JP4080338B2 - 線形電気モータの永久磁石担体 - Google Patents

Description

本発明は、一般に冷蔵庫の密閉式コンプレッサにおいて使用する、線形電気モータと、線形電気モータの磁石を取り付けるための担体とに関する。

線形電気モータは、よく知られている装置である。そのようなモータでは、静止シェルが提供され、静止シェルには、シャフトまたはピストンなどの線形可動部材が取り付けられている。シェルおよび可動部材の一方は、それに取り付けられた１つの磁石または１組の磁石を有し、他方は、動作電流を受けるコイルを有する。動作電流をコイルに供給することにより、磁場が発生し、この磁場は、磁石と相互作用して、可動部材の線形運動を生成する。

冷蔵庫の密閉式コンプレッサに適用されたとき、線形電気モータは、シリンダの内部にあるピストンを動かして、冷却気体を圧縮する。冷蔵庫のこれらの密閉式コンプレッサの少なくとも１つのタイプは、線形モータを使用する。線形モータにおいては、動作電流を受けるコイルが、シリンダが形成されているコンプレッサのシェルまたはブロックに固定式に取り付けられ、また、１つまたは複数の磁石が、ピストンを担持する可動部材に取り付けられている。線形モータによって駆動される共振組立て品は、線形往復運動を展開する機能を有する。この運動は、シリンダ内でのピストンの運動となり、コンプレッサの吸引バルブを通して受け取った気体に、気体がコンプレッサの高圧側に放出される点に到達するまで、圧縮作用を及ぼす。

冷蔵庫のこれらの密閉式コンプレッサでは、１つまたは複数の磁石は、ピストンによって担持される担体に取り付けられている。担体の構造は、いくつかの技術上の困難を呈示し、困難の１つは、担体の材料がコイルによって生成される磁場の影響を受けることに由来する。担体は、移動可能であり、磁場にさらされるので、ステンレス鋼などの金属材料から作成されている場合、担体の材料は、フーコー電流を生成し、エネルギーを損失させる。

フーコー電流による損失の問題は、知られており、米国特許第５，６４２，０８８号明細書、米国特許第５，７５１，０７５号明細書、および米国特許第６，０９７，１２５号明細書に開示されたものなどの、解決法が提案されてきた。米国特許第６，０９７，１２５号明細書には、フーコー電流による損失の効果を低減するために、非磁性体で作成された「円筒カップ」が提供されている。このカップは、内壁と磁石が取り付けられている外壁との間に位置する溝を有する。そのような構造は、構築するのが複雑であり、カップの形状の担体を作成するための材料について高いコストを呈示する。

上記の理由によって、低コストと、フーコー電流によって生じるエネルギー損失を最小限に抑える構造とを有する、前記モータの磁石を取り付けるための線形電気モータの担体を提供する必要がある。また、冷却コンプレッサにおいて使用するそのような磁石担体構造を提供することが望ましく、冷却コンプレッサにおいては、ピストンが、線形電気モータの作用によって線形に往復運動する。

本発明の目的は、線形電気モータにおいて使用する磁石を取り付けるための担体を提供することである。前記担体は、少量の材料を使用し、フーコー電流によるエネルギー損失を低減するような構造を有する。本発明の他の目的は、冷蔵庫の密閉式コンプレッサのピストンを駆動する線形電気モータにおいて使用する磁石を取り付けるための、上述したような担体を提供することである。

本発明の好ましい実施形態によれば、冷却気体を圧縮するために、冷蔵庫の密閉式コンプレッサにおいて線形モータを使用して、シリンダ内におけるピストンの往復運動を生成する。電気モータのコイルは、コンプレッサのシリンダを形成するブロックの内壁に取り付けられ、磁石担体が、ピストンの外郭から外向きに延びるピストンのベースフランジに取り付けられる。磁石担体は、ピストンのベースフランジに取り付けられたベースプレートと、複数の「Ｌ」型の薄いフィンガプレートとによって形成される。フィンガプレートは、ベースプレートの回りに間隔をおいて配置され、かつベースプレートに取り付けられ、フィンガプレートの長レッグの縁は、ピストンの中心軸に関して径方向に延びる。弓形の永久磁石が、安定で剛性の環状（ｔｏｒｏｉｄａｌ）磁石組立て品を形成するように、フィンガプレートの長レッグの各対の間にはめ込まれる。

磁石担体は、ピストンのベースフランジに取り付けられ、環状磁石組立て品は、シリンダの外壁と給電（ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ）コイルとの間に配置される。電流がコイルに加えられたとき、磁力線は、環状構造の永久磁石と作用して、ピストンを線形に変位させる力を生成し、これにより、コンプレッサの吸引バルブを通して取り入れた気体を圧縮する。

本発明の担体構造は、フィンガプレートを画定するために平坦プレート材料のみを少量使用する。この材料は、比較的安価なタイプで、かつフーコー電流によるエネルギー損失を低減する構成を有することができる。

本発明について、添付の図面を参照して以下に記述する。

図１は、気密シェル１２を有し、その内部には、ばね１５の形態である衝撃吸収装置に取り付けられたブロック１４が配置されている、小規模冷凍システムのための線形タイプの密閉式コンプレッサ１０を示す。ブロック１４は、シリンダヘッド上のバルブプレート１８によって閉鎖されたシリンダ１６を形成する。吸引バルブ２０ａおよび放出バルブ２０ｂが、バルブプレート１８に形成される。吸引バルブ２０ａおよび放出バルブ２０ｂは、シリンダに関する気体の吸引と放出を制御する。バルブは、マフラ２２によって覆われ、マフラの吸引側への入口ダクト２４と、マフラの放出室からの出口ダクト２８とがある。密閉シェル１２への吸引入口を２６で示し、気密シェルからの圧縮冷却気体の出口を３０で示す。

気体の圧縮は、シリンダ１６内におけるピストン４０の軸方向運動によって行われる。ピストン４０は、中空の内部と、バルブプレート１８に対向する端部にあるベースフランジ４２とを有する。ピストン４０は、線形電気モータ作動装置によって駆動される。線形電気モータ作動装置は、環状コイル５０と担体５４とによって形成され、以下で詳細に記述する担体は、コイル５０のごく近傍において、複数の永久磁石５８を担持する。

コイル５０は、ブロック１４の内壁に取り付けられたヨーク５２に固定される。コイル５０は、ブロック１４の内壁の周囲に一周して延びる。磁石５８の担体５４は、ピストンのベースフランジ４２に取り付けられる。第１らせんばね４７ａが、ピストンのベースフランジ４２とシリンダ１６の下端との間に配置され、一方第２らせんばね４７ｂが、ベースフランジ４２とブロック１４との間に取り付けられる。らせんばね４７ａおよび４７ｂは、常に圧縮されている。ピストン４０と、線形電気モータの作動装置と、らせんばね４７ａおよび４７ｂとは、コンプレッサの共振組立て品を共に形成する。

図２および３は、本発明の担体５４の詳細を示す。担体５４は、円形ベースプレートまたはディスク６２を有する。これは、平坦部品であり、ピストンのベースフランジ４２の上面の上に配置され、かつその上面に固定されているように示されている。前記固定は、溶接、接着、またはベースフランジ４２にプレートを固定するあらゆる他の手段によって達成される。ベースプレート６２は、低炭素スタンプ鋼などの材料である。ベースプレート６２は、プレートをピストン４０の回りにはめ込むことを可能にする中央孔６４を有する。「Ｌ」型であることが好ましい複数のフィンガプレート６６が提供される。これは、円形ベースプレート６２と同じ材料で構築すること、またはしないことが可能であり、円形ベースプレートの周囲に間隔をおいて配置される。フィンガプレート６６の数は、本質的に、使用する磁石５８のタイプおよびサイズに依存する。各フィンガプレート６６は、ベースプレート６２に取り付けられた短レッグ６７を有する。短レッグ６７は、ベースプレート６２に平行なタブ６５を形成するように、点５９において９０°曲げられている。前記タブ６５は、溶接などの任意の適切なプロセスによって、ベースプレート６２に堅固に固定される。フィンガプレート６６の長レッグ６８は、ピストン４０の中心軸に向かって曲げられた内部縁を有し、２つの平坦側面を呈示する。１つのフィンガプレート６６の各平坦側面は、隣接フィンガプレート６６の平坦側面と概して対面する。図示するように、担体のベースプレート６２とフィンガプレート６６は、平坦プレート材料から作成される。これにより、製造コストが減少するが、その理由は、担体要素を材料のシートにおいて容易にスタンピングするまたは穴あけすることができ、鋳造または成型などの特別な製造加工を必要としないからである。さらに、本明細書において提案した解決法により、材料の損失が比較的少なくなる。

永久磁石タイプの磁石５８が、隣接するフィンガプレート６６の２つの長レッグ６８の各対の平坦側面間に、前記フィンガプレート６６の端部において取り付けられる。担体のベースプレート６２と磁石５８との間に間隔が提供される。磁石５８は、あらゆる適切な従来の材料で作成され、弓形である。担体の回りのフィンガプレート６６間のすべての磁石の組立て品は、フィンガプレート６６の端部において環状構造を形成する。磁石５８を担体に取り付けることは、エポキシ接着剤など、任意の適切な手段によって実施することができる。磁石５８とフィンガプレート６６の完成した環状体は、ピストンに容易に取り付けることができる剛性で安定な構造を形成する。

通常の構成では、担体のベースプレートの直径は、約６５ｍｍ（２．５５９インチ）であり、ベースプレートの回りに等間隔で配置された８つのフィンガプレート６６と、ホウ素またはストロンチウムのフェライトなどの強磁性体の８つの磁石とを有する。プレートの材料は、全体的にスタンピングされた低炭素鋼であり、プレート材料の厚さは、１．５ｍｍと４ｍｍ（０．０５９インチと０．１５７インチ）の間にある。磁石の代替構成として、フィンガプレート６６の長レッグ６８は、平坦側面上に「Ｕ」型のチャネルを有することができ、磁石の端部は、前記チャネルにはめ込むことができる。他の取付け構成として、磁石５８は、端部のそれぞれにおいて、チャネルと共に形成することができ、フィンガプレート６６は、これらのチャネルに挿入することができる。そのような構成では、２つのフィンガプレート６６を、ベースプレート６２の一点において提供することができる。あらゆる他の適切な取付け構成を使用することが可能であることをさらに理解されたい。図１によれば、担体のベースプレート６２は、溶接などによって、ピストンのベースフランジ４２の上面に取り付けられる。ベースプレート６２とフィンガプレート６６は、磁石５８の環状構成が、シリンダ１６の外壁とコイル５０の間に画定される空間にはめ込まれるように、適切なサイズを有する。電流がコイル５０に加えられたとき、発生する磁場は、磁石５８と作用して、フィンガプレート６６と、ベースプレート６２と、ピストン４０のベースフランジ４２とを通って作用する力を生成して、ピストンを変位させる。

担体５４をピストンに取り付ける代替として、フィンガプレート６６は、ピストン４０のベースフランジの上面または下面に直接接続される湾曲下端部を有することができる。この場合では、担体のベースプレートは提供されない。また、担体のベースプレート６２は、ベースフランジ４２の下面に接続することができ、フィンガプレート６６は、ベースプレート６２に接続することができる。

本発明の磁石担体の構造により、製造コストが減少するが、その理由は、ごく少量の金属を構築に使用するからである。従来技術では、磁石担体の多くは、連続的であり、そのためかなりの量の材料を使用する。本発明の構造は、形成する構造の剛性に関して、材料の使用法を最適化する。また、本発明の磁石担体の構造により、フーコー電流による電気の損失が最小限に抑えられるが、その理由は、ごく少量の金属をフィンガプレート６６に使用するからである。磁石を担持する構造は、コイルからの磁場線に位置合わせされて配置された薄いプレートから形成されるので、フーコー電流による損失は大きく低減され、より貴重ではなく、かつより安価な材料を使用することが可能になる。

コンプレッサのピストンを駆動する線形電気モータの好ましい実施形態に関して、本発明を記述してきたが、本磁石担体は、シャフトまたはあらゆる他の機構が線形電気モータの作用によって往復運動する他の装置において使用することができることを理解されたい。

単に便宜上、本発明の特有の特徴を図面の１つまたは複数に示しているが、その理由は、各特徴は、本発明による他の特徴と組み合わせることが可能であるからである。

当業者なら、代替実施形態を認識するであろう。また、代替実施形態は、添付の請求項の範囲内に含まれることを意図している。したがって、上記の記述は、例示と解釈されるべきであり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきではない。

本発明による磁石担体を有する線形電気モータを含んでいる、冷蔵庫の密閉式コンプレッサの部分的な切断側面図である。 磁石が取り付けられている、本発明の担体の上方透視図である。 本明細書において考察した担体の下方透視図である。

Claims (3)

1. 可動部材を往復運動で駆動するための、固定式に取り付けられ、かつ電流を受け取るコイル（５０）と、前記可動部材に取り付けられた永久磁石（５８）の組立て品とを備え、複数のフィンガプレート（６６）を有しかつ前記可動部材（４０）に取り付けられた担体（５４）と、磁石の環状組立て品を形成するように隣接フィンガプレート（６６）の各対の間に取り付けられた弓形の永久磁石（５８）とをさらに備える線形電気モータであって、
   各フィンガプレート（６６）が「Ｌ」型であり、短レッグ（６７）および長レッグ（６８）を有し、
   各短レッグ（６７）が、担体（５４）の、前記可動部材（４０）に取り付けられたベースプレート（６２）か、または該可動部材（４０）に取り付けられたベースフランジ（４２）の上面または下面かのいずれかに堅固に取り付けられ、
   各短レッグ（６７）が、ベースプレート（６２）と平行であり該ベースプレート（６２）に取り付けられるタブ（６５）を形成するように、またはベースフランジ（４２）の上面または下面に直接接続されるように、さらに曲げられ、
   フィンガプレート（６６）の長レッグ（６８）が、可動部材（４０）の中心軸に向かって曲げられる内部縁を有し、２つの平坦な側面を与え、１つのフィンガプレート（６６）の各平坦な側面が隣り合うフィンガプレート（６６）の平坦な側面と対面し、
   永久磁石（５８）が、フィンガプレート（６６）の端部において、隣り合う該フィンガプレート（６６）の２つの長レッグ（６８）の互いに対面する平坦な側面の間に取り付けられることを特徴とする、線形電気モータ。
2. 可動部材がコンプレッサのピストン（４０）であることを特徴とする、請求項１に記載の線形電気モータ。
3. 請求項２に記載の線形電気モータを備え、さらに、前記コイル（５０）が取り付けられる内壁を含み、かつ前記シリンダ（１６）が形成されるブロック（１４）を有するコンプレッサであって、永久磁石（６８）の前記環状組立て品が、前記シリンダ（１６）の外壁と前記コイル（５０）との間に配置され、かつその間で線形に移動することを特徴とする、コンプレッサ。

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