JP2016101019A - リニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】制御性を向上した小型のリニアモータ、リニアモータを備えた圧縮機を提供する。【解決手段】Ｚ方向に並んだ二つの磁極４と、二つの磁極４それぞれに巻回した巻線６１，６２，６３，６４と、を有する電機子と、永久磁石３ａを有し、電機子に対してＺ方向に相対移動する可動子と、を備えるリニアモータ１であって、二つの磁極４の間に第一補助磁極５を有し、第一補助磁極５と磁極４の間にブリッジを有し、二つの巻線６１と６３、６２と６４は、電気的に接続している。【選択図】図５

Description

本発明は、リニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機に関する。

関連するリニアモータとして、特許文献１が知られている。
特許文献１は、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜いてティースと継鉄部を形成する電機子コアからなる電機子３ａ、この電機子コアの複数のティース４ｕ，４ｖ，４ｗに、コイルを巻回して形成した電機子巻線５ｕ，５ｖ，５ｗを開示している。コイルを巻回するティース４ｕ，４ｖ間およびコイルを巻回するティース４ｖ，４ｗ間には、コイルを巻回しないティース６ａを配置し、コイルを巻回するティース４ｕ，４ｖ，４ｗとコイルを巻回しないティース６ａとを交互に配置している（要約）。これにより、相間の絶縁を向上させている（第５頁第１行目〜第６行目）。

再公表特許ＷＯ２００４／０９３３０１号パンフレット

特許文献１は、３つのティース４ｕ，４ｖ，４ｗに巻回したコイルを流れる電流が互いに異なる相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）であることから、隣接するコイルの電圧が大きく異なる時間が存在し、コイル同士が接触すると短絡するおそれがある。短絡を抑制する、すなわち相間の絶縁を向上させるためにコイルを巻回しないティース６ａを配置するとコイルを配せるスペースが狭まり、モータの小型化が困難になる。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、Ｚ方向に並んだ二つの磁極と、二つの該磁極それぞれに巻回した巻線と、を有する電機子と、永久磁石を有し、前記電機子に対してＺ方向に相対移動する可動子と、を備えるリニアモータであって、二つの前記磁極の間に第一補助磁極を有し、該第一補助磁極と前記磁極の間にブリッジを有し、二つの前記巻線は、電気的に接続していることを特徴とする。

本発明によれば、制御性を向上した小型のリニアモータ、このリニアモータを搭載した圧縮機を提供できる。本発明のその他の構成、課題及び効果は、発明を実施するための形態の説明を通じて明らかにされる。

実施例１のリニアモータの斜視図 実施例１のリニアモータの正面図 実施例１の第一補助磁極の斜視図 実施例１のリニアモータのＸＹ平面断面図 実施例１のリニアモータのＹＺ平面断面斜視図 比較例のリニアモータの断面斜視図 実施例１及び比較例について、ディテント力と永久磁石の位置との関係を示す図 実施例２のリニアモータの斜視図 実施例２のリニアモータのＹＺ平面断面斜視図 実施例３のリニアモータの斜視図 実施例３のリニアモータの断面斜視図 実施例３の可動子の斜視図 リニアモータを搭載した圧縮機の斜視図 リニアモータを搭載した冷蔵庫の縦断面図

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は省略する。また、説明のため、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向という語を用いるが、重力方向は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の何れかと平行でも良いし、それ以外の方向であっても良い。
本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、等を許容する。

＜可動子及び永久磁石３ａ＞
図１は本実施例のリニアモータ１の斜視図である。図２は本実施例のリニアモータ１の正面図（Ｚ方向視図）である。

リニアモータ１は、電機子２と、平板形状の永久磁石３ａを有する可動子（不図示）を備える。可動子の形状は適用する装置に応じて適宜設計できるため、本実施例においては可動子の図示を省略する。可動子の形状は、後述する２つの磁極歯４ａの間の空隙に配置してＺ方向に移動可能であれば特に制限されず、例えば平板形状にすることができる。本実施例の可動子は、Ｙ方向に磁化した平板形状の永久磁石３ａを１つ有しているが、複数の永久磁石３ａをＺ方向に配列した構造でもよい。永久磁石３ａを複数個配列する場合は、Ｙ方向の極性を交互に反転させて配列することができる。

可動子は、電機子２に対してＺ方向に相対移動可能である。
なお、永久磁石３ａのＺ方向長さは、磁極４の中心の間隔、すなわち第一補助磁極５と２つのブリッジ７，１つの磁極４のＺ方向長さの和以下又は未満である。

＜電機子２＞
［電機子２の概要］
電機子２は、２つの磁極４、２つの第一補助磁極５、４つの端部ブリッジ６、４つの巻線６０及び４つのブリッジ７、４つの電機子固定ボルト８を有する。それぞれの磁極４は、Ｙ方向に空隙を介して対向する２つの磁極歯４ａ（磁極歯組）を有しており、各磁極歯４ａには巻線６０を巻回している。但し、巻線６０は、Ｙ方向に並ぶ２つの磁極歯４ａについて、少なくとも一方に巻回されていればよい。両方に巻回すると、より多くの磁束を供給できる点で好ましい。

Ｚ方向に並んでいる２つの磁極４の間には、磁性体である第一補助磁極５がＹ方向に対向して２つ設けられている。磁極４と第一補助磁極５のそれぞれの間には、これらの間隔を規定するブリッジ７が位置している。第一補助磁極５は、第一補助磁極歯５ａを有する。Ｙ方向に対向する２つの第一補助磁極歯５ａ（補助磁極歯組）は、永久磁石３ａのＹ方向両側に空隙を介して位置している。第一補助磁極５は、磁性体であれば特に制限されず、鉄などの金属板、Ｚ方向に積層した電磁鋼板で構成してもよいし、ソフトフェライトなどの軟磁性材料で構成してもよい。
なお、可動子及び永久磁石３ａは、磁極歯組の間の空隙に位置しており、電機子２に対してＺ方向に相対移動する。また、電機子２の形状は略直方体形状である。これにより、複数のリニアモータ１又は複数の電機子２をＸ方向又はＹ方向に効果的に並べることができる。

また、本実施例では磁極４をＺ方向に２つ配列しているが、その配列数は２つ以上ならば自由に設計可能である。例えば磁極４を３つ配列する場合、各磁極４の間に設けられる第一補助磁極５は４つとなる。

［磁極４］
電機子２は、磁束を流通させる部分の導電率及び透磁率の高い方向が、電機子２及び可動子の相対移動方向（Ｚ方向）と直交するように構成されている。すなわち、磁極４の導電率及び透磁率はＺ方向に比してＸ方向及びＹ方向に高く、異方性を有するように構成されている。本実施例では、磁極４は、磁性体である電磁鋼板がＺ方向に複数枚積層した積層鋼板を使用して構成されている。これにより、巻線６０に印加した電流により生じる磁束は、磁極４においてＸＹ平面と略平行なループを形成する。

磁極４は、図２に示すように、１つの磁極歯４ａを有する２つの半磁極（図２中、磁極４の上側半分及び下側半分）に分割可能な構成となっている。これにより、巻線６０の磁極歯４ａへの組付性や電機子２の組立性を向上できる。

［第一補助磁極５］
図３は、本実施例の第一補助磁極５の斜視図である。第一補助磁極５の基端部５ｄのＺ方向両側には、ブリッジ７が位置する。基端部５ｄには挿通孔９２が設けられている。

第一補助磁極５は、Ｙ方向に延在し、基端部５ｄ及び補助磁極歯５ａを繋ぐ連結部５ｂを有している。また、第一補助磁極５は、基端部５ｄ、連結部５ｂ及び補助磁極歯５ａで囲まれた空間を有している。空間は、第一補助磁極５をＺ方向に連通しており、Ｚ方向視において、巻線６０の配されているＸＹ寸法より大きい。これにより、空間内に巻線６０の一部を設けることができるため、巻線６０を設置可能なスペースが増加する。すなわち、巻線６０の巻数を増加させることができる。
なお、空間に代えて、基端部５ｄ、連結部５ｂ及び補助磁極歯５ａのＺ方向厚みより薄い凹部としてもよい。

＜挿通孔９１−９４＞
磁極４、第一補助磁極５、端部ブリッジ６は、それぞれ挿通孔９１，９２，９３（図２−４等参照。）を有する。ブリッジ７もまた挿通孔９４（不図示）を有する。電機子２は、挿通孔９１−９４に電機子固定ボルト８を挿通されている。これにより、Ｚ方向に積層した磁極４の積層鋼板、第一補助磁極５、端部ブリッジ６及びブリッジ７を効率よく固定できる。本実施例では、４つの電機子固定ボルト８は電機子２をＺ方向に貫通しており、電機子固定ボルト８がＺ方向両側からナット締結されることで電機子２を固定している。このため、電機子２を１つずつ組立てておくことができ、組立性が向上する。なお、電機子２を固定する部材はボルトに限られず、かしめピン等を使用できる。挿通孔を通ってＺ方向に延在する部材で電機子２を固定すると、電機子２を小型に組立てられるため好ましい。

本実施例では、挿通孔９２，９３は電機子固定ボルト８の個数と同じ４つずつであるが、挿通孔９３（図２等参照）のように、電機子固定ボルト８の個数よりも多くの挿通孔９１−９４をそれぞれ設けておくことで、例えば電機子２を複数用いてリニアモータ１を製造する場合、それぞれ組立てた電機子２を、ボルト等の別の固定部材によって纏めて固定できる。同様に、リニアモータ１を用いて圧縮機等の機器を製造する場合、リニアモータ１とシリンダブロック等を纏めて固定できる。なお、本実施例の場合、端部ブリッジ６が多くの挿通孔９３を有している。挿通孔９３に螺合する部材を使用すれば、挿通孔９１，９２，９４の個数を抑制できる。

＜巻線６０を流れる電流と、発生する磁束＞
［磁束の経路］
図４はリニアモータ１のＸＹ平面断面図である。図５はリニアモータ１のＹＺ平面断面斜視図である。図中の実線矢印はモータ駆動時における磁束の流れの一例を示している。

磁極４は、磁極歯４ａのＸ方向両側に、Ｙ方向に延在する鉄心４ｂを有している。鉄心４ｂにより２つの半磁極（図２中、磁極４の上側半分及び下側半分）を繋いでおり、永久磁石３ａ、Ｙ方向に対向する２つの磁極歯４ａ及び鉄心４ｂを含む磁気回路を構成している。巻線６０（上側巻線６１及び／又は下側巻線６２）に電流を流すと、巻線６０が巻回している磁極歯４ａを流れる磁束が発生する。上述したように、磁極４はＸＹ平面に沿った磁束のループを生じる。磁束のループの向きは、巻線６０に流す電流の向きを制御することで変更できる。本実施例では、２つの磁極４を流れる磁束のループの向きが互いに逆向き（逆位相）になるように制御して、リニアモータ１を駆動する。

なお、磁極４の形状は、磁束のループを形成できれば特に限られない。本実施例の磁極４は、磁極歯４ａの両側に鉄心４ｂを備えた、いわば「Ｅ」字型の半磁極が２つ繋がった形状であるが、他には例えば、「Ｃ」字型にすることができる。

［第一補助磁極５の磁化の抑制］
第一補助磁極５は、電機子２に起因するディテントを抑制し、リニアモータ１の制御性や静音性を向上するが、この詳細は後述する。ここでは、第一補助磁極５の磁化を抑制する構成と、その効果を説明する。

磁極４は、電磁鋼板の積層により導電率及び透磁率に上述した異方性を持つから、リニアモータ１は、ＸＹ平面に平行な磁束のループを磁極４に形成する。ブリッジ７を配していることで、磁極４及び第一補助磁極５は、ループを形成する面（ＸＹ平面）に直交する方向（Ｚ方向）に離間している。このため、磁極４から第一補助磁極５への磁束漏れを抑制できる。すなわち、ブリッジ７を配することで第一補助磁極５の磁化を抑制できる。第一補助磁極５への漏れ磁束量が多いと、第一補助磁極５の磁化の影響、磁束の飽和を考慮した設計が必要となる。したがって、磁束のループを形成する面と垂直な方向に第一補助磁極５を設けることで、第一補助磁極５の磁化を抑制できるため、設計自由度が向上し、リニアモータ１を小型化できる。

Ｚ方向への漏れ磁束をさらに抑制するために、ブリッジ７のＺ方向への導電率及び透磁率が低いと好ましい。このため、例えば、アルミ合金や一部のステンレス系金属若しくは樹脂材料といった非磁性材料や、Ｚ方向に積層した積層鋼板でブリッジ７を形成すると好ましい。ブリッジ７を非磁性材料で形成すると、第一補助磁極５への磁束漏れを効果的に抑制できるため最も好ましい。

［巻線６０の接続関係］
図５中の４つの巻線６０と４つの磁極歯４ａをそれぞれ別の符号を用いて区別して説明する。
図５に示すように、磁極歯４ａ１ｕにＹ方向で対向する磁極歯４ａ１ｄ，磁極歯４ａ１ｕにＺ方向で隣接する磁極歯４ａ２ｕ，磁極歯４ａ１ｕの斜向かいに位置する磁極歯４ａ２ｄが、それぞれ電機子２に配されている。それぞれの磁極歯４ａ１ｕ，４ａ１ｄ，４ａ２ｕ，４ａ２ｄに巻回された巻線６１，６２，６３，６４の接続関係について説明する。

Ｚ方向に並んだ巻線６１，６３は電気的に接続しており、また、Ｚ方向に並んだ巻線６２，６４は電気的に接続している。すなわち、Ｚ方向に並んだ巻線６１，６３に同相の電流が流れ、さらに巻線６２，６４に同相の電流が流れる。巻線６１及び巻線６３、並びに巻線６２及び巻線６４はそれぞれ接続しているため、これらの間の電圧は、導線の長さに起因する小さな値になる。したがって、Ｚ方向に隣接している２つの巻線６０が接触していても，部分放電等による絶縁劣化が発生しづらく，短絡が生じにくい。このため、上述の通り、第一補助磁極５のＺ方向厚みを薄くした凹部を設けたり、巻線６０を収納可能な空間を第一補助磁極５に設けたりできる。また、巻線６０の絶縁被覆処理等を簡易にできるため、巻線６０の巻数を増加し、リニアモータ１を高出力化できる。

また、Ｙ方向に並んだ巻線６１，６２を電気的に接続し、さらに、巻線６３，６４を電気的に接続している。これにより、ＸＹ平面に生じるそれぞれの磁束のループを形成する電流の位相を揃えることができる。
なお、これらの巻線６０の接続は、それぞれ直列でも並列でも良い。また、巻線６０に流す電流は、それぞれ正弦波交流電流や矩形波交流電流にできる。インバータを利用して成形した波形でも良いし、直流電流を連続して又は離散して印加しても良い。

［磁極歯４ａの磁化の関係］
上述のように本実施例では、巻線６０の電流が誘起するＸＹ平面の２つの磁束のループが互いに逆向きになるように構成している。すなわち、磁極歯４ａ１ｕがＮ極に磁化しているとき、対向する磁極歯４ａ１ｄ、及び隣接する磁極歯４ａ２ｕは異極であるＳ極に、斜向かいの磁極歯４ａ２ｄは同極であるＮ極に磁化する。これは、巻線６１−６４の巻方向や印加する電流の向きを調整して行うことができる。

これにより、ブリッジ７を介して磁束が漏れたとしても、第一補助磁極５には互いに逆位相の磁束が通過する。このため、第一補助磁極５の磁化を抑制できる。

＜ディテントの抑制＞
可動子が受ける力は、永久磁石３ａが受ける力の和に相当する。可動子が有する１つ以上の永久磁石３ａそれぞれは、磁極歯４ａの磁化による磁力と、電機子２の磁性体部分から受けるディテントによる力（磁気吸引力）を受ける。

ディテントは、永久磁石３ａと電機子２の磁性体部分との相対位置関係で決定する。可動子はＺ方向に移動するため、永久磁石３ａのＺ方向位置によるディテントの変動が大きいと、可動子の駆動に際して推力リップルが生じ、リニアモータ１の制御性が悪化する要因になる。複数の電機子２を設ける場合は、多相駆動構造にしたり、電機子２のピッチを最適化したりすることでディテントを相殺した設計ができる可能性がある。しかし、複数の電機子２や複数の相を前提にした設計をすると、リニアモータ１の小型化が困難になる。

本実施例では、電機子２に第一補助磁極５を設けることで、電機子２に起因するディテントを抑制している。このため、複数の電機子２や複数の相を用いた多相駆動のみならず単相駆動のリニアモータ１でも制御性を向上できる。以下、詳細に説明する。

［比較例のディテント力］
まず、比較例におけるディテント力Ｆについて説明する。図６は、比較例に係るリニアモータ１０の断面斜視図である。比較例に係るリニアモータ１０は、電機子が第一補助磁極５を持たない点以外は本実施例に係るリニアモータ１と同様の構成である。図７は、本実施例及び比較例について、永久磁石３ａが受けるディテント力Ｆ（縦軸）と永久磁石３ａの中心のＺ方向位置（横軸）との関係を示す図である。ディテント力Ｆは、＋Ｚ軸方向を正としている。ここでは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の正方向を＋Ｘ，＋Ｙ，＋Ｚ方向といい、これと反対の方向を−Ｘ，−Ｙ，−Ｚ方向という。
Ａ点は磁極歯４ａ１ｕ，磁極歯４ａ１ｄからなる磁極歯組４ａ１のＺ座標を示し、Ｃ点は磁極歯４ａ２ｕ，磁極歯４ａ２ｄからなる磁極歯組４ａ２のＺ座標を示している。また、Ｂ点はＡ点及びＣ点の中点であり、第一補助磁極歯５ａｕ，第一補助磁極歯５ａｄからなる補助磁極歯組のＺ座標である。Ｄ点はＡ点及びＢ点の中点であり、Ｅ点はＢ点及びＣ点の中点である。

Ａ点に位置する永久磁石３ａは、主に磁極歯組４ａ１から磁気吸引力を受けるものの、それぞれが＋Ｙ方向、−Ｙ方向の力のため相殺し、この合力は０となる。そのため、磁極歯組４ａ１に起因するディテント力Ｆは０である。磁気吸引力は距離の逆二乗に比例するため、磁極歯組４ａ２に起因して＋Ｚ方向に加わるディテント力Ｆは小さな値になる。ここでは説明の便宜上、無視する。
永久磁石３ａが＋Ｚ方向に移動してＤ点に到達すると、永久磁石３ａが磁極歯組４ａ１から受ける磁気吸引力には−Ｚ方向の成分が生じる。同時に、永久磁石３ａは磁極歯組４ａ２に近づいているため、磁極歯組４ａ２による＋Ｚ方向の磁気吸引力も比較的大きな影響になる。しかし、磁極歯組４ａ１から受ける磁気吸引力の方が磁極歯組４ａ２から受ける磁気吸引力より大きいため、ディテント力Ｆは負値となる。
さらに永久磁石３ａが＋Ｚ方向に移動して二つの磁極４の中間位置Ｂ点に到達すると、ディテント力Ｆは再び０となる。これは、磁極歯組４ａ１，磁極歯組４ａ２から受ける磁気吸引力が互いに反対向きで等しい大きさであるため、合力が０になるからである。
さらに永久磁石３ａが＋Ｚ方向に移動してＥ点に到達すると、磁極歯組４ａ２の磁気吸引力が支配的になるため、ディテント力Ｆは正値となる。
そして永久磁石３ａがＣ点に到達すると、磁極歯組４ａ２に起因するディテント力Ｆは０となる。磁極歯組４ａ１に起因して−Ｚ方向に加わるディテント力Ｆは小さな値になるためである。

よって比較例に係るリニアモータ１０では、ディテント力Ｆと永久磁石３ａの位置Ｚとの関係は図７中の破線のようになる。電機子２のＺ方向内側にあるＤ点やＥ点では、永久磁石３ａが電機子２から大きなディテント力Ｆを受けることがわかる。

［本実施例のディテント力］
次に、第一補助磁極５をＢ点に有する本実施例のリニアモータ１におけるディテント力Ｆについて説明する。本実施例のリニアモータ１に生じるディテント力Ｆは、比較例に係るリニアモータ１０の永久磁石３ａに生じる磁気吸引力と、永久磁石３ａが第一補助磁極５から受ける磁気吸引力との和になる。

例えばＡ点においては、第一補助磁極５から永久磁石３ａが受ける＋Ｚ方向の磁気吸引力が存するため、ディテント力Ｆは比較例より絶対値の大きな正値となる。
同様の理由で、Ｃ点では第一補助磁極５から永久磁石３ａが受ける−Ｚ方向の磁気吸引力が存するため、ディテント力Ｆは比較例より絶対値の大きな負値となる。
中間位置Ｂ点では、第一補助磁極５から永久磁石３ａが受ける磁気吸引力のＺ方向成分は０となる。そのため、ディテント力Ｆは比較例と同様、０の値をとる。なお、第一補助磁極５は、Ｙ方向に２つが対向した補助磁極歯組を形成せずに、Ｙ方向に１つのみの第一補助磁極５を設けても良い。本実施例では、補助磁極歯組を形成しているため、永久磁石３ａが受けるディテント力のＹ方向成分もまた０にできる。ディテント力のＹ方向成分を０にすることで，可動子をＹ方向に保持する機構（不図示）に加わる力を低減でき，保持機構での摩擦損失発生を抑制することが可能となる。
Ｄ点では第一補助磁極５から永久磁石３ａが受ける＋Ｚ軸正方向の磁気吸引力が働くため、ディテント力Ｆは比較例よりも絶対値の小さな負値となる。同様の理由で、Ｅ点におけるディテント力Ｆも比較例よりも絶対値の小さな正値となる。

その結果、本実施例におけるディテント力Ｆと永久磁石３ａの位置Ｚとの関係は図７中の実線のようになる。ディテント力Ｆの最大振幅値を比較例より低減できるため、制御性を向上できる。また、電機子２のＺ方向内側にあるＤ点やＥ点でのディテント力を抑制できるため、永久磁石３ａの運動範囲からＡ点及びＣ点近傍を除くように駆動することで、さらに制御性を向上できる。

また、上述の構成により第一補助磁極５の磁化を抑制できるため、リニアモータ１の制御性を向上しつつ小型化できる。

＜その他の構成＞
［磁極４の積層方向］
Ｘ方向に積層した電磁鋼板を用いて磁極４を作成しても良い。この場合、リニアモータ１はＹＺ平面に平行なループを形成する磁束で駆動することになるため、ブリッジ７を磁性体にして磁束を通過させることが好ましい。但し、この場合は第一補助磁極５に磁束が漏れやすくなるため、上述の通り、第一補助磁極５の磁化の影響、磁束の飽和を考慮した設計が必要となる。したがって、小型化の観点からはＺ方向に積層した電磁鋼板を用いて磁極４を作成することが好ましい。

ここで、上述した通り、第一補助磁極５に対してＺ方向両側に隣接する２つの磁極歯４ａを通過する磁束は逆向き（逆位相）である。このため、第一補助磁極５を流れる磁束を一部又は全部相殺できる。したがって、Ｘ方向に積層した電磁鋼板を用いて磁極４を作成しても、第一補助磁極５の磁化を抑制し得るので、第一補助磁極５が磁化しないものとしてリニアモータ１を小型化して設計し得る。但し、永久磁石３ａが補助磁極歯５ａの真正面（Ｂ点）からずれている間は、第一補助磁極５への磁束漏れが生じやすくなる。このため、漏れ磁束による影響によりリニアモータ１の制御性が悪化するおそれがある。したがって、制御性と小型化の両立の観点からも、Ｚ方向に積層した電磁鋼板を用いて磁極４を作成することが好ましい。

なお、上述した特許文献１の電機子は、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜いたものである（第４頁第３２行目）。すなわち、特許文献１の図１の紙面平行方向にそれぞれの電磁鋼板が延在している。このため、特許文献１のリニアモータは、可動子と電機子の相対移動方向に対する導電率及び透磁率が、これに直交する方向に比して大きい。これにより、コイルを巻回したティースだけでなく、コイルを巻回しないティースにも大きな磁束が流れる（第７頁第１９行目〜第３６行目）。したがって、モータの小型化又は制御性と小型化の両立が困難である。

［永久磁石３ａと磁極７の個数の関係］
小型化等の観点から、可動子が有する永久磁石３ａの個数と電機子２の磁極４の個数の合計は奇数であることが好ましい。小型化の観点から最も好ましいリニアモータ１は、磁極４が２つ、かつ、永久磁石３ａが１つである。

［可動子の運動範囲］
第一補助磁極５の形状や材質によっては、電機子２の端部である図５中のＡ点およびＣ点近傍においてディテントが大きくなる。このため、電機子２の端部を永久磁石３ａの運動範囲から除くように制御することで、ディテント力Ｆが小さい領域でのみリニアモータ１を駆動できる。すなわち、永久磁石３ａが２つの磁極歯組４ａ１，４ａ２のＺ方向内側で運動するように制御することで、リニアモータ１の制御性を向上できる。永久磁石３ａと磁極歯組４ａ１，４ａ２の位置の基準は、それぞれ、永久磁石３ａのＺ方向中心位置、磁極歯組４ａ１，４ａ２のＺ方向中心位置にできる。ディテントを最も抑制する観点からは、磁極歯組４ａ１，４ａ２の最もＺ方向内側の位置より、永久磁石３ａの全部が内側に位置するように制御すると良い。

［電機子２と可動子の態様］
本実施例のリニアモータ１は、可動子が駆動し、電機子２が固定されるムービングマグネット型モータであるが、可動子が固定されて電機子２が可動するムービングコイル型モータとして構成しても良い。
なお、本実施例の電機子２を複数個Ｚ方向に配して、多相駆動するリニアモータ１を構成しても良い。
また、Ｙ方向に対向する２つの第一補助磁極５は、鉄心により繋がっていても良い。

＜効果＞
本実施例によれば、電機子２の２つの磁極４の間に第一補助磁極５を設けることで、電機子２に起因するディテントを抑制し、制御性を向上できる。
また、磁極４の導電率及び透磁率の高い方向が、電機子２及び可動子の相対移動方向（Ｚ方向）と直交するように構成しているため、第一補助磁極５の磁化を抑制し、小型化と制御性の向上の一方又は両方を実現できる。
さらに、第一補助磁極５に空間又は凹部を設けることで、巻線６０の巻数を向上し、小型化と高出力化を両立できる。なお、Ｚ方向に隣接する巻線に流れる電流は、同相であれば同位相でも逆位相でも良い。

本実施例によれば電機子２に起因するディテントを抑制できるため、少数の電機子２又は小型の電機子２（すなわち、少数の磁極歯４ａ）によっても制御性を向上できる。したがって、制御性の向上と小型化を両立できる。
また、Ｙ方向に対向する磁極歯組４ａ１、４ａ２を有し、また、補助磁極歯組５ａを有するため、Ｙ方向のディテントを相殺できる。

また、挿通孔及び電機子固定ボルト８等の固定部材を用いることで、組立性の向上や小型化が実現できる。

本発明の実施例２について図８，９を用いて説明する。本実施例の構成は、以下の点を実施例１と異なるものにすることができる。

図８は本実施例のリニアモータ１の斜視図である。図９は本実施例のリニアモータ１の断面斜視図である。

［第二補助磁極５０］
本実施例では、電機子２の両側（磁極４のＺ方向外側）に、端部ブリッジ６を介して磁性体である第二補助磁極５０を配置している。端部ブリッジ６により、磁極４と第二補助磁極５０がＺ方向に離間するため、第二補助磁極５０への磁束漏れを抑制できる。第二補助磁極５０は第一補助磁極５と同様の構成にでき、また、端部ブリッジ６は、ブリッジ７と同様の構成にできる。第二補助磁極５０は固定部材を挿通可能な挿通孔（不図示）を有している。
以下、第一補助磁極５と第二補助磁極５０を纏めて「補助磁極５，５０」と記載する。

磁極４のＺ方向両側には、補助磁極５，５０が位置している。すなわち、磁極４のＺ方向内側には第一補助磁極５が位置し、Ｚ方向外側には第二補助磁極５０が位置している。すなわち、磁極歯組４ａ１，４ａ２の位置であるＡ点およびＣ点からみて＋Ｚ方向及び−Ｚ方向それぞれに補助磁極５，５０が位置するため、Ａ点およびＣ点においてディテント力Ｆを低減できる。

本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏することができる。また、電機子２の端部近傍であるＡ点およびＣ点のディテント力を抑制することで、可動子のＺ方向可動範囲を大きくしても制御性を維持できる。よって、制御性の向上とリニアモータ１の高出力化を両立できる。

［片側磁極構造］
本発明の実施例３について図１０乃至１２を用いて説明する。本実施例の構成は、以下の点を実施例１，２と異なるものにすることができる。
図１０は、本実施例のリニアモータ１１の斜視図、図１１は本実施例のリニアモータ１１のＹＺ平面断面斜視図、図１２は本実施例の可動子の斜視図である。

電機子２０は、ブリッジ７の間に、交互に磁極４と第一補助磁極５を有している。本実施例のリニアモータ１１は、磁極４を６つ、第一補助磁極５を５つ有しているが、磁極４が２つ以上、第一補助磁極５が１つ以上であれば特に限られない。また、電機子２０はＺ方向端部に端部ブリッジ６を有している。

可動子は永久磁石３aとバックヨーク３０を備えている。永久磁石３ａの近傍かつＸ方向外側には、Ｚ方向に延在する凹条３０ａを設けている。ここで永久磁石３ａのＸ方向長さは凹条３０ａのＸ方向の間隔より短い。これにより、ＸＹ平面をループする磁束が永久磁石３ａ及び磁極歯４ａ，４ｂを通過し易くなり、漏れ磁束を低減できる。凹条３０ａを設けることで、磁束が永久磁石３ａを回避することを抑制できるため、高効率なリニアモータ１１を提供できる。

本実施例によれば、実施例１又は２と同様の効果を奏することができる。また、Ｙ方向寸法がより小型なリニアモータを提供できる。

＜リニアモータを搭載した機器＞
本実施例では、リニアモータ１，１１を備える機器について説明する。以下では、リニアモータ１を備える機器について説明する。

［圧縮機１００］
図１３は、リニアモータ１を搭載した機器の一例である圧縮機１００の斜視図である。
圧縮機１００は、圧縮要素１１０と電動要素１２０とを有するレシプロ圧縮機である。電動要素１２０は電機子２と可動子を有する。

平板状の可動子３には平板状の永久磁石３ａが設置されており、Ｚ方向一端にはピストン１１２が取り付けられている。電動要素１２０の巻線６０へ電流を流すことにより、可動子３にＺ方向を往復動する力が付与され、可動子３に取り付けられたピストン１１２がシリンダ１１１ａ内を往復運動する。

圧縮要素１１０は、シリンダ１１１ａを形成するシリンダブロック１１１と、シリンダブロック１１１端面に組み立てられるシリンダヘッド（不図示）を備えている。シリンダ１１１ａ内に供給された作動流体はピストン１１２の往復動によって圧縮される。

可動子３は共振ばね１１４と連結している。可動子３を特定の周波数にて往復運動するように電動要素１２０を駆動させると、共振ばね１１４の復元力の作用により共振現象が発生する。共振現象が発生している時は、少ない加振力で可動子３を往復運動させることができる。そのため、共振周波数付近で電動要素１２０を駆動させると、少ない消費電力にてピストン１１２の往復運動による作動流体の圧縮を行うことができる。

本実施例の圧縮機１００は、第二補助磁極５０を有している。第二補助磁極５０は挿通孔９４を複数有している。また、シリンダブロック１１１は、挿通孔９５を有している。これにより、電機子２の磁極４、第一補助磁極５、端部ブリッジ６、ブリッジ７などを固定及び締結する電機子固定ボルト８（第一固定部材）に加えて、シリンダブロック１１１を電機子２に固定するシリンダ固定ボルト８０（第二固定部材）を挿通することができる。

第一固定部材を挿通する挿通孔９１，９２，９３，９４のＸ方向位置とは異なる位置の挿通孔９４及び挿通孔９５に第二固定部材を挿通して、電機子２及びシリンダブロック１１１を固定できる。

シリンダ固定ボルト８０は、電機子固定ボルト８と同様に、電機子２を貫通するものであっても良いが、第二補助磁極５０の挿通孔９４に螺合可能にしてもよい。こうすることで、電機子２のＺ方向端部の部材である第二補助磁極５０以外の部材（磁極４、第一補助磁極５、端部ブリッジ６、ブリッジ７）に、シリンダ固定ボルト８０を挿通するための挿通孔を設けなくとも、電機子２とシリンダブロック１１１を固定できる。また、シリンダ固定ボルト８０が磁性体であるとき、Ｚ方向に磁束が漏れることを抑制できる。
なお、磁束漏れの抑制の観点から、第一固定部材及び／又は第二固定部材を非磁性体で形成すると好ましい。

第一固定部材、第二固定部材という２種類の固定部材を使用することで、まず電機子２を組立てた後、電機子２に対して圧縮要素１１０を取り付けることができるため、組立性を向上できる。固定部材としては、ボルトやかしめピンなど種々公知の部材を用いることができる。

電機子固定ボルト８は、電機子２を貫通して両側から締め付け固定することで、磁極４、第一補助磁極５、端部ブリッジ６、ブリッジ７及び第二補助磁極５０を固定できる。

なお、電機子２にその他の部材を設けても良く、例えば第二補助磁極５０とシリンダブロック１１１との間にその他の部材を設けても良い。具体的には、複数の挿通孔を備えるエンドフレーム（不図示）を第二補助磁極５０よりＺ方向外側に設けても良い。このとき、第二補助磁極５０は電機子２のＺ方向端部の部材ではなくなるため、シリンダ固定ボルト８０を挿通するための挿通孔９４を備えなくても良い。電機子２及びエンドフレームを電機子固定ボルト８で固定し、シリンダブロック１１１及びエンドフレームをシリンダ固定ボルト８０で固定すれば、同様の効果が得られる。

また、本実施例の圧縮機１００は、圧縮要素１１０と電動要素１２０、より具体的には、例えば電機子２とシリンダブロック１１１とを固定、組立した形状が、略直方体である。これにより、複数個の圧縮機１００を効率よく設置することが可能である。
上記の様にすることで、リニアモータ１を搭載した圧縮機１００を提供できる。なお、リニアモータ１１を搭載した圧縮機もまた、同様にして提供できる。

［冷蔵庫２００］
次に、リニアモータ１又は上述した圧縮機１００を搭載した機器の一例である冷蔵庫２００について説明する。
図１４は、リニアモータ１を搭載した冷蔵庫２００の縦断面図である。
図１４において、リニアモータ１は、圧縮機１００を搭載した密閉型圧縮機１０００に組み込まれている。冷蔵庫２００は断熱箱体２１０を有している。密閉型圧縮機１０００は断熱箱体２１０と仕切部２１１が囲む領域に配されており、密閉型圧縮機１０００、放熱パイプ、キャピラリーチューブ、冷却器２６０を繋ぐことで、Ｒ６００ａ等の冷媒を用いた冷凍サイクルが形成されている。

冷蔵庫２００は、貯蔵室の一例として冷蔵室２２０、上段冷凍室２３０、下段冷凍室２４０、野菜室２５０を有しており、これら庫内空間は密閉型圧縮機１０００の駆動により冷凍サイクル（図示せず）が動作することで冷却される。

本実施例の冷蔵庫２００は、断熱箱体２１０と仕切部２１１とで略直方体形状をなしている。断熱箱体２１０の外側に位置する密閉型圧縮機１０００は野菜室２５０の後方（図中、右方向）に位置しているため、野菜室２５０の収納容量を低減する。このため、冷蔵庫２００の大容量化を実現するには、密閉型圧縮機１０００は小型であることが好ましい。本実施例のリニアモータは小型に形成できるため、密閉型圧縮機１０００を配する機械室を縮小して、野菜室２５０を大容量化できる。なお、野菜室２５０の設定温度帯を変えて、冷凍室２５０や冷蔵室２５０としてもよい。

なお、密閉型圧縮機１０００の配置場所は特に制限されず、断熱箱体２１０の任意の近傍領域に設けることができる。例えば、何れかの貯蔵室の後方又は近傍でも良い。

［その他の機器］
リニアモータ１，１１を搭載する機器は特に限られず、圧縮機や冷蔵庫の他、電動ポンプやＸＹステージなど種々の用途の機器に適用できる。例えば冷凍空調用途では、エアコンや冷凍冷蔵ショーケース等のシステムに適用することも可能である。

１，１１…リニアモータ
２…電機子
３…可動子
３０…バックヨーク
３ａ…永久磁石
４…磁極
４ａ…磁極歯
４ｂ…鉄心
５…第一補助磁極（補助磁極）
５ａ…補助磁極歯
５ｂ…連結部
５ｄ…基端部
５ｅ…補助磁極貫通穴
６…端部ブリッジ
７…ブリッジ
８…電機子固定ボルト（第一固定部材）
１０…比較例のリニアモータ
５０…第二補助磁極（補助磁極）
６０−６４…巻線
８０…シリンダ固定ボルト（第二固定部材）
９０−９５…挿通孔
１００…圧縮機
１１０…圧縮要素
１１１…シリンダブロック
１１１ａ…シリンダ
１１２…ピストン
１１３…シリンダヘッド
１１４…共振ばね
１２０…電動要素
２００…冷蔵庫
２１０…断熱箱体
２１１…仕切部
２２０…冷蔵室
２３０…上段冷凍室
２４０…下段冷凍室
２５０…野菜室
１０００…密閉型圧縮機

Claims (10)

1. Ｚ方向に並んだ二つの磁極と、
   二つの該磁極それぞれに巻回した巻線と、を有する電機子と、
   永久磁石を有し、前記電機子に対してＺ方向に相対移動する可動子と、を備えるリニアモータであって、
   二つの前記磁極の間に第一補助磁極を有し、
   該第一補助磁極と前記磁極の間にブリッジを有し、
   二つの前記巻線は、電気的に接続していることを特徴とするリニアモータ。
2. 二つの前記巻線を流れる電流によりそれぞれ発生する磁束の向きは、互いに逆向きであることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記電機子は、Ｘ方向及びＹ方向に対する導電率及び透磁率が、Ｚ方向に対する導電率及び透磁率より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 前記ブリッジは、非磁性体であることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載のリニアモータ。
5. 前記第一補助磁極は、Ｚ方向に連通した空間を有し、
   該空間は、Ｚ方向視において、前記巻線のＸＹ寸法と等しい又はそれ以上の大きさであることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載のリニアモータ。
6. 二つの前記磁極の一方又は両方のＺ方向外側に、端部ブリッジを介して第二補助磁極を設けたことを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載のリニアモータ。
7. 二つの前記磁極、及び前記第一補助磁極それぞれのＹ方向に対向して、他の二つの磁極、及び他の第一補助磁極を有することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項に記載のリニアモータ。
8. 請求項１乃至７何れか一項に記載のリニアモータと、
   シリンダブロックと、を備える圧縮機であって、
   前記電機子の挿通孔を介してＺ方向に挿通する第一固定部と、
   前記シリンダブロック及び前記電機子の挿通孔を介してＺ方向に挿通する第二固定部と、を有することを特徴とする圧縮機。
9. 前記第二固定部材は、前記電機子のＺ方向端部に設けた部材の挿通孔と螺合可能であることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機。
10. 前記シリンダブロック及び前記電機子を固定した形状は、略直方体であることを特徴とする請求項８又は９に記載の圧縮機。