JP2003244921A - リニアモータおよびリニアコンプレッサ - Google Patents
リニアモータおよびリニアコンプレッサInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K33/00—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system
- H02K33/16—Motors with reciprocating, oscillating or vibrating magnet, armature or coil system with polarised armatures moving in alternate directions by reversal or energisation of a single coil system
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リニアモータおよびリニアコンプレッサに関
し、小型化、低コスト化と高効率の両立を図る。 【解決手段】 少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄
心３３および前記固定鉄心１３に係着したマグネットワ
イヤ１２とからなる固定子１１と、前記固定子１１の内
側に位置し、可動鉄心２４の外側にマグネット２５を固
着した可動子２１とからなり、マグネット質量を少なく
することで低コスト化を図りながら、小型高効率を達成
することができる。
し、小型化、低コスト化と高効率の両立を図る。 【解決手段】 少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄
心３３および前記固定鉄心１３に係着したマグネットワ
イヤ１２とからなる固定子１１と、前記固定子１１の内
側に位置し、可動鉄心２４の外側にマグネット２５を固
着した可動子２１とからなり、マグネット質量を少なく
することで低コスト化を図りながら、小型高効率を達成
することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主にリニアモー
タ、および冷凍サイクル等に用いられるリニアモータを
用いたリニアコンプレッサに関するものである。
タ、および冷凍サイクル等に用いられるリニアモータを
用いたリニアコンプレッサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、冷凍機器の高効率化の必要性はさ
らに高まっており、リニアモータを使用したコンプレッ
サは機構構成の単純さ故に、摺動損失の大幅な低減が期
待できることから、高効率化のため広く使用されてい
る。
らに高まっており、リニアモータを使用したコンプレッ
サは機構構成の単純さ故に、摺動損失の大幅な低減が期
待できることから、高効率化のため広く使用されてい
る。
【０００３】従来のリニアモータとしては、例えば特開
平９−１７２７６４号公報に記載されているものがあ
る。
平９−１７２７６４号公報に記載されているものがあ
る。
【０００４】図１０は従来のリニアモータの断面図であ
る。
る。
【０００５】図１０において、中空円筒状に形成された
第１ケイ素鋼板層１の外周面側にコイル２を有する中空
円筒状の第２ケイ素鋼板層３が所定の空隙をおいて支持
されており、それら第１ケイ素鋼板層１と、第２ケイ素
鋼板層３との間に、ピストン（図示せず）に連結する中
空円筒状の非磁性体のマグネットシェル４が形成され、
このマグネットシェル４の外表面の溝部に複数のマグネ
ット５がそれぞれ接着されることによりマグネット組立
体６が構成されている。マグネット組立体６などからな
る可動部は、第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板
層３の軸線方向に往復自在なように支持されている。
第１ケイ素鋼板層１の外周面側にコイル２を有する中空
円筒状の第２ケイ素鋼板層３が所定の空隙をおいて支持
されており、それら第１ケイ素鋼板層１と、第２ケイ素
鋼板層３との間に、ピストン（図示せず）に連結する中
空円筒状の非磁性体のマグネットシェル４が形成され、
このマグネットシェル４の外表面の溝部に複数のマグネ
ット５がそれぞれ接着されることによりマグネット組立
体６が構成されている。マグネット組立体６などからな
る可動部は、第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板
層３の軸線方向に往復自在なように支持されている。
【０００６】また、マグネット５は、通常、実用的な効
率を得るために、強磁界を有する希土類からなるマグネ
ット材料が使用されており、往復方向と垂直な方向に磁
化されている。
率を得るために、強磁界を有する希土類からなるマグネ
ット材料が使用されており、往復方向と垂直な方向に磁
化されている。
【０００７】以上のように構成されたリニアモータにつ
いて、以下その動作を説明する。
いて、以下その動作を説明する。
【０００８】まず、コイル２に電流を通じて励磁する
と、第１ケイ素鋼板層１から空隙、マグネット５、空
隙、第２ケイ素鋼板層３、空隙、マグネット５、空隙、
第１ケイ素鋼板層１へと一連の磁束のループが発生し、
磁気回路を形成する。この磁束により第２ケイ素鋼板層
３に形成される磁極にマグネット５が吸引される。次に
コイル２への電流を交番することで、マグネット組立体
６は、第１ケイ素鋼板層１と第２ケイ素鋼板層３の間
で、図１０における上下方向に往復運動しながら作動す
るようになっていた。
と、第１ケイ素鋼板層１から空隙、マグネット５、空
隙、第２ケイ素鋼板層３、空隙、マグネット５、空隙、
第１ケイ素鋼板層１へと一連の磁束のループが発生し、
磁気回路を形成する。この磁束により第２ケイ素鋼板層
３に形成される磁極にマグネット５が吸引される。次に
コイル２への電流を交番することで、マグネット組立体
６は、第１ケイ素鋼板層１と第２ケイ素鋼板層３の間
で、図１０における上下方向に往復運動しながら作動す
るようになっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
では、第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板層３と
の間でマグネット組立体６が揺動するため、マグネット
組立体６は第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板層
３とに対し空隙を有する。そして、第１ケイ素鋼板層１
および第２ケイ素鋼板層３で発生したマグネット組立体
６を駆動する磁束のループは、この２層の空隙をまたが
ることになる。
では、第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板層３と
の間でマグネット組立体６が揺動するため、マグネット
組立体６は第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板層
３とに対し空隙を有する。そして、第１ケイ素鋼板層１
および第２ケイ素鋼板層３で発生したマグネット組立体
６を駆動する磁束のループは、この２層の空隙をまたが
ることになる。
【００１０】この２層分の空隙は、マグネット組立体６
が第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板層３の双方
に対し接触することを避けるためにそれぞれに必要な距
離を設けているが、空間は磁気抵抗となり、距離に比例
して磁束を減少させることから、マグネット組立体６を
駆動させるに必要な推力を得るために、この２層分の空
隙による磁束の減少分だけ余計に、コイル２へ供給する
電流が増加し、その結果入力が増加してしまうため、効
率を上げることが難しかった。
が第１ケイ素鋼板層１および第２ケイ素鋼板層３の双方
に対し接触することを避けるためにそれぞれに必要な距
離を設けているが、空間は磁気抵抗となり、距離に比例
して磁束を減少させることから、マグネット組立体６を
駆動させるに必要な推力を得るために、この２層分の空
隙による磁束の減少分だけ余計に、コイル２へ供給する
電流が増加し、その結果入力が増加してしまうため、効
率を上げることが難しかった。
【００１１】同時にマグネット組立体６を駆動させるの
に必要な推力を得るために、従来のリニアモータではマ
グネット５を大きくする必要性があった。しかしながら
マグネットは高価な希土類を材料に使用しているため、
マグネット５が大きくなることで、大幅なコスト増加を
きたしていた。
に必要な推力を得るために、従来のリニアモータではマ
グネット５を大きくする必要性があった。しかしながら
マグネットは高価な希土類を材料に使用しているため、
マグネット５が大きくなることで、大幅なコスト増加を
きたしていた。
【００１２】さらに、マグネット組立体６と第１ケイ素
鋼板層１および第２ケイ素鋼板層３との間に形成される
２層の空隙は、いずれの箇所でも同一の距離であること
が望ましい。これは空隙の距離に差違があるとマグネッ
ト５と第１ケイ素鋼板層１または第２ケイ素鋼板層３の
間で磁気吸着力のアンバランスが生じ、その結果、マグ
ネット組立体６の揺動方向に直角のこじりの力が発生
し、軸受等の支持機構において摺動ロスを発生させるば
かりでなく、異常な摩耗を発生させ、寿命を低下させる
要因にもなるからである。
鋼板層１および第２ケイ素鋼板層３との間に形成される
２層の空隙は、いずれの箇所でも同一の距離であること
が望ましい。これは空隙の距離に差違があるとマグネッ
ト５と第１ケイ素鋼板層１または第２ケイ素鋼板層３の
間で磁気吸着力のアンバランスが生じ、その結果、マグ
ネット組立体６の揺動方向に直角のこじりの力が発生
し、軸受等の支持機構において摺動ロスを発生させるば
かりでなく、異常な摩耗を発生させ、寿命を低下させる
要因にもなるからである。
【００１３】これを回避するには上記した２層の空隙の
距離を大きくして距離の相違の比率を下げる方法がある
が、この方法は前記したとおり、入力が増加してしまう
上にマグネット５もさらに大きくする必要が生ずる。そ
こで通常はマグネットシェルを含む駆動系の加工精度を
上げることになるが、加工精度を上げるためには可動部
であるマグネットシェル４を厚くすることになり、駆動
系の重量が増加する。その結果、マグネット組立体６を
駆動させるに必要な推力が増加し、コイル２へ供給する
電流が増加し、入力が増加してしまう。
距離を大きくして距離の相違の比率を下げる方法がある
が、この方法は前記したとおり、入力が増加してしまう
上にマグネット５もさらに大きくする必要が生ずる。そ
こで通常はマグネットシェルを含む駆動系の加工精度を
上げることになるが、加工精度を上げるためには可動部
であるマグネットシェル４を厚くすることになり、駆動
系の重量が増加する。その結果、マグネット組立体６を
駆動させるに必要な推力が増加し、コイル２へ供給する
電流が増加し、入力が増加してしまう。
【００１４】また、駆動系の加工精度を上げることは、
製造工程でのコスト増加をともなう。
製造工程でのコスト増加をともなう。
【００１５】本発明は、従来の課題を解決するもので、
マグネット材料の重量を低減し、低コストかつ高効率な
リニアモータを提供することを目的とする。
マグネット材料の重量を低減し、低コストかつ高効率な
リニアモータを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の発明は、少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄心お
よび前記固定鉄心に係着したマグネットワイヤとからな
る固定子と、前記固定子の内側に位置し、可動鉄心とマ
グネットとを備えるとともに前記可動鉄心の外側に前記
磁極と一定の空隙を保ちながら対向するように前記マグ
ネットを固着した可動子と、前記可動子の揺動方向に揺
動自在に支持する支持機構とからなり、マグネットと可
動鉄心を一体化することによって、磁束ループに含まれ
る空隙を小さくすることができ、磁気抵抗が小さくなる
ことで、小さく軽いマグネットで必要な磁力を発生させ
ることができるという作用を有する。
の発明は、少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄心お
よび前記固定鉄心に係着したマグネットワイヤとからな
る固定子と、前記固定子の内側に位置し、可動鉄心とマ
グネットとを備えるとともに前記可動鉄心の外側に前記
磁極と一定の空隙を保ちながら対向するように前記マグ
ネットを固着した可動子と、前記可動子の揺動方向に揺
動自在に支持する支持機構とからなり、マグネットと可
動鉄心を一体化することによって、磁束ループに含まれ
る空隙を小さくすることができ、磁気抵抗が小さくなる
ことで、小さく軽いマグネットで必要な磁力を発生させ
ることができるという作用を有する。
【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記固定子の内側に形成した磁極と、
前記可動子の外周に固着した前記マグネットの外周面と
は、前記可動子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形を
なすものであり、可動子が回転しても固定子との空隙が
一定間隔に維持され、可動子と固定子の衝突による破損
や、側方向力の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防
止するという作用を有する。
の発明において、前記固定子の内側に形成した磁極と、
前記可動子の外周に固着した前記マグネットの外周面と
は、前記可動子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形を
なすものであり、可動子が回転しても固定子との空隙が
一定間隔に維持され、可動子と固定子の衝突による破損
や、側方向力の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防
止するという作用を有する。
【００１８】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、前記固定鉄心および前記可動
鉄心の少なくとも一方が、揺動方向を軸心として複数の
鋼板を放射状に配設したので、鉄心内の誘導電流の発生
による損失を減少させるという作用を有する。
２に記載の発明において、前記固定鉄心および前記可動
鉄心の少なくとも一方が、揺動方向を軸心として複数の
鋼板を放射状に配設したので、鉄心内の誘導電流の発生
による損失を減少させるという作用を有する。
【００１９】請求項４に記載の発明は、請求項３の発明
において、前記固定子は揺動方向を軸心として複数の鋼
板を放射状に配設するとともに、前記複数の鋼板が形成
する揺動方向に垂直な両端面の少なくとも一方に、前記
複数の鋼板を把持する端板を設けたものであり、端板を
基準に固定子を組付けることで、寸法精度が向上し組立
性が向上するとともに、固定子の構造を強固にするとい
う作用を有する。
において、前記固定子は揺動方向を軸心として複数の鋼
板を放射状に配設するとともに、前記複数の鋼板が形成
する揺動方向に垂直な両端面の少なくとも一方に、前記
複数の鋼板を把持する端板を設けたものであり、端板を
基準に固定子を組付けることで、寸法精度が向上し組立
性が向上するとともに、固定子の構造を強固にするとい
う作用を有する。
【００２０】請求項５に記載の発明は、請求項３または
４記載の発明において、前記固定子は揺動方向を軸心と
した少なくとも１つ以上のリング状のマグネットワイヤ
と、前記マグネットワイヤを前記軸方向から挟んで異な
った磁極を形成するよう複数に分割された固定鉄心部分
とから構成したものであり、固定子へのマグネットワイ
ヤの挿入を容易にするという作用を有する。
４記載の発明において、前記固定子は揺動方向を軸心と
した少なくとも１つ以上のリング状のマグネットワイヤ
と、前記マグネットワイヤを前記軸方向から挟んで異な
った磁極を形成するよう複数に分割された固定鉄心部分
とから構成したものであり、固定子へのマグネットワイ
ヤの挿入を容易にするという作用を有する。
【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項３から５
のいずれか１項に記載の発明において、前記固定鉄心部
分には磁束に対し方向性をもたない鋼板を用いたもので
あり、鉄心のどの位置においても磁束の流れが妨げられ
ないため、モータ効率が向上するという作用を有する。
のいずれか１項に記載の発明において、前記固定鉄心部
分には磁束に対し方向性をもたない鋼板を用いたもので
あり、鉄心のどの位置においても磁束の流れが妨げられ
ないため、モータ効率が向上するという作用を有する。
【００２２】請求項７に記載の発明は、請求項１から４
のいずれか１項に記載の発明において、前記固定子は揺
動方向を軸心とした少なくとも１つ以上のリング状のマ
グネットワイヤと、前記マグネットワイヤを前記軸方向
から挟んで異なった磁極を形成するよう複数に分割され
た固定鉄心部分と、前記固定鉄心部分に外接する外径鉄
心部分とからなるので、内径部と外径部を個々に鋼板を
放射状に配置して成型することで、外径側の鋼板同士の
隙間を少なくし、同一のモータ外形でも占積率を高くで
き、鉄量を増やすことができるので、磁束ループの磁気
抵抗をより小さくすることができ、同じ磁力を発生させ
るために必要な電流が小さくなるので、モータ効率が向
上するという作用を有する。
のいずれか１項に記載の発明において、前記固定子は揺
動方向を軸心とした少なくとも１つ以上のリング状のマ
グネットワイヤと、前記マグネットワイヤを前記軸方向
から挟んで異なった磁極を形成するよう複数に分割され
た固定鉄心部分と、前記固定鉄心部分に外接する外径鉄
心部分とからなるので、内径部と外径部を個々に鋼板を
放射状に配置して成型することで、外径側の鋼板同士の
隙間を少なくし、同一のモータ外形でも占積率を高くで
き、鉄量を増やすことができるので、磁束ループの磁気
抵抗をより小さくすることができ、同じ磁力を発生させ
るために必要な電流が小さくなるので、モータ効率が向
上するという作用を有する。
【００２３】請求項８に記載の発明は、請求項７記載の
発明において、前記外径鉄心部分は揺動方向に磁束の方
向性をもつよう、また、前記固定鉄心部分には揺動方向
に垂直方向に磁束の方向性をもつよう、磁束に対し方向
性をもつ鋼板を配設したので、各部で磁束が流れる方向
と鋼板の方向性がほぼ一致することで、磁束が流れやす
くなりモータ効率が向上するという作用を有する。
発明において、前記外径鉄心部分は揺動方向に磁束の方
向性をもつよう、また、前記固定鉄心部分には揺動方向
に垂直方向に磁束の方向性をもつよう、磁束に対し方向
性をもつ鋼板を配設したので、各部で磁束が流れる方向
と鋼板の方向性がほぼ一致することで、磁束が流れやす
くなりモータ効率が向上するという作用を有する。
【００２４】請求項９に記載の発明は、請求項１から８
のいずれか１項に記載の発明において、前記可動子は、
揺動方向に軸心を有する略円筒形の芯部と、前記軸心を
共有し前記芯部の外周に複数の鋼板を放射状に配設した
薄板部と、前記薄板部の外周に固着したマグネットとを
備えるので、芯部を基準に組み立てることで鉄心の成型
が容易となるとともに、薄板による積層部の内径が大き
くなることで、鋼板同士の隙間が外径側でも大きく開か
ないため、占積率を高くでき、磁路が十分に確保でき、
磁束ループの磁気抵抗をより小さくすることができ、同
じ磁力を発生させるために必要な電流が小さくなるの
で、効率が向上するという作用を有する。
のいずれか１項に記載の発明において、前記可動子は、
揺動方向に軸心を有する略円筒形の芯部と、前記軸心を
共有し前記芯部の外周に複数の鋼板を放射状に配設した
薄板部と、前記薄板部の外周に固着したマグネットとを
備えるので、芯部を基準に組み立てることで鉄心の成型
が容易となるとともに、薄板による積層部の内径が大き
くなることで、鋼板同士の隙間が外径側でも大きく開か
ないため、占積率を高くでき、磁路が十分に確保でき、
磁束ループの磁気抵抗をより小さくすることができ、同
じ磁力を発生させるために必要な電流が小さくなるの
で、効率が向上するという作用を有する。
【００２５】請求項１０に記載の発明は、請求項９記載
の発明において、前記芯部を中空円筒としたので、可動
子を軽量化するという作用を有する。
の発明において、前記芯部を中空円筒としたので、可動
子を軽量化するという作用を有する。
【００２６】請求項１１に記載の発明は、請求項１０記
載の発明において、前記芯部は鉄系の材料としたので、
芯部が磁路の一部として作用するので磁束が流れやすく
なり、モータ効率が向上するという作用を有する。
載の発明において、前記芯部は鉄系の材料としたので、
芯部が磁路の一部として作用するので磁束が流れやすく
なり、モータ効率が向上するという作用を有する。
【００２７】請求項１２に記載の発明は、請求項１から
１１のいずれか１項に記載の発明において、前記固定子
の揺動方向の長さは、前記可動子の最大揺動振幅と前記
可動子の揺動方向の長さの和と、ほぼ等しい長さとした
ので、可動子を固定子の内側内で揺動させることがで
き、全長が短く、かつ磁石のはみ出しによる磁気損失の
増加を防ぐことで、高い効率を維持するという作用を有
する。
１１のいずれか１項に記載の発明において、前記固定子
の揺動方向の長さは、前記可動子の最大揺動振幅と前記
可動子の揺動方向の長さの和と、ほぼ等しい長さとした
ので、可動子を固定子の内側内で揺動させることがで
き、全長が短く、かつ磁石のはみ出しによる磁気損失の
増加を防ぐことで、高い効率を維持するという作用を有
する。
【００２８】請求項１３に記載の発明は、請求項１から
１２のいずれか１項に記載の発明において、前記固定子
あるいは前記可動子に係設または近接配置されるモータ
構造部材を、非磁性体でかつ電気抵抗の高い材料で形成
したので、モータからの磁束の漏れが少なく、誘導電流
発生による損失増加を防止し、モータ効率を向上すると
いう作用を有する。
１２のいずれか１項に記載の発明において、前記固定子
あるいは前記可動子に係設または近接配置されるモータ
構造部材を、非磁性体でかつ電気抵抗の高い材料で形成
したので、モータからの磁束の漏れが少なく、誘導電流
発生による損失増加を防止し、モータ効率を向上すると
いう作用を有する。
【００２９】請求項１４に記載の発明は、請求項１から
１３のいずれか１項に記載のリニアモータと、前記固定
子に取付けられ、前記リニアモータと軸心を共有する略
円筒形のシリンダと、前記可動子に連結され、前記シリ
ンダ往復自在に挿入される円筒形のピストンと、一端が
前記固定子や前記シリンダなどを含む固定部に取付けら
れ、他端が前記可動子や前記ピストンを含む可動部に取
付けられた共振ばねとを備え、前記固定部および前記可
動部の質量と、前記共振ばねのばね定数とで決まる共振
周波数で駆動されるリニアコンプレッサとしたので、ば
ねと質量による共振作用を利用することでエネルギーロ
スが少なく、ピストンの往復運動を効率良く行うととも
に、シリンダ内でピストンが回転しても空隙が一定間隔
に維持され、可動子と固定子の衝突による破損や、側方
向力の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防止すると
いう作用を有する。
１３のいずれか１項に記載のリニアモータと、前記固定
子に取付けられ、前記リニアモータと軸心を共有する略
円筒形のシリンダと、前記可動子に連結され、前記シリ
ンダ往復自在に挿入される円筒形のピストンと、一端が
前記固定子や前記シリンダなどを含む固定部に取付けら
れ、他端が前記可動子や前記ピストンを含む可動部に取
付けられた共振ばねとを備え、前記固定部および前記可
動部の質量と、前記共振ばねのばね定数とで決まる共振
周波数で駆動されるリニアコンプレッサとしたので、ば
ねと質量による共振作用を利用することでエネルギーロ
スが少なく、ピストンの往復運動を効率良く行うととも
に、シリンダ内でピストンが回転しても空隙が一定間隔
に維持され、可動子と固定子の衝突による破損や、側方
向力の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防止すると
いう作用を有する。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるリニアモータ
の実施の形態について、図１から図９を用いて説明す
る。なお、従来と同一構成については、同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。
の実施の形態について、図１から図９を用いて説明す
る。なお、従来と同一構成については、同一符号を付し
て詳細な説明を省略する。
【００３１】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１によるリニアモータの側断面図、図２は図１のＡ−
Ａ線断面図、図３はリニアモータの動作原理を示す模式
図、図４はリニアモータの電流の流れる方向を示す模式
図である。
態１によるリニアモータの側断面図、図２は図１のＡ−
Ａ線断面図、図３はリニアモータの動作原理を示す模式
図、図４はリニアモータの電流の流れる方向を示す模式
図である。
【００３２】図１から図４において、１１は略円筒形を
した固定子で、リング状に巻かれた２つのマグネットワ
イヤ１２と、このマグネットワイヤ１２を収容するとと
もに、内周に独立した３つの磁極を形成する固定鉄心１
３からなる。
した固定子で、リング状に巻かれた２つのマグネットワ
イヤ１２と、このマグネットワイヤ１２を収容するとと
もに、内周に独立した３つの磁極を形成する固定鉄心１
３からなる。
【００３３】固定鉄心１３は、磁気的に無方向性でかつ
透磁率の高い、例えばＪＩＳ Ｃ２３５２の無方向性電
磁鋼帯に代表されるケイ素鋼板を、前記円筒の軸心に対
して放射状に配列している。この固定鉄心１３は、軸方
向に１３ａ，１３ｂ，１３ｃと３つに分かれ、おのおの
が内周面に独立した磁極１６ａ，１６ｂ，１６ｃを形成
し、あらかじめリング状に捲回したマグネットワイヤ１
２ａ，１２ｂを挟み込むように組み立てられている。
透磁率の高い、例えばＪＩＳ Ｃ２３５２の無方向性電
磁鋼帯に代表されるケイ素鋼板を、前記円筒の軸心に対
して放射状に配列している。この固定鉄心１３は、軸方
向に１３ａ，１３ｂ，１３ｃと３つに分かれ、おのおの
が内周面に独立した磁極１６ａ，１６ｂ，１６ｃを形成
し、あらかじめリング状に捲回したマグネットワイヤ１
２ａ，１２ｂを挟み込むように組み立てられている。
【００３４】１４は端板で、鉄に比べ十分に電気抵抗が
大きく非磁性の材料であるステンレスで形成され、固定
鉄心部材１３ａ、および１３ｃの端面で、前記放射状に
配列したケイ素鋼板を固定している。
大きく非磁性の材料であるステンレスで形成され、固定
鉄心部材１３ａ、および１３ｃの端面で、前記放射状に
配列したケイ素鋼板を固定している。
【００３５】マグネットワイヤ１２ａ，１２ｂの巻線の
端部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、固定鉄心１３
の放射状に配置された薄板の一部に隙間を設けて、図３
に示すように軸周りに電流が流れる方向が互いに逆向き
になるように結線されている。また、端部１２ｇ，１２
ｈは、電気絶縁した導線を利用して、固定鉄心１３の外
側に引き出されている。
端部１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、固定鉄心１３
の放射状に配置された薄板の一部に隙間を設けて、図３
に示すように軸周りに電流が流れる方向が互いに逆向き
になるように結線されている。また、端部１２ｇ，１２
ｈは、電気絶縁した導線を利用して、固定鉄心１３の外
側に引き出されている。
【００３６】２１は可動子で、固定子１１と軸心を共有
する略円筒形をなすとともに、前記軸方向に揺動自在に
固定子１１の内側に収容され、鉄系材料からなる中空円
筒形状をなした芯部２２と、この芯部２２の外周に前記
軸心を中心として放射状に透磁率の高い、例えばＪＩＳ
Ｃ２３５２の無方向性電磁鋼帯に代表されるケイ素鋼
板を配列した薄板部２３とが一体となって形成する可動
鉄心２４と、固定子１１の内周と一定の空隙をもって可
動鉄心２４の外周に接着剤で固定され、軸方向に２つに
分離し、表面にそれぞれ異なる磁極を有するマグネット
２５ａ，２５ｂとから形成される。マグネット２５は、
希土類元素を含み、強磁界を有するマグネットが用いら
れている。
する略円筒形をなすとともに、前記軸方向に揺動自在に
固定子１１の内側に収容され、鉄系材料からなる中空円
筒形状をなした芯部２２と、この芯部２２の外周に前記
軸心を中心として放射状に透磁率の高い、例えばＪＩＳ
Ｃ２３５２の無方向性電磁鋼帯に代表されるケイ素鋼
板を配列した薄板部２３とが一体となって形成する可動
鉄心２４と、固定子１１の内周と一定の空隙をもって可
動鉄心２４の外周に接着剤で固定され、軸方向に２つに
分離し、表面にそれぞれ異なる磁極を有するマグネット
２５ａ，２５ｂとから形成される。マグネット２５は、
希土類元素を含み、強磁界を有するマグネットが用いら
れている。
【００３７】４２は芯部２２に固定され揺動方向に延出
した軸、４３は軸４２を軸支するとともに固定子１１の
外周を支持する枠体で、軸４２と枠体４３とで支持機構
４４を形成する。軸４２ａ，４２ｂと軸受４３ａ，４３
ｂはいずれも鉄に比べ十分に電気抵抗が大きく、非磁性
であるステンレス材料で形成される。
した軸、４３は軸４２を軸支するとともに固定子１１の
外周を支持する枠体で、軸４２と枠体４３とで支持機構
４４を形成する。軸４２ａ，４２ｂと軸受４３ａ，４３
ｂはいずれも鉄に比べ十分に電気抵抗が大きく、非磁性
であるステンレス材料で形成される。
【００３８】マグネット２５と磁極１６は、可動子が揺
動した際にも、それぞれ、マグネット２５ａが磁極１６
ａ，１６ｂと対向し、マグネット２５ｂが磁極１６ｂ，
１６ｃと対向するように配置されている。
動した際にも、それぞれ、マグネット２５ａが磁極１６
ａ，１６ｂと対向し、マグネット２５ｂが磁極１６ｂ，
１６ｃと対向するように配置されている。
【００３９】また、可動子２１は揺動時に固定子１１の
内部から外に出ないように長さが選択されており、固定
子１１との長さの差は可動子２１の最大振幅と概ね一致
する。
内部から外に出ないように長さが選択されており、固定
子１１との長さの差は可動子２１の最大振幅と概ね一致
する。
【００４０】以上のように構成されたリニアモータにつ
いて、以下その動作を説明する。
いて、以下その動作を説明する。
【００４１】リング状のマグネットワイヤ１２ａ，１２
ｂに電流を通じると、まず、矢印で示すように固定鉄
心、空隙、マグネット、可動鉄心、マグネット、空隙、
固定鉄心へとループする磁束Φが発生する。この磁束Φ
により、固定鉄心への各磁極１６ａ，１６ｂ，１６ｃは
それぞれＮ極，Ｓ極，Ｎ極に磁化される。可動子のマグ
ネット２５ａ，２５ｂの外表面はそれぞれＳ極，Ｎ極に
磁化されているので、各磁極と各マグネットとの間には
白抜きで示す吸引、反発の力が発生し、可動子２１は矢
印イで示す方向に駆動される。
ｂに電流を通じると、まず、矢印で示すように固定鉄
心、空隙、マグネット、可動鉄心、マグネット、空隙、
固定鉄心へとループする磁束Φが発生する。この磁束Φ
により、固定鉄心への各磁極１６ａ，１６ｂ，１６ｃは
それぞれＮ極，Ｓ極，Ｎ極に磁化される。可動子のマグ
ネット２５ａ，２５ｂの外表面はそれぞれＳ極，Ｎ極に
磁化されているので、各磁極と各マグネットとの間には
白抜きで示す吸引、反発の力が発生し、可動子２１は矢
印イで示す方向に駆動される。
【００４２】次にマグネットワイヤに逆向きの電流が流
れると、前述と逆の動作が生じ、可動子２１は矢印イと
逆向きに駆動される。電流の方向と大きさを交互に切り
換えるよう制御することで可動子２１の往復動作が行わ
れる。
れると、前述と逆の動作が生じ、可動子２１は矢印イと
逆向きに駆動される。電流の方向と大きさを交互に切り
換えるよう制御することで可動子２１の往復動作が行わ
れる。
【００４３】ここでマグネット２５ａ，２５ｂは可動鉄
心２４外周に固定してあるため、従来の可動マグネット
型のリニアモータに比べ、マグネットと可動鉄心の間に
空隙が存在しない分、磁束ループ中の空隙が少ない。そ
の結果、磁気抵抗が小さくなるため、磁束は可動マグネ
ット型に比べ流れやすく、必要推力を得るため一定の磁
束を発生させるマグネットワイヤへの電流を少なくする
ことができ、効率の向上やマグネット量の低減を図るこ
とができる。
心２４外周に固定してあるため、従来の可動マグネット
型のリニアモータに比べ、マグネットと可動鉄心の間に
空隙が存在しない分、磁束ループ中の空隙が少ない。そ
の結果、磁気抵抗が小さくなるため、磁束は可動マグネ
ット型に比べ流れやすく、必要推力を得るため一定の磁
束を発生させるマグネットワイヤへの電流を少なくする
ことができ、効率の向上やマグネット量の低減を図るこ
とができる。
【００４４】また、可動子の鉄心および固定子の鉄心は
いずれも軸方向を中心に放射状に配設した薄板で構成し
ているので、薄板の延展方向と磁束方向が一致するため
透磁率を高めるとともに、鉄心内に発生する誘導電流を
抑制し、損失を減少させることができる。
いずれも軸方向を中心に放射状に配設した薄板で構成し
ているので、薄板の延展方向と磁束方向が一致するため
透磁率を高めるとともに、鉄心内に発生する誘導電流を
抑制し、損失を減少させることができる。
【００４５】また、本実施の形態によれば、マグネット
を可動鉄心表面に接着剤で貼り付けて、可動子と一体化
していることで、脆いマグネット自身の強度を補完する
ことができる。その結果、高価な希土類からなるマグネ
ットを薄くすることができ、大幅なコストダウンととも
に可動部の軽量化による効率の向上が得られる。
を可動鉄心表面に接着剤で貼り付けて、可動子と一体化
していることで、脆いマグネット自身の強度を補完する
ことができる。その結果、高価な希土類からなるマグネ
ットを薄くすることができ、大幅なコストダウンととも
に可動部の軽量化による効率の向上が得られる。
【００４６】さらに、本実施の形態においては、可動子
と固定子の形状が円筒型となっているので、可動子と固
定子の位置関係は互いの軸心を合わせるだけでよい。例
えば可動子の表面が平面である場合に比べ、空隙を一定
に保つように組み立てることが容易である。その結果、
可動子と固定子の間に作用するマグネットによる磁気吸
引力の偏りがほとんどなく、その結果、側方向への荷重
がほとんど生じない。従って、側方向への大きな荷重に
よって生ずる、可動子を固定子に対して保持している軸
受などの機構部分の損傷や、可動子と固定子の衝突とい
ったことを防止できる。
と固定子の形状が円筒型となっているので、可動子と固
定子の位置関係は互いの軸心を合わせるだけでよい。例
えば可動子の表面が平面である場合に比べ、空隙を一定
に保つように組み立てることが容易である。その結果、
可動子と固定子の間に作用するマグネットによる磁気吸
引力の偏りがほとんどなく、その結果、側方向への荷重
がほとんど生じない。従って、側方向への大きな荷重に
よって生ずる、可動子を固定子に対して保持している軸
受などの機構部分の損傷や、可動子と固定子の衝突とい
ったことを防止できる。
【００４７】さらに、可動子と固定子の形状が円筒型で
あるため、可動子が回転しても固定子とは一定の空間距
離を保つことができる。例えば円柱状の軸と軸受といっ
た、製作が容易な支持機構を用いることが可能となる。
あるため、可動子が回転しても固定子とは一定の空間距
離を保つことができる。例えば円柱状の軸と軸受といっ
た、製作が容易な支持機構を用いることが可能となる。
【００４８】加えて本実施の形態においては、可動子を
支持する軸や、固定子の端板は非磁性体であるステンレ
スで構成されているため、固定鉄心から端板を経て軸を
迂回する磁束の漏れを防ぐとともに、漏れ磁束による誘
導電流の発生を防止でき、モータの効率低下を防ぐこと
ができる。なお、プラスティックなどステンレス以外の
非磁性材料を、これらの部分に用いても同様の効果を得
ることができる。
支持する軸や、固定子の端板は非磁性体であるステンレ
スで構成されているため、固定鉄心から端板を経て軸を
迂回する磁束の漏れを防ぐとともに、漏れ磁束による誘
導電流の発生を防止でき、モータの効率低下を防ぐこと
ができる。なお、プラスティックなどステンレス以外の
非磁性材料を、これらの部分に用いても同様の効果を得
ることができる。
【００４９】また、固定鉄心は、マグネットワイヤの収
納部分を含む断面で軸方向に３つのブロック１３ａ，１
３ｂ，１３ｃに分割されているため、あらかじめリング
状に巻いたマグネットワイヤ１２ａ，１２ｂを挟み込む
ように挿入することで、組立が可能となり、高い生産効
率を得ることができる。
納部分を含む断面で軸方向に３つのブロック１３ａ，１
３ｂ，１３ｃに分割されているため、あらかじめリング
状に巻いたマグネットワイヤ１２ａ，１２ｂを挟み込む
ように挿入することで、組立が可能となり、高い生産効
率を得ることができる。
【００５０】なお、本実施の形態では固定子の磁極数を
３とし、可動子のマグネットを軸方向に２つ配置した
が、固定子の磁極数を２つ、あるいは４つ以上として
も、モータは構成可能である。この場合、軸方向に磁極
数より１つ少なく可動子にマグネットを配置すればよ
く、本実施の形態で得られる効果に変わりはない。
３とし、可動子のマグネットを軸方向に２つ配置した
が、固定子の磁極数を２つ、あるいは４つ以上として
も、モータは構成可能である。この場合、軸方向に磁極
数より１つ少なく可動子にマグネットを配置すればよ
く、本実施の形態で得られる効果に変わりはない。
【００５１】可動子の鉄心は円筒状の芯部を軸として、
周囲に放射状に同じ幅を有する薄板を配置しているた
め、容易に円筒形状を形成することができる。
周囲に放射状に同じ幅を有する薄板を配置しているた
め、容易に円筒形状を形成することができる。
【００５２】さらに、可動子芯部は鉄系材料で形成され
ているため、磁束ループの磁路の一部として作用するの
で、可動子を軽量化しながら効率向上を図ることができ
る。
ているため、磁束ループの磁路の一部として作用するの
で、可動子を軽量化しながら効率向上を図ることができ
る。
【００５３】また、構造体としての強度や、磁束ループ
の磁路としての寄与が小さい芯部の中心付近は中空とし
ているので、可動子を軽量化することができる。
の磁路としての寄与が小さい芯部の中心付近は中空とし
ているので、可動子を軽量化することができる。
【００５４】鉄心中の磁束の流れは、固定鉄心１３ａ，
１３ｃ内で９０度方向を変えているが、固定鉄心には無
方向性電磁鋼帯を使用しているため、磁束がどの方向に
流れても透磁性に方向性を有さないため、著しい効率低
下は起こらない。
１３ｃ内で９０度方向を変えているが、固定鉄心には無
方向性電磁鋼帯を使用しているため、磁束がどの方向に
流れても透磁性に方向性を有さないため、著しい効率低
下は起こらない。
【００５５】可動子の往復距離の最大値を概ね可動子２
１と固定子１１の長さの差と一致させているため、可動
子のマグネットが固定子の外側に飛び出して、固定子内
部に引き戻す磁気吸引力が作用することにより、モータ
推力が低下することを防止している。
１と固定子１１の長さの差と一致させているため、可動
子のマグネットが固定子の外側に飛び出して、固定子内
部に引き戻す磁気吸引力が作用することにより、モータ
推力が低下することを防止している。
【００５６】なお、本発明はリニアモータとして説明し
たが、まったく同一構成で往復運動を電流に変換する発
電機としても利用可能である。
たが、まったく同一構成で往復運動を電流に変換する発
電機としても利用可能である。
【００５７】また、リング状に巻いたマグネットワイヤ
を直列に結線したが、並列に結線してもよい。
を直列に結線したが、並列に結線してもよい。
【００５８】（実施の形態２）図５は本発明の実施の形
態２によるリニアモータの断面図、図６は図５のＢ−Ｂ
線断面図、図７は図６の要部拡大図、図８は同実施の形
態におけるリニアモータの動作原理を示す模式図であ
る。
態２によるリニアモータの断面図、図６は図５のＢ−Ｂ
線断面図、図７は図６の要部拡大図、図８は同実施の形
態におけるリニアモータの動作原理を示す模式図であ
る。
【００５９】図５から図８において、７１は、可動子２
１の外側に配置される固定子であり、あらかじめリング
状に捲回したマグネットワイヤ１２と固定鉄心７２と外
径側鉄心７３と端板１４とからなる。
１の外側に配置される固定子であり、あらかじめリング
状に捲回したマグネットワイヤ１２と固定鉄心７２と外
径側鉄心７３と端板１４とからなる。
【００６０】７２ａ，７２ｂ，７２ｃの３つのブロック
からなる固定鉄心７２と、外径側鉄心部分７３は、それ
ぞれ磁気的に方向性で、透磁率の高い、例えばＪＩＳ
Ｃ２３５３の方向性電磁鋼帯に代表されるケイ素鋼板を
軸を中心に放射状に配設して形成されている。
からなる固定鉄心７２と、外径側鉄心部分７３は、それ
ぞれ磁気的に方向性で、透磁率の高い、例えばＪＩＳ
Ｃ２３５３の方向性電磁鋼帯に代表されるケイ素鋼板を
軸を中心に放射状に配設して形成されている。
【００６１】マグネットワイヤ１２ａは固定鉄心７２ａ
と７２ｂの間に、マグネットワイヤ１２ｂは固定鉄心７
２ｂと７２ｃの間にそれぞれ挿入して組み立てられてい
る。外径側鉄心部分７３は固定鉄心７２ａ，７２ｂ，７
２ｃに外接し、これらを外周側で連結している。
と７２ｂの間に、マグネットワイヤ１２ｂは固定鉄心７
２ｂと７２ｃの間にそれぞれ挿入して組み立てられてい
る。外径側鉄心部分７３は固定鉄心７２ａ，７２ｂ，７
２ｃに外接し、これらを外周側で連結している。
【００６２】固定鉄心７２ａ，７２ｂ，７２ｃは半径方
向の方向性を有し、外径側鉄心部分７３は軸方向の方向
性を有する。
向の方向性を有し、外径側鉄心部分７３は軸方向の方向
性を有する。
【００６３】以上のように構成されたリニアモータにお
いて、以下その動作を説明する。
いて、以下その動作を説明する。
【００６４】円筒形の鉄心を、薄板を放射状に配置して
形成すると、内径部では板同士が密着するが、外径側ほ
ど薄板同士の隙間が広くなる。この隙間は磁気抵抗とな
るため、空隙が小さい程効率の上で有利となる。そこで
本実施の形態では、外径側と内径側を別のブロックとし
て、個々に鋼板を放射状に配置して形成することで、外
径側の隙間を減らし、占積率を増加させることで磁束が
流れやすくなり、効率を向上させることができた。
形成すると、内径部では板同士が密着するが、外径側ほ
ど薄板同士の隙間が広くなる。この隙間は磁気抵抗とな
るため、空隙が小さい程効率の上で有利となる。そこで
本実施の形態では、外径側と内径側を別のブロックとし
て、個々に鋼板を放射状に配置して形成することで、外
径側の隙間を減らし、占積率を増加させることで磁束が
流れやすくなり、効率を向上させることができた。
【００６５】また、それぞれのブロックに方向性鋼板を
使い、これらは概ね磁束の流れる方向と一致させている
ことで、さらに磁束が通りやすくなり、効率が向上す
る。
使い、これらは概ね磁束の流れる方向と一致させている
ことで、さらに磁束が通りやすくなり、効率が向上す
る。
【００６６】なお本実施の形態では、鋼板を放射状に配
置して形成した部分を半径方向に２分割したが、さらに
３分割かそれ以上の分割をすることで、さらに薄板同士
の隙間を小さくすることができ、より高い効果が得られ
る。
置して形成した部分を半径方向に２分割したが、さらに
３分割かそれ以上の分割をすることで、さらに薄板同士
の隙間を小さくすることができ、より高い効果が得られ
る。
【００６７】（実施の形態３）図９は本発明の実施の形
態３によるリニアコンプレッサの断面図である。
態３によるリニアコンプレッサの断面図である。
【００６８】図９において、８０は固定子７１と可動子
２１を備えたリニアモータである。固定子７１は略円筒
形で、リング状に巻かれた２つのマグネットワイヤ１２
を有する。可動子２１は、表面にマグネット２５を備
え、固定子７１と軸心を共有する略円筒形をなすととも
に、前記軸方向に揺動自在に固定子７１の内側に収容さ
れている。
２１を備えたリニアモータである。固定子７１は略円筒
形で、リング状に巻かれた２つのマグネットワイヤ１２
を有する。可動子２１は、表面にマグネット２５を備
え、固定子７１と軸心を共有する略円筒形をなすととも
に、前記軸方向に揺動自在に固定子７１の内側に収容さ
れている。
【００６９】８１は軸４２ｄを軸支するとともに固定子
７１の外周を支持するとともに、シリンダ８２を備える
枠体である。シリンダ８２は、リニアモータと軸心を共
有する円筒形の内面を有している。８３は、軸４２ｃの
先端に取付けられた円筒形状のピストンであり、シリン
ダ８２に、往復自在な状態で挿入されている。８４は、
シリンダ８２とピストン８３の間に形成される圧縮室で
ある。
７１の外周を支持するとともに、シリンダ８２を備える
枠体である。シリンダ８２は、リニアモータと軸心を共
有する円筒形の内面を有している。８３は、軸４２ｃの
先端に取付けられた円筒形状のピストンであり、シリン
ダ８２に、往復自在な状態で挿入されている。８４は、
シリンダ８２とピストン８３の間に形成される圧縮室で
ある。
【００７０】８５は、リニアモータ８０の可動子２１と
軸４２ｃ，４２ｄとピストン８３などを備える可動部で
あり、８６はリニアモータ８０の固定子７１と枠体８
１、シリンダ８３などを備える固定部である。可動部８
５は、固定部８６に対して軸方向に往復自在である。
軸４２ｃ，４２ｄとピストン８３などを備える可動部で
あり、８６はリニアモータ８０の固定子７１と枠体８
１、シリンダ８３などを備える固定部である。可動部８
５は、固定部８６に対して軸方向に往復自在である。
【００７１】８７は、一端を可動部８５の軸４２ｄに取
付けられ、他端を固定部８６の枠体８１に取付けられた
共振ばねである。共振ばね８７のばね定数は、固定部８
６および可動部８５の質量と、共振ばね８７のばね定数
とで決まる共振周波数が所望の値となるように、選択さ
れている。
付けられ、他端を固定部８６の枠体８１に取付けられた
共振ばねである。共振ばね８７のばね定数は、固定部８
６および可動部８５の質量と、共振ばね８７のばね定数
とで決まる共振周波数が所望の値となるように、選択さ
れている。
【００７２】以上のように構成されたリニアコンプレッ
サにおいて、以下その動作を説明する。
サにおいて、以下その動作を説明する。
【００７３】マグネットワイヤ１２に交流電流を流す
と、可動部８５は固定部８６に対して往復動し、ピスト
ン８３が可動子２１と一体となって往復動することによ
り、圧縮室８４内に吸入された冷媒ガスを順次圧縮し、
外部の冷凍サイクルへ吐出する。
と、可動部８５は固定部８６に対して往復動し、ピスト
ン８３が可動子２１と一体となって往復動することによ
り、圧縮室８４内に吸入された冷媒ガスを順次圧縮し、
外部の冷凍サイクルへ吐出する。
【００７４】この際、可動部８５が中立位置から、上死
点あるいは下死点方向に移動すると、共振ばね８７の変
形が大きくなり、可動子８５には逆向きの加速度が作用
する。そして、上死点、下死点において可動子の速度が
零となるが、共振ばねに蓄えられるエネルギーは最大と
なる。そして、可動子８５が再び中立位置へ戻る際に
は、共振ばね８７の変形は徐々に小さくなり、これに伴
い共振ばね８７に蓄えられたエネルギーは、可動子８５
の速度として回収される。
点あるいは下死点方向に移動すると、共振ばね８７の変
形が大きくなり、可動子８５には逆向きの加速度が作用
する。そして、上死点、下死点において可動子の速度が
零となるが、共振ばねに蓄えられるエネルギーは最大と
なる。そして、可動子８５が再び中立位置へ戻る際に
は、共振ばね８７の変形は徐々に小さくなり、これに伴
い共振ばね８７に蓄えられたエネルギーは、可動子８５
の速度として回収される。
【００７５】ここで、電源の周波数を、固定部８６およ
び可動部８５の質量と、共振ばね８７のばね定数から求
められる共振周波数と一致させていることで、可動子２
１の変位と共振ばね８７からの加速度の周期が同期さ
れ、その結果エネルギーロスは小さく抑えられ、可動子
２１を効率よく往復動させることができる。
び可動部８５の質量と、共振ばね８７のばね定数から求
められる共振周波数と一致させていることで、可動子２
１の変位と共振ばね８７からの加速度の周期が同期さ
れ、その結果エネルギーロスは小さく抑えられ、可動子
２１を効率よく往復動させることができる。
【００７６】また、可動子２１と固定子７１は、共振ば
ね８７を介して連結されているが、共振ばねとしてよく
用いられるコイルばねや渦巻き形状の板ばねなどは、変
形時にわずかに回転する特性をもっている。ところが、
可動子２１は円筒型のピストンに連結され、ピストン８
３はシリンダ８２内に往復自在かつ回転自在な状態で挿
入されているため、可動子２１が円筒形状であるので回
転しても固定子７１との空隙が一定に維持されるので、
可動子２１と固定子７１の衝突による破損や、可動子２
１と固定子７１の間隔が不均一になることによる側方向
力の増大により、軸受等の支持機構の摩耗を防止するこ
とができる。
ね８７を介して連結されているが、共振ばねとしてよく
用いられるコイルばねや渦巻き形状の板ばねなどは、変
形時にわずかに回転する特性をもっている。ところが、
可動子２１は円筒型のピストンに連結され、ピストン８
３はシリンダ８２内に往復自在かつ回転自在な状態で挿
入されているため、可動子２１が円筒形状であるので回
転しても固定子７１との空隙が一定に維持されるので、
可動子２１と固定子７１の衝突による破損や、可動子２
１と固定子７１の間隔が不均一になることによる側方向
力の増大により、軸受等の支持機構の摩耗を防止するこ
とができる。
【００７７】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄心および固
定鉄心に固着したマグネットワイヤとからなる固定子
と、固定子の内側に位置し、可動鉄心とマグネットとを
備えるとともに可動鉄心の外側に磁極と一定の空隙を保
ちながら対向するようにマグネットを固着した可動子
と、可動子の揺動方向に揺動自在に支持する支持機構と
からなり、マグネットと可動鉄心を一体化することで、
空隙長さを縮め、コイルによる励磁力を減じるととも
に、高効率を維持しながらマグネット質量を低減するこ
とができる。
は、少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄心および固
定鉄心に固着したマグネットワイヤとからなる固定子
と、固定子の内側に位置し、可動鉄心とマグネットとを
備えるとともに可動鉄心の外側に磁極と一定の空隙を保
ちながら対向するようにマグネットを固着した可動子
と、可動子の揺動方向に揺動自在に支持する支持機構と
からなり、マグネットと可動鉄心を一体化することで、
空隙長さを縮め、コイルによる励磁力を減じるととも
に、高効率を維持しながらマグネット質量を低減するこ
とができる。
【００７８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、固定子の内側に形成した磁極と、可動
子の外周に固着した前記マグネットの外周面とは、可動
子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形をなすものであ
り、可動子が回転しても固定子との空隙が一定間隔に維
持され、可動子と固定子の衝突による破損や、側方向力
の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防止することが
できる。
の発明において、固定子の内側に形成した磁極と、可動
子の外周に固着した前記マグネットの外周面とは、可動
子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形をなすものであ
り、可動子が回転しても固定子との空隙が一定間隔に維
持され、可動子と固定子の衝突による破損や、側方向力
の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防止することが
できる。
【００７９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、固定鉄心および可動鉄心の少
なくとも一方が、揺動方向を軸心として複数の鋼板を放
射状に配設したので、鉄心内の誘導電流の発生による損
失増加を防止し、モータ効率を向上させることができ
る。
２に記載の発明において、固定鉄心および可動鉄心の少
なくとも一方が、揺動方向を軸心として複数の鋼板を放
射状に配設したので、鉄心内の誘導電流の発生による損
失増加を防止し、モータ効率を向上させることができ
る。
【００８０】請求項４に記載の発明は、請求項３の発明
において、固定子は揺動方向を軸心として複数の鋼板を
放射状に配設するとともに、複数の鋼板が形成する揺動
方向に垂直な両端面の少なくとも一方に、複数の鋼板を
把持する端板を設けたものであり、端板を基準にモータ
を組付けることで、寸法精度が向上し組立性が向上する
とともに、固定子の構造を強固にすることができる。
において、固定子は揺動方向を軸心として複数の鋼板を
放射状に配設するとともに、複数の鋼板が形成する揺動
方向に垂直な両端面の少なくとも一方に、複数の鋼板を
把持する端板を設けたものであり、端板を基準にモータ
を組付けることで、寸法精度が向上し組立性が向上する
とともに、固定子の構造を強固にすることができる。
【００８１】請求項５に記載の発明は、請求項３または
４記載の発明において、固定子は揺動方向を軸心とした
少なくとも１つ以上のリング状のマグネットワイヤと、
マグネットワイヤを軸方向から挟んで異なった磁極を形
成するよう複数に分割された固定鉄心部分とから構成し
たものであり、固定子へのマグネットワイヤの挿入を容
易にすることができる。
４記載の発明において、固定子は揺動方向を軸心とした
少なくとも１つ以上のリング状のマグネットワイヤと、
マグネットワイヤを軸方向から挟んで異なった磁極を形
成するよう複数に分割された固定鉄心部分とから構成し
たものであり、固定子へのマグネットワイヤの挿入を容
易にすることができる。
【００８２】請求項６に記載の発明は、請求項３から５
のいずれか１項に記載の発明において、前記固定鉄心部
分には磁束に対し方向性をもたない鋼板を用いたもので
あり、鉄心のどの位置においても磁束の流れが妨げられ
ないため、モータ効率を向上させることができる。
のいずれか１項に記載の発明において、前記固定鉄心部
分には磁束に対し方向性をもたない鋼板を用いたもので
あり、鉄心のどの位置においても磁束の流れが妨げられ
ないため、モータ効率を向上させることができる。
【００８３】請求項７に記載の発明は、請求項１から４
のいずれか１項に記載の発明において、固定子は揺動方
向を軸心とした少なくとも１つ以上のリング状のマグネ
ットワイヤと、マグネットワイヤを前記軸方向から挟ん
で異なった磁極を形成するよう複数に分割された固定鉄
心部分と、固定鉄心部分に外接する外径鉄心部分とから
なるので、内径部と外径部を個々に鋼板を放射状に配置
して形成することで、外径側の鋼板同士の隙間を少なく
し、同一のモータ外形でも鉄量を増やすことができるの
で、モータ効率を向上させることができる。
のいずれか１項に記載の発明において、固定子は揺動方
向を軸心とした少なくとも１つ以上のリング状のマグネ
ットワイヤと、マグネットワイヤを前記軸方向から挟ん
で異なった磁極を形成するよう複数に分割された固定鉄
心部分と、固定鉄心部分に外接する外径鉄心部分とから
なるので、内径部と外径部を個々に鋼板を放射状に配置
して形成することで、外径側の鋼板同士の隙間を少なく
し、同一のモータ外形でも鉄量を増やすことができるの
で、モータ効率を向上させることができる。
【００８４】請求項８に記載の発明は、請求項７記載の
発明において、外径鉄心部分は揺動方向に磁束の方向性
をもつよう、また、固定鉄心部分には揺動方向に垂直方
向に磁束の方向性をもつよう、磁束に対し方向性をもつ
鋼板を配設したので、各部で磁束が流れる方向と鋼板の
方向性がほぼ一致することで、磁束が流れやすくなりモ
ータ効率を向上させることができる。
発明において、外径鉄心部分は揺動方向に磁束の方向性
をもつよう、また、固定鉄心部分には揺動方向に垂直方
向に磁束の方向性をもつよう、磁束に対し方向性をもつ
鋼板を配設したので、各部で磁束が流れる方向と鋼板の
方向性がほぼ一致することで、磁束が流れやすくなりモ
ータ効率を向上させることができる。
【００８５】請求項９に記載の発明は、請求項１から８
のいずれか１項に記載の発明において、可動子は、揺動
方向に軸心を有する略円筒形の芯部と、軸心を共有し芯
部の外周に複数の鋼板を放射状に配設した薄板部と、板
部の外周に固着したマグネットとを備えるので、芯部を
基準に組み立てることで鉄心の成型が容易となるととも
に、薄板による積層部の内径が大きくなることで、鋼板
同士の隙間が外径側でも大きく開かないため、磁路が十
分に確保でき、効率を向上させることができる。
のいずれか１項に記載の発明において、可動子は、揺動
方向に軸心を有する略円筒形の芯部と、軸心を共有し芯
部の外周に複数の鋼板を放射状に配設した薄板部と、板
部の外周に固着したマグネットとを備えるので、芯部を
基準に組み立てることで鉄心の成型が容易となるととも
に、薄板による積層部の内径が大きくなることで、鋼板
同士の隙間が外径側でも大きく開かないため、磁路が十
分に確保でき、効率を向上させることができる。
【００８６】請求項１０に記載の発明は、請求項９記載
の発明において、前記芯部を中空円筒としたので、可動
子を軽量化することができる。
の発明において、前記芯部を中空円筒としたので、可動
子を軽量化することができる。
【００８７】請求項１１に記載の発明は、請求項１０記
載の発明において、前記芯部は鉄系の材料としたので、
芯部が磁路の一部として作用するので磁束が流れやすく
なり、モータ効率を向上させることができる。
載の発明において、前記芯部は鉄系の材料としたので、
芯部が磁路の一部として作用するので磁束が流れやすく
なり、モータ効率を向上させることができる。
【００８８】請求項１２に記載の発明は、請求項１から
１１のいずれか１項に記載の発明において、固定子の揺
動方向の長さは、可動子の最大揺動振幅と可動子の揺動
方向の長さの和とほぼ等しい長さとしたので、リニアモ
ータの全長を短くし維持しながら、高い効率を維持する
ことができる。
１１のいずれか１項に記載の発明において、固定子の揺
動方向の長さは、可動子の最大揺動振幅と可動子の揺動
方向の長さの和とほぼ等しい長さとしたので、リニアモ
ータの全長を短くし維持しながら、高い効率を維持する
ことができる。
【００８９】請求項１３に記載の発明は、請求項１から
１２のいずれか１項に記載の発明において、固定子ある
いは可動子に係設または近接配置されるモータ構造部材
を、非磁性体でかつ電気抵抗の高い材料で形成したの
で、モータからの磁束の漏れや誘導電流発生による損失
増加を防止し、モータ効率を向上させることができる。
１２のいずれか１項に記載の発明において、固定子ある
いは可動子に係設または近接配置されるモータ構造部材
を、非磁性体でかつ電気抵抗の高い材料で形成したの
で、モータからの磁束の漏れや誘導電流発生による損失
増加を防止し、モータ効率を向上させることができる。
【００９０】請求項１４に記載の発明は、請求項１から
１３のいずれか１項に記載のリニアモータと、固定子に
取付けられ、リニアモータと軸心を共有する略円筒形の
シリンダと、可動子に連結され、シリンダ往復自在に挿
入される円筒形のピストンと、一端が固定子やシリンダ
などを含む固定部に取付けられ、他端が可動子やピスト
ンを含む可動部に取付けられた共振ばねとを備え、固定
部および可動部の質量と、共振ばねのばね定数とで決ま
る共振周波数で駆動するリニアコンプレッサとしたの
で、ばねと質量による共振作用を利用して可動部の往復
運動を効率良く行うとともに、可動子と固定子の衝突に
よる破損や、側方向力の増大による軸受等の支持機構の
摩耗を防止し、小型で高効率のリニアコンプレッサを達
成することができる。
１３のいずれか１項に記載のリニアモータと、固定子に
取付けられ、リニアモータと軸心を共有する略円筒形の
シリンダと、可動子に連結され、シリンダ往復自在に挿
入される円筒形のピストンと、一端が固定子やシリンダ
などを含む固定部に取付けられ、他端が可動子やピスト
ンを含む可動部に取付けられた共振ばねとを備え、固定
部および可動部の質量と、共振ばねのばね定数とで決ま
る共振周波数で駆動するリニアコンプレッサとしたの
で、ばねと質量による共振作用を利用して可動部の往復
運動を効率良く行うとともに、可動子と固定子の衝突に
よる破損や、側方向力の増大による軸受等の支持機構の
摩耗を防止し、小型で高効率のリニアコンプレッサを達
成することができる。
【図１】本発明によるリニアモータの実施の形態１の断
面図
面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】同実施の形態のリニアモータの動作原理を示す
模式図
模式図
【図４】同実施の形態のリニアモータの電流の流れを示
す模式図
す模式図
【図５】本発明によるリニアモータの実施の形態２の断
面図
面図
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図
【図７】同実施の形態のリニアモータの要部断面図
【図８】同実施の形態のリニアモータの動作原理を示す
模式図
模式図
【図９】本発明によるリニアコンプレッサの実施の形態
３の断面図
３の断面図
【図１０】従来のリニアモータの断面図
１１ 固定子
１２ マグネットワイヤ
１３ 固定鉄心
１４ 端板
１６ 磁極
２１ 可動子
２２ 芯部
２３ 薄板部
２４ 可動鉄心
２５ マグネット
４４ 支持機構
７１ 固定子
７２ 固定鉄心
７３ 外径側鉄心
８０ リニアモータ
８２ シリンダ
８３ ピストン
８５ 可動部
８６ 固定部
８７ 共振ばね
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3H076 AA02 BB21 BB38 CC03
5H002 AA03 AB01 AB04 AB06 AC04
AE00
5H633 BB08 BB10 GG02 GG04 GG09
GG12 HH03 HH18 HH25 JA02
Claims (14)
- 【請求項１】 少なくとも２つの磁極を形成する固定鉄
心および前記固定鉄心に係着したマグネットワイヤとか
らなる固定子と、前記固定子の内側に位置し、可動鉄心
とマグネットとを備えるとともに前記可動鉄心の外側に
前記磁極と一定の空隙を保ちながら対向するように前記
マグネットを固着した可動子と、前記可動子の揺動方向
に揺動自在に支持する支持機構とを備えたリニアモー
タ。 - 【請求項２】 前記固定子の内側に形成した磁極と、前
記可動子の外周に固着した前記マグネットの外周面と
は、前記可動子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形を
なす請求項１記載のリニアモータ。 - 【請求項３】 前記固定鉄心および前記可動鉄心の少な
くとも一方が、揺動方向を軸心として複数の鋼板を放射
状に配設することで形成された請求項１または２記載の
リニアモータ。 - 【請求項４】 前記固定子は揺動方向を軸心として、複
数の鋼板を放射状に配設するとともに、前記複数の鋼板
が形成する揺動方向に垂直な両端面の少なくとも一方
に、前記複数の鋼板を把持する端板を設けた請求項３に
記載のリニアモータ。 - 【請求項５】 前記固定子は揺動方向を軸心とした少な
くとも１つ以上のリング状のマグネットワイヤと、前記
マグネットワイヤを前記軸方向から挟んで異なった磁極
を形成するよう複数に分割された固定鉄心部分とからな
る請求項３または４記載のリニアモータ。 - 【請求項６】 前記固定鉄心部分には磁束に対し方向性
をもたない鋼板を用いた請求項３から５のいずれか１項
に記載のリニアモータ。 - 【請求項７】 前記固定子は揺動方向を軸心とした少な
くとも１つ以上のリング状のマグネットワイヤと、前記
マグネットワイヤを前記軸方向から挟んで異なった磁極
を形成するよう複数に分割された固定鉄心部分と、前記
固定鉄心部分に外接する外径鉄心部分とからなる請求項
１から４のいずれか１項に記載のリニアモータ。 - 【請求項８】 前記外径鉄心部分は揺動方向に磁束の方
向性をもつよう、また、前記固定鉄心部分には揺動方向
に垂直方向に磁束の方向性をもつよう、磁束に対し方向
性をもつ鋼板を配設した請求項７記載のリニアモータ。 - 【請求項９】 前記可動子は、揺動方向に軸心を有する
略円筒形の芯部と、前記軸心を共有し前記芯部の外周に
複数の鋼板を放射状に配設した薄板部と、前記薄板部の
外周に固着したマグネットとを備えた請求項１から８の
いずれか１項に記載のリニアモータ。 - 【請求項１０】 前記芯部は中空円筒である請求項９記
載のリニアモータ。 - 【請求項１１】 前記芯部は鉄系の材料からなる請求項
１０記載のリニアモータ。 - 【請求項１２】 前記固定子の揺動方向の長さは、前記
可動子の最大揺動振幅と前記可動子の揺動方向の長さの
和と、ほぼ等しい長さとした請求項１から１１のいずれ
か１項に記載のリニアモータ。 - 【請求項１３】 前記固定子あるいは前記可動子に係設
または近接配置されるモータ構造部材を、非磁性体でか
つ電気抵抗の高い材料で形成した請求項１から１２のい
ずれか１項に記載のリニアモータ。 - 【請求項１４】 請求項１から１３のいずれか１項に記
載のリニアモータと、前記固定子に取付けられ、前記リ
ニアモータと軸心を共有する略円筒形のシリンダと、前
記可動子に連結され、前記シリンダに往復自在に挿入さ
れる円筒形のピストンと、一端が前記固定子や前記シリ
ンダなどを含む固定部に取付けられ、他端が前記可動子
や前記ピストンを含む可動部に取付けられた共振ばねと
を備え、前記固定部および前記可動部の質量と、前記共
振ばねのばね定数とで決まる共振周波数で駆動されるこ
とを特徴とするリニアコンプレッサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036513A JP2003244921A (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | リニアモータおよびリニアコンプレッサ |
| US10/348,539 US6946754B2 (en) | 2002-02-14 | 2003-01-21 | Linear motor and linear compressor |
| KR10-2003-0009264A KR20030068477A (ko) | 2002-02-14 | 2003-02-14 | 리니어 모터 및 리니어 압축기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036513A JP2003244921A (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | リニアモータおよびリニアコンプレッサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003244921A true JP2003244921A (ja) | 2003-08-29 |
Family
ID=27778383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002036513A Pending JP2003244921A (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | リニアモータおよびリニアコンプレッサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6946754B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003244921A (ja) |
| KR (1) | KR20030068477A (ja) |
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| DE102004062300A1 (de) * | 2004-12-23 | 2006-07-13 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Linearverdichter |
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