JP6947340B1 - Field magnet and motor with field magnet - Google Patents
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Abstract
バックヨーク(5)の主面(5a)と直交する方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列される複数の主磁極永久磁石(41、51)と、主磁極永久磁石(41、51)の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、主磁極永久磁石(41、51)の配列方向と同方向に主磁極永久磁石(41、51)と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石(61、71)と、非磁性の領域である非磁性層(6)と、を備え、副磁極永久磁石(61、71)は、少なくとも一部が主面(5a)と直交する方向に非磁性層(6)を介して主面(5a)と対向し、副磁極永久磁石(61、71)の主面(5a)と対向する面の位置は、主面(5a)から最も離れた主磁極永久磁石(41、51)の面の位置と同じ位置であり、副磁極永久磁石(61、71)の長さは、非磁性層(6)の長さよりも長い又は同じ長さであることを特徴とする界磁子。A plurality of main magnetic pole permanent magnets (41, 51) magnetized in a direction orthogonal to the main surface (5a) of the back yoke (5) and arranged so that the magnetization directions alternate, and a main magnetic pole permanent magnet (41, It is magnetized in a direction different from the magnetization direction of 51), and is arranged so that the magnetization directions alternate, and the main magnetic pole permanent magnets (41, 51) are arranged in the same direction as the arrangement direction of the main magnetic pole permanent magnets (41, 51). A plurality of secondary magnetic pole permanent magnets (61, 71) provided alternately with the magnet, and a non-magnetic layer (6) which is a non-magnetic region are provided, and at least a part of the secondary magnetic pole permanent magnets (61, 71) is provided. The position of the surface facing the main surface (5a) via the non-magnetic layer (6) in the direction orthogonal to the main surface (5a) and facing the main surface (5a) of the secondary magnetic pole permanent magnets (61, 71) is , The position is the same as the position of the surface of the main magnetic pole permanent magnet (41, 51) farthest from the main surface (5a), and the length of the sub magnetic pole permanent magnet (61, 71) is that of the non-magnetic layer (6). A field magnet characterized by being longer or the same length as the length.
Description
本開示は、永久磁石で構成される界磁子および界磁子を備えた電動機に関するものである。 The present disclosure relates to a field magnet composed of a permanent magnet and an electric motor including the field magnet.
永久磁石を有する電動機の界磁構造として、従来、磁石磁束を集中させることを目的とする永久磁石をハルバッハ磁石配列構造が用いられている。ハルバッハ磁石配列としては、発生磁界方向に磁化された複数の主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の間に配置される副磁極永久磁石とがバックヨークに一列に固定されるような配列がある。 As a field structure of an electric motor having a permanent magnet, a Halbach magnet array structure has conventionally been used for a permanent magnet for the purpose of concentrating magnet magnetic flux. As a Halbach magnet array, there is an array in which a plurality of main magnetic pole permanent magnets magnetized in the direction of the generated magnetic field and secondary magnetic pole permanent magnets arranged between the main magnetic pole permanent magnets are fixed in a row on the back yoke. ..
そのような配列は、発生磁界を大きくできる一方で、発生させることができる磁界には限界があった。これに対し、バックヨークと、主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の磁界発生側に配置された軟磁性材料と、主磁極永久磁石と軟磁性材料のそれぞれと同じ厚みの2種類の幅の副磁極永久磁石を有するものがある。そして軟磁性材料の発生磁界側の長さよりも主磁極永久磁石のバックヨーク側の長さを大きく形成した配列が提案されている(例えば特許文献1)。 While such an array can increase the generated magnetic field, there is a limit to the magnetic field that can be generated. On the other hand, there are two widths of the back yoke, the main magnetic pole permanent magnet, the soft magnetic material arranged on the magnetic field generation side of the main magnetic pole permanent magnet, and the same thickness as each of the main magnetic pole permanent magnet and the soft magnetic material. Some have a secondary magnetic pole permanent magnet. An arrangement has been proposed in which the length of the main magnetic pole permanent magnet on the back yoke side is larger than the length of the soft magnetic material on the generation magnetic field side (for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の配列は、発生磁界側の面を狭くするようにしているため、主磁極永久磁石と主磁極永久磁石の間に配置される副磁極永久磁石とがバックヨークに一列に固定されるような配列よりも発生磁界を大きくすることができるものの、本来磁石がもつ磁束を有効に使うことができていないという課題があった。
In the arrangement described in
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、本来の永久磁石がもつ磁束を有効に活用する構成により、推力を向上させることができる界磁子および界磁子を備えた電動機を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and includes a field magnet and a field magnet capable of improving thrust by a configuration that effectively utilizes the magnetic flux of the original permanent magnet. The purpose is to provide an electric motor.
本開示に係る界磁子は、バックヨークの主面と直交する方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列される複数の主磁極永久磁石と、主磁極永久磁石の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、主磁極永久磁石の配列方向と同方向に主磁極永久磁石と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石と、主磁極永久磁石と隣接する他の主磁極永久磁石との間に設けられる非磁性の領域である非磁性層と、を備え、副磁極永久磁石は、少なくとも一部が主面と直交する方向に非磁性層を介して主面と対向するように配置され、副磁極永久磁石の主面と対向する面の位置は、主面と直交する方向に主面から最も離れた主磁極永久磁石の面の位置と主面と直交する方向において同じ位置または主磁極永久磁石の面の位置よりも主面から離れた位置であり、副磁極永久磁石における配列方向の長さは、非磁性層の配列方向の長さと同じ又は非磁性層の配列方向の長さよりも長いことを特徴とするものである。 The field magnet according to the present disclosure differs from a plurality of main magnetic pole permanent magnets that are magnetized in a direction orthogonal to the main surface of the back yoke and arranged so that the magnetization directions alternate, and the magnetization directions of the main magnetic pole permanent magnets. It is magnetized in the direction and arranged so that the magnetization directions alternate, and a plurality of sub-magnetic permanent magnets that are alternately provided with the main magnetic permanent magnets in the same direction as the arrangement direction of the main magnetic permanent magnets and the main magnetic permanent magnets. It is provided with a non-magnetic layer which is a non-magnetic region provided between and another main magnetic pole permanent magnet adjacent to the secondary magnetic pole permanent magnet. The position of the surface facing the main surface of the secondary magnetic pole permanent magnet is the position of the surface of the main magnetic pole permanent magnet farthest from the main surface in the direction orthogonal to the main surface and the main surface. It is at the same position in the direction orthogonal to the surface or at a position farther from the main surface than the position of the surface of the main magnetic pole permanent magnet, and the length in the arrangement direction of the secondary magnetic pole permanent magnet is the same as the length in the arrangement direction of the non-magnetic layer. Alternatively, it is characterized in that it is longer than the length of the non-magnetic layer in the arrangement direction.
本開示の界磁子および界磁子を備えた電動機によれば、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる。 According to the field magnet of the present disclosure and the motor provided with the field magnet, the magnetic flux of the permanent magnet can be effectively utilized to improve the thrust.
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings are shown schematically, and for convenience of explanation, the configuration is omitted or the configuration is simplified. Further, the interrelationship between the sizes and positions of the configurations and the like shown in different drawings is not always accurately described and can be changed as appropriate. Further, in the description shown below, similar components are illustrated with the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description of them may be omitted to avoid duplication.
実施の形態1.
図1は、本開示の実施の形態1に係る界磁子を備えた電動機を示す横断面図、図2は、本開示の実施の形態1に係る界磁子を備えた電動機を示す縦断面図である。なお、横断面図とは後述する永久磁石の配列方向と直交する平面における断面図であり、縦断面図とは後述するバックヨークの主面と直交し、かつ永久磁石の配列方向と平行な平面における断面図である。
また、本開示の実施の形態1において、電動機として、リニアモータを例に説明するがこれに限るものではない。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric motor provided with a field magnet according to the first embodiment of the present disclosure, and FIG. 2 is a vertical sectional view showing an electric motor provided with a field magnet according to the first embodiment of the present disclosure. It is a figure. The cross-sectional view is a cross-sectional view in a plane orthogonal to the arrangement direction of the permanent magnets described later, and the vertical cross-sectional view is a plane orthogonal to the main surface of the back yoke described later and parallel to the arrangement direction of the permanent magnets. It is a cross-sectional view in.
Further, in the first embodiment of the present disclosure, a linear motor will be described as an example of the electric motor, but the present invention is not limited to this.
図1に示すように、電動機10は、架台100と、架台100に延設された一対のガイドレール102と、ガイドレール102に案内されて移動可能なステージ101と、電機子2と、界磁子3と、を備える。
架台100上には、周期磁場を発生する界磁子3が設置される。ここでの周期磁場とは、N磁極とS磁極が交互に発生する周期的な磁場である。また、ステージ101には、界磁子3との間に所定の隙間である空気ギャップを確保して電機子2が支持される。
この構成により、ステージ101に支持された電機子2は、ガイドレール102に案内され、界磁子3に対向した状態で可動自在となる。電機子2は、界磁子3から発生された周期磁場との間に吸引力と反発力とを発生させながら可動する。すなわち、本開示の形態においては、界磁子3が電動機10における固定子となり、電機子2が電動機10における可動子として構成されている。As shown in FIG. 1, the
A
With this configuration, the
なお、界磁子3を可動子とし、電機子2を固定子としてもよいことは言うまでもない。また、架台100、ステージ101、ガイドレール102の構成はこれに限られるものではなく、界磁子3または電機子2のいずれか一方を固定し、他方を可動させることができる構成であればよい。以下、各構成についてさらに説明するが、各構成のうち架台100、ステージ101、ガイドレール102の構成については、周知技術であるため詳細な説明は省略する。
Needless to say, the
図2に示すように電機子2は、軟磁性材料である電磁鋼板を用いて作製されたコア20と、コア20のティース22部分に巻き回されたコイル21と、を備えている。電機子2は、ティース22の先端を界磁子3側に向け、ステージ101の面と平行に取り付けられている。この構成により、電機子2は、ティース22と界磁子3との間の隙間を一定に確保しつつ、後述する界磁子3を構成する永久磁石の配列方向に移動可能となっている。電機子2のコア20は、電磁鋼板の積層体を通しボルトとナットとを用いて締着一体化して作製されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、電機子2の進行方向をx方向、電機子2と界磁子3の間の空気ギャップを横切る方向をy方向、x方向とy方向とのそれぞれに直角な方向をz方向、と定義する。また、説明の便宜上、紙面の図面における右方向をxの正方向(+x方向)、紙面の上方向をyの正方向(+y方向)、紙面の手前方向をzの正方向(+z方向)、と定義する。本定義は、他の実施の形態においても適用する。
Here, the traveling direction of the
界磁子3は、磁性材の塊から作製されたバックヨーク5と、永久磁石と、により構成される。
The
バックヨーク5は、板状に構成されてx方向に延設され、バックヨーク5の主面5aがy方向に直交する面となるように配置される。バックヨーク5の主面5aは、y方向に直交する面のうち、電機子2側の面である。
The
永久磁石は、発生磁界の方向となるy方向に磁化された主磁極永久磁石41、51と、主磁極永久磁石41、51の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石61、71と、を含む。そして、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とは、バックヨーク5の主面5a上に特定方向への磁場強度が大きくなるようにハルバッハ配列にて配列される。以下の説明では、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とをまとめて説明する際には「永久磁石」を用いて説明する場合がある。
The permanent magnets are the main magnetic pole
主磁極永久磁石41、51は、例えばNd−Fe−B系焼結磁石を直方体に作製したものが用いられる。また、主磁極永久磁石41、51は、電機子2と界磁子3の間の空気ギャップを横切る方向であるy方向に磁化されている。
As the main magnetic pole
図2に矢印で示すように、具体的には、主磁極永久磁石41はバックヨーク5の主面5aと直交する+y方向に向かって磁化され、主磁極永久磁石51は−y方向に向かって磁化される。そして、主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51は、バックヨーク5の主面5a上に交互に間隔を有してx方向に配列される。すなわち、各主磁極永久磁石41、51は、x方向において、隣接する他の主磁極永久磁石41、51と磁化方向が互いに逆向き(交互)となるように直線状に配列されている。また、y方向において、主磁極永久磁石41、51は、バックヨーク5よりも+y方向に位置するように設けられている。
Specifically, as shown by an arrow in FIG. 2, the main magnetic pole
副磁極永久磁石61、71は、主磁極永久磁石41、51と同様にNd−Fe−B系焼結磁石を直方体に作製したものが用いられる。また、副磁極永久磁石61、71は、電機子2の可動方向であるx方向に磁化される。
As the secondary magnetic pole
具体的には、副磁極永久磁石61は+x方向に向かって磁化され、副磁極永久磁石71は−x方向に向かって磁化されている。そして、副磁極永久磁石61と副磁極永久磁石71は、交互に間隔を有して主磁極永久磁石41、51の配列方向と同方向に配列される。すなわち、各副磁極永久磁石61、71は、x方向において、隣接する他の副磁極永久磁石61、71と磁化方向が互いに逆向き(交互)となるように直線状に配列されている。また、副磁極永久磁石61、71は、y方向において、主磁極永久磁石41、51よりも+y方向側に設けられている。
Specifically, the secondary magnetic pole
主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51とのx方向における各間は、空隙となっている。この空隙は非磁性の領域となっており、以下、非磁性層6として説明する。また、副磁極永久磁石61と副磁極永久磁石71とのx方向における各間隔には、磁性体4が配置される。したがって、主磁極永久磁石41、非磁性層6、主磁極永久磁石51、非磁性層6・・・の順で繰り返されるx方向の直線状の配列が形成される。また、副磁極永久磁石61、磁性体4、副磁極永久磁石71、磁性体4・・・の順で繰り返されるx方向の直線状の配列が形成される。磁性体4は、例えばFe−Co−V系の軟磁性材料がz方向に積層されて構成されたものが用いられる。
There is a gap between the main magnetic pole
ここで、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71との配置関係について説明する。
主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とはx方向において、互い違いになるように配列される。具体的には、主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51との間にある非磁性層6の+y方向側に副磁極永久磁石61、71のいずれかが配置されるように配列される。言い換えると、副磁極永久磁石61、71は、その少なくとも一部が−y方向に非磁性層6を介してバックヨーク5の主面5aと対向して配置される。y方向とは、バックヨーク5の主面5aと直交する方向であり、-y方向とは、非磁性層6からバックヨーク5に向かう方向である。このとき、副磁極永久磁石61、71の面のうち主面5aと対向する面のy方向における位置は、主磁極永久磁石41、51の面のうち主面5aから最も離れている面と同じ位置となる。または、主磁極永久磁石41、51の面のうち主面5aから最も離れている面よりもさらに+y方向に主面5aから離れた位置となる。ただし、離れた位置となる場合においても、その距離はわずかでありほぼ同等な位置となる。主面5aから最も離れている主磁極永久磁石41、51の面とは、y方向と直交する面のうちの+y方向側の面である。Here, the arrangement relationship between the main magnetic pole
The main magnetic pole
また、副磁極永久磁石61と副磁極永久磁石71との間に位置する磁性体4の−y方向側に、主磁極永久磁石41、51のいずれかが配置されるように配列される。このとき、磁性体4のx方向における中心と磁性体4の−y方向側に配置されるいずれかの主磁極永久磁石41、51とのx方向における中心とは一致するように配列される。
Further, one of the main magnetic pole
さらに具体的に説明すると、永久磁石は、+x方向に向かって、副磁極永久磁石61、主磁極永久磁石41、副磁極永久磁石71、主磁極永久磁石51、副磁極永久磁石61・・・の順に繰り返して配列される。すなわち、+y方向に磁化された主磁極永久磁石41はその−x方向側に+x方向に向かって磁化された副磁極永久磁石61が配置され、その+x方向側に−x方向に向かって磁化された副磁極永久磁石71が位置する。また反対に、−y方向に向かって磁化された主磁極永久磁石51はその−x方向側に−x方向に向かって磁化された副磁極永久磁石71が配置され、その+x方向側に+x方向に向かって磁化された副磁極永久磁石61が位置する。この配置により、主磁極永久磁石41、51の磁場と副磁極永久磁石61、71の磁場とを重畳させることができる。なお、配列の両端は、電磁鋼板が配置されている。
More specifically, the permanent magnets include the secondary magnetic pole
次に各構成間の保持について説明する。各構成間は面と面との接着により保持される。具体的には、磁性体4と主磁極永久磁石41、51とのy方向間、主磁極永久磁石41、51とバックヨーク5とのy方向間、副磁極永久磁石61、71と磁性体4とのx方向間のそれぞれが接着剤を塗布され面同士を密着して取り付けられる。主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とのy方向間に対向する面がある場合は、他の構成と同様に接着剤を塗布されて面同士を密着して取り付けられる。
Next, holding between each configuration will be described. The space between the configurations is held by the adhesion between the faces. Specifically, the distance between the
次に各構成のy方向における幅の関係について図3を用いて説明する。図3は、本開示の実施の形態1に係る界磁子の縦断面図である。
バックヨーク5の主面5aと直交する方向であるy方向における主磁極永久磁石41、51の幅をTm、非磁性層6の幅をTa、副磁極永久磁石61、71の幅をTs、磁性体の幅をTdとする。
このとき、主磁極永久磁石41、51の幅Tmと非磁性層6の幅Taは同等の幅である。Next, the relationship between the widths of each configuration in the y direction will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the field magnet according to the first embodiment of the present disclosure.
The width of the main magnetic pole
At this time, the width Tm of the main magnetic pole
また、副磁極永久磁石61、71の幅Tsと磁性体4の幅Tdは同じである。そして、バックヨーク5は上述のとおり主面5aがy方向に直交する面となるように配置されている。このため、バックヨーク5の主面5aの+y方向側に配置される主磁極永久磁石41、主磁極永久磁石51、および非磁性層6は、+y方向側のそれぞれの面がy方向に対して直交することになる。さらに、それらの+y方向側に配置される磁性体4と副磁極永久磁石61、71の面もy方向に対して直交することになる。すなわち、磁性体4の空気ギャップに面する面の位置と副磁極永久磁石61、71の空気ギャップに面する面の位置とは、y方向において一致している。
Further, the width Ts of the secondary magnetic pole
次に各構成のx方向(永久磁石の配列方向)における長さの関係について説明する。
主磁極永久磁石41、51の長さをLm、非磁性層6の長さをLa、副磁極永久磁石61、71の長さをLs、磁性体4の長さをLdとする。Next, the relationship between the lengths of each configuration in the x direction (arrangement direction of permanent magnets) will be described.
Let the lengths of the main magnetic pole
磁性体4の長さLdは、主磁極永久磁石41、51の長さLmよりも短く、副磁極永久磁石61、71の長さLsおよび非磁性層6の長さLaよりも長くなるように構成される。副磁極永久磁石61、71の長さLsは、非磁性層6の長さLaと同じもしくは非磁性層6の長さLaよりも長くなるように構成される。主磁極永久磁石41、51の長さLmは、1極分の長さである極ピッチLpよりも短く、非磁性層6の長さLaよりも長くなるように構成される。図3では、副磁極永久磁石61、71の長さLsが非磁性層6の長さLaよりも長い構成を図示している。
The length Ld of the
ここで、図4を用いて副磁極永久磁石61、71の長さLsを変更して解析した結果を説明する。副磁極永久磁石61、71の長さLsは、非磁性層6の長さLaと同じ長さから長くなるように変更している。図4は、非磁性層6の長さLaに対する副磁極永久磁石61、71の長さLsの比Ls/Laと誘起電圧の増減率との関係を示す図である。図4に示すグラフの横軸は、比Ls/Laの値を示し、縦軸は、副磁極永久磁石61、71の長さLsと非磁性層6の長さLaとが等しいとき(比Ls/Laが1)を基準とした誘起電圧の割合の増減率を示している。一般に誘起電圧は推力に比例するため、以下では主に誘起電圧の増減について詳細に説明する。
Here, the results of analysis by changing the lengths Ls of the secondary magnetic pole
図4に示すように、増減率は比Ls/Laが1から増加する方向に向かって、誘起電圧の増減率の値が大きくなり、ピークを迎えた後、また小さくなるような凸の形状となる。すなわち、副磁極永久磁石61、71の長さLsが非磁性層6の長さLaよりも長く、主磁極永久磁石41、51の面とy方向において重なる面部分を有するときの長さにおいて誘起電圧が最大となることがわかる。さらに具体的には、比Ls/Laが1〜2.8の場合において、基準とした誘起電圧よりも誘起電圧が大きくなることがわかる。
As shown in FIG. 4, the increase / decrease rate has a convex shape in which the value of the increase / decrease rate of the induced voltage increases in the direction of increasing the ratio Ls / La from 1, reaches a peak, and then decreases again. Become. That is, the length Ls of the secondary magnetic pole
副磁極永久磁石61、71の長さLsを変更した際の磁束密度波形の変化について図5を用いて説明する。図5のAは、空気ギャップ面g1での磁束密度波形を模式的に表したものである。実線の矩形波H1は、一般的な磁石配列の場合の磁束密度波形を示し、破線の矩形波に近い形状の波H2は、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71との空気ギャップ面を一致させたハルバッハ配列の場合の磁束密度波形を示している。また、点線の正弦波に近い波A1は、後述する図5のA1に示す副磁極永久磁石61、71の長さLsと非磁性層6の長さLaが等しい場合の磁束密度波形を示している。実線の正弦波に近い波A2は、後述する図5のA2の副磁極永久磁石61、71の長さLsが非磁性層6の長さLaよりも長い場合の磁束密度波形を示している。さらに、一点鎖線の波A3は、副磁極永久磁石61、71の長さLsが適切に設定されない場合の磁束密度波形を示している。副磁極永久磁石61、71の長さLsが適切に設定されない場合とは、例えば非磁性層6の長さLaに対して長すぎる場合である。
The change in the magnetic flux density waveform when the lengths Ls of the auxiliary magnetic pole
図5のAに示すように、副磁極永久磁石61、71の長さLsと非磁性層6の長さLaが等しい場合(A1)は、ハルバッハ配列ではない一般的な磁石配列の場合と比べ、磁束密度波形が矩形波から正弦波に近い波型(以下、「略正弦波」という)に近づくことがわかる。これは、副磁極永久磁石61、71の影響により主磁極永久磁石41、51の端部の磁束が主磁極永久磁石41、51の中央部付近に集中するためである。また、副磁極永久磁石61、71の長さLsが非磁性層6の長さLaよりも長い場合(A2)には、さらに磁束が主磁極永久磁石41、51の中央部付近に集中していることがわかる。主磁極永久磁石41、51の端部は、元々磁束密度がそれほど高くない範囲であり、磁束密度の低下に比べ、主磁極永久磁石41、51の中央部付近への磁束集中の効果が大きいためである。
As shown in A of FIG. 5, the case where the length Ls of the secondary magnetic flux
一方で、副磁極永久磁石61、71の長さLsが適切に設定されない場合には、主磁極永久磁石41、51の中央部付近の磁束量が低下する。結果、誘起電圧低下させる方への影響が大きくなる。したがって、副磁極永久磁石61、71の長さLsを適切な範囲で非磁性層6の長さLaよりも長くすることにより、誘起電圧を高める効果を得ることができる。
On the other hand, if the lengths Ls of the secondary magnetic pole
副磁極永久磁石61、71の長さLsを変更した際における磁束線の様子をさらに説明する。図5のA1は、副磁極永久磁石61、71の長さLsと非磁性層6の長さLaが等しい場合の配列の一部と、その際の磁束線を模式的に表した図である。
The state of the magnetic flux line when the lengths Ls of the auxiliary magnetic pole
図5のA1に示すように主磁極永久磁石41からの磁束は、図中の+y方向に進行し、空気ギャップ面g1を横切ってその先に位置する電機子2に侵入する。一方で、副磁極永久磁石61の磁束は、+x方向に進行しつつ徐々に+y方向へと曲がり、空気ギャップ面g1を横切って電機子2に侵入する。また、同様に副磁極永久磁石71の磁束は、−x方向に進行しつつ徐々に+y方向へと曲がり、空気ギャップ面g1を横切って電機子2に侵入する。このため、主磁極永久磁石41、51にあたる永久磁石のみで構成される一般的な電機子に比べ、副磁極永久磁石61、71を有するリニアモータである本開示の電動機10は、空気ギャップ面g1の主磁極永久磁石41の中央部付近における磁束密度が向上する。そして、空気ギャップ面g1における磁束密度波形は、略正弦波に近づくことになる。
As shown in A1 of FIG. 5, the magnetic flux from the main magnetic pole
図5のA2は、副磁極永久磁石の長さLsを適切な範囲で非磁性層6の長さLaよりも大きくした場合の配列の一部と、その際の磁束線を模式的に表した図である。説明の便宜上、主磁極永久磁石41のうち、+y方向側で副磁極永久磁石61、71と重なる部分をそれぞれ主磁極永久磁石411、412とし、それ以外の部分を主磁極永久磁石413とする。また、副磁極永久磁石61のうち、−y方向側で主磁極永久磁石41と重なる部分を副磁極永久磁石611とする。同様に副磁極永久磁石71のうち−y方向側で主磁極永久磁石41と重なる部分を副磁極永久磁石711とする。図5のA1との構成とは、A2の副磁極永久磁石611、711部分において磁性体4から副磁極永久磁石61に置き換わっている点で異なっている。
A2 of FIG. 5 schematically shows a part of the arrangement when the length Ls of the secondary magnetic pole permanent magnet is made larger than the length La of the
副磁極永久磁石611からの磁束は、+x方向へ進行しつつ徐々に+y方向へと曲がり、空気ギャップ面g1を横切ってその先に位置する電機子2に侵入する。副磁極永久磁石711からの磁束も同様に、−x方向へ進行しつつ徐々に+y方向へと曲がり、空気ギャップ面g1を横切って電機子2に侵入する。A1と比較し、副磁極永久磁石61、71は、主磁極永久磁石41の中央部により近くに位置するため、空気ギャップ面g1の主磁極永久磁石41の中央部付近における磁束密度が向上する。
The magnetic flux from the secondary magnetic pole
主磁極永久磁石41からの磁束も図5のA1と同様に、+y方向に進行する一方で、その上部が磁性体4から副磁極永久磁石61、71へと変わった主磁極永久磁石411、412の付近の磁束密度は、A1のように磁性体4が配置される構成に比べ低くなる。しかしながら、主磁極永久磁石411、412付近は、磁束密度波形のピークから離れた位置であり、略正弦波波形においては元々磁束密度値がそれほど高くない範囲である。そのため、副磁極永久磁石611、711部分の範囲を適切に設定することにより、主磁極永久磁石411、412付近の磁束密度が下がった場合でも誘起電圧に対しては大きな影響を与えない。よって、副磁極永久磁石61、71の長さLsを適切な範囲で非磁性層6の長さLaよりも長くすることにより、誘起電圧を高める効果を得ることができる。
The magnetic flux from the main magnetic pole
したがって、本開示の形態においても上述した配列において副磁極永久磁石の長さLsは、非磁性層6の長さLaと同じもしくは非磁性層6の長さLaよりも長くなるように、具体的には比Ls/Laが1〜2.8となるように構成される。副磁極永久磁石の長さLsを非磁性層6の長さLaよりも長く構成する際には、副磁極永久磁石のy方向と直交する面のうち−y方向の面の一部が主磁極永久磁石41、51を介してバックヨーク5の主面5aとy方向に対向することとなる。このときの比Ls/Laは、2.8以下となるように構成される。
Therefore, also in the embodiment of the present disclosure, in the above-described arrangement, the length Ls of the secondary magnetic pole permanent magnets is specifically equal to the length La of the
上述のように構成された電動機10の動作について簡単に説明する。
主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71を上述した構成とすることにより、主磁極永久磁石41、51の磁場と副磁極永久磁石61、71の磁場とを重畳させることができる。重畳させることにより、界磁子3の+y方向に形成される磁束密度の分布である周期磁場は、略正弦波となる。そこに、電機子2のコイル21に通電をすると、電機子2は、通電により発生する磁場と周期磁場との吸引力および反発力により、ガイドレール102に案内されて、永久磁石の配列方向に移動する。本開示の電動機10では、界磁子3の+y方向に形成される周期磁場が略正弦波となるため、コイル21に誘起される逆起電力も略正弦波となる。The operation of the
By configuring the main magnetic pole
界磁子3を上述した構成とすることによる効果を説明する。
本開示の実施の形態1における界磁子3は、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石41、51と、主磁極永久磁石41、51の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石61、71と、を含む。そして、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とは、配列方向に互い違いとなるように配列される。そして各主磁極永久磁石41、51は、隣接する他の主磁極永久磁石41、51と磁化方向が互いに逆向きとなるように配列され、各副磁極永久磁石61、71は、隣接する他の副磁極永久磁石61、71と磁化方向が互いに逆向きとなるように配列される。この構成により、主磁極永久磁石41、51の磁場と副磁極永久磁石61、71の磁場とを重畳させることができ、界磁子3の+y方向に形成される周期磁場を略正弦波とすることができる。
また、x方向における主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51との間には非磁性層6が設けられる。そして、副磁極永久磁石61、71の少なくとも一部が非磁性層6を介して主面5aと対向するように配置される。さらに、副磁極永久磁石61、71の主面5aと対向する面は、主面5aから+y方向に最も離れた主磁極永久磁石41、51の面の位置と同じもしくはより離れた位置となる。この構成により、主磁極永久磁石41、51同士が隣接している場合や主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とが隣接している場合と比較し、副磁極永久磁石61、71による主磁極永久磁石41、51への逆磁界がかかる体積が減り、主磁極永久磁石41、51の減磁耐力が向上する。また、駆動時における温度上昇によりパーミアンス係数が低下する主磁極永久磁石41、51の領域を減らすことができる。よって、本来永久磁石がもつ磁束を有効に使うことができ、同じ推力を出すために必要な磁石体積を減らすことができる。
したがって、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる。The effect of having the
The
Further, a
Therefore, the magnetic flux of the permanent magnet can be effectively utilized to improve the thrust.
また、副磁極永久磁石61、71の配列方向であるx方向の長さLsは、非磁性層6のx方向における長さLaと同じもしくは長くなるように構成される。この構成により、主磁極永久磁石41の+y方向、すなわち、界磁子3の+y方向に形成される磁束密度の分布である周期磁場の略正弦波のピーク値を高くすることができる。また、副磁極永久磁石61、71の配列方向であるx方向の長さLsと非磁性層6のx方向における長さLaは、比Ls/Laが1〜2.8となるように構成される。これにより、誘起電圧をより大きくすることができる効果を奏する。
Further, the length Ls in the x direction, which is the arrangement direction of the secondary magnetic pole
また、副磁極永久磁石61、71の配列方向であるx方向の長さLsが非磁性層6のx方向における長さLaよりも大きく構成される場合においては、主磁極永久磁石41、51の+y方向側で副磁極永久磁石61、71と重なる部分を有するように配置される。すなわち、副磁極永久磁石61、71は、その少なくとも一部が−y方向に非磁性層6を介してバックヨーク5の主面5aと対向するように配置される。これにより、主磁極永久磁石41、51における磁束密度値が他と比べて高くない範囲を有効に活用し、誘起電圧をより大きくすることができる効果を奏する。さらに、後着磁の場合には副磁極永久磁石61、71の真下に位置する主磁極永久磁石41、51の着磁性が向上する。
Further, when the length Ls in the x direction, which is the arrangement direction of the secondary magnetic pole
また、x方向における副磁極永久磁石61と副磁極永久磁石71との間には、磁性体4が設けられる。この構成により、磁性体4が、空気や非磁性材である場合と比較し、主磁極永久磁石41、51の+y方向側での磁気飽和が緩和され、発生磁界をより高くでき、一層の低損失化を図ることができる。さらに、磁性体4は、軟磁性材料がz方向に積層されて構成されている。磁性体4をz方向に積層した軟磁性材料で構成することにより、渦電流損低減する効果を奏する。
Further, a
また、永久磁石の配列の両端には、電磁鋼板が配置されている。例えば副磁極永久磁石61、71が端に配置されていた場合には、磁力によって副磁極永久磁石61、71が飛んでいく可能性があるが、端に電磁鋼板を配置することにより、回避することが可能となる。
Further, electromagnetic steel sheets are arranged at both ends of the arrangement of permanent magnets. For example, when the secondary magnetic pole
また、電動機10においては、界磁子3の+y方向に形成される周期磁場が略正弦波となるように構成される。これによりコイル21に誘起される逆起電力も略正弦波とすることができる。よって、正弦波である基本波に対する高調波成分を小さくでき、コギング推力を小さくすることができる。そして、発生磁場を高くすることができ、低損失化を図ることができる。
Further, in the
なお、主磁極永久磁石41の磁化方向を+yに向かう方向、主磁極永久磁石51の磁化方向を−yに向かう方向、副磁極永久磁石61の磁化方向を+xに向かう方向、副磁極永久磁石71の磁化方向を−xに向かう方向とした。すなわち、それぞれのy方向に対して直交、x方向に対して平行である前提で説明したが、磁化角度は、さまざまなパターンが考えられる。例えば、+x方向を0°、−x方向を180°とすると、主磁極永久磁石41の磁化方向を45°、主磁極永久磁石51の磁化方向を135°とした構成とすることもできる。いずれの場合も配列方向において磁化方向が逆向きになるように配置されていればよい。また、磁化方向は永久磁石内で単一方向でなくてもよく、例えば、主磁極永久磁石41、51について、極異方性の磁石を用いることも可能である。極異法性の磁石を配列することによっても配列方向において磁化方向が逆向きになるようにできる。したがって、これらの場合においても上述した永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果を奏する。
The magnetization direction of the main magnetic pole
また、主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51とのx方向間を空気の層を非磁性層6としたが、主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51とのx方向間の少なくとも一部に非磁性材料からなるスペーサを配置してもよい。この場合には、空隙を設けた場合と同様の効果を奏することに加え、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71との間に磁気吸引力が生じた場合にスペーサで力を受けることができる。よって、永久磁石が欠けてしまう可能性を低減させることができる。
Further, although the air layer is a
また、界磁子3を覆うように非磁性体、例えばSUS材のカバーを接着剤により取り付けてもよく、SUS材をボルトによりバックヨーク5に締着固定してもよい。その際の締着は例えばリベット止めや溶接などにより固定することができる。その他、樹脂で覆うことも可能である。これらにより、それぞれの部材を強固に保持することができる。
Further, a cover of a non-magnetic material, for example, a SUS material may be attached with an adhesive so as to cover the
また、界磁子3は、図6に示すようにその全体を磁性体4で構成し、磁性体4に設けられた孔31に主磁極永久磁石41、51をz軸方向からそれぞれ挿入してもよい。また同様に磁性体4に設けられた孔32に副磁極永久磁石61、71をz軸方向からそれぞれ挿入してもよい。その際に主磁極永久磁石41、51間の全て、または一部をカシメ33によって固定するように構成してもよい。磁性体4は、接着鋼板を用いて固定あるいは例えばバックヨーク部でボルトにより固定することができ、主磁極永久磁石41、51間には、空隙を設けることができる。ここでの磁性体4は電磁鋼板を想定しているが鉄であってもよい。
Further, as shown in FIG. 6, the
また、電機子2のコア20は軟磁性材である電磁鋼板の積層であると説明したが、磁性材は例えばSS400材のブロックの削り出しでもよく、コアがないコアレス構造の電機子2であってもよい。さらに、電機子2のコア20が電磁鋼板の積層体を通しボルトとナットとを用いて締着一体化して作製されているとしたが、コア20は磁性板の積層体を圧着一体化して作成してもよい。これらの構成においても上述した永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果を奏する。
Further, although it has been explained that the
実施の形態2.
以下に、実施の形態2に係る界磁子について図を用いて説明する。図7は本開示の実施の形態2に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。図8は本開示の実施の形態2に係る界磁子にはたらく磁気力を示す図である。
Hereinafter, the field magnet according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a vertical cross-sectional view illustrating the configuration of the field magnet according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 8 is a diagram showing a magnetic force acting on the field magnetic force according to the second embodiment of the present disclosure.
本開示の実施の形態2は、図7に示すように、界磁子3における副磁極永久磁石61、71のy方向の幅Tsが、磁性体4のy方向の幅Tdよりも小さくなるように構成される。その他の構成は実施の形態1と同様である。
In the second embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 7, the width Ts of the secondary magnetic pole
副磁極永久磁石61、71のy方向に直交する面のうち−y方向側の面を固定し、副磁極永久磁石61、71の幅Tsを変更した際に副磁極永久磁石61、71にはたらくy方向の磁気力について図8を用いて説明する。図8の横軸は、副磁極永久磁石61、71の幅Tsを磁性体4と同等の幅よりも小さくした際に生じる空気層の厚さを示している。縦軸は、副磁極永久磁石61、71にはたらくy方向の磁気力を示している。ここでの磁気力とは、永久磁石によって働く力のことである。
Of the surfaces orthogonal to the y direction of the secondary magnetic pole
図8に示すように、副磁極永久磁石61、71に対してはたらく磁気力は、副磁極永久磁石61、71の幅Tsを小さくするに応じて減少し、また増加する。すなわち、副磁極永久磁石61、71の幅Tsを変更すると副磁極永久磁石61、71に対してはたらく磁気力も変化する。
As shown in FIG. 8, the magnetic force acting on the sub-magnetic force
副磁極永久磁石61、71の幅Tsを小さくすることにより、副磁極永久磁石61、71に対して働く磁気力が変化する点について図9を用いてさらに詳細に説明する。図9は説明の便宜上、永久磁石の配列の一部のみを図示し、磁束線および磁気力を模式的に示している。
The point that the magnetic force acting on the sub-magnetic force
図9のB1は、磁性体4の幅Tdと副磁極永久磁石71の幅Tsが等しく、それぞれの空気ギャップ側の面の位置が一致する場合の磁束線と磁気力の模式図である。副磁極永久磁石71にはたらく磁気力は、図中に示した磁性体4と副磁極永久磁石71との間の吸引力Fa、主磁極永久磁石41と副磁極永久磁石71との間の反発力Fr1である。図8で示すように+y方向の磁気力は、反発力Fr1によるものである。
FIG. 9B1 is a schematic view of magnetic flux lines and magnetic forces when the width Td of the
図9のB2は、磁性体4の幅Tdよりも副磁極永久磁石71の幅Tsが小さい場合における磁束線と磁気力の模式図である。副磁極永久磁石71にはたらく磁気力は、磁性体4と副磁極永久磁石71との間の吸引力Fa、反発力Fr2、主磁極永久磁石41と副磁極永久磁石71との間の反発力Fr1である。図9のB1とは、吸引力Faと反発力Fr2が異なっている。図9のB2では、磁性体4の幅Tdよりも副磁極永久磁石71の幅Tsが小さくなっているため、その分吸引力Faは小さくなる。また、磁性体4の副磁極永久磁石71と対抗する面のうち、副磁極永久磁石71の幅Tdを小さくしたことにより生じた空気層に面する部分にはS極が生じず、N極が生じる。このN極と副磁極永久磁石71のN極とにより反発力Fr2が生じることとなる。
FIG. 9B2 is a schematic view of magnetic flux lines and magnetic forces when the width Ts of the secondary magnetic force
したがって、副磁極永久磁石71にとって、吸引力Faの消滅分と反発力Fr2の合力により−y方向の磁気力を受けることになり、反発力Fr1との合力による+y方向の磁気力は図9のB1で示した構成における+y方向の磁気力よりも減る結果となるとわかる。
Therefore, for the secondary magnetic force
図9のB3は、磁性体4の幅Tdよりも副磁極永久磁石71の幅Tsがより小さい場合における磁束線と磁気力の模式図である。副磁極永久磁石71にはたらく磁気力は、図9のB2と同様に磁性体4と副磁極永久磁石71との間の吸引力Fa、反発力Fr2、主磁極永久磁石41と副磁極永久磁石71との間の反発力Fr1である。ただし、磁性体4の幅Tdに対する副磁極永久磁石71の幅Tsがより小さいため、図9のB2における吸引力Faよりもさらに小さくなる。また、磁性体4の副磁極永久磁石71と対向する面においてS極が減少し、磁極が生じない部分ができる。そして、僅かに反発力Fr2が発生する。その結果、副磁極永久磁石71にとって、吸引力Faの消滅分と反発力Fr2との合力により−y方向の磁気力が小さくなり、反発力Fr1との合力が図9のB1で示した+y方向の磁気力よりも増えることとなる。図8に示した磁気力が減少したのちに増加したのはこのためである。
B3 of FIG. 9 is a schematic view of magnetic flux lines and magnetic forces when the width Ts of the secondary magnetic pole
したがって、磁性体のy方向の幅Tdに対する副磁極永久磁石61、71のy方向の幅Tsは適切な範囲で小さくなるように構成することが望ましい。また、磁性体4のy方向の幅Tdに対する副磁極永久磁石61、71のy方向の幅Tsを小さくしすぎると、磁気力が増えてしまうことを説明した。これに対しては、主磁極永久磁石41、51の磁場と副磁極永久磁石61、71の磁場とを重畳させる構成を維持しつつ、磁性体のy方向の幅Tdに対する副磁極永久磁石61、71のy方向の幅Tsが小さくなるような構成とすることにより小さくなりすぎることはなく解決できる。
Therefore, it is desirable that the widths Ts of the secondary magnetic pole
本開示の実施の形態2においては、主磁極永久磁石41、51の体積は変更せず、副磁極永久磁石61、71のy方向の幅Tsが、磁性体のy方向の幅Tdよりも小さくなるように構成した。これにより、空気ギャップ面の磁束量を低減させずに磁気力を減らすことができる。したがって、実施の形態1と同様に、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果に加え、副磁極永久磁石61、71を取付ける際の作業性を向上させる効果を奏する。また、一定の接着強度を確保する効果も奏する。
In the second embodiment of the present disclosure, the volumes of the main magnetic pole
なお、主磁極永久磁石41と副磁極永久磁石71を例に挙げて説明したが、主磁極永久磁石41と副磁極永久磁石61、主磁極永久磁石51と副磁極永久磁石61、主磁極永久磁石51と副磁極永久磁石71も同様の説明ができる。
Although the main magnetic pole
また、実施の形態2の変形例として、図10のC1およびC2に示すように副磁極永久磁石61、71の空気ギャップ面側をC面取りまたは角のRをつけた形態としてもよい。この場合においても、上述したように空気ギャップ面の磁束量を低減させずに磁気力を減らすことができる。そして、実施の形態1と同様に、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力を向上させることができる効果に加え、副磁極永久磁石61、71を取付ける際の作業性の向上と接着強度を確保する効果を奏する。
Further, as a modification of the second embodiment, as shown in C1 and C2 of FIG. 10, the air gap surface side of the secondary magnetic pole
また、図11に示すように、副磁極永久磁石61、71の幅Tsを磁性体4と同等の幅よりも小さくした際に生じる空気層と、副磁極永久磁石61、71の空気ギャップ面側の面を非磁性材のモールド材8により各部材をモールドする構成とすることもできる。モールドすることにより各部材を強固に固定できる効果を奏する。また、各部材間の隙間にもモールド材8を流れ込ませてもよい。モールド材8が主磁極永久磁石41、51間を充填する構成とする場合には、主磁極永久磁石41、51同士が隣接している場合と比較して各主磁極永久磁石41、51の漏れ磁束を減らすことができる。よって、永久磁石の磁束を有効に使うことで必要な永久磁石の体積を減らすことができ、その結果低価格化することも可能となる。
Further, as shown in FIG. 11, the air layer generated when the width Ts of the secondary magnetic pole
実施の形態3.
以下に、実施の形態3に係る界磁子について図12を用いて説明する。図12は本開示の実施の形態3に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。なお説明の便宜上界磁子の一部分のみを示している。
Hereinafter, the field magnet according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a vertical cross-sectional view illustrating the configuration of the field magnet according to the third embodiment of the present disclosure. For convenience of explanation, only a part of the field magnet is shown.
本開示の実施の形態3は、図12のD1に示すように、直方体に構成される磁性体4の角のうち、主磁極永久磁石41、51側の角についてC面取りをとる構成である。その他の構成は実施の形態1〜2と同様である。
In the third embodiment of the present disclosure, as shown in D1 of FIG. 12, among the corners of the
磁束はできるだけ最短距離となるような経路をたどるため、図12のDに示すように副磁極永久磁石61、71の角部は漏れ磁束が生じやすい。これに対し、磁性体4の角をC面取りすることにより、空隙が生じることになる。よって、磁束がとおりにくくなるため、漏れ磁束を低減できる。この漏れ磁束は、主磁極永久磁石41、51への逆磁界であるため、主磁極永久磁石41、51の減磁耐力を高めることを意味する。
Since the magnetic flux follows a path that is as short as possible, leakage flux is likely to occur at the corners of the secondary magnetic pole
したがって、直方体に構成される磁性体4の角のうち、主磁極永久磁石41、51側の角についてC面取りの構成とすることにより、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力をより向上させることができる効果を奏する。
Therefore, among the corners of the
なお、磁性体4の角をC面取りする説明をしたが角にRをつけた構成としてもよい。また、図12のD2に示すように副磁極永久磁石61、71の主磁極永久磁石41、51側の角をC面取りまたは角にRをつけた構成としてもよい。この場合においても同様に副磁極永久磁石61、71の漏れ磁束を低減でき、永久磁石の減磁耐力を高めることができる。
Although the explanation has been given that the corners of the
実施の形態4.
以下に、実施の形態4に係る界磁子について図13を用いて説明する。図13は本開示の実施の形態4に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。なお説明の便宜上界磁子の一部分のみを示している。
Hereinafter, the field magnet according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a vertical cross-sectional view illustrating the configuration of the field magnet according to the fourth embodiment of the present disclosure. For convenience of explanation, only a part of the field magnet is shown.
本開示の実施の形態4は、図13に示すように、磁性体4と2つの副磁極永久磁石61、71とを1極としてそれらの空気ギャップ面側が円弧形状となるように構成される。空気ギャップ面側とは、主磁極永久磁石41、51と面しない側の面である。その他の構成は実施の形態1〜3と同様である。2つの副磁極永久磁石61、71の内訳は、+x方向に磁化された副磁極永久磁石61と副磁極永久磁石61と磁化方向が逆方向の−x方向に磁化された副磁極永久磁石71である。
As shown in FIG. 13, the fourth embodiment of the present disclosure is configured such that the
磁性体4と副磁極永久磁石61と副磁極永久磁石71とを1極としてそれらの空気ギャップ面側が円弧形状となるように構成することにより、空気ギャップでの磁束密度波形を略正弦波にでき、コギング推力を低減できる効果を奏する。したがって、永久磁石の磁束を有効に活用し、推力をより向上させることができる効果を奏する。
By configuring the
実施の形態5.
以下に、実施の形態5に係る界磁子について図14および図15を用いて説明する。図14および図15は本開示の実施の形態5に係る界磁子の構成を説明する縦断面図である。説明の便宜上、一部構成を省略している。また、本開示の実施の形態5においては、電動機として、回転機を例に説明するがこれらに限るものではない。
Hereinafter, the field magnet according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 15. 14 and 15 are vertical cross-sectional views illustrating the configuration of the field magnet according to the fifth embodiment of the present disclosure. For convenience of explanation, some configurations are omitted. Further, in the fifth embodiment of the present disclosure, a rotating machine will be described as an example of the electric motor, but the present invention is not limited to these.
実施の形態5における界磁子3は、円形状に形成された界磁子コア34と、界磁子コア34の外周に配列される永久磁石とで構成される。実施の形態5においても電機子2または界磁子3の一方が回転可能な可動子となり他方が固定子となる。すなわち、可動子が回転自在な回転機を構成している。本開示においては一例として界磁子3が回転子となる構成を示し、この回転子が回転する軸を中心として回転する方向を周方向とし、回転軸の軸心と直交する方向を径方向とする。また、後述する界磁子3を構成する磁性板が積層される方向を軸方向と定義する。
The
図14は、界磁子3を周方向に等分割した際の主磁極永久磁石41、51の2極分を示している。また、図14中のE1〜E7は、永久磁石の変更例を示している。
FIG. 14 shows the two poles of the main magnetic pole
図14に示すように界磁子3は、界磁子コア34を有し、界磁子コア34に主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71とがハルバッハ配列にて構成されている。界磁子コア34に配列させる方法としては、図14に示すような界磁子コア34の表面に磁石を張り付ける方法と図15に示す界磁子コア34内部に永久磁石を埋め込む方法とがある。図15に示す界磁子コア34内部に永久磁石を埋め込む方法については、後述する。
As shown in FIG. 14, the
図14に示す界磁子コア34は、電磁鋼板の磁性板を軸方向に積層され、一体的に構成される。各磁性板は、軟磁性材料である珪素鋼板を打ち抜いて所望の形状に作製される。そして、界磁子コア34には、主磁極永久磁石41、51が配置される。具体的には、主磁極永久磁石41、51は、界磁子コア34の外周面に配列される。また、主磁極永久磁石41、51との周方向における各間隔には、非磁性層6が設けられる。
The
界磁子コア34に設けられた主磁極永久磁石41、51よりもさらに径方向外側には、副磁極永久磁石61、71が配置される。副磁極永久磁石61、71は、非磁性層6の周方向における中心と副磁極永久磁石61、71の周方向における中心とが一致するように配列される。主磁極永久磁石41、51および副磁極永久磁石61、71は、例えば必要に応じて接着剤を塗布され接着により保持される。
Sub-magnetic pole
主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71の具体的な配列順序、着磁方向については、実施の形態1〜4と同様であり、説明を省略する。また、図示していないが、副磁極永久磁石61、71の周方向における各間隔には、磁性体4が配置される。
The specific arrangement order and magnetizing direction of the main magnetic pole
上述のとおり、界磁子コア34の外周面は円弧であり、これに沿うように永久磁石がそれぞれ配列される。このときの、永久磁石の形状にはさまざまな種類が想定される。以下で界磁子コア34に配置する永久磁石の形状についてE1〜E7を用いて説明する。
As described above, the outer peripheral surface of the
図14のE1は、永久磁石の軸方向の断面形状が長方形である場合を表す。E2は、各永久磁石の周方向両端の径方向に延びた2辺が回転中心に向くような軸方向断面形状である場合を表す。E3は、各永久磁石の周方向沿った2辺が円弧であり、その2辺が平行である軸方向断面形状の場合を表す。E4は、E2の径方向に延びた2辺とE3の周方向沿った2辺とを組み合わせた辺で構成された場合を表す。E5は、各永久磁石の径方向外側の周方向に沿った1辺が円弧状であり、界磁子3の中心側の1辺が界磁子コア34の外周に接する角度の直線であり、それらの辺を径方向に結ぶ2辺は平行となる軸方向断面形状の場合を表す。E6は、主磁極永久磁石41、51の、界磁子3の径方向外側の1辺において、副磁極永久磁石61、71と重なる部分が平らである。また、界磁子3の径方向内側の1辺が界磁子コア34の外径に接する角度の直線であり、周方向の2辺が平行となるような軸方向断面形状の場合を表す。E7において、主磁極永久磁石41、51と副磁極永久磁石61、71の形状がE1〜E6のどの組合せであってもよいことを表している。
E1 in FIG. 14 represents a case where the cross-sectional shape of the permanent magnet in the axial direction is rectangular. E2 represents a case where each permanent magnet has an axial cross-sectional shape in which two sides extending in the radial direction at both ends in the circumferential direction face the center of rotation. E3 represents the case where the two sides of each permanent magnet along the circumferential direction are arcs and the two sides are parallel to each other in the axial cross-sectional shape. E4 represents a case composed of a combination of two sides extending in the radial direction of E2 and two sides along the circumferential direction of E3. In E5, one side along the radial outer circumferential direction of each permanent magnet is arcuate, and one side on the center side of the
次に永久磁石を界磁子コア34内部に埋め込む構成について図15を用いて説明する。図15において、界磁子コア34は磁性板が積層され、主磁極永久磁石41、51を収納するための軸方向に連なった主磁極永久磁石収納孔410と、副磁極永久磁石61、71を収納するための軸方向に連なった副磁極永久磁石収納孔610と、を有する。主磁極永久磁石収納孔410には、主磁極永久磁石41、51が挿入され、保持される。また、副磁極永久磁石収納孔610には、副磁極永久磁石61、71が挿入され、保持される。図15のF1〜F4に示すように、上述の図14で示した永久磁石の形状は、埋め込む構成においても同様に採用できる。そして、必要に応じて接着剤を塗布され接着により保持する方法が用いられる。
Next, a configuration in which the permanent magnet is embedded inside the
図15では、主磁極永久磁石41と主磁極永久磁石51との間が界磁子コア34で満たされているものを図示しているが、非磁性層6を設けることができる。また、図示していないが、非磁性体について、収納するための非磁性体収納孔を設ける構成としてもよいし、主磁極永久磁石41、51と空隙あるいは非磁性体を挿入する1つの収納孔を設ける構成とすることもできる。
In FIG. 15, the space between the main magnetic pole
上述のとおり構成された電動機10は、回転機である点と界磁子の構成、特に永久磁石の形状が異なる点を除いて本開示の実施の形態1〜4における界磁子3と同様に構成される。したがって、本開示の実施の形態5によれば、界磁子コア34と永久磁石とが円弧上に設けられているため、回転型の工作機械やサーボモータに応用できる。応用した回転機においても実施の形態1〜4と同様の永久磁石の磁束を有効に活用し、推力をより向上させることができる効果を奏する。
The
また、特に図14のE7のような組合せにすることで、永久磁石の製造コストを最低限に抑えてコギングトルクやトルクリプルを低減することができる効果を奏する。 Further, in particular, by using a combination as shown in E7 of FIG. 14, the manufacturing cost of the permanent magnet can be minimized and the cogging torque and torque ripple can be reduced.
さらに、図15の構成においては、永久磁石が界磁子コア34に埋め込まれているので、永久磁石が界磁子コア34の外周面に設けられる構成に比べてリラクタンストルクをより多く利用することができる。
Further, in the configuration of FIG. 15, since the permanent magnet is embedded in the
なお、永久磁石を接着剤で保持すると表記したが、永久磁石を保持するケースを挿入し固定してもよいし、コイルを巻き回した電磁石を挿入し固定してもよい。また、主磁極永久磁石41、51と非磁性層6もしくは非磁性体とを挿入する1つの収納孔を設ける場合には、主磁極永久磁石41、51を位置決めするための突起や境界板を挿入する溝を設ける構成とすることにより、より正確に配置させることが可能となる。
Although it is described that the permanent magnet is held by an adhesive, a case for holding the permanent magnet may be inserted and fixed, or an electromagnet around which a coil is wound may be inserted and fixed. Further, when providing one storage hole for inserting the main magnetic pole
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。Although the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
2 電機子、3 界磁子、4 磁性体、5 バックヨーク、6 非磁性層、8 モールド材、10 電動機、20 コア、21 コイル、22 ティース、31、32 孔、33 カシメ、34 界磁子コア、41、51、411、412 主磁極永久磁石、61、71、611、711 副磁極永久磁石、 100 架台、101 ステージ、102 ガイドレール、410 主磁極永久磁石収納孔、610 副磁極永久磁石収納孔。 2 armor, 3 field magnet, 4 magnetic material, 5 back yoke, 6 non-magnetic layer, 8 mold material, 10 motor, 20 core, 21 coil, 22 teeth, 31, 32 holes, 33 caulking, 34 field magnet Core, 41, 51, 411, 412 Main magnetic pole permanent magnet, 61, 71, 611, 711 Secondary magnetic pole permanent magnet, 100 pedestal, 101 stage, 102 Guide rail, 410 Main magnetic pole permanent magnet storage hole, 610 Secondary magnetic pole permanent magnet storage Hole.
Claims (10)
前記主磁極永久磁石の磁化方向と異なる方向に磁化され、磁化方向が交互となるように配列されるとともに、前記主磁極永久磁石の配列方向と同方向に前記主磁極永久磁石と互い違いに設けられる複数の副磁極永久磁石と、
前記主磁極永久磁石と隣接する他の前記主磁極永久磁石との間に設けられる非磁性の領域である非磁性層と、
を備え、
前記副磁極永久磁石は、少なくとも一部が前記主面と直交する方向に前記非磁性層を介して前記主面と対向するように配置され、
前記副磁極永久磁石の前記主面と対向する面の位置は、前記主面と直交する方向に前記主面から最も離れた前記主磁極永久磁石の面の位置と前記主面と直交する方向において同じ位置または前記主磁極永久磁石の面の位置よりも前記主面から離れた位置であり、
前記副磁極永久磁石における前記配列方向の長さは、前記非磁性層の前記配列方向の長さと同じ又は前記非磁性層の前記配列方向の長さよりも長い、
ことを特徴とする界磁子。A plurality of main magnetic pole permanent magnets magnetized in a direction orthogonal to the main surface of the back yoke and arranged on the main surface so that the magnetization directions alternate.
It is magnetized in a direction different from the magnetization direction of the main magnetic pole permanent magnets and is arranged so that the magnetization directions alternate, and is provided alternately with the main magnetic pole permanent magnets in the same direction as the arrangement direction of the main magnetic pole permanent magnets. With multiple secondary magnetic pole permanent magnets,
A non-magnetic layer, which is a non-magnetic region provided between the main magnetic pole permanent magnet and another adjacent main magnetic pole permanent magnet,
With
The secondary magnetic pole permanent magnet is arranged so that at least a part thereof faces the main surface via the non-magnetic layer in a direction orthogonal to the main surface.
The position of the surface of the secondary magnetic pole permanent magnet facing the main surface is the position of the surface of the main magnetic pole permanent magnet farthest from the main surface in the direction orthogonal to the main surface and the direction orthogonal to the main surface. It is at the same position or at a position farther from the main surface than the position of the surface of the main magnetic pole permanent magnet.
The length of the secondary magnetic pole permanent magnet in the arrangement direction is the same as the length of the non-magnetic layer in the arrangement direction or longer than the length of the non-magnetic layer in the arrangement direction.
A field magnet characterized by that.
前記副磁極永久磁石における前記配列方向の長さは、前記非磁性層における前記配列方向の長さよりも長い
ことを特徴とする請求項1に記載の界磁子。A part of the secondary magnetic pole permanent magnet is arranged so as to face the back yoke in a direction orthogonal to the main surface via the main magnetic pole permanent magnet.
The field magnet according to claim 1, wherein the length of the secondary magnetic pole permanent magnet in the arrangement direction is longer than the length of the non-magnetic layer in the arrangement direction.
ことを特徴とする請求項2に記載の界磁子。The field magnet according to claim 2, wherein the ratio of the length in the arrangement direction of the non-magnetic layer to the length in the arrangement direction of the secondary magnetic pole permanent magnet is 2.8 or less.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の界磁子。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a magnetic material made of a soft magnetic material is provided between the secondary magnetic pole permanent magnet and another adjacent secondary magnetic pole permanent magnet. Field magnet.
ことを特徴とする請求項4に記載の界磁子。The field magnet according to claim 4, wherein the width of the secondary magnetic pole permanent magnet in the direction orthogonal to the main surface is smaller than the width of the magnetic material in the direction orthogonal to the main surface.
ことを特徴とする請求項4に記載の界磁子。The field magnet according to claim 4, wherein some of the corners of the magnetic material are C-chamfered or have R at the corners.
ことを特徴とする請求項4または請求項6に記載の界磁子。The field magnet according to claim 4 or 6, wherein the corner of the magnetic material on the side of the permanent magnet of the main magnetic pole is C-chamfered or has an R at the corner.
ことを特徴とする請求項4に記載の界磁子。The field magnet according to claim 4, wherein the corner on the side of the main magnetic pole permanent magnet among the corners of the secondary magnetic pole permanent magnet has a C chamfer or a structure in which R is added to the corner.
ことを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか1項に記載の界磁子。4. The fourth aspect of the present invention is that when the magnetic material and the two secondary magnetic pole permanent magnets having opposite magnetization directions are used as one pole, the surface on the side not facing the main magnetic pole permanent magnet has an arc shape. The field magnet according to any one of claims 8.
前記界磁子との間に空気ギャップを有して配置される電機子と、
前記電機子に設けられるコイルと、
を備え、
前記電機子と前記界磁子のうち、いずれか一方は可動自在であり、
前記界磁子が備える前記前記主磁極永久磁石と前記副磁極永久磁石は、直線状または円弧状に配列される
ことを特徴とする電動機。The field magnet according to any one of claims 1 to 9 and
An armature arranged with an air gap between it and the field magnet,
The coil provided on the armature and
With
Either one of the armature and the field magnet is movable,
An electric motor in which the main magnetic pole permanent magnet and the sub magnetic pole permanent magnet included in the field magnet are arranged in a linear or arc shape.
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