JP2006034057A - Toroidal coil linear motor, cylinder compressor and pump using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種の産業機器に利用可能なリニアモータに関し、特に、電機子に環状コイルを用いた環状コイル式リニアモータに関する。また、本発明は、このようなリニアスモータを利用したシリンダ式コンプレッサー並びにポンプに関する。 The present invention relates to a linear motor that can be used for various types of industrial equipment, and more particularly to an annular coil linear motor that uses an annular coil as an armature. The present invention also relates to a cylinder type compressor and pump using such a linear motor.
従来の環状式リニアモータとしてのリニアステッピングモータは、例えば特許文献1に開示される。
特許文献1の図4には、多数の固定歯2が形成された直線状のレール1上を車輪3を備える可動体4が直線移動する構成が開示されている。可動体4のコア部8a、8bは、各々固定歯2に一方向から対向する複数の小歯9を備え、各コア部に巻回されたコイル28、29に所定のシーケンスで電流を流すことにより、固定歯2と小歯9との間に作用する電磁力により、可動体4を直線的に移動させることができる。
A linear stepping motor as a conventional annular linear motor is disclosed in Patent Document 1, for example.
FIG. 4 of Patent Document 1 discloses a configuration in which a movable body 4 including wheels 3 moves linearly on a linear rail 1 on which a large number of fixed teeth 2 are formed. Each of the core portions 8a and 8b of the movable body 4 includes a plurality of small teeth 9 that face the fixed tooth 2 from one direction, and allows current to flow through the coils 28 and 29 wound around each core portion in a predetermined sequence. Thus, the movable body 4 can be linearly moved by the electromagnetic force acting between the fixed teeth 2 and the small teeth 9.
しかしながら、特許文献1に開示されたリニアステッピングモータは、固定子であるレール1と可動体4(移動子)とが片面で対向する形式であるため、移動方向に作用する電磁力の他に、移動方向に対して垂直な方向にもいわゆる「サイドプル」と呼ばれる電磁吸引力(すなわち、レールと可動体とを接近させる方向の電磁力)が作用する。
このため、このような片面対向型のリニアステッピングモータでは、上記の車輪3のような可動体4のガイド機構等のサイドプルを直線移動の妨げとならないように受け止める機構が必要となり、機構が複雑でコストが高いという問題がある。
However, since the linear stepping motor disclosed in Patent Document 1 is a type in which the rail 1 as a stator and the movable body 4 (moving element) face each other, in addition to the electromagnetic force acting in the moving direction, An electromagnetic attractive force called “side pull” (that is, an electromagnetic force in a direction in which the rail and the movable body are brought close to each other) acts also in a direction perpendicular to the moving direction.
For this reason, in such a single-sided linear stepping motor, a mechanism for receiving the side pull such as the guide mechanism of the movable body 4 such as the wheel 3 so as not to interfere with the linear movement is necessary, and the mechanism is complicated. There is a problem that the cost is high.
一方、図12に示すように、円筒状の固定子1内に棒状の移動子2を配置した環状コイル式リニアステッピングモータも従来から知られている。固定子1は、2組の単位固定子3、4を、埋め込み形の永久磁石5を挟んで軸線方向に並列して構成されている。単位固定子3、4は、軸線回りに環状に巻回されたコイル3a、4aと、コイルを保持する電機子ヨーク3b、4bとを備える。各単位固定子には、内周面に軸線方向に沿って凹凸を交互に繰り返すように環状磁歯3c、4cが形成され、移動子2には、環状磁歯3c、4cに対向し得る環状磁歯2aが多数形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 12, an annular coil type linear stepping motor in which a rod-like moving element 2 is arranged in a cylindrical stator 1 is also known. The stator 1 is configured by arranging two sets of unit stators 3 and 4 in parallel in the axial direction with an embedded
図12の構成では、コイル3a、4aに交互に電流を流すことにより、移動子2を直線的に移動させることができる。移動子2が周方向の全体で固定子に対向するため、サイドプルは発生しない。しかしながら、図12に示される環状コイル式リニアステッピングモータでは、多相形であるため、構造が複雑になり、コンプレッサー用の駆動源として用いるにはコストもかかるという問題がある。
In the configuration of FIG. 12, the movable element 2 can be moved linearly by alternately passing current through the
ところで、自動車のエアコンディショナー用のコンプレッサーとしては、従来から図13に示すような構成が知られている。
図13のコンプレッサーは、電磁クラッチを介して伝達される自動車のエンジンの駆動力によりピストンを往復動させるものである。電磁クラッチは、エンジンの駆動力で回転する駆動側ホイール10、励磁コイル11への通電により駆動側ホイール10に圧接されて駆動力を伝達する従動側ホイール12を備えている。従動側ホイール12が回転すると、従動側ホイール12の回転軸に傾いて固定された円盤13が回転する。円盤13には、円周方向に溝が形成され、この溝に複数の剛球14が嵌合している。剛球14には、それぞれシリンダ15内を往復動可能なピストン16が取り付けられている。
円盤13が回転すると、剛球14が溝に沿って円盤13の変位に追随し、シリンダ15内でピストン16を往復動させる。シリンダ15には、吸気、排気ダクトが設けられており、圧縮された気体が図示せぬエバポレータに供給される。
By the way, the structure as shown in FIG. 13 is conventionally known as a compressor for an air conditioner of an automobile.
The compressor of FIG. 13 reciprocates a piston by the driving force of an automobile engine transmitted via an electromagnetic clutch. The electromagnetic clutch includes a
When the
図13の構成では、円盤13の傾き角度を任意に設定することにより、圧縮比を変化させることができるが、角度は製品毎に製造時に設定され、使用中に変更することはできない。また、複雑なワブル動作を伴うため、機構にかかるストレスが大きく、寿命が比較的短いという問題がある。コンプレッサーの駆動源をリニアモータとし、単一のシリンダ内で往復動するピストンを単一のリニアステッピングモータで駆動する構成とすれば、使用中でも圧縮比を簡単に変更でき、かつ、機構にかかるストレスを小さくすることができる。ただし、単にコンプレッサーのピストンにリニアステッピングモータを接続するのみでは、シリンダのスペースとリニアステッピングモータのスペースとが別に必要になり、かつ、リニアステッピングモータ内に可動部をガイドする機構が必要となり、装置をコンパクトにすることができない。
In the configuration of FIG. 13, the compression ratio can be changed by arbitrarily setting the tilt angle of the
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、サイドプルを発生させず、しかも、簡単な構成でコストが安い環状コイル式単相リニアモータを提供することを目的とする。
また、本発明は、前記の目的を達成する環状コイル式単相リニアモータを利用し、コンパクトなシリンダ式コンプレッサー及びポンプを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an annular coil single-phase linear motor that does not generate a side pull and has a simple configuration and low cost. .
Another object of the present invention is to provide a compact cylinder compressor and pump using an annular coil single phase linear motor that achieves the above object.
本発明にかかる環状コイル式リニア単相モータは、磁性体から成る一対の電機子ヨークで1個の環状コイルを保持して構成される電機子と、電機子に対してラジアル方向のエアギャップを介して対向する磁性構造体を有し、該電機子に対して軸線方向に沿って相対的に直線移動可能な円筒部材と、電機子及び円筒部材の一方を支持する軸と、軸を支持すると共に、電機子及び円筒部材の他方が同心状に固定された円筒状のハウジングとを備え、一対の電機子ヨークのそれぞれには、円筒部材の磁性体構造に対向する面に、軸方向にN極、S極に交互に着磁された一対の環状磁石が設けられ、環状コイルへの通電により電機子と円筒部材に形成された磁性体構造との間に作用する磁気力により、電機子及び円筒部材の一方を軸に沿ってハウジングに対して相対的に直線移動させ、あるいは、電機子及び円筒部材の一方と軸とを一体にしてハウジングに対して相対的に反復移動させることを特徴とする。 An annular coil linear single-phase motor according to the present invention includes an armature configured by holding one annular coil with a pair of armature yokes made of a magnetic material, and an air gap in a radial direction with respect to the armature. A cylindrical member that has a magnetic structure facing each other and is linearly movable relative to the armature along the axial direction, a shaft that supports one of the armature and the cylindrical member, and a shaft that supports the shaft And the other of the armature and the cylindrical member is concentrically fixed, and each of the pair of armature yokes has an axial N on the surface facing the magnetic body structure of the cylindrical member. A pair of annular magnets alternately magnetized to the poles and the S poles are provided, and the armature and the magnetic force acting between the armature and the magnetic structure formed on the cylindrical member by energizing the annular coil One of the cylindrical members along the axis Relatively linearly moved, or the one with the shaft of the armature and the cylindrical member so as to be integrated, characterized in that for relatively reciprocated with respect to the housing against.
本発明の環状コイル式単相リニアモータは、電機ヨーク及び円筒部材の磁気回路を構成する構造に着目すると、以下の三種類に分類できる。
(1) 電機子ヨークは、それぞれ単一の環状磁歯を備え、円筒部材の磁性体構造は、一方の環状磁歯に対向し得るN、S極一対の環状の永久磁石と、他方の環状磁歯に対向し得るN、S極一対の環状の永久磁石とを備え、これらの永久磁石は、一方の環状磁歯が永久磁石のN極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に対向するよう構成されるタイプ、
(2) 円筒部材の磁性構造体は、一対の環状磁歯を備え、電機子ヨークの一方には、一方の環状磁歯に対向し得るN、S極一対の環状の永久磁石が備えられ、電機子ヨークの他方には、他方の環状磁歯に対向し得るN、S極一対の環状の永久磁石が備えられ、これらの永久磁石は、一方の環状磁歯が永久磁石のN極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に対向するよう構成されるタイプ、
(3) 電機子ヨークは、それぞれ単一の環状磁歯を備え、円筒部材の磁性構造体は、軸線方向に沿ってN、S極に磁化された永久磁石と、該永久磁石を軸線方向の両側から挟む一対の磁極とから成る単位移動子を一対備え、これらの永久磁石は、磁極の方向が互いに反対方向となるように配置され、一方の環状磁歯が永久磁石のN極に接する磁極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に接する磁極に対向するよう構成されるタイプである。
The ring-coil single-phase linear motor of the present invention can be classified into the following three types when focusing on the structure constituting the magnetic circuit of the electric yoke and the cylindrical member.
(1) Each armature yoke has a single annular magnetic tooth, and the magnetic structure of the cylindrical member is a pair of N and S pole permanent magnets that can face one annular magnetic tooth, and the other annular magnet. A pair of N and S pole permanent magnets that can be opposed to the magnetic teeth. When one of the permanent magnets faces the N pole of the permanent magnet, the other annular magnetic tooth is permanent. A type configured to face the south pole of the magnet,
(2) The magnetic structure of the cylindrical member includes a pair of annular magnetic teeth, and one armature yoke includes a pair of N and S pole permanent magnets that can face the one annular magnetic tooth, The other armature yoke is provided with a pair of N and S-pole annular permanent magnets that can face the other annular magnetic teeth, and one of these permanent magnets faces the N pole of the permanent magnet. When the other annular magnetic teeth are configured to face the south pole of the permanent magnet,
(3) Each armature yoke has a single annular magnetic tooth, and the magnetic structure of the cylindrical member includes a permanent magnet magnetized in the N and S poles along the axial direction, and the permanent magnet in the axial direction. A pair of unit movers comprising a pair of magnetic poles sandwiched from both sides are provided, and these permanent magnets are arranged such that the directions of the magnetic poles are opposite to each other, and one annular magnetic tooth is in contact with the N pole of the permanent magnet And the other annular magnetic tooth is configured to face the magnetic pole in contact with the S pole of the permanent magnet.
上記のいずれのタイプにおいても、どの部材を固定してどの部材を動かすかは次の4通りの形式が考えられる。
(a) 円筒部材が軸に支持されると共に、円筒部材の外周にエアギャップを介して電機子がハウジングに固定されて配置され、軸がハウジングに固定され、円筒部材が、軸をガイドにしてハウジングに対して相対的に直線移動する形式、
(b) 円筒部材が軸に支持されると共に、円筒部材の外周にエアギャップを介して電機子がハウジングに固定されて配置され、軸がハウジングに対して軸線方向に直線移動可能に支持され、円筒部材が、軸と一体にハウジングに対して相対的に直線移動する形式、
(c) 電機子が軸に支持され、電機子の外周に、エアギャップを介して円筒部材がハウジングに固定されて配置され、軸がハウジングに固定され、電機子が、軸をガイドにしてハウジングに対して相対的に直線移動する形式、
(d) 電機子が軸に支持され、電機子の外周に、エアギャップを介して円筒部材がハウジングに固定されて配置され、軸がハウジングに対して軸線方向に直線移動可能に支持され、電機子が、軸と一体にハウジングに対して相対的に直線移動する形式である。
In any of the above types, the following four types can be considered as to which member is fixed and which member is moved.
(a) The cylindrical member is supported by the shaft, and the armature is fixed to the housing through the air gap on the outer periphery of the cylindrical member, the shaft is fixed to the housing, and the cylindrical member is guided by the shaft. A linear movement relative to the housing,
(b) The cylindrical member is supported by the shaft, and the armature is fixed to the housing via an air gap on the outer periphery of the cylindrical member, and the shaft is supported so as to be linearly movable in the axial direction with respect to the housing. A type in which the cylindrical member moves linearly relative to the housing integrally with the shaft,
(c) The armature is supported by the shaft, the cylindrical member is fixed to the housing via the air gap on the outer periphery of the armature, the shaft is fixed to the housing, and the armature is the housing with the shaft as a guide. A linear movement relative to
(d) The armature is supported by the shaft, the cylindrical member is fixed to the housing via the air gap on the outer periphery of the armature, and the shaft is supported so as to be linearly movable in the axial direction with respect to the housing. The child moves linearly relative to the housing integrally with the shaft.
これらの形式(a)〜(d)は、前記の(1)、(2)、(3)のいずれのタイプに対しても組み合わせが可能である。なお、「相対的に直線移動する」とは、例えば(a)の形式であれば、ハウジングが固定されて円筒部材が移動する場合と、円筒部材が固定されてハウジング側が移動する場合とを含む。 These forms (a) to (d) can be combined with any of the types (1), (2), and (3). For example, in the case of the form (a), “relatively linearly moving” includes a case where the housing is fixed and the cylindrical member moves, and a case where the cylindrical member is fixed and the housing side moves. .
本発明のシリンダ式コンプレッサー又はポンプは、上記の環状コイル式リニアモータを用い、軸と円筒部材とを一体に直線移動するよう固定し、軸の両端に、シリンダ内を軸線方向に沿って移動するピストンを取り付けることにより構成することができる。環状コイルに通電することによりピストンを往復動させてシリンダ内の空気又は液体を圧縮して出力することかできる。この場合、ピストンをばねによりシリンダに連結し、ばねのばね定数と移動体のイナーシャとを考慮して、入力する交流の周波数を共振周波数に合わせることにより、前記ピストンを共振させることが望ましい。 The cylinder type compressor or pump of the present invention uses the above annular coil linear motor, fixes the shaft and the cylindrical member so as to move linearly integrally, and moves in the cylinder along the axial direction at both ends of the shaft. It can be configured by attaching a piston. By energizing the annular coil, the piston can be reciprocated to compress and output the air or liquid in the cylinder. In this case, it is desirable to resonate the piston by connecting the piston to the cylinder by a spring, and considering the spring constant of the spring and the inertia of the moving body, and adjusting the input AC frequency to the resonance frequency.
本発明の環状コイル式単相リニアモータによれば、多相式より構造を簡略化することができる。また、単相式の環状コイルに交流を流すことにより、移動子となる部分を振動させることができる。コンプレッサー又はポンプの駆動源として用いる場合には、多相形より単相形の方が効率がよく、しかも、コストを削減することができる。
その理由は、多相式の場合は、複数相励磁した時の合成推力が多相式の和の形にならないからである。例えば、2相式では2相励磁では入力が2相の和に対して出力は√2倍となり、効率は√2/2即ち、約70%となる。このように、単相式では出力の合成ではないので、2相式よりは、高効率となる。
According to the annular coil type single-phase linear motor of the present invention, the structure can be simplified from the multiphase type. Moreover, the part used as a movable element can be vibrated by sending alternating current through a single phase type annular coil. When used as a drive source for a compressor or pump, the single-phase type is more efficient than the multi-phase type, and the cost can be reduced.
The reason is that, in the case of the polyphase type, the combined thrust when a plurality of phases are excited does not take the form of the sum of the polyphase type. For example, in the two-phase system, in the two-phase excitation, the output is √2 times the sum of the two phases, and the efficiency is √2 / 2, that is, about 70%. Thus, since the single-phase method is not the synthesis of the output, it is more efficient than the two-phase method.
また、本発明のシリンダ式コンプレッサー又はポンプによれば、円筒部材に固定された軸をピストンに接続することにより、コンプレッサーのシリンダを軸受代わりに利用することができ、リニアモータ側にガイド機構が不要になると共に、コンプレッサー全体をコンパクトにすることができる。 Moreover, according to the cylinder type compressor or pump of the present invention, the cylinder of the compressor can be used as a bearing by connecting the shaft fixed to the cylindrical member to the piston, and no guide mechanism is required on the linear motor side. As a result, the entire compressor can be made compact.
以下、本発明にかかる環状コイル式単相リニアモータ及びシリンダ式コンプレッサーの実施の形態を以下に示す実施例に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an annular coil type single-phase linear motor and a cylinder type compressor according to the present invention will be described below based on examples shown below.
図1は、本発明の実施例1にかかる環状コイル式リニアモータの断面図、図2は、図1のモータの正面図である。
実施例1のモータ40は、図示せぬハウジングに対して軸線方向に直線往復動可能に設けられた軸41と、この軸41に固定された円筒部材42と、この円筒部材42の外周面に対してエアギャップを介して外側から対向して図示せぬハウジングに固定された電機子43とを備える。円筒部材42は、磁性体で形成され、軸方向の両端に環状磁歯42a、42bを備え、全体として糸巻状に形成されている。なお、図1の構成におけるハウジングとしては、後述する図3、図4の場合と同様に構成すればよい。
1 is a cross-sectional view of an annular coil linear motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of the motor of FIG.
The
電機子43は、単一の単位電機子であり、環状コイル44と、これを挟持する鍔付き円筒状の一対の電機子ヨーク45a、45bと、環状コイル44の外周を覆って電機子ヨーク45a、45bに接続された円筒状ヨーク46とを備える。また、各電機子ヨーク45a、45bの内周側は、環状コイル44の内側に回り込んで形成され、一方の電機子ヨーク45aの内周側には、一方の環状磁歯42aに対向し得る、その内周に全体に亘りラジアル方向に磁化されたN極と、さらに、軸方向に離れた位置に同様にS極が磁化されて、N、S極一対の永久磁石47aが設けられ、他方の電機子ヨーク45bの内周側には、他方の環状磁歯42bに対向し得るN、S極一対の永久磁石47bが設けられている。これらの永久磁石47a、47bは、一方の環状磁歯が永久磁石のN極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に対向するよう配置されている。
The
実施例1のモータ40の環状コイル44に電流が所定方向に流れる際には、永久磁石47aのN極性を強め、S極性を弱め、永久磁石47bのS極性を強め、N極性を弱める。このため、永久磁石47aのN極と永久磁石47bのS極とに円筒部材42の環状磁歯42a、42bが引きつけられて対向する。
また、環状コイル44に電流が逆方向に流れると、永久磁石47aのN極性を弱め、S極性を強め、永久磁石47bのS極性を弱め、N極性を強める。このため、永久磁石47aのS極と永久磁石47bのN極とに円筒部材42の環状磁歯42a、42bが引きつけられて図1に示す状態から右側へ移動する。したがって、環状コイル44に交流を流すと、円筒部材42と軸41とが左右に往復動(振動)する。すなわち、実施例1のモータは、磁気回路的には上記の(2)のタイプであり、構造的には上記の(b)の形式である。
When current flows through the
Further, when a current flows through the
図3及び図4は、実施例1のモータ40を利用したエアコンディショナー用のシリンダ式コンプレッサーの一つの動作状態を示す断面図である。このコンプレッサーは、実施例1のモータ40を中央に挟んで、軸方向の両側に、第1シリンダ51と第2シリンダ52とが取り付けられている。
3 and 4 are cross-sectional views showing one operating state of a cylinder compressor for an air conditioner using the
この例では、モータ40の軸41と円筒部材42とが一体に直線移動するよう固定されており(すなわち、実施例1と同様の(b)の形式とし)、軸41の両端に、それぞれ第1、第2シリンダ51、52内を移動する第1、第2ピストン53、54が取り付けられている。第1、第2シリンダ51、52には、それぞれ吸気口51a、52aと排気口51b、52bが設けられている。各吸気口、排気口には、図示せぬバルブが設けられ、気体の流入、流出を制御している。また、各ピストン53、54とシリンダとの間には、ばね55、56が設けられている。
In this example, the
このように、リニアモータの両側に2台のコンプレッサーを備え、リニアモータの移動部分の軸受の機能を、シリンダ51、52内を移動するピストン53、54に兼務させている。これにより、リニアモータ側では独自に軸受を設ける必要がなく、モータを含めたコンプレッサー全体をコンパクトに構成することができる。
Thus, two compressors are provided on both sides of the linear motor, and the function of the bearing of the moving part of the linear motor is shared by the
環状コイル44に交流電流を流すと、円筒部材42が図3に示した位置と図4に示した位置との間で往復動し、これと同時に駆動される軸41によりピストン53、54をシリンダ内で往復動させる。
すなわち、図3の状態では、図示の方向に、環状コイル44に流れる電流が点線で示したコイル磁束を形成し、実線で示した永久磁石の磁束を強める。これにより、永久磁石47aのN極と永久磁石47bのS極に円筒部材42の環状磁歯42a、42bが引きつけられる。そこで、第1シリンダ51内の気体は圧縮されて排気口51bから排出され、逆に第2シリンダ52内には吸気口52aから気体が吸い込まれる。この場合、吸気口51a及び排気口52bは閉じられている。
次に、電流の向きが変わると、図4の状態に移行する。このときは、第1シリンダ51内には吸気口51aから気体が吸い込まれ、第2シリンダ52内の気体は圧縮されて排気口52bから排出させる。この場合、排気口51b及び吸気口52aは閉ざされている。 なお、図3及び図4では、ピストン53、54がシリンダ51、52内に配置される場合を示しているが、これに代え、上記ピストンをモータ40の固定子46の内周に配置するようにしてもよい。
When an alternating current is passed through the
That is, in the state of FIG. 3, the current flowing through the
Next, when the direction of the current changes, the state shifts to the state shown in FIG. At this time, gas is sucked into the
図3、図4のシリンダ式コンプレッサーにエバポレータ等を取り付けると、エアコンディショナーを構成することができる。すなわち、コンプレッサーにより圧縮した気体をエバポレータで急激に膨張させることにより、気体を冷却し、周りの熱を吸収して周囲を冷却することができる。
なお、図3、図4の構成で気体に代えて液体を用いるようにすれば、本発明の単相リニアモータをポンプの動力源としてとしても使用できる。
When an evaporator or the like is attached to the cylinder type compressor shown in FIGS. 3 and 4, an air conditioner can be configured. That is, the gas compressed by the compressor is rapidly expanded by the evaporator, so that the gas can be cooled and the surrounding heat can be absorbed to cool the surroundings.
In addition, if it replaces with gas and uses a liquid in the structure of FIG. 3, FIG. 4, the single phase linear motor of this invention can be used also as a motive power source of a pump.
また、交流電流を流す際に、ばね55、56のばね定数と移動体のイナーシャとを考慮して、入力する交流の周波数をインバータ等により共振周波数に合わせることにより、ピストンを共振させてコンプレッサーの効率を高めることができる。一般に単相モータはコイルによる起磁力ベクトルが1つであるため、多相モータより効率が高い。また、構造が簡単であるため、コストダウンを図ることができる。
In addition, when alternating current is applied, the spring constant of the
図5は、図3、4に示した実施例1の適用例の変形例を示すシリンダ式コンプレッサーの断面図である。この例で使用されているモータ40Aは、磁気回路的には実施例1と同様の(2)のタイプであるが、構造的には上記の(d)の形式である。
すなわち、中空の軸41Aに電機子43Aが固定され、その外周に円筒部材42Aが配置されている。軸41Aは、シリンダーケース51Aに両端で固定され、円筒部材42Aは、このシリンダーケース51A内に軸線方向にスライド可能に配置されたハウジングとなるピストンケース53Aの内周壁に固定されている。シリンダーケース51A及びピストンケース53Aは、いずれも円筒の両端に円板状の底壁が形成された円柱状であり、ピストンケース53Aの底壁と、この外側に位置するシリンダーケース51Aの底壁との間には、軸41A回りに巻回されたコイルばね55A、56Aが配置されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a cylinder type compressor showing a modification of the application example of the first embodiment shown in FIGS. The
That is, the
電機子43Aは、環状コイル44Aとこれを囲む一対の電機子ヨーク45Aa、45Abとを有し、環状コイル44Aに給電するリード線Lは、軸41Aの内部空間を通して配線されている。各電機子ヨーク45Aa、45Abには、その外周面にN、S極一対の円筒状の永久磁石47Aa、47Abが固着されている。円筒部材42Aには、軸線方向の両端に、内側に突出する環状磁歯42Aa、42Abが形成されており、一方の環状磁歯が永久磁石のN極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に対向するよう構成されている。
The
また、シリンダーケース51Aの両側の底壁には、図3、図4に示したものと同様に吸気口と排気口とが設けられている。各吸気口、排気口には、図示せぬバルブが設けられ、気体の流入、流出を制御している。
Also, the bottom wall on both sides of the
上記の構成によれば、リニアモータの両側に2台のコンプレッサーを備えることができる。また、リニアモータの移動部分の軸受の機能を、シリンダーケース51A内を移動するピストンケース53Aに兼務させている。これにより、リニアモータ側では独自に軸受を設ける必要がなく、モータを含めたコンプレッサー全体をコンパクトに構成することができる。
According to said structure, two compressors can be provided in the both sides of a linear motor. Further, the function of the bearing of the moving part of the linear motor is shared by the
環状コイル44Aに交流電流を流すと、円筒部材42Aが往復動し、これと一体にピストンケース53Aをシリンダーケース51A内で往復動させる。
すなわち、図5の状態では、環状コイル44Aに流れる電流により発生したコイル磁束が、一方の電機子ヨーク45Aaに固定された永久磁石47AaのN極の磁束と、他方の電機子ヨーク45Abに固定された永久磁石47AbのS極の磁束を強める。これにより、永久磁石47AaのN極と永久磁石47AbのS極に円筒部材42の環状磁歯42Aa、42Abが引きつけられ、ピストンケース53Aがシリンダーケース51A内で図中左側に移動する。そこで、シリンダーケース51Aの図中左側の空間内の気体は圧縮されて排気口から排出され、逆に図中右側の空間には吸気口から気体が吸い込まれる。
When an alternating current is passed through the
That is, in the state of FIG. 5, the coil magnetic flux generated by the current flowing through the
電流の向きが変わると、永久磁石47AaのS極と永久磁石47AbのN極に円筒部材42Aの環状磁歯42Aa、42Abが引きつけられ、ピストンケース53Aがシリンダーケース51A内で図中右側に移動する。そこで、シリンダーケース51Aの図中右側の空間内の気体は圧縮されて排気口から排出され、逆に図中左側の空間には吸気口から気体が吸い込まれる。
When the direction of the current changes, the annular magnetic teeth 42Aa and 42Ab of the
図5のシリンダ式コンプレッサーにエバポレータ等を取り付けると、エアコンディショナーを構成することができる。
交流電流を流す際に、コイルばね55A、56Aのばね定数と移動体のイナーシャとを考慮して、入力する交流の周波数を共振周波数に合わせることにより、ピストンを共振させてコンプレッサーの効率を高めることができる。なお、図5の場合も気体に代え、液体を用いるようにすれば、シリンダ式ポンプとすることができる。
When an evaporator or the like is attached to the cylinder type compressor of FIG. 5, an air conditioner can be configured.
When flowing an alternating current, considering the spring constants of the
図6は、本発明の実施例2にかかる環状コイル式リニアモータの断面図、図7は、図6のモータの正面図である。実施例2のモータ60は、図示せぬハウジングに対して軸線方向に直線往復動可能に設けられた軸61と、この軸61に固定された円筒部材62と、この円筒部材62の外周面に対してエアギャップを介して外側から対向して図示せぬハウジングに固定された電機子63とを備える。
6 is a cross-sectional view of an annular coil linear motor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a front view of the motor of FIG. The
電機子63は、単一の単位電機子であり、環状コイル64と、これを挟持する鍔付き円筒状の一対の電機子ヨーク65a、65bと、環状コイル64の外周を覆って電機子ヨーク65a、65bに接続された円筒状ヨーク66とを備える。
また、各電機子ヨーク65a、65bの内周側は、環状コイル64の内側に回り込んで形成され、環状コイル64への通電時に互いに異なる極性に励磁される一対の環状磁歯65c、65dが形成されている。
The
In addition, the inner peripheral side of each
円筒部材62は、磁性体で形成された円筒上に、一方の環状磁歯65cに対向し得るN、S極一対の永久磁石62aと、他方の環状磁歯65dに対向し得るN、S極一対の永久磁石62bとが設けられて構成されている。これらの磁歯と磁石との関係は、一方の環状磁歯が永久磁石のN極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に対向するよう設定されている。すなわち、実施例4のモータは、磁気回路的には上記の(1)のタイプであり、構造的には上記の(b)の形式である。
The
実施例2のモータ60の環状コイル64に電流が所定方向に流れる際には、一方の電機子ヨーク65aの環状磁歯65cがN極に励磁され、他方の電機子ヨーク65bの環状磁歯65dがS極に励磁されるため、永久磁石62aのS極と永久磁石62bのN極が引きつけられて磁歯に対向し、図6に示した中立状態に対して円筒部材62及び軸61が左側に移動する。また、環状コイル64に電流が逆方向に流れると、永久磁石62aのN極と永久磁石62bのS極が引きつけられて磁歯に対向し、図6に示した中立状態に対して円筒部材62及び軸61が右側に移動する。したがって、環状コイル64に交流を流すと、円筒部材62と軸61とが左右に往復動(振動)する。
When a current flows through the
図8は、本発明の実施例3にかかる環状コイル式リニアモータの断面図、図9は、図8のモータの正面図である。実施例3のモータ70は、図示せぬハウジングに対して軸線方向に直線往復動可能に支持された軸71と、この軸71に固定された円筒部材72と、この円筒部材72の外周面に対してエアギャップを介して外側から対向して図示せぬハウジングに固定された電機子73とを備える。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the annular coil linear motor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a front view of the motor of FIG. The
電機子73は、単一の単位電機子であり、環状コイル74と、これを挟持する鍔付き円筒状の一対の電機子ヨーク75a、75bと、環状コイル74の外周を覆って電機子ヨーク75a、75bに接続された円筒状ヨーク76とを備える。
また、各電機子ヨーク75a、75bの内周側は、環状コイル74の内側に回り込んで形成され、環状コイル74への通電時に互いに異なる極性に励磁される一対の環状磁歯75c、75dが形成されている。
The
Further, the inner peripheral side of each
円筒部材72は、HB形の第1、第2の単位移動子72a、72bと、これらの間に配置された磁性体72cとから一体に形成され、軸71と一体に図示せぬハウジングに対して直線移動可能に構成されている。
第1の単位移動子72aは、中心に軸方向に磁化された永久磁石77を備えると共に、その軸方向の両側を覆って一対の移動子磁極78a、78bを備えている。
他方の単位移動子72bも、同様に構成されている。これらの磁歯と磁石との関係は、一方の環状磁歯が第1の単位移動子72aのN極に接する磁極に対向する際に、他方の環状磁歯が永久磁石のS極に接する磁極に対向するよう設定されている。
すなわち、実施例3のモータは、磁気回路的には上記の(3)のタイプであり、構造的には上記の(b)の形式である。
The
The
The
That is, the motor of the third embodiment is the above-described type (3) in terms of magnetic circuit, and is structurally in the form (b) above.
実施例5のモータ70の環状コイル74に電流が所定方向に流れる際には、図10に破線で示すようにコイル磁束が発生し、一方の電機子ヨーク75aの環状磁歯75cがS極に励磁され、他方の電機子ヨーク75bの環状磁歯75dがN極に励磁されるため、第1の単位移動子72aのN極に接する磁極と第2の単位移動子72bのS極に接する磁極が引きつけられて磁歯に対向し、図8の中立状態に対して円筒部材72と軸71とが右側に移動して図10の位置関係となる。
第1の単位移動子72aの永久磁石77のN極から発する磁束は、図10に実線で示すように、一方の電機子ヨーク75aから円筒状ヨーク76、他方の電機子ヨーク75bを介して第2の単位移動子72bと磁性体72cを通って永久磁石77のS極に戻る閉磁路を形成する。
When a current flows in the
The magnetic flux generated from the N pole of the
また、環状コイル74に電流が逆方向に流れると、図11に破線で示すようにコイル磁束が発生し、一方の電機子ヨーク75aの環状磁歯75cがN極に励磁され、他方の電機子ヨーク75bの環状磁歯75dがS極に励磁されるため、第1の単位移動子72aのS極に接する磁極と、第2の単位移動子72bのN極が引きつけられて磁歯に対向し、図8の中立状態に対して円筒部材72と軸71とが左側に移動する。
第2の単位移動子72bの永久磁石77のN極から発する磁束は、図11に実線で示すように、一方の電機子ヨーク75bから円筒状ヨーク76、他方の電機子ヨーク75aを介して第1の単位移動子72aと磁性体72cを通って永久磁石77のS極に戻る閉磁路を形成する。
Further, when a current flows through the
The magnetic flux generated from the N pole of the
したがって、環状コイル74に交流を流すと、円筒部材72と軸71とが往復動(振動)する。実施例5のようにHB形の円筒部材72を利用すると、実施例4で示したPM形よりも永久磁石の磁束が強く、コイル電流により磁石減磁である電機子反作用の影響を受けにくいという利点がある。
Therefore, when an alternating current is passed through the
なお、実施例2のモータ60、あるいは実施例3のモータ70でも、実施例1のモータと同様に図3に示したシリンダ式コンプレッサー又はポンプの動力源として用いることができる。
その場合には、円筒部材62(72)と一体に移動するよう固定された軸61(71)の両端にピストンを接続することにより、図3の場合と同様にコンプレッサー又はポンプを駆動することができる。
The
In that case, by connecting pistons to both ends of the shaft 61 (71) fixed so as to move integrally with the cylindrical member 62 (72), the compressor or pump can be driven as in the case of FIG. it can.
40、60、70:環状コイル式リニアモータ
41:軸
42:円筒部材
42a、42b:磁歯
43:電機子
44:環状コイル
45a、45b:電機子ヨーク
46:円筒状ヨーク
47a、47b:永久磁石
40, 60, 70: annular coil linear motor 41: shaft 42:
Claims (11)
該電機子に対してラジアル方向のエアギャップを介して対向する磁性構造体を有し、該電機子に対して軸線方向に沿って相対的に直線移動可能な円筒部材と、
前記電機子及び円筒部材の一方を支持する軸と、
該軸を支持すると共に、前記電機子及び円筒部材の他方が同心状に固定された円筒状のハウジングとを備え、
前記一対の電機子ヨークのそれぞれには、前記円筒部材の磁性体構造に対向する面に、凸状に形成された環状磁歯又は軸方向にN極、S極に交互に着磁された一対の環状磁石が設けられ、
前記環状コイルへの通電により前記電機子と前記円筒部材に形成された磁性体構造との間に作用する磁気力により、前記電機子及び円筒部材の一方を前記軸に沿って前記ハウジングに対して相対的に直線移動させ、あるいは、前記電機子及び円筒部材の一方と前記軸とを一体にして前記ハウジングに対して相対的に反復移動させることを特徴とする環状コイル式単相リニアモータ。 An armature configured to hold an annular coil with a pair of armature yokes made of a magnetic material;
A cylindrical member having a magnetic structure opposed to the armature through a radial air gap, and relatively movable linearly along the axial direction with respect to the armature;
A shaft that supports one of the armature and the cylindrical member;
A cylindrical housing that supports the shaft and has the other of the armature and the cylindrical member fixed concentrically;
Each of the pair of armature yokes has a pair of annular magnetic teeth formed in a convex shape on the surface facing the magnetic body structure of the cylindrical member or a pair of magnets alternately magnetized in the N and S poles in the axial direction. An annular magnet is provided,
One of the armature and the cylindrical member is moved along the axis with respect to the housing by a magnetic force acting between the armature and a magnetic structure formed on the cylindrical member by energizing the annular coil. An annular coil type single-phase linear motor that is relatively linearly moved, or one of the armature and the cylindrical member and the shaft are integrally moved relatively to the housing.
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