JP3475132B2 - 磁気遮蔽構造体およびリニアモータを備えた駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気遮蔽構造体お
よびリニアモータを備えた駆動装置に関し、特に、所定
の磁界以外の磁界が磁気センサの磁気検出部に及ぶのを
阻止する磁気遮蔽構造体と、そのような磁気遮蔽構造体
を用いてリニアモータの磁界が磁気センサの磁気検出部
に及ぶのを阻止するリニアモータを備えた駆動装置とに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば冷蔵庫のような冷却装置
においては、膨張した冷媒ガスを圧縮する装置として、
リニアモータによりシリンダ内でピストンを往復駆動さ
せることでガス圧縮を行なうリニアコンプレッサの開発
が進められている。

【０００３】そこで、従来のリニアコンプレッサの一例
について図を用いて説明する。図７に示すように、従来
のリニアコンプレッサでは、円筒状のケーシング１１０
の上端部および下端部にそれぞれシリンダ１１１ａ、１
１１ｂが設けられている。そのシリンダ１１１ａ、１１
１ｂ内には、ピストン１１２ａ、１１２ｂがそれぞれ嵌
挿されている。

【０００４】ピストン１１２ａ、１１２ｂのヘッドとシ
リンダ１１１ａ、１１１ｂの上壁との間には、圧縮室１
１３ａ、１１３ｂが形成されている。

【０００５】また、シリンダ１１１ａ、１１１ｂには、
圧縮室１１３ａ、１１３ｂ内のガス圧に応じて開閉する
吸入バルブ１１４ａ、１１４ｂと吐出バルブ１１５ａ、
１１５ｂが取付けられている。

【０００６】１対のピストン１１２ａ、１１２ｂは、１
本のロッド１１６の一方の端部と他方の端部にそれぞれ
連結されている。そのロッド１１６は、１対の軸受１１
７ａ、１１７ｂおよびコイルばね１１８ａ、１１８ｂに
よって、ケーシング１１０およびシリンダ１１１ａ、１
１１ｂ内を往復動自在に支持されている。

【０００７】また、リニアコンプレッサには、ピストン
１１２ａ、１１２ｂを往復駆動するためのリニアモータ
１２０が設けられている。このリニアモータ１２０はボ
イスコイルモータであって、ヨーク部１１０ａおよび永
久磁石１２１を含む固定部と、コイル１２３および円筒
状の支持部材１２４を含む可動部とを備えている。ヨー
ク部１１０ａはケーシング１１０の一部をなしている。
永久磁石１２１はヨーク部１１０ａの内周壁に固定され
ている。

【０００８】支持部材１２４の一方の端部は、永久磁石
１２１およびヨーク部１１０ａの外周壁とヨーク部１１
０ａの内周壁との間の円筒状空間に遊挿され、他方の端
部はロッド１１６の中央部に連結されている。コイル１
２３は、支持部材１２４の一方の端部に取付けられ、永
久磁石１２１に対向している。

【０００９】図８に示すように、ロッド１１６の中央に
突設したアーム２６０には、Ｎ極とＳ極が一定ピッチで
交互に着磁されたマグネット板１４２が固定されてい
る。一方、ケーシング１１０の内面に形成された凸部２
００には、マグネット板１４２に対向して、ＭＲ素子１
４１が取付けられている。ＭＲ素子１４１およびマグネ
ット板１４２によって変位センサ１４が構成されてい
る。

【００１０】上述したリニアコンプレッサでは、ピスト
ン１１２ａ、１１２ｂ、ロッド１１６、コイル１２３お
よび支持部材１２４の質量、圧縮室１１３ａ、１１３ｂ
のガスのばね定数、コイルばね１１８のばね定数等から
決まる共振周波数を有している。この共振周波数は、通
常、商用電力の周波数（たとえば６０Ｈｚ）付近に設定
される。この共振周波数でリニアモータ１２０を駆動す
ることにより、１対の圧縮室１１３ａ、１１３ｂ内で交
互にガスを圧縮することができる。従来のリニアコンプ
レッサは上記のように構成される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、変位センサ
１４のＭＲ素子１４１には、図９に示すように、リニア
モータ１２０の磁界がＭＲ素子１４１に及ぶのを阻止す
るための磁気遮蔽板が設けられている。この磁気遮蔽板
としては、鉄またはパーマロイが適用されている。

【００１２】リニアモータ１２０の磁界には、永久磁石
１２１による直流磁界と、コイル１２３による交流磁界
とがある。直流磁界の磁界強度は１０Ｇ以上であり、交
流磁界の磁界強度は２０Ｇ以上である。

【００１３】ところが、鉄またはパーマロイだけからな
る磁気遮蔽板では、このような直流磁界を遮蔽するのに
十分ではなかった。また、鉄とパーマロイとを直接積層
させた磁気遮蔽板でも、上記磁界強度を有する直流磁界
を遮蔽するのに十分ではなかった。さらに、鉄またはパ
ーマロイでは、交流磁界を遮蔽することができなかっ
た。

【００１４】このため、リニアモータ１２０の磁界がＭ
Ｒ素子１４１にまで及び、ＭＲ素子１４１がマグネット
板１４２の磁界を正しく検知することができず、リニア
コンプレッサにおけるピストン１１２ａ、１１２ｂの位
置を正しく把握することができなかった。その結果、ピ
ストンの最大ストロークを良好に制御することができ
ず、リニアコンプレッサの能力を最大限に引出すことが
できなった。

【００１５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、１つの目的は所定の磁界以外の磁界が
磁気検出部に及ぶのを阻止する磁気遮蔽構造体を提供す
ることであり、他の目的は、磁気遮蔽部を有するリニア
モータを備えた駆動装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気遮蔽構
造体は、磁石部と、その磁石部の磁界を検出する磁気検
出部とを有する磁気センサにおいて、磁石部の磁界以外
の磁界が磁気検出部に及ぶのを阻止する磁気遮蔽構造体
であって、第１遮蔽部材と、第２遮蔽部材と、第３遮蔽
部材とを備えている。第１遮蔽部材は、磁気検出部を覆
うように配置され、所定の磁界強度の磁界を遮蔽する磁
性材料からなる。第２遮蔽部材は、第１遮蔽部材を覆う
ように第１遮蔽部材の外側に設けられ、所定の磁界強度
よりも強い磁界を遮蔽する。第３遮蔽部材は、非磁性材
料からなる。

【００１７】この構造によれば、１０Ｇ以上の直流磁界
がまず第２遮蔽部材によって弱められ、数Ｇ程度になっ
た磁界が第１遮蔽部材によってさらに弱められる。さら
に、第３遮蔽部材によって２０Ｇ以上の交流磁界が弱め
られる。これにより、磁石部以外の磁界が磁気検出部に
及ぶのが阻止されて、磁石部の磁界を他の磁界の影響を
受けることなく検知することができ、検知精度が向上す
る。

【００１８】そのような磁界を遮蔽する第１遮蔽部材と
してはパーマロイが好ましく、第２遮蔽部材としては鉄
が好ましい。

【００１９】また好ましくは、第３遮蔽部材は導電性材
料からなる。この場合には、交流磁界により第３遮蔽部
材には渦電流が生じて、交流磁界を効果的に遮蔽するこ
とができる。

【００２０】好ましくは、積層された第１遮蔽部材、第
２遮蔽部材および第３遮蔽部材は、一端が開口され他端
が閉じられた筒状体からなる。

【００２１】この場合には、筒状体の開口部分から筒状
体の空間へ磁気検出部を容易に導くことができる。

【００２２】本発明に係るリニアモータを備えた駆動装
置は、リニアモータと、アーム部と、磁気センサと、磁
気遮蔽部とを備えている。リニアモータは、ピストンを
往復駆動する。アーム部は、ピストンの往復駆動に追従
する。磁気センサは、磁石部とその磁石部の磁界を検出
する磁気検出部とを含み、ピストンの位置を検出する。
磁気遮蔽部は、磁気センサを取囲み、リニアモータの磁
界が磁気センサに及ぶのを阻止する。その磁気遮蔽部は
一端が開口され他端が閉じられた筒状体からなる。その
一端側はリニアモータが位置する側とは反対側に位置し
ている。アーム部は一端からから筒状体の内部に延在し
ている。磁石部はアーム部の端部近傍に固定されてい
る。磁気検出部は磁石と対向するように配置されてい
る。

【００２３】この構成によれば、磁気センサの磁石部と
磁気検出部とが筒状体からなる磁気遮蔽部の内側の空間
に収容されていることで、リニアモータの磁界が筒状体
によって遮蔽されて、磁気検出部そのものに磁界が及ぶ
のを阻止することができる。また、磁石部にもその磁界
が及ぶのが阻止されて、磁石部の磁界が影響を受けるの
を抑制することができる。しかも、磁石部が固定されて
いるアーム部を筒状体の空間に導くために開口している
一端側が、リニアモータが位置している側と反対の側に
位置していることで、アーム部がピストンの往復駆動に
追従するのを許容しながら、リニアモータの磁界を阻止
することができる。その結果、磁気検出部がリニアモー
タの磁界の影響を受けることなくピストンの往復駆動に
追従する磁石部の磁界を検出することができ、ピストン
の位置を正しく把握することができる。

【００２４】好ましくは、筒状体は、磁性材料からな
り、所定の磁界強度の磁界を遮蔽する第１遮蔽部材と、
その第１遮蔽部材を覆うように第１遮蔽部材の外側に設
けられ、所定の磁界強度よりも強い磁界を遮蔽する磁性
材料からなる第２遮蔽部材と、非磁性材料からなる第３
遮蔽部材とを有している。

【００２５】この場合には、リニアモータの１０Ｇ以上
の直流磁界がまず第２遮蔽部材によって弱められ、数Ｇ
程度の磁界が第１遮蔽部材によってさらに弱められる。
さらに、第３遮蔽部材によって、リニアモータの２０Ｇ
以上の交流磁界が遮蔽される。これにより、筒状体の内
側の空間内の直流磁界および交流磁界強度が約０．５Ｇ
以下になる。その結果、磁気検出部がリニアモータの直
流磁界および交流磁界の影響を受けることなく磁石部の
磁界を検出することができる。

【００２６】そのような第１遮蔽部材としてはパーマロ
イが好ましく、第２遮蔽部材としては鉄が好ましい。

【００２７】また好ましくは、第３遮蔽部材は導電性材
料からなる。この場合には、交流磁界により第３遮蔽部
材には渦電流が生じて、交流磁界を効果的に遮蔽するこ
とができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係るリニア
コンプレッサについて説明する。図１は、リニアコンプ
レッサにおけるリニアモータ２と、マグネット９および
センサ素子１０を含む主要部分の断面構造を示したもの
である。図１に示すように、リニアコンプレッサ１にお
けるリニアモータ２は、ボイスコイルモータであって、
ヨーク部６ａおよび永久磁石５を含む固定部と、コイル
４および円筒状の支持部材３を含む可動部とを有してい
る。

【００２９】ヨーク部６ａはケーシング６の一部をなし
ている。永久磁石５はヨーク部６ａの内周壁に固定され
ている。支持部材３の一方の端部は、永久磁石５と本体
胴部の外周壁の間の円筒状空間に遊挿され、他方の端部
はロッド７に連結されている。コイル４は支持部材３の
一方の端部に取付けられ、永久磁石５に対向している。
このリニアモータ２により、ロッド７が軸方向に往復駆
動する。

【００３０】リニアモータ２に対して、ロッド７の往復
駆動する方向の一方の側には、筒状体としての磁気遮蔽
部１１が配置されている。磁気遮蔽部１１には、開口部
１３が設けられている。その開口部１３は、リニアモー
タ２の位置する側と反対の側に位置している。ロッド７
には、ピストン(図示せず)の往復駆動に追従するアーム
８ａの一端側が取付けられている。

【００３１】そのアーム８ａは、開口部１３から磁気遮
蔽部１１内の空間に延在している。そのアーム８ａの他
端側近傍には、図２に示すように、マグネット９が配設
されている。

【００３２】一方、ケーシング６にはアーム８ｂの一端
が取付けられている。アーム８ｂの他端側は開口部１３
から磁気遮蔽部１１の空間に延びている。そのアーム８
ｂの他端側近傍には、図２に示すように、マグネット９
に対向するようにセンサ素子１０が固定されている。

【００３３】ロッド７に固定されたアーム８ａは、ロッ
ド７の往復駆動に追従して、磁気遮蔽部１１の空間内で
往復駆動する。したがって、アーム８ａに固定されたマ
グネット９は、磁気遮蔽部１１の空間内に位置している
ことになる。

【００３４】なお、ロッド７の両端側には、従来の技術
の項において説明したように、ピストンやシリンダなど
のガスを圧縮するための部分が設けられている。

【００３５】次に、磁気遮蔽部１１の構造について詳し
く説明する。図３に示すように、磁気遮蔽部１１は、３
層構造である。内側にパーマロイ１１ｃからなる遮蔽部
材が設けられ、そのパーマロイ１１ｃの外側に非磁性材
料としての、たとえばアルミニウム等からなる導電性材
料の遮蔽部材が設けられている。そして、一番外側には
鉄からなる遮蔽部材が設けられている。

【００３６】鉄は、図５に示すように、直流磁界強度数
Ｇ〜１００Ｇ程度の磁界を遮蔽することができ、パーマ
ロイでは、数ｍＧ〜数Ｇ程度の磁界を遮蔽することがで
きる。したがって、鉄からなる遮蔽部材をパーマロイか
らなる遮蔽部材よりも外側に配置することで、比較的強
い磁界がまず鉄からなる遮蔽部材によって弱められ、さ
らにパーマロイからなる遮蔽部材によって弱められる。
これにより、１０Ｇ以上の直流磁界を０．５Ｇ以下に弱
めることができる。

【００３７】一方、アルミニウムなどの導電性の非磁性
材料からなる遮蔽部材では、交流磁界により渦電流が生
じる。これにより、２０Ｇ以上の交流磁界を０．５Ｇ以
下に弱めることができる。

【００３８】この磁気遮蔽部１１により、図４に示すよ
うに、リニアモータ２で発生した直流磁界１２ａ、交流
磁界１２ｂは、弱められたり、あるいは磁気遮蔽部１１
の磁性材料からなる遮蔽部材に沿って磁力線が導かれる
ことになる。このため、磁気遮蔽部１１の空間内の磁界
が０．５Ｇ以下になり、リニアモータ２の磁界がセンサ
素子１０に及ぶのを阻止することができる。その結果、
センサ素子１０が外部磁界の影響を受けることなくマグ
ネット９の磁界を検知することができて、ピストン（図
示せず）の位置を正確に把握することができる。

【００３９】ピストンの位置を正確に把握することによ
って、ピストンの最大ストロークを制御することができ
て、リニアコンプレッサの能力を最大限に引出すことが
できる。

【００４０】なお、この実施の形態では、磁気遮蔽部１
１としては、センサ素子１０およびマグネット９の全体
を覆うことのできる箱状のものを例に挙げたが、このよ
うな磁気遮蔽部を設けることがスペース的に困難な場合
などには、マグネット９と対向するセンサ素子１０の部
分を除いて、センサ素子１０に磁気遮蔽部材を直接設け
てもよい。

【００４１】すなわち、図６に示すように、センサ素子
１０を覆うように、内側からパーマロイからなる遮蔽部
材１１ｄ、次にアルミニウムなどの導電性の非磁性材料
からなる遮蔽部材１１ｅ、そして一番外側に鉄からなる
遮蔽部材１１ｆを配設しても、外部磁界を効果的に遮蔽
することができる。その結果、マグネットの磁界を外部
磁界の影響を受けることなくセンサ素子１０で検知する
ことができ、ピストンの位置を精度よく検知することが
可能になる。

【００４２】なお、この実施の形態では、導電性の非磁
性材料としてアルミニウムを例に挙げたが、この他に、
たとえば銅などの、電気伝導率の高い材料を適用しても
交流磁界を効果的に遮蔽することができる。また、この
ような導電性の非磁性材料を、パーマロイからなる磁性
材料と鉄からなる磁性材料との間に設けたが、これに限
られず、パーマロイからなる遮蔽部材の内側に設けた
り、鉄からなる磁性材料の外側に設けてもよく、交流磁
界を効果的に遮蔽することができる。

【００４３】また、上記実施の形態では、リニアコンプ
レッサのリニアモータの磁気を遮蔽する場合を例に挙げ
て説明したが、リニアコンプレッサに限られず、リニア
モータを備えた駆動装置に広く適用することが可能であ
る。

【００４４】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００４５】

【発明の効果】本発明に係る磁気遮蔽構造体によれば、
１０Ｇ以上の直流磁界がまず第２遮蔽部材によって弱め
られ、数Ｇ程度になった磁界が第１遮蔽部材によってさ
らに弱められる。さらに、第３遮蔽部材によって２０Ｇ
以上の交流磁界が弱められる。これにより、磁石部以外
の磁界が磁気検出部に及ぶのが阻止されて、磁石部の磁
界を他の磁界の影響を受けることなく検知することがで
き、位置を検知する精度が向上する。

【００４６】そのような磁界を遮蔽する第１遮蔽部材と
してはパーマロイが好ましく、第２遮蔽部材としては鉄
が好ましい。

【００４７】また好ましくは、第３遮蔽部材は導電性材
料からなることにより、交流磁界により第３遮蔽部材に
は渦電流が生じて、交流磁界を効果的に遮蔽することが
できる。

【００４８】好ましくは、積層された第１遮蔽部材、第
２遮蔽部材および第３遮蔽部材は、一端が開口され他端
が閉じられた筒状体からなることにより、筒状体の開口
部分から筒状体の空間へ磁気検出部を容易に導くことが
できる。

【００４９】本発明に係るリニアモータを備えた駆動装
置によれば、磁気センサが筒状体からなる磁気遮蔽部の
内側の空間に収容されていることで、リニアモータの磁
界が筒状体によって遮蔽されて、磁気センサに磁界が及
ぶのを阻止することができる。しかも、磁石部が固定さ
れているアーム部を筒状体の空間に導くために開口され
ている一端側が、リニアモータが位置している側と反対
の側に位置していることで、アーム部がピストンの往復
駆動に追従するのを許容しながら、リニアモータの磁界
を阻止することができる。その結果、磁気検出部がリニ
アモータの磁界の影響を受けることなくピストンの往復
駆動に追従する磁石部の磁界を検出することができ、ピ
ストンの位置を正しく把握することができる。

【００５０】好ましくは、筒状体は、磁性材料からな
り、所定の磁界強度の磁界を遮蔽する第１遮蔽部材と、
その第１遮蔽部材を覆うように第１遮蔽部材の外側に設
けられ、所定の磁界強度よりも強い磁界を遮蔽する磁性
材料からなる第２遮蔽部材と、非磁性材料からなる第３
遮蔽部材とを有していることにより、リニアモータの１
０Ｇ以上の直流磁界がまず第２遮蔽部材によって弱めら
れ、数Ｇ程度の磁界が第１遮蔽部材によってさらに弱め
られる。さらに、第３遮蔽部材によって、リニアモータ
の２０Ｇ以上の交流磁界が遮蔽される。これにより、筒
状体の内側の空間内の直流磁界および交流磁界強度が約
０．５Ｇ以下になる。その結果、磁気検出部がリニアモ
ータの直流磁界および交流磁界の影響を受けることなく
磁石部の磁界を検出することができる。

【００５１】そのような第１遮蔽部材としてはパーマロ
イが好ましく、第２遮蔽部材としては鉄が好ましい。

【００５２】また好ましくは、第３遮蔽部材は導電性材
料からなることによって、交流磁界により第３遮蔽部材
には渦電流が生じて、交流磁界を効果的に遮蔽すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係るリニアコンプレッ
サの一断面図である。

【図２】 図１に示すリニアコンプレッサの部分拡大図
である。

【図３】 図１に示すリニアコンプレッサの磁気遮蔽部
の斜視図である。

【図４】 リニアコンプレッサのリニアモータの磁界を
示す模式図である。

【図５】 鉄またはパーマロイによる磁界の遮蔽強度を
示す図である。

【図６】 磁気遮蔽部材の変形例を示す部分拡大図であ
る。

【図７】 従来のリニアコンプレッサの一断面図であ
る。

【図８】 図７に示すリニアコンプレッサの部分拡大図
である。

【図９】 図８に示すマグネットとセンサ素子の配置を
示す図である。

【符号の説明】

１ リニアコンプレッサ、２ リニアモータ、３ 支持
部材、４ コイル、５永久磁石、６ａ ヨーク部、６
ケーシング、７ ロッド、８ａ、８ｂ アーム、９ マ
グネット、１０ センサ素子、１１ 磁気遮蔽部、１１
ａ、１１ｆ鉄、１１ｂ、１１ｅ 非磁性材料、１１ｃ、
１１ｄ パーマロイ、１２ａ 直流磁界、１２ｂ 交流
磁界、１３ 開口部。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁石部と、該磁石部の磁界を検出する磁
   気検出部とを有する磁気センサにおいて、前記磁石部の
   磁界以外の磁界が前記磁気検出部に及ぶのを阻止する磁
   気遮蔽構造体であって、 前記磁気検出部を覆うように配置され、所定の磁界強度
   の磁界を遮蔽する磁性材料からなる第１遮蔽部材と、 前記第１遮蔽部材を覆うように前記第１遮蔽部材の外側
   に設けられ、前記所定の磁界強度よりも強い磁界を遮蔽
   する磁性材料からなる第２遮蔽部材と、 非磁性材料からなる第３遮蔽部材と、を備えた、磁気遮
   蔽構造体。
2. 【請求項２】 前記第１遮蔽部材はパーマロイであり、
   前記第２遮蔽部材は鉄である、請求項１記載の磁気遮蔽
   構造体。
3. 【請求項３】 前記第３遮蔽部材は導電性材料からな
   る、請求項１または２に記載の磁気遮蔽構造体。
4. 【請求項４】 積層された前記第１遮蔽部材、前記第２
   遮蔽部材および前記第３遮蔽部材は、一端が開口され他
   端が閉じられた筒状体からなる、請求項１記載の磁気遮
   蔽構造体。
5. 【請求項５】 被駆動対象を往復駆動するためのリニア
   モータと、 前記被駆動対象の往復駆動に追従するアーム部と、 磁石部と該磁石部の磁界を検出する磁気検出部とを含
   み、前記被駆動対象の位置を検出する磁気センサと、 前記磁気センサを取囲み、前記リニアモータの磁界が前
   記磁気センサに及ぶのを阻止する磁気遮蔽部とを備え、 前記磁気遮蔽部は、一端が開口され他端が閉じられた筒
   状体からなり、 前記一端は前記リニアモータが位置する側とは反対側に
   位置し、 前記アーム部は前記一端の側から前記筒状体の内部に延
   在し、 前記磁石部は前記アーム部の端部近傍に固定され、前記
   磁気検出部は前記磁石と対向するように配置されてい
   る、リニアモータを備えた駆動装置。
6. 【請求項６】 前記筒状体は、 磁性材料からなり、所定の磁界強度の磁界を遮蔽する第
   １遮蔽部材と、 前記第１遮蔽部材を覆うように前記第１遮蔽部材の外側
   に設けられ、前記所定の磁界強度よりも強い磁界を遮蔽
   する磁性材料からなる第２遮蔽部材と、 非磁性材料からなる第３遮蔽部材と、を有する、請求項
   ５記載のリニアモータを備えた駆動装置。
7. 【請求項７】 前記第１遮蔽部材はパーマロイであり、
   前記第２遮蔽部材は鉄である、請求項６記載のリニアモ
   ータを備えた駆動装置。
8. 【請求項８】 前記第３遮蔽部材は導電性材料からな
   る、請求項６または７に記載のリニアモータを備えた駆
   動装置。