JP6947340B1 - 界磁子および界磁子を備えた電動機 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (10)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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