JP5951647B2 - 磁気回路 - Google Patents

Description

この発明は、長尺の磁気回路に関するものである。

特開平１０−４７６５１号公報（特許文献１参照）には、同一の磁極の面が相互に対向する様に、複数の永久磁石を間隔を開け配列して、各永久磁石間に複数の磁性体ヨークを挿入して、各永久磁石と各磁性体ヨークを密接させた長尺の磁気回路が記載されている。

特開平９−１５９０６８号公報（特許文献２参照）には、強磁性を有する固定物体に吸着して管路を吊り下げ支持する管路用磁気式吊り具に備えられる管路用磁気吸着部材であって、永久磁石の磁極方向の両側をヨークで挟んだサンドイッチ型磁気回路が記載されている。

特開平１０−４７６５１号公報 特開平９−１５９０６８号公報

特許文献１に記載の発明では、同一の磁極の面が相互に対向する様に、複数の永久磁石を間隔を開け配列しているため、長尺方向の磁界強度分布が均一でない課題があった。

特許文献２に記載の発明では、永久磁石の磁極方向の両側をヨークで挟んだサンドイッチ型磁気回路とすることにより、磁気回路の磁界強度を強化しているが、長尺のサンドイッチ型磁気回路を形成するためには、長尺の永久磁石が必要であり、永久磁石の加工が難しく、さらに割れやすいなどの課題があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、アレイ状に配置された短尺の複数の磁石を用い、アレイの配列方向の磁束密度分布が均一な長尺の磁気回路を得ることを目的とする。

この発明に係る磁気回路は、アレイ状に設けられた複数の磁石と、複数の磁石を挟むように設けられた一対のヨークと、複数の磁石の配列方向と平行に配置された鉄系金属の金属板と、を備え、複数の磁石は、隣接する磁石がアレイの配列方向にそれぞれ所定の間隔以下の隙間を有して配置され、一対のヨークの一方のヨーク側に一方の磁極を有し、一対のヨークの他方のヨーク側に他方の磁極を有し、アレイ状に設けられた全ての磁石の群の一端側の磁石から他端側の磁石に亘って、一対のヨークから一様な磁界を発し、金属板は、一対のヨークの一方と金属板との間に磁気の影響を与える対象となる物体が位置するよう、一対のヨークの一方と離間した位置に配置されているものである。

この発明の磁気回路によれば、所定の隙間以下でアレイ状に配置された複数の磁石と、前記複数の磁石に設けられたヨークとを備えたので、隣接する磁石を密着させなくてもアレイの配列方向に均一な磁束密度が得られる。

また、生産歩留まりが高い長さの短い磁石を用いることができるので、生産性が向上する。

この発明の実施の形態１の磁気回路を示す側面図である。 この発明の実施の形態１の磁気回路を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１の磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態１の磁気回路からヨークを除いた磁気回路の側面図である。 この発明の実施の形態１の磁気回路からヨークを除いた磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態１の磁気回路の他の例を示す側面図である。 この発明の実施の形態２の磁気回路を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３の磁気回路を示す側面図である。 この発明の実施の形態３の磁気回路を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３の磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態３の磁気回路からヨークを除いた磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態３の磁気回路の他の例を示す側面図である。 この発明の実施の形態４の磁気回路を示す側面図である。 この発明の実施の形態４の磁気回路を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４の磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態４の磁気回路からヨークを除いた磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態４の磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。 この発明の実施の形態４の磁気回路からヨークを除いた磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。 計測部の設置位置を説明するための図である。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１について図を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１の磁気回路を示す側面図であり、図２は、この発明の実施の形態１の磁気回路を示す斜視図である。図１及び図２において、１は磁石体、１ａ、１ｂは磁石、２ａ、２ｂは鉄系金属性のヨークである。磁石体１は、磁石１ａと磁石１ｂとから構成される。磁石１ａと磁石１ｂは、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂが位置する方向に磁極を向け配置されている。また、磁石１ａと磁石１ｂは、同じ方向に同じ磁極を向け配置されている。例えば、磁石１ａと磁石１ｂは、ヨーク２ａが設置された側にＮ極、ヨーク２ｂが設置された側にＳ極を向け配置されている。また、磁石１ａと磁石１ｂは、軸方向にアレイ状に配置されている。磁石１ａと磁石１ｂは例えば２ｍｍの磁石間ギャップ３をもって配置されている。磁気回路には、磁石１ａのＮ極と磁石１ｂのＮ極とに亘って鉄系金属性のヨーク２ａが設けられている。また、磁気回路には、磁石１ａのＳ極と磁石１ｂのＳ極とに亘って鉄系金属性のヨーク２ｂが設けられている。ヨーク２ａとヨーク２ｂは、磁石１ａおよび磁石１ｂを一体に挟むように配置されている。なお、磁石間ギャップ３は、空隙であってもよく、接着剤等の樹脂が充填されていても良い。

磁気回路の動作について図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａは、この発明の実施の形態１の磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。図１と同一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。５は、磁気回路の磁石面から磁極方向およびアレイの配列方向に直交する方向に２．５ｍｍ離間した位置（図３Ｂに示す計測部４の位置）における磁束密度の磁気回路の軸方向の分布を示すグラフである。

図３Ａに示すグラフ５において、縦軸は磁束密度、横軸は磁気回路の軸方向の長さである。図３Ａに示す破線は、グラフ５の横軸と磁気回路との対応関係を示している（すなわち、磁気回路はグラフ５に示す永久磁石範囲に位置している）。グラフ５では、磁石１ａと磁石１ｂの磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで変化させたときの磁束密度の分布が示してある。磁石間ギャップ３が大きくなっても磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度が大きく変動していない。さらに、磁石間ギャップ３が３ｍｍまでは磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度はほとんど変化していない。磁気回路の軸方向の全長に亘って均一な磁束密度が得られている。

この発明の実施の形態１の効果を説明するため、比較としてヨーク２ａ、２ｂを設けない場合について説明する。図４は、この発明の実施の形態１の磁気回路からヨーク２ａ、２ｂを除いた磁気回路の側面図である。図４において、図１と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

磁気回路の動作について図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、この発明の実施の形態１の磁気回路からヨークを除いた磁気回路の磁束密度の分布を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、図３と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。５１は、磁気回路の磁石面から磁極方向およびアレイの配列方向に直交する方向に２．５ｍｍ離間した位置（図５Ｂに示す計測部４の位置）における磁束密度の磁気回路の軸方向の分布を示すグラフである。

図５Ａに示すグラフ５１は縦軸を磁束密度、横軸は磁気回路の軸方向の長さ方向である。図５Ａに示す破線は、グラフ５１の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ５１では、磁石１ａと磁石１ｂの磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで変化させたときの磁束密度の分布が示してある。磁石間ギャップ３が大きくなるに従い磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度が大きく変動している。磁石１ａと磁石１ｂとが離間するに従って磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度が大きく変動することがわかる。

このように、ヨーク２ａとヨーク２ｂが設けられていない場合は、磁石１ａと磁石１ｂとが離間すると磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度の均一性が保たれない。

以上のように、この発明の実施の形態１の磁気回路によれば、磁石１ａと磁石１ｂを接触させなくても、鉄系金属性のヨーク２ａ、２ｂを磁石１ａと磁石１ｂとに亘って設けることで、図５に示すような磁石１ａと磁石１ｂ間で発生する磁束密度の変動を図３に示すように抑制することができる。その結果、軸方向に亘って均一な磁束密度を得ることができる。

この発明の実施の形態１においては、２つの磁石を軸方向にアレイ状に配置された場合について説明したが、図６に示すように、３つ以上の磁石を軸方向にアレイ状に配置し、配置された全ての磁石に亘ってヨークを設けてもよい。上述の磁気回路と同様の作用効果が得られる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２について図を用いて説明する。図７は、この発明の実施の形態２における磁気回路の斜視図である。図７において、図２と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。

この発明の実施の形態２における磁気回路は、磁石１ａ、１ｂそれぞれの軸方向と磁極方向とで囲まれた平面（Ａ（ａ）面、Ａ（ｂ）面）から、ヨーク２ａ、２ｂが突出している形状となっている。

磁石１ａ、１ｂから発せられた磁力線は、磁石１ａ、１ｂとヨーク２ａ、２ｂとの接触面を介してヨーク２ａ、２ｂに集磁される。集磁された磁力線はヨーク２ａの突出部先端部のＮ極からヨーク２ｂの突出部先端部のＳ極に向かうループを描く。

ヨーク２ａ、２ｂを磁石１ａ、１ｂから突出させることにより、磁束がヨーク２ａ、２ｂに集中し、磁束密度が強くなる効果がある。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態３の磁気回路を示す側面図である。また、図９はこの発明の実施の形態３の磁気回路を示す斜視図である。

この発明の実施の形態３の磁気回路は、一方の磁極側（例えば、Ｎ極側）にだけ鉄系金属性のヨーク２ｃが設けられた磁気回路である。その他の構成は、実施の形態１の磁気回路と同じである。なお、図面上では、Ｎ極側にヨーク２ｃが設けられているが、Ｎ極側ではなくＳ極側にヨーク２ｃを設ける構成とすることも可能である。

次に、この磁気回路の磁束密度の均一性を図１０Ａ、図１０Ｂ、図１１Ａ、および図１１Ｂを使用して説明する。

図１０Ａに示すグラフ６は、Ｎ極側の磁石面からヨーク２ｃを挟んで２ｍｍ離間した位置（すなわち、図１０Ａおよび図１０Ｂに示す計測部４が位置する場所）における磁束密度の分布を示すグラフである。なお、図１０Ａに示す破線は、グラフ６の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ６には、磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させて計測した結果が示してある。縦軸は磁束密度、横軸は磁気回路の軸方向の長さである。磁石間ギャップ３が大きくなっても、磁石間ギャップ３周辺の磁束密度は大きく変化しないことがわかる。このことから、一方の磁極側にのみヨーク２ｃを設ける場合であっても、軸方向の全長にわたって均一な磁束密度が得られることがわかる。

比較のため、上述の構成からヨーク２ｃを取り除いて磁束密度を計測した。図１１Ａに示すグラフ６１は、図１０Ａに示すグラフ６と同じ条件で磁束密度を計測した結果である（すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂに示す計測部４が位置する場所で磁束密度を計測した結果である）。なお、図１１Ａに示す破線は、グラフ６１の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ６１には、グラフ６と同様に、磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させて計測した結果が示してある。磁石間ギャップ３が大きくなるに従って、磁石間ギャップ３周辺の磁束密度が大きく変化することがわかる。このように、ヨーク２ｃが設けられていない場合は、磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度の均一性が保たれないことがわかる。

以上のように、この発明の実施の形態３の磁気回路によれば、一方の磁極側にのみ鉄系金属性のヨーク２ｃを設けた場合であっても、実施の形態１の磁気回路と同様に、軸方向に亘って均一な磁束密度を得ることができる。

なお、実施の形態３では、２つの磁石をアレイ状に配置する場合について説明したが、配置する磁石の数は２つに限られない。例えば、図１２に示すように、３つの磁石をアレイ状に配置し、配置された全ての磁石にわたってヨークを設ける構成とすることも可能である。当然、４つ以上の磁石を配置する構成とすることも可能である。３つ以上の磁石を配置する場合であっても、２つの磁石を配置した場合と同様の作用効果を得ることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。図１３は、この発明の実施の形態４の磁気回路を示す側面図である。また、図１４はこの発明の実施の形態４の磁気回路を示す斜視図である。

この発明の実施の形態４の磁気回路には、鉄系金属性の金属板９が設けられている。金属板９は、磁石１ａおよび磁石１ｂの配列方向（アレイの配列方向）と平行に配置されている。また、金属板９は、ヨーク２ｂと金属板９との間に物体１０が位置するように、ヨーク２ｂの外側の表面から距離ｄだけ離間した位置に配置されている。なお、物体１０は、磁気回路が磁気の影響を与える対象となる物体である。ヨーク２ａおよびヨーク２ｂの幅ｗ２は、図１４に示すように、磁石１ａおよび磁石１ｂの幅ｗ１より短くなっている。その他の構成は、実施の形態１の磁気回路と同じである。

なお、図面上では、Ｓ極側に金属板９が設けられているが、Ｓ極側ではなくＮ極側に金属板９を設ける構成とすることも可能である。また、Ｎ極側とＳ極側の両方に金属板９を設ける構成とすることも可能である。

次に、この磁気回路の磁束密度の均一性を図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、および図１６Ｂを使用して説明する。

図１５Ａに示すグラフ７は、Ｓ極側の磁石面からヨーク２ｂを挟んで２．５ｍｍ離間した位置（すなわち、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す計測部４が位置する場所）における磁束密度の分布を示すグラフである。なお、図１５Ａに示す破線は、グラフ７の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ７には、磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させて計測した結果が示してある。縦軸は磁束密度、横軸は磁気回路の軸方向の長さである。磁石間ギャップ３が大きくなっても、磁石間ギャップ３周辺の磁束密度は大きく変化しないことがわかる。

比較のため、上述の構成からヨーク２ａおよびヨーク２ｂを取り除いて磁束密度を計測した。図１６Ａに示すグラフ７１は、図１５Ａに示すグラフ７と同じ条件で磁束密度を計測した結果である（すなわち、図１６Ａに示す計測部４が位置する場所で磁束密度を計測した結果を示すグラフである）。なお、図１６Ａに示す破線は、グラフ７１の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ７１には、グラフ７と同様に、磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させて計測した結果が示してある。磁石間ギャップ３が大きくなるに従って、磁石間ギャップ３周辺の磁束密度が大きく変化することがわかる。このように、ヨーク２ａおよびヨーク２ｂが設けられていない場合は、磁石間ギャップ３の周辺の磁束密度の均一性が保たれないことがわかる。

この磁気回路の磁束密度の均一性を示すため、別の場所についても磁束密度を計測した。計測結果を、図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、および図１８Ｂを使用して説明する。

図１７Ａは、図１５Ａに示す磁気回路と同じ構成を使って磁束密度を計測した結果である。図１７Ａに示すグラフ８は、磁石１ａおよび磁石１ｂの側面から２．５ｍｍ離間した位置（すなわち、図１７Ａおよび図１７Ｂに示す計測部４が位置する場所）における磁束密度の分布を示すグラフである。なお、図１７Ａに示す破線は、グラフ８の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ８には、磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させて計測した結果が示してある。磁石間ギャップ３が大きくなっても、磁石間ギャップ３周辺の磁束密度は大きく変化しないことがわかる。

図１８Ａは、図１６Ａに示す磁気回路と同じ構成（すなわち、図１７Ａに示す磁気回路からヨーク２ａおよびヨーク２ｂを取り除いた磁気回路）を使い、計測部４の位置だけ変化させて計測した結果を示す図である。図１８Ａに示すグラフ８１は、図１７Ａに示すグラフ８と同じ条件で磁気回路の磁束密度を計測した結果を示すグラフである（すなわち、図１８Ａおよび図１８Ｂに示す計測部４が位置する場所で磁束密度を計測した結果を示すグラフである）。なお、図１８Ａに示す破線は、グラフ８１の横軸と磁気回路との対応関係を示している。グラフ８１には、グラフ８と同様に、磁石間ギャップ３を０ｍｍから５ｍｍまで１ｍｍ単位で変化させて計測した結果が示してある。図１６Ａに示すグラフ７１のときほど大きくないものの、磁石間ギャップ３が大きくなるに従って、磁石間ギャップ３周辺の磁束密度が大きく変化することがわかる。

以上のように、この発明の実施の形態４の磁気回路によれば、軸方向にわたって均一な磁束密度を得ることができる。

上記実施の形態は、いずれも本発明の趣旨の範囲内で各種の変形が可能である。上記実施の形態は本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は実施形態よりも添付した請求項によって示される。請求項の範囲内、および発明の請求項と均等の範囲でなされた各種変形は本発明の範囲に含まれる。

本出願は、２０１２年１月３０日に出願された、明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願２０１２−０１６８４７号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。

１ 磁石体、１ａ、１ｂ、１ｃ 磁石、２ａ、２ｂ、２ｃ ヨーク、３、３ａ、３ｂ 磁石間ギャップ、４ 計測部、５、６、７、８、５１、６１、７１、８１ グラフ、９ 金属板、１０ 物体。

Claims (3)

1. アレイ状に設けられた複数の磁石と、
   前記複数の磁石を挟むように設けられた一対のヨークと、
   前記複数の磁石の配列方向と平行に配置された鉄系金属の金属板と、を備え、
   前記複数の磁石は、隣接する磁石がアレイの配列方向にそれぞれ所定の間隔以下の隙間を有して配置され、前記一対のヨークの一方のヨーク側に一方の磁極を有し、前記一対のヨークの他方のヨーク側に他方の磁極を有し、
   アレイ状に設けられた全ての前記磁石の群の一端側の前記磁石から他端側の前記磁石に亘って、前記一対のヨークから一様な磁界を発し、
   前記金属板は、前記一対のヨークの一方と前記金属板との間に磁気の影響を与える対象となる物体が位置するよう、前記一対のヨークの一方と離間した位置に配置されている磁気回路。
2. 前記複数の磁石は、前記アレイの配列方向及び磁極方向で囲まれた平面を有し、該平面に対する側面に前記一対のヨークが設けられ、前記一対のヨークが、前記平面から突出している請求項１に記載の磁気回路。
3. 前記複数の磁石は、前記アレイの配列方向に直交する方向の断面が矩形形状である請求項１又は請求項２に記載の磁気回路。