JP2021121153A - Halbach field magneton and rotary electric machine equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハルバッハ界磁子を有する回転電機に関する。 The present invention relates to a rotary electric machine having a Halbach field magnet.
回転電機(電動機(モータ)または発電機)において、磁場を高めるために、複数の単位永久磁石をハルバッハ配列という磁石配列に従った配置手法が知られている。
つまり、複数の単位永久磁石を、単にN極とS極とが交互になるように配置する場合、磁石配列の表側と裏側の両方に磁場が発生するため、磁場を有効利用できないところ、ハルバッハ配列は、複数の単位永久磁石の磁極を、所定角度(例えば90°)ずつ回転させながら順に配列する。これにより、磁石配列の一方の側の磁場が弱まり、他方の側では磁場が強くなって、磁石配列の片側に強い磁場を発生させることができる。
In a rotating electric machine (motor or generator), in order to increase the magnetic field, a method of arranging a plurality of unit permanent magnets according to a Halbach array is known.
That is, when a plurality of unit permanent magnets are simply arranged so that the north and south poles alternate, magnetic fields are generated on both the front side and the back side of the magnet arrangement, so that the magnetic fields cannot be effectively used. Arranges the magnetic poles of a plurality of unit permanent magnets in order while rotating them by a predetermined angle (for example, 90 °). As a result, the magnetic field on one side of the magnet arrangement is weakened, the magnetic field is strengthened on the other side, and a strong magnetic field can be generated on one side of the magnet arrangement.
例えば、特許文献1には、ハルバッハ配列された1列の単位永久磁石配列を有するハルバッハ界磁子が記載されている。また、特許文献2には、それぞれハルバッハ配列された2列の単位永久磁石配列(デュアルハルバッハ配列)を有するハルバッハ界磁子が記載されている。これらの特許文献に開示されたハルバッハ界磁子は、界磁をリング状に構成している。
For example,
ここで、ハルバッハ配列された単位永久磁石配列を有するハルバッハ界磁子には、極めて強い磁力を持った単位永久磁石が使われる。そのため、隣接する単位永久磁石間に極めて強い反発力、吸引力が発生するため、この強い反発力や吸引力に対して何ら対策を施さない場合には、いずれかの単位永久磁石が反発力や吸引力の影響により、単位永久磁石配列から押し出されたり、傾きが生じたりして、所期のハルバッハ配列が乱されるおそれがある。 Here, a unit permanent magnet having an extremely strong magnetic force is used for the Halbach field magnet having a Halbach array of unit permanent magnets. Therefore, extremely strong repulsive force and attractive force are generated between adjacent unit permanent magnets. Therefore, if no measures are taken against this strong repulsive force or attractive force, one of the unit permanent magnets will generate repulsive force or attractive force. Due to the influence of the attractive force, the unit permanent magnet arrangement may be pushed out or tilted, and the intended Halbach array may be disturbed.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、複数の単位永久磁石によるハルバッハ配列を所期の配列に保持し、ハルバッハ界磁としての機能を維持できるハルバッハ界磁子およびこれを備える回転電機を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made by paying attention to such a problem, and can maintain the Halbach array by a plurality of unit permanent magnets in the desired array and maintain the function as the Halbach field. An object of the present invention is to provide a magnet and a rotating electric machine equipped with the magnet.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るハルバッハ界磁子は、軸方向両端の2つの面が相互に平行で且つ合同な矩形若しくは扇形またはこれらを組み合わせた形状であって軸方向に沿った他の4つの面が前記2つの面相互の対向する輪郭線に沿った平面または湾曲面になっている六面形状をなす複数の単位永久磁石と、中空円筒状をなす非磁性部材の内筒および外筒と、を備え、前記内筒および外筒が同軸に配置されるとともに、該同軸に配置された内筒と外筒との対向空間内に拘束されるように、前記複数の単位永久磁石がハルバッハ配列をなして前記内筒および外筒と同軸の円筒状に配置されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the Halbach field magnet according to one aspect of the present invention has a rectangular or fan shape in which two planes at both ends in the axial direction are parallel to each other and congruent, or a shape obtained by combining them in the axial direction. A plurality of hexagonal unit permanent magnets in which the other four surfaces along the line are planes or curved surfaces along the opposite contour lines of the two surfaces, and a hollow cylindrical non-magnetic member. The inner cylinder and the outer cylinder are provided, and the inner cylinder and the outer cylinder are arranged coaxially, and the plurality of the inner cylinder and the outer cylinder are constrained in the facing space between the inner cylinder and the outer cylinder arranged coaxially. Unit Permanent magnets are arranged in a Halbach array in a cylindrical shape coaxial with the inner cylinder and the outer cylinder.
本発明の一態様に係るハルバッハ界磁子によれば、中空円筒状をなす非磁性部材の内筒および外筒が同軸に配置され、この同軸に配置された内筒と外筒との対向空間内に拘束されるように、複数の単位永久磁石がハルバッハ配列をなして内筒および外筒と同軸の円筒状に配置されるので、複数の単位永久磁石によるハルバッハ配列を所期の配列に保持し、ハルバッハ界磁としての機能を維持できる。 According to the Halbach field magnet according to one aspect of the present invention, the inner cylinder and the outer cylinder of the non-magnetic member forming a hollow cylinder are arranged coaxially, and the space opposite to the inner cylinder and the outer cylinder arranged coaxially. Since multiple unit permanent magnets are arranged in a Halbach array in a cylindrical shape coaxial with the inner and outer cylinders so as to be constrained inside, the Halbach array by multiple unit permanent magnets is maintained in the desired arrangement. However, the function as a Halbach field can be maintained.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る回転電機は、本発明のいずれか一の態様に係るハルバッハ界磁子を備えることを特徴とする。 Further, in order to solve the above problems, the rotary electric machine according to one aspect of the present invention is characterized by including a Halbach field magnet according to any one aspect of the present invention.
本発明によれば、複数の単位永久磁石によるハルバッハ配列を所期の配列に保持し、ハルバッハ界磁としての機能を維持できる。 According to the present invention, the Halbach array of a plurality of unit permanent magnets can be maintained in the desired array, and the function as the Halbach field can be maintained.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. The drawings are schematic. Therefore, it should be noted that the relationship, ratio, etc. between the thickness and the plane dimension are different from the actual ones, and there are parts where the relationship and ratio of the dimensions are different between the drawings.
Further, the embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the material, shape, structure, and arrangement of constituent parts. Etc. are not specified in the following embodiments.
本実施形態は、回転電機として、三相同期電動機として構成されたハルバッハモータに、本発明を適用した例である。
図1および図2に示すように、本実施形態のハルバッハモータ1は、複数の単位永久磁石50を円筒状に配列した構造を含んで構成された円筒状の界磁子2と、界磁子2の外周面に径方向で対向配置するように、3つの電機子巻線30が収容されたコイルホルダ12と、を有する。このハルバッハモータ1は、下部がベース17によって支持された状態で設置対象に装着される。
This embodiment is an example in which the present invention is applied to a Halbach motor configured as a three-phase synchronous motor as a rotary electric machine.
As shown in FIGS. 1 and 2, the Halbach
本実施形態の界磁子2は、図3に示すように、単位永久磁石50を周方向に複数個(この例では40個)を円筒状に組み合わせてハルバッハ配列された4極のN・S磁界構造を有するものである。なお、図3(a)に示すように、複数の単位永久磁石相互を特に区別しないで呼称するときには、代表符号50として標記する。
As shown in FIG. 3, the
複数の単位永久磁石50は、所定のハルバッハ配列となるように、隣り合う単位永久磁石50相互の磁性方向が異ならせたものが組み合わされる。なお、図3において、各単位永久磁石50の端面に示す矢印は、それぞれのもつ磁性方向のイメージを示しており、矢印基端側がS極、先端側がN極である。
そして、本実施形態の界磁子2は、複数の単位永久磁石50による円環状列が、径方向内側に薄肉円筒状の界磁子内ホルダ3がはめ込まれるととともに、径方向外側に薄肉円筒状の界磁子外ホルダ4がはめ込まれている。内外の界磁子ホルダ3、4は炭素繊維製である。
The plurality of unit
Then, in the
ハルバッハ配列は、例えば図3(b)に示すように、3の倍数に2を加えた数の何れか一つが分割数とされ、電気角1周期を分割数で除した角度ずつ着磁方向が順に変更されてなる単位永久磁石50が配列されることが好ましい。この場合、すべての単位永久磁石50の着磁方向に平行な断面積形状が同一である。
In the Halbach array, for example, as shown in FIG. 3 (b), any one of the numbers obtained by adding 2 to a multiple of 3 is set as the number of divisions, and the magnetizing direction is set by the angle obtained by dividing one period of the electric angle by the number of divisions. It is preferable that the unit
本明細書では、ハルバッハ配列された4極の相対関係を説明する便宜のため、図3(b)に示すように、一のS極を上に位置させたときに、当該S極の位置を符号Snと呼び、その反対側に位置するS極を符号Ssと呼び、右側に位置するN極を符号Neと呼び、左側に位置するN極を符号Nwと呼ぶこととする。
また、本明細書では、これら4極の間に位置する所定のハルバッハ配列となる単位永久磁石50の組を遷移部50tと称し、各遷移部50tにおいて、S極からN極に向けて順に遷移する各単位永久磁石50については、それぞれS極側から順に50a〜50iと呼称することとする。
In the present specification, for convenience of explaining the relative relationship of the four poles arranged in the Halbach array, as shown in FIG. 3 (b), when one S pole is positioned upward, the position of the S pole is set. The S pole located on the opposite side is called the code Ss, the N pole located on the right side is called the code Ne, and the N pole located on the left side is called the code Nw.
Further, in the present specification, a set of unit
本実施形態の界磁子2は、S極部用として二つの単位永久磁石50s、N極部用として二つの単位永久磁石50n、そして、4つのハルバッハ遷移部50tには、それぞれ9種類の単位永久磁石50a〜50iが4組配置される。そのため、一の界磁子2を組み上げるには、計11種類、40個の単位永久磁石50を要する。
つまり、本実施形態では、すべての単位永久磁石50の着磁方向に平行な断面積形状が同一なので、着磁方向が18°ずつ順に変更されてなる40個の単位永久磁石50の組によって界磁子2のハルバッハ配列が構成されている。
これにより、ハルバッハモータ1によれば、定格回転数に達するまでに機械的共振周波数を通過するものの、トルクリップルが抑制されることにより、機械的共振周波数を通過する際の振動が抑制される。
The
That is, in the present embodiment, since all the unit
As a result, according to the Halbach
本実施形態の界磁子2は、所定の六面形状をなす複数の単位永久磁石50と、中空円筒状をなす非磁性部材の内筒3および外筒4と、を備え、内筒3および外筒4が同軸に配置されるとともに、この同軸に配置された内筒3と外筒4との対向空間内に拘束されるように、複数の単位永久磁石50がハルバッハ配列をなして内筒3および外筒4と同軸の円筒状に配置されている。特に、本実施形態の界磁子2は、円筒状に配置された複数の単位永久磁石50は、相互に接着されることなく、内筒3および外筒4のみによって径方向の位置が拘束されている。なお、周方向の位置については、当然に、充填状態に隣接配置される数の単位永久磁石50相互によって拘束される。
The
ここで、単位永久磁石50の所定の六面形状は、図4、図5または図6に示すように、軸方向両端の2つの面51a、51bが相互に平行で且つ合同な矩形(図4)若しくは扇形(図5)またはこれらを組み合わせた形状(図6)であって軸方向に沿った他の4つの面52j、52k、53、54が、2つの面51a、51b相互の対向する輪郭線に沿った平面または湾曲面になっている立体形状を採用できる。
本実施形態の界磁子2では、図4に示すように、複数の単位永久磁石50は、六面形状の態様が、軸方向両端の2つの面51a、51bが相互に平行で且つ合同な台形形状であり、他の面52j、52k、53、54は、すべて軸方向に沿った平行四辺形形状をなす四角柱状である。
Here, the predetermined hexahedral shape of the unit
In the
さらに、本実施形態の界磁子2では、各単位永久磁石50は、図7に一例を示すように、2つの面51a、51bのうち、軸方向の少なくとも一方の端面に、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを区別可能な印が凹の形状によって視認可能に設けられている。
つまり、図3においては、各単位永久磁石50の端面に示す矢印は、それぞれのもつ磁性方向のイメージを示しているところ、本実施形態の界磁子2では、実際の各単位永久磁石50の端面51a、51bに、それぞれのもつ磁性方向と一致する「印」を実際に設けているのである。
Further, in the
That is, in FIG. 3, the arrows shown on the end faces of the
この印は、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを目視で区別可能であれば、種々の態様を採用できる。例えば、印は、色、記号、またはこれらの組み合わせから構成できる。
本実施形態では、図7に示したように、それぞれの単位永久磁石50のもつ磁性方向と一致する矢印が凹の刻印により刻まれている。さらに、凹の刻印の凹部には、組み上げられた際の視認性をより向上させるために、相互に、色の異なる塗料が充填されている。
Various aspects of this mark can be adopted as long as the other unit
In the present embodiment, as shown in FIG. 7, an arrow corresponding to the magnetic direction of each unit
本実施形態の界磁子2では、ハルバッハ配列された4極のN・S磁界構造を有する例なので、極部に相当する4つの単位永久磁石50s、50nの端面にあっては、S極部分に位置する単位永久磁石50sの凹の刻印の凹部には、例えば青色の塗料が充填され、N極部分に位置する単位永久磁石50nの凹の刻印の凹部には、例えば赤色の塗料が充填され、さらに、極部と極部との間に配置されるハルバッハ遷移部50tの単位永久磁石50a〜50iの凹の刻印の凹部には、塗料が充填されない、または、他の色(例えば黄色)が充填される。
Since the
ここで、単位永久磁石50が円筒状に組み上げられた界磁子2は、軸回りの質量バランスを確認し、バランスのずれが所定を超えるようであれば、バランサを追加するなどによって適正バランスをとる必要がある。
これに対し、ハルバッハ遷移部50tを構成する単位永久磁石50a〜50iは、円筒状に組み上げられた状態で相互に吸着する傾向を示すのに対し、N極部分およびS極部分に位置する単位永久磁石50s、50nは、隣接するハルバッハ遷移部50tの単位永久磁石50との間で反発する傾向を示し、累積誤差が集積された隙間が極部の単位永久磁石50s、50nの両側面52j、52kの位置に生じる。
Here, the
On the other hand, the unit
そこで、円筒状に組み上げられた界磁子2において軸回りの質量バランスをとるに際しては、極部の単位永久磁石50s、50nの両側面52j、52kの位置に、隙間を埋める非磁性の充填剤をバランサとして充填することによって、組み上げられた界磁子2の軸回りの質量バランスを調節することが好ましい。
図1および図2に戻り、界磁子内ホルダ3の内周面には、アルミ製の内ヨーク5が同軸にはめ込まれ、内ヨーク5端面の固定雌ねじ部に、軸方向の前後に界磁子端部ホルダ6が複数のホルダ固定ボルト22によって固定され、これにより、複数の単位永久磁石50の円筒状組み合わせ状態が保持されている。
Therefore, when balancing the mass around the axis in the
Returning to FIGS. 1 and 2, an aluminum
コイルホルダ12は、外周側を向く面に、電機子巻線30を収容する楕円状の凹部が形成されている。コイルホルダ12の楕円状の凹部は、電機子巻線30が収容された後に、コイルホルダ蓋14によって覆われる。
コイルホルダ12は、界磁子2の外周面に対して適切な対向隙間を隔てた位置に、軸方向前後に離隔して設けられた一対のハウジング15、16によって保持される。一対のハウジング15、16同士の間には、電磁鋼板製の複数のヨーク7が配置されている。
The
The
この例では、複数のヨーク7は、図1および図2に示すように、例えば500枚が周方向に沿って円筒状に積層されており、複数のヨーク7の外側が円筒状の外ヨーク9で支持されるとともに、軸方向の前後から一対のヨーク押え8で支持される。
一対のヨーク押え8が外ヨーク9に、複数のヨーク固定ボルト23で固定されることで、複数のヨーク7の配置姿勢が保持されている。そして、上記一対のハウジング15、16は、軸方向の前後それぞれから、複数のハウジング固定ボルト24によって、一対のヨーク押え8の端面に固定されている。
In this example, as shown in FIGS. 1 and 2, for example, 500 pieces of the plurality of
By fixing the pair of
界磁子2の中心には、回転電機の入力または出力軸となるシャフト10が同軸に固定されている。本実施形態では、シャフト10には、その軸方向前後に離隔して一対のシャフトフランジ11が設けられ、一対のシャフトフランジ11が、軸方向前後の界磁子端部ホルダ6の外側の面に、複数のホルダ固定ボルト22によって固定されることにより一体とされている。
そして、シャフト10は、一対のハウジング15、16それぞれの中心部に設けられた組み合わせ軸受け20によって回転自在に支持されるとともに、後端部がリアハウジング16にC型止め輪21によって保持されることで軸方向の位置が規定されている。
At the center of the
The
本実施形態の電機子巻線30は、平面視が小判型をなす空芯コイルであり、図2に示すように、周方向に沿って湾曲形成されている。小判型の電機子巻線30は、界磁子2の磁石部に対して径方向にて対向するコイルサイド32と、コイルサイド32よりも軸方向での前後に位置するコイルエンド31,33と、を有する。コイルエンド31,33は、相巻線を周方向に周回させる周回部分である。電機子巻線30にリッツ線が用いることで、電流損失の増大を抑制でき、コイルの発熱を抑制できる。
The armature winding 30 of the present embodiment is an air-core coil having an oval shape in a plan view, and is curved along the circumferential direction as shown in FIG. The oval-shaped armature winding 30 includes a
電機子巻線30は、コイルホルダ12の凹部に樹脂モールドされ、樹脂モールドされたコイルエンド31,33の部分がハウジング15,16それぞれの内周面に密着状態で保持される。コイルホルダ12の中心部には、長方形状の凸部が形成され、空芯コイル中心の空隙部が凸部の外周面にはめ込まれることで、電機子巻線30が所期の装着位置に確実に保持されるようになっている。
そして、軸方向前側のコイルエンド(前)31は、フロントハウジング15の内部に収容されるように配置され、軸方向後側のコイルエンド(後)33は、リアハウジング16の内部に収容されるように配置される。
The armature winding 30 is resin-molded in the recess of the
The coil end (front) 31 on the front side in the axial direction is arranged so as to be housed inside the
各ハウジング15,16の外周面には、コイルエンド31,33の部分に対して径方向で対向する範囲に、径方向で内側に位置し且つ軸方向でハウジング15,16の端面よりも内側に位置するように複数の放熱フィン15f、16fが、シャフト10の中心から径方向外側に向けて広がる放射状に形成されている。
3つの電機子巻線30は、各電機子巻線30の巻き初めの端子が相互に繋がれて中性点とされる。なお、中性点には測定用の配線が接続され機外まで延設される。そして、各電機子巻線30の巻き終わりの各端子に三相交流がそれぞれ印加されるようになっている。
The outer peripheral surfaces of the
The three
次に、本実施形態のハルバッハモータ1の動作、および作用効果について説明する。
本実施形態のハルバッハモータ1は、各電機子巻線30の巻き終わりの各端子に三相交流がそれぞれ印加され、3つの電機子巻線30に対して時間的に120°遅れたU相、V相、W相の交流を順に流すことで、その移動磁界に4極の界磁子2のN・S磁界が引かれることで界磁子2が同期して、三相交流電流の周波数に応じた回転数で回転することができる。
Next, the operation and the effect of the
In the
ここで、ハルバッハ配列された単位永久磁石配列を有するハルバッハ界磁子2には、極めて強い磁力を持った単位永久磁石が使われる。そのため、隣接する単位永久磁石間に極めて強い反発力、吸引力が発生するため、この強い反発力や吸引力に対して何ら対策を施さない場合には、いずれかの単位永久磁石が反発力や吸引力の影響により、単位永久磁石配列から押し出されたり、傾きが生じたりして、所期のハルバッハ配列が乱されるおそれがある。
Here, a unit permanent magnet having an extremely strong magnetic force is used for the
これに対し、本実施形態のハルバッハモータ1によれば、中空円筒状をなす非磁性部材で形成された内筒3および外筒4が同軸に配置され、この同軸に配置された内筒3と外筒4との対向空間内に拘束されるように、複数の単位永久磁石50が、ハルバッハ配列をなして内筒3および外筒4と同軸の円筒状に配置されるので、複数の単位永久磁石50によるハルバッハ配列を所期の配列に確実に保持し、ハルバッハ界磁としての機能を確実に維持できる。
ここで、回転子2に生じるトルクリップルは、電動機に発生する振動及び騒音の一因となる。また、トルクリップルは、電動機を駆動源とする駆動装置において電動機によって移動される移動部材の停止位置や動作精度に影響を及ぼす。このため、回転電機(電動機)等においては、トルクリップルの抑制が望まれる。
On the other hand, according to the
Here, the torque ripple generated in the
これに対し、特許文献3に記載の技術では、本実施形態同様に、トルクリップルの抑制を図るために、電磁装置は、三相のコイルが設けられた電機子と、3の倍数に2を加えた数の何れか一つを分割数とし、コイルの電流の電気角1周期を前記分割数で除した角度ずつ着磁方向が順に変更されて複数の単位永久磁石が所定方向に配列された界磁と、を備え、電機子及び界磁の一方が他方に対して単位永久磁石の配列方向に相対移動されるように構成される。同文献記載の技術によれば、電動機等においてトルクリップルを抑制できる等の優れた効果を奏する。
On the other hand, in the technique described in
ここで、本実施形態同様に、特許文献3記載の技術は、界磁を構成する複数の単位永久磁石が、3の倍数に2を加えた数の何れか一つを分割数とし、コイルの電流の電気角1周期を前記分割数で除した角度ずつ着磁方向が順に変更されて所定方向に配列される、という複雑な構成を必要とする。そのため、所定の角度ずつ着磁方向が順に変更された3以上の複数種類の単位永久磁石を要し、また、それらを所定方向に配列するという複雑な組み立て工程を要することとなる。
Here, as in the present embodiment, in the technique described in
そのため、ハルバッハ界磁子用単位永久磁石自体の管理や、複雑な組み立て工程での品質管理を行う上で、従来のような、N極とS極とが交互に配列された界磁(N−S配列界磁)が用いられた単位永久磁石の管理や、組み立て工程での品質管理を単にそのまま水平展開することができず、実際に、トルクリップルを抑制できるハルバッハ界磁子を製造する上では、ハルバッハ界磁子特有の、未だ解決すべき課題が残されている。
そこで、本実施形態では、ハルバッハ配列を所期の配列に確実に保持し、ハルバッハ界磁としての機能を確実に維持しつつ、トルクリップルを抑制できるハルバッハ界磁子とする上で、ハルバッハ界磁子2において、単位永久磁石50は、軸方向の少なくとも一方の端面に、着磁方向の異なる他の単位永久磁石と自身とを区別可能な印が設けられている。
Therefore, in managing the unit permanent magnets for Halbach field magnets and quality control in complicated assembly processes, the field magnets (N-) in which N poles and S poles are alternately arranged as in the past. In the production of Halbach field coils that can suppress torque ripple, it is not possible to simply horizontally deploy the control of unit permanent magnets using S-aligned field and the quality control in the assembly process. , There are still problems to be solved, which are peculiar to Halbach field magnets.
Therefore, in the present embodiment, in order to make a Halbach field magnet capable of suppressing torque ripple while reliably maintaining the Halbach array in the desired array and reliably maintaining the function as the Halbach field magnet, the Halbach field magnet is used. In the
本実施形態によれば、図4に示した四角柱状をなす単位永久磁石50には、端面51a、51bのうち、その軸方向の少なくとも一方の端面(本実施形態の例では両端面51a、51b)に、図7に示したように、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを区別可能な印が設けられているので、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを容易に目視により区別できる。
According to the present embodiment, the square columnar unit
よって、ハルバッハ界磁子用単位永久磁石自体の管理が容易となる上、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを区別可能な印は、四角柱状の軸方向の少なくとも一方の端面に設けられているので、ハルバッハ界磁子2として円筒状に組み立てられた後においても端面51a、51bを視認できるため、組み立て工程での品質管理を行う上でも有効である。そのため、トルクリップルを抑制できるハルバッハ界磁子2を製造する上で優れている。
Therefore, the Halbach field permanent magnet itself can be easily managed, and the mark that can distinguish itself from other unit
以上説明したように、本実施形態のハルバッハモータ1によれば、複数の単位永久磁石50により構成されるハルバッハ配列を所期の配列に確実に保持し、ハルバッハ界磁としての機能を確実に維持できる。なお、本発明に係る回転電機は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
As described above, according to the
例えば、上記実施形態のハルバッハモータ1においては、所定の六面形状をなす単位永久磁石50として、四角柱状をなす例を示したが、これに限定されず、図4から図6に示したように、軸方向両端の2つの面が相互に平行で且つ合同な矩形若しくは扇形またはこれらを組み合わせた形状であって軸方向に沿った他の4つの面が前記2つの面相互の対向する輪郭線に沿った平面または湾曲面になっていれば、種々の態様とすることができる。
For example, in the
例えば、図5に示すように、複数の単位永久磁石は、その六面形状の態様が、両端の2つの面が相互に平行で且つ合同な扇形形状で、他の面のうち左右側面は軸方向に沿った平行四辺形形状をなし、他の面のうち内外径方向をむく当該扇形の内側および外側の面については扇形の輪郭線に沿った湾曲面に形成してもよい。
このような構成であっても、同軸に配置された内筒と外筒との対向空間内に拘束されるように、複数の単位永久磁石がハルバッハ配列をなして内筒および外筒と同軸の円筒状に配置できる。
For example, as shown in FIG. 5, a plurality of unit permanent magnets have a six-sided shape in which the two surfaces at both ends are parallel to each other and congruent in a fan shape, and the left and right side surfaces of the other surfaces are axes. The inner and outer surfaces of the sector, which have a parallelogram shape along the direction and which face the inner and outer radial directions among the other surfaces, may be formed as curved surfaces along the contour line of the sector.
Even with such a configuration, a plurality of unit permanent magnets form a Halbach array and are coaxial with the inner cylinder and the outer cylinder so as to be constrained in the facing space between the inner cylinder and the outer cylinder arranged coaxially. Can be arranged in a cylindrical shape.
また、例えば図6に示すように、複数の単位永久磁石は、その六面形状の態様が、両端の2つの面が相互に平行で且つ合同な矩形と扇形との組み合わせ形状で、他の面のうち左右側面は軸方向に沿った平行四辺形形状をなし、他の面のうち内外径方向をむく、当該扇形の内側または外側の面については扇形の輪郭線に沿った湾曲面に形成してもよい。同図の例では、当該扇形の外側の面について、扇形の輪郭線に沿った湾曲面に形成し、内側の面については、図4に示した矩形状の辺に沿って軸方向に伸びる平行四辺形形状とした例である。
このような構成であっても、同軸に配置された内筒と外筒との対向空間内に拘束されるように、複数の単位永久磁石がハルバッハ配列をなして内筒および外筒と同軸の円筒状に配置できる。
Further, as shown in FIG. 6, for example, the plurality of unit permanent magnets have a hexahedral shape in which the two surfaces at both ends are parallel to each other and are congruent with a combination of a rectangle and a fan shape, and the other surfaces. Of these, the left and right sides form a parallelogram along the axial direction, and the inner and outer radial directions of the other faces are peeled off, and the inner or outer faces of the sector are formed into curved surfaces along the contour of the sector. You may. In the example of the figure, the outer surface of the sector is formed as a curved surface along the contour line of the sector, and the inner surface is parallel that extends in the axial direction along the rectangular side shown in FIG. This is an example of a quadrilateral shape.
Even with such a configuration, a plurality of unit permanent magnets form a Halbach array and are coaxial with the inner cylinder and the outer cylinder so as to be constrained in the facing space between the inner cylinder and the outer cylinder arranged coaxially. Can be arranged in a cylindrical shape.
また、上述した、視認可能な「印」についても、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを目視で区別可能であれば、種々の態様を採用できる。例えば、印は、色、記号、またはこれらの組み合わせから構成できる。
特に、各単位永久磁石50の端面51a、51b全体に着色することは防錆上からも好ましい。具体的には、図8に変形例を示すように、極部に相当する4つの単位永久磁石50s、50nの端面にあっては、S極部分に位置する単位永久磁石50sの端面51a、51bには、例えば青色の塗料が塗布され、N極部分に位置する単位永久磁石50nの端面51a、51bには、例えば赤色の塗料が塗布されている。さらに、極部と極部との間に配置されるハルバッハ遷移部50tの単位永久磁石50a〜50iの端面51a、51bには、他の色(例えば黄色)が塗布される。
Further, as for the above-mentioned visible "mark", various modes can be adopted as long as the other unit
In particular, it is preferable to color the entire end faces 51a and 51b of each unit
このような構成であっても、ハルバッハ界磁子用単位永久磁石自体の管理が容易となる上、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを区別可能な印は、四角柱状の軸方向の少なくとも一方の端面に設けられているので、ハルバッハ界磁子2として円筒状に組み立てられた後においても端面51a、51bを視認できるため、組み立て工程での品質管理を行う上でも有効である。
Even with such a configuration, the unit permanent magnet for the Halbach field magnet itself can be easily managed, and the mark that can distinguish itself from other unit
また、図9に他の例を示すように、印を記号(この例では、数字、およびアルファベット)によって構成できる。同図の例では、極部に相当する4つの単位永久磁石50s、50nの端面にあっては、S極部分に位置する単位永久磁石50sの端面51a、51bには、例えばアルファベットのSが刻印され、N極部分に位置する単位永久磁石50nの端面51a、51bには、例えばアルファベットのNが刻印される。
さらに、極部と極部との間に配置されるハルバッハ遷移部50tの単位永久磁石50a〜50iの端面51a、51bには、アルファベットのTに数字(この例では、1からはじまる整数)を組み合わせて、それぞれS極側から順に、T1〜T9と刻印される。
Also, as shown in another example in FIG. 9, marks can be composed of symbols (in this example, numbers and alphabets). In the example of the figure, on the end faces of the four unit
Further, the end faces 51a and 51b of the unit
このような構成であっても、ハルバッハ界磁子用単位永久磁石自体の管理が容易となる上、着磁方向の異なる他の単位永久磁石50と自身とを区別可能な印は、四角柱状の軸方向の少なくとも一方の端面に設けられているので、ハルバッハ界磁子2として円筒状に組み立てられた後においても端面51a、51bを視認できるため、組み立て工程での品質管理を行う上でも有効である。
Even with such a configuration, the unit permanent magnet for the Halbach field magnet itself can be easily managed, and the mark that can distinguish itself from other unit
1 ハルバッハモータ(回転電機)
2 界磁子
3 界磁子内ホルダ(内筒)
4 界磁子外ホルダ(外筒)
5 内ヨーク
6 界磁子端部ホルダ(端面蓋)
7 ヨーク
8 ヨーク押え
9 外ヨーク
10 シャフト
11 シャフトフランジ
12 コイルホルダ
14 コイルホルダ蓋
15 フロントハウジング
15f 放熱フィン
16 リアハウジング
16f 放熱フィン
17 ベース
20 軸受け
21 C型止め輪
22 ホルダ固定ボルト
23 ヨーク固定ボルト
24 ハウジング固定ボルト
30 電機子巻線
31 コイルエンド(前)
32 コイルサイド
33 コイルエンド(後)
50 単位永久磁石
1 Halbach motor (rotary machine)
2
4 Field magnet outer holder (outer cylinder)
5
7
32
50 units permanent magnet
Claims (9)
前記内筒および外筒が同軸に配置されるとともに、該同軸に配置された内筒と外筒との対向空間内に拘束されるように、前記複数の単位永久磁石がハルバッハ配列をなして前記内筒および外筒と同軸の円筒状に配置されていることを特徴とするハルバッハ界磁子。 The two planes at both ends in the axial direction are parallel and congruent to each other in a rectangular or fan shape, or a combination thereof, and the other four planes along the axial direction are along the opposite contour lines of the two planes. It is provided with a plurality of unit permanent magnets having a hexagonal shape that is a flat surface or a curved surface, and an inner cylinder and an outer cylinder that are non-magnetic members having a hollow cylindrical shape.
The plurality of unit permanent magnets are arranged in a Halbach array so that the inner cylinder and the outer cylinder are coaxially arranged and constrained in the facing space between the inner cylinder and the outer cylinder arranged coaxially. A Halbach field magnet characterized by being arranged in a cylindrical shape coaxial with the inner cylinder and the outer cylinder.
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WO2023199962A1 (en) * | 2022-04-13 | 2023-10-19 | 株式会社デンソー | Rotor and rotor manufacturing method |
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