JP6016833B2 - 電気機械 - Google Patents

Description

この発明は、電動機や発電機などの回転電機やリニアモータなどの直動機などの電気機械に関し、特に、永久磁石からなる主磁極と副磁極などにより構成されるハルバッハ磁石配列構造を有する界磁の構造に関する。

従来の永久磁石同期モータは、主磁極と副磁極をヨーク上に交互に並べて１列に配列して構成されたハルバッハ磁石配列構造を有する界磁と、空隙を介して界磁と対向するように配置される電機子と、を備えている。主磁極は、それぞれ、配列方向と直交するように着磁され、着磁方向がヨーク側と空隙側とに交互に向くように、配列されている。副磁極は、それぞれ、配列方向に着磁され、着磁方向が主磁極を介して対向するように、配列されている。

このように構成された従来の界磁では、副磁極が発生する磁束の磁路は、副磁極から一側の主磁極、空隙および他側の主磁極を通って副磁極に戻る第１の磁路と、副磁極から一側の主磁極、ヨークおよび他側の主磁極を通って副磁極に戻る第２の磁路との２つとなる。第１の磁路を通る磁束の流れ方向は、主磁極の着磁方向と同方向となり、反磁界とはならない。一方、第２の磁路を通る磁束の流れ方向は、主磁極の着磁方向と逆の方向となり、主磁極に対して反磁界として作用する。このため、主磁極が減磁し、発生磁束密度が低下して、モータの出力特性が低下するという問題が発生する。

このような状況を鑑み、副磁極を配列方向に１列に配列された３つの永久磁石により構成し、磁束が、一側の主磁極の主面近傍から、ヨーク側に湾曲して、他方の主磁極の主面近傍に戻るように、３つの永久磁石を着磁配向し、さらに主磁極を配列方向と直交する方向に２分割された２つの永久磁石により構成し、保持力の大きな永久磁石をヨーク側に配置した、従来の永久磁石同期モータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１による従来の永久磁石同期モータでは、磁束が、一側の主磁極の主面近傍から、ヨーク側に湾曲して、他方の主磁極の主面近傍に戻るように、副磁極を構成する３つの永久磁石を着磁配向している。そこで、副磁極から他側の主磁極、ヨークおよび一側の主磁極を通って副磁極に戻る第２の磁路を流れる磁束量が低減され、主磁極の減磁が抑制される。また、減磁しやすい主磁極のヨーク側が保持力の大きな永久磁石で構成されているので、副磁極から一側の主磁極、ヨークおよび他側の主磁極を通って副磁極に戻る磁路を流れる磁束による主磁極の減磁が緩和される。

特開２００９−１０６０３７号公報

特許文献１による従来の永久磁石同期モータでは、副磁極を構成する３つの永久磁石の中央に位置する永久磁石の着磁方向は配列方向を向いているが、両側に位置する永久磁石の着磁方向は、中央の永久磁石の着磁方向と、主磁極の着磁方向との間を向いている。配列方向と、配列方向と直交する方向との間の方向に着磁された永久磁石を製造するには、大きな永久磁石から削り出す必要があり、製造コストが高くなるという課題があった。
また、保持力の大きな永久磁石は、ジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）などを使用する必要があり、製造コストが高くなるという課題があった。
さらに、主磁極が着磁方向に２分割されているため、主磁極のパーミアンスが低下し、永久磁石の動作点が劣化し、減磁耐力が低下するという課題もあった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、主磁極の磁化方向と副磁極の磁化方向との間の方向を向く磁化容易方向を有する電磁鋼板の積層体を主磁極と副磁極との間に配置し、主磁極および副磁極を分割することなく、主磁極の減磁を抑制して、製造コストの低コスト化を図るとともに、パーミアンスの低下に起因する主磁極の減磁耐力の低下を抑制できる電気機械を得ることを目的とする。

この発明による電気機械は、コイルを有する電機子と、第１面を上記電機子に向けて上記電機子と空隙を介して配置されるヨーク、上記ヨークの第１面上に一定のピッチで駆動方向に配列されて上記ヨークに保持される複数の主磁極、上記主磁極間のそれぞれに配置されて上記主磁極と交互に並ぶように上記駆動方向に配列されて上記ヨークに保持される複数の副磁極、および上記主磁極と上記副磁極との間のそれぞれに配置された複数の磁束誘導部を有するハルバッハ磁石配列構造の界磁と、を備えている。上記複数の主磁極は、それぞれ、上記第１面と直交する方向に着磁配向された永久磁石からなり、着磁方向が上記ヨークの方向と上記空隙の方向とを交互に向くように、上記ヨークの第１面上に配設され、かつ上記主磁極の上記空隙側の面が上記磁束誘導部と対向しておらず、上記複数の副磁極は、それぞれ、上記駆動方向に着磁配向された永久磁石からなり、上記主磁極を介して同極が向き合うように上記ヨークの第１面上に配設され、上記複数の磁束誘導部は、それぞれ、電磁鋼板をその圧延方向を積層方向から見て一致させて積層して構成され、上記電磁鋼板の圧延方向と上記駆動方向との間の角度θが、０°＜θ＜９０°の範囲となっており、上記複数の磁束誘導部の圧延方向は、上記主磁極および上記副磁極が発生する、上記空隙を通る磁束の向きに沿っている。

この発明によれば、複数の磁束誘導部は、それぞれ、電磁鋼板をその圧延方向を積層方向に一致させて積層して構成され、電磁鋼板の圧延方向と駆動方向との間の角度θが、０°＜θ＜９０°の範囲となっている。そこで、副磁極が発生する磁束は、湾曲されて空隙側に流れ、ヨーク側に流れる磁束量が低減する。これにより、主磁極に加わる反磁界が低減され、主磁極の減磁が抑制される。

着磁方向が駆動方向と主磁極の着磁方向との間を向く、製造コストの高い永久磁石に替えて廉価な電磁鋼板の積層体を主磁極と副磁極との間に配置しているので、製造コストの低価格化が図られる。
主磁極の減磁が抑制されるので、主磁極を着磁方向に２分割し、保持力の高い高価な永久磁石をヨーク側に配置する必要がない。そこで、主磁極を安価に構成できる。
主磁極を分割する必要がないので、パーミアンスの低下に起因する主磁極の減磁耐力の低下を抑制できる。

この発明の実施の形態１に係る永久磁石同期リニアモータの要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石同期リニアモータの界磁における副磁極が発生した磁束の流れを説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石同期リニアモータの界磁における副磁極が発生した磁束の流れを説明する図である。 この発明の実施の形態３に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態６に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態７に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態８に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態９に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１０に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１１に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１２に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１３に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１４に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１５に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。 従来の永久磁石同期リニアモータの要部を示す断面図である。 従来の永久磁石同期リニアモータの界磁における主磁極が発生した磁束の流れを説明する図である。 従来の永久磁石同期リニアモータの界磁における副磁極が発生した磁束の流れを説明する図である。

以下、本発明による電気機械の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石同期リニアモータの要部を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石同期リニアモータの界磁における副磁極が発生した磁束の流れを説明する図である。なお、図１および図２は磁束誘導部を構成する電磁鋼板の積層方向と直交する断面を示している。

図１において、電気機械としての永久磁石同期リニアモータは、ハルバッハ磁石配列構造を有する界磁２０Ａと、空隙Ｇを介して界磁２０Ａと対向するように配置される電機子１００と、を備えている。

電機子１００は、ティース部１１１ｂが、それぞれ、バックヨークの側面から突出して、一定のピッチで配列された電機子鉄心１１０と、ティース部のそれぞれに装着された電機子コイル１２０と、を備えている。電機子鉄心１１０は、バックヨーク部１１１ａとティース部１１１ｂとからなるＴ字状の分割鉄心１１１を、バックヨーク部１１１ａの長さ方向の端面同士を突き合わせて１列に配列して構成される。バックヨーク部１１１ａが１列に配列して電機子鉄心１１０のバックヨークを構成する。分割鉄心１１１は、打ち抜き加工や放電加工により電磁鋼板の帯板から形成されたＴ字状のコア片を積層一体化して作製される。なお、電機子鉄心は、ティース部１１１ｂが、それぞれ、バックヨークの側面から突出して、一定のピッチで配列された単一の鉄心で構成されてもよい。

界磁２０Ａは、主磁極２１と、副磁極２２と、磁束誘導部２４と、主磁極２１、副磁極２２および磁束誘導部２４を保持するヨーク２３と、を有する。

主磁極２１は、直方体に作製され、駆動方向Ａと直交する方向に着磁配向された永久磁石により構成される。主磁極２１は、それぞれ、着磁方向Ｂ１を空隙Ｇ側とヨーク２３側とに交互に向けて、かつ直方体の長さ方向を互いに平行として、駆動方向Ａに一定のピッチで配列され、ヨーク２３上に位置決め固定されている。具体的には、主磁極２１の着磁方向Ｂ１の矢印が向いている面をＮ極、反対側の面をＳ極としたときに、主磁極２１は、空隙Ｇ側の面が、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・と交互に並ぶように、駆動方向Ａに配列される。なお、駆動方向Ａは主磁極２１および副磁極２２の配列方向に一致する。

副磁極２２は、直方体に作製され、駆動方向Ａに着磁配向された永久磁石により構成される。副磁極２２は、それぞれ、着磁方向Ｂ２が主磁極２１を介して対向し、かつ主磁極２１との間に隙間を確保して、隣り合う主磁極２１間のそれぞれに挿入されて、ヨーク２３上に位置決め固定されている。具体的には、副磁極２２は、主磁極２１を挟んで、同極の面が対向するように配設される。

磁束誘導部２４は、電磁鋼板の帯板から打ち抜かれた矩形平板を、その圧延方向が積層方向から見て一致するように、積層一体化して作製される。磁束誘導部２４は、図１中、積層方向を紙面に垂直な方向として、主磁極２１と副磁極２２との間の隙間に挿入されて、ヨーク２３上に位置決め固定される。そして、磁束誘導部２４は、主磁極２１と副磁極２２との相対する面に接して、主磁極２１と副磁極２２との間の磁気抵抗の増加を抑制している。電磁鋼板の帯板においては、圧延方向が磁化容易方向Ｃとなる。そこで、磁化容易方向Ｃが、主磁極２１の着磁方向Ｂ１と副磁極２２の着磁方向Ｂ２との間を向くように、矩形平板が電磁鋼板の帯板から打ち抜かれる。具体的には、駆動方向Ａに対する副磁極２２の着磁方向Ｂ２の角度を０°、主磁極２１の着磁方向Ｂ１の角度を９０°としたときに、駆動方向Ａに対する磁束誘導部２４の磁化容易方向Ｃの角度θは、０°＜θ＜９０°となっている。これにより、磁束が、一側の主磁極２１の主面（空隙Ｇ側の面）近傍から、ヨーク２３側に湾曲して、他方の主磁極２１の主面近傍に戻る磁路が、副磁極２２と、副磁極２２の両側に配置された一対の磁束誘導部２４とに形成される。

ヨーク２３は、例えば鋳鉄などの磁性材料により矩形平板状に作製される。主磁極２１、副磁極２２および磁束誘導部２４がヨーク２３の第１面上を配設される。

つぎに、実施の形態１の効果について、従来技術と比較して説明する。

従来の永久磁石同期モータは、図１８に示されるように、ハルバッハ磁石配列構造を有する界磁２００と、空隙Ｇを介して界磁２００と対向するように配置される電機子１００と、を備えている。界磁２００は、主磁極２０１と、副磁極２０２と、主磁極２０１および副磁極２０２を保持するヨーク２０３と、を有する。主磁極２０１は、それぞれ、駆動方向Ａと直交する方向に着磁配向され、着磁方向Ｂ１を空隙Ｇ側とヨーク２０３側とに交互に向けて、駆動方向Ａに一定のピッチで配列されて、ヨーク２０３上に配設されている。副磁極２０２は、それぞれ、駆動方向Ａに着磁配向され、着磁方向Ｂ２が主磁極２０１を介して対向するように、隣り合う主磁極２０１間のそれぞれに挿入されて、ヨーク２０３上に配設されている。

このように構成された界磁２００では、主磁極２０１が発生する磁束は、図１９に矢印で示されるように、一側の主磁極２０１からヨーク２０３を通って他側の主磁極２０１に至り、さらに空隙Ｇを通って一側の主磁極２０１に戻る磁路２１０を流れる。
また、副磁極２０２が発生する磁束は、図２０に矢印で示されるように、副磁極２０２から一側の主磁極２０１、空隙Ｇおよび他側の主磁極２０１を通って副磁極２０２に戻る第１の磁路２１１ａと、副磁極２０２から一側の主磁極２０１、ヨーク２０３および他側の主磁極２０１を通って副磁極２０２に戻る第２の磁路２１１ｂとを流れる。

従来の永久磁石同期モータでは、磁路２１０を流れる主磁極２０１が発生した磁束と第１の磁路２１１ａを流れる副磁極２０２が発生した磁束との合成磁束が電機子１００に鎖交する。そして、例えば３相交流電流を電機子コイル１２０に流し、電機子１００に駆動方向Ａの推力を発生させる。これにより、電機子１００は、ガイドレール(図示せず)に沿って駆動方向Ａに移動する。

ここで、第１の磁路２１１ａを通る磁束の流れ方向は、主磁極２０１の着磁方向Ｂ１と同方向となり、反磁界とはならない。一方、第２の磁路２１１ｂを通る磁束の流れ方向は、主磁極２０１の着磁方向Ｂ１と逆の方向となり、主磁極２０１に対して反磁界として作用する。このように、従来の永久磁石同期モータでは、副磁極２０２が発生する磁束の中の第２の磁路２１１ｂを流れる磁束量が多くなる。また、主磁極２０１の副磁極２０２側かつヨーク２０３側の角部（図１８中、破線で囲まれた領域Ｄ３）は、主磁極２０１を通過する第２の磁路２１１ｂの中で、磁気抵抗が最も小さい領域となるので、領域Ｄ３に磁束が集中する。このため、主磁極２０１が減磁し、発生磁束密度が低下して、モータの出力特性が低下する。

実施の形態１による界磁２０Ａでは、一側の主磁極２１の主面近傍から、ヨーク２３側に湾曲して、他方の主磁極２１の主面近傍に戻る磁路が、副磁極２２および副磁極２２の両側に配置された一対の磁束誘導部２４に形成される。そこで、副磁極２２が発生する磁束のほとんどが、図２に矢印１１ａで示されるように、一側の磁束誘導部２４に入り、磁化容易方向Ｃに沿って磁束誘導部２４内を空隙Ｇ側に流れる。そして、空隙に流れ出た磁束は、電機子１００（図示せず）に鎖交して他側の磁束誘導部２４に入り、磁化容易方向Ｃに沿って磁束誘導部２４内を副磁極２２側に流れた後、副磁極２２に戻る。これにより、副磁極２２から他側の磁束誘導部２４、主磁極２１、ヨーク２３および一側の主磁極２１、磁束誘導部２４を通って副磁極２２に戻る磁路１１ｂを流れる磁束量が少なくなる。このように、主磁極２０１に対して反磁界として作用する磁路１１ｂを流れる磁束量が少なくなり、主磁極２１の減磁が抑制される。これにより、減磁に起因する主磁極２１の発生磁束密度の低下が抑えられ、モータの出力特性が向上される。

また、副磁極２２が発生する磁束の中の、磁路１１ｂを流れる磁束量が少なくなるので、空隙Ｇ側に流れる磁束量が多くなる。これにより、電機子１００に鎖交する主磁極２１が発生する磁束と副磁極２２が発生する磁束との合成磁束が増加し、モータ特性を向上させることができる。

磁束誘導部２４が電磁鋼板を積層一体化して作製されているので、副磁極２２が発生する磁束の中の、磁路１１ｂを流れる磁束量が極めて少なくなる。したがって、主磁極２１の磁束誘導部２４側かつヨーク２３側の角部（図１８の領域Ｄ３に相当）における磁束の集中が緩和されるので、特許文献１のように、主磁極部を着磁方向に２分割し、ヨーク側に保持力の高い永久磁石を配置する必要がない。このように、主磁極２１を２つの永久磁石に分割構成することに起因する主磁極２１のパーミアンスの低下がなく、主磁極２１の減磁耐力の低下を抑えることができる。さらに、保持力の高い永久磁石を用いる必要がないので、界磁２０Ａの低コスト化が図られる。
また、特許文献１のように、着磁方向が主磁極の着磁方向と駆動方向との間を向く、製造コストの高い永久磁石を用いる必要がない。そして、磁束誘導部２４が電磁鋼板を積層一体化して作製されているので、磁束誘導部２４の製造コストは廉価となり、界磁２０Ａの低コスト化が図られる。

また、副磁極２２が電磁鋼板からなる一対の磁束誘導部２４に挟持されているので、副磁極２０２が主磁極２０１に挟持されている界磁２００に比べて、副磁極２２のパーミアンスが向上される。これにより、副磁極２２の磁石特性が向上し、副磁極２２の減磁を抑制することができる。

ここで、方向性電磁鋼板および無方向性電磁鋼板に拘わらず、電磁鋼板の磁化容易方向Ｃは、圧延方向に一致するが、磁化容易方向Ｃと圧延方向の一致度を考慮すれば、方向性電磁鋼板を用いることが望ましい。また、電磁鋼板の圧延方向に対する矩形平板の打ち抜き角度を適宜調整することにより、所望の磁化容易方向Ｃを有する磁束誘導部２４を簡易に作製できる。

さらに、電磁鋼板では、圧延方向に対して４５°〜６０°の角度範囲が最も磁束を通しにくい磁化困難方向となっている。そこで、磁化容易方向Ｃ（圧延方向）が駆動方向Ａに対して４５°〜３０°の角度範囲となるように、磁束誘導部２４を作製することが望ましい。これにより、副磁極２２から磁束誘導部２４を通って主磁極２１に入り、主磁極２１の着磁方向Ｂ１に垂直に鎖交する磁束量が低減され、主磁極２１の減磁を抑制できる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図、図４はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石同期リニアモータの界磁における副磁極が発生した磁束の流れを説明する図である。

図３において、第１凹部２５が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、主磁極２１と磁束誘導部２４との境界線の下部に、主磁極２１と磁束誘導部２４とに跨がるように、ヨーク２３の上面（第１面）に形成されている。
なお、実施の形態２では、第１凹部２５がヨーク２３に形成されている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｂでは、図４に示されるように、第１凹部２５が磁路１１ｂ中に存在する。そこで、第１凹部２５による磁気ギャップが磁路１１ｂ中に形成され、磁路１１ｂの磁気抵抗が増大する。これにより、磁路１１ｂを流れる磁束量が低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。さらに、副磁極２２が発生する磁束のなかの空隙Ｇ側に流れる磁束量が増大するので、電機子１００に鎖交する主磁極２１が発生する磁束と副磁極２２が発生する磁束との合成磁束が増加し、モータ特性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態２では、第１凹部２５が空隙となっているが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部２５内に充填してもよい。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図５において、磁束誘導部２４Ａは、主磁極２１に接する面とヨーク２３に接する面との角部を切り欠いて、ヨーク２３に接する面の駆動方向Ａの幅Ｌｂが空隙Ｇに面する面の駆動方向Ａの幅Ｌｇより狭くなる５角形の断面形状に構成されている。
なお、実施の形態３では、磁束誘導部２４に替えて磁束誘導部２４Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｃでは、図５に示されるように、磁束誘導部２４Ａの主磁極２１側かつヨーク２３側に空洞２６が形成される。そこで、空洞２６による磁気ギャップがヨーク２３側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に形成され、当該磁路の磁気抵抗が増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量が低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。さらに、副磁極２２が発生する磁束のなかの空隙Ｇ側に流れる磁束量が増大するので、電機子１００に鎖交する主磁極２１が発生する磁束と副磁極２２が発生する磁束との合成磁束が増加し、モータ特性を向上させることができる。

空洞２６による磁気ギャップが、主磁極２１の磁束誘導部２４側かつヨーク２３側の角部に磁束誘導部２４側に形成されるので、図５中一点鎖線で囲まれた領域Ｄ１を通過する磁路の磁気抵抗が増加する。また、磁束誘導部２４Ａのヨーク２３側の幅Ｌｂが空隙Ｇ側の幅Ｌｇより狭くなっているので、磁束誘導部２４Ａのヨーク２３側の領域が磁気飽和しやすくなり、磁気抵抗が大きくなる。これらにより、副磁極２２から磁束誘導部２４および主磁極２１を通りヨーク２３に流れる磁束量が低減されるので、主磁極２１の領域Ｄ１における磁束の集中が緩和され、主磁極２１の減磁が抑制される。

なお、上記実施の形態３では、空洞２６には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を空洞２６内に充填してもよい。
また、上記実施の形態３では、主磁極２１に接する面とヨーク２３に接する面との角部を切り欠いて磁束誘導部２４Ａを作製しているが、幅Ｌｂを確保して、空隙Ｇ側の面の主磁極２１側の辺を含むように切り欠いて磁束誘導部を作製してもよい。この場合、磁束誘導部は、空隙Ｇ側の面の主磁極２１側の辺で主磁極２１と接することになる。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図６において、第１凹部２５が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、主磁極２１と磁束誘導部２４との境界線の下部に、主磁極２１と空洞２６とに跨がるように、ヨーク２３の上面に形成されている。
なお、実施の形態４では、第１凹部２５がヨーク２３に形成されている点を除いて、上記実施の形態３と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態４においても、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｄでは、図６に示されるように、第１凹部２５および空洞２６がヨーク２３側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在するので、当該磁路の磁気抵抗が増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量がさらに低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。

なお、上記実施の形態４では、第１凹部２５および空洞２６には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部２５および空洞２６内に充填させてもよい。

実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図７において、第２凹部２７が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、副磁極２２の駆動方向Ａの略中央部の下部に位置するように、ヨーク２３の上面に形成されている。
なお、実施の形態５では、第２凹部２７がヨーク２３に形成されている点を除いて、上記実施の形態２と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態５においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｅでは、図７に示されるように、第１凹部２５および第２凹部２７がヨーク２３側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在するので、当該磁路の磁気抵抗がさらに増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量がさらに低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。

なお、上記実施の形態５では、第１凹部２５および第２凹部２７には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部２５および第２凹部２７内に充填させてもよい。

実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図８において、磁束誘導部２４Ａは、主磁極２１に接する面とヨーク２３に接する面との角部を切り欠いて、作製されている。
なお、実施の形態３では、磁束誘導部２４に替えて磁束誘導部２４Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態５と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態６においても、上記実施の形態５と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｆでは、図８に示されるように、磁束誘導部２４Ａの主磁極２１側かつヨーク２３側に空洞２６が形成される。そこで、第１および第２凹部２５，２７に加えて、空洞２６による磁気ギャップがヨーク２３側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に形成されるので、当該磁路の磁気抵抗がさらに増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量が低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。

なお、上記実施の形態６では、第１凹部２５、空洞２６および第２凹部２７には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部２５、空洞２６および第２凹部２７内に充填してもよい。

実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図９において、主磁極２１Ａは、長さ方向に直交する断面を等脚台形とする四角柱に構成されている。そして、主磁極２１Ａは、等脚台形断面の一方の底辺を空隙Ｇ側に向けてヨーク２３上に配設されている。ここで、主磁極２１Ａの等脚台形断面の一方の底辺の長さをＬｍｇ、他方の底辺の長さをＬｍｂとすると、Ｌｍｂ＞Ｌｍｇとなっている。
磁束誘導部２４Ｂは、幅Ｌｂを確保して、空隙Ｇ側の面の主磁極２１Ａ側の辺を含むように切り欠いて作製されている。そして、磁束誘導部２４Ｂは、切り欠いて作製された斜面を、それぞれ、主磁極２１Ａの等脚台形の平行でない２辺により構成される斜面に接するように主磁極２１Ａの両側に配設されている。ここで、Ｌｇ＋Ｌｍｇ＝Ｌｂ＋Ｌｍｂとなっている。
なお、実施の形態７では、主磁極２１および磁束誘導部２４に替えて主磁極２１Ａおよび磁束誘導部２４Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態７においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｇでは、図９に示されるように、主磁極２１Ａの磁束誘導部２４Ｂ側かつヨーク２３側の角部が磁束誘導部２４Ｂ側に突出している。そこで、電磁鋼板からなる磁束誘導部２４Ｂが主磁極２１Ａの当該角部の空隙Ｇ側に存在するので、一点鎖線で囲まれた主磁極２１Ａの領域Ｄ２のパーミアンスが向上される。これにより、磁石の動作点が改善され、主磁極２１Ａの減磁が抑制される。

磁束誘導部２４Ｂのヨーク２３側の幅Ｌｂが空隙Ｇ側の幅Ｌｇより狭くなっているので、磁束誘導部２４Ｂのヨーク２３側の領域が磁気飽和しやすくなり、磁気抵抗が大きくなる。これらにより、副磁極２２から磁束誘導部２４Ｂおよび主磁極２１Ａを通りヨーク２３に流れる磁束量が低減されるので、主磁極２１Ａの領域Ｄ２における磁束の集中が緩和され、主磁極２１Ａの減磁が抑制される。

なお、上記実施の形態７では、主磁極２１Ａが長さ方向に直交する断面を等脚台形とする四角柱に構成されているが、主磁極の長さ方向に直交する断面形状は、等脚台形に限定されず、主磁極の台形断面の空隙側の底辺の長さがヨーク側の底面の長さより短く、主磁極の磁束誘導部側かつヨーク側の角部が磁束誘導部側に突出し、電磁鋼板からなる磁束誘導部が主磁極の当該角部の空隙Ｇ側に存在していればよい。

実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１０において、第１凹部２５が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、主磁極２１Ａと磁束誘導部２４Ｂとの境界線の下部に、主磁極２１Ａと磁束誘導部２４Ｂとに跨がるように、ヨーク２３の上面に形成されている。
なお、実施の形態２では、第１凹部２５がヨーク２３に形成されている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態８においても、上記実施の形態７と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｈでは、図１０に示されるように、第１凹部２５がヨーク２３側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在する。そこで、第１凹部２５による磁気ギャップが当該磁路中に形成され、当該磁路の磁気抵抗が増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量が低減され、主磁極２１Ａの減磁を抑制することができる。さらに、副磁極２２が発生する磁束のなかの空隙Ｇ側に流れる磁束量が増大するので、電機子１００に鎖交する主磁極２１Ａが発生する磁束と副磁極２２が発生する磁束との合成磁束が増加し、モータ特性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態８では、第１凹部２５が空隙となっているが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部２５内に充填してもよい。

実施の形態９．
図１１はこの発明の実施の形態９に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１１において、第２凹部２７が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、副磁極２２の駆動方向Ａの略中央部の下部に位置するように、ヨーク２３の上面に形成されている。
なお、実施の形態９では、第２凹部２７がヨーク２３に形成されている点を除いて、上記実施の形態８と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態９においても、上記実施の形態８と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｉでは、図１１に示されるように、第１凹部２５および第２凹部２７がヨーク２３側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在するので、当該磁路の磁気抵抗がさらに増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量がさらに低減され、主磁極２１Ａの減磁を抑制することができる。

なお、上記実施の形態９では、第１凹部２５および第２凹部２７には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部２５および第２凹部２７内に充填させてもよい。

実施の形態１０．
図１２はこの発明の実施の形態１０に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１２において、分割コア３０は、ヨーク部３０ａと磁束誘導部３０ｂからなるＴ字状に、かつ一体に構成され、電磁鋼板の帯板から打ち抜かれたＴ字状のコア片を積層一体化して作製される。分割コア３０は、ヨーク部３０ａの長さ方向の端面同士を突き合わせて駆動方向Ａに１列に配列されている。そして、ヨーク部３０ａが駆動方向に連なって、上記実施の形態１におけるヨーク２３を構成する。主磁極２１と副磁極２２が、ヨーク部３０ａの端面同士が突き合わされた分割コア３０の磁束誘導部３０ｂ間に、駆動方向Ａに交互に挿入、保持されている。

駆動方向Ａに対する副磁極２２の着磁方向Ｂ２の角度を０°、主磁極２１の着磁方向Ｂ１の角度を９０°としたときに、駆動方向Ａに対する磁束誘導部３０ｂの磁化容易方向Ｃの角度θは、０°＜θ＜９０°となっている。これにより、磁束が、一側の主磁極２１の主面（空隙Ｇ側の面）近傍から、ヨーク部３０ａ側に湾曲して、他方の主磁極２１の主面近傍に戻る磁路が、副磁極２２と、副磁極２２の両側に配置された一対の磁束誘導部３０ｂとに形成される。
なお、実施の形態１０における他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態１０においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｊでは、ヨーク部３０ａと磁束誘導部３０ｂが電磁鋼板のみで作製されているので、ヨーク２３と磁束誘導部２４とが異なる材料で作製されている界磁２０Ａ〜２０Ｉに比べて、構造部材が少なくなり、製造コストの低コスト化が図られる。
また、ヨーク部３０ａは、鋳鉄などで作製されたヨーク２３に比べて、磁気飽和特性が高い電磁鋼板を用いて作製されているので、ヨーク部３０ａの飽和による主磁極２１および副磁極２２のパーミアンスの低下が抑制され、主磁極２１および副磁極２２の減磁が抑制される。

実施の形態１１．
図１３はこの発明の実施の形態１１に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１３において、第１凹部３１が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、主磁極２１と磁束誘導部３０ｂとの境界線の下部に、主磁極２１と磁束誘導部３０ｂとに跨がるように、ヨーク２３に形成されている。
なお、実施の形態１１では、第１凹部３１がヨーク部３０ａに形成されている点を除いて、上記実施の形態１０と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態１１においても、上記実施の形態１０と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｋでは、第１凹部３１がヨーク部３０ａ側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在する。そこで、第１凹部３１による磁気ギャップが当該磁路中に形成され、当該磁路の磁気抵抗が増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量が低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。さらに、副磁極２２が発生する磁束のなかの空隙Ｇ側に流れる磁束量が増大するので、電機子に鎖交する主磁極２１が発生する磁束と副磁極２２が発生する磁束との合成磁束が増加し、モータ特性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１１では、第１凹部３１が空隙となっているが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部３１内に充填してもよい。

実施の形態１２．
図１４はこの発明の実施の形態１２に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１４において、第２凹部３２が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、副磁極２２の駆動方向Ａの略中央部の下部に位置するように、ヨーク部３０ａに形成されている。
なお、実施の形態１２では、第２凹部３２がヨーク部３０ａに形成されている点を除いて、上記実施の形態１１と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態１２においても、上記実施の形態１１と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｌでは、第１凹部３１および第２凹部３２がヨーク部３０ａ側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在するので、当該磁路の磁気抵抗がさらに増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量がさらに低減され、主磁極２１の減磁を抑制することができる。

なお、上記実施の形態１２では、第１凹部３１および第２凹部３２には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部３１および第２凹部３２内に充填させてもよい。

実施の形態１３．
図１５はこの発明の実施の形態１３に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１５において、主磁極２１Ａと副磁極２２とが駆動方向Ａに交互に配列されている。
分割コア３０Ａは、磁束誘導部３０ｃがヨーク部３０ａの内周面から突出するＴ字状に作製されている。磁束誘導部３０ｃは、主磁極２１Ａの等脚台形の断面の平行でない辺により構成される傾斜面に接する傾斜面と、副磁極２２の矩形断面の主磁極２１Ａ側の辺により構成される平面に接する、ヨーク部３０ａの内周面に対して垂直な垂直面と、を備えている。
なお、実施の形態１３では、主磁極２１および分割コア３０に替えて主磁極２１Ａおよび分割コア３０Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１０と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態１３においても、上記実施の形態１０と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｍでは、主磁極２１Ａの磁束誘導部３０ｃ側かつヨーク部３０ａ側の角部が磁束誘導部３０ｃ側に突出している。そこで、電磁鋼板からなる磁束誘導部３０ｃが主磁極２１Ａの当該角部の空隙Ｇ側に存在するので、主磁極２１Ａの当該角部のパーミアンスが向上される。これにより、磁石の動作点が改善され、主磁極２１Ａの減磁が抑制される。

磁束誘導部３０ｃのヨーク２３部側の幅が空隙Ｇ側の幅より狭くなっているので、磁束誘導部３０ｃのヨーク部３０ａ側の領域が磁気飽和しやすくなり、磁気抵抗が大きくなる。これらにより、副磁極２２から磁束誘導部３０ｃおよび主磁極２１Ａを通りヨーク部３０ａに流れる磁束量が低減されるので、主磁極２１Ａの当該角部における磁束の集中が緩和され、主磁極２１Ａの減磁が抑制される。

なお、上記実施の形態１３では、主磁極２１Ａを用いているが、主磁極２１を用いてもよい。この場合、空洞が主磁極２１と磁束誘導部３０ｃとの間にヨーク部３０ａに面するように形成されるので、ヨーク部３０ａ側に流れる磁束の磁路の磁気抵抗が増加し、主磁極２１の減磁を抑制できる。

実施の形態１４．
図１６はこの発明の実施の形態１４に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１６において、第１凹部３１が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、主磁極２１Ａと磁束誘導部３０ｃとの境界線の下部に、主磁極２１Ａと磁束誘導部３０ｃとに跨がるように、ヨーク部３０ａに形成されている。
なお、実施の形態１４では、第１凹部３１がヨーク部３０ａに形成されている点を除いて、上記実施の形態１３と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態１４においても、上記実施の形態１３と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｎでは、第１凹部３１がヨーク部３０ａ側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在する。そこで、第１凹部３１による磁気ギャップが当該磁路中に形成され、当該磁路の磁気抵抗が増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量が低減され、主磁極２１Ａの減磁を抑制することができる。さらに、副磁極２２が発生する磁束のなかの空隙Ｇ側に流れる磁束量が増大するので、電機子に鎖交する主磁極２１Ａが発生する磁束と副磁極２２が発生する磁束との合成磁束が増加し、モータ特性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１４では、第１凹部３１が空隙となっているが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部３１内に充填してもよい。

実施の形態１５．
図１７はこの発明の実施の形態１５に係る永久磁石同期リニアモータの界磁の要部を示す断面図である。

図１７において、第２凹部３２が、溝方向を電磁鋼板の積層方向として、副磁極２２の駆動方向Ａの略中央部の下部に位置するように、ヨーク部３０ａに形成されている。
なお、実施の形態１５では、第２凹部３２がヨーク部３０ａに形成されている点を除いて、上記実施の形態１３と同様に構成されている。

そこで、この実施の形態１５においても、上記実施の形態１３と同様の効果が得られる。

このように構成された界磁２０Ｏでは、第１凹部３１および第２凹部３２がヨーク部３０ａ側を通る磁路（図４における磁路１１ｂに相当）中に存在するので、当該磁路の磁気抵抗がさらに増大する。これにより、当該磁路を流れる磁束量がさらに低減され、主磁極２１Ａの減磁を抑制することができる。

なお、上記実施の形態１５では、第１凹部３１および第２凹部３２には何も充填されていないが、例えば、非磁性の樹脂材を第１凹部３１および第２凹部３２内に充填させてもよい。

なお、上記各実施の形態では、永久磁石同期リニアモータを構成する電機子は電機子鉄心と電機子コイルを備えているが、電機子は、電機子鉄心を省略したコアレスの電機子でもよい。
また、上記実施の形態では、永久磁石同期リニアモータが、電機子コイルに通電して電機子を駆動方向に移動させるように構成されているが、永久磁石同期リニアモータは、電機子コイルに通電して界磁を駆動方向に移動さるように構成されてもよい。

また、上記各実施の形態では、永久磁石同期リニアモータについて説明しているが、本発明は、発電機や電動機などの回転電機に適用しても、同様の効果を奏する。この場合、回転電機の回転子鉄心の外周面に、主磁極、副磁極および磁束誘導部からなるハルバッハ磁石配列構造を構成すればよい。

２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｇ，２０Ｈ，２０Ｉ、２０Ｊ、２０Ｋ、２０Ｌ、２０Ｍ、２０Ｎ、２０Ｏ 界磁、２１，２１Ａ 主磁極、２２ 副磁極、２３ ヨーク、２４，２４Ａ，２４Ｂ 磁束誘導部、２５，３１ 第１凹部、２６ 空洞、２７，３２ 第２凹部、３０，３０Ａ 分割コア、３０ａ ヨーク部、３０ｂ，２０ｃ 磁束誘導部、１００ 電機子、１２０ 電機子コイル、Ａ 駆動方向、Ｂ１，Ｂ２ 着磁方向、Ｃ 磁化容易方向、Ｇ 空隙。

Claims (6)

1. コイルを有する電機子と、
   第１面を上記電機子に向けて上記電機子と空隙を介して配置されるヨーク、上記ヨークの第１面上に一定のピッチで駆動方向に配列されて上記ヨークに保持される複数の主磁極、上記主磁極間のそれぞれに配置されて上記主磁極と交互に並ぶように上記駆動方向に配列されて上記ヨークに保持される複数の副磁極、および上記主磁極と上記副磁極との間のそれぞれに配置された複数の磁束誘導部を有するハルバッハ磁石配列構造の界磁と、を備え、
   上記複数の主磁極は、それぞれ、上記第１面と直交する方向に着磁配向された永久磁石からなり、着磁方向が上記ヨークの方向と上記空隙の方向とを交互に向くように、上記ヨークの第１面上に配設され、かつ上記主磁極の上記空隙側の面が上記磁束誘導部と対向しておらず、
   上記複数の副磁極は、それぞれ、上記駆動方向に着磁配向された永久磁石からなり、上記主磁極を介して同極が向き合うように上記ヨークの第１面上に配設され、
   上記複数の磁束誘導部は、それぞれ、電磁鋼板をその圧延方向を積層方向から見て一致させて積層して構成され、上記電磁鋼板の圧延方向と上記駆動方向との間の角度θが、３０°＜θ＜４５°の範囲となっており、
   上記複数の磁束誘導部の圧延方向は、上記主磁極および上記副磁極が発生する、上記空隙を通る磁束の向きに沿っていることを特徴とする電気機械。
2. 第１凹部が、上記主磁極と上記磁束誘導部との境界下部に、上記主磁極と上記磁束誘導部とに跨がるように、上記ヨークの第１面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電気機械。
3. 上記磁束誘導部の上記ヨーク側の面の上記駆動方向の幅が上記磁束誘導部の上記空隙側の面の上記駆動方向の幅より狭く構成され、空洞が上記主磁極と上記磁束誘導部との間に上記ヨークに面するように形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気機械。
4. 第２凹部が、上記副磁極の上記駆動方向の中央部の下部に、上記副磁極に面するように、上記ヨークの第１面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気機械。
5. 上記主磁極の上記第１面側の面の上記駆動方向の幅が上記主磁極の上記空隙側の面の上記駆動方向の幅より広く構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２および請求項４のいずれか１項に記載の電気機械。
6. 上記ヨークは、ヨーク部の長さ方向の端部同士を上記主磁極および上記副磁極の上記駆動方向の中央位置で突き合わせて、複数の上記ヨーク部を上記駆動方向に配列して構成され、
   上記磁束誘導部と上記ヨーク部は、上記電磁鋼板を積層して、上記磁束誘導部が上記ヨーク部の長さ方向の中央部から突出するＴ字状に、かつ一体に作製されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気機械。

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