JP2018064412A - リニアモータ及びリニアモータを有する圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の使用量を低減しつつ、推力の低下を抑制する。
【解決手段】電機子と、電機子に対して第１の方向及び第１の方向の反対方向である第２の方向に相対往復動可能な界磁子と、往復動に応じて流体を圧縮するピストンと、を備える圧縮機であって、界磁子は、第１の方向に並んだ２以上の磁極を有し、磁極の一部は硬磁性部、残部は軟磁性部であり、磁極の並びのうち、真ん中より第１の方向側の磁極の一部又は全部は、軟磁性部である。
【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有する圧縮機に関する。

推力発生機構を有するリニアモータは、回転機を直線状に切り開いた形状をしており、固定子と可動子の各々に構成された磁極の間に働く磁力によって、可動子に推力を発生させる。

特許文献１には、巻線が配置された複数の磁極１と、Ｙ軸方向に沿って着磁され、隣り合う磁石で着磁方向が逆になるようにＺ方向に並んだ複数の磁石（硬磁性材）３及び磁石３を固定する磁性体（軟磁性材）のはしご状部材４を有する可動子と、を備えたリニアモータが開示されている（段落１１０３，００１４、図２等）。なお磁極１は、磁石３のピッチτに対して２倍のピッチ（２τ）でＺ方向に並べられている（段落００１５）。
特許文献２には、非磁性体金属からなる移動子１と、シリコン鉄（軟磁性材）からなり移動子１に嵌入固着された誘導子２（磁極）と、を有するリニアモータが開示されている（第２頁右下欄）。なお誘導子２のピッチＴは、固定子３側の極ピッチの１／２とされている（第２頁右下欄）。

再公表特許ＷＯ２０１３／１２４８７５号パンフレット 特開平１−１０３１５２号公報

特許文献１は、永久磁石３（硬磁性材）のみを磁極として推力を発生させようとするものである。特許文献２は、軟磁性材からなる誘導子２のみを磁極として推力を発生させようとするものである。
硬磁性材で構成される磁極は、軟磁性材で構成される磁極に比して大きな推力を得ることができるが、コスト面に鑑みると使用量を抑制することが好ましい。軟磁性材で構成される磁極は、硬磁性材で構成される磁極に比して大きな推力を得にくく、同様の推力を発揮させようとすると、機器の大形化を招来する。

本発明の目的は、硬磁性材の使用量を抑制することができ、機器の大形化を抑制可能なリニアモータ及びリニアモータを有する圧縮機を提供することにある。

なお上述した説明における符号は、特許文献１及び特許文献２で使用されている符号であり、本明細書で使用する符号とは異なる。

上記事情に鑑みてなされた第１の本発明は、電機子と、該電機子に対して第１の方向及び第１の方向の反対方向である第２の方向に相対往復動可能な界磁子と、前記往復動に応じて流体を圧縮するピストンと、を備える圧縮機であって、前記界磁子は、第１の方向に並んだ２以上又は３以上の磁極を有し、該磁極の一部は硬磁性部であり、残部は軟磁性部であり、前記磁極の並びのうち、真ん中より第１の方向側の磁極の一部又は全部は、前記軟磁性部であることを特徴とする。

また、上記事情に鑑みてなされた第２の本発明は、電機子と、該電機子に対して第１の方向及び第１の方向の反対方向である第２の方向に相対往復動可能な界磁子と、を備えるモータであって、前記界磁子は、第１の方向に並んだ２以上又は３以上の磁極を有し、該磁極の一部は硬磁性部であり、残部は軟磁性部であり、前記磁極の並びのうち、真ん中より第１の方向側の磁極の一部又は全部は、前記軟磁性部であることを特徴とする。

本発明によれば、硬磁性材の使用量を抑制することができ、機器の大形化を抑制可能なリニアモータ及びリニアモータを有する圧縮機を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１によるリニアモータの斜視図。 実施例１によるリニアモータの、（ａ）左右方向に垂直な断面図、（ｂ）前後方向に垂直な断面図。 実施例１によるリニアモータの左右方向に垂直な断面概略図であって、（ａ）前方向に推力を発生する図、（ｂ）後方向に推力を発生する図。 実施例１によるリニアモータのコイルに直流電流を通電し、可動子を移動させた場合の推力波形。 実施例１によるリニアモータを有する機器の一例である（ａ）片側にピストンを有する圧縮機、（ｂ）両側にそれぞれピストンを有する圧縮機を示す概略図。 実施例２によるリニアモータの左右方向に垂直な断面概略図であって、（ａ）前方向に推力を発生する図、（ｂ）後方向に推力を発生する図。 実施例２によるリニアモータのコイルに直流電流を通電し、可動子を移動させた場合の推力波形。 実施例２によるリニアモータを有する圧縮機の概略図。 実施例３によるリニアモータの、可動子を上方向から見た図。 実施例３によるリニアモータの、可動子を上方向から見た図。 実施例４によるリニアモータの、可動子を上方向から見た図。 実施例５によるリニアモータの斜視図。 実施例５によるリニアモータの、左右方向に垂直な断面図。 実施例５による可動子を上方向から見た図。 比較例による可動子を上方向から見た図。 実施例５によるリニアモータのコイルに三相交流電流を通電し、可動子を移動させた場合の推力波形。 実施例６による可動子を上方向から見た図 実施例７による可動子を上方向から見た図 実施例８によるリニアモータの斜視図。 実施例８によるリニアモータの、前後方向に垂直な断面図。 実施例９によるリニアモータを有する圧縮機の概略図。 実施例１０による可動子の上面図。 実施例１１によるリニアモータを有する圧縮機の斜視図。 実施例１１によるリニアモータを有する圧縮機の要部断面図。 弾性体支持部材の外観を示す獅子図。 弾性体支持部材及び共振ばねの可動子に対する取り付け状態を示す平面図。 共振ばね及び可動子の配置を模式的に示す図。 ベース板側から見た、インバータ、排気弁、電磁弁及びシリンダの位置関係を示す図。 実施例１２による冷蔵庫の構成を示す図である。 実施例１３による車両用エアサスペンションの構成を示す図である。 本発明によるリニアモータの可動子における磁極の配置を説明する図。

以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同様の説明は繰り返さない。説明のため、互いに直交する前後、左右、及び上下方向という語を用いるが、必ずしも重力方向は下向きである必要はなく、上、右、左、前若しくは後方向又はそれ以外の方向に平行にできる。従って上下方向は、機器の実装状態における上下方向（鉛直方向）とは関係が無い。

また本実施例では、前後、左右、及び上下方向がそれぞれＺ軸方向、Ｘ軸方向、及びＹ軸方向に対応するように直交座標系を設定する。なおＺ軸方向は、後述するように、可動子の移動方向、すなわち電機子と界磁子との相対的な変位方向（往復動方向）に沿う方向である。

図１は実施例１によるリニアモータ１００の斜視図、図２は実施例１によるリニアモータ１００の、（ａ）左右方向に垂直な断面図、（ｂ）前後方向に垂直な断面図である。リニアモータ１００は、固定子１および可動子２からなる。以降の説明では、電機子側を地面に対して静止させる固定子、界磁子側を地面に対して前後方向に移動させる可動子として説明するが、固定子と可動子とは逆の関係であっても良い。ピストンは、可動子側に接続する。なお、前方向及び後方向をそれぞれ第１の方向又は第２の方向と表現し、上方向又は下方向を第３の方向と表現しても良い。

［固定子１］
固定子１は、電機子３と、電機子３の前側及び後側それぞれに配置された端部部材４とからなる。電機子３は、軟磁性体のコア３００及びスペーサ３１０を有し、２つのコア３００は軟磁性体のスペーサ３１０で繋いで構成されている。これにより、２つのコア３００及びスペーサ３１０を含む磁路を形成できるようにしている。コア３００にはそれぞれ巻線５が巻回されている。
電機子３は、１つ又は２つ以上を前後方向に並べることができる。また、端部部材４は、最も前側の電機子３の前側及び／又は最も後側の電機子３の後側に設けることができる。
以下、前方向及び後方向の一方を第１の方向、他方を第２の方向とも記載する。

［コア３００］
コア３００は、後述する可動子２を挟んで対向配置された磁極歯３０１と、これら２つの磁極歯３０１をつなぐ腕部３０２とからなる。磁極歯３０１及び腕部３０２は、例えば、電磁鋼板を前後方向に積層して構成できる。磁極歯３０１には巻線５を巻回している。
腕部３０２は、巻線５及び可動子２の左右方向それぞれ外側を上下に通る軟磁性体であり、永久磁石磁極２１０から発せられ、磁極歯３０１に進入した磁束を、この磁極歯３０１に対向する別の磁極歯３０１に導くことができる。これにより、コア３００は、磁極歯３０１に対向する永久磁石磁極２１０または軟磁性磁極２２０の両面、２つの磁極歯３０１、及び腕部３０２を含む磁路を形成できる。

［スペーサ３１０］
スペーサ３１０は、隣接するコア３００を流れる磁束を通過させることができる。スペーサ３１０は、例えば、電磁鋼板を前後方向に積層して構成できる。このため、２つのコア３００の間にスペーサ３１０を配した電機子３は、永久磁石磁極２１０または軟磁性磁極２２０の前後方向間隔等の設計に応じて、２つのコア３００及び、永久磁石磁極２１０または軟磁性磁極２２０を含む磁路を形成できる。

［端部部材４］
端部部材４は、軟磁性体又は非磁性体で形成することができる。端部部材４は、前後方向に延在する貫通ボルト等（図示せず）の固定部材により自身とコア３００、及びスペーサ３１０とともに固定されている。また、端部部材４にはローラベアリング等の支持部材（図示せず）が配置され、可動子２を支持している。

［可動子２］
可動子２は、前後方向に３つの磁極を固定する非磁性体または軟磁性体からなる磁極支持部２００、並びに、磁極支持部２００に設けられた永久磁石磁極２１０（硬磁性部）及び軟磁性体で構成した軟磁性磁極２２０（軟磁性部）を有している。永久磁石磁極２１０としては、例えば、永久磁石を採用できる。軟磁性磁極２２０としては、例えば、鉄材、鋼材又は電磁鋼板等を採用できる。また、可動子２は、前後方向を長手方向としている。

本実施例の可動子２は、磁極を３つ固定した態様だが、４つ以上でも良いし２つでもよい。本実施例の永久磁石磁極２１０は、前後方向に２つ並んでいるが、１つでも良いし３つ以上でも良い。本実施例の軟磁性磁極２２０は、永久磁石磁極２１０より前側に１つ並んでいるが、永久磁石磁極２１０より後側に１つ並んでも良いし、また、２つ以上が並んでも良い。すなわち、可動子２は、一部が永久磁石磁極２１０、残部が軟磁性磁極２２０である磁極の並びを有する。永久磁石磁極２１０及び軟磁性磁極２２０それぞれの形状は、互いに略同様であることが好ましい。但し、例えば、前後方向で最も外側の磁極については、他の磁極より前後方向に短い寸法にしても良い。

永久磁石磁極２１０はそれぞれ上下方向に磁化している。２つが配されている本実施例の永久磁石磁極２１０の上面は、前側の永久磁石磁極２１０がＳ極、後側の永久磁石磁極２１０がＮ極となるように配されている。磁極の並びは、永久磁石磁極２１０に加えて軟磁性磁極２２０も含んだ並びとして考えた上で、軟磁性磁極２２０の極性を適当な方向に置換した場合、磁化配向方向が交互に反転する態様に置換できるように並べられている。具体的には、本実施例の磁極は、上側の極性について注目すると、前から後にかけて「軟磁性磁極２２０、Ｓ極、Ｎ極」の順に並んでいる。軟磁性磁極２２０の上側の極性をＮ極に置き換えた場合、磁極の並びは「Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極」と、異なる極性が交互に並んでいる態様に置換できる。本実施例の磁極の並びは、このように、上下方向に極性を有する永久磁石磁極２１０に軟磁性磁極２２０を置換することで、異なる極性が交互に並んでいるという態様に置換可能な並びである。

また、可動子２は、２つの磁極歯３０１の間、かつ２つの腕部３０２の間の空間に配されている。なお、永久磁石磁極２１０ならびに軟磁性磁極２２０は上下方向に垂直な平板形状にできる。以下、上方向又は下方向の一方を、第３の方向とも記載する。本実施例では、上下方向とは、磁極歯３０１と永久磁石磁極２１０の極性とが対向している方向である。

なお、特許文献１について、仮に、はしご状部材のうち、２つの磁石の間に位置する軟磁性材の部分をＮ極とＳ極とが入れ替わる一つの磁極であると考慮して、Ｚ軸方向に並ぶ磁性材のＹ軸方向での磁石と軟磁性材との並び（極性の並び）を考えるならば、「Ｎ極（磁石）、軟磁性材、Ｓ極（磁石）、軟磁性材」の繰り返しの並びとなっている。この場合、軟磁性材がＮ極又はＳ極に置換されると、隣接する磁石と同じ極性になる軟磁性材が存在し、異なる極性が交互に並んでいる態様にはならない。

［磁極支持部２００］
磁極支持部２００は、例えば、永久磁石磁極２１０及び軟磁性磁極２２０を嵌装する空隙を２つ、３つ又は４つ以上備えたはしご状にすることができ、接着剤等を用いて永久磁石磁極２１０及び軟磁性磁極２２０を固定できる。なお、空隙に代えて、永久磁石磁極２１０及び／又は軟磁性磁極２２０を貼付できる凹部を備えた態様にしても良い。磁極支持部２００は、軟磁性体で形成しても良いし、非磁性体で形成しても良い。

磁極支持部２００のはしご状部分のうち、前後方向において磁極２１０，２２０の間に位置する部分の前後方向幅は、磁極２１０，２２０の前後方向幅とは異なっている。本実施例では特に、このはしご状部分の前後方向幅は、磁極２１０，２２０の前後方向幅より短い。

［リニアモータ１００に加わる推力］
本実施例においては、電機子３の巻線５に、図示しないインバータから単相の電流を供給して磁極歯３０１を磁化すると、可動子２の永久磁石磁極２１０及び軟磁性磁極２２０との相互作用により前後方向に推力が発生し、可動子２が前後方向に移動する。

図３は、本実施例によるリニアモータ１００の左右方向に垂直な断面概略図であって、（ａ）前方向に推力を発生する図、（ｂ）後方向に推力を発生する図である。まず、前方向に推力を受ける場合について説明する。可動子２には３つの磁極２１０，２２０の重心が略一定の間隔で並び、３つの磁極２１０，２２０のうち、後側の２つが永久磁石磁極２１０である。３つの磁極は上述のように、前から後にかけて、上側の極性が「軟磁性磁極２２０、Ｓ極、Ｎ極」の順で配置されている。そして、巻線５には、正の電流を通電している。
実線の矢印は、或る時刻における起磁力により発生する磁化方向を示している。リニアモータ１００内の主な磁束線は破線で示すように、２つの永久磁石磁極２１０と電機子３の中をループし、２つの永久磁石磁極２１０が電機子３に引き寄せられ、可動子２は、白抜き矢印で示すように、前方向に推力を受ける。

次に、後方向に推力を受ける場合について説明する。巻線５には、負の電流を通電している。実線の矢印は、或る時刻における起磁力により発生する磁化方向を示している。リニアモータ１００内の主な磁束線は破線で示すように、中央の永久磁石磁極２１０および軟磁性磁極２２０と電機子３の中をループする。軟磁性磁極２２０の上側はＮ極に磁化され、中央の永久磁石磁極２１０および軟磁性磁極２２０が電機子３に引き寄せられ、可動子２は、白抜き矢印で示すように、後方向に推力を受ける。

図４は、本実施例によるリニアモータ１００のコイル５に正負それぞれの直流電流を通電し、可動子２を移動させた場合の推力波形を示す。黒塗りされたデータ点が実線で繋げられた３つの曲線はそれぞれ、本実施例に示した、後側の２つを永久磁石磁極２１０とし、前側の１つを軟磁性磁極２２０とした場合の推力を示す。
白塗りされたデータ点が破線で繋げられた３つの曲線はそれぞれ、比較例に相当するものであり、磁極のすべてを永久磁石磁極２１０にした場合の推力を示す。
データ点が四角形であるものは、直流電流が正方向である場合を、三角形であるものは電流がゼロである場合を、円形であるものは、直流電流が負方向である場合を、示す。

ここで、横軸である可動子２の位置は、３つの磁極２１０，２２０のうち、中央の永久磁石磁極２１０の重心が、隣り合う２つのコア３００の間の中心に位置する場合を原点とし、これより前方向を正、後方向を負としている。また、正負の電流値はいずれも同じ大きさを与えている。なお、電流がゼロである場合の推力は、コア３００及び磁極２１０，２２０間にはたらく磁気吸引力（ディテント力）によるものである。

比較例について、電流を正とした場合の推力波形及び負とした場合の推力波形は、原点を中心に回転対称に分布している。すなわち、前方向の推力と後方向の推力が対称となっている。一方、実施例は、電流ゼロの場合、コア３００及び永久磁石磁極２１０間にはたらくディテント力と、コア３００及び軟磁性磁極２２０間にはたらくディテント力とが異なる大きさとなるため、正の推力（前方向への推力）が発生し、電流を正とした推力波形と負とした推力波形とが原点を中心に対称とならない。すなわち、磁極について、永久磁石磁極２１０と軟磁性磁極２２０の並びが前後方向で非対称であることから、前方向と後方向の推力が非対称となっている。結果として、実施例の方が比較例に比して、可動子２に対する前方向の推力が大きく発生している。

このため、実施例のように構成することで、使用する永久磁石量を低減させても前方向への推力の低下を抑制できる。一方、電流を負とした推力は、比較例よりも実施例の方が小さくなる。したがって、本実施例のリニアモータ１００は、例えば、前方向に駆動する場合に要する駆動力が後方向に駆動する場合に要する駆動力より大きいことが望まれる機器に適用することが好ましい。具体的には、前方向側にピストンを配置した圧縮機が挙げられる。

図５は、本実施例のリニアモータ１００を有する機器の一例である（ａ）片側にピストン１１００を有する圧縮機１０００、（ｂ）両側にそれぞれピストン１１００，１１５０を有する圧縮機１０５０、を示す概略図である。圧縮機１０００は、リニアモータ１００、ピストン１１００、シリンダ１２００、及び接続部１３００を有する。ピストン１１００は、可動子２と接続部１３００で接続している。このため、ピストン１１００は可動子２の往復動に伴って往復動し、シリンダ１２００内の流体を圧縮及び膨張させることができる。

圧縮機１０００は、磁極の並びのうち、ピストン１１００に近い側、好ましくはピストン１１００に最も近い側に軟磁性磁極２２０を有している。これにより、前方向すなわちピストン１１００の押込み方向の推力は、後方向すなわちピストン１１００の引戻し方向の推力に比して高くなる。圧縮機１０００のピストン１１００が受ける負荷特性は、ピストン１１００押込み時には大きいが、引戻し時には小さいという特徴を有することから、本実施例の推力特性が好適である。

すなわち、流体圧縮のように、第１の方向に可動子２を移動させる際の負荷が、この第１の方向と反対である第２の方向に可動子２を移動させる際の負荷より大きいという負荷特性を持つ機器等にリニアモータ１００を適用することが好ましい。
なお、このような場合、軟磁性磁極２２０を磁極のうちで最も第１の方向側に配置することが最も好ましい。

このように、本実施例のリニアモータ１００を有する機器の一例である圧縮機１０００は、可動子２の第１の方向側又は第２の方向側に、流体を圧縮するピストン１１００を有している。そして、磁極の並びの真ん中より第１の方向側又は第２の方向側の磁極が、軟磁性磁極２２０である。軟磁性磁極２２０をピストン１１００が設けられている側に配することで、永久磁石量を低減しつつ、推力の低減を抑制できるため好ましい。しかし、ピストン１１００が設けられている側とは反対側に設けても、永久磁石量の低減という効果は奏し得る。なお、軟磁性磁極２２０は、往復動に伴い固定子３から離間し易い位置の磁極とすることが好ましい。すなわち、軟磁性磁極２２０は、前後方向で１番目に外側の磁極とすることが最も好ましく、２，３，・・・番目に外側の磁極とすることが次に好ましい。

なお、ここでいう「真ん中より第１の方向側」とは、自然数Ｎについて、磁極が２Ｎ個である場合も（２Ｎ＋１）個である場合も、「最も第１の方向側からＮ番目までの磁極」をいう。また、「真ん中」は、磁極が（２Ｎ＋１）個の場合に定義でき、「最も第１の方向側又は最も第２の方向側から数えて（Ｎ＋１）番目の磁極」をいう。

また、圧縮機１０５０は、前後方向について、ピストン１１００が備えられているのと反対側に別のピストン１１５０及び別のシリンダ１２５０が備えられている点が圧縮機１０００と異なる。ピストン１１５０は、可動子２とは別の接続部１３００で接続している。また、別のピストン１１５０及び別のシリンダ１２５０が成す容積（圧縮容積）は、ピストン１１００及びシリンダ１２００が成す容積よりも小さい。リニアモータ１００の推力特性は、後方向の推力が前方向の推力に比して小さいものであるから、このように、後側の圧縮容積が前側の圧縮容積より小さい態様にすることが好ましい。無論、各ピストン及びシリンダの成す圧縮容積を同値にすることを妨げるものではなく、同値にしても良い。

なお、本実施例では、磁極それぞれは、第３の方向に極性を有しているが、第１の方向又は第２の方向に極性を有する公知のリニアモータについて、同様に本実施例の思想を適用しても良い。すなわち、磁極として、軟磁性磁極、及び、前後方向又は左右方向に極性を有する永久磁石磁極を備えるリニアモータについて、前後方向又は左右方向に極性を有する永久磁石磁極２１０に軟磁性磁極２２０を置換することで、異なる極性が交互に並んでいるという態様に置換可能な磁極の並びを実現させても良い。

実施例２の構成は、以下の点を除き実施例１と同様にできる。
図６は、本実施例によるリニアモータ１００の左右方向に垂直な断面概略図であって、（ａ）前方向に推力を発生する図、（ｂ）後方向に推力を発生する図である。可動子２には３つの磁極２１０，２２０の重心が略一定の間隔で並び、これらのうち、中央の１つが永久磁石磁極２１０であり、その前側及び後側に軟磁性磁極２２０が配置されている。すなわち、最も前側及び最も後側の磁極は、軟磁性磁極２２０である。
磁極の並びは、前から後にかけて「軟磁性磁極２２０、Ｓ極、軟磁性磁極２２０」である。それぞれの軟磁性磁極２２０の極性を適切に置換、ここではともにＮ極に置換することで、「Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極」と考えることができる。すなわち、軟磁性磁極２２０も考慮した磁極の並びは、軟磁性磁極２２０の極性を適切に置換することで、異なる極性が交互に並んだものとなる。

まず、前方向に推力を発生する場合について説明する。巻線５には、正の電流を通電している。実線の矢印は、いずれも起磁力により発生する磁化方向を示している。リニアモータ１００内の主な磁束線は破線で示すように、中央の永久磁石磁極２１０および後側の軟磁性磁極２２０と電機子３の中をループし、後側の軟磁性磁極２２０は破線の矢印で示すようにＮ極に磁化される。中央の永久磁石磁極２１０及び後側の軟磁性磁極２２０は電機子３に引き寄せられ、白抜き矢印で示すように、可動子２は前方向に推力を受ける。

次に、後方向に推力を発生する場合について説明する。巻線５に負の電流を通電している。実線の矢印は、いずれも起磁力により発生する磁化方向を示している。リニアモータ１００内の主な磁束線は破線で示すように、中央の永久磁石磁極２１０及び前側の軟磁性磁極２２０と電機子３の中をループし、前側の軟磁性磁極２２０は破線の矢印で示すようにＮ極に磁化され、中央の永久磁石磁極２１０及び前側の軟磁性磁極２２０が電機子３に引き寄せられ、白抜き矢印で示すように、可動子２は後方向に推力を受ける。

図７は、本実施例によるリニアモータ１００のコイル５に直流電流を通電し、可動子２を移動させた場合の推力波形を示す。黒塗りされたデータ点が実線で繋げられた３つの曲線はそれぞれ、本実施例に示した、中央の１つを永久磁石磁極２１０とし前後の２つを軟磁性磁極場合２２０とした場合の推力を示す。
白塗りされたデータ点が破線で繋げられた３つの曲線はそれぞれ、比較例に相当するものであり、磁極のすべてを永久磁石磁極２１０にした場合の推力を示す。

横軸である可動子２の位置は、３つの磁極２１０，２２０のうち、中央の永久磁石磁極２１０の重心が、隣り合う２つのコア３００の間の中心に位置する場合を原点とし、これより前方向を正、後方向を負としている。また、正負の電流値はいずれも同じ大きさを与えている。

実施例は、永久磁石使用量を比較例に比して約６７％低減したものであるが、推力は、比較例に比して、平均で約２５％の減少に抑えられた。すなわち、永久磁石使用量に対する発生推力の比を向上させることができる。

本実施例によれば、永久磁石の使用量を低減したとしても、推力の減少を抑制できる。また、可動子２の前後側それぞれの磁極の配置を同様にしたことで、正に通電した場合の推力波形及び負に通電した場合の推力波形を、原点に対して略対称にできる。このため、前側及び後側それぞれに発揮する推力が同様の場合が好ましい機器に本実施例のリニアモータ１００を適用するとさらに好ましい。例えば、可動子２の往復動方向両側に、圧縮容積が略同値の流体圧縮の負荷（ピストン）が存在する圧縮機に適用することが好ましい。

図８は、本実施例のリニアモータ１００を有する圧縮機１０６０の概略図である。圧縮機１０６０は、可動子２の第１の方向及び第２の方向それぞれにピストン１１００，１１６０が接続している。また、ピストン１１００，１１６０に対応して、シリンダ１２００，１２６０が設けられている。圧縮機１０６０は、磁極のうち、最も第１の方向側及び最も第２の方向側の磁極を軟磁性磁極２２０としているため、上述のように、何れのピストン１１００，１１６０側の流体の圧縮も略均等に行うことができる。ピストン１１００及びシリンダ１２００が成す圧縮容積と、ピストン１１６０及びシリンダ１２６０が成す圧縮容積とは、略同一である。

実施例１，２にて説明したことから分かるように、軟磁性磁極２２０を、磁極の真ん中よりも負荷が大きい側に設けることで、永久磁石の使用量を低減しつつも推力の低下を、特に、軟磁性磁極２２０を設けた側の推力の低下を、抑制し易い。態様によっては推力を増加し得る。

このように、本実施例の圧縮機１０００は、可動子２の第１の方向側及び第２の方向側に、流体を圧縮するピストン１１００を有している。そして、磁極の並びの真ん中より第１の方向側及び第２の方向側の磁極が、軟磁性磁極２２０である。
なお、本実施例について、特に永久磁石磁極２１０として希土類磁石を用いる場合、リニアモータ１００の製造コストを低減したり、環境負荷を低減したりできる。また、可動子２の往復動に応じて伸縮する共振ばね(不図示)等の弾性体を設けることができる。

実施例３の構成は、以下の点を除き実施例１又は２と同様にできる。
図９は、実施例３によるリニアモータ１００、及び可動子２を上方向から見た図である。本実施例では、可動子２は、軟磁性磁極２２０として、電磁鋼板等の軟磁性体からなる薄板を前後方向に積層した軟磁性磁極２２０ａを有している。積層は、電磁鋼板等を２枚以上重ねることで実現できる。このように、電磁鋼板を前後方向に積層することで、電流の絶縁層となる空気層が形成されるため、軟磁性磁極２２０に発生する渦電流損を抑制できる。

なお、図１０に示すように、軟磁性体からなる薄板を左右方向に積層した場合も同様の効果が得られる。すなわち、薄板は、永久磁石磁極２１０の極性の向きに直交する方向に積層すると好ましい。

実施例４の構成は、以下の点を除き実施例１乃至３と同様にできる。
図１１は、実施例４によるリニアモータの、可動子２を上方向から見た図である。本実施例の可動子２は、磁極支持部２００として、軟磁性体からなる磁極支持部２００ａを有している。磁極支持部２００ａは、軟磁性磁極が設けられるべき領域にも亘っている。すなわち、磁極支持部２００ａのうち破線で示した領域を仮想的な軟磁性磁極２３０とみなすことができる。これにより、軟磁性磁極の加工・貼付等を不要とし、かつ可動子２の強度を向上できる。

仮想的な軟磁性磁極２３０は、リニアモータの往復動動作において、第３の方向からの観察において、磁極歯３０１に対向する領域に少なくとも一部が位置する（本実施例では全部が位置している。）。そして、この領域の前後方向幅ｘは、少なくとも、その他の磁極２１０，２２０の前後方向の間に位置するはしご状の部分の前後方向幅ｙより長い。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至４と同様にできる。図１２は実施例５によるリニアモータ１００の斜視図、図１３は実施例５によるリニアモータ１００の左右方向に垂直な断面図である。

［固定子１］
本実施例の固定子１は、３つの電機子３を有している。最も前側及び／又は後側の電機子３と端部部材４との間には非磁性体の非磁性スペーサ３２０を配することができる。こうすることで、電機子３から端部部材４への磁束漏れを抑制できる。

［リニアモータ１００に加わる推力］
本実施例においては、３つの電機子３の巻線５それぞれに、図示しないインバータから三相の電流を供給して磁極歯３０１を磁化する。これにより、可動子２の永久磁石磁極２１０及び軟磁性磁極２２０との相互作用により前後方向に推力が発生し、可動子２が前後方向に移動する。

図１４は、本実施例の可動子２を上方向から見た図である。本実施例の可動子２は、それぞれ同一方向に磁化された永久磁石磁極２１０と、軟磁性磁極２２０とが交互に配置されている。具体的には、上側の極性が、前から後にかけて、「軟磁性磁極２２０、Ｎ極」の繰り返しとなっている。軟磁性磁極２２０をそれぞれＳ極に置換すれば、「Ｓ極、Ｎ極」の繰り返しとなり、磁極の並びは、異なる極性が交互に並んだものとなる。
最も前側の磁極や最も後側の磁極は、上述したように、永久磁石の使用量を低減しつつ一方向の駆動力を維持したいならば、その方向側を軟磁性磁極２２０にすると好ましい推力特性が得られる。また、両方向を同様の推力にしたいならば、例えば最も前側及び最も後側の磁極を軟磁性磁極２２０にすると、永久磁石の使用量を効果的に低減できる。なお、最も前側又は最も後側の磁極を軟磁性磁極２２０にすることに代えて及び／又は追加して、２番目以降に前側又は２番目以降に後側の磁極を軟磁性磁極２２０にしてもよい。同様に、可動子２の磁極の並びについて、真ん中の磁極よりも前側の何れかを軟磁性磁極２２０にしてもよいし、真ん中の磁極よりも後側の何れかを軟磁性磁極２２０にしてもよい。また、丁度真ん中の磁極を軟磁性磁極２２０にしてもよい。何れの位置の磁極を軟磁性磁極２２０にするかで、推力特性が変化する。

図１５は、比較例として、磁極の全てを永久磁石磁極２１０にした可動子２を上方向から見た図である。比較例の可動子２は、上側の極性が前から後に掛けて、「Ｓ極、Ｎ極」の繰り返しである。

図１６は、本実施例によるリニアモータ１００のコイル５に三相交流電流を通電し、可動子２を移動させた場合の推力波形である。
図１６の実線は本実施例のリニアモータ１００に加わる推力を、破線は比較例のリニアモータに加わる推力を示す。
実施例は比較例と比べて、永久磁石使用量を５０％低減しつつ、推力は約３０％の低下に抑えられた。すなわち、永久磁石使用量に対する発生推力の比を向上させることができる。
本実施例によれば、実施例１乃至実施例４と同様の効果を奏することができる。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至４と同様にできる。図１７は、本実施例の可動子２を上方向から見た図である。上述したように、磁極の配置は、永久磁石磁極２１０及び軟磁性磁極２２０について、軟磁性磁極２２０を適切な方向に磁化した永久磁石磁極２１０に置換した場合、Ｎ極とＳ極とが交互に並んだことになればよい。例えば、図１７に例示したように、前から後にかけて「Ｓ極、軟磁性体磁極２２０、軟磁性体磁極２２０、Ｎ極、軟磁性体磁極２２０、軟磁性体磁極２２０、Ｓ極、軟磁性体磁極２２０、Ｓ極、Ｎ極」としてもよい。この場合、軟磁性体磁極２２０の極性を、前から順に、「Ｎ極、Ｓ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｎ極」と置換すれば、Ｎ極とＳ極とが交互に並んだ並びになる。すなわち、磁極の何れを軟磁性体磁極２２０とするかは、リニアモータ１００を適用する機器が許容するサイズ、推力、永久磁石使用量、等に鑑みて、適宜設計できる。この場合でも、実施例１乃至５と同様の効果を奏することができる。

図２７を用いて、永久磁石磁極２１０と軟磁性体磁極２２０との配置（並び）について、補足説明する。一個の永久磁石磁極２１０と一個の軟磁性体磁極２２０とは、前後方向における長さ寸法が等しく、等しいピッチ（間隔）τで配置されている。仮に、一つ又は複数の軟磁性体磁極２２０の両側に配置される永久磁石磁極２１０が同じ向き（図２７では上面側がＮ極）に磁化されているとすると、２つの永久磁石磁極２１０の間には、奇数個（（２ｎ−１）個、ｎは自然数）の軟磁性体磁極２２０が配置され、２つの永久磁石磁極２１０の間隔はτの奇数倍の長さ寸法（（２ｎ−１）τ、ｎは自然数）になる。仮に、一つ又は複数の軟磁性体磁極２２０の両側に配置される永久磁石磁極２１０が異なる向き（図２７では上面側がＮ極とＳ極）に磁化されているとすると、２つの永久磁石磁極２１０の間には、偶数個（２ｎ個、ｎは自然数）の軟磁性体磁極２２０が配置され、２つの永久磁石磁極２１０の間隔はτの偶数倍の長さ寸法（２ｎτ、ｎは自然数）になる。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至４と同様にできる。図１８は、本実施例の可動子２を上方向から見た図である。図１８のように、磁極２つにより構成する可動子２として、磁極の一方を永久磁石磁極２１０、他方を軟磁性磁極２２０としても良い。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至７と同様にできる。図１９は、実施例８によるリニアモータ１００の斜視図、図２０は実施例８によるリニアモータ１００の前後方向に垂直な断面図である。
本実施例のコア３００、スペーサ３１０、及び端部部材４はそれぞれ、コア３００が並んだ方向（前後方向）視で、コア３００、スペーサ３１０、端部部材４それぞれから突出した凸部３０１，３１１，４０１、および、凸部３０１，３１１，４０１に設けた締結穴３３０を有している。黒塗りの矢印は永久磁石磁極２１０の磁化方向を示し、破線の矢印はコア３００内の磁束線のループを示す。

凸部３０１および締結穴３３０をコア３００から突出させたことで、締結穴３３０がコア３００内の磁路を妨げることを抑制でき、磁束の低下を抑制できる。また、凸部３１１をスペーサ３１０から突出させ、凸部４０１を端部部材４から突出させたことで、コア３００とともにスペーサ３１０や端部部材４も共通の部材で固定することができる。また、スペーサ３１０を磁性体で形成する場合は、スペーサ３１０の磁路を妨げることを抑制できる。

凸部３０１，３１１の突出の態様は、コア３００及びスペーサ３１０それぞれについて、例えば瘤状とすることができる。また、凸部３０１，３１１周囲は、例えば、前後方向視で上、下、右、及び左側のうちの３つ側が、凸部３０１を設けたコア３００及び凸部３１１を設けたスペーサ３１０それぞれの部材外であることができる。これにより、磁路を確保しつつコア３００やスペーサ３１０の材料使用量を低減できる。なお、端部部材４については、凸部４０１は、２つの締結穴３３０を繋ぐように突出している。これにより、端部部材４の強度を向上し、各コア３００及びスペーサ３１０にも挿通しているボルト等の挿通部（不図示）を強固に固定できる。

コア３００、スペーサ３１０、及び端部部材４それぞれに設けられた締結穴３３０は、複数のコア３００、スペーサ３１０、及び端部部材４が並んだ方向に沿って貫通しており、これら並んだ締結穴３３０に挿通部を挿通することで、固定子１の構成要素を互いに固定できる。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至８と同様にできる。図２１は、実施例９によるリニアモータ１００を有する圧縮機１０７０の概略図である。

圧縮機１０７０は、リニアモータ１００、ピストン１１００、シリンダ１２００、接続部１３００、及び端部部材４を有する。ピストン１１００は、可動子２と接続部１３００で接続している。このため、ピストン１１００は可動子２の往復動に伴って往復動し、シリンダ１２００内の流体を圧縮及び膨張させることができる。接続部１３００は、可動子２の往復動方向（前後方向）について、端部部材４よりも外側に位置している。可動子２には、例えば接続部１３００とは反対の側に、可動子２の往復動に応じて伸縮する共振ばね(不図示)等の弾性体を設けることができる。

本実施例では、端部部材４の開口の高さ（可動子２から巻線５に向かう方向の寸法。本実施例では上下寸法。）をＡ、接続部１３００の高さをＢとすると、Ａ＜Ｂとしている。これによって、可動子２が後方向に大きく動いてしまった場合でも、接続部１３００が端部部材４よりも後方向に移動せず、接続部１３００がコイル５及び磁極歯３０１に接触して損傷することを抑制できる。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至９と同様にできる。図２２は、実施例１０による可動子２の上面図である。可動子２は、３つの永久磁石磁極部２１０を有しており、そのうち最前端及び／又は最後端の永久磁石磁極部２１０の前後寸法が、他の永久磁石磁極部２１０の前後寸法より短い。可動子２の往復動方向の端部は、推力に与える影響が比較的小さいため、このように構成することで永久磁石の使用量を低減できる。なお、永久磁石磁極部２１０は、４つ以上でも良い。また、一部の磁極を軟磁性磁極部２２０としてもよい。また、各磁極部の前後距離は略同一にできる。また、２つの磁極部のみを有する可動子２として、１つを軟磁性磁極部２２０とし、もう１つを軟磁性磁極部２２０の前後寸法より短い前後寸法の永久磁石磁極部２１０としてもよい。

本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１乃至１０と同様にできる。図２３は、本実施例による圧縮機１０００の斜視図、図２４は圧縮機１０００の要部断面図である。本実施例の圧縮機は、空気や冷媒を圧縮する気体圧縮機として用いることができ、可動子２の往復動方向について、電機子３の一方側に設けた共振ばね４００及び弾性体支持部材４５０と、電機子３の他方側に設けたピストン１１００、シリンダ１２００、電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂ、排気弁１５００、ドライヤ１６００、及びインバータ１７００を有する。

本実施例では、図５で説明した圧縮機１０００と同様に、ピストン１１００の押込み方向を前方向、ピストン１１００の引戻し方向を後方向として、説明する。

本実施例の圧縮機１０００では、ピストン１１００の駆動モータがリニアモータで構成されており、可動子２が扁平な板状（平板状）を成している。また、可動子２は端部部材４の後側端部から更に後方に突き出している。

シリンダ１２００には、電機子３、共振ばね４００、及び弾性体支持部４５０を収納するケーシング１８００が取付けられている。本実施例では、ケーシング１８００の前面として端部部材４を用いているが、端部部材４の前側にケーシング１８００の前面を構成する部材を設けても良い。すなわち、端部部材４をケーシング１８００の前面部材として兼用する代わりに、端部部材４とは別に前面部材を設けてもよい。

ケーシング１８００は、筒状の側面（側面部材）１８１０と後面（後面部材、底面部材）１８２０とが別体で構成されており、前後に延在する挿通部１８３０によって、底面１８２０がシリンダ１２００にベース板１９００を介して固定されている。これにより、側面１８１０は後面１８２０及びシリンダ１２００に挟持されている。

ケーシング１８００側から前方に向けて電極４６５が突出している。電極４６５は細長い棒状を成しており、一端部に巻線５の引き出し端部が電気的に接続されている。電極４６５の他端部はベース板１９００に形成された貫通孔（図示せず）を貫通してインバータ１７００の内部に挿入され、内部のインバータ回路と電気的に接続されている。

ベース板１９００にはガスの吸入吐出口１９１０が設けられている。また、ベース１９００には２つの電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂが取り付けられ、各電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂに対応してガスが流れる２つの貫通孔（ガス通路）１９２０ａ，１９２０ｂが設けられている。電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂは三方弁であり、ガスの吸入吐出弁を構成する。一方の電磁弁１４００Ａが吸入状態にある場合、他方の電磁弁１４００Ｂは吐出状態となる。一方の電磁弁１４００Ａは吸入状態において吸入吐出口１９１０から吸入したガスを、貫通孔１９２０ａを通じてケーシング１８００の内部に流す。このとき、他方の電磁弁１４００Ｂは吐出状態になっており、貫通孔１９２０ｂを通じたガスの流れを遮断する。

電磁弁１４００Ａを通じてケーシング１８００の内部に流入したガスは、可動子２と端部部材４及びベース板１９００との隙間を流れてシリンダ１２００の内部に流れ、シリンダ１２００を通じてドライヤ１６００に流れる。このために、シリンダ１２００の内部にガスを取り入れる吸入弁（図示せず）がピストンン１１００の頂面（シリンダ１２００の内部に面する面）に設けられており、シリンダ１２００の内部からガスを吐出する吐出弁（図示せず）はシリンダヘッド１２００Ａに設けられている。更に、ガスはドライヤ１６００からもう一方の電磁弁１４００ｂを通じて吐出される。電磁弁１４００Ａ及び電磁弁１４００Ｂの吸入吐出の状態が入れ替わると、ガスの流れは上述した経路の逆を辿って流れる。シリンダ１２００では必要に応じて流入したガスの圧縮を行う。ベース板１９００の貫通孔１９２０ｂが設けられた側には、吸入吐出口１９１０に対応する位置に、図示しない吸入吐出口が設けられている。

シリンダ１２００のシリンダヘッド１２００Ａには、ドライヤ１６００がシリンダ１２００の内部と連通可能な状態で取り付けられている。

共振ばね４００及び弾性体支持部材４５０の構成について、説明する。

弾性体支持部材４５０は、前後方向における共振ばね４００の一方側を可動子２に機械的に接続する部材である。なお共振ばね４００は、複数（本実施例では４つであり、好ましくは偶数個）設けられており、伸長又は圧縮される方向が前後方向に沿うように配置されている。弾性体支持部材４５０は、弾性体支持部４５０Ａが複数の共振ばね４００それぞれの前側又は後側いずれかに位置するように可動子２に取付けられている。共振ばね４００の略半分又は半分は前側の端部を弾性体支持部４５０Ａにより支持され、略半分又は半分は後側の端部を弾性体支持部４５０Ａにより支持されている。なお本実施例では、共振ばね４００はコイルばねで構成している。

図２４Ｂに、弾性体支持部材４５０の外観、また図２４Ｃに、弾性体支持部材４５０及び共振ばね４００Ｂの可動子２に対する取り付け状態を示す。なお図２４Ｃは、弾性体支持部材４５０及び共振ばね４００Ｂの後側から見た状態を示す。

弾性体支持部材４５０は、共振ばね４００の一端部を支持する弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２と、弾性体支持部材４５０を可動子２に固定する固定部４５０Ｂとが一体に形成されている。固定部４５０Ｂは前後方向（可動子２の移動方向）に沿って延設され、端部部材４から後方に突き出した可動子２の突出部分に当接した状態で、２組のボルト及びナット４６０により締結固定される。このために固定部４５０Ｂには、ボルトを通す２つの貫通孔４５３が設けられている。弾性体支持部４５０Ａ１は前後方向における固定部４５０Ｂの一端部に設けられ、弾性体支持部４５０Ａ２は前後方向における固定部４５０Ｂの他端部に設けられている。弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２は、それぞれ固定部４５０Ｂの両端部から固定部４５０Ｂの延設方向（前後方向）に対して交差する方向（本実施例では垂直方向）に張り出すように設けられている。言い換えれば、弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２は、それぞれ固定部４５０Ｂの両端部から平板状を成す可動子２の板面に垂直な方向に、かつ可動子２の板面から離れる方向に、突き出すように設けられている。

弾性体支持部４５０Ａ１により後側の端部を支持された第１の共振ばね４００Ａ（４００）は、もう一方の端部を端部部材４に支持されている。弾性体支持部４５０Ａ２により前側の端部を支持された第２の共振ばね４００Ｂ（４００）は、もう一方の端部をケーシング１８００の底面１８２０に支持されている。

弾性体支持部４５０Ａ１は、共振ばね４００Ａが嵌合される、円形の外周面を有する円環状の突状部４５１を有する。弾性体支持部４５０Ａ２は、共振ばね４００Ｂが嵌合される、円形の外周面を有する円環状の突状部４５２を有する。突状部４５１は共振ばね４００Ａの径方向における位置を拘束し、突状部４５２は共振ばね４００Ｂの径方向における位置を拘束する。突状部４５１が成す円形の中心Ｏ４００Ａを通る中心線と突状部４５２が成す円形の中心Ｏ４００Ｂを通る中心線とは、可動子２の板面に沿う方向に間隔Ｌ４５０を有している。この間隔Ｌ４５０は、共振ばね４００Ａ及び共振ばね４００Ｂを弾性体支持部材４５０に組み付けた状態で、共振ばね４００Ａと共振ばね４００Ｂとが干渉しない大きさに設定されている。

突状部４５１が成す円形の中心Ｏ４００Ａを通り可動子２の板面に垂直な断面Ｓ１において、弾性体支持部材４５０は弾性体支持部４５０Ａ１と固定部４５０ＢとがＬ字状の形状を成している。また、突状部４５２が成す円形の中心Ｏ４００Ｂを通り可動子２の板面に垂直な断面Ｓ２において、弾性体支持部材４５０は弾性体支持部４５０Ａ２と固定部４５０ＢとがＬ字状の形状を成している。

複数の共振ばね４００は、電機子３から後方に突き出した可動子２の両側に分けられて配設されている。具体的には、共振ばね４００は、可動子２の板面（磁極面）に垂直な方向に、可動子２を境にして可動子２の両側に分けられて、配設されている。この場合、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとは、可動子２の両側に、少なくとも１つずつ配設されている。本実施例では、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとは、可動子２の片方の側にそれぞれ１つずつ配設され、前後方向に垂直な断面で見た場合に、可動子２の中心軸線２Ａを中心とする周方向Ｒ２Ａにおいて、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとが交互に配設されている。なお、中心軸線２Ａは前後方向に沿う軸線であり、可動子２の上下方向における中心及び左右方向における中心を通る軸線である。

本実施例では、弾性体支持部材４５０は、第１の共振ばね４００Ａの後側の端部を支持する弾性体支持部４５０Ａ１と第２の共振ばね４００Ｂの前側の端部を支持する弾性体支持部４５０Ａ２とが一体に形成されている。そして、可動子２の両側に組み付けられる２つの弾性体支持部材４５０は、同じ仕様で同じ形状のものを用いている。図２４Ｃにおいて可動子２の左側に配置されている弾性体支持部材４５０において第１の共振ばね４００Ａを支持する弾性体支持部４５０Ａ１は、図２４Ｃにおいて可動子２の右側に配置される場合、第２の共振ばね４００Ｂを支持する弾性体支持部４５０Ａ２として利用される。また、図２４Ｃにおいて可動子２の左側に配置されている弾性体支持部材４５０において第２の共振ばね４００Ｂを支持する弾性体支持部４５０Ａ２は、図２４Ｃにおいて可動子２の右側に配置される場合、第１の共振ばね４００Ａを支持する弾性体支持部４５０Ａ１として利用される。すなわち、可動子２の左側に配置される場合と右側に配置される場合とで、弾性体支持部４５０Ａ１と弾性体支持部４５０Ａ２とが入れ替わる。

本実施例では、弾性体支持部材４５０は、可動子２に対して取り付ける向きを変えることにより、可動子２の両側において同じ仕様で同じ形状のものを共用している。これにより、図２４Ｃの平面図上で見た場合に、共振ばね４００Ａと共振ばね４００Ｂとが中心（中心軸線２Ａの投影点）２Ａに対して点対称に配置された構成を実現している。また本実施例では、部品の共通化を図り、部品の種類を低減することにより、製造コストを安くすることができる。

可動子２を境にして両側に配置された、第１の共振ばね４００Ａに対する弾性体支持部材４５０と第２の共振ばね４００Ｂに対する弾性体支持部材４５０とは、それぞれの中心軸線２Ａに沿う方向における両端部の位置が、中心軸線２Ａに沿う方向において同じ位置になるように、可動子２に取り付けられている。２つの弾性体支持部材４５０は、貫通孔４５３に挿通したボルトとこのボルトに螺合するナットとにより締結され、可動子２に固定される。２つの弾性体支持部材４５０が平板上の可動子２の表面と裏面とに固定されていることにより、２つの弾性体支持部材４５０の相対的な位置の変化を抑制し、安定したピストン１１００の駆動機構を構成することができる。なお、２つの弾性体支持部材４５０を可動子２に固定する固定部材は、ボルト及びナット４６０に替えて、かしめピンを用いてもよい。

また本実施例において、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとは同じ仕様及び形状とし、更に、第１の共振ばね４００Ａを支持する弾性体支持部材４５０の弾性体支持部４５０Ａ１と底面１８２０との間の隙間寸法Ｌ４００Ａと、第２の共振ばね４００Ｂを支持する弾性体支持部材４５０の弾性体支持部４５０Ａ２と端部部材４との間の隙間寸法Ｌ４００Ｂとを同じ寸法にすると良い。これにより、単純な構造で良好な共振特性を有する共振機構を構成することができ、ピストン１１００の持続的な往復運動を実現できる。

図２４Ｄに、第１の共振ばね４００Ａ、第２の共振ばね４００Ｂ及び可動子２の配置を模式的に示す。なお、図２４Ｄは図２４Ｃと同様な方向から見た図である。また、符号４００Ａａは共振ばね４００Ａの一端部の位置を，符号４００Ｂａは共振ばね４００Ｂの一端部の位置を、それぞれ示す。

第１の共振ばね４００Ａ及び第２の共振ばね４００Ｂを点線のように可動子２の板面に垂直な方向から可動子２の板面に投影した場合、第１の共振ばね４００Ａ及び第２の共振ばね４００Ｂは、その投影図が可動子２の板面内に存在するように構成される。これにより、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとをコンパクトに配置することができ、中心軸線２Ａに垂直な方向における圧縮機（特にその駆動モータ部）の寸法を小さくすることができる。

また本実施例では、ピストン１１００の上死点で「より縮む」２つの第１の共振ばね４００Ａと、下死点で「より縮む」２つの第２の共振ばね４００Ｂとが、斜向かい（中心（中心軸線２Ａの投影点）２Ａに対して点対称）に配置されている。共振ばね４００は、斜向かいに配置された２つの第１の共振ばね４００Ａ同士が同様の伸縮状態となり、斜向かいに配置された２つの第２の共振ばね４００Ｂ同士が同様の伸縮状態となる。これにより、弾性体支持部材４５０にモーメントがかかることを抑制することができる。

各共振ばね４００Ａ，４００Ｂの位相（軸方向視における共振ばね４００Ａ，４００Ｂの一端４００Ａａ，４００Ｂａの角度）は、斜向かいの共振ばね同士で１８０度異なるように構成されている。すなわち、斜向かいに配置された２つの第１の共振ばね４００Ａの位相（軸方向視における２つの共振ばね４００Ａの一端４００Ａａの角度）は、１８０度異なる。言い換えれば、ばね４００Ａの中心を始点とし、ばね４００Ａの端部４００Ａａを終点にとったベクトル４００Ａｃは、２つの第１の共振ばね４００Ａにおいて、位相が１８０度異なっている。また、斜向かいに配置された２つの第２の共振ばね４００Ｂの位相（軸方向視における２つの共振ばね４００Ｂの一端４００Ｂａの角度）は、１８０度異なる。すなわち、ばね４００Ｂの中心を始点とし、ばねの端部４００Ｂａを終点にとったベクトル４００Ｂｃは、２つの第２の共振ばね４００Ｂにおいて、位相が１８０度異なっている。

コイルばねとしての共振ばね４００Ａ，４００Ｂは、振動方向が必ずしも軸方向に平行ではなく、端部の位相関係等に応じてずれる。伸縮が同様になる２つの第１の共振ばね４００Ａを斜向かいに設け、伸縮が同様になる２つの第２の共振ばね４００Ｂを斜向かいに設けることで、振動方向のずれの位相を略１８０°異なるものにすることで、共振ばね４００Ａ，４００Ｂに接続している可動子２の横振動（可動子の往復動方向に垂直な方向の振動）を相殺するようにして、低減することができる。

また、隣接する第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとの位相は９０°異なるように構成されている。
この場合、第１の共振ばね４００Ａの中心を始点とし、第１の共振ばねの端部４００Ａａを終点にとった２つのベクトル４００Ａｃと、第２の共振ばね４００Ｂの中心を始点とし、第２の共振ばねの端部４００Ｂａを終点にとった２つのベクトル４００Ｂｃとの和は、ゼロになっている。このように、隣接する第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂの位相が９０°異なることにより、両者の横振動の方向が直交するため、横振動の増幅を抑制することができ、これによっても横振動の低減が期待できる。なお、上述したベクトルは、設けられた全ての共振ばねについて、その和がゼロになるようにするとよい。すなわち、共振ばねの個数は４つに限定される訳ではない。

図２４Ｅに、ベース板１９００側から見た、インバータ１７００、排気弁１５００、電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂ及びシリンダ１２００の位置関係を示す。

可動子２の板面に垂直な方向においてシリンダ１２００の両側に、２つの電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂが分散配置されている。可動子２の板面に沿う方向においてシリンダ１２００に対して一方の側に排気弁１５００が配置され、シリンダ１２００に対して排気弁１５００が配置された側とは反対側にインバータ１７００が配置されている。このような配置により、シリンダ１２００の周囲に電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂ及び排気弁１５００を配置することができ、電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂ及び排気弁１５００を配置した残余の空間にインバータ１７００を効率よく配置することができる。これにより、コンパクトな圧縮機を構成することができる。

また、可動子２に対して、可動子２の板面に垂直な方向の両側に、２つの電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂを分散配置したことにより、２つの電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂに連通する貫通孔１９２０ａ，１９２０ｂと可動子２との干渉を避けつつ、貫通孔１９２０ａ，１９２０ｂを配置することができる。さらに、巻線５の引き出し端部が電気的に接続され電極４６５は、可動子２の板面に垂直な方向に、可動子２の板面から離間した位置に設けられているため、電極４６５と可動子２との干渉を避けつつ、電極４６５を配置することができる。

また本実施例では、インバータ１７００は、電磁弁１４００、排気弁１５００、及びドライヤ１６００のそれぞれ一部又は全部に対して上面視で重なる位置に設けられている。

従来、密閉容器の内部に弾力支持されるフレームユニットと、このフレームユニットに固定される往復動式モータと、この往復動式モータのアーマチュア（可動子を構成）に結合されるピストン、及びそのピストンが滑動自在に挿入されてフレームユニットに固定されるシリンダで構成される圧縮ユニットと、アーマチュア或いはピストンに具備ざれたスプリング支持部により支持されピストンの往復運動を誘導する圧縮コイルスプリングと、を含んで構成された往復動式圧縮機が知られている。この往復動式圧縮機では、スプリング支持部は、アーマチュアとピストンとの結合部に結合された本体と、この本体の一側面方向に折れ曲がるように、この本体の周縁部から外側に延設されて一体に形成される複数の前方支持部と、各前方支持部の間にそれぞれ配置され、かつ、本体と同一の平面を有するように、本体の縁部から延びて一体に形成される複数の後方支持部と、を具備する。スプリングとして、前方支持部の折曲方向と反対方向に延びるように、前方支持部の各々の端部に結合され、本体の中心周りに等間隔に配設された複数の前方スプリングと、前方スプリングとは反対方向に延びるように、その一端において後方支持部の各々の先端部分に結合され、本体の中心周りに等間隔に配設された複数の後方スプリングとが具備ざれ、前方スプリング及び後方スプリングは前方支持部と後方支持部とに結合された端部に隣接する部分において互いに重なり合う区間を有している。

従来の往復動式圧縮機では、アーマチュアが円筒形状を成しており、アーマチュアの径方向外方に前方スプリング及び後方スプリングが配置されているため、圧縮機を構成する往復動式モータの外径が大きくなる傾向にあった。

本実施例の圧縮機では、平板状を成す可動子２の両側に、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとをコンパクトに配置することができ、中心軸線２Ａに垂直な方向における圧縮機（特にその駆動モータ部）の寸法を小さくすることができる。一方、本実施例では、リニアモータを用いることで、中心軸線２Ａに沿う方向（可動子２の移動方向）の寸法が大きくなる傾向にある。本実施例では、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとを平板状を成す可動子２の両側に配置し、かつ２つの共振ばね４００が中心軸線２Ａに沿う方向において重複する範囲に設けられているため、中心軸線２Ａに沿う方向の寸法が大きくなるのを抑制することができる。従って、本実施例では、リニアモータを用いたコンパクトな圧縮機を構成することができる。

本実施例では、従来の往復動式圧縮機に対して優位な上述した効果を奏することができる。

図２５は実施例１２による冷蔵庫の構成を示す図である。冷蔵庫２００１は、冷蔵室２００２の前面側に左右に分割された観音開きの冷蔵室扉２００２ａを備え、製氷室２００３と、上段冷凍室２００４と、下段冷凍室２００５と、野菜室２００６との前面側に、それぞれ引き出し式の製氷室扉２００３ａ、上段冷凍室扉２００４ａ、下段冷凍室扉２００５ａ、野菜室扉２００６ａを備えている。

野菜室２００６の背面側には、機械室２０２０が設けられ、機械室２０２０に圧縮機２０２４が配置されている。また、製氷室２００３、上段冷凍室２００４、及び下段冷凍室２００５の背面側には、蒸発器室２００８が設けられ、蒸発器室２００８に蒸発器２００７が設けられている。冷蔵庫２００１では、圧縮機２０２４及び蒸発器２００７のほか、図示しない放熱器、減圧手段であるキャピラリチューブ及び三方弁等が冷媒配管で接続され、冷凍サイクル２０３０が形成されている。

本実施例では、冷蔵庫２００１の冷凍サイクル２０３０を構成する圧縮機２０２４に、上述した各実施例のいずれかのリニアモータ１００を採用する。例えば、圧縮機２０２４として実施例９，１１の圧縮機１０６０，１０００を採用するとよい。これにより、硬磁性材の使用量を抑制することができ、また冷凍サイクル２０３０を構成する圧縮機２０２４の大形化を抑制することができる。そして冷蔵室及び冷凍室のために大きなスペースを確保することが可能になり、外形寸法を大きくすることなく大容量の冷蔵庫を提供することが可能になる。

図２６は実施例１３による車両用エアサスペンションの構成を示す図である。本実施例では、４輪自動車等の車両に、車両用エアサスペンションを搭載した場合を例に挙げて説明する。

車体３００２は、車両３００１のボディを構成している。車体３００２の下側には、左，右の前輪と左，右の後輪とからなる合計４個の車輪３００３が設けられている。エアサスペンション３００４は、車体３００２と各車輪３００３との間にそれぞれ設けられた４個の空気ばね３００５と、空気圧縮機３００６と、バルブユニット３００８と、コントローラ３０１１とを備える。そして、エアサスペンション３００４は、各空気ばね３００５に対して空気圧縮機３００６から圧縮空気が給排されることにより、車高調整を行う。

本実施例では、空気圧縮機３００６の駆動モータとして、上述した各実施例のいずれかのリニアモータ１００を採用する。例えば、空気圧縮機３００６として実施例９，１１の圧縮機１０６０，１０００を採用するとよい。空気圧縮機３００６は、給排管路（配管）３００７を通じてバルブユニット３００８に接続されている。バルブユニット３００８には、各車輪３００３に対して設けられた、電磁弁からなる給排バルブ３００８ａが４個設けられている。バルブユニット３００８と各車輪３００３の空気ばね３００５との間には、分岐管路（配管）３００９が設けられている。空気ばね３００５は、分岐管路３００９、バルブ３００８ａ、及び給排管路３００７を介して、空気圧縮機３００６に接続される。そして、バルブユニット３００８は、コントローラ３０１１からの信号に応じて給排バルブ３００８ａを開，閉弁させることにより、各空気ばね３００５に対して圧縮空気を給排し、車高調整を行う。

本実施例では、空気圧縮機３００６の硬磁性材の使用量を抑制することができ、またエアサスペンション３００４を構成する空気圧縮機３００６の大形化を抑制することができる。そして、車両３００１における空気圧縮機３００６の搭載スペースを小さくすることができ、空気圧縮機３００６の配置の自由度が高まる。

［その他の態様］
各実施例では、電機子３を固定して可動子２(界磁子)が移動するマグネットムービング型を例示したが、可動子２(界磁子)を固定して電機子３を移動するコイルムービング型でもよい。また、磁極の並びについて、必ずしも、軟磁性磁極部２２０を適当に永久磁石磁極部２１０に置換することで、極性の並びが完全に交互になる必要はなく、一部乱れて交互ではなくなっていても、上述した効果を奏し得る。すなわち、磁極の一部を軟磁性磁極部２２０によって構成すればよく、好ましくは、置換によって極性の並びが交互になるように配置する。すなわち本願は、次の技術的思想を包含する。

電機子と、
該電機子に対して第１の方向及び第１の方向の反対方向である第２の方向に相対往復動可能な界磁子と、
前記往復動に応じて流体を圧縮するピストンと、を備える圧縮機であって、
前記界磁子は、第１の方向に並んだ２以上又は３以上の磁極を有し、
該磁極の一部は硬磁性部であり、残部は軟磁性部であり、
前記磁極の並びのうち、真ん中より第１の方向側及び／又は第２の方向側の磁極の一部又は全部は、前記軟磁性部であることを特徴とする圧縮機。

また、可動子２の上下方向それぞれに磁極歯３０１を設ける代わりに、可動子２の上下方向一方側に設ける構成でもよい。この場合、腕部３０２は、一端が軟磁性体の床面に接触してコア３００を支持することができる。
また、磁極歯３０１や腕部３０２はアモルファス金属を積層して構成してもよいし、圧粉磁心で構成してもよい。アモルファス金属を用いた場合は、磁極歯３０１や腕部３０２で発生する鉄損を低減する効果があり、圧粉磁心を用いた場合は、三次元的に任意な形状で構成することができる。

また、永久磁石磁極２１０は、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成してもよいし、フェライト磁石等、他の素材による永久磁石を用いてもよい。

軟磁性体磁極２２０は永久磁石磁極２１０と固定子磁極とにより生じる磁界（磁束）の影響を受けて磁極が形成される磁極形成部である。そして、界磁子は、一つ又は連続して並ぶ複数の軟磁性体磁極（磁極形成部）２２０の両側に配置される永久磁石磁極２１０が同じ向きに磁化されている場合、２つの前記永久磁石磁極２１０の間には、永久磁石磁極２１０の第１の方向における長さ寸法と等しい軟磁性体磁極（磁極形成部）２２０が奇数個配置可能な長さ寸法に構成される。また、界磁子は、一つ又は連続して並ぶ複数の軟磁性体磁極（磁極形成部）２２０の両側に配置される永久磁石磁極２１０が異なる向き（逆向き）に磁化されている場合、２つの前記永久磁石磁極２１０の間には、永久磁石磁極２１０の第１の方向における長さ寸法と等しい軟磁性体磁極（磁極形成部）２２０を偶数個配置可能な長さ寸法に構成される。

本発明は、モータ（リニアモータ）及び圧縮機のほか、固定子１及び可動子２を相対移動させる種々の機器に適用できる。例えば、発電機、圧縮機、電磁サスペンション、位置決め装置等に用いても同様の効果が得られる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…固定子
２…可動子(界磁子)
２００、２００ａ…磁極支持部
２１０…永久磁石磁極
２２０、２２０ａ…軟磁性磁極
２３０…仮想的な軟磁性磁極
３…電機子
３００…コア
３０１…磁極歯
３０２…腕部
３１０…スペーサ
４００…共振ばね
４５０…弾性体支持部材
４…端部部材
５…巻線
１００…リニアモータ
１０００…圧縮機
１１００…ピストン
１２００…シリンダ
１３００…接続部
１４００…電磁弁
１５００…排気弁
１６００…ドライヤ
１７００…インバータ
１８００…ケーシング
１８１０…側面
１８２０…後面
１８３０…挿通部
２００１…冷蔵庫
２０２０…機械室
２０２４…圧縮機
２０３０…冷凍サイクル
３００１…車両
３００２…車体
３００３…車輪
３００４…エアサスペンション
３００５…空気ばね
３００６…空気圧縮機
３００８…バルブユニット
３０１１…コントローラ

Claims (14)

1. 電機子と、
   該電機子に対して第１の方向及び第１の方向の反対方向である第２の方向に相対往復動可能な界磁子と、
   前記往復動に応じて流体を圧縮するピストンと、を備える圧縮機であって、
   前記界磁子は、第１の方向に並んだ２以上又は３以上の磁極を有し、
   該磁極の一部は硬磁性部であり、残部は軟磁性部であり、
   前記磁極の並びのうち、真ん中より第１の方向側の磁極の一部又は全部は、前記軟磁性部であることを特徴とする圧縮機。
2. 前記硬磁性部の一部又は全部は、第１の方向に略垂直な第３の方向にＮ極を有し、残部は第３の方向にＳ極を有し、
   前記軟磁性部それぞれを、Ｎ極又はＳ極を第３の方向に有する硬磁性部に置換することで、前記磁極の並びを、第３の方向にＮ極を有する硬磁性部と第３の方向にＳ極を有する硬磁性部とが交互に並んでいる態様に置換できることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記電機子は、前記界磁子に対して第３の方向に設けられた磁極歯を有し、
   前記ピストンは、第１の方向側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
4. 前記ピストン及び前記界磁子を接続する接続部と、
   前記磁極歯及び前記接続部の間、かつ、第３の方向に寸法Ａの空隙を有する端部部材と、を有し、
   第３の方向について、前記接続部の寸法をＢとすると、Ａ＜Ｂの関係が成り立つことを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
5. 前記磁極の並びのうち、最も第１の方向側の磁極は、前記軟磁性部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圧縮機。
6. 前記ピストンは、第１の方向側に設けられており、
   第２の方向側に設けられた別のピストンを有し、
   前記ピストンの圧縮容積は、前記別のピストンの圧縮容積より大きいことを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載の圧縮機。
7. 前記磁極の並びの実質的に全部は、前記硬磁性部の重心と前記軟磁性部の重心とが略一定の間隔で並んでいる態様であり、
   前記硬磁性部及び前記軟磁性部の実質的に全部の形状は、それぞれ互いに略同一であ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圧縮機。
8. 前記磁極の並びの実質的に全部は、前記硬磁性部及び前記軟磁性部が交互に並べられていることを特徴とする請求項１乃至７何れか一項に記載の圧縮機。
9. 前記軟磁性部の一部又は全部は、絶縁層を有することを特徴とする請求項１乃至８何れか一項に記載の圧縮機。
10. 前記磁極の一部又は全部を支持する非磁性体の磁極支持部を有することを特徴とする請求項１乃至９何れか一項に記載の圧縮機。
11. 前記磁極の一部又は全部を支持する軟磁性体の磁極支持部を有し、
    該磁極支持部は、前記軟磁性部が位置すべき領域に及んでいることを特徴とする請求項１乃至９何れか一項に記載の圧縮機。
12. 前記電機子は、第１の方向又は第２の方向に並んだコア及び／又はスペーサを合計２つ以上有し、
    前記コア及び／又は前記スペーサは、第１の方向又は第２の方向から観察した場合に前記コア及び／又は前記スペーサから突出した凸部をそれぞれ有し、
    前記凸部それぞれに挿通された挿通部を有することを特徴とする請求項１乃至１１何れか一項に記載の圧縮機。
13. 電機子と、
    該電機子に対して第１の方向及び第１の方向の反対方向である第２の方向に相対往復動可能な界磁子と、を備えるモータであって、
    前記界磁子は、第１の方向に並んだ２以上又は３以上の磁極を有し、
    該磁極の一部は硬磁性部であり、残部は軟磁性部であり、
    前記磁極の並びのうち、真ん中より第１の方向側の磁極の一部又は全部は、前記軟磁性部であることを特徴とするリニアモータ。
14. 前記硬磁性部の一部又は全部は、第１の方向に略垂直な第３の方向にＮ極を有し、残部は第３の方向にＳ極を有し、
    前記軟磁性部それぞれを、Ｎ極又はＳ極を第３の方向に有する硬磁性部に置換することで、前記磁極の並びを、第３の方向にＮ極を有する硬磁性部と第３の方向にＳ極を有する硬磁性部とが交互に並んでいる態様に置換できることを特徴とする請求項１３に記載のリニアモータ。

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