CN111727320A - 线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机，包括：定子，具有气隙(air gap)；线圈，设置在所述定子；动子，在所述气隙进行往复运动；以及至少一个以上的磁铁，固定于所述定子，所述磁铁包括形成为与所述动子的往复方向交叉的方向即第一方向上的长度大于所述动子的往复方向即第二方向上的长度的磁铁，因此在使用相对廉价的磁铁的同时增加了磁铁的使用量，从而能够保持或提高马达效率。

Description

线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机

技术领域

本发明涉及一种由动子进行直线往复运动的线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机。

背景技术

与通常的往复式马达不同，线性马达是由动子通过与定子的相互作用而进行直线往复运动的马达，并且线性压缩机是通过采用该线性马达而将活塞结合到动子的压缩机。因此，在与动子一起进行往复运动的同时，活塞在缸筒中移动到下死点(Bottom DeadCenter)以实施吸入程序，并且移动到上死点(Top Dead Center)以实施压缩程序。

线性马达包括：铁芯，磁通流过所述铁芯；线圈，电流施加到所述线圈；以及磁铁，与所述铁芯和所述线圈一起形成磁路。磁铁可以结合于动子以相对于定子进行往复运动，或者在某些情况下，也可以固定结合于定子。图1a至图1c是用于说明现有的线性马达中的铁芯、线圈和磁铁之间的关系的概略图，图1a和图1b是示出磁铁结合于动子的例子的图，图1c是示出磁铁结合于定子的例子的图。

图1a中的磁铁1是沿径向磁化的单极(1-pole)结构的磁铁，通过与由线圈2的交流电产生的磁力相互作用而进行往复运动。图1b中的磁铁1是沿径向磁化的三极(3-pole)结构的磁铁，磁铁1与图1a中的磁铁相似地进行往复运动。图1a所示的单极结构适用于使用磁力相对较强的稀土类(例如，NdFeB，通常称为Nd磁铁)的情况，如图1b所示，当使用了磁力相对较弱的铁氧体(Ferrite)磁铁时，三极结构适合用于确保总磁力的结构。

另一方面，与图1a和图1b不同，图1c的磁铁1附接在定子3的气隙面3a上。在这种情况下，在动子4中设置有由磁体构成的铁芯4a，并且该铁芯4a在沿着基于线圈2的电流的磁通与基于磁铁1的磁通合并的增磁方向移动的同时进行往复运动。

但是，在如上所述的现有的线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机中，在使用磁力较大的稀土类磁铁(以下，称为Nd磁铁)以提高压缩机输出的情况下，由于Nd磁铁相对昂贵，因此存在压缩机的制造成本增高的问题。

另一方面，当考虑到线性马达和线性压缩机的制造成本而使用铁氧体类磁铁(以下，称为铁氧体磁铁)时，由于铁氧体磁铁的特性，磁力较弱，因此将需要相对大量的磁铁。但是，当大量的磁铁结合于动子时，整个振动体的重量会相应地增加，同时增加了马达的载荷，从而不仅会增加马达损失，而且还存在不利于高速运转的问题。

特别地，在现有的线性压缩机中，主要使用诸如螺旋弹簧的机械共振弹簧来有效地实现活塞的往复运动。这种机械共振弹簧具有预设的弹簧系数，并且通过活塞的往复运动而共振，同时放大活塞的往复运动。但是，由于机械共振弹簧的共振频率受到限制，因此具有无法在各种频带下运转的缺点，鉴于此，最近进行了研究以去除或替代机械共振弹簧。

例如，专利文献1中提出了一种磁共振弹簧构成，其中引入了具有两个或三个磁铁的动子，从而除了驱动部向驱动振动体的方向推动的推力以外，还产生将振动体拉向振动的中心方向的回复力。由于这种结构中存在强磁性弹簧，因此可以使用没有机械弹簧或刚性较小的弹簧来实现直线往复运动。

考虑到这一点，如果使用磁通量相对较高的Nd磁铁结合到动子，则可以通过减少磁铁的使用量来减轻动子的重量。但是，由于Nd磁铁的价格要比铁氧体磁铁高出十倍以上，因此相对于动子的重量减轻所带来的效率增加效果，存在线性马达和线性压缩机的制造成本过度增加的问题。

另外，如图1c所示，可以通过将磁铁附接在定子的气隙面上以减轻动子的重量，但是随着气隙面的面积增大，线性马达和线性压缩机的尺寸也将增大。因此，不能过度扩大气隙面的面积，从而在确保磁铁的表面积的方面存在限制。其结果，限制了磁铁的使用量，从而不能使用廉价的铁氧体磁铁，并且导致使用昂贵的Nd磁铁，因此存在导致线性马达和线性压缩机的制造成本增高的问题。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于，提供一种线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机，使用了相对廉价的磁铁，从而能够降低线性马达的制造成本。

另外，本发明的另一目的在于，提供一种线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机，在使用相对廉价的磁铁的同时增加了磁铁的使用量，从而能够保持或提高马达效率。

另外，本发明的另一目的还在于，提供一种线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机，在增加廉价磁铁的使用量的同时减轻了动子的重量，从而提高了马达效率，同时适合高速运转。

另外，本发明的另一目的在于，提供一种线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机，由于将磁铁应用到了定子中，因此在增加廉价磁铁的使用量的同时抑制了定子的尺寸增大，从而有利于小型化。

解决技术问题的手段

为了实现本发明的目的，可以提供一种线性马达，其特征在于，磁铁插入到设置有绕组线圈的定子中，在动子设置有不是永磁体的磁体芯，所述磁铁形成为与所述动子的运动方向交叉的方向上的长度大于运动方向上的长度。

这里，所述磁铁可以由铁氧体磁铁构成。

此外，所述磁铁可以形成为流出磁通的面的长度大于所述动子进行往复运动的气隙的轴向长度。

此外，相对于所述绕组线圈位于轴向两侧的磁铁可以彼此对称地形成。

此外，相对于所述绕组线圈位于轴向两侧的磁铁可以彼此不对称地形成。

另外，为了实现本发明的目的，可以提供一种线性马达，包括：定子，具有气隙(airgap)；线圈，设置在所述定子中；动子，在所述气隙中进行往复运动；以及至少一个以上的磁铁，固定于所述定子，所述磁铁包括形成为与所述动子的往复方向交叉的方向即第一方向上的长度大于所述动子的往复方向即第二方向上的长度的磁铁。

这里，所述磁铁插入并固定到所述定子中。

此外，以所述线圈为基准，所述磁铁可以设置在所述动子的往复方向两侧中的至少任一侧。

此外，所述磁铁可以整体由铁氧体磁铁构成。

这里，所述磁铁由多种材料构成，所述多种材料中的至少一部分可以由铁氧体磁铁构成。

此外，所述多个磁铁中，所述铁氧体磁铁可以设置成表面积大于其他系列的磁铁的表面积。

这里，所述磁铁中，在所述动子的运动方向即第二方向上以所述线圈基准的任一侧设置有多个磁铁。

此外，所述多个磁铁可以在所述第二方向上隔开预定间隔。

此外，所述多个磁铁可以沿所述第一方向排列。

这里，所述定子包括：第一轭部，沿轴向即第二方向形成磁路；以及第二轭部和第三轭部，位于所述第一轭部的两侧，并且沿径向即第一方向形成磁路，在所述第二轭部和第三轭部可以沿所述第一方向较长地形成有第一插入槽和第二插入槽，所述磁铁插入到所述第一插入槽和第二插入槽中。

此外，所述第一插入槽位于所述第二轭部的第二方向中心，所述第二插入槽可以位于所述第三轭部的第二方向中心。

此外，所述第二轭部或所述第三轭部中除了所述第一插入槽和所述第二插入槽以外的部分的第一方向上的截面积分别形成为等于或大于所述第一轭部的第二方向上的截面积。

此外，所述动子中设置有不是永磁体的磁体芯，所述磁体芯的第二方向长度可以形成为大于所述磁铁的第二方向长度。

这里，所述动子中设置有至少一个以上的磁体芯，在所述动子和定子的第二方向中心重合的对准状态下，所述磁体芯可以设置在与所述磁铁在第二方向上重叠的位置处。

此外，所述动子中还设置有磁铁，设置在所述动子中的磁铁在所述动子和定子的第二方向中心重合的对准状态下，可以设置在与设置在所述定子中的磁铁在第二方向上不重叠的位置处。

另外，为了实现本发明的目的，可以提供一种线性压缩机，其特征在于，包括：驱动单元，由动子进行往复运动；压缩单元，与所述驱动单元的动子结合的活塞在缸筒中进行往复运动的同时压缩制冷剂，所述驱动单元由上述线性马达构成。

发明效果

根据本发明的线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机，由于磁铁插入到定子中，因此在使用相对廉价的磁铁的同时增加了磁铁的使用量，从而能够保持或提高马达效率。

另外，根据本发明，由于磁铁插入到定子中，因此在增加廉价磁铁的使用量的同时减轻了动子的重量，从而提高了马达效率，同时适合高速运转。

另外，根据本发明，由于将磁铁插入到定子中，因此在增加廉价磁铁的使用量的同时抑制了定子的尺寸增大，从而可以有利于线性马达和线性压缩机的小型化。

根据本发明，由于磁铁插入到定子中，因此磁铁被稳定地固定，从而能够提高可靠性。

附图说明

图1a至图1c是用于说明现有的线性马达中的铁芯、线圈和磁铁之间的关系的概略图。

图2是示出本发明的线性压缩机的一个实施例的纵向剖视图。

图3是示出本实施例的线性马达的概略剖视图。

图4a和图4b是示出图3的线性马达中的第二轭部和第三轭部的放大剖视图。

图5和图6是示出图3的线性马达中的插入槽的其他例子的剖视图。

图7a至图7c是用于说明在本实施例的线性马达中形成感应电压的例子的概略图。

图8a和图8b是用于说明推力产生原理的概略图。

图9至图11是示出本实施例的线性马达中的磁铁的其他实施例的概略图。

图12是示出本实施例的线性马达中的动子中设置有磁铁的例子的概略图。

图13a和图13b是示出本实施例的线性马达中的第一磁铁和第二磁铁的其他实施例的概略图。

图14和图15是示出本实施例的线性马达的其他实施例的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明相关的线性压缩机进行更详细的说明。但是，即使在不同的实施例中，对相同或相似的构成要素也赋予与上述实施例相同或相似的附图标记，并且将省略其重复描述。另外，在描述本说明书中公开的实施例时，当确定相关的公知技术的详细描述可能使本说明书中公开的实施例的主旨不清楚时，将省略其详细描述。

仅为了易于理解本说明书中公开的实施例而示出了附图，应当理解，本说明书中公开的技术精神不受附图的限制，并且包括本发明的精神和技术范围内包括的所有修改、等同物和替代物。另外，除非上下文中明确指出，否则单数形式包括复数形式。

本发明的线性压缩机具有线性马达以吸入和压缩流体，并且执行吐出压缩的流体的动作。本发明的线性马达和线性压缩机可以成为制冷循环的构成要素，并且在下文中，将以在制冷循环中循环的制冷剂为例来描述流体。

图2是示出本发明的线性压缩机的一个实施例的纵向剖视图。参照图1，本实施例的线性压缩机100包括壳体110、框架120、驱动单元130和压缩单元140。

壳体110可以形成密封的空间。密封的空间可以成为吸入空间101，为了被压缩而被吸入的制冷剂填充到所述吸入空间101中。为了使制冷剂被吸入到吸入空间101中，在壳体110上形成有吸入口114，并且在吸入口114可以连接有吸入管SP。另外，在壳体110上形成有用于使制冷剂从后述的吐出空间102吐出到外部的吐出口115，并且在吐出口115可以连接有吐出管DP。

框架120可以设置在壳体110内部以支撑驱动单元130和压缩单元140。支撑弹簧150设置成一端部固定于壳体110，框架120可以连接和支撑于所述支撑弹簧150的另一端部。如图所示，支撑弹簧150可以由板簧构成，或者也可以由螺旋弹簧构成。

驱动单元130可以起到产生本实施例的线性压缩机100的往复运动的作用。为此，驱动单元130可以包括定子131和动子132。定子131可以结合在框架120和后述的后盖145之间。定子131可以包括外侧定子131a和内侧定子131b。在外侧定子131a和内侧定子131b之间可以设置有动子132。

外侧定子131a中可以安装有绕组线圈133，并且动子132在连接框架132a上可以具有由磁体构成的动子芯132b。动子芯132b不是指永磁体的磁铁，而是可以由铁磁体构成，仅用于通过绕组线圈133与定子131一起形成磁路。因此，在本实施例的驱动单元130中，作为永磁体的磁铁135结合于定子131而不是动子132，并且磁铁的结合结构将在后面描述。

另一方面，压缩单元140构成为吸入吸入空间101中的制冷剂并将其压缩和吐出。压缩单元140可以沿着内侧定子131b的内侧位于壳体110的中心部，并且包括缸筒141和活塞142。缸筒141由框架120支撑，并且可以在其内部形成压缩室P。

缸筒141可以形成为圆筒形，以在其内部容纳制冷剂和活塞142，并且可以形成为两端开放。缸筒141的一端可以由吐出阀141a关闭，并且在吐出阀141a的外侧可以安装有吐出盖143。

在吐出阀141a和吐出盖143之间可以形成有吐出空间102。即，压缩室P和吐出盖143通过吐出阀141a可以形成彼此隔开的空间。此外，在壳体110内部可以设置有环形管144，所述环形管144延伸以使吐出口115和吐出空间102彼此连通。

活塞142可以构成为从缸筒141的开放的另一端插入以密封压缩室P。活塞142可以与上述动子132连接以与动子132一起进行往复运动。在动子132和活塞142之间可以设置有内侧定子131b和缸筒141。因此，动子132和活塞142可以通过设置成绕过缸筒141和内侧定子131b的单独的连接框架132a彼此结合。上述动子芯132b可以插入并结合到连接框架132a的内部，或者附接并结合在所述连接框架132a的外表面上。

另一方面，活塞142的内部空间和压缩室P可以通过吸入口142b连通。即，从吸入空间101流入活塞142的内部空间的制冷剂流过吸入口142b，并且当覆盖吸入口142b的吸入阀142a由于制冷剂的压力而开放时，制冷剂可以被吸入到压缩室P中。

如上所述的本实施例的线性压缩机如下动作。

即，当电流被施加到驱动单元130时，在定子131中可以形成磁通。由于在定子131中形成的磁通所产生的电磁力，动子132可以进行直线往复运动。

在动子132进行往复运动时，连接于动子132的活塞142可以一起进行往复运动。在缸筒141内部进行往复运动的活塞142将重复增加和减小压缩室P的体积的运动。

当活塞142一边增加压缩室P的体积一边移动时，压缩室P内部的压力减小。因此，形成于缸筒141吸入阀141b开放，并且停留在吸入空间101中的制冷剂可以被吸入到压缩室P中。

当活塞142一边减小压缩室P的体积一边移动时，压缩室内部的压力升高。当压缩室P的压力达到预设的压力时，安装于缸筒141的吐出阀141a开放，并且制冷剂被吐出到吐出空间102中。

随着重复上述活塞142的吸入和压缩程序，将重复如下一系列的过程，从吸入管SP流入的吸入空间101中的制冷剂被吸入到压缩室P并被压缩，并且通过吐出空间102、环形管144和吐出管DP被吐出到压缩机的外部。

另一方面，在本实施例的线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机中，驱动单元将起到引起活塞的共振运动的磁共振弹簧的作用。即，当电流被施加到驱动单元的绕组线圈时，在定子中将形成磁通(magnetic flux)，并且由于施加电流而形成的磁通与由磁铁形成的磁通之间的相互作用，可能会产生使动子进行往复运动的力。

这里，为了使动子高速地进行往复运动，动子的重量应尽可能轻才是有利的。但是，在现有的线性马达的情况下，如果在动子中设置有作为永磁体的磁铁，则动子的重量将增加，因此，在使动子高速地运动的方面存在限制。进一步地，当使用铁氧体磁铁时，为了确保磁通量，磁铁的使用量将增加，由此，动子的重量可能会进一步增加。这种情况在采用磁共振弹簧的线性马达中更为严重。但是，如上所述，如果使用磁通量相对较高的Nd磁铁，则可以通过减少磁铁的使用量来减轻动子的重量，但是由于其价格要比铁氧体磁铁高出十倍以上，因此相对于动子的重量减轻效果，线性马达和线性压缩机的制造成本可能会大大增加。另外，如上所述，如果将磁铁附接在定子的气隙面上，则可以减轻动子的重量，但是由于实际气隙面的面积并不大，因此在确保磁铁的表面积的方面存在限制。其结果，由于限制了磁铁的使用量，因此将不能使用廉价的铁氧体磁铁而使用昂贵的Nd磁铁，从而可能会导致线性马达和线性压缩机的制造成本增加的问题。

因此，本发明旨在通过使用相对廉价的铁氧体磁铁来降低线性马达以及具有该线性马达的线性压缩机的生产成本，同时减轻动子的重量以保持或提高线性马达的效率。

为此，在本实施例中，将铁氧体系列的磁铁设置在了定子而不是动子上，以减轻动子的重量。当然，磁铁并不一定限于铁氧体系列，并且也不限于磁铁完全不用于动子。这些其他实施例将在后面再次描述。

图3是示出本实施例的线性马达的概略剖视图，图4a和图4b是示出图3的线性马达中的第二轭部和第三轭部的放大剖视图。在图3所示的线性马达中，示出了在绕组线圈的轴向(以下，将动子的往复方向称为轴向)两侧分别具有气隙的双气隙线性马达。但是，在某些情况下，也同样适用于仅在绕组线圈的轴向一侧具有气隙的单气隙线性马达。因此，将省略单气隙线性马达的详细说明。

如图3所示，在本实施例的线性马达中，构成定子131的内侧定子131b安装在构成压缩单元的缸筒141的外周面上，从而可以配置成沿圆周方向包围缸筒141，并且外侧定子131a可以配置成沿圆周方向包围内侧定子131b。

外侧定子131a和内侧定子131b可以彼此隔开配置，以形成动子132进行往复运动的空间即气隙(air gap)134a、134b。如上所述，本实施例的定子131在绕组线圈133的轴向两侧可以分别形成有气隙134a、134b。

外侧定子131a在轴向中间处安置有绕组线圈133，从而形成为“冂”字形，并且内侧定子131b可以形成为沿轴向较长的“一”字形。因此，外侧定子131a在中间处形成有绕组线圈槽133a，并且在绕组线圈槽133a的两侧可以分别形成有上述气隙134a、134b。

此外，外侧定子131a可以包括：外周面轭部(以下，称为第一轭部)131a1，构成绕组线圈槽133a的外周面；以及多个侧面轭部(以下，称为第二轭部和第三轭部)131a2、131a3，连接于第一轭部131a1的两端，并且构成绕组线圈槽133a的轴向两侧侧面。

第一轭部131a1在轴向(动子的运动方向)上较长地形成，并且其轴向长度L11形成为比径向(与动子的运动方向垂直的方向)长度L12长，第二轭部131a2和第三轭部131a3在径向上较长地形成，并且其径向长度L22、L32可以分别形成为比轴向长度L21、L31长。

此外，第一轭部131a1的径向长度L12形成为比第二轭部131a2或第三轭部131a3的轴向长度L21、L31短，并且第二轭部131a2或第三轭部131a3的轴向长度L21、L31可以形成为小于或等于绕组线圈槽133a的径向长度L42。但是，在具有一个气隙134的单气隙线性马达中，侧面轭部的轴向长度也可以形成为大于绕组线圈槽的轴向长度。

这里，构成侧面轭部的第二轭部131a2和第三轭部131a3可以相对于线圈绕组槽133a对称地形成，或者在某些情况下，也可以不对称地形成。

如上所述，当绕组线圈133卷绕成环形时，磁路以包括内侧定子的“第二轭部-第一轭部-第三轭部-内侧定子”的顺序形成，或者以相反的顺序形成。因此，当磁铁设置在定子中时，优选沿着能够确保最大的磁通量的方向设置磁铁。

为此，如图3所示，磁铁135可以插入并结合到外侧定子131a中。即，磁铁135可以优选沿径向分别插入到构成侧面轭部的第二轭部131a2和第三轭部131a3中。因此，在第二轭部131a2可以形成有用于插入后述的第一磁铁135a的第一插入槽136a，并且在第三轭部131a3可以形成有用于插入后述的第二磁铁135b的第二插入槽136b。第一插入槽136a和第二插入槽136b可以分别在径向上较长地形成。

可以将第二轭部131a2和第三轭部131a3中的一部分保留为桥形态，从而将第一插入槽136a和第二插入槽136b形成为槽形状，但是也可以将磁铁粘接并固定在构成第二轭部的第一外侧轭部和第一内侧轭部之间或者构成第三轭部的第二外侧轭部和第二内侧轭部之间。在这种情况下，为了便于说明，将轭部之间的空间称为插入槽。

如图4a和图4b所示，除了第一插入槽136a和第二插入槽136b以外的部分、即第二轭部131a2的第二内侧轭部131a2a和第二外侧轭部131a2b以及第三轭部131a3的第三内侧轭部131a3a和第三外侧轭部131a3b的各个轴向截面积A21、A22可以优选形成为等于或大于第一轭部131a1的径向截面积A1，从而能够抑制磁通的瓶颈。

此外，在第一插入槽136a和第二插入槽136b中可以优选分别形成有第一暴露孔137a和第二暴露孔137b，以分别朝向第二轭部131a2的内周面和第三轭部131a3的内周面贯通。由此，第一磁铁135a的内周面(即，与动子相对的面)和第二磁铁135b的内周面朝向各自的气隙134a、134b露出，因此能够使从各个外侧轭部131a2b、131a3b泄漏到内侧轭部131a2a、131a3a而不通过各个磁铁135a、135b的磁通最小化。

在这种情况下，可以优选最小限度地形成第一暴露孔137a和第二暴露孔137b的轴向长度，从而能够减小动子芯132b的轴向长度。如果动子芯132b的轴向长度减小，则单位面积的重量相对于连接框架132a相对较重的动子芯132b的使用量减少，从而能够相应地减小动子132的重量。这可以通过尽可能小地形成与动子芯132b的轴向长度有关的各个极部之间的间隔来实现。图5和图6是示出图3的线性马达中的插入槽的其他例子的剖视图。

如图5所示，例如，第二轭部131a2形成为第一暴露孔137a的轴向长度L51小于第一插入槽136a的轴向长度L52，从而能够实现使构成第一暴露孔137a的两端的外侧极部136a1和内侧极部136a2之间的间隔尽可能小。如稍后将描述的图11所示的实施例，这同样适用于分别设置有多个第一磁铁或第二磁铁的情况。

但是，如图6所示，如上所述，第二轭部131a2和第三轭部131a3也可以将定子芯的一部分、即内周面上的连接部131a2c、131a3c保留为桥形态，从而在外侧轭部131a2b、131a3b与内侧轭部131a2a、131a3a之间进行连接。由此，能够容易地插入各自的磁铁，同时最大限度地抑制磁铁脱离。但是，在这种情况下，连接部的截面积可以优选形成为远小于两侧的外侧轭部131a2b、131a3b和内侧轭部131a2a、131a3a的截面积，从而能够使磁通泄漏最小化。

另外，由于磁铁135a、135b的轴向两侧侧面将形成磁路面积，因此可以优选在径向上尽可能长地形成，准确而言，可以优选形成为等于或大于第二轭部131a2和第三轭部131a3的径向长度L22、L32。因此，例如，第一磁铁135a的径向两端可以分别形成为与第二轭部(第三轭部也同样如此)131a2的外周面和内周面大致相同，或者形成为与极部相对应的较短的长度。当然，如图3所示，磁铁可以由一个磁铁形成，但是在某些情况下，也可以将其分成多个来形成。其考虑了磁铁的组装工序，但是在可能的情况下，可以更优选形成为一个。另外，当分成多个来形成时，可以形成不同材料的磁铁，但是稍后将在另一实施例中对此进行描述。

另外，磁铁135a、135b可以根据外侧定子131a的形状形成为各种形状。例如，当外侧定子131a形成为圆筒形状时，磁铁也可以形成为环形，或者可以形成为内周面和外周面的长度不同的圆弧形状。但是，当外侧定子131a通过层叠多个叠片而形成为块状的定子芯时，由于在轴向上投影时各个定子芯的内周面和外周面的长度形成为相同的圆弧形状，因此磁铁也可以形成为与构成外侧定子131a的定子芯的形状相同的内周面和外周面的长度相同的圆弧形状。当然，在这种情况下，磁铁可以形成为在圆周方向上具有与定子芯相同的截面积，但是在某些情况下，磁铁也可以形成为在定子芯的圆周方向上稍微凸出以增加磁通密度。

另外，由于磁铁135a、135b的磁路面积与轴向两侧侧面的面积成比例，因此磁铁的轴向厚度L52可能不大重要。但是，如果磁铁135a、135b的轴向厚度过厚，则第二轭部131a2或第三轭部131a3的磁路面积减小，从而可能会产生瓶颈。因此，磁铁的轴向厚度L52可以优选形成为该磁铁135a、135b所插入的轭部的轴向长度L21、L22的大致1/3以下。

另外，磁铁135a、135b可以被磁化为插入到第二轭部131a2的第一磁铁135a与插入到第三轭部131a3的第二磁铁135b的磁化方向彼此相反。因此，对动子132产生推力和回复力，从而动子132能够进行往复运动。

另一方面，动子132可以以能够进行往复运动的方式位于气隙134a、134b内。如上所述，动子132可以通过连接框架132a与活塞142固定。动子132可以具有动子芯132b，以实现沿缸筒141的轴向进行往复运动。

动子芯132b由多个动子片沿圆周方向层叠或者沿轴向层叠而形成，并且可以粘接在连接框架132a上，或者通过单独的固定构件固定结合于连接框架132a。为了使气隙134a、134b的径向间隔最小化，动子芯132b可以优选插入并结合在连接框架132a中。作为参考，尽管在以图3为首的本说明书的附图中没有具体地示出连接框架与动子芯之间的结合关系，但是可以理解为动子芯通过模制、通过插入而附接、或者通过凹凸结合而固定于连接框架。

另外，动子芯132b可以设置成分别对应于外侧定子131a的第二轭部131a2和第三轭部131a3。例如，在动子132对准于定子131的中心的状态(以下，对准状态)下，动子芯132b的第一动子芯132b1和第二动子芯132b2设置在可以在径向上分别与第一磁铁135a和第二磁铁135b重叠的位置处，并且在尽可能对准的状态下，可以优选配置成第一磁铁135a的轴向中心与第一动子芯132b1的轴向中心重合，并且第二磁铁135b的轴向中心与第二动子芯132b2的轴向中心重合。

另外，如图3所示，各个动子芯132b1、132b2的轴向长度L61、L62形成为大于各个磁铁的轴向厚度L71、L72，即第一插入槽136a和第二插入槽136b的轴向长度L52，并且可以优选形成为在动子132进行往复运动时各个动子芯132b的至少一部分可以在径向上与各个磁铁135a、135b重叠的程度的长度，从而能够保持回复力。

如上所述的本实施例的线性马达中的动子如下动作。图7a至图7c是用于说明在本实施例的线性马达中形成感应电压的例子的概略图，图8a和图8b是用于说明推力产生原理的概略图。

即，如图7a所示，当动子芯132b处于对准状态(动子的位置为0)时，由于在定子中没有主磁路流过，因此交链磁通也为零(zero)。

接着，如图7b和图7c所示，当电源被施加到绕组线圈133并且动子132向图中的右侧或左侧移动时，在定子131中沿着逆时针方向或顺时针方向流过磁通。此时，由于主磁通A1、A2是与绕组线圈133交链的磁通，因此在动子芯132b1、132b2中产生感应电压。

如上所述，当产生感应电压时，根据施加到绕组线圈133的电流的方向，动子132在图中的左右方向上产生推力。例如，如图8a所示，当电流沿流出地面的方向流动时，绕组线圈133的主磁通A2沿顺时针方向流动。此时，主磁通A2在与基于第一磁铁135a的磁铁磁通B2合并的方向、即负方向(图中的左侧方向)上产生推力。

另一方面，如图5b所示，当电流沿进入地面的方向流动时，绕组线圈133的主磁通A1沿逆时针方向流动。此时，主磁通A1在与基于第二磁铁135b的磁铁磁通B2合并的方向、即正方向(图中的右侧方向)上产生推力。

另一方面，除了用于活塞142的往复运动的推力以外，本发明的定子131和动子132同时还产生回复力。这里，推力是指在运动方向上推动动子132的力，具体地，该力的作用方向在压缩程序时朝向上死点而在吸入程序时朝向下死点。另一方面，回复力是指将动子132拉向参考位置0的力。即，回复力在参考位置0处的值可以为0，并且具有随着远离参考位置0朝向上死点或下死点而分别增加或减小，同时其绝对值随着远离参考位置0而增加的趋势。因此，活塞142能够通过磁共振弹簧压缩和吐出压缩室中的制冷剂。

如上所述，随着磁铁插入到外侧定子中，可以增大磁铁的表面积，并且随着磁铁的表面积增大，可以使用磁通密度相对较低但是廉价的铁氧体系列的磁铁，同时能够确保所需的线性马达的输出。因此，能够降低线性马达的生产成本。

此外，由于将较重的磁铁插入并固定到定子中，并且在动子上安装相对较轻的动子芯，因此能够减轻动子的重量，从而能够实现相对于相同的容量的线性马达的高速化。

进一步地，由于将磁铁沿着径向插入并固定到轭部中，因此能够增加磁铁的使用量，同时抑制线性马达的尺寸增大。因此，能够降低相对于相同的容量的线性马达和线性压缩机的制造成本，同时实现小型化。

另一方面，存在本发明的线性马达中的磁铁的另一实施例的情况如下。

即，在上述实施例中，在每个定子芯中分别仅设置有一个第一磁铁和第二磁铁，但是也可以如本实施例所述，在每个定子中设置有多个。

如图9所示，本实施例的第一磁铁135a和第二磁铁135b可以分别由多个构成。例如，第一磁铁135a沿径向插入并固定到外侧定子131a的第二轭部131a2中，从构成第二轭部131a2的内周面的极部(未示出)到中间高度可以设置有第一内侧磁铁135a1，并且从第二轭部131a2的中间高度到外周面可以设置有第一外侧磁铁135a2。

这里，第一内侧磁铁135a1和第二外侧磁铁135a2可以由不同的材料构成。例如，第一内侧磁铁135a1可以由铁氧体磁铁构成，并且第一外侧磁铁135a2可以由稀土类的Nd磁铁构成。

如上所述，由于部分地使用了磁通量相对较高的Nd系列的磁铁，因此相对于以往能够改善总体磁铁的成本，同时相对于上述实施例能够改善马达的磁通量。

此外，也可以相反地配置第一内侧磁铁135a1和第一外侧磁铁135a2的材料。即，与上述实施例相反，可以使用Nd磁铁来形成第一内侧磁铁135a1，并且使用铁氧体磁铁来形成第一外侧磁铁135a2。

进一步地，也可以不同地形成第一内侧磁铁135a1和第一外侧磁铁的径向长度或轴向厚度。例如，如果考虑马达的制造成本，则将铁氧体磁铁形成为更长，或者将Nd磁铁的厚度形成为小于铁氧体磁铁的厚度可能是有利的。另一方面，如果考虑马达的输出，则可以将Nd磁铁形成为比铁氧体磁铁更长。考虑到马达的输出，还可以将Nd磁铁形成为比铁氧体磁铁更长，同时将其厚度形成为较薄，从而抑制制造成本过度增高。图10是示出将作为Nd磁铁的第一外侧磁铁135a2的厚度形成为小于作为铁氧体磁铁的第一内侧磁铁135a1的厚度的例子的实施例。

如上所述，当第一内侧磁铁135a1和第一外侧磁铁135a2的轴向厚度相同地形成时，没必要限定内侧磁铁的材料和外侧磁铁的材料。但是，当第一内侧磁铁135a1和第一外侧磁铁135a2的轴向厚度不同地形成时，即，当Nd磁铁形成为比铁氧体磁铁薄时，铁氧体磁铁位于内侧磁铁的位置可能是有利的。如果较薄的Nd磁铁位于内侧磁铁位置，则考虑到动子132的冲程，动子芯的长度应加长，由此，相对于连接框架相对较重的动子芯的长度加长，从而重量减轻效果可能会相应地减半。因此，当Nd磁铁相对于铁氧体磁铁较薄地形成时，铁氧体磁铁可以优选位于内侧磁铁位置。上述实施例同样适用于第二磁铁。因此，将省略其详细说明。

另一方面，存在本发明的线性马达的磁铁结构的又一实施例的情况如下。

即，在上述实施例中，第二轭部和第三轭部在轴向上分别设置有一个磁铁，但是也可以如本实施例所述，第二轭部和第三轭部在轴向上分别设置有多个磁铁。图11是示出本实施例的线性马达中的磁铁的其他实施例的概略图。

如图11所示，第一磁铁135a或第二磁铁135b中的至少任一侧磁铁可以由多个磁铁在轴向上隔开预定间隔而隔开设置。图中，第一磁铁135a和第二磁铁135b均示出了由多个磁铁构成的例子。在下文中，将第一磁铁视为代表例，并且第二磁铁的描述由第一磁铁代替。

第一磁铁135a可以在轴向上隔开设置成多个。因此，第一磁铁135a由远离绕组线圈133的一侧的第一前方磁铁135a3、以及相邻侧的第一后方磁铁135a4构成，并且在第一前方磁铁135a3和第一后方磁铁135a4之间可以设置有构成第二轭部131a2的一部分的第一隔开部138a。第一隔开部138a能够形成一种磁阻，同时有效地形成诸如感磁的磁路。

这里，以绕组线圈133为基准，第二磁铁135b中远离绕组线圈133的一侧可以称为第二后方磁铁135b3，并且相邻侧可以称为第二前方磁铁135b4。图中，138b为第二隔开部。

如上所述，如果在第一前方磁铁135a3和第一后方磁铁135a4之间、以及第二后方磁铁13ba3和第二前方磁铁135b4之间分别具有隔开部138a、138b，则能够形成磁阻或者形成感磁以形成有效的磁路。特别地，如果适当地设定隔开部138a、138b的厚度以调节磁阻，则线性马达的推力系数发生变化，并且可以调节磁共振弹簧的刚性。因此，能够实现机械共振弹簧由磁共振弹簧代替的设计，同时实现线性压缩机的轻量化以及制造成本的降低。

另外，根据磁阻(隔开部)138a、138b的设计，可以增加弹簧的刚性以适合高速运转，因此，相对于机械共振弹簧的刚性增加时振动的质量一起增加而言较为有效。

另一方面，存在本发明的线性马达的磁铁结构的又一实施例的情况如下。即，在上述实施例中，动子中仅设置有动子芯，而磁铁设置于定子中，但是在本实施例中，动子中也设置有作为永磁体的磁铁。图12是示出本实施例的线性马达中的动子中设置有磁铁的例子的概略图。

如图12所示，在连接框架132a的圆筒部可以设置有第三磁铁135c。与动子芯132b相似，第三磁铁135c可以插入并结合在设置于连接框架132a的圆筒部的槽中。

此外，第三磁铁135c设置在两侧动子芯、即与第一磁铁135a相对应的第一动子芯132b1和与第二磁铁135b相对应的第二动子芯132b2之间，并且可以设置在径向上大致与绕组线圈133重叠的位置处。

此外，第三磁铁135c也可以由铁氧体磁铁形成。但是，当第三磁铁135c为铁氧体磁铁时，由于磁铁的轴向长度加长，因此会增加动子的重量，另一方面，当第三磁铁135c为Nd磁铁时，由于磁铁的轴向长度缩短，因此可以减轻动子的重量。

此外，第三磁铁135c的轴向长度L81可以优选形成为大于或等于第一轭部131a2的极部和第三轭部131a3的极部之间的最小间隔L82。但是，如果较长地形成第三磁铁135c的轴向长度L81，以使第三磁铁135c的轴向长度L81大于两侧极部的最小间隔L82，则如上所述，会增加动子的重量。因此，为了抑制动子132的重量增加，同时适当地确保第三磁铁135c的轴向长度L81，可以优选形成为两侧极部的端部朝向绕组线圈133较长地延伸。

此外，如图12所示，当外侧定子131a中设置有第一磁铁135a和第二磁铁135b时，第三磁铁135c的磁化方向可以优选沿径向形成，即，使得可以从内侧向外侧形成磁通。

如上所述，当动子132中设置有第三磁铁135c时，马达的磁通量增加，同时能够使马达进一步小型化。

另一方面，存在本发明的线性马达的磁铁结构的又一实施例的情况如下。即，在上述实施例中，描述了第一磁铁和第二磁铁对称的情况，但是也可以如本实施例所述，第一磁铁和第二磁铁不对称地设置。图13a和图13b是示出本实施例的线性马达中的第一磁铁和第二磁铁的其他实施例的概略图。

例如，如图13a和图13b所示，第一磁铁135a的表面积可以形成为大于第二磁铁135b的表面积。尽管在图中没有示出，但是也可以相反地形成。但是，在图13a和图13b的情况下，靠近压缩室的磁铁(图中的第一磁铁)形成为比位于其相反侧的磁铁的表面积大可能是有利的。通常，由于线性压缩机的特性，在压缩室中被压缩的制冷剂会产生气体力，从而在压缩程序时可能需要更多的推力。因此，在磁路相同的条件下，靠近压缩室的磁铁(例如，第一磁铁)的表面积可以优选形成为大于第二磁铁的表面积。

为此，如图13a所示，第一磁铁135a的径向长度可以形成为大于第二磁铁135b的径向长度，或者如图13b所示，也可以设置多个第一磁铁，并且设置一个第二磁铁。另外，尽管在图中没有示出，但是第一磁铁也可以应用为Nd磁铁，并且第二磁铁可以应用为铁氧体磁铁。

如上所述，当第一磁铁的表面积和第二磁铁的表面积对称时，由于动子的运动恒定，因此能够提高可靠性。但是，如上所述，由于线性压缩机的特性，活塞和动子可能会由于压缩室的压力而向后方侧(远离压缩室的方向)稍微被推出，为了对此进行补偿，第一磁铁和第二磁铁的表面积不对称、特别是第一磁铁的表面积更大在压缩机的压缩程序时可能是有利的。

另一方面，如图14所示，第四磁铁135d也可以沿轴向较长地设置在内侧定子131b的内部或构成气隙的面上。在这种情况下，由于内侧定子131b由多个叠片径向地层叠而形成为圆筒形，因此可以将磁铁形成为圆筒形或圆弧形状，并且沿轴向较长地插入到内侧定子131b中。

如上所述，即使将磁铁插入到内侧定子中，也能够放大磁铁的表面积，从而能够在使用铁氧体磁铁的同时确保所需要的程度的输出，这一点与上述实施例相似。但是，在这种情况下，由于在内侧定子中设置有磁铁，因此，相对于相同的输出能够使线性马达和线性压缩机小型化。

另一方面，在上述实施例中，描述了在绕组线圈的两侧分别设置有气隙的线性马达，但是其同样适用于仅在绕组线圈的一侧形成有气隙并且绕组线圈的另一侧构成轭部的情况。但是，在本实施例的情况下，如图15所示，在位于绕组线圈133的两侧的轭部中，可以仅在构成气隙134的轭部131a3设置有磁铁135b。在这种情况下，能够缩短设置有磁铁的轭部的轴向长度，同时确保磁铁的使用量，从而可以有利于小型化。在这种情况下，可以使用铁氧体磁铁来降低制造成本，或者使用Nd磁铁来提高马达效率。

另外，尽管在图中没有示出，但是也可以在位于绕组线圈的两侧的轭部中分别插入磁铁。在这种情况下，由于两侧轭部构成不对称，因此两侧磁铁也可以构成不对称。在这种情况下，也可以增加磁铁的使用量，从而能够在使用诸如铁氧体磁铁的廉价磁铁的同时保持马达效率。

Claims (16)

1.一种线性马达，其中，包括：

定子，具有气隙(air gap)；

线圈，设置在所述定子；

动子，在所述气隙进行往复运动；以及

至少一个以上的磁铁，固定于所述定子，

所述磁铁包括形成为与所述动子的往复方向交叉的方向即第一方向上的长度大于所述动子的往复方向即第二方向上的长度的磁铁。

2.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

所述磁铁插入并固定于设置有所述线圈的定子。

3.根据权利要求2所述的线性马达，其特征在于，

以所述线圈为基准，所述磁铁设置在所述动子的往复方向两侧中的至少一侧。

4.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

所述磁铁整体由铁氧体磁铁构成。

5.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

所述磁铁由多种材料构成，多种所述材料中的至少一部分由铁氧体磁铁构成。

6.根据权利要求5所述的线性马达，其特征在于，

多个所述磁铁中，所述铁氧体磁铁的表面积大于其他系列的磁铁的表面积。

7.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

在所述第二方向上的以所述线圈为基准的一侧设置有多个磁铁。

8.根据权利要求7所述的线性马达，其特征在于，

多个所述磁铁在所述第二方向上隔开预定间隔。

9.根据权利要求7所述的线性马达，其特征在于，

多个所述磁铁沿所述第一方向排列。

10.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

所述定子包括：第一轭部，沿轴向即第二方向形成磁路；第二轭部和第三轭部，位于所述第一轭部的两侧，并且沿径向即第一方向形成磁路，

在所述第二轭部和所述第三轭部一一对应地沿所述第一方向延伸形成有供所述磁铁插入的第一插入槽和第二插入槽。

11.根据权利要求10所述的线性马达，其特征在于，

所述第一插入槽位于所述第二轭部的第二方向上的中心，所述第二插入槽位于所述第三轭部的第二方向上的中心。

12.根据权利要求10所述的线性马达，其特征在于，

所述第二轭部或所述第三轭部中除了所述第一插入槽和所述第二插入槽以外的部分的第一方向上的截面积分别形成为等于或大于所述第一轭部的第二方向上的截面积。

13.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

所述动子设置有不是永磁体的磁体芯，所述磁体芯的第二方向上的长度大于所述磁铁的第二方向上的长度。

14.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

所述动子设置有至少一个以上的磁体芯，在所述动子和所述定子的第二方向上的中心重合的对准状态下，所述磁体芯设置在与所述磁铁在第二方向上重叠的位置。

15.根据权利要求14所述的线性马达，其特征在于，

所述动子还设置有磁铁，在所述动子和所述定子的第二方向上的中心重合的对准状态下，设置在所述动子的磁铁设置在与设置在所述定子的磁铁在第二方向上不重叠的位置。

16.一种线性压缩机，其特征在于，包括：

驱动单元，动子进行往复运动；

压缩单元，与所述驱动单元的动子结合的活塞在缸筒中进行往复运动，并且压缩制冷剂，

所述驱动单元由权利要求1至15中任一项所述的线性马达构成。

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