(57)【要約】  可動子の姿勢制御と磁気浮上力の付与を効率的にできるリニアモータ及びこれを搭載した機器を提供する。  空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、可動子は、複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に長極部を有し、長極部は、電機子に対して前後方向に相対移動して、空隙を往復動可能であることを特徴とする。
2015177883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、
前記可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に前記長極部を有し、
該長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記空隙の上下方向の長さは、前記長極部の左右方向の長さより短いことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前後方向の前記磁極歯の長さをＬｓ、前後方向の前記長極部の長さをＬｍ、前記可動子と前記電機子との相対移動の長さをＬｓｌとする場合、ＬｍとＬｓとが〔数１〕の関係を満たし、Ｌｓｌが〔数２〕の関係を満たす範囲で駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
〔数１〕Ｌｍ≧Ｌｓ
〔数２〕Ｌｓｌ≦Ｌｍ−Ｌｓ
【請求項４】
前記電機子は、前記長極部の極性と同じ極性が対向する向きの永久磁石を有することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記長極部が形成する磁場の向きは、隣接する前記短極部が形成する磁場の向きと互いに逆向きであることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記巻線に流れる電流の向きが一定であることを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記短極部と対向する二つの磁極歯と、該二つの磁極歯に巻回した巻線とを有する別の電機子と、
該別の電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、
前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に、変曲点を三つ以上有する又は変曲点を二つ以上と停留点を一つ以上有することを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記短極部と対向する二つの磁極歯と、該二つの磁極歯に巻回した巻線とを有する別の電機子と、
該別の電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、
前記交流電流を平滑化した波形は、
一周期の間に微分係数が略０となる領域を四つ有し、
流れる向きが変わった後に、電流値の絶対値が比較的小さく、かつ微分係数が略０である小振幅帯と、電流値の絶対値が比較的大きい大振幅帯と、をこの順で有することを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項９】
請求項１乃至８何れか一項に記載のリニアモータを有する機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータ及びリニアモータを搭載した機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータに関する背景技術として、例えば、特許文献１，２が挙げられる。特許文献１には、被支持体を磁気支持する磁気支持装置が記載されている。特許文献２には、ピストンのシャフト２ａを磁気的に浮上させるためにステータとコイルを組合せた磁気軸受４ａが記載されている（０００８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３６８３９号公報
【特許文献２】特開平７−４７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の被支持体１の外周には変位センサ４が設置され、この被支持体１と電磁石３の間のすきまを測定するよう構成されている。特許文献１では、電磁石の間における被支持体の変位を制御し得るものの、被支持体の自転運動を制御することは困難である。【０００５】
また、特許文献２では、磁気軸受によってピストンのシャフトを浮上させているが、圧縮・膨張工程に伴う反力により、ピストンを自転させる力が印加され得る。特許文献２の磁気軸受では、シャフトの自転運動を制御することは困難である。このため、ピストンの圧縮室周壁との摩擦による損失が発生したり、圧縮室のシール性が低下したりする可能性がある。また、特許文献２において安定した磁気浮上力を得るためには、シャフト外周を均等に磁化する必要がある。これには、例えばリング状の永久磁石を用いることが考えられるが、永久磁石をリング状で実現するには或る程度の径が必要であり、小型化が困難である。【０００６】
そこで、本発明は、可動子の姿勢制御と磁気浮上力の付与を効率的にできるリニアモータ及びこれを搭載した機器を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、前記可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に前記長極部を有し、該長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動子の姿勢制御と磁気浮上力の付与を効率的にできるリニアモータ及びこれを搭載した機器を提供することができる。
上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１のリニアモータの側面断面図。
【図２】実施例１の電機子の構成例の斜視図。
【図３】実施例１の電機子の構成例の側面断面斜視図。
【図４】実施例１の磁極構成部品の例の斜視図。
【図５】実施例１の積層鋼板による磁極構成の一例を示す図。
【図６】実施例１のリニアモータの磁束の流れを示す磁極の正面断面模式図。
【図７】実施例１のリニアモータの磁束の流れを示す側面断面斜視模式図。
【図８】実施例１の駆動用電機子と浮上用電機子の配置の一例を示す図。
【図９】図８の側面視における模式図。
【図１０】実施例１の浮上用電機子の他の構成例を示す模式図。
【図１１】実施例１の電流の位相と永久磁石の位置との関係を示す図。
【図１２】実施例１の駆動電機子の磁極歯の磁化と可動子の運動の関係を示す図。
【図１３】実施例１の可動子が変位又は傾いた場合の反発力の説明図。
【図１４】三相駆動時の（ａ）各駆動用電機子の巻線に印加する電流波形の例を示す図。（ｂ）各駆動用電機子の巻線に印加する電流により発生する推力の例を示す図。
【図１５】実施例２の或る時刻における電機子と永久磁石との位置関係を示す図。
【図１６】図１５の時刻における両用電機子の磁極歯の磁化を示す図。
【図１７】図１５の時刻における両用電機子の磁極歯の磁化を示す図。
【図１８】（ａ）実施例２の両用電機子の巻線が受ける電流を示す図。（ｂ）電流の位相と、磁極歯及び永久磁石の位置関係を示す図。
【図１９】実施例２の両用電機子の磁極歯の磁化と可動子の運動の関係を示す図。
【図２０】実施例２のリニアモータの駆動回路の構成例。
【図２１】実施例２の電力変換回路の構成例。
【図２２】実施例３の密閉型圧縮機の一例を示す縦断面図。
【図２３】実施例３の密閉容器３を除いた斜視図。
【図２４】実施例３の密閉容器３を除いた水平断面の斜視図。
【図２５】各実施例のリニアモータを密閉型圧縮機に搭載した一例を示す図。
【図２６】実施例１、２のリニアモータを搭載した圧縮機を有する冷蔵庫の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を用いて本発明の各実施例を説明するが、本発明は、以下で詳述する各実施例の構成に限定されるものではない。また、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。
【００１１】
また、実施例の説明のために、前後方向、左右方向、上下方向という語を用いることがあるが、必ずしも上下方向が重力方向と平行である必要はない。前後方向、左右方向又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。
【実施例１】
【００１２】
＜リニアモータの構成の概要＞
図１は、実施例１に係るリニアモータの側面断面図である。本実施例のリニアモータ１００は、前後方向（図１中、左右方向）に相対移動可能な固定子５および可動子６を有する。
固定子５は電機子９を有し、各電機子９は、磁性体である磁極７を有する。磁極７は磁極歯７０を有しており、電機子９は、上下方向に空隙を介して対向配置された二つの磁極歯７０（以下、「磁極歯組」ともいう。）を有している。これら二つの磁極歯７０は、空隙の左右方向に位置し上下方向に延在する鉄心７ｅによって繋がっている（例えば、図２参照）。可動子６はこの空隙に配置されており、固定子５と相対移動可能である。また、各磁極歯７０には巻線８を巻回している。巻線８に電流を流すことにより磁極歯７０が磁化して極性が生じる。なお、固定子５を構成する電機子９の数は、後述する駆動用電機子９ａ（Ｕ相）と、浮上用電機子９ｂ（Ｍ相）がそれぞれ一つ以上含まれれば任意である（例えば、図９参照）。【００１３】
各電機子９の間には、非磁性体のスペーサ１１が挿入されている。非磁性体の例としては、オーステナイト系ステンレスやアルミ合金、セラミックやエンジニアリングプラスチックなどの樹脂材料が挙げられる。【００１４】
可動子６には、永久磁石２が前後方向に並んで複数個設置されている。永久磁石２は、それぞれ前後方向の長さが略同一であると好ましく、それぞれ平板形状で略同一形状であるとさらに好ましい。
複数個の永久磁石２は、それぞれが上下方向に極性（Ｎ極とＳ極）を有する。可動子６に配置した永久磁石２の並びとしては、短極部２ｃと長極部２ｓを含む（例えば、図９参照）。【００１５】
次に、電機子９の構成について図２〜図５を用いて説明する。図２は実施例１に係る電機子９の構成例の斜視図である。図３は実施例１に係る電機子９の構成例の側面断面斜視図である。【００１６】
電機子９の構成例としては、二つの磁極７と、二つの磁極７の間に挿入されるブリッジ１０を有するものが挙げられる。二つの磁極７の間隔はブリッジ１０の厚みにて規定することができる。ブリッジ１０は、磁性体でも非磁性体でも良いが、ブリッジ１０が磁性体であると、後述する立体的な磁束の経路が構成可能であるため好ましい。このため、以下ではブリッジ１０が磁性体である場合について説明する。【００１７】
磁極７のうち、ブリッジ１０を介して隣接する磁極歯組については、或る磁極歯と隣接又は対向する磁極歯で極性が異なり、かつ斜向かいの磁極歯で極性が同じになるように巻線８の向き及び巻線８に流れる電流が制御されている。例えば、図３を参考にすると、磁極歯７０ａがＮ極のときは、磁極歯７０ａと対向する磁極歯７０ｂ、隣接する磁極歯７０ｃはＳ極、斜向かいの磁極歯７０ｄはＮ極ができるようになっている。本実施例のブリッジ１０は磁性体のため、ブリッジ１０を介して前後方向に隣接する磁極７が磁気的に繋がり、後述するように前後方向に平行な面を通過する磁束の経路が形成される。【００１８】
図４は実施例１に係る磁極構成部品の一例を示す斜視図である。図５は実施例１に係る積層鋼板によって磁極を構成する一例を示す図である。リニアモータを構成する際、組立の容易性や多くの巻線が巻ける構造が望まれている。【００１９】
ここでは電機子９が有する磁極７は図４に示すように、磁極歯ごとに分割可能な構造となっている。この構造により、巻線８を巻くのが容易になる。また、巻線８をより多く巻くことができ、電流に対する推力を大きくすることが可能になる。つまり、リニアモータを小型化することが可能になる。
もちろん、電機子９を構成する磁極７を図５に示すように一体としても良い。この場合は、組み立て工程の短縮が可能になる。
また、磁極７は電磁鋼板３１を積層させた構造となっており，積層方向は可動子６の進行方向となっている。これにより、固定子の鉄損を抑制でき、高効率なリニアモータを提供することが可能になる。【００２０】
＜立体的な磁束の経路＞
次に，図６，図７を用いて磁極７内を流れる磁束について説明する。図６は本実施例のリニアモータの正面断面模式図であり、図７は本実施例のリニアモータの側面断面模式図である。【００２１】
図６，図７中の実線及び破線矢印は、リニアモータ駆動時における磁束の流れの一例を示している。なお、磁束の流れの向きは、巻線８に流れる電流の向きにより逆方向になり得るため、図に示す限りではない。【００２２】
各磁極歯７０が上記したような極性になるように巻線８に電流を流すと、磁極７内には主に図６、図７の実線矢印で示すような磁束の流れが生じる。磁束は上下の対向する磁極歯７０内を貫通し、両側に位置している磁極歯をつなぐ鉄心７ｅ内を貫通するループとなっている。この磁束の流れ（ループ）は可動子６の移動方向（前後方向）に対して直交する平面内である。【００２３】
本実施例では、磁極７は電磁鋼板を可動子６の進行方向に積層した構造になっており、電磁鋼板平面と磁極７内の主な磁束の流れ（ループ）を含む平面とが同一または平行となるようにすることで、電磁鋼板内に発生する渦電流を抑制し、渦電流による損失発生を防止している。【００２４】
本実施例の駆動用電機子９ａでは、ブリッジ１０を磁性体とすることで、図７に示すように、補助的な磁束の流れ（ループ）を構成している（図７中、破線矢印）。このように立体的な磁気回路を構成することで、磁極の磁束飽和を防止することができる。
したがって、高推力を発生することが可能になる。【００２５】
＜各電機子の概要＞
図８は、駆動用電機子９ａと浮上用電機子９ｂの配置の一例を示す図である。図９は、図８の側面視における模式図である。【００２６】
本実施例の駆動用電機子９ａは、磁性体のブリッジ１０で繋がった二つの磁極歯組を有しており、一方、浮上用電機子９ｂは、一つの磁極歯組を有する構成としているが、両者の構造をこれらに限定する趣旨ではない。例えば両電機子はそれぞれ、鉄心７ｅで繋がった一つの磁極歯組と、磁極歯７０に巻回した巻線８を有していればよい。但し、浮上用電機子９ｂについては、磁極永久磁石２ｂを有する場合は、巻線８を省略することもできる。【００２７】
本実施例のリニアモータは、図８に示すように、正弦波や矩形波といった交流電流を印加して可動子６に推力を与える駆動用電機子９ａと、可動子６に磁気浮上力を与える浮上用電機子９ｂを有する。以下、説明のため、駆動用電機子９ａについて、ブリッジ１０よりも浮上用電機子９ｂから遠い二つの磁極歯７０を第一の磁極歯組と呼び、ブリッジ１０よりも浮上用電機子９ｂに近い二つの磁極歯７０を第二の磁極歯組と呼ぶ。
本実施例の駆動用電機子９ａは、二つの磁極歯組を有する電機子９である。これは、図７に示した様に、磁束の流れ（磁気回路）を立体的に構成することにより、磁極の磁束飽和を防止することで、高推力を発生することが可能にするためである。勿論、一つの磁極歯組によって駆動用電機子９ａを構成しても良い。
また、本実施例の浮上用電機子９ｂは、リニアモータの小型化の観点から、一つの磁極歯組を有する電機子９としている。浮上用電機子９ｂの磁極７は、図９に示すように磁極永久磁石２ｂを有さなくても良いし、図１０に示すように有しても良い。リニアモータの推力効率の改善や小型化の観点からは、駆動用電機子９ａ、浮上用電機子９ｂの構成は上記のようなものが好ましいが、上述したように、各電機子が有する磁極歯組の個数などの構造は上記に限られない。【００２８】
駆動用電機子９ａは、可動子６に設けた永久磁石２のうち、それぞれの短極部２ｃに属する永久磁石２と対向可能である。一方、浮上用電機子９ｂは、可動子６に設けた永久磁石２のうち、長極部２ｓに属する永久磁石２と対向可能である。【００２９】
＜駆動用電機子と短極部の詳細＞
まず、駆動用電機子９ａと短極部２ｃについて詳細に説明する。説明のため、以下、第一の磁極歯組をＵ相、第二の磁極歯組をＵ−相ともよぶ。Ｕ相とＵ−相は、上述したようにブリッジ１０を介して隣接する磁極であるから、互いに逆方向の極性に磁化するように巻線に電流が流れる。本実施例では、駆動用電機子９ａを単相で駆動する例を示している。具体的には、巻線に流れる電流の位相差は略１８０°である。
Ｕ相又はＵ−相の磁極歯組に対向可能な永久磁石２は、二つ以上の短極部２ｃを構成している。それぞれの短極部２ｃは、一個又は同じ向きの極性を持つ二個以上の永久磁石２を有している。本実施例では、可動子６は三つの短極部２ｃを有し、各単極部２ｃには、それぞれ一個の永久磁石２ｃａ、２ｃｂ及び２ｃｃが配置されている。勿論、それぞれの短極部２ｃが、互いに同じ向きの極性を持つ二個以上の永久磁石２で置き換えられても良い。これにより、それぞれの短極部２ｃは、上下方向に極性を有している。また、互いに隣接する短極部２ｃは、互いに逆向きの極性を持つように永久磁石２を配置している。【００３０】
それぞれの短極部２ｃの前後方向の長さは、略同一であることが好ましいが、リニアモータの制御が可能な範囲で互いに異なる長さにしても良い。【００３１】
それぞれの短極部２ｃが複数の永久磁石２で構成される場合は、短極部２ｃの長さには、永久磁石２の間隔は含めないことができる。すなわち、一の短極部２ｃに属する永久磁石２の長さの和が、この一の短極部２ｃの長さとすることができる。なお、本実施例では、略同一形状の永久磁石２一個ごとに極性が逆向きになるように並べているため、永久磁石２一個分の前後方向長さが、短極部２ｃの長さである。【００３２】
駆動用電機子９ａは、可動子６に設けられた永久磁石２のうち、少なくとも短極部２ｃと対向可能である。巻線８に流れる電流によってＵ相、Ｕ−相を磁化させ、短極部２ｃとの間に反発力及び吸引力を生じさせ、可動子６に前後方向への推力を与えて所望に往復運動させることができる。この点についてさらに説明する。【００３３】
＜可動子への推力の付与＞
図１１は、Ｕ相の上側の磁極歯の巻線８に流れる電流の位相と、可動子６の永久磁石２との位置との関係を説明する図である。図中には、永久磁石２として短極部に属する三つの永久磁石２ａ、２ｂ、２ｃが描かれているが、個数は勿論これに限られない。リニアモータの駆動原理を説明するために、一例として、巻線８に周期が２πの正弦波が流れるとする。【００３４】
本実施例のリニアモータは、電流の位相が０のとき、磁極歯の中心は永久磁石２ｂに対向する。同様に、位相がπ／２のとき、磁極歯の中心は永久磁石２ｂ、２ｃとの間に対向する。位相が−π／２のとき、磁極歯の中心は永久磁石２ａ、２ｂとの間に対向する。位相がπのとき、磁極歯の中心は永久磁石２ｃに対向する。位相が−πのとき、磁極歯の中心は永久磁石２ａに対向する。【００３５】
このように、本実施例のリニアモータは、電流の振幅が最も大きくなる位相±π／２のときに、二つの永久磁石の間に磁極歯が対向するように構成している同期式モータである。また、正弦波の振幅が最も小さくなる位相０、±πのときに、永久磁石２に駆動用電機子９ａの磁極歯７０が対向するように構成している。このように構成することで、磁極歯は、磁化が大きいときに永久磁石の間に対向するため、可動子６の永久磁石２は、相対移動方向（前後方向）に大きな磁気吸引力又は反発力を受けることができる。【００３６】
図１２は、可動子と固定子との相対運動を説明する図である。図１２では、一例として、可動子６が紙面右方向に向かって運動する場合を示している。図１２（ａ）、（ｃ）に示す位相θ＝０、πのとき、正弦波の振幅は小さいため、Ｕ相の磁極歯は殆ど磁化していない。図１２（ｂ）、（ｄ）に示すθ＝π／２、（３π）／２のとき、正弦波の振幅が大きいため、Ｕ相の磁極歯の磁化は強い。上述したように、このとき磁極歯は永久磁石の間に対向するため、可動子６に対して大きな推力を与えることができる。【００３７】
上述したようにＵ相の下側磁極歯は、上側磁極歯と逆向きの磁化となる。このとき、Ｕ相の下側の磁極歯と対向する永久磁石２の極も、Ｕ相の上側の磁極歯と対向する磁極と逆向きであるから、図１１，１２の説明と同様に、可動子６に推力を与えることができる。
Ｕ相とＵ−相との間の距離を調整することで、Ｕ−相についてもＵ相と同様の推力を可動子６に与えるように構成することができる。なお、駆動用電機子９ａとして、他にＶ相、Ｗ相、さらにＶ−相、Ｗ−相を設けて三相駆動としても良い。また、駆動用電機子９ａの巻線８に流す電流波形は正弦波に限られず、例えば矩形波にしてもよい。【００３８】
＜浮上用電機子と長極部の詳細＞
次に、浮上用電機子９ｂ（Ｍ相）と長極部２ｓについて詳細に説明する。
上述したように、巻線８を流れる交流電流で磁化する駆動用電機子９ａは、可動子６に対して推力を与え得る。しかし、駆動用電機子９ａは、可動子６を磁極歯の間に保持する力（磁気浮上力）を十分に与えることは困難である。このため、本実施例では、浮上用電機子９ｂを設け、これによって磁気浮上力を与えている。
長極部２ｓは、Ｍ相の磁極歯組に対向可能である。長極部２ｓは、一個の永久磁石２又は同じ向きの極性で配置した二個以上の永久磁石２を有し、長極部２ｓの前後方向の長さは、短極部２ｃの前後方向の長さより長い。本実施例では、長極部２ｓは一個の永久磁石２ｓａで構成されているため、この前後方向長さが長極部２ｓの長さである。【００３９】
短極部２ｃの長さが複数種類ある場合は、最も長い短極部２ｃの長さより長極部２ｓを長くすることができる。
複数個の永久磁石２によって長極部２ｓを構成する場合、長極部２ｓの長さには、各永久磁石２の間隔を含めても良いし含めなくても良い。すなわち、後者の場合は、長極部２ｓに属する永久磁石２の長さの和が、この長極部２ｓの長さとなる。前者の場合は、長極部２ｓに属する永久磁石２の長さの和に、さらに長極部２ｓに属する永久磁石２の間の長さの和を加えたものが長極部の長さとなる。
後者の場合は、当然に本実施例に記載の効果が得られる。前者の場合は、その間隔及び永久磁石２の磁化の程度を調整すること等によって、本実施例に記載の効果が得られる。例えば、短極部２ｃに属する永久磁石２の磁化より強い磁化の永久磁石２を用いれば、適当な間隔を設けても、本実施例の効果を得ることができる。このようにして長極部２ｓの長さを短極部２ｃの長さより長くすることで、以下で説明するように、可動子６の往復運動全体に亘って磁気浮上力を与えることができる。【００４０】
また、浮上用電機子９ｂ（Ｍ相）を、駆動電機子９ａの両側（前側及び後ろ側）に設けると、可動子６の磁気浮上が効率よく行える点で好ましい。【００４１】
＜可動子への磁気浮上力の付与＞
Ｍ相の巻線８には、長極部２ｓが生ずる磁場の向きと逆方向の磁場が発生するように電流を流す（例えば、図９参照）。この電流は一定の大きさをとるものでも良いし、同じ向きで大きさが時変となるものでも良い。これにより、可動子６には、長極部２ｓを介して上下方向への反発力（磁気浮上力）が発生する。これにより、後述するように最終的には、磁気的にバランスが取れた略中間位置に保持される。すなわち、可動子６は磁気浮上し、磁気的に軸支持をすることが可能になる。これにより、摩擦損失を低減することができ、リニアモータ１００を高効率で駆動することが可能になる。【００４２】
また、図１０のように、Ｍ相が磁極永久磁石２ｂを有する場合は、巻線８に流す電流量を小さくすることができる。磁極永久磁石２ｂの極性は、長極部２ｓが生ずる磁場の向きと逆方向の磁場が発生するように配置する。Ｍ相に巻線８を巻き、長極部２ｓと逆磁場を発生させる電流を流す構成とすると、少ない電流量で能動的に磁気浮上力を制御可能になる。なお、磁極永久磁石２ｂの磁化の程度によっては、巻線８を設けなくても良い。【００４３】
安定に磁気浮上力を得るため、Ｍ相に対向する永久磁石２ｓの長さＬｍ、Ｍ相電機子の長さ（積厚）Ｌｓ、および可動子の移動長（ストローク）Ｌｓｌ（図９参照）を次の数１および数２を満たす構成とすることができる。
〔数１〕Ｌｍ≧Ｌｓ
〔数２〕Ｌｓｌ≦Ｌｍ−Ｌｓ【００４４】
上式を満たす構成にすることにより、Ｍ相電機子は常に長極部２ｓと対向することができる。すなわち、安定に磁気浮上力を得ることができる。【００４５】
＜長極部と短極部の境界部分に位置する永久磁石＞
隣接する長極部の永久磁石２及び短極部の永久磁石２（本実施例では永久磁石２ｃｃと２ｓa）の極性の向きは制限されない。しかし、これらの極性が互いに逆向きである場合、ストロークを調整すれば、永久磁石２ｓaが可動子６に推力を与えられる。こうすると可動子６の最大ストロークをより長くし得る点で好ましい。なお、互いに隣接する長極部及び短極部の永久磁石２の間隔は、短極部２ｃに属する二つの永久磁石２の間隔より長くしても良いし、略同一にしても良い。
また、これらの極性が互いに同じ向きである場合、永久磁石２ｃｃは、Ｍ相の磁極歯組に対向可能であっても良い。【００４６】
＜可動子の姿勢制御＞
Ｍ相の磁極７と可動子６に設けた長極部２ｓに属する永久磁石２との正面断面図を図１３に示す。
可動子６は、通常、Ｍ相の磁極歯７０の間であってＭ相による反発力と重力が釣り合う位置で安定している。しかし、例えば、図１３（ａ）に示すように、可動子が上側に変位した場合、永久磁石２（長極部２ｓ）とＭ相の磁極歯の距離が短くなるため、可動子６に与えられる反発力の和は、下向きになる。そのため、可動子は下方向に移動する。反対に、図１３（ｂ）に示すように、可動子が下側に変位した場合、可動子６に与えられる反発力は、上向きになる。そのため、可動子は上方向に移動する。【００４７】
その結果、可動子６は磁気的にバランスが取れた略中間位置に保持される。すなわち、可動子６は磁気浮上し、磁気的に軸支持をすることが可能になる。これにより、摩擦損失を低減することができ、リニアモータ１００を高効率で駆動することが可能になる。【００４８】
また、図１３（ｃ）に示した様に、可動子６は往復動方向に対して傾く（自転する）場合がある。図１３（ｃ）では、可動子６が時計方向に傾いた場合の例を示している。ここで、可動子６は左右方向に所定長さを有する平板形状部を有しており、ここに長極部２ｓに属する永久磁石２ｓａが配置されている。
本実施例では、永久磁石２ｓａの左右方向の長さ（幅）は、Ｍ相の二つの磁極歯７０の空隙の上下方向長さより長い（図１３は、可動子６に働く力を図示して説明するため、空隙の上下方向長さを長く描いている。実際の配置の関係の一例としては、例えば図８参照。）。このため、可動子６が傾くと、可動子端部において、磁化した磁極歯７０から受ける上下方向の反発力の大きさに差が生じ、傾きを補正する力を受ける。また、Ｍ相の磁極歯７０の左右方向の幅は、長極部２ｓに属する永久磁石２の左右方向の幅と同程度か、やや短いと好ましい（例えば、図６参照）。こうすると、永久磁石２の端部に働く反発力を大きくすることができ、傾きの補償が効率よく実現できる。
この結果、可動子６には反時計方向に力が加わり、最終的に可動子が水平に保持される。【００４９】
＜効果＞
本実施例によれば、長極部２ｓと逆方向の磁場を供給する浮上用電機子９ｂによって、前後方向に往復相対運動する可動子６には十分な磁気浮上力が与えられる。これにより、摩擦損失が抑制されると共に可動子６の変位が補償される。さらに、浮上用電機子９ｂの磁極歯及び長極部２ｓに属する永久磁石２が平板形状であるため、可動子６の傾きや自転運動が補償される。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明の実施例２に係るリニアモータを説明する。実施例２のリニアモータは、以下の点を除き実施例１と同様の構成である。
本実施例のリニアモータは、電機子９として、推力及び磁気浮上力を可動子６に与える両用電機子９ｃを一つ以上有している。好ましくは、両用電機子９ｃを三つ以上有する。また、両用電機子９ｃを三つ以上有する場合は、浮上用電機子９ｂを任意で有することができる。【００５１】
永久磁石２は、左右方向に幅を有する平板形状であり、この永久磁石２を有する可動子６の部分も、平板形状である。【００５２】
電気角で１２０度の位相差の電流を各相の両用電機子９ｃの巻線８に流すことにより、可動子６に往復運動する方向に推力を発生させることができる。本実施例では三相駆動を行っているため制御性に優れ、ベクトル制御などによる制御が可能となっている。【００５３】
＜正弦波による三相駆動＞
本実施例の両用電機子９ｃの巻線８に流れる電流を説明する前に、実施例１で説明した駆動用電機子９ａを三つ用いて三相駆動する場合を説明する。すなわち、三つの駆動用電機子９ａそれぞれに正弦波電流を流す三相駆動について説明する。以下、説明のため、各駆動電機子９ａを、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相と呼ぶ。【００５４】
図１４（ａ）は、三相駆動による各駆動用電機子９aの巻線に印加する電流波形の例を示す図であり、図１４（ｂ）は、三相駆動による各駆動用電機子９aの巻線に印加する電流により発生する推力の例を示す図である。【００５５】
三相駆動時においては、これらの電流によって各相は半波整流したような推力を発生する。結果、リニアモータ１００の可動子６は、全相の推力を合計した推力（トータル推力）を受ける。【００５６】
図１４（ｂ）の長二点鎖線で囲った矩形箇所に注目する。電流波形がゼロクロス付近の相は、他相よりも発生推力が小さい。言い換えると、電流が小さい相は、トータル推力への寄与が相対的に小さい。図１４（ｂ）の矩形領域では、Ｖ相の寄与が相対的に小さい。【００５７】
正弦波による三相駆動時における図１４（ｂ）の矩形領域部分に相当する時刻の電機子９と可動子６の位置関係を図１５に、その時刻における各相の磁極歯の磁化を図１６に示す。永久磁石２と対向する面積が最も大きいＶ相は、上述したように電流値が小さくなるよう制御されており、ほとんど磁化していない。【００５８】
このような正弦波形による三相駆動は、可動子６に推力を与え得るが、十分な磁気浮上力を与えることは困難である。可動子６に前後方向への推力を印加するためには、永久磁石２と磁極歯７０との対向面積が小さいときに磁極歯７０が磁化していることが好ましく、必然的に上下方向に加わる力が小さくなるためである。【００５９】
＜成形した波形を用いた三相駆動＞
そこで、本実施例では、電機子９の巻線８に与える電流波形として、図１８（ａ）に示すような波形を成形する。このような電流が巻線８に流れる電機子９を両用電機子９ｃと呼ぶ。これにより、永久磁石２との対向面積が大きい相により可動子６に磁気浮上力を与えることができる。具体的には、両用電機子９ｃにより、図１７のように、対向面積の大きいＶ相の磁極歯に発生する磁性が、Ｖ相と対向する永久磁石２と同極となるように、電流を流す。つまり、Ｖ相電機子は永久磁石２の磁場と逆磁場を発生する構成とする。【００６０】
両用電機子９ｃは一つ以上あればよいが、本実施例では、好ましい形態として、三つの両用電機子９ｃを用いた三相駆動の例を説明する。【００６１】
＜各相に流れる成形した電流波形＞
以下、本実施例の電機子９である両用電機子９ｃの巻線８に流す電流波形について説明する。以下では、両用電機子９ｃ三つそれぞれに図１８（ａ）のような電流波形を印加する例を説明する。各相には、成形した波形がそれぞれ位相差略１２０°で印加される。【００６２】
本実施例では、三相駆動を行う両用電機子９ｃによって磁気浮上力及び推力を効率的に与えるために、図１８（ａ）のような電流波形を生成する電力変換器（例えば、ＰＷＭ信号作成器１３３）を有する。説明のため、この波形の周期を２πとする。また、説明のため、磁極歯がＮ極に磁化するときに巻線８に流れる電流の向きを正とし、Ｓ極に磁化するときの向きを負とする。図１８（ａ）の電流の各位相に相当する時刻における、各相の磁極歯と永久磁石との位置関係の対応を、図１８（ｂ）に示す。【００６３】
＜両用電機子によるリニアモータの駆動＞
図１８（ａ）のような成形した波形を受ける相について、この相と各時刻における可動子の永久磁石との位置関係及び電流値の関係を、図１９に示す。
説明のため、両用電機子９ｃの上側磁極歯の一つと、可動子６の永久磁石２（短極部２ｃ）との関係を、図１８、図１９を用いて説明する。なお、本実施例においては、上述した浮上用電機子９ｂを設ける必要は必ずしもなく、この場合、永久磁石の長さは一種類にすることができる。すなわち、短極部２ｃ、長極部２ｓの両方を設ける必要はない。【００６４】
図１８（ａ）、図１９（ａ）に示すように、電流の位相がθ＝０近傍のとき、電流は比較的小さい正の値をとる（小振幅帯）。また、電流の変化（時刻に対する微分係数）は略０となる。このとき磁極歯は、対向する永久磁石と同極のＮ極に磁化しており、磁気浮上力を可動子に与える。【００６５】
図１８（ａ）、図１９（ｂ）に示すように、電流の位相がθ＝π／２のとき、電流は比較的大きい正の値をとる（大振幅帯）。また、電流の変化は、ピークであるθ＝π／２の前で正の最大となり、ピークθ＝π／２で０となり、θ＝π／２後に負の最大となる。このとき磁極歯は、永久磁石の間に対向しており、推力を可動子に与える。【００６６】
図１８（ａ）、図１９（ｃ）に示すように、電流の位相がθ＝π近傍のとき、電流は比較的小さい負の値をとる（小振幅帯）。また、電流の変化は略０となる。このとき磁極歯は、対向する永久磁石と同極のＳ極に磁化しており、磁気浮上力を可動子に与える。【００６７】
図１８（ａ）、図１９（ｄ）に示すように、電流の位相がθ＝（３π）／２近傍のとき、電流は比較的大きい負の値をとる（大振幅帯）。また、電流の変化は、ピークであるθ＝（３π）／２の前で負の最大となり、ピークθ＝（３π）／２で０となり、ピークθ＝（３π）／２の後で正の最大となる。このとき磁極歯は、永久磁石の間に対向しており、推力を可動子に与える。【００６８】
＜電流波形の特徴＞
すなわち、本実施例の電流波形は、半周期（位相π）ごとに電流の向きが変わり、それぞれの向きで、電流値の絶対値が比較的小さい「小振幅帯」と、電流値の絶対値が比較的大きい「大振幅帯」とを有する。また、各向きで、微分係数が略０となる領域が二つ存在する。すなわち、一周期の間に微分係数が略０となる領域が四つ存在する。本実施例の電流波形は、小振幅帯、大振幅帯の順で、向きを変えて周期的に流れる。小振幅帯と大振幅帯の境には、微分係数の絶対値が急激に大きくなる遷移帯が存在する（図１８中、θ＝θ１、θ２、θ３、θ４の近傍）。【００６９】
後述するように、本実施例の電流波形は、例えばＰｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）制御等によって得ることができる。このような電流波形の生成法の詳細は、後述する図２０、図２１の説明を参照されたい。このような方法で電流波形を得ると、実際の波形は高周波成分が重畳されるなどして、図１８（ａ）と比較してギザギザした波形となる。このため、本実施例の波形を使用しているかどうかを確認するには、観察する電流波形を予めローパスフィルタに通過させるなどして平滑化させると好ましい。【００７０】
＜電流波形の他の特徴＞
遷移帯又はこの直前又は直後には、停留点又は変曲点が現れ得る。特に、図１８（ａ）に示すように、小振幅帯から大振幅帯への遷移の際（θ＝θ１、θ３）又は大振幅帯から小振幅帯への遷移の際（θ＝θ２、θ４）には、停留点が現れ得る。【００７１】
電流波形は、例えば一周期の間に停留点を１つ以上，２つ以上，３つ以上又は４つ以上有することができる。
本実施例の電流波形は、大振幅帯で変曲点を有するため、一周期の間に変曲点を２つ有している。小振幅帯と大振幅帯の間の遷移を考えると、電流波形は、２つ、又は３つ以上の変曲点を有することができる。【００７２】
なお、変曲点とは、微分係数が０となる点の内、その点の前後で微分係数の符号が変化する点である。停留点とは、微分係数が０となる点の内、その点の前後で微分係数の符号が変化しない点である。但し、ここでの符号の変化には、「正から０」、「０から正」、「負から０」、「０から負」を含む。また、必ずしもその点において微分係数が定義可能でなくても良く、その点の前後近傍での微分係数の符号の変化を観察しても良い。さらに、微分係数が所定時間に亘って０であり続ける場合は、その両端の二点が変曲点又は停留点であると考えてよい。【００７３】
なお、電流の生成の方法としては、（１）商用電源やインバータ制御等によって得られる交流電流（交流電圧）を基本波形として、別途他の電流（電圧）を重畳等すること、（２）インバータ制御等によって直接図１８（ａ）のような電流を作成すること、等が挙げられる。【００７４】
＜電流位相と永久磁石位置の同期＞
電流位相と永久磁石位置の同期は、種々公知の技術によって実現できるが、例えば次のようにすることができる。まず、図示しない可動子の位置センサによって可動子の位置を検出する。これにより各相を流れる電流を制御することができる。同様に、可動子の位置情報を利用して、各相に対向する永久磁石の極性を知ることができる。これにより、各時刻における各相の磁極歯７０の磁化（巻線８の電流値）、対向する永久磁石２の極性、磁極歯７０と永久磁石２との対向面積、などを知ることができる。すなわち、いずれの相が推力への寄与が小さいかを知ることができるので、この相の巻線８の電流を制御して磁化を制御し、対向する永久磁石２と同極にすればよい。【００７５】
また、後述する電流検出手段１０７を設けて各相の巻線８への電流値を検出又は推定したり、磁気センサを用いて永久磁石２の位置を検出又は推定したりしてもよい。なお、電流検出手段１０７により検出又は推定した巻線８への電流値に基づいて、可動子６の位置情報を推定しても良い。【００７６】
＜リニアモータ駆動装置の構成例＞
次に、本実施例に係る三相のリニアモータを駆動する駆動回路について説明する。駆動回路の構成例を図２０に示す。リニアモータ駆動装置１０１は、出力電圧指令値を出力する制御部１０２と、直流電圧源１２０を用いて交流電圧を出力する電力変換回路１０５と、リニアモータ１００あるいは電力変換回路１０５に流れる電流を検出する電流検出手段１０７から構成される。電流検出手段１０７は、リニアモータ１００に設けた電機子９の巻線８に流れる電流を検出可能である。【００７７】
電力変換回路１０５の詳細な回路構成例を図２１に示す。電力変換回路１０５はインバータ１２１、直流電圧源１２０、ゲートドライバ回路１２３を有する。インバータ１２１は、スイッチング素子１２２（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子）によって構成される。これらのスイッチング素子１２２（１２２ａ〜１２２ｆ）は、二つのスイッチング素子１２２が直列に接続されて各相の上下アームを構成しており、図の例では１２２ａと１２２ｂによりＵ相、１２２ｃと１２２ｄによりＶ相、１２２ｅと１２２ｆによりＷ相の上下アームを構成している。【００７８】
各相の上下アームの接続点は、リニアモータ１００へ配線されている。スイッチング素子１２２（１２２ａ〜１２２ｆ）は、推力指令値又は位置指令値が電圧指令値作成器１０３に入力されると、これに基づいて電圧指令値が作成され、ＰＷＭ信号作成器１３３に入力される。ＰＷＭ信号作成器１３３は、電圧指令値に基づいて作成したドライブ信号をゲートドライバ回路１２３に送る。ドライブ信号はパルス状の波形をしている。ゲートドライバ回路１２３は、ドライブ信号に基づいて各スイッチング素子１２２のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号（１２４ａ〜１２４ｆ）を送り、スイッチング素子１２２は信号（１２４ａ〜１２４ｆ）に応じてスイッチング動作をする。直流電圧源１２０の電圧は、スイッチング素子１２２を介して各相に印加される。すなわち、各相に印加される電圧がスイッチング素子１２２により制御される。この電流波形は、上述したようにギザギザ形状になり得る。このため、本実施例の電流波形を作成することを指令するドライブ信号又は電圧指令値が出力されているかを確認するには、この電流をローパスフィルタに通すなどして平滑化するとよい。【００７９】
上記のようにして電圧を出力することで、任意の周波数の三相交流電圧をリニアモータ１００に印加することができ、図１８（a）のような波形を成形できる。また、リニアモータ１００を、可変速駆動、位置制御駆動、推力制御駆動することができる。【００８０】
なお電力変換回路１０５の直流側にシャント抵抗１２５を付加した場合、過大な電流が流れた際にスイッチング素子１２２を保護するための過電流保護回路や、後述するシングルシャント電流検出方式などに利用できる。【００８１】
また図２１には、図２０に示した電流検出手段１０７の具体的な実現事例が示されている。図２１に示す電流検出手段１０７は、リニアモータ１００または電力変換回路１０５に流れる三相の交流電流の内、Ｕ相とＷ相に流れる電流を検出する。全相の交流電流を検出しても構わないが、キルヒホッフの法則から、三相のうち二相が検出できれば、他の一相は検出した二相から算出できる。【００８２】
リニアモータ１００または電力変換回路１０５に流れる交流電流を検出する別方式として、例えば、電力変換回路１０５の直流側に付加されたシャント抵抗１２５に流れる直流電流から、電力変換回路１０５の交流側の電流を検出するシングルシャント電流検出方式がある。この方式は、電力変換回路１０５を構成するスイッチング素子の通電状態によって、電力変換回路１０５の各相の交流電流と同等の電流がシャント抵抗１２５に流れることを利用している。シャント抵抗１２５に流れる電流は時間的に変化するため、ドライブ信号（１２４ａ〜１２４ｆ）が変化するタイミングを基準に適切なタイミングで電流検出する必要がある。図示はしていないが、電流検出手段１０７に、シングルシャント電流検出方式を用いてもよい。【００８３】
＜電圧中間相で磁気浮上力を発生＞
前述の通り、本実施例では、成形した波形を用いて、一の電機子（一の相）によって推力及び磁気浮上力を得る。例えば正弦波駆動をした場合に電流がゼロ近傍となる相に、磁極歯に発生する磁性が永久磁石２と同極となるように電流を流すことにより、磁気浮上力を得ている。図２０に示した様に、電圧指令値を算出してリニアモータを駆動する場合を考えると、電流がゼロ近傍の相とは、電圧指令値が最大となる相および最小となる相以外となる。すなわち、本実施例のように三相の場合は、電圧指令値が中間である相（中間相）が該当する。つまり、電力変換回路１０５の出力電圧が最大および最小となる相により電機子９と可動子６が相対的に移動する推力発生し、残りのいずれかの相（三相の場合は中間相）により、前記電機子９と前記可動子６が相対的に移動する方向に直交する方向の磁気力を発生する構成とする。【００８４】
＜可動子位置の能動制御＞
例えば、より能動的に可動子６の位置を制御したい場合は、電機子９と可動子６が相対的に移動する方向に直交する方向の変位と、可動子６の進行方向を軸とした傾きの少なくとも１つを検出あるいは推定する手段１３５を備える。【００８５】
例えば、リニアモータ１００に印加する電圧指令値を出力する電圧指令値作成器１０３の中に、比例積分微分制御器（ＰＩＤ制御器）を構成し、検出あるいは推定した変位または傾きに応じて、比例積分微分制御することにより、電機子９が永久磁石２と対向する面積が最も大きい相の電流を変化させる。これにより、能動的に可動子６の位置を制御することが可能になる。また、可動子６が略中間位置や略平行に保持されている場合は、電機子９が永久磁石２と対向する面積が最も大きい相の電流を小さくするため、効率を上げることが可能になる。【００８６】
以上のように、可動子の永久磁石２と対抗面積が最も大きい電機子に、前記可動子の永久磁石２と逆磁場を発生させる電流を変化させることにより、電機子と前記可動子が相対的に移動する方向に直行する方向に磁気的に均衡する位置（略中間位置）に保持されると同時に、可動子の進行方向を軸とした傾きも磁気的に均衡する位置（略平行）に保持される。【００８７】
上記では、Ｖ相が電流ゼロ近傍となる時、つまりＶ相の電機子が可動子６の永久磁石２と対向する面積が最も大きい場合に説明をしたが、当然、可動子が移動することにより、電機子が永久磁石２と対向する面積が最も大きい相も変化する。可動子の往復運動方向の移動に応じて、電機子９が永久磁石２と対向する面積が最も大きい相に、磁極歯７０に発生する磁性が永久磁石２と同極となるように電流を流すことにより、磁気浮上力を得ることができる。【００８８】
このように、可動子の往復運動方向の移動に応じて、磁気浮上力を得る相を順次変更する構成とすることで、同じ巻線を利用して推進力と磁気浮上力を得ることができ、リニアモータ１００を小型化することが可能になる。【００８９】
＜効果＞
本実施例によれば、上述した波形の電流を成形する信号を出力する電流変換器により、可動子に推力と共に磁気浮上力を与える両用電機子９ｃを含んで三相駆動を実現できる。これにより、十分な磁気浮上力を可動子６に与えることができる。また、両用電機子９ｃを三つ又は四つ以上用いると、通常の三相駆動モータと同様のスペースによって磁気浮上力を得ることができ、リニアモータを小型化することができると共に、摩擦損失を抑制できる。また、実施例１で説明したのと同様な効果を得ることができる。
勿論、両用電機子９ｃと共に浮上用電機子９ｂ、駆動用電機子９ａを有しても良い。
【実施例３】
【００９０】
次に本発明に係るリニアモータを圧縮機に適用した事例について説明する。
図２２は、本発明に係るリニアモータを有する圧縮機の縦断面図の一例である。
本実施例の密閉型圧縮機５０は、圧縮要素２０と電動要素３０とが密閉容器３内に配置するレシプロ圧縮機である。圧縮要素２０及び電動要素３０は支持ばね４９によって密閉容器３内に弾性的に支持されている。【００９１】
圧縮要素２０はシリンダ１ａを形成するシリンダブロック１と、シリンダブロック１の端面に組み立てられるシリンダヘッド１６と、吐出室空間を形成するヘッドカバー１７とを備えている。シリンダ１ａ内に供給された作動流体はピストン４の往復動によって圧縮され、圧縮された作動流体は圧縮機外部に連通する吐出管へと送られる。【００９２】
図２３は密閉型圧縮機５０の密閉容器３を除いた斜視図、図２４は密閉容器３を除いた密閉型圧縮機５０の水平断面の斜視図である。
本実施例では、可動子６の片端に１つのピストン４が連結した構造をとっている。そのため、シリンダブロック１にはシリンダ１ａを一つ配置した構造としている。
また、電動要素３０の片端に圧縮要素２０を配置し、その反対側にはエンドフレーム２５を配置している。シリンダブロック１およびエンドフレーム２５はガイドロッド２４を有しており、可動子６が磁極７と接触することを防ぐ構造となっている。【００９３】
すなわち、可動子６はガイドロッド２４に沿って往復運動し、ガイドロッド２４は可動子６が往復運動方向と直交する向きに移動することを防止している。【００９４】
本実施例の電動要素３０に、上述したリニアモータを適用することにより、上下方向に直交する方向に磁気的に均衡する位置（略中間位置）に保持されると同時に、前後方向を軸とした傾きも磁気的に均衡する位置（略平行）に保持される。
そのため、シリンダ１ａやガイドロッド２４で発生する摩擦損失の低減が可能になる。また、ガイドロッド２４を省略することも可能になる。
よって、本実施例によれば、信頼性が高く高効率な密閉型圧縮機を構成することができる。【００９５】
＜可動子の位置に応じた磁気浮上電流の変化＞
磁気浮上による軸支持の効果を高める構成として、図２５を参照して説明する。永久磁石２を有する可動子６の一端には、ピストン４が取り付けられている。本実施例では、ピストン４と反対側に配置された浮上用電機子の電流を制御して磁気浮上力を与えることができる。ピストン４は、シリンダ１ａの壁面により変位が制約されるのに対し、反対側の可動子端部はガイドロッド２４が無い場合には、変位が大きくなる。このため、ピストン４を取り付けた一端側と反対側で磁気浮上による軸支持をすることで、可動子６の変位および傾きを効率良く制御することが可能となる。これにより、ピストン４の挙動が安定するとともに、制御が簡便になる。また、可動子６は、一方側がピストン４によって支持されるため、駆動用電機子とピストン４との間に浮上用電機子９ｂを設けなくとも効率的に可動子６を支持できる。このため、小型化の観点から好ましい。勿論、この部分にも浮上用電機子を設ければ、より効率よく磁気浮上力を与え得る。【００９６】
信頼性や強度保持の観点から、圧力容器３はできるだけ小さくすることが望まれている。そのために、主要構成要素である電動要素３０もできるだけ小さくすることが望まれており、当然のことながら、高効率も望まれている。
本実施例の電動要素３０を密閉型圧縮機５０に構成することにより、高推力を得るとともに、磁気浮上力を得ることにより高効率が可能になる。したがって、各実施例で説明したリニアモータを用いることにより、圧縮機の消費電力量を削減することができる。本発明のリニアモータ又は密閉形圧縮機は、ルームエアコンや冷凍機等の冷凍空調機器をはじめとする各種の機器に適用することも可能であり、これらの機器のシステム効率を大幅に改善することができる。
【実施例４】
【００９７】
図２６は、実施例１又は２のリニアモータ又は実施例３の圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫６０の縦断面図である。密閉形圧縮機５０は、冷却器６６を備え、例えば温暖化係数の小さい自然冷媒Ｒ６００ａを用いた冷蔵庫６０に搭載されている。冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５からなる庫内空間は、密閉形圧縮機５０の駆動により冷凍サイクル（図示せず）を動作させることにより冷却される。【００９８】
本発明は上記した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、必ずしも説明した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。【００９９】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。
【符号の説明】
【０１００】
１…シリンダブロック、１ａ…シリンダ、２，２ｂ、２ｃａ、２ｃｂ、２ｃｃ、２ｓａ…永久磁石、２ｃ…短極部、２ｓ…長極部、３…密閉容器、４…ピストン、５…固定子、６…可動子、７…磁極、７ｅ…鉄心、８…巻線、９…電機子、９ａ…駆動用電機子、９ｂ…浮上用電機子、９ｃ…両用電機子、１０…ブリッジ、１１…スペーサ、１６…シリンダヘッド、１７…ヘッドカバー、２０…圧縮要素、２２…トップパッキン、２３…共振ばね、２４…ガイドロッド、２５…エンドフレーム、３０…電動要素、４０…吐出弁装置、４９…支持ばね、５０…密閉型圧縮機、６０…冷蔵庫、６１…冷蔵庫本体、６２…冷蔵室、６３…上段冷凍室、６４…下段冷凍室、６５…野菜室、６６…冷却器、７０…磁極歯、７０ａ…第一の磁極歯組の上側磁極歯、７０ｂ…第一の磁極歯組の下側磁極歯、７０ｃ…第二の磁極歯組の上側磁極歯、７０ｄ…第二の磁極歯組の下側磁極歯、１００…リニアモータ、１０１リニアモータ駆動装置、１０２…制御部、１０５…電力変換回路、１３５…検出手段。
【図１】
2015177883.tif 000003
【図２】
2015177883.tif 000004
【図３】
2015177883.tif 000005
【図４】
2015177883.tif 000006
【図５】
2015177883.tif 000007
【図６】
2015177883.tif 000008
【図７】
2015177883.tif 000009
【図８】
2015177883.tif 000010
【図９】
2015177883.tif 000011
【図１０】
2015177883.tif 000012
【図１１】
2015177883.tif 000013
【図１２】
2015177883.tif 000014
【図１３】
2015177883.tif 000015
【図１４】
2015177883.tif 000016
【図１５】
2015177883.tif 000017
【図１６】
2015177883.tif 000018
【図１７】
2015177883.tif 000019
【図１８】
2015177883.tif 000020
【図１９】
2015177883.tif 000021
【図２０】
2015177883.tif 000022
【図２１】
2015177883.tif 000023
【図２２】
2015177883.tif 000024
【図２３】
2015177883.tif 000025
【図２４】
2015177883.tif 000026
【図２５】
2015177883.tif 000027
【図２６】
2015177883.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月24日(2016.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、前記長極部は、左右方向に幅を有する平板形状であり、前記電機子として、前記短極部に対向可能であり、前記可動子に推力を発生させる駆動用電機子と、前記長極部に対向可能であり、前記可動子に磁気浮上力を発生させる浮上用電機子と、を備え、前記長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とする。
また、他の一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に、変曲点を三つ以上有する又は変曲点を二つ以上と停留点を一つ以上有し、前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に微分係数が略０となる領域を四つ有し、流れる向きが変わった後に、電流値の絶対値が比較的小さく、かつ微分係数が略０である小振幅帯と、電流値の絶対値が比較的大きい大振幅帯と、をこの順で有することを特徴とする。
また、他の一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、前記長極部は、左右方向に幅を有する平板形状であり、前記電機子として、前記長極部に対向可能であり、前記可動子に磁気浮上力を発生させる浮上用電機子を備え、前記長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９９】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。
本願は、以下の技術的思想を包含する。
［付記１］
空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、
前記可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に前記長極部を有し、
該長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とするリニアモータ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、
前記長極部は、左右方向に幅を有する平板形状であり、
前記電機子として、
前記短極部に対向可能であり、前記可動子に推力を発生させる駆動用電機子と、
前記長極部に対向可能であり、前記可動子に磁気浮上力を発生させる浮上用電機子と、を備え、
前記長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記浮上用電機子の空隙の上下方向の長さは、前記長極部の左右方向の長さより短いことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前後方向の前記磁極歯の長さをＬｓ、前後方向の前記長極部の長さをＬｍ、前記可動子と前記電機子との相対移動の長さをＬｓｌとする場合、ＬｍとＬｓとが〔数１〕の関係を満たし、Ｌｓｌが〔数２〕の関係を満たす範囲で駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
〔数１〕Ｌｍ≧Ｌｓ
〔数２〕Ｌｓｌ≦Ｌｍ−Ｌｓ
【請求項４】
前記電機子は、前記長極部の極性と同じ極性が対向する向きの永久磁石を有することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記長極部が形成する磁場の向きは、隣接する前記短極部が形成する磁場の向きと互いに逆向きであることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記巻線に流れる電流の向きが一定であることを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載のリニアモータ。
【請求項７】
空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、
前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に、変曲点を三つ以上有する又は変曲点を二つ以上と停留点を一つ以上有し、
前記交流電流を平滑化した波形は、
一周期の間に微分係数が略０となる領域を四つ有し、
流れる向きが変わった後に、電流値の絶対値が比較的小さく、かつ微分係数が略０である小振幅帯と、電流値の絶対値が比較的大きい大振幅帯と、をこの順で有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、
前記長極部は、左右方向に幅を有する平板形状であり、
前記電機子として、前記長極部に対向可能であり、前記可動子に磁気浮上力を発生させる浮上用電機子を備え、
前記長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項９】
請求項１乃至８何れか一項に記載のリニアモータを有する機器。
【国際調査報告】
2015177883.tif 000029
2015177883.tif 000030