特開 2024-92780 界磁、電動機、発電機および界磁の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024092780

(43)【公開日】2024-07-08

(54)【発明の名称】界磁、電動機、発電機および界磁の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20240701BHJP

   H02K 1/2793 20220101ALI20240701BHJP

   H02K 1/2792 20220101ALI20240701BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

H02K1/2793

H02K1/2792

H02K15/03 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022208932

(22)【出願日】2022-12-26

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100173428

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】山村 光宏

(72)【発明者】

【氏名】朝内 昇

(72)【発明者】

【氏名】山田 岳史

(72)【発明者】

【氏名】草瀬 新

【テーマコード（参考）】

5H622

5H641

【Ｆターム（参考）】

5H622AA02

5H622AA03

5H622CA02

5H622CA05

5H622CA10

5H622DD02

5H622DD03

5H622DD04

5H641BB06

5H641BB19

5H641GG03

5H641HH02

5H641HH05

5H641HH07

5H641HH16

(57)【要約】

【課題】形成する磁束密度が高く、かつ、組み立て作業が容易な界磁、かかる界磁を備える電動機および発電機、ならびに、形成する磁束密度が高い界磁を容易に組み立てることができる界磁の製造方法を提供すること。
【解決手段】配列軸に沿って並ぶ複数の磁石を含む極対を複数備え、前記配列軸に直交する磁界発生方向に磁界を発生させる界磁であって、前記極対は、前記磁界発生方向と同じ第１磁化方向に磁化している前記磁石である第１主磁石と、前記磁界発生方向と逆の第２磁化方向に磁化している前記磁石である第２主磁石と、前記第１主磁石と前記第２主磁石との間に配置され、前記配列軸と平行な第３磁化方向に磁化している前記磁石である副磁石と、で構成され、隣り合う前記極対同士で、前記第３磁化方向が互いに同じであることを特徴とする界磁。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配列軸に沿って並ぶ複数の磁石を含む極対を複数備え、前記配列軸に直交する磁界発生方向に磁界を発生させる界磁であって、
前記極対は、
前記磁界発生方向と同じ第１磁化方向に磁化している前記磁石である第１主磁石と、
前記磁界発生方向と逆の第２磁化方向に磁化している前記磁石である第２主磁石と、
前記第１主磁石と前記第２主磁石との間に配置され、前記配列軸と平行な第３磁化方向に磁化している前記磁石である副磁石と、
で構成され、
隣り合う前記極対同士で、前記第３磁化方向が互いに同じであることを特徴とする界磁。

【請求項2】

前記極対を囲う枠体を備える請求項１に記載の界磁。

【請求項3】

前記枠体は、前記極対同士を隔てる隔壁を有する請求項２に記載の界磁。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の界磁と、
前記界磁の前記磁界発生方向に配置されている電機子と、
を備えることを特徴とする電動機。

【請求項5】

請求項１ないし３のいずれか１項に記載の界磁と、
前記界磁の前記磁界発生方向に配置されている電機子と、
を備えることを特徴とする発電機。

【請求項6】

配列軸に沿って並ぶ複数の磁石を含む極対を複数備え、前記配列軸に直交する磁界発生方向に磁界を発生させる界磁を製造する方法であって、
前記磁界発生方向と同じ第１磁化方向に磁化している前記磁石である第１主磁石、
前記磁界発生方向と逆の第２磁化方向に磁化している前記磁石である第２主磁石、および、
前記第１主磁石と前記第２主磁石との間に前記配列軸と平行な第３磁化方向に磁化している前記磁石である副磁石を、
前記極対ごとに配置するとき、
隣り合う前記極対同士で、前記第３磁化方向が互いに同じになるように前記副磁石を配置することを特徴とする界磁の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、界磁、電動機、発電機および界磁の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、コイルを有する可動子と、複数の永久磁石を直線に沿って配置した固定子と、を備えるリニア同期モーターが開示されている。このうち、固定子では、隣接する永久磁石の磁化方向を、可動子の移動方向および直交方向に９０°ずつ異ならせている。このようなリニア同期モーターでは、磁石列の上方に形成される磁束密度が高くなるとともに、磁束密度の分布を正弦波にすることができ、可動子推力のリップルを減少させることができる。また、特許文献１に記載の磁石列は、接着剤や薄い非磁性体を介在させ、複数の永久磁石を接続することによって形成されることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－７０２２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の磁石列（磁極列）は、ハルバッハ配列（ハルバッハ磁石配列）とも呼ばれる。ハルバッハ配列は、可動子の移動方向に直角の磁場を発生させる主磁石と、可動子の移動方向に並行する磁場を発生させる副磁石と、で構成される。主磁石を挟んで隣り合う２つの副磁石では、磁化方向が向かい合っているため、大きな磁気的反発力が発生する。ハルバッハ配列の磁極列の組み立ては、この磁気的反発力に抗いながら行う必要があるため、作業効率が低いという課題がある。

【0005】

そこで、形成する磁束密度が高く、かつ、組み立て作業が容易な界磁の実現が課題となっている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の適用例に係る界磁は、
配列軸に沿って並ぶ複数の磁石を含む極対を複数備え、前記配列軸に直交する磁界発生方向に磁界を発生させる界磁であって、
前記極対は、
前記磁界発生方向と同じ第１磁化方向に磁化している前記磁石である第１主磁石と、
前記磁界発生方向と逆の第２磁化方向に磁化している前記磁石である第２主磁石と、
前記第１主磁石と前記第２主磁石との間に配置され、前記配列軸と平行な第３磁化方向に磁化している前記磁石である副磁石と、
で構成され、
隣り合う前記極対同士で、前記第３磁化方向が互いに同じである。

【0007】

本発明の適用例に係る電動機は、
本発明の適用例に係る界磁と、
前記界磁の前記磁界発生方向に配置されている電機子と、
を備える。

【0008】

本発明の適用例に係る発電機は、
本発明の適用例に係る界磁と、
前記界磁の前記磁界発生方向に配置されている電機子と、
を備える。

【0009】

本発明の適用例に係る界磁の製造方法は、
配列軸に沿って並ぶ複数の磁石を含む極対を複数備え、前記配列軸に直交する磁界発生方向に磁界を発生させる界磁を製造する方法であって、
前記磁界発生方向と同じ第１磁化方向に磁化している前記磁石である第１主磁石、
前記磁界発生方向と逆の第２磁化方向に磁化している前記磁石である第２主磁石、および、
前記第１主磁石と前記第２主磁石との間に前記配列軸と平行な第３磁化方向に磁化している前記磁石である副磁石を、
前記極対ごとに配置するとき、
隣り合う前記極対同士で、前記第３磁化方向が互いに同じになるように前記副磁石を配置する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る電動機としてリニアモーターの概略構成を示す断面図である。

【図2】図１のリニアモーターが備える界磁と、従来技術の界磁と、を比較した模式図である。

【図3】図２に示す３つのモデルについて、２次元電磁界解析を行い、界磁から発生する磁束線の分布を示したシミュレーション結果である。

【図4】図２に示す３つのモデルについて、２次元電磁界解析を行い、界磁が形成する磁束密度の分布を示したシミュレーション結果である。

【図5】図２に示す新規配列の界磁と図１に示す電機子とを組み合わせた電動機のモデルを示す模式図である。

【図6】図５に示すモデルについて、２次元電磁界解析を行い、電機子が有するコイルに鎖交する磁束の時間変化を示したシミュレーション結果である。

【図7】界磁の変形例を示す斜視図である。

【図8】第２実施形態に係るモーターとしてのアキシャルギャップモーターの概略構成を示す断面図である。

【図9】図８のアキシャルギャップモーターが備える界磁を示す斜視図である。

【図10】第３実施形態に係るモーターとしてのラジアルギャップモーターの概略構成を示す断面図である。

【図11】図１０に示すラジアルギャップモーターが備える界磁を示す斜視図である。

【図12】第４実施形態に係る界磁の製造方法の構成を示すフローチャートである。

【図13】図１２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図14】図１２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図15】図１２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図16】図１２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図17】図１２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図18】第１変形例に係る界磁の製造方法の構成を示すフローチャートである。

【図19】図１８に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図20】図１８に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図21】図１８に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【図22】第２変形例に係る界磁の製造方法の構成を示すフローチャートである。

【図23】図２２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の界磁、電動機、発電機および界磁の製造方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0012】

１．第１実施形態
まず、第１実施形態に係る電動機としてのリニアモーターについて説明する。

【0013】

図１は、第１実施形態に係る電動機としてリニアモーター１Ａの概略構成を示す断面図である。図２は、図１のリニアモーター１Ａが備える界磁３と、従来技術の界磁３ａ、３ｂと、を比較した模式図である。

【0014】

なお、本明細書の各図では、互いに直交する３つの軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を設定している。各軸は、矢印で表され、先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」とする。また、ｘ軸と平行な両方向をｘ軸方向、ｚ軸と平行な両方向をｚ軸方向という。さらに、ｚ軸プラス側を「上」、ｚ軸マイナス側を「下」という。

【0015】

図１に示すように、第１実施形態に係るリニアモーター１Ａは、固定子２と可動子５とを備えている。

【0016】

固定子２は、図１に示すように、界磁３と、バックヨーク３８と、を備える。界磁３は、ｘ軸方向に設定されている配列軸ＡＸ１に沿って並ぶ複数の磁極３２を有する。図１に示すリニアモーター１Ａでは、固定子２に沿って可動子５がリニア駆動されるので、固定子２の長さが駆動範囲を決定する。したがって、界磁３が有する磁極３２の個数は、駆動範囲や磁極３２の個体の長さに応じて適宜設定される。

【0017】

可動子５は、図１に示すように、電機子６を備える。電機子６は、ｚ軸方向に設定されている対向軸ＡＸ２に沿って、界磁３と対向して配置されている。電機子６は、ティース６３を含むコア６２およびコイル６４を有する。

【0018】

固定子２と可動子５との間には、所定の隙間が設けられており、可動子５は電磁力により、固定子２に沿ってｘ軸方向にリニア駆動される。なお、固定子と界磁、および、可動子と電機子という組み合わせは、逆であってもよい。つまり、固定子が電機子を備え、可動子が界磁を備えていてもよい。

【0019】

また、以下の説明では、界磁３の上方を「磁界発生方向」ともいう。磁界発生方向とは、界磁３から発生した磁束を作用させる対象物が配置されている方向であって、界磁３を基準にしたときの方向である。図１の場合、電機子６がこの対象物となる。

【0020】

また、リニアモーター１Ａは、電動機であり、入力される電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。一方、リニアモーター１Ａは、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有しているので、発電機に転用することもできる。実施形態に係る発電機も、リニアモーター１Ａと同様、界磁３と、界磁３の磁界発生方向に配置されている電機子６と、を備える。

【0021】

１．１．界磁
界磁３は、配列軸ＡＸ１に沿って並ぶ複数の磁極３２を有する。以下の説明では、列をなす複数の磁極３２を磁極列ともいう。磁極３２は、永久磁石である。複数の磁極３２の磁化方向は、配列軸ＡＸ１に沿って周期的に変化するように設定されている。

【0022】

永久磁石としては、例えば、ネオジム磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、ボンド磁石等が挙げられるが、これらには限定されない。

【0023】

図２には、図１に示す磁極列のうち、一部の磁極３２を抜き出して図示している。図２は、配列軸ＡＸ１および対向軸ＡＸ２を含むように設定されている面（平面）で磁極列を切断したときの断面図である。

【0024】

また、図２では、各磁極３２，３２ａ，３２ｂの磁化方向Ｍを、各磁極３２，３２ａ，３２ｂの内側に矢印で図示している。図２では、磁極３２，３２ａ，３２ｂの磁化方向が配列軸ＡＸ１に沿って周期的に変化するとき、その変化のパターンが異なる３つの例を比較している。図２の界磁３ａ、３ｂは、それぞれ従来技術に相当し、図２の界磁３は、本実施形態に係る界磁である。図２に示す磁化方向Ｍの変化は、２周期分に相当する。

【0025】

界磁３ａでは、４個の磁極３２ａの磁化方向Ｍが、ＮＳ配列と呼ばれるパターンで周期的に変化している。ＮＳ配列とは、隣り合う２つの磁極３２ａの磁化方向Ｍが、それぞれ対向軸ＡＸ２と平行であり、かつ、互いに逆方向になるように設定された磁極列のことをいう。

【0026】

界磁３ｂでは、８個の磁極３２ａ，３２ｂの磁化方向Ｍが、ハルバッハ配列と呼ばれるパターンで周期的に変化している。本明細書におけるハルバッハ配列とは、ＮＳ配列の磁極３２ａをそれぞれ主磁極としたとき、主磁極同士の間に副磁極である磁極３２ｂを挟むことにより、例えばｘ軸プラス側に向かって順に、磁化方向が９０°ずつ回転するように設定された磁極列のことをいう。したがって、副磁極である磁極３２ｂの磁化方向Ｍは、配列軸ＡＸ１と平行であり、また、１つの繰り返し単位に２種類の磁極３２ｂが含まれる。

【0027】

界磁３では、磁化方向Ｍがｘ軸プラス側を向いている磁極３２ｂが除去されたこと以外、前述したハルバッハ配列と同様のパターンで磁極３２の磁化方向Ｍが変化している。本明細書では、磁化方向Ｍがこのように変化している磁極列を「新規配列」という。この新規配列は、ハルバッハ配列の主磁極に相当する第１主磁石３２１および第２主磁石３２２と、ハルバッハ配列のうち、磁化方向Ｍがｘ軸マイナス側を向いている副磁極に相当する副磁石３２３とが、繰り返し配列した磁極列である。これらの各磁石が、前述した磁極３２に相当する。

【0028】

本明細書では、新規配列の繰り返し単位を「極対３３」という。つまり、極対３３は、第１主磁石３２１、副磁石３２３および第２主磁石３２２がこの順で並んだ磁石セットを有する繰り返し単位である。そして、隣り合う極対３３同士で、副磁石３２３の磁化方向Ｍが互いに同じに設定されている。

【0029】

従来のハルバッハ配列では、副磁極として磁化方向Ｍが互いに異なる２種類の磁極３２ｂが存在していた。このため、ハルバッハ配列の磁極列を形成するとき、副磁極の磁化方向Ｍが互いに向かい合っていることから、大きな磁気的反発力が発生する。磁極列の組み立て作業においては、この磁気的反発力に抗いながら作業を行う必要があったため、作業効率が低いという課題があった。

【0030】

これに対し、新規配列では、隣り合う極対３３同士で、含まれる副磁石３２３の磁化方向Ｍが、いずれも一方向（ｘ軸マイナス側）に揃っている。このため、副磁石３２３同士で磁気的反発力が発生することはなく、したがって、磁極列の組み立て作業を容易に行うことができる。その結果、新規配列の磁極列は、組み立ての作業効率が高いという利点を有する。

【0031】

また、図２に示すように、ｘ軸方向における繰り返し単位の長さを揃えたとき、新規配列における副磁石３２３同士の距離は、ハルバッハ配列における磁極３２ｂ（副磁極）同士の距離よりも長くなっている。これは、新規配列における副磁石３２３同士の間に、２つの磁極３２（第１主磁石３２１および第２主磁石３２２）が挟まれていることに起因する。このように副磁石３２３同士の距離を長くすることができれば、組み立て時に、副磁石３２３が意図せず反転したとしても、互いに吸着してしまう確率を下げることができる。このため、かかる観点でも、組み立ての作業効率を高めることができる。

【0032】

ここで、第１主磁石３２１の磁化方向Ｍを「第１磁化方向Ｍ１」とするとき、第１磁化方向Ｍ１は、磁界発生方向（ｚ軸プラス側）と同じ方向に設定されている。なお、第１磁化方向Ｍ１と対向軸ＡＸ２とのなす角度は、０°であるのが好ましいが、製造誤差を踏まえて３°以下であってもよい。この範囲であれば、「同じ方向」とみなすことができる。

【0033】

また、第２主磁石３２２の磁化方向Ｍを「第２磁化方向Ｍ２」とするとき、第２磁化方向Ｍ２は、磁界発生方向と逆の方向（ｚ軸マイナス側）に設定されている。なお、第２磁化方向Ｍ２と対向軸ＡＸ２とのなす角度は、０°であるのが好ましいが、製造誤差を踏まえて３°以下であってもよい。この範囲であれば、「逆の方向」とみなすことができる。

【0034】

さらに、副磁石３２３の磁化方向Ｍを「第３磁化方向Ｍ３」とするとき、第３磁化方向Ｍ３は、配列軸ＡＸ１と平行な方向であって、ｘ軸マイナス側に設定されている。なお、第３磁化方向Ｍ３と配列軸ＡＸ１とのなす角度は、０°であるのが好ましいが、製造誤差を踏まえて３°以下であってもよい。この範囲であれば、「配列軸ＡＸ１と平行」とみなすことができる。

【0035】

第１主磁石３２１、第２主磁石３２２および副磁石３２３は、例えば図示しない接着剤を介して互いに固定されている。また、これらの磁石とバックヨーク３８との間も、例えば接着剤を介して固定されている。

【0036】

一方、新規配列では、ハルバッハ配列と同様、電機子６側に磁束線を集中させることができる。以下、新規配列によって向上する磁束線分布、磁束密度分布および鎖交磁束について説明する。

【0037】

１．１．１．磁束線分布
図３は、図２に示す３つのモデルについて、２次元電磁界解析を行い、界磁３ａ、３ｂ、３から発生する磁束線の分布を示したシミュレーション結果である。図３に示す３つのモデルは、図２に示すＮＳ配列の界磁３ａ、ハルバッハ配列の界磁３ｂ、および、新規配列の界磁３に対応したモデルである。なお、図３の横軸は、配列軸ＡＸ１に沿う位置であり、縦軸は、対向軸ＡＸ２に沿う位置である。

【0038】

図３に示すように、ＮＳ配列の界磁３ａでは、発生した磁束線が界磁３ａの上下で均等に分布している。これに対し、ハルバッハ配列の界磁３ｂでは、発生した磁束線が界磁３ｂの上方に偏って分布している。このため、界磁３ｂの上方に電機子６を配置した場合、界磁３ａに比べて、電機子６のコイル６４に鎖交する磁束数を増やすことができる。

【0039】

これに対し、新規配列の界磁３では、ハルバッハ配列と同様の磁束線分布と、ＮＳ配列と同様の磁束線分布と、が混在している。具体的には、極対３３の上方では、ハルバッハ配列と同様、発生した磁束線が上方に偏って分布している。一方、極対３３同士の間隙の上下では、発生した磁束線が上下でほぼ均等に分布している。このため、全体としては、界磁３の上方に磁束線を偏らせることができている。したがって、界磁３の上方に電機子６を配置した場合、界磁３ａに比べて、電機子６のコイル６４に鎖交する磁束数を増やすことができる。

【0040】

１．１．２．磁束密度分布
図４は、図２に示す３つのモデルについて、２次元電磁界解析を行い、界磁３ａ、３ｂ、３が形成する磁束密度の分布を示したシミュレーション結果である。図４に示す３つのモデルは、図２に示すＮＳ配列の界磁３ａ、ハルバッハ配列の界磁３ｂ、および、新規配列の界磁３に対応したモデルである。なお、図４に示す磁束密度は、界磁３ａ、３ｂ、３の上面における値である。なお、図４の横軸は、配列軸ＡＸ１に沿う位置であり、縦軸は、対向軸ＡＸ２に沿う位置である。

【0041】

図４に示すように、ＮＳ配列の界磁３ａの上面に形成される磁束密度の２次元分布は、矩形波に近い波形で周期的に変化する分布となっている。また、ハルバッハ配列の界磁３ｂの上面に形成される磁束密度の２次元分布は、磁束密度の変化の振幅が、ＮＳ配列よりも大きくなるように分布している。特に、ハルバッハ配列における磁束密度の分布では、極対３３ごとに２つの鋭いピークが認められる。

【0042】

これに対し、新規配列の界磁３の上面に形成される磁束密度の２次元分布は、最大振幅が、ハルバッハ配列の場合とほぼ同程度になっている。このため、新規配列でも、ハルバッハ配列と同様、ＮＳ配列よりも、形成する磁束密度の向上が図られているといえる。

【0043】

一方、ハルバッハ配列における磁束密度の分布では、極対３３ごとに２つの鋭いピークが認められているのに対し、新規配列における磁束密度の分布では、極対３３ごとに認められる鋭いピークは１つである。したがって、新規配列における磁束密度は、ＮＳ配列における磁束密度より高いものの、ハルバッハ配列における磁束密度よりはやや低いといえる。

【0044】

以上を踏まえると、新規配列は、ハルバッハ配列の磁極列が抱えていた組み立て作業に関する課題を解決しつつ、ＮＳ配列よりも、磁界発生方向における磁束密度の向上を図ることができる。また、磁束密度の向上は、リニアモーター１Ａの高トルク化またはトルクを維持しながらの小型化に寄与できる。同様に、磁束密度の向上は、発電機の高効率化または効率を維持しながらの小型化に寄与できる。

【0045】

１．１．３．鎖交磁束
図５は、図２に示す新規配列の界磁３と図１に示す電機子６とを組み合わせた電動機のモデルを示す模式図である。図５に示すモデルでは、第１主磁石３２１が１つのティース６３と向かい合っているとき、第２主磁石３２２も別のティース６３と向かい合っている。また、図６は、図５に示すモデルについて、２次元電磁界解析を行い、電機子６が有するコイル６４に鎖交する磁束の時間変化を示したシミュレーション結果である。

【0046】

新規配列の界磁３から発生した磁束がコイル６４に鎖交するとき、その鎖交磁束の時間変化の振幅は、図６に示すように、ＮＳ配列よりも大きく、ハルバッハ配列よりも小さい。この結果から、新規配列の界磁３を用いた電動機では、ＮＳ配列の界磁３ａを用いた電動機よりも、高トルク化またはトルクを維持しながら小型化を図ることができると認められる。また、発電機の高効率化または効率を維持しながらの小型化に寄与できる。

【0047】

また、鎖交磁束の時間変化の波形は、図６に示すように、正弦波に近い波形となっている。これにより、電動機や発電機におけるエネルギー変換効率を高めることができ、かつ、電動機におけるトルクリップル等の発生も少なく抑えられると認められる。

【0048】

１．２．バックヨーク
図１に示すバックヨーク３８は、界磁３を支持する板状部材であり、必要に応じて設けられる。バックヨーク３８を設けることにより、界磁３が発生させる磁界を強めることができる。

【0049】

バックヨーク３８の構成材料としては、軟磁性材料が好ましく用いられる。軟磁性材料としては、例えば、純鉄、炭素鋼、鋳鉄等のバルク体、電磁鋼板の積層体、磁性粉末の圧粉体、電磁鋼板と磁性粉末とを組み合わせたハイブリッド体等が挙げられる。

【0050】

１．３．電機子
電機子６は、前述したように、配列軸ＡＸ１に沿って並ぶコア６２および複数のコイル６４を有する。コア６２は、複数のティース６３を備え、コイル６４は、各ティース６３に巻回されている。なお、ティース６３の数およびコイル６４の数は、特に限定されない。また、コイル６４は、ティース６３に直接巻回されていてもよいし、あらかじめボビン等に巻回され、これをティース６３に被せたものであってもよい。

【0051】

１．４．界磁の変形例
図７は、界磁３の変形例を示す斜視図である。

【0052】

図７に示す界磁３は、極対３３と、極対３３を囲う枠体３５と、を備える。枠体３５は、ｘ－ｙ面に沿って広がる上板３５２および下板３５４と、ｙ－ｚ面に沿って広がり、上板３５２と下板３５４とを接続する隔壁３５６と、を有する。隔壁３５６は、隣り合う極対３３同士の間に配置されている。このような枠体３５を設けることにより、極対３３を安定して固定することができる。これにより、組み立て後の界磁３の安定性を図るとともに、界磁３の組み立てが容易になるため、組み立ての作業効率を高めることができる。特に、隣り合う極対３３同士を隔離する隔壁３５６は、組み立て作業において、副磁石３２３同士の吸着を効果的に抑制できる。

【0053】

また、枠体３５を設けたことにより、界磁３の上面の平坦性を高めることができる。このため、図１に示す、固定子２と可動子５との距離をより近づけることができ、リニアモーター１Ａの高トルク化または小型化を図ることができる。

【0054】

枠体３５の構成材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム合金のような金属材料の他、樹脂材料等が挙げられる。

【0055】

また、枠体３５は、磁性材料であってもよいが、非磁性材料であるのが好ましい。非磁性材料であれば、界磁３を通る磁気回路において、枠体３５が磁気抵抗になりにくい。このため、非磁性材料を用いることにより、界磁３が形成する磁束密度の低下を抑制しつつ、上記の効果を奏する枠体３５を実現することができる。

【0056】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る電動機としてのアキシャルギャップモーターについて説明する。

【0057】

図８は、第２実施形態に係るモーターとしてのアキシャルギャップモーター１Ｃの概略構成を示す断面図である。図９は、図８のアキシャルギャップモーター１Ｃが備える界磁３Ｃを示す斜視図である。

【0058】

以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、以下の各図において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0059】

図８に示すように、アキシャルギャップモーター１Ｃは、回転軸ＡＸ３に沿って延在するシャフト１０と、シャフト１０に沿って配置されている固定子２Ｃおよび回転子５Ｃと、を備えている。

【0060】

固定子２Ｃは、電機子６Ｃを備える。電機子６Ｃは、コア６２およびコイル６４を有する。コイル６４の数は、コイル６４に流される電流の相数や界磁３Ｃ、その他の条件に応じて適宜設定される。

【0061】

回転子５Ｃは、界磁３Ｃと、バックヨーク３８と、を備える。界磁３Ｃは、図９に示すように、配列軸ＡＸ１に沿って並ぶ複数の磁極３２Ｃを有する。配列軸ＡＸ１は、回転軸ＡＸ３まわりに設定されている。界磁３Ｃが有する磁極３２Ｃの個数は、コイル６４の数やその他の条件に応じて適宜設定される。

【0062】

図８に示すアキシャルギャップモーター１Ｃでは、回転軸ＡＸ３まわりに回転子５Ｃが回転駆動される。また、回転子５Ｃは、シャフト１０に接続されている。回転子５Ｃが回転駆動されると、それに伴ってシャフト１０が回転する。

【0063】

なお、固定子と電機子、および、回転子と界磁という組み合わせは、逆であってもよい。つまり、固定子が界磁を備え、回転子が電機子を備えていてもよい。

【0064】

界磁３Ｃは、配列軸ＡＸ１に沿って並ぶ複数の磁極３２Ｃを有する。配列軸ＡＸ１および対向軸ＡＸ２を含むように設定されている面（曲面）で、図９に示す界磁３Ｃを切断すると、図２に示す界磁３と同様の断面図が得られる。界磁３Ｃは、適用されるモーターの種類が異なる以外、前述した界磁３と同様である。

【0065】

界磁３Ｃも、新規配列の磁極列を有しているので、組み立て作業を容易に行うことができる。また、界磁３Ｃは、高トルク化が図られたアキシャルギャップモーター１Ｃまたはトルクを損なうことなく小型化が図られたアキシャルギャップモーター１Ｃの実現に寄与する。

【0066】

また、アキシャルギャップモーター１Ｃは、電動機であり、入力される電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。一方、アキシャルギャップモーター１Ｃは、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有しているので、発電機に転用することもできる。実施形態に係る発電機も、アキシャルギャップモーター１Ｃと同様、界磁３Ｃと、界磁３Ｃの磁界発生方向に配置されている電機子６Ｃと、を備える。界磁３Ｃは、発電機の高効率化または効率を維持しながらの小型化に寄与できる。
以上のような第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0067】

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係るモーターとしてのラジアルギャップモーターについて説明する。

【0068】

図１０は、第３実施形態に係るモーターとしてのラジアルギャップモーター１Ｆの概略構成を示す断面図である。図１１は、図１０に示すラジアルギャップモーター１Ｆが備える界磁３Ｆを示す斜視図である。

【0069】

以下、第３実施形態について説明するが、以下の説明では、第１、第２実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、以下の各図において、第１、第２実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0070】

図１０に示すように、ラジアルギャップモーター１Ｆは、回転軸ＡＸ３に沿って延在するシャフト１０と、シャフト１０の半径方向において互いに対向するように配置されている固定子２Ｆおよび回転子５Ｆと、を備えている。

【0071】

固定子２Ｆは、界磁３Ｆと、バックヨーク３８と、を備える。界磁３Ｆは、図１１に示すように、配列軸ＡＸ１に沿って並ぶ複数の磁極３２Ｆを有する。界磁３Ｆが有する磁極３２Ｆの個数は、コイル６４の数やその他の条件に応じて適宜設定される。

【0072】

回転子５Ｆは、電機子６Ｆを備える。電機子６Ｆは、コア６２およびコイル６４を有する。

【0073】

図１０に示すラジアルギャップモーター１Ｆでは、回転軸ＡＸ３まわりに回転子５Ｆが回転駆動される。また、回転子５Ｆは、シャフト１０に接続されている。回転子５Ｆが回転駆動されると、それに伴ってシャフト１０が回転する。

【0074】

なお、固定子と界磁、および、回転子と電機子という組み合わせは、逆であってもよい。つまり、固定子が電機子を備え、回転子が界磁を備えていてもよい。

【0075】

界磁３Ｆは、配列軸ＡＸ１に沿って並ぶ複数の磁極３２Ｆを有する。配列軸ＡＸ１および対向軸ＡＸ２を含むように設定されている面（ｚ軸に直交する平面）で、図１１に示す磁極３２Ｆを切断すると、図２に示す界磁３と同様の断面図が得られる。界磁３Ｆは、適用されるモーターの種類が異なる以外、前述した界磁３と同様である。

【0076】

界磁３Ｆも、新規配列の磁極列を有しているので、組み立て作業を容易に行うことができる。また、界磁３Ｆは、高トルク化が図られたラジアルギャップモーター１Ｆまたはトルクを損なうことなく小型化が図られたラジアルギャップモーター１Ｆの実現に寄与する。

【0077】

また、ラジアルギャップモーター１Ｆは、電動機であり、入力される電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。一方、ラジアルギャップモーター１Ｆは、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を有しているので、発電機に転用することもできる。実施形態に係る発電機も、ラジアルギャップモーター１Ｆと同様、界磁３Ｆと、界磁３Ｆの磁界発生方向に配置されている電機子６Ｆと、を備える。界磁３Ｆは、発電機の高効率化または効率を維持しながらの小型化に寄与できる。
以上のような第３実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0078】

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る界磁の製造方法について説明する。

【0079】

図１２は、第４実施形態に係る界磁の製造方法の構成を示すフローチャートである。図１３ないし図１７は、図１２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図２に示す界磁３の製造方法を例にして説明する。

【0080】

以下、第４実施形態について説明するが、以下の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0081】

図１２に示す界磁３の製造方法は、第１主磁石３２１を配置する工程Ｓ１０２と、副磁石３２３を配置する工程Ｓ１０４と、第２主磁石３２２を配置する工程Ｓ１０６と、全ての磁石を配置したか否かを判断する工程Ｓ１０８と、を有する。

【0082】

工程Ｓ１０２では、図１３に示すように、バックヨーク３８を用意し、その上面に第１主磁石３２１を配置する。バックヨーク３８に対する第１主磁石３２１の固定には、例えば接着剤を用いることができる。また、バックヨーク３８には、必要に応じて、第１主磁石３２１を係合させるための被係合部が設けられていてもよい。これにより、位置決め精度を高めることができる。なお、これらの事項は、副磁石３２３や第２主磁石３２２についても同様である。

【0083】

工程Ｓ１０４では、図１４に示すように、第１主磁石３２１に隣接して副磁石３２３を配置する。隣り合う極対３３同士で、副磁石３２３の第３磁化方向Ｍ３は互いに同じ方向であり、かつ、副磁石３２３同士が互いに十分に離れている。このため、工程Ｓ１０４で副磁石３２３を配置するとき、副磁石３２３同士で磁気的反発力が発生することなく容易に配置することができる。

【0084】

工程Ｓ１０６では、図１５に示すように、副磁石３２３に隣接して第２主磁石３２２を配置する。

【0085】

工程Ｓ１０８では、全ての磁石を配置したか否かを判断する。全ての磁石を配置し終えた場合は、フローを終了する。一方、配置していない磁石が残っている場合には、工程Ｓ１０２に戻す。そして、全ての磁石を配置し終えるまで、工程Ｓ１０２から工程Ｓ１０６までを繰り返す。

【0086】

例えば、２回目以降の工程Ｓ１０２では、図１６に示すように、既存の第２主磁石３２２に隣接して第１主磁石３２１を配置する。

【0087】

また、２回目以降の工程Ｓ１０４では、図１７に示すように、第１主磁石３２１に隣接して副磁石３２３を配置する。
以上のようにして、配列軸ＡＸ１に沿って複数の極対３３を備える界磁３が得られる。

【0088】

４．１．製造方法の第１変形例
次に、第１変形例に係る界磁の製造方法について説明する。

【0089】

図１８は、第１変形例に係る界磁の製造方法の構成を示すフローチャートである。図１９ないし図２１は、図１８に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図７に示す界磁３の製造方法を例にして説明する。

【0090】

以下、第１変形例について説明するが、以下の説明では、第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、図７に示す構成と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0091】

図１８に示す界磁３の製造方法は、枠体３５を準備する工程Ｓ２０２と、第１主磁石３２１を配置する工程Ｓ２０４と、第２主磁石３２２を配置する工程Ｓ２０６と、副磁石３２３を配置する工程Ｓ２０８と、を有する。

【0092】

工程Ｓ２０２では、図１９に示すように、枠体３５を準備する。枠体３５は、界磁３全体で１つであってもよいし、極対３３ごとに分割されたものであってもよいし、複数の極対３３ごとに分割されたものであってもよい。

【0093】

工程Ｓ２０４では、図２０に示すように、枠体３５の内側に第１主磁石３２１を配置する。第１主磁石３２１は、図２０に示すように、隔壁３５６に沿って配置する。枠体３５に対する第１主磁石３２１の固定には、例えば接着剤を用いることができる。また、枠体３５には、必要に応じて、第１主磁石３２１を係合させるための被係合部が設けられていてもよい。これにより、位置決めの精度を高めることができる。なお、これらの事項は、副磁石３２３や第２主磁石３２２についても同様である。

【0094】

工程Ｓ２０６では、図２０に示すように、枠体３５の内側に第２主磁石３２２を配置する。第２主磁石３２２は、図２０に示すように、隔壁３５６を介して第１主磁石３２１の反対側に配置する。このとき、第２主磁石３２２には、隔壁３５６を介して第１主磁石３２１との間に磁気的吸引力が生じる。このため、第１主磁石３２１および第２主磁石３２２が互いに引き合って固定され、双方の位置精度が高められるとともに、作業効率も高められる。

【0095】

工程Ｓ２０８では、図２１に示すように、枠体３５の内側に副磁石３２３を配置する。隣り合う極対３３同士で、副磁石３２３の第３磁化方向Ｍ３は互いに同じ方向であり、かつ、副磁石３２３同士が互いに十分に離れている。また、極対３３同士の間には、隔壁３５６も存在している。このため、工程Ｓ１０４で副磁石３２３を配置するとき、副磁石３２３同士が吸着してしまう確率を下げることができる。以上のようにして、複数の極対３３と、枠体３５と、を備える界磁３が得られる。なお、副磁石３２３は、まず、１つ飛ばしの極対３３に配置し、その後残りの極対３３に配置するという順序で配置することができる。この場合、配置する際に副磁石３２３同士がさらに離れているため、副磁石３２３同士が吸着してしまう確率をより下げることができる。

【0096】

４．２．製造方法の第２変形例
次に、第２変形例に係る界磁の製造方法について説明する。

【0097】

図２２は、第２変形例に係る界磁の製造方法の構成を示すフローチャートである。図２３は、図２２に示す界磁の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、図２に示す界磁３の製造方法を例にして説明する。

【0098】

以下、第２変形例について説明するが、以下の説明では、第４実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、各図において、図２に示す構成と同様の構成については、同一の符号を付している。

【0099】

図２２に示す界磁３の製造方法は、極対３３を組み立てる工程Ｓ３０２と、組み立てた極対３３を配置する工程Ｓ３０４と、を有する。

【0100】

工程Ｓ３０２では、図２３に示す極対３３を組み立てる。極対３３は、図２３に示すように、配列軸ＡＸ１に沿って、第１主磁石３２１、副磁石３２３および第２主磁石３２２がこの順で並べられてなる磁石セットである。磁石同士の固定には、例えば接着剤が用いられる。また、磁石セット全体を樹脂でモールドしてもよい。さらに、前述した枠体３５が極対３３ごとに分割可能である場合、分割された枠体３５の内側に磁石セットを挿入しておいてもよい。そして、工程Ｓ３０２では、界磁３に必要な個数分の極対３３を組み立てる。

【0101】

工程Ｓ３０４では、組み立てた極対３３をバックヨーク３８の上面に配置する。極対３３では、磁石同士がすでに固定されているため、極対３３を効率よく配置することができる。なお、各極対３３を配置するときは、副磁石３２３の第３磁化方向Ｍ３が互いに同じ方向になるように配置することになるため、効率よく行うことができる。
なお、以上のような第２変形例は、図７に示す界磁３の製造にも適用可能である。

【0102】

以上、本発明の界磁、電動機、発電機および界磁の製造方法を図示の実施形態またはその変形例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の界磁、電動機および発電機は、それぞれ、前記実施形態またはその変形例の各部が同様の機能を有する任意の構成物に置換されたものであってもよく、前記実施形態またはその変形例に任意の構成物が付加されたものであってもよい。また、本発明の界磁の製造方法は、前記実施形態またはその変形例に任意の目的の工程が付加されたものであってもよい。さらに、本発明は、前記実施形態およびその変形例のうちの２つ以上が組み合わされた構成を有していてもよい。

【符号の説明】

【0103】

１Ａ…リニアモーター、１Ｃ…アキシャルギャップモーター、１Ｆ…ラジアルギャップモーター、２…固定子、２Ｃ…固定子、２Ｆ…固定子、３…界磁、３Ｃ…界磁、３Ｆ…界磁、３ａ…界磁、３ｂ…界磁、５…可動子、５Ｃ…回転子、５Ｆ…回転子、６…電機子、６Ｃ…電機子、６Ｆ…電機子、１０…シャフト、３２…磁極、３２Ｃ…磁極、３２Ｆ…磁極、３２ａ…磁極、３２ｂ…磁極、３３…極対、３５…枠体、３８…バックヨーク、６２…コア、６３…ティース、６４…コイル、３２１…第１主磁石、３２２…第２主磁石、３２３…副磁石、３５２…上板、３５４…下板、３５６…隔壁、ＡＸ１…配列軸、ＡＸ２…対向軸、ＡＸ３…回転軸、Ｍ…磁化方向、Ｍ１…第１磁化方向、Ｍ２…第２磁化方向、Ｍ３…第３磁化方向、Ｓ１０２…工程、Ｓ１０４…工程、Ｓ１０６…工程、Ｓ１０８…工程、Ｓ２０２…工程、Ｓ２０４…工程、Ｓ２０６…工程、Ｓ２０８…工程、Ｓ３０２…工程、Ｓ３０４…工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】