JP2005168294A

JP2005168294A - 往復動式モータ

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Publication number: JP2005168294A
Application number: JP2004352876A
Authority: JP
Inventors: Sang-Sub Jeong; サン−スブジョン; Hyuku Lee; ヒュクリー
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-12-06
Publication date: 2005-06-23
Also published as: EP1538732A2; EP1538732A3; US20080030082A1; CN1625025A; CN100533929C; US20050189824A1

Abstract

【課題】モータに要求される容量に応じて容量を効果的に増加できるようにして運転を効果的に制御できる往復動式モータを提供する。
【解決手段】ボビン１４０の外側に複数板のシート１１２が積層される第１ステータ１１０と、第１ステータ１１０から所定の空隙を維持して配置されて複数板のシート１２２が積層される第２ステータ１２０と、第１ステータ１１０と第２ステータ１２０との間に配置されてマグネット１５０が周囲に装着される可動子１６０とを含む往復動式モータにおいて、ボビン１４０の内側には、複数個のコイル１３０が巻線される構成とし、この複数個のコイルを互いに直列または並列に切換える運転制御装置を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、往復動式モータに係るもので、詳しくは、複数個のコイルが巻線された往復動式モータに関するものである。

往復動式モータは、平面状の磁束を有し、一対のステータの間に配置される可動子が磁束の変化によって直線状に運動する。
図１１に示したように、従来の往復動式モータは、内部にコイル３０が巻かれるボビン４０の外側に複数個のシート１２が放射状に積層されて円筒状をなすアウターステータ１０と、アウターステータ１０の内周から所定の空隙Tを維持して配置され、複数個のシート２２が放射状に積層されて円筒状をなすインナーステータ２０と、アウターステータ１０とインナーステータ２０との間に配置されて複数個のマグネット５０が周囲方向に装着される可動子６０と、を含んで構成されている。

図１２に示したように、ボビン４０は、その断面形状が内周から外周側に行くほど広くなる略台形に形成され、その内部にコイル３０が巻線されるボディー４５と、ボディー４５の一方側に装着されてコイル３０に外部電源を接続するターミナル４６と、ボディー４５の内部空間を密封するカバー４７と、から構成される。
コイル３０は、単一線により構成され、その引込み線３５及び引出し線３６がボビン４０のターミナル４６に向けて互いに同一方向に延長されるように、偶数層をなして巻線される。

このような構成により、ターミナル４６を通してコイル３０に電源が印加されると、コイル３０の周辺に磁束が形成されるが、この磁束は、アウターステータ１０の一方側経路に沿ってインナーステータ２０を通った後、再びアウターステータ１０の他方側経路を通る一つの閉ループを形成する。また、可動子６０のマグネット５０は、磁束の方向によって押されるか引かれながら直線往復運動をする。

然るに、このような従来の往復動式モータは、モータの容量を増やすためにはコイル３０内の導体の直径を増加させるか、または、コイル３０のターン数を大きくする必要があるが、コイル３０の直径を増加させる場合は、コイル３０の剛性が増加するためにコイル３０の巻線作業が困難になり、また表皮効果による損失が増加する。また、コイル３０の剛性が増加するほど、巻線時に要求される引張力が大きくなり、その引張力がボビン４０にも大きな負荷として作用するため、ボビン４０が破損する危険があるという問題点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ボビンに複数個のコイルを巻線することにより、モータの容量を効果的に増加させることができる往復動式モータを提供することを目的とする。

また、ボビンに複数個のコイルを巻線し、この複数個のコイルを互いに直列または並列に切換える運転制御装置を備えることにより、モータに要求される容量に応じて運転を効果的に制御することができる往復動式モータを提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式モータは、ボビンの外側に複数個のシートが積層される第１ステータと、前記第１ステータから所定の空隙を維持して配置されて複数個のシートが積層される第２ステータと、前記第１ステータと前記第２ステータとの間に配置されてマグネットが周囲に装着される可動子と、を含み、前記ボビンの内側には、複数個のコイルが巻線されることを特徴とする。
また、本発明に係る往復動式モータは、前記複数個のコイルを直列または並列に選択的に接続する運転制御装置を含んで構成されることを特徴とする。

本発明に係る往復動式モータは、アウターステータのボビンにコイルを複数個に分けて巻線し、この複数個のコイルを互いに並列に連結させることにより、往復動式モータの容量を効果的に増加できる。
また、前記複数個のコイルを互いに並列または直列に選択的に接続することにより、往復動式モータの負荷に応じて運転を効果的に制御できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
第１実施形態
図１〜図５に示したように、本発明の第１実施形態に係る往復動式モータは、内部に複数個のコイル１３０が巻かれたボビン１４０の外側に複数個のシート１１２が放射状に積層されて円筒状をなすアウターステータ１１０と、アウターステータ１１０の内周から所定の空隙Tを維持して配置され、複数個のシート１２２が放射状に積層されて円筒状をなすインナーステータ１２０と、アウターステータ１１０とインナーステータ１２０との間に配置されて複数個のマグネット１５０が周囲方向に装着される可動子１６０と、複数個のコイル１３０を互いに直列または並列に選択的に接続して往復動式モータの運転を制御する運転制御装置１００と、を含んで構成されている。

アウターステータ１１０及びインナーステータ１２０の両側に形成された一対のステータカバー１１３は、ねじBなどの締結手段によりそれぞれ結合されてアウターステータ１１０及びインナーステータ１２０を互いに固定する。

図２に示したように、ボビン１４０は、その断面形状が内周から外周側に行くほど広くなる略台形に形成され、その内部にコイル１３０が巻線されるボディー１４５と、このボディー１４５の一方側に装着されてコイル１３０に外部電源を接続するターミナル１４６と、ボディー１４５の内部空間を密封するためのカバー１４７と、を含んで構成される。
ボディー１４５の内面には、コイル１３０が滑ることを防止するために少なくとも一つ以上のステップ１４８が形成され、ボディー１４５及びカバー１４７は、絶縁性のある材料により形成される。

コイル１３０は、二つ以上の線により構成されるが、本実施形態では、二つの線により構成されるコイル１３０を説明する。即ち、コイル１３０は、ボビン１４０のボディー１４５に始めに巻線される第１コイル１３１と、次に第１コイル１３１の外周に巻線される第２コイル１３２と、から構成される。ここで、第１コイル１３１と第２コイル１３２との間には、絶縁部材１７０が配置される。
第１コイル１３１及び第２コイル１３２は、互いに同一の直径を有し、互いに同一のターン数で巻線されることで、循環電流の発生を防止してモータの効率を高めることができる。

第１コイル１３１の引込み線１３５及び引出し線１３６と第２コイル１３２の引込み線１３７及び引出し線１３８とは、ボビン１４０のターミナル１４６に向けて互いに同一方向に延長されるため、第１コイル１３１及び第２コイル１３２は、偶数層をなして巻線される。

一方、図３に示した場合では、第１コイル１３１及び第２コイル１３２は、ボビン１４０の左右の両側に、即ち、可動子１６０の運動方向に順次配置される。この場合、第１コイル１３１及び第２コイル１３２の形状を互いに同一にするので、第１コイル１３１及び第２コイル１３２の抵抗及び逆起電力の大きさを互いに同一にすることができる。
このように、第１コイル１３１及び第２コイル１３２がボビン１４０の左右方向に配置される場合、第１コイル１３１の引込み線１３５及び引出し線１３６と第２コイル１３２の引込み線１３７及び引出し線１３８とは、ボビン１４０の両側に延長され、ボビン１４０の両側には、第１コイル１３１及び第２コイル１３２を外部電源にそれぞれ接続する一対のターミナル１４６a、１４６bがそれぞれ装着される。
また、第１コイル１３１と第２コイル１３２との間に配置される絶縁部材１７０は、ボビン１４０のボディー１４５と一体に形成される。

図４及び図５に示したように、運転制御装置１００は、同一のキャパシタンスを有する第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２と、第１コイル１３１及び第２コイル１３２を互いに直列に接続するか、または、互いに並列に接続するために第１リレーRy１及び第２リレーRy２により構成される切換手段と、第１及び第２キャパシタC１、C２を並列に接続する第３リレーRy３と、往復動式モータの負荷によって第１リレーRy１、第２リレーRy２及び第３リレーRy３の切換動作を制御する制御ユニット１０１と、を含んで構成される。

第１リレーRy１は、第１コイル１３１の前端及び電源の一端に接続される接点Aと第２コイル１３２の後端に接続される接点Bとを接続または開放させる。また、第２リレーRy２は、電源の他端側に接続される接点Eを第１コイル１３１の後端及び第２コイル１３２の前端に接続する接点Cに接続させるか、または接点Eを第２コイル１３２の後端に接続される接点Dに接続させる。
第３リレーRy３は、二つのキャパシタC１、C２のうちの何れか一つに装着されてそのキャパシタを接続または遮断する役割をする。従って、第３リレーRy３の動作によって二つのキャパシタC１、C２のうち何れか一つが接続されるか、または二つのキャパシタC１、C２が互いに並列に接続される。

制御ユニット１０１には、予め設定されるモータの負荷の基準値が保存されるメモリ(図示せず)が備えられる。制御ユニット１０１は、往復動式モータに要求される容量（要求容量）と予め設定された基準負荷とを比較し、その比較結果によって第１、第２及び第３リレーRy１、Ry２、Ry３を制御する役割をする。

即ち、図４に示したように、往復動式モータの要求容量が基準負荷よりも大きい場合、制御ユニット１０１は、これを過負荷と認識し、第１リレーRy１の接点Aと接点Bとを互いに接続させ、第２リレーRy２の接点Cと接点Eとを接続させることにより、第１コイル１３１及び第２コイル１３２が互いに並列に接続されるように制御する。また、第３リレーRy３をオンにして、第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２を互いに並列に接続する。
その結果、逆起電力常数が減少し、入力電流及びストロークが増加するので、往復動式モータの出力が増大する。

また、図５に示したように、往復動式モータの要求容量が基準負荷よりも小さい場合、制御ユニット１０１は、これを低負荷と認識し、第１リレーRy１の接点Aと接点Bとを互いに開放させ、第２リレーRy２の接点Eと接点Dとを接続させることにより、第１コイル１３１及び第２コイル１３２が互いに直列に接続されるように制御する。また、第３リレーRy３をオフにして、第１及び第２キャパシタC１、C２のうちの一つのキャパシタC２のみを接続する。
その結果、逆起電力常数が増加し、入力電流及びストロークが減少するので、往復動式モータの出力が減少する。

上述したように、本発明の第１実施形態に係る往復動式モータは、アウターステータ１１０のボビン１４０に複数個のコイル１３０を巻線し、この複数個のコイル１３０を互いに並列に接続することにより、往復動式モータの容量を効果的に増加させることができる。
また、上記の複数個のコイル１３０を互いに並列または直列に選択的に接続することにより、往復動式モータの負荷に応じて運転を効果的に制御できる。

第２実施形態
以下、図６及び図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る往復動式モータを説明する。前述した実施形態と同一の部分には、同一の符号を与えて説明を省略する。
図６及び図７に示したように、本発明の第２実施形態に係る往復動式モータにおいて、第１コイル１３１及び第２コイル１３２を直列または並列に選択的に接続して往復動式モータの運転を制御する運転制御装置２００は、第１コイル１３１及び第２コイル１３２の前端にそれぞれ接続されて同一のキャパシタンスを有する第１キャパシタC１及び第２キャパシタC２と、第１コイル１３１及び第１キャパシタC１と第２コイル１３２及び第２キャパシタC２とを互いに直列または並列に接続するために第１リレーRy１及び第２リレーRy２により構成される切換手段と、往復動式モータの負荷によって第１リレーRy１及び第２リレーRy２の切換動作を制御する制御ユニット２０１と、を含んで構成される。

第１リレーRy１は、第１コイル１３１の後端に連結される接点Fと、第２キャパシタC２を介して第２コイル１３２の前端に連結される接点Gとを互いに接続させるか、または、接点Gと電源の一端に接続される接点Hとを互いに接続させる。また、第２リレーRy２は、第１コイル１３１の後端に接続される接点Iと電源の他端に接続される接点Jとを接続又は開放させる。

このような構成によって、図６に示したように、往復動式モータの要求容量が基準負荷よりも大きい場合は、制御ユニット２０１は、これを過負荷と認識し、第１リレーRy１の接点Gと接点Hとを接続し、第２リレーRy２の接点Iと接点Jとを接続することによって、第１キャパシタC１が接続される第１コイル１３１と第２キャパシタC２が接続される第２コイル１３２とを互いに並列に接続するように制御する。従ってこの場合、第１キャパシタC１と第２キャパシタC２とが互いに接続される。
その結果、逆起電力常数が減少し、入力電流及びストロークが増加するので、往復動式モータの出力が増大する。このとき、第１及び第２コイル１３１、１３２は、各コイルの前端に装着されたキャパシタC１、C２とLC共振運転を行う。

また、図７に示したように、往復動式モータの要求容量が基準負荷よりも小さい場合は、制御ユニット２０１は、これを低負荷と認識し、第１リレーRy１の接点Gと接点Fとを接続させ、第２リレーRy２の接点Iと接点Jとを開放することにより、第１及び第２コイル１３１、１３２が互いに直列に接続されるように制御する。従って、第２キャパシタC２は、第１コイル１３１の後端に接続される。
その結果、逆起電力常数が増加し、入力電流及びストロークが減少するので、往復動式モータの出力が減少する。

本発明の第２実施形態に係る往復動式モータでは、上記の第１及び第２キャパシタC１、C２をそれぞれ第１及び第２コイル１３１、１３２と共にグループとして動作するので、キャパシタC１、C２側にリレーを別途備える必要がなく、費用が節減される。
また、第１コイル１３１は第１キャパシタC１に共振現象を発生させ、第２コイル１３２は第２キャパシタC２に共振現象を発生させる。従って、第１及び第２コイル１３１、１３２に流れる電流の位相差を著しく減らすことができるので、電流の量が小さくなって銅損が減少することにより、モータの効率が向上する。

第３実施形態
以下、図８を参照して、本発明の第３実施形態に係る往復動式モータを説明する。前述した実施形態と同一の部分には、同一の符号を与えて説明を省略する。
図８に示したように、本発明の第３実施形態に係る往復動式モータにおいて、第１コイル１３１及び第２コイル１３２を直列または並列に選択的に接続して往復動式モータの運転を制御する運転制御装置３００は、電源に接続されて電圧を安定的に維持させるトライアックTrと、第１コイル１３１と第２コイル１３２とを互いに直列または並列に接続するために第１リレーRy１及び第２リレーRy２により構成される切換手段と、往復動式モータの負荷によって第１リレーRy１及び第２リレーRy２の切換動作を制御する制御ユニット３０１と、を含んで構成される。
第１リレーRy１及び第２リレーRy２の構成及び動作は、前述した第１及び第２実施形態と実質的に同一である。

このような構成によって、制御ユニット３０１は、モータの負荷が基準負荷よりも小さい場合は、第１コイル１３１と第２コイル１３２とを互いに直列に接続するように第１リレーRy１及び第２リレーRy２を動作させる。また、制御ユニット３０１は、モータの負荷が基準負荷よりも大きい場合は、第１コイル１３１と第２コイル１３２とを互いに並列に接続するように第１リレーRy１及び第２リレーRy２を動作させる。

本発明の第３実施形態に係る往復動式モータの運転制御装置３００は、キャパシタを除去し、トライアックTrを備えることにより、全体的な費用を節減できる。また、同一の巻線比を有する複数個のコイルを互いに直列または並列に接続して運転することにより、全体的なシステムを安定的に駆動できる。

第４実施形態
以下、図９及び図１０を参照して、本発明の第４実施形態に係る往復動式モータを説明する。前述した各実施形態で説明した内容と同一の部分には、同一の符号を与えて説明を省略する。
図９に示したように、本発明の第４実施形態に係る往復動式モータのアウターステータ１１０の内側に配置されるボビン２４０は、第１コイル１３１が巻線される第１ボビン２４１と、第２コイル１３２が巻線される第２ボビン２４２と、第１ボビン２４１及び第２ボビン２４２の一方側に装着され、第１コイル１３１及び第２コイル１３２を外部電源に接続するターミナル２４６と、第１ボビン２４１と第２ボビン２４２とを結合状態で密封するためのカバー２４７と、を含んで構成される。

第１及び第２ボビン２４１、２４２は、アウターステータ１１０の内周から外周方向に順次配置される。ここで、第２ボビン２４２は、第１コイル１３１が巻線された第１ボビン２４１の開口側を覆蓋するように装着され、カバー２４７は、第２コイル１３２が巻線された第２ボビン２４２の開口側を覆蓋するように装着される。
ターミナル２４６には、第１コイル１３１の引込み線１３５及び引出し線１３６と第２コイル１３２の引込み線１３７及び引出し線１３８とが接続される。

一方、図１０に示した場合は、第１ボビン２４１及び第２ボビン２４２は、可動子１６０の運動方向に順次配置される。この場合、第１コイル１３１及び第２コイル１３２の形状を互いに同一にするので、第１コイル１３１及び第２コイル１３２の抵抗及び逆起電力の大きさを互いに同一にすることができる。
このように、第１ボビン２４１及び第２ボビン２４２が可動子１６０の運動方向に順次配置される場合、第１コイル１３１の引込み線１３５及び引出し線１３６と第２コイル１３２の引込み線１３７及び引出し線１３８とは、ボビン２４０の両側に延長され、ボビン２４０の両側には、第１コイル１３１及び第２コイル１３２を外部電源にそれぞれ接続する一対のターミナル２４６a、２４６bがそれぞれ装着される。

また、第１ボビン２４１及び第２ボビン２４２の内面には、第１コイル１３１及び第２コイル１３２が滑ることを防止するために少なくとも一つ以上のステップ２４８がそれぞれ形成される。
第１及び第２ボビン２４１、２４２及びカバー２４７は、絶縁性のある材料により構成される。
このような本発明の第４実施形態に係る往復動式モータは、ボビンを複数個に分けてコイルを半分ずつ巻線することにより、コイルの巻線時に発生する引張力を分散させることができるので、その引張力によってボビンが破損されることを防止し、信頼性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る往復動式モータを示した断面図である。図１の往復動式モータのボビン及びコイルを示した断面図である。図１の往復動式モータのボビン及びコイルの他の例を示した断面図である。図１の往復動式モータを制御するための運転制御装置及びその動作状態（その１）を示した回路図である。図１の往復動式モータを制御するための運転制御装置及びその動作状態（その２）を示した回路図である。本発明の第２実施形態に係る往復動式モータの運転制御装置及びその動作状態（その１）を示した回路図である。本発明の第２実施形態に係る往復動式モータの運転制御装置及びその動作状態（その２）を示した回路図である。本発明の第３実施形態に係る往復動式モータの運転制御装置を示した回路図である。本発明の第４実施形態に係る往復動式モータのボビン及びコイルを示した断面図である。図９の往復動式モータのボビン及びコイルの他の例を示した断面図である。従来の往復動式モータを示した断面図である。図１１の往復動式モータのボビン及びコイルを示した断面図である。

符号の説明

１００、２００、３００運転制御装置
１１０アウターステータ
１１２、１２２シート
１１３ステータカバー
１２０インナーステータ
１３０、１３１、１３２コイル
１４０ボビン
１５０マグネット
１６０可動子
１７０絶縁部材

Claims

ボビンの外側に複数個のシートが積層される第１ステータと、
前記第１ステータから所定の空隙を維持して配置されて複数個のシートが積層される第２ステータと、
前記第１ステータと前記第２ステータとの間に配置されてマグネットが周囲に装着される可動子と、を含み、
前記ボビンの内側には、複数個のコイルが巻線されることを特徴とする往復動式モータ。
前記複数個のコイルは、互いに同一のターン数で巻線されることを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記複数個のコイルは、同一の直径を有することを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記複数個のコイルの間には、絶縁部材が配置されることを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記絶縁部材は、前記ボビンと一体に形成されることを特徴とする請求項４記載の往復動式モータ。
前記複数個のコイルは、前記ボビンの内周から外周方向に順次配置されることを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記複数個のコイルは、前記可動子の運動方向に順次配置されることを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記ボビンは、前記複数個のコイルがそれぞれ巻線された複数個のボビンにより構成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記複数個のボビンは、前記第１ステータの内周から外周方向に順次配置されることを特徴とする請求項８記載の往復動式モータ。
前記複数個のボビンは、前記可動子の運動方向に順次配置されることを特徴とする請求項８記載の往復動式モータ。
前記複数個のコイルを互いに直列または並列に選択的に接続し、往復動式モータの運転を制御する運転制御装置を含むことを特徴とする請求項１記載の往復動式モータ。
前記運転制御装置は、前記複数個のコイルを互いに直列または並列に連結させる切換手段と、
モータの負荷の大きさによって前記切換手段を制御する信号を出力する制御ユニットと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１１記載の往復動式モータ。
前記制御ユニットは、モータの負荷と予め設定された基準負荷とを比較し、モータの負荷が前記基準負荷よりも小さいと前記複数個のコイルを直列に接続し、
モータの負荷が前記基準負荷よりも大きいと前記複数個のコイルを並列に接続することを特徴とする請求項１２記載の往復動式モータ。
前記制御ユニットには、予め設定されたモータの負荷の基準値が保存されるメモリが備えられることを特徴とする請求項１２記載の往復動式モータ。
前記複数個のコイルは、第１コイル及び第２コイルにより構成され、
前記切換手段は、前記第１コイルの前端に接続される接点及び前記第２コイルの後端に接続される接点を互いに接続または開放させる第１リレーと、
電源の一端側に接続される接点を前記第１コイルの後端と前記第２コイルの前端との接点に接続させるか、または、電源の前記一端側に接続される接点を前記第２コイルの後端に接続させる第２リレーと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１２記載の往復動式モータ。
前記運転制御装置には、互いに同一のキャパシタンスを有する第１及び第２キャパシタが備えられることを特徴とする請求項１５記載の往復動式モータ。
前記第１及び第２キャパシタンスは、電源に対し互いに並列をなして装着されることを特徴とする請求項１６記載の往復動式モータ。
前記第１及び第２キャパシタの何れか一つには、電源に接続または電源から遮断させる第３リレーが装着されることを特徴とする請求項１７記載の往復動式モータ。
前記制御ユニットは、モータの負荷と予め設定された基準負荷とを比較し、モータの負荷が前記基準負荷よりも小さいと前記第１キャパシタまたは前記第２キャパシタのうち何れか一つのみを接続し、
モータの負荷が前記基準負荷よりも大きいと前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタを互いに並列に接続することを特徴とする請求項１８記載の往復動式モータ。
前記第１及び第２キャパシタは、前記第１及び第２コイルにそれぞれ直接接続されるように装着されることを特徴とする請求項１６記載の往復動式モータ。
前記制御ユニットは、モータの負荷と予め設定された基準負荷とを比較し、モータの負荷が前記基準負荷よりも小さいと前記第１コイル及び前記第１キャパシタと前記第２コイル及び前記第２キャパシタとを互いに直列に接続し、
モータの負荷が前記基準負荷よりも大きいと前記第１コイル及び前記第１キャパシタと前記第２コイル及び前記第２キャパシタとを互いに並列に接続することを特徴とする請求項２０記載の往復動式モータ。
前記第１キャパシタ及び前記第２キャパシタは、前記第１コイル及び前記第２コイルの各前端に装着され、
前記制御ユニットは、モータの負荷と予め設定された基準負荷とを比較し、モータの負荷が前記基準負荷よりも大きいと前記第１キャパシタと前記第２キャパシタとを互いに接続し、
モータの負荷が前記基準負荷よりも小さいと前記第２キャパシタを前記第１コイルの後端に接続することを特徴とする請求項２０記載の往復動式モータ。
前記運転制御装置には、トライアックが備えられることを特徴とする請求項１５記載の往復動式モータ。