(57)【要約】【課題】磁石保持体、ピストンおよびピストン保持部を含む可動部の軽量化および弾性体のバネ定数の低減が効率面で大きな課題である。【解決手段】磁石５３を円筒状に樹脂モールドで固定した磁石支持体５２と、前記磁石支持体５２に３つの弾性体を支持する弾性支持体５５を締結した構成とすることにより、磁石保持用のスリ−ブを用いることなく構成すことができ、コスト低減を図れるばかりかスリ−ブに発生していた渦電流損を無くすことで、高効率化も実現することができる。また、磁石保持体に弾性支持体を複数個締結する構成とすることで、弾性体８０の１個あたりのばね定数を小さく抑えることで、ばねが伸縮運動するさいに径方向に発生する力を緩和することができ、ピストンとシリンダー間の摩擦抵抗を激減させることができる。【選択図】図１
2006050775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルを有する固定子鉄心と、磁石と、前記磁石と往復振動体とを支持する磁石支持体を備え、前記磁石支持体に複数の弾性体を支持する弾性支持体を供え、少なくとも前記磁石支持体を樹脂モ−ルドしたことを特徴とするリニアアクチエ−タ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動磁石型リニアアクチエ−タに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のリニアアクチエ−タは、図６、図７に示すように、円形の軸対称であり、円筒状の磁石支持構造１２は、外ヨ−ク１０と内ヨ−ク１６と外ヨ−クに埋設されている巻き線に電流を流し、電磁作用により外ヨ−ク１０と内ヨ−ク１６との間に形成された間隙１４内を、支持構造体１２が長手方向に往復運動する。支持構造体１２が間隙内で時間的に変化する磁束の中を支持構造体１２が往復運動を繰り返すと、電磁作用により支持構造体１２に渦電流が誘導され大きな渦電流損失が発生する。その損失は無視できる値でなく、その損失低減を図るため磁石保持体に少なくとも１個のスロットを有する円筒状の金属製支持スリ−ブを備え、また実施例においては複数のスロットを有する。また、磁石セグメントを備え、スロットの上に磁石セグメントを配置し、各磁石セグメントとスロットは対とする構成としている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６、図７は、特許文献１に記載された従来のアクチエ−タを示すものである。図８に示すように、円筒状であるスリ−ブ壁２４を持つ。スリ−ブ壁２４には、第１の長手方向端部２８の付近から、反対側第２の長手方向端部３０の付近まで長手方向のスロット２６が形成され、円周方向の電流の流れを限定する。スロット２６の長さは、壁２４の長さより短く、壁２４の両端２８および３０においてスロットなしの幅狭の円周方向を残すことが好ましい。スロット２６は、スリ−ブ壁２４の厚さを完全に貫いて延びる。外向きに延びているフランジ３２が第１の長手方向端部２８に形成され、これは、スリ−ブ壁２４から約９０°の角度でスリ−ブ壁２４の全周を回って延び、フランジ３２とスリ−ブ壁２４との間の連結部３４を作る。反対側の第２の長手方向端部３０には。内向きに延びているフランジ３６が形成され。これを連結部３８において壁２４と約９０°の角度で形成する。フランジ３２および３６はスリ−ブ２２に半径方向の剛性を与え、更に例えば磁石体２０を駆動される構造体を取りつけるための取り付け部を提供する。磁石セグメント４０がスリ−ブ２０の外面にスリ−ブ円周方向で等間隔に取りつけられている。これは磁石のセグメントが磁場を提供する。この磁場は磁石を往復させることにより時間的に変化するように作られ、磁石セグメントの磁場が巻線において作られる時間的に変化する磁場による影響を受けて磁石体２０を運動させる。磁石４０は、接着剤によりスリ−ブ壁２４の外面に装着され、これは高透磁率の磁束経路の間隙形成構造のごく近くに置かれる。磁石４０の長手方向端部は、外向きに延びている中間フランジ４２に押し付けられる。中間フランジ４２は、外向きに延びているフランジ３６の中間でスリ−ブ壁２４の外面に取りつけられる。外向きに延びているフランジ３２と中間フランジ４２とは、スリ−ブ壁２４の直角な接着面の提供に加えて磁石４０用の長手方向の支持を提供する。フランジ３２および４２とは、スリ−ブ壁２４の直角な接着面と磁石４０用の長手方向の支持を行う構成とされている。
【特許文献１】特表平１０−５１２４３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、スリ−ブ壁に、複数個の磁石を接着剤により固定するため、冷凍機用の圧縮機等に用いる場合、密閉容器内が高温、高圧となるばかりか、冷媒が接着剤に影響を与えるため、セグメントに分割された磁石がスリ−ブ壁から剥がれ落ち、信頼性の面で大きな課題を有していた。また磁石保持用のスリ−ブにスリットを施し、渦電流を低減しているものの依然大きな損失が発生し効率が低下するとい課題も有していた。さらにネオジ磁石の場合、磁石表面にコ−ティングを施さないと磁石が錆び、品質やコスト面でも大きな課題となっていた。またリニア圧縮機の場合、磁石保持体、ピストンおよびピストン保持部を含む可動部の軽量化および弾性体のバネ定数の低減が効率面で大きな課題である。また、弾性体がコイルばねの場合、弾性支持体との干渉により音が発生するという課題を有していた。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、高効率化と、低騒音化、信頼性向上を両立させたリニアアクチエ−タを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、励磁コイルを有する固定子鉄心と、磁石と、前記磁石と往復振動体とを支持する磁石支持体を備え、前記磁石支持体に複数の弾性体を支持する弾性支持体を供え、前記磁石支持体と弾性支持体を樹脂モ−ルドしたものである。これによって、磁石を直接樹脂モールドで固定することで磁石とヨ−クの間に磁石の固定用のスリ−ブを無くし部品点数を削減することができる。また、磁石を樹脂モ−ルディングすることで、ネオジ磁石の錆び止めのコ−テイグを施さなくても錆び止め効果があるばかりか、磁石支持体が往復運動し激しい振動が磁石に加わっても、磁石が剥がれ落ちることが無くなる。また、磁石保持体に弾性支持体を複数個締結する構成としたものである。これによって、ばね定数を複数個の弾性体で分割することができ、１個あたりのばね定数を小さく抑えることができる。ばね定数を小さくできるとコイルばねの線径を細くすることが可能となり、ばねが伸縮運動するさいに径方向の力が緩和できピストンとシリンダー間の摩擦抵抗を激減させることができる。また、磁石支持体を樹脂モールドすることで、ばねが繰り返し伸縮運動を行っても金属どうしの干渉がなくす構成となる。
【発明の効果】
【０００７】
上記から明らかなように、本発明は、励磁コイルを有する固定子鉄心と、磁石と、前記磁石と往復振動体とを支持する磁石支持体を備え、前記磁石支持体に複数の弾性体を支持する弾性支持体を供え、前記磁石支持体と弾性支持体を樹脂モ−ルドしたものである。磁石を直接樹脂モールドで固定することで、磁石保持用のスリ−ブを用いることなく構成することができる。通常磁石保持用のスリーブは非常に薄いステンレスを深絞り技術で筒状に高精度な加工を必要なためコストと効率面で課題があった。そのスリーブを削減することで、大きくコスト低減を図れるばかりかスリ−ブに発生していた渦電流損を無くすことができ同時に高効率化も実現することができる。また、磁石を樹脂モ−ルディングすることで、ネオジ磁石の錆び止めのコ−テイグを施さなくても錆び止め効果があるばかりか、磁石支持体が往復運動し激しい振動が磁石に加わっても、磁石が剥がれ落ちることが無く高い信頼性が得られることとなる。また、磁石保持体に弾性支持体を複数個締結する構成としたものである。これによって、ばね定数を複数個の弾性体で分割することができ、１個あたりのばね定数を小さく抑えることができる。ばね定数が小さくできるとコイルばねの線径を細くすることが可能となり、ばねが伸縮運動するさいの径方向の力が緩和できピストンとシリンダー間の摩擦抵抗を激減させることができる。また、磁石支持体を樹脂モールドすることで、ばねが繰り返し伸縮運動を行っても金属どうしの干渉がなく騒音の低減が期待できる。
【０００８】
本発明のリニアアクチエータは高い信頼性を維持しながら低騒音、低コストで高効率化を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、励磁コイルを有する固定子鉄心と、磁石と、前記磁石と往復振動体とを支持する磁石支持体を備え、前記磁石支持体に複数の弾性体を支持する弾性支持体を供え、前記磁石支持体と弾性支持体を樹脂モ−ルドしたものである。これによって、磁石を直接樹脂モールドで固定する構成とすることで、磁石保持用のスリ−ブが削減でき、結果コスト低減を図れるばかりか、スリ−ブに発生していた渦電流損を無くすことができ同時に高効率化も実現することができる。また、磁石を樹脂モ−ルディングすることで、ネオジ磁石の錆び止めのコ−テイグを施さなくても錆び止め効果があるばかりか、磁石支持体が往復運動し激しい振動が磁石に加わっても、磁石が剥がれ落ちることが無く高い信頼性が得られることとなる。また、磁石保持体に弾性支持体を複数個締結する構成としたものである。これによって、ばね定数を複数個の弾性体で分割することができ、１個あたりのばね定数を小さく抑えることができる。ばね定数が小さくできるとコイルばねの線径を細くすることが可能となり、ばねが伸縮運動するさいに径方向の力が緩和できピストンとシリンダー間の摩擦抵抗を激減させることができる。以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるリニアアクチエータの構成図を示すものである。図１において、磁石５３を円筒状に樹脂モールドで固定した磁石支持体５２と、前記磁石支持体５２に左右真一文字に３つの弾性体を支持する弾性支持体５５を締結した構成としている。中心部分はピストンと弾性体を支持し、左右真一文字に別の弾性体を支持する構成とすることで、３個の弾性体のばね定数の合計した値が設定値となるが、弾性体の軸線方向の反力だけを磁石支持体５２に均等に伝えることができる。
【００１１】
図２は、本発明の第２の実施の形態におけるリニアアクチエータの構成図を示すものである。図２において、磁石支持体５２に４つの弾性体を支持する弾性支持体５５を締結した構成としている。中心部分の弾性支持部５５はピストンと弾性体を支持し、トライアングル状の別の弾性支持体５５は、他の弾性体を支持する構成としている。
【００１２】
図３は、本発明の第３の実施の形態におけるリニアアクチエータの構成図を示すものである。図３において、磁石支持体５２に十文字に５つの弾性体を支持する弾性支持体５５を締結した構成としている。中心部分は弾性体とピストンを同時に締結でき、残りの４箇所は、別の弾性体を支持する構成としている。弾性体を５箇所に分散することで、１箇所当りのバネ定数が低減することで弾性体の径方向の力をさらに激減し、ピストン、シリンダ−間の接触抵抗を激減することができる。
【００１３】
図４は、図３の弾性支持体５５を締結した稼動部に弾性体５６を締結した状態を示している。このように構成とすることで、弾性体５６の反力を均等に磁石支持体５２に伝えることができる。
【００１４】
以上のように構成されたリニアアクチエータについて、以下その動作と作用を図５を用い説明する。図５は、円筒状のリニアアクチエ−タの断面を示す。磁石支持体５２は、円筒状の内ヨ−ク５０と前記、内ヨ−ク５０に巻線を巻回した二つのコイル部５１と、内ヨ−ク５０に覆うように配置した外ヨ−ク５４とのギャップに位置し、コイル部５１が発生する磁束に従い振動する、弾性体５６を支持する弾性支持体５５を締結した構成の磁石支持体５２を備える。内ヨ−ク５０と外ヨ−ク５４は、長方形の電磁鋼鈑をラジアル積層したものである。本発明のリニアアクチエ−タをリニア−圧縮機に組み込むと高効率で高信頼性駆動の圧縮機を実現できる。リニア圧縮機は少なくとも、シリンダ−部７９と、シリンダ−部７９に沿って可動自在に支持されるピストン部７７と、磁力によりピストン部７７に軸線方向の推力を生じさせるリニアモ−タ部を備えている。リニアモータのコイル部５１に正弦波電流を通電すると、磁石保持体５２に樹脂で固定されている磁石５３との間に、フレミングの左手の法則に従って電流に比例した磁力すなわち推力が発生する。この推力は、磁石５３へ軸線方向に沿って移動する駆動力が作用する。磁石支持体５２は弾性支持体５５と、ほぼ中央に位置する部分では、ピストン７７と弾性体５６が共に締結する構成となっているため、ピストン部７７が往復運動をする。ここでコイル５１への通電は交流電流が与えられ、リニアモータ部には正逆の推力が交互に発生する。そしてこの交互に発生する正逆の推力によってピストン部７７が軸線方向に往復運動を行うことになる。弾性体５６が圧縮される方向に推力が発生するとピストンが下死方向に移動し、シリンダー内に冷媒が吸入され、弾性体５６が圧縮されることで得たエネルギーが伸びる方向に移行することで、ピストン７７は上死点に向かい圧縮室７６で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは吐出室７１へ吐出される。
【００１５】
ここで、磁石支持体５２の駆動周波数について説明する。この時の運転周波数はピストン７７、磁石支持体５５等の可動質量のマスｍと、弾性体５６による機械バネ定数ｋｍと圧縮室７６の圧縮ガスによって生じるガスバネ定数ｋｇとのばね系定数ｋとの関係によって定まる共振ポイント（固有振動数ｆ）で駆動されることが高効率運転となる。固有振動数ｆは下記の関係式で示される。
【００１６】
ｆ＝１／２π√（（ｋｍ＋ｋｇ）／ｍ）
ガスバネｋｇは機械ばね定数ｋｍと異なり、圧縮ガスによって生ずるばね力のため、非線形であるが、圧縮ガスの高圧ｐｄと低圧ｐｓとの差圧Δｐとピストン７７のボア径面積Ａと振幅ｘの下記式で近似される。また、αは冷媒等の条件によって異なる係数である。
【００１７】
ｋｇ＝αΔｐＡ／２ｘ＝αＡ（ｐｄ−ｐｓ）／２ｘ
したがって上記の関係式から、目標の運転周波数ｆを実現するためには、磁石支持体５５を含む可動質量を低減するができれば、弾性体５６のバネ定数ｋｇを低減することが可能であり、また、弾性体５６を複数個とすることで、弾性体の１個当たりバネ定数を低減することできる。またコイル状の弾性体は、線径が太くバネ定数が高ければ高いほど、減衰抵抗が増大し、圧縮されたコイルばねが伸びる時に軸方向の力だけではなく径方向の力が増大するため、ピストン７７はシリンダー部７９に強制的に押し当てられピストン、シリンダー間に大きな摺動抵抗が発生し、駆動効率の低下を余儀なくされる。本発明は、励磁コイルを有する固定子鉄心と、磁石と、前記磁石と往復振動体とを支持する磁石支持体を備え、前記磁石支持体に複数の弾性体を支持する弾性支持体を供え、前記磁石支持体と弾性支持体を樹脂モ−ルドしたものである。これによって、磁石を直接樹脂モールドで固定する構成とすることで、磁石保持用のスリ−ブを用いることなく構成すことができる。スリーブを削減することで、軽量化とコスト低減を図れるばかりかスリ−ブに発生していた渦電流損を無くすことができ同時に高効率化も実現することができる。また、磁石を樹脂モ−ルディングすることで、ネオジ磁石の錆び止めのコ−テイグを施さなくても錆び止め効果があるばかりか、磁石支持体が往復運動し激しい振動が磁石に加わっても、磁石が剥がれ落ちることが無く高い信頼性が得られることとなる。また、磁石保持体に弾性支持体を複数個締結する構成としたものである。これによって、ばね定数を複数個の弾性体で分割することができ、１個あたりのばね定数を小さく抑えることができる。ばね定数が小さくできるとコイルばねの線径を細くすることが可能となり、ばねが伸縮運動するさいに径方向の力が緩和できピストンとシリンダー間の摩擦抵抗を激減させることができる。
【００１８】
このような圧縮機をエアコン、冷蔵庫、自動車用カ−エアコンに用いると良い。本実施例の特徴は、磁石支持部５２にある。リニアアクチエ−タを効率良く振動させるには、外ヨ−ク５４と内ヨ−ク５０のとのギャップ間隔を小さくする必要がある。
【００１９】
磁石支持体５２はスリーブを用いず磁石５３を樹脂で固定することで、ギャップ磁束密度を向上させることができ、高効率化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上のように、本発明にかかるリニアアクチエータは、高い信頼性を維持しながら低騒音、低コストで高効率化を両立することが可能となるので、ルームエアコン、冷蔵庫、自動車用カ−エアコン等に使用される圧縮機等の用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリニアアクチエ−タの図
【図２】本発明の実施の形態２におけるリニアアクチエ−タの図
【図３】本発明の実施の形態３におけるリニアアクチエ−タの図
【図４】本発明の実施の形態３における弾性支持体に弾性体を支持した図
【図５】本発明の実施のリニア圧縮機の断面図
【図６】従来のリニア圧縮機の軸方向断面図
【図７】図６におけるＡ−Ａ断面矢視図
【図８】従来の磁石固定用のスリ−ブの断面図
【符号の説明】
【００２２】
５０  内ヨーク
５１  励磁コイル
５２  磁石支持体
５３  磁石
５４  外ヨーク（固定子鉄心）
５５  弾性支持部
５６  弾性体
７１  吐出室
７６  圧縮室
７７  ピストン部
７８  ピストンロッド
７９  シリンダ−
【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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