JP2009106037A - 磁界発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度の磁界を安定して発生させることができる、磁界発生装置を提供する。
【解決手段】磁界発生装置１０は、空隙Ｇを介して対向配置される一対の磁気回路１２を含む。磁気回路１２は、矢印Ａ方向に配列される複数の第１永久磁石ユニット１４、および隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４の間に配置される第２永久磁石ユニット１６を含む。第１永久磁石ユニット１４および第２永久磁石ユニット１６において、第１永久磁石ユニット１４と第２永久磁石ユニット１６との相互作用によって反磁界が発生する部分には高保磁力の第２永久磁石２２，２８，３２が配置され、それ以外の部分には高残留磁束密度の第１永久磁石２０，２６，３０および永久磁石ブロック２４ｃが配置される。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁界発生装置に関し、より特定的には、リニアモータに用いられる磁界発生装置に関する。

一般に、リニアモータ用の磁界発生装置として、図１１に示す磁界発生装置１ａが知られている。磁界発生装置１ａは、空隙Ｇを介して対向配置される一対の磁気回路２ａを含む。いわゆるハルバッハ型の磁気回路２ａは、空隙Ｇ側の面（一方主面）の磁極が交互に異なるように配列される第１永久磁石ユニット３、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット３の間に配置される第２永久磁石ユニット４ａ、ならびに第１永久磁石ユニット３および第２永久磁石ユニット４ａが固定されるヨーク５を含む。

第２永久磁石ユニット４ａは、永久磁石ブロック６ａ〜６ｃを含む。永久磁石ブロック６ａは、一方主面の磁極がＳ極である第１永久磁石ユニット３の隣に配置され、永久磁石ブロック６ｂは、一方主面の磁極がＮ極である第１永久磁石ユニット３の隣に配置され、永久磁石ブロック６ｃは、永久磁石ブロック６ａと６ｂとの間に配置される。永久磁石ブロック６ａの磁化方向は、第１永久磁石ユニット３に対向する側面と一方主面との角部から永久磁石ブロック６ｃに対向する側面と他方主面との角部に向けて延びる。また、永久磁石ブロック６ｂの磁化方向は、永久磁石ブロック６ｃに対向する側面と他方主面との角部から第１永久磁石ユニット３に対向する側面と一方主面との角部に向けて延びる。さらに、永久磁石ブロック６ｃの磁化方向は、一方主面に平行であり、永久磁石ブロック６ｂ向きに延びる。このような磁化方向の異なる永久磁石ブロック６ａ〜６ｃを組み合わせることによって、第２永久磁石ユニット４ａの磁化方向は実質的に永久磁石ブロック６ａ〜６ｃの磁化方向を合成したものになる。具体的には図１１に二点鎖線の矢印Ｄで示すように、第２永久磁石ユニット４ａの磁化方向は、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット３の一方のユニットの一方主面近傍から他方のユニットの一方主面近傍に向けて当該第２永久磁石ユニット４ａの他方主面側に湾曲して延びる。

このような磁気回路２ａでは、第１永久磁石ユニット３と第２永久磁石ユニット４ａとの相互作用によって、少なくとも一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分に反磁界（減磁界）が発生する。詳しくは、他方主面にＮ極を有する第１永久磁石ユニット３とこれを挟む永久磁石ブロック６ａとにおいて、第１永久磁石ユニット３からの磁束が破線Ｆ１で示すように永久磁石ブロック６ａの一方主面に向かうことによって、少なくとも一点鎖線Ｌ１で囲む部分に反磁界が発生する。また、他方主面にＳ極を有する第１永久磁石ユニット３とこれを挟む永久磁石ブロック６ｂとにおいて、永久磁石ブロック６ｂからの磁束が破線Ｆ２で示すように第１永久磁石ユニット３の他方主面に向かうことによって、少なくとも一点鎖線Ｌ２で囲む部分に反磁界が発生する。このように一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分に反磁界が発生することによって、当該部分の永久磁石の動作点が下がる。つまり一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分の永久磁石が減磁しやすくなる。

この他にもリニアモータ用の磁界発生装置として、図１２に示す磁界発生装置１ｂが知られている。図１２に示す磁界発生装置１ｂは、空隙Ｇを介して対向配置される一対の磁気回路２ｂを含む。ハルバッハ型の他の磁気回路２ｂには、磁気回路２ａの第２永久磁石ユニット４ａに代えて第２永久磁石ユニット４ｂが用いられる。第２永久磁石ユニット４ｂは１つの永久磁石によって構成され、第２永久磁石ユニット４ｂの磁化方向は上述の永久磁石ブロック６ｃと同様に設定される。

このような磁気回路２ｂでは、第１永久磁石ユニット３と第２永久磁石ユニット４ｂとの相互作用によって、少なくとも一点鎖線Ｌ３で囲む部分に反磁界が発生する。詳しくは、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット３において、破線Ｆ３で示すように一方のＮ極から他方のＳ極に磁束が向かうことによって少なくとも一点鎖線Ｌ３で囲む部分に反磁界が発生する。このように一点鎖線Ｌ３で囲む部分に反磁界が発生することによって、当該部分の永久磁石が減磁しやすくなる。

永久磁石はその温度上昇によって減磁する。このために磁気回路２ａ，２ｂを用いた磁界発生装置１ａ，１ｂでは、反磁界が発生する部分の永久磁石の減磁が温度上昇に伴って促進され、空隙Ｇの磁界強度が大幅に小さくなってしまう。その結果、リニアモータの可動子を高精度に駆動できなくなってしまう。

特許文献１には、磁界強度を大きくするために、ハルバッハ型の磁気回路において主磁極永久磁石の一部を軟磁性材料に置き換える技術が開示されている。また、特許文献２には、ハルバッハ型の磁気回路において隣り合う２つの主磁極永久磁石の間にそれらよりも保磁力が大きな副磁極永久磁石を配置することによって、副磁極永久磁石の減磁を抑える技術が開示されている。さらに、特許文献３には、ハルバッハ型の磁気回路を簡単かつ高精度に組み立てるために、主磁極永久磁石よりも副磁極永久磁石の厚みを小さくし、主磁極永久磁石と副磁極永久磁石とを互いの一方主面が面一になるようにヨークに配置する技術が開示されている。
特開２００７−６５４５号公報 特開２００７−１９１２７号公報 特開２００７−１１０８２２号公報

しかし、特許文献１の技術では、温度変化に伴う磁界強度の変化を抑えることはできない。また、特許文献２の技術では、磁界強度を安定させることはできても、副磁極永久磁石の残留磁束密度が小さくなるので磁界強度が小さくなってしまう。さらに、磁気回路を簡単に組み立てるための特許文献３の技術では、温度変化に伴う磁界強度の変化を抑えることはできない。
それゆえに、この発明の主たる目的は、高強度の磁界を安定して発生させることができる、磁界発生装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の磁界発生装置は、それぞれ磁化方向がその一方主面に垂直に設定され、一方主面の磁極が交互に異なるように配列される複数の第１永久磁石ユニット、および前記第１永久磁石ユニットの一方主面の磁極に磁束を集中させるために、隣り合う２つの前記第１永久磁石ユニットの間に配置される第２永久磁石ユニットを備え、前記第１永久磁石ユニットおよび前記第２永久磁石ユニットの少なくともいずれか一方は、第１永久磁石と前記第１永久磁石よりも保磁力が大きい第２永久磁石とを含み、前記第２永久磁石は、前記第１永久磁石ユニットと前記第２永久磁石ユニットとの相互作用によって反磁界が発生する部分の少なくとも一部に配置される。

請求項２に記載の磁界発生装置は、請求項１に記載の磁界発生装置において、前記第２永久磁石ユニットの磁化方向は、隣り合う２つの前記第１永久磁石ユニットの一方のユニットの一方主面近傍から他方のユニットの一方主面近傍に向けて当該第２永久磁石ユニットの他方主面側に湾曲して延びるように設定され、前記第２永久磁石は、少なくとも前記第１永久磁石ユニットの他方主面を含む部分に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の磁界発生装置は、請求項１に記載の磁界発生装置において、前記第２永久磁石ユニットの磁化方向は、当該第２永久磁石ユニットの一方主面に平行に延びるように設定され、前記第２永久磁石は、少なくとも前記第２永久磁石ユニットにおける前記第１永久磁石ユニットの一方主面近傍の部分に配置されることを特徴とする。

請求項１に記載の磁界発生装置では、第１永久磁石ユニットおよび第２永久磁石ユニットの少なくともいずれか一方において、第１永久磁石ユニットと第２永久磁石ユニットとの相互作用によって反磁界が発生する部分の少なくとも一部に高保磁力の第２永久磁石が配置される。このように、第１永久磁石ユニットおよび第２永久磁石ユニットの少なくともいずれか一方において、減磁しやすい部分に高保磁力の第２永久磁石を配置しつつ他の部分には高残留磁束密度の第１永久磁石を配置することによって、減磁を抑えつつ磁界強度を大きくできる。したがって、温度変化にかかわらず高強度の磁界を安定して発生させることができる。

請求項２に記載の磁界発生装置では、第２永久磁石ユニットの磁化方向が隣り合う２つの第１永久磁石ユニットの一方のユニットの一方主面近傍から他方のユニットの一方主面近傍に向けて当該第２永久磁石ユニットの他方主面側に湾曲して延びるように設定される。これによって、隣り合う２つの第１永久磁石の一方主面の磁極により多くの磁束を集中させることができ、磁界強度を大きくできる。このような構成では、第１永久磁石ユニットの他方主面を含む部分、および第２永久磁石ユニットにおける第１永久磁石ユニットの他方主面近傍の部分が減磁しやすくなる。このことから、少なくとも、磁界への影響が大きい第１永久磁石ユニットにおいて他方主面を含む部分に第２永久磁石を配置することによって、高強度の磁界を安定して発生させることができる。

請求項３に記載の磁界発生装置では、第２永久磁石ユニットの磁化方向が当該第２永久磁石ユニットの一方主面に平行に延びるように設定される。このように着磁容易な第２永久磁石ユニットを用いて、簡単に隣り合う２つの第１永久磁石ユニットの一方主面の磁極に磁束を集中させることができる。このような構成では、第２永久磁石ユニットにおける第１永久磁石ユニットの一方主面近傍の部分が減磁しやすくなる。このことから、少なくとも、第２永久磁石ユニットにおける第１永久磁石ユニットの一方主面近傍の部分に第２永久磁石を配置することによって、高強度の磁界を安定して発生させることができる。

この発明によれば、高強度の磁界を安定して発生させることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
図１を参照して、この発明の一実施形態の磁界発生装置１０は、リニアモータ用の磁界発生装置であり、コイルを含む可動子（不図示）を矢印Ａ方向に移動させるために用いられる。磁界発生装置１０は、矢印Ａ方向に直交する方向（矢印Ｂ方向）に空隙Ｇを介して対向配置される一対の磁気回路１２を含む。

図２および図３をも参照して、いわゆるハルバッハ型の磁気回路１２は、矢印Ａ方向に配列される複数の第１永久磁石ユニット１４、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４の間に配置される第２永久磁石ユニット１６、ならびに第１永久磁石ユニット１４および第２永久磁石ユニット１６が固定されるヨーク１８を含む。この実施形態では、たとえば
１０個の第１永久磁石ユニット１４が用いられ、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４それぞれの間に第２永久磁石ユニット１６が配置される。つまり、複数の第２永久磁石ユニット１６が用いられる。

なお、図１には、一対の磁気回路１２の一部が示されている。また、図２および図３には、一方の磁気回路１２の隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４、当該２つの第１永久磁石ユニット１４の間に配置される１つの第２永久磁石ユニット１６、およびヨーク１８の一部のみが示されている。さらに、図１〜図３には、第１永久磁石ユニット１４および第２永久磁石ユニット１６にそれぞれを構成する永久磁石の磁化方向が矢印で示されている。

図１および図２に示すように、第１永久磁石ユニット１４は、空隙Ｇ側に配置される第１永久磁石２０、およびヨーク１８側に配置される第２永久磁石２２を含む。
図３に示すように、第１永久磁石２０は直方体に形成される。第１永久磁石２０の磁化方向は、空隙Ｇ（図１参照）側の一方主面２０ａおよびヨーク１８側の他方主面２０ｂに垂直であり、隣り合う第１永久磁石２０の磁化方向とは反対方向に設定される。つまり、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４では、一方のユニットの第１永久磁石２０の磁化方向が矢印Ｂ方向かつ他方主面２０ｂ向きであれば、他方のユニットの第１永久磁石２０の磁化方向が矢印Ｂ方向かつ一方主面２０ａ向きに設定される。

第２永久磁石２２は、一方主面２２ａおよび他方主面２２ｂが第１永久磁石２０の一方主面２０ａと同形状かつ同寸法の直方体に形成される。第２永久磁石２２の磁化方向は、それに接する第１永久磁石２０と同様に設定される。

第１永久磁石２０には、第２永久磁石２２よりも残留磁束密度（Ｂｒ）が大きい永久磁石が用いられる。具体的には、第１永久磁石２０として残留磁束密度が１．３９Ｔ以上のＮＭＸ−Ｓ５０ＢＨやＨＳ−５５ＡＨ（いずれも日立金属株式会社製）等が用いられる。また、第２永久磁石２２には、第１永久磁石２０よりも保磁力（Ｈｃｊ）が大きい永久磁石が用いられる。具体的には、第２永久磁石２２として保磁力が１２００ｋＡ／ｍ以上のＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨやＨＳ−５１ＣＨ（いずれも日立金属株式会社製）等が用いられる。

第１永久磁石２０と第２永久磁石２２とは、他方主面２０ｂの四隅と一方主面２２ａの四隅とを合わせて矢印Ｂ方向に重ねられ、接着剤や非磁性体のボルト等を用いて結合される。これによって直方体（ここでは立方体）の第１永久磁石ユニット１４が得られる。第１永久磁石ユニット１４における第１永久磁石２０と第２永久磁石２２との矢印Ｂ方向の寸法（以下、厚みという）の比率は、８：２程度である。言い換えれば、第２永久磁石２２の厚みは、第１永久磁石ユニット１４の厚みの２０％程度である。このような第１永久磁石ユニット１４は、接着剤や非磁性体のボルト等を用いてヨーク１８の一方主面に固定される。

第１永久磁石２０および第２永久磁石２２ひいては第１永久磁石ユニット１４の磁化方向が上述のように設定されることによって、磁気回路１２では、異なる磁極を有する一方主面２０ａが矢印Ａ方向に並ぶ（図１および図２参照）。つまり、磁気回路１２では、一方主面２０ａの磁極が交互に異なるように複数の第１永久磁石ユニット１４が矢印Ａ方向に配列される。

図１および図２に示すように、第２永久磁石ユニット１６は、それぞれ磁化方向が異なる複数（ここでは３つ）の永久磁石ブロック２４ａ〜２４ｃを含む。永久磁石ブロック２４ａ〜２４ｃは、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４の間で矢印Ａ方向に配列される。永久磁石ブロック２４ａは、一方主面２０ａにＳ極を有する第１永久磁石ユニット１４の隣に配置される。永久磁石ブロック２４ｂは、一方主面２０ａにＮ極を有する第１永久磁石ユニット１４の隣に配置される。永久磁石ブロック２４ｃは、永久磁石ブロック２４ａと２４ｂとの間に配置される。

永久磁石ブロック２４ａは、空隙Ｇ側に配置される第１永久磁石２６、およびヨーク１８側に配置される第２永久磁石２８を含む。
図３に示すように、第１永久磁石２６は、第１永久磁石ユニット１４の第１永久磁石２０と同寸法の直方体に形成され、一方主面２６ａ、他方主面２６ｂ、第１永久磁石２０に対向する側面２６ｃおよび永久磁石ブロック２４ｃに対向する側面２６ｄを有する。第１永久磁石２６の磁化方向は、一方主面２６ａと側面２６ｃとの角部から他方主面２６ｂと側面２６ｄとの角部に向けて延びるように設定される。

第２永久磁石２８は、第１永久磁石ユニット１４の第２永久磁石２２と同寸法の直方体に形成され、一方主面２８ａ、他方主面２８ｂ、第２永久磁石２２に対向する側面２８ｃおよび永久磁石ブロック２４ｃに対向する側面２８ｄを有する。第１永久磁石２６と同様に、第２永久磁石２８の磁化方向は、一方主面２８ａと側面２８ｃとの角部から他方主面２８ｂと側面２８ｄとの角部に向けて延びるように設定される。

永久磁石ブロック２４ａは、第１永久磁石２６と第２永久磁石２８とを接着剤や非磁性体のボルト等を用いて結合することによって、第１永久磁石ユニット１４と同寸法の直方体に形成される。

永久磁石ブロック２４ａと同様に、永久磁石ブロック２４ｂは、空隙Ｇ側に配置される第１永久磁石３０、およびヨーク１８側に配置される第２永久磁石３２を含む。
第１永久磁石３０は、第１永久磁石２０と同寸法の直方体に形成され、一方主面３０ａ、他方主面３０ｂ、永久磁石ブロック２４ｃに対向する側面３０ｃおよび第１永久磁石２０に対向する側面３０ｄを有する。第１永久磁石３０の磁化方向は、他方主面３０ｂと側面３０ｃとの角部から一方主面３０ａと側面３０ｄとの角部に向けて延びるように設定される。

第２永久磁石３２は、第２永久磁石２２と同寸法の直方体に形成され、一方主面３２ａ、他方主面３２ｂ、永久磁石ブロック２４ｃに対向する側面３２ｃおよび第２永久磁石２２に対向する側面３２ｄを有する。第１永久磁石３０と同様に、第２永久磁石３２の磁化方向は、他方主面３２ｂと側面３２ｃとの角部から一方主面３２ａと側面３２ｄとの角部に向けて延びるように設定される。

永久磁石ブロック２４ａと同様に、永久磁石ブロック２４ｂは、第１永久磁石３０と第２永久磁石３２とを結合することによって、第１永久磁石ユニット１４と同寸法の直方体に形成される。

永久磁石ブロック２４ｃは、１つの永久磁石によって構成され、第１永久磁石ユニット１４と同寸法の直方体に形成される。永久磁石ブロック２４ｃの磁化方向は、一方主面３４ａおよび他方主面３４ｂに平行であり、永久磁石ブロック２４ａに対向する側面３４ｃから永久磁石ブロック２４ｂに対向する側面３４ｄに向けて延びるように設定される。つまり、永久磁石ブロック２４ｃの磁化方向は、矢印Ａ方向かつ永久磁石ブロック２４ｂ向きに設定される。

永久磁石ブロック２４ａの第１永久磁石２６、永久磁石ブロック２４ｂの第１永久磁石３０および永久磁石ブロック２４ｃには、第１永久磁石２０と同じ種類（品番）の永久磁石が用いられる。また、永久磁石ブロック２４ａの第２永久磁石２８および永久磁石ブロック２４ｂの第２永久磁石３２には、第２永久磁石２２と同じ種類の永久磁石が用いられる。

永久磁石ブロック２４ａ，２４ｂは、第１永久磁石ユニット１４にずれなく接するようにヨーク１８の一方主面に接着剤や非磁性体のボルト等を用いて固定される。同様に、永久磁石ブロック２４ｃは、永久磁石ブロック２４ａ，２４ｂにずれなく接するようにヨーク１８の一方主面に固定される。このように全体として直方体に形成される第２永久磁石ユニット１６の磁化方向は、実質的に永久磁石ブロック２４ａ〜２４ｃの磁化方向を合成したものになる。具体的には、図１および図２に二点鎖線の矢印Ｄで示すように、第２永久磁石ユニット１６の磁化方向は、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４の一方のユニットの一方主面２０ａ（Ｓ極）近傍から他方のユニットの一方主面２０ａ（Ｎ極）近傍に向けてヨーク１８（他方主面）側に湾曲して延びるように設定される。これによって、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４において、一方主面２０ａのＮ極からより多くの磁束を放出させ、一方主面２０ａのＳ極により多くの磁束を収束させることができる。つまり、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４のＮ極とＳ極とにより多くの磁束を集中させることができる。

第１永久磁石ユニット１４および第２永久磁石ユニット１６が固定されるヨーク１８は、矢印Ａ方向に延びる板状に形成される。ヨーク１８には、たとえば鉄等の磁性体が用いられる。なお、ヨーク１８は、アルミニウムやステンレス等の非磁性体であってもよい。

磁界発生装置１０では、このような一対の磁気回路１２が、空隙Ｇを介して互いの一方主面２０ａが対向しかつ対向する一方主面２０ａの磁極が互いに異なるように配置される。

図１に示すように、磁気回路１２では、他方主面２２ｂ（図３参照）にＮ極を有する第１永久磁石ユニット１４とこれを挟む第２永久磁石ユニット１６とにおいて、第１永久磁石ユニット１４からの磁束が破線Ｆ１で示すように永久磁石ブロック２４ａの一方主面２６ａ（図３参照）に向かう。また、他方主面２２ｂ（図３参照）にＳ極を有する第１永久磁石ユニット１４とこれを挟む第２永久磁石ユニット１６とにおいて、永久磁石ブロック２４ｂからの磁束が破線Ｆ２で示すように第１永久磁石ユニット１４の他方主面２２ｂ（図３参照）に向かう。これによって、磁気回路１２では、少なくともヨーク１８側の一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分に反磁界（減磁界）が発生する。つまり、磁気回路１２では、第１永久磁石ユニット１４と第２永久磁石ユニット１６との相互作用によって、一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分に反磁界が発生する。

このことから、磁気回路１２の各永久磁石ユニット全体を高残留磁束密度の永久磁石で構成すると一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分の永久磁石の動作点が低くなり、当該部分の永久磁石が減磁しやすくなってしまう。永久磁石はその温度上昇によって減磁するので、各永久磁石ユニット全体を高残留磁束密度の永久磁石で構成すると温度上昇に伴って一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分の永久磁石の減磁が促進され、空隙Ｇの磁界強度が大幅に小さくなってしまう。また、残留磁束密度と保磁力とは一方を大きくすれば他方が小さくなる関係を有するので、磁気回路１２の各永久磁石ユニット全体を高保磁力の永久磁石で構成すると空隙Ｇの磁界強度が小さくなってしまう。

磁気回路１２で注目すべきは、第１永久磁石ユニット１４および第２永久磁石ユニット１６において、反磁界が発生する部分（一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分）に対応して高保磁力の第２永久磁石２２，２８，３２が配置され、第２永久磁石２２，２８，３２以外の部分には高残留磁束密度の第１永久磁石２０，２６，３０および永久磁石ブロック２４ｃが配置されることである。これによって、磁気回路１２では、減磁を抑えつつも磁界強度を大きくできる。したがって、一対の磁気回路１２を用いた磁界発生装置１０では、温度変化にかかわらず高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができる。

なお、第２永久磁石２２，２８，３２の保磁力が、第１永久磁石２０，２６，３０および永久磁石ブロック２４ｃの保磁力よりも大きくなる限り、第１永久磁石ユニット１４および第２永久磁石ユニット１６に用いる永久磁石はたとえば表１から任意に選択できる。

表１において、品番（名称）の『ＮＭＸ』は、希土類磁石の一例であるＮＥＯＭＡＸ（登録商標：日立金属株式会社製）を意味する。また、表１において、保磁力の『≧』は、表１に示される値以上の保磁力を有することを意味する。

また、第１永久磁石２０，２６，３０および第２永久磁石２２，２８，３２はそれぞれ、複数の永久磁石片によって構成されていてもよい。第２永久磁石ユニット１６の永久磁石ブロック２４ｃについても同様である。

さらに、第２永久磁石ユニットの磁化方向を実質的に図１および図２に二点鎖線の矢印Ｄで示すように設定することができれば、第２永久磁石ユニットを構成する永久磁石ブロックの数は特に限定されない。たとえば、第２永久磁石ユニット１６の永久磁石ブロック２４ｃを省略してもよいし、１つの極異方性永久磁石によって第２永久磁石ユニットを構成してもよい。

なお、磁界発生装置１０では、第２永久磁石２２の厚みが第１永久磁石ユニット１４の厚みの２０％程度であり、第２永久磁石２８，３２の厚みが永久磁石ブロック２４ａ，２４ｂの厚みの２０％程度である場合について説明したが、第２永久磁石の厚みはこれに限定されない。第２永久磁石の厚みは、当該第２永久磁石を含む永久磁石ユニットの厚みの５％〜９５％の範囲で任意に設定できる。

ついで、図４を参照して、この発明の他の実施形態の磁界発生装置１０ａについて説明する。磁界発生装置１０ａにおいて、上述の磁界発生装置１０と同様に構成される部分については、磁界発生装置１０と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
磁界発生装置１０ａは、一対の磁気回路１２ａを含む。磁気回路１２ａには、上述の第２永久磁石ユニット１６に代えて第２永久磁石ユニット１６ａが用いられる。第２永久磁石ユニット１６ａには、第２永久磁石ユニット１６の永久磁石ブロック２４ａ，２４ｂに代えて永久磁石ブロック２４ｄ，２４ｅが用いられる。

図５をも参照して、永久磁石ブロック２４ｄは、第１永久磁石３６および第２永久磁石３８を含む。
第１永久磁石３６は、外部に露出する側面（図４参照）が五角形の七面体に形成され、一方主面３６ａ、他方主面３６ｂ、第１永久磁石２０に対向する側面３６ｃ、永久磁石ブロック２４ｃに対向する側面３６ｄ、および他方主面３６ｂと側面３６ｃとに連なりヨーク１８に対して傾斜する斜面３６ｅを有する。第１永久磁石３６の磁化方向は、一方主面３６ａと側面３６ｃとの角部から他方主面３６ｂと側面３６ｄとの角部に向けて延びるように設定される。

また、第２永久磁石３８は、三角柱状に形成され、第１永久磁石３６の斜面３６ｅと同形状かつ同寸法の斜面３８ａを有する。第２永久磁石３８の磁化方向は、第１永久磁石３６と同様に設定される。つまり、第２永久磁石３８の磁化方向は、斜面３８ａに略平行かつヨーク１８向きに設定される。

第１永久磁石３６と第２永久磁石３８とは、斜面３６ｅと３８ａとを合わせて接着剤や非磁性体のボルト等を用いて結合される。これによって、永久磁石ブロック２４ｄは、第１永久磁石１４と同寸法の直方体に形成される。

永久磁石ブロック２４ｄと同様に、永久磁石ブロック２４ｅは、第１永久磁石４０および第２永久磁石４２を含む。
第１永久磁石４０は、永久磁石ブロック２４ｄの第１永久磁石３６と同形状かつ同寸法に形成され、外部に露出する五角形の側面が第１永久磁石３６の五角形の側面と対称になるように配置される（図４参照）。第１永久磁石４０は、一方主面４０ａ、他方主面４０ｂ、永久磁石ブロック２４ｃに対向する側面４０ｃ、第１永久磁石２０に対向する側面４０ｄ、および他方主面４０ｂと側面４０ｄとに連なりヨーク１８に対して傾斜する斜面４０ｅを有する。第１永久磁石４０の磁化方向は、他方主面４０ｂと側面４０ｃとの角部から一方主面４０ａと側面４０ｄとの角部に向けて延びるように設定される。

また、第２永久磁石４２は、永久磁石ブロック２４ｄの第２永久磁石３８と同寸法の三角柱に形成され、外部に露出する三角形の側面が第２永久磁石３８の三角形の側面と対称になるように配置される（図４参照）。第２永久磁石４２の磁化方向は、第１永久磁石４０と同様に設定される。つまり、第２永久磁石４２の磁化方向は、斜面４２ａに略平行かつ第１永久磁石ユニット１４向きに設定される。

永久磁石ブロック２４ｄと同様に、第１永久磁石４０と第２永久磁石４２とは、斜面４０ｅと４２ａとを合わせて結合される。これによって、永久磁石ブロック２４ｅは、第１永久磁石１４と同寸法の直方体に形成される。

永久磁石ブロック２４ｄ，２４ｅの第１永久磁石３６，４０には、第１永久磁石２０と同じ種類の永久磁石が用いられる。また、永久磁石ブロック２４ｄ，２４ｅの第２永久磁石３８，４２には、第２永久磁石２２と同じ種類の永久磁石が用いられる。

このような永久磁石ブロック２４ｄ，２４ｅを含む第２永久磁石ユニット１６ａにおいても、上述の第２永久磁石ユニット１６と同様に、磁化方向が実質的に図４に二点鎖線の矢印Ｄで示すように設定される。

磁気回路１２ａで注目すべきは、第２永久磁石ユニット１６ａにおいて、反磁界が発生する部分（一点鎖線Ｌ１，Ｌ２で囲む部分）の大きさにより適切に対応する第２永久磁石３８，４２が用いられることである。つまり、第２永久磁石ユニット１６ａの永久磁石ブロック２４ｅ，２４ｄにおいて、第１永久磁石ユニット１４の第２永久磁石２２近傍の角部にのみ高保磁力の第２永久磁石３８，４２が配置されることである。このように永久磁石ブロック２４ｅ，２４ｄにおいて、上述の第２永久磁石２８，３２よりも小さな第２永久磁石３８，４２を用いることによって、上述の第１永久磁石２６，３０よりも大きな第１永久磁石３６，４０を用いることができる。これによって、磁気回路１２ａでは、減磁を抑えつつも磁界強度をより大きくできる。したがって、一対の磁気回路１２ａを用いた磁界発生装置１０ａでは、より高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができる。

なお、図６に示す磁界発生装置１０ｂのように、第２永久磁石３８を省略した永久磁石ブロック２４ｆおよび第２永久磁石４２を省略した永久磁石ブロック２４ｇを含む第２永久磁石ユニット１６ｂを用いて磁気回路１２ｂを構成してもよい。

第２永久磁石３８，４２からの磁束のうち空隙Ｇの磁界に寄与する磁束は少なく、第２永久磁石３８，４２を省略することで間隙（貫通孔）Ｈが形成されるので図６の一点鎖線Ｌ１ａ，Ｌ２ａで囲む部分で示すように発生する反磁界も小さくなる。このことから、磁気回路１２ｂでは、第２永久磁石３８，４２を省略しても空隙Ｇの磁界強度はさほど小さくならない。したがって、一対の磁気回路１２ｂを用いた磁界発生装置１０ｂでは、高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができつつも使用する磁石量を少なくでき、コストおよび重量を抑えることができる。

ついで、図７を参照して、この発明のその他の実施形態の磁界発生装置１０ｃについて説明する。磁界発生装置１０ｃにおいて、上述の磁界発生装置１０と同様に構成される部分については、磁界発生装置１０と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
磁界発生装置１０ｃは、一対の磁気回路１２ｃを含む。磁気回路１２ｃは、矢印Ａ方向に配列される複数の第１永久磁石ユニット１４ａ、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４ａの間に配置される第２永久磁石ユニット１６ｃ、ならびに第１永久磁石ユニット１４ａおよび第２永久磁石ユニット１６ｃが固定されるヨーク１８ａを含む。

第１永久磁石ユニット１４ａは、空隙Ｇ側に配置される第１永久磁石４４、およびヨーク１８ａ側に配置される第２永久磁石４６を含む。
第１永久磁石４４は、上述の第１永久磁石ユニット１４と同寸法の直方体に形成される。第２永久磁石４６は、第１永久磁石４４の一方主面と同形状かつ同寸法の一方主面を有する直方体に形成される。第１永久磁石４４には上述の第１永久磁石２０と同じ種類の永久磁石が用いられ、第２永久磁石４６には上述の第２永久磁石２２と同じ種類の永久磁石が用いられる。

第１永久磁石ユニット１４ａは、第１永久磁石４４と第２永久磁石４６とを接着剤や非磁性体のボルト等を用いて結合することによって、直方体に形成される。第１永久磁石ユニット１４ａは、第２永久磁石４６をヨーク１８ａの凹部４８に嵌合させた状態で、接着剤や非磁性体のボルト等を用いてヨーク１８ａに固定される。このような複数の第１永久磁石ユニット１４ａの磁化方向は、上述の複数の第１永久磁石ユニット１４と同様に設定される。

第２永久磁石ユニット１６ｃは、永久磁石ブロック２４ｃ，２４ｈ，２４ｉを含む。第２永久磁石ユニット１６ｃは、永久磁石ブロック２４ａ，２４ｂに代えて永久磁石ブロック２４ｈ，２４ｉが用いられる以外は上述の第２永久磁石ユニット１６と同様に構成される。永久磁石ブロック２４ｈ，２４ｉはそれぞれ、永久磁石ブロック２４ｃと同寸法の直方体に形成される。永久磁石ブロック２４ｈ，２４ｉにはそれぞれ、上述の第１永久磁石２０と同じ種類の永久磁石が用いられる。

永久磁石ブロック２４ｈの磁化方向は、上述の永久磁石ブロック２４ａ（第１永久磁石２６および第２永久磁石２８）と同様に設定される。また、永久磁石ブロック２４ｉの磁化方向は、上述の永久磁石ブロック２４ｂ（第１永久磁石３０および第２永久磁石３２）と同様に設定される。したがって、第２永久磁石ユニット１６ｃにおいても、上述の第２永久磁石ユニット１６と同様に、磁化方向が実質的に図７に二点鎖線の矢印Ｄで示すように設定される。

磁気回路１２ｃで注目すべきは、第１永久磁石ユニット１４ａの第１永久磁石４４と第２永久磁石ユニット１６ｃとがずれなく接し、第１永久磁石４４の他方主面に第２永久磁石４６に結合されることである。これによって、磁気回路１２ｃでは、高残留磁束密度の第１永久磁石４４を大きくでき、反磁界が発生する部分（図８の一点鎖線Ｌ１ｂ，Ｌ２ｂで囲む部分）に第２永久磁石４６が位置することによって減磁を抑えることができる。したがって、一対の磁気回路１２ｃを用いた磁界発生装置１０ｃでは、より高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができる。

なお、上述の磁界発生装置１０，１０ａ〜１０ｃでは、第２永久磁石ユニット１６，１６ａ〜１６ｃの磁化方向が湾曲する場合について説明したが、第２永久磁石ユニットの磁化方向はこれに限定されない。第２永久磁石ユニットの磁化方向は、たとえば図８に示す磁界発生装置１０ｄのように設定されてもよい。

ついで、図８を参照して、この発明のその他の実施形態の磁界発生装置１０ｄについて説明する。磁界発生装置１０ｄにおいて、上述の磁界発生装置１０と同様に構成される部分については、磁界発生装置１０と同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
磁界発生装置１０ｄは、一対の磁気回路１２ｄを含む。ハルバッハ型の他の磁気回路１２ｄは、矢印Ａ方向に配列される複数の第１永久磁石ユニット１４ｂ、および隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４ｂの間に配置される第２永久磁石ユニット１６ｄを含む。

第１永久磁石ユニット１４ｂは、１つの永久磁石によって構成され、上述の第１永久磁石ユニット１４と同寸法の直方体に形成される。第１永久磁石ユニット１４ｂには、上述の第１永久磁石２０と同じ種類の永久磁石が用いられる。複数の第１永久磁石ユニット１４ｂの磁化方向は、上述の複数の第１永久磁石ユニット１４と同様に設定される。

第２永久磁石ユニット１６ｄは、ヨーク１８側に配置される第１永久磁石５０、および空隙Ｇ側に配置される第２永久磁石５２を含む。第１永久磁石５０および第２永久磁石５２はそれぞれ、同形状かつ同寸法の一方主面および他方主面を有する直方体に形成される。第１永久磁石５０には上述の第１永久磁石２０と同じ種類の永久磁石が用いられ、第２永久磁石５２には上述の第２永久磁石２２と同じ種類の永久磁石が用いられる。

第１永久磁石５０の磁化方向は、一方主面および他方主面に平行であり、一方主面にＳ極を有する第１永久磁石ユニット１４ｂから一方主面にＮ極を有する第１永久磁石ユニット１４ｂに向けて延びるように設定される。つまり、第１永久磁石５０の磁化方向は、矢印Ａ方向かつ一方主面にＮ極を有する第１永久磁石ユニット１４ｂ向きに設定される。第２永久磁石５２の磁化方向についても同様である。

第２永久磁石ユニット１６ｄは、第１永久磁石５０と第２永久磁石５２とを接着剤や非磁性体のボルト等を用いて結合することによって、第１永久磁石ユニット１４ｂと同寸法の直方体に形成される。第２永久磁石ユニット１６ｄにおける第１永久磁石５０と第２永久磁石５２との厚みの比率は、８：２程度である。言い換えれば、第２永久磁石５２の厚みは、第２永久磁石ユニット１６ｄの厚みの２０％程度である。

このような第２永久磁石ユニット１６ｄは、第１永久磁石５０および第２永久磁石５２の着磁が容易であることから簡単に得られる。したがって、磁気回路１２ｄでは簡単に高強度の磁界を発生させることができる。

このような、磁気回路１２ｄでは、隣り合う２つの第１永久磁石ユニット１４ｂにおいて図８に破線Ｆ３で示すように一方の一方主面のＮ極から他方の一方主面のＳ極に磁束が向かう。これによって、磁気回路１２ｄでは、少なくとも一点鎖線Ｌ３で囲む部分に反磁界が発生する。つまり、磁気回路１２ｄでは、第１永久磁石ユニット１４ｂと第２永久磁石ユニット１６ｄとの相互作用によって一点鎖線Ｌ３で囲む部分に反磁界が発生する。

このことから、第２永久磁石ユニット１６ｄ全体を高残留磁束密度の永久磁石で構成すると一点鎖線Ｌ３で囲む部分の永久磁石の動作点が低くなり、当該部分の永久磁石が減磁しやすくなってしまう。このために、第２永久磁石ユニット１６ｄ全体を高残留磁束密度の永久磁石で構成すると温度上昇に伴って一点鎖線Ｌ３で囲む部分の永久磁石の減磁が促進され、空隙Ｇの磁界強度が大幅に小さくなってしまう。一方、第２永久磁石ユニット１６ｄ全体を高保磁力の永久磁石で構成すると空隙Ｇの磁界強度が小さくなってしまう。

磁気回路１２ｄで注目すべきは、第２永久磁石ユニット１６ｄにおいて、反磁界が発生する部分（一点鎖線Ｌ３で囲む部分）に対応して高保磁力の第２永久磁石５２が配置され、第２永久磁石５２以外の部分には高残留磁束密度の第１永久磁石５０が配置されることである。これによって、磁気回路１２ｄでは、減磁を抑えつつも磁界強度を大きくできる。したがって、一対の磁気回路１２ｄを用いた磁界発生装置１０ｄでは、簡単な構成で、温度変化にかかわらず高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができる。

なお、磁界発生装置１０ｄでは、第２永久磁石５２の厚みが第２永久磁石ユニット１６ｄの厚みの２０％程度である場合について説明したが、第２永久磁石の厚みはこれに限定されない。第２永久磁石の厚みは、当該第２永久磁石を含む第２永久磁石ユニットの厚みの５％〜９５％の範囲で任意に設定できる。

ついで、図９を参照して、この発明の他の実施形態の磁界発生装置１０ｅについて説明する。磁界発生装置１０ｅにおいて、上述の磁界発生装置１０ｄと同様に構成される部分については、磁界発生装置１０ｄと同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
磁界発生装置１０ｅでは、上述の磁気回路１２ｄに代えて磁気回路１２ｅが用いられる。磁気回路１２ｅには、上述の第２永久磁石ユニット１６ｄに代えて第２永久磁石ユニット１６ｅが用いられる。第２永久磁石ユニット１６ｅには、上述の第１永久磁石５０に代えて第１永久磁石５４が用いられ、上述の第２永久磁石５２に代えて２つの第２永久磁石５６が用いられる。

第１永久磁石５４は、直方体の永久磁石の一方主面側かつ第１永久磁石ユニット１４ｂ近傍の２つの角部を切欠くことによって、外部に露出する側面が六角形の八面体に形成される。第１永久磁石５４の磁化方向は、上述の第１永久磁石５０と同様に設定される。また、２つの第２永久磁石５６はそれぞれ、三角柱状に形成される。２つの第２永久磁石５６の磁化方向はそれぞれ、第１永久磁石５４と同様に設定される。

第１永久磁石５４と２つの第２永久磁石５６とは、第１永久磁石５４の斜面と第２永久磁石５６の斜面とを合わせて接着剤や非磁性体のボルト等を用いて結合される。これによって、第２永久磁石ユニット１６ｅは、第１永久磁石ユニット１４ｂと同寸法の直方体に形成される。

磁気回路１２ｅで注目すべきは、第２永久磁石ユニット１６ｅにおいて、反磁界が発生する部分（一点鎖線Ｌ３で囲む部分）の大きさにより適切に対応する第２永久磁石５６が用いられることである。つまり、第２永久磁石ユニット１６ｅにおいて、第１永久磁石ユニット１４ｂの一方主面近傍の部分にのみ高保磁力の第２永久磁石５６が配置されることである。このように第２永久磁石ユニット１６ｅにおいて、上述の第２永久磁石５２よりも小さな第２永久磁石５６を用いることによって、上述の第１永久磁石５０よりも大きな第１永久磁石５４を用いることができる。これによって、減磁を抑えつつも磁界強度をより大きくできる。したがって、一対の磁気回路１２ｅを用いた磁界発生装置１０ｅでは、より高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができる。

なお、磁界発生装置１０，１０ａ〜１０ｅでは、一対の磁気回路１２，１２ａ〜１２ｅを用いる場合について説明したが、磁界発生装置１０，１０ａ〜１０ｅに用いる磁気回路１２，１２ａ〜１２ｅは、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

ついで、この発明の磁界発生装置１０と図１１に示す従来技術の磁界発生装置１ａとを用いた実験例について説明する。ここでは磁界発生装置１ａおよび１０の温度を２０℃から６０℃に上昇させつつ互いの空隙Ｇの磁界強度を測定した。
磁界発生装置１０については、磁気回路１２の永久磁石として、第２永久磁石２２，２８，３２にＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨ（表１参照）を用い、それ以外の部分にＮＭＸ−Ｓ５０ＢＨ（表１参照）を用いた場合の磁界強度を測定した。

また、従来技術の磁界発生装置１ａについては、磁気回路２ａの永久磁石としてＮＭＸ−Ｓ５０ＢＨのみを用いた場合の磁界強度、および磁気回路２ａの永久磁石としてＮＭＸ−Ｓ４９ＣＨのみを用いた場合の磁界強度を測定した。つまり、従来技術の磁界発生装置１ａについては、高残留磁束密度の永久磁石のみを用いた場合の磁界強度、および高保磁力の永久磁石のみを用いた場合の磁界強度を測定した。

磁界発生装置１ａ，１０の温度を上昇させることによって、図１０に示すように空隙Ｇの磁界強度が変化した。図１０において、Ｃ１は磁界発生装置１０における磁界強度の変化態様であり、Ｃ２は高残留磁束密度の永久磁石のみを用いた場合の磁界発生装置１ａにおける磁界強度の変化態様であり、Ｃ３は高保磁力の永久磁石のみを用いた場合の磁界発生装置１ａにおける磁界強度の変化態様である。

Ｃ１とＣ２とを比較して、高残留磁束密度の永久磁石のみを用いた磁界発生装置１ａでは、４０℃以上で急激に減磁が進み、空隙Ｇの磁界強度が大幅に小さくなってしまった。一方、磁界発生装置１０では、減磁しやすい部分に高保磁力の第２永久磁石２２，２８，３２を用いることによって、温度上昇に伴う磁界強度の低下幅を小さくできた。つまり、磁界発生装置１０では、磁界発生装置１ａよりも空隙Ｇに磁界を安定して発生させることができた。

また、Ｃ１とＣ３とを比較して、高保磁力の永久磁石のみを用いた磁界発生装置１ａでは、温度上昇に伴う磁界強度の低下幅は小さいものの空隙Ｇの磁界強度自体が小さくなってしまった。一方、磁界発生装置１０では、減磁しやすい部分以外には高残留磁束密度の第１永久磁石２０，２６，３０および永久磁石ブロック２４ｃを用いることによって、磁界発生装置１ａよりも空隙Ｇの磁界強度を大幅に大きくできた。

このように、磁界発生装置１０では、磁界発生装置１ａと比べて、高強度の磁界を空隙Ｇに安定して発生させることができた。

この発明の一実施形態を示す側面図解図である。 隣り合う２つの第１永久磁石ユニットとそれらの間に配置される第２永久磁石ユニットとを示す斜視図解図である。 隣り合う２つの第１永久磁石ユニットとそれらの間に配置される第２永久磁石ユニットとを示す分解斜視図解図である。 この発明の他の実施形態を示す側面図解図である。 図４の実施形態の隣り合う２つの第１永久磁石ユニットとそれらの間に配置される第２永久磁石ユニットとを示す斜視図解図である。 この発明のその他の実施形態を示す側面図解図である。 この発明のその他の実施形態を示す側面図解図である。 この発明のその他の実施形態を示す側面図解図である。 この発明のその他の実施形態を示す側面図解図である。 この発明の磁界発生装置と従来技術の磁界発生装置とにおける温度変化に対する磁界強度の変化を示すグラフである。 従来技術の磁界発生装置の一例を示す側面図解図である。 従来技術の磁界発生装置の他の例を示す側面図解図である。

符号の説明

１０，１０ａ〜１０ｅ 磁界発生装置
１２，１２ａ〜１２ｅ 磁気回路
１４，１４ａ，１４ｂ 第１永久磁石ユニット
１６，１６ａ〜１６ｅ 第２永久磁石ユニット
２０，２６，３０，３６，４０，４４，５０，５４ 第１永久磁石
２２，２８，３２，３８，４２，４６，５２，５６ 第２永久磁石
２４ａ〜２４ｉ 永久磁石ブロック
２０ａ，２２ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，４０ａ 一方主面
２０ｂ，２２ｂ，２６ｂ，２８ｂ，３０ｂ，３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，４０ｂ 他方主面

Claims (3)

1. それぞれ磁化方向がその一方主面に垂直に設定され、一方主面の磁極が交互に異なるように配列される複数の第１永久磁石ユニット、および
   前記第１永久磁石ユニットの一方主面の磁極に磁束を集中させるために、隣り合う２つの前記第１永久磁石ユニットの間に配置される第２永久磁石ユニットを備え、
   前記第１永久磁石ユニットおよび前記第２永久磁石ユニットの少なくともいずれか一方は、第１永久磁石と前記第１永久磁石よりも保磁力が大きい第２永久磁石とを含み、
   前記第２永久磁石は、前記第１永久磁石ユニットと前記第２永久磁石ユニットとの相互作用によって反磁界が発生する部分の少なくとも一部に配置される、磁界発生装置。
2. 前記第２永久磁石ユニットの磁化方向は、隣り合う２つの前記第１永久磁石ユニットの一方のユニットの一方主面近傍から他方のユニットの一方主面近傍に向けて当該第２永久磁石ユニットの他方主面側に湾曲して延びるように設定され、
   前記第２永久磁石は、少なくとも前記第１永久磁石ユニットの他方主面を含む部分に配置される、請求項求１に記載の磁界発生装置。
3. 前記第２永久磁石ユニットの磁化方向は、当該第２永久磁石ユニットの一方主面に平行に延びるように設定され、
   前記第２永久磁石は、少なくとも前記第２永久磁石ユニットにおける前記第１永久磁石ユニットの一方主面近傍の部分に配置される、請求項１に記載の磁界発生装置。

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