KR20160091057A - 전자 유도 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 전기자 코일에 쇄교하는 자속 수를 크게 할 수 있도록 한다.
(해결 수단) 본 발명의 전자 유도 장치는, 영구 자석 (23, 27) 의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 과 영구 자석열 (22) 사이의 공극 단면적 (a₁) 과 계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 과 영구 자석열 (26) 사이의 공극 단면적 (a₂) 의 비가, 영구 자석열 (22) 의 단면적 (A₁) 과 영구 자석열 (26) 의 단면적 (A₂) 의 비와 대략 동등한 관계를 갖는다. 바람직하게는, 공극 (24) 의 단면적 (a₁ ＋ a₂) 이, 영구 자석열 (22) 의 단면적 (A₁) 과 영구 자석열 (26) 의 단면적 (A₂) 의 평균값의 1.2 배 이상 ∼ 2.0 배 이하인 것이 바람직하다.

Description

전자 유도 장치{ELECTROMAGNETIC INDUCTION APPARATUS}

본 발명은 전자 유도 장치에 관한 것으로, 특히, 전동기 또는 발전기로서 사용되는 전자 유도 장치에 관한 것이다.

전동기 (모터) 또는 발전기의 자장 (磁場) 을 높이는 데에, 할바흐 배열이라는 영구 자석의 배열 방법이 있다. 영구 자석을 N 극과 S 극이 교대로 되도록 배치한 구조이면, 자장이 자석 배열의 표측과 이측의 양방에 발생해 버려, 자장을 유효하게 이용할 수 없다. 이에 비하여, 할바흐 배열에서는, 영구 자석의 자극을 90°씩 회전시키면서 배열하고 있으므로, 자석 배열의 일방측의 자장이 약해지고, 그 자석 배열의 타방측에서는 그만큼 자장이 강해져, 영구 자석의 배열의 편측에 강한 자장을 발생시킬 수 있다. 각각 할바흐 배열된 2 열의 영구 자석 배열 (듀얼 할바흐 배열) 사이에 전기자 코일을 배치한 영구 자석 회전 전기 (電機) (특허문헌 1 참조) 나 리니어 전동기 (특허문헌 2 참조) 가 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-201343호 일본 공개특허공보 2010-154688호

영구 자석 듀얼 할바흐 배열 계자를 사용한 코어리스 모터나 코어리스 발전기에서는, 전기자 코일에 쇄교하는 자속 수를 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하지만, 종래의 구조에서는 쇄교 자속 수가 최적화되어 있지 않아, 더욱 크게 할 것이 요망되고 있다.

본 발명의 주된 목적은, 전기자 코일에 쇄교하는 자속 수를 크게 할 수 있는 전자 유도 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면, 서로 대향하여 배치된 제 1 영구 자석열과 제 2 영구 자석열로서, 상기 제 1 영구 자석열은, 소정의 방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 변화하여, 상기 제 2 영구 자석열측의 자장이 서로 강해지고 상기 제 2 영구 자석열측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 상기 소정의 방향으로 배열된 복수의 제 1 영구 자석을 갖고, 상기 제 2 영구 자석열은, 상기 소정의 방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 변화하여, 상기 제 1 영구 자석열측의 자장이 서로 강해지고 상기 제 1 영구 자석열측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 상기 소정의 방향으로 배열된 복수의 제 2 영구 자석을 갖는 상기 제 1 영구 자석열과 제 2 영구 자석열과,

대향하는 상기 제 1 영구 자석열과 상기 제 2 영구 자석열 사이의 계자 공극 중에 배치된 전기자 코일을 구비하고,

상기 제 1 영구 자석 및 상기 제 2 영구 자석의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 상기 계자 공극의 중심선과 상기 제 1 영구 자석열 사이의 공극 단면적과 상기 계자 공극의 중심선과 상기 제 2 영구 자석열 사이의 공극 단면적의 비가, 상기 제 1 영구 자석열의 단면적과 상기 제 2 영구 자석열의 단면적의 비와 대략 동등한 관계를 갖는 전자 유도 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, 전기자 코일에 쇄교하는 자속 수를 크게 할 수 있는 전자 유도 장치가 제공된다.

도 1 은, 등가 자기 회로법을 적용하는 듀얼 할바흐 배열 계자의 단면도이다.
도 2 는, 도 1 의 등가 자기 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은, 듀얼 할바흐 배열 계자의 단면도이다.
도 4 는, 갭 길이 (gap ratio) 와 쇄교 자속 수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 갭 길이와 쇄교 자속 수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태의 원통형 3 상 리니어 동기 모터 (100) 를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 7 은, 도 6 의 A-A 선 단면도이다.
도 8 은, 도 6 의 B-B 선 단면도이다.
도 9 는, 도 6 의 C-C 선 단면도이다.
도 10 은, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태의 3 상 동기 발전기 (200) 를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 11(A) 는, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 3 상 동기 발전기 (200) 의 개략 단면도이고, 도 11(B) 는, 전기자 코일의 배선을 나타내는 도면이다.
도 12 는, 도 11(A) 의 V-V 선 단면도로서, 단층 계자를 구비하는 발전기를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 도 10 ∼ 도 12 에 나타내는 발전기의 변형예로서, 다층 계자를 구비하는 발전기를 예시하는 도면이다.
도 14 는, 도 10 ∼ 도 12 에 나타내는 발전기의 변형예로서, 착자 방향에 평행한 단면이 장방형의 영구 자석을 구비하는 발전기를 예시하는 도면이다.
도 15 는, 도 14 의 V-V 선 단면도로서, 단층 계자를 구비하는 발전기를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 발명자들은, 자극을 90 도씩 회전하여 구성되는 듀얼 할바흐 계자에 대하여, 자극간 갭 중앙부의 평균 자속 밀도를 등가 자기 회로를 사용하여 구하였다. 듀얼 할바흐 배열 계자에서는 영구 자석열의 외측에서 자속 밀도가 극단적으로 낮아진다. 또, 영구 자석의 비투자율은 거의 공기와 동일하다. 철 등의 강자성 재료를 사용하지 않으면, 자속 집중에 의한 자기 포화도 발생하지 않는다. 이 때문에, 등가 자기 회로에서 필요한 자속 밀도를 얻을 수 있다.

도 1 은, 등가 자기 회로법을 적용하는 듀얼 할바흐 배열 계자 (10) 의 단면도이다. 듀얼 할바흐 배열 계자 (10) 는, 영구 자석 (13) 의 자극을 제 1 직선 방향으로 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (12) 과, 영구 자석 (17) 의 자극을 제 1 직선과 평행한 제 2 직선 방향으로 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (16) 을 구비하고 있다.

영구 자석 배열 (12) 에서는, 영구 자석 배열 (16) 측의 자장이 서로 강해지고, 영구 자석 배열 (16) 측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 영구 자석 (13) 이 배열되어 있다. 영구 자석 배열 (16) 에서는, 영구 자석 배열 (12) 측의 자장이 서로 강해지고, 영구 자석 배열 (12) 측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 영구 자석 (17) 이 배열되어 있다.

도 1 은, 영구 자석 (13, 17) 의 착자 방향에 평행한 면에서의 단면도이다. 영구 자석 (13, 17) 은, 영구 자석 (13, 17) 의 착자 방향에 평행한 면 (지면에 평행한 면) 내에 있어서, 모두 정방형의 형상을 갖고, 동일한 단면적을 가지고 있다.

영구 자석 (13, 17) 의 착자 방향에 평행한 면 (지면에 평행한 면) 내에 있어서의 영구 자석 (13, 17) 의 단면적의 제곱근을 1 로 하여 규격화한다. 단면적의 제곱근이 1 이므로, 영구 자석 (13, 17) 의 단면적도 1 이다. 또, 영구 자석 (13, 17) 은, 영구 자석 (13, 17) 의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 모두 정방형의 형상을 가지고 있으므로, 영구 자석 (13, 17) 의 한 변의 길이도 1 이 된다. 영구 자석 배열 (12) 과 영구 자석 배열 (16) 사이 (14) 의 간격 (갭 길이 (gap ratio)) 을 a 로 한다.

도 1 에 나타내는 폐곡선은 자속선이다. 자속선의 형상으로부터 극 피치마다 동일한 자속 경로가 존재하는 것을 알 수 있다. 이 자속 경로를 점선으로 나타내고 있다.

도 1 에 나타내는 듀얼 할바흐 계자의 등가 자기 회로의 주자속은 도 1 의 자속 경로를 지난다. 또, 자기 회로는 자극 중심선 (XX) 에 대하여 대칭으로 존재하므로, 하나의 경로에 관련된 자기 회로는 자극마다 선대칭으로 연속한다. 이제, 하나의 자기 회로를 도 2 와 같이 정의한다. 도 2 중, R 은 영구 자석 (13, 17) 의 자기 저항이고, 자극에 수직인 영구 자석의 단면적을 S, 영구 자석의 자극 방향의 길이를 l_m, 진공의 투자율을 μ_O 로 하여 다음 식으로 나타낸다.

[수학식 1]

여기서, 영구 자석의 비투자율은 1 에 근사되어 있다. 또, 도 2 중, γ 는 자석의 자극면으로부터 종방향 경로까지의 거리, δ 는 자극면으로부터 갭 중의 가장 가까운 횡방향 경로까지의 거리의 갭 길이에 대한 비율이다. 종방향 경로의 단면적 S_v, 갭 중의 횡방향 경로의 단면적 S_r 은,

[수학식 2]

가 되기 때문에, 3 개의 폐회로 주자속 φ₁, φ₂, φ₃ 은 다음의 회로 방정식을 만족한다.

[수학식 3]

(2) 식으로부터 α 를

[수학식 4]

로 하여,

[수학식 5]

이 된다. 따라서, 갭 중심선 (YY) 상의 NS 자극간의 평균 자속 밀도 B_av 는 다음 식이 된다.

[수학식 6]

여기서, B_r 은 영구 자석의 잔류 자속 밀도이다.

도 3 은, 등가 자기 회로법을 적용하는 다른 듀얼 할바흐 배열 계자 (20) 의 단면도이다. 듀얼 할바흐 배열 계자 (20) 는, 영구 자석 (23) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (22) 과, 영구 자석 (27) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (26) 을 구비하고 있다.

영구 자석 배열 (22) 에서는, 영구 자석 배열 (26) 측의 자장이 서로 강해지고, 영구 자석 배열 (26) 측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 영구 자석 (23) 이 배열되어 있다. 영구 자석 배열 (26) 에서는, 영구 자석 배열 (22) 측의 자장이 서로 강해지고, 영구 자석 배열 (22) 측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 영구 자석 (27) 이 배열되어 있다.

도 3 은, 영구 자석 (23, 27) 의 착자 방향에 평행한 면에서의 단면도이다. 영구 자석 (23, 27) 은, 영구 자석 (23, 27) 의 착자 방향에 평행한 면 (지면에 평행한 면) 내에 있어서, 모두 사다리꼴이다. 영구 자석 (23) 의 수와 영구 자석 (27) 의 수는 동일하다. 영구 자석 (23) 의 수 및 영구 자석 (27) 의 수가, 예를 들어 64 개이면, 이웃하는 영구 자석 (23) 끼리, 또는 이웃하는 영구 자석 (27) 끼리는, 180 도에 가까운 대략 174 도의 각도로 접합하게 된다. 따라서, 영구 자석 (23) 과, 영구 자석 (27) 은 대략 정방형이라고 간주할 수 있다.

그래서, 도 1 의 경우와 동일하게, 영구 자석 (23, 27) 의 착자 방향에 평행한 면 (지면에 평행한 면) 내에 있어서의 영구 자석 (23, 27) 의 단면적의 제곱근을 1 로 하여 규격화한다. 단면적의 제곱근이 1 이므로, 영구 자석 (23, 27) 의 단면적도 1 이다. 또, 영구 자석 (23, 27) 은, 영구 자석 (23, 27) 의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 모두 대략 정방형의 형상을 가지고 있다고 간주할 수 있으므로, 영구 자석 (23, 27) 의 한 변의 길이도 1 로 근사시킬 수 있다. 영구 자석 배열과 영구 자석 배열 (26) 사이의 간격 (갭 길이) 을 a 로 한다.

이와 같이, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 영구 자석 (23, 27) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90 도씩 각각 회전하여 링상으로 할바흐 배열한 영구 자석 배열 (22, 26) 을 사용한 경우에도, 근사적으로 도 2 의 등가 자기 회로가 되어, 상기 서술한 논의를 그대로 적용시키는 것도 가능하기는 하다 (단 후술하는 바와 같이, 도 1 에 기초하여 도 3 의 전자 유도 장치를 논하는 경우, 외측과 내측의 영구 자석 배열 (22, 26) 의 각각의 영구 자석량을, 계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 의 외측과 내측의 공극의 체적비와 일치시키는 것이 바람직하다).

갭 길이 (a) 를 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 으로 한 경우의 직선 (YY) 상의 y 방향 자속 밀도 B_y 의 자극간 평균값 B_O, γ 및 δ 를 파라미터로 하여 (4) 식에 의해 얻어진 B_av 의 값을 표 1 에 나타낸다.

표 1 중, γ = 0.25, δ = 0.25 는 기하학적인 중심을 자기 회로의 경로로서 선택한 경우이다. 또, γ = 0.10, δ = 0.25 는 B_O 와 B_av 의 오차를 최소로 하는 값, B_τ 는 2 차원 유한 요소법 자계 해석에 의한 해석값으로 B_y 의 극 피치간 평균값이다. 여기서, 극 피치간의 자속 밀도가 정현파상으로 분포되어 있다고 가정하면, 그 자속 밀도 평균값 B_avτ 는 B_av 의 1/√2 배이다. B_τ 와 B_avτ 의 오차는 γ = 0.20, δ = 0.22 에서 최소가 된다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 영구 자석 (13) 의 자극을 제 1 직선 방향으로 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (12) 과, 영구 자석 (17) 의 자극을 제 1 직선과 평행한 제 2 직선 방향으로 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (16) 을 구비하고, 영구 자석 (13) 과 영구 자석 (17) 은 정방형의 형상을 갖고, 동일한 단면적을 가지고 있는 듀얼 할바흐 배열 계자 (10) 및, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 영구 자석 (23) 의 자극을 둘레 방향으로 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (22) 과, 영구 자석 (27) 의 자극을 둘레 방향으로 90 도씩 회전하여 할바흐 배열된 영구 자석 배열 (26) 을 구비하고, 영구 자석 (23) 과 영구 자석 (27) 은 대략 정방형의 형상을 갖고, 동일한 단면적을 가지고 있는 듀얼 할바흐 배열 계자 (20) 에서는, 상기 서술한 바와 같이, 갭 중심선 (YY) 상의 NS 극 피치간의 평균 자속 밀도 B_avτ 는,

[수학식 7]

가 된다. 여기서, B_r 은 영구 자석의 잔류 자속 밀도이고, α 는

[수학식 8]

이다.

듀얼 할바흐 계자의 갭 중에 배치되는 전기자 코일의 쇄교 자속 수 (φ) 는 극 피치당 자로 단면적을 S, 코일 권회수를 N 으로 하면

[수학식 9]

이 된다.

갭 중에 배치되는 전기자 코일은 극 피치의 폭으로 갭을 채우도록 제작하면 최대의 권회수가 얻어지므로, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 영구 자석 단면의 면적의 제곱근을 1 로 하고, 영구 자석이 정방형인 경우에는, 정방형의 한 변의 길이를 1 로 하고, 영구 자석이 대략 정방형으로, 정방형이라고 근사시킬 수 있는 경우에는, 근사시킨 정방형의 한 변의 길이를 1 로 한 경우, S 는 계자의 깊이 (정방형 단면에 직교하는 방향의 영구 자석의 길이) (l) 에 비례하고, N 은 갭 길이 (a) 에 비례한다. 이제, 비례 정수 (定數) 를 k 로 하여,

[수학식 10]

으로 하면,

[수학식 11]

이므로, 식 (7), 식 (8) 을 식 (6) 에 대입하여 쇄교 자속 수 (φ) 는 다음 식으로 나타낸다.

[수학식 12]

한편, 상기 서술한 바와 같이, 식 (5) 중, γ = 0.20, δ = 0.22 일 때, 식 (4) 의 B_avτ 는 실제의 자극 피치간 평균 자속 밀도를 나타내는 계산식이 된다. 따라서, 실제의 쇄교 자속은, γ = 0.20, δ = 0.22 로 한 경우의 식 (9) 로 계산할 수 있다. 여기서, 동일 식 중의 k 와 l 은 소정의 정수이기 때문에,

[수학식 13]

으로 정의되는 함수 f(a) 가 최대가 되는 갭 길이 (a) 의 값이 존재하면, 그 갭 길이로 듀얼 할바흐 배열 계자를 구성하면 최대의 쇄교 자속 수를 얻을 수 있다.

f(a) 를 그래프화하면 도 4 와 같이 된다. 최대값이 존재하므로,

[수학식 14]

으로부터 a 를 구하면, a = 1.2 가 된다. 즉, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 영구 자석 단면의 면적의 제곱근의 1.2 배, 영구 자석이 정방형인 경우에는, 정방형의 한 변의 길이의 1.2 배, 영구 자석이 대략 정방형으로, 정방형이라고 근사시킬 수 있는 경우에는, 근사시킨 정방형의 한 변의 길이의 1.2 배의 갭 길이로 하면, 소정의 권회수에 대하여 최대의 쇄교 자속을 얻을 수 있다.

할바흐 배열 계자와 전기자 코일은 서로 상대 운동하므로, 계자의 영구 자석과 전기자 코일이 접촉하지 않도록, 실제로 전기자 코일을 계자 갭 중에 배치하는 경우에는 어느 정도의 간극을 필요로 한다. 또, 전기자 코일은 전선을 보빈에 감아서 장착하거나, 감아서 장착된 전선을 몰드에 의해 고착시켜 형성된다. 이 때문에, 코일의 두께의 전부가 도체로 이루어지지는 않아, 영구 자석의 정방형 단면의 한 변의 길이를 1 ㎝ 로 하면, 계자와 코일 도체 사이에는 계자와 대향하는 면에서 1 ㎜ 정도의 비도전체가 존재하게 된다.

이 경우, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 영구 자석 단면의 면적의 제곱근을 1 로 하고, 영구 자석이 정방형인 경우에는, 정방형의 한 변의 길이를 1 로 하고, 영구 자석이 대략 정방형으로, 정방형이라고 근사시킬 수 있는 경우에는, 근사시킨 정방형의 한 변의 길이를 1 로 한 경우, 계자의 갭 중에 배치되는 전기자 코일의 권회수 (N) 는, 식 (7) 의 경우와 동일하게 하여,

[수학식 15]

로 나타낼 수 있다. 따라서, 쇄교 자속을 최대로 하는 갭 길이는

[수학식 16]

으로 정의되는 함수 g(a) 를 최대로 하는 갭 길이가 된다.

g(a) 를 그래프화하면 도 5 와 같이 된다. 최대값이 존재하므로,

[수학식 17]

으로부터 a 를 구하면, a = 1.5 가 된다. 즉, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 영구 자석 단면의 면적의 제곱근의 1.5 배, 영구 자석이 정방형인 경우에는, 정방형의 한 변의 길이의 1.5 배, 영구 자석이 대략 정방형으로, 정방형이라고 근사시킬 수 있는 경우에는, 근사시킨 정방형의 한 변의 길이의 1.5 배의 갭 길이로 하면, 소정의 권회수에 대하여 최대의 쇄교 자속을 얻을 수 있다.

이와 같이, 듀얼 할바흐 배열 계자의 갭 길이를, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 영구 자석 단면의 면적의 제곱근의 1.2 ∼ 1.5 배, 영구 자석이 정방형인 경우에는, 정방형의 한 변의 길이의 1.2 ∼ 1.5 배, 영구 자석이 대략 정방형으로, 정방형이라고 근사시킬 수 있는 경우에는, 근사시킨 정방형의 한 변의 길이의 1.2 ∼ 1.5 배로 설정하면, 전기자 코일에 있어서 큰 쇄교 자속 수를 얻을 수 있다.

또한 도 1 의 공극이 직선상인 것에 비하여, 계자 공극 (24) 은 만곡되어 있고, 당해 공극에 외형이 직방체인 코일을 삽입하여 전기자를 형성하는 경우, 코일의 모서리가 계자 (20) 에 접촉해서는 안되고, 또, 만일 접촉시킨 경우라도 코일과 당해 계자 사이에 간극이 발생한다. 이 때문에, 듀얼 할바흐 배열 계자의 갭 길이를, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 영구 자석 단면의 면적의 제곱근의 1.2 ∼ 2.0 배, 영구 자석이 정방형인 경우에는, 정방형의 한 변의 길이의 1.2 ∼ 2.0 배, 영구 자석이 대략 정방형으로, 정방형이라고 근사시킬 수 있는 경우에는, 근사시킨 정방형의 한 변의 길이의 1.2 ∼ 2.0 배로 설정하면, 전기자 코일에 있어서 큰 쇄교 자속 수를 얻을 수 있다.

그러나, 도 3 에도 나타나 있는 바와 같이 원형의 영구 자석열을 사용하면, 링상의 계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 보다 외측의 공극과 내측의 공극에서는, 외측의 공극 쪽이 단면적 (깊이를 고려하면 체적) 이 커진다. 한편, 도 1 에서는 공극의 중심선 (YY) 보다 상측 절반의 공극과 하측 절반의 공극의 단면적은 동일해진다. 따라서, 도 1 에 기초하여 도 3 의 전자 유도 장치를 논하는 경우, 외측과 내측의 영구 자석열 (22, 26) 의 각각의 영구 자석량을, 계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 의 외측과 내측의 공극의 체적비와 일치시키는 것이 바람직하다.

구체적으로는 본 발명의 전자 유도 장치에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같은 영구 자석 (23, 27) 의 착자 방향에 평행한 면 (지면에 평행한 면) 내에 있어서,

계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 과 영구 자석열 (22) 사이의 공극 단면적 (a₁) 과 계자 공극 (24) 의 중심선 (II) 과 영구 자석열 (26) 사이의 공극 단면적 (a₂) 의 비가, 영구 자석열 (22) 의 단면적 (A₁) 과 영구 자석열 (26) 의 단면적 (A₂) 의 비와 대략 동등한 관계를 갖는다.

이 경우, 계자 공극 (24) 의 단면적 (a₁ + a₂) 이, 영구 자석열 (22) 의 단면적 (A₁) 과 영구 자석열 (26) 의 단면적 (A₂) 의 평균값의 1.2 배 이상 2.0 배 이하인 것이 바람직하다.

(제 1 실시형태)

본 발명의 바람직한 제 1 실시형태는, 원통형 3 상 리니어 동기 모터이다. 도 6 은, 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태의 원통형 3 상 리니어 동기 모터 (100) 를 설명하기 위한 개략 사시도이다. 도 7 은, 도 6 의 A-A 선 단면도이고, 도 8 은, 도 6 의 B-B 선 단면도이고, 도 9 는, 도 6 의 C-C 선 단면도이다.

원통형 3 상 리니어 동기 모터 (100) 는, 원통상의 고정자 (105) 와, 고정자 (105) 의 축방향으로 가동하고, 절결부를 갖는 원통상의 가동자 (107) 와, 가동자 (107) 에 외부의 전원 (108) 으로부터의 전력을 공급하는 구동 장치 (109) 를 구비하고 있다.

고정자 (105) 는, 링상의 영구 자석 (112) 의 자극이 그 중심축을 포함하는 단면에 있어서 대략 90 도씩 회전하도록 영구 자석 (112) 을 인접시켜 구성되는 제 1 영구 자석열로서의 외측 영구 자석열 (111) 과, 링상의 영구 자석 (116) 의 자극이 그 중심축을 포함하는 단면에 있어서 대략 90 도씩 회전하도록 영구 자석 (116) 을 인접시켜 구성되는 제 2 영구 자석열로서의 내측 영구 자석열 (115) 과, 내측 내면에 제 1 영구 자석열 (111) 이 고정되는 제 1 원환상 고정 부재로서의 외측 파이프 (113) 와, 외측면에 내측 영구 자석열 (115) 이 고정되는 제 2 원환상 고정 부재로서의 내측 파이프 (117) 와, 가동자 (107) 와 간섭하지 않도록 절결이 형성되고 외측 파이프 (113) 와 내측 파이프 (117) 를 고정시키는 고정판 (123) 을 구비하고 있다.

또한, 고정자 (105) 에서는, 외측 파이프 (113) 의 외측 상부 및 외측 하부에, 가이드봉 (121) 이 가이드봉 지지 부재 (211, 213) 를 개재하여 장착되어 있다. 가이드봉 (121) 의 표면에는 가이드봉 지지 부재 (211) 측의 단부로부터 당해 가이드봉 지지 부재 (211) 까지의 범위에서 상하로 2 분할된 전극 (203, 205, 207, 209) 이 고착되어 있고, 각 전극으로부터의 인출선 (141) 은 묶어져 가이드봉 지지 부재 (211) 에 형성된 도출로 (143) 를 경유하여 구동 장치 (109) 에 도입되어 있다.

가동자 (107) 는, 3 상 코일 (131) 이 감겨서 장착된 권회 장착환 (133) 과, 권회 장착환 (133) 의 양단에 고정되고 절결부를 갖는 출력환 (137) 과, 출력환 (137) 의 절결부를 고정시키는 절결 고정판 (139) 과, 출력환 (137) 의 단부에 설치되는 권회 장착환 (133) 을 가이드봉 (121) 을 따라 안내하는 리니어 부시 (135) 를 구비하고 있다. 리니어 부시 (135) 는 가이드봉 (121) 의 표면에 형성된 전극 (203, 205, 207, 209) 의 각각에 접촉하는 슬라이딩 전극 (201) 을 구비하고 있고, 한쪽 단이 3 상 코일 (131) 에 접속된 인출선 (141) 이 출력환 (137) 및 리니어 부시 (135) 에 형성된 도출로 (143) 를 통하여 슬라이딩 전극 (201) 에 접속되어 있다. 이로써, 3 상 코일 (131) 은 고정자 (105) 측의 각 전극 (203, 205, 207, 209) 을 통하여 구동 장치 (109) 와 전기적으로 접속된다. 여기서, 각 전극 (203, 205, 207, 209) 의 각각에는, 구동 장치 (109) 가 발생하는 3 상 교류 전압에 따른 3 상 교류 전류의 U 상, V 상, W 상 및 중성점 전류가 흘러, 3 상 코일 (131) 이 여자되어 소정의 추력으로 가동자 (107) 가 축방향으로 이동한다.

외측 영구 자석 배열 (111) 의 영구 자석 (112) 의 수와 내측 영구 자석 배열 (115) 의 영구 자석 (116) 의 수는 동일하다. 외측 영구 자석 배열 (111) 의 영구 자석 (112) 중 직경 방향으로 착자된 영구 자석 (112) 의 자극 방향과, 영구 자석 배열 (115) 의 영구 자석 (116) 중 직경 방향으로 착자된 영구 자석 (116) 의 자극 방향은, 동일한 반경 상에 배치되어 있는 것끼리는 동일하다. 외측 영구 자석 배열 (111) 의 영구 자석 (112) 중 축방향으로 착자된 영구 자석 (112) 의 자극 방향과, 내측 영구 자석 배열 (115) 의 영구 자석 (116) 중 축방향으로 착자된 영구 자석 (116) 의 자극 방향은, 동일한 반경 상에 배치되어 있는 것끼리는 반대이다.

외측 영구 자석 배열 (111) 에서는, 영구 자석 (112) 의 자극을 축방향으로 대략 90 도씩 회전시키면서 배열하고 있으므로, 배열의 일방측 (본 실시형태에서는 외측) 의 자장이 약해지고, 그 배열의 타방측 (본 실시형태에서는 내측, 내측 영구 자석 배열 (115) 측) 에서는 그 만큼 자장이 강해져, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 편측 (본 실시형태에서는 내측) 에 강한 자장을 발생시킬 수 있다. 또, 내측 영구 자석 배열 (115) 에서는, 영구 자석 (116) 의 자극을 축방향으로 대략 90 도씩 회전시키면서 배열하고 있으므로, 배열의 일방측 (본 실시형태에서는 내측) 의 자장이 약해지고, 그 배열의 타방측 (본 실시형태에서는 외측, 외측 영구 자석 배열 (111) 측) 에서는 그 만큼 자장이 강해져, 내측 영구 자석 배열 (115) 의 편측 (본 실시형태에서는 외측) 에 강한 자장을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 외측 자석 배열 (111) 과 내측 영구 자석 배열 (115) 을 구성하고 있으므로, 외측 영구 자석 배열 (111) 과 내측 영구 자석 배열 (115) 사이의 공간의 자장은 강해지고, 그 한편으로는, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 외측과 내측 영구 자석 배열 (115) 의 내측에는, 자장은 대부분 새어나가지 않게 된다. 그리고, 외측 영구 자석열 (111) 과 내측 영구 자석열 (115) 사이의 공극 중에 반경 방향의 자속이 매우 많이 분포하게 된다. 반경 방향의 자속이 매우 많이 분포하는 이 공극 중에 3 상 코일 (131) 이 배치되어 있고, 자속의 대부분이 3 상 코일 (131) 과 직각으로 쇄교하므로, 구동 장치 (109) 로부터 공급되는 전력을 효율적으로 추력으로 변환할 수 있다. 이와 같이, 3 상 코일 (131) 이 배치되는 영역의 자장이 강해지므로, 3 상 코일 (131) 에 철심을 사용하지 않아도, 3 상 코일 (131) 이 강하게 여자되어, 큰 추력으로 가동자 (107) 를 축방향으로 이동할 수 있다. 그리고, 철심을 사용하지 않기 때문에, 코깅을 없애거나 또는 작게 할 수 있다.

외측 영구 자석 배열 (111) 은, 반경 방향과 두께 방향으로 착자된 단면이 대략 정방형의 링상 영구 자석 (112) 을 겹쳐 쌓아 구성되어 있다. 또, 내측 영구 자석 배열 (115) 은, 반경 방향과 두께 방향으로 착자된 단면이 대략 정방형의 링상 영구 자석 (116) 을 겹쳐 쌓아 구성되어 있다. 외측 영구 자석 배열 (111) 로 구성되는 외측 원통 계자와, 내측 영구 자석 배열 (115) 로 구성되는 내측 원통 계자로 듀얼 할바흐 계자가 구성되어 있다. 외측 원통 계자와 내측 원통계자, 각각의 원통 계자의 중심축은 겹쳐져 있다. 외측 원통 계자의 내면과 상기 내측 원통 계자의 외면 사이는 계자 공극으로 되어 있다. 그리고, 영구 자석 (112, 116) 의 착자 방향에 평행한 면 (C-C 단면에 평행한 면) 내에 있어서, 상기 계자 공극의 중심선과 외측 영구 자석 배열 (111) 사이의 공극 단면적과 계자 공극의 중심선과 내측 영구 자석 배열 (115) 사이의 공극 단면적의 비가, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 단면적과 내측 영구 자석 배열 (115) 의 단면적의 비와 대략 동등한 관계를 가지고 있다. 이 면적비의 관계는, 도 3 을 인용하여 상기 서술한 관계와 동일하다. 또한, 계자 공극의 단면적은, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 단면적과 내측 영구 자석 배열 (115) 의 단면적의 평균값의 1.2 배 이상 ∼ 2.0 배 이하인 것이 바람직하다.

상기 서술한 실시형태에서는, 3 상 코일 (131) 이, 반경 방향의 자속이 매우 많이 분포하는 공극 중에 배치되므로 자속의 대부분이 3 상 코일 (131) 과 직각으로 쇄교하여, 보다 적은 전류로 큰 추력이 발생한다. 외측 영구 자석 배열 (111) 에서는, 영구 자석 (112) 의 자극을 축방향으로 대략 90 도씩 회전시키면서 배열하여, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 외측의 자장이 약해지고, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 내측에서는 그 만큼 자장이 강해져, 외측 영구 자석 배열 (111) 의 내측에 강한 자장을 발생시키고, 또, 내측 영구 자석 배열 (115) 에서는, 영구 자석 (116) 의 자극을 축방향으로 대략 90 도씩 회전시키면서 배열하여, 내측 영구 자석 배열 (115) 의 내측의 자장이 약해지고, 내측 영구 자석 배열 (115) 의 외측에서는 그 만큼 자장이 강해져, 내측 영구 자석 배열 (115) 의 외측에 강한 자장을 발생시켰지만, 자극을 축방향으로 90 도씩 회전시키지 않아도, 예를 들어, 45 도씩 회전시켜도 되고, 축방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 변화하도록 복수의 제 1 영구 자석을 축방향으로 배열하여, 제 1 영구 자석의 배열의 내측의 자장이 서로 강해지고, 외측의 자장이 서로 약해지도록 하고, 축방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 제 1 영구 자석의 배열과는 반대 방향으로 변화하도록 복수의 제 2 영구 자석을 축방향으로 배열하여, 제 1 영구 자석의 배열의 내측에 배치해서, 제 2 영구 자석의 배열의 외측의 자장이 서로 강해지고, 내측의 자장이 서로 약해지도록 배치해도 된다.

(제 2 실시형태)

본 발명의 바람직한 제 2 실시형태는, 3 상 동기 발전기이다. 도 10 은, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태의 3 상 동기 발전기 (200) 를 설명하기 위한 개략 사시도이다. 도 11(A) 는, 착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 단면도이고, 도 11(B) 는, 전기자 코일의 배선을 나타내는 도면이다.

본 실시형태의 발전기 (200) 는, 회전자 (250) 와 고정자 (260) 를 구비하고 있다. 회전자 (250) 에 샤프트 (240) 를 장착하고, 샤프트 (240) 를 회전시키도록 하면, 발전기를 구성할 수 있다. 회전자 (250) 는, 영구 자석 배열 (210, 220) 을 구비하고 있다. 고정자 (260) 는, 코일 배열 (230) 을 구비하고 있다. 영구 자석 배열 (210, 220) 은 각각 링상으로 구성되고, 코일 배열 (230) 도 각각 링상으로 구성되어 있다. 영구 자석 배열 (210, 220) 및 코일 배열 (230) 은 동심원상으로 배치되어 있다. 영구 자석 배열 (220) 은, 영구 자석 배열 (210) 의 내측에 형성되어 있다.

영구 자석 배열 (210, 220) 은, 도 3 에 나타내는 양태와 동일하게, 각각 영구 자석 (211, 221) 의 자극을 대략 90°씩 회전시키면서 배열한 할바흐 배열로 되어 있다.

영구 자석 배열 (210) 의 영구 자석 (211) 의 수와 영구 자석 배열 (220) 의 영구 자석 (221) 의 수는 동일하다. 영구 자석 배열 (210) 의 영구 자석 (211) 중 직경 방향으로 착자된 영구 자석 (211) 의 자극 방향과, 영구 자석 배열 (220) 의 영구 자석 (221) 중 직경 방향으로 착자된 영구 자석 (221) 의 자극 방향은, 동일한 반경 상에 배치되어 있는 것끼리는 동일하다. 영구 자석 배열 (210) 의 영구 자석 (211) 중 둘레 방향으로 착자된 영구 자석 (211) 의 자극 방향과, 영구 자석 배열 (220) 의 영구 자석 (221) 중 둘레 방향으로 착자된 영구 자석 (221) 의 자극 방향은, 동일한 반경 상에 배치되어 있는 것끼리는 반대이다.

영구 자석 배열 (210) 에서는, 영구 자석 (211) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90°씩 회전시키면서 배열하고 있으므로, 배열의 일방측 (본 실시형태에서는 외측) 의 자장이 약해지고, 그 배열의 타방측 (본 실시형태에서는 내측) 에서는 그 만큼 자장이 강해져, 영구 자석 (211) 의 배열 (210) 의 편측 (본 실시형태에서는 내측) 에 강한 자장을 발생시킬 수 있다. 또, 영구 자석 배열 (220) 에서는, 영구 자석 (221) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90°씩 회전시키면서 배열하고 있으므로, 배열의 일방측 (본 실시형태에서는 내측) 의 자장이 약해지고, 그 배열의 타방측 (본 실시형태에서 외측) 에서는 그 만큼 자장이 강해져, 영구 자석 (221) 의 배열 (220) 의 편측 (본 실시예에서는 외측) 에 강한 자장을 발생시킬 수 있다.

이와 같이 영구 자석 배열 (210) 과 영구 자석 배열 (220) 을 구성하고 있으므로, 영구 자석 배열 (210) 과 영구 자석 배열 (220) 사이의 공간의 자장은 강해지고, 그 한편으로는, 영구 자석 배열 (210) 의 외측과 영구 자석 배열 (220) 의 내측에는, 자장은 대부분 새어나가지 않게 된다. 그리고, 이 영구 자석 배열 (210) 과 영구 자석 배열 (220) 사이에 코일 배열 (230) 을 배치하고 있으므로, 높은 전압을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 코일 배열 (230) 이 배치되는 영역의 자장이 강해지므로, 코일 배열 (230) 을 구성하는 코일 (231) 에 철심을 사용하지 않아도, 높은 전압을 발생시킬 수 있게 된다. 그리고, 철심을 사용하지 않으므로, 코깅을 없애거나 또는 작게 할 수 있다. 또한, 도 11(B) 에 나타내는 바와 같이, 코일 배열 (230) 은 복수의 코일 (231) 이 U 상 - V 상 - W 상의 순서로 감겨져 Y 결선되어 있고, 3 상 교류를 발생시킨다.

본 실시형태에서는, 회전축 (240) 의 주위에 영구 자석 (211, 221) 을 할바흐 배열로 하여 구성되는 안, 밖의 2 쌍의 자석열 (210, 220) 로 듀얼 할바흐 배열 계자가 구성되어 있다. 또한 개개의 영구 자석 (211, 221) 은 반경 방향 단면 (착자 방향에 평행한 면내에 있어서의 단면) 에서 그 면적이 대략 동일하고, 외측 자석열 (210) 을 구성하는 영구 자석 (211) 의 내면과 내측 자석열 (220) 을 구성하는 영구 자석 (221) 의 외면은 서로 대향하고 있다. 외측 자석열 (210) 을 구성하는 영구 자석 (211) 및 내측 자석열 (220) 을 구성하는 영구 자석 (221) 의 개개의 반경 방향 단면이 모두 사다리꼴이고, 각각 64 개로 듀얼 할바흐 배열 계자를 구성하고 있다. 전기자 코일 (231) 은 듀얼 할바흐 배열 계자의 갭 중에 배치되는데, 외측 자석열 (210) 과 내측 자석열 (220) 은 모두 64 각형이고, 이웃하는 영구 자석 (211, 221) 끼리의 갭면에는 접속 각도가 존재한다. 본 실시형태의 3 상 동기 발전기 (200) 에서는, 전기자 코일 (231) 의 반경 방향 단면은 외형이 장방형이고, 그 폭이 회전축 중심으로부터 영구 자석 (211, 221) 의 2 개를 고려한 각도이다. 또, 전기자 코일 (231) 은 절연 피막 환동선을 플랜지가 형성된 보빈에 감겨서 장착되어 구성되어 있다. 외측 자석열 (210) 을 구성하는 영구 자석 (211) 의 내면과 내측 자석열 (220) 을 구성하는 영구 자석 (221) 의 외면 사이는 계자 공극으로 되어 있다. 그리고, 영구 자석 (211, 221) 의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 상기 계자 공극의 중심선과 외측 자석열 (210) 사이의 공극 단면적과 계자 공극의 중심선과 내측 자석열 (220) 사이의 공극 단면적의 비가, 외측 자석열 (210) 의 단면적과 내측 자석열 (220) 의 단면적의 비와 대략 동등한 관계를 가지고 있다. 이 면적비의 관계는, 도 3 을 인용하여 상기 서술한 관계와 동일하다. 또한, 계자 공극의 단면적은, 외측 자석열 (210) 의 단면적과 내측 자석열 (220) 의 단면적의 평균값의 1.2 배 이상 ∼ 2.0 배 이하인 것이 바람직하다.

상기 서술한 실시형태에서는, 발전기 (200) 의 영구 자석 배열 (210) 에서는, 영구 자석 (211) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90°씩 회전시키면서 배열하여, 배열의 외측의 자장이 약해지고, 그 배열의 내측에서는 그 만큼 자장이 강해져, 영구 자석 (211) 의 배열 (210) 의 내측에 강한 자장을 발생시키고, 또, 영구 자석 배열 (220) 에서는, 영구 자석 (221) 의 자극을 둘레 방향으로 대략 90°씩 회전시키면서 배열하여, 배열의 내측의 자장이 약해지고, 그 배열의 외측에서는 그 만큼 자장이 강해져, 영구 자석 (221) 의 배열 (220) 의 외측에 강한 자장을 발생시켰지만, 자극을 둘레 방향으로 대략 90°씩 회전시키지 않아도, 예를 들어 대략 45°씩 회전시켜도 되고, 둘레 방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 변화하도록 복수의 제 1 영구 자석을 둘레 방향으로 배열하여, 제 1 영구 자석의 배열의 내측의 자장이 서로 강해지고, 외측의 자장이 서로 약해지도록 하고, 둘레 방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 제 1 영구 자석과는 반대 방향으로 변화하도록 복수의 제 2 영구 자석을 둘레 방향으로 배열하여, 제 1 영구 자석의 배열의 내측에 배치해서, 제 2 영구 자석의 배열의 외측의 자장이 서로 강해지고, 내측의 자장이 서로 약해지도록 배치해도 된다.

또 상기 서술한 실시형태에서는, 발전기 (200) 를, 도 12 의 단면도 (도 11(A) 의 V-V 선 단면도) 에 나타내는 바와 같이 1 층 계자를 구비하는 것으로 구성하였지만, 도 13 에 나타내는 바와 같은 다층 계자를 구비하는 발전기로서 구성하고, 각각의 계자에 대하여 본 발명을 적용해도 된다. 또, 도 12 에 나타내는 바와 같은 단층 계자 또는 도 13 에 나타내는 바와 같은 다층 계자를 상하 방향으로 복수단 구비하는, 다단식 계자의 발전기에도 본 발명을 적용 가능하다.

(제 3 실시형태)

본 발명의 바람직한 제 3 실시형태는, 회전기의 계자를 상기 제 1 영구 자석열과 상기 제 2 영구 자석열로 구성하는 경우의 영구 자석의 형상을 장방형으로 한 경우의 3 상 동기 발전기이다. 이하, 도 14 및 도 15 에 기초하여, 본 발명에 관련된 회전기의 실시형태에 대해 설명한다.

회전기 (301) 는, 회전자 (303) 와 고정자 (307) 를 구비하고 있다. 회전자 (303) 에 샤프트를 장착하여, 이 샤프트를 회전시키도록 하면, 발전기를 구성할 수 있다. 회전자 (303) 는, 듀얼 할바흐 배열 계자를 구성하는 영구 자석 배열 (304, 305) 을 구비하고 있다. 고정자 (307) 는, 코일 배열 (308) 을 구비하고 있다.

영구 자석 배열 (304, 305) 은 각각 링상으로 구성되고, 코일 배열 (308) 도 링상으로 구성되어 있다. 영구 자석 배열 (304) 은, 영구 자석 배열 (305) 의 내측에 형성되어 있다. 영구 자석 배열 (304, 305) 및 코일 배열 (308) 은 동심원상으로 배열되어 있다.

듀얼 할바흐 배열 계자를 구성하는 영구 자석 배열 (304, 305) 은, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 각각, 영구 자석의 자극을 둘레 방향으로 대략 90°씩 회전하여 링상으로 배열한 「할바흐 배열」로 되어 있다. 영구 자석 배열 (304) 과 영구 자석 배열 (305) 의 자석수는 동일하다. 영구 자석 배열 (304) 을 구성하는 영구 자석 (341, 341 …) 은, 그 착자 방향에 평행한 단면 (지면에 평행한 면) 에 있어서, 모두 단면 형상이 장방형이다. 영구 자석 배열 (305) 을 구성하는 영구 자석 (351, 351 …) 도 동일하게, 단면 형상이 장방형이다.

이와 같은 장방형 단면을 가지는 동일 형상의 영구 자석 (341) 을 등각도 간격으로 링상으로 배열하고 있기 때문에, 인접하는 영구 자석 (341, 341) 사이에는, 쐐기 형상의 간극이 형성되어 있다. 이들 쐐기 형상의 간극에는, 이 간극을 메우는 쐐기 형상의 사이 채움 부재 (343) 가 개재되어 있다. 동일하게, 인접하는 영구 자석 (351, 351) 사이에도, 쐐기 형상의 간극이 형성되어 있고, 이들 쐐기 형상의 간극에는, 이 간극을 메우는 쐐기 형상의 사이 채움 부재 (353) 가 개재되어 있다.

또한 본 실시형태에서는, 장방형 단면 영구 자석 사이의 간극에 사이 채움 부재를 배치하지 않고, 공기를 개재시키는 양태도 채용 가능하지만, 바람직하게는, 상기 서술한 바와 같이 사이 채움 부재를 개재시키는 것이 바람직하다. 사이 채움 부재 (343, 353) 의 재질은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 알루미늄 등의 비자성 재료로 구성할 수 있고, 더욱 바람직하게는 수지 등의 비자성·비도전성 재료로 구성하는 것이 바람직하다.

영구 자석 사이의 간극에 사이 채움 부재를 개재시키는 방법은 특별히 한정되지 않고, 회전기의 완성 상태에서 영구 자석 사이의 간극에 어떠한 부재가 개재되는 것이면, 어떠한 수법이라도 채용 가능하다. 예를 들어, 영구 자석을 링상으로 배열한 후에, 인접하는 영구 자석 사이의 간극에 어떠한 재료 (자석과는 별체의 부재) 를 삽입 또는 충전하도록 해도 된다. 혹은, 미리 등각도 간격으로 배치 고정한 사이 채움 부재의 사이에 영구 자석을 삽입하도록 배치해도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 원형의 영구 자석열을 구비하는 전자 유도 장치를 제조하는 경우, 제 1 영구 자석 및 제 2 영구 자석의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 계자 공극의 중심선과 상기 제 1 영구 자석열 사이의 공극 단면적과 상기 계자 공극의 중심선과 상기 제 2 영구 자석열 사이의 공극 단면적의 비가, 상기 제 1 영구 자석열의 단면적과 상기 제 2 영구 자석열의 단면적의 비와 동일해지도록 함으로써, 전기자 코일에 있어서 큰 쇄교 자속 수를 얻을 수 있다. 그 결과, 발전기의 경우, 최소의 자석량으로 최대의 전압을 발생시킨다. 또, 모터에서는 최소의 자석량으로 최대의 토크가 발생한다. 또, 듀얼 할바흐 배열 계자의 영구 자석량을 최소화할 수 있으므로 장치의 저비용화 및 자원 절약화에 공헌할 수 있다.

이상, 본 발명의 여러 가지 전형적인 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 한정되는 것이다.

112 : 영구 자석
111 : 영구 자석 배열
116 : 영구 자석
115 : 영구 자석 배열
131 : 전기자 코일

Claims (9)

1. 서로 대향하여 배치된 제 1 영구 자석열과 제 2 영구 자석열로서, 상기 제 1 영구 자석열은, 소정의 방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 변화하여, 상기 제 2 영구 자석열측의 자장이 서로 강해지고 상기 제 2 영구 자석열측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 상기 소정의 방향으로 배열된 복수의 제 1 영구 자석을 갖고, 상기 제 2 영구 자석열은, 상기 소정의 방향으로 2π 의 정수 등분씩 자극의 방향이 변화하여, 상기 제 1 영구 자석열측의 자장이 서로 강해지고 상기 제 1 영구 자석열측과 반대측의 자장이 서로 약해지도록 상기 소정의 방향으로 배열된 복수의 제 2 영구 자석을 갖는 상기 제 1 영구 자석열과 제 2 영구 자석열과,
   대향하는 상기 제 1 영구 자석열과 상기 제 2 영구 자석열 사이의 계자 공극 중에 배치된 전기자 코일을 구비하고,
   상기 제 1 영구 자석 및 상기 제 2 영구 자석의 착자 방향에 평행한 면내에 있어서, 상기 계자 공극의 중심선과 상기 제 1 영구 자석열 사이의 공극 단면적과 상기 계자 공극의 중심선과 상기 제 2 영구 자석열 사이의 공극 단면적의 비가, 상기 제 1 영구 자석열의 단면적과 상기 제 2 영구 자석열의 단면적의 비와 대략 동등한 관계를 갖는, 전자 유도 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공극 단면적이, 상기 제 1 영구 자석열과 상기 제 2 영구 자석열의 단면적의 평균값의 1.2 배 이상 2.0 배 이하인, 전자 유도 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 제 1 영구 자석의 자극의 방향이 상기 소정의 방향으로 대략 90 도씩 회전하도록 상기 복수의 제 1 영구 자석이 상기 소정의 방향으로 배열되고,
   상기 복수의 제 2 영구 자석의 자극의 방향이 상기 소정의 방향으로 대략 90 도씩 회전하도록 상기 복수의 제 2 영구 자석이 상기 소정의 방향으로 배열되고,
   상기 복수의 제 1 영구 자석의 자극의 방향과 상기 복수의 제 2 영구 자석의 자극의 방향이, 상기 소정의 방향과 수직인 방향에 대해서는 동일한 방향이고, 상기 소정의 방향의 자극의 방향에 대해서는 반대 방향인, 전자 유도 장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 소정의 방향이 직선 방향인, 전자 유도 장치.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 소정의 방향이 둘레 방향인, 전자 유도 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전자 유도 장치가 전동기 또는 발전기인, 전자 유도 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 영구 자석열이 자극 방향에 평행한 단면이 장방형의 영구 자석으로 구성되는, 전자 유도 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   인접하는 상기 영구 자석 사이의 간극에 개재하도록 형성된 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   인접하는 상기 영구 자석간의 간극에 개재하는 상기 부재는, 비자성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 유도 장치.

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