JP2022071450A - モーター及び界磁の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】着磁用の磁界の損失を軽減できるモーターを提供する。【解決手段】電機子と、電機子との間に第１方向のギャップを介して、第１方向に直交する第２方向に配列される複数の磁極、及び、導電性材料を含み、複数の磁極を保持するフレームを有する界磁とを備えるモーターにおいて、フレームが、第１方向から見た平面パターンにおいて、複数の磁極により生じる磁力線に沿うように設けられる第１スリットを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、モーター及び界磁の製造方法に関する。

特許文献１は、ＡＣモーターの回転子を製造するために、回転子鉄心の外周面に固定される複数の未着磁磁石を所定の空間に配置し、一括着磁することによりハルバッハ磁石配列を形成する技術を開示する。

特開２００４－７２８２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、未着磁磁石を固定するフレームである回転子鉄心に生じる渦電流のため、着磁用の磁界の損失が増加する場合がある。

一態様は、電機子と、前記電機子との間に第１方向のギャップを介して、前記第１方向に直交する第２方向に配列される複数の磁極、及び、導電性材料を含み、前記複数の磁極を保持するフレームを有する界磁と、を備え、前記フレームは、前記第１方向から見た平面パターンにおいて、前記複数の磁極により生じる磁力線に沿うように設けられる第１スリットを有することを特徴とするモーターである。

他の一態様は、電機子との間に第１方向のギャップを介して、前記第１方向に直交する第２方向に配列される複数の磁極、及び、前記複数の磁極を保持するフレームを有する界磁の製造方法であって、導電性材料を含み、前記第１方向から見た平面パターンにおいて、前記複数の磁極により生じる磁力線に沿うように設けられる第１スリットを有する前記フレームに、前記複数の磁極となる着磁対象を保持させることと、前記フレームに保持される前記着磁対象に、前記磁力線を実現するような磁界を着磁装置によって印加することと、を含むことを特徴とする界磁の製造方法である。

第１実施形態に係るモーターを説明する断面図。 モーターの電機子を説明する平面図。 モーターの界磁を説明する平面図。 半周期当たりの磁極数毎に、図３のIV－IV線から見た磁石配列の磁化方向を説明する断面図。 第１方向から見た界磁を説明する平面図。 第１方向から見たフレームを説明する平面図。 界磁の製造過程におけるフレームの渦電流を説明する、第３方向から見た断面図。 図７に対応する平面図。 界磁の製造過程におけるフレームの他の渦電流を説明する、第３方向から見た断面図。 図９に対応する平面図。 変形例におけるフレームを説明する平面図。 他の変形例における第１スリットを説明する平面図。 他の変形例における第１スリットを説明する平面図。 他の変形例における第１スリットを説明する平面図。 他の変形例における第１スリットを説明する平面図。 他の変形例における第１スリットを説明する平面図。 他の変形例における第２スリットを説明する平面図。 他の変形例における第２スリットを説明する平面図。 他の変形例における第２及び第３スリットを説明する平面図。 他の変形例における第２及び第３スリットを説明する平面図。 他の変形例におけるフレームを説明する平面図。 他の変形例におけるフレームを説明する平面図。 第２実施形態におけるフレームを説明する平面図。 長手方向から見たスリットを説明するフレームの拡大断面図。 第３実施形態におけるフレームを説明する平面図。 第４実施形態における界磁を説明する、第３方向から見た断面図。 図２６に対応する平面図。 他の実施形態に係るモーターを説明する断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。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る。本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。図面においては、同一又は類似の要素には同一又は類似の符号をそれぞれ付して、重複する説明を省略する。図面は模式的であり、実際の寸法及び寸法の相対的比率、配置、構造等と異なる場合が含まれ得る。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態に係るモーター１は、例えば、回転軸Ａと同軸のシャフト１０と、一対の第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2と、界磁１４とを備える。回転軸Ａは、第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2と、界磁１４との相対的な回転の軸である。モーター１は、例えば、第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2のそれぞれを固定子、界磁１４を回転子として備える。図１に示す例において、モーター１は、第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2のそれぞれと、界磁１４とのギャップＧが、シャフト１０の軸方向である第１方向Ｄ１に定義されるアキシャルギャップ型モーターである。

第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2は、例えば、回転軸Ａに直交する平面に関して互いに鏡像対称性を有するように、互いに同様の構造を有する。図１に示す例において、モーター１は、互いの間に界磁１４が位置するように配置される第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2の２つの電機子を備えるが、モーター１の電機子の数は１つでもよい。以下、第１電機子１１-1及び第２電機子１１-2の何れかを単に電機子１１という。

界磁１４は、第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2と、第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2を保持するフレーム１６とを有する。第１磁石配列１５-1は、第１電機子１１-1との間に第１方向Ｄ１のギャップＧを介するように配置される。第２磁石配列１５-2は、第２電機子１１-2との間に第１方向Ｄ１のギャップＧを介するように配置される。第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2は、例えば、回転軸Ａに直交する平面に関して互いに鏡像対称性を有するように、互いに同様の構造を有する。以下、第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2の何れかを単に磁石配列１５という。

図２に示すように、電機子１１は、概略として円板状である。電機子１１は、複数のコア１２及び複数のコイル１３を有する。各コア１２は、概略として回転軸Ａに沿う方向に定義される高さを有する角柱状である。各コア１２は、シャフト１０の半径方向に積層される、電磁鋼板やアモルファス磁性体からなる複数の板から構成され得る。コア１２は、磁性材料を成形加工することにより形成された圧粉コアであってもよい。複数のコイル１３は、例えばボビンに支持されることにより互いの位置関係を固定される。各コイル１３は、コア１２の側面に沿って巻かれる巻線からなる。

コア１２及びコイル１３の対の数は、例えば１８である。この場合、複数のコア１２及び複数のコイル１３は、回転軸Ａに関して１８回の回転対称性を有するように、回転軸Ａを中心とする円周に沿って円環状に配列される。例えば、複数のコイル１３には、配列方向において循環的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の電流が流される。

図３に示すように、磁石配列１５は、概略として円環状である。磁石配列１５は、回転軸Ａを中心とする円周に沿って配列される複数の磁極２０からなる。即ち、複数の磁極２０は、電機子１１との間に第１方向Ｄ１のギャップＧを介して、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に配列される。このように、回転軸Ａを中心とする円周の接線が回転軸Ａに直交することから、第２方向Ｄ２は、第１実施形態において回転軸Ａを中心とする円周方向であり、磁石配列１５の配列方向である。

複数の磁極２０のそれぞれは、永久磁石からなる。複数の磁極２０は、第２方向Ｄ２において周期的に異なる磁化方向を有する。複数の磁極２０は、第１方向Ｄ１に磁化される第１主磁極と、第１方向Ｄ１と反対の方向に磁化される第２主磁極との一対の主磁極を１周期当たりに有する。磁石配列１５は、例えば、１回転当たり６周期分の複数の磁極２０からなる。

フレーム１６は、例えば円板状である。フレーム１６は、回転軸Ａを中心とする円周に沿ってそれぞれ設けられる２本のリブであって、互いの間に磁石配列１５を挟み込む２本のリブ等、磁石配列１５を位置決めする凹凸構造を有し得る。フレーム１６は、例えば接着剤により第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2を両面に固定されることにより、第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2を保持する。フレーム１６は、例えば金属等の導電性材料からなる。フレーム１６の基部の材料として、電磁鋼板、圧粉等の軟磁性体や、ステンレス鋼、アルミニウム合金、炭素鋼等の非磁性体等が採用され得る。フレーム１６の基部の材料として、ガラス、樹脂、プラスチック等の絶縁体が採用されてもよい。

図４に示すように、第２方向Ｄ２における半周期当たりの磁極２０の数をｌとすると、ｌ＝１である磁石配列１５ａは、１周期当たりに、第１主磁極２１ａ及び第２主磁極２２ａを２つの磁極２０として有する。即ち、複数の磁極２０のそれぞれは、第１方向Ｄ１又は第１方向Ｄ１の反対方向に磁化される。

ｌ＝２である磁石配列１５ｂは、１周期当たりに、第１主磁極２１ｂ、第１補助磁極２３ｂ、第２主磁極２２ｂ及び第２補助磁極２４ｂを４つの磁極２０として有する。磁石配列１５ｂの各磁極２０は、シャフト１０の半径方向から見て、隣り合う磁極２０と９０°異なる磁化方向を有する。磁石配列１５ｂの各磁極２０は、第２方向Ｄ２において順に、シャフト１０の半径方向を軸として９０°ずつ回転するように変化する磁化方向を有する。

ｌ＝３である磁石配列１５ｃは、１周期当たりに、第１主磁極２１ｃ、第１補助磁極２３ｃ、第２補助磁極２４ｃ、第２主磁極２２ｃ、第３補助磁極２５ｃ及び第４補助磁極２６ｃを６つの磁極２０として有する。磁石配列１５ｃの各磁極２０は、シャフト１０の半径方向から見て、隣り合う磁極２０と６０°異なる磁化方向を有する。磁石配列１５ｃの各磁極２０は、配列方向において順に、シャフト１０の半径方向を軸として６０°ずつ回転するように変化する磁化方向を有する。

ｌ＝４である磁石配列１５ｄは、１周期当たりに、第１主磁極２１ｄ、第１補助磁極２３ｄ、第２補助磁極２４ｄ、第３補助磁極２５ｄ、第２主磁極２２ｄ、第４補助磁極２６ｄ、第５補助磁極２７ｄ及び第６補助磁極２８ｄを８つの磁極２０として有する。磁石配列１５ｄの各磁極２０は、シャフト１０の半径方向から見て、隣り合う磁極２０と４５°異なる磁化方向を有する。磁石配列１５ｄの各磁極２０は、配列方向において順に、シャフト１０の半径方向を軸として４５°ずつ回転するように変化する磁化方向を有する。

以上のように、磁石配列１５ｂ，１５ｃ，１５ｄのそれぞれの複数の磁極２０は、第１方向Ｄ１に磁化される主磁極と、主磁極の第２方向Ｄ２に配列される補助磁極とを有するハルバッハ配列を構成する。即ち、ｌ≧２である磁石配列１５の複数の磁極２０は、ハルバッハ配列を構成する。ハルバッハ配列を有するモーター１において、電機子１１は、ハルバッハ配列の強磁界側に、ハルバッハ配列に対向して配置される。ハルバッハ配列を有するモーター１は、ハルバッハ配列の電機子１１側の表面における磁束密度を増大できるため、トルク定数を向上できる。特に、ｌ≧３である場合、配列方向における磁束密度の変化を滑らかにしてコギングを低減することができ、トルク定数を更に向上できる。

図５に示すように、以下において、ｌ＝２である磁石配列１５ｂを磁石配列１５として有する界磁１４について例示的に説明する。但し、説明を簡単にするため、第１実施形態では円周方向である第２方向Ｄ２を、図５以降の図面において直線方向として描画する。ハルバッハ配列である磁石配列１５は、第１主磁極２１、第１補助磁極２３、第２主磁極２２及び第２補助磁極２４を有する。例えば、図５において破線で示すように、磁石配列１５のフレーム１６側（紙面奥側）において、磁石配列１５により生じる磁力線は、第２主磁極２２の中心Ｃから放射状に出て、第１主磁極２１の中心Ｃに入る線として模式的に表現され得る。

図６に示すように、フレーム１６は、例えば、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、磁石配列１５により生じる磁力線に沿うように設けられる複数の第１スリット３１及び複数の第２スリット３２と、複数の第３スリット３３とを有する。第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３の各スリットは、フレーム１６の表面において開口し、第１方向Ｄ１の深さを有する。各スリットは、フレーム１６の両面において開口してもよい。即ち、各スリットは、フレーム１６の一方の表面から他方の表面に貫通してもよい。

複数の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、フレーム１６の第１主磁極２１に重なる領域Ｒ２１内と、フレーム１６の第２主磁極２２に重なる領域Ｒ２２内とに設けられる。領域Ｒ２１内に設けられる第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第１主磁極２１の中心Ｃを通る直線上に設けられる。領域Ｒ２２内に設けられる第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２主磁極２２の中心Ｃを通る直線上に設けられる。即ち、各第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第１主磁極２１又は第２主磁極２２の中心Ｃを通る直線に、長手方向の中心線を合わせるように設けられる。

例えば、各第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２方向Ｄ２に沿う直線とのなす角が概ね同一となるように設けられる。図６に示す例では、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２１及び領域Ｒ２２のそれぞれに２本の第１スリット３１が互いに直交するように設けられる。各第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２１又は領域Ｒ２２の境界に達するように直線状に延伸される。

領域Ｒ２１内の２本の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３に沿う直線であって、第１主磁極２１の中心Ｃを通る直線に関して、線対称性を有する。換言すれば、領域Ｒ２１内の第１スリット３１は、第２方向Ｄ２に直交する平面であって、第１主磁極２１の中心Ｃを通る平面に関して、鏡像対称性を有する。同様に、領域Ｒ２２内の２本の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿う直線であって、第２主磁極２２の中心Ｃを通る直線に関して、線対称性を有する。換言すれば、領域Ｒ２２内の第１スリット３１は、第２方向Ｄ２に直交する平面であって、第２主磁極２２の中心Ｃを通る平面に関して、鏡像対称性を有する。

複数の第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、フレーム１６の第１補助磁極２３に重なる領域Ｒ２３内と、フレーム１６の第２補助磁極２４に重なる領域Ｒ２４内とに設けられる。領域Ｒ２３内に設けられる第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第１補助磁極２３の中心Ｃを通り、第２方向Ｄ２に沿うように設けられる。領域Ｒ２４内に設けられる第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２補助磁極２４の中心Ｃを通り、第２方向Ｄ２に沿うように設けられる。例えば、各第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２３又は領域Ｒ２４の境界に達するように直線状に延伸される。

領域Ｒ２３の第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿い、第１補助磁極２３の中心Ｃを通る直線に関して、線対称性を有する。換言すれば、領域Ｒ２３内の第２スリット３２は、第２方向Ｄ２に直交する平面であって、第１補助磁極２３の中心Ｃを通る平面に関して、鏡像対称性を有する。領域Ｒ２４の第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿い、第２補助磁極２４の中心Ｃを通る直線に関して、線対称性を有する。換言すれば、領域Ｒ２４内の第２スリット３２は、第２方向Ｄ２に直交する平面であって、第２補助磁極２４の中心Ｃを通る平面に関して、鏡像対称性を有する。

複数の第３スリット３３は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２３内及び領域Ｒ２４内に設けられる。領域Ｒ２３内に設けられる第３スリット３３は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第１補助磁極２３の中心Ｃを通り、第３方向Ｄ３に沿うように設けられる。領域Ｒ２４内に設けられる第３スリット３３は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２補助磁極２４の中心Ｃを通り、第３方向Ｄ３に沿うように設けられる。例えば、各第３スリット３３は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２３又は領域Ｒ２４の境界に達するように直線状に延伸される。

図７～図１０を参照して、第１実施形態におけるモーター１の製造方法の一例を説明する。先ず、導電性材料からなる基部に、例えば、図６に示すような複数の第１スリット３１、複数の第２スリット３２及び複数の第３スリット３３を設けることにより、フレーム１６を形成する。即ち、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、複数の磁極２０により生じる磁力線に沿うように、フレーム１６となる基部に複数の第１スリット３１、複数の第２スリット３２及び複数の第３スリット３３を設ける。

次に、第１主磁極２１、第１補助磁極２３、第２主磁極２２及び第２補助磁極２４を有する複数の磁極２０となる着磁対象を、例えば接着剤を介してフレーム１６に固定することにより、着磁対象をフレーム１６に保持させる。着磁対象は、着磁装置１００による着磁によって複数の磁極２０となる複数の磁性体の配列である。このため、着磁装置１００による着磁の際、着磁対象及びフレーム１６の位置は、着磁装置１００に相対的に固定される。接着剤の代わりに、例えばモールディングにより着磁対象をフレーム１６に固定するように形成される、熱伝導性フィラーを混合した樹脂材料等からなる固定部材を採用してもよい。

フレーム１６に保持される着磁対象は、例えば図５に示す磁力線を実現するようなパルス状の磁界Ｈを着磁装置１００によって印加される。これにより、着磁対象は、複数の磁極２０からなる磁石配列１５に変化する。即ち、第１主磁極２１、第１補助磁極２３、第２主磁極２２及び第２補助磁極２４は、同時に磁化される。

複数の第１スリット３１、複数の第２スリット３２及び複数の第３スリット３３のそれぞれは、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、着磁された磁石配列１５により生じる磁力線に沿うように設けられる。ここで、磁石配列１５により生じる磁力線は、着磁装置１００により生じる磁界Ｈを示す磁力線に対応する。

図７及び図８に示すように、着磁装置１００による磁界Ｈを示す磁力線のうち、第１方向Ｄ１に沿う磁力線は、第１主磁極２１及び第２主磁極２２に加えて、フレーム１６の領域Ｒ２１及び領域Ｒ２２を通過する。このため、フレーム１６の領域Ｒ２１及び領域Ｒ２２では、着磁装置１００による磁界Ｈの変化を妨げる方向に、第１方向Ｄ１に直交する平面に沿って渦電流ｉ１が生じる。

第１スリット３１は、第１スリット３１がない場合にフレーム１６に生じるであろう渦電流ｉ１の経路を遮断することにより、フレーム１６における渦電流ｉ１の経路を短縮する。よって、フレーム１６が第１スリット３１を有することにより、渦電流ｉ１による磁界Ｈの磁気エネルギーの損失を軽減することができる。フレーム１６がステンレス鋼等の非磁性体からなる場合、フレーム１６の機械的強度を向上でき、加工性の観点を含めて生産コストを向上できる。一方、フレーム１６が軟磁性体からなる場合、磁界Ｈによる磁力線を通しやすくなるため着磁効率を向上できる。このため、第１磁石配列１５-1及び第２磁石配列１５-2のように、フレーム１６の両側に複数の磁石配列１５が保持される場合であっても、複数の磁石配列１５を同時に着磁することが可能となる。

図９及び図１０に示すように、磁界Ｈを示す磁力線のうち、第２方向Ｄ２に沿う磁力線は、第１補助磁極２３及び第２補助磁極２４に加えて、フレーム１６の領域Ｒ２３及び領域Ｒ２４を通過する。このため、フレーム１６の領域Ｒ２３及び領域Ｒ２４では、着磁装置１００による磁界Ｈの変化を妨げる方向に、第２方向Ｄ２に直交する平面に沿って渦電流ｉ２が生じる。

第２スリット３２は、第２スリット３２がない場合にフレーム１６に生じるであろう渦電流ｉ２の経路を遮断することにより、フレーム１６における渦電流ｉ２の経路を短縮する。よって、フレーム１６が第２スリット３２を有することにより、渦電流ｉ２による磁界Ｈの磁気エネルギーの損失を軽減することができる。

図示されないが、第１方向Ｄ１に直交する平面に沿って生じる渦電流ｉ１（図７及び図８参照）は、領域Ｒ２３及び領域Ｒ２４においても生じ得る。第２スリット３２及び第３スリット３３は、第２スリット３２及び第３スリット３３がない場合に生じるであろう渦電流ｉ１の経路を遮断することにより、フレーム１６における渦電流ｉ１の経路を短縮する。よって、フレーム１６が第２スリット３２及び第３スリット３３の少なくとも１種のスリットを有することにより、渦電流ｉ１による磁界Ｈの磁気エネルギーの損失を更に軽減することができる。

以上のように、フレーム１６が第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３の少なくとも１種のスリットを有することにより、着磁対象に印加される磁界Ｈの損失を軽減できる。よって、着磁対象を複数の磁極２０に変化させるために使用される磁界Ｈの強度を向上し、着磁効率を向上できる。即ち、着磁装置１００により出力される一定の磁気エネルギーに対して、磁石配列１５により実現される磁気特性を向上することができる。

以下、図１１～図２２を参照して、第１実施形態の種々の変形例における各フレーム１６について説明する。以下の変形例において説明しない構成、作用及び効果は、上述の第１実施形態と同様であり、重複するため省略する。

図１１に示すように、第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第１主磁極２１及び第２主磁極２２の各中心Ｃを通る直線上に設けられていればよい。即ち、第１スリット３１は、第２スリット３２と同様に第２方向Ｄ２に沿うように設けられてもよく、第３スリット３３と同様に第３方向Ｄ３に沿うように設けられていてもよい。領域Ｒ２１及び領域Ｒ２２のそれぞれにおける第１スリット３１は、互いに直交するように設けられる。

領域Ｒ２３及び領域Ｒ２４のそれぞれにおける第２スリット３２の数は、２であってもよい。図１１に示す例において、領域Ｒ２３及び領域Ｒ２４のそれぞれにおける２本の第２スリット３２は、第２方向Ｄ２に沿い、中心Ｃを通る直線に関して線対称性を有するように設けられる。更に、第３スリット３３は、省略されてもよい。

図１２に示すように、領域Ｒ２１の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２方向Ｄ２に対して任意の角度をなすように設けられてもよい。図１２～図１６のそれぞれにおいて、領域Ｒ２１のみを選択的に図示して説明するが、領域Ｒ２２についても同様である。

図１３に示すように、領域Ｒ２１の第１スリット３１の数は、３以上であってもよい。なお、図１３に示す例において、領域Ｒ２１の４本の第１スリット３１は、図６に示す領域Ｒ２１の第１スリット３１と、図１１に示す領域Ｒ２１の第１スリット３１を重ね合わせたパターンを有する。

図１４に示すように、領域Ｒ２１の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２１の境界に達しないように設けられてもよい。図１４に示す例において、２本の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、中心Ｃから領域Ｒ２１の境界までそれぞれ一方向に延伸する。

図１５に示すように、領域Ｒ２１の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、中心Ｃを除く領域に設けられるようしてもよい。図１５に示す例において、４本の第１スリット３１が、領域Ｒ２１内の、中心Ｃから所定の距離を除く領域において、中心Ｃを通る直線上に設けられる。これにより、フレーム１６の基部が軟磁性体からなる場合、着磁用の磁界Ｈが、領域Ｒ２１の中心を通りやすくなり、結果として各主磁極の着磁効率を向上できる。また、各第１スリット３１は、領域Ｒ２１の境界に達しないように設けられるが、領域Ｒ２１の境界に達するように設けられてもよい。

図１６に示すように、領域Ｒ２１の第１スリット３１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿い、中心Ｃを通る直線に関して線対称性を有しないように設けられてもよい。なお、図１６に示す例において、領域Ｒ２１の２本の第１スリット３１は、中心Ｃに関して２回の回転対称性を有するように配置される。

図１７に示すように、領域Ｒ２３の第２スリット３２の数は、１であってもよい。図１８に示すように、領域Ｒ２３の第２スリット３２の数は、３以上であってもよい。また、第２スリット３２は、領域Ｒ２３の境界に達しないように設けられてもよい。図１７～図２０のそれぞれにおいて、領域Ｒ２３のみを選択的に図示して説明するが、領域Ｒ２４についても同様である。

図１９に示すように、領域Ｒ２３の複数の第２スリット３２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第２方向Ｄ２に沿う直線上に設けられてもよい。図１９に示す例において、２本の第２スリット３２が、第２方向Ｄ２に沿う１本の直線上に互いに離間するように設けられる。領域Ｒ２３において、４本の第２スリット３２は、中心Ｃを通り、第２方向Ｄ２に沿う直線及び第３方向Ｄ３に沿う直線のそれぞれに関して、線対称性を有するように設けられる。

更に、領域Ｒ２３の複数の第３スリット３３は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿う直線上に設けられてもよい。即ち、図１９に示す例において、２本の第３スリット３３が、第３方向Ｄ３に沿う１本の直線上に互いに離間するように設けられる。各第３スリット３３は、第２スリット３２に直交するように設けられる。領域Ｒ２３において、４本の第３スリット３３は、中心Ｃを通り、第２方向Ｄ２に沿う直線及び第３方向Ｄ３に沿う直線のそれぞれに関して、線対称性を有するように設けられる。各第３スリット３３は、フレーム１６の第３方向Ｄ３の端面に達するように設けられる。これにより、渦電流ｉ１による磁界Ｈの磁気エネルギーの損失を更に軽減することができる。

図２０に示すように、領域Ｒ２３において、フレーム１６の第３方向Ｄ３の端面に達する第３スリット３３の数は、１であってもよい。同様に、領域Ｒ２３において、第３スリット３３に直交する第２スリット３２の数は、１であってもよい。

図２１に示すように、フレーム１６は、図６に示す複数の第１スリット３１、複数の第２スリット３２及び複数の第３スリット３３の代わりに、それぞれ断続的なパターンを有する複数の第１スリット３１ａ、複数の第２スリット３２ａ及び複数の第３スリット３３ａを有してもよい。第１スリット３１ａ、第２スリット３２ａ及び第３スリット３３ａのそれぞれは、第１スリット３１、第２スリット３２又は第３スリット３３と同様の方向に破線状に延伸し得る。

図２２に示すように、複数の第２スリット３２のそれぞれは、第１スリット３１に連続的に設けられるようにしてもよい。即ち、各第２スリット３２は、領域Ｒ２３又は領域Ｒ２４の境界において第１スリット３１に連続する。これにより、第１スリット３１及び第２スリット３２を連続的に加工する場合に製造工程が簡略化され得る。更に、図２２に示す例では、第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３が、領域Ｒ２１～Ｒ２４の各中心Ｃを除く領域に設けられる。このため、フレーム１６の基部が軟磁性体からなる場合、着磁用の磁界Ｈが、領域Ｒ２１の中心を通りやすくなり、結果として各主磁極の着磁効率を向上できる。

電機子１１及び界磁１４は、磁石配列１５の配列方向である第２方向Ｄ２に、相対的に運動する。例えば、第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３の少なくとも何れかは、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿う直線に関して線対称性を有する。よって、両方向の運動における特性が対称性を有し、運動における高調波成分を軽減することができる。

第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３の各スリットは、フレーム１６の表面において開口する。着磁装置１００の磁界Ｈによる渦電流は、表皮効果によりフレーム１６の表面付近に集中するため、各スリットにより渦電流の経路が効率的に短縮される。更に、各スリットがフレーム１６の一方の表面から他方の表面に貫通する場合、渦電流の経路を更に効率的に短縮できる。

［第２実施形態］
図２３に示すように、第２実施形態に係るモーターにおけるフレーム１６は、フレーム１６が、各スリット内に充填される部材を更に有する点において第１実施形態と異なる。第２実施形態において説明しない構成、作用及び効果は、各変形例を含む第１実施形態と同様であり重複するため省略する。

具体的には、フレーム１６は、各第１スリット３１内に配置される第１ヨーク部４１と、各第２スリット３２内に配置される第２ヨーク部４２と、各第３スリット３３内に配置される第３ヨーク部４３とを有する。以下、第１ヨーク部４１、第２ヨーク部４２及び第３ヨーク部４３の何れかを区別しない場合、単にヨーク部４０という。同様に、第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３の何れかを区別しない場合、単にスリット３０という。

図２４に示すように、ヨーク部４０は、スリット３０の内壁に設けられる絶縁膜５０を介して、スリット３０内に充填された軟磁性体からなる。絶縁膜５０は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等、半導体製造プロセスにおいて使用される種々の絶縁材料から形成可能である。第１スリット３１、第２スリット３２及び第３スリット３３の少なくとも何れかに選択的にヨーク部４０が配置されるようにしてもよい。フレーム１６は、ヨーク部４０を有することにより、渦電流の経路を短縮できると共に、着磁用の磁界Ｈがスリット３０内を通りやすくなり、磁石配列１５の着磁効率を向上することができる。

更に、例えば図１５において破線で示すように、フレーム１６は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、領域Ｒ２１内の、中心Ｃから所定の距離の領域において、円柱状のヨーク部４０を有するようにしてもよい。領域Ｒ２２についても同様である。これにより、着磁用の磁界Ｈがヨーク部４０を通りやすくなり、結果として各主磁極の着磁効率を向上できる。

［第３実施形態］
図２５に示すように、第３実施形態に係るモーターは、フレーム１６の代わりに、第３方向Ｄ３に積層された複数の鋼板１６１からなるフレーム１６ａを備えるようにしてもよい。第３実施形態において説明しない構成、作用及び効果は、上述の第１及び第２実施形態と同様であるため重複する説明を省略する。

複数の鋼板１６１は、軟磁性体からなる電磁鋼板である。複数の鋼板１６１の互いの間には絶縁材料が配置されるため、複数の鋼板１６１は、互いに絶縁される。このように、複数の鋼板１６１は、第２スリット３２の機能を既に有する。このため、図２５に示す例では、第２スリット３２が図示されるが、第２スリット３２は省略されてもよい。

［第４実施形態］
図２６及び図２７に示すように、第４実施形態に係るモーターは、磁石配列１５を覆うスロットカバー６０を更に有する界磁１４Ａを備える点で第１～第３実施形態と異なる。スロットカバー６０の材料として、電磁鋼板等の軟磁性材料が採用可能である。第４実施形態において説明しない構成、作用及び効果は、上述の第１～第３実施形態と同様であり、重複するため省略する。

スロットカバー６０は、複数の第１カバースリット７１と、複数の第２カバースリット７２とを有する。第１カバースリット７１及び第２カバースリット７２は、第１スリット３１及び第２スリット３２と同様に、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、磁石配列１５により生じる磁力線に沿うように設けられる。具体的には、第１カバースリット７１は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、上述の第１スリット３１と同様の種々の形状を有し得る。同様に、第２カバースリット７２は、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、上述の第２スリット３２と同様の種々の形状を有し得る。

更に、スロットカバー６０は、第３スリット３３のように、第１方向Ｄ１から見た平面パターンにおいて、第３方向Ｄ３に沿うように設けられる第３カバースリット（図示省略）を有するようにしてもよい。

［他の実施形態］
以上のように実施形態を説明したが、本発明はこれらの開示に限定されるものではない。各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成に置換されてよく、また、本発明の技術的範囲内において、各実施形態における任意の構成が省略されたり追加されたりしてもよい。このように、これらの開示から当業者には様々な代替の実施形態が明らかになる。

上述の第１乃至第４実施形態では、アキシャルギャップ型のモーター１に関して説明したが、モーターの種類は、アキシャルギャップ型に限るものでない。例えば、図２８に示すように、他の実施形態に係るモーター１Ａは、電機子１１と界磁１４とのギャップＧが、回転軸Ａと同軸のシャフト１０の半径方向に定義されるラジアルギャップ型モーターである。この場合、第１方向Ｄ１がシャフト１０の半径方向、第２方向Ｄ２が回転軸Ａを中心とする円周方向、第３方向Ｄ３が回転軸Ａに平行な方向、即ちシャフト１０の軸方向である。モーター１Ａは、例えば、電機子１１を固定子、界磁１４を可動子として備える。

その他、モーター１は、リニア型モーターであってもよいことは勿論である。更に、各モーターは、発電機としても機能し得る。発電機又はモータージェネレーターを構成する場合であっても、各実施形態における界磁１４は、磁石配列１５の着磁用の磁界の損失を軽減できることは勿論である。

また、第１、第３及び第４実施形態のそれぞれにおいて、エアギャップとして機能する各スリットは、フレーム１６の基部に占める割合が減少するほど機械的強度を向上できる。更に、各スリットは、内部にガラス、樹脂材料等の絶縁材料を充填されるようにしてもよい。これにより、フレーム１６の機械的強度を向上することができる。更に、モーター１は、電機子１１を可動子、界磁１４を固定子として備えてもよい。

その他、上述の各変形例を含む第１～第４実施形態に記載の任意の構成を相互に応用した構成等、本発明は以上に記載しない様々な実施形態を含むことは勿論である。本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１，１Ａ…モーター、１０…シャフト、１１…電機子、１４，１４Ａ…界磁、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…磁石配列、１６，１６ａ…フレーム、２０…磁極、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…第１主磁極、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…第２主磁極、２３，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ…第１補助磁極、２４，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…第２補助磁極、２５ｃ，２５ｄ…第３補助磁極、２６ｃ，２６ｄ…第４補助磁極、２７ｄ…第５補助磁極、２８ｄ…第６補助磁極、３０…スリット、３１，３１ａ…第１スリット、３２，３２ａ…第２スリット、３３，３３ａ…第３スリット、４０…ヨーク部、４１…第１ヨーク部、４２…第２ヨーク部、４３…第３ヨーク部、５０…絶縁膜、１００…着磁装置、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｄ３…第３方向、Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４…領域。

Claims (18)

1. 電機子と、
   前記電機子との間に第１方向のギャップを介して、前記第１方向に直交する第２方向に配列される複数の磁極、及び、導電性材料を含み、前記複数の磁極を保持するフレームを有する界磁と、
   を備え、前記フレームは、前記第１方向から見た平面パターンにおいて、前記複数の磁極により生じる磁力線に沿うように設けられる第１スリットを有することを特徴とするモーター。
2. 前記第１スリットは、前記フレームの表面において開口し、前記第１方向の深さを有することを特徴とする請求項１に記載のモーター。
3. 前記第１スリットは、前記平面パターンにおいて、前記第２方向に直交する直線に関して線対称性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のモーター。
4. 前記複数の磁極は、前記第１方向に磁化される主磁極と、前記主磁極の前記第２方向に配列される補助磁極とを有するハルバッハ配列を構成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のモーター。
5. 前記第１スリットは、前記平面パターンにおいて、前記フレームの前記主磁極に重なる領域内に、前記主磁極の中心を通る直線上に設けられることを特徴とする請求項４に記載のモーター。
6. 前記第１スリットは、前記平面パターンにおいて、前記主磁極の中心を除く領域に設けられることを特徴とする請求項５に記載のモーター。
7. 前記フレームは、前記平面パターンにおいて、前記フレームの前記補助磁極に重なる領域内に、前記第２方向に沿うように設けられる第２スリットを有することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のモーター。
8. 前記第２スリットは、前記第１スリットに連続的に設けられることを特徴とする請求項７に記載のモーター。
9. 前記フレームは、前記平面パターンにおいて、前記フレームの前記補助磁極に重なる領域内に、前記第２方向に直交する第３方向に沿うように設けられる第３スリットを更に有することを特徴とする請求項４乃至８の何れか１項に記載のモーター。
10. 前記第３スリットは、前記フレームの前記第３方向の端面に達することを特徴とする請求項９に記載のモーター。
11. 前記電機子及び前記界磁の相対的な回転軸と同軸のシャフトを更に備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載のモーター。
12. 前記第１方向は、前記シャフトの軸方向であり、
    前記第２方向は、前記回転軸を中心とする円周方向であることを特徴とする請求項１１に記載のモーター。
13. 前記第１方向は、前記シャフトの半径方向であり、
    前記第２方向は、前記回転軸を中心とする円周方向であることを特徴とする請求項１１に記載のモーター。
14. 前記フレームは、非磁性体を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載のモーター。
15. 前記フレームは、軟磁性体を含むことを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載のモーター。
16. 前記フレームは、前記第１スリットの内壁に設けられる絶縁膜を介して前記第１スリット内に充填された軟磁性体からなるヨーク部を有することを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載のモーター。
17. 前記電機子を固定子、前記界磁を可動子として備えることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載のモーター。
18. 電機子との間に第１方向のギャップを介して、前記第１方向に直交する第２方向に配列される複数の磁極、及び、前記複数の磁極を保持するフレームを有する界磁の製造方法であって、
    導電性材料を含み、前記第１方向から見た平面パターンにおいて、前記複数の磁極により生じる磁力線に沿うように設けられる第１スリットを有する前記フレームに、前記複数の磁極となる着磁対象を保持させることと、
    前記フレームに保持される前記着磁対象に、前記磁力線を実現するような磁界を着磁装置によって印加することと、
    を含むことを特徴とする界磁の製造方法。

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