JP2018085791A - 磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータ - Google Patents

磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータ Download PDF

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Abstract

【課題】より簡素な構成としつつ、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータを得る。【解決手段】磁界発生部材20は、一面220a側が第1の磁極面221aとなる第1の磁極部221と、第1の磁極部221と隣り合うとともに一面220a側が第2の磁極面222aとなる第2の磁極部222と、を有する永久磁石部220を備えている。また、磁界発生部材20は、第1の磁極部221および第2の磁極部222のうち少なくともいずれか一方の磁極部における磁極面側に配置される第1の磁性体230と、永久磁石部220の他面220b側に、第1の磁極部221と第2の磁極部222との境界223を跨ぐように配置される第2の磁性体240と、を備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータに関する。
従来、磁界発生部材として、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石とは異なる向きに磁化された副磁極永久磁石と、を備えるハルバッハ配列構造の永久磁石が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1では、主磁極永久磁石の磁界発生側の一部を、飽和磁束密度が比較的高い磁性体に置き換えることで、発生磁界の増大化を図っている。
特開2007−006545号公報
しかしながら、上記従来の技術のようにハルバッハ配列構造の永久磁石とすると、複数の永久磁石を貼り合せる必要があるため、構成の簡素化を図り難かった。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、より簡素な構成としつつ、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータを提供することを目的とする。
前記従来の課題を解決するために、本発明の磁界発生部材は、一面側が第1の磁極面となる第1の磁極部と、前記第1の磁極部と隣り合うとともに前記一面側が第2の磁極面となる第2の磁極部と、を有する永久磁石部を備えている。
また、磁界発生部材は、前記第1の磁極部および前記第2の磁極部のうち少なくともいずれか一方の磁極部における前記磁極面側に配置される第1の磁性体と、前記永久磁石部の他面側に、前記第1の磁極部と前記第2の磁極部との境界を跨ぐように配置される第2の磁性体と、を備えている。
これにより、磁極部における飽和磁束密度を第1の磁性体によって向上させることができるようになって、発生磁界を増加させることができる。さらに、磁気飽和により発生磁束が制限される傾向にあった部分に配置された第2の磁性体によって、かかる部分における飽和磁束密度を増大させることができ、発生磁界をより増加させることができるようになる。
また、ハルバッハ配列構造の永久磁石と較べて少ない部品点数で磁界発生部材を形成することができるため、構成の簡素化を図ることも可能となる。
また、本発明のモータは、前記磁界発生部材と、通電により磁界を発生させるコイルを有し、前記磁界発生部材の前記一面側に隙間を空けて対向配置される電磁力発生部材と、を備えている。
そして、前記磁界発生部材および前記電磁力発生部材のうちの一方の部材を可動子とするとともに、他方の部材を固定子としている。
これにより、モータの推力やトルクを増大させることができるようになる。
本発明によれば、より簡素な構成としつつ、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータを得ることができる。
実施の形態1にかかるモータを模式的に示す断面図である。 実施の形態1にかかるモータで用いられる磁界発生部材の変形例を示す図であって、(a)は磁界発生部材の第1変形例を示す断面図、(b)は磁界発生部材の第2変形例を示す断面図、(c)は磁界発生部材の第3変形例を示す断面図である。 実施の形態1にかかるモータで用いられる磁界発生部材の第4変形例を示す断面図である。 第5変形例にかかる磁界発生部材を用いたモータを模式的に示す断面図である。 実施の形態1にかかるモータで用いられる磁界発生部材の変形例を示す図であって、(a)は磁界発生部材の第6変形例を示す断面図、(b)は磁界発生部材の第7変形例を示す断面図、(c)は磁界発生部材の第8変形例を示す断面図である。 本発明を適用した磁界発生部材の磁束密度と従来の磁界発生部材の磁束密度とを比較した図である。
本発明の実施の形態にかかる磁界発生部材は、一面側が第1の磁極面となる第1の磁極部と、前記第1の磁極部と隣り合うとともに前記一面側が第2の磁極面となる第2の磁極部と、を有する永久磁石部を備えている。
また、磁界発生部材は、前記第1の磁極部および前記第2の磁極部のうち少なくともいずれか一方の磁極部における前記磁極面側に配置される第1の磁性体と、前記永久磁石部の他面側に、前記第1の磁極部と前記第2の磁極部との境界を跨ぐように配置される第2の磁性体と、を備えている。
こうすれば、磁極部における飽和磁束密度を第1の磁性体によって向上させることができるようになって、発生磁界を増加させることができる。さらに、磁気飽和により発生磁束が制限される傾向にあった部分に配置された第2の磁性体によって、かかる部分における飽和磁束密度を増大させることができ、発生磁界をより増加させることができるようになる。
また、ハルバッハ配列構造の永久磁石と較べて少ない部品点数で磁界発生部材を形成することができるため、構成の簡素化を図ることも可能となる。
このように、本発明の実施の形態によれば、より簡素な構成としつつ、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材および当該磁界発生部材を備えるモータを得ることができる。
また、前記第1の磁性体が配置された磁極部が、磁極面の少なくとも一部が前記第1の磁性体が露出した露出面となっている磁極部を含むようにしてもよい。
このように、第1の磁性体の少なくとも一部を永久磁石部の一面側に露出させるようにすれば、磁極部における飽和磁束密度をより向上させることができるようになって、発生磁界をより増加させることができるようになる。
また、前記永久磁石部が極異方着磁された永久磁石を有するようにしてもよい。
こうすれば、永久磁石としてより最適な着磁を得ることが可能となって、磁界発生部材の発生磁束をより増大させることができるようになる。さらに、永久磁石部を構成する永久磁石の数を、ハルバッハ配列構造の永久磁石よりも少なくすることができるようになるため、生産性の向上を図ることができるようになる上、寸法精度の向上を図ることができるようになる。
また、前記永久磁石部が、前記一面と前記他面との対向方向に等方向着磁された永久磁石を有するようにしてもよい。
このように等方向着磁された永久磁石は、比較的容易に製造することができるものであり、例えば、希土類焼結磁石は、極異方着磁が一般的には困難であるが、このような希土類焼結磁石であっても、等方向着磁は比較的容易に行うことができる。したがって、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材をより容易に製造することができるようになる。言い換えると、比較的容易に製造することのできる永久磁石を用いたとしても、発生磁界を増大させることができるようになる。さらに、永久磁石部を構成する永久磁石の数を、ハルバッハ配列構造の永久磁石よりも少なくすることができるようになるため、生産性の向上を図ることができるようになる上、寸法精度の向上を図ることができるようになる。
また、前記永久磁石部が1つの永久磁石で構成されるようにしてもよい。
こうすれば、複数の永久磁石を貼り合せる必要がなくなるため、生産性のより一層の向上を図ることができるようになる。また、複数の永久磁石を貼り合せることにより生じる誤差をなくすことができるようになるため、寸法精度のより一層の向上を図ることも可能となる。
また、前記永久磁石部の前記他面側に補強部材が配置されていてもよい。
こうすれば、磁界発生部材としての強度をより向上させることができるようになる。
また、前記補強部材が軟磁性材料で形成された軟磁性部を有するようにしてもよい。
こうすれば、磁界発生部材における他面側の磁気飽和の発生をより抑制することができ、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、前記第2の磁性体が、前記一面側に向けて延びる延設部が形成されている第2の磁性体を含んでいてもよい。
こうすれば、延設部が形成された第2の磁性体と永久磁石部の一面側との間に磁路が形成されるため、磁気抵抗を低減させることができるようになる。その結果、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、前記延設部が前記一面側まで延びていてもよい。
こうすれば、第2の磁性体と永久磁石部の一面側との間に形成される磁路によって、磁気抵抗をより低減させることができるようになるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、前記永久磁石部における少なくとも1つの磁極部が、前記他面側に凸となる湾曲面を有していてもよい。
こうすれば、永久磁石部の磁束を発生させる部分の表面積を増大させることができるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、前記永久磁石部は、前記第1の磁極部と前記第2の磁極部との並設方向の端部が終端部となっていてもよい。そして、前記終端部に配置される前記第1の磁性体が前記一面に露出しないようにしてもよい。
こうすれば、磁界発生部材の終端部における漏れ磁束を低減させることができるようになるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、本発明の実施の形態にかかるモータは、前記磁界発生部材と、通電により磁界を発生させるコイルを有し、前記磁界発生部材の前記一面側に隙間を空けて対向配置される電磁力発生部材と、を備えている。
そして、前記磁界発生部材および前記電磁力発生部材のうちの一方の部材を可動子とするとともに、他方の部材を固定子としている。
こうすれば、モータの推力やトルクを増大させることができるようになる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
また、以下では、磁界発生部材として、第1の磁極部と第2の磁極部との並設方向の端部が終端部となる直線状の磁界発生部材(一方向に細長い略直方体状の磁界発生部材)を例示する。また、モータとして、直線状の磁界発生部材を可動子とし、通電により磁界を発生させるコイルを有し、磁界発生部材の一面側に隙間を空けて対向配置される電磁力発生部材を固定子とし、可動子を固定子に対して相対的に往復移動させるリニアモータを例示する。
(実施の形態1)
本実施の形態1にかかるリニアモータ(モータ)10は、図1に示すように、磁界発生部材20および電磁力発生部材30を有しており、磁界発生部材20を可動子とするとともに、電磁力発生部材30を固定子としている。
可動子としての磁界発生部材20は、一方向(図1の左右方向)に細長い略直方体状の本体部210を有しており、この本体部210の下面(一面)210aと対向するように、電磁力発生部材30が所定の隙間を空けて配置されている。このように、本実施の形態1では、本体部210の下面(一面)210aが、電磁力発生部材(固定子)30と対向する可動子の対向面となっている。
また、本体部210は、図1に示すように、永久磁石部220と、第1の磁性体230と、第2の磁性体240と、補強部材250と、を有している。
永久磁石部220は、下面(一面)220a側が磁極面となっており、主として下面220aの法線方向に磁界が発生するように構成されている。本実施の形態1では、永久磁石部220は、極性の異なる磁極面(N極面とS極面)が下面(一面)224aに形成されるように極異方着磁された2つの永久磁石224,224を並置することで形成されている。すなわち、本実施の形態1にかかる永久磁石部220は、極異方着磁された永久磁石224を2つ(1つ以上)有している。
そして、2つの永久磁石224,224は、2つの永久磁石224,224の並置方向が、各永久磁石224の極性の異なる磁極面の並列方向と一致するように配置されている。さらに、極性の異なる磁極面同士が互いに隣り合うように、2つの永久磁石224,224を並置している。すなわち、一方の永久磁石224のS極面側に他方の永久磁石224のN極面側が位置するようにした状態で、2つの永久磁石224,224を並置している。
こうすることで、永久磁石部220の下面(一面)220aに、一方向(長さ方向:図1の左右方向)の一方側(図1の左側)から順に、S極面、N極面、S極面、N極面が交互に形成されるようにしている。
このように、本実施の形態1では、永久磁石部220は、下面(一面)221aがS極面(第1の磁極面)となる第1の磁極部221と、第1の磁極部221と隣り合うとともに下面(一面)222aがN極面(第2の磁極面)となる第2の磁極部222と、を2つずつ(各1つ以上)有している。そして、一方向(長さ方向:図1の左右方向)の一方側(図1の左側)から順に、第1の磁極部221、第2の磁極部222、第1の磁極部221、第2の磁極部222が交互に形成されるようにしている。
一方、固定子としての電磁力発生部材30は、固定子コア310と、固定子コア310に巻回されて、通電により磁界を発生させるコイル320と、を有している。
固定子コア310は、略平板状の固定子コア本体311と、固定子コア本体311から下面210a側(磁界発生部材20側)に向けて突出する突極312と、を備えている。本実施の形態1では、3つの突極312が、固定子コア本体311の両端部および中央部からそれぞれ磁界発生部材20側に向けて突出するように並設されており、固定子コア310は、断面視で略E字状をしている。そして、各突極312の上端面312aを本体部210の下面(一面)210aに対向させている。この固定子コア310は、例えば、電磁鋼板等の磁性金属よりなるコア材を複数枚積層することで形成することができる。なお、磁性金属粉体を圧縮成形することで固定子コア310を形成することも可能であるし、磁性金属ブロックを切削することで固定子コア310を形成することも可能である。
そして、中央に位置する突極312の周囲にコイル320が巻回されており、当該コイル320が駆動回路40に電気的に接続されている。なお、コイル320は、絶縁部材を介して突極312の周囲に巻回するのが好ましい。
かかる構成をしたリニアモータ(モータ)10において、中央の突極312に巻回されたコイル320に、駆動回路40から駆動のための交番電流が供給される(コイル320に交流電流が通電される)と、交番電流の供給時には、中央に位置する突極312の上端面312aの極性が周期的に変化することとなる。このとき、両側の突極312の上端面312aの極性は、中央の突極312の上端面312aの極性と逆位相で周期的に変化する。そして、各突極312の上端面312aの極性の変化に応じて、各突極312の上端面312aには交番磁界が発生し、この交番磁界が、各突極312の上端面312aから磁界発生部材20に作用することとなる。
そして、磁界発生部材20が、電磁力発生部材30と合わせて磁気回路を構成することとなり、当該電磁力発生部材30で生じる交番磁界にて発生する推力によって、磁界発生部材20が電磁力発生部材30に対して相対的に往復移動することとなる。
ところで、磁界発生部材20を往復動させる推力の大きさは、磁界発生部材20と電磁力発生部材30との間で構成される磁気回路の磁束の量に比例する。
そのため、磁界発生部材20と電磁力発生部材30との間で構成される磁気回路の磁束の量を増大させるようにするのが好ましい。
このように、磁界発生部材20と電磁力発生部材30との間で構成される磁気回路の磁束の量を増大させるためには、まず、磁界発生部材20からの発生磁束を増大させる必要がある。さらに、磁界発生部材20で発生した磁束のうち、電磁力発生部材30を通らずに磁界発生部材20に戻る磁束である漏れ磁束を低減させる必要がある。
ここで、本実施の形態1においては、永久磁石224を極異方着磁とすることにより、無駄な流れを極力なくし、より理想的な磁路を構成することができるようにしている。したがって、このような磁界発生部材を用いるだけでも、磁界発生部材で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)を増大させることができる。
しかしながら、磁界発生部材で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようにするのが好ましい。
そこで、本実施の形態1では、磁界発生部材20で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようにした。
具体的には、第1の磁極部221および第2の磁極部222のうち少なくともいずれか一方の磁極部における下面(磁極面、固定子との対向面)側に第1の磁性体230を配置させるようにした。
本実施の形態1では、4つの磁極部(2つの第1の磁極部221および2つの第2の磁極部222)に第1の磁性体230が1つずつ配置されるようにしている。
さらに、第1の磁性体230が配置された磁極部が、磁極面の少なくとも一部が第1の磁性体230が露出した露出面230bとなっている磁極部を含むようにした。
具体的には、図1の左右方向の中央に位置する磁極部(内側の第1の磁極部221および内側の第2の磁極部222)においては、第1の磁性体230が、各磁極部の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)と面一となるように下面230aを露出させた状態で、各磁極部内に配置されるようにした。すなわち、本実施の形態1では、中央に位置する磁極部(内側の第1の磁極部221および内側の第2の磁極部222)においては、各磁極部の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)の一部が第1の磁性体230の下面230a(露出面230b)となっている。
なお、本実施の形態1にかかる磁界発生部材20では、永久磁石部220は、第1の磁極部221と第2の磁極部222との並設方向(図1の左右方向)の両端部が終端部220cとなっている。すなわち、図1の左右方向の両端に位置する磁極部(外側の第1の磁極部221および外側の第2の磁極部222)に、永久磁石部220の終端部220cがそれぞれ形成されている。
そして、本実施の形態1では、図1の左右方向の両端に位置する磁極部(外側の第1の磁極部221および外側の第2の磁極部222)に配置される第1の磁性体230が、各磁極部の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)側に露出しないようにしている。すなわち、下面230aが各磁極部の下面(下面221aおよび下面222a)よりも上方に位置した状態となるように、第1の磁性体230を各磁極部(終端部220cが形成されている磁極部)に配置させている。
したがって、図1の左右方向の両端に位置する磁極部(外側の第1の磁極部221および外側の第2の磁極部222)においては、第1の磁性体230の下面230aが、下から視た際に、各磁極部の下面(下面221aおよび下面222a)によって完全に覆われることとなる。なお、外側の磁極部(終端部220cが形成されている磁極部)に配置されている第1の磁性体230は、図1に示すように、左右方向に露出した状態で各磁極部に配置されている。
また、永久磁石部220の終端部220cに配置される第1の磁性体230の下面230を、各磁極部の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)側に露出させるようにすることも可能である。こうすれば、永久磁石224の形状をより簡素化させることができるため、製造し易くなるという効果を得ることができる。
このように、永久磁石部220に第1の磁性体230を配置することで、この第1の磁性体230によって、永久磁石部220の磁極面(下面220a)側における磁気飽和の発生を抑制することができるようになる。その結果、磁界発生部材20で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようになる。
このとき、第1の磁性体230が配置された磁極部が、磁極面の少なくとも一部が第1の磁性体230が露出した露出面230bとなっている磁極部を含むようにすれば、永久磁石部220の磁極面(下面220a)側における磁気飽和の発生をより抑制することができるようになる。
さらに、永久磁石部220の終端部220cに配される2つの第1の磁性体230を、永久磁石224の内部(下面224aよりも上側)に配置させるようにすれば、電磁力発生部材(固定子)30との対向面側に、電磁力発生部材(固定子)30との対向方向に磁束を発生させる永久磁石224を有する構成となる。そのため、電磁力発生部材(固定子)30を通らずに磁界発生部材(可動子)20に戻る漏れ磁束を低減することができるようになる。
また、本実施の形態1では、永久磁石部220の上面(他面)220b側に、第1の磁極部221と第2の磁極部222との境界部(境界面:境界)223を跨ぐように第2の磁性体240が配置されるようにしている。
具体的には、永久磁石部230の電磁力発生部材(固定子)30との対向面の反対側の一部、かつ、隣り合う2つの磁極部間に、3つの第2の磁性体240が配置されるようにしている。このように、第1の磁極部221と第2の磁極部222との境界部223のそれぞれに、当該境界部223を跨ぐように第2の磁性体240を配置することで、3つの第2の磁性体240が、下から視た際に、互いに隣り合う第1の磁性体230,230の間に位置するようにしている。さらに、本実施の形態1では、下から視た際に、第1の磁性体230の端部と第2の磁性体240の端部とが重なり合うようにしている。
なお、3つの第2の磁性体240は、上面240aが永久磁石部220の上面(他面)220b側に露出するように配置されている。
さらに、本実施の形態1では、第2の磁性体240が、永久磁石部220の下面(一面)220a側に向けて延びる延設部241が形成されている第2の磁性体240を含むようにしている。
具体的には、中央に配置される第2の磁性体240が永久磁石部220の下面(一面)220a側に向けて延びる延設部241を有するようにしている。
さらに、この延設部241は、内側の第1の磁極部221と内側の第2の磁極部22との境界部(境界)223に沿って、永久磁石部220の下面(一面)220a側まで延びている。すなわち、延設部241の先端面241aが永久磁石部220の下面(一面)220a側に露出している。
このように、本実施の形態1では、永久磁石部220の上面(他面)220b側に、第1の磁極部221と第2の磁極部222との境界部223を跨ぐように第2の磁性体240を配置している。この第2の磁性体240が配置される部位(永久磁石部220の隣り合う2つの磁極部間、かつ、電磁力発生部材30との対向面の反対側)は、磁気飽和が発生しやすい部位となっている。したがって、このような磁気飽和が発生しやすい部位に第2の磁性体240を配置すれば、かかる部位における磁気飽和の発生を抑制することができるようになる。その結果、磁界発生部材20で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようになる。
さらに、本実施の形態1では、3つの第2の磁性体240のうち、中央に位置する第2の磁性体240、すなわち、永久磁石部220の2つの永久磁石224,224の間に配置される第2の磁性体240が、永久磁石部220の下面(一面)220a側に向けて延びる延設部241を有している。
このような延設部241を第2の磁性体240に設ければ、第2の磁性体240と電磁力発生部材(固定子)30の固定子コア310との間の磁路が形成されるため、磁気抵抗を低減することができる。その結果、磁界発生部材20で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようになる。
さらに、本実施の形態1では、延設部241が永久磁石部220の下面(一面)220a側まで延びているため、第2の磁性体240と電磁力発生部材(固定子)30の固定子コア310との間に形成される磁路によって、磁気抵抗をより低減することができるようになる。そのため、磁界発生部材20で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようになる。
なお、第1の磁性体230や第2の磁性体240は、様々な方法で永久磁石部220に配置することができる。例えば、凹部を有する形状をした永久磁石部220(永久磁石224)の凹部に各磁性体を固定(嵌合、接着等)することで、第1の磁性体230や第2の磁性体240を永久磁石部220に配置させるようにすることができる。
さらに、本実施の形態1では、永久磁石部220の上面(他面)220b側に補強部材250を配置している。この補強部材250は、例えば、軟磁性材料を用いて形成することができ、略直方体状をしている。そして、この補強部材250は、永久磁石部220の上面(他面)220bに当接させた状態で固定されている。
このように、永久磁石部220の上面(他面)220b側に補強部材250を配置すれば、磁界発生部材20としての強度をより向上させることができるようになる。その結果、実用に耐え得る強度を確保したリニアモータ(モータ)10を得ることが可能となる。
また、補強部材250が軟磁性材料で形成された軟磁性部251を有するようにすれば、磁界発生部材20の永久磁石部220における電磁力発生部材(固定子)30との対向面の反対側で発生する磁気飽和が抑制され、磁界発生部材20で発生する磁界(磁界発生部材の発生磁束)をより増大させることができるようになる。
なお、磁界発生部材20は、図1に示した構成に限られるものではなく、様々な構成とすることが可能である。
以下では、磁界発生部材20の変形例を例示する。なお、下記に例示する変形例も一例に過ぎず、磁界発生部材20の構成は、このような構成に限られるものではない。
まず、図2(a)に示すような構成とすることができる。図2(a)に示す磁界発生部材20では、永久磁石部220と、2つの第1の磁性体と、3つの第2の磁性体と、で本体部210を構成している。
この永久磁石部220も、下面(一面)220a側が磁極面となっており、主として下面220aの法線方向に磁界が発生するように構成されている。
図2(a)でも、永久磁石部220は、極性の異なる磁極面(N極面とS極面)が下面(一面)224aに形成されるように極異方着磁された2つの永久磁石224,224を並置したものを例示している。すなわち、すなわち、図2(a)に示す永久磁石部220も、極異方着磁された永久磁石224を2つ(1つ以上)有している。
そして、図2(a)に示す永久磁石部220においても、下面(一面)220aには、一方向(長さ方向:図1の左右方向)の一方側(図1の左側)から順に、S極面、N極面、S極面、N極面が交互に形成されている。
すなわち、図2(a)に示す永久磁石部220も、下面(一面)221aがS極面(第1の磁極面)となる第1の磁極部221と、第1の磁極部221と隣り合うとともに下面(一面)222aがN極面(第2の磁極面)となる第2の磁極部222と、を2つずつ(各1つ以上)有している。そして、一方向(長さ方向:図1の左右方向)の一方側(図1の左側)から順に、第1の磁極部221、第2の磁極部222、第1の磁極部221、第2の磁極部222が交互に形成されるようにしている。
そして、内側の2つの磁極部(内側の第1の磁極部221および内側の第2の磁極部222)に第1の磁性体230が1つずつ配置されるようにしている。
さらに、図2(a)においても、第1の磁性体230は、各磁極部の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)と面一となるように下面230aを露出させた状態で、各磁極部内に配置されている。すなわち、図2(a)においても、内側の第1の磁極部221および内側の第2の磁極部222の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)の一部が第1の磁性体230の下面230a(露出面230b)となっている。
そして、3つの第2の磁性体240が、第1の磁極部221と第2の磁極部222との境界部(境界)223を跨ぐように配置されており、各第2の磁性体240は、上面240aが永久磁石部220の上面(他面)220b側に露出するように配置されている。なお、図2(a)においては、左右に位置する第2の磁性体240と同様に、中央に位置する第2の磁性体240にも、永久磁石部220の下面(一面)220a側に向けて延びる延設部241が形成されていない。
また、図2(b)に示すような構成とすることもできる。図2(b)に示す磁界発生部材20は、図2(a)に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
図2(b)に示す磁界発生部材20は、中央に位置する第2の磁性体240が、永久磁石部220の下面(一面)220a側に向けて延びる延設部241を有する点が、図2(a)に示す永久磁石部220とは異なっている。
また、図2(c)に示すような構成とすることもできる。図2(c)に示す磁界発生部材20も、図2(a)に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
図2(c)に示す磁界発生部材20は、永久磁石部220の上面(他面)220b側に、軟磁性材料を用いて形成した補強部材250を配置した点が、図2(a)に示す永久磁石部220とは異なっている。
また、図3に示すような構成とすることもできる。図3に示す磁界発生部材20は、図2(c)に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
すなわち、図3に示す磁界発生部材20も、極異方着磁された1つの永久磁石224を有する永久磁石部220と、2つの第1の磁性体と、3つの第2の磁性体と、永久磁石部220の上面(他面)220b側に配置された軟磁性材料の補強部材250と、で本体部210が構成されている。
ここで、図3に示す磁界発生部材20では、永久磁石部220における少なくとも1つの磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)が、上面(他面)220b側に凸となる湾曲面(湾曲面221bおよび/または湾曲面222b)を有している。
具体的には、永久磁石部220は、内側の第1の磁極部221において、下面(一面)220aおよび上面(他面)220bが上側に凸となる湾曲面221bとなっており、内側の第2の磁極部222において、下面(一面)220aおよび上面(他面)220bが上側に凸となる湾曲面222bとなっている。また、永久磁石部220は、外側の第1の磁極部221において、上面(他面)220bが上側かつ内側(図3の左側)に凸となる湾曲面221bとなっており、外側の第2の磁極部222において、上面(他面)220bが上側かつ内側(図3の右側)に凸となる湾曲面222bとなっている。
こうすれば、永久磁石部220の磁束を発生させる部分の表面積を増大させることができるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
そして、図2(a)〜図2(c)および図3で示した磁界発生部材20を図1に示すリニアモータ(モータ)10に適用させても、推力やトルクを増大させることのできるリニアモータ(モータ)10を得ることができる。
また、図4に示すように、等方向着磁された永久磁石224を有する磁界発生部材20を可動子として用いたリニアモータ(モータ)10とすることも可能である。
図4に示す磁界発生部材20は、図3に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
すなわち、図4に示す磁界発生部材20も、永久磁石部220と、2つの第1の磁性体と、3つの第2の磁性体と、永久磁石部220の上面(他面)220b側に配置された軟磁性材料の補強部材250と、で本体部210が構成されている。
ここで、図4に示す磁界発生部材20においては、上述したように、永久磁石部220が等方向着磁された永久磁石224を有している点が、図3に示す永久磁石部220とは異なっている。
具体的には、永久磁石部220は、極性の異なる磁極面(N極面とS極面)が下面(一面)224aに交互に現れるように4極に等方向着磁された1つの永久磁石224で形成されている。このように、図4に示す永久磁石部220は、等方向着磁された永久磁石224を1つ(1つ以上)有している。
また、図4に示す永久磁石部220においても、下面(一面)221aがS極面(第1の磁極面)となる第1の磁極部221と、第1の磁極部221と隣り合うとともに下面(一面)222aがN極面(第2の磁極面)となる第2の磁極部222と、を2つずつ(各1つ以上)有している。そして、一方向(長さ方向:図1の左右方向)の一方側(図1の左側)から順に、第1の磁極部221、第2の磁極部222、第1の磁極部221、第2の磁極部222が交互に形成されるようにしている。
なお、図4に示す永久磁石224は、4極に着磁された1つの永久磁石で構成する必要はなく、例えば、隣り合う磁極の間で分割された2つから4つの永久磁石で構成されていてもよい。この場合、永久磁石を形成する際の金型構造の簡略化や、着磁する際の着磁ヨークの簡略化などの効果が得られる。
また、図4に示す永久磁石部220においても、永久磁石部220における少なくとも1つの磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)が、上面(他面)220b側に凸となる湾曲面(湾曲面221bおよび/または湾曲面222b)を有している。
具体的には、永久磁石部220は、内側の第1の磁極部221において、下面(一面)220aおよび上面(他面)220bが上側に凸となる湾曲面221bとなっており、内側の第2の磁極部222において、下面(一面)220aおよび上面(他面)220bが上側に凸となる湾曲面222bとなっている。また、永久磁石部220は、外側の第1の磁極部221において、上面(他面)220bが上側かつ内側(図4の左側)に凸となる湾曲面221bとなっており、外側の第2の磁極部222において、上面(他面)220bが上側かつ内側(図4の右側)に凸となる湾曲面222bとなっている。
こうすることで、永久磁石部220の磁束を発生させる部分の表面積を増大させて、発生磁界をさらに増大させることができるようにしている。
また、等方向着磁された永久磁石224を有する磁界発生部材20も、図4に示した構成に限られるものではなく、様々な構成とすることが可能である。
例えば、図5(a)に示すような構成とすることができる。この図5(a)に示す磁界発生部材20は、図2(a)に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
図5(a)に示す磁界発生部材20においては、極性の異なる磁極面(N極面とS極面)が下面(一面)224aに交互に現れるように4極に等方向着磁された1つの永久磁石224で永久磁石部220が形成されている点が、図2(a)に示す永久磁石部220とは異なっている。
また、図5(b)に示すような構成とすることもできる。図5(b)に示す磁界発生部材20は、図2(b)に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
図5(b)に示す磁界発生部材20は、極性の異なる磁極面(N極面とS極面)が下面(一面)224aに交互に現れるように4極に等方向着磁された1つの永久磁石224で永久磁石部220が形成されている点が、図2(b)に示す永久磁石部220とは異なっている。
また、図5(c)に示すような構成とすることもできる。図5(c)に示す磁界発生部材20は、図2(c)に示す永久磁石部220とほぼ同様の構成をしている。
図5(c)に示す磁界発生部材20は、極性の異なる磁極面(N極面とS極面)が下面(一面)224aに交互に現れるように4極に等方向着磁された1つの永久磁石224で永久磁石部220が形成されている点が、図2(c)に示す永久磁石部220とは異なっている。
そして、図5(a)〜図5(c)で示した磁界発生部材20を図4に示すリニアモータ(モータ)10に適用させても、推力やトルクを増大させることのできるリニアモータ(モータ)10を得ることができる。
このように、本実施の形態1およびその変形例で示した磁界発生部材20では、永久磁石部220に第1の磁性体230および第2の磁性体240を配置させている。こうすれば、磁性体を配置させていない磁界発生部材と較べて、各磁極部(第1の磁極部221および第2の磁極部222)の磁極面(磁極面221aおよび磁極面222a)で発生する磁束密度を増大させることができるようになる(図6参照)。
なお、図6では、図5(a)で示した磁界発生部材20とほぼ同様の構成をした磁界発生部材20を例示しているが、他の磁界発生部材20を用いても、同様の作用、効果を奏することができる。
以上説明したように、本実施の形態1およびその変形例では、磁界発生部材20は、下面(一面)220a側がS極面(第1の磁極面)221aとなる第1の磁極部221と、第1の磁極部221と隣り合うとともに下面(一面)220a側がN極面(第2の磁極面)222aとなる第2の磁極部222と、を有する永久磁石部220を備えている。
また、磁界発生部材20は、第1の磁極部221および第2の磁極部222のうち少なくともいずれか一方の磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)における磁極面(第1の磁極面221aおよび/または第2の磁極面222a)側に配置される第1の磁性体230と、永久磁石部220の上面(他面)220b側に、第1の磁極部221と第2の磁極部222との境界部(境界)223を跨ぐように配置される第2の磁性体240と、を備えている。
こうすれば、磁極部(第1の磁極部221や第2の磁極部222)における飽和磁束密度を第1の磁性体230によって向上させることができるようになって、発生磁界を増加させることができる。さらに、磁気飽和により発生磁束が制限される傾向にあった部分に配置された第2の磁性体240によって、かかる部分における飽和磁束密度を増大させることができ、発生磁界をより増加させることができるようになる。
また、ハルバッハ配列構造の永久磁石と較べて少ない部品点数で磁界発生部材20を形成することができるため、構成の簡素化を図ることも可能となる。
このように、本実施の形態1およびその変形例によれば、より簡素な構成としつつ、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材20および当該磁界発生部材20を備えるリニアモータ(モータ)10を得ることができる。
ところで、磁界発生部材20の発生磁界側の反対側(永久磁石部220の上面220b側)においては、磁束が半円状に流れようとするが、サイズやコスト等の面から磁界発生部材20の発生磁界の方向の厚さを薄くした場合、半円状の流れがつぶされる形となり、磁束が集中し、磁気飽和により発生磁束が制限される傾向にあった。すなわち、従来の磁界発生部材では、発生磁界の増大化と磁界発生部材の薄型化の両立を図ることが難しかった。
しかしながら、本実施の形態1およびその変形例のように、発生磁界側の反対側(永久磁石部220の上面220b側)に第2の磁性体240を配置すれば、磁界発生部材20の発生磁界の方向の厚さを薄くしたとしても、第2の磁性体240によって磁気飽和の発生を抑制することができるようになる。
このように、本実施の形態1およびその変形例によれば、発生磁界の増大化を図りつつ、磁界発生部材20の薄型化を図ることが可能となる。
また、第1の磁性体230が配置された磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)が、磁極面(第1の磁極面221aおよび/または第2の磁極面222a)の少なくとも一部が第1の磁性体230が露出した露出面230bとなっている磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)を含むようにしてもよい。
このように、第1の磁性体230の少なくとも一部を永久磁石部220の下面(一面)220a側に露出させるようにすれば、磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)における飽和磁束密度をより向上させることができるようになって、発生磁界をより増加させることができるようになる。
また、永久磁石部220が極異方着磁された永久磁石224を有するようにしてもよい。
こうすれば、永久磁石224としてより最適な着磁を得ることが可能となって、磁界発生部材20の発生磁束をより増大させることができるようになる。さらに、永久磁石部220を構成する永久磁石224の数を、ハルバッハ配列構造の永久磁石よりも少なくすることができるようになるため、生産性の向上を図ることができるようになる上、寸法精度の向上を図ることができるようになる。
また、永久磁石部220が、下面(一面)220aと上面(他面)220bとの対向方向に等方向着磁された永久磁石224を有するようにしてもよい。
このように等方向着磁された永久磁石224は、比較的容易に製造することができるものであり、例えば、希土類焼結磁石は、極異方着磁が一般的には困難であるが、このような希土類焼結磁石であっても、等方向着磁は比較的容易に行うことができる。したがって、発生磁界の増大化を図ることの可能な磁界発生部材20をより容易に製造することができるようになる。言い換えると、比較的容易に製造することのできる永久磁石224を用いたとしても、発生磁界を増大させることができるようになる。さらに、永久磁石部220を構成する永久磁石224の数を、ハルバッハ配列構造の永久磁石よりも少なくすることができるようになるため、生産性の向上を図ることができるようになる上、寸法精度の向上を図ることができるようになる。
また、永久磁石部220が1つの永久磁石224で構成されるようにしてもよい。
こうすれば、複数の永久磁石を貼り合せる必要がなくなるため、生産性のより一層の向上を図ることができるようになる。また、複数の永久磁石を貼り合せることにより生じる誤差をなくすことができるようになるため、寸法精度のより一層の向上を図ることも可能となる。
また、永久磁石部220の上面(他面)220b側に補強部材250が配置されていてもよい。
こうすれば、磁界発生部材20としての強度をより向上させることができるようになる。
また、補強部材250が軟磁性材料で形成された軟磁性部251を有するようにしてもよい。
こうすれば、磁界発生部材20における永久磁石部220の上面(他面)220b側の磁気飽和をより緩和させることができ、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、第2の磁性体240が、永久磁石部220の下面(一面)220a側に向けて延びる延設部241が形成されている第2の磁性体240を含んでいてもよい。
こうすれば、延設部241が形成された第2の磁性体240と永久磁石部220の下面(一面)220a側との間に磁路が形成されるため、磁気抵抗を低減させることができるようになる。その結果、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、延設部241が永久磁石部220の下面(一面)220a側まで延びていてもよい。
こうすれば、第2の磁性体240と永久磁石部220の下面(一面)220a側との間に形成される磁路によって、磁気抵抗をより低減させることができるようになるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、永久磁石部220における少なくとも1つの磁極部(第1の磁極部221および/または第2の磁極部222)が、上面(他面)220b側に凸となる湾曲面(湾曲面221bおよび/または湾曲面222b)を有していてもよい。
こうすれば、永久磁石部220の磁束を発生させる部分の表面積を増大させることができるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、永久磁石部220は、第1の磁極部221と第2の磁極部222との並設方向の端部が終端部220cとなっていてもよい。そして、終端部220cに配置される第1の磁性体230が下面(一面)220aに露出しないようにしてもよい。
こうすれば、磁界発生部材20の永久磁石部220の終端部220cにおける漏れ磁束を低減させることができるようになるため、発生磁界をさらに増大させることができるようになる。
また、本実施の形態1およびその変形例にかかるリニアモータ(モータ)10は、磁界発生部材20と、通電により磁界を発生させるコイル320を有し、磁界発生部材20の永久磁石部220の下面(一面)220a側に隙間を空けて対向配置される電磁力発生部材30と、を備えている。
そして、磁界発生部材20および電磁力発生部材30のうちの一方の部材を可動子とするとともに、他方の部材を固定子としている。
こうすれば、リニアモータ(モータ)10の推力やトルクを増大させることができるようになる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態1およびその変形例で示した構成を適宜組み合わせることで、磁界発生部材を形成することが可能である。
また、上記実施の形態1およびその変形例では、第1の磁極部および第2の磁極部を2つずつ有する永久磁石部を例示したが、永久磁石部が、第1の磁極部および第2の磁極部をそれぞれ1つ以上有していればよく、第1の磁極部および第2の磁極部の数は、2つずつに限られるものではない。また、永久磁石部を構成する永久磁石の数も1つまたは2つに限られるものではない。
また、上記実施の形態1では、磁極部の全て(2つの第1の磁極部および2つの第2の磁極部)に第1の磁性体を配置したものを例示したが、第1の磁性体は、少なくとも1つの磁極部に配置されていればよい。
また、上記実施の形態1およびその変形例では、磁界発生部材を可動子とし、電磁力発生部材を固定子としたモータを例示したが、磁界発生部材を固定子とし、電磁力発生部材を可動子としたモータとすることも可能である。
また、上記実施の形態1およびその変形例では、固定子コアと、固定子コアに巻回されて、通電により磁界を発生させるコイルと、を有する電磁力発生部材を例示したが、固定子コアを用いずに電磁力発生部材を形成することも可能である。
また、上記実施の形態1およびその変形例では、モータとして、直線状の磁界発生部材を用いたリニアモータを例示したが、モータはリニアモータに限られるものではない。例えば、半円弧状の磁界発生部材を用いた揺動モータとすることも可能であるし、円環状の磁界発生部材を用いた回転モータとすることも可能である。
また、永久磁石部や電磁力発生部材、その他細部のスペック(形状、大きさ、レイアウト等)も適宜に変更可能である。
以上のように、本発明にかかる磁界発生部材およびモータは、磁界発生部材の発生磁束を増大させたり、モータの推力やトルクを増大させたりすることが可能となるので、小型かつ高性能が要求される装置、例えば、電動シェーバや電動歯ブラシなどの家庭向け電気機器や産業用ロボットの用途などに適用できる。
10 リニアモータ(モータ)
20 磁界発生部材(可動子)
220 永久磁石部
220a 下面(一面:磁極面)
220b 上面(他面)
220c 終端部
221 第1の磁極部
221a 下面(S極面:第1の磁極面)
221b 湾曲面
222 第2の磁極部
222a 下面(N極面:第2の磁極面)
222b 湾曲面
223 境界部(境界)
230 第1の磁性体
230b 露出面
240 第2の磁性体
241 延設部
250 補強部材
30 電磁力発生部材(固定子)
320 コイル

Claims (12)

  1. 一面側が第1の磁極面となる第1の磁極部と、前記第1の磁極部と隣り合うとともに前記一面側が第2の磁極面となる第2の磁極部と、を有する永久磁石部と、
    前記第1の磁極部および前記第2の磁極部のうち少なくともいずれか一方の磁極部における前記磁極面側に配置される第1の磁性体と、
    前記永久磁石部の他面側に、前記第1の磁極部と前記第2の磁極部との境界を跨ぐように配置される第2の磁性体と、
    を備えることを特徴とする磁界発生部材。
  2. 前記第1の磁性体が配置された磁極部は、磁極面の少なくとも一部が前記第1の磁性体が露出した露出面となっている磁極部を含むことを特徴とする請求項1に記載の磁界発生部材。
  3. 前記永久磁石部が極異方着磁された永久磁石を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁界発生部材。
  4. 前記永久磁石部が、前記一面と前記他面との対向方向に等方向着磁された永久磁石を有することを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材。
  5. 前記永久磁石部が1つの永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材。
  6. 前記永久磁石部の前記他面側に補強部材が配置されていることを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材。
  7. 前記補強部材が軟磁性材料で形成された軟磁性部を有することを特徴とする請求項6に記載の磁界発生部材。
  8. 前記第2の磁性体は、前記一面側に向けて延びる延設部が形成されている第2の磁性体を含むことを特徴とする請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材。
  9. 前記延設部が前記一面側まで延びていることを特徴とする請求項8に記載の磁界発生部材。
  10. 前記永久磁石部における少なくとも1つの磁極部が、前記他面側に凸となる湾曲面を有していることを特徴とする請求項1〜9のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材。
  11. 前記永久磁石部は、前記第1の磁極部と前記第2の磁極部との並設方向の端部が終端部となっており、
    前記終端部に配置される前記第1の磁性体が前記一面に露出していないことを特徴とする請求項1〜10のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材。
  12. 請求項1〜11のうちいずれか1項に記載の磁界発生部材と、
    通電により磁界を発生させるコイルを有し、前記磁界発生部材の前記一面側に隙間を空けて対向配置される電磁力発生部材と、
    を備え、
    前記磁界発生部材および前記電磁力発生部材のうちの一方の部材を可動子とするとともに、他方の部材を固定子としたことを特徴とするモータ。
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