(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウターコアと、該アウターコアの内部に所定間隔をおいて挿入されるインナーコアと、前記アウターコアまたはインナーコアに挿入される巻線コイルと、永久磁石を含んで構成されて、前記アウターコアとインナーコア間で直線運動自在に挿入される可動子と、を含んで構成される往復動式モータであって、
前記巻線コイルが挿入されるコアの内部に前記可動子の動き方向に所定距離を有する幅及び所定深さを有し、一方側が開口された環状に形成されて前記巻線コイルが位置する開口部と、
前記開口部の入口側部分で該開口部の両側内面の間隔が漸次狭くなるように該開口部の両側内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、
前記第１段差部から所定幅及び長さを有して延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含んで構成されることを特徴とする往復動式モータ。
【請求項２】
前記巻線コイルが位置するコアは、薄い厚さを有する複数の積層薄板が円筒状をなすように放射状に積層された積層体で形成され、該積層体のコアが前記巻線コイルが位置するコアの形状と相応するように該積層体のコアを構成する積層薄板の内部に前記巻線コイルが位置し、一方側が開口された開口部と、
前記開口部の間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなるように前記開口部の内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、
前記第１段差部に続いて、所定幅及び長さに延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータ。
【請求項３】
前記コアの円周方向を基準とする第２段差部の直線距離は、第１段差部の直線距離より短く形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【請求項４】
前記第１段差部及び第２段差部の内面はそれぞれ所定角度傾斜するように形成され、前記開口部の内面を基準にして前記第１段差部の内面傾斜は前記第２段差部の内面傾斜より小さく形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【請求項５】
前記第１段差部の内面は所定角度傾斜するように形成され、前記第２段差部の内面は前記開口部の内面に対して直角をなすように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【請求項６】
前記第２段差部の内面は、前記開口部の内面に対して傾斜するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【請求項７】
前記第１段差部及び第２段差部は、それぞれ所定の曲率を有する曲面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【請求項８】
前記第１段差部は、所定の大きさの凹みまたは貫通穴を有することを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【請求項９】
前記第１段差部及び第２段差部の外側面に所定の深さの凹部が形成され、該凹部の先端から前記開口部の中心までの距離は、前記外側面から前記開口部の中心までの距離より短く形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、往復動式モータに係るもので、詳しくは、巻線コイルが位置する開口部の入口幅、即ち、極間距離を最小化すると共に、開口部の空間を最大化して、高価な永久磁石の使用量を減らすと共に出力を高めて、構造をコンパクトにし得る改良型往復動式モータに関するものである。
（背景技術）
一般に、モータは電気エネルギーを運動エネルギーに変換する機器であって、このようなモータは、電気エネルギーを回転運動に変換する回転型モータと、電気エネルギーを直線往復運動に変換する往復動式モータとに大別される。
【０００２】
モータは、動力源として使用される分野が多様である。特に、家電製品においては、冷蔵庫、エアコンディショナ、洗濯機、扇風機など、ほぼ全ての製品に装着されている。冷蔵庫及びエアコンディショナの場合、送風ファンを回転させるのに使用されるばかりでなく、その冷蔵庫及びエアコンディショナの冷却サイクル装置の圧縮機に装着されて動力源としても使用されている。
【０００３】
図１は、本出願人が研究開発中の往復動式モータの一例を示した図で、図示されたように、往復動式モータは、所定幅及び長さに形成された円筒状のアウターコア10と、このアウターコア10に所定間隔をおいて挿入された円筒状のインナーコア20と、アウターコア10またはインナーコア20に結合される巻線コイル30と、アウターコア10とインナーコア20の間に移動可能に挿入された可動子40と、を含んで構成されている。
【０００４】
図１には、巻線コイル30がアウターコア10に結合された構造が示されている。
【０００５】
アウターコア10は、その断面形状が所定厚さを有するＵ字形状に形成されて、その内部に巻線コイル30が配置される開口部11が形成される。上記のＵ字形状のアウターコア10は磁束が通るパス部12を形成し、そのパス部12の両端にはポール部13が形成されている。
【０００６】
インナーコア20は、その断面がアウターコア10の長さに相応する長さ及び所定幅を有するように形成される。
【０００７】
アウターコア10及びインナーコア20は、別のフレーム(図示せず)に固定結合されてステータ(S)を構成する。
【０００８】
可動子40は、アウターコア10とインナーコア20の間に挿入される円筒状の磁石ホルダ41と、その磁石ホルダ41の外周面に結合される複数の永久磁石42と、を含んで構成されている。
【０００９】
このような往復動式モータの動作を説明する。図２は一般の往復動式モータの動作状態を示す断面図である。図２に示されたように、まず、巻線コイル30に電流が流れると、その巻線コイル30に流れる電流によって巻線コイル30の周辺に磁束が形成され、その磁束はステータ(S)を構成するアウターコアのパス部12及びインナーコア20に沿って閉ループを形成するように生じる。
【００１０】
巻線コイル30に流れる電流による磁束と可動子40を構成する永久磁石42による磁束との相互作用によって、永久磁石42が軸方向に動くようになる。
【００１１】
そして、巻線コイル30に流れる電流の方向を変えると、アウターコアのパス部12及びインナーコア20に形成される磁束の方向が変わり、従って永久磁石42が反対方向に動くようになる。
【００１２】
このように、電流の方向を交互に変えて供給すると、永久磁石42はアウターコア10とインナーコア20の間で直線的に往復運動をするようになり、よって、可動子40は直線往復駆動力を有するようになる。
【００１３】
上記の往復動式モータにおいて、可動子40を構成する永久磁石42の長さ(Lm）は、普通ポール部の長さ(Lp)と極間距離(Lb)とを合せた長さになる。従って、永久磁石42の長さは開口部11の両側で位置決めされる極間距離(Lb)に応じた長さになるので、上記の極間距離(Lb)が短いほど永久磁石42の長さ(Lm)が短くなる。
【００１４】
上記のポール部の長さ(Lp)は行程距離(stroke)に相当し、極間距離(Lb)は開口部11の入口の幅に相当する。
【００１５】
往復動式モータにおいて、可動子40を構成する永久磁石42は材料費が高価であるため、製作原価を減らすためにはその使用量を少なくすべきであり、特に、大量生産をする場合、製作単価を減少させることは必須である。
【００１６】
また、上記の往復動式モータを他のシステムに装着する場合は、小さな設置空間を占有するようにするためには、往復動式モータは構造的にコンパクトにしなければならない。
【００１７】
したがって、極間距離(Lb)を減らして、高価な永久磁石42の長さを減少させることによって、材料費を節減すると共に、磁束の漏洩を防止し、また、巻線コイル30が位置する開口部の内部空間を最大限に確保しながら、構造をコンパクトにすることが重要な課題である。
【００１８】
このような点を勘案して本発明の発明者の研究開発過程で提示された構造は、図３の断面図に示されたように、巻線コイル30が位置するアウターコア10の、断面形状が所定厚さを有するＵ字形状のパス部12と、そのパス部12の両端の内側にそれぞれ三角形状に突出延長されて形成された三角延長部14と、そのパス部12の両端及び三角延長部14によって形成されたポール部15と、を含んで構成されている。
【００１９】
そして、パス部12の内面及び三角延長部14の内面によって、巻線コイル30が位置する開口部16が形成され、三角延長部14の内側端間の距離、即ち、ポール部15とポール部15の間の極間距離(Lb')が開口部16の入口を形成するようになる。
【００２０】
然し、このような構造では、巻線コイル30が位置する開口部16の入口の幅を小さくするために三角延長部14を大きくすると、開口部16の内部空間が小さくなって巻線コイル30の巻線数も少なくなり、一方、開口部16の内部空間を大きくするために三角延長部14を小さくすると、開口部16の入口が大きくなって永久磁石42の使用量を増加させることになる。
【００２１】
一方、開口部16の内部空間を確保して、開口部16の入口の長さを短くするために三角延長部14をシャープにすると、即ち、パス部12の内面と三角延長部14の内面とによって形成される角を直角に近くすると、アウターコア10を通る磁束通路の抵抗(flow resistance of flux)が急激に増加して磁束の損失を生じさせるようになる。
【００２２】
また、このような構造では、永久磁石42を含んで構成される可動子40が直線往復運動をする過程で、可動子40の端部がポール部15の外側に突き出る距離が長くなり、したがって可動子と往復動式モータが装着される他の部品との間の距離を長くする必要があり、構造が大きくなるという短所がある。
（発明の開示）
従って、前記のような点を勘案して案出した本発明の目的は、巻線コイルが位置する開口部の入口の幅、即ち、極間距離を最小化するだけでなく、開口部の空間を最大化して高価な永久磁石の使用量を減らすと共に出力を高めて、構造を簡単にしてコンパクト化し得る往復動式モータを提供することにある。
【００２３】
このような本発明の目的を達成するために、アウターコアと、そのアウターコアの内部に所定間隔をおいて挿入されるインナーコアと、前記アウターコアまたはインナーコアに挿入される巻線コイルと、永久磁石を含んで構成されて、前記アウターコアとインナーコアの間に直線運動自在に挿入される可動子と、を含んで構成された往復動式モータであって、前記巻線コイルが挿入されるコアの内部に前記可動子の動き方向に所定距離を有する幅及び所定深さを有し、一方側が開口された環状に形成されて前記巻線コイルが位置する開口部と、その開口部の入口側部分で該開口部の両側内面の間隔が漸次狭くなるように該開口部の両側内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、該第１段差部に引き続いて、所定幅及び長さに延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含んで構成されることを特徴とする往復動式モータが提供される。
【００２４】
図４は本発明の実施例による往復動式モータの断面図を示したもので、図示されたように、本発明の好適実施例の往復動式モータは、円筒状に形成されるアウターコア100と、そのアウターコア100に所定間隔をおいて挿入されるインナーコア200と、アウターコア100に結合される巻線コイル300と、アウターコア100とインナーコア200の間に直線運動自在に挿入される可動子400と、を含んで構成される。また、巻線コイル300はインナーコア200に結合されるようにすることもできる。
【００２５】
アウターコア100及びインナーコア200は別のフレームに固定して結合されてステータ(S）を構成する。
【００２６】
図5に示されたように、巻線コイル300が結合されるアウターコア100には、所定の長さと厚さを有する円筒体の内側に巻線コイル300が位置し、一方側が開口された環状の開口部110が形成され、その開口部110の内面間隔が開口部110の入口側へ行くほど漸次狭くなるように開口部110の内面からそれぞれ延長される第１段差部120が形成され、その第１段差部120に引き続いて、所定幅及び長さに延長されて開口部110の入口を形成する第２段差部130が形成されている。
【００２７】
開口部110の外側、第１段差部120、及び第２段差部130は磁束が通るパス部140を形成し、第２段差部130の端部が極を形成するポール部150を形成する。
【００２８】
第１段差部120及び第２段差部130の内面は、それぞれ所定角度傾斜するように形成され、開口部110の内面111を基準にして、第１段差部120の内面121の傾斜が第２段差部130の内面131の傾斜より小さく形成される。
【００２９】
即ち、開口部110の内面111から所定角度傾斜して第１段差部120の内面121が形成され、その第１段差部120の内面121に引き続き、所定角度傾斜して第２段差部130の内面131が形成される。第２段差部130の距離(t2)は第１段差部120の距離(t1)より短く形成される。即ち、第１、２段差部120、130の上記の距離は垂直距離(図５上で）を表す。
【００３０】
上記の第１、２段差部120、130の変形例においては、図6に示されたように、第１段差部120の内面121は所定角度傾斜するように形成され、第２段差部130の内面131は開口部110の内面111に対して直角をなすように形成される。
【００３１】
第２段差部130の別の変形例においては、図７に示されたように、第２段差部130の内面131は所定曲率を有して曲面をなすように延長形成される。
【００３２】
そして、図８に示されたように、前記第１段差部120に磁気飽和を防止する穴160が形成される。また、上記の穴160の代わりに、凹み(recess)(図示せず）が第１段差部120の内側面に形成されることもある。
【００３３】
図５に戻って、第１段差部120及び第２段差部130の外側面に所定の深さを有する凹部170がそれぞれ形成される。
【００３４】
凹部170の先端171から開口部110の中心までの距離(t3)は、上記の外側面から開口部110の中心までの距離(t4)より短く形成される。
【００３５】
即ち、凹部170によって、ポール部150の端部から開口部110の中心までの距離(t3)は、上記の外側面から開口部110の中心までの距離(t4)より短くなる。
【００３６】
本発明の他の実施例においては、図９、10に示されたように、往復動式モータのステータを構成するアウターコア500は、薄い厚さを有する複数の薄板が円筒状をなすように放射状に積層された積層体で形成され、その積層体コアを構成する積層薄板は、図10に示されたように、内部に巻線コイル300が位置する開口部510を形成するためにＵ字形状に形成される。
【００３７】
図11に示すように、開口部510の内面間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなる構造を有するように、開口部510の内面511からそれぞれ延長される第１段差部520が形成され、その第１段差部520に引き続いて、所定幅及び長さに延長されて開口部510の入口を形成する第２段差部530が形成される。
【００３８】
開口部510を形成するＵ字部分、第１段差部520、及び第２段差部530は磁束が通るパス部540を形成し、第２段差部530の端面が極をなすポール部550を形成する。
【００３９】
第１段差部520と第２段差部530との内面521、531はそれぞれ所定角度傾斜して形成され、開口部510の内面511を基準にして、第１段差部520の内面521の傾斜が第２段差部530の内面531の傾斜より小さく形成される。
【００４０】
即ち、開口部510の内面511から所定角度傾斜して第１段差部520の内面521が形成され、その第１段差部520の内面521に引き続いて、所定角度傾斜して第２段差部530の内面531が形成される。
【００４１】
第２段差部530の距離(t2)は第１段差部520の距離(t1)より短く形成される。即ち、第１、２段差部520、530の上記の距離は垂直距離(図11上で)を表す。
【００４２】
第１、２段差部520、530の変形例においては、図11に示されたように、第１段差部520の内面521は所定傾斜を有するように形成され、第２段差部530の内面531は開口部510の内面に対して直角をなすように形成される。
【００４３】
第２段差部530の変形例においては、第２段差部530の内面531が所定曲率を有する曲面をなすように延長形成されることもある。
【００４４】
そして、図13に示されたように、第１段差部520に磁気飽和を防止する穴560が形成される。この穴560は所定の大きさを有する貫通穴として形成される。また、穴560に代わり、凹溝(図示せず）が第１段差部520の内側面に形成されることもある。
【００４５】
図11に戻って、第１段差部520及び第２段差部530の外側面に所定深さを有する凹部570がそれぞれ形成される。凹部570の先端571から開口部510の中心までの距離(t3)は、上記の外側面から開口部510の中心までの距離(t4)より短く形成される。
【００４６】
即ち、凹部570の形成によって、ポール部550の端部から開口部510の中心までの距離(t3)は、上記の外側面から開口部510の中心までの距離(t4)より短くなる。
【００４７】
積層される薄板(P)の形成は、図12に示されたように、第１段差部520及び第２段差部530を具備したL字形状の分離型薄板(P1)を互い違いに積層して実現することができる。
【００４８】
詳細には、上記の複数の薄板(P)を円筒状をなすように放射状に積層して積層体が形成され、その積層体の内部に巻線コイル300が位置する開口部510は、上記の分離型薄板(P1)を互い違いに円筒状をなすように放射状に積層して積層体が形成され、その積層体の内部に巻線コイル300が位置する開口部510の形状と同じ形状を有する。
【００４９】
アウターコア100、500の開口部110、510に挿入される巻線コイル300はコイルを複数回巻線して形成される。
【００５０】
そして、図４に示されたように、アウターコア100、500とインナーコア200の間に挿入される可動子400は所定厚さを有し、円筒状に形成される磁石ホルダ410、及びその磁石ホルダ410の外周面に結合されてアウターコア100、500の開口部の入口に位置する複数の永久磁石420を含んで構成されている。
【００５１】
永久磁石420の長さ(Lm1)は、アウターコア100、500の第２段差部130、530の端部、即ち、ポール部150、550の長さ(Lp1)と極間距離(Lb1)とを合せた長さになる。
【００５２】
上記の極間距離は、両方のポール部150、550の間の距離、即ち、第２段差部130、530の内側の先端間の距離である。
【００５３】
以下、本発明の往復動式モータの作用効果について説明する。
【００５４】
まず、巻線コイル300に電流が流れると、その巻線コイル300に流れる電流によって巻線コイル300の周辺に磁束が形成され、その磁束はアウターコア100の第１、２段差部120、130を含むパス部140及びインナーコア200に沿って通って閉ループを形成する。
【００５５】
巻線コイル300に流れる電流による磁束と可動子400を構成する永久磁石420による磁束との相互作用によって永久磁石420が軸方向に動くようになる。
【００５６】
ここで、巻線コイル300に流れる電流の方向を変えると、アウターコアのパス部140及びインナーコア200に形成される磁束の方向が変わり、永久磁石420が反対方向に動くようになる。
【００５７】
このように、電流の方向を交替して変えて供給すると、永久磁石420がアウターコア100とインナーコア200の間で直線往復運動をするようになる。この時、永久磁石420の先端はそれぞれポール部150の領域内で直線往復運動をするようになる。
【００５８】
本発明は、巻線コイル300が位置する開口部110に第１段差部120及び２段差部130が形成されて開口部110の入口の幅を大幅に減少させるため、開口部110の入口の幅及びその入口の両側にそれぞれ位置するポール部150の長さによって決定される永久磁石420の長さが短くなる。
【００５９】
これと共に、第１段差部120及び第２段差部130によって巻線コイル300のための空間の減小を最小にしながら開口部110の入口の幅を減少させるため、開口部110に位置する巻線コイル300の巻線回数を最大にすることができる。また、穴560の代わりに、凹み(図示せず)が第１段差部520の内側面に形成されることもある。
【００６０】
また、前記第１段差部120及び第２段差部130により開口部110の入口の幅を減少させると共に、磁束が通るパス部140の形状がなめらかに形成されるため、磁束の通過が円滑になるだけでなく、第２段差部130で磁気飽和現象が発生するようになり、よって、その磁束漏洩を最小にすることができる。これと共に、第１段差部120及び第２段差部130に穴160が形成されるので、磁気飽和現象を強めて磁束漏洩を一層減らすことができる。
【００６１】
また、第２段差部130によってポール部150が長くなり、磁束の流れが円滑になるだけでなく、アウターコア100の外側面に形成される凹部170によってポール部150の両端が上記の外側面より内側に位置するようになるので、アウターコア100の幅を減少させることができるだけでなく、可動子400がアウターコア100及びインナーコア200の外側に突き出て動く距離が減少するため、システムに適用するときに設置空間を小さくすることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明に係る往復動式モータは多くの利点を有する。例えば、まず第１に、可動子を構成する永久磁石の長さが短かくなるように決められ、巻線コイルが位置する開口部の入口の幅を減少させるので、高価な永久磁石の使用量を減らしてその製作原価を減らすことができ、特に大量生産に有利になる。
【００６３】
また、第２に、アウターコア及びインナーコアを通る磁束の通過を円滑にし、磁束の漏洩を減少させるので、モータの性能を向上させることができる。
【００６４】
また、第３に、ステータを構成するアウターコアの幅を減少させ、可動子の往復移動位置がアウターコアの外部に出ることを最小化するので、モータの大きさを減らすと共に、モータの設置空間を減らすことができるという効果がある。
【００６５】
本発明は、その趣旨あるいは主要な特性から逸脱することなしに種々の形で実施することができるので、上述の実施例も、特に指定されないかぎり、上記の記載の詳細によって何ら制限されるものではなく、むしろ特許請求の範囲に規定されたような趣旨と範囲内で広く解釈すべきであり、従って、特許請求の範囲やその境界内にある全ての変更や変形、あるいはそのような範囲や境界に等価なものは特許請求の範囲に包含されるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の往復動式モータを示した断面図である。
【図２】  従来の往復動式モータの動作状態を示した断面図である。
【図３】  本発明に係る研究開発中に提案された往復動式モータの断面図である。
【図４】  本発明に係る往復動式モータの１実施例の断面図である。
【図５】  本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの断面図である。
【図６】  本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その１）を示した断面図である。
【図７】  本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その２）を示した断面図である。
【図８】  本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その３）を示した断面図である。
【図９】  本発明に係る往復動式モータの他の実施例を示した正面断面図である。
【図１０】  本発明に係る往復動式モータの好適実施例を示した側面図である。
【図１１】  本発明に係る往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板を示した正面図である。
【図１２】  本発明に係る好適実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板の変形例を示した正面図である。
【図１３】  本発明に係る好適実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板の変形例を示した正面図である。
【図１４】  本発明に係る別の実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する分離型積層薄板を示した斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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