施の形態１における界磁子３は、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石４１、５１と、主磁極永久磁石４１、５１の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石６１、７１と、を含む。そして、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とは、配列方向に互い違いとなるように配列される。そして各主磁極永久磁石４１、５１は、隣接する他の主磁極永久磁石４１、５１と磁化方向が互いに逆向きとなるように配列され、各副磁極永久磁石６１、７１は、隣接する他の副磁極永久磁石６１、７１と磁化方向が互いに逆向きとなるように配列される。この構成により、主磁極永久磁石４１、５１の磁場と副磁極永久磁石６１、７１の磁場とを重畳させることができ、界磁子３の＋ｙ方向に形成される周期磁場を略正弦波とすることができる。
また、ｘ方向における主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１との間には非磁性層６が設けられる。そして、副磁極永久磁石６１、７１の少なくとも一部が非磁性層６を介して主面５ａと対向するように配置される。さらに、副磁極永久磁石６１、７１の主面５ａと対向する面は、主面５ａから＋ｙ方向に最も離れた主磁極永久磁石４１、５１の面の位置と同じもしくはより離れた位置となる。この構成により、主磁極永久磁石４１、５１同士が隣接している場合や主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とが隣接している場合と比較し、副磁極永久磁石６１、７１による主磁極永久磁石４１、５１への逆磁界がかかる体積が減り、主磁極永久磁石４１、５１の減磁耐力が向上する。また、駆動時における温度上昇によりパーミアンス係数が低下する主磁極永久磁石４１、５１の領域を減らすことができる。よって、本来永久磁石がもつ磁束を有効に使うことができ、同じ推力を出すために必要な磁石体積を減らすことができる。
したがって、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる。
【００４５】
また、副磁極永久磁石６１、７１の配列方向であるｘ方向の長さＬｓは、非磁性層６のｘ方向における長さＬａと同じもしくは長くなるように構成される。この構成により、主磁極永久磁石４１の＋ｙ方向、すなわち、界磁子３の＋ｙ方向に形成される磁束密度の分布である周期磁場の略正弦波のピーク値を高くすることができる。また、副磁極永久磁石６１、７１の配列方向であるｘ方向の長さＬｓと非磁性層６のｘ方向における長さＬａは、比Ｌｓ／Ｌａが１〜２．８となるように構成される。これにより、誘起電圧をより大きくすることができる効果を奏する。
【００４６】
また、副磁極永久磁石６１、７１の配列方向であるｘ方向の長さＬｓが非磁性層６のｘ方向における長さＬａよりも大きく構成される場合においては、主磁極永久磁石４１、５１の＋ｙ方向側で副磁極永久磁石６１、７１と重なる部分を有するように配置される。すなわち、副磁極永久磁石６１、７１は、その少なくとも一部が−ｙ方向に非磁性層６を介してバックヨーク５の主面５ａと対向するように配置される。これにより、主磁極永久磁石４１、５１における磁束密度値が他と比べて高くない範囲を有効に活用し、誘起電圧をより大きくすることができる効果を奏する。さらに、後着磁の場合には副磁極永久磁石６１、７１の真下に位置する主磁極永久磁石４１、５１の着磁性が向上する。
【００４７】
また、ｘ方向における副磁極永久磁石６１と副磁極永久磁石７１との間には、磁性体４が設けられる。この構成により、磁性体４が、空気や非磁性材である場合と比較し、主磁極永久磁石４１、５１の＋ｙ方向側での磁気飽和が緩和され、発生磁界をより高くでき、一層の低損失化を図ることができる。さらに、磁性体４は、軟磁性材料がｚ方向に積層されて構成されている。磁性体４をｚ方向に積層した軟磁性材料で構成することにより、渦電流損低減する効果を奏する。
【００４８】
また、永久磁石の配列の両端には、電磁鋼板が配置されている。例えば副磁極永久磁石６１、７１が端に配置されていた場合には、磁力によって副磁極永久磁石６１、７１が飛んでいく可能性があるが、端に電磁鋼板を配置することにより、回避することが可能となる。
【００４９】
また、電動機１０においては、界磁子３の＋ｙ方向に形成される周期磁場が略正弦波となるように構成される。これによりコイル２１に誘起される逆起電力も略正弦波とすることができる。よって、正弦波である基本波に対する高調波成分を小さくでき、コギング推力を小さくすることができる。そして、発生磁場を高くすることができ、低損失化を図ることができる。
【００５０】
なお、主磁極永久磁石４１の磁化方向を＋ｙに向かう方向、主磁極永久磁石５１の磁化方向を−ｙに向かう方向、副磁極永久磁石６１の磁化方向を＋ｘに向かう方向、副磁極永久磁石７１の磁化方向を−ｘに向かう方向とした。すなわち、それぞれのｙ方向に対して直交、ｘ方向に対して平行である前提で説明したが、磁化角度は、さまざまなパターンが考えられる。例えば、＋ｘ方向を０°、−ｘ方向を１８０°とすると、主磁極永久磁石４１の磁化方向を４５°、主磁極永久磁石５１の磁化方向を１３５°とした構成とすることもできる。いずれの場合も配列方向において磁化方向が逆向きになるように配置されていればよい。また、磁化方向は永久磁石内で単一方向でなくてもよく、例えば、主磁極永久磁石４１、５１について、極異方性の磁石を用いることも可能である。極異法性の磁石を配列することによっても配列方向において磁化方向が逆向きになるようにできる。したがって、これらの場合においても上述した永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果を奏する。
【００５１】
また、主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１とのｘ方向間を空気の層を非磁性層６としたが、主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１とのｘ方向間の少なくとも一部に非磁性材料からなるスペーサを配置してもよい。この場合には、空隙を設けた場合と同様の効果を奏することに加え、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１との間に磁気吸引力が生じた場合にスペーサで力を受けることができる。よって、永久磁石が欠けてしまう可能性を低減させることができる。
【００５２】
また、界磁子３を覆うように非磁性体、例えばＳＵＳ材のカバーを接着剤により取り付けてもよく、ＳＵＳ材をボルトによりバックヨーク５に締着固定してもよい。その際の締着は例えばリベット止めや溶接などにより固定することができる。その他、樹脂で覆うことも可能である。これらにより、それぞれの部材を強固に保持することができる。
【００５３】
また、界磁子３は、図６に示すようにその全体を磁性体４で構成し、磁性体４に設けられた孔３１に主磁極永久磁石４１、５１をｚ軸方向からそれぞれ挿入してもよい。また同様に磁性体４に設けられた孔３２に副磁極永久磁石６１、７１をｚ軸方向からそれぞれ挿入してもよい。その際に主磁極永久磁石４１、５１間の全て、または一部をカシメ３３によって固定するように構成してもよい。磁性体４は、接着鋼板を用いて固定あるいは例えばバックヨーク部でボルトにより固定することができ、主磁極永久磁石４１、５１間には、空隙を設けることができる。ここでの磁性体４は電磁鋼板を想定しているが鉄であってもよい。
【００５４】
また、電機子２のコア２０は軟磁性材である電磁鋼板の積層であると説明したが、磁性材は例えばＳＳ４００材のブロックの削り出しでもよく、コアがないコアレス構造の電機子２であってもよい。さらに、電機子２のコア２０が電磁鋼板の積層体を通しボルトとナットとを用いて締着一体化して作製されているとしたが、コア２０は磁性板の積層体を圧着一体化して作成してもよい。これらの構成においても上述した永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果を奏する。
【００５５】
実施の形態２．
以下に、実施の形態２に係る界磁子について図を用いて説明する。図７は本開示の実施の形態２に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。図８は本開示の実施の形態２に係る界磁子にはたらく磁気力を示す図である。
【００５６】
本開示の実施の形態２は、図７に示すように、界磁子３における副磁極永久磁石６１、７１のｙ方向の幅Ｔｓが、磁性体４のｙ方向の幅Ｔｄよりも小さくなるように構成される。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００５７】
副磁極永久磁石６１、７１のｙ方向に直交する面のうち−ｙ方向側の面を固定し、副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓを変更した際に副磁極永久磁石６１、７１にはたらくｙ方向の磁気力について図８を用いて説明する。図８の横軸は、副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓを磁性体４と同等の幅よりも小さくした際に生じる空気層の厚さを示している。縦軸は、副磁極永久磁石６１、７１にはたらくｙ方向の磁気力を示している。ここでの磁気力とは、永久磁石によって働く力のことである。
【００５８】
図８に示すように、副磁極永久磁石６１、７１に対してはたらく磁気力は、副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓを小さくするに応じて減少し、また増加する。すなわち、副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓを変更すると副磁極永久磁石６１、７１に対してはたらく磁気力も変化する。
【００５９】
副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓを小さくすることにより、副磁極永久磁石６１、７１に対して働く磁気力が変化する点について図９を用いてさらに詳細に説明する。図９は説明の便宜上、永久磁石の配列の一部のみを図示し、磁束線および磁気力を模式的に示している。
【００６０】
図９のＢ１は、磁性体４の幅Ｔｄと副磁極永久磁石７１の幅Ｔｓが等しく、それぞれの空気ギャップ側の面の位置が一致する場合の磁束線と磁気力の模式図である。副磁極永久磁石７１にはたらく磁気力は、図中に示した磁性体４と副磁極永久磁石７１との間の吸引力Ｆａ、主磁極永久磁石４１と副磁極永久磁石７１との間の反発力Ｆｒ１である。図８で示すように＋ｙ方向の磁気力は、反発力Ｆｒ１によるものである。
【００６１】
図９のＢ２は、磁性体４の幅Ｔｄよりも副磁極永久磁石７１の幅Ｔｓが小さい場合における磁束線と磁気力の模式図である。副磁極永久磁石７１にはたらく磁気力は、磁性体４と副磁極永久磁石７１との間の吸引力Ｆａ、反発力Ｆｒ２、主磁極永久磁石４１と副磁極永久磁石７１との間の反発力Ｆｒ１である。図９のＢ１とは、吸引力Ｆａと反発力Ｆｒ２が異なっている。図９のＢ２では、磁性体４の幅Ｔｄよりも副磁極永久磁石７１の幅Ｔｓが小さくなっているため、その分吸引力Ｆａは小さくなる。また、磁性体４の副磁極永久磁石７１と対抗する面のうち、副磁極永久磁石７１の幅Ｔｄを小さくしたことにより生じた空気層に面する部分にはＳ極が生じず、Ｎ極が生じる。このＮ極と副磁極永久磁石７１のＮ極とにより反発力Ｆｒ２が生じることとなる。
【００６２】
したがって、副磁極永久磁石７１にとって、吸引力Ｆａの消滅分と反発力Ｆｒ２の合力により−ｙ方向の磁気力を受けることになり、反発力Ｆｒ１との合力による＋ｙ方向の磁気力は図９のＢ１で示した構成における＋ｙ方向の磁気力よりも減る結果となるとわかる。
【００６３】
図９のＢ３は、磁性体４の幅Ｔｄよりも副磁極永久磁石７１の幅Ｔｓがより小さい場合における磁束線と磁気力の模式図である。副磁極永久磁石７１にはたらく磁気力は、図９のＢ２と同様に磁性体４と副磁極永久磁石７１との間の吸引力Ｆａ、反発力Ｆｒ２、主磁極永久磁石４１と副磁極永久磁石７１との間の反発力Ｆｒ１である。ただし、磁性体４の幅Ｔｄに対する副磁極永久磁石７１の幅Ｔｓがより小さいため、図９のＢ２における吸引力Ｆａよりもさらに小さくなる。また、磁性体４の副磁極永久磁石７１と対向する面においてＳ極が減少し、磁極が生じない部分ができる。そして、僅かに反発力Ｆｒ２が発生する。その結果、副磁極永久磁石７１にとって、吸引力Ｆａの消滅分と反発力Ｆｒ２との合力により−ｙ方向の磁気力が小さくなり、反発力Ｆｒ１との合力が図９のＢ１で示した＋ｙ方向の磁気力よりも増えることとなる。図８に示した磁気力が減少したのちに増加したのはこのためである。
【００６４】
したがって、磁性体のｙ方向の幅Ｔｄに対する副磁極永久磁石６１、７１のｙ方向の幅Ｔｓは適切な範囲で小さくなるように構成することが望ましい。また、磁性体４のｙ方向の幅Ｔｄに対する副磁極永久磁石６１、７１のｙ方向の幅Ｔｓを小さくしすぎると、磁気力が増えてしまうことを説明した。これに対しては、主磁極永久磁石４１、５１の磁場と副磁極永久磁石６１、７１の磁場とを重畳させる構成を維持しつつ、磁性体のｙ方向の幅Ｔｄに対する副磁極永久磁石６１、７１のｙ方向の幅Ｔｓが小さくなるような構成とすることにより小さくなりすぎることはなく解決できる。
【００６５】
本開示の実施の形態２においては、主磁極永久磁石４１、５１の体積は変更せず、副磁極永久磁石６１、７１のｙ方向の幅Ｔｓが、磁性体のｙ方向の幅Ｔｄよりも小さくなるように構成した。これにより、空気ギャップ面の磁束量を低減させずに磁気力を減らすことができる。したがって、実施の形態１と同様に、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果に加え、副磁極永久磁石６１、７１を取付ける際の作業性を向上させる効果を奏する。また、一定の接着強度を確保する効果も奏する。
【００６６】
なお、主磁極永久磁石４１と副磁極永久磁石７１を例に挙げて説明したが、主磁極永久磁石４１と副磁極永久磁石６１、主磁極永久磁石５１と副磁極永久磁石６１、主磁極永久磁石５１と副磁極永久磁石７１も同様の説明ができる。
【００６７】
また、実施の形態２の変形例として、図１０のＣ１およびＣ２に示すように副磁極永久磁石６１、７１の空気ギャップ面側をＣ面取りまたは角のＲをつけた形態としてもよい。この場合においても、上述したように空気ギャップ面の磁束量を低減させずに磁気力を減らすことができる。そして、実施の形態１と同様に、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果に加え、副磁極永久磁石６１、７１を取付ける際の作業性の向上と接着強度を確保する効果を奏する。
【００６８】
また、図１１に示すように、副磁極永久磁石６１、７１の幅Ｔｓを磁性体４と同等の幅よりも小さくした際に生じる空気層と、副磁極永久磁石６１、７１の空気ギャップ面側の面を非磁性材のモールド材８により各部材をモールドする構成とすることもできる。モールドすることにより各部材を強固に固定できる効果を奏する。また、各部材間の隙間にもモールド材８を流れ込ませてもよい。モールド材８が主磁極永久磁石４１、５１間を充填する構成とする場合には、主磁極永久磁石４１、５１同士が隣接している場合と比較して各主磁極永久磁石４１、５１の漏れ磁束を減らすことができる。よって、永久磁石の磁束を有効に使うことで必要な永久磁石の体積を減らすことができ、その結果低価格化することも可能となる。
【００６９】
実施の形態３．
以下に、実施の形態３に係る界磁子について図１２を用いて説明する。図１２は本開示の実施の形態３に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。なお説明の便宜上界磁子の一部分のみを示している。
【００７０】
本開示の実施の形態３は、図１２のＤ１に示すように、直方体に構成される磁性体４の角のうち、主磁極永久磁石４１、５１側の角についてＣ面取りをとる構成である。その他の構成は実施の形態１〜２と同様である。
【００７１】
磁束はできるだけ最短距離となるような経路をたどるため、図１２のＤに示すように副磁極永久磁石６１、７１の角部は漏れ磁束が生じやすい。これに対し、磁性体４の角をＣ面取りすることにより、空隙が生じることになる。よって、磁束がとおりにくくなるため、漏れ磁束を低減できる。この漏れ磁束は、主磁極永久磁石４１、５１への逆磁界であるため、主磁極永久磁石４１、５１の減磁耐力を高めることを意味する。
【００７２】
したがって、直方体に構成される磁性体４の角のうち、主磁極永久磁石４１、５１側の角についてＣ面取りの構成とすることにより、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力をより向上させることができる効果を奏する。
【００７３】
なお、磁性体４の角をＣ面取りする説明をしたが角にＲをつけた構成としてもよい。また、図１２のＤ２に示すように副磁極永久磁石６１、７１の主磁極永久磁石４１、５１側の角をＣ面取りまたは角にＲをつけた構成としてもよい。この場合においても同様に副磁極永久磁石６１、７１の漏れ磁束を低減でき、永久磁石の減磁耐力を高めることができる。
【００７４】
実施の形態４．
以下に、実施の形態４に係る界磁子について図１３を用いて説明する。図１３は本開示の実施の形態４に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。なお説明の便宜上界磁子の一部分のみを示している。
【００７５】
本開示の実施の形態４は、図１３に示すように、磁性体４と２つの副磁極永久磁石６１、７１とを１極としてそれらの空気ギャップ面側が円弧形状となるように構成される。空気ギャップ面側とは、主磁極永久磁石４１、５１と面しない側の面である。その他の構成は実施の形態１〜３と同様である。２つの副磁極永久磁石６１、７１の内訳は、＋ｘ方向に磁化された副磁極永久磁石６１と副磁極永久磁石６１と磁化方向が逆方向の−ｘ方向に磁化された副磁極永久磁石７１である。
【００７６】
磁性体４と副磁極永久磁石６１と副磁極永久磁石７１とを１極としてそれらの空気ギャップ面側が円弧形状となるように構成することにより、空気ギャップでの磁束密度波形を略正弦波にでき、コギング推力を低減できる効果を奏する。したがって、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力をより向上させることができる効果を奏する。
【００７７】
実施の形態５．
以下に、実施の形態５に係る界磁子について図１４および図１５を用いて説明する。図１４および図１５は本開示の実施の形態５に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。説明の便宜上、一部構成を省略している。また、本開示の実施の形態５においては、電動機として、回転機を例に説明するがこれらに限るものではない。
【００７８】
実施の形態５における界磁子３は、円形状に形成された界磁子コア３４と、界磁子コア３４の外周に配列される永久磁石とで構成される。実施の形態５においても電機子２または界磁子３の一方が回転可能な可動子となり他方が固定子となる。すなわち、可動子が回転自在な回転機を構成している。本開示においては一例として界磁子３が回転子となる構成を示し、この回転子が回転する軸を中心として回転する方向を周方向とし、回転軸の軸心と直交する方向を径方向とする。また、後述する界磁子３を構成する磁性板が積層される方向を軸方向と定義する。
【００７９】
図１４は、界磁子３を周方向に等分割した際の主磁極永久磁石４１、５１の２極分を示している。また、図１４中のＥ１〜Ｅ７は、永久磁石の変更例を示している。
【００８０】
図１４に示すように界磁子３は、界磁子コア３４を有し、界磁子コア３４に主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１とがハルバッハ配列にて構成されている。界磁子コア３４に配列させる方法としては、図１４に示すような界磁子コア３４の表面に磁石を張り付ける方法と図１５に示す界磁子コア３４内部に永久磁石を埋め込む方法とがある。図１５に示す界磁子コア３４内部に永久磁石を埋め込む方法については、後述する。
【００８１】
図１４に示す界磁子コア３４は、電磁鋼板の磁性板を軸方向に積層され、一体的に構成される。各磁性板は、軟磁性材料である珪素鋼板を打ち抜いて所望の形状に作製される。そして、界磁子コア３４には、主磁極永久磁石４１、５１が配置される。具体的には、主磁極永久磁石４１、５１は、界磁子コア３４の外周面に配列される。また、主磁極永久磁石４１、５１との周方向における各間隔には、非磁性層６が設けられる。
【００８２】
界磁子コア３４に設けられた主磁極永久磁石４１、５１よりもさらに径方向外側には、副磁極永久磁石６１、７１が配置される。副磁極永久磁石６１、７１は、非磁性層６の周方向における中心と副磁極永久磁石６１、７１の周方向における中心とが一致するように配列される。主磁極永久磁石４１、５１および副磁極永久磁石６１、７１は、例えば必要に応じて接着剤を塗布され接着により保持される。
【００８３】
主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１の具体的な配列順序、着磁方向については、実施の形態１〜４と同様であり、説明を省略する。また、図示していないが、副磁極永久磁石６１、７１の周方向における各間隔には、磁性体４が配置される。
【００８４】
上述のとおり、界磁子コア３４の外周面は円弧であり、これに沿うように永久磁石がそれぞれ配列される。このときの、永久磁石の形状にはさまざまな種類が想定される。以下で界磁子コア３４に配置する永久磁石の形状についてＥ１〜Ｅ７を用いて説明する。
【００８５】
図１４のＥ１は、永久磁石の軸方向の断面形状が長方形である場合を表す。Ｅ２は、各永久磁石の周方向両端の径方向に延びた２辺が回転中心に向くような軸方向断面形状である場合を表す。Ｅ３は、各永久磁石の周方向沿った２辺が円弧であり、その２辺が平行である軸方向断面形状の場合を表す。Ｅ４は、Ｅ２の径方向に延びた２辺とＥ３の周方向沿った２辺とを組み合わせた辺で構成された場合を表す。Ｅ５は、各永久磁石の径方向外側の周方向に沿った１辺が円弧状であり、界磁子３の中心側の１辺が界磁子コア３４の外周に接する角度の直線であり、それらの辺を径方向に結ぶ２辺は平行となる軸方向断面形状の場合を表す。Ｅ６は、主磁極永久磁石４１、５１の、界磁子３の径方向外側の１辺において、副磁極永久磁石６１、７１と重なる部分が平らである。また、界磁子３の径方向内側の１辺が界磁子コア３４の外径に接する角度の直線であり、周方向の２辺が平行となるような軸方向断面形状の場合を表す。Ｅ７において、主磁極永久磁石４１、５１と副磁極永久磁石６１、７１の形状がＥ１〜Ｅ６のどの組合せであってもよいことを表している。
【００８６】
次に永久磁石を界磁子コア３４内部に埋め込む構成について図１５を用いて説明する。図１５において、界磁子コア３４は磁性板が積層され、主磁極永久磁石４１、５１を収納するための軸方向に連なった主磁極永久磁石収納孔４１０と、副磁極永久磁石６１、７１を収納するための軸方向に連なった副磁極永久磁石収納孔６１０と、を有する。主磁極永久磁石収納孔４１０には、主磁極永久磁石４１、５１が挿入され、保持される。また、副磁極永久磁石収納孔６１０には、副磁極永久磁石６１、７１が挿入され、保持される。図１５のＦ１〜Ｆ４に示すように、上述の図１４で示した永久磁石の形状は、埋め込む構成においても同様に採用できる。そして、必要に応じて接着剤を塗布され接着により保持する方法が用いられる。
【００８７】
図１５では、主磁極永久磁石４１と主磁極永久磁石５１との間が界磁子コア３４で満たされているものを図示しているが、非磁性層６を設けることができる。また、図示していないが、非磁性体について、収納するための非磁性体収納孔を設ける構成としてもよいし、主磁極永久磁石４１、５１と空隙あるいは非磁性体を挿入する１つの収納孔を設ける構成とすることもできる。
【００８８】
上述のとおり構成された電動機１０は、回転機である点と界磁子の構成、特に永久磁石の形状が異なる点を除いて本開示の実施の形態１〜４における界磁子３と同様に構成される。したがって、本開示の実施の形態５によれば、界磁子コア３４と永久磁石とが円弧上に設けられているため、回転型の工作機械やサーボモータに応用できる。応用した回転機においても実施の形態１〜４と同様の永久磁石の磁束を有効に活用し、推力をより向上させることができる効果を奏する。
【００８９】
また、特に図１４のＥ７のような組合せにすることで、永久磁石の製造コストを最低限に抑えてコギングトルクやトルクリプルを低減することができる効果を奏する。
【００９０】
さらに、図１５の構成においては、永久磁石が界磁子コア３４に埋め込まれているので、永久磁石が界磁子コア３４の外周面に設けられる構成に比べてリラクタンストルクをより多く利用することができる。
【００９１】
なお、永久磁石を接着剤で保持すると表記したが、永久磁石を保持するケースを挿入し固定してもよいし、コイルを巻き回した電磁石を挿入し固定してもよい。また、主磁極永久磁石４１、５１と非磁性層６もしくは非磁性体とを挿入する１つの収納孔を設ける場合には、主磁極永久磁石４１、５１を位置決めするための突起や境界板を挿入する溝を設ける構成とすることにより、より正確に配置させることが可能となる。
【００９２】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００９３】
２  電機子、３  界磁子、４  磁性体、５  バックヨーク、６  非磁性層、８  モールド材、１０  電動機、２０  コア、２１  コイル、２２  ティース、３１、３２  孔、３３  カシメ、３４  界磁子コア、４１、５１、４１１、４１２  主磁極永久磁石、６１、７１、６１１、７１１  副磁極永久磁石、  １００  架台、１０１  ステージ、１０２  ガイドレール、４１０  主磁極永久磁石収納孔、６１０  副磁極永久磁石収納孔。
【要約】
バックヨーク（５）の主面（５ａ）と直交する方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列される複数の主磁極永久磁石（４１、５１）と、主磁極永久磁石（４１、５１）の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、主磁極永久磁石（４１、５１）の配列方向と同方向に主磁極永久磁石（４１、５１）と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石（６１、７１）と、非磁性の領域である非磁性層（６）と、を備え、副磁極永久磁石（６１、７１）は、少なくとも一部が主面（５ａ）と直交する方向に非磁性層（６）を介して主面（５ａ）と対向し、副磁極永久磁石（６１、７１）の主面（５ａ）と対向する面の位置は、主面（５ａ）から最も離れた主磁極永久磁石（４１、５１）の面の位置と同じ位置であり、副磁極永久磁石（６１、７１）の長さは、非磁性層（６）の長さよりも長い又は同じ長さであることを特徴とする界磁子。【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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