JP2018183044A - 磁束スイッチング永久磁石リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】歯先端に過飽和が生じて磁束漏れを伴い、永久磁石の不可逆消磁が生じることのない磁束スイッチング永久磁石(FSPM)リニアモータを提供。【解決手段】本発明は、空隙(ａ)に面する固定子歯(16)を有した長手方向リニア固定子(14)と少なくとも１つの電機子(13)を備えた可動子(12)とを備えたFSPMリニアモータ(10)に関するものであり、少なくとも１つの電機子は、電機子巻線(32)を収容するスロット(30)によって離隔された電機子歯(18)を備えている。本発明によれば、電機子歯(18)のうちの少なくとも一部、好ましくは全部に、それぞれ歯の長手方向(ｌ)に連続して配置された少なくとも２つの永久磁石(20、22)が埋め込まれ、これによって２つの永久磁石(20, 22)は異なる磁気特性を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁束スイッチング永久磁石リニアモータに関するものであり、本リニアモータは、空隙に面する固定子歯を有した長手方向リニア固定子と、電機子を備えた可動子とを備え、電機子は、少なくとも１つの永久磁石とともに可動子の電機子歯を形成するプロファイル部材を備えた電機子プロファイル部を備え、これによって電機子歯は、電機子巻線を収容するスロットで互いに離隔されている。電気子歯は、永久磁石に嵌合する第１の面と、スロットに面して電機子巻線に嵌合する第２の面とを有し、これによって、電気子歯は、空隙の方へ拡張した幅を有する。このような公知の構造は、例えば、図２（ａ）に示され、この図では、半閉鎖スロットは、スロット内の銅体または巻線の配置された領域が歯の最上部に延びる歯先端によって形成されて、幅が増加した歯先端による影響を受けないようになっている。この実施形態は、電機子巻線の銅体用のスペースが、拡張した歯先端による影響を受けないという利点を有する。

磁束スイッチング永久磁石リニアモータ(FSPM)では、このような方式によって歯先端に過飽和が生じ、これにより磁束漏れを伴い、さらに、永久磁石の不可逆消磁が生じることがある。

中国特許出願公開第104 242 501 A号明細書（特許文献１）には、本願請求項１の導入部に記載されている磁束スイッチング永久磁石リニアモータが開示されている。

中国特許出願公開第104 242 501 A号明細書

したがって、本発明の目的は、上述の課題がほぼ解消されるFSPMモータを提供することである。

この目的は、請求項１に記載されているリニアFSPMモータによって解決される。本発明の好適な実施形態は、従属請求項の主題である。また、本発明の好適な実施形態は、本明細書および図面に記載されている。

基本的に、本発明の磁束スイッチング永久磁石(FSPM)リニアモータは、空隙ａに面する固定子歯を有した長手方向リニア固定子と、少なくとも１つの電機子を備えた可動子とを備え、少なくとも１つの電機子は、電機子巻線を収容するスロットによって離隔された電機子歯を備えている。本発明によれば、電機子歯のうちの少なくとも一部、好ましくは全部には、それぞれ歯の長手方向ｌに連続して配置された少なくとも２つの永久磁石が埋め込まれ、これによって２つの永久磁石は異なる磁気特性を有する。

電機子歯先端領域では、磁束密度は実際に高く、過飽和になることがある。さらに、歯先端から離れると、永久磁石の磁束密度は、比較的低い値に低下し得る。この低い動作磁束密度値によって、特に永久磁石が高温条件下で動作する場合に、永久磁石の不可逆消磁が生じ得る。このため、この歯領域に対しては、十分な消磁特性を有する第２の永久磁石が選択され、この領域は、電機子歯の長さの大部分にわたって延びることが好ましい。いずれにしても、例えばネオジム磁石のような十分な不可逆消磁特性を有する磁石は、弱い残留磁気を有するが、このことは、磁化の点から強い磁石を選択することによってモータの性能が低下することを意味する一方で、このような磁石は、残留磁気の点からは弱い磁石である。このため、２つの異なる永久磁石(ハイブリッド磁石)を電機子歯の長さにわたって用いることによって、この課題を解決するが、その場合、電機子歯の最上部の長さにわたっては、十分な消磁特性を有するが残留磁気の低い第２の永久磁石を用いる一方で、歯先端領域にのみ、残留磁気が高く十分な効率をもたらす第１の永久磁石を用いる。この種の永久磁石ハイブリッドは、効率的な永久磁石の必要性を満たす一方で、電機子歯の最上部の長さにわたって消磁に対する十分な保護の必要性を満たす。

第１の永久磁石の断面積は、空隙に平行な面が第２の永久磁石より大きいことが好ましいが、これは、第２の永久磁石より大きな幅を介して得られる。これによって、歯先端における過飽和の危険性が低減する。さらに、これは、第１の磁石および第２の磁石の群全体が効率を高め、磁束漏れが減少するという効果を有する。

本発明の好適な実施形態において、第１の永久磁石の上面は、歯先端と位置が合っている。これによって、第１の永久磁石は、最も高い磁束密度が存在する領域において用いられることになる。残留磁気が低い一方で十分な消磁特性を有する第２の永久磁石を用いることによって、SPMモータの動作効率および信頼性を本質的に高めることができる。

第１の永久磁石と第２の永久磁石の材料は、上述したように互いに異なることが好ましく、第２の磁石は、効率を高めるように高い残留磁気を有することが好ましい第１の永久磁石より残留磁気が低くても不可逆消磁特性が十分なことが好ましい。電機子歯のこの下部の磁束密度は、上部領域、とくに歯先端ほど高くないため、十分な消磁特性とともに低い残留磁気によってモータの信頼性が向上する。

第１の永久磁石と第２の永久磁石の材料は、永久磁石用の対応する基材を選択することによって互いに異なり、異なる残留磁化および消磁特性の必要性が既に満たされるようにすることが好ましい。

電機子歯の幅は、これらの歯先端の方へ（空隙の方へ）増加することが好ましく、これによって電機子歯の幅拡張部分は、既に電機子巻線の高さで、すなわち歯および隣接する巻線が互いに面する箇所で電機子歯の長手方向ｌにおいて発生しているという点から、電機子歯の幅の増加は、既に電機子歯の長手方向において発生している。この手法によって、電機子歯の幅の増加は、歯の長さの大部分にわたって生じる。これにより、図２（ａ）に示すような既知の構成に対して歯先端における磁束密度が減少する。本発明の解決策では、電機子巻線の銅体用のスペースが減少するが、磁束漏れ、過度の磁束密度の回避、ひいては永久磁石の消磁の危険性が本質的に低減する。

電機子歯の幅の増加は、歯の長さの少なくとも半分にわたって生じることが好ましい。したがって、磁束は、このモータの形状において十分に分布し、調和する。

電機子歯の幅は、歯の第２の面に縁を形成することなく連続的に増加することが好ましい。電機子歯のこのような形状によって、均質な磁束、および磁束漏れの減少が生じる。

本発明の好適な実施形態において、電機子歯の幅は、空隙の方へ連続的に増加する。この特徴によって、第２の面は、歯先端の方向、または隣接するスロットの方向において外側に漸増的に湾曲した空隙内にあることになる。このため、歯先端における磁束漏れは最小限に抑えられ、電機子歯には、空隙の方向において過飽和は生じない。

歯幅の増加は、少なくとも部分的には、プロファイル部材の幅拡張部分の幅の増加によって、実現することが有利である。このため、拡張した歯の形状は、幅拡張部分の形状によって容易に設計することができる。当然、永久磁石の幅の増加は、とくに１つの歯または極に複数の永久磁石を用いる場合、歯先端の方への歯幅拡張にも寄与し得る。

好適な実施形態において、電機子は、空隙に平行に延びる、少なくとも１つの電機子基部を有する。電機子部材は、電機子基部から、空隙の方向に、すなわち電機子基部に対して垂直に突き出ている。電機子基部は、可動子の長さの大部分にわたって延びる、例えば、３分の１、半分、または更に可動子の全長にわたって延びる一体型部品であり得る。この電機子基部には、対応する多数の電機子部材が、好ましくは一体型部品として接続される。または、電機子は、プロファイル基部に対して垂直に延びる電機子部材として２つのプロファイル部材のみを有する一連の単一Ｕ字型電機子プロファイル部からも構成されていてもよい。これらの場合のいずれにおいても、電機子部材は、電機子歯の一部を形成する。そこで、電機子歯による空隙の方への歯幅の増加は、永久磁石が埋め込まれた２つの電機子部材の幅拡張部分、および第２の永久磁石に対する第１の永久磁石の幅の増加により生じることが好ましい。とくに、この特徴を、第２の永久磁石に比べて第１の永久磁石の高い残留磁気と組み合わせると、歯の飽和が減少し、トルクが増加する。

本発明の好適な実施形態において、電機子歯による空隙の方への歯幅の増加は、隣接する２つの電機子プロファイル部のプロファイル部材の幅拡張部分、および第２の永久磁石に対する第１の永久磁石の幅の増加により生じる。この実施形態は、歯先端領域に配置された第１の永久磁石の断面積（幅）を増加させることにより、幅の増加を利用して歯の通過磁束流を改善する。

本発明の好適な実施形態では、電機子歯内に埋め込まれた永久磁石は、空隙とは反対方向に面する後部において、電機子プロファイル部の基部から突き出ている。このため、プロファイル基部の領域における磁束漏れが効果的に減少する。この突出部分または突出分のサイズは2mm〜6mmが好ましく、好ましくは3mm〜6mmである。

可動子歯の数は、可動子の移動方向におけるその１メートルの長さ当たり22〜42個であることが好ましく、27〜37個であることが好ましい。可動子の１メートルの長さ当たりの歯（極）のこの比較的多い数は、一方では、例えば１メートル当たり13極と比較して、飽和によるトルクの減少をもたらす。ただし、更に極数が多くなると、モータのコギングトルクまたはトルクリップルが低減する。極数が多くなりトルクが減少することによる飽和効果は、他方では、本発明の基本概念による幅拡張部分を有する電機子歯を作製することによって、達成される。上述した各範囲値は、十分な飽和およびトルクリップル減少とは異なる目的を最良に達成することが分かった。

２つの異なる永久磁石をそれぞれの電機子歯の第１の面の間に嵌合することが好ましく、これによって、第２の永久磁石が電機子歯の長さの大部分にわたって延び、第１の永久磁石は空隙ａの方へ第１の永久磁石と嵌合する。

本発明の好適な実施形態では、スロット数が増加する。このようにして、それぞれのスロットの磁束密度が減少し、また磁束漏れも減少し、歯における過度の磁束密度を防ぎ、永久磁石の消磁の危険性も低減する。この手段によって、電機子プロファイル部材および永久磁石の幅が減少する。このため、電機子歯の幅は、空隙の幅の30％未満であることが好ましい。本出願では、「幅」という用語は、可動子の移動方向（すなわち固定子の長手方向）における広がりを意味する。「長さ」という用語は、空隙の面に対して垂直な方向の寸法に関連する。

本発明は、上述したリニアモータを備えるエレベータにも関する。これによって、FSPMモータの可動子は、エレベータ乗りかごの面に沿って接続され、固定子は、エレベータ昇降路に沿って延びる梁に取り付けられる。このように特定されたモータを有するエレベータは、一方では十分な効率を有し、他方では、とくにFSPMモータの永久磁石の消磁に対して十分な動作特性および高い信頼性を有する。

次の用語、電機子プロファイル部‐積層体‐単位積層体、PM‐永久磁石 - 磁石、銅体‐電機子巻線、モータ‐機械、突出部分‐突出分は、同義語として用いられる。

本発明は、以下に論じるように、FSPMモータの磁気特性を向上させる３つの技術を強調する。
１．空隙の方への歯幅の増加
２．電機子基部における永久磁石の磁石突き出し
３．少なくとも２つの異なる永久磁石によるハイブリッド永久磁石の実装

１．空隙の方への歯幅の増加
スロット数を（例えば、13スロットから25スロットに）増やす場合、25スロットモータの永久磁石の厚さおよび電機子歯の厚さは、13スロット構造の半分になる（更に形状を変更しなければ）。

スロット数が倍増したと仮定すると、スロット数の増加によって、新しいスロットの厚さは、元のスロットの半分になる。このため、スロット数が多いモータでは、磁気回路の磁気抵抗は、スロット数が少ない元のモータのおよそ２倍である。高い磁気抵抗になる主原因の一つは、狭い空隙領域ことである。図３（ａ）および図３（ｂ）において、薄い歯の場合には、磁束が導かれる空隙領域は、図３（ｂ）から明らかなように、図３（ａ）に示す厚い歯の磁束と比較して小さいことが示されている。例えば、薄い歯の幅が厚い歯の幅の半分である場合、このことは、図３（ｂ）による薄い歯の場合における磁気抵抗が図３（ａ）による厚い歯の２倍であることを意味するが、これは、式（１）から理解できるように、磁気抵抗が磁束導路面積（Ａ）に反比例するからである。

式中、R_δは空隙の磁気抵抗であり、δは空隙の長さであり、μ₀は真空透磁率であり、A_δは磁束導路面積である。

高い磁気抵抗は必然的に、空隙を通って導かれる単一の永久磁石による磁束を更に小さくする。したがって、スロット数が多く、これに伴い歯の厚さが小さなFSPMモータの場合、半閉鎖電機子スロットをもたらす歯幅の増加した歯を用いることが好適である。この目的は、矩形の歯の構成を開示する図４（ａ）、および歯幅が増加した構成を示す図４（ｂ）に示されているように、磁束が導かれる空隙領域を増加させることである。

薄い電機子歯を有したFSPMに半閉鎖スロットを用いることによって、空隙の磁気抵抗を大幅に減少させることが可能である。ただし、これは、PMSMに用いられる空隙を通って移動する磁束を増加させる伝統的な方法である。それにもかかわらず、この方法には重大な欠点がある。この欠点の理由は、図５ａに説明されている。この図には、歯における磁束密度の累積効果によって、空隙の方へ強い磁束過飽和がもたらされることが示されている。一方、この過飽和は、（空隙ではなく積層体内において）磁気回路の磁気抵抗を増加させ、その結果、空隙を横断するPM磁束を減少させる。

図２（ａ）に示されているように、半閉鎖スロットは、伝統的に歯先端によって実現される。したがって、歯先端は、銅体用のこのスペースを確保するために（巻線の高さ28より下に）、スロット内で可能な限り小さなスペースを占めている必要がある。しかし、本出願人は、FSPM機械において、銅体用のスペースを確保するよりも空隙の方へ歯を広くすることが有益であることを明らかにした。歯を広くしてもスロット内の銅体をそれほど補償することはなく、空隙を横断するPM磁束を増やすことによってFSPM機械の力密度が増加する。したがって、電機子の好ましい歯の構成は、図２（ａ）に示されている半閉鎖間隙の先行技術の構成から図２（ｂ）および図２（ｃ）による形状に変更され、歯幅は、銅体領域（電機子巻線の銅体の高さ28より下の領域）にわたって増加する。このため、図２（ａ）では、幅の増加は、電機子歯の長さの半分に及んでいる。図２（ｃ）では、幅の増加は、さらに銅体のアースまたはプロファイル基部から算出される電機子歯の全長に及んでいる。

これによって、強い過飽和を有する局所領域を防ぐ。したがって、FSPM機械の性能が向上する。図６には、半閉鎖スロット（図２（ａ））および本発明の構成（図２（ｂ））を有するモータ形態によって生じる力の比較が示されている。

図６には、半閉鎖スロットを有するFSPMによって生じる力が実線により示され、また提案した本発明の歯の形状（既に銅体領域において空隙の方へ幅が増加している）が破線により示されている。提案した歯の形状によって、FSPMモータにより生じる力を30％増加可能であることが理解できる。

２．電機子基部における磁石突き出し
伝統的に、FSPM機械では、磁石は、単位積層体（すなわち、プロファイル部材の長さに加えて空隙に対して垂直な方向ｌにおけるプロファイル基部の拡張部）と同じ高さを有する。ただし、主磁気経路の磁気抵抗が高い場合、ある量の磁束漏れが発生することがある。磁束漏れの量が中程度である場合、FSPM機械により生じる力密度にとっては重大ではない。しかし、この磁束漏れが積層体または電機子プロファイル部のあるスペースを占めると、これが多くなれば、ある領域に過飽和が増加し、また主磁気回路の磁気抵抗も増加することがある。このため、２つの電機子プロファイル部の間において、電機子基部に磁束漏れが生じることがある。この漏洩は、主要かつ有用な磁束と同じ経路により流れ、その結果、磁気回路の磁気抵抗全体に対して一定の影響を及ぼす。電機子基部における漏れを減少させるために、磁石の長さは、空隙とは反対方向に面する後部において磁石が電機子プロファイル部から突き出るように延びる。

このように、図７ａは、永久磁石が電機子プロファイル部の後部から突き出ていないときの２つの電機子プロファイル部間の磁束密度分布および漏れ経路を示している。図７ｂは、磁石が約3.5mm突き出ている（突き出している）ときの磁束密度分布および磁束漏れを示している。永久磁石が突き出している場合、積層歯の上部における磁束密度は減少し、この領域を更に薄くすることが可能であるため、銅体用のスロットスペースを増加させることが可能である。

３．ハイブリッド永久磁石の実装
比較的薄い歯を有するFSPMの磁気回路は、大きな磁気抵抗を有する。したがって、永久磁石の磁束密度は、比較的低い値に低下し得る。この低い動作磁束密度値によって、特に永久磁石が高温条件下で動作する場合に、永久磁石の不可逆消磁が生じ得る。

この不可逆消磁を回避するために、永久磁石用に選択された種類の材料は、専ら過酷な動作条件用のものである必要がある。ただし、十分な不可逆消磁特性を有する永久磁石、例えばネオジム磁石は、他方では弱い残留磁気を有する。このことは、消磁の点から強い磁石を、また残留磁気の点からは弱い磁石を選択することによって、機械の性能が低下することを意味する。これに代わって、ハイブリッド永久磁石システムが利用されることが好ましく、次のような少なくとも２つの異なる種類の磁石が選択される。すなわち、
ａ）主な作動磁束を発生させる第１の永久磁石
ｂ）単位積層体間の磁束漏れを排除し、（第１の磁石群によって生じる）主磁束を正しい経路にのみ維持する第２の永久磁石である。

このような区分により、これらの２つの異なる永久磁石の材料をその機能性に応じて最適化することが可能である。第１の永久磁石群は、過酷な条件下では機能しないが、このため高い残留磁気（例えば、B_r=1.3T）を有する種類の材料から製造することができるのに対し、第２の永久磁石は、主磁束への寄与が比較的低いため、高い残留磁気を有する必要はないが、低い磁束密度において機能し、十分な不可逆消磁特性を有する必要がある。したがって、この第２の永久磁石群は、低い残留磁気（例えば、B_r=1.1T）を有するが十分な消磁特性を有する種類の材料から製造することができる。

実際の磁束を生じる第１の磁石群の有効性を高め、同時に単位積層体の形状を最適化して磁束漏れを減少させるためには、図１および図８に示されているように、この第１の永久磁石を更に広くし（更に大きな断面積を有するようにし）、次いで第２の永久磁石群を更に広くすることが好適である。少なくとも２つの異なる永久磁石、好ましくは異なる幅を含む好適なハイブリッド磁石材料は、本発明によるFSPM機械の最適化において更に多くの自由度を付与してその性能を向上させ、不可逆消磁を回避する。

電動モータの電機子形状において通常であるように、電機子は、Ｕ字型電機子プロファイル部（単位積層体）から形成されることが好ましく、これによって可動子のそれぞれの永久磁石は、隣接する２つの電機子プロファイル部の面の間に埋め込まれ、電機子巻線は、Ｕ字型電機子プロファイル部の２つの平行な部材間に配置され、平行な部材は、埋め込まれた永久磁石とともに電機子歯を形成する。この構成によって、異なる幅の異なる永久磁石であっても、隣接する電機子プロファイル部の２つの平行な部材の間に確実に埋め込まれる。これによって、考えられる幅の増加は、電機子プロファイル部の電機子部材の幅を増加させること、および／または永久磁石の幅を増加させることによって実現することができ、歯先端の第１の永久磁石は、好ましくは歯の長さの大部分にわたって延びる下部歯領域の第１の永久磁石よりも幅が大きいことが好ましい。

それぞれの電機子プロファイル部は、積み重ねられた電機子プロファイル部板金によって形成されることが好ましいが、これは、電機子の構成上、信頼性があり現用されているためである。

少なくとも１つの永久磁石は、電機子歯の長手方向に対して垂直な方向に磁化されることが好ましい。この場合、可動子の幅方向Ｗにおいて連続する永久磁石は、互いに反対方向に磁化することが好ましい。

歯の長さ方向ｌにおける永久磁石の長さは、電機子プロファイル部のプロファイル部材の長さ、とくに電機子プロファイル部を合わせた長さより大きいことが好ましい。この特徴によって、電機子後部に永久磁石が突き出て、確実に磁束特性を向上させ、とくに磁束漏れを減少させる。

電機子歯内に埋め込まれた永久磁石は、空隙(ａ)とは反対方向の電機子プロファイル部において突出分(ｄ)だけ突き出ていることが好ましい。これによって、電機子基部における磁束漏れが減少し、突出分は、2〜6mmが好ましく、好ましくは3〜5mmである。

可動子の移動方向において、２つのプロファイル部材の間に埋め込まれた永久磁石から構成される電機子歯の幅は好ましくは、隣接する電機子スロットの幅に対して40〜65％、好ましくは50〜60%であり、これは、当然、歯部分の幅が拡張されていないことに関係する。この極形状によって、非常に好適な磁化特性、および強くかつ均質な磁束が生じる。

歯の幅が拡張した部分の最大幅は、幅が拡張されていない部分のプロファイル部材の幅の30〜60％、とくに40〜50％であることが好ましい。これによって、飽和が増加し、トルクが高くなり、とくに可動子１メートルの長さ当たりの極数が増加し、すなわち極数は、可動子１メートルの長さ当たり20〜40極である。

乗用エレベータにおける可動子の長さは、通常、0.5m〜1.5m、とくに0.7m〜1mである。

次の用語、電機子部材‐プロファイル部材、電機子基部‐プロファイル基部、磁束‐磁気束、電機子プロファイル部‐電機子鉄心、歯‐極、電機子基部‐電機子アース‐電機子後部は、同義語として用いられる。

本発明は、主に回転モータにも応用可能であり、この場合、空隙は円形であり、線形ではない。

当然、本発明は、電機子歯当たり３つ以上の異なる磁石を用いることも包含する。これによって、空隙からの距離に対して永久磁石を最適化することが可能である。このため、先端において、第１の永久磁石は、残留磁気が高いが、消磁特性はそれほど十分ではなくてもよい。第１の永久磁石よりも下方では、第２の永久磁石は、残留磁気および消磁特性がバランスのとれた特性で用いることができるが、第２の永久磁石よりも下方では、第３の永久磁石は、残留磁気が低いが十分な消磁特性で用いることができる。

本発明とともに一部の先行技術についても、添付の概略図に関連して実施形態により以下に説明する。

図１は、本発明によるFSPMモータの可動子および固定子の一部の長手方向断面を示す。 図２（ａ）は、半閉鎖スロットを有した先行技術に係る電機子プロファイル部の構成を示す。図２（ｂ）および図２（ｃ）は、本発明に係る電機子プロファイル部の形状を示す。 図３（ａ）および図３（ｂ）は、歯の数を増加させ、そして電機子プロファイル部材の幅を減少させることにより歯幅が減少するときの磁束を示す。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、公知の半閉鎖スロットの場合の磁束を示す。 図５ａは、先行技術の電機子歯における磁束を示す。 図５ｂは、本発明に係る電機子歯における磁束を示す。 図６は、図２（ａ）による半閉鎖スロットを有する従来の可動子、および図２（ｂ）による歯幅が増加した可動子によって生じる力を示す。 図７ａは、従来の構成によるプロファイル基部における磁束漏れを示す。 図７ｂは、本発明に係る永久磁石が突き出したプロファイル基部における磁束漏れを示す。 図８は、増加した歯幅と、２つの異なる永久磁石から構成される永久磁石ハイブリッドとを有する本発明による可動子電機子における磁束を示す。

図１は、FSMPリニアモータ10において、可動子12および固定子14を備えたリニアFSMPモータを示し、固定子は通常、エレベータ昇降路において数メートルから十数メートルの長さにわたって、または高層エレベータでは更に数百メートルまで延びるので、一部分のみが図示されている。可動子12は通常、エレベータ乗りかごの面に沿って接続され、固定子14と可動子12との間の協働作用は、エレベータ乗りかごを、エレベータ昇降路に沿って垂直方向に移動させるのに用いられる。固定子14と可動子12との間には、空隙ａが設けられ、これによって、固定子側では固定子歯16が空隙ａに面し、可動子12側では電機子13が設けられ、電機子は、好ましくは複数のＵ字型電機子プロファイル部15から構成され、Ｕ字型電機子プロファイル部は、電機子13の幅方向Ｗに連続して配置されて互いに隣接し、Ｕ字型電機子プロファイル部の間に位置する永久磁石20、22によってわずかに離隔されている。ｌは、空隙ａの方向における電機子の長さ方向（空隙の面に対して垂直）を表し、空隙ａからの距離に対する電機子13の領域を画定する。これらの方向の指定は、すべての図に適用する。

それぞれの電機子プロファイル部15はプロファイル基部21から構成され、プロファイル基部21は、プロファイル基部21に対して垂直に延びる２つの平行なプロファイル部材23を有している。隣接する２つの電機子プロファイル部15のプロファイル部材23は、電機子プロファイル部の間に埋め込まれた少なくとも２つの異なる永久磁石20、22が埋め込まれた電機子歯を形成する。第１の永久磁石22は、歯先端領域にあり、第２の永久磁石20より大きな幅を有し、残留磁気が高いが、消磁特性はそれほど十分ではない。第２の永久磁石は、電機子歯18の長さの大部分にわたって延び、電機子後部または電機子基部において突出分ｄだけ突き出ている。第２の永久磁石は、第１の永久磁石より低い残留磁気を有するが、十分な消磁特性を有する。電機子歯18は、電機子13から空隙ａの方向に突き出ている。それぞれの電機子プロファイル部15のプロファイル部材23の間には、電機子巻線32を収容するように構成されたスロット30が形成されている。

電機子プロファイル部15は、規則的に重ね合わせた積層体または単位積層体であり、これに対応するプロファイルをかたどった板金から形成されている。また、電機子プロファイル部15は、これらの複数のＵ字型プロファイル部を連続した一部品として構成することもでき、これによって電機子13の別個の電機子プロファイル部15の数が減少する。

隣接する２つの電機子プロファイル部のプロファイル部材23は、電機子歯18の長さｌの大部分にわたって第２の永久磁石20が埋め込まれている。第１の永久磁石22は、第２の永久磁石20の上部、とくに歯先端19の領域に配置されている。第１の永久磁石22は、第２の永久磁石20より大きなベース領域および幅を有し、電機子歯18の先端19が空隙ａに面するように、その上面と位置が合っている。

第２の永久磁石20は、電機子プロファイル部15のプロファイル基部21によって形成された電機子13の後部の上方に突出分ｄだけ突き出て、これによってプロファイル基部21の領域における磁束漏れが減少する。

これらの幾何学特性を有したリニアFSPMモータは、高い効率と低い磁束漏れ、および消磁に対する高い信頼性を有する。

図２（ｂ）および図２（ｃ）は、可動子の電機子鉄心または電機子プロファイル部15の、考えられる２つの異なる形状を示し、図２（ｂ）の実施形態では、プロファイル部材23の幅拡張部分36がプロファイル部材の長さの半分にわたっているのに対し、図２（ｃ）の実施形態では、電機子歯18の幅拡張部分36がプロファイル部材23の全長ｌに広がっている。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、全体として、電機子13と固定子14との間の磁束に対するプロファイル部材23の幅の減少による効果を示している。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、全体として、電機子13と固定子14との間の磁束に対するプロファイル部材23の周知の半閉鎖スロット方式36による磁束増加効果を示している。

図５ａおよび図５ｂは、本発明に係る幅拡張歯18を用いる場合の電機子13と固定子14との間の磁束密度の減少による利点を示し、プロファイル部材の幅拡張部分36によって、電機子歯18と固定子歯16との間の磁束密度が減少する（黒色の矢印）。

図６および図７に関しては、上の一般的な説明を参照されたい。

図８は、本発明によるFSPMリニアモータの磁束を示し、このFSPMリニアモータは、幅が拡張した一方の側の電機子歯18と、ハイブリッド永久磁石とを有し、ハイブリッド永久磁石は、好ましくは残留磁気が低い（したがって、これに対応して消磁安定性が高い）第２の永久磁石20から構成され、第２の永久磁石20は、その永久磁石20より幅の大きな第１の永久磁石22によって歯先端19の方向に重っている歯18の長さの最上部にわたっている。さらに、これらの第２の永久磁石20は、モータの効率を向上させるように、第１の永久磁石22より高い残留磁気を有する。

要約すると、電機子歯18の幅の増加は、プロファイル部材23の幅拡張部分36、および第２の永久磁石20に対する第１の永久磁石22の幅の増加によって実現される。電機子歯18と固定子歯16との間の界面における磁束密度は中程度であり、これによって、漏れ磁束が少なくなり、永久磁石20、22の不可逆消磁の傾向が減少することが理解できる。

各図の実施形態において、電機子歯の幅の増加は任意である。また、電機子歯は直線状であっても、銅体（または巻線）の上方が幅拡張部分によって半閉鎖していてもよい。さらに、永久磁石の電機子アースにおける突出分ｄも、任意である。

本発明は、開示されている実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲内において変更することができる。

10 FSPMリニアモータ
12 可動子
13 電機子
14 固定子
15 電機子プロファイル部
16 固定子歯
18 電機子歯
20 第２の永久磁石
21 電機子基部‐電機子プロファイル基部
22 第１の永久磁石
23 電機子部材‐プロファイル部材
24 永久磁石に面するプロファイル部材の第１の面
26 スロットに面するプロファイル部材の第２の面
28 スロット内の電機子巻線の高さ
30 スロット
32 電機子巻線‐銅体
36 プロファイル部材の幅拡張部分
ｌ 可動子領域に対して垂直な長さ方向
ｄ 電機子アースにおける第２の永久磁石の突出分
Ｗ 可動子の長さ方向または移動方向における電機子の幅方向
ａ 空隙

Claims (15)

1. 空隙に面する固定子歯を有した長手方向リニア固定子と、少なくとも１つの電機子を備え可動子とを備え、該少なくとも１つの電機子は、電機子巻線を収容するスロットによって離隔された電機子歯を備え、該電機子歯のうちの少なくとも一部、好ましくは全部に、それぞれ前記歯の長手方向に連続して配置された少なくとも２つの永久磁石が埋め込まれ、これによって該２つの永久磁石は異なる磁気特性を有する磁束スイッチング永久磁石(FSPM)リニアモータにおいて、第１の永久磁石が歯先端の方の領域に配置され、また第２の永久磁石が前記第１の永久磁石よりも下において前記歯の長さの大部分に沿って配置され、前記第１の永久磁石の残留磁気は、前記第２の永久磁石の残留磁気より高いことを特徴とする磁束スイッチング永久磁石(FSPM)リニアモータ。
2. 請求項１に記載のリニアモータにおいて、前記第１の永久磁石の幅は、前記第２の永久磁石の幅より大きいことを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１または２に記載のリニアモータにおいて、前記第１の永久磁石の上面は、歯先端と位置が合っていることを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石の材料は互いに異なることを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記電機子はＵ字型電機子プロファイル部により形成され、該Ｕ字型電機子プロファイル部は、プロファイル基部と少なくとも２つの平行なプロファイル部材とから構成され、該プロファイル部材は、前記プロファイル基部に対して垂直に前記空隙の方へ延び、これによって前記永久磁石は、前記プロファイル部材の第１の面の間に埋め込まれ、前記電機子巻線は、前記プロファイル部材の第２の面の間に配置されていることを特徴とするリニアモータ。
6. 請求項５に記載のリニアモータにおいて、それぞれの電機子プロファイル部は、積み重ねられた電機子プロファイル部板金によって形成されていることを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項５または６に記載のリニアモータにおいて、前記歯の長さ方向における前記永久磁石の長さは、前記電機子プロファイル部の前記プロファイル部材の長さより大きいことを特徴とするリニアモータ。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記電機子歯内に埋め込まれた前記永久磁石は、前記空隙とは反対方向の電機子プロファイル部において突出分だけ突き出ていることを特徴とするリニアモータ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記電機子は、電機子部材が前記空隙の方向に突き出た少なくとも１つの電機子基部を有し、前記電機子部材は前記電機子歯の一部を形成し、該電機子歯による前記空隙の方への歯幅の増加は、前記永久磁石が埋め込まれた２つの電機子部材の幅拡張部分、および前記第２の永久磁石に対する前記第１の永久磁石の幅の増加により生じることを特徴とするリニアモータ。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記電機子歯は前記空隙の方へ拡張した幅を有し、これによって前記電機子歯の幅は、既に前記電機子巻線の高さで前記電機子歯の長手方向において発生していることを特徴とするリニアモータ。
11. 請求項10に記載のリニアモータにおいて、前記電機子歯の幅の増加は、前記歯の長さの少なくとも半分にわたって、好ましくは前記歯の全長にわたって生じることを特徴とするリニアモータ。
12. 請求項10または11に記載のリニアモータにおいて、前記電機子歯の幅拡張部分は、前記スロットに面する面に縁を形成することなく連続的に増加することを特徴とするリニアモータ。
13. 請求項10ないし12のいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記幅拡張部分の幅の増加は、前記空隙の方へ連続的に増加し、これによって、前記電機子巻線に面する面は前記スロットの方へ外側に漸増的に湾曲することを特徴とするリニアモータ。
14. 請求項１ないし13のいずれかに記載のリニアモータにおいて、可動子歯の数は、前記可動子の移動方向においてその１メートルの長さ当たり22〜42個、とくに27〜37個であることを特徴とするリニアモータ。
15. 請求項１ないし14のいずれかに記載のFSPMリニアモータを備えるエレベータにおいて、前記可動子は、エレベータ乗りかごの面に沿って接続され、前記固定子は、エレベータ昇降路に沿って延びる梁に取り付けられていることを特徴とするエレベータ。

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