CN1225076C - 线性电动机以及具有线性电动机的压缩机 - Google Patents

Abstract

一种线性电动机，具有筒状外磁轭部(4)，配置于该外磁轭部(4)内的筒状内磁轭部(3)，设于内磁轭部(3)的线圈部(2)，随着线圈部(2)产生的磁通作振动的永久磁铁片(5a、5b)，以及支承该永久磁铁片(5a、5b)的振动体(6)，振动体(6)的材质为磁性材料。因为振动体(6)为磁性材料，故外磁轭部(4)和内磁轭部(3)生成的磁通回路在不受到振动体(6)妨碍的情况下通过振动体(6)，所以线性电动机能高效进行振动运动。

Description

线性电动机以及具有线性电动机的压缩机

技术领域

本发明涉及作直线运动的线性电动机，以及具有该线性电动机的压缩机。

背景技术

用图19说明传统的线性电动机的结构。在圆筒状的外磁轭部201之中，放入有线圈部202的圆筒状内磁轭部203，在该外磁轭部201与内磁轭部203之间配置永久磁铁片204，随着内磁轭部203产生的磁通，永久磁铁片204产生振动，固定着该永久磁铁片204的振动体作往复振动。

但这样构成的线性电动机存在下述问题。

(1)该线性电动机的永久磁铁片固定在振动体的外磁轭部侧。因此，振动体位于有线圈部的内磁轭部与永久磁铁片之间，故内磁轭部与永久磁铁片的间隙过大。因此，磁通路径会有损失。此外，从内磁轭部产生的磁通的变化很大，与内磁轭部相对的振动体部分会发生涡电流。

(2)因为支承永久磁铁片的振动体为非磁性体，故如果将振动体配置在永久磁铁片与磁轭部之间，则在间隙之外也形成非磁性部。这样的构成，非磁性部会妨碍振动磁通，所以不能有效地使振动体振动。

(3)外磁轭和内磁轭均是将电磁钢板沿磁轭部周向层叠而构成的，故磁轭部的制造困难。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能尽量减小永久磁铁片与内磁轭部的间隔、能抑制涡电流的发生且磁轭部的制造容易的线性电动机。

本发明的线性电动机，具有筒状外磁轭，配置于该外磁轭内的筒状内磁轭，设于所述外磁轭或内磁轭的线圈部，在所述外磁轭与内磁轭之间随着所述线圈部产生的磁通作振动的永久磁铁片，以及支承该永久磁铁片的振动体，并且，所述振动体的材质为磁性材料，其中，所述永久磁铁片划分成多个永久磁铁片，固定在所述振动体的与线圈部相对侧侧面上，并且，沿所述振动体的振动方向中相邻永久磁铁片的磁极极性相异，所述振动体在该相邻永久磁铁片之间有狭缝。外磁轭与内磁轭形成的磁通回路在不受到振动体妨碍的情况下通过振动体，所以线性电动机能高效率进行振动运动。

还有，本发明的振动体如果电阻在100μΩ·cm以上，则可以抑制涡电流的发生。

还有，本发明的振动体的导磁率为真空导磁率的10倍以上为宜。

还有，振动体以铁和铬为主要材料为宜。

还有，振动体使用含铁80-90wt％，含铬10-20wt％的材料为宜。

还有，振动体以铁、铬、铝为主要材料为宜。

还有，振动体是含铁75-88wt％，含铬10-20wt％、含铝2-5wt％的材料为宜。

还有，振动体以铁、硅为主要材料为宜。

还有，振动体以镍和铁为主要材料为宜。

本发明是具有线性电动机的压缩机，该线性电动机具有筒状外磁轭，配置于该外磁轭内的筒状内磁轭，设于所述外磁轭或内磁轭的线圈部，在所述外磁轭与内磁轭之间随着所述线圈部产生的磁通作振动的永久磁铁片，以及支承该永久磁铁片的振动体，并且，所述固定永久磁铁片的振动体的材质为磁性材料，其中，所述永久磁铁片划分成多个永久磁铁片，固定在所述振动体的与线圈部相对侧侧面上，并且，沿所述振动体的振动方向中相邻永久磁铁片的磁极极性相异，所述振动体在该相邻永久磁铁片之间有狭缝。该压缩机可以高效率驱动。

附图说明

图1(a)(b)所示为实施例1的线性电动机的剖视图和俯视图，图2(a)所示为实施例1的线性电动机的局部剖视图，(b)所示为传统线性电动机的剖视图，图3(a)、(b)所示为实施例2的线性电动机的剖视图和俯视图，图4(a)、(b)所示为实施例3的线性电动机的剖视图和俯视图，图5所示为实施例3的另一线性电动机的剖视图，图6(a)、(b)所示为实施例4的线性电动机的剖视图和俯视图，图7(a)、(b)所示为实施例4的振动体的剖视图和俯视图，图8所示为实施例5的线性电动机的剖视图，图9所示为实施例5的振动体的剖视图，图10为示出实施例5的另一振动体的图，图11为示出实施例5的又一振动体的图，图12为实施例5的其它振动体的剖视图，图13(a)、(b)所示为实施例6的线性电动机的剖视图和俯视图，图14为示出实施例6的压缩成形体的制造方法的流程图，图15为示出实施例6的另一压缩成形体的制造方法的流程图，图16(a)、(b)所示为实施例7的线性电动机的剖视图和俯视图，图17(a)、(b)所示为实施例8的线性电动机的剖视图和俯视图，图18所示为线性电动机压缩机的剖视图，图19所示为传统线性电动机的剖视图。

具体实施方式

(实施例1)

图1示出线性电动机1的构成。线性电动机1具有筒状的内磁轭部3，卷绕在该内磁轭部3上的线圈部2，将内磁轭部3配置在内侧的外磁轭部4，位于内磁轭部3与外磁轭部4之间的间隙、随着线圈部2产生的磁通作振动的永久磁铁片5a、5b，以及支承该永久磁铁片5a、5b的圆筒状的振动体6。永久磁铁片5a、5b固定在振动体6的内磁轭部4侧的侧面上。在振动体6的一端有将振动体6的振动取出到外部的输出部7。该输出部7呈用盖子盖住筒状振动体6的形状。此外，该输出部7的输出轴上安装有共振弹簧，通过利用弹簧的共振，减小振动必需的力，可以减小流过线圈部2的驱动电流。

接着详细说明该线性电动机。

内磁轭部3将具有两个凹部的长方形电磁钢板沿周向层叠，做成圆筒形状。通过凹部连续，在内磁轭部3的外侧设置环状的槽。在该环状槽内卷绕绕线，形成线圈部2。

外磁轭部4将长方形的电磁钢板沿周向层叠，做成圆筒状。内磁轭部3位于外磁轭部4的内侧。同时，外磁轭部4的内侧侧面与内磁轭部3的外侧侧面平行，并有均匀的间隙。

环状的永久磁铁片5a、5b粘接固定或压入固定在振动体6的内周侧面上。该永久磁铁片5a、5b的磁通方向向着内磁轭部3的半径方向，相邻的永久磁铁片5a、5b的极性相反。永久磁铁片5a的磁通从内磁轭部3进入外磁轭部4，永久磁铁片5b的磁通从外磁轭部4进入内磁轭部3。

这样构成获得的线性电动机通过切换线圈部2的电流使振动体6振动。一旦线圈部2流过电流，即由外磁轭部4和内磁轭部3形成磁通回路。由于该磁通回路，间隙出现磁通，永久磁铁片5产生移动以靠近该磁通方向。而通过改变电流方向，使流过间隙的磁通翻转，永久磁铁片5与该磁通对应地移动。这样，通过切换电流方向，使振动体6振动。

实施例1的第1特征在于，永久磁铁片5a、5b固定在振动体6的内磁轭部侧，能将永久磁铁片5a、5b组装成接近内磁轭部3的状态。

图2(a)示出实施例1的局部剖视图，图2(b)示出传统例子的局部剖视图。因为产生振动磁通的是内磁轭部3，所以，与该振动磁通对应的永久磁铁片5最好尽量靠近内磁轭部3。在本实施例中，将永久磁铁片5固定在振动体6的内磁轭部侧。因此，永久磁铁片5a、5b与内磁轭部之间仅有间隙，可以使永久磁铁片5a、5b尽可能靠近具有线圈部2的内磁轭部3。

图2(b)所示为如日本发明专利公告1994年第91727号公报所示那样的、将永久磁铁片205固定在振动体206的外磁轭部204侧的装置。传统的线性电动机由非磁性材料构成。这样，如果将永久磁铁片205固定于振动体106，则在具有线圈部的内磁轭部203与永久磁铁片205之间有间隙和振动体206。因此，永久磁铁片205与内磁轭部203的间隔与图2(a)比较，要大振动体206的厚度。即，从传统的内磁轭部203产生并影响永久磁铁片205的磁通与实施例1相比要小。

本实施例通过将永久磁铁片5固定在振动体6的内磁轭部3侧，与传统的相比较，就能有效利用从内磁轭部产生的振动磁通。此外，与传统的相比较，因为振动体更远离产生振动磁通的内磁轭部，所以可以抑制涡电流的发生。

又，实施例1的振动体的材质是磁性材料，但振动体即使是非磁性体，也同样能获得上述效果。

实施例1的第2特征在于，固定永久磁铁片5a、5b的振动体6具有磁性。因为传统的振动体是非磁性的，所以会影响在内磁轭部3与外磁轭部4之间形成的磁通回路的磁通。但如本实施例那样，通过将振动体6取为磁性材料，就不会妨碍内磁轭部3与外磁轭部4之间产生的磁通回路。即，因为振动体6是磁性材料，所以可以实质性缩短外磁轭部4与内磁轭部3的非磁性距离。

此外，通过将永久磁铁片5a、5b固定在振动体6的内磁轭部3侧，可以将振动体6利用作永久磁铁片5a、5b的背面磁轭。多个永久磁铁片5a、5b固定在同一个的振动体上，永久磁铁片5a、5b通过振动体6而磁性连接。即，振动体6具有作为背面磁轭功能，能大量取出永久磁铁片5a、5b的磁通。

又，振动体6具有磁性，主要成分取为铁、铬和铝，为了调整电阻值，添加3wt％以下的硅。材料的具体的混合率为，含铁75-88wt％，含铬10-20wt％、含铝2-5wt％。此外，振动体的导磁率为真空导磁率的10倍以上。

本实施例通过如上所述的构成，可以在磁性上缩短外磁轭部4与内磁轭部3的间隙，可以更高效地进行往复振动。

还有，通过将振动体6配置在外磁轭部4与永久磁铁片5a、5b之间，可以将振动体6用作背面磁轭。

(实施例2)

图3所示的线性电动机21包括具有卷绕有绕线的的线圈部22的筒状外磁轭部23、位于该外磁轭部23内侧的内磁轭部24，位于外磁轭部23与内磁轭部24的间隙、随着线圈部22产生的磁通振动的永久磁铁片25a、25b，支承并固定该永久磁铁片25a、25b的振动体26，固定永久磁铁片25a、25b的振动体26位于永久磁铁片25a、25b与内磁轭部24之间。振动体26具有磁性。此外，内磁轭部24和外磁轭部23是将电磁钢层叠成圆周状而构成的。

根据上述构成，可以磁性缩短外磁轭部23与内磁轭部24的间隙，可以高效率进行往复振动。还有，通过将振动体26配置在内磁轭部24与永久磁铁片25a、25b之间，可以将振动体26用作背面磁轭。

此外如图18所示，若将本实施例的线性电动机组装入压缩机，就可以进行高效率驱动。线性压缩机150由线性电动机部160、排出机构部170、弹簧机构部171、密封容器172及支承机构部173等构成。

(实施例3)

图4示出线性电动机31的构成。线性电动机31具有筒状的内磁轭部33，将绕线卷绕在该内磁轭部33上的线圈部32，将内磁轭部33配置在内侧的外磁轭部34，位于内磁轭部33与外磁轭部34之间的间隙、随着线圈部32产生的磁通作振动的永久磁铁片35，以及支承该永久磁铁片35的圆筒状的振动体36。永久磁铁片35固定在振动体36的内磁轭部33侧的侧面上。在振动体36的一端有将振动体36的振动取出到外部的输出部37。该输出部37呈用盖子盖住筒状振动体36的形状。

以下详细说明该线性电动机。

内磁轭部33将有一处凹部的长方形电磁钢板沿周向层叠，做成圆筒形状。通过凹部连续，将环状的槽设置在内磁轭部33的外侧。在该环状槽上卷绕绕线，形成线圈部32。

由于上述构成，即使线性电动机31具有的线圈部32是一个，也能使外磁轭部34与内磁轭部33的间隙磁性缩短，能高效率进行往复振动。还有，通过将振动体36配置在外磁轭部34与永久磁铁片35之间，可以将振动体36用作背面磁轭。

又，如图5所示，线圈部42为一个，线圈部42配置在外磁轭部44，也可以获得同样的效果。

(实施例4)

图6示出的线性电动机51包括具有卷绕着绕线的线圈部52的筒状的内磁轭部53，将内磁轭部53配置在内侧的外磁轭部54，在内磁轭部53与外磁轭部54之间的间隙随着线圈部52产生的磁通作振动的环状的永久磁铁片55a、55b，以及支承固定该永久磁铁片55a、55b的由磁性材料构成的的振动体56。

实施例4的特征在于，如图7所示，振动体56在永久磁铁片55a与永久磁铁片55b之间具有狭缝部59。该狭缝部59形成为沿振动体56的周向延伸的形状。

从内磁轭部53产生的磁通经振动体56在外磁轭部54与内磁轭部53之间形成磁通回路。在永久磁铁片55a、55b与内磁轭部53之间虽然夹有振动体56，但因为振动体56是磁性体，所以磁性距离不包括磁性体56的厚度。此外，如果这样在磁性体56的外周固定永久磁铁片55a、55b，则永久磁铁片的安装可以从振动体56的外周进行，制造就方便。

但是，如果仅仅将永久磁铁片55a、55b粘贴在振动体56上，则振动体56作为磁通通道，在永久磁铁片55a、55b之间会产生漏磁通，故不理想。因此如图7所示，通过在该永久磁铁片55a、55b之间设置狭缝部59，可以减少漏磁通。

(实施例5)

图8示出的线性电动机61包括具有卷绕着绕线的线圈部62的筒状的内磁轭部63，将内磁轭部63配置在内侧的外磁轭部64，在内磁轭部63与外磁轭部64之间的间隙随着线圈部62产生的磁通作振动的环状的永久磁铁片65a、65b，以及支承固定该永久磁铁片65a、65b的由磁性材料构成的的振动体66。

环状永久磁铁片65a、65b粘接固定或压入固定在振动体66的内周侧面上。该永久磁铁片65a、65b的磁通方向向着内磁轭部63的半径方向，相邻的永久磁铁片65的极性相反。永久磁铁片65a的磁通从内磁轭部63进入外磁轭部64，永久磁铁片65b的磁通从外磁轭部64进入内磁轭部63。

这样构成获得的线性电动机通过切换线圈部62的电流使振动体66振动。一旦线圈部62流过电流，就在外磁轭部64与内磁轭63形成磁通回路。由于该磁通回路，间隙出现磁通，永久磁铁片65产生移动以靠近该磁通方向。同时，通过改变电流的方向使流过间隙的磁通翻转，永久磁铁片65与该磁通对应作移动。通过这样切换电流方向使振动体66振动。

实施例5的特征在于，沿振动体66的振动方向设有细长的狭缝67。因为振动体66是横切过磁通进行振动的，所以容易在圆筒状振动体66的周向发生涡电流。因此，通过沿振动体66的振动方向设置狭缝67以抑制圆周方向涡电流的发生，可以抑制涡电流的发生。

又，狭缝的形状如图10、图11所示，为了提高振动体66的强度，也可以设置围棋盘状的狭缝71或交错状狭缝72。

又如图12所示，也可以使用构成电气绝缘体的树脂材料来取代狭缝，在振动体上设置沿振动方向细长的电气绝缘部73。图12的振动体66是将多个长方形磁性板排列成周边状，并用树脂材料连接这些磁性板之间。

(实施例6)

图13示出的线性电动机81的构成，包括具有卷绕着绕线的线圈部82的筒状的内磁轭部83，将内磁轭部83配置在内侧的外磁轭部84，在内磁轭部83与外磁轭部84之间的间隙随着线圈部82产生的磁通作振动的永久磁铁片85a、85b，以及支承该永久磁铁片85a、85b的圆筒状的振动体86。永久磁铁片85a、85b固定在磁性材料构成的振动体86的内磁轭部83侧的侧面上。振动体86的一端有取出振动体86的振动的输出部87。该输出部87呈盖住筒状振动体86的形状。

作为本实施例特征的内磁轭部83和外磁轭部84是通过对金属磁性粒子与电气绝缘性树脂的混合物进行压缩成形而制造的压缩成形体。这样的压缩成形体由于电气绝缘性树脂，相邻的金属性磁性粒子被电气绝缘，所以，可以提供在未将电磁钢板沿周向层叠的情况下抑制涡电流损失发生的磁轭部。

以下使用图14，说明通过压缩成形制造内磁轭部83、外磁轭部84的制造方法。

本实施例中的线性电动机用烧结铁心所使用的金属磁性粒子以铁为基本。但不限于铁，也可以是铁·硅、铁·铝、铁·镍、铁·钴合金、镍·铁及在镍·铁中混合了铬、铝、钛等的合金等。此外，也可以是它们的混合物。

将这些金属性磁性粒子与电气绝缘性树脂例如环氧树脂、尼龙树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚脂树脂等的树脂混合。

将与电气绝缘树脂混合后的金属磁性粒子充填在能制造所需线性电动机用铁心的金属模内，用1000Mpa以下的压力进行压缩成形，就可以获得所需线性电动机用铁心形状。然后，也可以在300℃以下进行热处理，使树脂硬化。

就这样通过一体成形，可以制造线性电动机磁轭部。传统的线性电动机的圆筒状磁轭部将多个电磁钢板沿周向层叠，所以机械性制造非常困难。但通过采用如上所述的制造方法，不必将电磁钢板沿周向层叠，就能与将电磁钢板沿周向层叠的磁轭部一样，获得抑制了涡电流发生的线性电动机用磁轭部。

另外，做成金属磁性粒子与电气绝缘性树脂的压缩成形体，所以能抑制涡电流的原因在于，相邻的金属磁性粒子被电气绝缘了。此外，电气绝缘性树脂也起融接金属磁性粒子的粘合剂的作用。

另外，作为压缩成形体的制造方法，以上叙述了压缩金属磁性粒子和电气绝缘性树脂的方法，但也可以如图15所示，将在金属磁性粒子的表面有电气绝缘层的金属磁性粒子做成压缩成形体。

这样的线性电动机用烧结铁心所使用的金属磁性粒子以铁为基本材料，例如也可以是铁·硅、铁·铝、铁·镍、铁·钴合金等。此外，也可以将它们混合。在这些粒子表面，例如形成磷酸盐等无机质的电气绝缘性层。由于该绝缘层，相邻的金属磁性粒子被电气性绝缘，可以抑制涡电流损失的发生。

将表面有电气绝缘性的金属磁性粉末充填入能制造所需线性电动机用铁心的金属模，用1000Mpa以下的压力进行压缩成形，就能获得所需线性电动机用铁心形状。然后，用350-800℃进行热处理。该热处理是为了改善磁特性，例如为了降低磁滞损失而进行的。

(实施例7)

图16示出的线性电动机91的构成包括，具有卷绕着绕线的线圈部92的筒状的内磁轭部93，将该内磁轭部93配置在内侧的外磁轭部94，位于内磁轭部93与外磁轭部94之间的间隙、随着线圈部92产生的磁通作振动的永久磁铁片95，以及支承该永久磁铁片95的圆筒状的振动体96。永久磁铁片95固定在磁性材料构成的振动体96的内磁轭部93侧的侧面上。在振动体96的一端有将振动体96的振动取出到外部的输出部97。该输出部97呈用盖子盖住筒状振动体96的形状。

此外，内磁轭部93和外磁轭部94是将金属磁性粒子与电气绝缘性树脂的混合物压缩成形而制造的压缩成形体。

本实施例的特征在于，由压缩成形体构成的内磁轭部93和外磁轭部94是压缩成形体，沿周向分割成多个，在分割后的磁轭部的接合面上设有绝缘层98。

这样，如果将磁轭部分割制造，则因为可以用小的金属模制造，所以可以降低制造成本。还有，如果磁轭部沿周向分割，并在其接合面设置绝缘层98，则可以进一步降低涡电流损失。

(实施例8)

图17示出的线性电动机101的构成包括，具有卷绕着绕线的线圈部102的筒状的内磁轭部103，将该内磁轭部103配置在内侧的外磁轭部104，位于内磁轭部103与外磁轭部104之间的间隙、随着线圈部102产生的磁通作振动的永久磁铁片105，以及支承该永久磁铁片105的圆筒状的振动体106。

本实施例的特征在于，压缩成形体构成的内磁轭部103和外磁轭部104是使多个电磁钢板层叠而成的层叠块110与对金属磁性粒子与电气绝缘性树脂的混合物进行压缩成形制造的压缩成形体111组合而形成。

如图17所示，将层叠块110排列成圆周状，并组合做成与相邻层叠块110的间隙形状一致的压缩成形体111，获得内磁轭部103和外磁轭部104。

还有，也可以增加层叠块的数量，在其间配置压缩成形体。此时，将一片电磁钢板作为层叠块，并在相邻电磁钢板之间配置压缩成形体的构成也并不超出本发明的范围。

本发明通过将振动体的材质取为磁性材料，能缩短间隙的距离，高效率提供线性电动机。

还有，本发明通过将永久磁铁片固定在振动体的线圈侧侧面，能缩短线圈侧磁轭与永久磁铁片的间隙。

还有，本发明使磁轭部的制造容易。

Claims (10)

1.一种线性电动机，具有筒状外磁轭，配置于该外磁轭内的筒状内磁轭，设于所述外磁轭或内磁轭的线圈部，在所述外磁轭与内磁轭之间随着所述线圈部产生的磁通作振动的永久磁铁片，以及支承该永久磁铁片的振动体，所述振动体的材质为磁性材料，

其特征在于，所述永久磁铁片划分成多个永久磁铁片，固定在所述振动体的与线圈部相对侧侧面上，并且，沿所述振动体的振动方向中相邻永久磁铁片的磁极极性相异，所述振动体在该相邻永久磁铁片之间有狭缝。

2.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，振动体的电阻在100μΩ·cm以上。

3.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，振动体的导磁率为真空导磁率的10倍以上。

4.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，振动体以铁和铬为主要材料。

5.根据权利要求4所述的线性电动机，其特征在于，振动体由含铁80-90wt％，含铬10-20wt％的材料构成。

6.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，振动体以铁、铬、铝为主要材料。

7.根据权利要求6所述的线性电动机，其特征在于，振动体由含铁75-88wt％，含铬10-20wt％、含铝2-5wt％的材料构成。

8.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，振动体由以铁、硅为主要材料的材料所构成。

9.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，振动体由以镍和铁为主要材料的材料所构成。

10.一种具有线性电动机的压缩机，该线性电动机具有筒状外磁轭，配置于该外磁轭内的筒状内磁轭，设于所述外磁轭或内磁轭的线圈部，在所述外磁轭与内磁轭之间随着所述线圈部产生的磁通作振动的永久磁铁片，以及支承该永久磁铁片的振动体，所述振动体的材质为磁性材料，

其特征在于，所述永久磁铁片划分成多个永久磁铁片，固定在所述振动体的与线圈部相对侧侧面上，并且，沿所述振动体的振动方向中相邻永久磁铁片的磁极极性相异，所述振动体在该相邻永久磁铁片之间有狭缝。

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