JP2004519989A - 往復動式モータ - Google Patents
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Abstract
可動子（４００）を含む往復動式モータは、一方側が開口された環状に形成される開口部（１１０）と、その開口部（１１０）の内面間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなる第１段差部（１２０）と、第１段差部（１２０）に続いており、前記開口部の入口を形成する第２段差部（１３０）と、を含んで構成され、このような構成によって、前記可動子を構成する永久磁石（４２０）の長さが決定されるだけでなく、巻線コイル（３００）が位置する開口部の入口幅を減少させることによって高価な永久磁石の使用量を減らし、前記可動子の往復移動位置がアウターコアの外部に出ることを最小にし、また、前記アウターコア及びインナーコアを通る磁束の通過を円滑にするとともに、磁束の漏洩を減少させてモータの性能を向上させることができる。
Description
【０００１】
（技術分野）
本発明は、往復動式モータに係るもので、詳しくは、巻線コイルが位置する開口部の入口幅、即ち、極間距離を最小化すると共に、開口部の空間を最大化して、高価な永久磁石の使用量を減らすと共に出力を高めて、構造をコンパクトにし得る改良型往復動式モータに関するものである。
（背景技術）
一般に、モータは電気エネルギーを運動エネルギーに変換する機器であって、このようなモータは、電気エネルギーを回転運動に変換する回転型モータと、電気エネルギーを直線往復運動に変換する往復動式モータとに大別される。
【０００２】
モータは、動力源として使用される分野が多様である。特に、家電製品においては、冷蔵庫、エアコンディショナ、洗濯機、扇風機など、ほぼ全ての製品に装着されている。冷蔵庫及びエアコンディショナの場合、送風ファンを回転させるのに使用されるばかりでなく、その冷蔵庫及びエアコンディショナの冷却サイクル装置の圧縮機に装着されて動力源としても使用されている。
【０００３】
図１は、本出願人が研究開発中の往復動式モータの一例を示した図で、図示されたように、往復動式モータは、所定幅及び長さに形成された円筒状のアウターコア１０と、このアウターコア１０に所定間隔をおいて挿入された円筒状のインナーコア２０と、アウターコア１０またはインナーコア２０に結合される巻線コイル３０と、アウターコア１０とインナーコア２０の間に移動可能に挿入された可動子４０と、を含んで構成されている。
【０００４】
図１には、巻線コイル３０がアウターコア１０に結合された構造が示されている。
【０００５】
アウターコア１０は、その断面形状が所定厚さを有するＵ字形状に形成されて、その内部に巻線コイル３０が配置される開口部１１が形成される。上記のＵ字形状のアウターコア１０は磁束が通るパス部１２を形成し、そのパス部１２の両端にはポール部１３が形成されている。
【０００６】
インナーコア２０は、その断面がアウターコア１０の長さに相応する長さ及び所定幅を有するように形成される。
【０００７】
アウターコア１０及びインナーコア２０は、別のフレーム（図示せず）に固定結合されてステータ（Ｓ）を構成する。
【０００８】
可動子４０は、アウターコア１０とインナーコア２０の間に挿入される円筒状の磁石ホルダ４１と、その磁石ホルダ４１の外周面に結合される複数の永久磁石４２と、を含んで構成されている。
【０００９】
このような往復動式モータの動作を説明する。図２は一般の往復動式モータの動作状態を示す断面図である。図２に示されたように、まず、巻線コイル３０に電流が流れると、その巻線コイル３０に流れる電流によって巻線コイル３０の周辺に磁束が形成され、その磁束はステータ（Ｓ）を構成するアウターコアのパス部１２及びインナーコア２０に沿って閉ループを形成するように生じる。
【００１０】
巻線コイル３０に流れる電流による磁束と可動子４０を構成する永久磁石４２による磁束との相互作用によって、永久磁石４２が軸方向に動くようになる。
【００１１】
そして、巻線コイル３０に流れる電流の方向を変えると、アウターコアのパス部１２及びインナーコア２０に形成される磁束の方向が変わり、従って永久磁石４２が反対方向に動くようになる。
【００１２】
このように、電流の方向を交互に変えて供給すると、永久磁石４２はアウターコア１０とインナーコア２０の間で直線的に往復運動をするようになり、よって、可動子４０は直線往復駆動力を有するようになる。
【００１３】
上記の往復動式モータにおいて、可動子４０を構成する永久磁石４２の長さ（Ｌｍ）は、普通ポール部の長さ（Ｌｐ）と極間距離（Ｌｂ）とを合せた長さになる。従って、永久磁石４２の長さは開口部１１の両側で位置決めされる極間距離（Ｌｂ）に応じた長さになるので、上記の極間距離（Ｌｂ）が短いほど永久磁石４２の長さ（Ｌｍ）が短くなる。
【００１４】
上記のポール部の長さ（Ｌｐ）は行程距離（ｓｔｒｏｋｅ）に相当し、極間距離（Ｌｂ）は開口部１１の入口の幅に相当する。
【００１５】
往復動式モータにおいて、可動子４０を構成する永久磁石４２は材料費が高価であるため、製作原価を減らすためにはその使用量を少なくすべきであり、特に、大量生産をする場合、製作単価を減少させることは必須である。
【００１６】
また、上記の往復動式モータを他のシステムに装着する場合は、小さな設置空間を占有するようにするためには、往復動式モータは構造的にコンパクトにしなければならない。
【００１７】
したがって、極間距離（Ｌｂ）を減らして、高価な永久磁石４２の長さを減少させることによって、材料費を節減すると共に、磁束の漏洩を防止し、また、巻線コイル３０が位置する開口部の内部空間を最大限に確保しながら、構造をコンパクトにすることが重要な課題である。
【００１８】
このような点を勘案して本発明の発明者の研究開発過程で提示された構造は、図３の断面図に示されたように、巻線コイル３０が位置するアウターコア１０の、断面形状が所定厚さを有するＵ字形状のパス部１２と、そのパス部１２の両端の内側にそれぞれ三角形状に突出延長されて形成された三角延長部１４と、そのパス部１２の両端及び三角延長部１４によって形成されたポール部１５と、を含んで構成されている。
【００１９】
そして、パス部１２の内面及び三角延長部１４の内面によって、巻線コイル３０が位置する開口部１６が形成され、三角延長部１４の内側端間の距離、即ち、ポール部１５とポール部１５の間の極間距離（Ｌｂ’）が開口部１６の入口を形成するようになる。
【００２０】
然し、このような構造では、巻線コイル３０が位置する開口部１６の入口の幅を小さくするために三角延長部１４を大きくすると、開口部１６の内部空間が小さくなって巻線コイル３０の巻線数も少なくなり、一方、開口部１６の内部空間を大きくするために三角延長部１４を小さくすると、開口部１６の入口が大きくなって永久磁石４２の使用量を増加させることになる。
【００２１】
一方、開口部１６の内部空間を確保して、開口部１６の入口の長さを短くするために三角延長部１４をシャープにすると、即ち、パス部１２の内面と三角延長部１４の内面とによって形成される角を直角に近くすると、アウターコア１０を通る磁束通路の抵抗（ｆｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｆｌｕｘ）が急激に増加して磁束の損失を生じさせるようになる。
【００２２】
また、このような構造では、永久磁石４２を含んで構成される可動子４０が直線往復運動をする過程で、可動子４０の端部がポール部１５の外側に突き出る距離が長くなり、したがって可動子と往復動式モータが装着される他の部品との間の距離を長くする必要があり、構造が大きくなるという短所がある。
（発明の開示）
従って、前記のような点を勘案して案出した本発明の目的は、巻線コイルが位置する開口部の入口の幅、即ち、極間距離を最小化するだけでなく、開口部の空間を最大化して高価な永久磁石の使用量を減らすと共に出力を高めて、構造を簡単にしてコンパクト化し得る往復動式モータを提供することにある。
【００２３】
このような本発明の目的を達成するために、アウターコアと、そのアウターコアの内部に所定間隔をおいて挿入されるインナーコアと、前記アウターコアまたはインナーコアに挿入される巻線コイルと、永久磁石を含んで構成されて、前記アウターコアとインナーコアの間に直線運動自在に挿入される可動子と、を含んで構成された往復動式モータであって、前記巻線コイルが挿入されるコアの内部に前記巻線コイルが位置するように一方側が開口された環状に形成される開口部と、その開口部の内面間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなるように開口部の内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、該第１段差部に引き続いて、所定幅及び長さに延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含んで構成されることを特徴とする往復動式モータが提供される。
（好適実施例の実施の形態）
以下、本発明の往復動式モータを図面に示した実施例に従って説明する。
【００２４】
図４は本発明の実施例による往復動式モータの断面図を示したもので、図示されたように、本発明の好適実施例の往復動式モータは、円筒状に形成されるアウターコア１００と、そのアウターコア１００に所定間隔をおいて挿入されるインナーコア２００と、アウターコア１００に結合される巻線コイル３００と、アウターコア１００とインナーコア２００の間に直線運動自在に挿入される可動子４００と、を含んで構成される。また、巻線コイル３００はインナーコア２００に結合されるようにすることもできる。
【００２５】
アウターコア１００及びインナーコア２００は別のフレームに固定して結合されてステータ（Ｓ）を構成する。
【００２６】
図５に示されたように、巻線コイル３００が結合されるアウターコア１００には、所定の長さと厚さを有する円筒体の内側に巻線コイル３００が位置し、一方側が開口された環状の開口部１１０が形成され、その開口部１１０の内面間隔が開口部１１０の入口側へ行くほど漸次狭くなるように開口部１１０の内面からそれぞれ延長される第１段差部１２０が形成され、その第１段差部１２０に引き続いて、所定幅及び長さに延長されて開口部１１０の入口を形成する第２段差部１３０が形成されている。
【００２７】
開口部１１０の外側、第１段差部１２０、及び第２段差部１３０は磁束が通るパス部１４０を形成し、第２段差部１３０の端部が極を形成するポール部１５０を形成する。
【００２８】
第１段差部１２０及び第２段差部１３０の内面は、それぞれ所定角度傾斜するように形成され、開口部１１０の内面１１１を基準にして、第１段差部１２０の内面１２１の傾斜が第２段差部１３０の内面１３１の傾斜より小さく形成される。
【００２９】
即ち、開口部１１０の内面１１１から所定角度傾斜して第１段差部１２０の内面１２１が形成され、その第１段差部１２０の内面１２１に引き続き、所定角度傾斜して第２段差部１３０の内面１３１が形成される。第２段差部１３０の距離（ｔ２）は第１段差部１２０の距離（ｔ１）より短く形成される。即ち、第１、２段差部１２０、１３０の上記の距離は垂直距離（図５上で）を表す。
【００３０】
上記の第１、２段差部１２０、１３０の変形例においては、図６に示されたように、第１段差部１２０の内面１２１は所定角度傾斜するように形成され、第２段差部１３０の内面１３１は開口部１１０の内面１１１に対して直角をなすように形成される。
【００３１】
第２段差部１３０の別の変形例においては、図７に示されたように、第２段差部１３０の内面１３１は所定曲率を有して曲面をなすように延長形成される。
【００３２】
そして、図８に示されたように、前記第１段差部１２０に磁気飽和を防止する穴１６０が形成される。また、上記の穴１６０の代わりに、凹み（ｒｅｃｅｓｓ）（図示せず）が第１段差部１２０の内側面に形成されることもある。
【００３３】
図５に戻って、第１段差部１２０及び第２段差部１３０の外側面に所定の深さを有する凹部１７０がそれぞれ形成される。
【００３４】
凹部１７０の先端１７１から開口部１１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部１１０の中心までの距離（ｔ４）より短く形成される。
【００３５】
即ち、凹部１７０によって、ポール部１５０の端部から開口部１１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部１１０の中心までの距離（ｔ４）より短くなる。
【００３６】
本発明の他の実施例においては、図９、１０に示されたように、往復動式モータのステータを構成するアウターコア５００は、薄い厚さを有する複数の薄板が円筒状をなすように放射状に積層された積層体で形成され、その積層体コアを構成する積層薄板は、図１０に示されたように、内部に巻線コイル３００が位置する開口部５１０を形成するためにＵ字形状に形成される。
【００３７】
図１１に示すように、開口部５１０の内面間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなる構造を有するように、開口部５１０の内面５１１からそれぞれ延長される第１段差部５２０が形成され、その第１段差部５２０に引き続いて、所定幅及び長さに延長されて開口部５１０の入口を形成する第２段差部５３０が形成される。
【００３８】
開口部５１０を形成するＵ字部分、第１段差部５２０、及び第２段差部５３０は磁束が通るパス部５４０を形成し、第２段差部５３０の端面が極をなすポール部５５０を形成する。
【００３９】
第１段差部５２０と第２段差部５３０との内面５２１、５３１はそれぞれ所定角度傾斜して形成され、開口部５１０の内面５１１を基準にして、第１段差部５２０の内面５２１の傾斜が第２段差部５３０の内面５３１の傾斜より小さく形成される。
【００４０】
即ち、開口部５１０の内面５１１から所定角度傾斜して第１段差部５２０の内面５２１が形成され、その第１段差部５２０の内面５２１に引き続いて、所定角度傾斜して第２段差部５３０の内面５３１が形成される。
【００４１】
第２段差部５３０の距離（ｔ２）は第１段差部５２０の距離（ｔ１）より短く形成される。即ち、第１、２段差部５２０、５３０の上記の距離は垂直距離（図１１上で）を表す。
【００４２】
第１、２段差部５２０、５３０の変形例においては、図１１に示されたように、第１段差部５２０の内面５２１は所定傾斜を有するように形成され、第２段差部５３０の内面５３１は開口部５１０の内面に対して直角をなすように形成される。
【００４３】
第２段差部５３０の変形例においては、第２段差部５３０の内面５３１が所定曲率を有する曲面をなすように延長形成されることもある。
【００４４】
そして、図１３に示されたように、第１段差部５２０に磁気飽和を防止する穴５６０が形成される。この穴５６０は所定の大きさを有する貫通穴として形成される。また、穴５６０に代わり、凹溝（図示せず）が第１段差部５２０の内側面に形成されることもある。
【００４５】
図１１に戻って、第１段差部５２０及び第２段差部５３０の外側面に所定深さを有する凹部５７０がそれぞれ形成される。凹部５７０の先端５７１から開口部５１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部５１０の中心までの距離（ｔ４）より短く形成される。
【００４６】
即ち、凹部５７０の形成によって、ポール部５５０の端部から開口部５１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部５１０の中心までの距離（ｔ４）より短くなる。
【００４７】
積層される薄板（Ｐ）の形成は、図１２に示されたように、第１段差部５２０及び第２段差部５３０を具備したＬ字形状の分離型薄板（Ｐ１）を互い違いに積層して実現することができる。
【００４８】
詳細には、上記の複数の薄板（Ｐ）を円筒状をなすように放射状に積層して積層体が形成され、その積層体の内部に巻線コイル３００が位置する開口部５１０は、上記の分離型薄板（Ｐ１）を互い違いに円筒状をなすように放射状に積層して積層体が形成され、その積層体の内部に巻線コイル３００が位置する開口部５１０の形状と同じ形状を有する。
【００４９】
アウターコア１００、５００の開口部１１０、５１０に挿入される巻線コイル３００はコイルを複数回巻線して形成される。
【００５０】
そして、図４に示されたように、アウターコア１００、５００とインナーコア２００の間に挿入される可動子４００は所定厚さを有し、円筒状に形成される磁石ホルダ４１０、及びその磁石ホルダ４１０の外周面に結合されてアウターコア１００、５００の開口部の入口に位置する複数の永久磁石４２０を含んで構成されている。
【００５１】
永久磁石４２０の長さ（Ｌｍ１）は、アウターコア１００、５００の第２段差部１３０、５３０の端部、即ち、ポール部１５０、５５０の長さ（Ｌｐ１）と極間距離（Ｌｂ１）とを合せた長さになる。
【００５２】
上記の極間距離は、両方のポール部１５０、５５０の間の距離、即ち、第２段差部１３０、５３０の内側の先端間の距離である。
【００５３】
以下、本発明の往復動式モータの作用効果について説明する。
【００５４】
まず、巻線コイル３００に電流が流れると、その巻線コイル３００に流れる電流によって巻線コイル３００の周辺に磁束が形成され、その磁束はアウターコア１００の第１、２段差部１２０、１３０を含むパス部１４０及びインナーコア２００に沿って通って閉ループを形成する。
【００５５】
巻線コイル３００に流れる電流による磁束と可動子４００を構成する永久磁石４２０による磁束との相互作用によって永久磁石４２０が軸方向に動くようになる。
【００５６】
ここで、巻線コイル３００に流れる電流の方向を変えると、アウターコアのパス部１４０及びインナーコア２００に形成される磁束の方向が変わり、永久磁石４２０が反対方向に動くようになる。
【００５７】
このように、電流の方向を交替して変えて供給すると、永久磁石４２０がアウターコア１００とインナーコア２００の間で直線往復運動をするようになる。この時、永久磁石４２０の先端はそれぞれポール部１５０の領域内で直線往復運動をするようになる。
【００５８】
本発明は、巻線コイル３００が位置する開口部１１０に第１段差部１２０及び２段差部１３０が形成されて開口部１１０の入口の幅を大幅に減少させるため、開口部１１０の入口の幅及びその入口の両側にそれぞれ位置するポール部１５０の長さによって決定される永久磁石４２０の長さが短くなる。
【００５９】
これと共に、第１段差部１２０及び第２段差部１３０によって巻線コイル３００のための空間の減小を最小にしながら開口部１１０の入口の幅を減少させるため、開口部１１０に位置する巻線コイル３００の巻線回数を最大にすることができる。また、穴５６０の代わりに、凹み（図示せず）が第１段差部５２０の内側面に形成されることもある。
【００６０】
また、前記第１段差部１２０及び第２段差部１３０により開口部１１０の入口の幅を減少させると共に、磁束が通るパス部１４０の形状がなめらかに形成されるため、磁束の通過が円滑になるだけでなく、第２段差部１３０で磁気飽和現象が発生するようになり、よって、その磁束漏洩を最小にすることができる。これと共に、第１段差部１２０及び第２段差部１３０に穴１６０が形成されるので、磁気飽和現象を強めて磁束漏洩を一層減らすことができる。
【００６１】
また、第２段差部１３０によってポール部１５０が長くなり、磁束の流れが円滑になるだけでなく、アウターコア１００の外側面に形成される凹部１７０によってポール部１５０の両端が上記の外側面より内側に位置するようになるので、アウターコア１００の幅を減少させることができるだけでなく、可動子４００がアウターコア１００及びインナーコア２００の外側に突き出て動く距離が減少するため、システムに適用するときに設置空間を小さくすることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明に係る往復動式モータは多くの利点を有する。例えば、まず第１に、可動子を構成する永久磁石の長さが短かくなるように決められ、巻線コイルが位置する開口部の入口の幅を減少させるので、高価な永久磁石の使用量を減らしてその製作原価を減らすことができ、特に大量生産に有利になる。
【００６３】
また、第２に、アウターコア及びインナーコアを通る磁束の通過を円滑にし、磁束の漏洩を減少させるので、モータの性能を向上させることができる。
【００６４】
また、第３に、ステータを構成するアウターコアの幅を減少させ、可動子の往復移動位置がアウターコアの外部に出ることを最小化するので、モータの大きさを減らすと共に、モータの設置空間を減らすことができるという効果がある。
【００６５】
本発明は、その趣旨あるいは主要な特性から逸脱することなしに種々の形で実施することができるので、上述の実施例も、特に指定されないかぎり、上記の記載の詳細によって何ら制限されるものではなく、むしろ特許請求の範囲に規定されたような趣旨と範囲内で広く解釈すべきであり、従って、特許請求の範囲やその境界内にある全ての変更や変形、あるいはそのような範囲や境界に等価なものは特許請求の範囲に包含されるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の往復動式モータを示した断面図である。
【図２】
従来の往復動式モータの動作状態を示した断面図である。
【図３】
本発明に係る研究開発中に提案された往復動式モータの断面図である。
【図４】
本発明に係る往復動式モータの１実施例の断面図である。
【図５】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの断面図である。
【図６】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その１）を示した断面図である。
【図７】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その２）を示した断面図である。
【図８】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その３）を示した断面図である。
【図９】
本発明に係る往復動式モータの他の実施例を示した正面断面図である。
【図１０】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を示した側面図である。
【図１１】
本発明に係る往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板を示した正面図である。
【図１２】
本発明に係る好適実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板の変形例を示した正面図である。
【図１３】
本発明に係る好適実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板の変形例を示した正面図である。
【図１４】
本発明に係る別の実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する分離型積層薄板を示した斜視図である。
（技術分野）
本発明は、往復動式モータに係るもので、詳しくは、巻線コイルが位置する開口部の入口幅、即ち、極間距離を最小化すると共に、開口部の空間を最大化して、高価な永久磁石の使用量を減らすと共に出力を高めて、構造をコンパクトにし得る改良型往復動式モータに関するものである。
（背景技術）
一般に、モータは電気エネルギーを運動エネルギーに変換する機器であって、このようなモータは、電気エネルギーを回転運動に変換する回転型モータと、電気エネルギーを直線往復運動に変換する往復動式モータとに大別される。
【０００２】
モータは、動力源として使用される分野が多様である。特に、家電製品においては、冷蔵庫、エアコンディショナ、洗濯機、扇風機など、ほぼ全ての製品に装着されている。冷蔵庫及びエアコンディショナの場合、送風ファンを回転させるのに使用されるばかりでなく、その冷蔵庫及びエアコンディショナの冷却サイクル装置の圧縮機に装着されて動力源としても使用されている。
【０００３】
図１は、本出願人が研究開発中の往復動式モータの一例を示した図で、図示されたように、往復動式モータは、所定幅及び長さに形成された円筒状のアウターコア１０と、このアウターコア１０に所定間隔をおいて挿入された円筒状のインナーコア２０と、アウターコア１０またはインナーコア２０に結合される巻線コイル３０と、アウターコア１０とインナーコア２０の間に移動可能に挿入された可動子４０と、を含んで構成されている。
【０００４】
図１には、巻線コイル３０がアウターコア１０に結合された構造が示されている。
【０００５】
アウターコア１０は、その断面形状が所定厚さを有するＵ字形状に形成されて、その内部に巻線コイル３０が配置される開口部１１が形成される。上記のＵ字形状のアウターコア１０は磁束が通るパス部１２を形成し、そのパス部１２の両端にはポール部１３が形成されている。
【０００６】
インナーコア２０は、その断面がアウターコア１０の長さに相応する長さ及び所定幅を有するように形成される。
【０００７】
アウターコア１０及びインナーコア２０は、別のフレーム（図示せず）に固定結合されてステータ（Ｓ）を構成する。
【０００８】
可動子４０は、アウターコア１０とインナーコア２０の間に挿入される円筒状の磁石ホルダ４１と、その磁石ホルダ４１の外周面に結合される複数の永久磁石４２と、を含んで構成されている。
【０００９】
このような往復動式モータの動作を説明する。図２は一般の往復動式モータの動作状態を示す断面図である。図２に示されたように、まず、巻線コイル３０に電流が流れると、その巻線コイル３０に流れる電流によって巻線コイル３０の周辺に磁束が形成され、その磁束はステータ（Ｓ）を構成するアウターコアのパス部１２及びインナーコア２０に沿って閉ループを形成するように生じる。
【００１０】
巻線コイル３０に流れる電流による磁束と可動子４０を構成する永久磁石４２による磁束との相互作用によって、永久磁石４２が軸方向に動くようになる。
【００１１】
そして、巻線コイル３０に流れる電流の方向を変えると、アウターコアのパス部１２及びインナーコア２０に形成される磁束の方向が変わり、従って永久磁石４２が反対方向に動くようになる。
【００１２】
このように、電流の方向を交互に変えて供給すると、永久磁石４２はアウターコア１０とインナーコア２０の間で直線的に往復運動をするようになり、よって、可動子４０は直線往復駆動力を有するようになる。
【００１３】
上記の往復動式モータにおいて、可動子４０を構成する永久磁石４２の長さ（Ｌｍ）は、普通ポール部の長さ（Ｌｐ）と極間距離（Ｌｂ）とを合せた長さになる。従って、永久磁石４２の長さは開口部１１の両側で位置決めされる極間距離（Ｌｂ）に応じた長さになるので、上記の極間距離（Ｌｂ）が短いほど永久磁石４２の長さ（Ｌｍ）が短くなる。
【００１４】
上記のポール部の長さ（Ｌｐ）は行程距離（ｓｔｒｏｋｅ）に相当し、極間距離（Ｌｂ）は開口部１１の入口の幅に相当する。
【００１５】
往復動式モータにおいて、可動子４０を構成する永久磁石４２は材料費が高価であるため、製作原価を減らすためにはその使用量を少なくすべきであり、特に、大量生産をする場合、製作単価を減少させることは必須である。
【００１６】
また、上記の往復動式モータを他のシステムに装着する場合は、小さな設置空間を占有するようにするためには、往復動式モータは構造的にコンパクトにしなければならない。
【００１７】
したがって、極間距離（Ｌｂ）を減らして、高価な永久磁石４２の長さを減少させることによって、材料費を節減すると共に、磁束の漏洩を防止し、また、巻線コイル３０が位置する開口部の内部空間を最大限に確保しながら、構造をコンパクトにすることが重要な課題である。
【００１８】
このような点を勘案して本発明の発明者の研究開発過程で提示された構造は、図３の断面図に示されたように、巻線コイル３０が位置するアウターコア１０の、断面形状が所定厚さを有するＵ字形状のパス部１２と、そのパス部１２の両端の内側にそれぞれ三角形状に突出延長されて形成された三角延長部１４と、そのパス部１２の両端及び三角延長部１４によって形成されたポール部１５と、を含んで構成されている。
【００１９】
そして、パス部１２の内面及び三角延長部１４の内面によって、巻線コイル３０が位置する開口部１６が形成され、三角延長部１４の内側端間の距離、即ち、ポール部１５とポール部１５の間の極間距離（Ｌｂ’）が開口部１６の入口を形成するようになる。
【００２０】
然し、このような構造では、巻線コイル３０が位置する開口部１６の入口の幅を小さくするために三角延長部１４を大きくすると、開口部１６の内部空間が小さくなって巻線コイル３０の巻線数も少なくなり、一方、開口部１６の内部空間を大きくするために三角延長部１４を小さくすると、開口部１６の入口が大きくなって永久磁石４２の使用量を増加させることになる。
【００２１】
一方、開口部１６の内部空間を確保して、開口部１６の入口の長さを短くするために三角延長部１４をシャープにすると、即ち、パス部１２の内面と三角延長部１４の内面とによって形成される角を直角に近くすると、アウターコア１０を通る磁束通路の抵抗（ｆｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｆｌｕｘ）が急激に増加して磁束の損失を生じさせるようになる。
【００２２】
また、このような構造では、永久磁石４２を含んで構成される可動子４０が直線往復運動をする過程で、可動子４０の端部がポール部１５の外側に突き出る距離が長くなり、したがって可動子と往復動式モータが装着される他の部品との間の距離を長くする必要があり、構造が大きくなるという短所がある。
（発明の開示）
従って、前記のような点を勘案して案出した本発明の目的は、巻線コイルが位置する開口部の入口の幅、即ち、極間距離を最小化するだけでなく、開口部の空間を最大化して高価な永久磁石の使用量を減らすと共に出力を高めて、構造を簡単にしてコンパクト化し得る往復動式モータを提供することにある。
【００２３】
このような本発明の目的を達成するために、アウターコアと、そのアウターコアの内部に所定間隔をおいて挿入されるインナーコアと、前記アウターコアまたはインナーコアに挿入される巻線コイルと、永久磁石を含んで構成されて、前記アウターコアとインナーコアの間に直線運動自在に挿入される可動子と、を含んで構成された往復動式モータであって、前記巻線コイルが挿入されるコアの内部に前記巻線コイルが位置するように一方側が開口された環状に形成される開口部と、その開口部の内面間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなるように開口部の内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、該第１段差部に引き続いて、所定幅及び長さに延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含んで構成されることを特徴とする往復動式モータが提供される。
（好適実施例の実施の形態）
以下、本発明の往復動式モータを図面に示した実施例に従って説明する。
【００２４】
図４は本発明の実施例による往復動式モータの断面図を示したもので、図示されたように、本発明の好適実施例の往復動式モータは、円筒状に形成されるアウターコア１００と、そのアウターコア１００に所定間隔をおいて挿入されるインナーコア２００と、アウターコア１００に結合される巻線コイル３００と、アウターコア１００とインナーコア２００の間に直線運動自在に挿入される可動子４００と、を含んで構成される。また、巻線コイル３００はインナーコア２００に結合されるようにすることもできる。
【００２５】
アウターコア１００及びインナーコア２００は別のフレームに固定して結合されてステータ（Ｓ）を構成する。
【００２６】
図５に示されたように、巻線コイル３００が結合されるアウターコア１００には、所定の長さと厚さを有する円筒体の内側に巻線コイル３００が位置し、一方側が開口された環状の開口部１１０が形成され、その開口部１１０の内面間隔が開口部１１０の入口側へ行くほど漸次狭くなるように開口部１１０の内面からそれぞれ延長される第１段差部１２０が形成され、その第１段差部１２０に引き続いて、所定幅及び長さに延長されて開口部１１０の入口を形成する第２段差部１３０が形成されている。
【００２７】
開口部１１０の外側、第１段差部１２０、及び第２段差部１３０は磁束が通るパス部１４０を形成し、第２段差部１３０の端部が極を形成するポール部１５０を形成する。
【００２８】
第１段差部１２０及び第２段差部１３０の内面は、それぞれ所定角度傾斜するように形成され、開口部１１０の内面１１１を基準にして、第１段差部１２０の内面１２１の傾斜が第２段差部１３０の内面１３１の傾斜より小さく形成される。
【００２９】
即ち、開口部１１０の内面１１１から所定角度傾斜して第１段差部１２０の内面１２１が形成され、その第１段差部１２０の内面１２１に引き続き、所定角度傾斜して第２段差部１３０の内面１３１が形成される。第２段差部１３０の距離（ｔ２）は第１段差部１２０の距離（ｔ１）より短く形成される。即ち、第１、２段差部１２０、１３０の上記の距離は垂直距離（図５上で）を表す。
【００３０】
上記の第１、２段差部１２０、１３０の変形例においては、図６に示されたように、第１段差部１２０の内面１２１は所定角度傾斜するように形成され、第２段差部１３０の内面１３１は開口部１１０の内面１１１に対して直角をなすように形成される。
【００３１】
第２段差部１３０の別の変形例においては、図７に示されたように、第２段差部１３０の内面１３１は所定曲率を有して曲面をなすように延長形成される。
【００３２】
そして、図８に示されたように、前記第１段差部１２０に磁気飽和を防止する穴１６０が形成される。また、上記の穴１６０の代わりに、凹み（ｒｅｃｅｓｓ）（図示せず）が第１段差部１２０の内側面に形成されることもある。
【００３３】
図５に戻って、第１段差部１２０及び第２段差部１３０の外側面に所定の深さを有する凹部１７０がそれぞれ形成される。
【００３４】
凹部１７０の先端１７１から開口部１１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部１１０の中心までの距離（ｔ４）より短く形成される。
【００３５】
即ち、凹部１７０によって、ポール部１５０の端部から開口部１１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部１１０の中心までの距離（ｔ４）より短くなる。
【００３６】
本発明の他の実施例においては、図９、１０に示されたように、往復動式モータのステータを構成するアウターコア５００は、薄い厚さを有する複数の薄板が円筒状をなすように放射状に積層された積層体で形成され、その積層体コアを構成する積層薄板は、図１０に示されたように、内部に巻線コイル３００が位置する開口部５１０を形成するためにＵ字形状に形成される。
【００３７】
図１１に示すように、開口部５１０の内面間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなる構造を有するように、開口部５１０の内面５１１からそれぞれ延長される第１段差部５２０が形成され、その第１段差部５２０に引き続いて、所定幅及び長さに延長されて開口部５１０の入口を形成する第２段差部５３０が形成される。
【００３８】
開口部５１０を形成するＵ字部分、第１段差部５２０、及び第２段差部５３０は磁束が通るパス部５４０を形成し、第２段差部５３０の端面が極をなすポール部５５０を形成する。
【００３９】
第１段差部５２０と第２段差部５３０との内面５２１、５３１はそれぞれ所定角度傾斜して形成され、開口部５１０の内面５１１を基準にして、第１段差部５２０の内面５２１の傾斜が第２段差部５３０の内面５３１の傾斜より小さく形成される。
【００４０】
即ち、開口部５１０の内面５１１から所定角度傾斜して第１段差部５２０の内面５２１が形成され、その第１段差部５２０の内面５２１に引き続いて、所定角度傾斜して第２段差部５３０の内面５３１が形成される。
【００４１】
第２段差部５３０の距離（ｔ２）は第１段差部５２０の距離（ｔ１）より短く形成される。即ち、第１、２段差部５２０、５３０の上記の距離は垂直距離（図１１上で）を表す。
【００４２】
第１、２段差部５２０、５３０の変形例においては、図１１に示されたように、第１段差部５２０の内面５２１は所定傾斜を有するように形成され、第２段差部５３０の内面５３１は開口部５１０の内面に対して直角をなすように形成される。
【００４３】
第２段差部５３０の変形例においては、第２段差部５３０の内面５３１が所定曲率を有する曲面をなすように延長形成されることもある。
【００４４】
そして、図１３に示されたように、第１段差部５２０に磁気飽和を防止する穴５６０が形成される。この穴５６０は所定の大きさを有する貫通穴として形成される。また、穴５６０に代わり、凹溝（図示せず）が第１段差部５２０の内側面に形成されることもある。
【００４５】
図１１に戻って、第１段差部５２０及び第２段差部５３０の外側面に所定深さを有する凹部５７０がそれぞれ形成される。凹部５７０の先端５７１から開口部５１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部５１０の中心までの距離（ｔ４）より短く形成される。
【００４６】
即ち、凹部５７０の形成によって、ポール部５５０の端部から開口部５１０の中心までの距離（ｔ３）は、上記の外側面から開口部５１０の中心までの距離（ｔ４）より短くなる。
【００４７】
積層される薄板（Ｐ）の形成は、図１２に示されたように、第１段差部５２０及び第２段差部５３０を具備したＬ字形状の分離型薄板（Ｐ１）を互い違いに積層して実現することができる。
【００４８】
詳細には、上記の複数の薄板（Ｐ）を円筒状をなすように放射状に積層して積層体が形成され、その積層体の内部に巻線コイル３００が位置する開口部５１０は、上記の分離型薄板（Ｐ１）を互い違いに円筒状をなすように放射状に積層して積層体が形成され、その積層体の内部に巻線コイル３００が位置する開口部５１０の形状と同じ形状を有する。
【００４９】
アウターコア１００、５００の開口部１１０、５１０に挿入される巻線コイル３００はコイルを複数回巻線して形成される。
【００５０】
そして、図４に示されたように、アウターコア１００、５００とインナーコア２００の間に挿入される可動子４００は所定厚さを有し、円筒状に形成される磁石ホルダ４１０、及びその磁石ホルダ４１０の外周面に結合されてアウターコア１００、５００の開口部の入口に位置する複数の永久磁石４２０を含んで構成されている。
【００５１】
永久磁石４２０の長さ（Ｌｍ１）は、アウターコア１００、５００の第２段差部１３０、５３０の端部、即ち、ポール部１５０、５５０の長さ（Ｌｐ１）と極間距離（Ｌｂ１）とを合せた長さになる。
【００５２】
上記の極間距離は、両方のポール部１５０、５５０の間の距離、即ち、第２段差部１３０、５３０の内側の先端間の距離である。
【００５３】
以下、本発明の往復動式モータの作用効果について説明する。
【００５４】
まず、巻線コイル３００に電流が流れると、その巻線コイル３００に流れる電流によって巻線コイル３００の周辺に磁束が形成され、その磁束はアウターコア１００の第１、２段差部１２０、１３０を含むパス部１４０及びインナーコア２００に沿って通って閉ループを形成する。
【００５５】
巻線コイル３００に流れる電流による磁束と可動子４００を構成する永久磁石４２０による磁束との相互作用によって永久磁石４２０が軸方向に動くようになる。
【００５６】
ここで、巻線コイル３００に流れる電流の方向を変えると、アウターコアのパス部１４０及びインナーコア２００に形成される磁束の方向が変わり、永久磁石４２０が反対方向に動くようになる。
【００５７】
このように、電流の方向を交替して変えて供給すると、永久磁石４２０がアウターコア１００とインナーコア２００の間で直線往復運動をするようになる。この時、永久磁石４２０の先端はそれぞれポール部１５０の領域内で直線往復運動をするようになる。
【００５８】
本発明は、巻線コイル３００が位置する開口部１１０に第１段差部１２０及び２段差部１３０が形成されて開口部１１０の入口の幅を大幅に減少させるため、開口部１１０の入口の幅及びその入口の両側にそれぞれ位置するポール部１５０の長さによって決定される永久磁石４２０の長さが短くなる。
【００５９】
これと共に、第１段差部１２０及び第２段差部１３０によって巻線コイル３００のための空間の減小を最小にしながら開口部１１０の入口の幅を減少させるため、開口部１１０に位置する巻線コイル３００の巻線回数を最大にすることができる。また、穴５６０の代わりに、凹み（図示せず）が第１段差部５２０の内側面に形成されることもある。
【００６０】
また、前記第１段差部１２０及び第２段差部１３０により開口部１１０の入口の幅を減少させると共に、磁束が通るパス部１４０の形状がなめらかに形成されるため、磁束の通過が円滑になるだけでなく、第２段差部１３０で磁気飽和現象が発生するようになり、よって、その磁束漏洩を最小にすることができる。これと共に、第１段差部１２０及び第２段差部１３０に穴１６０が形成されるので、磁気飽和現象を強めて磁束漏洩を一層減らすことができる。
【００６１】
また、第２段差部１３０によってポール部１５０が長くなり、磁束の流れが円滑になるだけでなく、アウターコア１００の外側面に形成される凹部１７０によってポール部１５０の両端が上記の外側面より内側に位置するようになるので、アウターコア１００の幅を減少させることができるだけでなく、可動子４００がアウターコア１００及びインナーコア２００の外側に突き出て動く距離が減少するため、システムに適用するときに設置空間を小さくすることができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明に係る往復動式モータは多くの利点を有する。例えば、まず第１に、可動子を構成する永久磁石の長さが短かくなるように決められ、巻線コイルが位置する開口部の入口の幅を減少させるので、高価な永久磁石の使用量を減らしてその製作原価を減らすことができ、特に大量生産に有利になる。
【００６３】
また、第２に、アウターコア及びインナーコアを通る磁束の通過を円滑にし、磁束の漏洩を減少させるので、モータの性能を向上させることができる。
【００６４】
また、第３に、ステータを構成するアウターコアの幅を減少させ、可動子の往復移動位置がアウターコアの外部に出ることを最小化するので、モータの大きさを減らすと共に、モータの設置空間を減らすことができるという効果がある。
【００６５】
本発明は、その趣旨あるいは主要な特性から逸脱することなしに種々の形で実施することができるので、上述の実施例も、特に指定されないかぎり、上記の記載の詳細によって何ら制限されるものではなく、むしろ特許請求の範囲に規定されたような趣旨と範囲内で広く解釈すべきであり、従って、特許請求の範囲やその境界内にある全ての変更や変形、あるいはそのような範囲や境界に等価なものは特許請求の範囲に包含されるものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の往復動式モータを示した断面図である。
【図２】
従来の往復動式モータの動作状態を示した断面図である。
【図３】
本発明に係る研究開発中に提案された往復動式モータの断面図である。
【図４】
本発明に係る往復動式モータの１実施例の断面図である。
【図５】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの断面図である。
【図６】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その１）を示した断面図である。
【図７】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その２）を示した断面図である。
【図８】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を構成するアウターコアの変形例（その３）を示した断面図である。
【図９】
本発明に係る往復動式モータの他の実施例を示した正面断面図である。
【図１０】
本発明に係る往復動式モータの好適実施例を示した側面図である。
【図１１】
本発明に係る往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板を示した正面図である。
【図１２】
本発明に係る好適実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板の変形例を示した正面図である。
【図１３】
本発明に係る好適実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する積層薄板の変形例を示した正面図である。
【図１４】
本発明に係る別の実施例の往復動式モータのアウターコアを構成する分離型積層薄板を示した斜視図である。
Claims (10)
- アウターコアと、該アウターコアの内部に所定間隔をおいて挿入されるインナーコアと、前記アウターコアまたはインナーコアに挿入される巻線コイルと、永久磁石を含んで構成されて、前記アウターコアとインナーコア間で直線運動自在に挿入される可動子と、を含んで構成される往復動式モータであって、
前記巻線コイルが挿入されるコアの内部に前記巻線コイルが位置するように一方側が開口された環状に形成される開口部と、
前記開口部の内面の間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなるように前記開口部の内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、
前記第１段差部から所定幅及び長さを有して延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含んで構成されることを特徴とする往復動式モータ。 - 前記巻線コイルが位置するコアは、薄い厚さを有する複数の薄板が円筒状をなすように放射状に積層された積層体で形成され、
前記積層体のコアを構成する積層薄板の内部に前記巻線コイルが位置し、一方側が開口された開口部と、
前記開口部の間隔が入口側へ行くほど漸次狭くなるように前記開口部の内面からそれぞれ延長形成される第１段差部と、
前記第１段差部に続いて、所定幅及び長さに延長形成されて前記開口部の入口を形成する第２段差部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の往復動式モータ。 - 前記第２段差部の距離は、第１段差部の距離より短く形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第１段差部及び第２段差部の内面はそれぞれ所定角度傾斜するように形成され、前記開口部の内面を基準にして前記第１段差部の内面傾斜は前記第２段差部の内面傾斜より小さく形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第１段差部の内面は所定角度傾斜するように形成され、前記第２段差部の内面は前記開口部の内面に対して直角をなすように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第２段差部の内面は、前記開口部の内面に対して傾斜するように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第１段差部及び第２段差部は、それぞれ所定の曲率を有する曲面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第１段差部は、所定の大きさの凹みまたは貫通穴を有することを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第２段差部は、所定の大きさの凹みまたは貫通穴を有することを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
- 前記第１段差部及び第２段差部の外側面に所定の深さの凹部が形成され、該凹部の先端から前記開口部の中心までの距離は、前記外側面から前記開口部の中心までの距離より短く形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動式モータ。
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