电磁感应装置的制造方法

电磁感应装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种电磁感应装置，其可增大与电枢线圈交链的磁通量。在本发明的电磁感应装置中，在平行于永磁铁(23、27)的磁化方向的面内，磁场间隙(24)的中心线(II)和永磁铁列(22)之间的间隙截面面积(a1)与磁场间隙(24)的中心线(II)和永磁铁列(26)之间的间隙截面面积(a2)的比具有与永磁铁列(22)的截面面积(A1)和永磁铁列(26)的截面面积(A2)的比基本相同的关系。优选间隙(24)的截面面积(a1+a2)为永磁铁列(22)的截面面积(A1)和永磁铁列(26)的截面面积(A2)的平均值的1.2倍以上2.0倍以下。
【专利说明】
电磁感应装置
技术领域
[0001] 本发明设及一种电磁感应装置，特别是设及一种作为电动机或发电机而使用的电 磁感应装置。
【背景技术】
[0002] 为了提高电动机或发电机的磁场，有被称为海尔贝克阵列的永磁铁的排列方法。 如果为永磁铁的N极和S极交互地配置的结构，磁场产生于磁铁阵列的顶侧和底侧运两侧， 无法有效地使用磁场。对此，在海尔贝克阵列的场合，由于将永磁铁的磁极一边旋转90° 一边排列，故磁铁阵列的一侧的磁场较弱，磁铁阵列的另一侧，运一部分的磁场变强，能在 永磁铁的阵列的一侧产生较强的磁场。人们提出了，在W海尔贝克阵列的两列永磁铁阵列 (双层海尔贝克阵列）之间，配置有电枢线圈的永磁铁旋转电机（参照专利文献1)、线性电 动机（参照专利文献2)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献 阳0化]专利文献1 :JP特开2009-201343号公报
[0006] 专利文献2 :JP特开2010-154688号公报

【发明内容】

[0007] 发明要解决的课题
[0008] 在使用了永磁铁双层海尔贝克阵列磁场的无铁忍电动机、无铁忍发电机的场合， 希望尽可能地扩大与电枢线圈交链的磁通，在现有的结构的场合，无法使交链磁通最优化， 期望进一步地扩大。
[0009] 本发明的主要的目的在于提供一种电磁感应装置，该电磁感应装置能提高与电枢 线圈交链的磁通。
[0010] 解决课题用的技术方案
[0011] 本发明提供一种电磁感应装置，其特征在于，包括：
[0012] 第1永磁铁列和第2永磁铁列，该第1永磁铁列和第2永磁铁列相互面对地配置， 其中，上述第1永磁铁列具有多个第1永磁铁，该多个第1永磁铁沿规定方向在每2 31的整 数等分发生磁极的方向改变，按照在上述第2永磁铁列侧的磁场增强、与上述第2永磁铁列 侧相反一侧的磁场减弱的方式，沿上述规定方向配置，上述第2永磁铁列具有多个第2永磁 铁，该多个第2永磁铁沿上述规定方向在每2 π的整数等分发生磁极的方向改变，按照在上 述第1永磁铁列侧的磁场增强、与上述第1永磁铁列侧相反一侧的磁场减弱的方式，沿上述 规定方向配置；
[0013] 电枢线圈，该电枢线圈配置于面对的上述第1永磁铁列和上述第2永磁铁列之间 的磁场间隙中，
[0014] 在平行于上述第1永磁铁和上述第2永磁铁的磁化方向的面内，上述磁场间隙的 中屯、线和上述第1永磁铁列之间的间隙截面面积与上述磁场间隙的中屯、线和上述第2永磁 铁列之间的间隙截面面积的比具有与上述第1永磁铁列的截面面积和上述第2永磁铁列的 截面面积的比基本相同的关系。
[0015] 本发明的电磁感应装置可增大与电枢线圈交链的磁通量。
【附图说明】
[0016] 图1为表示使用等价磁路方法的双层海尔贝克阵列磁场的截面图；
[0017] 图2为表示说明图1等价磁路；
[0018] 图3为表示双层海尔贝克阵列磁场的截面图；
[0019] 图4为表示间隙长度与交链磁通的关系表示图；
[0020] 图5为表示间隙长度与交链磁通的关系表示图；
[0021] 图6为表示说明本发明的优选第1实施方式的圆筒型Ξ相直线同步电动机100的 示意性主视图； 阳02引 图7为表示图6的A-A线截面图；
[0023] 图8为表示图6的B-B线截面图；
[0024] 图9为表示图6的C-C线截面图；
[0025] 图10为表示说明本发明的优选第2实施方式的Ξ相同步发电机200的示意性主 视图； 阳0%] 图11 (A)为表示平行磁化方向的截面中的Ξ相同步发电机200的大致截面图，图 11度）为表示电枢线圈的配线的示意图；
[0027] 图12为表示图11(A)的V-V线截面图，为具有单层磁场的发电机的示意图；
[0028] 图13为表示图10~图12所示的发电机的变形例，为具有多层磁场的发电机的示 意图；
[0029] 图14为表示图10~图12所示的发电机的变形例，为表示具有平行磁化方向的截 面为长方形的永磁铁的发电机的示意图；
[0030] 图15为表示图14的V-V线截面图，为具有单层磁场的发电机的示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
[0032] 关于磁极W 90度逐次旋转排列而构成的双层海尔贝克阵列磁场，使用等价磁路 得到磁极间隙中央的平均磁通密度。在双层海尔贝克阵列磁场中，永磁铁列外侧的磁通密 度变得极低。另外，永磁铁的比导磁率几乎与空气相同。如果不使用铁等强磁性材料，则不 会发生磁通集中所致的磁饱和的情况。因此能得到等价磁路中必须要求的磁通密度。
[0033] 图1是表示使用等价磁路的双层海尔贝克阵列磁场10的截面图。双层海尔贝克 阵列磁场10具有：永磁铁列12,该永磁铁列12 W海尔贝克方式排列，将永磁铁13的磁极 向第1直线方向W 90度逐次旋转而得到；永磁铁列16,该永磁铁列16 W海尔贝克方式排 列，将永磁铁17的磁极向与第1直线平行的第2直线方向W 90度逐次旋转而得到。
[0034] 在永磁铁列12中，按照永磁铁列16 -侧的磁场增强，与永磁铁列16相反一侧的 磁场减弱的方式配置永磁铁13。在永磁铁列16中，按照永磁铁列12 -侧的磁场增强，与永 磁铁列12相反一侧的磁场减弱的方式配置永磁铁17。
[0035] 图1是与永磁铁13、17的磁化方向平行的面的截面图。永磁铁13、17在与永磁铁 13、17的磁化方向平行的面（与纸面平行的面）上都呈正方形，具有相同的截面面积。
[0036] 与永磁铁13、17的磁化方向平行的面（与纸面平行的面）中的永磁铁13、17的截 面面积的平方根设为1从而规格化。由于截面面积的平方根为1，故永磁铁13、17的截面 面积也为1。另外，永磁铁13、17在与永磁铁13、17的磁化方向平行的面上都呈正方形的 形状，故永磁铁13、17的一边的长度为1。永磁铁阵列12和永磁铁阵列16之间14的间隔 (间隙长度）设为a。
[0037] 图1所示的闭曲线是磁力线。从磁力线形状可知，每一极距都存在相同的磁通量 路径，将此磁通量路径W虚线表示。
[0038] 图1表示的双层海尔贝克磁场的等价磁路的主磁通通过图1的磁通路径。另外，因 为磁路对称于磁极中屯、线XX，故设及一条线路的磁路按照与每个磁极线对称的方式连续。 现在，按照图2的方式定义一条磁路。在图2中，R为永磁铁13、17的磁阻，S为垂直于磁 极的永磁铁截面面积，永磁铁的磁极方向的长度为Im，真空磁导率设为μ。被表示于下列公 式：
[0039]
W40] 此处，永磁铁的相对磁导率近似为1。另外，在图2中，丫为磁铁的磁极面到纵向 路径的距离，δ为磁极面到间隙中最接近横向路径的距离与间隙长度的比例。Sy为纵向路 径的截面面积，Sf为间隙中横向路径的截面面积，由此有
[0041] 二A二号及故；个闭合回路的主磁通Φ 1、Φ 2、Φ 3满足下一个回路方 已' 么 程式：
[0042]
[0043] Hm:永磁铁的保持力，1 m:磁极间长度（1 m= 1)。 W44] 根据似式，α可表示为：
[0045]
[0046] 由 itk，
[0047]
W48] 因此，间隙中屯、线ΥΥ上的NS磁极间的平均磁通密度B。康示为下式：
[0049]
[0050] 此处，氏为永磁铁的残留磁通密度。
[0051] 图3为适用等价磁路的另一双层海尔贝克阵列磁场20的截面图。双层海尔贝克 阵列磁场20具有：永磁铁列22,该永磁铁列22 W海尔贝克方式排列，将永磁铁23的磁极 沿周向逐次旋转约90度而得到；永磁铁列26,该永磁铁列26 W海尔贝克方式排列，将永磁 铁27的磁极沿周向逐次旋转约90度而得到。
[0052] 在永磁铁列22中，按照永磁铁列26 -侧的磁场增强，与永磁铁列26相反一侧的 磁场减弱的方式配置永磁铁23。在永磁铁列26中，按照永磁铁阵列22 -侧的磁场增强，与 永磁铁列22相反一侧的磁场减弱的方式配置永磁铁27。
[0053] 图3是平行于永磁铁23、27的磁化方向的面的截面图。在平行于永磁铁23、27的 磁化方向的面中（与纸面平行的面），永磁铁23、27均为梯形。永磁铁23和永磁铁27的数 量相同。永磁铁23的数量和永磁铁27的数量，举例来说如果为64个，则彼此相邻的永磁 铁23之间或者彼此相邻的永磁铁27之间会W接近180度的约174度的角度接合。因此， 永磁铁23与永磁铁27可被视为近似正方形。
[0054] 因此，与图1的场合相同，与永磁铁23、27的磁化方向平行的面（与纸面平行的 面）中的永磁铁23、27的截面面积的平方根设为1 W规格化。由于截面面积的平方根为1， 故永磁铁23、27的截面面积也为1。另外，永磁铁23、27在与永磁铁23、27的磁化方向平行 的面上均可视为呈近似正方形的形状，故永磁铁23、27的一边的长度也可近似为1。永磁铁 列22和永磁铁列26之间的间隔（间隙长度）设为曰。 阳化日]如图3所示的那样，在使用永磁铁22、26的场合也与图2的等价磁路近似，可W直 接套用上述理论，上述永磁铁列22、26 W海尔贝克方式排列并呈环状，将各永磁铁23、27的 磁极沿周向逐次旋转约90度而得到。（但是如下述说明的那样，基于图1而评述图3的电 磁感应装置的场合，优选将外侧和内侧的永磁铁阵列22、26各自的永磁铁量与磁场空隙24 的中屯、线II的外侧和内侧的间隙的体积比一致。）
[0056] 间隙长度a为0. 25、0. 5、1. 0、1. 5、2. 0的场合，将直线YY上的y方向磁通密度By 的磁极间平均值B。、丫 W及δ作为参数代入（4)，将求得的BJ直W表1表示，
[0057] 【表1】
[0058]
[0059] 表1中，丫 = 0. 25, δ = 0. 25是选择几何中屯、作为磁路的路径的场合。另外，丫 = 0.10, δ =0.25是将B。与Bw误差最小化的值，Bi是根据二维有限元分析磁场解析的 解析值，为By的极距间平均值。在运里，如果假设磁距间的磁通密度为呈正弦波状分布，贝U 其磁通密度平均值BgvT为B。、的|/./$倍。Βτ与B…的误差在丫 =0. 20, δ =0. 22为 最小的情况。 W60] 如图1所示的那样，双层海尔贝克阵列磁场10具有：永磁铁列12,该永磁铁列12 W海尔贝克方式排列，将永磁铁13的磁极向第1直线方向90度逐次旋转而得到；永磁铁列 16,该永磁铁列16 W海尔贝克方式排列，将永磁铁17的磁极向与第1直线平行的第2直线 方向90度逐次旋转而得到，永磁铁13和永磁铁17具有正方形的形状，具有相同的截面面 积。W及如图3所示的那样，双层海尔贝克阵列磁场20具有：永磁铁列22,该永磁铁列22 W海尔贝克方式排列，将永磁铁23的磁极沿周向逐次旋转约90度而得到；永磁铁列26,该 永磁铁列26 W海尔贝克方式排列，将永磁铁27的磁极沿周向逐次旋转约90度而得到，永 磁铁23和永磁铁27具有近似正方形的形状，具有相同的截面面积，如上述那样，间隙中屯、 线ΥΥ上的NS磁极间的平均磁通密度Bwi为：
[0061]
阳06引其中，氏为永磁铁的残留磁通密度，而α为：
[0063]
[0064] 配置于双层海尔贝克阵列磁场的间隙中的电枢线圈交链磁通量Φ如果W每个极 距的磁路截面面积为S，线圈应数为Ν，则为： 阳0 化]Φ = NSBav Τ (6)
[0066] 间隙中配置的电枢线圈如果按照极距宽填满间隙的方式制作，则可得到最大的应 数，故在平行磁化方向的面中的永磁铁的截面面积的平方根为1 ;永磁铁为正方形的场合， 正方形边长为1 ;永磁铁为大致正方形，能近似为正方形的场合，近似的正方形的边长为1 的场合，此时，S与磁场的深度1 (向正方形截面直行的方向的永磁铁的长度）成比例，N与 间隙长度a成比例。Wk为比例定数，如果
[0067] N = ka (7) W側则，
[0069] S = 21 (8)
[0070] 将式（7)、式（8)代入式化），则交链磁通量Φ可由下述式表示。
[0071] Φ = IklaBav- - 2 ^/2 ktaaB, ( 9 ) 阳07引另一方面，如上述那样，式巧）中丫 = 0. 20、δ = 0. 22时，式（4)的BwT成为表 示实际的磁极距间平均磁通密度的计算式。因此，实际的交链磁通可W由丫 =0.20、δ = 0. 22时的式（9)计算出来。此处，由于式中k和1为规定的定数，故
[0073]
[0074] 所定义的函数f (a)达到最大的间隙长度a值如果存在的话，则若用该间隙长度构 成双层海尔贝克阵列磁场，可W得到最大的交链磁通量。
[007引如果将函数f (a)图形化，则变为图4的情况。由于存在最大值，故如果通过
[0076]
[0077] 求曰，则a = 1. 2。旨P，若为下述间隙长度，则相对于规定的应数，可获得最大的交 链磁通，即，在平行于磁化方向的面内的永磁铁的截面面积的平方根的1. 2倍；永磁铁为正 方形的场合，为正方形边长的1. 2倍；永磁铁为大致正方形，能近似为正方形的场合，近似 正方形的一边的长度的1.2倍。
[0078] 由于海尔贝克阵列磁场与电枢线圈为相对运动的关系，为了不让磁场的永磁铁与 电枢线圈接触，实际上在将电枢线圈配制在磁场间隙中的场合需要留有一定程度的空间。 另外，电枢线圈是将电线卷绕在电线梭子上并且将卷好的电线通过模型而固定形成的。因 此线圈的厚度并非全部由导体填满，如果永磁铁的正方形截面的一边长度为1厘米，则在 磁场与线圈导体间，面对磁场的面上存在约1毫米的非导电体。
[0079] 在该场合，将平行磁化方向的面内的永磁铁的截面面积的平方根设为1 ;在永磁 铁为正方形的场合，正方形边长为1 ;永磁铁为大致正方形，能近似为正方形的场合，近似 的正方形的边长为1的场合，此时，磁场的间隙中所配置的电枢线圈的应数N与式（7)的场 合相同，由
[0080] N = k(a-〇. 2) (11)
[0081] 表示。因此，使交链磁通最大化的间隙长度为，使由
[0082]
[0083] 定义的函数g(a)为最大化的间隙长度。
[0084] 将函数g(a)图形化，即为图5。由于存在最大值，如果通过 阳0化]
[0086] 求a,则a = 1. 5。目P，若为下述的间隙长度，则相对于规定的应数，可获得最大的 交链磁通，即，在平行于磁化方向的面内的永磁铁的截面面积的平方根的1. 5倍；永磁铁为 正方形的场合，为正方形边长的1. 5倍；永磁铁为大致正方形，可近似为正方形的场合，为 近似正方形的一边的长度的1. 5倍。
[0087] 按照运种方式，若将双层海尔贝克阵列磁场的间隙长度设为下述值，则在电枢线 圈中可得到最大的交链磁通量。目P，平行磁化方向的面内的永磁铁的截面面积的平方根的 1. 2~1. 5倍；永磁铁为正方形的场合，设定为正方形边长的1. 2~1. 5倍；永磁铁基本为 正方形、可近似为正方形的场合，设定为近似正方形的边长的1. 2~1. 5倍。
[008引进一步地，相对于图1的空隙为直线状，磁场空隙24为弯曲状，在向该空隙中插入 外形为立方体的线圈并形成电枢的场合，线圈的角没有与磁场20接触，另外，即使在接触 的场合，线圈与该磁场之间也有间隙。
[0089] 由此，若将双层海尔贝克阵列磁场的间隙长度设为下述值，则在电枢线圈中可得 到最大的交链磁通量。目P，平行磁化方向的面内的永磁铁的截面面积的平方根的1. 2~2. 0 倍；永磁铁为正方形的场合，设定为正方形边长的1. 2~2. 0倍；永磁铁为大致正方形，可 近似为正方形的场合，设定为近似正方形的边长的1. 2~2. 0倍，
[0090] 但是，也如图3所示的那样，如果使用圆形的永磁铁阵列，则在环状的磁场空隙24 的中屯、线II的外侧的空隙与内侧的空隙中，外侧的空隙的截面面积（如果考虑到深度则为 体积）较大。另一方面，在图1中，空隙的中屯、线YY的上半部分的空隙和下半部分的空隙 的截面面积相同。因此，基于图1而评述图3的电磁感应装置的场合，优选将外侧和内侧的 永磁铁阵列22、26各自的永磁铁量与磁场空隙24的中屯、线II的外侧和内侧的间隙的体积 比一致。
[0091] 具体来说，在本发明的电磁感应装置中，在图3所示的平行永磁铁23、27的磁化方 向的面（与纸面平行的面）内，磁场间隙24的中屯、线II和永磁铁列22之间的间隙截面面 积曰1与磁场间隙24的中屯、线II和永磁铁列26之间的间隙截面面积曰2的比具有与永磁铁 列22的截面面积Ai和永磁铁列26的截面面积A 2的比基本相同的关系。
[0092] 在该场合，优选磁场间隙24的截面面积（曰1+曰2)为永磁铁列22的截面面积Ai和 永磁铁列26的截面面积A2的平均值的1. 2倍W上2. 0倍W下。 阳09引（第1实施例）
[0094] 本发明适合的第1实施例为圆筒型Ξ相线性同步电动机，图6为表示说明本发明 的优选第1实施方式的圆筒型Ξ相直线同步电动机100的大致主视图，图7为表示图6的 A-A线截面图，图8为表示图6的B-B线截面图，图9为表示图6的C-C截面图。 阳0巧]圆筒型Ξ相线性同步电动机100具有：圆筒状的定子105 ;可动子107,该可动子 107可在定子105轴向移动，且呈具备缺口的圆筒状；驱动装置109,该驱动装置109向可动 子107供给来自外部电源108的电力。
[0096] 定子105具有：外侧永磁铁列111，其作为第1永磁铁列，其中，按照环状的永磁 铁112的磁极，在包含其中屯、轴的截面上，W近似90度逐次旋转的方式，使永磁铁112邻接 地形成；内侧永磁铁列115,其作为第2永磁铁列，其中，按照环状的永磁铁116的磁极，在 包含其中屯、轴的截面上，W近似90度逐次旋转的方式，使永磁铁116邻接地形成；外侧管 113,其作为第1环状固定部件，其内侧内面上固定有第1永磁铁111 ;内侧管117,其作为第 2环状固定部件，其外侧面上固定有内侧永磁铁列115 ;固定板123,为了不干设可动子107， 具有缺口，固定外侧管113与内侧管117。
[0097] 进一步地，在固定子105中，在外侧管113的外侧上部和外侧下部，通过导杆支撑 构件21U213安装有导杆121。在导杆121的表面上，在从导杆支撑构件211侧的端部到该 导杆支撑构件211的范围内，分为上下两段地固定电极203、205、207、209，从各电极引出的 导线141被捆绑，并经由设置于导杆支撑构件211上的导出路143导入驱动装置109。 阳09引可动子107具有：卷绕有立项线圈131的卷绕环133 ;输出环137,该输出环137固 定于卷绕环133的两端，具有缺口部；缺口固定板139,该缺口固定板139固定输出环137 的缺口部；线性绝缘管135,该线性绝缘管135安装于输出环137的端部，沿导杆121导向 卷绕环133。线性绝缘管135具有滑动电极201，该滑动电极201与设置于导杆121的表面 上的电极203、205、207、209接触。一端与Ξ项线圈131连接的导线141，通过设置于输出 环137和线性绝缘管135上的导出路143,与滑动电极201连接。由此，Ξ项线圈131通过 固定子105侧的电极203、205、207、209，与驱动装置109电连接。在此，在各电极203、205、 207、209分别中，驱动装置109所产生的与Ξ相交流电压相对应的Ξ相交流电流U相、V相、 W相W及中性点电流，Ξ相线圈131被激励，通过规定的推力，可动子107沿轴向移动。
[0099] 外侧永磁铁阵列111的永磁铁112数量与内侧永磁铁阵列115的永磁铁116的数 量相同。外侧永磁铁阵列111的永磁铁112中沿径向磁化的永磁铁112的磁极方向、与永 磁铁阵列115的永磁铁116中沿径向磁化的永磁铁116的磁极方向相同，配置于同一半径 上的永磁铁的磁极方向彼此相同。外侧永磁铁阵列111的永磁铁112中沿轴向磁化的永磁 铁112的磁极方向、与内侧永磁铁阵列115的永磁铁116中沿轴向磁化的永磁铁116的磁 极方向相反，配置于同一半径上的永磁铁的磁极方向相反。
[0100] 在外侧永磁铁阵列111中，由于永磁铁112的磁极一边沿轴向逐次旋转约90度一 边排列，故阵列一侧（本实施例的外侧）的磁场较弱，在该阵列的另一侧（在本实施例中为 内侧，内侧永磁铁阵列115侧），该部分的磁场变得较强，能在外侧永磁铁阵列111的一侧 (本实施方式中的内侧）产生强磁场。在内侧永磁铁阵列115中，由于永磁铁116的磁极一 边沿轴向逐次旋转约90度一边排列，故阵列一侧（本实施例的内侧）的磁场较弱，在该阵 列的另一侧（在本实施例中为外侧，外侧永磁铁阵列111侧），该部分的磁场变得较强，能在 内侧永磁铁阵列115的一侧（本实施方式中的外侧）产生强磁场。 阳101] 由于按照运种方式构成外侧永磁铁阵列111和内侧永磁铁阵列115,故外侧永磁 铁阵列111和内侧永磁铁阵列115之间的空间的磁场变强，另一方面，外侧永磁铁阵列111 的外侧和内侧永磁铁阵列115的内侧几乎无法磁漏。而且，外侧永磁铁列111和内侧永磁 铁列115之间的空隙中的半径方向非常多地分布磁通。半径方向非常多地分布磁通的该空 隙中配置有Ξ项线圈131，由于磁通的大部分与Ξ项线圈131直角交链，故可高效地将驱动 装置109所供给的电力转换为推力。按照运种方式，由于配置有Ξ项线圈131的区域的磁 场增强，故即使不在Ξ项线圈131中使用铁忍，Ξ项线圈131也能较强地被激励，能W较大 的推力将可动子107向轴向移动。而且，由于不使用铁忍，就可消除或减少镶齿效应。
[0102] 外侧永磁铁阵列111按照下述方式构成，该方式为，堆迭径向与厚度方向磁化的 截面为近似正方形的环状永磁铁112。另外，内侧永磁铁阵列115按照下述方式构成，该方 式为，堆迭径向与厚度方向磁化的截面为大致正方形的环状永磁铁116。外侧永磁铁阵列 Ill所构成的外侧圆筒磁场和内侧永磁铁阵列115所构成的内侧圆筒磁场，构成双层海尔 贝克阵列磁场。外侧圆筒磁场与内侧圆筒磁场各自的圆筒磁场的中屯、轴互相重叠。外侧圆 筒磁场的内面和上述内侧圆筒磁场的外面之间为磁场空隙。而且，在与永磁铁112、116的 磁化方向平行的面（与C-C截面平行）内，上述磁场空隙的中屯、线和外侧永磁铁阵列111之 间的空隙截面面积、与磁场空隙的中屯、线和内侧永磁铁阵列115之间的空隙截面面积的比 有下述关系，该关系为外侧永磁铁阵列111的截面面积和内侧永磁铁阵列115的截面面积 的比基本相同。该面积比的关系引用了图3,与上述关系相同。另外，优选磁场空隙的截面 面积为外侧永磁铁阵列111的截面面积与内侧永磁铁阵列115的截面面积的平均值的1. 2 W上2.0倍W下。
[0103] 在上述的实施例中，Ξ项线圈131配置于半径方向非常多地分布磁通的空隙中， 故磁通的大部分与Ξ项线圈131直角交链，故可W更少的电流产生较大的推力。在外侧永 磁铁阵列111中，由于永磁铁112的磁极一边沿轴向逐次旋转约90度一边排列，外侧永磁 铁阵列111的外侧的磁场较弱，在外侧永磁铁阵列111的内侧，该部分的磁场变得较强，能 在外侧永磁铁阵列111的内侧产生强磁场。另外，在内侧永磁铁阵列115中，永磁铁116的 磁极一边沿轴向逐次旋转约90度一边排列，内侧永磁铁阵列115的内侧的磁场较弱，在内 侧永磁铁阵列115的外侧，该部分的磁场变得较强，能在内侧永磁铁阵列115的外侧产生强 磁场，但是即使不将磁极沿轴向逐次旋转90度，例如逐次旋转45度，按照沿轴向的每2 31 的整数等分使磁极的方向发生改变的方式，将多个第1永磁铁沿轴向排列，第1永磁铁的排 列的内侧的磁场增强，外侧的磁场减弱，按照沿轴向的每2 31的整数等分的磁极的方向与 第1永磁铁的排列相反方向进行改变的方式，将多个第2永磁铁沿轴向排列，配置在第1永 磁铁的排列的内侧，第2永磁铁的排列的外侧的磁场增强，内侧的磁场减弱。
[0104] (第2实施例）
[01化]本发明适合的第2实施例为Ξ相同步发电机。图10为表示说明本发明的优选第 2实施方式的Ξ相同步发电机200的大致主视图。图11(A)为表示平行磁化方向的截面中 的截面图，图11度）为表示电枢线圈的配线的示意图。 阳106] 本实施例的发电机200具有转子250和定子260。在转子250上安装有轴240,如 果使轴240旋转，则可构成发电机。转子250具有永磁铁阵列210、220。定子260具有线圈 阵列230。永磁铁阵列210、220各自W环状构成，线圈阵列230也分别W环状构成。永磁铁 阵列210、220 W及线圈阵列230按照同屯、圆的方式配置。永磁铁阵列220设置在永磁铁阵 列20的内侧。 阳107] 永磁铁阵列210、220与图3所示的状态相同，分别是将永磁铁211、221的磁极一 边逐次旋转约90度一边排列的海尔贝克阵列。 阳10引永磁铁阵列210的永磁铁211的数量与永磁铁阵列220的永磁铁221的数量相同， 外侧永磁铁阵列210的永磁铁211中沿径向磁化的永磁铁211的磁极方向、与永磁铁阵列 220的永磁铁221中沿径向磁化的永磁铁221的磁极方向相同，配置于同一半径上的永磁铁 的磁极方向彼此相同。永磁铁阵列210的永磁铁211中沿周向磁化的永磁铁211的磁极方 向、与永磁铁阵列220的永磁铁221中沿周向磁化的永磁铁221的磁极方向相反，配置于同 一半径上的永磁铁的磁极方向相反。
[0109] 在永磁铁阵列210中，由于永磁铁211的磁极一边沿周向逐次旋转约90度一边排 列，故阵列一侧（本实施例的外侧）的磁场较弱，在该阵列的另一侧（在本实施例中为内 侧），该部分的磁场变得较强，能在永磁铁211的阵列210的一侧（本实施方式中的内侧） 产生强磁场。另外，在永磁铁阵列220中，由于永磁铁221的磁极一边沿周向逐次旋转约90 度一边排列，故阵列一侧（本实施例的内侧）的磁场较弱，在该阵列的另一侧（在本实施例 中为外侧），该部分的磁场变得较强，能在永磁铁221的阵列220的一侧（本实施方式中的 外侧）产生强磁场。
[0110] 由于按照运种方式构成永磁铁阵列210和永磁铁阵列220,故永磁铁阵列210和 永磁铁阵列220之间的空间的磁场变强，另一方面，在永磁铁阵列210的外侧和永磁铁阵列 220的内侧，磁场几乎无法磁漏。而且，由于永磁铁阵列210和永磁铁阵列220之间配置有 线圈阵列，故可产生较高的电压。按照运种方式，由于配置有线圈阵列230的区域的磁场增 强，故即使不在构成线圈阵列230的线圈231中使用铁忍，也产生较高的电压。而且，由于 不使用铁忍，就可消除或减少镶齿效应。另外，像图11度）所示的那样，线圈阵列230是由 多个线圈231按照U相-V相-W相的顺序缠绕而形成Y接线，产生Ξ相交流。 阳111] 在本实施例中，在旋转轴240的周围，永磁铁211、221按照海尔贝克阵列构成，由 内外两组的磁铁列20U220构成双层海尔贝克阵列磁场。各个永磁铁21U221的径向截面 (与磁化方向平行的面的截面）积约几乎相等，构成外侧磁铁列210的永磁铁211的内面、 与构成内侧磁铁列220的永磁铁221的外面互相面对。各个构成外侧磁铁列210的永磁铁 211和构成内侧磁铁列220的永磁铁221的径向截面均为梯形，各W 64个永磁铁构成双层 海尔贝克阵列磁场。电枢线圈231配置在双层海尔贝克阵列磁场的间隙中，但是外侧磁铁 列210和内侧磁铁列220均为64边形，相邻的永磁铁21U221之间的间隙面存在连接角度。 在本实施例的Ξ相同步发电机200中，电枢线圈231的径向截面的外形为长方形，电枢线圈 231的宽度为从转轴中屯、观察到的两个永磁铁21U221的角度。另外，电枢线圈231按照绝 缘涂层圆铜线缠绕带有鳄部的线圈的方式构成。构成外侧磁铁列210的永磁铁211的内面 与构成内侧磁铁220的永磁铁221的外面之间，形成磁场间隙。而且，在与永磁铁21U221 的磁化方向平行的面内，上述磁场空隙的中屯、线和外侧磁铁列210之间的空隙截面面积与 磁场空隙的中屯、线和内侧磁铁列220之间的空隙截面面积的比具有与外侧磁铁列210的截 面面积和内侧磁铁列220的截面面积的比基本相同的关系。该面积比的关系引用了图3，与 上述关系相同。另外，优选磁场空隙的截面面积为外侧磁铁列210的截面面积与内侧磁铁 列220的截面面积的平均值的1. 2 W上2. 0倍W下。
[0112] 上述的实施例中，也可按照下述方式配置，该方式为，在发电机200的永磁铁阵列 210中，由于永磁铁211的磁极一边沿周向逐次旋转约90度一边排列，阵列的外侧的磁场 较弱，在该阵列的内侧，该部分的磁场变得较强，能在永磁铁211的阵列210的内侧产生强 磁场，另外，在永磁铁阵列220中，永磁铁221的磁极一边沿周向逐次旋转约90度一边排 列，阵列的内侧的磁场较弱，在该阵列的外侧，该部分的磁场变得较强，在永磁铁221的阵 列220的外侧产生强磁场，但是即使不将磁极沿周向逐次旋转约90度，例如逐次旋转约45 度，按照沿周向的每2 π的整数等分的磁极的方向发生改变的方式，将多个第1永磁铁沿周 向排列，使得第1永磁铁的排列的内侧的磁场增强，外侧的磁场减弱，按照沿周向的每2 31 的整数等分的磁极的方向与第1永磁铁相反方向改变的方式，将多个第2永磁铁沿周向排 列，配置在第1永磁铁的排列的内侧，第2永磁铁的排列的外侧的磁场增强，内侧的磁场减 弱。
[0113] 另外，在上述实施例中，如图12的截面图（图11(A)的V-V线截面图）所示的那 样，发电机200按照具有一层磁场的方式构成，但是，也可像图13所示的那样，W具有多层 磁场的发电机的方式构成，本发明也可适合各种磁场。另外，也可将如图12所示的单层磁 场或图13所示的多层磁场沿上下方向多层设置，本发明也可用作多级式磁场的发电机。
[0114] (第3实施例）
[011引本发明适合的第3实施例为；相同步发电机，其中，将上述第1永磁铁阵列和上述 第2永磁铁阵列构成旋转机构的磁场的场合，永磁铁的形状设为长方形。下面，基于图14 和图15,对本发明的旋转机构的实施例进行说明。
[0116] 旋转机构301具有转子303和定子307。在转子303上安装有轴，如果使轴旋转， 则可构成发电机。转子303具有构成双层海尔贝克排列磁场的永磁铁阵列304、305。定子 307具有线圈阵列308。
[0117] 永磁铁阵列304、305各自W环状构成，线圈阵列308也W环状构成。永磁铁阵列 304设置在永磁铁阵列305的内侧。永磁铁阵列304、305 W及线圈阵列308 W同屯、圆的方 式被配置。
[0118] 构成双层海尔贝克阵列磁场的永磁铁阵列304、305,像图14所示的那样，分别是 将永磁铁的磁极一边沿周向逐次旋转约90度一边呈环状排列的"海尔贝克阵列"。永磁 铁阵列304与永磁铁阵列305的磁铁数量相同。构成永磁铁阵列304的各个永磁铁341、 341......在与其磁化方向平行的截面（与纸面平行的面），截面形状均为长方形。 构成永磁铁阵列5的各个永磁铁351、351......的截面形状也为长方形。
[0119] 具有运样的长方形截面的相同形状的永磁铁341由于W相同的角度间隔呈环状 地排列，故邻接的永磁铁34U341之间有模形空隙。在运些模形的空隙中，有填充该间隙的 模形状的间隔部件343。同样地，在邻接的永磁铁35U351之间也存在模形的空隙，在运些 模形的空隙中有填充该间隙的模形状的间隔部件353。
[0120] 另外在本实施例中，长方形截面永磁铁之间的间隙中也可不配置间隔部件，也可 采用填充有空气的方式，优选像上述那样夹设有间隔部件。并不限定间隔部件343、353的 材质，比如，可W由侣等的非磁性材料构成，进而优选树脂等非磁性、非导电性材料即可。 阳121] 并不限定在永磁铁之间的间隙中夹设间隔部件的方法，只要在旋转机构的完成状 态下存在夹设在永磁铁之间的间隙中的任意部件，则可采用任何方法。例如，在按照环状排 列永磁铁之后，可W在邻接的永磁铁之间的间隙中插入或填充一些材料（不同于磁铁的材 料）即可。或者，也可按照下述方式配置，该方式为，在预先W等角度间隔配置的固定的间 隔部件之间，插入永磁铁。
[0122] 按照上述说明，在制造具有圆形的永磁铁阵列的电磁感应装置的场合，在与第1 永磁铁和第2永磁铁的磁化方向平行的面中，磁场空隙的中屯、线和上述第1永磁铁列之间 的空隙截面面积与上述磁场空隙的中屯、线和上述第2永磁铁列之间的空隙截面面积的比 具有与上述第1永磁铁列的截面面积和上述第2永磁铁列的截面面积的比基本相同的关 系，由此，在电枢线圈中能获得较大的交链磁通量。其结果为，在为发电机的场合，W最小的 磁铁量产生最大的电压。另外，在为电动机的场合，W最小的磁铁量产生最大的转矩。另外， 由于可使双层海尔贝克阵列磁场的永磁铁数量最小化，故可降低成本、节约资源。
[0123] 在上面，说明了本发明的各种典型的实施例，但是本发明并不限于运些实施例。因 此，本发明的范围仅由权利要求书限定。 阳124] 符号的说明：
[01巧]标号112表示永磁铁； 阳126] 标号111表示永磁铁阵列；
[0127] 标号116表示永磁铁；
[0128] 标号115表示永磁铁阵列； 阳129] 标号131表示电枢线圈。
【主权项】
1. 一种电磁感应装置，其特征在于，包括： 第1永磁铁列和第2永磁铁列，该第1永磁铁列和第2永磁铁列相互面对地配置，其中， 上述第1永磁铁列具有多个第1永磁铁，该多个第1永磁铁沿规定方向在每2 π的整数等 分发生磁极的方向改变，按照在上述第2永磁铁列侧的磁场增强、与上述第2永磁铁列侧相 反一侧的磁场减弱的方式，沿上述规定方向配置，上述第2永磁铁列具有多个第2永磁铁， 该多个第2永磁铁沿上述规定方向在每2 π的整数等分发生磁极的方向改变，按照在上述 第1永磁铁列侧的磁场增强、与上述第1永磁铁列侧相反一侧的磁场减弱的方式，沿上述规 定方向配置； 电枢线圈，该电枢线圈配置于面对的上述第1永磁铁列和上述第2永磁铁列之间的磁 场间隙中， 在平行于上述第1永磁铁和上述第2永磁铁的磁化方向的面内，上述磁场间隙的中心 线和上述第1永磁铁列之间的间隙截面面积与上述磁场间隙的中心线和上述第2永磁铁列 之间的间隙截面面积的比具有与上述第1永磁铁列的截面面积和上述第2永磁铁列的截面 面积的比基本相同的关系。2. 根据权利要求1所述的电磁感应装置，其特征在于，上述间隙截面面积为上述第1永 磁铁列和上述第2永磁铁列的截面面积的平均值的1. 2倍以上2. 0倍以下。3. 根据权利要求1所述的电磁感应装置，其特征在于， 按照上述多个第1永磁铁的磁极方向沿上述规定的方向以逐次旋转约90度的方式，使 上述多个第1永磁铁沿上述规定的方向排列， 按照上述多个第2永磁铁的磁极方向沿上述规定的方向以逐次旋转约90度的方式，使 上述多个第2永磁铁沿上述规定的方向排列， 上述多个第1永磁铁的磁极方向和上述多个第2永磁铁的磁极方向，在与上述规定的 方向所垂直的方向上为相同方向；上述多个第1永磁铁的磁极方向和上述多个第2永磁铁 的磁极方向，在与上述规定的方向的磁极的方向为相反方向。4. 根据权利要求1或3所述的电磁感应装置，其特征在于，上述规定的方向为直线方 向。5. 根据权利要求1或3所述的电磁感应装置，其特征在于，上述规定的方向为周向。6. 根据权利要求1~5中任意一项所述的电磁感应装置，其特征在于，上述电磁感应装 置为电动机或者发电机。7. 根据权利要求5所述的电磁感应装置，其特征在于，上述第1和第2永磁铁列按照与 磁极方向所平行的截面为长方形的永磁铁的方式构成。8. 根据权利要求7所述的电磁感应装置，其特征在于，具有按照夹设于邻接的上述永 磁铁之间的间隙的方式设置的部件。9. 根据权利要求8所述的电磁感应装置，其特征在于，夹设于邻接的上述永磁铁之间 的间隙的上述部件由非磁性材料构成。
【文档编号】H02K1/06GK105871085SQ201510024814
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】横山修, 横山修一, 森下明平, 芦田拓也
【申请人】株式会社Atec