(57)【要約】【課題】  本発明は、負荷特性に合わせて正方向と負方向の推力を異なる大きさにすることができるリニアモータを提案する。【解決手段】  本発明のリニアモータは、前後方向の一端部に配置された一端部磁石２０１と、前後方向の他端部に配置された他端部磁石２０２と、前後方向において一端部磁石２０１と他端部磁石２０２との間に配置された中央部磁石２００と、を備えた界磁子２と、界磁子２を挟み込むように配置された磁極歯３０１と、磁極歯３０１に巻回した巻線５と、を有する電機子３と、界磁子２と電機子３との間に作用する、可動子ストローク全体のディテント力の平均値にオフセットを生じさせ、可動子２の推力にオフセットが生じるように配置された補助磁極４と、を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後方向の一端部に配置された一端部磁石と、前記前後方向の他端部に配置された他端部磁石と、前記前後方向において前記一端部磁石と前記他端部磁石との間に配置された単数または複数の中央部磁石と、を備えた界磁子と、
前記界磁子を挟み込むように配置された磁極歯と、前記磁極歯に巻回した巻線と、を有する単数または複数の電機子と、
前記界磁子と前記電機子との間に作用する、可動子ストローク全体のディテント力の平均値にオフセットを生じさせ、可動子の推力にオフセットが生じるように配置された補助磁極と、を有するリニアモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータにおいて、
前記補助磁極は、前記前後方向において、前記一端部磁石が配置されている側と前記他端部磁石が配置されている側とのうち、前記一端部磁石が配置されている側に配置され、モータ主磁束の磁気回路を構成するリニアモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のリニアモータにおいて、
前記補助磁極は、前記一端部磁石が配置されている側のみに配置されるリニアモータ。
【請求項４】
請求項３に記載のリニアモータにおいて、
前記界磁子と前記磁極歯とが相対変位する前記前後方向を第１方向、前記第１方向に垂直で且つ前記界磁子の幅方向に沿う方向を第２方向、前記第１方向及び前記第２方向に垂直な前記界磁子の厚さ方向に沿う方向を第３方向とした場合に、
前記補助磁極の前記第２方向の寸法が、前記磁極歯の前記第２方向の寸法よりも短いことを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のリニアモータにおいて、
前記補助磁極は、前記第２方向の幅寸法が異なる第１補助磁極及び第２補助磁極を有し、
第１補助磁極及び第２補助磁極は、前記第１方向に並べて配置されているリニアモータ。
【請求項６】
請求項３に記載のリニアモータにおいて、
前記補助磁極は、前記界磁子を挟み込むように設けられた２つの磁極歯を有し、
前記２つの磁極歯は、一部材で構成されているリニアモータ。
【請求項７】
請求項３に記載のリニアモータにおいて、
前記一端部磁石は前記前後方向に並ぶ第一一端部磁石及び第二一端部磁石を備え、
前記補助磁極は、前記中央部磁石の前記前後方向における中心が前記電機子の前記前後方向における中心位置にある状態において、前記補助磁極の前記前後方向における中心位置が、前記第一一端部磁石及び第二一端部磁石の中間に配置されているリニアモータ。
【請求項８】
請求項３に記載のリニアモータにおいて、
前記一端部磁石の前後方向における長さをＬｓ１、前記中央部磁石の前記前後方向における長さをＬｃとするとき、Ｌｓ１/Ｌｃ ≦ 0.8を満たすリニアモータ。
【請求項９】
請求項３に記載のリニアモータにおいて、
前記補助磁極と前記電機子の前記磁極歯とは、磁性体で構成されたブリッジで磁気的に接続されているリニアモータ。
【請求項１０】
シリンダと前記シリンダの内側で往復動するピストンとを備えると共に、前記ピストンを駆動する駆動モータとして請求項１に記載したリニアモータを備えたことを特徴とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
リニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連するリニアモータとして、特開２０１６−１０１０１９号公報（特許文献１）が知られている。特許文献１のリニアモータは、Ｚ方向に並んだ二つの磁極と二つの磁極それぞれに巻回した巻線とを有する電機子と、永久磁石と、を有し、電機子に対してＺ方向に相対移動する可動子と、を備えるリニアモータであって、二つの磁極の間に第一補助磁極を有し、第一補助磁極と磁極との間にブリッジを有し、二つの巻線は、電気的に接続している。これにより、特許文献１のリニアモータは、リニアモータのディテント力を抑制し、制御性を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０１０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のリニアモータは、補助磁極によってディテント力が低減して制御性は向上するものの、推力を向上することはできない。また、リニアモータで駆動する機器においては、往復動作の往動作と復動作で必要推力が異なることがあるが、特許文献１ではそのような負荷に対しては考慮がなされていない。よって、特許文献１のリニアモータでは、往動作と復動作で必要推力が大きい方に合わせてモータ設計を行う必要があり、モータ体格・損失増加の原因となる。リニアモータにおいては、往動作と復動作とは、一方が正方向の動作となり、他方が負方向の動作となる。
【０００５】
本発明の目的は、リニアモータが発生する正方向と負方向の推力を異なる大きさにすることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のリニアモータは、
前後方向の一端部に配置された一端部磁石と、前記前後方向の他端部に配置された他端部磁石と、前記前後方向において前記一端部磁石と前記他端部磁石との間に配置された単数または複数の中央部磁石と、を備えた界磁子と、
前記界磁子を挟み込むように配置された磁極歯と、前記磁極歯に巻回した巻線と、を有する単数または複数の電機子と、
前記界磁子と前記電機子との間に作用する、可動子ストローク全体のディテント力の平均値にオフセットを生じさせ、可動子の推力にオフセットが生じるように配置された補助磁極と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、負荷特性に合わせて正方向と負方向の推力を異なる大きさにすることができ、小型高効率化が可能なリニアモータを提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のリニアモータの実施例１に係る斜視図である。
【図２】本発明のリニアモータの実施例１に係る正面図(Ｚ方向視図) である。
【図３】本発明のリニアモータの実施例１に係るＸＹ断面斜図と磁束の流れを示す模式図である。
【図４】本発明のリニアモータの実施例１に係る変形例を示す図である。
【図５】本発明のリニアモータの実施例１に係るＹＺ断面斜図と磁束の流れを示す模式図である。
【図６】本発明との比較例のリニアモータに係るＸＺ断面図である。
【図７】本発明のリニアモータの実施例１に係るＸＺ断面図である。
【図８】実施例１および比較例について、ディテント力と永久磁石との位置関係を示す図である。
【図９】実施例１のリニアモータにおいて、一端部磁石を短くした例のＸＺ断面図である。
【図１０】実施例１のリニアモータについて、一端部磁石の長さとディテント力の平均値を示した図である。
【図１１】本発明のリニアモータの実施例２に係る斜視図である。
【図１２】実施例２のリニアモータの変更例の斜視図である。
【図１３】本発明のリニアモータの実施例３に係る斜視図である。
【図１４】本発明のリニアモータの実施例４に係るＸＺ断面図である。
【図１５Ａ】本発明に係るリニアモータを用いた圧縮機の実施例（実施例５）を示す斜視図である。
【図１５Ｂ】図１４Ａの圧縮機の要部を示す断面図である。
【図１６】本発明に係るリニアモータを用いた冷蔵庫の実施例（実施例６）の構成図である。
【図１７】本発明に係るリニアモータを用いた車両用エアサスペンションの実施例（実施例７）の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明のリニアモータに係る実施例を、図面を用いて説明する。各実施例において、同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。
【００１０】
［実施例１］
図１乃至図４を用いて、実施例１に係るリニアモータを説明する。以下、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は図面に示す通りの方向を表す。すなわち、Ｘ方向は可動子が移動する方向（界磁子と電機子との相対変位方向）であり、Ｙ方向は可動子が移動する方向に垂直で且つ電機子の磁極歯と界磁子とが対向する方向であり、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に垂直な方向である。或いは、界磁子（本実施例では可動子２を構成する）と磁極歯３０１とが相対変位する方向を第１方向（Ｘ方向）、第１方向に垂直で且つ界磁子の幅方向に沿う方向を第２方向（Ｚ方向）、第１方向及び第２方向に垂直な界磁子の厚さ方向に沿う方向を第３方向（Ｙ方向）と呼ぶ場合もある。また、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向を、それぞれ前後方向、上下方向、左右方向と呼称することがあるが、上下方向が重力方向と平行である必要はない。例えば、左右方向、前後方向、或いはそれ以外の方向が重力方向と平行であることを許容する。
【００１１】
図１は、本発明のリニアモータ１００の実施例１に係る斜視図である。図２は、本発明のリニアモータ１００の実施例１に係る正面図(Ｚ方向視図) である。図３は、本発明のリニアモータ１００の実施例１に係るＸＹ断面斜図と磁束の流れを示す模式である。図中の実線および破線の矢印はモータ駆動時の磁束の流れの一例を示している。
【００１２】
リニアモータ１００は、固定子１と、可動子磁石２０と、を有する可動子２を備える。以降の説明では、電機子側を地面に対して静止させる固定子、界磁子側を地面に対して前後方向に移動させる可動子として説明するが、固定子と可動子とは逆の関係であっても良い。すなわちリニアモータ１００は、界磁子と電機子３（電機子磁極）とが相対変位するように構成される。
【００１３】
＜固定子１＞
固定子１は、電機子３と、電機子３の前側もしくは後側どちらか一方に配置された補助磁極４と、を備える。電機子３は、界磁子を挟み込むように配置された磁極歯３０１（コア３００）と、磁極歯３０１に巻回された巻線５と、を有する。電機子３は、軟磁性体のコア３００及びスペーサ３１０を有し、複数のコア３００は軟磁性体のスペーサ３１０で繋いで構成されている。ずなわち、スペーサ３１０は複数のコア３００の間に介在するように配置される。これにより、複数のコア３００及びスペーサ３１０を含む磁路を形成できるようにしている。コア３００には上下に磁極歯（電機子磁極）３０１があり、それぞれ巻線５が巻回されている。ずなわち、上下の磁極歯３０１は可動子２を介して対向するように配置されている。補助磁極４は、軟磁性体のブリッジ６を介して電機子３に磁気的に接続されている。本実施例ではコア３００を固定子１側としているため、磁極歯３０１を固定子磁極３０１と呼ぶ場合もある。
【００１４】
軟磁性体は磁性体であり、以下の説明で磁性体と呼んで説明する場合もある。
【００１５】
電機子３は、１つ又は２つ以上を前後方向に並べることができる。また、補助磁極４は、最も前側の電機子３の前側又は最も後側の電機子３の後側のどちらか一方に設けることができる。第一端部部材７は補助磁極４の前後方向外側に、第二端部部材８は補助磁極４と前後方向反対側のもっとも前後方向外側の電機子３の外側に設けることができる。
【００１６】
＜コア３００＞
コア３００は、可動子２を挟んで対向配置された磁極歯３０１と、これら２つの磁極歯３０１をつなぐ腕部３０２とを有する。磁極歯３０１及び腕部３０２は、例えば、電磁鋼板を前後方向に積層して構成できる。磁極歯３０１には巻線５が巻回され、コア（磁極）３００を構成している。ただし、巻線５は、Ｙ方向に並ぶ２つの磁極歯３０１について、少なくとも一方に巻回されていればよい。また、本実施例ではコア３００を前後方向に２つ並べているが、単一または３つ以上配列してもよい。その場合、各磁極歯３０１に巻回される巻線５は電気的に接続され、Ｙ方向の極性を交互に反転させて配列することができる。また、各磁極間をスペーサ３１０で磁気的に接続することができる。その場合、ＸＹ平面と略平行なループ（磁路、図４参照）を形成するため、より多くの磁束が供給でき、好ましい。
【００１７】
なお、コア３００の形状は、図１乃至図４の形状に限定される訳ではなく、磁束のループを形成できれば図１乃至図４の形状以外の形状であってもよい。本実施例の磁極４は、略Ｅ字形の半磁極が２つ繋がった形状であるが、例えば略Ｃ字形の半磁極を２つ繋げた形状にすることもできる。
【００１８】
＜補助磁極４＞
補助磁極４は、電機子３の前側もしくは後側どちらか一方に配置され、軟磁性体で構成されたブリッジ６を介して電機子３に磁気的に接続されている。補助磁極４はコア３００の磁極歯３０１と同様な磁極歯４０１を有する。補助磁極４は軟磁性体の材料で構成される。なお、本実施例では補助磁極４を略直方体の形状としているが、可動子磁石２０の起磁力によって発生する磁束が、補助磁極４を含んだ縦磁束ループを形成できれば他の形状でも良い。例えば、ＸＺ平面について略Ｄ字の形状とすることができる。
【００１９】
図４は、本発明のリニアモータの実施例１に係る変形例を示す図である。図４は、補助磁極４のＹＺ平面形状を、コア３００と同一にした例である。補助磁極４は、磁極歯４０１の他、コア３００の腕部３０２と同様な腕部４０２を有する。補助磁極４とコア３００をＺ方向に積層した電磁鋼板で構成した場合、断面形状が同一とすることで部品の種類を低減することができ、製作コストを低減できる。
【００２０】
＜端部部材＞
第一端部部材７および第二端部部材８は、前後方向に延在する固定ボルト１０により、コア３００、スペーサ３１０、ブリッジ６および補助磁極４とともに、固定されている。なお、固定子１を固定する部材はボルトに限られず、例えばかしめピン等を利用できる。また、第一端部部材７および第二端部部材８には軸受９が配置され、可動子２を支持している。第一端部部材７および第二端部部材８は、軟磁性体又は非磁性体で形成することができるが、補助磁極４からの磁束漏れ防止の観点から、非磁性体にすることが好ましい。
【００２１】
ここで、補助磁極４、端部部材７，８およびコア（磁極）３００の違いについて説明する。本実施例における補助磁極４と端部部材７，８との違いは、補助磁極４には磁極歯３０１と同様な磁極歯４０１が設けられるのに対して、端部部材７，８には磁極歯が存在しない。また、補助磁極４とコア３００との違いは、コア３００には巻線５が巻回されるのに対して、補助磁極４には巻線５は巻回されない。
【００２２】
＜巻線５を流れる電流と、発生する磁束＞
図３と共に図５を用いて、巻線５に流れる電流によって、リニアモータ１００内を流れる磁束について説明する。図５は、本発明のリニアモータの実施例１に係るＹＺ断面斜図と磁束の流れを示す模式図である。なお、図３および図５のリニアモータでは、磁束の主経路が通過しない第一端部部材７、第二端部部材８、固定ボルト１０、軸受９の描写を省略している。
【００２３】
ＹＺ断面においては、腕部３０２と、磁極歯３０１と、ギャップ部３０３とを含んだ、図３の実線で示すＹＺ平面をループする磁束を構成する。この磁束ループは、可動子２の進行方向Ｘに対して垂直な平面上に構成されるループであり、横磁束ループΦ１である。
【００２４】
ＸＹ断面においては、スペーサ３１０とブリッジ６とが軟磁性体であり、補助磁極４とコア３００とが磁気的に接続されていることから、磁極歯３０１、スペーサ３１０、ブリッジ６および補助磁極４を含んだ、図４の実線で示すＸＹ平面をループする磁束を構成する。この磁束ループは、可動子２の進行方向Ｘに対して平行な平面上に構成されるループであり、縦磁束ループΦ２である。
【００２５】
上述のように、発生した磁束は横磁束ループΦ１および縦磁束ループΦ２の２つの経路を通って循環する。可動子磁石２０の起磁力によって発生した磁束も、同様に横磁束ループΦ１と、補助磁極４を含んだ縦磁束ループΦ２を構成する。可動子磁石２０の起磁力と、巻線５の起磁力とによって発生した起磁力と、双方で発生した磁束とが、縦磁束と横磁束とを形成し、推力を発生するモータ主磁束となる。
【００２６】
このように、横磁束ループΦ１に加え縦磁束ループΦ２を利用することで、磁極アーム部３０２の磁気飽和を抑制し、さらに補助磁極４の空隙を通る磁束を推力に利用することで、リニアモータの小型化が可能である。
【００２７】
＜可動子２＞
可動子２は、前後方向を長手方向としている。可動子２は、前後方向に複数の永久磁石を固定する非磁性体または軟磁性体からなる磁極フレーム２１と、磁極フレーム２１に設けられた可動子磁石２０を有している。可動子磁石２０は、中央部磁石２００と、一端部磁石２０１と、他端部磁石２０２と、からなる。一端部磁石２０１は前後方向の一端部側に配置される磁石であり、他端部磁石２０２は前後方向の他端部側に配置される磁石であり、中央部磁石２００は一端部磁石２０１と他端部磁石２０２との間に配置される磁石である。
【００２８】
可動子磁石２０は、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成してもよいし、フェライト磁石等、他の素材による永久磁石を用いてもよい。また、一端部磁石２０１以外は、永久磁石の代わりに軟磁性材料を用いてもよい。一端部磁石２０１および他端部磁石２０２は、中央部磁石２００の前後方向の両側に配置されている。本実施例では、中央部磁石２００に対して補助磁極４が配置されている一端側（後側）に一端部磁石２０１を、補助磁極４が配置されていない他端側（前側）に他端部磁石２０２を配置している。本実施例の可動子磁石２０は、中央部磁極２００と、一端部磁石２０１と、他端部磁石２０２と、をそれぞれ１個ずつ用いた態様であるが、それぞれの磁石は複数並べてもよい。中央部磁石２００と一端部磁石２０１と他端部磁石２０２とは、界磁子により構成される可動子２と、電機子磁極３０１により構成される固定子１と、が相対変位する方向に沿って配列される。中央部磁石２００と、一端部磁石２０１と、他端部磁石２０２とはそれぞれＹ方向に磁化され、隣り合う磁石の上面は、Ｎ極とＳ極とが、交互になるように配されている。
【００２９】
＜補助磁極４による推力オフセットの発生＞
可動子２に発生する推力は、巻線５に電流を流すことで発生する能動的な推力と、固定子１の磁性体部分と可動子磁石２０との間に働く吸引力によって発生する受動的な推力（ディテント力）と、に分けられる。ディテント力は、可動子磁石２０と固定子１との相対位置関係によって決定される。
【００３０】
図６乃至８を用いて、可動子２に加わるディテント力について、本実施例と比較例とを比較し、本実施例では補助磁極４の設置によって、リニアモータが発生する推力にオフセットを与えることができることを示す。
【００３１】
図６は、本発明との比較例のリニアモータ１００’に係るＸＺ断面図である。図７は、本発明のリニアモータ１００の実施例１に係るＸＺ断面図である。図８は、実施例１および比較例について、ディテント力と永久磁石との位置関係を示す図である。なお、図６及び図７のリニアモータ１００では、磁束の主経路が通過しない第一端部部材７、第二端部部材８、固定ボルト１０および軸受９の描写を省略している。
【００３２】
図６の比較例に関わるリニアモータ１００’は、補助磁極４とブリッジ６とを持たない点以外は本実施例に関わるリニアモータ１００と同様の構成である。また図８では、本実施例および比較例において、可動子磁石２０が受けるディテント力Ｆ（縦軸：推力）と、中央部磁石２００の中心のＸ方向位置（横軸：磁石位置）との関係を示している。ディテント力は、−Ｘ方向を正としている。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ点は、中央部磁石２００の中心のＸ方向位置を示している。Ａ点は＋Ｘ方向に配置された磁極歯３０１のＸ方向中心位置、Ｂ点は＋Ｘ方向に配置された磁極歯３０１の−Ｘ方向端部位置、Ｃ点は電機子３のＸ方向における中心位置、Ｄ点はＢ−Ｘ方向に配置された磁極歯３０１の＋Ｘ方向端部位置、Ｅ点は＋Ｘ方向に配置された磁極歯３０１のＸ方向中心位置を、それぞれ示している。中央部磁石２００の中心Ｃ点にある状態を電気角０°と定義すると、中央部磁石２００の中心がＥ点にある場合は電気角＋１８０°、中央部磁石２００の中心がＥ点にある場合は電気角−１８０°となる。下記の説明におけるストローク全体とは、下記の例で巻線５に電流を流すことで能動的な推力を発生できる範囲である、電気角−１８０°〜＋１８０°の範囲を指す。また、ディテント力の平均値とは、上記範囲におけるディテント力の積分値を、上記ストローク全体の長さで除したものである。
【００３３】
＜比較例のディテント力＞
まず、比較例におけるディテント力Ｆについて説明する。図６は、比較例のリニアモータ１００’で、中央部磁石２００の中心のＸ方向位置と、電機子３のＸ方向位置の中心が等しい状態を示している。すなわち、中央部磁石２００の中心が電機子３のＸ方向における中心位置（Ｃ点）にある状態を示している。この場合、中央部磁石２００は左右の磁極歯３０１に等しい力で吸引され、一端部磁石２０１は＋Ｘ方向に吸引され、他端部磁石２０２は−Ｘ方向に吸引されている。一端部磁石２０１が＋Ｘ方向に吸引される力の大きさと他端部磁石２０２が−Ｘ方向に吸引される力の大きさとは等しい。したがって、可動子磁石２０がトータルで受けるディテント力Ｆは０となる。比較例のリニアモータ１００’では、ＸＺ断面図における固定子１’がＸ方向に関して磁気的に対称であるため、可動子２のＸ方向位置に対するディテント力Ｆも、Ｘ方向に関して対称である。したがって、ストローク全体のディテント力の平均値は０となる。
【００３４】
＜本実施例のディテント力＞
図７は、本実施例のリニアモータ１００で、中央部磁石２００の中心のＸ方向位置と、電機子３のＸ方向位置の中心が等しい状態を示している。すなわち、中央部磁石２００の中心が電機子３のＸ方向における中心位置（Ｃ点）にある状態を示している。ただし、リニアモータ１００は、コア３００に対してＸ方向の一端側（本実施例では−Ｘ方向の端部側）に補助磁極４を有する。この場合、中央部磁石２００と他端部磁石２０２が受けるディテント力は比較例と等しいが、一端部磁石２０１は磁極歯３０１からの吸引力を受けて＋Ｘ方向の力（吸引力）を受けるのに加えて、補助磁極４からの吸引力が作用し、−Ｘ方向の力を受けている。したがって、可動子磁石２０がトータルで受けるディテント力Ｆは正となる。これにより、図８に示すように、ストローク全体のディテント力の平均値が正となり、推力にオフセットδを生じることができる。
【００３５】
この推力のオフセットは、補助磁極４の配置を変えることにより、すなわちコア３００に対してＸ方向の他端側（＋Ｘ方向の端部側）に補助磁極４を配置することにより、逆向きに生じる。
【００３６】
＜一端部磁石２０１の中央位置と推力オフセット量との関係＞
図９および図１０を用いて、一端部磁石２０１の長さと推力オフセット量との関係を説明する。図９は、実施例１のリニアモータ１００において、一端部磁石２０１を短くした例のＸＺ断面図である。図１０は、実施例１のリニアモータ１００について、一端部磁石２０１の長さとディテント力の平均値を示した図である。
【００３７】
図９では、本実施例のリニアモータ１００において、中央部磁石２００と一端部磁石２０１の間の距離を一定に保ったまま、一端部磁石２０１のＸ方向長さＬｓ１を短くしたものである。このようにすることで、Ｌｓ１を短縮する前よりも一端部磁石２０１は強い力で−Ｘ方向に吸引される。逆に一端部磁石２０１が長い場合、−Ｘ方向への吸引力が弱まる。
【００３８】
この場合、Ｘ方向において中央に位置する磁石（本実施例では中央部磁石２００）の中心が電機子３のＸ方向における中心位置（Ｃ点）にある状態において、最も−Ｘ方向側に位置する磁石（本実施例では一端部磁石２０１）の−Ｘ方向における端部２０１ａは、補助磁極４のＸ方向における中心４ａよりも＋Ｘ方向側にあり、且つ最も−Ｘ方向側に位置するコア３００の磁極歯３０１の−Ｘ方向側の端部３０１ａよりも−Ｘ方向側にあることが好ましい。すなわち端部２０１ａは、一端部磁石２０１の−Ｘ方向における端部２０１ａは、補助磁極４の中心４ａと磁極歯３０１の端部３０１ａとの間に位置することが好ましい。
【００３９】
図１０では、一端部磁石２０１の長さＬｓ１とディテント力Ｆｄとの関係を示している。横軸は一端部磁石２０１のＸ方向長さ（Ｌｓ１）と中央部磁石２００のＸ方向長さ（Ｌｃ）との比Ｌｓ１/Ｌｃ、縦軸は本実施例のリニアモータ１００のディテント力の平均値(Ｆｄ)と定格推力（Ｆｒ）との比Ｆｄ／Ｆｒである。一端部磁石２０１の長さＬｓ１が短くなることで、ディテント力Ｆｄが大きくなっている。したがって、一端部磁石２０１の長さＬｓ１を調整することで、ディテント力による推力のオフセット量を調整できる。
【００４０】
気体圧縮機などの用途では、気体を圧縮する方向に可動子２を動かす際に必要な推力と比較して、気体を引き込む方向に動かす際に必要な推力が小さい。したがって、正負対称の電流を流して往復動作をする際に、圧縮方向のストロークが不足して吐出量が減少する、あるいは引き込み方向でストロークが過剰となり、可動子２とケースが衝突するなどの問題点があった。本実施例によれば、負荷に応じて一端部磁石２０１の長さを調整し、ディテント力のオフセットを変更することで上記の問題を解決し、高性能・高信頼性のリニアモータを提供できる。空気圧縮機に本実施例のリニアモータを適用する場合、Ｌｓ１/Ｌｃを０．８以下とすることで、圧縮動作と吸込動作で必要な推力の差を補償でき、圧縮機を高効率化できる。
【００４１】
［実施例２］
本発明の実施例２について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明のリニアモータの実施例２に係る斜視図である。
【００４２】
実施例１では補助磁極４のＺ方向長さ（幅寸法）Ｗ１をコア３００およびブリッジ６と同等にしていたが、本実施例では補助磁極４のＺ方向長さ（幅寸法）Ｗ１をコア３００およびブリッジ６のＺ方向長さ（幅寸法）Ｗ２（図３参照）よりも短くしている。併せて第一端部部材７の形状を変更し、補助磁極４が収まる形状の凹部７ａを設けることによって、第一端部部材７に設置されている軸受９の位置を前後方向内側（固定子１のＸ方向中央部）に配置することでき、リニアモータ１００の全長を小さくすることできる。
【００４３】
実施例２の変更例について、図１２を用いて説明する。図１２は、実施例２のリニアモータの変更例の斜視図である。
【００４４】
上述した実施例では補助磁極４を単一の部材で構成しているが、図１２に示すように補助磁極４を複数の部材で構成してもよい。例えば、略直方体でＺ方向の幅が異なる第１補助磁極４Ａおよび第２補助磁極４Ｂを２つ並べて、補助磁極４を構成することができる。
すなわち補助磁極４は第２方向（Ｚ方向）の幅寸法が異なる第１補助磁極４Ａ及び第２補助磁極４Ｂを有し、第１補助磁極４Ａ及び第２補助磁極４Ｂは第１方向（Ｘ方向）に並べて配置されている。なお、補助磁極４の分割数は２つに限定されるわけではなく、３つ以上に分割されてもよい。
【００４５】
本変更例においても、第１補助磁極４Ａ及び第２補助磁極４Ｂは、実施例２の寸法関係を満たしていることが好ましい。
【００４６】
なお本変更例においても、第一端部部材７に図１１で説明した凹部７ａを設け、補助磁極４を凹部７ａに配置している。ただし、本変更例の凹部７ａの形状は、第１補助磁極４Ａおよび第２補助磁極４Ｂが収まるように、図１１の凹部７ａの形状とは異なる形状にしてある。
【００４７】
［実施例３］
本発明の実施例３について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明のリニアモータの実施例３に係る斜視図である。
【００４８】
実施例１および実施例２では補助磁極４を上下方向に分けて配置していたが、本実施例では、補助磁極４を上下一体構造としている。このようにすることで、軸受９を補助磁極４に配置して可動子２を支持することができる。そして、第二端部部材８、コア３００、スペーサ３１０、ブリッジ６および第一端部部材７を固定ボルト１０で固定することによって、第一端部部材７を省略できる。したがって、前後方向（Ｘ方向）の寸法を抑えた小型のリニアモータ１００を提供できる。
【００４９】
［実施例４］
本発明の実施例４について。図１４を用いて説明する。図１４は、本発明のリニアモータの実施例４に係るＸＺ断面図である。
【００５０】
本実施例では、可動子磁石２０の一端部磁石２０１の個数を２個としている。すなわち本実施例の一端部磁石２０１は、第一一端部磁石２０１Ａと第二一端部磁石２０１Ｂとで構成される。特に本実施例では、第一一端部磁石２０１Ａを最も−Ｘ方向側に配置し、第二一端部磁石２０１Ｂを第一一端部磁石２０１Ａと中央部磁石２００との間に配置している。
【００５１】
中央部磁石２００の中心が電機子３のＸ方向における中心位置（Ｃ点）にある状態において、Ｘ方向に並べた２つの一端部磁石２０１に対し、補助磁極４のＸ方向中心位置４ａがその中間に配置されるようにする。すなわち、中央部磁石２００の中心が電機子３のＸ方向における中心位置（Ｃ点）にある状態において、補助磁極４のＸ方向中心位置４ａが第一一端部磁石２０１Ａと第二一端部磁石２０１Ｂとの中間に位置するように、各磁石２０を配置する。これにより、巻線５に電流を流すことで発生する縦磁束ループによって生じる能動的な推力が大きくなる。また、ストローク全体のディテント力の平均値を正としながら、ディテント力の脈動を小さくすることができる。よって、固定子１の体積を保ったままリニアモータを大推力化し、制御性を向上できる。
【００５２】
［実施例５］
図１５Ａは、本発明に係るリニアモータ１００を用いた圧縮機１０００の実施例（実施例５）を示す斜視図である。図１５Ｂは、図１５Ａの圧縮機１０００の要部を示す断面図である。
【００５３】
本実施例の圧縮機１０００は、空気や冷媒を圧縮する気体圧縮機として用いることができ、可動子２の往復動方向について電機子３の一方側に設けた共振ばね４００及び電機子３の他方側に設けたピストン（シリンダ１２００内に配置、図示せず）と、シリンダ１２００と、電磁弁１４００（１４００Ａ、１４００Ｂ）と、排気弁１５００と、ドライヤ１６００と、及びインバータ１７００と、を有する。
【００５４】
本実施例の圧縮機１０００では、ピストンの駆動モータがリニアモータで構成されており、可動子２が扁平な板状（平板状）を成している。また、可動子２は第二端部部材８の後側端部から更に後方に突き出している。
【００５５】
シリンダ１２００には、電機子３及び共振ばね４００を収納するケーシング１８００が取付けられている。本実施例では、第一端部部材７を用いず、ケーシング１８００の前面として補助磁極４を配置しているが、補助磁極４の前側にケーシング１８００の前面を構成する部材を設けても良い。すなわち、補助磁極４をケーシング１８００の前面部材として兼用する代わりに、補助磁極４とは別に前面部材を設けてもよい。
【００５６】
ケーシング１８００は、筒状の側面（側面部材）１８１０と後面（後面部材、底面部材）１８２０とが別体で構成されており、前後に延在する挿通部材１８３０によって、底面１８２０がシリンダ１２００にベース板１９００を介して固定されている。これにより、側面１８１０は後面１８２０及びシリンダ１２００に挟持されている。
【００５７】
ケーシング１８００側から前方に向けて電極が突出し、電極の一端部に巻線５の引き出し端部が電気的に接続されている。電極の他端部はベース板１９００に形成された貫通孔（図示せず）を貫通してインバータ１７００の内部に挿入され、内部のインバータ回路と電気的に接続されている。
【００５８】
ベース板１９００にはガスの吸入吐出口１９１０が設けられている。また、ベース１９００には２つの電磁弁１４００Ａ、１４００Ｂが取り付けられ、各電磁弁１４００Ａ、１４００Ｂに対応してガスが流れる２つの貫通孔（ガス通路）１９２０ａ、１９２０ｂが設けられている。電磁弁１４００Ａ、１４００Ｂは三方弁であり、ガスの吸入吐出弁を構成する。一方の電磁弁１４００Ａが吸入状態にある場合、他方の電磁弁１４００ｂは吐出状態となる。一方の電磁弁１４００Ａは吸入状態において吸入吐出口１９１０から吸入したガスを、貫通孔１９２０ａを通じてケーシング１８００の内部に流す。このとき、他方の電磁弁１４００Ｂは吐出状態になっており、貫通孔１９２０ｂを通じたガスの流れを遮断する。
【００５９】
電磁弁１４００Ａを通じてケーシング１８００の内部に流入したガスは、可動子２と端部部材４及びベース板１９００との隙間を流れてシリンダ１２００の内部に流れ、シリンダ１２００を通じてドライヤ１６００に流れる。更に、ガスはドライヤ１６００からもう一方の電磁弁１４００Ｂを通じて吐出される。電磁弁１４００Ａ及び電磁弁１４００Ｂの吸入吐出の状態が入れ替わると、ガスの流れは上述した経路の逆を辿って流れる。シリンダ１２００では必要に応じて流入したガスの圧縮を行う。ベース板１９００の貫通孔１９２０ｂが設けられた側には、吸入吐出口１９１０に対応する位置に、図示しない吸入吐出口が設けられている。
【００６０】
シリンダ１２００のシリンダヘッド１２００Ａには、ドライヤ１６００がシリンダ１２００の内部と連通可能な状態で取り付けられている。
このような構造の圧縮機の場合、ガスを圧縮する方向にピストンを動かす際にはリニアモータに必要とされる推力が大きく、ガスを引き込む方向に動かす際には必要推力が小さい。よって、実施例１乃至４記載のリニアモータを適用し、負荷に応じて補助磁極４や一端部磁石２０１の寸法を変更することで、往復圧縮機の小型化、高効率化が可能である。
【００６１】
［実施例６］
図１６は、本発明に係るリニアモータ１００を用いた冷蔵庫２００１の実施例（実施例６）の構成図である。
【００６２】
冷蔵庫２００１は、冷蔵室２００２の前面側に左右に分割された観音開きの冷蔵室扉２００２ａを備え、製氷室２００３と、上段冷凍室２００４と、下段冷凍室２００５と、野菜室２００６との前面側に、それぞれ引き出し式の製氷室扉２００３ａ、上段冷凍室扉２００４ａ、下段冷凍室扉２００５ａ、野菜室扉２００６ａを備えている。
【００６３】
野菜室２００６の背面側には、機械室２０２０が設けられ、機械室２０２０に圧縮機２０２４が配置されている。また、製氷室２００３、上段冷凍室２００４、及び下段冷凍室２００５の背面側には、蒸発器室２００８が設けられ、蒸発器室２００８に蒸発器２００７が設けられている。冷蔵庫２００１では、圧縮機２０２４及び蒸発器２００７のほか、図示しない放熱器、減圧手段であるキャピラリチューブ及び三方弁等が冷媒配管で接続され、冷凍サイクル２０３０が形成されている。
【００６４】
本実施例では、冷蔵庫２００１の冷凍サイクル２０３０を構成する圧縮機２０２４に、上述した各実施例のいずれかのリニアモータ１００を採用する。例えば、圧縮機２０２４として実施例５の圧縮機１０００を採用するとよい。これにより、冷凍サイクル２０３０を構成する圧縮機２０２４の大形化を抑制することができる。そして冷蔵室及び冷凍室のために大きなスペースを確保することが可能になり、外形寸法を大きくすることなく大容量の冷蔵庫を提供することが可能になる。
【００６５】
［実施例７］
図１７は、本発明に係るリニアモータ１００を用いた車両用エアサスペンション３００４の実施例（実施例７）の構成図である。
【００６６】
本実施例では、４輪自動車等の車両に、車両用エアサスペンションを搭載した場合を例に挙げて説明する。
【００６７】
車体３００２は、車両３００１のボディを構成している。車体３００２の下側には、左、右の前輪と左、右の後輪とからなる合計４個の車輪３００３が設けられている。エアサスペンション３００４は、車体３００２と各車輪３００３との間にそれぞれ設けられた４個の空気ばね３００５と、空気圧縮機３００６と、バルブユニット３００８と、コントローラ３０１１とを備える。そして、エアサスペンション３００４は、各空気ばね３００５に対して空気圧縮機３００６から圧縮空気が給排されることにより、車高調整を行う。
【００６８】
本実施例では、空気圧縮機３００６の駆動モータとして、上述した各実施例のいずれかのリニアモータ１００を採用する。例えば、空気圧縮機３００６として実施例５の圧縮機１０００を採用するとよい。空気圧縮機３００６は、給排管路（配管）３００７を通じてバルブユニット３００８に接続されている。バルブユニット３００８には、各車輪３００３に対して設けられた、電磁弁からなる給排バルブ３００８ａが４個設けられている。バルブユニット３００８と各車輪３００３の空気ばね３００５との間には、分岐管路（配管）３００９が設けられている。空気ばね３００５は、分岐管路３００９、バルブ３００８ａ、及び給排管路３００７を介して、空気圧縮機３００６に接続される。そして、バルブユニット３００８は、コントローラ３０１１からの信号に応じて給排バルブ３００８ａを開、閉弁させることにより、各空気ばね３００５に対して圧縮空気を給排し、車高調整を行う。
【００６９】
本実施例では、エアサスペンション３００４を構成する空気圧縮機３００６の大形化を抑制することができる。そして、車両３００１における空気圧縮機３００６の搭載スペースを小さくすることができ、空気圧縮機３００６の配置の自由度が高まる。
【００７０】
［その他の態様］
各実施例では、電機子３を固定して界磁子（可動子２）が移動するムービングマグネット型を例示したが、界磁子を固定して電機子３を移動するムービングコイル型でもよい。
【００７１】
また、可動子２の上下方向それぞれに磁極歯３０１を設ける代わりに、可動子２の上下方向一方側に設ける構成でもよい。この場合、腕部３０２は、一端が軟磁性体の床面に接触してコア３００を支持することができる。
【００７２】
また、磁極歯３０１や腕部３０２はアモルファス金属を積層して構成してもよいし、圧粉磁心で構成してもよい。アモルファス金属を用いた場合は、磁極歯３０１や腕部３０２で発生する鉄損を低減する効果があり、圧粉磁心を用いた場合は、三次元的に任意な形状で構成することができる。
【００７３】
本発明は、モータ（リニアモータ）のほか、固定子１及び可動子２を相対移動させる種々の機器に適用できる。例えば、発電機、圧縮機、電磁サスペンション、位置決め装置等に用いても同様の効果が得られる。
【００７４】
なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１…固定子、２…可動子（界磁子）、３…電機子、４…補助磁極、５…巻線、６…ブリッジ、７…第一端部部材、８…第二端部部材、９…軸受、１０…固定用ボルト、２０…可動子磁石、２１…磁極フレーム、２００…中央部磁石、２０１…一端部磁石、２０１Ａ…第一一端部磁石、２０１Ｂ…第二一端部磁石、２０２…他端部磁石、１００…リニアモータ、３００…コア、３０１…磁極歯（電機子磁極）、３０２…腕部、３１０…スペーサ、１０００…圧縮機、１２００…シリンダ。
【図１】
2020031483.tif 000003
【図２】
2020031483.tif 000004
【図３】
2020031483.tif 000005
【図４】
2020031483.tif 000006
【図５】
2020031483.tif 000007
【図６】
2020031483.tif 000008
【図７】
2020031483.tif 000009
【図８】
2020031483.tif 000010
【図９】
2020031483.tif 000011
【図１０】
2020031483.tif 000012
【図１１】
2020031483.tif 000013
【図１２】
2020031483.tif 000014
【図１３】
2020031483.tif 000015
【図１４】
2020031483.tif 000016
【図１５Ａ】
2020031483.tif 000017
【図１５Ｂ】
2020031483.tif 000018
【図１６】
2020031483.tif 000019
【図１７】
2020031483.tif 000020