JP5391706B2

JP5391706B2 - リニア式電磁駆動装置

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Publication number: JP5391706B2
Application number: JP2009017620A
Authority: JP
Inventors: 豊久山田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010178484A

Description

本発明は、電磁力を利用して、例えば蓄冷型冷凍機（例えば、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機）、圧縮機等のピストン等を往復動させるリニア式電磁駆動装置に関する。

従来技術のリニア式電磁駆動装置として、例えば、特許文献１に示されるリニア圧縮機のリニアモータ部（リニア式電磁駆動装置）が開示されている。このリニア圧縮機は、シリンダと、シリンダと同一の軸心でその軸線方向に沿って摺動自在に支持されるピストンと、ピストンに固定される永久磁石及びシリンダに固定されるコイルで磁路を形成して推力を発生させるリニアモータ部とを備え、リニアモータ部をピストンの外周に配置し、ピストンに固定される円筒保持部材とこれと同心円の筒体とにより永久磁石を挟持固定し、更に円筒保持部材とピストンに設けた棒体とがフランジ部を介在して結合され、フランジ部はバネ機構部のバネ板に接続される。

特許第３４９９４４７号公報

しかしながら、特許文献１によれば、リニアモータ部は永久磁石を使用しているため、コイルに電流を流さない時でも、径方向の吸引力が可動子に作用している。このため、可動子と固定とのクリアランスを確保するために設けたバネ板及びライナ（摺動軸受）には、永久磁石により常時、大きなラジアル荷重が作用し、バネ板及びライナの耐久性が低下してリニアモータ部の耐久性が低下する問題がある。

また、非通電磁時でも、可動部には永久磁石の吸引力が生じているので、組付が難しく、リニアモータ部の組付時に於けるクリアランス確保に関する初期故障が起き易く信頼性が低下する問題がある。

また、リニアモータ部は、保持力の大きな永久磁石（例えば、ネオジウム−鉄−ボロン系の永久磁石）が必要で、保持力の大きな永久磁石は高価であるため、リニアモータ部のコストが高くなる問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石を使用することなく、組付が容易で、信頼性及び耐久性が高く、コストが安く且つ効率の高いリニア式電磁駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、内周面と外周面を形成し非磁性材で且つ電気良導材の導体と、前記導体の軸方向の両側に設けられ磁性材である鉄心片と、を有する可動子と、前記可動子の軸回りに導線を巻回したコイルと、前記コイルの前記軸方向の両側に設けられ磁性材である磁極片と、前記磁極片を互いに連結する磁性材である固定子側ヨークと、を有する固定子と、前記固定子の外周面が内周面に固定されたモータケースと、前記鉄心片の内周面側に配備した磁性材である可動子側ヨークと、前記可動子の内周面に外周面が固定されたロッドと、前記ロッドの背面に同軸に連結されるピストンと、前記ピストンを収容するシリンダと、前記シリンダと前記ピストンで包囲して形成され作動ガスを圧縮する圧縮室と前記ロッドの外周面と前記モータケースの内周面に固定され、前記固定子の内周面と前記可動子の外周面との間の間隙とを確保するフレクシャベアリングと、を備え、前記フレクシャベアリングは、前記可動子の軸方向の両側に設けられ、前記固定子の前記磁極片と前記可動子の前記鉄心片が前記ピストンの中立位置で対面し、前記磁極片と前記鉄心片の軸方向の幅が互いに等しい。

また、一対の前記固定子と前記可動子とは、複数組同軸に設けられ、対面する前記固定子の前記磁極片と前記可動子の前記鉄心片の数が同じである。

請求項１に記載の発明では、リニア式電磁駆動装置は永久磁石を有しないので、コイルの無通電時、固定子と可動子との間には、磁気力が発生しない。従って、可動子の外周面が固定子の内周面に当接することなく所定の間隙をもって可動子を固定子の容易に組付でき、固定部材と可動部材の間の間隙に関する初期故障の発生が阻止され、リニア式電磁駆動装置の信頼性が向上する。

また、リニア式電磁駆動装置は永久磁石を有しないので、可動子の支持部材（例えば、フレクシャベアリング）は、常時作用するラジアル荷重が作用せず、このラジアル荷重分、荷重が軽減されて支持部材の耐久性が向上する。結果、リニア式電磁駆動装置の耐久性が向上する。

また、リニア式電磁駆動装置は永久磁石を使用せず永久磁石の代わりに非磁性材で且つ電気良導材の導体を使用しているので、コストの安いリニア式電磁駆動装置を提供できる。

また、請求項２に記載の発明では、本発明のリニア式電磁駆動装置を使用してピストンを往復動することで、例えば、蓄冷型冷凍機あるいは圧縮機等に使用するリニア式電磁駆動装置は、組付が容易で、信頼性、耐久性が向上すると共に、コストが低減する。

また、請求項３に記載の発明では、一対の固定子と可動子とが、可動子の往復動方向に複数組配備される。これにより、一対の固定子と可動子を一組配備したリニア式電磁駆動装置に比べ、複数組配備したリニア式電磁駆動装置は、推力が増大すると共に、同じストローク、同じ供給電流値の下で、コイルの銅損が減少するので、効率が向上する。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るリニア式電磁装置の断面図で、リニア式電磁駆動装置をパルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機の圧縮機に適応したものである。図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す。

図１に示すように、圧縮機１００は、リニア式電磁駆動装置１と、モータケース３と、圧縮部４０とから構成される。リニア式電磁駆動装置１は、可動子１０と、固定子２０と、可動子側ヨーク２から構成される。

可動子１０は、リング形状の強磁性材からなる積層板１１を可動子１０の軸Ｘ方向に多数枚積層して構成した鉄心片１２、１３と、円筒形状の非磁性材（例えば、アルミニウム、銅等）で、且つ、電気良導材からなる導体１４とを備える。導体１４の両端面には鉄心片１２と、１３が固着される。積層板１１の両面及び導体１４の内周面には絶縁皮膜がコーティングされており、これにより積層した積層板１１は互いに電気的に絶縁され、また、導体１４の両端面と鉄心片１２及び１３との当接面と、導体１４の内周面とロッド３２の外周面の間も電気的に絶縁され、鉄損が減少する。尚、軸Ｘは、固定子２０、シリンダ４１、モータケース３の軸でもある。

可動子１０の内周面は、ロッド３２の外周面に固定される。ロッド３２には、孔３２ａが設けられ、強磁性材からなる円柱形状の可動子側ヨーク２が孔３２ａの内周面に対し所定の間隙を持って挿入される。

図２に示すように、可動子側ヨーク２は鉄損を抑制するため軸Ｘ方向に可動子側ヨーク素片２ａ、２ｂに分割され、可動子側ヨーク素片２ａ、２ｂの分割面は絶縁皮膜が施され電気的に絶縁される。可動子側ヨーク素片２ａ、２ｂの端部はモータケース３の鏡板部３ｂに固定される。

固定子２０は、可動子１０の外周面に対し所定の距離を持って軸Ｘ回りに被覆銅線（導線）を巻回したコイル２４と、コイル２４の両端面側に設けた円筒形状の磁極片２２、２３と、磁極片２２、２３の外周面に固着した強磁性材からなる固定子側ヨーク２５とから構成され、固定子２０の外周面はモータケース３の内周面に固定される。磁極片２２、２３は、リング形状の強磁性材からなる積層板２１を軸Ｘ方向に多数枚積層して構成され、磁極片２２、２３の両面に絶縁皮膜をコーティングする。これにより積層された積層板２１は互いに電気的に絶縁され、鉄損が低減される。また、コイル２４のリード線（図示せず）の両端はモータケース３に設けたハーメティクシールに接続し、外部に配備した電源装置（図示せず）に接続される。

可動子１０の外周面１０ａは鉄心片１２、１３の外周面から形成され、固定子２０の内周面２０ａ（内面）は磁極片２２、２３の内周面から形成される。そしてコイル２４の無通電時、可動子１０は中立位置し、この中立位置に於いて可動子１０の外周面１０ａは固定子２０の内周面２０ａに対し所定の間隙５１、５２（距離）を持って対面する。尚、導体１４の外径は固定子２０の内径より小さく固定子２０に当らなければ良く、コイル２４の内径は、可動子１０の外径より大きく可動子１０に当らなければ良い。本実施形態では、導体１４の外径は鉄心片１２、１３の外径と同じで、コイル２４の内径は、磁極片２２、２３の内径と同じである。

圧縮部４０は、ピストン３１と、ピストン３１の背面３１ｂに同軸に連結されるロッド３２とから構成したロッド付ピストン３０と、一端にフランジ４１ａを有し、他端にシリンダヘッド４１ｂを有するシリンダ４１とから構成される。フランジ４１ａは、シリンダ４１の内周面とモータ３の円筒部３ａの内周面とが同軸になるように円筒部３ａの端部に気密に固定される。そして、ロッド３２の両端側はそれぞれ２枚一組のフレクシャベアリング３３の内径側に固定され、フレクシャベアリング３３の外径側はモータケース３の内周面に固定される。フレクシャベアリング３３は、薄いバネ鋼からなり、円板形状で、中心に孔を有し、円板面に多数本のスリット（図示せず）が設けられバネの機能と、ロッド３２を軸Ｘ方向に往復移動可能に支持する軸受の機能を有する。フレクシャベアリング３３により、固定子２０の内周面と可動子１０の外周面との間の所定の間隙と、ピストン３１の内周面との間の所定の微小間隙とが確保される。そして、固定子２０と可動子１０の間隙は磁気ギャップを形成し、ピストン３１とシリンダ４１の微小間隙はクリアランスシールを形成する。また、４枚のフレクシャベアリング３３のバネと、可動子１０と固定子２０との間の通電時に生じる磁気バネと、ピストンの前面３１ａと背面３１ｂに作用する作動ガス（例えば、ヘリウム）によるガスバネとを合成したバネと、可動子１０とロッド付ピストン３０の合計質量とで共振周波数を有する振動系を形成する。

シリンダ４１とピストン３１で包囲して圧縮室４２が形成され、圧縮室４２はシリンダヘッド４１ｂに設けた流路４１ｃと、配管４３を介在して冷凍発生部（図示せず）に連通される。また、ピストン３１の背面３１ｂ側は、ピストン３１とモータケース３とシリンダ４１とによりバッファ室４が形成され、バッファ室４の容積は圧縮室４２の掃気容積に比べ十分大きく（例えば、掃気容積の略１５倍）設定される。

尚、モータケース３を強磁性材にすることで、固定子側ヨーク２５を設けずモータケース３の円筒部３ａを固定子側ヨークにしても良い。あるいは、磁極片２２と２３の外径をモータケース３の内径に等しくなるよう増大し、磁極片２２と２３の互いの対抗面との間に固定子ヨークを設けても良い。

また、磁極片２２、２３は、積層板２１を積層して構成した１つの円筒体であるが、この円筒体を径方向に分割（例えば、４分割）した柱体を組合わせて構成しても良い。分割することによりコイル２４の固定子２０への組付が容易になる。

また、図１のリニア式電磁駆動装置１の固定子２０は、モータケース３の内周面に固定されているが、モータケース３の外周面に固定しても良い。

また、リニア式電磁駆動装置１の固定子２０では、磁極片２２と２３の間にコイル２４は１個配備されているが、軸Ｘ方向に複数個配備しても良い。同じように、導体１４は鉄心片１２と１３の間に１個配備しているが軸Ｘ方向に複数個配備しても良い。

次に、リニア式電磁駆動装置１の作動と効果について説明する。コイル２４の供給電流が、前述の共振周波数近傍であると可動体１０の往復動の振幅が増大し、リニア式電磁駆動装置１が効率良く作動する。この場合、可動子１０の往復動変位の位相は、供給電流の位相より略９０度遅れる。そして、コイル２４に共振周波数近傍の正弦波の交流電流を供給し、供給直後、モータケース３を軽く叩くと、可動子１０が中立位置から僅か移動し、振動し出して直ぐに所定の振幅で往復動し、以下のように作動する。

図３は、コイル２４に供給する正弦波の交流電流Ｉの波形と、コイル電流Ｉの時間ｔの微分ｄＩ／ｄｔの波形及び可動子１０の変位波形を示す。図４は、リニア式電磁装置１の作動の部分断面説明図である。図５は、間隙５１、５２に生じるコイル２４の電流及び導体１４の誘導電流による各磁力線を示す図である。図６は、図５の各磁力線を合成した磁力線を示す図である。図４〜６中、コイル２４内の丸に点の記号と丸にバツの記号は方向を示し、丸に点の記号は紙面の裏から表の方向を示し、丸にバツの記号は紙面の表から裏の方向を示す。また、２点鎖線はピストン３１の前面３１ａの中立位置を示す。図５及び６中、間隙５１、５２の実線及び細線の矢印線は磁力線を示し、矢印は磁力線の流れ方向を示す。間隙５１は磁極片２２と鉄心片１２との間に形成される間隙、間隙５２は磁極片２３と鉄心片１３との間の間隙に形成される間隙で、間隙５１、５２は磁束が通過する磁気ギャップを形成する。

図３に示すように可動子１０が中立位置ａに位置し上死点ｃに向かう場合、コイル電流はプラスの最大電流Ｉａ、電流の時間微分（以下、電流微分）ｄＩａ／ｄｔは０（電流変化がない状態）で磁束Φｂの増減のない状態である。最大電流Ｉａにより閉ループの最大磁束Φａ（図４（ａ））が生じ、最大磁束Φａにより間隙５１、５２の軸Ｘ方向略全体に亘り略均等にそれぞれ矢印の実線で示す最大密度の磁力線Ｍａ１、Ｍａ２（図５（ａ））が生じる。電流微分ｄＩａ／ｄｔは０であるので導体１４には電流が誘導されないので、間隙５１、５２には誘導電流で生じる磁束による磁力線は生じない（図５（ａ））。従って、磁力線Ｍａ１、Ｍａ２と、誘導電流に基づく磁力線を合成した磁力線Ｐａ１、Ｐａ２は磁力線Ｍａ１、Ｍａ２となる（図６（ａ））。そして、合成磁力線Ｐａ１、Ｐａ２は、それぞれ軸Ｘ方向略全体に亘り略均等であるので、可動体１０に作用する磁気力Ｆｍは発生せず、又、前述の合成バネ力Ｋｓも可動子１０が中立位置に位置するので略０である。従って、可動子１０の運動状態が継続され、可動子１０はＢ方向、即ち、上死点ｃ方向へ移動する（図４（ａ）、図６（ａ））。尚、図４に示すように、磁束Φａ、及び、以下に述べる磁束Φｂ、Φｅ、Ψｂ、Ψｃ、Ψｄは、順次磁極片２２、空隙５１、鉄心片１２、可動子側ヨーク２、鉄心片１３、空隙５２、磁極片２３、固定子側ヨーク２５を通過し磁極片２２戻り一巡して閉ループを形成する。

図３に示すように可動子１０が中立位置ａと上死点ｃの間のｂ点に位置し上死点ｃに向かう場合、コイル電流はＩｂでプラス、電流微分ｄＩｂ／ｄｔはマイナス、磁束Φｂは減少状態にあり、コイル電流Ｉｂにより閉ループの磁束Φｂ（図４（ｂ））が生じる。磁束Φｂにより間隙５１、５２の軸Ｘ方向略全体に亘り略均等にそれぞれ矢印の実線で示す磁力線Ｍｂ１、Ｍｂ２（図５（ｂ））が生じると共に、減少状態の磁束Φｂにより導体１４に電流Ｉｂと同じ方向の電流が誘導される。この誘導電流により、磁束Φｂと同方向の閉ループの磁束Ψｂが生じ、磁束Ψｂにより間隙５１の導体１４の端面近傍辺りと、間隙５２のコイル２４の端面近傍辺りにそれぞれ矢印の細線で示す磁力線Ｎｂ１、Ｎｂ２（図５（ｂ））が生じる。そして、磁力線Ｎｂ１、Ｎｂ２を合成した磁束Ｐｂ１、Ｐｂ２（図６（ｂ））が間隙５１、５２に生じる。磁力線Ｍｂ１、Ｍｂ２と、磁力線Ｎｂ１、Ｎｂ２の方向は同じであるので、合成磁束Ｐｂ１、Ｐｂ２は、導体１４の端面側とコイル２４の端面側が密で、両端面から軸Ｘ方向の遠方側は疎になり、この疎密が均等になるように中立位置に向う方向の磁気力Ｆｍが可動子１０に作用する。そして、磁気力Ｆｍと中立位置に向う方向の合成バネ力Ｆｓにより、上死点ｃに向い移動している可動体１０は減速される（図４（ｂ）、図６（ｂ））。

可動子１０は減速されつつ上死点ｃに至ると、可動体１０の速度及び電流Ｉｃは０、電流微分ｄＩｃ／ｄｔはマイナスで絶対値が最大となる（図３）。電流Ｉｃは０であるので電流Ｉｃによる磁束は生じず（図４（ｃ））、間隙５１、５２にも電流Ｉｃに基づく磁力線は生じない（図５（ｃ））。また、電流微分ｄＩｃ／ｄｔがマイナスで絶対値が最大であるので導体１４にコイル電流Ｉｂと同じ方向の最大誘導電流が生じる。この誘導電流により閉ループの最大磁束Ψｃが生じ、間隙５１の導体１４の端面近傍辺りと、間隙５２のコイル２４の端面近傍辺りには最大磁束Ψｃによる最大密度の磁力線Ｎｃ１、Ｎｃ２が生じる（図５（ｃ））。そして、間隙５１と、間隙５２に生じる合成磁力線Ｐｃ１、Ｐｃ２は磁力線Ｎｃ１、Ｎｃ２となる（図６（ｃ））が、磁力線Ｎｃ１、Ｎｃ２による磁気力Ｆｍは発生せず、可動体１０には中立位置に向う方向の合成バネ力Ｆｓが作用し、可動子１０は中立位置ｅに向い移動し始める（図４（ｃ）、図６（ｃ））。

図３に示すように可動子１０が上死点ｃと中立位置ｅの間のｄ点に位置し中立位置ｅに向かう場合、コイル電流はＩｄ及び電流微分ｄＩｄ／ｄｔはマイナスで、磁束Φｄは増加状態にあり、コイル電流Ｉｄにより磁束Φａ、Φｂに対し反対方向の磁束Φｄ（図４（ｄ））が生じる。磁束Φｄにより間隙５１、５２の軸Ｘ方向略全体に亘り略均等にそれぞれ矢印の実線で示す磁力線Ｍｄ１、Ｍｄ２（図５（ｄ））が生じると共に、増加状態の磁束Φｄにより導体１４に電流Ｉｄに対し反対方向の電流が誘導される。この誘導電流により磁束Φｄに対し反対方向の磁束Ψｄ（図４（ｄ））が生じ、磁束Ψｄにより間隙５１の導体１４の端面近傍辺りと、間隙５２のコイル２４の端面近傍辺りにそれぞれ矢印の細線で示す磁力線Ｎｄ１、Ｎｄ２（図５（ｂ））が生じる。そして、磁力線Ｍｄ１、Ｍｄ２と、磁力線Ｎｄ１、Ｎｄ２を合成した磁力線Ｐｄ１、Ｐｄ２（図６（ｄ））が間隙５１、５２に生じる。磁力線Ｎｂ１、Ｎｂ２は、磁力線Ｍｂ１、Ｍｂ２に対して反対方向であるので、導体１４の端面側及びコイル２４の端面側が疎で、両端面から軸Ｘ方向の遠方側は密になり、この疎密が均等になるように中立位置に向う方向の磁気力Ｆｍが可動子１０に作用する。そして、磁気力Ｆｍと中立位置に向う方向の合成バネ力Ｆｓにより、可動体１０はＣ方向、即ち、中立位置ｅに向い移動すると共に可動体１０は加速される（図４（ｄ）、図６（ｄ））。

図３に示すように可動子１０が中立位置ｅに至ると、コイル電流はマイナスで絶対値は最大の電流Ｉｅになり、電流微分ｄＩｅ／ｄｔは０（電流変化が０の状態）で磁束Φｅの増減もなくなる。コイル電流Ｉｅにより最大磁束Φｅ（図４（ｅ））が生じ、最大磁束Φｅにより間隙５１、５２の軸Ｘ方向略全体に亘り略均等にそれぞれ矢印の実線で示す最大密度の磁力線Ｍｅ１、Ｍｅ２（図５（ｅ））が生じる。電流微分ｄＩｅ／ｄｔは０であるので導体１４には電流が誘導されず、間隙５１、５２には誘導電流で生じる磁束による磁力線は生じない。従って、合成磁力線Ｐｅ１、Ｐｅ２は磁力線Ｍｅ１、Ｍｅ２となる（図６（ｅ））。合成磁力線Ｐｅ１、Ｐｅ２は、それぞれ軸Ｘ方向略全体に亘り略均等であるので、可動体１０に作用する磁気力Ｆｍは発生せず、又、合成バネ力Ｆｓも略０である。従って、可動子１０は運動状態を継続しつつ、可動子１０は下死点ｇ方向へ移動する（図４（ｅ）、図６（ｅ））。

上述の一連の作動は、可動体１０が中立位置ａから上死点ｃに至り、そこから再び中立位置ｅに戻る半サイクルである。可動体１０が中立位置ｅからｆ点を経由し下死点ｇに至り、そこから再びｈ点を経由して中立位置ｉに戻る半サイクルも上述した一連の半サイクルの作動と同様になされ、可動子１０の１サイクルの作動が終了する。

以上により、コイル２４に正弦波の交流電流を通電すると、間隙５１、５２の磁力線に疎密が生じ、この疎密を均等にするように可動子１０を移動させる磁気力が生じ、この磁気力と、合成バネ力と、可動子１０の間勢力とが作用し合い、ロッド３２を介して可動子１０と一体となったピストン３１が往復動する。ピストン３１の往復動によって、圧縮室４２でヘリウムの圧縮と、膨張が行われる。圧縮されたヘリウムは、流路４１ｃ、配管４３を通って冷凍発生部（図示せず）に流入し、そこで膨張して冷凍を発生する。膨張したヘリウムは、再び配管４３、流路４１ｃを通って圧縮室４２の膨張により圧縮室４２に流入し圧縮機１００の１サイクルが終了する。

以上の作動により、以下の効果を生じる。即ち、リニア式電磁駆動装置１は、永久磁石を有してないので、コイルの無通電時、固定子１０と可動子２０との間には、磁気による吸引力は発生しない。従って、可動子１０の外周面が固定子２０の内周面に当接することなく所定の間隙をもって容易に組付でき、可動子１０の外周面１０ａと固定子２０の内周面２０ａとの齧りと、ピストン３１とシリンダ４１との齧りと、可動子側ヨーク２とロッド３２の孔３２ａとの齧りとによる初期故障が防げ、リニア式電磁駆動装置１の信頼性が向上する。

また、リニア式電磁駆動装置１は永久磁石を有してないので、フレクシャベアリング３３には永久磁石のラジアル荷重は常に作用せず、このラジアル荷重分、フレクシャベアリング３３に作用する荷重は軽減される。結果、フレクシャベアリング３３の耐久性が向上し、これに伴いリニア式電磁駆動装置１の耐久性が向上する。

また、リニア式電磁駆動装置１は永久磁石（例えば、ネオジウム−鉄−ボロン系の永久磁石）を使用せず永久磁石の代わりに非磁性材で且つ電気良導材（例えば、銅、アルミニュウム等）の導体１４を使用しているので、コストの安いリニア式電磁駆動装置１を提供できる。

また、リニア式電磁駆動装置１は、シリンダ４１とピストン３１とで圧縮室４２を形成し、ピストン３１を往復動させヘリウムを圧縮して蓄冷型冷凍機の冷凍発生部に供給する。これにより、蓄冷型冷凍機用の圧縮機１００のリニア式電磁駆動装置１は、組付が容易で、信頼性、耐久性が向上すると共に、コストが低減する。

さらに、ロッド付ピストン３０と一体となった可動子１０は、バネ・マスの共振周波数を有する振動系を形成しているので、共振周波数近傍の電流をコイル２４に通電して運転することにより、リニア式電磁駆動装置１の効率が向上すると共に圧縮機１００の効率も向上する。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態に係るリニア式電磁装置の断面図で、リニア式電磁駆動装置をパルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機の圧縮機に適応したものである。図１と同じ部品及び同じ部位の符号は、図１と同じ符号を付す。図７に示すように、圧縮機２００は、リニア式電磁駆動装置５と、モータケース３と、圧縮部４０とから構成される。リニア式電磁駆動装置５は、一対の可動子と固定子３組、即ち、可動子１１０と固定子１２０と、可動子２１０と固定子２２０と、可動子３１０と固定子３２０と、可動子側ヨーク２から構成される。

可動子１１０は、円筒形状の非磁性材で、且つ、電気良導材からなる導体１１４と、導体１１４の両端面に固着されリング形状の強磁性材からなる積層板１１を多数枚積層して構成した鉄心片１１２、１１３とから構成される。積層板１１の両面は絶縁皮膜がコーティングされる。可動子１１０と同じように可動子２１０は導体２１４と、鉄心片２１２、２１３とから構成され、可動子３１０は導体３１４と、鉄心片３１２、３１３とから構成される。そして、可動子１１０、２１０、３１０は、順次軸Ｘ（可動子１１０、２１０、３１０の軸）方向に積層されロッド３２に固定される。導体１１４、２１４、３１４の両端面及び内周面は電気絶縁される。また、ロッド３２の孔３２ａには、強磁性材からなる円柱形状の可動子側ヨーク２が孔３２ａの内周面に対し所定の間隙を持って挿入され、可動子１１０、２１０、３１０の内周面はロッド３２を介在して可動子側ヨーク２の外周面を包囲する。

固定子１２０は、可動子１１０の外周面に対し所定の距離を持って軸Ｘ回りに被覆銅線（導線）を巻回したコイル１２４と、コイル１２４の両端面側に設けた磁極片１２２、１２３と、磁極片１２２と、１２３の外周側の端面に固着した強磁性材からなる固定子側ヨーク１２５とから構成される。磁極片１２２、１２３は、リング形状の強磁性材からなる積層板２１を軸Ｘ方向に多数枚積層して構成され、磁極片１２２、１２３の両面は絶縁皮膜がコーティングされる。固定子１２０と同じように、固定子２２０はコイル２２４と、磁極片２２２、２２３と、固定子側ヨーク２２５とから構成され、固定子３２０はコイル３２４と、磁極片３２２、３２３と、固定子側ヨーク３２５とから構成される。固定子１２０、２２０、３２０は軸Ｘ方向に積層されモータケース３の内周面に固定される。そして中立位置に於いて、可動子１１０、２１０、３１０の各外周面１１０ａ、２１０ａ、３１０ａは、それぞれ固定子１２０、２２０、３２０の各内周面１２０ａ、２２０ａ、３２０ａに所定の間隙を持って対面する。この間隙は、磁気ギャップを形成する。

可動子１１０、２１０、３１０の各外周面１１０ａ、２１０ａ、３１０ａは、図１の可動子１の外周面１０ａと同じように形成される。また、固定子１２０、２２０、３２０の各内周面１２０ａ、２２０ａ、３２０ａは、図１の固定子２０の内周面２０ａと同じように形成される。その他の構成は、図１の圧縮機１００と同じでる。

次に、リニア式電磁駆動装置５の作動と効果について説明する。各一対の可動子１１０と固定子１２０と、可動子２１０と固定子２２０と、可動子３１０と固定子３２０の作動は、図１の一対の可動子１０と固定子２０の作動と同じである。そして、コイル１２４、３２４は、同位相、同振幅の交流電流を電源装置（図示せず）から供給し、コイル２２４にはコイル１２４の電流と同じ振幅で、コイル１２４の電流に対し位相が１８０度ずれた電流を供給する。これにより、コイル１２４及び導体１１４よってそれぞれ生じる磁束と、コイル２２４及び導体２１４によってそれぞれ生じる磁束は、鉄心片１１３、２１２及び磁極片１２３、２２２に於いて打消し合うことなく同じ方向に流れる。同様に、コイル２２４及び導体２１４によってそれぞれ生じる磁束と、コイル３２４及び導体３１４によってそれぞれ生じる磁束とは、鉄心片２１３、３１２及び磁極片２２３、３２２に於いて打消し合うことなく同じ方向に流れる。従って、リニア式電磁駆動装置５は、図１のリニア式電磁駆動装置１を３組設けた場合と等価であるので、リニア式電磁駆動装置１に比べて３倍の推力が得られる。

また、電源装置（図示せず）からの供給電流値が同一で、コイル２４（図１）と、コイル１２４，２２４、３２４の線径、巻数、全長が同一の下では、リニア式電磁駆動装置５の銅損は、リニア式電磁駆動装置１の３分の１になるので、リニア式電磁駆動装置５の効率が向上する。他の効果は、図１のリニア式電磁駆動装置１と同じである。

本発明の第１実施形態に係るリニア式電磁装置の断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。リニア式電磁駆動装置のコイルに通電する電流波形を示す図である。図１のリニア式電磁装置の作動の部分断面説明図である。図１のコイルの電流及び導体の誘導電流によって生じる間隙の各磁力線を示す図である。図５の間隙に生じる各磁力線を合成した磁力線を示す図である。本発明の第２実施形態に係るリニア式電磁装置の断面図である。

１、５リニア式電磁駆動装置
２可動子側ヨーク
１０、１１０、２１０、３１０可動子
１０ａ、１１０ａ、２１０ａ、３１０ａ外周面
１２、１３、１１２、１１３、２１２、２１３、３１２、３１３鉄心片
１４、１１４、２１４、３１４導体
２０、１２０、２２０、３１０固定子
２０ａ、１２０ａ、２２０ａ、３２０ａ内周面（内面）
２２、２３、１２２、１２３、２２２、２２３、３２２、３２３磁極片
２４、１２４、２２４、３２４コイル
２５、１２５、２２５、３２５固定子側ヨーク
３１ピストン
４１シリンダ
５１、５２間隙（距離）
Ｘ軸

Claims

内周面と外周面を形成し非磁性材で且つ電気良導材の導体と、前記導体の軸方向の両側に設けられ磁性材である鉄心片と、を有する可動子と、
前記可動子の軸回りに導線を巻回したコイルと、前記コイルの前記軸方向の両側に設けられ磁性材である磁極片と、前記磁極片を互いに連結する磁性材である固定子側ヨークと、を有する固定子と、
前記固定子の外周面が内周面に固定されたモータケースと、
前記鉄心片の内周面側に配備した磁性材である可動子側ヨークと、
前記可動子の内周面に外周面が固定されたロッドと、
前記ロッドの背面に同軸に連結されるピストンと、
前記ピストンを収容するシリンダと、
前記シリンダと前記ピストンで包囲して形成され作動ガスを圧縮する圧縮室と
前記ロッドの外周面と前記モータケースの内周面に固定され、前記固定子の内周面と前記可動子の外周面との間の間隙とを確保するフレクシャベアリングと、を備え、
前記フレクシャベアリングは、前記可動子の軸方向の両側に設けられ、
前記固定子の前記磁極片と前記可動子の前記鉄心片が前記ピストンの中立位置で対面し、前記磁極片と前記鉄心片の軸方向の幅が互いに等しい蓄冷型冷凍機用のリニア式電磁駆動装置。
一対の前記固定子と前記可動子とは、複数組同軸に設けられ、対面する前記固定子の前記磁極片と前記可動子の前記鉄心片の数が同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷型冷凍機用のリニア式電磁駆動装置。