JP2005237080A - Linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はリニアモータに関するものであり、特に極低温、たとえば、−200℃程度の極低温で、冷凍機用コンプレッサ、エアコンプレッサ、もしくは、水素ガス(H2)コンプレッサーに使用して好適なリニアモータに関する。 The present invention relates to a linear motor, and particularly suitable for use in a refrigerator compressor, an air compressor, or a hydrogen gas (H 2 ) compressor at a cryogenic temperature, for example, a cryogenic temperature of about −200 ° C. About.
本発明に関係するリニアモータは、、たとえば、特開2000−23441号公報(特許文献1)に開示されている。そのリニアモータを図4を参照して述べる。
図4において、リニアモータは、SS400や純鉄等から成るヨーク100および後述する永久磁石200とから構成される固定部300と、固定部300に対して軸方向に往復動する可動部400とを備えている。
ヨーク100は、円筒状の外部ヨーク100aと、外部ヨーク100aの内側に配設される内部ヨーク100bと、外部ヨーク100aと内部ヨーク100bをその一端部側において連設するサイドヨーク100cとを備えており、外部ヨーク100aの内周面には永久磁石200が固定されている。
かかる永久磁石200とヨーク300とにより、点線で示すような磁気回路が形成される。この磁気回路により、永久磁石200と内部ヨーク100b間の間隙に磁束が発生する。
A linear motor related to the present invention is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-23441 (Patent Document 1). The linear motor will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, the linear motor includes a fixed
The
The
可動部400は、一方の端部が閉鎖されている円筒状体400aと、円筒状体400aの閉鎖部400bの中心部を貫通し内部ヨーク100bの貫通孔100dを軸方向に往復動する出力軸400cと、円筒状体400aの外周に巻回されたコイル400dとを備えている。
The
このような構成のリニアモータのコイル400dにリード線500を介して交流電流を通電すると、磁束密度に比例した推力が発生し、これにより、可動部400が軸方向に往復動する。
しかしながら、このような構成のリニアモータにおいては、可動部の往復動による疲労でリード線が断線する可能性がある。その結果、ライフサイクルが短くなる可能性がある。さらに、リニアモータの保守のための負担が大きくなるという不利益がある。 However, in the linear motor having such a configuration, there is a possibility that the lead wire is disconnected due to fatigue due to the reciprocating motion of the movable portion. As a result, the life cycle may be shortened. Furthermore, there is a disadvantage that the burden for maintenance of the linear motor becomes large.
またこのリニアモータには、コイルからの動磁束によりヨーク内に渦電流損が生じ、リニアモータの効率が低下する可能性がある。効率としては、たとえば、60%未満になることもある。 Also, in this linear motor, eddy current loss occurs in the yoke due to the dynamic magnetic flux from the coil, and the efficiency of the linear motor may be reduced. For example, the efficiency may be less than 60%.
他方、コイルへの通電によって発生する磁束の方向および永久磁石による磁束の方向を可動部の移動方向と一致するように構成したいわゆる他の形式のリニアモータも知られている。
そのような他の形式のリニアモータとしては、たとえば、電磁石タイプのリニアモータ、および、中心部に配設されたシリンダー部の外周に、積層されたケイ素鋼板の複数個(たとえば、8個)を円周方向に沿って等配した「シリンダータイプのリニアモータ」が知られている。
On the other hand, so-called other types of linear motors are also known in which the direction of the magnetic flux generated by energizing the coil and the direction of the magnetic flux by the permanent magnet coincide with the moving direction of the movable part.
Examples of such other types of linear motors include, for example, an electromagnet type linear motor, and a plurality of (for example, eight) silicon steel plates laminated on the outer periphery of a cylinder portion disposed in the center portion. A “cylinder type linear motor” that is equally distributed along the circumferential direction is known.
しかしながら、電磁石タイプのリニアモータにおいては、永久磁石と対向する部分のヨークの軸方向の寸法が外部ヨークの軸方向の寸法よりも極めて小さいため、コイルによる磁束が有効に活用されないという不利益に遭遇している。 However, in the electromagnet type linear motor, the axial dimension of the yoke facing the permanent magnet is much smaller than the axial dimension of the external yoke, so that the magnetic flux generated by the coil is not used effectively. doing.
また「シリンダータイプのリニアモータ」においては、積層されたケイ素鋼板間のスペース効率(定格推力/体積)が低く、組立性も劣るという不利益に遭遇している。 Further, in the “cylinder type linear motor”, the space efficiency (rated thrust / volume) between the laminated silicon steel plates is low, and the disadvantage is that the assembling property is also inferior.
本発明は、上述した不利益を克服するリニアモータを提供することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、スペース効率を高めることができる上、組立性に優れ、またモータ効率を向上させることができるリニアモータを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a linear motor that overcomes the above disadvantages.
That is, an object of the present invention is to provide a linear motor that can improve space efficiency, has excellent assemblability, and can improve motor efficiency.
上記した目的を達成するために、本発明のリニアモータは、軸方向に往復動可能な出力軸と、出力軸の外周に半径方向に突設された複数個の平板状の磁石取付部と、磁石取付部の各両面にそれぞれ固定された永久磁石とから構成される可動部と、可動部を包囲するフレームと、フレーム内に固定され各磁石取付部の対向面間にそれぞれ配設されたヨークと、各ヨークの外周に巻回されたコイルとを備えている。各永久磁石は、磁石取付部の対向位置においては相異なる極性の永久磁石が配置されている。 In order to achieve the above-described object, the linear motor of the present invention includes an output shaft capable of reciprocating in the axial direction, a plurality of plate-like magnet mounting portions projecting radially on the outer periphery of the output shaft, A movable part composed of permanent magnets fixed to both surfaces of the magnet mounting part, a frame surrounding the movable part, and a yoke fixed in the frame and disposed between the opposing surfaces of each magnet mounting part And a coil wound around the outer periphery of each yoke. In each permanent magnet, permanent magnets having different polarities are arranged at positions facing the magnet mounting portion.
好ましくは、本発明のリニアモータの磁石取付部および/またはヨークは、ケイ素鋼板を多数枚積層したもので構成されている。 Preferably, the magnet mounting portion and / or yoke of the linear motor of the present invention is configured by laminating a large number of silicon steel plates.
さらに好ましくは、本発明のリニアモータにおける各磁石取付部の両面には、出力軸の軸方向に沿って極性の異なる永久磁石がそれぞれ配列固定されている。 More preferably, permanent magnets having different polarities along the axial direction of the output shaft are respectively arranged and fixed on both surfaces of each magnet mounting portion in the linear motor of the present invention.
また好ましくは、本発明のリニアモータは、ヨークと、可動部との間にセパレータが挿入されている。 Preferably, in the linear motor of the present invention, a separator is inserted between the yoke and the movable part.
上述した構成のリニアモータによれば、永久磁石による磁束が固定部としてのヨークに沿って円周方向に流れることから、可動部としての永久磁石が軸方向に往復動しても鉄損失を著しく小さくすることができる。 According to the linear motor having the above-described configuration, the magnetic flux generated by the permanent magnet flows in the circumferential direction along the yoke as the fixed portion. Therefore, even if the permanent magnet as the movable portion reciprocates in the axial direction, iron loss is significantly reduced. Can be small.
さらに、コイルによる動磁束も固定部としてのヨークに沿って円周方向に流れることから、鉄損失を著しく小さくすることができる。 Furthermore, since the magnetic flux generated by the coil flows in the circumferential direction along the yoke as the fixed portion, the iron loss can be remarkably reduced.
さらに、各コイルは固定部のヨークの外周に巻回されていることから、各コイルから発生する磁束が有効にヨーク内を流れ、これにより、従来のリニアモータと比較して軸方向の寸法を大幅に小さくすることができ、その結果、リニアモータを小型化することができる。 Further, since each coil is wound around the outer periphery of the yoke of the fixed portion, the magnetic flux generated from each coil effectively flows in the yoke, and thereby the axial dimension is reduced compared to the conventional linear motor. As a result, the linear motor can be miniaturized.
本発明のリニアモータの好ましい実施の形態について添付図面を参照して詳述する。
図1は本発明の一実施例におけるリニアモータの正面図であり、図2は図1に図解したリニアモータの可動部の斜視図であり、図3は図1および図2に図解した可動部の一部斜視図である。
本発明の実施の形態のリニアモータは、正面を図解している図1において、矩形状(正方形)を示すフレーム1と、このフレーム1内に収容され、略十字状の可動部2と、フレーム1と可動部2によって区分された部位3に配設され、かつフレーム1内に固定されて略台形状の4個のヨーク4と、各ヨーク4の外周に巻回されたコイル5とを備えている。
A preferred embodiment of a linear motor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1 is a front view of a linear motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a movable part of the linear motor illustrated in FIG. 1, and FIG. 3 is a movable part illustrated in FIGS. FIG.
A linear motor according to an embodiment of the present invention includes a
フレーム1は非磁性材料で形成されており、その対向する内面にはそれぞれ2個の係止部6a、6bが離間して突設している。
The
可動部は、図2に示すように、一対の軸受(不図示)に間に軸A方向に往復動可能に支持された出力軸7と、出力軸7の外周に半径方向に突設された4枚の平板状の磁石取付部8a、8b、8c、8d(8a、8b、8c、8dを代表して8として示す)と、磁石取付部8a、8b、8c、8dの各々の両面に軸方向に沿って配列固定された第1永久磁石9aと第2永久磁石9bとを備えている。
磁石取付部8の各々は、同一形状で同一寸法のケイ素鋼板を多数枚積層したもので形成することが望ましい。ケイ素鋼板の積層構成によれば、渦電流の発生を少なくすることができるからである。
As shown in FIG. 2, the movable portion is provided so as to project radially in the outer periphery of the
Each of the
第1永久磁石9aと第2永久磁石9bは、軸A方向に沿っては、互いに異なる極性の永久磁石が、たとえば、第1の磁石取付部8aの片面にはS極の永久磁石とN極の永久磁石が図中下方に向かって配列固定され、第1の磁石取付部8aの他面にはN極の永久磁石とS極の永久磁石が図中下方に向かって配列固定されている。
第2の磁石取付部8bの他面には、N極の永久磁石とS極の永久磁石が図中下方に向かって配列固定され、第2の磁石取付部8bの片面にはS極の永久磁石とN極の永久磁石が図中下方に向かって配列固定されている。
同様に、第3、第4の磁石取付部8c、8dの両面にも図中下方に向かって、S極の永久磁石とN極の永久磁石(またはN極の永久磁石とS極の永久磁石)が配列固定されている。
The first
On the other surface of the second
Similarly, on both surfaces of the third and fourth
このように、対向する磁石取付部8a、8b、8c、8dの間、たとえば、第1の磁石取付部8aと第2の磁石取付部8b間においては互いに極性の異なる永久磁石が配列されることになる。その結果、各永久磁石間に円周方向に沿って磁束φ1が発生する。
In this way, permanent magnets having different polarities are arranged between the opposing
各ヨーク4はそれぞれ、同一形状で同一寸法のケイ素鋼板を多数積層したもので構成されており、これらのヨーク4は、それぞれその上底部4aをフレーム1内の中心部に向けてかつその下底部4bの両側をフレーム1の隅部3において対向する一対の係止部6b、6cの側壁にそれぞれ当接するように配設されている。
各ヨーク4として、ケイ素鋼板を積層したものを使用すれば、渦電流の発生を少なくすることができる。
Each
If each
各ヨーク4の中央部の外周にはコイル5が配設されており、コイル5の軸線と直交する線上には他の隅部3に配設された他のコイル5が配置されている。
A
さらに、それ自身の外周にコイル5が設けられた各ヨーク4は、図1に示すように、フレーム1内の4隅に配置された後、図示しない蓋体をフレーム1に締結固定することにより、フレーム1と一体化される。これにより、フレーム1に固定されたヨーク4およびコイル5が固定部を構成することになる。
Further, as shown in FIG. 1, each
このように構成された各コイル5には、所定の周波数の励磁電流としての交流電流が通電され、これにより、前述の磁束φ1と同方向の磁束φ2が発生する。
Each
なお、ヨーク4と、可動部2との間には図示しないセパレータを挿入することが望ましい。セパレータを設けると、コイルから発生するガスの影響を防止することができる。
It is desirable to insert a separator (not shown) between the
変形態様
上述した実施の形態においては、第1永久磁石と第2永久磁石を軸方向に沿って2個配列固定した場合について述べたが、いずれか1個の永久磁石を設けてもよい。
Modified Embodiment In the above-described embodiment, the case where two first permanent magnets and two second permanent magnets are arranged and fixed along the axial direction has been described, but any one permanent magnet may be provided.
上述した実施の形態においては、4枚の磁石取付部を使用した場合について述べたが、本発明のリニアモータにおいては、磁石取付部の枚数は4枚に限定されず、リニアモータの規模に応じてその枚数を変更できる。 In the embodiment described above, the case where four magnet mounting portions are used has been described. However, in the linear motor of the present invention, the number of magnet mounting portions is not limited to four, depending on the scale of the linear motor. You can change the number.
本発明のリニアモータによれば、永久磁石による磁束が固定部としてのヨークに沿って円周方向に流れることから、可動部としての永久磁石が軸方向に往復動しても鉄損失を著しく小さくすることができ、また、コイルによる動磁束も固定部としてのヨークに沿って円周方向に流れることから、鉄損失を著しく小さくすることができる。 According to the linear motor of the present invention, since the magnetic flux by the permanent magnet flows in the circumferential direction along the yoke as the fixed portion, the iron loss is remarkably reduced even if the permanent magnet as the movable portion reciprocates in the axial direction. Further, since the magnetic flux generated by the coil flows in the circumferential direction along the yoke as the fixed portion, the iron loss can be remarkably reduced.
さらに本発明のリニアモータによれば、、各コイルは固定部のヨークの外周に巻回されていることから、各コイルから発生する磁束が有効にヨーク内を流れ、これにより、従来のリニアモータと比較して軸方向の寸法を大幅に小さくすることができ、ひいてはリニアモータを小型化することができる。 Furthermore, according to the linear motor of the present invention, since each coil is wound around the outer periphery of the yoke of the fixed portion, the magnetic flux generated from each coil effectively flows in the yoke, and thus, the conventional linear motor Compared to the above, the axial dimension can be greatly reduced, and the linear motor can be downsized.
1…フレーム、2…可動部、4…ヨーク、5…コイル、7…出力軸
8(8a、8b、8c、8d)…磁石取付部
9a、9b…永久磁石
DESCRIPTION OF
Claims (4)
該可動部を包囲するフレームと、
該フレーム内に固定され、前記複数の磁石取付部の各々の対向面間にそれぞれ配設された複数のヨークと、
該複数のヨークの各々外周に巻回されたコイルと
を備え、
前記複数の永久磁石の各々は、前記複数の磁石取付部の各々の対向位置においては相異なる極性の永久磁石が配置されている、
リニアモータ。 An output shaft capable of reciprocating in the axial direction, a plurality of plate-like magnet mounting portions projecting radially on the outer periphery of the output shaft, and permanent magnets respectively fixed to both surfaces of the magnet mounting portion A movable part having
A frame surrounding the movable part;
A plurality of yokes fixed in the frame and respectively disposed between the opposing surfaces of the plurality of magnet mounting portions;
A coil wound around the outer periphery of each of the plurality of yokes,
In each of the plurality of permanent magnets, permanent magnets having different polarities are arranged at positions facing each of the plurality of magnet mounting portions.
Linear motor.
請求項1記載のリニアモータ。 Each of the plurality of magnet mounting portions and / or each of the plurality of yokes is configured by laminating a plurality of silicon steel plates,
The linear motor according to claim 1.
請求項1または2に記載のリニアモータ。 On both surfaces of each magnet mounting portion, permanent magnets having different polarities are arranged and fixed along the axial direction of the output shaft, respectively.
The linear motor according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれかに記載のリニアモータ。
A separator is inserted between the yoke and the movable part,
The linear motor in any one of Claims 1-3.
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