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JP7782289B2 - Permanent magnet field, rotating machine, linear motor, control system - Google Patents
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JP7782289B2 - Permanent magnet field, rotating machine, linear motor, control system - Google Patents

Permanent magnet field, rotating machine, linear motor, control system

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JP7782289B2 JP2022016225A JP2022016225A JP7782289B2 JP 7782289 B2 JP7782289 B2 JP 7782289B2 JP 2022016225 A JP2022016225 A JP 2022016225A JP 2022016225 A JP2022016225 A JP 2022016225A JP 7782289 B2 JP7782289 B2 JP 7782289B2
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Description

本開示は、永久磁石界磁等に関する。 This disclosure relates to permanent magnet fields, etc.

例えば、回転機やリニアモータ等の電動機の永久磁石界磁の熱減磁を抑制する技術が知られている(特許文献1参照)。 For example, technology is known for suppressing thermal demagnetization of permanent magnet fields in electric motors such as rotating machines and linear motors (see Patent Document 1).

特許文献1では、高温側の電機子のコイルと、低温側のシャフトとの間に熱電変換素子を熱的に接触させて発電させ、コイルの温度を低下させることで、永久磁石界磁の熱減磁を抑制している。 In Patent Document 1, a thermoelectric conversion element is placed in thermal contact between the high-temperature side armature coil and the low-temperature side shaft to generate electricity, thereby lowering the temperature of the coil and suppressing thermal demagnetization of the permanent magnet field.

特開2002-153036号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-153036

しかしながら、特許文献1の構成では、例えば、電機子のコイルに想定しないような過電流が流れると、熱電変換素子の発電による冷却効果では素早く対応できず、その結果、永久磁石界磁の磁石の温度が減磁を引き起こす程度まで上昇してしまう可能性がある。そのため、永久磁石界磁の熱減磁の抑制の観点で改善の余地がある。 However, with the configuration of Patent Document 1, for example, if an unexpected overcurrent flows through the armature coil, the cooling effect of the power generation by the thermoelectric conversion element cannot respond quickly enough, and as a result, the temperature of the magnets in the permanent magnet field may rise to a level that causes demagnetization. Therefore, there is room for improvement in terms of suppressing thermal demagnetization of the permanent magnet field.

そこで、上記課題に鑑み、永久磁石界磁の熱減磁をより適切に抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。 In view of the above issues, the objective is to provide technology that can more appropriately suppress thermal demagnetization of permanent magnet fields.

上記目的を達成するため、本開示の一実施形態では、
電機子に対する磁界を発生させる第1の永久磁石と、
前記第1の永久磁石と隣接し、前記第1の永久磁石の前記電機子と対向する磁極の磁束を高める第2の永久磁石と、
前記第1の永久磁石に取り付けられる熱電変換素子と、を備え
前記熱電変換素子は、前記第1の永久磁石の前記第2の永久磁石と隣接する面とは異なる表面に設けられる、
永久磁石界磁が提供される。
In order to achieve the above object, in one embodiment of the present disclosure,
a first permanent magnet that generates a magnetic field relative to the armature;
a second permanent magnet adjacent to the first permanent magnet and enhancing the magnetic flux of the magnetic pole of the first permanent magnet facing the armature;
a thermoelectric conversion element attached to the first permanent magnet ,
the thermoelectric conversion element is provided on a surface of the first permanent magnet different from a surface adjacent to the second permanent magnet ;
A permanent magnet field is provided.

また、本開示の他の実施形態では、
上述の永久磁石界磁と、
前記電機子と、を備える、
回転機が提供される。
In another embodiment of the present disclosure,
the permanent magnet field as described above;
the armature,
A rotating machine is provided.

また、本開示の更に他の実施形態では、
上述の永久磁石界磁と、
前記電機子を備える、
リニアモータが提供される。
In still another embodiment of the present disclosure,
the permanent magnet field as described above;
The armature is provided.
A linear motor is provided.

また、本開示の更に他の実施形態では、
上述の永久磁石界磁と、前記電機子とを含む回転機又はリニアモータと、
前記熱電変換素子の出力に基づき、前記回転機又は前記リニアモータを制御する制御装置と、を備える、
制御システムが提供される。
In still another embodiment of the present disclosure,
a rotating machine or linear motor including the permanent magnet field and the armature;
a control device that controls the rotating machine or the linear motor based on the output of the thermoelectric conversion element,
A control system is provided.

上述の実施形態によれば、永久磁石界磁の熱減磁をより適切に抑制することができる。 The above-described embodiment makes it possible to more appropriately suppress thermal demagnetization of the permanent magnet field.

リニアモータの一例を示す側面断面図である。FIG. 1 is a side cross-sectional view showing an example of a linear motor. 電機子の一例を示す平面断面図である。FIG. 2 is a plan cross-sectional view showing an example of an armature. 界磁の第1例を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing a first example of a field magnet. 界磁の第2例を示す正面断面図である。FIG. 10 is a front cross-sectional view showing a second example of a field magnet. 界磁の第3例を示す側面図である。FIG. 10 is a side view showing a third example of a field magnet. リニアモータの制御システムの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a control system for a linear motor.

以下、図面を参照して実施形態について説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.

[リニアモータの概要]
図1、図2を参照して、本実施形態に係るリニアモータ100の概要について説明する。
[Linear motor overview]
An overview of a linear motor 100 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

図1は、リニアモータ100の一例を示す側面断面図である。具体的には、図1は、リニアモータ100のX軸及びZ軸に平行な平面による断面図である。図2は、電機子10の一例を示す平面断面図である。具体的には、図2は、図1のA-A線の断面図である。 Figure 1 is a side cross-sectional view showing an example of a linear motor 100. Specifically, Figure 1 is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the X-axis and Z-axis of the linear motor 100. Figure 2 is a plan cross-sectional view showing an example of an armature 10. Specifically, Figure 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 1.

以下、図中のX軸、Y軸、及びZ軸で規定される直交座標系を利用して説明を行う場合がある。また、X軸正方向及びX軸負方向を包括的にX軸方向と称し、Y軸正方向及びY軸負方向を包括的にY軸方向と称し、Z軸正方向及びZ軸負方向を包括的にZ軸方向と称する場合がある。 In the following, explanations may be given using a Cartesian coordinate system defined by the X-axis, Y-axis, and Z-axis in the figures. Furthermore, the positive X-axis direction and negative X-axis direction may be collectively referred to as the X-axis direction, the positive Y-axis direction and negative Y-axis direction may be collectively referred to as the Y-axis direction, and the positive Z-axis direction and negative Z-axis direction may be collectively referred to as the Z-axis direction.

本実施形態に係るリニアモータ100は、例えば、鉄道車両のドア、駅のプラットフォームのドア等のスライド式の各種ドアの開閉機構に組み込まれてよい。また、本実施形態に係るリニアモータ100は、例えば、半導体製造装置等に搭載されてもよい。 The linear motor 100 according to this embodiment may be incorporated into the opening and closing mechanisms of various sliding doors, such as railway vehicle doors and station platform doors. The linear motor 100 according to this embodiment may also be mounted on semiconductor manufacturing equipment, for example.

図1、図2に示すように、リニアモータ100は、電機子10と、界磁20とを含む。図1において、界磁20に描画される"N"及び"S"の文字は、永久磁石21の磁極(N極及びS極)を表す。以下、後述の図3~図5についても同様である。また、図2において、電機子10に描画される破線は、コア11のZ軸方向の両端部の断面形状を表す。 As shown in Figures 1 and 2, the linear motor 100 includes an armature 10 and a field magnet 20. In Figure 1, the letters "N" and "S" drawn on the field magnet 20 represent the magnetic poles (north and south poles) of the permanent magnet 21. The same applies to Figures 3 to 5 described below. Also, in Figure 2, the dashed lines drawn on the armature 10 represent the cross-sectional shape of both ends of the core 11 in the Z-axis direction.

電機子10は、所定の空隙AGを介して、界磁部20A,20BとZ軸方向に対向して配置される。本例では、電機子10は、可動子である。電機子10は、例えば、スライドレールやリニアガイド等の支持機構によって、X軸方向に移動可能に支持される。これにより、電機子10は、界磁20との間での磁気的に作用する力によって、X軸方向に移動することができる。電機子10は、コア(「鉄心」とも称する)11と、コイル(「巻線」とも称する)12と、保持部13とを含む。 The armature 10 is positioned opposite the field magnet portions 20A and 20B in the Z-axis direction via a predetermined air gap AG. In this example, the armature 10 is a mover. The armature 10 is supported so that it can move in the X-axis direction by a support mechanism such as a slide rail or linear guide. This allows the armature 10 to move in the X-axis direction due to the magnetic force acting between it and the field magnet 20. The armature 10 includes a core (also called an "iron core") 11, a coil (also called a "winding") 12, and a holding portion 13.

コア11は、コイル12の電機子電流により発生する磁界や界磁20の永久磁石21からの磁界の磁路として機能する。コア11は、例えば、電磁鋼板や圧粉磁心等の軟磁性体で構成される。本例では、コイル12と同数の複数(12個)のコア11が設けられる。 The cores 11 function as magnetic paths for the magnetic fields generated by the armature current in the coils 12 and the magnetic fields from the permanent magnets 21 of the field 20. The cores 11 are made of a soft magnetic material, such as an electromagnetic steel sheet or a powder magnetic core. In this example, multiple cores 11 (12 pieces) are provided, the same number as the coils 12.

例えば、図1、図2に示すように、コア11は、Z軸方向に延びる角柱形状を有し、Z軸方向の両端部の断面形状がZ軸方向の中央部の断面形状よりも大きくなるように構成される。これにより、例えば、コア11がZ軸正方向に移動しようとしても、コア11のZ軸負方向の端部が保持部13と当接し、その結果、コア11がZ軸正方向に移動できないことから、コア11のZ軸正方向への移動に伴う電機子10からの脱落を抑制できる。また、コア11のZ軸負方向への移動に伴う電機子10からの脱落についても同様の作用で抑制できる。 For example, as shown in Figures 1 and 2, the core 11 has a rectangular column shape extending in the Z-axis direction, and is configured so that the cross-sectional shape of both ends in the Z-axis direction is larger than the cross-sectional shape of the center in the Z-axis direction. As a result, even if the core 11 attempts to move in the positive Z-axis direction, the end of the core 11 in the negative Z-axis direction abuts the retaining portion 13, preventing the core 11 from moving in the positive Z-axis direction. This prevents the core 11 from falling off the armature 10 as it moves in the positive Z-axis direction. A similar effect can also prevent the core 11 from falling off the armature 10 as it moves in the negative Z-axis direction.

コイル12は、電機子電流が流されることにより、界磁部20A,20Bから生じる磁界との相互作用で可動子(電機子10)の推進力を発生させる。コイル12は、コア11の周りに導線が巻回されることにより構成される。 When an armature current flows through the coil 12, it generates a driving force for the mover (armature 10) through interaction with the magnetic field generated by the field magnet portions 20A and 20B. The coil 12 is formed by winding a conducting wire around the core 11.

本例では、複数(12個)のコイル12が設けられる。複数のコイル12は、X軸方向に並べられる。例えば、複数のコイル12には、U相、V相、及びW相の三相交流電力が供給される。具体的には、図中のX軸負方向の端部のコイル12からX軸正方向に向かって順に、U相、V相、W相、U相、V相、W相、・・・の三相交流電力が供給されてよい。 In this example, multiple (12) coils 12 are provided. The multiple coils 12 are aligned in the X-axis direction. For example, the multiple coils 12 are supplied with three-phase AC power of U-phase, V-phase, and W-phase. Specifically, three-phase AC power of U-phase, V-phase, W-phase, U-phase, V-phase, W-phase, ... may be supplied in order from the coil 12 at the end on the negative side of the X-axis in the figure toward the positive side of the X-axis.

尚、コイル12の数は、11個以下であってもよいし、13個以上であってもよい。 The number of coils 12 may be 11 or less, or 13 or more.

保持部13は、複数のコア11及び複数のコイル12を一体的に保持する。保持部13は、例えば、モールド樹脂により構成され、複数のコア11の軸方向(Z軸方向)の両端部は、保持部13から露出するように保持される。 The holding portion 13 integrally holds the multiple cores 11 and multiple coils 12. The holding portion 13 is made of, for example, molded resin, and holds the multiple cores 11 so that both ends in the axial direction (Z-axis direction) are exposed from the holding portion 13.

界磁20(永久磁石界磁の一例)は、電機子10に作用する磁界を発生させる。本例では、界磁20は、固定子である。図1に示すように、界磁20は、X軸方向に延びるように設けられ、そのX軸方向の寸法は、可動子としての電機子10のX軸方向の移動量に合わせて規定される。 The field 20 (an example of a permanent magnet field) generates a magnetic field that acts on the armature 10. In this example, the field 20 is a stator. As shown in Figure 1, the field 20 is arranged to extend in the X-axis direction, and its dimension in the X-axis direction is determined according to the amount of movement of the armature 10 as a mover in the X-axis direction.

界磁20は、界磁部20A,20Bを含む。 The field magnet 20 includes field magnet portions 20A and 20B.

界磁部20A,20Bは、互いに略平行にX軸方向に延びるように設けられる。「略」は、例えば、製造上の誤差等を許容する意図であり、以下同様の意図で用いる。界磁部20A,20Bとの間には、Z軸方向で所定の間隔が設けられ、この間隔は、電機子10のZ軸方向の寸法よりもある程度大きくなるように設定される。例えば、界磁部20A,20Bの間の間隔は、電機子10のZ軸方向の寸法に、電機子10の支持機構(例えば、スライドレールやリニアガイド)のZ軸方向の可動量と所定の余裕分を加えた量に相当する。これにより、可動子としての電機子10は、界磁部20A,20Bに接触することなく、X軸方向に移動することができる。 Field magnet portions 20A, 20B are arranged to extend approximately parallel to each other in the X-axis direction. The term "approximately" is intended to allow for manufacturing errors, for example, and will be used in the same manner hereinafter. A predetermined gap is provided between field magnet portions 20A, 20B in the Z-axis direction, and this gap is set to be somewhat larger than the dimension of armature 10 in the Z-axis direction. For example, the gap between field magnet portions 20A, 20B corresponds to the dimension of armature 10 in the Z-axis direction plus the amount of movement of the armature 10's support mechanism (e.g., slide rail or linear guide) in the Z-axis direction plus a predetermined margin. This allows armature 10, as a mover, to move in the X-axis direction without coming into contact with field magnet portions 20A, 20B.

界磁部20A,20Bは、それぞれ、電機子10から見てZ軸正方向及びZ軸負方向に対向するように配置される。界磁部20A,20Bは、それぞれ、電機子10の複数のコイル12に鎖交する磁束を発生させる。 Field magnet sections 20A and 20B are arranged to face each other in the positive and negative Z-axis directions, respectively, when viewed from the armature 10. Field magnet sections 20A and 20B each generate magnetic flux that interlinks with the multiple coils 12 of the armature 10.

界磁部20A,20Bは、それぞれ、複数の永久磁石21と、バックヨーク22と、熱電変換素子23とを含む。 Each of the field magnet sections 20A and 20B includes a plurality of permanent magnets 21, a back yoke 22, and a thermoelectric conversion element 23.

複数の永久磁石21(第1の永久磁石の一例)は、Z軸方向で電機子10と対向するように、X軸方向に並べて配置される。例えば、図1に示すように、複数の永久磁石21は、それぞれ、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に各辺を有する略直方体形状を有し、略等間隔で、X軸方向に並べて配置される。また、隣り合う永久磁石21同士の間には、スペーサが挟み込まれてもよい。複数の永久磁石21は、それぞれ、電機子10と対向するZ軸方向に磁化され、電機子10と対向するZ軸方向の端面の磁極がX軸方向に隣り合う他の永久磁石21と異なるように配置される。複数の永久磁石21は、例えば、ネオジム焼結磁石やフェライト磁石等である。 The multiple permanent magnets 21 (an example of first permanent magnets) are arranged in a line in the X-axis direction so as to face the armature 10 in the Z-axis direction. For example, as shown in FIG. 1, the multiple permanent magnets 21 each have a roughly rectangular parallelepiped shape with sides in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, and are arranged in a line at roughly equal intervals in the X-axis direction. Spacers may also be sandwiched between adjacent permanent magnets 21. Each of the multiple permanent magnets 21 is magnetized in the Z-axis direction facing the armature 10, and is arranged so that the magnetic pole of the end face in the Z-axis direction facing the armature 10 is different from that of other permanent magnets 21 adjacent in the X-axis direction. The multiple permanent magnets 21 are, for example, neodymium sintered magnets or ferrite magnets.

界磁部20A及び界磁部20Bは、互いの永久磁石21の磁気的な仕様(例えば、形状、寸法、残留磁束密度等)、及び配置の仕様(例えば、永久磁石21のX軸方向の配置位置やハルバッハ配列の有無を含む配列の仕方等)が略同じになるように構成される。これにより、界磁部20A及び界磁部20Bは、Z軸方向で互いに対向する空間において、略対称な磁界を発生させることができる。 Field magnet portion 20A and field magnet portion 20B are configured so that the magnetic specifications (e.g., shape, dimensions, residual magnetic flux density, etc.) and arrangement specifications (e.g., the arrangement position of permanent magnets 21 in the X-axis direction and the arrangement method, including the presence or absence of a Halbach array, etc.) of each permanent magnet 21 are substantially the same. This allows field magnet portion 20A and field magnet portion 20B to generate substantially symmetrical magnetic fields in the spaces facing each other in the Z-axis direction.

バックヨーク22は、Z軸方向において、永久磁石21における電機子10と対向するZ軸方向の端面とは反対側の面に隣接して配置される。バックヨーク22は、隣り合う永久磁石21の間の磁路として機能する。バックヨーク22は、例えば、電磁鋼板や圧粉磁心等の軟磁性体で構成される。 The back yoke 22 is arranged in the Z-axis direction adjacent to the surface of the permanent magnet 21 opposite the end face in the Z-axis direction that faces the armature 10. The back yoke 22 functions as a magnetic path between adjacent permanent magnets 21. The back yoke 22 is made of a soft magnetic material, such as an electromagnetic steel plate or a powder magnetic core.

熱電変換素子23は、熱エネルギを電気エネルギに変換し電気信号を出力する。熱電変換素子23は、永久磁石21に取り付けられる。これにより、熱電変換素子23は、永久磁石21からの熱エネルギの流入に応じて電気信号を出力することができることから、その結果、永久磁石21の温度上昇を検知することができる。永久磁石21に対する熱電変換素子23の取り付け位置は、永久磁石21の温度上昇の検知に関する所望の性能が確保可能な限り、任意に設定されうる。 The thermoelectric conversion element 23 converts thermal energy into electrical energy and outputs an electrical signal. The thermoelectric conversion element 23 is attached to the permanent magnet 21. This allows the thermoelectric conversion element 23 to output an electrical signal in response to the inflow of thermal energy from the permanent magnet 21, thereby making it possible to detect a temperature rise in the permanent magnet 21. The attachment position of the thermoelectric conversion element 23 relative to the permanent magnet 21 can be set arbitrarily as long as the desired performance for detecting a temperature rise in the permanent magnet 21 is ensured.

熱電変換素子23は、例えば、磁気熱電効果によって永久磁石21からの熱流に応じた電圧信号を出力可能な磁気熱電変換素子である。これにより、熱電変換素子23は、永久磁石21からの熱流に応じて、熱流に直交する方向の相対的に大きな応答信号(電気信号)を出力することができる。具体的には、熱電変換素子23は、異常ネルンスト効果やスピンゼーベック効果によって電圧信号を発生可能な磁気熱電変換素子であってよい。例えば、熱電変換素子23は、異常ネルンスト効果を有するCoMnGa等の薄膜であり、熱流の方向及び薄膜の磁化方向の双方に直交する方向に電圧信号を発生させる。また、例えば、熱電変換素子23は、磁性絶縁体と金属の二層膜であり、磁性絶縁体に生じる熱流に応じてスピン流が流れ、そのスピン流が金属層に流れ込むことによって、金属層に熱流の方向及び磁性絶縁体の磁化方向の双方に直交する電圧信号を発生させる。以下、熱電変換素子23は、異常ネルンスト効果或いはスピンゼーベック効果を有する磁気熱電変換素子である場合を中心に説明する。 The thermoelectric conversion element 23 is, for example, a magneto-thermoelectric conversion element capable of outputting a voltage signal corresponding to the heat flow from the permanent magnet 21 by utilizing the magneto-thermoelectric effect. This allows the thermoelectric conversion element 23 to output a relatively large response signal (electrical signal) in a direction perpendicular to the heat flow from the permanent magnet 21. Specifically, the thermoelectric conversion element 23 may be a magneto-thermoelectric conversion element capable of generating a voltage signal by utilizing the anomalous Nernst effect or the spin Seebeck effect. For example, the thermoelectric conversion element 23 is a thin film of Co 2 MnGa or the like having the anomalous Nernst effect, and generates a voltage signal in a direction perpendicular to both the direction of the heat flow and the magnetization direction of the thin film. Alternatively, the thermoelectric conversion element 23 may be a double-layer film of a magnetic insulator and a metal, in which a spin current flows in response to the heat flow generated in the magnetic insulator. The spin current flows into the metal layer, generating a voltage signal in the metal layer perpendicular to both the direction of the heat flow and the magnetization direction of the magnetic insulator. The following description will be focused on the case where the thermoelectric conversion element 23 is a magneto-thermoelectric conversion element having the anomalous Nernst effect or the spin Seebeck effect.

熱電変換素子23は、複数の永久磁石21の全てに取り付けられてもよいし、その一部だけに取り付けられてもよい。つまり、熱電変換素子23は、温度上昇のモニタリングが必要な少なくとも1つの永久磁石21に取り付けられればよい。 The thermoelectric conversion element 23 may be attached to all of the multiple permanent magnets 21, or to only some of them. In other words, it is sufficient that the thermoelectric conversion element 23 is attached to at least one permanent magnet 21 whose temperature rise needs to be monitored.

尚、温度上昇のモニタリングが必要な永久磁石21が界磁部20A,20Bの何れか一方のみにある場合、界磁部20A,20Bのうちの対象の永久磁石21を有する何れか一方のみに熱電変換素子23が設けられてもよい。 Furthermore, if the permanent magnet 21 requiring temperature rise monitoring is located in only one of the field magnet sections 20A, 20B, the thermoelectric conversion element 23 may be provided in only the one of the field magnet sections 20A, 20B that has the target permanent magnet 21.

[界磁の第1例]
次に、図3を参照して、本実施形態に係る界磁20の第1例について説明する。
[First example of field]
Next, a first example of the field 20 according to this embodiment will be described with reference to FIG.

図3は、界磁20の第1例を示す側面図である。 Figure 3 is a side view showing a first example of the field magnet 20.

尚、図3では、界磁部20Bのみが描画され、界磁部20Aの描画が省略されている。 Note that in Figure 3, only the field magnet portion 20B is depicted, and the field magnet portion 20A is omitted.

図3に示すように、熱電変換素子23は、磁化方向MDがZ軸方向に略一致するように、永久磁石21のX軸負方向の端面に取り付けられる。また、熱電変換素子23は、磁化方向MDがZ軸方向に略一致するように、永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられてもよい。これにより、永久磁石21同士の間の空間を活用して熱電変換素子23を配置することができる。 As shown in FIG. 3, the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the negative X-axis so that the magnetization direction MD is approximately aligned with the Z-axis direction. Alternatively, the thermoelectric conversion element 23 may be attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis so that the magnetization direction MD is approximately aligned with the Z-axis direction. This allows the thermoelectric conversion element 23 to be positioned by utilizing the space between the permanent magnets 21.

永久磁石21の温度が上昇すると、温度が相対的に低い熱電変換素子23に流入する熱流HFが生じる。例えば、図3に示すように、熱流HFの方向は、略X軸負方向になる。また、熱電変換素子23が永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられる場合、熱流HFの方向は、略X軸正方向になる。つまり、本例では、熱流HFの方向は、略X軸方向になる。そのため、永久磁石21の温度が上昇すると、熱電変換素子23には、磁化方向MD及び熱流HFの方向の双方に垂直な略Y軸方向の電圧信号が発生する。また、電圧信号の大きさは、熱流が大きくなるほど、即ち、永久磁石21の温度上昇の程度が大きくなるほど、大きくなる。よって、熱電変換素子23の出力(電圧信号)を用いることで、永久磁石21の温度上昇の有無やその程度を判断することができる。即ち、熱電変換素子23は、永久磁石21の温度上昇の有無やその程度を検出することができる。 When the temperature of the permanent magnet 21 rises, a heat flow HF is generated that flows into the thermoelectric conversion element 23, which has a relatively low temperature. For example, as shown in FIG. 3, the direction of the heat flow HF is approximately in the negative direction of the X-axis. Furthermore, when the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis, the direction of the heat flow HF is approximately in the positive X-axis direction. In other words, in this example, the direction of the heat flow HF is approximately in the X-axis direction. Therefore, when the temperature of the permanent magnet 21 rises, the thermoelectric conversion element 23 generates a voltage signal in the approximately Y-axis direction, which is perpendicular to both the magnetization direction MD and the direction of the heat flow HF. Furthermore, the magnitude of the voltage signal increases as the heat flow increases, i.e., the degree of temperature rise of the permanent magnet 21 increases. Therefore, the output (voltage signal) of the thermoelectric conversion element 23 can be used to determine whether or not the temperature of the permanent magnet 21 has risen, and to what extent. In other words, the thermoelectric conversion element 23 can detect whether or not the temperature of the permanent magnet 21 has risen, and to what extent.

また、図3に示すように、永久磁石21の電機子に対向する磁極面の磁束は、電機子10に鎖交する主磁束MFと、同じ永久磁石21の異なる磁極との間を結ぶ漏れ磁束LFとを含む。 Furthermore, as shown in Figure 3, the magnetic flux on the pole face of the permanent magnet 21 facing the armature includes main magnetic flux MF that interlinks with the armature 10 and leakage magnetic flux LF that connects different magnetic poles of the same permanent magnet 21.

図3に示すように、漏れ磁束LFは、熱電変換素子23をその磁化方向MDと略一致するように略Z軸方向に鎖交する。そのため、例えば、外乱等によって熱電変換素子23が減磁し熱電変換機能が低下したり熱電変換機能を喪失してしまったりするような事態を抑制することができる。 As shown in Figure 3, leakage magnetic flux LF interlinks the thermoelectric conversion element 23 in approximately the Z-axis direction, so as to approximately coincide with its magnetization direction MD. This prevents situations in which the thermoelectric conversion element 23 is demagnetized due to external disturbances, resulting in a decrease or loss of thermoelectric conversion function.

[界磁の第2例]
次に、図4は、界磁20の第2例を示す正面断面図である。具体的には、図4は、界磁20において、熱電変換素子23が取り付けられる永久磁石21が存在するX軸方向の位置でのY軸及びZ軸に平行な平面による断面図である
[Second example of field]
4 is a front cross-sectional view showing a second example of the field magnet 20. Specifically, FIG. 4 is a cross-sectional view of the field magnet 20 taken along a plane parallel to the Y-axis and Z-axis at a position in the X-axis direction where the permanent magnet 21 to which the thermoelectric conversion element 23 is attached is located.

尚、図4では、界磁部20Bのみが描画され、界磁部20Aの描画が省略されている。 Note that in Figure 4, only the field magnet portion 20B is depicted, and the field magnet portion 20A is omitted.

図4に示すように、熱電変換素子23は、磁化方向MDがZ軸方向に略一致するように、永久磁石21のY軸負方向の端面に取り付けられる。また、熱電変換素子23は、磁化方向MDがZ軸方向に略一致するように、永久磁石21のY軸正方向の端面に取り付けられてもよい。これにより、例えば、永久磁石21同士の間にスペーサ等が存在する場合であっても、熱電変換素子23を永久磁石21に取り付けることができる。 As shown in FIG. 4, the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the negative Y-axis so that the magnetization direction MD is approximately aligned with the Z-axis direction. Alternatively, the thermoelectric conversion element 23 may be attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive Y-axis so that the magnetization direction MD is approximately aligned with the Z-axis direction. This allows the thermoelectric conversion element 23 to be attached to the permanent magnet 21 even if, for example, a spacer or the like is present between the permanent magnets 21.

永久磁石21の温度が上昇すると、上述の第1例の場合と同様、温度が相対的に低い熱電変換素子23に流入する熱流HFが生じる。例えば、図4に示すように、熱流HFの方向は、略Y軸負方向になる。また、熱電変換素子23が永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられる場合、熱流HFの方向は、略Y軸正方向になる。つまり、本例では、熱流HFの方向は、Y軸方向になる。そのため、永久磁石21に温度が上昇すると、熱電変換素子23には、磁化方向MD及び熱流HFの方向の双方に垂直な略X軸方向の電圧信号が発生する。よって、上述の第1例の場合と同様、熱電変換素子23の出力(電圧信号)を用いることで、永久磁石21の温度上昇の有無やその程度を判断することができる。即ち、熱電変換素子23は、永久磁石21の温度上昇の有無やその程度を検出することができる。 As the temperature of the permanent magnet 21 rises, a heat flow HF is generated that flows into the thermoelectric conversion element 23, which has a relatively low temperature, as in the first example described above. For example, as shown in FIG. 4, the direction of the heat flow HF is approximately in the negative Y-axis direction. Furthermore, if the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis, the direction of the heat flow HF is approximately in the positive Y-axis direction. In other words, in this example, the direction of the heat flow HF is in the Y-axis direction. Therefore, as the temperature of the permanent magnet 21 rises, the thermoelectric conversion element 23 generates a voltage signal in the approximately X-axis direction, which is perpendicular to both the magnetization direction MD and the direction of the heat flow HF. Therefore, as in the first example described above, the output (voltage signal) of the thermoelectric conversion element 23 can be used to determine whether or not the temperature of the permanent magnet 21 has risen, and to what extent. In other words, the thermoelectric conversion element 23 can detect whether or not the temperature of the permanent magnet 21 has risen, and to what extent.

また、図4に示すように、上述の第1例の場合と同様、漏れ磁束LFは、熱電変換素子23をその磁化方向MDと略一致するように略Z軸方向に鎖交する。そのため、例えば、外乱等によって熱電変換素子23が減磁し熱電変換機能が低下したり熱電変換機能を喪失してしまったりするような事態を抑制することができる。 Furthermore, as shown in Figure 4, similar to the first example described above, leakage magnetic flux LF interlinks the thermoelectric conversion element 23 in approximately the Z-axis direction so as to approximately coincide with its magnetization direction MD. Therefore, it is possible to prevent situations in which the thermoelectric conversion element 23 is demagnetized due to, for example, external disturbances, resulting in a decrease or loss of thermoelectric conversion function.

[界磁の第3例]
次に、図5に示すように、界磁20の第3例について説明する。
[Third example of field]
Next, a third example of the field 20 will be described, as shown in FIG.

尚、図5では、界磁部20Bのみが描画され、界磁部20Aの描画が省略されている。 Note that in Figure 5, only the field magnet portion 20B is depicted, and the field magnet portion 20A is omitted.

本例では、界磁20は、補助ヨーク24を含む。 In this example, the field 20 includes an auxiliary yoke 24.

図5に示すように、熱電変換素子23は、上述の第1例の場合と同様、永久磁石21のX軸負方向の端面に取り付けられる。また、熱電変換素子23は、上述の第1例の場合と同様、X軸正方向の端面に取り付けられてもよい。 As shown in FIG. 5, the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the negative X-axis, as in the first example described above. Alternatively, the thermoelectric conversion element 23 may be attached to the end face facing the positive X-axis, as in the first example described above.

補助ヨーク24(ヨーク部の一例)は、任意の軟磁性体によって構成される。補助ヨーク24は、例えば、一般構造用鋼、電磁鋼板、圧粉磁心等によって構成される。補助ヨーク24は、補助ヨーク24A,24Bを含む。 The auxiliary yoke 24 (an example of a yoke portion) is made of any soft magnetic material. The auxiliary yoke 24 is made of, for example, general structural steel, electromagnetic steel sheet, or powder magnetic core. The auxiliary yoke 24 includes auxiliary yokes 24A and 24B.

例えば、図5に示すように、補助ヨーク24Aは、熱電変換素子23のZ軸正方向に配置されるように、永久磁石21のX軸負方向の端面に取り付けられる。また、熱電変換素子23が永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられる場合、補助ヨーク24Aは、熱電変換素子23のZ軸正方向に配置されるように、永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられてよい。 For example, as shown in FIG. 5, the auxiliary yoke 24A is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the negative X-axis so that it is positioned in the positive Z-axis direction of the thermoelectric conversion element 23. Also, when the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis, the auxiliary yoke 24A may be attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis so that it is positioned in the positive Z-axis direction of the thermoelectric conversion element 23.

例えば、図5に示すように、補助ヨーク24Bは、熱電変換素子23のZ軸負方向に配置されるように、永久磁石21のX軸負方向の端面に取り付けられる。また、熱電変換素子23が永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられる場合、補助ヨーク24Bは、熱電変換素子23のZ軸負方向に配置されるように、永久磁石21のX軸正方向の端面に取り付けられてよい。 For example, as shown in FIG. 5, the auxiliary yoke 24B is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the negative X-axis so as to be positioned in the negative Z-axis direction of the thermoelectric conversion element 23. Also, if the thermoelectric conversion element 23 is attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis, the auxiliary yoke 24B may be attached to the end face of the permanent magnet 21 facing the positive X-axis so as to be positioned in the negative Z-axis direction of the thermoelectric conversion element 23.

補助ヨーク24A,24Bは、漏れ磁束LFの磁路として機能する。そのため、Z軸方向において、補助ヨーク24A,24Bの間に位置する熱電変換素子23に漏れ磁束LFを確実に鎖交させることができる。つまり、補助ヨーク24は、熱電変換素子23に永久磁石21の漏れ磁束LFを誘導することができる。そのため、例えば、補助ヨーク24の材料、大きさ、形状等を適宜設定することによって、熱電変換素子23に効率よく必要な量だけ漏れ磁束LFを鎖交させることができる。 The auxiliary yokes 24A and 24B function as a magnetic path for leakage magnetic flux LF. This ensures that leakage magnetic flux LF can be reliably linked to the thermoelectric conversion element 23 located between the auxiliary yokes 24A and 24B in the Z-axis direction. In other words, the auxiliary yoke 24 can induce leakage magnetic flux LF from the permanent magnet 21 to the thermoelectric conversion element 23. Therefore, for example, by appropriately selecting the material, size, shape, etc. of the auxiliary yoke 24, it is possible to efficiently link only the required amount of leakage magnetic flux LF to the thermoelectric conversion element 23.

[リニアモータの制御システム]
次に、図6を参照して、リニアモータ100の制御システム1について説明する。
[Linear motor control system]
Next, the control system 1 for the linear motor 100 will be described with reference to FIG.

図6に示すように、制御システム1は、リニアモータ100と、電力変換装置200と、制御装置300とを含む。 As shown in FIG. 6, the control system 1 includes a linear motor 100, a power conversion device 200, and a control device 300.

リニアモータ100は、上述の如く、熱電変換素子23を含む。 As described above, the linear motor 100 includes a thermoelectric conversion element 23.

熱電変換素子23の出力(電圧信号)は、所定の通信回線を通じて、制御装置300に取り込まれる。 The output (voltage signal) of the thermoelectric conversion element 23 is input to the control device 300 via a specified communication line.

所定の通信回線は、例えば、一対一の通信線を含む。また、所定の通信回線は、例えば、リニアモータ100及び制御装置300を含む所定の機器に搭載されるローカルネットワーク(LAN:Local Area Network)を含む。また、所定の通信回線は、例えば、リニアモータ100を含む所定の機器が設置される場所(例えば、工場)に構築されるローカルネットワーク(例えば、工場のフィールドネットワーク)を含む。また、所定の通信回線は、例えば、WiFiやブルートゥース(登録商標)等の所定の無線通信規格に基づく近距離通信回線を含む。また、所定の通信回線は、例えば、広域ネットワーク(WAN:Wide Area Network)を含む。広域ネットワークには、例えば、基地局を末端とする移動体通信網、通信衛星を利用する衛星通信網、インターネット網等が含まれる。 The specified communication line includes, for example, a one-to-one communication line. It also includes, for example, a local area network (LAN) installed in specified equipment including the linear motor 100 and the control device 300. It also includes, for example, a local network (for example, a factory field network) established in a location (for example, a factory) where specified equipment including the linear motor 100 is installed. It also includes, for example, a short-range communication line based on a specified wireless communication standard such as Wi-Fi or Bluetooth (registered trademark). It also includes, for example, a wide area network (WAN). Wide area networks include, for example, mobile communication networks terminated at base stations, satellite communication networks using communication satellites, and the Internet.

電力変換装置200は、電源PSから供給される電力を、リニアモータ100を駆動するための電力に変換し、リニアモータ100に出力する。 The power conversion device 200 converts the power supplied from the power supply PS into power for driving the linear motor 100 and outputs it to the linear motor 100.

例えば、図6に示すように、電力変換装置200は、電源PSから供給されるR相、S相、及びT相の三相交流の電力を、所定の電圧及び所定の周波数のU相、V相、及びW相の三相交流の電力に変換する。この場合、電力変換装置200は、電源PSから供給される三相交流の電力を直流電力に変換する整流回路と、整流回路の出力を平滑化する平滑回路と、平滑回路の出力をU相、V相、及びW相の三相交流の電力に変換するインバータ回路とを含んでよい。また、電力変換装置200は、マトリクスコンバータであってもよい。 For example, as shown in FIG. 6, the power conversion device 200 converts three-phase AC power of R, S, and T phases supplied from the power source PS into three-phase AC power of U, V, and W phases at a predetermined voltage and a predetermined frequency. In this case, the power conversion device 200 may include a rectifier circuit that converts the three-phase AC power supplied from the power source PS into DC power, a smoothing circuit that smooths the output of the rectifier circuit, and an inverter circuit that converts the output of the smoothing circuit into three-phase AC power of U, V, and W phases. The power conversion device 200 may also be a matrix converter.

また、電力変換装置200は、電源PSから供給される直流電力を、所定の電圧及び所定の周波数のU相、V相、及びW相の三相交流の電力に変換するインバータ装置であってもよい。 The power conversion device 200 may also be an inverter device that converts DC power supplied from the power source PS into three-phase AC power of U, V, and W phases at a predetermined voltage and frequency.

制御装置300は、電力変換装置200に制御指令を出力し、リニアモータ100を駆動制御する。 The control device 300 outputs control commands to the power conversion device 200 and controls the drive of the linear motor 100.

また、制御装置300は、熱電変換素子23と通信可能に接続され、熱電変換素子23から取り込まれる電圧信号に基づき、永久磁石21の熱減磁の兆候に関する判断を行う。永久磁石21の熱減磁の兆候に関する判断には、永久磁石21の熱減磁の兆候の有無の判断、永久磁石21の熱減磁の兆候の度合い(レベル)の判断等を含む。 The control device 300 is also communicatively connected to the thermoelectric conversion element 23 and determines whether there are signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 based on the voltage signal received from the thermoelectric conversion element 23. Determining whether there are signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 includes determining whether there are signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21, and determining the degree (level) of the signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21.

例えば、制御装置300は、熱電変換素子23の電圧信号が所定の閾値を超えた場合、永久磁石21の熱減磁の兆候があると判断する。所定の閾値は、永久磁石21の材質、形状、及び周囲の軟磁性材料の配置等によって減磁のし易さに違いが生じることから、例えば、リニアモータ100の三次元モデルを利用したコンピュータシミュレーションや実機モデルを利用した実験に基づき決定される。 For example, if the voltage signal of the thermoelectric conversion element 23 exceeds a predetermined threshold, the control device 300 determines that there are signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21. The predetermined threshold is determined, for example, based on computer simulations using a three-dimensional model of the linear motor 100 or experiments using an actual model, since the susceptibility to demagnetization varies depending on the material and shape of the permanent magnet 21 and the arrangement of the surrounding soft magnetic material.

また、複数段階の閾値が設けられ、制御装置300は、熱電変換素子23の電圧信号と、複数段階の閾値との関係に応じて、永久磁石21の熱減磁の兆候の度合いを判断してもよい。具体的には、制御装置300は、熱電変換素子23の電圧信号が、複数段階の閾値のうちの最も小さい閾値を超えると、永久磁石21の熱減磁の兆候が第1のレベルにあると判断してよい。そして、制御装置300は、段階的に閾値を超えるたびに、永久磁石21の熱減磁のレベルを段階的に上げて、最も大きい閾値を超えると、永久磁石21の熱減磁の兆候が最高レベルにあると判断してよい。 In addition, multiple threshold levels may be provided, and the control device 300 may determine the degree of signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 based on the relationship between the voltage signal of the thermoelectric conversion element 23 and the multiple threshold levels. Specifically, when the voltage signal of the thermoelectric conversion element 23 exceeds the smallest of the multiple threshold levels, the control device 300 may determine that the signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 are at a first level. Then, the control device 300 may increase the level of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 in a stepwise manner each time the voltage signal exceeds the threshold level, and when the largest threshold level is exceeded, determine that the signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 are at the highest level.

例えば、制御装置300は、永久磁石21の減磁の兆候があると判断すると、リニアモータ100を停止させる。これにより、永久磁石21の熱減磁の発生を抑制することができる。 For example, if the control device 300 determines that there are signs of demagnetization of the permanent magnet 21, it stops the linear motor 100. This makes it possible to suppress the occurrence of thermal demagnetization of the permanent magnet 21.

また、制御装置300は、永久磁石21の熱減磁の兆候の度合いが第1のレベルにあると判断すると、リニアモータ100の運転の制限を開始する。リニアモータ100の運転の制限は、例えば、リニアモータ100の動作速度の制限や推力の制限である。そして、制御装置300は、永久磁石21の熱減磁の度合い(レベル)が上がるたびに、リニアモータ100の運転の制限の度合いを段階的に高め、永久磁石21の熱減磁の兆候の度合いが最高レベルであると判断すると、リニアモータ100を停止させてよい。一方、制御装置300は、永久磁石21の熱減磁の兆候の度合いが最高レベルに到達する前に、熱電変換素子23の電圧信号が第1の閾値以下に下がると、リニアモータ100の制限を解除してよい。これにより、リニアモータ100の運転を継続させつつ、永久磁石21の熱減磁の発生を抑制することができる。 Furthermore, when the control device 300 determines that the degree of signs of thermal demagnetization of the permanent magnets 21 is at a first level, it begins restricting the operation of the linear motor 100. Restrictions on the operation of the linear motor 100 include, for example, restrictions on the operating speed and thrust of the linear motor 100. The control device 300 then gradually increases the degree of restriction on the operation of the linear motor 100 each time the degree (level) of thermal demagnetization of the permanent magnets 21 increases, and may stop the linear motor 100 when it determines that the degree of signs of thermal demagnetization of the permanent magnets 21 is at the highest level. On the other hand, the control device 300 may release the restriction on the linear motor 100 when the voltage signal of the thermoelectric conversion element 23 falls below the first threshold before the degree of signs of thermal demagnetization of the permanent magnets 21 reaches the highest level. This allows the linear motor 100 to continue operating while suppressing the occurrence of thermal demagnetization of the permanent magnets 21.

[他の実施形態]
上述の実施形態には、適宜変形や変更が加えられてもよい。
Other Embodiments
The above-described embodiment may be modified or changed as appropriate.

例えば、上述の界磁20の第3例の補助ヨーク24は、上述の第2例の界磁20に組み合わせられてもよい。 For example, the auxiliary yoke 24 of the third example of the field magnet 20 described above may be combined with the field magnet 20 of the second example described above.

また、例えば、上述の実施形態やその変形例では、永久磁石21に加えて、永久磁石21の電機子10に対向するZ軸方向の端面の磁極の磁束を相対的に強めるため補助的な永久磁石(以下、「補助磁石」)(第2の永久磁石の一例)が追加されてもよい。つまり、界磁20は、主磁石としての永久磁石21と、補助磁石とによって、ハルバッハ配列の磁気回路構造を有してもよい。この場合、例えば、補助磁石は、着磁方向がX軸方向になるように、X軸方向に並べられる永久磁石21の間に配置される。また、補助磁石は、着磁方向がY軸方向になるように、それぞれの永久磁石21のY軸正方向及びY軸負方向の双方に隣接して配置されてもよい。具体的には、着磁方向が電機子10に向かう永久磁石21に隣接する補助磁石は、着磁方向が永久磁石21に向かうように配置され、着磁方向が電機子10から離れる永久磁石21に隣接する補助磁石は、着磁方向が永久磁石21から離れるように配置される。また、この場合、熱電変換素子23は、永久磁石21の表面のうちの補助磁石が隣接しない表面、例えば、上述の第2例の場合と同様、Y軸方向の端面に取り付けられる。 Furthermore, for example, in the above-described embodiment and its modified examples, in addition to the permanent magnets 21, auxiliary permanent magnets (hereinafter referred to as "auxiliary magnets") (an example of a second permanent magnet) may be added to relatively strengthen the magnetic flux of the magnetic poles of the permanent magnets 21 at their end faces in the Z-axis direction facing the armature 10. That is, the field 20 may have a Halbach array magnetic circuit structure with the permanent magnets 21 as main magnets and the auxiliary magnets. In this case, for example, the auxiliary magnets may be arranged between the permanent magnets 21 aligned in the X-axis direction so that their magnetization direction is in the X-axis direction. Furthermore, the auxiliary magnets may be arranged adjacent to each permanent magnet 21 in both the positive and negative Y-axis directions so that their magnetization direction is in the Y-axis direction. Specifically, the auxiliary magnets adjacent to the permanent magnets 21 whose magnetization direction faces the armature 10 are arranged so that their magnetization direction faces the permanent magnet 21, and the auxiliary magnets adjacent to the permanent magnets 21 whose magnetization direction faces away from the armature 10 are arranged so that their magnetization direction faces away from the permanent magnets 21. In this case, the thermoelectric conversion element 23 is attached to a surface of the permanent magnet 21 that is not adjacent to an auxiliary magnet, for example, the end surface in the Y-axis direction, as in the second example described above.

また、例えば、上述の実施形態やその変形例では、界磁部20A,20Bのうちの何れか一方が省略されてもよい。 Furthermore, for example, in the above-described embodiment and its modified examples, one of the field magnet portions 20A and 20B may be omitted.

また、例えば、上述の実施形態やその変形例では、バックヨーク22が省略されてもよい。 Furthermore, for example, in the above-described embodiment and its modified examples, the back yoke 22 may be omitted.

また、例えば、上述の実施形態やその変形例では、コア11が省略され、電機子10は、コアレス構造を有していてもよい。 Furthermore, for example, in the above-described embodiment and its variations, the core 11 may be omitted, and the armature 10 may have a coreless structure.

また、上述の実施形態やその変形例の構成は、界磁が可動子で電機子が固定子であるリニアモータに採用されてもよい。この場合、図1の可動子としての電機子10の位置に可動子としての界磁が配置され、固定子としての界磁部20A,20Bの位置に固定子としての電機子が配置されてよい。つまり、可動子としての界磁及び固定子としての電機子は、Z軸方向で2つの電機子が1つの界磁を挟み込む形で配置されてよい。 Furthermore, the configurations of the above-described embodiments and their variations may be employed in a linear motor in which the field is the mover and the armature is the stator. In this case, the field as the mover may be disposed at the position of armature 10 as the mover in FIG. 1, and the armature as the stator may be disposed at the position of field magnet portions 20A and 20B as the stator. In other words, the field as the mover and the armature as the stator may be disposed in such a way that two armatures sandwich one field in the Z-axis direction.

また、上述の実施形態やその変形例の構成は、永久磁石で磁界を発生させる界磁、及び電機子を含む回転式のモータ(回転機)に採用されてもよい。この場合、上述の実施形態やその変形例におけるX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、それぞれ、回転式のモータの周方向、軸方向、及び径方向に対応する。 Furthermore, the configurations of the above-described embodiments and their variations may be employed in a rotary motor (rotating machine) that includes a field that generates a magnetic field using permanent magnets, and an armature. In this case, the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction in the above-described embodiments and their variations correspond to the circumferential direction, axial direction, and radial direction of the rotary motor, respectively.

また、上述の実施形態やその変形例では、制御システム1は、制御装置300とは異なる監視装置を含み、監視装置は、熱電変換素子23から取り込まれる電圧信号に応じて、永久磁石21の熱減磁の兆候を監視してもよい。この場合、監視装置は、例えば、熱電変換素子23から取り込まれる電圧信号が所定の閾値を超えた場合、永久磁石21に熱減磁の兆候があると判断し、リニアモータ100の停止を指示する停止信号を制御装置300に送信してよい。また、監視装置は、例えば、複数段階の閾値のうちの何れかの閾値を超えると、対象の閾値に対応するレベルのリニアモータ100の運転の制限を指示する制限信号を制御装置300に送信してよい。また、この場合、監視装置の機能は、リニアモータ100や回転式のモータに組み込まれてもよい。また、この場合、監視装置は、複数のリニアモータ100を永久磁石21の熱減磁に関する監視対象としてもよい。また、この場合、監視装置は、リニアモータ100が利用される機器が設置される場所とは異なる場所に設置されてもよい。例えば、監視装置は、オンプレミスサーバやクラウドサーバ等のサーバ装置であり、遠隔から永久磁石21の熱減磁に関する監視を行う。 In the above-described embodiment and its variations, the control system 1 may include a monitoring device separate from the control device 300, and the monitoring device may monitor for signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 in response to a voltage signal received from the thermoelectric conversion element 23. In this case, for example, if the voltage signal received from the thermoelectric conversion element 23 exceeds a predetermined threshold, the monitoring device may determine that the permanent magnet 21 is showing signs of thermal demagnetization and send a stop signal to the control device 300 instructing it to stop the linear motor 100. Furthermore, if the voltage signal received from the thermoelectric conversion element 23 exceeds one of multiple thresholds, the monitoring device may send a restriction signal to the control device 300 instructing it to restrict operation of the linear motor 100 at a level corresponding to the threshold. In this case, the monitoring device's functionality may be incorporated into the linear motor 100 or a rotary motor. In this case, the monitoring device may monitor multiple linear motors 100 for thermal demagnetization of the permanent magnet 21. In this case, the monitoring device may be installed in a location separate from the location where the equipment using the linear motor 100 is installed. For example, the monitoring device is a server device such as an on-premise server or cloud server, and remotely monitors the thermal demagnetization of the permanent magnet 21.

[作用]
次に、本実施形態に係るリニアモータ100(界磁20)及び制御システム1の作用について説明する。
[Effect]
Next, the operation of the linear motor 100 (field 20) and the control system 1 according to this embodiment will be described.

例えば、永久磁石21の過熱による熱減磁を抑制するように磁気回路の設計に工夫が施される場合がある。また、例えば、永久磁石21の表面に温度センサを貼付して永久磁石21の温度をモニタリングすることで永久磁石21の熱減磁の兆候を検知することも可能である。また、例えば、コイル12に熱電変換素子を熱的に接触させて発電を行わせることで、コイル12の発熱を抑制することにより、永久磁石21の過熱による熱減磁を抑制することも可能である。 For example, the magnetic circuit may be designed to suppress thermal demagnetization due to overheating of the permanent magnet 21. It is also possible to detect signs of thermal demagnetization of the permanent magnet 21 by, for example, attaching a temperature sensor to the surface of the permanent magnet 21 to monitor the temperature of the permanent magnet 21. It is also possible to suppress thermal demagnetization of the permanent magnet 21 due to overheating by, for example, suppressing heat generation in the coil 12 by placing a thermoelectric conversion element in thermal contact with the coil 12 to generate electricity.

しかしながら、磁気回路がどれだけ適切に設計されても、想定しないような過大な過電流がコイル12に流れると、永久磁石21の温度が急激に上昇し永久磁石21が熱減磁に至る可能性がある。また、永久磁石21の一部の箇所で温度が急上昇する場合、永久磁石21の表面の温度センサでは、温度上昇を素早く検知することができない可能性があり、その結果、対応が遅れて永久磁石21が熱減磁に至る可能性がある。また、コイル12の熱で熱電変換素子に発電を行わせてコイル12の冷却を図っても、想定しないような過大な過電流がコイル12に流れると、熱電変換素子の発電による冷却効果では素早く対応できず、その結果、永久磁石21の温度が減磁を引き起こす程度まで上昇してしまう可能性がある。 However, no matter how appropriately the magnetic circuit is designed, if an unexpected, excessive current flows through the coil 12, the temperature of the permanent magnet 21 may rise suddenly, potentially leading to thermal demagnetization of the permanent magnet 21. Furthermore, if the temperature of a certain part of the permanent magnet 21 rises suddenly, the temperature sensor on the surface of the permanent magnet 21 may not be able to detect the temperature rise quickly, which could result in a delayed response and lead to thermal demagnetization of the permanent magnet 21. Furthermore, even if an attempt is made to cool the coil 12 by using the heat of the coil 12 to generate electricity in the thermoelectric conversion element, if an unexpected, excessive current flows through the coil 12, the cooling effect of the power generation by the thermoelectric conversion element cannot respond quickly enough, and as a result, the temperature of the permanent magnet 21 may rise to a level that causes demagnetization.

これに対して、本実施形態では、界磁20は、永久磁石21と、熱電変換素子23と、を備える。具体的には、永久磁石21は、電機子10に対する磁界を発生させる。そして、熱電変換素子23は、永久磁石21に取り付けられる。 In contrast, in this embodiment, the field magnet 20 includes a permanent magnet 21 and a thermoelectric conversion element 23. Specifically, the permanent magnet 21 generates a magnetic field for the armature 10. The thermoelectric conversion element 23 is attached to the permanent magnet 21.

これにより、熱電変換素子23は、永久磁石21からの熱流に応じて電気信号を出力することができる。そのため、熱電変換素子23の出力に応じて、永久磁石21の熱減磁に至るような温度上昇の予兆を素早く検知し、例えば、リニアモータ100を停止させる等、永久磁石21の熱減磁を抑制するための対応を図ることができる。よって、界磁20の永久磁石21の熱減磁をより適切に抑制することができる。 This allows the thermoelectric conversion element 23 to output an electrical signal in response to the heat flow from the permanent magnet 21. Therefore, signs of a temperature rise that could lead to thermal demagnetization of the permanent magnet 21 can be quickly detected in response to the output of the thermoelectric conversion element 23, and measures can be taken to suppress thermal demagnetization of the permanent magnet 21, such as stopping the linear motor 100. This makes it possible to more appropriately suppress thermal demagnetization of the permanent magnet 21 of the field 20.

また、本実施形態では、熱電変換素子23は、永久磁石21の磁極面とは異なる表面に設けられてもよい。 In addition, in this embodiment, the thermoelectric conversion element 23 may be provided on a surface other than the magnetic pole surface of the permanent magnet 21.

これにより、熱電変換素子23によって永久磁石21の磁束に影響が生じるような事態を抑制することができる。また、例えば、永久磁石21からの熱流の方向と、磁束の方向とが略同じ方向となって、熱流の方向と磁化方向とが直交する前提の磁気熱電効果を有する熱電変換素子23による熱電変換機能が妨げられてしまうような事態を抑制することができる。 This prevents the thermoelectric conversion element 23 from affecting the magnetic flux of the permanent magnet 21. It also prevents a situation in which, for example, the direction of heat flow from the permanent magnet 21 and the direction of magnetic flux are roughly the same, thereby hindering the thermoelectric conversion function of the thermoelectric conversion element 23, which has a magnetothermoelectric effect based on the premise that the direction of heat flow and the magnetization direction are perpendicular to each other.

また、本実施形態では、界磁20は、永久磁石21と隣接し、永久磁石21の電機子10と対向する磁極の磁束を高める補助磁石を備えてもよい。そして、熱電変換素子23は、永久磁石21の補助磁石と隣接する面とは異なる表面に設けられてもよい。 In addition, in this embodiment, the field magnet 20 may be provided with an auxiliary magnet adjacent to the permanent magnet 21, which increases the magnetic flux of the magnetic pole of the permanent magnet 21 that faces the armature 10. The thermoelectric conversion element 23 may be provided on a surface of the permanent magnet 21 that is different from the surface adjacent to the auxiliary magnet.

これにより、永久磁石21及び補助磁石によりハルバッハ配列の磁気回路構造を実現しつつ、熱電変換素子23を永久磁石21に取り付けることができる。 This allows the thermoelectric conversion element 23 to be attached to the permanent magnet 21 while realizing a Halbach array magnetic circuit structure using the permanent magnet 21 and auxiliary magnet.

また、本実施形態では、熱電変換素子23は、磁気熱電効果によって電圧信号を発生させる磁気熱電変換素子であってもよい。磁気熱電効果は、例えば、異常ネルンスト効果或いはスピンゼーベック効果である。 In addition, in this embodiment, the thermoelectric conversion element 23 may be a magneto-thermoelectric conversion element that generates a voltage signal by the magneto-thermoelectric effect. The magneto-thermoelectric effect is, for example, the anomalous Nernst effect or the spin Seebeck effect.

これにより、熱電変換素子23は、永久磁石21からの熱流に応じて相対的に大きな応答信号(電圧信号)を発生させることができる。そのため、熱電変換素子23の電圧信号に応じて永久磁石21の熱減磁に至るような温度上昇の兆候を素早く検知することができる。また、磁気熱電効果によれば、熱流の方向と直交する方向に電圧信号を発生させることができることから、熱電変換素子23の小型化及び簡素化を図ることができる。 This allows the thermoelectric conversion element 23 to generate a relatively large response signal (voltage signal) in response to the heat flow from the permanent magnet 21. Therefore, signs of a temperature rise that could lead to thermal demagnetization of the permanent magnet 21 can be quickly detected in response to the voltage signal from the thermoelectric conversion element 23. Furthermore, because the magneto-thermoelectric effect allows a voltage signal to be generated in a direction perpendicular to the direction of the heat flow, the thermoelectric conversion element 23 can be made smaller and simpler.

また、本実施形態では、界磁20は、熱電変換素子23に対して永久磁石21の漏れ磁束を誘導する補助ヨーク24を備えてもよい。 In addition, in this embodiment, the field magnet 20 may be provided with an auxiliary yoke 24 that guides leakage magnetic flux from the permanent magnet 21 to the thermoelectric conversion element 23.

これにより、熱電変換素子23に対して永久磁石21の漏れ磁束を効率的に鎖交させることができる。そのため、例えば、熱電変換素子23の磁化方向と略同じ方向の永久磁石21の漏れ磁束を熱電変換素子23に常時鎖交させることで、外乱等による熱電変換素子23の減磁に伴う永久磁石21の温度上昇の検知性能の低下を抑制することができる。 This allows the leakage magnetic flux of the permanent magnet 21 to be efficiently linked to the thermoelectric conversion element 23. Therefore, for example, by constantly linking the leakage magnetic flux of the permanent magnet 21, which is in approximately the same direction as the magnetization direction of the thermoelectric conversion element 23, to the thermoelectric conversion element 23, it is possible to suppress a decrease in the ability to detect temperature increases in the permanent magnet 21 due to demagnetization of the thermoelectric conversion element 23 caused by external disturbances, etc.

また、本実施形態では、制御システム1は、界磁20と、電機子10とを含む回転機或いはリニアモータ100と、熱電変換素子23の出力に基づき、回転機或いはリニアモータ100を制御する制御装置300と、を備える。 In addition, in this embodiment, the control system 1 includes a rotating machine or linear motor 100 including a field magnet 20 and an armature 10, and a control device 300 that controls the rotating machine or linear motor 100 based on the output of the thermoelectric conversion element 23.

これにより、制御装置300は、熱電変換素子23の出力に基づき、永久磁石21の熱減磁に至るような温度上昇の兆候を素早く認識することができる。そのため、制御装置300は、永久磁石21の熱減磁に至るような温度上昇の兆候に応じて、回転機やリニアモータ100を停止させる等の制御を行うことで、永久磁石21の熱減磁をより適切に抑制することができる。 This allows the control device 300 to quickly recognize signs of a temperature rise that could lead to thermal demagnetization of the permanent magnet 21 based on the output of the thermoelectric conversion element 23. Therefore, the control device 300 can more appropriately suppress thermal demagnetization of the permanent magnet 21 by performing control such as stopping the rotating machine or linear motor 100 in response to signs of a temperature rise that could lead to thermal demagnetization of the permanent magnet 21.

以上、実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the present disclosure is not limited to such specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the gist described in the claims.

1 制御システム
10 電機子
11 コア
12 コイル
13 保持部
20 界磁
20A 界磁部
20B 界磁部
21 永久磁石
22 バックヨーク
23 熱電変換素子
24 補助ヨーク
24A 補助ヨーク
24B 補助ヨーク
100 リニアモータ
200 電力変換装置
300 制御装置
AG 空隙
HF 熱流
LF 磁束
MD 磁化方向
MF 主磁束
PS 電源
REFERENCE SIGNS LIST 1 Control system 10 Armature 11 Core 12 Coil 13 Holding section 20 Field magnet 20A Field magnet section 20B Field magnet section 21 Permanent magnet 22 Back yoke 23 Thermoelectric conversion element 24 Auxiliary yoke 24A Auxiliary yoke 24B Auxiliary yoke 100 Linear motor 200 Power conversion device 300 Control device AG Air gap HF Heat flow LF Magnetic flux MD Magnetization direction MF Main magnetic flux PS Power supply

Claims (8)

電機子に対する磁界を発生させる第1の永久磁石と、
前記第1の永久磁石と隣接し、前記第1の永久磁石の前記電機子と対向する磁極の磁束を高める第2の永久磁石と、
前記第1の永久磁石に取り付けられる熱電変換素子と、を備え
前記熱電変換素子は、前記第1の永久磁石の前記第2の永久磁石と隣接する面とは異なる表面に設けられる、
永久磁石界磁。
a first permanent magnet that generates a magnetic field relative to the armature;
a second permanent magnet adjacent to the first permanent magnet and enhancing the magnetic flux of the magnetic pole of the first permanent magnet facing the armature;
a thermoelectric conversion element attached to the first permanent magnet ,
the thermoelectric conversion element is provided on a surface of the first permanent magnet different from a surface adjacent to the second permanent magnet ;
Permanent magnet field.
前記熱電変換素子は、前記第1の永久磁石の磁極面とは異なる表面に設けられる、
請求項1に記載の永久磁石界磁。
the thermoelectric conversion element is provided on a surface different from a magnetic pole surface of the first permanent magnet;
10. The permanent magnet field of claim 1.
前記熱電変換素子は、磁気熱電効果によって電圧信号を発生させる磁気熱電変換素子である、
請求項1又は2に記載の永久磁石界磁。
The thermoelectric conversion element is a magneto-thermoelectric conversion element that generates a voltage signal by a magneto-thermoelectric effect.
3. A permanent magnet field according to claim 1 or 2 .
前記磁気熱電効果は、異常ネルンスト効果又はスピンゼーベック効果である、
請求項に記載の永久磁石界磁。
The magneto-thermoelectric effect is the anomalous Nernst effect or the spin Seebeck effect.
4. The permanent magnet field of claim 3 .
前記熱電変換素子に対して前記第1の永久磁石の漏れ磁束を誘導するヨーク部を備える、
請求項又はに記載の永久磁石界磁。
a yoke portion that guides leakage magnetic flux of the first permanent magnet to the thermoelectric conversion element,
5. A permanent magnet field according to claim 3 or 4 .
請求項1乃至の何れか一項に記載の永久磁石界磁と、
前記電機子と、を備える、
回転機。
A permanent magnet field according to any one of claims 1 to 5 ;
the armature,
Rotating machine.
請求項1乃至の何れか一項に記載の永久磁石界磁と、
前記電機子と、を備える、
リニアモータ。
A permanent magnet field according to any one of claims 1 to 5 ;
the armature,
Linear motor.
請求項1乃至の何れか一項に記載の永久磁石界磁と、前記電機子とを含む回転機又はリニアモータと、
前記熱電変換素子の出力に基づき、前記回転機又は前記リニアモータを制御する制御装置と、を備える、
制御システム。
a rotating machine or a linear motor including the permanent magnet field according to any one of claims 1 to 5 and the armature;
a control device that controls the rotating machine or the linear motor based on the output of the thermoelectric conversion element,
Control system.
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