JP3802491B2 - 往復動式モータ - Google Patents

Description

本発明は、往復動式モータに係るもので、詳しくは、ステータから発生する磁場の漏洩を最小化することでモータの効率を向上し得る往復動式モータに関するものである。

一般に、前記往復動式モータは、アウターステータとインナーステータとが所定間隔を有して配置され、それらアウターステータとインナーステータとの間にマグネットを有するロータが配置されて、前記ステータに巻回された巻線コイルに電源が印加されると、前記ステータとマグネット間の相互作用により前記ロータが直線往復運動を行うモータであって、往復動式圧縮機に主に使用され、該往復動式圧縮機のピストンにロータが連結されることで、前記ピストンが往復運動を行うことになる。

図１は、従来の往復動式モータを示した半断面図、図２は、従来の往復動式モータのロータアセンブリを示した斜視図で、図示されたように、従来の往復動式モータにおいては、ハウジングなどに固定され、電源が印加されるとフラックスを形成するステータアセンブリ１０２と、該ステータアセンブリ１０２と所定エアギャップ(air gap)を有して配置され、該ステータアセンブリ１０２から発生するフラックスとの相互作用により往復運動を行うロータアセンブリ１０４と、を包含して構成されている。

ここで、前記ステータアセンブリ１０２は、複数の薄い鉄片が積層されて円筒状をなすアウターステータコア１０６と、該アウターステータコア１０６の内周面に所定エアギャップを有して配置され、複数の薄い鉄片が積層されて円筒状をなすインナーステータコア１０８と、前記アウターステータコア１０６の内部に巻回され、外部から電源が印加されると前記アウターステータコア１０６とインナーステータコア１０８間にフラックスを形成する巻線コイル１１０と、から構成されている。

また、前記ロータアセンブリ１０４は、前記アウターステータ１０６とインナーステータ１０８間の周方向に配置される複数のマグネット１１２と、それらマグネット１１２が外周面に等間隔に装着され、往復運動させようとする構成部品(図示せず)に連結されるマグネットフレーム１１４と、前記マグネット１１２が前記マグネットフレーム１１４から離脱することを防止するため、前記マグネット１１２に覆蓋されたマグネットカバー１１６と、から構成されている。

また、前記マグネットフレーム１１４は、図２に示したように、前記アウターステータ１０６とインナーステータ１０８との間に往復運動自在に配置され、周方向に等間隔に前記マグネット１１２が装着される円筒状の第１装着部１２０と、該第１装着部１２０の前記マグネット１１２が装着される部位の反対側の端部に同様な材料から一体に形成され、往復運動させようとする構成部品が装着される第２装着部１２２と、から構成されている。

前記第１装着部１２０は、周面に等間隔に前記マグネット１１２を挿合するための複数の挿合溝１２４が切削形成され、前記第２装着部１２２は、円板状で、周方向にピストン(図示せず)などの構成部品を装着するための締結ホール１２６が穿孔形成されている。

以下、このように構成された従来の往復動式モータの作用に対して説明する。
前記巻線コイル１１０に電源が印加されると、該巻線コイル１１０の周辺にフラックスが形成され、該フラックスは、前記アウターステータ１０６及びインナーステータ１０８に沿って閉ループを形成し、前記アウターステータ１０６とインナーステータ１０８間に形成されたフラックスと前記マグネット１１２により形成されたフラックスとの相互作用により、前記マグネット１１２が軸方向に直線運動を行う。次いで、前記巻線コイル１１０に印加される電流の方向を交互に変更すると、該巻線コイル１１０のフラックス方向が転換されることで、前記マグネット１１２が直線往復運動を行う。
また、前記マグネット１１２の直線往復運動により、該マグネット１１２が装着されたマグネットフレーム１１４が直線往復運動を行うことで、前記ピストンなどの構成部品が直線往復運動を行うことになる。

ここで、前記マグネットフレーム１１４は、前記マグネット１１２が装着された状態で前記ピストンなどを往復運動させなければならず、モータの安定性を考慮して所定強度を維持すべきであるため、通常、金属材から製造され、特に、前記アウターステータ１０６とインナーステータ１０８間のエアギャップを縮小させるため、非磁性体金属を利用する。

然るに、このような従来の往復動式モータにおいては、前記マグネットフレーム１１４を非磁性体金属から製造する場合、金属の特性上、伝導性はなお存在するため、前記アウターステータ１０６とインナーステータ１０８間に発生する磁場が前記マグネットフレーム１１４を通して漏洩されて、モータの性能を低下させるという問題点があった。
このような問題点を解決するため、前記マグネットフレームを非金属物から製造する場合、前記非金属物の特性上、金属物に比べて物性が弱いため、その厚さを薄く成形するには限界があるので、直線往復運動時に破損の憂いがあるという不都合な点があった。
また、前記マグネットフレーム１１４を成形するとき、該マグネットフレーム１１４の内部に挿合される内部鋳型から容易に抜き出すことができるように、ある程度の抜き勾配(draft)を設けなければならないため、前記アウターステータ１０６とインナーステータ１０８間のエアギャップが拡大されて、モータの効率を低下させるという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、マグネットフレームのマグネットが装着される部分を非金属性材料から形成して、巻線コイルから発生するフラックスの損失を最小化することで、モータの効率低下を防止し得る往復動式モータを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、往復運動させようとする構成部品が締結されるマグネットフレームの部分を、所定強度を有する金属性材料から形成することで、その厚さを薄くすると共に前記構成部品との結合強度を維持し得る往復動式モータを提供することにある。
また、本発明の更に他の目的は、前記マグネットフレームを成形するとき、抜き勾配を設ける必要のない、そのためマグネットフレームの厚さを均一に形成し得ると共に、前記アウターステータとインナーステータ間のエアギャップを縮小でき、モータの効率を向上し得る往復動式モータを提供することにある。

このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式モータにおいては、アウターステータコアと、該アウターステータコアの内周面に所定エアギャップを有して配置されるインナーステータコアと、それらアウターステータコア及びインナーステータコアの何れか一方に巻回された巻線コイルと、前記アウターステータコアとインナーステータコアとの間に直線移動可能に配置されたマグネットと、該マグネットと往復運動させようとする構成部品との間に配設されて、前記マグネットの往復運動を前記構成部品に伝達するマグネットフレームと、を包含する往復動式モータであって、前記マグネットフレームは、前記マグネットが装着される第１装着部と、該第１装着部に締結され、該第１装着部と異なる材料から形成され、前記構成部品が締結される第２装着部と、を包含して構成されることを特徴とする。

また、前記往復動式モータの前記第１装着部は、非金属性材料で形成されることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第１装着部は、繊維と樹脂とを混合して作られていることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第１装着部は、円筒状で、外周方向に前記マグネットを挿入するための挿入溝が所定間隔を有して切削形成されることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第１装着部は、周方向に複数のエアパスが貫通形成されることを特徴とする。

また、前記往復動式モータの前記第１装着部は、前記マグネットが上死点または下死点に位置されるとき、前記アウターステータの側面から、エアギャップの２倍以上の長さを有することを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第２装着部は、金属性材料で形成されることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第２装着部は、板金により製造された冷間圧延鋼板を射出成形して製造されることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第２装着部は、前記第１装着部の縁部の周面に締結される円筒状で、該第１装着部と締結される部位の反対側の側面には、構成部品との締結のための複数の締結ホールが穿孔形成されることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第２装着部の周面には、複数のエアパスが貫通形成されることを特徴とする。

また、前記往復動式モータの前記第１装着部と第２装着部とを締結するための締結手段として、前記第１装着部の前記第２装着部と対向する内周面に第１段差部を形成し、前記第２装着部の外周面に第２段差部を形成し、それら第１段差部と第２段差部とを嵌合して組立てることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第１装着部及び第２装着部は、ボルトまたは接着剤により相互結合されることを特徴とする。
また、前記往復動式モータの前記第１装着部及び第２装着部は、前記第１装着部を成形するとき、前記第２装着部をインサートモルディングして結合することを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
図３は、本発明に係る往復動式モータの半断面図で、図示されたように、本発明に係る往復動式モータにおいては、ハウジング(図示せず)に固定される円筒状のアウターステータコア２と、該アウターステータコア２の内周面に所定エアギャップを有して配置され、該アウターステータコア２との間にフラックスを形成するインナーステータコア４と、前記アウターステータコア２の内部に巻回された巻線コイル６と、前記アウターステータコア２とインナーステータコア４との間に直線運動自在に配置されたマグネット８と、該マグネット８と往復運動させようとする構成部品(図示せず)との間に配設され、前記マグネット８の往復運動を前記構成部品に伝達するマグネットフレーム１０と、を包含して構成されている。
ここで、前記構成部品は、その一例として、前記往復動式モータが往復動式圧縮機に適用される場合、圧縮作用のために直線往復運動を行うピストンを示す。

また、前記アウターステータコア２は、複数枚の鉄片が積層されて円筒状に形成され、その内周面に前記巻線コイル６が巻回され、前記インナーステータコア４は、複数枚の鉄片が積層された円筒状に形成され、前記アウターステータコア２の内部に所定エアギャップを有して配置される。
また、前記マグネット８は、前記アウターステータコア２とインナーステータコア４間のエアギャップの周方向に複数分散されて前記マグネットフレーム１０に装着され、前記マグネット８の外側には、該マグネット８の離脱を防止するためのマグネットカバー１６が取付けられる。
また、前記マグネットフレーム１０は、図４に示したように、前記アウターステータコア２とインナーステータコア４間のエアギャップに配置され、前記マグネット８が装着された第１装着部１２と、該第１装着部１２の端部に締結され、往復運動させようとする構成部品に固定され、前記第１装着部１２と異なる材質から形成される第２装着部１４と、を有している。

また、前記第１装着部１２は、所定厚さを有する円筒状で、外周方向に前記マグネット８を挿入するための挿入溝１８が所定間隔を有して切削形成され、該挿入溝１８と所定間隔を有して周方向に複数のエアパス２０が貫通形成されている。
このような第１装着部１２は、前記巻線コイル６により前記アウターステータコア２とインナーステータコア４との間に発生するフラックスの損失を低減し得るように、非伝導性を有する非金属性材質から形成される。特に、前記第１装着部１２は、前記マグネット８を支持する強度及びフラックスの損失を考慮して、繊維と樹脂とを混合して射出成形することが好ましい。

また、前記第２装着部１４は、前記第１装着部１２の縁部の周面に締結手段により締結され、該第１装着部１２と同様な直径を有する円筒状で、周方向に複数のエアパス２２が貫通形成され、前記第１装着部１２と締結される部位の反対側の側面には、構成部品との締結のための複数の締結ホール２４が穿孔形成される。
このような第２装着部１４は、前記構成部品との締結及び往復運動に耐えることができる金属性材質から形成される。特に、前記第２装着部１４は、製造費用を考慮して、板金により製造された冷間圧延鋼板を射出成形して製造することが好ましい。

通常、前記マグネット８が上死点または下死点に位置されるとき、前記アウターステータコア２の側面から、該アウターステータコア２とインナーステータコア４間のエアギャップの２倍になる距離からは、磁場の影響を受けないことと知られている。
よって、前記第１装着部１２の長さは、図３に示したように、前記マグネット８が最大限右側に移動されたとき、前記アウターステータコア２の側面から、前記エアギャップＬの２倍になる長さＭを有することが好ましい。

ここで、前記第１及び第２装着部１４は、その長さが短いため、射出成形時に抜き勾配を設けずにも鋳型から容易に分離することができる。
また、前記第１装着部１２と第２装着部１４とを締結するための締結手段として、前記第１装着部１２の前記第２装着部１４と対向する側の内周面が所定幅だけ窪んだ第１段差部２６を形成し、前記第２装着部１４には、前記第１段差部２６に嵌合されるように、外周面が所定幅だけ窪んだ第２段差部２８を形成することで、それら第１段差部２６に第２段差部２８を嵌合して組立てた後、ボルトや接着剤により固定させる。

また、図５に示したように、前記締結手段の他の実施例として、前記第１装着部１２の前記第２装着部１４と対向する側の外周面が所定幅だけ窪んだ第１段差部３２を形成し、前記第２装着部１４には、前記第１段差部３２に嵌合されるように、内周面が所定幅だけ窪んだ第２段差部３４を形成し、それら第１段差部３２に第２段差部３４を嵌合して組立てた後、ボルトや接着剤により固定させる方法を適用することができる。

その他、非金属物質の前記第１装着部１２を成形するとき、金属物質の前記第２装着部１４をインサートモルディングして相互結合する方法を適用することができる。
また、前記締結手段においては、円筒状の金属性材質と円筒状の非金属性材質とを相互締結し得る如何なる締結方法も使用することができる。
以下、このように構成された本発明に係る往復動式モータの作用について説明する。

前記巻線コイル６に電源が印加されると、該巻線コイル６の周辺にフラックスが形成され、該フラックスは、前記アウターステータコア２及びインナーステータコア４に沿って閉ループを形成し、前記アウターステータコア２とインナーステータコア４間に形成されたフラックスと前記マグネット８により形成されたフラックスとの相互作用により、前記マグネット８が軸方向に直線運動を行う。

次いで、前記巻線コイル６に印加される電圧の方向を交互に変更すると、該巻線コイル６のフラックス方向が転換されることで、前記マグネット８が直線往復運動を行う。
また、前記マグネット８の直線往復運動により、該マグネット８が装着されたマグネットフレーム１０が直線往復運動を行うことで、前記ピストンなどの構成部品も直線往復運動を行うことになる。

ここで、前記マグネット８が装着されるマグネットフレーム１０の第１装着部１２が非金属性材質から形成されるため、前記巻線コイル６から発生するフラックスの損失を最小化することができる。また、前記構成部品が締結されるマグネットフレーム１０の第２装着部１４が金属性材質から形成されるため、構成部品との締結強度を維持することができる。

以上説明したように、本発明に係る往復動式モータにおいては、マグネット８が固定されるマグネットフレーム１０の第１装着部１２を非金属性材料から形成して、前記巻線コイル６から発生するフラックスの損失を最小化することで、モータの効率低下を防止し得るという効果がある。
また、本発明に係る往復動式モータにおいては、往復運動させようとする構成部品と締結されるマグネットフレーム１０の第２装着部１４を、所定強度を有する金属性材料から形成することで、その厚さを薄くすると共に、構成部品との結合強度を維持し得るという効果がある。

また、本発明に係る往復動式モータにおいては、前記第１装着部１２及び第２装着部１４が別途に射出成形された後に締結されるため、射出成形時、抜き勾配を設けずに済むので、マグネットフレーム１０の厚さを均一に形成し得ると共に、前記アウターステータコア２とインナーステータコア４間のエアギャップを縮小することができて、モータの効率を向上し得るという効果がある。
また、本発明に係る往復動式モータにおいては、前記マグネットフレーム１０が、金属と非金属とを相互結合して製造されるため、製造費用を節減し得るという効果がある。

従来の往復動式モータを示した半断面図である。 従来の往復動式モータのロータフレームを示した斜視図である。 本発明に係る往復動式モータの半断面図である。 本発明に係る往復動式モータのロータフレームを示した分解斜視図である。 本発明に係る往復動式モータのロータフレームの他の実施例を示した半断面図である。

Claims (12)

1. アウターステータコアと、該アウターステータコアの内周面に所定エアギャップを有して配置されるインナーステータコアと、それらアウターステータコア及びインナーステータコアの何れか一方に巻回された巻線コイルと、前記アウターステータコアとインナーステータコアとの間に直線移動可能に配置されたマグネットと、該マグネットと往復運動させようとする構成部品との間に配設されて、前記マグネットの往復運動を前記構成部品に伝達するマグネットフレームと、を包含する往復動式モータであって、
   前記マグネットフレームは、
   前記マグネットが装着される非金属材料で形成された第１装着部と、
   該第１装着部と締結され、前記構成部品が締結される金属材料で形成された第２装着部と、
   を包含して構成されることを特徴とする往復動式モータ。
2. 前記第１装着部は、繊維と樹脂とを混合して作られていることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
3. 前記第１装着部は、円筒状で、外周方向に前記マグネットを挿入するための挿入溝が所定間隔を有して切削形成されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
4. 前記第１装着部は、周方向に複数のエアパスが貫通形成されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
5. 前記第１装着部は、前記マグネットが上死点または下死点に位置するとき、前記アウターステータの側面から、前記エアギャップの２倍以上の長さを有することを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
6. 前記第２装着部は板金により製造された冷間圧延鋼板を射出成形して製造されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
7. 前記第２装着部は、前記第１装着部の縁部の周面に締結される円筒状で、該第１装着部と締結される部位の反対側の側面には、構成部品との締結のための複数の締結ホールが穿孔形成されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
8. 前記第２装着部の周面には複数のエアパスが貫通形成されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
9. 前記第１装着部と第２装着部とを締結するための締結手段として、前記第１装着部の前記第２装着部と対向する内周面に第１段差部を形成し、前記第２装着部の外周面に第２段差部を形成し、それら第１段差部と第２段差部とを嵌合して組立てることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
10. 前記第１装着部と第２装着部とを締結するための締結手段として、前記第１装着部の前記第２装着部と対向する外周面に第１段差部を形成し、前記第２装着部の内周面に第２段差部を形成し、それら第１段差部と第２段差部とを嵌合して組立てることを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。
11. 前記第１装着部及び第２装着部は、ボルトまたは接着剤により相互結合されることを特徴とする、請求項１０に記載の往復動式モータ。
12. 前記第１装着部及び第２装着部は、前記第１装着部を成形するとき、前記第２装着部をインサートモルディングして結合することを特徴とする、請求項１に記載の往復動式モータ。

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