DE112020007625T5 - Feldelement und elektromotor mit einem solchen feldelement - Google Patents

Feldelement und elektromotor mit einem solchen feldelement Download PDF

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Junka Otosaka
Ryutaro Inagaki
Takumi Tomatsu
Hiroshi WAKAYAMA
Zaini Ariff
Yusuke Sakamoto
Kenta MOTOYOSHI
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

Das Feldelement weist Folgendes auf: eine Mehrzahl von Hauptmagnetpol-Permanentmagneten (41, 51), die in der Richtung senkrecht zu einer Hauptfläche (5a) eines hinteren Jochs (5) magnetisiert sind und so angeordnet sind, dass deren Magnetisierungsrichtungen einander abwechseln; eine Mehrzahl von Untermagnetpol-Permanentmagneten (61, 71), die in einer Richtung verschieden von den Magnetisierungsrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagneten (41, 51) magnetisiert sind und so angeordnet sind, dass deren Magnetisierungsrichtungen einander abwechseln, wobei die Untermagnetpol-Permanentmagnete (61, 71) so angeordnet sind, dass sie gestaffelt sind mit den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten (41, 51), und zwar in der gleichen Richtung wie die Anordnungsrichtung der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete (41, 51); und eine nicht-magnetische Schicht (6), die ein nicht-magnetischer Bereich ist. Jeder Unter-magnetpol-Permanentmagnet (61, 71) ist so angeordnet, dass er zumindest teilweise der Hauptfläche (5a) über die nicht-magnetische Schicht (6) in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche (5a) gegenüberliegt. Die Position einer Fläche des Untermagnetpol-Permanentmagneten (61, 71), der der Hauptfläche (5a) gegenüberliegt, ist die gleiche Position wie die Position einer Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten (41, 51), die am weitesten weg von der Hauptfläche (5a) ist. Die Länge des Untermagnetpol-Permanentmagneten (61, 71) ist größer als oder die gleiche wie die Länge der nicht-magnetischen Schicht (6).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Feldelement, das aus Permanentmagneten gebildet ist, sowie einen Elektromotor, der ein solches Feldelement aufweist.
  • Stand der Technik
  • Als eine Feldstruktur eines Elektromotors, der Permanentmagnete aufweist, wird herkömmlicherweise eine Struktur zum Anordnen der Permanentmagnete in einem Halbach-Magnet-Array verwendet, um den magnetischen Magnetfluss zu konzentrieren.
  • In einem Beispiel für ein Halbach-Magnet-Array ist eine Mehrzahl von Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, die in einer Richtung des erzeugten Magnetfelds magnetisiert sind, und Untermagnetpol-Permanentmagneten, die zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten platziert sind, in einer Reihe an einem hinteren Joch fixiert.
  • Solch ein Array kann ein erzeugtes magnetisches Feld vergrößern, unterliegt aber einer Einschränkung bezüglich des magnetischen Feldes, das erzeugt werden kann. In dieser Hinsicht wird die folgende Array-Struktur vorgeschlagen. Die herkömmliche Struktur hat ein hinteres Joch, Hauptmagnetpol-Permanentmagnete, weiche Magnetmaterialien, die auf der Magnetfeld-Erzeugungsseite der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete angeordnet sind, und Untermagnetpol-Permanentmagnete, die zwei Arten von Breiten und gleiche Dicken wie die jeweiligen Dicken der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete und der weichen Magnetmaterialien haben.
  • Dann ist die Länge auf Seiten des hinteren Jochs des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten so vorgegeben, dass sie größer als die Länge auf Seiten des erzeugten Magnetfelds des weichen Magnetmaterials ist (beispielsweise Patentdokument 1).
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2011- 24 379 A
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Bei dem Array, das im Patentdokument 1 beschrieben ist, gilt Folgendes: Da die Fläche auf der Seite des erzeugten Magnetfelds schmaler gemacht ist, kann das erzeugte Magnetfeld größer als in einem solchen Array gemacht werden, bei dem die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete und die Untermagnetpol-Permanentmagnete, die zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten platziert sind, in Reihe am hinteren Joch fixiert sind, aber es ergibt sich das Problem, dass der Magnetfluss, den die Magnete ursprünglich haben, nicht wirksam genutzt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Feldelement und einen Elektromotor anzugeben, der ein solches Feldelement aufweist, die den Schub verbessern können, und zwar mittels einer Konfiguration zum wirksamen Ausnutzen des Magnetflusses, den die Permanentmagnete ursprünglich haben.
  • Lösung der Probleme
  • Ein Feldelement gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
    • eine Mehrzahl von Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, die in der Richtung senkrecht zu einer Hauptfläche eines hinteren Jochs magnetisiert sind und an der Hauptfläche so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete einander abwechseln; eine Mehrzahl von Untermagnetpol-Permanentmagneten,
    • die in einer Richtung verschieden von den Magnetisierungsrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagneten magnetisiert sind und so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen der Untermagnetpol-Permanentmagnete einander abwechseln,
    • wobei die Untermagnetpol-Permanentmagnete so angeordnet sind, dass sie gestaffelt sind mit den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, und zwar in der gleichen Richtung wie die Anordnungsrichtung der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete; und eine nicht-magnetische Schicht, die ein nicht-magnetischer Bereich ist und zwischen jedem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten und einem weiteren angrenzenden der Hauptmagnetpol-Permanentmagneten angeordnet ist.
  • Jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet ist so angeordnet, dass er zumindest teilweise der Hauptfläche über die nicht-magnetische Schicht in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche gegenüberliegt. Die Position einer Fläche des Untermagnetpol-Permanentmagneten, der der Hauptfläche gegenüberliegt, ist die gleiche Position in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche wie die Position einer Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, die am weitesten von der Hauptfläche in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche weg ist, oder ist eine Position, die weiter von der Hauptfläche weg ist als die Position der Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten. Die Länge in der Anordnungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten ist die gleiche wie die Länge in der Anordnungsrichtung der nicht-magnetischen Schicht oder größer als die Länge in der Anordnungsrichtung der nicht-magnetischen Schicht.
  • Wirkung der Erfindung
  • Das Feldelement und der Elektromotor, der ein solches Feldelement aufweist, gemäß der vorliegenden Erfindung können wirksam den Magnetfluss der Permanentmagnete nutzen und den Schub verbessern.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine transversale Schnittansicht eines Elektromotors, der ein Feldelement aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine longitudinale Schnittansicht des Elektromotors, der ein solches Feldelement aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine longitudinal Schnittansicht des Feldelements inklusive dem Feldelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 4 zeigt die Relation zwischen der Zunahme-/Abnahmerate der induzierten Spannung und dem Verhältnis der Länge eines Untermagnetpol-Permanentmagneten zur Länge einer nicht-magnetischen Schicht in dem Feldelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm von Magnetflussdichte-Wellenformen bei einer Luftspalt-Ebene und eine longitudinale Schnittansicht, die das Feldelement veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration eines Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
    • 8 zeigt die Magnetkraft, die im Feldelement wirkt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine longitudinale Schnittansicht eines spezifischen Teils des Feldelements, die die Magnetkräfte veranschaulicht, die im Feldelement wirken, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration eines Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
    • 13 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration eines Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
    • 14 ist eine Schnittansicht in Axialrichtung, die die Konfiguration eines Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
    • 15 ist eine Schnittansicht in Axialrichtung, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematisch dargestellt, und zur Erleichterung der Beschreibung sind manche Konfigurationen weggelassen oder vereinfacht. Die gegenseitigen Relationen der Größen und Positionen der verschiedenen Teile, die in den verschiedenen Zeichnungen gezeigt sind, brauchen nicht notwendigerweise exakt angegeben zu sein, und sie können geeignet geändert werden. In der folgenden Beschreibung sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Namen und Funktionen sind ebenfalls gleich. Daher kann deren detaillierte Beschreibung weggelassen sein, um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden.
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist eine transversale Schnittansicht, die einen Elektromotors zeigt, der ein Feldelement aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine longitudinale Schnittansicht, die den Elektromotor zeigt, der ein solches Feldelement aufweist, gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Hier ist die transversale Schnittansicht eine Schnittansicht entlang der Ebene senkrecht zur Anordnungsrichtung der Permanentmagnete, wie später noch beschrieben, und die longitudinale Schnittansicht ist eine Schnittansicht entlang der Ebene senkrecht zu einer Hauptfläche eines hinteren Jochs, wie später noch beschrieben, sowie parallel zur Anordnungsrichtung der Permanentmagnete.
  • Bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist ein Linearmotor als ein Beispiel des Elektromotors beschrieben. Der Elektromotor ist darauf jedoch nicht beschränkt.
  • Wie in 1 gezeigt, weist ein Elektromotor 10 Folgendes auf eine Basis 100, ein Paar von Führungsschienen 102, die auf der Basis 100 verlaufen, eine Stufe 101, die beweglich ist, während sie entlang der Führungsschienen 102 bewegt wird, einen Anker 2 und ein Feldelement 3.
  • Auf der Basis 100 ist das Feldelement 3 zum Erzeugen eines zyklischen magnetischen Feldes angeordnet. Hier ist das zyklische magnetische Feld ein zyklisches magnetisches Feld mit N-Magnetpolen und S-Magnetpolen, die abwechselnd erzeugt werden. Der Anker 2 wird von der Stufe 101 derart gehalten, dass ein Luftspalt, der ein vorbestimmter Spalt ist, zwischen dem Feldelement 3 und dem Anker 2 ausgebildet wird.
  • Mit dieser Konfiguration wird der Anker 2, der von der Stufe 101 gehalten wird, entlang der Führungsschienen 102 geführt und ist folglich beweglich, während er dem Feldelement 3 gegenüberliegt. Der Anker 2 bewegt sich, während er eine Anziehungskraft und eine Abstoßungskraft erzeugt, und zwar zwischen dem Anker 2 und dem zyklischen magnetischen Feld, das vom Feldelement 3 erzeugt wird. Das heißt, in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Feldelement 3 ein Stator im Elektromotor 10, und der Anker 2 ist ein bewegliches Element im Elektromotor 10.
  • Natürlich kann auch das Feldelement 3 ein bewegliches Element sein, und der Anker 2 kann ein Stator sein. Die Konfigurationen der Basis 100, der Stufe 101 und der Führungsschienen 102 sind nicht auf die obigen beschränkt, und es können jegliche Konfigurationen angenommen werden, solange entweder das Feldelement 3 oder der Anker 2 fixiert ist und das andere beweglich ist. Während die Konfigurationen unten weiter beschrieben werden, sind die Konfigurationen der Basis 100, der Stufe 101 und der Führungsschienen 102 wohlbekannte Merkmale, und daher ist deren detaillierte Beschreibung weggelassen.
  • Wie in 2 gezeigt, weist der Anker 2 einen Kern 20 auf, der unter Verwendung von elektromagnetischen Stahlblechen gebildet ist, die ein weiches Magnetmaterial sind, sowie eine Spule 21, die um einen Zahnteil 22 des Kerns 20 gewickelt ist. Der Anker 2 ist parallel zur Fläche der Stufe 101 angebracht, so dass die Enden der Zähne 22 der Seite des Feldelements 3 zugewandt sind. Mit dieser Konfiguration ist der Anker 2 in der Anordnungsrichtung der Permanentmagnete beweglich, die das Feldelement 3 bilden, wie später noch beschrieben, während der Spalt zwischen den Zähnen 22 und dem Feldelement 3 konstant gehalten wird. Der Kern 20 des Ankers 2 wird gebildet, indem gestapelte elektromagnetische Stahlbleche mit Durchgangsschrauben und Muttern befestigt und integriert werden.
  • Hier ist die Bewegungsrichtung des Ankers 2 als x-Richtung definiert, die Richtung, die den Luftspalt zwischen dem Anker 2 und dem Feldelement 3 kreuzt, ist als y-Richtung definiert, und die Richtung senkrecht zur x-Richtung und zur y-Richtung ist als z-Richtung definiert. Zur Erleichterung der Beschreibung ist die Richtung nach rechts in der Zeichenebene als positive Richtung von x (+x-Richtung) definiert, die Aufwärtsrichtung in der Zeichenebene ist als positive Richtung von y (+y-Richtung) definiert, und die Richtung nach vorn in der Zeichenebene ist als positive Richtung von z (+z-Richtung) definiert. Diese Definitionen gelten auch für die übrigen Ausführungsformen
  • Das Feldelement 3 ist aus einen hinteren Joch 5, das aus einem magnetischen Materialblock gebildet ist, und Permanentmagneten zusammengesetzt.
  • Das hintere Joch 5 ist in einer Plattenform ausgebildet, die in der x-Richtung verläuft, und es ist so platziert, dass eine Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 senkrecht zur y-Richtung ist. Die Hauptfläche 5a des hinteren Joch 5 ist eine Fläche auf Seiten des Ankers 2, und zwar aus den Flächen senkrecht zur y-Richtung.
  • Die Permanentmagnete weisen Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 auf, die in der y-Richtung entsprechend der Richtung des erzeugten Magnetfelds magnetisiert sind, sowie Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71, die in einer Richtung verschieden von den Magnetpolrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 magnetisiert sind. Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind in einem Halbach-Array angeordnet, so dass die Magnetfeldstärke in einer spezifischen Richtung erhöht wird, und zwar auf der Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5. In der folgenden Beschreibung gilt Folgendes: Wenn die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 gemeinsam beschrieben werden, können sie als „Permanentmagnete“ bezeichnet werden.
  • Als Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 werden beispielsweise Nd-Fe-B-basierte gesinterte Magnete verwendet, die in einer rechteckigen Parallelepiped-Form ausgebildet sind. Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 sind in der y-Richtung magnetisiert, die die Richtung ist, die den Luftspalt zwischen dem Anker 2 und dem Feldelement 3 kreuzt.
  • Wie in 2 mit Pfeilen angezeigt, gilt genauer gesagt Folgendes: Jeder Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 41 ist in Richtung der +y-Richtung senkrecht zur Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 magnetisiert, und jeder Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 51 ist in Richtung der -y-Richtung magnetisiert. Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41 und die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 51 sind abwechselnd in der x-Richtung magnetisiert, wobei zwischen ihnen Abstände bestehen, und zwar auf der Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5.
  • Das heißt, die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 sind in einer linearen Form angeordnet, so dass deren Magnetisierungsrichtungen denjenigen der übrigen angrenzenden Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 in der x-Richtung entgegengesetzt sind (sich abwechseln). In der y-Richtung befinden sich die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 auf Seiten der +y-Richtung relativ zum hinteren Joch 5.
  • Als Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 werden Nd-Fe-B-basierte gesinterte Magnete verwendet, die in einer rechteckigen Parallelepiped-Form ausgebildet sind, wie bei den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51. Die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind in der x-Richtung entsprechend der beweglichen Richtung des Ankers 2 magnetisiert.
  • Genauer gesagt. Jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet 61 ist in Richtung der +x-Richtung magnetisiert, und jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet 71 ist in Richtung der -x-Richtung magnetisiert. Die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 71 sind abwechselnd mit Abständen dazwischen in der gleichen Richtung wie die Anordnungsrichtung der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 angeordnet. Das heißt, die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind in einer linearen Form angeordnet, so dass deren Magnetisierungsrichtungen denjenigen der übrigen angrenzenden Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 entgegengesetzt sind (sich abwechseln). In der y-Richtung befinden sich die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 auf Seiten der +y-Richtung relativ zu den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51.
  • Jeder Bereich in der x-Richtung zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 ist ein Spalt. Dieser Spalt ist ein nicht-magnetischer Bereich, der nachfolgend als nicht-magnetische Schicht 6 bezeichnet wird. In jedem Abstand in der x-Richtung zwischen dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 ist ein Magnetkörper 4 angeordnet. Folglich wird ein lineares Array in der x-Richtung ausgebildet, in der der Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 41, die nicht-magnetische Schicht 6, der Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 51, die nicht-magnetische Schicht 6, ..., wiederholt angeordnet sind.
  • Außerdem wird ein lineares Array in der x-Richtung ausgebildet, in dem der Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, der Magnetkörper 4, der Untermagnetpol-Permanentmagnet 71, der Magnetkörper 4, ..., wiederholt angeordnet sind. Der Magnetkörper 4 wird beispielsweise gebildet, in dem Fe-Co-V-basierte weiche Magnetmaterialien in der z-Richtung gestapelt werden.
  • Hier wird die Platzierungs-Relation zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 beschrieben.
  • Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind so angeordnet, dass sie miteinander in der x-Richtung gestaffelt sind. Genauer gesagt: Sie sind so angeordnet, dass jeder der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 auf Seiten der +y-Richtung der nicht-magnetischen Schicht 6 platziert ist, die zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 vorhanden ist. Mit anderen Worten: Die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind jeweils so platziert, dass sie zumindest teilweise der Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 zugewandt sind, und zwar über die nicht-magnetische Schicht 6 in der -y-Richtung. Die y-Richtung ist die Richtung senkrecht zur Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5, und die -y-Richtung ist die Richtung von der nicht-magnetischen Schicht 6 in Richtung des hinteren Jochs 5.
  • Hier ist die Position in der y-Richtung der Fläche, die der Hauptfläche 5a gegenüberliegt, von den Flächen jedes Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 die gleiche Position wie die Fläche, die am weitesten von der Hauptfläche 5a weg ist, von den Flächen jedes Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51, oder sie ist die Position, die weiter von der Hauptfläche 5a in der +y-Richtung entfernt ist als die Fläche, die am weitesten von der Hauptfläche 5a weg ist, von den Flächen jedes Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51. Selbst in dem Fall der weiter entfernten Position ist jedoch der Abstand dazu gering, und daher ist die weiter entfernte Position nahezu äquivalent zu der Position der oben erwähnten am weitesten entfernten Fläche. Die Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51, die am weitesten von der Hauptfläche 5a entfernt ist, ist die Fläche auf Seiten der +y-Richtung von den Flächen, die senkrecht zur y-Richtung sind.
  • Die Permanentmagnete sind so angeordnet, dass jeder der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 auf Seiten der -y-Richtung des Magnetkörpers 4 angeordnet ist, der sich zwischen dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 befindet. Hier stimmen das Zentrum in der x-Richtung des Magnetkörpers 4 und das Zentrum in der x-Richtung jedes Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51, platziert auf Seiten der -y-Richtung des Magnetkörpers 4, miteinander überein.
  • Genauer gesagt: Die Permanentmagnete sind wiederholt angeordnet, und zwar in der folgenden Reihenfolge: Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 41, Untermagnetpol-Permanentmagnet 71, Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 51, Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, ..., und zwar in Richtung der +x-Richtung. Das heißt: Der Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, der in Richtung der +x-Richtung magnetisiert ist, ist auf Seiten der -x-Richtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 angeordnet, der in Richtung der +y-Richtung magnetisiert ist, und der Untermagnetpol-Permanentmagnet 71, der in Richtung der -x-Richtung magnetisiert ist, ist auf Seiten der +x-Richtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 angeordnet.
  • Der Untermagnetpol-Permanentmagnet 71 wiederum, der in Richtung der - x-Richtung magnetisiert ist, ist auf Seiten der -x-Richtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 angeordnet, der in Richtung der -y-Richtung magnetisiert ist, und der Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, der in Richtung der +x-Richtung magnetisiert ist, ist auf Seiten der +x-Richtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 angeordnet. Mit dieser Anordnung können das Magnetfeld der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und das Magnetfeld der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 einander überlagert werden. An beiden Enden des Arrays sind elektromagnetische Stahlbleche platziert.
  • Als Nächstes wird das Halten bzw. das Zurückhalten der Komponenten beschrieben. Die Komponenten werden durch Adhäsion zwischen deren jeweiligen Flächen gehalten. Genauer gesagt: Zwischen jedem Magnetkörper 4 und jedem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 in der y-Richtung, zwischen jedem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und dem hinteren Joch 5 in der y-Richtung, und zwischen jedem Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 und jedem Magnetkörper 4 in der x-Richtung sind jeweils Adhäsivmittel bzw. Klebstoffe aufgebracht, so dass deren Flächen eng aneinander haften bzw. adhärieren, so dass die Anbringung erfolgt.
  • In einem Fall, in dem es Flächen gibt, die einander in der y-Richtung gegenüberliegen, und zwar zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71, gilt Folgendes: Wie auch bei den übrigen Komponenten sind Adhäsionsmittel bzw. Klebstoffe aufgebracht, so dass deren Flächen eng aneinander haften bzw. adhärieren, so dass die Anbringung erfolgt.
  • Als Nächstes wird die Relation der Breiten in der y-Richtung der Komponenten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.3 ist eine longitudinale Schnittansicht des Feldelements gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • Die Breite des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 in der y-Richtung, die die Richtung senkrecht zur Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 ist, ist mit Tm bezeichnet. Die Breite der nicht-magnetischen Schicht 6 ist mit Ta bezeichnet. Die Breite des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 ist mit Ts bezeichnet. Die Breite des Magnetkörpers ist mit Td bezeichnet.
  • Hier ist die Breite Tm des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 äquivalent zu der Breite Ta der nicht-magnetischen Schicht 6.
  • Die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 ist gleich der Breite Td des Magnetkörpers 4. Das hintere Joch 5 ist so platziert, dass die Hauptfläche 5a senkrecht zur y-Richtung ist, wie oben beschrieben. Hinsichtlich des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 und der nicht-magnetischen Schicht 6, die auf Seiten der +y-Richtung der Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 platziert ist, sind deren jeweilige Flächen auf Seiten der +y-Richtung senkrecht zur y-Richtung. Außerdem sind die Flächen des Magnetkörpers 4 und der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71, die auf Seiten der +y-Richtung der obigen Komponenten platziert sind, ebenfalls senkrecht zur y-Richtung. Das heißt, die Position der Fläche des Magnetkörpers 4, die dem Luftspalt zugewandt ist, und die Positionen der Flächen der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71, die dem Luftspalt zugewandt sind, stimmen miteinander in der y-Richtung überein.
  • Als Nächstes wird die Relation der Längen in der x-Richtung (Anordnungsrichtung der Permanentmagnete) der Komponenten beschrieben.
  • Die Länge des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 ist mit Lm bezeichnet. Die Länge der nicht-magnetischen Schicht 6 ist mit La bezeichnet. Die Länge des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 ist mit Ls bezeichnet. Die Länge des Magnetkörpers 4 ist mit Ld bezeichnet.
  • Die Länge Ld des Magnetkörpers 4 ist kleiner als die Länge Lm des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und größer als die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 und die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6. Die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 ist gleich der Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 oder größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6. Die Länge Lm des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 ist kleiner als ein Pol-Rastermaß Lp, das die Länge für einen Pol ist, und größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6. In 3 ist der Fall gezeigt, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird hier ein Ergebnis der Analyse beschrieben, die durchgeführt wird, während die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 geändert wird. Die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 wird geändert, so dass sie von der gleichen Länge wie die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 zunimmt. 4 zeigt die Relation zwischen der Zunahme-/Abnahmerate der induzierten Spannung und dem Verhältnis Ls/La der Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 zur Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6.
  • Die Horizontalachse eines Graphen, der in 4 gezeigt ist, gibt den Wert des Verhältnisses Ls/La an, und die Vertikalachse gibt die Zunahme-/Abnahmerate des Verhältnisses der induzierten Spannung relativ zu dem Fall an, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 und die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 zueinander gleich sind (Verhältnis Ls/La = 1), und zwar als Referenz. Im Allgemeinen ist die induzierte Spannung proportional zum Schub. Daher wird unten hauptsächlich die Zunahme/Abnahme der induzierten Spannung detailliert beschrieben.
  • Wie in 4 gezeigt, ändert sich die Zunahme-/Abnahmerate in einer konvexen Form derart, dass - in der Richtung, in der das Verhältnis Ls/La von 1 aus abnimmt - der Wert der Zunahme-/Abnahmerate der induzierten Spannung zunimmt, einen Scheitelwert erreicht und dann abnimmt. Das heißt, es zeigt sich, dass die induzierte Spannung maximiert wird, und zwar bei einer gewissen Länge, wenn die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist, so dass jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, 71 einen Flächenteil aufweist, der die Flächen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 in der y-Richtung überlappt. Genauer gesagt: Es zeigt sich, dass - wenn das Verhältnis Ls/La einen Wert von 1 bis 2,8 hat - die induzierte Spannung größer als die induzierte Referenzspannung wird.
  • Eine Änderung der Magnetflussdichte-Wellenformen, wenn die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 geändert wird, wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Teil A von 5 zeigt auf schematische Weise Magnetflussdichte-Wellenformen bei einer Luftspalt-Ebene g1. Eine Rechteckwelle H1 mit durchgezogener Linie stellt eine Magnetflussdichte-Wellenform in einem Fall eines allgemeinen Magnet-Arrays dar, und eine Welle H2 mit unterbrochener Linie, die eine Form hat, die einer Rechteckwelle angenähert ist, stellt eine Magnetflussdichte-Wellenform in einem Fall eines Halbach-Arrays dar, bei dem Luftspalt-Ebenen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 miteinander übereinstimmen.
  • Eine Welle A1 mit gepunkteter Linie, die einer Sinuswelle angenähert ist, stellt eine Magnetflussdichte-Wellenform in einem Fall dar, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 und die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 zueinander gleich sind, wie in Teil A1 von 5 gezeigt, der später noch beschrieben wird. Eine Welle A2 mit durchgezogener Linie, die einer Sinuswelle angenähert ist, stellt eine Magnetflussdichte-Wellenform in einem Fall dar, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist, wie in Teil A2 von 5 gezeigt, der später noch beschrieben wird.
  • Eine Welle A3 mit gepunkteter und gestrichelter Linie stellt eine Magnetflussdichte-Wellenform in einem Fall dar, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 nicht geeignet vorgegeben ist. Der Fall, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 nicht geeignet vorgegeben ist, ist beispielsweise ein Fall, in dem die Länge Ls relative zur Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 zu groß ist.
  • Wie in Teil A von 5 dargestellt, zeigt es sich, dass - in dem Fall, in dem die Länge Ls der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 gleich der Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist (A1) - sich die Magnetflussdichte-Wellenform von einer Rechteckwelle in eine Wellenform ändert, die einer Sinuswelle angenähert ist (nachfolgend als „im Wesentlichen sinusförmige Wellenform“ bezeichnet), und zwar verglichen mit dem Fall dess allgemeinen Magnet-Arrays, das nicht das Halbach-Array ist. Dies rührt daher, dass sich - infolge des Einflusses der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 - die Magnetflüsse an den Enden des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 in der Nähe des zentralen Teils des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 konzentrieren.
  • Zudem konzentrieren sich in dem Fall, in dem die Länge Ls der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 (A2) ist, die Magnetflüsse weiter in der Nähe des zentralen Teils des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51. Dies rührt daher, dass die Enden des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 Bereiche sind, wo Magnetflussdichten ursprünglich nicht so hoch sind und die Wirkung der Magnetfluss-Konzentration zur Nähe des zentralen Teils des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 verglichen mit der Verringerung der Magnetflussdichten größer ist.
  • In dem Fall indessen, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 nicht geeignet vorgegeben ist, wird der Magnetflusswert in der Nähe des zentralen Teils des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 verringert. Im Ergebnis wird der Einfluss, der zur Verringerung der induzierten Spannung führt, groß. Demzufolge wird die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 so vorgegeben, dass sie innerhalb eines geeigneten Bereichs größer ist als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6, so dass die Wirkung erzielt werden kann, dass die induzierte Spannung erhöht wird.
  • Die Zustände der Magnetflusslinien, wenn die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 geändert wird, wird weiter beschrieben. Teil A1 von 5 zeigt schematisch einen Teil des Arrays in dem Fall, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 und die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 zueinander gleich sind, sowie die Magnetflusslinien in diesem Fall.
  • Wie in Teil A1 von 5 gezeigt, verläuft der Magnetfluss vom Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 in der +y-Richtung in der Zeichnung und kreuzt die Luftspalt-Ebene g1 und tritt dann in den Anker 2 ein, der sich voraus befindet. Der Magnetfluss vom Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 indessen verläuft in der +x-Richtung, während er sich allmählich in Richtung der +y-Richtung krümmt, und er kreuzt die Luftspalt-Ebene g1 und tritt dann in den Anker 2 ein. Ähnlich verläuft der Magnetfluss vom Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 in der +x-Richtung, während er sich allmählich in Richtung der +y-Richtung krümmt, und er kreuzt die Luftspalt-Ebene g1 und tritt dann in den Anker 2 ein.
  • Verglichen mit einem allgemeinen Anker, der nur aus Permanentmagneten zusammengesetzt ist, die den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 entsprechen, gilt folglich beim Elektromotor 10 der vorliegenden Erfindung, der der Linearmotor mit den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 ist, Folgendes: Die Magnetflussdichte in der Nähe des zentralen Teils des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 an der Luftspalt-Ebene g1 nimmt zu. Dann wird die Magnetflussdichte-Wellenform an der Luftspalt-Ebene g1 näherungsweise zu einer im Wesentlichen sinusförmigen Wellenform.
  • Teil A2 von 5 zeigt schematisch einen Teil des Arrays in dem Fall, in dem die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten so vorgegeben ist, dass sie innerhalb eines geeigneten Bereichs größer ist als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6, sowie die Magnetflusslinien in diesem Fall. Zur Erleichterung der Beschreibung gilt Folgendes: Von dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 sind die Teile, die die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 auf Seiten der +y-Richtung überlappen, jeweils als Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 411, 412 bezeichnet, und der übrige Teil wird als Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 413 bezeichnet. Außerdem wird von dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 der Teil, der den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 auf Seiten der -y-Richtung überlappt, als Untermagnetpol-Permanentmagnet 611 bezeichnet.
  • Ähnlich wird von dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 der Teil, der den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 auf Seiten der -y-Richtung überlappt, als Untermagnetpol-Permanentmagnet 711 bezeichnet. Diese Konfiguration unterscheidet sich von der Konfiguration in Teil A1 von 5 darin, dass - bei den Untermagnetpol-Permanentmagneten 611, 711 in Teil A2 - der Magnetkörper 4 teilweise durch den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 ersetzt ist.
  • Der Magnetfluss vom Untermagnetpol-Permanentmagneten 611 verläuft in Der +x-Richtung, während er sich allmählich in Richtung der +y-Richtung krümmt, und er kreuzt die Luftspalt-Ebene g1 und tritt dann in den Anker 2 ein, der sich voraus befindet. Ähnlich verläuft der Magnetfluss vom Untermagnetpol-Permanentmagneten 711 in der - x-Richtung, während er sich allmählich in Richtung der +y-Richtung krümmt, und er kreuzt die Luftspalt-Ebene g1 und tritt dann in den Anker 2 ein. Verglichen mit dem Teil A1 gilt Folgendes: Da sich die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 näher am zentralen Teil des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 befinden, nimmt die Magnetflussdichte in der Nähe des zentralen Teils des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 bei der Luftspalt-Ebene g1 zu.
  • Der Magnetfluss vom Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 verläuft in der +y-Richtung, wie in Teil A1 von 5, und indessen werden die Magnetflussdichten in der Nähe der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 411, 412, oberhalb derer der Magnetkörper 4 teilweise durch die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 ersetzt ist, verglichen mit der Konfiguration verringert, bei der der Magnetkörper 4 wie in Teil A1 gezeigt platziert ist. Die Bereiche in der Nähe der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 411, 412 sind jedoch weit vom Scheitelwert der Magnetflussdichte-Wellenform entfernt, und in diesen Bereichen sind die Magnetflussdichte-Werte ursprünglich nicht so hoch, und zwar in der im Wesentlichen sinusförmigen Wellenform.
  • Daher gilt Folgendes: Wenn die Bereiche der Teile des Untermagnetpol-Permanentmagneten 611, 711 geeignet vorgegeben sind, wird die induzierte Spannung nicht stark beeinflusst, selbst wenn die Magnetflussdichten in der Nähe der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 411, 412 verringert werden. Demzufolge ist es möglich, eine Wirkung zu erhalten, bei der die induzierte Spannung erhöht wird, indem die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 innerhalb eines geeigneten Bereichs größer gemacht wird als die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71.
  • Daher ist auch in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das obige Array so konfiguriert, dass die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten gleich der Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist oder größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist, genauer gesagt, das Verhältnis Ls/La beträgt 1 bis 2,8. Wenn die Länge Ls des Untermagnetpol-Permanentmagneten größer als die Länge La der nicht-magnetischen Schicht 6 ist, liegen Teile der Fläche auf Seiten der -y-Richtung von den Flächen des Untermagnetpol-Permanentmagneten, die senkrecht zur y-Richtung sind, der Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 über die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 in der y-Richtung gegenüber. Das Verhältnis Ls/La in diesem Fall ist so vorgegeben, dass es nicht größer als 2,8 ist.
  • Der Betrieb des Elektromotors 10, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, wird kurz beschrieben.
  • Indem die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 wie oben beschrieben konfiguriert werden, kann bewirkt werden, dass das Magnetfeld der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und das Magnetfeld der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 einander überlappen. Mit diesem Überlappen hat das zyklische magnetische Feld, das eine Verteilung der Magnetflussdichte ist, die in der +y-Richtung des Feldelements 3 ausgebildet wird, eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform. Wenn die Spule 21 des Ankers 2 dann mit Energie beaufschlagt wird, wird der Anker 2 entlang der Führungsschienen 102 geführt, und zwar durch eine Anziehungskraft und eine Abstoßungskraft zwischen dem zyklischen magnetischen Feld und einem Magnetfeld, das durch die Energiebeaufschlagung erzeugt wird, so dass sich der Anker 2 in der Anordnungsrichtung der Permanentmagnete bewegt.
  • Beim Elektromotor 10 der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: Da das zyklische magnetische Feld, das in der +y-Richtung des Feldelement 3 gebildet wird, eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform hat, hat eine gegenelektromagnetische Kraft, die an der Spule 21 induziert wird, ebenfalls eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform.
  • Die Wirkungen, die durch Konfigurieren des Feldelements 3 wie oben beschrieben erzielt werden, werden beschrieben.
  • Das Feldelement 3 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung weist die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51, die in der Richtung des erzeugten Magnetfelds magnetisiert sind, und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 auf, die in einer Richtung verschieden von den Magnetpolrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 magnetisiert sind. Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind so angeordnet, dass sie miteinander in der Anordnungsrichtung gestaffelt sind. Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 sind so angeordnet, dass deren Magnetisierungsrichtungen denjenigen der übrigen angrenzenden Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 entgegengesetzt sind, und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind so angeordnet, dass deren Magnetisierungsrichtungen denjenigen der übrigen angrenzenden Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 entgegengesetzt sind.
  • Mit dieser Konfiguration kann bewirkt werden, dass das Magnetfeld der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und das Magnetfeld der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 einander überlappen, und es kann bewirkt werden, dass das zyklische magnetische Feld, das in der +y-Richtung des Feldelement 3 ausgebildet wird, eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform hat.
  • Die nicht-magnetische Schicht 6 ist zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Hauptmagnetpol-Permanentmagnet 51 in der x-Richtung angeordnet. Jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, 71 ist so platziert, dass er zumindest teilweise der Hauptfläche 5a über die nicht-magnetische Schicht 6 gegenüberliegt. Die Fläche des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71, die der Hauptfläche 5a gegenüberliegt, befindet sich an der gleichen Position wie oder einer weiter entfernten Position als die Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51, die von der Hauptfläche 5a in der +y-Richtung am weitesten entfernt ist.
  • Mit dieser Konfiguration gilt verglichen mit dem Fall, in dem die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 aneinander grenzen, oder dem Fall, in dem die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 aneinander grenzen, Folgendes: Die Volumina, in denen die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 einem Entmagnetisierungsfeld von den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 unterzogen werden, werden verringert, so dass die Entmagnetisierungs-Widerstandsfähigkeit der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 verbessert wird. Außerdem können die Bereiche der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51, wo der Permeanz-Koeffizient infolge eines Temperaturanstiegs während des Antreibens verringert wird, verringert werden. Folglich kann der Magnetfluss, den die Permanentmagnete ursprünglich haben, wirksam genutzt werden, und das Magnetvolumen, das zum Erzeugen des gleichen Schubs benötigt wird, kann verringert werden.
  • Demzufolge ist es möglich, den Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam zu nutzen und den Schub zu verbessern.
  • Die Länge Ls in der x-Richtung, die die Anordnungsrichtung der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 ist, ist so vorgegeben, dass sie gleich groß wie oder größer als die Länge La in der x-Richtung der nicht-magnetischen Schicht 6 ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, den Scheitelwert der im Wesentlichen sinusförmigen Wellenform des zyklischen magnetischen Feldes zu erhöhen, das eine Verteilung der Magnetflussdichte ist, die in der +y-Richtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 ausgebildet wird, d. h. der +y-Richtung des Feldelements 3. Die Länge Ls in der x-Richtung, die die Anordnungsrichtung der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 ist, und die Länge La in der x-Richtung der nicht-magnetischen Schicht 6 sind so vorgegeben, dass das Verhältnis Ls/La einen Wert von 1 bis 2,8 hat. Folglich kann die Wirkung erzielt werden, dass die induzierte Spannung erhöht wird.
  • In einem Fall, in dem die Länge Ls in der x-Richtung, die die Anordnungsrichtung der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 ist, größer als die Länge La in der x-Richtung der nicht-magnetischen Schicht 6 ist, wird die Platzierung so durchgeführt, dass es Teile gibt, die die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 auf Seiten der +y-Richtung der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 überlappen. Das heißt, jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, 71 wird so platziert, dass er zumindest teilweise der Hauptfläche 5a des hinteren Jochs 5 über die nicht-magnetische Schicht 6 in der - y-Richtung gegenüberliegt.
  • Folglich können die Beriche der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51, wo der Magnetflussdichte-Wert nicht höher ist als im Vergleich zu den übrigen Teilen, wirksam ausgenutzt werden, so dass sich die Wirkung einer erhöhten induzierten Spannung ergibt. Außerdem wird in einem Fall einer Magnetisierung nach dem Zusammenbau die Magnetisierungs-Performanz für die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 verbessert, die sich direkt unterhalb der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 befinden.
  • Der Magnetkörper 4 ist zwischen dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 in der x-Richtung angeordnet. Mit dieser Konfiguration gilt verglichen mit dem Fall, in dem der Magnetkörper 4 Luft oder ein nicht-magnetisches Material ist, Folgendes: Die magnetische Sättigung auf Seiten der +y-Richtung der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 wird unterdrückt, und das erzeugte Magnetfeld kann höher gemacht werden, so dass eine weitere Verringerung der Verluste erreicht werden kann. Der Magnetkörper 4 wird ausgebildet, indem weiche Magnetmaterialien in der z-Richtung gestapelt werden. Ein Ausbilden des Magnetkörpers 4 durch weiche Magnetmaterialien, die in der z-Richtung gestapelt sind, führt zu der Wirkung, dass Wirbelstromverluste verringert werden.
  • Elektromagnetische Stahlbleche sind an beiden Enden des Arrays der Permanentmagnete platziert. Beispielsweise könnten in einem Fall, in dem sich die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 an den Enden befinden, die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 infolge der Magnetkräfte wegfliegen, aber ein Platzieren der elektromagnetischen Stahlbleche an den Enden kann einen solchen Unfall vermeiden.
  • Der Elektromotor 10 ist so konfiguriert, dass das zyklische magnetische Feld, das in der +y-Richtung des Feldelements 3 ausgebildet wird, eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform hat. Demzufolge kann auch bewirkt werden, dass die gegenelektromagnetische Kraft, die an der Spule 21 induziert wird, eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform aufweist. Folglich können harmonische Komponenten bezogen auf die Grundwelle, die eine Sinuswelle ist, verringert werden, und ein rastender Schub (cogging thrust) kann verringert werden. Dann kann das erzeugte Magnetfeld erhöht werden, und es kann eine Verringerung der Verluste erzielt werden.
  • In der obigen Beschreibung ist die Magnetisierungsrichtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 die Richtung +y, die Magnetisierungsrichtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 ist die Richtung -y, die Magnetisierungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 ist die Richtung +x, und die Magnetisierungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 ist die Richtung -x. Das heißt, die Beschreibung ist unter der Annahme erfolgt, dass jede Magnetisierungsrichtung senkrecht oder parallel bezogen auf die y-Richtung oder die x-Richtung ist.
  • Die Magnetisierungswinkel können jedoch in verschiedenen Mustern vorgegeben sein. Wenn beispielsweise die +x-Richtung als 0° definiert ist und die -x-Richtung als 180° definiert ist, kann die Magnetisierungsrichtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 als 45° vorgegeben sein, und die Magnetisierungsrichtung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 kann als 135° vorgegeben sein. In jedem Fall kann die Platzierung so erfolgen, dass die Magnetisierungsrichtungen in der Anordnungsrichtung einander entgegengesetzt sind.
  • Die Magnetisierungsrichtung braucht nicht eine einzelne Richtung in jedem Permanentmagneten zu sein. Beispielsweise können polar-anisotropische Magnete für die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 verwendet werden. Es ist auch möglich, die Magnetisierungsrichtungen in der Anordnungsrichtung entgegengesetzt zueinander zu machen, indem polar-anisotropische Magnete verwendet werden. Daher ergibt sich auch in solchen Fällen die Wirkung, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt wird und der Schub verbessert wird, wie oben beschrieben.
  • In der obigen Beschreibung ist die Luftschicht zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 in der x-Richtung die nicht-magnetische Schicht 6. Ein Abstandshalter aus einem nicht-magnetischen Material kann jedoch in zumindest einem Teil des Bereichs zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 in der x-Richtung platziert sein. In diesem Fall ergibt sich die gleiche Wirkung wie in einem Fall, in dem ein Spalt vorgesehen ist, und zusätzlich gilt Folgendes: Wenn die magnetischen Anziehungskräfte zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 erzeugt werden, können die Kräfte vom Abstandshalter aufgenommen werden. Folglich kann die Möglichkeit verringert werden, dass die Permanentmagnete abplatzen bzw. absplittern.
  • Ein nicht-magnetischer Körper, z. B. eine Abdeckung aus einem SUS-Material, kann mittels eines Adhäsivmittels bzw. Klebstoffs so angebracht sein, dass er das Feldelement 3 bedeckt, oder das SUS-Material kann am hinteren Joch 5 mittels Schrauben befestigt und fixiert sein. Zum Befestigen kann die Fixierung beispielsweise durch Vernieten, Schweißen oder dergleichen vorgenommen werden. Außerdem kann auch eine Maßnahme, wie z. B. ein Bedecken mit Harz getroffen werden. Demzufolge kann jedes Element fest zurückgehalten werden.
  • Im Feldelement 3 kann - wie in 6 gezeigt - dessen gesamter Körper aus dem Magnetkörper 4 gebildet sein, und die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 können in der z-Achsenrichtung in Löcher 31 eingeführt sein, die im Magnetkörper 4 angeordnet sind. Ähnlich können die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 in der z-Achsenrichtung in Löcher 32 eingeführt sein, die im Magnetkörper 4 angeordnet sind. In diesem Fall können sämtliche oder manche Teile zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 mittels Gesenken 33 fixiert sein.
  • Der Magnetkörper 4 kann beispielsweise unter Verwendung einer gebundenen bzw. gebondeten Stahlplatte fixiert sein, oder mittels Schrauben an einem Teil des hinteren Jochs, und er kann einen Spalt aufweisen, der zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 vorhanden ist. Hier wird angenommen, dass der Magnetkörper 4 aus elektromagnetischen Stahlblechen gebildet ist. Der Magnetkörper 4 kann jedoch auch aus Eisen sein.
  • In der obigen Beschreibung ist der Kern 20 des Ankers 2 aus gestapelten elektromagnetischen Stahlbleche gebildet, die ein weiches Magnetmaterial sind. Beispielsweise kann das Magnetmaterial jedoch auch durch Schneiden eines Blocks aus einem SS400-Material gebildet sein, oder es kann ein Anker 2 verwendet werden, der eine kernlose Struktur ohne Kern hat. In der obigen Beschreibung gilt Folgendes: Der Kern 20 des Ankers 2 wird gebildet, indem gestapelte elektromagnetische Stahlbleche mit Durchgangsschrauben und Muttern befestigt und integriert werden. Der Kern 20 kann jedoch auch durch Crimpen und Integrieren von gestapelten magnetischen Blechen gebildet werden. Selbst mit solchen Konfigurationen ergibt sich die Wirkung, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt wird und der Schub verbessert wird, wie oben beschrieben.
  • Ausführungsform 2
  • Nachfolgend wird ein Feldelement gemäß Ausführungsform 2 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 7 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. 8 zeigt die Magnetkraft, die im Feldelement wirkt, gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ist - wie in 7 gezeigt - das Feldelement 3 so konfiguriert, dass die Breite Ts in der y-Richtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 kleiner als die Breite Td in der y-Richtung des Magnetkörpers 4 ist. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1.
  • Eine Magnetkraft in der y-Richtung, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 wirkt, wenn die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 geändert wird, während die Fläche auf Seiten der -y-Richtung von den Flächen jedes Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71, die senkrecht zur y-Richtung sind, fixiert ist, wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. In 8 gibt die Horizontalachse die Dicke einer Luftschicht an, die ausgebildet wird, wenn die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 kleiner als die Breite äquivalent zum Magnetkörper 4 gemacht wird. Die Vertikalachse gibt die Magnetkraft in der y-Richtung an, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 wirkt. Hier ist die Magnetkraft eine Kraft, die infolge der Permanentmagnete wirkt.
  • Wie in 8 gezeigt, nimmt die Magnetkraft, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 wirkt, ab und nimmt dann zu, wenn die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 verringert wird. Das heißt, wenn die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 verändert wird, ändert sich auch die Magnetkraft, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, 71 wirkt.
  • Das Phänomen, wonach sich die Magnetkraft, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, 71 wirkt, verändert, wenn die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 verringert wird, wird genauer unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. In 9 ist zur Erleichterung der Beschreibung nur ein Teil des Arrays der Permanentmagnete gezeigt, und Magnetflusslinien und Magnetkräfte sind schematisch gezeigt.
  • Teil B 1 von 9 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetflusslinien und Magnetkräfte in einem Fall zeigt, in dem die Breite Td des Magnetkörpers 4 und die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 zueinander gleich sind und die Positionen derer j eweiliger Flächen auf Seiten des Luftspalts miteinander übereinstimmen. Die Magnetkraft, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagnet 71 wirkt, schließt eine Anziehungskraft Fa zwischen dem Magnetkörper 4 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 und eine Abstoßungskraft Fr1 zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 ein, wie in der Zeichnung gezeigt. Die Magnetkraft in der +y-Richtung, wie in 8 gezeigt, rührt von der Abstoßungskraft Fr1 her.
  • Teil B2 von 9 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetflusslinien und Magnetkräfte in einem Fall zeigt, in dem die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 kleiner als die Breite Td des Magnetkörpers 4 ist. Die Magnetkraft, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 wirkt, schließt eine Anziehungskraft Fa und eine Abstoßungskraft Fr2 zwischen dem Magnetkörper 4 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 sowie eine Abstoßungskraft Fr1 zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 ein. Die Unterschiede zu Teil B 1 von 9 sind die Anziehungskraft Fa und die Abstoßungskraft Fr2.
  • In Teil B2 von 9 gilt Folgendes: Da die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 kleiner als die Breite Td des Magnetkörpers 4 ist, wird die Anziehungskraft Fa dementsprechend verringert. Außerdem erzeugt - von der Fläche des Magnetkörpers 4, die dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 zugewandt ist - ein Teil, der einer Luftschicht zugewandt ist, die infolge der Verringerung der Breite Td des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 ausgebildet wird, einen N-Pol anstelle eines S-Pols. Infolge dieses N-Pols und des N-Pols des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 wird die Abstoßungskraft Fr2 erzeugt.
  • Demzufolge zeigt sich, dass der Untermagnetpol-Permanentmagnet 71 einer Magnetkraft in der -y-Richtung unterworfen wird, und zwar auf der Basis der resultierenden Kraft der teilweise beseitigten Anziehungskraft Fa und der Abstoßungskraft Fr2, und die Magnetkraft in der +y-Richtung auf der Basis der resultierenden Kraft, die die Abstoßungskraft Fr1 einschließt, wird kleiner als die Magnetkraft in der +y-Richtung, in der Konfiguration die in Teil B 1 von 9 gezeigt ist.
  • Teil B3 von 9 ist ein schematisches Diagramm, das Magnetflusslinien und Magnetkräfte in einem Fall zeigt, in dem die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 noch kleiner als die Breite Td des Magnetkörpers 4 ist. Die Magnetkraft, die auf den Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 wirkt, schließt eine Anziehungskraft Fa und eine Abstoßungskraft Fr2 zwischen dem Magnetkörper 4 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 sowie eine Abstoßungskraft Fr1 zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 ein, wie in Teil B2 von 9.
  • Da jedoch die Breite Ts des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 noch kleiner als die Breite Td des Magnetkörpers 4 ist, wird die Anziehungskraft Fa weiter verringert, und zwar verglichen mit derjenigen in Teil B2 von 9. Außerdem wird der S-Pol bei der Fläche des Magnetkörpers 4 verringert, die dem Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 gegenüberliegt, so dass ein Teil gebildet wird, wo kein Magnetpol erzeugt wird. Dann wird eine geringfügige Abstoßungskraft Fr2 erzeugt.
  • Im Ergebnis wird der Untermagnetpol-Permanentmagnet 71 einer verringerten Magnetkraft in der -y-Richtung unterworfen, und zwar auf der Basis der resultierenden Kraft der teilweise beseitigten Anziehungskraft Fa und der Abstoßungskraft Fr2, und die resultierende Kraft, die die Abstoßungskraft Fr1 einschließt, wird größer als die Magnetkraft in der +y-Richtung, wie in B1 von 9 gezeigt. Dies ist der Grund, warum die Magnetkraft, die in 8 gezeigt ist, nach dem Abnehmen zunimmt.
  • Daher ist es wünschenswert, dass die Breite Ts in der y-Richtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 so vorgegeben ist, dass sie innerhalb eines geeigneten Bereichs kleiner ist als die Breite Td in der y-Richtung des Magnetkörpers. Außerdem ist beschrieben, dass die Magnetkraft zunimmt, wenn die Breite Ts in der y-Richtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 übermäßig kleiner als die Breite Td in der y-Richtung des Magnetkörpers 4 ist.
  • In dieser Hinsicht gilt Folgendes: Während die Konfiguration, bei der veranlasst wirkt, dass das Magnetfeld der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und das Magnetfeld der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 einander überlappen, beibehalten wird, wird die Breite Ts in der y-Richtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 so vorgegeben, dass sie kleiner als die Breite Td in der y-Richtung des Magnetkörpers ist. Demzufolge kann das obige Problem gelöst werden, ohne die Breite Ts übermäßig klein zu machen.
  • Bei der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird - ohne das Volumen des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 zu verändern - die Breite Ts in der y-Richtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 so vorgegeben, dass sie kleiner als die Breite Td in der y-Richtung des Magnetkörpers ist. Folglich kann die Magnetkraft verringert werden, ohne den Magnetflusswert an der Luftspalt-Ebene zu verringern. Wie bei der Ausführungsform 1 zeigt sich demzufolge die Wirkung, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt wird und der Schub verbessert wird, und zusätzlich zeigt sich die Wirkung, dass die Arbeitsfähigkeit beim Anbringen der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 verbessert wird. Außerdem zeigt sich auch die Wirkung, dass eine konstante Adhäsionsstärke gewährleistet wird.
  • Die obige Beschreibung ist unter Verwendung des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und des Untermagnetpol-Permanentmagneten 71 als ein Beispiel erfolgt. Eine ähnliche Beschreibung gilt jedoch auch für den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 und den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 sowie den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 und den Untermagnetpol-Permanentmagneten 71.
  • In einer Modifikation von Ausführungsform 2 gilt Folgendes: Wie in Teil C1 und Teil C2 von 10 gezeigt, können die Ecken auf Seiten der Luftspalt-Ebene jedes Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 angefast oder abgerundet sein. Auch in diesem Fall kann die Magnetkraft verringert werden, ohne den Magnetflusswert bei der Luftspalt-Ebene zu ändern, wie oben beschrieben. Wie bei der Ausführungsform 1 zeigt sich auch die Wirkung, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam ausgenutzt wird und der Schub verbessert wird, und außerdem zeigt sich die Wirkung, dass die Arbeitsfähigkeit beim Anbringen der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 verbessert wird und die Adhäsionsstärke gewährleistet wird.
  • Wie in 11 gezeigt, können in den Luftschichten, die ausgebildet werden, wenn die Breite Ts jedes Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 kleiner als die Breite äquivalent zum Magnetkörper 4 gemacht wird, und an den Flächen auf Seiten der Lufspaltebenen-Seite der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71, die Elemente mit einem Formmaterial 8 geformt sein, das ein nicht-magnetisches Material ist. Mit dem Formen wird die Wirkung erzielt, dass die Elemente fest fixiert werden können. Außerdem kann veranlasst werden, dass das Formmaterial 8 auch in Spalte zwischen den Elementen fließt.
  • In einem Fall, in dem das Formmaterial 8 die Bereiche zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 füllt, kann ein magnetischer Streufluss jedes Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 verringert werden, und zwar verglichen mit dem Fall, in dem die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 aneinander grenzen. Folglich wird der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt, so dass das Volumen der notwendigen Permanentmagnete verringert werden kann, und im Ergebnis kann auch eine Kostenverringerung erzielt werden.
  • Ausführungsform 3
  • Nachfolgend wird ein Feldelement gemäß Ausführungsform 3 unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Zur Erleichterung der Beschreibung ist nur ein Teil des Feldelements gezeigt.
  • Bei der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes, wie in Teil D1 von 12 gezeigt: Von den Ecken des Magnetkörpers 4, der in einer rechteckigen Parallelepiped-Form ausgebildet ist, sind die Ecken auf Seiten des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 angefast. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1 und 2.
  • Ein Magnetfluss geht durch eine Route, die den kürzestmöglichen Abstand hat. Wie in Teil D von 12 gezeigt, ist es daher wahrscheinlich, dass die magnetischen Streuflüsse an den Ecken der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 auftreten. Demzufolge sind die Ecken des Magnetkörpers 4 angefast, so dass dort Spalte ausgebildet werden. Folglich wird es schwierig für die Magnetflüsse, durchzugehen, so dass die magnetischen Streuflüsse verringert werden können. Die magnetischen Streuflüsse dienen als ein Entmagnetisierungsfeld für die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51, und daher bedeutet das, dass die Entmagnetisierungs-Widerstandsfähigkeit der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 verbessert ist.
  • Demzufolge sind von den Ecken des Magnetkörpers 4, der in einer rechteckigen Parallelepiped-Form ausgebildet ist, die Ecken auf Seiten des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 angefast, so dass sich die Wirkung ergibt, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt wird und der Schub verbessert wird.
  • In der obigen Beschreibung sind die Ecken des Magnetkörpers 4 angefast. Die Ecken können jedoch auch abgerundet sein. Wie in Teil D2 von 12 gezeigt, können die Ecken auf Seiten des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 angefast oder abgerundet sein. Auch in diesem Fall können auf ähnliche Weise die magnetischen Streuflüsse der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 verringert werden, und die Entmagnetisierungs-Widerstandsfähigkeit der Permanentmagnete kann verbessert werden.
  • Ausführungsform 4
  • Nachfolgend wird ein Feldelement gemäß Ausführungsform 4 unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist eine longitudinale Schnittansicht, die die Konfiguration des Feldelements veranschaulicht, gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Zur Erleichterung der Beschreibung ist nur ein Teil des Feldelements gezeigt.
  • Bei der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes, wie in 13 gezeigt: Der Magnetkörper 4 und zwei Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 werden als ein Pol betrachtet, und die Luftspaltebenen-Seite von diesen ist in einer Bogenform ausgebildet. Die Luftspaltebenen-Seite bezeichnet eine Fläche auf der Seite, die dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 nicht zugewandt ist. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1 bis 3. Die zwei Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind genauer gesagt die Untermagnetpol-Permanentmagnet 61, die in der +x-Richtung magnetisiert sind, und die Untermagnetpol-Permanentmagnet 71, die in der -x-Richtung magnetisiert sind, die der Magnetisierungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten 61 entgegengesetzt ist.
  • Mit der Konfiguration, bei der der Magnetkörper 4, der Untermagnetpol-Permanentmagnet 61 und der Untermagnetpol-Permanentmagnet 71 als ein Pol angesehen werden und die Luftspaltebenen-Seite dieser in einer Bogenform ausgebildet ist, kann veranlasst werden, dass die Magnetflussdichte-Wellenform im Luftspalt eine im Wesentlichen sinusförmige Wellenform ist, so dass die Wirkung erzielt wird, dass ein rastender Schub verringert wird. Demzufolge wird die Wirkung erzielt, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt wird, und dass der Schub verbessert wird.
  • Ausführungsform 5
  • Nachfolgend wird ein Feldelement gemäß Ausführungsform 5 unter Bezugnahme auf 14 und 15 beschrieben. 14 und 15 sind longitudinale Schnittansichten, die die Konfiguration des Feldelements gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigen. Zur Erleichterung der Beschreibung ist ein Teil der Konfiguration weggelassen. Bei der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung wird eine rotierende Maschine als ein Beispiel für den Elektromotor beschrieben. Der Elektromotor ist darauf j edoch nicht beschränkt.
  • Das Feldelement 3 gemäß Ausführungsform 5 ist aus einem Feldelement-Kern 34 gebildet, das in einer Kreisform ausgebildet ist, und Permanentmagneten, die um den Außenumfang des Feldelement-Kerns 34 herum angeordnet sind. Auch bei der Ausführungsform 5 ist entweder der Anker 2 oder das Feldelement 3 ein bewegliches Element, das rotierbar ist, und das andere Element ist ein Stator. Das heißt, die rotierende Maschine, bei der das bewegliche Element rotierbar ist, wird ausgebildet. In der vorliegenden Erfindung ist als ein Beispiel eine Konfiguration gezeigt, bei der das Feldelement 3 als ein Rotor dient, die Richtung, in der der Rotor um eine Drehwelle rotiert, als Umfangsrichtung definiert ist, und die Richtung senkrecht zur Achse der Drehwelle als Radialrichtung definiert ist. Außerdem ist die Richtung, in der die Magnetbleche, die das Feldelement 3 bilden, wie später beschrieben, als Axialrichtung definiert.
  • 14 zeigt zwei Pole der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51, wenn das Feldelement 3 in der Umfangsrichtung gleichmäßig geteilt ist. In 14, zeigen die Teile E1 bis E7 Modifikationen der Permanentmagnete.
  • Wie in 14 gezeigt, hat das Feldelement 3 den Feldelement-Kern 34, und die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind in einem Halbach-Array am Feldelement-Kern 34 angeordnet. Verfahren, um sie am Feldelement-Kern 34 anzuordnen, schließen ein Verfahren ein, bei dem die Magnete an die Fläche des Feldelement-Kerns 34 gebondet sind, wie in 14 gezeigt, und ein Verfahren, bei dem die Permanentmagnete innerhalb des Feldelement-Kerns 34 eingebettet sind, wie in 15 gezeigt.Das Verfahren, bei dem die Permanentmagnete innerhalb des Feldelement-Kerns 34 eingebettet sind, wie in 15 gezeigt, wird später beschrieben.
  • Der Feldelement-Kern 34, der in 14 gezeigt ist, wird gebildet, indem Magnetbleche gestapelt werden, die elektromagnetische Stahlbleche sind, und zwar in der Axialrichtung derart, dass sie integriert sind. Jedes Magnetblech wird in einer gewünschten Form gebildet, indem ein Silicium-Stahlblech gestanzt wird, das ein weiches Magnetmaterial ist. Dann werden die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 am Feldelement-Kern 34 platziert. Genauer gesagt: Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 sind an der Außenumfangsfläche des Feldelement-Kerns 34 angeordnet. In jedem Abstand bzw. Intervall in der Umfangsrichtung zwischen den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 ist die nicht-magnetische Schicht 6 angeordnet.
  • Die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind auf der radialen Außenseite der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 platziert, die am Feldelement-Kern 34 angeordnet sind. Die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind so angeordnet, dass das Zentrum in der Umfangsrichtung der nicht-magnetischen Schicht 6 und das Zentrum in der Umfangsrichtung jedes Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 miteinander übereinstimmen. Die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 werden beispielsweise durch Adhäsion zurückgehalten, indem, wenn notwendig, ein Adhäsionsmittel aufgebracht wird.
  • Die spezifische Anordnungsreihenfolge und die Magnetisierungsrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 sind in den Ausführungsformen 1 bis 4 gleich, und deren Beschreibung wird weggelassen. Obwohl nicht gezeigt, ist der Magnetkörper 4 in jedem Intervall in der Umfangsrichtung zwischen den Untermagnetpol-Permanentmagneten 61, 71 angeordnet.
  • Wie oben beschrieben hat die Außenumfangsfläche des Feldelement-Kerns 34 eine Bogenform, und die Permanentmagnete sind entlang dieser Fläche angeordnet. Hier können die Permanentmagnete verschiedenartige Formen aufweisen. Die Formen der Permanentmagnete, die am Feldelement-Kern 34 angeordnet sind, werden unten unter Bezugnahme auf die Teile E1 bis E7 beschrieben.
  • Teil E1 von 14 zeigt einen Fall, in dem die Axialrichtungs-Querschnittsform jedes Permanentmagneten eine rechteckige Form hat. Teil E2 zeigt einen Fall mit einer Axialrichtungs-Querschnittsform, bei der zwei Seiten, die in der Radialrichtung verlaufen, an beiden Enden in der Umfangsrichtung jedes Permanentmagneten zum Rotationszentrum weisen. Teil E3 zeigt einen Fall mit einer Axialrichtungs-Querschnittsform, bei der zwei Seiten entlang der Umfangsrichtung jedes Permanentmagneten Bogenformen haben und zwei Seiten parallel zueinander sind. Teil E4 zeigt einen Fall, in dem die zwei Seiten, die in der Radialrichtung in Teil E2 verlaufen, und die zwei Seiten entlang der Umfangsrichtung in E3 kombiniert sind.
  • Teil E5 zeigt einen Fall einer Axialrichtungs-Querschnittsform, bei der die eine Seite entlang der Umfangsrichtung auf der radialen Außenseite jedes Permanentmagneten eine Bogenform hat, die eine Seite auf Seiten des Zentrums des Feldelements 3 eine Linie in einem solchen Winkel ist, dass sie tangential am Außenumfang des Feldelement-Kerns 34 verläuft, und zwei Seiten, die die obigen Seiten in der Radialrichtung verbinden, parallel zueinander sind. Teil E6 zeigt einen Fall einer Axialrichtungs-Querschnittsform, bei der auf der einen Seite jedes Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 auf der radialen Außenseite des Feldelement 3 die Teile, die die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 überlappen, flach sind.
  • Außerdem ist die eine Seite auf der radialen Innenseite des Feldelements 3 eine Linie in einem solchen Winkel, dass sie tangential am Außenumfang des Feldelement-Kerns 34 verläuft, und zwei Seiten in der Umfangsrichtung sind parallel zueinander. Teil E7 zeigt, dass die Formen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 und der Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 irgendeine Kombination der Formen sein können, die in den Teilen E1 bis E6 gezeigt sind.
  • Als Nächstes wird die Konfiguration, bei der die Permanentmagnete innerhalb des Feldelement-Kerns 34 eingebettet sind, unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. In 15 wird der Feldelement-Kern 34 gebildet, indem Magnetbleche gestapelt werden, und er hat Hauptmagnetpol-Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 410, die jeweils kontinuierlich in der Axialrichtung ausgebildet sind und verwendet werden, um die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 aufzunehmen, sowie Untermagnetpol-Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 610, die jeweils kontinuierlich in der Axialrichtung ausgebildet sind, und verwendet werden, um die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 aufzunehmen. In die Hauptmagnetpol-Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 410 sind die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete 41, 51 eingeführt und werden dort zurückgehalten.
  • In die Untermagnetpol-Permanentmagnet-Aufnahmelöcher 610 sind die Untermagnetpol-Permanentmagnete 61, 71 eingeführt und werden dort zurückgehalten. Wie in den Teilen F1 bis F4 von 15 gezeigt, können die Formen der Permanentmagnete, die in 14 gezeigt sind, auch bei dieser Einbettungs-Konfiguration auf die gleiche Weise verwendet werden. Dann werden die Permanentmagnete durch Adhäsion zurückgehalten, indem wenn notwendig ein Adhäsionsmittel aufgebracht wird.
  • In 15 wird der Bereich zwischen dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41 und dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 51 vom Feldelement-Kern 34 belegt. Es kann jedoch auch die nicht-magnetische Schicht 6 angeordnet sein. Obwohl nicht eigens dargestellt, kann für solch einen nicht-magnetischen Körper ein Aufnahmeloch für den nicht-magnetischen Körper zu dessen Aufnahme vorhanden sein, oder es können ein Einzelaufnahmeloch zum Aufnehmen des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und ein Spalt oder ein nicht-magnetischer Körper vorhanden sein.
  • Der Elektromotor 10, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, ist auf die gleiche Weise konfiguriert wie das Feldelement 3 in jeder der Ausführungsformen 1 bis 4 der vorliegenden Erfindung, mit der Ausnahme, dass der Elektromotor 10 eine rotierende Maschine ist und die Konfiguration des Feldelement, insbesondere die Form des Permanentmagneten, verschieden ist. Daher gilt gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung Folgendes: Da der Feldelement-Kern 34 und die Permanentmagnete in einer Bogenform angeordnet sind, ist eine Verwendung bei einer Arbeitsmaschine vom Rotationstyp oder einen Servomotor möglich. Auch bei der angewendeten rotierenden Maschine zeigt sich die Wirkung, dass der Magnetfluss der Permanentmagnete wirksam genutzt wird und der Schub verbessert wird, wie in den Ausführungsformen 1 bis 4.
  • Durch Verwendung einer Kombination, wie in Teil E7 von 14 gezeigt, kann insbesondere die Wirkung erzielt werden, dass die Herstellungskosten für die Permanentmagnete verringert werden und ein rastendes Moment und ein Drehmoment-Rippel verringert werden.
  • In der Konfiguration in 15 gilt Folgendes: Da die Permanentmagnete im Feldelement-Kern 34 eingebettet sind, kann mehr Reluktanzmoment genutzt werden, und zwar verglichen mit einer Konfiguration, bei der die Permanentmagnete an der Außenumfangsfläche des Feldelement-Kerns 34 angeordnet sind.
  • Obwohl beschrieben ist, dass der Permanentmagnet mittels eines Adhäsivmittels zurückgehalten wird, kann auch ein Gehäuse zum Aufnehmen des Permanentmagneten eingeführt und fixiert sein, oder es kann ein Elektromagnet, der mit einer Spule gewickelt ist, eingeführt und fixiert sein. In dem Fall, in dem ein Einzelaufnahmeloch zum Aufnehmen des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 und die nicht-magnetische Schicht 6 oder ein nicht-magnetischer Körper angeordnet sind, kann ein Vorsprung zum Positionieren des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten 41, 51 oder eine Nut zum Einführen einer Begrenzungsplatte angeordnet sein, so dass eine genauere Platzierung durchgeführt werden kann.
  • Obwohl die Erfindung vorstehend in Form von verschiedenartigen beispielhaften Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedenartigen Merkmale, Aspekte und Funktionalitäten, die in einer oder mehreren der einzelnen Ausführungsformen beschrieben sind, in deren Anwendbarkeit nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sind, mit der sie beschrieben sind, sondern stattdessen - allein oder in verschiedenartigen Kombinationen - auf eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden können.
  • Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen, die nicht beispielhaft beschrieben wurden, verwendet werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann zumindest eine der Komponenten modifiziert, hinzugefügt oder weggelassen werden. Zumindest eine der Komponenten, die in zumindest einer der bevorzugten Ausführungsformen erwähnt ist, kann ausgewählt und mit den Komponenten kombiniert werden, die bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform erwähnt sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Anker
    3
    Feldelement
    4
    Magnetkörper
    5
    hinteres Joch
    6
    nicht-magnetische Schicht
    8
    Formmaterial
    10
    Elektromotor
    20
    Kern
    21
    Spule
    22
    Zahn
    31, 32
    Loch
    33
    Gesenk
    34
    Feldelement-Kern
    41, 51
    Hauptmagnetpol-Permanentmagnet
    411,412
    Hauptmagnetpol-Permanentmagnet
    61, 71, 611, 711
    Untermagnetpol-Permanentmagnet
    100
    Basis
    101
    Stufe
    102
    Führungsschiene
    410
    Hauptmagnetpol-Permanentmagnet-Aufnahmeloch
    610
    Untermagnetpol-Permanentmagnet-Aufnahmeloch
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201124379 A [0006]

Claims (10)

  1. Feldelement, das Folgendes aufweist: - eine Mehrzahl von Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, die in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptfläche eines hinteren Jochs magnetisiert sind und an der Hauptfläche so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete einander abwechseln; - eine Mehrzahl von Untermagnetpol-Permanentmagneten, die in einer Richtung verschieden von den Magnetisierungsrichtungen der Hauptmagnetpol-Permanentmagneten magnetisiert sind und so angeordnet sind, dass die Magnetisierungsrichtungen der Untermagnetpol-Permanentmagnete einander abwechseln, wobei die Untermagnetpol-Permanentmagnete so angeordnet sind, dass sie gestaffelt sind mit den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, und zwar in der gleichen Richtung wie die Anordnungsrichtung der Hauptmagnetpol-Permanentmagnete; und - eine nicht-magnetische Schicht, die ein nicht-magnetischer Bereich ist und zwischen jedem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten und einem weiteren angrenzenden der Hauptmagnetpol-Permanentmagneten angeordnet ist, wobei jeder Untermagnetpol-Permanentmagnet so angeordnet ist, dass er zumindest teilweise der Hauptfläche über die nicht-magnetische Schicht in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche gegenüberliegt, die Position einer Fläche des Untermagnetpol-Permanentmagneten, der der Hauptfläche gegenüberliegt, die gleiche Position in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche ist wie die Position einer Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, die am weitesten von der Hauptfläche in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche weg ist, oder eine Position ist, die weiter von der Hauptfläche weg ist als die Position der Fläche des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten, und die Länge in der Anordnungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten die gleiche ist wie die Länge in der Anordnungsrichtung der nicht-magnetischen Schicht oder größer als die Länge in der Anordnungsrichtung der nicht-magnetischen Schicht.
  2. Feldelement nach Anspruch 1, wobei der Untermagnetpol-Permanentmagnet so platziert ist, dass er teilweise dem hinteren Joch über den Hauptmagnetpol-Permanentmagneten in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche gegenüberliegt, und die Länge in der Anordnungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten größer als die Länge in der Anordnungsrichtung der nicht-magnetischen Schicht ist.
  3. Feldelement nach Anspruch 2, wobei das Verhältnis der Länge in der Anordnungsrichtung der nicht-magnetischen Schicht zur Länge in der Anordnungsrichtung des Untermagnetpol-Permanentmagneten nicht größer als 2,8 ist.
  4. Feldelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen Magnetkörper aufweist, der aus einem weichen Magnetmaterial gebildet ist und zwischen dem jeweiligen Untermagnetpol-Permanentmagneten und einem angrenzenden der Untermagnetpol-Permanentmagneten angeordnet ist.
  5. Feldelement nach Anspruch 4, wobei die Breite des Untermagnetpol-Permanentmagneten in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche kleiner als die Breite des Magnetkörpers in der Richtung senkrecht zur Hauptfläche ist.
  6. Feldelement nach Anspruch 4, wobei zumindest eine Ecke des Magnetkörpers angefast oder abgerundet ist.
  7. Feldelement nach Anspruch 4 oder 6, wobei von den Ecken des Magnetkörpers eine Ecke auf Seiten des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten angefast oder abgerundet ist.
  8. Feldelement nach Anspruch 4, wobei von den Ecken des Untermagnetpol-Permanentmagneten eine Ecke auf Seiten des Hauptmagnetpol-Permanentmagneten angefast oder abgerundet ist.
  9. Feldelement nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei, wenn der Magnetkörper und zwei der Untermagnetpol-Permanentmagnete, deren Magnetisierungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, als ein Pol angesehen werden, deren Fläche auf der Seite, die dem Hauptmagnetpol-Permanentmagneten nicht zugewandt ist, eine Bogenform hat.
  10. Elektromotor, der Folgendes aufweist: - ein Feldelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9; - einen Anker, der so platziert ist, dass ein Luftspalt zwischen dem Feldelement und dem Anker gebildet ist, und - eine Spule, die dem Anker zur Verfügung gestellt ist, wobei entweder der Anker oder das Feldelement beweglich ist, und die Hauptmagnetpol-Permanentmagnete und die Untermagnetpol-Permanentmagnete, die im Feldelement enthalten sind, in einer linearen Form oder einer Bogenform angeordnet sind.
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