JP7811278B2 - 複数の磁石型を備える磁気回路 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年３月２２日出願された「ＭＡＧＮＥＴＩＣ ＣＩＲＣＵＩＴ ＷＩＴＨ ＭＯＲＥ ＴＨＡＮ ＯＮＥ ＭＡＧＮＥＴ ＴＹＰＥ」と題する米国非仮特許出願第１７／７０１，０４７号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。

技術分野
本開示は、磁気回路の分野、特に磁気回路に使用される永久磁石に関する。

関連技術の説明
永久磁石は、電気的及び電気機械的用途に広く使用されている。例えば、永久磁石は磁場を提供するために使用することができ、この磁場は通電導体と相互作用することができる。この相互作用により、導体及び磁石アセンブリに機械的な力を発生させることができ、この力は、例えばモータなどの様々な用途に利用することができる。

いくつかの態様では、本明細書に記載の技術は、装置に関し、当該装置は、第１の残留磁化値及び第１の保磁力値を有する第１の磁石であって、第１の磁石の磁化方向に対して実質的に垂直な第１の断面積を有する第１の磁石と、第１の磁石と直列に配置された第２の磁石であって、第２の残留磁化値と、第１の保磁力値よりも小さい第２の保磁力値とを有し、第２の磁石の磁化方向に対して実質的に垂直な第２の断面積を有する第２の磁石とを含む。第２の断面積に対する第１の断面積の比は、第１の残留磁化値に対する第２の残留磁化値の比に等しいか、又はそれよりも大きい。

いくつかの態様では、第２の磁石は、第１の磁石の磁化方向の経路に配置される。いくつかの態様では、第２の残留磁化値は第１の残留磁化値よりも大きい。いくつかの態様では、第２の磁石に関連する磁化（ＢＨ）曲線の第２象限に位置する第２の磁石の動作点は、第１の断面積が第２の断面積に等しい構成の場合の磁束密度値よりも大きい磁束密度値にある。

いくつかの態様では、第１の磁石は、第１の磁石の磁化方向に垂直な一定でない断面積を有する形状を有し、第１の断面積は、一定でない断面積のうち最小の断面積に等しい。いくつかの態様では、第２の磁石は、第２の磁石の磁化方向に垂直な一定でない断面積を有する形状を有し、第２の断面積は、一定でない断面積のうち最大の断面積に等しい。

いくつかの態様では、第１の磁石は、第１の磁石の厚さによって分離された第１の湾曲面と第２の湾曲面とによって画定された第１の湾曲形状を有し、第１の磁石の磁化方向は第１の湾曲形状の１つの半径に平行であり、第１の断面積は第１の磁石の磁化方向に垂直な第１の平面の面積を含む。いくつかの態様において、第１の磁石の磁化方向に垂直な第１の面は、第１の磁石の磁化方向に垂直な平面の集合の中で最小の面積を有する。

いくつかの態様では、第１の磁石は、第１の磁石の厚さによって分離された第１の湾曲面と第２の湾曲面とによって画定された第１の湾曲形状を有し、第１の磁石の磁化方向は、第１の湾曲形状の半径に沿って延びる複数の方向を有し、第１の断面積は、複数の方向に垂直な湾曲面の面積を含む。いくつかの態様では、複数の方向に垂直な湾曲面は、複数の方向に垂直な湾曲面の集合の中で最小の面積を有する湾曲面である。

いくつかの態様では、第２の磁石は、第２の磁石の厚さによって分離された第３の湾曲面と第４の湾曲面とによって画定された第２の湾曲形状を有し、第２の磁石の磁化方向は、第２の湾曲形状の１つの半径に平行であり、第２の断面積は、第２の磁石の磁化方向に垂直な第２の平面の面積を含む。

いくつかの態様では、第２の磁石の磁化方向に垂直な第２の平面は、第２の磁石の磁化方向に垂直な平面の集合の中で最大の面積を有する。いくつかの態様では、第２の磁石は、第２の磁石の厚さによって分離された第３の湾曲面と第４の湾曲面とによって画定された第２の湾曲形状を有し、第２の磁石の磁化方向は、第２の湾曲形状の半径に沿って延びる複数の方向を有し、第２の断面積は、複数の方向に垂直な湾曲面の面積を含む。いくつかの態様では、複数の方向に垂直な湾曲面は、複数の方向に垂直な湾曲面の集合の中で最大の面積を有する湾曲面である。

いくつかの態様では、第１の磁石と第２の磁石とは、スペーサによって分離されている。いくつかの態様では、スペーサは、強磁性材料を含む。いくつかの態様において、スペーサは、第１の断面積及び第２の断面積のうちの大きい方と少なくとも同等の断面積を有する。いくつかの態様では、スペーサの厚さは、３ｍｍ以下である。いくつかの態様では、装置は、ステータ及び当該ステータからエアギャップによって分離されたロータとを含む電気機械をさらに含み、第１の磁石及び第２の磁石は、ステータ又はロータの一方のみに直列に配置されている。いくつかの態様では、第１の磁石は、第２の磁石よりもエアギャップに近い位置に配置される。いくつかの態様では、電気機械は、複数の極を含み、複数の極の少なくとも１つの極は第１の磁石及び第２の磁石を含む。

いくつかの態様では、第１の磁石は、ネオジム－鉄－ホウ素型である。いくつかの態様では、第１の磁石は、サマリウム－コバルト型である。いくつかの態様では、第２の磁石は、窒化鉄型の少なくとも１つを含む。

図１Ａ及び図１Ｂは、直列に接続された２つの磁石を含む磁気装置の例を示す図である。

図２Ａ及び図２Ｂは、直列に接続された２つの磁石の磁化特性（Ｂ－Ｈ曲線としても知られる）を表す例示的なグラフを描く図である。

図３Ａ～３Ｄは、直列に配置された少なくとも２つの磁石を示す磁石配置のさまざまな例を示す図である。 図３Ｅ～３Ｆは、直列に配置された少なくとも２つの磁石を示す磁石配置のさまざまな例を示す図である。

図３Ｇ～３Ｈは、直列ではないと考えられる磁石の配置の例を示す図である。

図４Ａ～４Ｃは、さまざまな形状及び磁化方向の向きを有する磁石の断面積の決定を示す図である。 図４Ｄ～４Ｅは、さまざまな形状及び磁化方向の向きを有する磁石の断面積の決定を示す図である。

図５は、永久磁石モータの断面の一部（１極）を示す図である。

さまざまな図面における同様の参照番号及び名称は、同様の要素を示す。

詳細な説明
上記で提示され、以下でさらに詳細に説明される様々な概念は、説明される概念が特定の実装方法に限定されないため、多数の態様のいずれかで実装され得る。具体的な実装例及び応用例は、主として説明のために提供される。

本開示を読めば当業者には明らかなように、本明細書で説明及び図示される個々の実施形態のそれぞれは、個別の構成要素及び特徴を有しており、これらは本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、他のいくつかの実施形態のいずれかの特徴から容易に分離又は他のいくつかの実施形態のいずれかの特徴と容易に組み合わされ得る。

記載された方法はいずれも、記載された事象の順序で、又は論理的に可能な他の順序で実施することができる。すなわち、別段の明示的な記載がない限り、本明細書に記載される方法又は態様が、そのステップが特定の順序で実行されることを要求するものと解釈されることは意図されていない。したがって、方法の請求項が、特許請求の範囲又は説明において、ステップが特定の順序に限定されることを具体的に述べていない場合、いかなる点においても、順序が推論されることは意図されていない。このことは、ステップの配置や操作の流れに関する論理的な事項、文法的な構成や句読点から導かれる平易な意味、明細書に記載された態様の数や種類など、いかなる非明示的な解釈基準についても適用される。

本明細書で言及される全ての刊行物は、その刊行物が引用される方法及び／又は材料に関連して、それらを開示及び記載するために、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書で論じる刊行物は、本出願の出願日前の開示のためにのみ提供される。本明細書のいかなる内容も、本発明が先行発明によりかかる刊行物に先行する権利を有しないことを認めるものとして解釈されるものではない。さらに、本明細書で提供される公開日は、実際の公開日と異なる場合があり、独立した確認が必要となる場合がある。

本開示の態様は、システムという法定クラスなど、特定の法定クラスで説明され、特許請求され得るが、これは便宜上であり、当業者であれば、本開示の各態様は、任意の法定クラスで説明され、特許請求され得ることを理解するであろう。

また、本明細書で使用される用語は、特定の態様を説明する目的のみのためのものであり、限定することを意図するものではないことを理解されたい。他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、開示される組成物及び方法が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書で定義されるような用語は、本明細書及び関連技術の文脈における意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書で明示的に定義されない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味で解釈されるべきではないことが理解されるであろう。

比、濃度、量、及び他の数値データは、本明細書では範囲形式で表すことができることに留意すべきである。各範囲の端点は、他方の端点に関して重要であり、そして、他方の端点とは独立して重要であることがさらに理解されるであろう。また、本明細書で開示される値は多数あり、各値は、本明細書では、値そのものに加えて、「約」その特定の値としても開示されることが理解される。例えば、値「１０」が開示されている場合、「約１０」も開示されている。範囲は、本明細書において、「約」ある特定の値のから、及び／又は「約」別の特定の値までとして表され得る。同様に、先行詞「約」の使用により値が近似値として表現される場合、特定の値がさらなる態様を形成することが理解される。例えば、「約１０」という値が開示される場合、「１０」も開示される。

範囲が表現される場合、さらなる態様は、一方の特定の値から及び／又は他方の特定の値までを含む。例えば、指定された範囲が一方又は両方の限界値を含む場合、その限界値のいずれか又は両方を除外する範囲も本開示に含まれ、例えば、「ｘ～ｙ」という表現は、「ｘ」～「ｙ」までの範囲だけでなく、「ｘ」より大きく、「ｙ」未満の範囲も含む。また、範囲は、上限値、例えば「約ｘ、ｙ、ｚ、又はそれ未満」として表現することもでき、「約ｘ」、「約ｙ」、及び「約ｚ」の特定の範囲と、「ｘ未満」、「ｙ未満」、及び「ｚ未満」の範囲とを含むものと解釈されるべきである。同様に、「約ｘ、ｙ、ｚ、又はそれよりも大きい」という句は、「約ｘ」、「約ｙ」、「約ｚ」の特定の範囲と、「ｘより大きい」、「ｙより大きい」、「ｚより大きい」範囲とを含むものと解釈すべきである。さらに、句「約『ｘ』～『ｙ』」は、「ｘ」と「ｙ」が数値である場合、「約『ｘ』～約『ｙ』」を含む。

このような範囲形式は、利便性及び簡潔性のために使用されるため、範囲の限界値として明示的に記載された数値を含むだけでなく、各数値及び部分範囲が明示的に記載されているかのように、その範囲内に包含されるすべての個々の数値又は部分範囲も含むように柔軟に解釈されるべきであることを理解されたい。例示のためであるが、「約０．１％～約５％」という数値範囲は、約０．１％～約５％という明示的な数値だけでなく、個々の数値（例えば、約１％、約２％、約３％、約４％）や部分範囲（例えば、約０．５％～約１．１％、約５％～約２．４％、約０．５％～約３．２％、約０．５％～約４．４％、及びその他の可能な部分範囲）も含むように解釈されるべきである。

本明細書で使用される場合、「約（ａｂｏｕｔ）」、「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ）」、「～で又は約（ａｔ ｏｒ ａｂｏｕｔ）」、及び「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、問題の量又は値が、正確な値、又は特許請求の範囲に記載されるか、本明細書で教示されるような同等の結果又は効果を提供する値であってもよいことを意味する。すなわち、量、サイズ、配合、パラメータ、及び他の量及び特性は、正確ではなく、かつ正確である必要はないが、公差、換算係数、丸め、測定誤差及び同様のもの、並びに同等の結果又は効果が得られるような当業者に公知の他の要因を反映して、所望に応じて、近似値及び／又はより大きいか若しくはより小さくてもよいことが理解される。状況によっては、同等の結果又は効果をもたらす値を合理的に決定できない。そのような場合、本明細書で使用される場合、一般に、「約（ａｂｏｕｔ）」及び「～で又は約（ａｔ ｏｒ ａｂｏｕｔ）」は、別段の指示又は推論がない限り、表示された公称値±１０％の変動を意味すると理解される。一般に、量、サイズ、配合、パラメータ、又は他の量もしくは特性は、そのように明示的に記載されているか否かにかかわらず、「約（ａｂｏｕｔ）」、「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ）」、又は「～で又は約（ａｔ ｏｒ ａｂｏｕｔ）」である。定量値の前に「約（ａｂｏｕｔ）」、「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ）」、又は「その値又は近傍の（ａｔ ｏｒ ａｂｏｕｔ）」が使用される場合、特に別段の記載がない限り、パラメータには特定の定量値自体も含まれることが理解される。

本開示の様々な態様を説明する前に、以下の定義が提供され、特に指示がない限り使用されるべきである。追加の用語は、本開示の他の箇所で定義され得る。

本明細書で使用される場合、「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及される記載された特徴、整数、ステップ、又は構成要素の存在を特定すると解釈されるが、１つ又は複数の特徴、整数、ステップ、又は構成要素、又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。さらに、「によって（ｂｙ）」、「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「から構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ ｏｆ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「を含む（ｉｎｃｌｕｄｅｄ）」、「を伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「を伴う（ｉｎｖｏｌｖｅｓ）」、「を伴う（ｉｎｖｏｌｖｅｄ）」及び「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」という各用語は、それらの開放された非限定的な意味で使用され、交換可能に使用され得る。さらに、用語「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、用語「本質的に～から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」及び「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）によって包含される例及び態様を含むことが意図される。同様に、「本質的に～からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」という用語は、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」という用語に包含される例を含むことが意図される。

本明細書で使用される場合、「及び／又は」という用語は、関連するリスト項目の１つ又は複数のあらゆる組み合わせを含む。「のうち少なくとも１つ」などの表現は、要素のリストに先行する場合、要素のリスト全体を修飾し、リストの個々の要素を修飾しない。

本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈から明らかにそうでないことが指示されない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、（１つの）「陽子ビームデグレーダ（ａ ｐｒｏｔｏｎ ｂｅａｍ ｄｅｇｒａｄｅｒ）」、（１つの）「デグレーダ箔（ａ ｄｅｇｒａｄｅｒ ｆｏｉｌ）」、又は（１つの）「導管（ａ ｃｏｎｄｕｉｔ）」への言及は、２つ以上のそのような陽子ビームデグレーダ、デグレーダ箔、又は導管などを含むが、これらに限定されない。

上記で提示され、以下でさらに詳細に説明されるさまざまな概念は、説明される概念が特定の実装の方法に限定されないため、多数の態様のいずれかで実装され得る。具体的な実施例及び応用例は、主として説明のために提供される。

本明細書で使用される場合、「任意選択的な（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意選択的に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」という用語は、その後に説明される事象若しくは状況が発生し得るか、又は発生し得ないことを意味し、その説明には、当該事象又は状況が発生する例及び発生しない例が含まれることを意味する。

永久磁石は、例えば、電気モータ、電気発電機、電気アクチュエータなどの様々な装置で一般的に利用されており、永久磁石は、通電導体又は運動中の導体と相互作用する磁場を提供する。永久磁石は、残留磁化（Ｂ_ｒ）と保磁力（Ｈ_ｃ）によって部分的に特徴付けられる。永久磁石の残留磁化は、一般に、外部磁場がない場合の磁石の磁化を指す。残留磁化は、外部磁場（Ｈ）がゼロのときの磁束密度（Ｂ_ｒ）として測定できる。永久磁石の保磁力（Ｈ_ｃ）は、一般に、永久磁石が減磁することなく耐えられる外部磁場の大きさを指す。保磁力は、磁束密度がゼロになったときの外部磁場の大きさとして測定することができる。永久磁石は高い残留磁化と高い保磁力を持つことが望ましい。例えば、永久磁石をモータなどの電気機械に使用する場合、永久磁石は他の磁石や通電導体から発生する磁場に遭遇する可能性がある。これらの磁場は、永久磁石を永久的に減磁するのに十分な大きさを有し得る。減磁した永久磁石は交換する必要があり、電気機械の運転コストが増加する。

減磁のリスクを低減する手法の１つとして、高保磁力と高残留磁化を併せ持つ永久磁石を採用することが挙げられる。しかし、高保磁力と高残留磁化を併せ持つ永久磁石の多くは高価であり、電気機械のコストを増大させる。しかし、比較的安価で、保磁力は低いが高い残留磁化を示す磁石を採用する例もある。このような磁石を使用するとコストは下がるが、保磁力が低いため減磁のリスクが高まる。別の手法では、電気機械で発生する減磁磁場の大きさを小さくすることができる。ほとんどの場合、通電導体を流れる電流を制限することで当該大きさを制限することができる。しかしながら、電流を制限すると、電気機械が発生するトルクもまた制限される可能性がある。すなわち、一方では減磁磁場の大きさを制限することで永久磁石を減磁するリスクを減らすことができるが、他方では通電導体を流れる電流を制限することで電気機械が発生するトルクを制限することになる。電気機械からできるだけ多くのトルクを引き出すことが望ましいため、発生トルクの制限は望ましくない場合がある。

本明細書で詳細に説明するように、トルクの発生を減少させることなく減磁のリスクを低減し、高残留磁化及び高保磁力の永久磁石に関連するコストを低減するための手法の１つは、複数の永久磁石を直列で利用することである。具体的には、高保磁力を持つ第１の磁石が、第１の磁石の保磁力値よりも小さい保磁力値を持つ第２の磁石と直列に配置される。直列に配置されることに加え、第１の磁石と第２の磁石の寸法は、第２の磁石の磁束密度が、第１の磁石を直列に配置しない場合よりも、第１の磁石を直列に配置した場合の方が高くなるように選択される詳細は後述するが、このように第２の磁石の磁束密度を高めることで、第２の磁石の動作点をシフトさせ、第２の磁石の減磁のリスクを低減しながら反対磁場を増大させることができる。反対磁場の増加は、通電導体でより大きな電流を使用する能力に変換され、より大きなトルクを生み出すことになる。

図１Ａは、直列に配置された２つの磁石を含む例示的な第１の磁気装置１００を示す。具体的には、図１Ａは、第２の磁石１０４と直列に配置された第１の磁石１０２を含む第１の磁気装置１００を示す。第１の磁石１０２は、第１の残留磁化値Ｂ_ｒ１及び第１の保磁力値Ｈ_ｃ１を有し、第２の磁石１０４は、第２の残留磁化値Ｂ_ｒ２及び第２の保磁力値Ｈ_ｃ２を有する。第１の磁気装置１００では、第２の保磁力値Ｈ_ｃ２は第１の保磁力値Ｈ_ｃ１よりも小さい。また、第１の磁石１０２は第１の断面積Ｓ_１を有し、第２の磁石１０４は第２の断面積Ｓ_２を有する。

図１Ｂは、スペーサによって分離された直列の２つの磁石を含む例示的な第２の磁気装置２００を示す。具体的には、第２の磁気装置２００は、スペーサ２０２によって分離された第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４を含む。いくつかの例では、スペーサ２０２は強磁性体である。いくつかの例では、スペーサ２０２は、例えば、鉄、鋼、コバルト、ニッケル、ネオジムなどの強磁性材料を含むことができる。スペーサ２０２は、第１の磁石１０２の有効断面積と第２の磁石１０４の有効断面積のうち少なくとも大きい方の断面積と同等の断面積を有することができる。例えば、図１Ｂに示すように、スペーサ２０２の断面積は、第１の磁石１０２の有効断面積Ｓ_１と少なくとも同等の大きさであり、断面積Ｓ_１は第２の磁石１０４の断面積Ｓ_２よりも大きい。いくつかの例では、スペーサ２０２は、スペーサ２０２の周縁が第１の磁石１０２の周縁と一致するか、又はそれを超えて延びるように配置され得る。図１Ｂに示す例では、スペーサ２０２の周縁は第１の磁石１０２（又は表面積の大きい方の磁石）の周縁と一致しているが、他の例では、外周は第１の磁石１０２（又は表面積の大きい方の磁石）の周縁を越えて延び得る。スペーサ２０２、特に強磁性スペーサの存在は、磁束が磁石の一方（例えば、第２の磁石）を離れる際に、他方の磁石（同じ例では、第１の磁石）に入る前に磁束を再配向するのを助ける。このような磁束の再配向により、２つの磁石の全体の体積をより十分に利用することが可能になる。したがって、スペーサ２０２が両方の磁石よりも幅が広いか、少なくとも２つの磁石のうち幅が広い方と同等の幅であれば（図１Ｂに示す例）、最適な効果が得られる。典型的な強磁性材料（例えば、鋼）の透磁率は、空気及び典型的な磁石材料の透磁率の両方よりも桁違いに大きいため、スペーサ２０２を厚くする必要はない。実際のところ、スペーサの厚さを決定する際の主な制約は、磁気的な理由ではなく、機械的な性質や製造上の便宜の問題である場合がある。

いくつかの例では、スペーサは、スペーサ２０２の表面と隣接する磁石との間に意図的なエアギャップが存在しないような形状及び寸法を有することができる。例えば、第１の磁石１０２に隣接するスペーサ２０２の表面は、スペーサに面する第１の磁石１０２の表面の形状に適合する形状を有することができる。同様に、第２の磁石１０４に隣接するスペーサ２０２の表面は、スペーサ２０２に面する第２の磁石１０４の表面の形状に適合する形状を有することができる。いくつかの例では、スペーサの厚さは、１ｍｍ～５ｍｍの間の値を有するか、又は３ｍｍであり得る。

後述する相対寸法を有する第１の磁石１０２と第２の磁石１０４の直列の組み合わせは、当該組合せが減磁のリスクをより低くすることを可能にする。具体的には、そのような直列の組み合わせは、保磁力の低い磁石の動作点をシフトさせ、その磁石の減磁のリスクを低減させる。図２Ａ及び図２Ｂは、直列に配置された２つの磁石のＢ－Ｈ特性を表す例示的なグラフを示す。図２Ａ及び図２Ｂの両方に同じＢ－Ｈ曲線が示されているが、これは第１と第２の磁石に同じ磁石材料が使用されていることを反映している。２つの図の違いは、２つの磁石の動作点にある。具体的には、図２Ａは、第１の磁石１０２と第２の磁石１０４が同様の有効断面積を持つ状況を示し、図２Ｂは、２つの磁石が異なる有効断面積を持つ別の状況を示す。具体的には、第２の磁石１０４の有効断面積に対する第１の磁石１０２の有効断面積の比は、第１の磁石１０２の残留磁化値に対する第２の磁石１０４の残留磁化値の比に等しいか、それよりも大きい。図２Ａを参照すると、ｘ軸は印加磁場（Ｈ）を表し、ｙ軸は磁石の磁束密度（Ｂ）を表す。図２Ａ及び図２Ｂは、２つの磁石のＢ－Ｈ曲線の一部（特に左上の象限）を示していることに留意されたい。一般的に、このようなＢ－Ｈ曲線はヒステリシス曲線又は磁化曲線と呼ばれる。Ｂ－Ｈ曲線の左上部分は、反対磁場（ｘ軸上の負の値で示される）Ｈに応答した磁石の磁束密度を示す。

上記で言及したように、永久磁石は、部分的に、その残留磁化（Ｂ_ｒ）及びその保磁力（Ｈ_ｃ）によって特徴付けることができる。図２Ａの第２の磁石のＢ－Ｈ曲線を参照すると、第２の磁石１０４の残留磁化（Ｂ_ｒ）は、磁場Ｈの値がゼロに等しい場合の磁束密度Ｂの値によって決定することができる。残留磁化Ｂ_ｒの値は、Ｂ－Ｈ曲線がｙ軸と交差する磁束密度Ｂの値によって示される。第２の磁石１０４の保磁力（Ｈ_ｃ）は、磁束密度Ｂがゼロに等しい磁場Ｈの値によって決定することができる。保磁力Ｈ_ｃの値は、Ｂ－Ｈ曲線がｘ軸と交差する磁場Ｈの値によって示される。図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、第１の磁石１０２の保磁力Ｈ_ｃ１は第２の磁石１０４の保磁力Ｈ_ｃ２よりも大きく、第１の磁石１０２の残留磁化Ｂ_ｒ１は第２の磁石１０４の残留磁化Ｂ_ｒ２よりも小さい。

磁石はまた、減磁点（又は一般に「減磁ニー（ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｋｎｅｅ）」と呼ばれる）によって特徴付けることができ、この減磁点は、反対磁場の大きさのさらなる増加に応答して磁束密度が急速に低下するＢ－Ｈ曲線上の点を指す。減磁点を超えた永久磁石の作動は、永久磁石が減磁するリスクを高め得る。例えば、図２Ａの第２磁石のＢ－Ｈ曲線を参照すると、Ｂ－Ｈ曲線は、Ｂ－Ｈ曲線がｙ軸と交差する点から減磁点まで、反対磁場の増加する大きさの関数として実質的に直線的に減少する。反対磁場の大きさがさらに増加すると、Ｂ－Ｈ曲線は非線形に、しかもかなり速く低下する。減磁点を超えると、磁石は不可逆的に減磁する可能性がある。

第２の磁石１０４の動作点がＢ－Ｈ曲線上の減磁点を下回らないように第２の磁石１０４を設計することが望ましい。永久磁石の動作点は、Ｂ－Ｈ曲線と負荷線（透磁係数線としても知られる）との交点であることに留意すべきである。動作点は、反対磁場の大きさに対応する磁束密度を示す。動作点がＢ－Ｈ曲線上の減磁点より上に維持されている間は、反対磁場が除去されると、動作点は残留磁化値Ｂ_ｒに戻り得る。しかしながら、永久磁石の動作点が減磁点を下回ると、反対磁場が除去されても、動作点が元の残留磁化値Ｂ_ｒに戻らないことがある。代わりに、動作点は元の残留磁化値よりも小さい値に戻る可能性が高く、これは永久磁石の不可逆的な減磁を示している。

２つの磁石１０４及び磁石１０２を個別に考えると（すなわち、近接してはいないが、同様の磁気回路内にある）、各磁石はそれぞれのＢ－Ｈ曲線上に動作点を持つことになる。多くの場合、２つの磁石の有効断面積が等しく、同様の磁気回路内にある場合は、第２の磁石１０４の動作点は、磁石１０４の残留磁化が強いため第１の磁石１０２の動作点よりも高い磁束密度に位置する。直列に配置され、２つの磁石の有効断面積が等しい場合は、しかしながら、磁束保存により、第２の磁石１０４の動作点は第２の磁石のＢ－Ｈ曲線上で「下方に偏向」、又はさらに下方に引き下げられる。これは図２Ａで見ることができ、第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４の動作点は等しい磁束密度を有する（Ｂ_１＝Ｂ_２）。第２の磁石１０４の動作点が下に偏ることで、減磁点に近づくことになり、上述したように、第１の磁石１０２よりも保磁力が低い第２の磁石１０４の永久減磁のリスクが高まる。

減磁のリスクを軽減するために、第１の磁石１０２と第２の磁石１０４との相対的な寸法を選択し、第２の磁石１０４（相対的に低い保磁力を有する）の動作点が減磁点から離れて上方に偏向されるようにすることができる。特に、第２の磁石１０４の有効表面積Ｓ_２に対する第１の磁石１０２の有効表面積Ｓ_１の比は、第１の磁石１０２の残留磁化値Ｂ_ｒ１に対する第２の磁石１０４の残留磁化値Ｂ_ｒ２の比以上であり、次式
で表すことができる。

式（１）は、直列の磁石の相対的な大きさが磁石の相対的な残留磁化の関数であることを示唆している。いくつかの例では、第２の磁石１０４が第１の磁石１０２の残留磁化値よりも大きい残留磁化値を有する場合、第２の磁石１０４の有効断面積は第１の磁石１０２の有効断面積よりも小さくなる。第２の磁石１０４の有効断面積が第１の磁石１０２の有効断面積より小さい程度は、２つの磁石の残留磁化の比に依存する。図２Ｂは、結果として生じる第２の磁石１０４の動作点の相対位置の一例を示している。具体的には、第１の磁石１０２と第２の磁石１０４の有効表面積が上記式（１）を満たすようにすることで、磁束保存により、第２の磁石１０４の動作点はＢ－Ｈ曲線上の減磁点からさらに遠ざかる。その結果、第２の磁石１０４の減磁のリスクが低減される。逆に、第１の磁石の動作点は低くなるが、第１の磁石の保磁力が高いため、これは許容される。

上述したように、高保磁力と高残留磁化値の両方を持つ現在公知の永久磁石（ネオジム－鉄－ホウ素系の磁石やサマリウム－コバルト系の磁石など）は高価であるため、多くの用途での使用が制限されるか、禁止されることさえある。現在公知の他の磁石は、例えば窒化鉄系の磁石のように、残留磁化値は高いが保磁力は低く、比較的安価である。高い保磁力を持つ第１の磁石１０２と、相対的に低い保磁力を持ち、相対的に低いコストを持つ第２の磁石１０４の直列の組み合わせを利用することにより、永久磁石を使用する全体的なコストを削減しながら、アプリケーションにおいて所望のレベルの性能を達成することができる。すなわち、従来は磁石全体が高価な高保磁力材料で構成されていたところ、直列の組み合わせでは、磁気装置全体の一部のみが高価な高保磁力材料で構成され、磁気装置の残りは比較的安価な低保磁力材料で構成される。

また、反対及び減磁磁場を発生させる通電導体の電流を減少させることで、減磁を緩和する手法も上述した。この手法は、電気機械が発生する最大トルクに影響を与えた。しかしながら、本明細書で説明する磁石の直列の組み合わせを利用することで、通電導体の電流は影響を受けないか、少なくとも増加させることができ、所与の電気機械からより高いトルクが得られる可能性がある。例えば、図２Ｂを参照すると、第２の磁石１０４の動作点の「上方への偏向」は、第２の磁石１０４の動作点を減磁点から遠ざける。これにより、減磁のリスクが生じる前に第２の磁石１０４を動作させるための、磁場強度の点でより大きなマージンが提供される。このより大きなマージンは、電気機械内の通電導体におけるより大きな電流に変換され、それによって電気機械が不可逆的な減磁のリスクを負う前に比較的大きなトルクを発生できるようにする。

第１の磁気装置１００及び第２の磁気装置２００の説明において、第１の磁石１０２が第２の磁石１０４と直列に配置されることが言及された。本明細書において、第１の磁石を第２の磁石と直列に配置するとは、第１の磁石と第２の磁石とによって部分的に形成される磁気回路において、第２の磁石の磁束全体が第１の磁石の少なくとも一部を横断するように、第２の磁石が第１の磁石に対して配置されることを意味する。「磁束全体」は、第２の磁石又は磁気回路内で発生する漏れ磁束を除く。

図３Ａは、２つの磁石の直列の配置の例を示す。具体的には、図３Ａは、直列の配置にある第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４を示す。第１の磁石１０２は、その磁化方向に沿って一定の断面積を有する円筒形状、又は直方体形状を有することができる。同様に、第２の磁石１０４も、その磁化方向に沿って一定の断面積を有する円筒形状、又は直方体形状を有することができる。説明のために、図３Ｂ～図３Ｈの磁石も、寸法が異なる場合はあるものの、図３Ａに示したものと同様の形状を有することができる。しかしながら、円筒形、又は直方体の形状は例示に過ぎず、採用可能な磁石の形状の種類を限定するものではないことに留意すべきである。第１の磁石１０２は第１の磁化方向３０２を有し、第２の磁石は第２の磁化方向３０４を有する。第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４は、部分的に、磁気回路３０６を形成することができ、この磁気回路３０６は、第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４によって生成された磁束を含む１つ又は複数の閉ループ経路を含むことができる。磁気回路３０６は、磁束が含まれる、ロータ又はステータの一部、エアギャップなどの追加の構成要素を含むことができる。第２の磁石１０４の磁束３０８の全体は、第１の磁石１０２の少なくとも一部を横断する。いくつかの例では、第２の磁石１０４によっていくつかの漏れ磁束が発生する場合がある。ここでの文脈では、磁束３０８の全体はその漏れ磁束を含まない。

図３Ｂは、２つの磁石の別の配置例を示す。具体的には、図３Ｂに示す配置は、図２Ｂに示すスペーサ２０２と同様のスペーサを含むことを除いて、図３Ａに示す配置と同様である。この配置においても、第２の磁石１０４の磁束３０８の全体が第１の磁石１０２の少なくとも一部分を横断する。

図３Ｃは、２つの磁石の別の配置例を示す。特に、図３Ｃに示す配置は、例えばモータや発電機などの電気機械における磁気回路の一部を典型的に形成する鋼（３１０及び３１２）及びエアギャップなどの追加要素を示す。具体的には、第１の鋼要素３１０は第１の磁石１０２に隣接し、第１の磁石１０２とエアギャップとの間に配置され、第２の鋼要素３１２は第２の磁石１０４に隣接して配置されている。鋼要素３１０及び３１２、並びにエアギャップは、磁気回路３０６の一部を形成する。この配置においても、第１の磁石１０２と第２の磁石１０４とによって部分的に形成される磁気回路３０６では、第２の磁石１０４の磁束３０８の全体が第１の磁石１０２を横断する。配置は鋼要素を示しているが、他の強磁性材料も磁気回路３０６の一部を形成し得ることが理解される。

図３Ｄは３つの磁石の配置例を示す。この配置では、２つの磁石が第１の磁石１０２と直列に配置されている。具体的には、第２の磁石１０４と第３の磁石３１４とがそれぞれ第１の磁石１０２と直列に配置されている。第３の磁石３１４は、第２の磁石１０４の磁化方向３０４と平行な磁化方向３１６を有する。この配置では、第２の磁石１０４の磁束３０８が第３の磁石３１４を横断しないため、第２の磁石１０４は第３の磁石３１４と直列になっていないことに留意すべきである。しかしながら、第２の磁石１０４の磁束３０８の全体が第１の磁石１０２を横断するので、第２の磁石１０４は第１の磁石１０２と直列である。

図３Ｅは、２つの磁石のさらに別の配置を示す。この配置では、第２の磁石１０４の長さが第１の磁石１０２の長さに対して垂直に配置されている。第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４は、部分的に、磁気回路３１８を形成する。磁気回路３１８内では、第２の磁石の磁束３０８の全体が第１の磁石１０２の少なくとも一部を横断する。第１の磁石１０２の部分３２０は、第２の磁石１０４の磁束３０８によって横断されない。しかしながら、磁束３０８の全体が「第１の磁石１０２の少なくとも一部分」を横断するため、第２の磁石１０４は第１の磁石１０２と直列であると考えることができる。

図３Ｆは、２つの磁石のさらに別の配置を示している。この配置は図３Ｅに示した配置と同様であるが、完全な磁気回路を含む。この配置は、第１の磁石１０２、第１のエアギャップ３２４、コイル３２８が巻かれた第１の鋼芯３２６、第２のエアギャップ３３０、及び第２の鋼芯３３２を含む。コイル３２８は、第１の鋼芯３２６を磁化するための電流を流すことができる。第１のエアギャップ３２４は、第１の磁石と第１の鋼芯３２６の一端との間に存在し、第２のエアギャップ３３０は、第１の鋼芯３２６の第２の端部と第２の鋼芯３３２との間に存在する。図３Ｆに示す配置は電気機械の一部を表すことができ、第１の鋼芯３２６はステータの一部を表し、第２の鋼芯３３２、第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４の組み合わせはロータの一部を表すことができ、第１のエアギャップ３２４及び第２のエアギャップ３３０はロータがステータに対して動くことを可能にする。第１の磁石１０２は、第２の磁石１０４の磁束３０８によって横断されない部分３３４を含む。図３Ｅに示す配置と同様に、図３Ｆに示す配置では、第２の磁石１０４の磁束３０８の全体が、第１の磁石１０２と第２の磁石１０４とによって部分的に形成される磁気回路３２２内の第１の磁石１０２の少なくとも一部分を横断するので、第２の磁石１０４は第１の磁石１０２と直列である。

図３Ｇは、２つの磁石が直列でない別の配置を示す。具体的には、図３Ｇの配置は、第２の磁石１０４が第１の鋼要素３１０に隣接して配置され、第１の磁石１０２が第２の鋼要素３１２に隣接して配置されていることを示している。第３の磁石３３６は第１の磁石１０２と平行に配置され、第１の磁石１０２と平行な磁化方向３４０を有する。第３の磁石３３６は、第２の磁石１０２と同様の特性を有してもよいが、それは必ずしも必要ではない。例えば、第３の磁石３３６は、第２の磁石１０４と同じ保磁力及び残留磁化の値を有することができる。この配置では、第２の磁石１０４の少なくとも一部は、第１の磁石１０２と直列ではない。これは、両磁石の磁化方向は同じであるが、第２の磁石の磁束３０８の全体が第１の磁石１０２を横断するわけではないからである。したがって、第２の磁石１０４は第１の磁石１０２と直列であるとは考えられない。

図３Ｈは、２つの磁石が直列でない別の配置を示す。この配置では、第２の磁石１０４の磁束３０８の少なくとも一部分は第１の磁石１０２を横断しない。したがって、第２の磁石１０４は第１の磁石１０２と直列ではない。

上記した式（１）を参照すると、式（１）の左辺は、第２の磁石１０４の有効表面積Ｓ_２に対する第１の磁石１０２の有効表面積Ｓ_１の比である。この比又は磁石の相対的な大きさは、２つの磁石の相対的な残留磁化の関数となり得る。一般に、磁石の有効表面積は、磁石の磁化方向に垂直な磁石の断面積である。磁石の形状が円柱又は直方体（図３Ａ～３Ｆに関連して上述した第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４など）であり、磁化の方向が磁石の長手軸に沿う場合、有効断面積は実際の磁石の断面積となり得る。しかしながら、磁化の方向が長手軸に沿っていない場合や、磁石の形状が磁化の方向に沿って断面積が均一でない場合、長手軸に垂直な断面積は有効断面積を代表するものではない。このような場合、有効断面積を決定するためにさらなる検討が必要となる。

図４Ａは、磁化方向に垂直な断面積が一定でない永久磁石４００を示す。磁石４００は、第１の表面４０２と、第１の表面４０２の反対側にある平行な第２の表面４０４と、第１の表面４０２と第２の表面４０４の周縁の間に延在する複数の側面４０６と、を含む。第１の表面４０２は、第２の表面４０４の表面積よりも大きい表面積を有する。その結果、複数の側面４０６は、第１の表面４０２及び第２の表面４０４の両方に対して非直角の角度をなす。追加的に、磁石４００の断面積は、磁石４００の長さに沿って一定ではなく、又は等しくない。磁石４００は、矢印４０８で示される磁化方向を有し、第１の表面４０２及び第２の表面４０４に対して実質的に垂直である。磁化方向に沿った断面積が一定でない磁石４００の形状を考慮すると、多数の断面積のうちどの断面積を有効断面積を表すものとして選択すべきかを考慮する必要がある。選択に影響を与え得る１つの要因は、磁石４００が第１の磁石１０２として使用されているか、第２の磁石１０４として使用されているかであり得る。言い換えれば、断面積の選択は、他の磁石と直列に配置される磁石４００が、より高い保磁力を有する磁石であるか、より低い保磁力を有する磁石であるかに依存し得る。

磁石４００が直列の他の磁石の保磁力よりも低い保磁力を持つ磁石である場合、有効断面積は一定でない断面積のうち最大の断面積に等しくなる。一定でない表面積のうち最大のものを選択する少なくとも１つの理由は、保磁力の低い磁石の場合、磁束密度が最大の断面積で最も低くなるため、磁石が最も減磁しやすい領域となるためである。したがって、保磁力の低い磁石の有効表面積は、磁束密度が最も低くなる断面積となる。図４Ａに示す磁石４００の場合、最も面積の大きい断面積は第１の表面４０２の面積である。

磁石４００が直列の他の磁石の保磁力よりも高い保磁力を持つ磁石である場合、有効断面積は一定でない断面積の中で最も小さい断面積に等しくなる。したがって、磁石４００が第１の磁石１０２として利用される場合、有効断面積は、すべての一定でない断面積の中で最も小さい断面積を有する第２の表面４０４の面積となる。

断面積を決定する際には、直列の磁石によって部分的に形成された磁気回路内にある磁石４００の部分のみを考慮すべきであることに留意すべきである。例えば、図３Ｆを参照すると、第１の磁石１０２の部分３３４は、磁石の有効断面積を決定する際に考慮されない場合がある。これにより、第２の磁石１０４からの磁束を運び、したがって磁石の磁束密度に影響を与える磁石の部分のみが、上述した方法で有効断面積を決定する際に含まれることが保証される。

図４Ｂは、磁化方向に垂直な断面積が一定でない別の例示的な永久磁石４１０を示す。永久磁石４１０は、図４Ａに示す永久磁石４００と形状が同様であるが、矢印４０８で示す磁化方向が第１の表面４０２及び第２の表面４０４に対して実質的に垂直である永久磁石４００とは異なり、矢印４１２で示す磁石４１０の磁化方向は、第１の表面４０２及び第２の表面４０４の両方に対して非垂直である。その結果、断面積は磁化方向に沿って一定ではない。破線で示された断面積の一例は、第１の表面４０２及び第２の表面４０４に対してある角度をなすが、磁化方向に対しては垂直である磁石内の断面積を示す。図４Ａに関連して説明した手法と同様、磁石の有効断面積は、直列の配置で、磁石４１０が高い保磁力を有する磁石として利用されるか、低い保磁力を有する磁石として利用されるかに依存する。磁石４１０がより低い保磁力を有する磁石（例えば、第２の磁石１０４）として利用される場合、有効断面積は、矢印４１２によって示される磁化方向に垂直な磁石４１０内の最大の断面積となる。磁石４１０がより高い保磁力を有する磁石（例えば、第１の磁石１０２）として利用される場合、有効断面積は、磁化方向に垂直な磁石４１０内の最小の断面積に等しくなる。

図４Ｃは、磁化の方向が複数の方向に沿っている別の例示的な永久磁石４１４を示す。具体的には、矢印４１６は、磁石４１４の磁化方向を示す。このような例では、断面積は、磁石４１４内の湾曲面とすることができ、湾曲面は、磁化の各方向が湾曲面に対して法線となるような形状である。磁石４１４の長さに沿って、そのような湾曲面が複数存在し得る。磁石４１４が、他の磁石と直列に配置されたとき、より低い保磁力を有する磁石（例えば、第２の磁石１０４）である場合、磁石４１４の有効断面積は、複数の湾曲面のうち最大の湾曲面の面積となる。一方、磁石４１４がより高い保磁力を有する場合、有効断面積は磁石４１４内の複数の湾曲面のうち最小の湾曲面の面積となる。

図４Ｄは、磁石４１８が湾曲形状を有する永久磁石のさらに別の例を示す。具体的には、磁石４１８は、磁石の厚さＴによって分離された第１の湾曲面４２０及び第２の湾曲面４２２によって画定された湾曲形状を有する。矢印４２４によって示される磁化方向は、磁石４１８の湾曲形状の半径４２６の１つに平行である。磁石４１８は、磁化方向に垂直な複数の断面を有し得る。磁石４１８が、他の磁石と直列に配置されたとき、より低い保磁力を有する磁石（例えば、第２の磁石１０４）である場合、磁石４１８の有効断面積は、最大の面積を有する第１の平面４２８の面積となる。一方、磁石４１８が、他の磁石と直列に配置されたとき、より高い保磁力を有する磁石（例えば、第１の磁石１０２）である場合、磁石の有効断面積は、最小の面積を有する第２の平面４３０の面積となる。第２の平面４３０は磁石４１８の形状の外側に位置し得ることに留意すべきである。

図４Ｅは、磁石４３２が湾曲形状を有する永久磁石のさらに別の例を示す。この例では、磁化の方向は、矢印４２４によって示されるように、複数の方向を有し得る。例えば、磁石４３２の湾曲形状は、仮想中心から延びる複数の半径を有し得、磁化の方向はこれらの半径に沿って延び得る。磁石４３２は複数の湾曲面を含むことができ、各湾曲面について磁化の方向のそれぞれが湾曲面に垂直である。磁石４３２が、他の磁石と直列に配置されたとき、より低い保磁力を有する磁石（例えば、第２の磁石１０４）である場合、磁石４３２の有効断面積は、複数の湾曲面のうち最大の湾曲面の面積となり、この場合第１の湾曲面４２０となる。一方、磁石４３２が、他の磁石と直列に配置されたとき、より高い保磁力を有する磁石（例えば、第１の磁石１０２）である場合、磁石４３２の有効断面積は、複数の湾曲面のうち最小の湾曲面の面積となり、この場合、第２の湾曲面４２２となる。

上述した例は限定的なものではなく、単に異なる形状の磁石の断面積を決定するための例として提供されていることに留意されたい。上述したものとは異なる形状の磁石の断面積は、図４Ａ～図４Ｅに関連して上述したものと同様の手法を用いて決定することができる。

本明細書で説明する磁気装置は、いくつかの用途に利用することができる。一例として、磁気装置は、電動機や発電機などの電気機械に利用することができる。図５は、永久磁石モータ５００の断面の一部を切り取ったものである。図５に示すモータ５００の部分は、一例として、機械５００の１つの極、具体的には極対における２つの極のうちの１つであり、この例示的な機械は３つの極対を有する。具体的には、モータ５００は、エアギャップ５０６によって分離された、ロータ５０２及びステータ５０４を含む。ステータ５０４は、通電導体を含む１つ又は複数のコイル巻線５１０を含む。ロータ５０２は磁気装置５０８を含む。磁気装置５０８は、少なくとも第１の磁石５１２、第２の磁石５１４、及び第１の磁石５１２と第２の磁石５１４とを分離するスペーサ５１６を含むことができる。第１の磁石５１２及び第２の磁石５１４は、上述した第１の磁石１０２及び第２の磁石１０４と同様とすることができる。いくつかの例では、磁気装置５０８はスペーサ５１６を含まなくてもよい。いくつかの例では、追加の磁極は、磁気装置５０８の直列構成を含んでも含まなくてもよく、代わりに１つのタイプの磁石のみを含み得る。

磁気装置５０８は、第１の磁石５１２が第２の磁石５１４よりもエアギャップ５０６の近くに位置するように配置される。これにより、コイル巻線５１０の通電導体によって発生する磁場が第２の磁石５１４を減磁するリスクが低減される。

上述のように、第１の磁石及び第２の磁石の直列の配置は、第２の磁石の減磁のリスクを低減する。その結果、磁石はより高い磁場強度を維持することができる。これらの磁場は、１つ又は複数のコイル巻線５１０内の通電導体によって生成される。したがって、これらの通電導体は、極が第２の磁石のみを組み込んでいる場合よりも比較的大きな電流を通電することができる。モータ５００によって生成される最大トルクは、１つ又は複数のコイル巻線５１０における電流の大きさの関数であるため、電流が大きいほど、モータ５００によって提供される最大トルクが大きくなる。

図５は、ロータ５０２に配置された磁気装置５０８を示しているが、磁気装置５０８はステータ５０４に配置することもでき、１つ又は複数のコイル巻線５１０はロータ５０２に配置することができることを理解されたい。

本明細書で説明したように、第１の磁石は高保磁力であり得、例えば、ネオジム－鉄－ホウ素型、サマリウム－コバルト型などの磁石型を含み得る。本明細書で説明したように、第２の磁石は、第１の磁石の保磁力値に対して低保磁力とすることができ、例えば窒化鉄型などの磁石型を含むことができる。いくつかの例では、窒化鉄型の磁石は、ＷＯ／２０２０／２３７１９２及びＷＯ／２０２１／１６８４３８に記載されているものを含むことができ、これらのそれぞれは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示に記載された実施態様に対する様々な修正は、当業者には容易に認識可能であり、本明細書で定義された一般的な原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実装形態に適用され得る。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示される実装形態に限定されることを意図するものではなく、本開示、本明細書に開示される原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。

Claims (24)

1. 装置であって、
   第１の残留磁化値及び第１の保磁力値を有する第１の磁石であって、前記第１の磁石の磁化方向に実質的に垂直な第１の断面積を有する第１の磁石と、
   前記第１の磁石と直列に配置された第２の磁石であって、第２の残留磁化値と、前記第１の保磁力値よりも小さい第２の保磁力値とを有し、前記第２の磁石の磁化方向に実質的に垂直な第２の断面積を有する第２の磁石とを備え、
   前記第２の断面積に対する前記第１の断面積の比は、前記第１の残留磁化値に対する前記第２の残留磁化値の比に等しいか、又はそれよりも大きい、装置。
2. 前記第２の磁石は、前記第１の磁石の磁化方向の経路内に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記第２の残留磁化値は、前記第１の残留磁化値よりも大きい、請求項１に記載の装置。
4. 前記第２の磁石に対応するＢＨ曲線の第２象限に位置する、前記第２の磁石の動作点は、前記第１の断面積が前記第２の断面積に等しい構成の場合の磁束密度値よりも大きい磁束密度値にある、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の磁石は、前記第１の磁石の磁化方向に垂直な断面積であって、一定でない断面積の形状を有し、前記第１の断面積は、前記一定でない断面積のうち最小の断面積に等しい、請求項１に記載の装置。
6. 前記第２の磁石は、前記第２の磁石の磁化方向に垂直な断面積であって、一定でない断面積の形状を有し、前記第２の断面積は、前記一定でない断面積のうち最大の断面積に等しい、請求項１に記載の装置。
7. 前記第１の磁石は、前記第１の磁石の厚さによって分離された第１の湾曲面と第２の湾曲面とによって画定された、第１の湾曲形状を有し、前記第１の磁石の磁化方向は、前記第１の湾曲形状の半径の１つに平行であり、前記第１の断面積は、前記第１の磁石の磁化方向に垂直な第１の平面の面積を含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記第１の磁石の磁化方向に垂直な前記第１の平面は、前記第１の磁石の磁化方向に垂直な平面の集合の中で最小の面積を有する、請求項７に記載の装置。
9. 前記第１の磁石は、前記第１の磁石の厚さによって分離された第１の湾曲面と第２の湾曲面とによって画定された、第１の湾曲形状を有し、前記第１の磁石の磁化方向は、前記第１の湾曲形状の半径に沿って延びる複数の方向を有し、前記第１の断面積は、前記複数の方向に垂直な湾曲面の面積を含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記複数の方向に垂直な湾曲面は、前記複数の方向に垂直な湾曲面の集合の中で最小の面積を有する湾曲面である、請求項９に記載の装置。
11. 前記第２の磁石は、前記第２の磁石の厚さによって分離された第３の湾曲面と第４の湾曲面とによって画定された、第２の湾曲形状を有し、前記第２の磁石の磁化方向は、前記第２の湾曲形状の半径の１つに平行であり、前記第２の断面積は、前記第２の磁石の磁化方向に垂直な第２の平面の面積を含む、請求項１に記載の装置。
12. 前記第２の磁石の磁化方向に垂直な前記第２の平面は、前記第２の磁石の磁化方向に垂直な平面の集合の中で最大の面積を有する、請求項１１に記載の装置。
13. 前記第２の磁石は、前記第２の磁石の厚さによって分離された第３の湾曲面と第４の湾曲面とによって画定された、第２の湾曲形状を有し、前記第２の磁石の磁化方向は、前記第２の湾曲形状の半径に沿って延びる複数の方向を有し、前記第２の断面積は、前記複数の方向に垂直な湾曲面の面積を含む、請求項１に記載の装置。
14. 前記複数の方向に垂直な湾曲面は、前記複数の方向に垂直な湾曲面の集合の中で最大の面積を有する湾曲面である、請求項１３に記載の装置。
15. 前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、スペーサによって分離されている、請求項１に記載の装置。
16. 前記スペーサは、強磁性材料を含む、請求項１５に記載の装置。
17. 前記スペーサの断面積は、前記第１の断面積及び前記第２の断面積のうち大きい方の断面積と少なくとも同等である、請求項１５に記載の装置。
18. 前記スペーサの厚さは、３ｍｍ以下である、請求項１５に記載の装置。
19. ステータ及び前記ステータからエアギャップによって分離されたロータを含む電気機械をさらに含み、
    前記第１の磁石及び前記第２の磁石は、前記ステータ又は前記ロータの一方のみに直列に配置される、請求項１に記載の装置。
20. 前記第１の磁石は、前記第２の磁石よりも前記エアギャップに近い位置に配置される、請求項１９に記載の装置。
21. 前記電気機械は、複数の極を備え、前記複数の極の少なくとも１つの極は、前記第１の磁石及び前記第２の磁石を含む、請求項１９に記載の装置。
22. 前記第１の磁石は、ネオジム－鉄－ホウ素型である、請求項１に記載の装置。
23. 前記第１の磁石は、サマリウム－コバルト型である、請求項１に記載の装置。
24. 前記第２の磁石は、窒化鉄型の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。