(57)【要約】【課題】  冷凍機用の圧縮機等に用いるリニアアクチエ−タは、効率良い往復運動を継続させるため、ピストンの一端をバネ定数の高いバネを介してシエルに固定し、バネマス系と共振状態に制御することで効率の良い駆動を実現している。しかし、振幅が大きくなればなるほど、共振用の板バネがピストンに側力を与えるため、ピストンとシリンダ−間の摺動抵抗が増え、メカ損失が大きくなるという課題を有していた。【解決手段】  励磁コイルを有する固定子鉄心５０と、リング磁石５３と、リング磁石と往復振動体とを支持するリング磁石支持部５５を備え、リング磁石保持部の周囲から弾性材料を用い、ピストンホルダ−を支持したしたことを特徴とするリニアアクチエ−タを提供するものである。【選択図】  図３
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【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、リング磁石と、前記リング磁石と往復振動体とを支持するリング磁石保持部を備え、前記リング磁石保持部の周囲から弾性材料を用いてピストンホルダーを支持したしたことを特徴とするリニアアクチエータ。
【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ータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータは、図５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体１２は、外ヨーク１０と内ヨーク１６との間に形成された間隙１４内に配置され、外ヨークに埋設されてた巻き線に電流を流し、電磁作用により、間隙１４内を長手方向に往復運動する。磁石支持構造体１２が間隙１４内で往復運動すると、時間的に変化する磁束が磁石支持構造体１２を通過するし、時間的に変化した磁場により磁石支持構造体１２に渦電流が誘導されて大きな損失となる。その損失は無視できる値でないため、その渦電流を低減させるため磁石保持体は薄肉のスリーブが利用され、また磁石保持体は、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ーブを備え、好ましい実施例においては、スリーブは複数のスロットを持つ。磁石は更にスリーブに取りつけられた磁石セグメントを備える。好ましい実施例では同数の磁石セグメントとスロットがある。各磁石セグメントは対にされた同数のスロットとセグメントを形成している組み合わせスロットの少なくとも一部の上を延ばす構造としていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下に図６を用いて従来のリニアモータについて説明する。実施例では円筒状であるスリーブ壁２４を持つ。スリーブ壁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、スリーブ壁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、スリーブ壁２４から約９０°の角度でスリーブ壁２４の全周を回って延び、フランジ３２とスリーブ壁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はスリーブ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がスリーブ２２の外面にスリー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４０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。磁石セグメント４０は、接着剤によりスリーブ壁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。磁石セグメント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の中間でスリーブ壁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、スリーブ壁２４の直角な接着面の提供に加えて磁石セグメント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、スリーブ壁２４の直角な接着面と磁石セグメント４０用の長手方向の支持を行なう。
【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、スリーブ壁に、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ー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ー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う課題も有していた。さらにピストンを固定しているスリーブ底面は鍔状になっており、冷媒とオイルが封入された高温、高圧の密度の高い密閉容器内をピストンとともにスリーブが高速で往復運動すると、スリーブの鍔の部分が高密度の気体の抵抗となり、大きく効率が低下するという課題を有していた。
【０００５】
またリニア−アクチエ−タは、効率良くピストンの往復運動を継続させるために、ピストンの一端をバネ定数の高い板バネおよびコイルバネを介してシエルに固定し、バネマス系と共振制御することで効率の良い駆動を実現している。しかしこの圧縮機はフリ−ピストン方式のため、前記バネは、振幅が大きくなるとピストンの径方向に働く力が増大し、ピストンの支持部分に径方向の力が加わると、ピストンの先端とシリンダ−間の摺動抵抗が増え、メカ損失が大きくなるという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、これらの課題を解決し効率の高いリニア−アクチエ−タを提供するものである。
【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本発明は、励磁コイルを有する固定子鉄心と、リング磁石と、前記リング磁石の端面を締結するリング磁石支持部を備え、前記リングマグネット保持部の周囲から弾性材料を用い、ピストンホルダ−を支持したことを特徴とするリニア−アクチエ−タを提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のリニアアクチエータは、ピストン等の往復運動体と、リング磁石の端面をリング磁石支持部で直接締結するもので、この構成によればリング磁石とヨ−クの間に、マグネット固定用のスリ−ブが無く、マグネットとヨ−ク間のギャップを小さくすることでギャップ中の磁束密度が向上し、トルク定数が増加するばかりでなくスリ−ブに発生していた渦電流損を低減できることができ、高効率化が図れる。また、セグメントのマグネットをスリ−ブに接着するのではなく、一体物のリング磁石を直接往復運動体に磁石支持部で締結するため、マグネットが剥がれ落ちることが無く、高い信頼性も得られるという効果を奏する。
【０００９】
さらにリニア圧縮機はピストンがフリ−ピストン構造となると、板バネと締結したピストンの振幅量が増すほど、ピストンには径方向の力が加わる。しかし、磁石保持部から弾性材料によりピストンを支持する構成としているため、ピストンの径方向の力は弾性材料で緩和され、ピストンとシリンダ−間の摺動抵抗は減少させることでメカ損失を低減する効果を奏する。さらに、急激にリニア−モ−タの負荷が軽くなった場合、ピストンのストロ−クは伸びピストンがシリンダ−ヘッドに衝突するが、同様に衝撃を緩和する効果がある。また、ピストンホルダ−弾性支持部が幅方向に細い形状とすることで、冷媒ガスがスム−スに流れメカ損失が低減でき。更なる効率化が実現できるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１のリニアーアクチエータにおいて、円筒状の内ヨーク５０と前記内ヨーク５０に巻線を巻回したコイル部５１と、内ヨーク５０に覆うように配置した外ヨーク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リング磁石部５３と、振動体
をリング磁石５３の端面で支持するリング磁石支持部５５とを備える。 内ヨーク５０と外ヨーク５４は、長方形の電磁鋼鈑をラジアル積層したものである。
【００１２】
図１のリニアアクチエータを、図４で示す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。図４を用いリニア圧縮機の構成の一例を説明する。このリニア圧縮機は少なくとも、シリンダー７９と、シリンダー７９に沿って可動自在に支持されるピストン７７と、磁力によりピストン７７に軸線方向の推力を生じさせるリニアモータ部を備えている。
【００１３】
リニアモータのコイル部５１に通電すると、リング磁石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。この推力によりリング磁石５３に、軸線方向に沿って移動する駆動力が作用する。
【００１４】
リング磁石５３は、リング磁石支持部５５により、ばね機構部７５に連結されているため、ピストン７７が移動する。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弦波状の電流に応じた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７７は往復運動を行うことになる。
【００１５】
リニアモータを外部からインバータにより駆動すると、ピストンの軸線方向に沿って往復運動し圧縮室７６で圧縮された冷媒は、吐出室７１へ吐出される。
【００１６】
このような圧縮機をエアコン、冷蔵庫、自動車用カーエアコンに用いると良い。
【００１７】
本実施の形態の特徴は、リング磁石支持部５５にある。リニアアクチエータを効率良く振動させるには、外ヨーク５４と内ヨーク５０とのギャップ間隔を小さくする必要がある。
そのために、磁石固定用のスリ−ブにマグネットを張りつけ固定することなく、リング磁石５３の端面に、リング磁石支持部５５を直接支持する構成とした。
【００１８】
また、リニアアクチエータを、図４で示すリニアー圧縮機に用いる場合、リニアモータのコイル部５１に正弦波状の電流を通電すると、リング磁石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推力が発生する。その推力は、リング磁石支持部５５を介して、ピストン７７を駆動周波数に近い速度で往復運動せしめ、高密度のガス雰囲気中を、リング磁石５３を締結したリング磁石支持部５５が高速で往復運動することになる。図２は、リング磁石ホルダ−を示す。円筒状のリング磁石支持部５５の端面に、円筒状のリング磁石５３の端面を締結し、中央にピストン７７を支持した構成である。図３は、リング磁石ホルダ−を示す図である。リング磁石５３の端面を、円筒状のリング磁石受け台５８で直接締結している。さらに中央に位置しているピストン支持部５６を、リング磁石受け台５８を、周方向から複数のピストンホルダ−弾性支持部５７で支持した構成である。図４に示すフリ−ピストン方式のリニア−圧縮機に用いる場合、リング磁石受け台５８が、ピストン７７を軸腺方向に往復運動する際、ピストン７７のストロ−クが大きくなると、径方向に加わる力も大きくなる。この時ピストンホルダ−弾性支持部５７は、径方向の力を緩和させピストン、シリンダ−間の摺動抵抗を現象させる働きをする。また、急激にリニア−モ−タの負荷が軽くなった場合、ピストンのストロ−クは伸びピストンがシリンダ−ヘッドに衝突するが、ピストンホルダ−弾性支持部５７が衝撃を緩和する効果がある。また、ピストンホルダ−弾性支持部５７の幅を細く抵抗の少ない形状にすることで、高密度の冷媒ガス雰囲気中を、図２に示すリング磁石ホルダ−が高速に往復運動しても、冷媒ガスがスム−スに流れメカ損失を増やすことなく、高効率なアクチエ−タを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
以上のように、本発明にかかるリニアアクチエータは、ピストンの径方向の力が弾性材料で緩和され、ピストンとシリンダ−間の摺動抵抗を減少させることでメカ損失を低減し高効率のリニアアクチエータを実現することが可能となるので、冷媒圧縮機等に使用されるリニアアクチエータとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明一実施の形態を示すリニアアクチエータの断面図
【図２】本発明一実施の形態におけるリング磁石ホルダーを示す図
【図３】本発明一実施の形態におけるリング磁石支持部を示す図
【図４】本発明一実施の形態におけるリニア圧縮機の断面図
【図５】従来のリニアアクチチエータを示す図
【図６】従来の磁石固定用のスリーブの断面図
【符号の説明】
【００２１】
５０  固定子鉄心（内ヨーク）
５１  巻線部
５３  リング磁石
５４  固定子鉄心（外ヨーク）
５５  リング磁石支持部
５６  ピストン支持部
５７  ピストンホルダー弾性支持部
５８  リング磁石受け台
７１  吐出室
７５  バネ機構部
７６  圧縮室
７７  ピストン部
７８  ピストン支持ロッド
７９  シリンダー
【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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