JP2004180377A - 電磁往復駆動機構 - Google Patents
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Abstract
【解決手段】永久磁石19を保持する保持体20Aを有する往復動部材18と、永久磁石19に近接して設けられる固定子コア21と、この固定子コア21を励磁する電磁コイル22とより構成される。保持体20Aに導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−ク20を設け、この可動ヨ−ク20に前記永久磁石19A,19B,19Cを取り付ける。電磁コイル22に交番電流を流すと、固定子コア21から発した磁力線が永久磁石19及びヨ−ク20Aを通り再び固定子コア21に戻る磁気回路が形成される。磁石19の内側に第2の固定子コアを設ける必要がなくなる。したがって、電磁往復駆動機構を小型化することができ、可動ヨ−ク20と永久磁石19A,19B,19Cの間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構16の効率を高めることができる。
【選択図】 図1
Description
【発明が属する技術分野】
本発明はスタ−リング冷凍機等に用いられ、永久磁石を取り付けた往復動部材を変化する磁界内で往復動させる電磁往復駆動機構に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
従来この種の電磁往復駆動機構としては、永久磁石を非磁性体からなる保持体で保持し、電磁コイルを巻き付けた外部積層コア(固定子コア)を前記永久磁石の一面側に近接して設け、更に内部積層コアを前記永久磁石の他面側に近接して設けたものが知られている。このような形式のものは、ム−ビングマグネット型と呼ばれている。そして、前記電磁コイルに交番電流を流すことで交番磁界を発生させ、この交番磁界によって前記永久磁石を保持した保持体を含む往復動部材を往復運動させるものが知られている(特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−57767号公報
しかしながら、これらの電磁往復駆動機構においては、前記永久磁石の一面側と外部積層コアの間及び前記永久磁石の他面側と内部積層コアの間にそれぞれ間隙が形成されている必要があるため、前記永久磁石の両面側の間隙の距離を合計すると、比較的大きな間隙が形成されてしまうことになる。このため、これらの間隙において磁束密度が減少するので、電磁往復駆動機構の効率が低いという問題があり、より効率の良い電磁往復駆動機構が求められていた。また、従来の構造においては、外部積層コアからの磁力線を受けて磁気回路を形成するための内部積層コアを設ける都合上、電磁往復駆動機構が大型化してしまうという問題があった。さらに、内部積層コアを積層構造で作る場合、比較的小さな薄板を積層することになるため、大変な困難を伴いコストも高くなる虞があった。
【0004】
本発明は以上の問題点を解決し、駆動効率が良く、小型に且つ低コストで製造することができる電磁往復動機構を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1の電磁往復駆動機構は、永久磁石を保持する保持体を有する往復動部材と、前記永久磁石に近接して設けられる固定子コアと、この固定子コアを励磁する電磁コイルとより構成される電磁往復駆動機構において、前記保持体に導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−クを設け、この可動ヨ−クに前記永久磁石を取り付けたものである。
【0006】
本発明は以上のように構成することにより、前記電磁コイルに交番電流を流すと、前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界が形成され、そしてこの交番磁界に吸引され或いは反発されるように前記永久磁石が往復動し、これによってこの永久磁石が取り付けられた可動ヨ−ク、ひいてはこの可動ヨ−クが取り付けられた往復動部材が往復動できる。
【0007】
また、本発明の請求項2の電磁往復駆動機構は、請求項1において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を前記往復動部材の振動方向に複数配置すると共に、これらの永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したものである。
【0008】
本発明は以上のように構成することにより、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して一の永久磁石が吸引されると共に他の永久磁石が反発されることで、前記往復動部材が往復動できる。
【0009】
また、本発明の請求項3の電磁往復駆動機構は、請求項1において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を単数配置すると共に、この永久磁石の振動方向に複数の磁極が形成されるように着磁したものである。
【0010】
本発明は以上のように構成することにより、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して永久磁石の一の磁極の部分が吸引されると共に他の磁極の部分が反発されることで、前記往復動部材が往復動できる。
【0011】
また、本発明の請求項4の電磁往復駆動機構は、請求項2において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【0012】
本発明は以上のように構成することにより、交番磁界が形成されると、一の永久磁石が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の永久磁石が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構が確実に始動する。
【0013】
更に、本発明の請求項5の電磁往復駆動機構は、請求項3において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記永久磁石の各磁極の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【0014】
本発明は以上のように構成することにより、交番磁界が形成されると、前記永久磁石の一の磁極対が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の磁極が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構が確実に始動する。
【0015】
【発明の実施形態】
以下、本発明の第1の実施形態について、図1から図3に基づいて説明する。なお、本実施形態ではスタ−リングサイクル冷凍機を用いて説明するが、これ以外の機器に応用することも可能である。図1において、1はシリンダ部2と胴部3とで構成される装置本体であり、これらシリンダ部2及び胴部3は、金属によって構成されている。そして、前記シリンダ部2は、基部4と中間部5と先端部6を有する。
【0016】
前記シリンダ部2の内部には、前記胴部3内まで伸びる内部シリンダ7が設けられ、この内部シリンダ7には、ディスプレ−サ8が内部シリンダ7の軸方向に摺動可能に収容されている。また、内部シリンダ7の先端とシリンダ部2の先端6との間には膨張室Eが形成されており、隙間9によって内部シリンダ7の内外が連通されている。また、シリンダ部2の中間部5において内部シリンダ7の外周に再生器10が設けられていると共に、シリンダ部2の基部4において内部シリンダ7の内外を連通する連通孔11が形成されている。また、再生器10と連通孔11の間において、内部シリンダ7の外周に放熱フィン13が設けられている。そして、内部シリンダ7の内部先端から隙間9、吸熱フィン12、再生器10、放熱フィン13、連通孔11を通って内部シリンダ7内の圧縮室Cに至る経路が形成されている。
【0017】
また胴部3内には、電磁往復動機構16が設けられている。この電磁往復動機構16は、内部シリンダ7内に軸方向に摺動可能に収容されたピストン17などからなる往復動部材18と、軸方向に配設された複数の短筒状の永久磁石19と、前記ピストン17に同軸に固定され、永久磁石19を保持し、磁束を通すヨ−ク20と、該ヨ−クを保持する保持体20Aと、胴部3内に固定され永久磁石19を筒状に囲んで位置する固定子コア21と、この固定子コア21を励磁する電磁コイル22とで構成されている。前記固定子コア21は断面が略コ字形状であって、その両端の永久磁石19側へ突出した磁極部としての突出部21A,21Bの先端はそれぞれ相互に対向するように内向きに突出している。さらに、24はピストン17に中心部が連通された渦巻き状の第1の板バネであり、25は前記ディスプレ−サ8に連結されたディスプレ−サロッド26に連結されて前記ディスプレ−サ8の動きを制限する第2の板バネである。
【0018】
前記永久磁石19は、ヨ−ク20におけるピストン17の往復方向Xの両側及びそれらの中間に配置された永久磁石19A,19B,19Cにより形成される。そして、前記ヨ−ク20の外周に取り付けられた永久磁石19A,19B,19Cは、前記往復方向Xに例えばN極、S極、N極と順に着磁されている。これらと対向して、各永久磁石19A,19B,19Cの中心が、固定子コア21の突出部21A,21Bの中心とは軸方向たる往復方向X順にずれた位置に固定子コア21の突出部21A,21Bが設けられている。
【0019】
この状態でコイル22に電流を流し突出部21AをN極、突出部21BをS極に励磁すると、永久磁石19Aは固定子コア21の突出部21Aと反発し、永久磁石19Bは突出部21Aと吸引し合い、突出部21Bと反発し、永久磁石19Cは突出部21Bと吸引し合う。これにより永久磁石19、ヨ−ク20及び保持体20Aは、図3(A)において図中右方向の力を受ける。
コイル22に流す電流の方向を反対にすると、図3(B)のように、図3(A)とは逆方向の力を受ける。このようにして、コイル22に交番電流を流すと往復動となる。
【0020】
前述のような電磁往復駆動機構16の構成によれば、永久磁石19を保持する保持体20Aを有する往復動部材18と、前記永久磁石19に近接して設けられる固定子コア21と、この固定子コア21を励磁する電磁コイル22とより構成され、前記保持体20Aに導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−ク20を設け、この可動ヨ−ク20に前記永久磁石19A,19B,19Cを取り付け、前記電磁コイル22に交番電流を流すと、固定子コア21から発した磁力線が永久磁石19及びヨ−ク20Aを通り再び固定子コア21に戻る磁気回路が形成されるので、磁石19の内側に第2の固定子コアを設ける必要がなく、これによってこの永久磁石19A,19B,19Cが取り付けられた可動ヨ−ク20、ひいてはこの可動ヨ−ク20が取り付けられた前記往復動部材18が往復動する。したがって、固定されたヨ−クを前記往復動部材の内側に設ける必要がなくなり、電磁往復駆動機構を小型化することができるばかりでなく、可動ヨ−ク20と永久磁石19A,19B,19Cの間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構16の効率を高めることができる。
【0021】
また、固定子コア21から発した磁力線が永久磁石19及びヨ−ク20Aを通り再び固定子コア21に戻る磁気回路が形成されるので、磁石19の内側に第2の固定子コアを設ける必要がなく、実質的に間隙を小さく出来、効率が向上すると共に小型化出来る。また永久磁石と突出部の吸引し合う位置が最大の振幅となるので、例えば第1の板バネ24を廃止しても、振幅が異常に大きくなり、許容範囲を超え制御出来なくなる現象(オ−バ−ストロ−ク現象)を防止することが出来る。
【0022】
さらに、前記可動ヨ−ク20に前記永久磁石19A,19B,19Cを前記往復動部材18の振動方向Xに複数配置すると共に、これらの永久磁石19A,19B,19Cを、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したものであり、前記電磁コイル22に交番電流を流して前記固定子コア21と可動ヨ−ク20の間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して一の永久磁石19A,19B,19Cが吸引されると共に他の永久磁石19A,19B,19Cが反発されることで保持体20Aが往復動するようになる。
【0023】
さらに、前記固定子コア21に、前記往復動部材18に向かって突出形成された磁極部としての突出部21A,21Bを設けると共に、前記往復動部材18が静止した状態において、前記各永久磁石19A,19B,19Cの中心が前記各突出部21A,21Bの中心から外れた位置で対向するように構成したことにより、交番磁界が形成されると、一の永久磁石19A,19B,19Cが磁界に吸引されて前記突出部21A,21Bと対向する位置に移動すると共に他の永久磁石19A,19B,19Cが磁界に反発されて前記突出部21A,21Bから離れるように移動するので、電磁往復駆動機構を確実に始動させることができる。
【0024】
つぎに、前記電磁往復駆動機構16の第2及び第3の実施形態を図4及び図5に基づいて説明する。電磁往復駆動機構16の基本構造は、前記第1の実施形態と同様であるので、同一箇所には同一符号を付して説明する。
【0025】
第2実施形態では、可動ヨ−ク20に前記永久磁石19を単数配置すると共に、この永久磁石19の振動方向(往復動部材の往復動方向X)に複数の磁極が形成されるように着磁したものである。尚、前記突出部の数が21A,21Bの2つであるのに対し、永久磁石19の磁極の数はN,S,Nの3つである。
【0026】
そして、固定子コア21に、前記往復動部材18に向かって突出形成された磁極部たる突出部21A,21Bを設けると共に、前記往復動部材18が静止した状態において、前記永久磁石19Bの磁極の中心が前記各突出部21A,21Bの2つの中心から外れた位置で対向するように構成したものである。
【0027】
したがって、前記電磁コイル22に交番電流を流して前記固定子コア21と可動ヨ−ク20の間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して永久磁石19Bの一の磁極が突出部21A,21Bに吸引されると共に他の磁極が突出部21A,21Bと反発することで、保持体20Aが往復動できる。
【0028】
図5の第3の実施形態においては、保持体30Aに導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−ク30を設け、この可動ヨ−ク30に、往復方向Xに沿って前記永久磁石39A,39B,39C,39Dを取り付けるとともに、これら永久磁石39A,39B,39C,39Dは相互に異なる磁極となるように形成している。さらに、固定子コア31をE字形状に形成して、前記往復動部材に向かって固定子コア31を突出形成して磁極部たる突出部31A,31B,31Cを設けると共に、これら突出部31A,31B,31Cの間に対応して電磁コイル32A,32Bを配置する。そして、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石39A,39B,39C,39Dの中心が前記各突出部31A,31B,31Cの中心から外れた位置で対向するように構成したものある。
【0029】
したがって、前記電磁コイル32A,32Bに交番電流を流すと、前記固定子コア31と可動ヨ−ク30の間に交番磁界が形成され、そして突出部31A,31C相互は同極、突出部31Bは異極となり、この交番磁界に吸引され或いは反発されるように前記永久磁石39A,39B,39C,39Dが往復動し、これによってこの永久磁石39A,39B,39C,39Dが取り付けられた可動ヨ−ク30、ひいてはこの可動ヨ−ク30が取り付けられた前記往復動部材が往復動するので、固定されたヨ−クを前記往復動部材の内側に設ける必要がなくなり、電磁往復駆動機構を小型化することができるばかりでなく、可動ヨ−ク30と永久磁石39A,39B,39C,39Dの間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構の効率を高めることができる。
【0030】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記各実施形態においては、固定子コアの磁極部となる突出部の数に対して永久磁石の数又は永久磁石の磁極の数が一つ多い状態となるように構成されているが、固定子コアの突出部の数に対して、永久磁石の数又は永久磁石の磁極の数が一つ少ない状態(例えば突出部の数が3で永久磁石の数又は永久磁石の磁極の数が2)となるように構成しても良い。更に、例えば突出部の数が3で永久磁石の数が2であり、この永久磁石にそれぞれ二つの磁極を設けることで磁極の数を4とするなど、複数の永久磁石と複数の磁極を組み合せるように構成しても良い等本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である
【0031】
【発明の効果】
本発明の請求項1の電磁往復駆動機構は、永久磁石を保持する保持体を有する往復動部材と、前記永久磁石に近接して設けられる固定子コアと、この固定子コアを励磁する電磁コイルとより構成される電磁往復駆動機構において、前記保持体に導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−クを設け、この可動ヨ−クに前記永久磁石を取り付けたものであり、前記電磁コイルに交番電流を流すと、前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界が形成され、そしてこの交番磁界に吸引され或いは反発されるように前記永久磁石が往復動し、これによってこの永久磁石が取り付けられた可動ヨ−ク、ひいてはこの可動ヨ−クが取り付けられた前記往復動部材が往復動するので、固定されたヨ−クを前記往復動部材の内側に設ける必要がなくなり、電磁往復駆動機構を小型化することができるばかりでなく、可動ヨ−クと永久磁石の間隙がなくなることで磁束密度の減少が抑えられ、電磁往復駆動機構の効率を高めることができる。
【0032】
また、本発明の請求項2の電磁往復駆動機構は、請求項1において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を前記往復動部材の振動方向に複数配置すると共に、これらの永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したものであり、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して一の永久磁石が吸引されると共に他の永久磁石が反発されることで保持体が往復動するので、電磁往復駆動機構の効率をより高めることができる。
【0033】
また、本発明の請求項3の電磁往復駆動機構は、請求項1において、前記可動ヨ−クに前記永久磁石を単数配置すると共に、この永久磁石の振動方向に複数の磁極が形成されるように着磁したものであり、前記電磁コイルに交番電流を流して前記固定子コアと可動ヨ−クの間に交番磁界を形成すると、この交番磁界に対して永久磁石の一の磁極の部分が吸引されると共に他の磁極の部分が反発されることで、保持体が往復動するので、電磁往復駆動機構の効率をより高めることができる。
【0034】
また、本発明の請求項4の電磁往復駆動機構は、請求項2において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものであり、交番磁界が形成されると、一の永久磁石が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の永久磁石が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構を確実に始動させることができる。
【0035】
更に、本発明の請求項5の電磁往復駆動機構は、請求項3において、前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記永久磁石の各磁極の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したものであり、交番磁界が形成されると、前記永久磁石の一の磁極が磁界に吸引されて前記磁極部と対向する位置に移動すると共に他の磁極が磁界に反発されて前記磁極部から離れるように移動することで、電磁往復駆動機構を確実に始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す断面図である。
【図2】同上、要部の簡略説明図である。
【図3】同上、動作の一例を示す簡略説明図である。
【図4】本発明の第2の実施形態を示す簡略説明図である。
【図5】本発明の第3の実施形態を示す簡略説明図である。
【符号の説明】
16 電磁往復駆動機
17 ピストン
18 往復動部材
19,19A,19B,19C,39A,39B,39C,39D 永久磁石
20,30 可動ヨ−ク
20A 保持体
21,31 固定子コア
22,32A,32B 電磁コイル
Claims (5)
- 永久磁石を保持する保持体を有する往復動部材と、前記永久磁石に近接して設けられる固定子コアと、この固定子コアを励磁する電磁コイルとより構成される電磁往復駆動機構において、前記保持体に導磁性を有する材料で形成された可動ヨ−クを設け、この可動ヨ−クに前記永久磁石を取り付けたことを特徴とする電磁往復駆動機構。
- 前記可動ヨ−クに前記永久磁石を前記往復動部材の振動方向に複数配置すると共に、これらの永久磁石を、隣り合う永久磁石同士の極性が逆になるように配置したことを特徴とする請求項1記載の電磁往復駆動機構。
- 前記可動ヨ−クに前記永久磁石を単数配置すると共に、この永久磁石の振動方向に複数の磁極が形成されるように着磁したことを特徴とする請求項1記載の電磁往復駆動機構。
- 前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記各永久磁石の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したことを特徴とする請求項2記載の電磁往復駆動機構。
- 前記固定子コアに、前記往復動部材に向かって突出形成された磁極部を設けると共に、前記往復動部材が静止した状態において、前記永久磁石の各磁極対の中心が前記各磁極部の中心から外れた位置で対向するように構成したことを特徴とする請求項3記載の電磁往復駆動機構。
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