JP2003309964A

JP2003309964A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2003309964A
Application number: JP2002110117A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Tomoe; 正信巴
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】全体としてのサイズをあまり大型化すること
なく十分なストロークを実現することができ、しかも構
造を簡単化して圧縮機などへの組み込みを容易にするこ
とができるリニアモータを提供する。【解決手段】動作方向と平行な積層方向を有する積層
コアを有し、各歯１ｃにコイル１ｄを巻くことにより構
成された固定子１と、磁石２ａおよび非磁性体２ｂで構
成された移動子２とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はリニアモータに関
し、さらに詳細にいえば、積層コアを有するリニアモー
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷蔵庫用、冷凍機用の圧縮機とし
てリニア圧縮機が開発されている。リニア圧縮機は従来
のレシプロ型圧縮機に比べ、クランク機構などの機械機
構を使用せず直接ピストンを駆動するため、圧縮機効率
を高くすることができる。

【０００３】一般的に圧縮機を駆動するモータとして
は、高効率運転が可能な磁石可動形リニア振動アクチュ
エータ（以下、ＭＭ形ＬＯＡと称する）が使用されてい
る（特表２００１−５１４３７０号公報参照）。

【０００４】図１はＭＭ形ＬＯＡの外観斜視図、図２は
ＭＭ形ＬＯＡの固定子構造を示す斜視図、図３はＭＭ形
ＬＯＡの移動子構造を示す斜視図であり、コイルに対す
る通電方向を切り替えることにより、移動子を矢印に示
すように往復動させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来提案されているＭ
Ｍ形ＬＯＡは下記の問題点を有している。

【０００６】１）移動子のストローク以外に、コイルの
厚み、磁束通路幅が必要なため、運動方向（図１の奥行
方向）におけるサイズが大きくなる。

【０００７】２）周方向の分割数が小さい場合、磁束通
路面積が稼げないためエネルギー密度が低くなる（図１
から分かるように磁石とコアの接する面積が小さい）。

【０００８】３）コアの積厚を小さくし周方向の分割数
を大きくした場合（２に比べると円筒形状に近づく場
合）、構造が複雑となり密閉型の圧縮機などへの組み込
みが困難となる。

【０００９】今後、冷蔵庫やルームエアコン用圧縮機と
してリニア圧縮機を実用化する場合には、上記の課題が
解決でき、小型で、かつ、圧縮機組み込みが容易なリニ
アモータが必要となる。

【００１０】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、全体としてのサイズをあまり大型化する
ことなく十分なストロークを実現することができ、しか
も構造を簡単化して圧縮機などへの組み込みを容易にす
ることができるリニアモータを提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１のリニアモータ
は、固定子と、固定子に対して所定の方向に往復動する
移動子とを有するものにおいて、固定子、移動子の少な
くとも一方が、磁束方向に対して直行方向に積層する積
層コアを有し、移動子の往復動方向は積層コアの積層
方向と平行な方向に設定されているものである。

【００１２】請求項２のリニアモータは、前記移動子と
して磁石を含むものを採用するものである。

【００１３】請求項３のリニアモータは、前記固定子と
して２組のコイルを有するものを採用し、２組のコイル
への印加電流を交互に切り替えることにより移動子の動
作方向を切り替えるものである。

【００１４】請求項４のリニアモータは、前記固定子と
して３組以上のコイルを有するものを採用し、３組以上
のコイルへの印加電流を切り替えることにより移動子を
直線運動させるものである。

【００１５】請求項５のリニアモータは、前記移動子と
して、鉄片または積層コアで構成されるものを採用する
ものである。

【００１６】請求項６のリニアモータは、前記固定子と
して、コイルを励磁したときに発生する磁束方向と同一
方向に着磁された磁石を配置したものを採用するもので
ある。

【００１７】請求項７のリニアモータは、コイルが装着
される積層コアとして、分割された各積層コア部分に巻
線を施した後に全ての積層コア部分を組立てることによ
り構成されたものを採用するものである。

【００１８】請求項８のリニアモータは、積層コアの剥
離を阻止する剥離阻止機構をさらに含むものである。

【００１９】請求項９のコンプレッサは、請求項１から
請求項８の何れかのリニアモータを駆動源とするもので
ある。

【００２０】

【作用】請求項１のリニアモータであれば、固定子と、
固定子に対して所定の方向に往復動する移動子とを有す
るものにおいて、固定子、移動子の少なくとも一方が、
磁束方向に対して直行方向に積層する積層コアを有
し、移動子の往復動方向は積層コアの積層方向と平行な
方向に設定されているのであるから、動作方向のサイズ
を小さくすることができる。

【００２１】請求項２のリニアモータであれば、前記移
動子として磁石を含むものを採用するのであるから、圧
縮機などへのモータ組み込みが容易となり、回転機のコ
アを流用してコスト低減を達成でき、エネルギー密度の
増加を達成できるほか、請求項１と同様の作用を達成す
ることができる。

【００２２】請求項３のリニアモータであれば、前記固
定子として２組のコイルを有するものを採用し、２組の
コイルへの印加電流を交互に切り替えることにより移動
子の動作方向を切り替えるのであるから、圧縮機などへ
のモータ組み込みが容易となり、回転機のコアを流用し
てコスト低減を達成でき、磁石がないため、低コスト化
できるとともに、組立てを容易にすることができ、移動
子の軽量化を達成できるほか、請求項１と同様の作用を
達成することができる。

【００２３】請求項４のリニアモータであれば、前記固
定子として３組以上のコイルを有するものを採用し、３
組以上のコイルへの印加電流を切り替えることにより移
動子を直線運動させるのであるから、ロングストローク
の直線運動を可能にすることができるとともに、構造の
簡単化を達成することができるほか、請求項１と同様の
作用を達成することができる。

【００２４】請求項５のリニアモータであれば、前記移
動子として、鉄片または積層コアで構成されるものを採
用するのであるから、請求項３または請求項４と同様の
作用を達成することができる。

【００２５】請求項６のリニアモータであれば、前記固
定子として、コイルを励磁したときに発生する磁束方向
と同一方向に着磁された磁石を配置したものを採用する
のであるから、コイルの巻数または供給電流を少なくし
て銅損を低減し、効率向上を達成できるとともに、原理
的に減磁のおそれがないので能力低下を防止できるほ
か、請求項３または請求項４と同様の作用を達成するこ
とができる。

【００２６】請求項７のリニアモータであれば、コイル
が装着される積層コアとして、分割された各積層コア部
分に巻線を施した後に全ての積層コア部分を組立てるこ
とにより構成されたものを採用するのであるから、占積
率向上による効率向上を達成できるほか、請求項１から
請求項６の何れかと同様の作用を達成することができ
る。

【００２７】請求項８のリニアモータであれば、積層コ
アの剥離を阻止する剥離阻止機構をさらに含むのである
から、反力による電磁鋼板の剥離を防止し、推力低下を
防止することができるほか、請求項１から請求項７の何
れかと同様の作用を達成することができる。

【００２８】請求項９のコンプレッサであれば、請求項
１から請求項８の何れかのリニアモータを駆動源とする
のであるから、請求項１から請求項８の何れかと同様の
作用を達成することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】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の態様を詳細に説明する。

【００３０】先ず、この発明のリニアモータの一実施態
様としてのＭＭ形ＬＯＡの動作原理を、従来型のＭＭ形
ＬＯＡと対比して説明する。

【００３１】図４は、磁束方向と平行する１つの積層コ
アのみを示し、コイルに交流電流を印加するとギャップ
中の磁束の向きが交互に反転し、磁石が往復動するリニ
アモータ（リニア振動アクチュエ−タ）を示す斜視図で
ある。図４中の（ａ）と（ｂ）とは、磁石の運動方向が
異なるだけであり、これは磁石の支持方向を変えるだけ
で実現可能である。なお、（ａ）が従来型のＭＭ形ＬＯ
Ａに対応し、（ｂ）がこの発明のリニアモータの一実施
態様であるＭＭ形ＬＯＡに対応している。

【００３２】図４中（Ｂ）の動作原理に基づいたＭＭ形
ＬＯＡの構成を図５〜図８に示す。なお、図５は外観斜
視図、図６は固定子構造を示す斜視図、図７は移動子構
造を示す斜視図、図８は動作原理を説明する図である。

【００３３】図５から分かるように、このＭＭ形ＬＯＡ
は動作方向と平行な積層方向を有する積層コアを有し、
各歯１ｃにコイル１ｄを巻くことにより、回転型モータ
の固定子構造と同様の構造の固定子（アウターコア１ａ
およびインナーコア１ｂ）１を提供している。また、図
７に示すように、移動子２は磁石２ａおよび非磁性体２
ｂで構成されている。すなわち、図３に示す従来型のＭ
Ｍ形ＬＯＡの移動子とほぼ同じ構造である。

【００３４】このＭＭ形ＬＯＡでは、回転型モータで見
られるように固定子側の歯の形状を変更し（例えば、ス
ロットオープンを小さくし）、かつ、移動子側の非磁性
体の部分をなくすことにより、磁束通路面を大きくする
ことが可能である。

【００３５】次いで、このＭＭ形ＬＯＡの動作原理を説
明する。

【００３６】コイル１ｄに一方向の電流を供給すると、
図８中（ａ）に破線矢印で示す通り磁束が発生し、軸方
向への推力が得られ、移動子が往動する（実線矢印で示
す方向に移動する）。また、コイル１ｄに逆方向の電流
を供給すると、図８中（ｂ）に破線矢印で示す通り逆向
きの磁束が発生し、軸方向への推力（逆向きの推力）が
得られ、移動子が復動する（実線矢印で示す方向に移動
する）。つまり、コイル１ｄに交流電流を供給すること
により、移動子２は往復運動する。

【００３７】したがって、圧縮機などへのモータ組み込
みが容易となる。また、回転機の積層コアが流用でき、
低コストで生産可能である。さらに、運動方向に、磁束
通路が不要なため、運動方向のサイズを小さくできる。
さらにまた、磁束通路面を大きくすることで、エネルギ
ー密度を増加させることが可能である。

【００３８】また、２組のコイルへの供給電流を交互に
切り替えることにより鉄片または積層コアで構成される
移動子２を往復運動させることができる。

【００３９】図９〜図１２はこの発明のリニアモータの
他の実施態様としての鉄片可動型リニア振動アクチュエ
ータ（以下、ＭＩ形ＬＯＡと称する）を示す図である。
なお、図９は外観斜視図、図１０は固定子の構造を示す
斜視図、図１１は移動子の構造を示す斜視図、図１２は
動作原理を説明する図である。

【００４０】固定子１は図１０に示す通り、図６に示す
ＭＭ形ＬＯＡの固定子と同様の構成である。ただし、イ
ンナーコアは含んでいない。

【００４１】固定子１は、各歯１ｃにコイル１ｄが巻か
れたものであり、Ａ相とＢ相の２組のコイルに区分され
る。

【００４２】移動子２は図１１に示す通り、突極構造を
有し、２組の積層コアが、一方の積層コアが他方のコア
に対して、仮想的な中心軸を基準として所定の角度θ
（図１１の例ではθ＝４５°）だけ回転した状態で重な
っている構造を有する。このときθは固定子１の歯数を
nとするとθ（°）＝３６０／nとなる。

【００４３】次いで、上記のＭＩ形ＬＯＡの動作原理を
説明する。

【００４４】Ａ相コイルに電流を供給すると図１２中
（ａ）に破線矢印で示す通り磁束が発生し、軸方向への
推力が得られ、移動子２が往動する（実線矢印で示す方
向に移動する）。また、Ｂ相コイルに電流を供給すると
図１２中（ｂ）に破線矢印で示す通り磁束が発生し、移
動子が復動する（実線矢印で示す方向に移動する）。つ
まり、２組のコイルへの電流供給を交互に切り替えるこ
とにより、移動子２を往復動させることができる。

【００４５】また、上記の構成に代えて、図１３から図
１５に示す構成のＭＩ形ＬＯＡを採用することもでき、
同様の作用を達成できる。

【００４６】即ち、このＭＩ形ＬＯＡはアウターコア１
ａおよびインナーコア１ｂを有する固定子１を有してい
るとともに、図１１に示す移動子２の突極Ａ、Ｂに対応
する鉄片２ｃおよび他の部分に対応する非磁性体２ｄを
有する移動子２を有している。

【００４７】したがって、上記と同様に、２組のコイル
への電流供給を交互に切り替えることにより、移動子２
を往復動させることができる。

【００４８】この結果、圧縮機などへのリニアモータの
組み込みが容易となる。また、回転機の積層コアを流用
することができ、低コストで生産可能である。さらに磁
石を使用しないため、低コストとなり、また組立ても容
易となり、しかも移動子の軽量化を達成することができ
る。

【００４９】図１６〜図１８はこの発明のリニアモータ
のさらに他の実施態様を示す図である。なお、図１６は
外観を示す斜視図、図１７は固定子の構造を示す斜視
図、図１８は移動子の構造を示す斜視図である。

【００５０】固定子は、図１７に示す通り、複数の歯１
ｃを有し、各歯１ｃにコイル１ｄが巻かれており、３組
のコイルを配置している（図１７では、Ａ相、Ｂ相、Ｃ
相のコイルを配置している）。ただし、４組以上のコイ
ルを配置することも可能である。

【００５１】移動子２は、図１８に示す通り、突極構造
を有し、３組の積層コアが、一の積層コアに対して他の
コアが、仮想的な中心軸を基準として所定の角度θ（図
１８の例ではθ＝６０°）だけ回転した状態で重なって
いる構造を有する。このときθは固定子の歯の数をnと
するとθ（°）＝３６０／nとなる。

【００５２】上記の構成のリニアモータは、図９〜図１
１に示すリニアモータと同様に作用するが、３組のコイ
ルへの電流供給を所定の順序で切り替えることにより、
移動子２の移動可能距離（ストローク）を長くすること
ができる。

【００５３】したがって、構造が簡単で、組立てが容易
であり、しかもロングストロークの直線運動を達成する
ことができる。

【００５４】図１９はこの発明のリニアモータのさらに
他の実施態様としてのＭＩ形ＬＯＡを示す斜視図であ
る。

【００５５】このＭＩ形ＬＯＡが前記ＭＩ形ＬＯＡと異
なる点は、固定子１のアウターコア１Ａの所定位置に、
励磁したときに発生する磁束方向と同一方向に着磁され
た磁石１ｅを配置した点のみである。

【００５６】図１９中（ａ）（ｂ）から分かる様に、こ
のＭＩ形ＬＯＡでは、２相分のコイルのどちらを励磁し
ても同一方向に磁束が流れるヨーク部（磁石１ｅが挿入
されている箇所）がある。したがって、これらの箇所に
磁束と同一方向に着滋された磁石１ｅを挿入する。な
お、３相分以上のコイルがある場合も同様の対処を行う
ことが可能である。

【００５７】この場合には、磁石１ｅによる磁束がある
ため、コイル１ｄの巻数または供給電流（ＡＴ）を小さ
くすることができ、銅損が少なくなるため効率向上が達
成できる。また、原理的に減磁の心配がないため、能力
低下を防止することができる。

【００５８】図２０は固定子の製造過程を示す斜視図で
ある。

【００５９】図２０中（ａ）に示すように、固定子のコ
アを分割し、この状態で各分割コアに巻線を施し、その
後、全ての分割コアを組み立てることにより固定子を製
造することができる。

【００６０】この場合には、コイルの占積率を向上させ
ることができ、効率向上を達成することができる。

【００６１】図２０中（ｂ）（ｃ）に示すように、図１
９の実施態様の固定子のコアを製造するに当たって、固
定子のコアを分割し、この状態で各分割コアに巻線を施
し、分割コアの端部に形成した凹所に磁石を装着し、そ
の後、全ての分割コアを組み立てることにより固定子を
製造することができる。

【００６２】この場合には、コイルの占積率を向上させ
ることができ、分割するコイルの巻数または供給電流
（ＡＴ）を小さくすることができ、銅損を少なくするこ
とができるので、効率向上を達成することができる。

【００６３】図２１は分割コアに対するコイルの装着状
態の一例を示す斜視図である。

【００６４】図２１においては、歯１ｃの周りにコイル
ボビン１ｆを配置することにより、モータの反力による
積層銅板の分離を防止することができる。ただし、樹脂
モールドやピン止めによってモータの反力による積層銅
板の分離を防止することも可能である。

【００６５】この場合には、反力による積層銅板の剥が
れを防止し、推力の低下を防止することができる。

【００６６】

【発明の効果】請求項１の発明は、動作方向のサイズを
小さくすることができるという特有の効果を奏する。

【００６７】請求項２の発明は、圧縮機などへのモータ
組み込みが容易となり、回転機のコアを流用してコスト
低減を達成でき、エネルギー密度の増加を達成できるほ
か、請求項１と同様の効果を奏する。

【００６８】請求項３の発明は、圧縮機などへのモータ
組み込みが容易となり、回転機のコアを流用してコスト
低減を達成でき、磁石がないため、低コスト化できると
ともに、組立てを容易にすることができ、移動子の軽量
化を達成できるほか、請求項１と同様の効果を奏する。

【００６９】請求項４の発明は、ロングストロークの直
線運動を可能にすることができるとともに、構造の簡単
化を達成することができるほか、請求項１と同様の効果
を奏する。

【００７０】請求項５の発明は、請求項３または請求項
４と同様の効果を奏する。

【００７１】請求項６の発明は、コイルの巻数または供
給電流を少なくして銅損を低減し、効率向上を達成でき
るとともに、原理的に減磁のおそれがないので能力低下
を防止できるほか、請求項３または請求項４と同様の効
果を奏する。

【００７２】請求項７の発明は、占積率向上による効率
向上を達成できるほか、請求項１から請求項６の何れか
と同様の効果を奏する。

【００７３】請求項８の発明は、反力による電磁鋼板の
剥離を防止し、推力低下を防止することができるほか、
請求項１から請求項７の何れかと同様の効果を奏する。

【００７４】請求項９の発明は、請求項１から請求項８
の何れかと同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＭＭ形ＬＯＡの外観斜視図である。

【図２】従来のＭＭ形ＬＯＡの固定子構造を示す斜視図
である。

【図３】従来のＭＭ形ＬＯＡの移動子構造を示す斜視図
である。

【図４】この発明のリニアモータの一実施態様としての
ＭＭ形ＬＯＡの動作原理を、従来型のＭＭ形ＬＯＡと対
比して説明する図である。

【図５】この発明のリニアモータの一実施態様であるＭ
Ｍ形ＬＯＡの外観斜視図である。

【図６】この発明のリニアモータの一実施態様であるＭ
Ｍ形ＬＯＡの固定子構造を示す斜視図である。

【図７】この発明のリニアモータの一実施態様であるＭ
Ｍ形ＬＯＡの移動子構造を示す斜視図である。

【図８】この発明のリニアモータの一実施態様であるＭ
Ｍ形ＬＯＡの動作原理を説明する図である。

【図９】この発明のリニアモータの他の実施態様として
のＭＩ形ＬＯＡの外観斜視図である。

【図１０】この発明のリニアモータの他の実施態様であ
るＭＩ形ＬＯＡの固定子構造を示す斜視図である。

【図１１】この発明のリニアモータの他の実施態様であ
るＭＩ形ＬＯＡの移動子構造を示す斜視図である。

【図１２】この発明のリニアモータの他の実施態様であ
るＭＩ形ＬＯＡの動作原理を説明する図である。

【図１３】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の外観斜視図である。

【図１４】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の固定子構造を示す斜視図である。

【図１５】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の移動子構造を示す斜視図である。

【図１６】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の外観斜視図である。

【図１７】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の固定子構造を示す斜視図である。

【図１８】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の移動子構造を示す斜視図である。

【図１９】この発明のリニアモータのさらに他の実施態
様の動作原理を説明する図である。

【図２０】分割コアの例を示す斜視図である。

【図２１】分割コアに対するコイルの装着の一例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１固定子１ｄコイル１ｅ磁石１ｆコイルボビン２移動子２ａ磁石

フロントページの続きＦターム(参考） 5H002 AA07 AA09 AB06 AC02 AE08 5H603 AA09 BB09 BB12 CA01 CA04 CC11 CC17 CD32 EE11 FA02 5H641 BB06 BB10 BB17 GG02 GG04 GG08 GG19 GG20 HH03 HH12 JA18 JA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子（１）と、固定子（１）に対して
所定の方向に往復動する移動子（２）とを有するリニア
モータにおいて、固定子（１）、移動子（２）の少なくとも一方が、磁束
方向に対して直行方向に積層する積層コアを有し、移
動子（２）の往復動方向は積層コアの積層方向と平行な
方向に設定されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】前記移動子（２）は磁石（２ａ）を含む
ものである請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】前記固定子（１）は２組のコイル（１
ｄ）を有し、２組のコイル（１ｄ）への印加電流を交互
に切り替えることにより移動子（２）の動作方向を切り
替える請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項４】前記固定子（１）は３組以上のコイル
（１ｄ）を有し、３組以上のコイル（１ｄ）への印加電
流を切り替えることにより移動子（２）を直線運動させ
る請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項５】前記移動子（２）は、鉄片または積層コ
アで構成されるものである請求項３または請求項４に記
載のリニアモータ。
【請求項６】前記固定子（１）は、コイル（１ｄ）を
励磁したときに発生する磁束方向と同一方向に着磁され
た磁石（１ｅ）を配置したものである請求項３から請求
項５の何れかに記載のリニアモータ。
【請求項７】コイル（１ｄ）が装着される積層コア
は、分割された各積層コア部分に巻線を施した後に全て
の積層コア部分を組立てることにより構成されたもので
ある請求項１から請求項６の何れかに記載のリニアモー
タ。
【請求項８】積層コアの剥離を阻止する剥離阻止機構
（１ｆ）をさらに含む請求項１から請求項７の何れかに
記載のリニアモータ。
【請求項９】請求項１から請求項８の何れかのリニア
モータを駆動源とするコンプレッサ。