(57)【要約】【課題】  直線状に往復動作する部材を２つ有している装置の駆動源として好適なリニアモータを提供する。【解決手段】  固定子１の所定位置に、可動子２ａ、２ｂを直線状に往復動作可能に収容する可動子収容空間１ａ、１ｂを形成し、しかも、各可動子収容空間１ａ、１ｂを挟んで一方の側の所定位置にコイル１ｃ、１ｄを設け、他方の側の所定位置に、コイル１ｃ、１ｄにより生成された磁束の通過を誘導する内向き突部１ｅ、１ｆを設けている。【選択図】  図３
2006174622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの固定子（１）と複数の可動子（２ａ）（２ｂ）とを含み、各可動子（２ａ）（２ｂ）を他の可動子と独立して動作させる駆動コイル（１ｃ）（１ｄ）を含むことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
駆動コイル（１ｃ）（１ｄ）の各々が、倍電圧整流回路の直列コンデンサ（Ｃ２）（Ｃ３）の中点と、直列コンデンサ（Ｃ２）（Ｃ３）に並列接続された複数の直列スイッチング素子（Ｑ１）（Ｑ２）（Ｑ３）（Ｑ４）の各々の中点との間に接続されている請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２のリニアモータを駆動源とする圧縮機。
【請求項４】
請求項１または請求項２のリニアモータの各可動子（２ａ）（２ｂ）を、２以上の圧縮室を有する圧縮機の各気筒の駆動源とする多気筒圧縮機。
【請求項５】
請求項１または請求項２のリニアモータの各可動子（２ａ）（２ｂ）をピストンとシリンダの駆動源とし、ピストンとシリンダの各々を互いに独立に駆動するように両可動子（２ａ）（２ｂ）を駆動する圧縮機。
【請求項６】
請求項１または請求項２のリニアモータの各可動子（２ａ）（２ｂ）をピストンまたはシリンダと、弁の駆動源とする圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、固定子に対して可動子を直線状に往復動作させることができるリニアモータ、およびリニアモータを駆動源とする圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固定子に対して可動子を直線状に往復動作させることができるリニアモータが提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。このリニアモータは、直線状に往復動作する部材の駆動源として好適であり、回転運動を直線状の往復運動に変換するような機構を不要にすることができ、構成の簡素化、変換機構に起因する損失の排除などを達成することができる。
【特許文献１】特開平９−３２４７６４号公報
【特許文献２】特開２００２−３５４８６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のリニアモータは、１つの固定子に対して１つの可動子が設けられているだけであるから、例えば、２気筒圧縮機のように、直線状に往復動作する部材を２つ有している装置の駆動源としてリニアモータを採用する場合には、２組のリニアモータが必要になり、全体として大型化してしまうという不都合がある。直線状に往復動作する部材を３つ以上有している装置の駆動源としてリニアモータを採用する場合には、上記の不都合が顕著になってしまう。
【０００４】
また、２組のリニアモータを駆動する駆動装置として、図１に示すように、ダイオードフルブリッジ整流回路の出力端子間に、２組のHブリッジインバータを互いに並列に接続した装置、および、図２に示すように、ダイオードフルブリッジ整流回路の出力端子間に、２つのスイッチング素子の接続回路を３組互いに並列に接続した装置が提案されている。
【０００５】
しかし、図１に示す駆動装置を採用した場合には、８個の高価なスイッチング素子が必要であり、駆動装置が大型化するだけでなく、高価になってしまう。
また、図２に示す駆動装置を採用した場合には、スイッチング素子の数を６個に削減することができるが、中央の接続回路におけるスイッチング素子として、他のスイッチング素子の２倍の電流容量のものを採用することが必要になり、駆動装置が大型化するだけでなく、高価になってしまう。
【０００６】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、直線状に往復動作する部材を２つ有している装置の駆動源として好適なリニアモータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のリニアモータは、１つの固定子と複数の可動子とを含み、各可動子を他の可動子と独立して動作させる駆動コイルを含むことを特徴とするものである。
ただし、駆動コイルの各々が、倍電圧整流回路の直列コンデンサの中点と、直列コンデンサに並列接続された複数の直列スイッチング素子の各々の中点との間に接続されていることが好ましい。
【０００８】
この発明の１の態様の圧縮機は、上記の構成のリニアモータを駆動源とするものである。
【０００９】
この発明の他の態様の多気筒圧縮機は、上記の構成のリニアモータの各可動子を、２以上の圧縮室を有する圧縮機の各気筒の駆動源とするものである。
【００１０】
この発明のさらに他の態様の圧縮機は、上記の構成のリニアモータの各可動子をピストンとシリンダの駆動源とし、ピストンとシリンダの各々を互いに独立に駆動するように両可動子を駆動するものである。
【００１１】
この発明のさらに他の態様の圧縮機は、上記の構成のリニアモータの各可動子をピストンまたはシリンダと、弁の駆動源とするものである。
【００１２】
この発明のリニアモータであれば、１つの固定子に対して、駆動コイルによって、複数の可動子の各々を独立して動作させることができる。したがって、各可動子によって、複数の直線状に往復動作する部材の各々を駆動することができる。そして、複数の可動子および駆動コイルが１つの固定子に統合されているので、複数個のリニアモータを使用する場合と比較して、全体として小型化することができる。
【００１３】
また、駆動コイルの各々が、倍電圧整流回路の直列コンデンサの中点と、直列コンデンサと並列接続された複数の直列スイッチング素子の各々の中点との間に接続されている場合には、必要なスイッチング素子の数を可動子の数の２倍に低減することができ、しかも、何れのスイッチング素子の電流容量も増加させる必要がなくなる。
【００１４】
他の発明の１の態様の圧縮機であれば、上記の構成のリニアモータを駆動源とするのであるから、回転運動を直線運動に変換するような変換機構を不要にすることができ、構成を簡単化することができるとともに、効率の低下を大幅に抑制することができる。
【００１５】
他の発明の他の態様の多気筒圧縮機であれば、上記の構成のリニアモータの各可動子を、２以上の圧縮室を有する圧縮機の各気筒の駆動源とするのであるから、回転運動を直線運動に変換するような変換機構を不要にすることができ、構成を簡単化することができるとともに、効率の低下を大幅に抑制することができる。
【００１６】
他の発明のさらに他の態様の圧縮機であれば、上記の構成のリニアモータの各可動子をピストンとシリンダの駆動源とし、ピストンとシリンダの各々を互いに独立に駆動するように両可動子を駆動するのであるから、シリンダに対するピストンの速度を高速化することができ、ひいては圧縮機の小型化を達成することができる。
【００１７】
他の発明のさらに他の態様の圧縮機であれば、上記の構成のリニアモータの各可動子をピストンまたはシリンダと、弁の駆動源とするのであるから、応答遅れを伴うことなく弁を駆動して効率の低下を防止し、しかも、小型化を達成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、全体として小型化することができるという特有の効果を奏する。
【００１９】
また、可動子の数が２以上であり、駆動コイルが倍電圧整流回路に組み込まれている場合には、必要なスイッチング素子の数を可動子の数の２倍に低減することができ、しかも、何れのスイッチング素子の電流容量も増加させる必要がない。
【００２０】
他の発明の１の態様は、回転運動を直線運動に変換するような変換機構を不要にすることができ、構成を簡単化することができるとともに、効率の低下を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【００２１】
他の発明の他の態様は、回転運動を直線運動に変換するような変換機構を不要にすることができ、構成を簡単化することができるとともに、効率の低下を大幅に抑制することができるという特有の効果を奏する。
【００２２】
他の発明のさらに他の態様は、シリンダに対するピストンの速度を高速化することができ、ひいては圧縮機の小型化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【００２３】
他の発明のさらに他の態様は、応答遅れを伴うことなく弁を駆動して効率の低下を防止し、しかも、小型化を達成することができるという特有の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、この発明のリニアモータの実施形態を詳細に説明する。
【００２５】
図３はこの発明のリニアモータの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【００２６】
このリニアモータは、固定子１の所定位置に、可動子２ａ、２ｂを直線状に往復動作可能に収容する可動子収容空間１ａ、１ｂを形成し、しかも、各可動子収容空間１ａ、１ｂを挟んで一方の側の所定位置にコイル１ｃ、１ｄを設け、他方の側の所定位置に、コイル１ｃ、１ｄにより生成された磁束の通過を誘導する内向き突部１ｅ、１ｆを設けている。
【００２７】
また、各可動子２ａ、２ｂは、極性を互いに逆に設定した２対の永久磁石２ａａ、２ａｂ、２ｂａ、２ｂｂを一体化してなるものである。なお、永久磁石の極性は、図３中に実線矢印で示すように、可動子収容空間を横切る方向に設定されており、コイル１ｃ、１ｄにより生成された磁束の方向に依存して各対の永久磁石の一方が内向き突部１ｅ、１ｆに正対する。
【００２８】
なお、図３においては、各可動子２ａ、２ｂの２対２組の永久磁石２ａａ/２ａｂ、２ａｃ/２ａｄ、および２ｂａ/２ｂｂ、２ｂｃ/２ｂｄは、互いに離れた状態で示されているが、実際には、図示しない連結部材により一体化されている。また、固定子も３つの部分に離された状態で示されているが、実際には、図示しない連結部材により一体化されている。
【００２９】
上記の構成のリニアモータであれば、コイル１ｃに供給する電流の極性を図示しない制御回路（例えば、インバータ回路）により制御することによって、可動子２ａを所望の位置に移動させることができ、コイル１ｄに供給する電流の極性を図示しない制御回路（例えば、インバータ回路）により制御することによって、可動子２ｂを所望の位置に移動させることができる。
【００３０】
そして、コイル１ｃ、１ｄはそれぞれ独自に電流の極性を制御することができるので、可動子２ａ、２ｂをそれぞれ独自に制御することができる。
【００３１】
図４はこの発明のリニアモータの他の実施形態を示す概略縦断面図、図５は図４のリニアモータの正面図である。
【００３２】
このリニアモータは、１つの円柱状の固定子部分１ｈ、および２つの円筒状の固定子部分１ｉ、１ｊを固定子固定部材１ｇにより一体化してなる固定子１を採用して、円筒状の可動子収容空間１ａ、１ｂを形成し、可動子収容空間１ａ、１ｂに円筒状の可動子２ａ、２ｂをそれぞれ収容している。
したがって、コイル１ｃ、１ｄもリング状に形成され、内向き突部１ｅ、１ｆもリング状に形成されている。
さらに、可動子２ａ、２ｂに対して、円筒状の動力取り出し金具２ｃ、円柱状の動力取り出し金具２ｄがそれぞれ接続されている。
【００３３】
上記の構成のリニアモータであれば、コイル１ｃに供給する電流の極性を図示しない制御回路（例えば、インバータ回路）により制御することによって、可動子２ａを所望の位置に移動させることができ、コイル１ｄに供給する電流の極性を図示しない制御回路（例えば、インバータ回路）により制御することによって、可動子２ｂを所望の位置に移動させることができる。
【００３４】
そして、コイル１ｃ、１ｄはそれぞれ独自に電流の極性を制御することができるので、可動子２ａ、２ｂをそれぞれ独自に制御することができる。
【００３５】
図６は、図４、図５のリニアモータの一適用例を示す縦断面図である。
【００３６】
図６においては、円筒状の動力取り出し金具２ｃがリニア圧縮機のシリンダー３ａに接続され、円柱状の動力取り出し金具２ｄがリニア圧縮機のピストン３ｂに接続されている。そして、円筒状の動力取り出し金具２ｃと円柱状の動力取り出し金具２ｄとを互いに逆方向に移動させるべく、コイル１ｃ、１ｄへの供給電流を制御している。
【００３７】
従来から、リニア圧縮機において、小型化のためには、ピストンを高速化する必要があることが知られている。そして、この要求を従来のリニアモータを１つだけ用いて満足しようとすれば、高振動周波数化や長ストローク化が必要になり、これらの結果、誘起電圧の上昇や効率の低下などの不都合を生じさせてしまう。
しかし、図６の適用例を採用すれば、シリンダー３ａとピストン３ｂとを同時に互いに逆方向に動作させるので、相対的にピストン３ｂのストロークが長くなり、ピストン速度が上昇するので、リニア圧縮機の小型化を達成することができる。
【００３８】
図７は、図４、図５のリニアモータの他の適用例を示す概略縦断面図である。
【００３９】
図７においては、円柱状の固定子部分１ｈを中空状にして、シリンダー４ａを収容し、シリンダー４ａに往復動作可能に収容されるピストン４ｂを第１連結部材４ｃを介して可動子２ａと連結し、シリンダー４ａに設けられた弁４ｄを第２連結部材４ｅを介して可動子２ｂと連結している。
【００４０】
なお、固定子固定部材１ｇは、第２連結部材４ｅを直線状に往復動作可能に貫通させる開口部（図示せず）を有している。
【００４１】
従来から、リニア圧縮機において、高速に圧縮動作を行わせると、弁の応答の遅れから圧縮機効率が低下させられてしまうことが知られている。そして、このような不都合を解消するために、アクティブ弁を用いればよいことが知られている。しかし、この場合には、ピストンを駆動するアクチュエータのほかに弁を駆動するアクチュエータが必要になり、大型化、コストアップを招いてしまう。
しかし、図７の適用例を採用すれば、１つのリニアモータでピストンの駆動、および弁の駆動を行うことができるので、アクチュエータを２台用いる場合と比較して小型化を達成することができる。
【００４２】
図８は上記の構成のリニアモータを駆動するための構成を示す電気回路図である。
【００４３】
この電気回路は、倍電圧整流回路（半波整流用の直列ダイオードD1、D2、これと並列接続したコンデンサC1）の直列コンデンサC2、C3と並列に、直列スイッチング素子Q1、Q2、および直列スイッチング素子Q３、Q４を接続し、直列コンデンサC2、C3の中点と直列スイッチング素子Q1、Q2の中点との間にコイル１ｃを接続し、直列コンデンサC2、C3の中点と直列スイッチング素子Q３、Q４の中点との間にコイル１ｄを接続している。なお、L1はリアクトルである。
したがって、直列スイッチング素子Q1、Q2を選択的にオンにすることにより、コイル１ｃに供給する電流の極性を制御することができる。同様に、直列スイッチング素子Q３、Q４を選択的にオンにすることにより、コイル１ｄに供給する電流の極性を制御することができる。
この結果、スイッチング素子の必要数を４つにまで低減することができる。そして、全てのスイッチング素子の電流容量を図１のスイッチング素子の電流容量と等しくすることができる。したがって、全体として、小型化、低コスト化を達成することができる。
【００４４】
図９はこの発明のリニアモータのさらに他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【００４５】
このリニアモータが図３のリニアモータと異なる点は、固定子１の所定位置に、可動子５ａを直線状に往復動作可能に収容する可動子収容空間５ｂをさらに形成し、しかも、可動子収容空間５ｂを挟んで一方の側の所定位置にコイル５ｃをさらに設け、他方の側の所定位置に、コイル５ｃにより生成された磁束の通過を誘導する内向き突部５ｄをさらに設けた点のみである。
【００４６】
そして、この場合には、３つのコイルへの供給電流を制御する必要があるので、Hブリッジインバータを３つ用いてそれぞれのコイルへの供給電流の極性の制御を行えばよい。ただし、図８の構成に直列スイッチング素子を追加することによっても、３つのコイルへの供給電流を制御することができる。
【００４７】
上記の構成のリニアモータを採用すれば、３つの部材（例えば、シリンダー、ピストン、および弁）をそれぞれ独立して制御することができる。もちろん、全体として、小型化、低コスト化を達成することができる。
【００４８】
図１０はこの発明のリニアモータのさらに他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【００４９】
このリニアモータが図３のリニアモータと異なる点は、連結延長部６ａを介して、図３の構成と左右対称な構成を図３の構成と一体化した点のみである。なお、同方向に伸びる可動子収容空間どうしは互いに連通している。
【００５０】
そして、この場合には、４つのコイルへの供給電流を制御する必要があるので、Hブリッジインバータを４つ用いてそれぞれのコイルへの供給電流の極性の制御を行えばよい。
【００５１】
上記の構成のリニアモータを採用すれば、４つの部材（例えば、シリンダー、ピストン、および２つの弁）をそれぞれ独立して制御することができる。もちろん、全体として、小型化、低コスト化を達成することができる。
【００５２】
図１１はこの発明のリニアモータのさらに他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【００５３】
このリニアモータが図１０のリニアモータと異なる点は、同方向に伸びる可動子収容空間どうしが互いに連通されることを阻止すべく、全ての連結延長部６ａを一体化した点のみである。
【００５４】
上記の構成のリニアモータを採用すれば、４つの部材（例えば、シリンダー、ピストン、および２つの弁）をそれぞれ独立して制御することができる。もちろん、全体として、小型化、低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】２組のリニアモータを駆動する駆動装置の従来例を示す電気回路図である。
【図２】２組のリニアモータを駆動する駆動装置の従来例を示す電気回路図である。
【図３】この発明のリニアモータの一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図４】この発明のリニアモータの他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図５】図４のリニアモータの正面図である。
【図６】図４のリニアモータの一適用例を示す概略図である。
【図７】図４のリニアモータの他の適用例を示す概略図である。
【図８】上記の構成のリニアモータを駆動するための構成を示す電気回路図である。
【図９】この発明のリニアモータのさらに他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１０】この発明のリニアモータのさらに他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１１】この発明のリニアモータのさらに他の実施形態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  固定子
１ｃ、１ｄ  コイル
２ａ、２ｂ  可動子
C2、C3  コンデンサ
Q1、Q2、Q3、Q4  スイッチング素子
【図１】
2006174622.tif 000003
【図２】
2006174622.tif 000004
【図３】
2006174622.tif 000005
【図４】
2006174622.tif 000006
【図５】
2006174622.tif 000007
【図６】
2006174622.tif 000008
【図７】
2006174622.tif 000009
【図８】
2006174622.tif 000010
【図９】
2006174622.tif 000011
【図１０】
2006174622.tif 000012
【図１１】
2006174622.tif 000013