JP3804164B2 - Linear motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は可動子を固定子に対して非接触に支持する支持機構としてフレクシャベアリングを用いたリニアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
リニアモータでは、固定子に対し可動子を非接触で支持する支持機構として、板ばね部材のばね性を利用したフレクシャベアリングを用いる場合がある。フレクシャベアリングが採用されるリニアモータは、例えば直動型圧縮機のピストンの駆動装置として組込まれ、非接触ピストン支持機構により、作動ピストンをシリンダに対して非接触状態に支持して、作動ピストンとシリンダとの摺接に起因するガスの汚染およびシーリングの摩耗を阻止して、圧縮機の性能低下を防止すべく意図したものである。その一形式は、刊行物「三菱電機技報,Vol.67,No.8,1993」に記載されている。
【0003】
フレクシャベアリングは、板ばね部材に中心部側から外周縁側へ渦巻状に延びるスリットを形成した部分をばね本体とし、その外周縁部を圧縮機のハウジング内で固定子に固定し、その中心部分を作動ピストンのシャフト部分(可動子)に固定して作動ピストンを支持するもので、作動ピストンを支持した状態では、ばね本体の直交方向には柔軟でかつ平行方向には剛性が高く、作動ピストンを安定した状態に支持するとともに、作動ピストンのばね本体の直交方向への移動(ストローク)を許容する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フレクシャベアリングは、ベアリングとしての剛性を上げるため、通常、複数個のフレクシャベアリングが積層された積層フレクシャベアリング群の構成を採る。この複数個のフレクシャベアリングの外周縁部と中心部分を固定して積層形態に組込むとき、従来はフレクシャベアリング同士が別体で、相対的に回動できる構成であるため、各フレクシャベアリングの位相が不揃いになりやすく、組み付け時に作用する固定力で応力が発生し、一部のフレクシャベアリングだけに大きな応力がかかり、早期の破損を招くおそれがある。
【0005】
従って、本発明の目的は、積層フレクシャベアリング群を可動子の支持装置とするリニアモータにおいて、該積層フレクシャベアリング群を構成する個々のフレクシャベアリングが確実に位相の合った状態に組付けられ、軸受けとしての耐久性を高めることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リニアモータの固定子を持つハウジングと、該リニアモータの可動子に固定されたシャフトと、該固定子に外周部が固定され中央部が該シャフトに固定される積層フレクシャベアリング群と、を持つリニアモータであって、
該積層フレクシャベアリング群は、円盤状で中央に該シャフトに挿通して固定される固定中心孔を持つ中央部と該固定子に挿通固定される複数個の固定外周孔とを持つ外周縁部と該中央部と該外周縁部の間にあり該中央部から該外周縁部に渦巻状に延びる複数のスリットを持ち軸方向に積層された複数個のフレクシャベアリングと、複数個の該フレクシャベアリング同士を予め同一位相で相対回動不能に固定する固定部材とからなることを特徴とする。
【0007】
本発明に係るリニアモータにおいては、前記フレクシャベアリングは前記中央部の前記固定中心孔の周囲に複数個の中央部通孔と前記外周縁部に複数個の外縁部通孔を有し、前記固定部材は各該中央部通孔及び各該外縁部通孔挿通して、複数の該フレクシャベアリングを固定する複数個の締結ボルトで構成することができる。
【0008】
【発明の作用・効果】
本発明に係るリニアモータのフレクシャベアリングにおいては、リニアモータへの組込み前の段階で予め個々のフレクシャベアリング同士が固定部材によって同一位相で相対回動不能に固定されているため、組込み時のボルト、ナットによる押圧力や回転力によって位相がずれることがなくなり、組み付け時に一部のフレクシャベアリングに応力が作用するおそれがない。このため一部のフレクシャベアリングが早期に破損する問題を解決できる。
【0009】
また、本発明のリニアモータを圧縮機のピストン駆動装置として構成したものでは、ピストンとシリンダとの非接触状態を長期に確保できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に基づいて説明すると、図1には、直動型圧縮機の駆動装置に採用したリニアモータが示されている。圧縮機10は、膨張機20と連結管で連結されていて、膨張機20と共にスプリット型スターリング冷凍機を構成している。
【0011】
当該圧縮機10は2気筒対向式のもので、圧縮機10を構成するハウジング10aは、左右一対の収容室11a,11bと、両収容室11a,11bの中間部に位置して両収容室11a,11bに連通するシリンダ部11cを備え、各収容室11a,11bにはリニアモータ10bが収容されており、該リニアモータ10bで圧縮機10の作動ピストン16を駆動している。
【0012】
リニアモータ10aは、固定子としてのヨーク12およびマグネット13と、可動子としてのボビン14およびコイル15を備えているもので、ヨーク12は収容室11a,11b内に嵌着されて固定されている。マグネット13は、ヨーク12の外側筒部12aの内周側に固着されている。ボビン14は、作動ピストン16に一体的に設けられているもので、ボビン14の外周にコイル15が巻回されている。
【0013】
作動ピストン16は、シャフト部16aと、該シャフト部16aの先端から突出するピストン部16bと、シャフト部16aの中間部から外周側およびピストン部16b側に延びる筒状のフランジ部16cからなり、フランジ部16cの先端に、ボビン14が一体的に形成されている。
作動ピストン16は、ヨーク12の内側筒部12bの内孔12c内に挿通されていて、シャフト部16aの端部が内側筒部12bから突出し、フランジ部16cが内側筒部12bの外周に嵌合し、かつピストン部16bがシリンダ部11c内に所定長さ嵌合している。作動ピストン16は、この状態でシャフト部16aの一端側と他端側にて、積層フレクシャベアリング群17を介してヨーク12の外側筒部12aに支持されている。
【0014】
積層フレクシャベアリング群17は、外周部にてヨーク12に固定されているとともに、中央の固定中心孔にて作動ピストン16のシャフト部16aに固定されていて、この状態においては、後述するように中心部側が直交方向に変位可能であり、作動ピストン16をヨーク12に対して軸方向へ移動可能に支持している。これにより、積層フレクシャベアリング群17は、コイル15をヨーク12の内側筒部12bの外周側にてマグネット13に対向して位置させているとともに、コイル15と内側筒部12bの外周およびマグネット13の内周との間に所定の隙間を確保している。
【0015】
作動ピストン16のピストン部16bは、互いに対向するピストン部16bとによりシリンダ部11c内に圧縮室R1を形成しており、また、各ピストン部16bとシリンダ部11cとは非接触状態として非接触隙間シールを採用し、ピストン部16bおよびシリンダ部11cの摩耗を防止している。
リニアモータ10bにおいては、ヨーク12とマグネット13にて形成される磁気回路中のコイル15に交番電流を通電させることにより推力を発生させ、この推力により作動ピストン16を駆動し、各フレクシャベアリング17を変位させて軸方向に進退させる。これにより、リニアモータ10bの駆動時には、シリンダ部11c内の圧縮室R1内のガスが圧縮されて、圧縮されたガスは連結管18を通って膨張機20へ送出される。
【0016】
膨張機20は、ハウジング20aに駆動装置であるリニアモータ20bを一体化してなるもので、ハウジング20aは収容室21aとシリンダ部21bを備え、収容室21aには作動ピストン22が圧縮スプリング21cを介して収容されている。作動ピストン22は、軸部22aと、軸部22aの先端から突出するピストン部22bと、軸部22aの後端部にて外周側から先端側へ延びるフランジ部22cとからなり、ピストン部22bの先端部には再生器23が内包されている。作動ピストン22においては、フランジ部22cが収容室21a内に収容された状態で、ピストン部22aがシリンダ部21bに挿通されていて、再生器23がハウジング20aの先端から突出している。
【0017】
リニアモータ20bは、ヨーク24、マグネット25、ボビン26、およびコイル27を備えている。ヨーク24は、ハウジング20aに一体的に形成されているもので、外側筒部24aとこれと同心的に位置する内側筒部24bを備え、内側筒部24bの外周側にマグネット25が固着されている。ボビン26は、作動ピストン22におけるフランジ部22cの先端に一体的に設けられているもので、ボビン26の外周にコイル27が巻回されている。コイル27は、作動ピストン22が収容室21aに収容された状態でヨーク24の外側筒部24aとマグネット25間に位置してこれら両者24a,25間にわずかな隙間を保持し、かつマグネット25に対向している。
【0018】
リニアモータ20bは、作動ピストン22を駆動して進退させるもので、圧縮機10と膨張機20のそれぞれの作動ピストンの位置をセンサにて検出し、この検出信号に基づいて駆動して各作動ピストンの進退を制御して、スターリング冷凍機の最適な運転状態を確保し得るようになっている。
再生器23は、膨張室R2の低温ガスが圧縮室R1側へ流出する過程で一時的に冷熱を蓄え、逆に圧縮室R1から高温ガスが流入する過程でこの高温ガスを予冷するものであり、膨張機20の先端に取り付けられた赤外線素子等を膨張室R2内の低温ガスで冷却する。
【0019】
しかして、作動ピストン16のピストン部16b側を支持する積層フレクシャベアリング群17は、円板状の板ばね部材171を個々のフレクシャベアリングとし、該板ばね部材171を積層した円盤状をなすものである。積層フレクシャベアリング群17を構成する個々の要素は以下のような形状をなす。
板ばね部材171は中心に固定中心孔171aが形成され、外周縁部に二種類の通孔171b1、171b2が交互に所定個形成され、かつ、固定中心孔周囲の中心部と外周縁部との間のリング状部分に内央から外周へ渦巻状に延びる3本のスリット171cが形成されている。通孔171b1は積層フレクシャベアリング群17を固定するためのものであり、本発明の固定部材が挿通する通孔171b2は積層フレクシャベアリング群17をヨーク12の外側筒部12aに固定するためのもので本発明の固定外周孔に該当するものである。また、固定中心孔171aの周囲には所定個の通孔171dが形成されている。これら通孔171dも本発明の固定部材が挿通する。板ばね部材171の中心部と外周縁部にはそれぞれ内周側スペーサ172、外周側スペーサ173が介装される。中心部に介装される内周側スペーサ172は、図6に示すように、固定中心孔171aに一致した通孔172aと、通孔171dに一致した通孔172bとを持ち、外周側スペーサ173は通孔171b1、171b2に一致した通孔を持つ。積層フレクシャベアリング群17の中央部17a(板ばね部材の中心部積層部位)の両外位置には内周側押え板174が配設される。内周側押え板174の一方は、固定中心孔171aよりやや大きめの通孔174bと板ばね部材171の通孔171dに対応したねじ孔を持ち、他方の内周側押え板174は該通孔171dに一致した通孔を持つとともに、固定中心孔171aに一致した通孔174aを持つものである。同様に積層フレクシャベアリング17の外周縁部17bの両外位置には外周側押え板175が配設される。外周側押え板175の一方は板ばね部材171の通孔171b2に一致した通孔と、通孔171b1に対応したねじ孔を持ち、外周側押え板175の他方は該通孔171b1および171b2に一致した通孔を持つものである。
【0020】
積層フレクシャベアリング群17は各板ばね部材171のスリット171cの位相が合わせられ、外周部17b(板ばね部材の外周縁部積層部位)が本発明の固定部材を構成する結合ボルト176で、通孔171dに一致した通孔172bが本発明の結合部材を構成する結合ボルト178で固定される。結合ボルト176は先締の外周側押え板175から通孔171b1及びスペーサ173を交互に貫通し後締めの外周側押え板175のねじ孔に締着される。この結合ボルト176により固定された状態(図2)で締結ボルト177が通孔171b2に挿通されて、ヨーク12の外側筒部12aに固定される。
【0021】
また、積層フレクシャベアリング群17の通孔174bを固定する本発明の固定部材に相当の結合ボルト178は、前記通孔174bの先締めの内周側押え板174から通孔171dおよびスペーサ172の通孔を交互に貫通し、かつ後締め内周側押え板174のねじ孔に締着される。これにより、個々のフレクシャベアリング同士が回動不動にされた状態(図4)になる。リニアモータへの組込み時には、固定中心孔171aにシャフト部16aが挿通される。シャフト部16aが挿通された積層フレクシャベアリング群17は、図2に示すように、該シャフト部16aのフランジ状をした当接肩部16a1にて軸方向の位置が規制される。すなわち、後締め内周側押え板174の通孔174bが当接肩部16a1の外周に嵌合し、該後締め内周側押え板174に隣接した板ばね部材171の中心部が当接肩部16a1に当接する。当接肩部16a1からは先端に固定ねじ部16a3を有する突出部16a2が突出しており、積層フレクシャベアリング群17は該固定ねじ部16a3に締着されるナット179の押圧力で該当接肩部16a1に押圧される。
【0022】
ところで、後締め内周側押え板174の反対側の押え板174とナット179との間にピストン部16bを構成するスペーサ180が介装されている。スペーサ180はピストン部16bとなる筒状の頭部と、該頭部と一体で嵌合孔を有する軸部分とからなり、該軸部分の嵌合孔に前記突出部16a2が挿通されている。突出部16a2の固定ねじ部16a3は頭部内の空洞に突出し、ナット179が締着される。
【0023】
図9、図10には、比較例としてのリニアモータにおける積層フレクシャベアリング群19が示されており、この積層フレクシャベアリング群19においては、外周縁部19bと中央部19aは、それぞれ共通のボルト191とシャフト部16aにナット192の押圧力で固定されているだけである。
このような構成では、ボルト191とナット192で固定するとき、スペーサ、押え板およびフレクシャベアリング同士が相対的に動きやすく、押え板で固定される位置がずれたり、各フレクシャベアリングの位相が合わずに、早期の破損を招きやすい。
【0024】
しかしながら、本発明に係るリニアモータの積層フレクシャベアリング群17においては、ヨーク12に外周縁部17bが固定される前に、結合ボルト176によって該外周縁部17bが結合され、かつ中央部17aが結合ボルト174によって結合されている。従って、スペーサ172、173、押え板175、174やフレクシャベアリング同士は不動の状態にされている。この状態の積層フレクシャベアリング群17を締結ボルト177およびナット179を回しつつ押圧しても、フレクシャベアリングの位相ずれやスペーサ、押え板の位置ずれは皆無である。このため、各フレクシャベアリングに均等に荷重がかかり、一部のフレクシャベアリングに荷重が偏って早期に破損するような現象を確実に回避できるのである。
【0025】
上記実施例の積層フレクシャベアリング群17は、リニアモータと別体に組付ける。そのために治具を用意する。治具はリニアモータのシャフト部16aと同一径のシャフト部と、ヨーク12の外側筒部12aを持つ。該治具の外側筒部には結合ボルト176の位置に対応した突起を設けてもよい。治具シャフト部の当接肩部に後締め押え板174を嵌合するとともに、突起に外周側押え板175を嵌合する。続けて板ばね部材171、内周側スペーサ172の順に治具シャフト部を嵌合し、突起に外周側スペーサ173を嵌合する。以降も同順に嵌合するが、このとき板ばね部材171の位相を同一にする。最後の押え板174、175を嵌合し終えたら、結合ボルト178で中央部174bを固定し、外周縁部174aを固定する前の積層フレクシャベアリング群17を治具から除去して該外周縁部174aを結合ボルト176で固定する。かくて本発明の積層フレクシャベアリング群17が製作される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一例に係るリニアモータの断面図である。
【図2】 同リニアモータの可動子を支持した積層フレクシャ・ベアリング群の拡大断面図である。
【図3】 同積層フレクシャベアリング群の正面図である。
【図4】 同リニアモータへ組込み前の積層フレクシャベアリング群を示す断面図である。
【図5】 同積層フレクシャベアリング群の一つの要素を示す正面図である。
【図6】 同積層フレクシャベアリング群の中央部に介装されるスペーサの正面図である。
【図7】 同積層フレクシャベアリング群の他の例を示す断面図である。
【図8】 同積層フレクシャベアリング群の更に他の例を示す断面図である。
【図9】 積層フレクシャ・ベアリング群の比較例の断面図である。
【図10】 比較例に係る積層フレクシャベアリング群の正面図である。
【符号の説明】
10…圧縮機、10a…ハウジング、10b…リニアモータ、11a,11b…収容室、11c…シリンダ部、12…ヨーク(固定子)、12a…外側筒部、12b…内側筒部、12c…内孔、12d…突出部、13…マグネット、14…ボビン、15…コイル、16…作動ピストン(可動子)、16a…シャフト部、16a1…当接肩部、16a3…当接肩部、16b…ピストン部、16c…フランジ部、17…積層フレクシャベアリング、17a…中央部、17b…外周縁部、18…連結管、20…膨張機、20a…ハウジング、20b…リニアモータ、21a…収容室、21b…シリンダ部、21c…圧縮スプリング、22…作動ピストン、22a…軸部、22b…ピストン部、22c…フランジ部、23…再生器、24…ヨーク、24a…外側筒部、24b…内側筒部、25…マグネット、26…ボビン、27…コイル、圧縮室R1、R2…膨張室、171…板ばね部材、171c…スリット、172…内周側スペーサ、173…外周側スペーサ、174…内周側押え板、175…外周側押え板、176…結合ボルト、177…締結ボルト、178…結合ボルト。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor using a flexure bearing as a support mechanism for supporting a mover in a non-contact manner with respect to a stator.
[0002]
[Prior art]
In a linear motor, a flexure bearing using the spring property of a leaf spring member may be used as a support mechanism that supports the mover in a non-contact manner with respect to the stator. A linear motor employing a flexure bearing is incorporated as a driving device for a piston of a direct acting compressor, for example, and a non-contact piston support mechanism supports the operating piston in a non-contact state with respect to the cylinder. It is intended to prevent gas deterioration and sealing wear caused by sliding contact between the cylinder and the cylinder, and to prevent deterioration of the compressor performance. One of the formats is described in a publication “Mitsubishi Electric Technical Report, Vol. 67, No. 8, 1993”.
[0003]
Furekushi catcher Bearings is a portion in which a slit is formed extending spirally to the outer peripheral edge from the center side to the leaf spring member is a spring body, fixed to the stator and the outer peripheral edge portion in the housing of the compressor, the center The part is fixed to the shaft part (movable element) of the working piston to support the working piston. When the working piston is supported, the spring body is flexible in the orthogonal direction and highly rigid in the parallel direction. The piston is supported in a stable state, and the movement (stroke) of the working piston in the orthogonal direction is allowed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to raise the rigidity as a bearing, the flexure bearing usually adopts a configuration of a laminated flexure bearing group in which a plurality of flexure bearings are laminated. When a plurality of flexure bearings are fixed to the outer peripheral edge and the central portion and assembled into a laminated form, the flexure bearings are conventionally separate and can rotate relatively. These phases are likely to be uneven, and stress is generated by a fixing force acting during assembly, and a large stress is applied only to some flexure bearings, which may cause premature breakage.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a linear motor having a laminated flexure bearing group as a support device for a mover, in which the individual flexure bearings constituting the laminated flexure bearing group are securely assembled in phase. It is to improve durability as a bearing.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a housing and a shaft which is fixed to the movable element of the linear motor, laminated flexure bearing groups central portion outer peripheral portion is fixed to the stator is fixed to the shaft with a stator of the linear motor And a linear motor having
The laminated flexure bearing group is a disc-shaped outer peripheral portion having a central portion having a fixed central hole that is inserted and fixed to the shaft at the center and a plurality of fixed outer peripheral holes that are inserted and fixed to the stator. A plurality of flexure bearings that are between the central portion and the outer peripheral edge portion and spirally extend from the central portion to the outer peripheral edge portion and are laminated in the axial direction, and a plurality of the flexure bearings. It is characterized by comprising a fixing member that fixes the kushisha bearings in advance at the same phase so that they cannot rotate relative to each other .
[0007]
In the linear motor according to the present invention, the flexure bearing has a plurality of central through holes around the fixed central hole in the central portion and a plurality of outer edge through holes in the outer peripheral edge, The fixing member may be constituted by a plurality of fastening bolts that are inserted through the respective central portion through holes and the respective outer edge portion through holes to fix the plurality of flexure bearings .
[0008]
[Operation and effect of the invention]
In Furekushi catcher Bearings of the linear motor according to the present invention, since the pre-individual flexure bearings each other in built before the stage of the linear motor is non-rotatably secured in the same phase by the fixing member, when built The phase is not shifted by the pressing force or rotational force of the bolts and nuts, and there is no possibility of stress acting on some flexure bearings during assembly. For this reason, the problem that some flexure bearings are damaged early can be solved.
[0009]
Further, in the case where the linear motor of the present invention is configured as a piston driving device for a compressor, a non-contact state between the piston and the cylinder can be ensured for a long time.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a linear motor employed in a drive unit for a direct acting compressor. The
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
The
The working
[0014]
Laminated Furekushi
[0015]
The
In the
[0016]
The
[0017]
The linear motor 20 b includes a
[0018]
The linear motor 20b drives the operating piston 22 to move forward and backward, detects the position of each operating piston of the
The
[0019]
Thus, the laminated
The
[0020]
Laminated
[0021]
In addition, the
[0022]
By the way, the
[0023]
9 and 10 show a laminated
In such a configuration, when the
[0024]
However, in the laminated Furekushi
[0025]
The laminated
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a linear motor according to an example of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a laminated flexure bearing group that supports a mover of the linear motor.
FIG. 3 is a front view of the same laminated flexure bearing group.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a laminated flexure bearing group before being incorporated into the linear motor.
FIG. 5 is a front view showing one element of the same laminated flexure bearing group.
FIG. 6 is a front view of a spacer interposed in the central portion of the same laminated flexure bearing group.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of the same laminated flexure bearing group.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing still another example of the same laminated flexure bearing group.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a comparative example of a laminated flexure bearing group.
FIG. 10 is a front view of a laminated flexure bearing group according to a comparative example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該積層フレクシャベアリング群は、円盤状で中央に該シャフトに挿通して固定される固定中心孔を持つ中央部と該固定子に挿通して固定される固定外周孔を持つ外周縁部と該中央部と該外周縁部の間にあり該中央部から該外周縁部に渦巻状に延びる複数のスリットとを持ち軸方向に積層された複数個のフレクシャベアリングと、複数個の該フレクシャベアリング同士を予め同位相で相対回動不能に固定する固定部材とからなることを特徴とするリニアモータ。Having a housing with a stator of a linear motor, a shaft fixed to the movable element of the linear motor, a laminated flexure bearing groups central portion outer peripheral portion is fixed to the stator is fixed to the shaft, the A linear motor,
The laminated flexure bearing group has a disk-like central portion having a fixed center hole that is inserted and fixed to the shaft in the center , an outer peripheral portion having a fixed outer peripheral hole that is inserted and fixed to the stator , and A plurality of flexure bearings that are disposed between the central portion and the outer peripheral edge portion and have a plurality of slits spirally extending from the central portion to the outer peripheral edge portion, and stacked in the axial direction; and a plurality of the flexures A linear motor comprising a fixing member that fixes bearings in advance in the same phase so that they cannot be rotated relative to each other .
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