JP2023012652A - リニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機、並びにこの圧縮機を備えた冷蔵庫及び車両用エアサスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、往復で非対称な負荷特性を持つ圧縮機に好適で、軸受寿命を向上し、かつシステムの全長を低減するリニアモータを提供する。【解決手段】本発明のリニアモータは、磁極フレーム２００及び磁極フレーム２００に備えられた複数の界磁子磁極２１０を有する可動子２と、巻線５が巻回され、可動子２を挟むように備えられた複数の磁極歯３０１と、可動子２と磁極歯３０１とが相対変位する。複数の界磁子磁極２１０は、複数の磁極歯３０１間に配置される主磁石２１１と、複数の磁極歯３０１間よりも相対変位方向の何れか一方の外側に配置される副磁石から構成されている。相対変位方向の他方の外側には軸受６と接続される磁極フレーム２００の首部２０２を備えた。【選択図】図２

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、並びにこの圧縮機を備えた冷蔵庫及び車両用エアサスペンションに関する。

推力発生機構であるリニアモータは、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。本技術分野の背景技術として、特開２０１９－１５４１４１号公報（特許文献１）及び特開２０１８－６４４１２号公報（特許文献２）に記載されたリニアモータが知られている。

いずれのリニアモータも、上下方向に空間を介して対向する二つの磁極歯からなる磁極歯組が前後方向に二つ並んで固定子を構成しており、特許文献１では上下の磁極歯間に三つの永久磁石磁極が前後方向に並んで可動子を構成しており、特許文献２では上下の磁極歯間に二つの永久磁石磁極と一つの軟磁性体磁極が前後方向に並んで可動子を構成している。三つの可動子磁極のうち端部の一つを軟磁性体にすることで、前方向と後方向の推力特性が非対称になっている。このモータを、往復で非対称な負荷特性をもつ圧縮機と組み合わせて用いている。

特開２０１９－１５４１４１号公報 特開２０１８－６４４１２号公報

特許文献１及び特許文献２のリニアモータでは、可動子の進行方向に対して二つ並ぶ電機子磁極に対して、可動子磁極が三つ並んでいる。特許文献１では、三つの可動子磁極がいずれも永久磁石で構成されているのに対し、特許文献２では、そのうちの一部が軟磁性体で構成されている。いずれも両端の可動子磁極の一部が電機子磁極の端部よりも外側にはみ出しており、さらに一方の可動子端部には接続部を介してピストンが接続されているために、可動子全体の長さが長くなるとともに、ピストンを含めた圧縮機システムの全長が長くなってしまう。また、可動子の前後に軸受を配置した場合、可動子が長いために軸受間の距離が長くなり、可動子にはたらくモーメントの増大により軸受荷重が増大し、軸受寿命を低下させてしまう。また、可動子が長いと、可動子にはたらく磁気吸引力によって可動子にたわみが生じやすくなり、可動子の変形や固定子との接触、さらには可動子の破損を生じる恐れがある。

本発明の目的は、往復で非対称な負荷特性を持つ圧縮機に好適で、軸受寿命を向上し、かつシステムの全長を低減するリニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機、並びにこの圧縮機を備えた冷蔵庫及び車両用エアサスペンションを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、磁極フレーム及び前記磁極フレームに備えられた複数の界磁子磁極を有する界磁子と、巻線が巻回され、前記界磁子を挟むように備えられた複数の電機子磁極と、前記界磁子と前記電機子磁極とが相対変位するリニアモータにおいて、前記複数の界磁子磁極は、前記複数の電機子磁極間に配置される主磁石と、前記複数の電機子磁極間よりも相対変位方向の何れか一方の外側に配置される第１副磁石からなり、前記相対変位方向の他方の外側には軸受と接続される前記磁極フレームの首部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、軸受寿命を向上し、かつシステムの全長を低減するリニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機、並びにこの圧縮機を備えた冷蔵庫及び車両用エアサスペンション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に係るリニアモータの斜視図である。 実施例１に係るリニアモータの左右方向に対して垂直な断面を示す斜視図である。 実施例１に係るリニアモータの左右方向に対して垂直な断面図である。 実施例１に係るリニアモータの上下方向に対して垂直な断面図である。 実施例１に係る可動子と比較例に係る可動子の上下方向に対して垂直な断面図である。 圧縮機のピストン位置に対してピストンに加わる負荷特性を示す図である。 実施例１および比較例において、可動子位置に対して、巻線５に交流電流を通電した場合と通電しない場合の可動子２に発生する推力の比較結果を示す図である。 実施例２において、副磁石の長さを変えた時に、巻線に直流電流を通電して可動子を前後方向（相対変位方向）に動かした推力の波形を示す図である。 実施例２において、巻線に電流を通電し、可動子が前後方向中央に位置する時の、各可動子磁極に発生する推力の模式図である。 実施例２において、可動子が前後方向最前部に位置する時の、各可動子磁極に発生する推力の模式図である。 実施例２において、可動子が前後方向最後部に位置する時の、各可動子磁極に発生する推力の模式図である。 従来例である磁石３枚の場合に、巻線に電流を通電し、可動子が前後方向中央に位置する時の可動子に発生する推力の模式図である。 実施例３において、巻線に電流を通電し、可動子が前後方向中央に位置する時の可動子に発生する推力の模式図である。 実施例３および従来例において、主磁石と補助磁石の長さの比に対して発生する推力の大きさの推移を表す図である。 実施例４に係る可動子の上下方向に対して垂直な断面図である。 実施例４に係るリニアモータの左右方向に対して垂直な断面図である。 本発明の実施例５に係るリニアモータを用いた圧縮機を示す斜視図である。 図１７の圧縮機の要部を示す断面図である。 実施例６に係る冷蔵庫の構成図である。 実施例７に係る車両用エアサスペンションの構成図である。

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。複数の実施例及び各実施例の変更例において、同様の構成要素には同様の符号を付し、説明を省略する。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。

なお、以下で説明する各実施例及び各変更例では、前後方向は可動子２の駆動方向に一致し、上下方向は界磁子磁極２１０の磁極面（Ｓ，Ｎ極が生じる面）に垂直な方向に一致する。また、可動子２は前後方向を長手方向としている。

図１乃至図７を参照して、本発明の実施例１に係るリニアモータについて、説明する。図１は、実施例１に係るリニアモータの斜視図である。図２は、実施例１に係るリニアモータの左右方向に対して垂直な断面を示す斜視図である。図３は、実施例１に係るリニアモータの左右方向に対して垂直な断面図である。図４は、実施例１に係るリニアモータの上下方向に対して垂直な断面図である。

リニアモータ１００は、固定子１及び可動子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。すなわちリニアモータ１００は、界磁子と電機子とが相対変位するように構成される。なおリニアモータ１００の前方向には軸受６、ピストン７、シリンダ８が配置され、シリンダ８の内部の空気を圧縮する圧縮機を構成している。

＜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、巻線５と、を備える。電機子３は、軟磁性体のコア３００を有し、コア３００には上下に複数の磁極歯３０１（電機子磁極）があり、それぞれ巻線５が巻回されている。ブリッジ３１０は、軟磁性体または非磁性体からなり、複数のコア３００はブリッジ３１０で繋いで構成されている。本実施例の電機子３は、２つのコア３００を前後方向に並べて構成されているが、３つ以上のコア３００を前後方向に並べ、複数のコア３００の間をブリッジ３１０で繋いでもよい。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。

＜コア３００＞
コア３００は、可動子２（界磁子）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を左右で各々つなぐアーム部３０２とを有する。磁極歯３０１及びアーム部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。

アーム部３０２は、巻線５及び可動子２の左右方向における両外側を上下方向に延設された軟磁性体であり、界磁子磁極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に可動子２を介して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と、この磁極歯３０１に対向する主磁石２１１および副磁石２１２（第１副磁石）からなる複数の界磁子磁極２１０と、この界磁子磁極２１０に前述の磁極歯３０１が対向する側とは反対側の面で対向する磁極歯３０１と、アーム部３０２と、を含む磁路を形成できる。この磁路を通る磁束を横磁束と呼称する。

＜ブリッジ３１０＞
ブリッジ３１０は、軟磁性体又は非磁性体で形成することができる。ブリッジ３１０を軟磁性体で構成した場合は、隣接するコア３００を流れる磁束を通過させる磁気回路とすることができる。ブリッジ３１０は、例えば、打ち抜いた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の間にブリッジ３１０を配した電機子３は、界磁子磁極２１０の前後方向間隔等の設計に応じて、隣り合う２つのコア３００及び界磁子磁極２１０を含む磁路を形成できる。この磁路を通る磁束を縦磁束と呼称する。

＜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図示しない貫通ボルト等の固定部材により、コア３００及びブリッジ３１０とともに固定されている。また、端部部材４には軸受６等の支持部材が配置され、可動子２を支持している。

＜可動子２＞
可動子２（界磁子）は、前後方向を長手方向としている。可動子２は、前後方向に複数の永久磁石を固定する非磁性体または軟磁性体からなる磁極フレーム２００と、磁極フレーム２００に設けられた界磁子磁極２１０を有している。本実施例の可動子２は、界磁子磁極２１０を２個固定した態様であり、前後に並ぶコア３００の間にある主磁石２１１と、その後方に並んで配置された副磁石２１２からなる。主磁石２１１は、複数の磁極歯３０１間に配置され、副磁石２１２は、複数の磁極歯３０１間よりも前後方向（相対変位方向）の一方の外側に配置されている。なお３つ以上のコア３００を前後方向に並べた場合、前後に並ぶコア３００の間の主磁石２１１の数も増やすことができるが、副磁石２１２は最後尾に１個配置される。界磁子磁極２１０はそれぞれ上下方向に磁化され、隣り合う界磁子磁極２１０の上面は、Ｎ極とＳ極とが、交互になるように配置される。

可動子２の前方端部には１つの軸受６が配置され、さらにその先にはピストン７が配置される。可動子２の後方端部には２つの軸受６が配置され、固定子１に対して相対変位できる。軸受６は、可動子２に接続されて可動子２と共に、前後方向に動く軸受シャフト６００と、端部部材４に接続されて軸受シャフト６００の外周側と接する軸受ブッシュ６１０とからなる。

可動子２は、上下方向において２つの磁極歯３０１の間、かつ左右方向において２つのアーム部３０２の間の空間に配されている。なお、界磁子磁極２１０は上下方向に垂直な平板形状にできる。すなわち本実施例では、界磁子磁極２１０は、上下方向の厚み寸法に対して左右方向の幅寸法及び前後方向の長さ寸法が大きい平板形状である。本実施例では、上下方向とは、磁極歯３０１と界磁子磁極２１０とが対向している方向である。

なお、上述したように、本実施例では、可動子２は界磁子によって構成される。

＜磁極フレーム２００＞
図３及び図４に示すように、磁極フレーム２００は、界磁子磁極２１０を嵌装する胴部２０１と、前方の軸受６と接続される首部２０２からなる。首部２０２は、磁極フレーム２００の前後方向（相対変位方向）の他方の外側に配置される。

胴部２０１は、界磁子磁極２１０を嵌装する空隙２０３を複数備えたはしご状に形成されている。界磁子磁極２１０は空隙２０３に嵌入されることで、左右方向及び前後方向に抜けることなく、磁極フレーム２００に固定される。磁極フレーム２００は、界磁子磁極を囲む、空隙２０３の縁部を有し、界磁子磁極２１０を支持する。空隙２０３は磁極フレーム２００を上下方向に貫通する貫通孔として形成されており、界磁子磁極２１０が上下方向に嵌入される嵌入部を構成する。界磁子磁極２１０は空隙（嵌入部）２０３を埋めるように空隙（嵌入部）２０３に配置されることで、左右方向及び前後方向への位置ずれが防止される。また、界磁子磁極２１０と空隙（嵌入部）２０３との接触面に接着剤を塗布することなどにより、上下方向への位置ずれが防止される。

首部２０２の上下方向の厚さＡは、例えば上下方向における磁極歯３０１の間の距離Ｂよりも小さくする。それによって、上下方向における磁極歯３０１の間の距離Ｂよりも大きい軸受シャフト６００を、磁極歯３０１の近傍まで近づけることができ、可動子２の後方向のストロークを増大できる。

首部２０２の横幅Ｄは、例えば軸受ブッシュの収められた端部部材４の穴の幅Ｅよりも小さくする。それによって、首部２０２が端部部材４の穴に挿入することができ、可動子２の前方向のストロークを増大できる。

首部２０２の長さは、可動子２が最後部に位置する時に、軸受シャフト６００が磁極歯３０１に接触しない程度とし、かつ可動子２が最前部に位置する時に、可動子２の胴部２０１が端部部材４に接触しない程度とするとよい。それによって、可動子２のストロークを増大できる。

磁極フレーム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。なお、空隙（嵌入部）２０３は、界磁子磁極２１０を貼付できる凹部で構成しても良い。この凹部は上下方向における磁極フレーム２００の一端面に凹状に形成される。この凹部も界磁子磁極２１０が嵌入される空隙（嵌入部）２０３の一種とみなすことができる。

＜界磁子磁極２１０＞
界磁子磁極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。また、一部の界磁子磁極２１０を軟磁性体で構成してもよい。

＜リニアモータの推力特性の比較＞
図５は、実施例１に係る可動子と比較例に係る可動子の上下方向に対して垂直な断面図である。図６は、圧縮機のピストン位置に対してピストンに加わる負荷特性を示す図である。図７は、実施例１および比較例において、可動子位置に対して、巻線５に交流電流を通電した場合と通電しない場合の可動子２に発生する推力の比較結果を示す図である。

図５において、実施例１に係る可動子２は、主磁石２１１が１枚と副磁石２１２が１枚からなり、前後方向（相対変位方向）における軸受シャフト６００の間の距離（長さ）をＬ１とする。一方、比較例に係る可動子２は、主磁石２１１が１枚と副磁石２１２が２枚からなり、前後方向（相対変位方向）における軸受シャフト６００の間の距離（長さ）をＬ２とする。図５より、Ｌ１＜Ｌ２となり、本実施例の方が前後方向における軸受シャフト６００の間の距離（長さ）を短くすることができ、可動子２に加わるモーメント力が低減し、軸受に加わる負荷を低減することができる。その結果、軸受の寿命を向上することができる。

図６より、ピストン押込時は、シリンダ内部の圧力の高まりに伴って負荷が上昇し、所望の圧力に到達して吐出弁９００が開放されると負荷が一定となっている。一方、ピストン引戻時は、シリンダ内部の圧力の低下に伴って負荷が低下し、シリンダ内部の圧力が吸込側の圧力と一致すると、吸込弁９１０が開放されて負荷がゼロとなっている。このように、圧縮機のピストンに加わる負荷はピストン押込方向が主であり、前後方向に対して非対称な特性である。

図７より、比較例である磁石３枚の場合、界磁子磁極２１０が前後方向に対称に配列されているため、無通電時の推力平均値はゼロとなり、通電時の推力の大きさは前後方向で対称となる。したがって、前述した前後方向に非対称な負荷に対応させるためには、ピストン引戻時の推力を低下させる必要があり、往復で非対称な電流を通電するような特殊な制御または回路が必要とされていた。

一方、本実施例である磁石２枚の場合、界磁子磁極２１０が前後方向に非対称に配列されているため、無通電時の推力平均値は前方向に正となり、通電時の推力の大きさは前後方向で非対称となる。したがって、前述した前後方向に非対称な負荷に対応させるために特殊な制御または回路が不要となり、往復で対称な電流を通電させることができる。

本実施例によれば、軸受寿命を向上し、かつシステムの全長を低減することができる。

図８乃至図１１を参照して、本発明の実施例２に係るリニアモータについて、説明する。図８は、実施例２において、副磁石の長さを変えた時に、巻線に直流電流を通電して可動子を前後方向（相対変位方向）に動かした推力の波形を示す図である。図８では、副磁石の前後方向の長さを１４ｍｍ、２０ｍｍ、２６ｍｍに変化させている。図８に図示したように、副磁石の前後方向の長さによって、推力が前方向でゼロクロスするポイントが異なり、その長さが長いほど、ゼロクロス点が前方向に伸びている。なお、ゼロクロス点を超えると推力が後方向にはたらくこととなるため、本ゼロクロス点によって前方向のストロークを制限することができる。

上記について、図９乃至図１１を参照して説明する。図９は、実施例２において、巻線に電流を通電し、可動子が前後方向中央に位置する時の、各可動子磁極に発生する推力の模式図であり、図８におけるＢの位置に相当する。図１０は、実施例２において、可動子が前後方向最前部に位置する時の、各可動子磁極に発生する推力の模式図であり、図８におけるＣの位置に相当する。図１１は、実施例２において、可動子が前後方向最後部に位置する時の、各可動子磁極に発生する推力の模式図であり、図８におけるＡの位置に相当する。

図９において、磁極歯３０１の前後方向の極ピッチをτｐ１、界磁子磁極２１０の前後方向の極ピッチをτｐ２、前側の磁極歯３０１の中心から主磁石２１１の中心までの距離をτｐ１／２、後側の磁極歯３０１の中心から副磁石２１２の中心までの距離をτｘ、ピストン７の先端からシリンダ内壁までの距離をＳｕとする。この時に巻線に電流を通電すると、図示したように磁極歯３０１の先端にＮ極とＳ極が励起され、主磁石２１１および副磁石２１２による磁極との相互作用により、各磁石に矢印で示す前方向の推力が発生する。

図１０は、可動子が前方向にτｕ進んだ位置であり、図８におけるＣの位置に相当する。主磁石２１１の中心および副磁石２１２の中心が、二つの磁極歯３０１の中心の間に位置し、各磁石に発生する推力が互いに逆向きとなって相殺され、推力がゼロとなる。この時の可動子位置は、以下の式で表される。

τｕ＝（τｐ１／２＋τｘ）／２ ・・・（１）
圧縮機において、ピストンがシリンダ壁面に衝突する位置すなわちストローク上限位置Ｓｕとすると、ｕを上記の推力発生上限位置τｕより大きくとることで、ピストンの衝突を回避してピストン損傷を防止する効果が得られる。すなわち、
Ｓｕ＞（τｐ１／２＋τｘ）／２ ・・・（２）
とするとよい。これをτｘについて解くと、
τｘ＜２Ｓｕ－τｐ１／２ ・・・（３）
となり、上式により所望のストロークに対する副磁石２１２の長さを決定できる。なおここで、
τｐ２＝τｐ１／２＋τｘ ・・・（４）
の関係があり、（３）式と（４）式から以下の関係が導出される。

τｐ２＜２Ｓｕ ・・・（５）
すなわち、界磁子磁極２１０の前後方向の極ピッチτｐ２をストローク上限位置Ｓｕの２倍未満にするとよい。

図１１は、可動子が前後方向最後部に位置する時であり、図８におけるＡの位置に相当する。副磁石２１２は磁極歯３０１の外側に出ているため、推力は主磁石２１１のみの影響を受け、副磁石２１２の長さにもよらない。

本実施例によれば、可動子が前後方向最後部に位置する時において、副磁石による推力への影響を抑制することができる。

図１２乃至図１４を参照して、本発明の実施例３に係るリニアモータについて説明する。図１２は、従来例である磁石３枚の場合に、巻線に電流を通電し、可動子が前後方向中央に位置する時の可動子に発生する推力の模式図である。図１３は、実施例３において、巻線に電流を通電し、可動子が前後方向中央に位置する時の可動子に発生する推力の模式図である。図１４は、実施例３および従来例において、主磁石と補助磁石の長さの比に対して発生する推力の大きさの推移を表す図である。

図１２及び図１３において、磁極歯３０１の前後方向の極ピッチをτｐ１、主磁石２１１の極ピッチをτｍ１、副磁石の極ピッチをτｍ２とする。なお、ここではτｐ１＝２３．５とする。図１４には、τｍ１とτｍ２の長さの比を変えた時における推力の大きさの推移を示している。

比較例である磁石３枚の場合、推力が最大となるのはτｍ１＝２３．５、τｍ２＝２０の時であり、この時τｍ１＝τｐ１の関係がある。一方、本実施例である磁石２枚の場合、推力が最大となるのはτｍ１＝２５．５、τｍ２＝１９の時であり、この時、主磁石２１１の極ピッチτｍ１は複数の電機子磁極の極ピッチτｐ１よりも長くなっている（τｍ１＞τｐ１）。したがって、比較例である磁石３枚の場合はτｍ１＝τｐ１とすることで推力を最大にすることができるのに対して、本実施例である磁石２枚の場合はτｍ１＞τｐ１とすることで推力を最大にすることができる。

本実施例によれば、前方向の推力を増加することができると共に、リニアモータに前後方向の長さを短くすることができる。

図１５および図１６を参照して、本発明の実施例４に係るリニアモータについて、説明する。図１５は、実施例４に係る可動子の上下方向に対して垂直な断面図である。図１６は、実施例４に係るリニアモータの左右方向に対して垂直な断面図である。

実施例４の構成は、以下の点を除き実施例１と同様であり、以下の本実施例に係る構成を除いて実施例１で説明した構成を採用することができる。

本実施例の可動子２における首部２０２には、主磁石２１１および副磁石２１２よりも左右方向の長さが短い第２副磁石２１３を嵌装する空隙２０３を備えている。第２副磁石２１３は空隙２０３（嵌入部）を埋めるように空隙２０３（嵌入部）に配置することで、左右方向及び前後方向への位置ずれが防止される。また、副磁石２１２と空隙２０３（嵌入部）との接触面に接着剤を塗布することなどにより、上下方向への位置ずれが防止される。副磁石２１２と第２副磁石２１３は、主磁石２１１の前後方向（相対変位方向）における中心位置に対して非対称に備えられている。

第２副磁石２１３によって、可動子２が後方向へ駆動する時の推力を向上させることができ、後方向にも負荷がかかる場合に適用できる。例えば図１６に示すように、ピストン７およびシリンダ８を可動子２の前後方向の両側に配置することによって、一方のシリンダで中間圧まで圧縮し、他方のシリンダで最高圧まで圧縮する、いわゆる二段圧縮機として用いることができる。

なお、後方向に配置したピストン７及びシリンダ８の直径は、前方向に配置したピストン７及びシリンダ８よりも小さい。

図１７は、本発明の実施例５に係るリニアモータを用いた圧縮機を示す斜視図である。図１８は、図１７の圧縮機の要部を示す断面図である。

本実施例の圧縮機１０００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及び電機子３の他方側に設けたピストン（シリンダ８内に配置、図示せず）と、シリンダ８と、電磁弁１４００（１４００Ａ，１４００Ｂ）と、排気弁１５００と、ドライヤ１６００と、及びインバータ１７００と、を有する。

本実施例の圧縮機１０００では、ピストン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。リニアモータは、実施例１乃至４の何れかを用いる。

シリンダ８には、電機子３及び共振ばね４００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材１８３０によって、後面１８２０がシリンダ８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８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が突出し、電極の一端部に巻線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、ベース板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８の内部に流れ、シリンダ８を通じてドライヤ１６００に流れる。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８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８のシリンダヘッド８Ａには、ドライヤ１６００がシリンダ８の内部と連通可能な状態で取り付けられている。

本実施例によれば、前方向の推力を増加することができると共に、リニアモータに前後方向の長さを短くし、大型化を抑制できる圧縮機を提供することができる。

図１９は、実施例６に係る冷蔵庫の構成図である。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５の圧縮機１０００を採用するとよい。これにより、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２０は、実施例７に係る車両用エアサスペンションの構成図である。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５の圧縮機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、給排バルブ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、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を固定して界磁子（可動子２）が移動するムービングマグネット型を例示したが、界磁子を固定して電機子３を移動するムービングコイル型でもよい。

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、アーム部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やアーム部３０２、ブリッジ３１０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やアーム部３０２、ブリッジ３１０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、電磁鋼板の積層方向は、前後方向ではなく左右方向にも構成することができる。その場合、コア３００とブリッジ３１０を一体構成することで、コア３００からブリッジ３１０を通って隣のコア３００にわたる磁束を電磁鋼板の面内に通すことができるため、磁気抵抗が低減し、リニアモータの推力を向上できる。さらに、アーム部３０２を削除したアームレスリニアモータを構成することで、リニアモータの重量を低減することができる。

本発明は、モータ（リニアモータ）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）、３…電機子、４…端部部材、５…巻線、６…軸受、７…ピストン、８…シリンダ、１００…リニアモータ、２００…磁極フレーム、２０１…胴部、２０２…首部、２０３…空隙、２１０…界磁子磁極、２１１…主磁石、２１２…副磁石、２１３…第２副磁石、３００…コア、３０１…磁極歯（電機子磁極）、３０２…アーム部、３１０…ブリッジ、６００…軸受シャフト、６１０…軸受ブッシュ、９００…吐出弁、９１０…吸込弁

Claims (8)

1. 磁極フレーム及び前記磁極フレームに備えられた複数の界磁子磁極を有する界磁子と、巻線が巻回され、前記界磁子を挟むように備えられた複数の電機子磁極と、前記界磁子と前記電機子磁極とが相対変位するリニアモータにおいて、
   前記複数の界磁子磁極は、前記複数の電機子磁極間に配置される主磁石と、前記複数の電機子磁極間よりも相対変位方向の何れか一方の外側に配置される第１副磁石からなり、前記相対変位方向の他方の外側には軸受と接続される前記磁極フレームの首部を備えたことを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１に記載のリニアモータにおいて、
   前記複数の界磁子磁極の極ピッチを、前記相対変位方向の他方におけるストローク上限位置の２倍未満とすることを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１に記載のリニアモータにおいて、
   前記主磁石の極ピッチを、前記複数の電機子磁極の極ピッチよりも長くしたことを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１に記載のリニアモータにおいて、
   前記首部に第２副磁石を備えたことを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項４に記載のリニアモータにおいて、
   前記第１副磁石と前記第２副磁石は、前記主磁石の相対変位方向における中心位置に対して非対称に備えたことを特徴とするリニアモータ。
6. シリンダと、前記シリンダの内側で往復動するピストンとを備えると共に、前記ピストンを駆動する駆動モータを備えた圧縮機において、
   前記駆動モータとして前記請求項１乃至５の何れか１項に記載のリニアモータを備えたことを特徴とする圧縮機。
7. 冷蔵室、冷凍室を備え、圧縮機の駆動により冷凍サイクルが動作することで冷却される冷蔵庫において、
   前記圧縮機として、請求項６に記載の圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。
8. 車体と車輪との間に備えられた空気ばねと、前記空気ばねに圧縮空気を給排する空気圧縮機とを備えた車両に搭載される車両用エアサスペンションにおいて、
   前記空気圧縮機として、請求項６に記載の圧縮機を備えたこと特徴とする車両用エアサスペンション。

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