JP2010525767A - リニア圧縮機のリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は冷媒を圧縮するために固定部材の内側に可動部材を往復直線運動させるリニア圧縮機のリニアモータに関するものであり、特に電流がコイルに流れることによって発生する磁束損失を低減し、インダクタンスを高めることのできるリニア圧縮機のリニアモータに関するものである。
【解決手段】本発明は、コアブロックが円周方向に絶縁積層されたインナーステータと、コアブロックが円周方向に所定間隔をおいて配列され、コイルがコアブロックに巻き取られたアウターステータと、インナーステータとアウターステータ間に間隙を維持して、相互電磁気力によって往復直線運動する複数個の永久磁石とを含むことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷媒を圧縮するために、固定部材の内側に可動部材を往復直線運動させるリニア圧縮機のリニアモータに関し、特に電流がコイルに流れることによって発生する磁束損失を減らし、インダクタンスを高めることのできるリニア圧縮機のリニアモータに関する。

一般に、リニア圧縮機は、ピストンとシリンダとの間に作動ガスが吸出・吐出される圧縮空間が形成されるようにして、ピストンがシリンダの内部で直線往復運動しながら冷媒を圧縮させるように構成される。

リニア圧縮機は、駆動モータの回転力をピストンの往復直線運動力に変換するためにクランク軸などのような構成部品を含むために、運動変換による大きな機械的損失が発生するという問題がある。近年、このような問題を解決するための研究がなされている。

このようなリニア圧縮機は、特にピストンが往復直線運動するリニアモータに直接接続するようにして運動変換による機械的損失がなく、圧縮効率を向上させると共に、構造が簡単であり、このようなリニアモータに入力される電源を制御してその作動を制御できるので、他の圧縮機に比べてノイズが少なく、室内で使用する冷蔵庫などのような家電機器に多く適用されている。

図１は、従来技術によるリニア圧縮機の一例を示す図であり、図２は従来技術によるリニア圧縮機の一例の主要部を示す図であり、図３は図２のリニアモータに供給される電流を示すグラフであり、図４は図２のリニアモータの極の配置を示す図である。

従来技術によるリニア圧縮機の一例においては、図１及び図２に示すようにシェル（図示せず）内側にフレーム１、固定部材２、可動部材３、吸入弁４、吐出弁アセンブリ５、マフラーアセンブリ６、モータカバー７、支持部材８、本体カバー９、緩衝バネ(図示せず)、リニアモータ１０からなる構造体が付勢されるように設置される。

より詳しくは、固定部材２は両端が開口された中空形状であり、その一端がフレームに係止され、吐出弁アセンブリ５が固定部材２の一端を封じるように設けられるが、吐出弁アセンブリ５は吐出弁５ａ、吐出キャップ５ｂ及び吐出弁スプリング５ｃが組み立てられるように構成され、吐出キャップ５ｂから吐出された冷媒はループパイプ（図示せず）を介して振動及び雑音が低減され、シェル側の流出管(図示せず)を介して外部に吐出される。

次いで、可動部材３は一端が封じられた中空形状であり、封じられた一端が固定部材２の内側に挿入され、固定部材２と可動部材３との間に圧縮空間Ｐを形成するが、可動部材３の封じられた一端に圧縮空間Ｐに冷媒が吸入される複数個の吸入口３ａが備えられる。

ここで、可動部材３の封じられた一端に吸入弁４が固定されるが、圧縮空間Ｐの圧力の変化により可動部材３の吸入口３ａを開閉するように設置される。

次いで、マフラーアセンブリ６は、可動部材３の開口された一端に、運動方向に長くなるように形成されるが、冷媒が流動しながら圧力及び流動速度が変化するようにしてノイズを低減できるように、その内部が所定の空間に多様に分けられるように構成される。

次いで、モータカバー７がリニアモータ１０を固定するように軸方向に支持すると同時に、フレーム１にボルト固定され、本体カバー９がモータカバー７に軸方向に連結される。

本体カバー９はシェル側の流入管から流入された冷媒が通過できるように所定の吸入口が備えられる。

ここで、モータカバー７及びこれに連結された本体カバー９の間に支持部材８が設けられるが、支持部材８は可動部材３の開口された一端に固定され、可動部材３が往復直線運動すると、支持部材８はモータカバー７及び本体カバー９に緩衝バネにより軸方向に付勢されるように設置される。

次いで、リニアモータ１０は図２に示すように、固定部材２の外側に固定される円筒形状のインナーステータ１１と、半径方向に一定間隔を置いて一端がフレームに支持されると同時に、他の一端がモータカバー７に支持されるアウターステータ１２と、インナーステータ１１とアウターステータ１２との間に所定の間隔を置いて設置された永久磁石１３と、可動部材３と永久磁石１３とを連結する連結部材１４と、からなる。

ここで、インナーステータ１１は層状体が円周方向に積層されるように構成されるが、アウターステータ１２はコアブロック１２ａ、１２ａ´が円周方向に巻線されたコイル巻線体１２ｂの外周面に所定の間隔を置いて係合するようにするとともに、インサート射出された射出物１２ｃによりコアブロック１２ａ、１２ａ´がコイル巻線体１２ｂに固定されるように構成される。

上記のように構成された従来技術の動作を説明すると、次のとおりである。

入力電源がリニアモータ１０に印加されると、電流が、図３に示すように、交流波形を有してアウターステータ１２のコイル巻線体１２ｂに流れると同時に、磁束も+/-方向に交番され、インナーステータ１１とアウターステータ１２及び永久磁石１３が相互電磁気力を発生する。

ここで、図４に示すように、永久磁石１３を中心にインナーステータ１１及びアウターステータがＮ-Ｓ極に着磁したり、Ｓ-Ｎ極に着磁したりする過程を繰り返し、永久磁石１３の極Ｎ-Ｓがインナーステータ１１とアウターステータ１２の着磁した極の間に引力と斥力が作用して永久磁石１３が往復直線運動する。

したがって、永久磁石１３及びこれと連結された可動部材３、マフラーアセンブリ６が往復直線運動すると、圧縮空間Ｐの圧力が可変することにより、吸入バルブ４及び吐出バルブアセンブリ５の動作が自動的に調節され、このような動作により冷媒がシェル側に吸入管、本体カバー９の開口部、マフラーアセンブリ６、可動部材３の吸入口３ａを介して圧縮空間Ｐに吸入されて圧縮された後、吐出キャップ５ｂ、ループパイプ及びシェル側の流出管を介して外部に吐出される。

しかし、従来技術によるリニア圧縮機は、アウターステータのコアブロックの内側にコイル巻線体が設置されるため、コイル巻線体に電流が流れると、相互電磁気力によって磁束がアウターステータの内側部分、すなわちコイル巻線体を中心に発生し、このような磁束はスチール材かるなるフレーム、固定部材、可動部材及びインナーステータに沿って流れるが、磁束のうち、フレーム、固定部材、及び可動部材に沿って流れる磁束の一部に損失が生じ、リニアモータの効率が落ちるという問題点がある。

このような問題を解決するために、磁束の流れを遮断するために、フレーム、固定部材及び可動部材を非磁性材に変更することが考えられる。しかしながら、この方法によれば費用の増加及び生産性の低下などのような問題が生じる。

本発明は上記した従来技術の問題点を解決するために案出されたもので、コイル巻線位置の変更のみによって、コイルの周辺に生成された磁束損失を低減し得るリニア圧縮機のリニアモータを提供することを目的とする。

また、本発明は、コイル巻線方向を調節してインダクタンスを増大させることのできるリニア圧縮機のリニアモータを提供することを目的とする。

本発明はコアブロックが円周方向に絶縁積層されたインナーステータと、コアブロックが円周方向に所定の間隔をおいて配列され、コイルがコアブロックに巻き取られたアウターステータと、インナーステータとアウターステータ間に間隙を維持して、相互電磁気力により往復直線運動する複数個の永久磁石と、を含むことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、インナーステータのコアブロックと、アウターステータのコアブロックと、永久磁石とが互いに対応するように同じ数だけ備えられたことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、インナーステータの円周方向に隣り合うコアブロックが交互に異なる極となっており、アウターステータの円周方向に隣り合うコアブロックが交互に異なる極となっており、インナーステータとアウターステータとは互いに対応するコアブロックが異なる極となっていることを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、インナーステータはコアブロック間に設置されて、コアブロックの円周方向の磁束の流れを防止する薄い絶縁片をさらに含むことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、絶縁片はプラスチック材質であることを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、一つのコイルが、前記アウターステータのコアブロックの内周及び外周にそれぞれ巻かれていることを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の 一態様では、隣り合うコアブロックの電流方向が反対になるように、前記コイルがアウターステータのコアブロックに巻線されていることを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、コイルは、コアブロックの内周及び外周にそれぞれ巻かれていることを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、アウターステータは、各々のコアブロックを取り囲むように設置され外周面にコイルが巻かれた中空のコアガイドをさらに含むことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、コアガイドはコイルの設置空間を確保するために、両端に、半径方向に拡張された延長部を含むことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、コアガイドは非電導体であることを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、各コアガイドに一対のコアブロックが軸方向に組み立てられたことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、アウターステータのコイルは、コアブロックでインナーステータから距離が最も遠い部分に巻かれたことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、アウターステータのコイルとコアブロック間に非磁性材質のコアガイドが位置することを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

また、本発明の他の一態様では、アウターステータのコイルは隣接するコアブロックに巻かれたコイルと反対方向に巻かれたことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータを提供する。

上記のとおり構成された本発明によるリニア圧縮機のリニアモータは、コアブロックの内周及び外周にコイルが巻き取られたアウターステータと、インナーステータと、永久磁石と、を有する。したがって、コイルに電流が流れると、磁束が相対的にアウターステータの外側で発生する。この構成により、磁束がインナーステータ及びその内側に位置された部材を通るときの磁束損失を低減することができ、リニアモータの効率を増大させることができる。

また、本発明によるリニア圧縮機のリニアモータは、コイルの設置位置の変更のみによって磁束損失を低減できるため、費用の増加を抑制し、生産性を高めることができるという利点がある。

また、本発明によるリニア圧縮機のリニアモータは円周方向に所定間隔をおいて配列されたコアブロックに巻き取られたコイルの回転方向を調節してインダクタンスを高めることができ、それによってリニアモータの効率をより高めることができるという利点がある。

従来技術によるリニア圧縮機の一例を示す図である。 従来技術によるリニア圧縮機の一例の主要部を示す図である。 図２のリニアモータに供給される電流を示すグラフである。 図２のリニアモータに極の配置を示す図である。 本発明によるリニア圧縮機の一例の主要部を示す図である。 本発明によるリニア圧縮機の一例の主要部を示す図である。 図１０のアウターステータに適用されたガイドを示す図である。 図６のａ-ａ線による断面図である。 図５のリニアモータを示す図である。 図５に適用されたアウターステータを示す図である。 リニアモータの多様な実施例でコイル巻数によるインダクタンスを示す図である。

以下、本発明の実施例について添付した図面を参照して詳細に説明する。

図５は、本発明によるリニア圧縮機の一例の主要部を示す図であり、図６は本発明によるリニア圧縮機の一例の主要部を示す図であり、図７は図１０のアウターステータに適用されたガイドを示す図であり、図８は図６のａ-ａ線による断面図であり、図９は図５のリニアモータを示す図であり、図１０は図５に適用されたアウターステータを示す図である。

本発明によるリニア圧縮機の一例は、図５及び図９に示すように、フレーム１０１、固定部材１０２、可動部材１０３、モータカバー１０７、リニアモータを含むが、リニアモータはインナーステータ１１１、アウターステータ１１２、永久磁石１１３、及び連結部材１１４からなる。

ここで、フレーム１０１、固定部材１０２、可動部材１０３、モータカバー１０７は、従来と同様に構成されるので、詳細な説明は省略する。

より詳しくは、インナーステータ１１１において、積層スタックによって形成されたコアブロック１１１ａが互いに絶縁されて円周方向に配置される。このためにコアブロック１１１ａの間に層状体と同じ大きさの薄型の絶縁片１１１ｂが設置される。

インナーステータ１１１は、コアブロック１１１ａと絶縁片１１１ｂの両端にそれぞれ溝（図示せず）が備えられて、溝にＯ-リングが挿入されて溝が円周方向に連設されるように設置され、フレーム１０１に一端が支持されると同時に、固定部材の外周面に他の一端がＣ-リングにより支持されるように設置される。

ここで、コアブロック１１１ａは電流により誘導された磁束が流れても抵抗の小さい材質からなるが、絶縁片１１１ｂは電流により誘導された磁束がコアブロック１１１ａの円周方向に流れることを防止するために、絶縁体からなり、例えば、コアブロック１１１ａは８個のコアブロックで構成され、絶縁片１１１ｂはプラスチック材質でコアブロック１１１ａ間に設置される。

また、インナーステータ１１１は、アウターステータ１１２に電流が流れることにより誘導された磁束によってコアブロック１１１ａが着磁するが、隣り合うコアブロック１１１ａが互いに異なる極Ｎ-Ｓになるように着磁し、交流電源が供給され、電流によって誘導された磁束も+/-方向に変わり、隣り合うコアブロック１１１ａに着磁した極Ｎ-Ｓが可変する。

次いで、インナーステータ１１１のコアブロック１１１ａと同じ数の永久磁石１１３も円周方向に所定の間隔をおいて対応するように設置され、連結部材１１４により可動部材１０３と連結され、軸方向に往復直線運動するように設置される。

永久磁石１１３はインナーステータ１１１方向にＮ極となると、アウターステータ１１２方向にＳ極となるように構成される。

また、アウターステータは、図８及び図１０に示すように、コアブロック１１２ａ、１１２ａ´、コイル１１２ｂ、及びコアガイド１１２ｃからなるが、コイル１１２ｂがコアブロック１１２ａ、１１２ａ´の内周及び外周に巻き取られるように設置され、このようなアウターステータ１１２はインナーステータ１１１の半径方向に所定の間隔をおいて配置されるように設置される。

ここで、コアブロック１１２ａ、１１２ａ´は電流により誘導された磁束が流れても抵抗の小さな材質からなり、「┐」形状の層状体が積層されるように構成され、コアガイド１１２ｃはコイル１１２ｂが巻き取られても電流が流れない非電導体材質で製作されるが、図６及び図７に示すように、一対のコアブロック１１２ａ、１１２ａ´が軸方向から挿入され得るように中央に開口部１１２ｈが備えられた中空形状で形成され、その両端に半径方向に拡張された延長部１１２ｃ´が形成される。

したがって、アウターステータ１１２の製作過程をみると、「┐」形状の一対のコアブロック１１２ａ、１１２ａ´がコアガイド１１２ｃの軸方向に圧入されると、図８に示すように、一対のコアブロック１１２ａ、１１２ａ´が係合してコアガイド１１２ｃと共に「コ」形状で構成され、コアガイド１１２ｃ、にコイル１１２ｂが巻き取られてユニットを構成し、このようなユニットが円周方向に所定の間隔をおいて配置されるように設置される。

ここで、アウターステータ１１２のコアブロック１１２ａ、１１２ａ´は、インナーステータ１１１のコアブロック１１１ａ及び永久磁石１１３と対応する個数の円周方向に所定の間隔をおいて設置し、互いに近接したユニットはコイル１１２ｂにより誘導された電流が互いに反対方向に誘導されるように、コイル１１２ｂの巻き取られる方向が調節される。

このようなアウターステータ１１２は、フレーム１０１とモータカバー１０７の間に設置されるが、コイル１１２ｂだけで連結されたユニットに形成されることによって、一度に組み立てることは困難であるため、別途の組み立てガイド(図示せず)により各ユニットが一度にフレーム１０１とモータカバー１０７の間に挟まれて固定された後、組み立てガイドを取り外す。

このように製作されたリニアモータが作動すると、コイル１１２ｂに電流が流れてインナーステータ１１１とアウターステータ１１２及び永久磁石１１３の相互電磁気力が発生し、永久磁石が可動部材を往復直線運動させる。

コイル１１２ｂの中心が、従来のものに比べて全体的にコイルブロック１１２ａ、１１２ａ´の外側へ移動するため、コイル１１２ｂに沿って流れる電流により発生する磁束が従来に比べて軸方向中心に近い固定部材１０２及び可動部材１０３を介して流れることを減らすことができる。

アウターステータにおいて円周方向に近接したコアに誘導された電流が同じ方向に流れる第１実施例と、アウターステータにおいて円周方向へ近接したコアに誘導された電流が反対方向に流れる第２実施例と、を比較すると、第２実施例の実際のインダクタンス値は、図１１に示すように、第１実施例の実際のインダクタンス値及び第１実施例の理論的なインダクタンスの予測値より高いことが分かる。

ここで、第２実施例の実際のインダクタンス値はアウターステータのコアの個数が増えるほど第１実施例の実際のインダクタンス値及び理論的なインダクタンス予測値より高くなるが、例えば８個のコアを有するアウターステータの場合、第２実施例の実際のインダクタンス値、第１実施例の実際のインダクタンス値、理論的なインダクタンス予測値がそれぞれ２０２.０８(ｍＬ)、１０２.３５(ｍＬ)、１５７.０６(ｍＬ）となる。即ち、第２実施例のインダクタンス値が第１実施例のインダクタンス値に比べて９９.８％増加し、第１実施例の理論的なインダクタンス予測値に比べて２８.６６％増加している。このことは、第２実施例は実際の第１実施例より９９.９％、理論的な第１実施例より２８.６％磁束損失が減少することを意味する。

[式１]

上記式１によると、ｎ_tは、第１実施例のコイル巻数であり、ｎ_sは第２実施例のコイル巻数であり、Ｌ_tは第１実施例のインダクタンス値で、Ｌ_sは第２実施例のインダクタンス値であり、インダクタンス値(Ｌ_t,Ｌ_s）はコイル巻数(ｎ_t,ｎ_s）の自乗に比例する。

したがって、例えば、８個のコアを有するアウターステータは、上記式に第１実施例のインダクタンス値(Ｌ_t）と第２実施例のインダクタンス値(Ｌ_s)に１５７.０６(ｍＬ)、２０２.０８(ｍＬ）を代入すると、第２実施例のコイル巻数(ｎ_s）は第１実施例のコイル巻数(ｎ_t)の１．４倍であり、同一のインダクタンス値を得るために第２実施例のコイル巻数を第１実施例のコイル巻数(ｎ_t)より４０％程度低減することができる。

以上、本発明の実施例及び添付図面に基づいて本発明を詳細に説明したが、以上の実施例及び図面によって本発明の範囲が制限されるものではなく、本発明の範囲は後述した特許請求の範囲によって規定される。

Claims (15)

1. コアブロックが円周方向に絶縁積層されたインナーステータと、
   コアブロックが円周方向に所定間隔をおいて配列され、コイルがコアブロックに巻き取られたアウターステータと、
   前記インナーステータ及びアウターステータ間に間隙を維持して、相互電磁気力によって往復直線運動する複数個の永久磁石と、
   を含むことを特徴とするリニア圧縮機のリニアモータ。
2. 前記インナーステータのコアブロックと、前記アウターステータのコアブロックと、前記永久磁石とが互いに対応するように同じ数だけ備えられている、請求項１に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
3. 前記インナーステータの円周方向に隣り合うコアブロックが交互に異なる極となっており、前記アウターステータの円周方向に隣り合うコアブロックが交互に異なる極となっており、前記インナーステータとアウターステータとは互いに対応するコアブロックが異なる極となっている、請求項１に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
4. 前記インナーステータは、前記コアブロックの間に設置されて、前記コアブロックの円周方向の磁束の流れを防止する薄い絶縁片をさらに含む、請求項１に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
5. 前記絶縁片はプラスチック材質である、請求項４に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
6. 一つのコイルが、前記アウターステータのコアブロックの内周及び外周にそれぞれ巻かれている、請求項１に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
7. 隣り合うコアブロックの電流方向が反対になるように、前記コイルがアウターステータのコアブロックに巻線されている、請求項６に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
8. 前記コイルは、前記コアブロックの内周及び外周にそれぞれ巻かれている、請求項１に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
9. 前記アウターステータは、各々のコアブロックを取り囲むように設置され外周面にコイルが巻かれた中空のコアガイドをさらに含む、請求項８に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
10. 各々の前記コアガイドは、前記コイルの設置空間を確保するために、両端に、半径方向に拡張された延長部を含む、請求項９に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
11. 前記コアガイドは非電導体である、請求項９に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
12. 各コアガイドに一対のコアブロックが軸方向に組み立てられている、請求項９に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
13. 前記アウターステータのコイルは、前記コアブロックで前記インナーステータから距離が最も遠い部分に巻かれている、請求項１に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
14. 前記アウターステータのコイルとコアブロックの間に非磁性材質のコアガイドが位置する、請求項１３に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。
15. 前記アウターステータのコイルは、隣接するコアブロックに巻かれたコイルと反対方向に巻かれている、請求項１３に記載のリニア圧縮機のリニアモータ。

Images