专利名称：移动磁场产生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动磁场产生装置及利用使用了该装置的高速移动磁场的设备。
背景技术：
在日本专利第3452709号公报(专利文献1)中公开一种用于产生连续铸造中使用的移动磁场的移动磁场产生装置。专利文献1日本专利第3452709号公报在现有的移动磁场产生装置中，无法使移动磁场的移动速度成为高速。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使移动磁场的移动速度比以往快的移动磁场产
生装置。本发明的另一目的在于提供一种利用了移动磁场产生装置所产生的高速的移动磁场的设备。本发明的移动磁场产生装置具备N极和S极成列而交替排列地以第一间距配置的多个磁铁所构成的磁铁列；与所述磁铁列之间隔开间隔，将所述磁铁列夹在之间，沿着所述磁铁列延伸且在相互之间具有规定的相位差而配置的第一及第二磁极片列。第一磁极片列将具有至少与相邻的两个磁铁对置的长度的多个第一磁极片以第二间距成列配置而构成。第二磁极片列将具有至少与相邻的两个磁铁对置的长度的多个第二磁极片以第二间距成列配置而构成。并且，以如下方式决定第一及第二间距以及相位差，即，在第一及第二磁极片列以及磁铁列中的一方相对于另一方以规定的相对移动速度移动时，由磁铁列中的连续的η个(η为N以下的自然数)磁铁产生的磁通形成合成磁通，该合成磁通依次通过与η 个磁铁对置的第一磁极片列中的第一磁极片和与η个磁铁对置的第二磁极片列中的第二磁极片，从而形成以比规定的相对移动速度快的速度进行移动的高速移动磁场。相对移动速度是指第一及第二磁极片列以及磁铁列的一方移动的情况、另一方移动的情况或两者移动的情况下的第一及第二磁极片列以及磁铁列的一方相对于另一方移动的速度。根据本发明的移动磁场产生装置，使合成磁通以比相对移动速度快的速度移动， 从而能够简单地形成高速移动磁场。具体而言，将一单元的基准移动长度决定为L时，每基准移动长度的磁铁列的多个磁铁的个数为2Ν。在此，若为旋转型的移动磁场产生装置，则基准移动长度是旋转的旋转构件以机械角计旋转360度时的旋转构件的移动长度，若为直线型的移动磁场产生装置， 则基准移动长度是与旋转型的移动磁场产生装置的旋转构件以机械角计旋转360度时的旋转构件的移动长度相当的直线移动构件的移动长度。并且，磁铁列的第一间距τρ为τρ =L/ (2 ·Ν)，每基准移动长度的第一及第二磁极片列中各自的磁极片的个数MSM = N+a, &为除0之外的整数仏=丨-3，-2，-1，1，2，3，···)，在磁极片的第二间距τ s为τ s = L/ M时，合成磁极间距τ * τ t = L/| O · a) |，若磁极片移动速度为vs，磁铁列移动速度为vm，则合成磁极移动速度vt为vt = (M/a) · vs-(N/a) · vm。需要说明的是，合成磁极间距τ t是指当磁极片列以速度vs移动时，合成磁极的移动速度Vt为VS的(M/a)倍，当磁铁列以速度-vm移动时，合成磁极的移动速度vt为vm 的(N/a)倍。使磁极片列和磁铁列中的任一方移动都能得到以高速进行移动的磁场，在分别向相反方向移动的情况下能得到以更高速进行移动的磁场。需要说明的是，磁铁列、第一及第二磁极片列可以分别具有直线的形状，并且，磁铁列、第一及第二磁极片列也可以分别具有同心的环状形状。若设置具有可动磁铁列的移动机构，则能够得到直线型或旋转型的磁传递增减速器，可动磁铁列由以与本发明的移动磁场产生装置的第一及第二磁极片列中的至少一方对置的方式，将N极和S极成列而交替排列地以规定的间距配置的多个磁铁所构成。另外，若设置以与本发明的移动磁场产生装置的第一及第二磁极片列的至少一方对置的方式将构成多个磁极的多个线圈以规定的间距配置而成的磁极列，则能够构成作为直线电动机、旋转型电动机以及旋转型或直线型的发电机的电气设备。现有的旋转型电动机为了减少铜损而增加绕组的线径时，需要增大齿缝面积，从而使磁阻增加，存在最大推力饱和的问题。与此相对，在利用了本发明的移动磁场产生装置的旋转型电动机的情况下，即使增加绕组的卷数或线径，磁阻也几乎不变，能够增加绕组的占有体积，并能够增大单位尺寸的额定推力密度及最大推力，从而可以提供能够有助于节省能量的高效率的旋转型电动机。另外，在现有的发电机中，为了在高效率区域即高速区域工作，使用增速齿轮而使发电机以高速旋转。但是，齿轮的寿命和破损会成为成本方面和维护的课题。并且，齿轮复杂而存在不能使发电机小型化的问题。与此相对，使用了本发明的移动磁场产生装置的发电机中，与转子的旋转速度相比，合成磁场的转速高，因此即使低速也能产生高电压的感应电压，即使转子的旋转速度低也能够进行高效率的发电，从而可以不需要齿轮，能够对维护、 小型化、高效率化做出贡献。并且，利用本发明的移动磁场产生装置也能够构成展开成直线状的直线型发电机。并且，若以与旋转型的移动磁场产生装置的第一及第二磁极片列的至少一方对置的方式配置一个以上的霍尔元件，则可以得到能够通过霍尔元件的输出检测旋转角度的磁编码器。并且，若构成为能够使具有旋转型的移动磁场产生装置的磁铁列的第一旋转结构体和具有第一及第二磁极片列的第二旋转结构体分别独立旋转，且在第一第二旋转结构体的内侧配置具备产生旋转磁场的多个励磁绕组的电动机定子，则能够得到第一旋转结构体和第二旋转结构体向相反方向旋转的对转式电动机。并且，若在对转式电动机的第一旋转结构体上安装第一叶轮，在第二旋转结构体上安装第二叶轮，则能够得到第一叶轮和第二叶轮向相反方向旋转的对转式风扇。另外，若构成为能够使具有旋转型的移动磁场产生装置的磁铁列的第一旋转结构体和具有第一及第二磁极片列的第二旋转结构体分别独立旋转，且在第一及第二旋转结构体的内侧设置多个发电用绕组，在第一旋转结构体上安装第一叶轮，在第二旋转结构体上安装与第一叶轮反向旋转的第二叶轮，则能够得到对转式风力发电机。并且，若具有旋转型的移动磁场产生装置的磁铁列的第一结构体和具有第一及第二磁极片列的第二结构体中的一方固定于发电电动机的旋转轴，且在第一结构体和第二结构体的中心部配置有转子，在转子上固定飞轮，其中，转子具备由以N极和S极成列交替排列的方式且以规定的间距配置的多个磁铁构成的磁铁列，则能够通过飞轮的旋转蓄积能量，可以得到能够将从发电电动机向飞轮蓄积的能量作为电力输出的飞轮电力储藏装置。另外，若构成为能够使具有旋转型的移动磁场产生装置的磁铁列的第一旋转结构体和具有第一及第二磁极片列的第二旋转结构体分别独立旋转，且设置使第一旋转结构体旋转的第一电动机和使第二旋转结构体向所述第一旋转结构体的反向旋转的第二电动机， 则能够得到利用产生的高速的移动磁场来获得重力屏蔽效果的重力屏蔽装置。
图1 (A)至(C)是表示将本发明适用于旋转型的移动磁场产生装置的情况的结构和产生的合成磁通的流动的图，(D)至(F)是示意性示出通过(A)至(C)的合成磁通形成的合成磁极的图。图2是简要示出支承结构的图。图3是表示直线型的磁传递增减速器的简要结构的图。图4(A)至(C)是用于说明图3的实施方式的动作的图。图5是表示直线型的磁传递增减速器的简要结构的图。图6(A)至(C)是用于说明图5的实施方式的动作的图。图7(A)及(B)是表示旋转型的磁传递增减速器的简要结构的图。图8是表示直线电动机的结构的图。图9(A)及(B)是表示旋转型电动机的结构的图。图10(A)及(B)是表示旋转型电动机的结构的剖视图。图11 (A)及(B)分别是表示单相发电机的简要结构的图。图12是表示高精度磁编码器的结构的图。图13(A)及(B)是表示两个霍尔元件的输出波形的图。图14是表示四个霍尔元件的配置图案的一例的图。图15是表示对转式电动机的结构的简要情况的图。图16(A)及(B)是表示利用了图15的对转式电动机的励磁线圈为两相的对转式电动机的对转式风扇的结构的剖视图和半剖视图。图17(A)及(B)是对转式风力发电机的成为局部剖面的主视图及侧视图。图18是将旋转型的移动磁场产生装置作为增速磁耦合器而适用于飞轮电力储藏装置的实施方式的简要剖视图。图19是表示将旋转型的移动磁场产生装置适用于重力屏蔽装置的实施方式中使用的移动磁场产生装置的结构的图。图20是表示重力屏蔽装置的纵向剖视图。图21 (A)及⑶是表示磁铁列的旋转方向、第一及第二磁极片列的旋转方向、在内部产生的旋转磁场的旋转方向的图。符号说明1 移动磁场产生装置3 磁铁
4支承体
5磁铁列
7第一磁极片列
8第一磁极片
9第二·磁极片列
10第二·磁极片
11环状:壁部
13支承体
14结构体
具体实施例方式参照附图，对本发明的移动磁场产生装置的实施方式和利用了移动磁场产生装置的各种设备的实施方式进行说明。图I(A)至(C)是表示将本发明适用于旋转型的移动磁场产生装置的情况的结构和产生的合成磁通的流动的图，图1 (D)至(F)是示意性示出通过图I(A)至(C)的合成磁通形成的合成磁极的图。本实施方式的旋转型的移动磁场产生装置1具备环状的磁铁列5，其由以N极和S极成列交替排列的方式且以第一间距τ ρ配置的2Ν个(具体而言为M个)磁铁3构成；环状的第一及第二磁极片列7及9，它们与环状的磁铁列5之间隔开间隔，将磁铁列5夹在之间，并且沿着磁铁列延伸且在相互间具有规定的相位差(以电角计为180度以机械角计为τ s/2)而配置。磁铁列5的各磁铁以沿图中箭头所示的方向(径向)表现出交替不同的磁极的方式被磁化。需要说明的是，这样的磁铁列5能够通过将圆环状的磁性体由磁化机局部磁化而简单地得到。如图2所示，磁铁列5由圆板状的具有刚性的第一支承体4支承而构成旋转结构体(第一结构体)6。第一支承体4固定在电动机M的轴上。环状的第一磁极片列7通过多个具有与磁铁列5的至少相邻的两个磁铁3对置的长度的第一磁极片8以第二间距τ s且以成列的方式配置而构成。第二磁极片列9通过多个具有与磁铁列5的至少相邻的两个磁铁3对置的长度的第二磁极片10以第二间距τ s且以成列的方式配置而构成。第一及第二磁极片8及10分别由铁片形成。第一及第二磁极片列7及9由具备在径向上对置的一对环状壁部11及12的第二支承体13支承。通过第一及第二磁极片列7及9和第二支承体13构成第二结构体14。在本实施方式中，在第一及第二磁极片列7及9以及磁铁列5中的一方相对于另一方以规定的相对移动速度移动时，由磁铁列5中的连续的η个(η为N以下的自然数)磁铁3产生的磁通形成依次通过与η个磁铁3对置的第一磁极片列7中的第一磁极片8和与 η个磁铁3对置的第二磁极片列9中的第二磁极片10的合成磁通Φ。如图1 (A)至(C)所示，合成磁通Φ以磁铁3 —第一磁极片8 —磁铁3 —第二磁极片10 —磁铁3 —第一磁极片8· 的顺序将它们依次蜿蜒前进流过，并成为漏磁通Φ ‘而构成环状的磁路。在图1 的实施方式中，形成有两个环状的磁路。通过磁通流过两个环状的磁路，从而如图I(D)至 (F)所示，形成两个旋转的合成磁极Ml及Μ2。在此，合成磁极通过磁通流过环状的磁路而形成。图1⑶表示磁铁列5从图1㈧的状态向逆时针方向旋转τ ρ/2后的状态，图1 (C) 表示磁铁列5从图I(A)的状态向逆时针方向旋转了 τ ρ后的状态。观察与图KA)至(C)对应的图I(D)至(F)时可知，磁铁列5仅旋转τ p/2，合成磁极Ml及M2就以机械角度旋转 90度，磁铁列5仅旋转τρ，合成磁极Ml及M2就以机械角度旋转180度。即，能够形成以比磁铁列5的旋转速度(规定的相对移动速度)快的速度移动的高速移动磁场。高速移动磁场的移动速度Vt由相对移动速度vs、上述的第一及第二间距τ ρ及τ s以及第一及第二磁极片列的相位差决定。在本实施方式中，磁铁列5的旋转速度为相对移动速度，但在使第一及第二磁极片列7及9旋转的情况下，它们的旋转速度成为相对移动速度，在使磁铁列5 与第一及第二磁极片列7及9分别向相反方向旋转时，磁铁列5的旋转速度与第一及第二磁极片列7及9的旋转速度的合计速度成为相对移动速度。在一单元的基准移动长度(磁铁列5旋转一圈的长度)为L时，若每基准移动长度L的磁铁列5的多个磁铁的个数为2Ν，则磁铁列5的第一间距τ ρ为τ ρ = L/O · N)， 每基准移动长度的第一及第二磁极片列的磁极片的个数M为M = N+a，a为除0以外的整数 (a =--3,-2,-1,1,2,3,…)，在磁极片的第二间距τ s为τ s = L/M时，相当于合成磁极的长度的合成磁极间距τ 为τ t = L/ I O · a) I，当磁极片移动速度为vs，磁铁列移动速度为vm时，合成磁极移动速度(高速移动磁场的移动速度)vt为vt = (M/a) -vs- (N/a) -vm0当磁极片列以速度vs移动时，合成磁极的移动速度(高速移动磁场的移动速度) Vt为VS的(M/a)倍，当磁铁列以速度-vm移动时，合成磁极的移动速度(高速移动磁场的移动速度)vt为vm的(N/a)倍。磁极片列和磁铁列中的任一方移动，都能够得到以高速移动的磁场，在两者分别向相反方向移动时，能够得到以更高速移动的磁场。需要说明的是，磁铁列5、第一及第二磁极片列7及9可以分别具有直线的形状。图3是表示设有筒状的移动机构117的直线型的磁传递增减速器118的简要结构的图，该移动机构117具有可动磁铁列116，可动磁铁列116由与移动磁场产生装置101的第一及第二磁极片列107及109对置的以N极和S极成列交替排列的方式且以规定的间距配置的多个磁铁115构成。在该直线型的磁传递增减速器118中，将支承移动磁场产生装置101的磁铁列105的未图示的第一支承体固定而作为第一结构体，将支承第一及第二磁极片列107及109的未图示的第二支承体作为以规定的相对速度移动的第二结构体。其它的基本要素如以下这样。基准移动长度L每基准移动长度的磁铁列105的磁铁103的个数2 · N，N为自然数磁铁列105的磁铁的间距τ ρ τρ = L/(2 · N)每基准移动长度的磁极片列中的磁极片的个数M1 =贴&，&为除0以外的整数(&='"-3，-2，-1，1，2，3，…)磁极片的间距Tsτ s = L/M合成磁极的磁极间距τ τ t = L/ I (2 · a)磁极片移动速度 vs磁铁列移动速度 vm合成磁极移动速度(高速移动磁场的移动速度)vt vt = (M/a) · vs-(N/a) · vm并且，在本实施方式中，以下这样规定各要素。L = 360
2N = 24τ ρ = 15M = 13，a = 1τ s = 27. 69τ t = 180M/a = 13N/a = 12需要说明的是，在vt、vs、vm的值为负数的情况下，意味着移动方向相反。另外，L 及Tt表示相对的长度，没有限定为电角。如图4㈧至(C)所示，当第一及第二磁极片列107及109移动Δ χ时，移动机构 117移动13ΔΧ。S卩，合成磁场以增速比M/a倍的速度移动而形成移动磁场，其结果是，移动机构117以相对速度的M/a倍的速度移动。图5与图3同样，表示设有筒状的移动机构117的直线型的磁传递增减速器118' 的简要结构的图，该移动机构117具有可动磁铁列116，该可动磁铁列116由与移动磁场产生装置101的第一及第二磁极片列107及109对置的以N极和S极成列交替排列的方式且以规定的间距配置的多个磁铁115构成。在该直线型的磁传递增减速器118'中，将支承移动磁场产生装置101的磁铁列105的未图示的第一支承体作为进行相对移动的第一结构体，将支承第一及第二磁极片列107及109的未图示的第二支承体作为固定的第二结构体。 其它的基本要素如以下这样。基准移动长度L每基准移动长度的磁铁列105的磁铁103的个数2 · N，N为自然数磁铁列105的磁铁的间距τ ρτρ = L/(2 · N)每基准移动长度的磁极片列中的磁极片的个数M1 =贴&，&为除0以外的整数(&=...-3，-2，-1，1，2，3，…)磁极片的间距Tsτ s = L/M合成磁极的磁极间距τ τ t = L/ I (2 · a)磁极片移动速度 vs磁铁列移动速度 vm合成磁极移动速度(高速移动磁场的移动速度)vt vt = (M/a) · vs-(N/a) · vm并且，在本实施方式中，以下这样规定各要素。L = 3602N = 24τ ρ = 15M = 13，a = 1τπι = 27. 69Tt= 180M/a = 13N/a = 12需要说明的是，在vt、vs、vm的值为负数的情况下，意味着移动方向相反。
如图6(A)至(C)所示，当磁铁列105移动Δχ时，移动机构117移动12ΔΧ。艮口， 合成磁场以增速比N/a倍的速度移动而形成移动磁场，其结果是，移动机构117以相对速度的N/a倍的速度移动。图7(A)表示设有圆柱状的移动机构217的旋转型的磁传递增减速器218的简要结构的图，该移动机构217具有可动磁铁列，该可动磁铁列由与移动磁场产生装置201的第二磁极片列209对置的以N极和S极成列交替排列的方式且以180度的间距配置的两个磁铁215构成。圆柱状的移动机构217由流过磁通的材料形成，固定于由未图示的轴承机构支承为能够旋转的轴219上。在该旋转型的磁传递增减速器218中，将支承移动磁场产生装置201的磁铁列205的未图示的第一支承体作为第一结构体，将支承第一及第二磁极片列207及209的未图示的第二支承体作为第二结构体，将第一支承体及第二支承体中的至少一方作为以相对移动速度旋转的低速转子。相对于该低速转子，移动机构217成为高速转子。需要说明的是，本实施方式的动作除了将图3及图5所示的直线型的磁传递增减速器的动作改变为旋转动作的方面以外，动作相同，因此省略。在本实施方式中，当低速转子 O05或207及209)旋转时，在内侧产生高速旋转磁场，高速转子(217)快速旋转。在该结构中，有效利用磁铁列205的比例大，能够产生大的磁结合转矩。图7 (B)为高速转子017')的磁铁215'形成为埋入结构(IPM结构)的例子。 其它的点与图7(A)的结构相同。当形成为该结构时，能够比图7(A)的结构更耐受大的离心力。因此，能够得到能够使极限转速更大的优点。图8是表示直线电动机318的结构的图，直线电动机318中，为了将移动磁场产生装置301作为定子的一部分和可动件利用，将磁极列316设置在定子的磁轭317上，该磁极列316中，以与第一及第二磁极片列307及309对置的方式将构成多个磁极的多个线圈315 以规定的间距Tc配置。在实施方式中，三相U、W及V以及-U，-W及-V的交流电流分别流过各线圈315。在将移动磁场产生装置301夹在之间的一对线圈中分别依次流过U相的交流电流和-U相的交流电流、W相的交流电流和-W相的交流电流以及V相的交流电流和-V 相的交流电流而形成移动磁场。在该直线电动机中，在以具备由磁铁列305和未图示的第一支承体构成的第一结构体以及线圈315的磁轭317作为定子的情况下，由第一及第二磁极片列307及309和支承它们的第二支承体构成的第二结构体作为可动件。在该情况下， 各构成要素的关系如下述这样。基准移动长度L每基准移动长度的磁铁列305的磁铁303的个数2 · N(N为自然数)磁铁列305的磁铁的间距τ ρτρ = L/(2 · N)每基准移动长度的磁极片列307及309中的磁极片的个数M1 =贴&，&为除0以外的整数(&='"-3，-2，-1，1，2，3，…)磁极片列的磁极片的间距τ s合成磁极的磁极间距τ t磁极片列移动速度 vs线圈的励磁频率 f磁铁列移动速度 vm线圈磁场移动速度 vc
τ s = L/M τ t = L/ I (2 · a)
vc = f · 2 · τ t
= (M/a) · VS- (N/a) · vm在图8的具体例中，上述构成要素如下述这样。L = 3602N = 24τ ρ = 15M = 13，a = 1τ s = 27. 69Tt= 180M/a = 13N/a = 12在本实施方式中，若在线圈315中产生移动速度vc的移动磁场，则在磁铁列305 为固定侧(磁铁列移动速度vm = 0)的情况下，第一及第二磁极片列307及309的移动速度vs为vc/13。即减速比为1/13，从而能够提供高推力的直线电动机。在图8的结构中，在磁铁列305为移动侧，线圈315以及第一及第二磁极片列307 及309为固定侧(磁铁片列移动速度vs = 0)时，若在线圈315中产生移动速度vc的移动磁场，则磁铁列305的移动速度vm为-vc/12。即，减速比为-1/12，从而能够提供高推力的直线电动机。(在此，值为负数的情况表示驱动方向相反)。需要说明的是，在上述实施方式的三相电动机的情况下，τ c = τ t/3，但即使τ c =τ t · 2/3也能够构成。另外，在两相电动机的情况下，τ c = τ t/2。图9 (A)是表示旋转型电动机418的结构的图，该旋转型电动机418中，为了将本发明的移动磁场产生装置401作为定子的一部分和可动件利用，将磁极列416设置在定子的磁轭417上，该磁极列416中，以与环状的第二磁极片列409对置的方式将构成六个磁极的六个线圈415以规定的间距τ c配置。在本实施方式的电动机中，三相U、W及V以及-U、-W及-V的交流电流分别流过各线圈415。在本实施方式中，当对线圈进行交流励磁时产生旋转磁场。当线圈产生的旋转磁场的旋转速度为ω c，磁铁列405的旋转速度为ωπι，磁极片列407及409的旋转速度为ω s 时，各自的关系可以由下式表示。ω c = (M/a) · ω s_ (N/a) · ω m图9(A)的具体例中的构成要素如下述这样。磁铁列一周量的磁铁数 2N=M单侧的磁极片列中的磁极片的个数 M =13M 与 N之差 a=l在此，在磁铁列405固定、即旋转速度com = 0时，磁极片列407及409的旋转速度038为cos = coc/13。即，相对于线圈产生的旋转磁场的减速比为1/13，从而能够高效产生低速大转矩。另一方面，在磁极片列407及409为固定侧、即旋转速度ω8 = 0时，磁铁列405 的旋转速度ωπι为com = -coc/12。即，相对于线圈产生的旋转磁场的减速比为_1/12，从而能够高效产生低速大转矩(在此，值为负数的情况表示旋转方向相反)。根据本实施方式，有效利用磁铁列的比例大，能够产生大的转矩。在该结构中，若转子为输入侧，则成为发电机。由于磁场以高速旋转，因此成为感应电压高且效率高的发电机。图9(B)是三相线圈的线圈415为三个的例子，其它与图9 (A)的结构相同。图10(A)及(B)是表示如下类型的旋转型电动机518的简要结构的俯视图及侧视图，g卩，为了将本发明的移动磁场产生装置501作为定子的一部分和可动件利用，将环状的第一及第二磁极片列507及509和磁铁列505、在外周部以规定的间距τ c配置有构成六个磁极的六个线圈515的磁极列516与定子的磁轭517在轴向间隙方向上对置。在本实施方式的电动机中，三相的交流电流也分别流过各线圈515。在该电动机中，以磁铁列505和第一及第二磁极片列507及509中任一方为固定侧，另一方为转子(可动件)。当对线圈 515励磁而产生旋转磁场时，能够得到低速高转矩且高效率的电动机，在通过外力使转子旋转时，在移动磁场产生装置501的内侧产生高速旋转磁场。高速旋转磁场使线圈515中感应出的电压变高，因此能够得到高效率的发电机。图Il(A)及(B)分别表示在构成本发明的移动磁场产生装置601的环状的磁铁列605和环状的第一及第二磁极片列607及609的内侧配置有发电机用的线圈615的单相发电机618的简要结构。在该实施方式的发电机中，以磁铁列605和第一及第二磁极片列 607及609中的任一方作为固定侧，另一方作为转子(可动件)。当转子旋转时，在移动磁场产生装置601的内侧产生高速旋转磁场，该高速旋转磁场与线圈615交链而进行发电。在现有的发电机中，为了在高效率区域即高速区域工作，而使用增速齿轮，使发电机以高速旋转。但是，齿轮的寿命和破损成为成本方面和维护的课题。并且，齿轮复杂而存在不能使发电机小型化的问题。与此相对，使用了本发明的移动磁场产生装置的发电机与转子的旋转速度相比，移动磁场的转速高，因此即使低速也能产生高电压的感应电压，即使转子的旋转速度低也能够进行高效率的发电，从而能够不需要齿轮。如图Il(B)所示的发电机那样，在以磁极片列607及609为固定侧，以磁铁列605为转子的情况下，可以将配置在线圈615内侧的铁芯617与第二磁极片列609的磁极片610的一部分结合。在这样的结构中，当转子旋转时在内侧产生高速旋转磁场。因此，有效利用磁铁列605的比例变大，并且，由于磁场以高速旋转，因此成为感应电压高且效率高的发电机。图12是表示在旋转型的移动磁场产生装置701的环状的第二磁极片列709的内侧配置有两个霍尔元件Hl及H2的高精度磁编码器718的结构的图。两个霍尔元件Hl及 H2以磁检测方向在χ方向和y方向上相差90度的方式确定配置位置。在该编码器718中， 以磁铁列705和第一及第二磁极片列707及709中的任一方作为固定侧，另一方作为转子。 当转子旋转时，在移动磁场产生装置701的内侧产生高速旋转磁场。在图12的实施方式的情况下，当磁极片列707及709旋转一圈时，如图13 (A)所示，内侧的磁场旋转13圈。并且， 当磁铁列705旋转一圈时，如图13(B)所示，内侧的磁场旋转12圈。因此，能够以简单的检测元件构成高分解能的磁传感器。另外，在本实施方式中，由于对全部磁铁的磁合成后的磁进行检测，因此一个磁铁的误差的影响极少，能够得到高的精度。如图14所示，当在χ方向上配置两个霍尔元件Hll及H12，在y方向上配置两个霍尔元件H21及H22时，能够使两个霍尔元件的输出平均化，进而能够得到高精度的磁编码
ο图15表示对转式电动机的结构的简要情况。在该电动机中，可以构成为使具有旋转型的移动磁场产生装置801的磁铁列805的第一旋转结构体和具有第一及第二磁极片列 807及809的第二旋转结构体分别独立旋转，且在第一及第二旋转结构体的内侧配置具备产生旋转磁场的三相的励磁线圈815的电动机定子817，从而能够得到第一旋转结构体和第二旋转结构体向相反方向旋转的对转式电动机。当在励磁线圈815流过三相电流时产生旋转磁场，具有磁铁列805的第一旋转结构体和具有第一及第二磁极片列807及809的第二旋转结构体分别向相反方向旋转。由于各自旋转的速度与旋转磁场相比成为低速·高转矩，因此能够得到高静压且高效率的风扇电动机。需要说明的是，在本实施方式的情况下，当励磁线圈815产生的磁场为逆时针旋转时，具备第一及第二磁极片列807及809的转子(第二旋转结构体)为逆时针旋转，具备磁铁列805的转子(第二旋转结构体)为顺时针旋转。图16㈧及⑶是表示利用了图15的对转式电动机的励磁线圈为两相的对转式电动机的对转式风扇918的结构的剖视图和半剖视图。在该对转式风扇918中，在具备磁铁列905的第一旋转结构体904上安装第一叶轮921，在具备第一及第二磁极片列907及909 的第二旋转结构体914安装第二叶轮922。符号923及拟4所示的构件分别为轴承。需要说明的是，在第一叶轮921上设置的多个叶片和在第二叶轮922上设置的多个叶片分别以吹出风的旋转方向相反的方式来确定形状。当在内侧的两相线圈915中流过两相电流时， 两相线圈915产生的磁场旋转。与此相伴，设有磁铁列905的第一旋转结构体904和设有第一及第二磁极片列907及909的第二旋转结构体914向相反方向旋转。风压沿同一方向产生，从而能够实现高风量、高风压的风扇。需要说明的是，以往正转和反转分别由电动机构成，但根据本实施方式，能够使用一个电动机和电动机驱动电路来构成，因此能够缩小轴线方向的尺寸，并且能够降低风扇的价格。需要说明的是，叶轮921和叶轮922的转速为任意的，通过与各自的负载匹配而使它们分别旋转，从而能够抑制噪声，实现最佳的流动。另外，由于通过移动磁场产生装置901的磁减速机构能够产生高转矩，因此能够得到自起动频率高、动作稳定、成为高静压的优点。图17(A)及(B)是对转式风力发电机的成为局部剖面的主视图及侧视图，对转式风力发电机构成为能够使具有旋转型的移动磁场产生装置1001的磁铁列1005的第一旋转结构体1004和具有第一及第二磁极片列1007及1009的第二旋转结构体1014分别独立旋转，且在第一及第二旋转结构体1004及1014的内侧设置多个发电用的线圈1015，在第一旋转结构体1004上安装第一叶轮1021，在第二旋转结构体1014上安装与第一叶轮1021反向旋转的第二叶轮1022。该风力发电机1018接受风时，第一叶轮1021和第二叶轮1022向相反方向旋转。于是，线圈1015中产生的磁场成为高速旋转磁场，在线圈1015中感应出高的感应电压，能够以高的效率进行发电。在本实施方式中，内侧的磁场以“第二叶轮1022的转速的13倍+第一叶轮1021的转速的12倍”的旋转速度旋转。本实施方式为两相发电机， 若线圈为单相结构则为单相发电机，若为三相结构则为三相发电机。第一叶轮1021和第二叶轮1022的转速未必需要一致，而根据各自的风压进行旋转。通过使两转速错开，能够抑制共振振动引起的噪声。图18是将旋转型的移动磁场产生装置1101作为增速磁耦合器而将本发明适用于飞轮电力储藏装置1118中的实施方式的简要剖视图。飞轮电力储藏装置1118中，具有磁铁列1105的第一结构体1104固定于发电电动机1131的旋转轴1131A。第一及第二磁极片列1107及1109固定于作为壳体主体的第二结构体1114。并且，在第一结构体1104和第二结构体1114的中心部配置具备磁铁列的转子1136，该磁铁列由以N极和S极成列交替排列的方式且以规定的间距配置的多磁铁构成，在固定有该转子1136的轴1137上固定有飞轮 1134。轴1137被垂直方向轴承1133及径向轴承1135轴支承。在该装置中，通过飞轮1134 的旋转蓄积能量，飞轮1134所蓄积的能量能够由发电电动机1131作为电力输出。如本实施方式所示，通过发电电动机1131并经由由移动磁场产生装置1101构成的增速磁耦合器使飞轮1134旋转时，能够与转速平方成比例地蓄积动能。尤其是通过增速机构，能够使飞轮以电动机转速的几倍 几十倍的旋转速度旋转。因此，以相同的装置体积能够蓄积更多的能量，从而能够使装置小型化。图19表示在将旋转型的移动磁场产生装置1201适用于重力屏蔽装置1218的实施方式中使用的移动磁场产生装置1201的结构，图20表示重力屏蔽装置1218的纵向剖视图。该重力屏蔽装置1218构成为能够使具有磁铁列1205的第一旋转结构体1204和具有第一及第二磁极片列1207及1209的第二旋转结构体1214分别独立旋转。并且，具备使第一旋转结构体1204旋转的第一电动机1241和使第二旋转结构体1214向第一旋转结构体 1204的反向旋转的第二电动机1242。另外，第一磁极片1208个数25和第二磁极片1210 的个数都为25，磁铁的个数为48个。当第一旋转结构体1204的转速为fm，第二旋转结构体1214的转速为ft时，高速的旋转磁场的转速f为f = Mfm+25ft。因此，在该装置中，在移动磁场产生装置1201的内部能够产生高速的旋转磁场。例如，当fm = IOOOOrpm, ft = IOOOOrpm时，内部的旋转磁场的转速f成为f = 490000rpm的高速。因此与原来的的转速相比，能够得到49倍的高速旋转磁场。如图20所示，在高速旋转磁场中配置有金属、绝缘材料、电介质、超导电体等的情况下，能够得到作用在它们上的重力变小这样的重力屏蔽效果或重力降低效果。需要说明的是，绝缘材、电介质、超导电体等既可以与旋转磁场一起旋转，也可以不旋转。图21(A)及 (B)表示磁铁列1205的旋转方向、第一及第二磁极片列1207及10 的旋转方向、内部产生的旋转磁场的旋转方向。工业实用性根据本发明的移动磁场产生装置，使合成磁通以比相对移动速度快的速度移动， 从而能够简单地形成高速移动磁场。
权利要求
1.一种移动磁场产生装置，其特征在于，具备N极和S极成列而交替排列地以第一间距配置的多个磁铁所构成的磁铁列； 与所述磁铁列之间隔开间隔，将所述磁铁列夹在之间，沿着所述磁铁列延伸且在相互之间具有规定的相位差而配置的第一及第二磁极片列，所述第一磁极片列将具有至少与相邻的两个所述磁铁对置的长度的多个第一磁极片以第二间距成列配置而构成，所述第二磁极片列将具有至少与相邻的两个所述磁铁对置的长度的多个第二磁极片以第二间距成列配置而构成，以如下方式决定所述第一及第二间距以及所述相位差，即，在所述第一及第二磁极片列以及所述磁铁列中的一方相对于另一方以规定的相对移动速度移动时，由所述磁铁列中的连续的η个所述磁铁产生的磁通形成合成磁通，该合成磁通依次通过与所述η个磁铁对置的所述第一磁极片列中的所述第一磁极片和与所述η个磁铁对置的所述第二磁极片列中的所述第二磁极片，从而形成以比所述规定的相对移动速度快的速度进行移动的高速移动磁场，其中η为N以下的自然数。
2.根据权利要求1所述的移动磁场产生装置，其特征在于，在将一单元的基准移动长度决定为L时，若每基准移动长度的所述磁铁列的所述多个磁铁的个数为2Ν，则所述磁铁列的所述第一间距τ ρ为τ ρ = LA2 · N)，每基准移动长度的所述第一及第二磁极片列中各自的磁极片的个数M为M = N+a，a是除0之外的整数，a =--3, -2，-1,1,2,3,…， 所述磁极片的所述第二间距τ s为Ts = L/M，在磁极片移动速度为vs、磁铁列移动速度为vm时，以所述高速移动磁场的移动速度vt 成为vt= (M/a) · VS-(N/a) · vm的方式决定所述L、N及a以及所述相位差。
3.根据权利要求1或2所述的移动磁场产生装置，其特征在于， 所述磁铁列、所述第一及第二磁极片列分别具有直线的形状。
4.根据权利要求1或2所述的移动磁场产生装置，其特征在于， 所述磁铁列、所述第一及第二磁极片列分别具有同心的环状形状。
5.一种磁传递增减速器，其具备移动机构，该移动机构具有以与权利要求1至4中任一项所述的移动磁场产生装置的所述第一及第二磁极片列中的至少一方对置的方式，将N极和S极成列而交替排列地以规定的间距配置的多个磁铁所构成的可动磁铁列。
6.一种电气设备，其具有以与权利要求1至4中任一项所述的移动磁场产生装置的所述第一及第二磁极片列的至少一方对置的方式，将构成多个磁极的多个线圈以规定的间距配置而成的磁极列。
7.一种磁编码器，其以与权利要求4所述的移动磁场产生装置的所述第一及第二磁极片列的至少一方对置的方式配置有一个以上的霍尔元件，而根据所述霍尔元件的输出来检测旋转角度。
8.一种对转式电动机，其构成为能够使具有权利要求4所述的移动磁场产生装置的所述磁铁列的第一旋转结构体和具有所述第一及第二磁极片列的第二旋转结构体分别独立旋转，且在所述第一及第二旋转结构体的内侧配置有具备产生旋转磁场的多个励磁绕组的电动机定子。
9.一种对转式风扇，其具有在权利要求8所述的对转式电动机的所述第一旋转结构体上安装的第一叶轮和在所述第二旋转结构体上安装的第二叶轮。
10.一种对转式风力发电机，其构成为能够使具有权利要求4所述的移动磁场产生装置的所述磁铁列的第一旋转结构体和具有所述第一及第二磁极片列的第二旋转结构体分别独立旋转，在所述第一及第二旋转结构体的内侧具备多个发电用绕组，并且具有在所述第一旋转结构体上安装的第一叶轮和在所述第二旋转结构体上安装且向与所述第一叶轮相反的方向旋转的第二叶轮。
11.一种飞轮电力储藏装置，其中，具有权利要求4所述的移动磁场产生装置的所述磁铁列的第一结构体和具有所述第一及第二磁极片列的第二结构体中的一方固定在发电电动机的旋转轴，在所述第一结构体和所述第二结构体的中心部配置有转子，在所述转子上固定有飞轮，其中该转子具备N极和S极成列而交替排列地以规定的间距配置的多个磁铁所构成的磁铁列。
12.一种重力屏蔽装置，其构成为能够使具有权利要求4所述的移动磁场产生装置的所述磁铁列的第一旋转结构体和具有所述第一及第二磁极片列的第二旋转结构体分别独立旋转，具备使所述第一旋转结构体旋转的第一电动机和使所述第二旋转结构体向与所述第一旋转结构体相反的方向旋转的第二电动机，并利用产生的所述高速移动磁场来得到重力屏蔽效果。
全文摘要
本发明提供一种能够使移动磁场的移动速度比以往快的移动磁场产生装置。该移动磁场产生装置具有由以N极和S极成列交替排列的方式且以第一间距配置的多个磁铁(3)构成的磁铁列(5)。该移动磁场产生装置具备第一及第二磁极片列(7及9)，它们与磁铁列(5)之间隔开间隔，将磁铁列(5)夹在之间，并且沿磁铁列(5)延伸且在相互间以规定的相位差配置。第一磁极片列(7)通过多个具有与磁铁列(5)的至少相邻的两个磁铁对置的长度的第一磁极片(8)以第二间距且以成列的方式配置而构成。第二磁极片列(9)也与第一磁极片列(7)同样地构成。使第一及第二磁极片列(7及9)以及磁铁列(5)的一方相对于另一方以规定的相对速度移动。
文档编号H02K44/00GK102437710SQ20111030196
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月29日
发明者三泽康司, 唐玉琪, 宫入茂德, 杉田聪 申请人:山洋电气株式会社