JPH05304754A

JPH05304754A - リニアモータの振動子

Info

Publication number: JPH05304754A
Application number: JP41680790A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Motokura; 義信本蔵; Nagayoshi Kikuchi; 永喜菊池; Yasumasa Nakano; 泰昌中野
Original assignee: MARUKA SEIKI KK; Aichi Steel Corp
Current assignee: MARUKA SEIKI KK; Aichi Steel Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1993-11-16
Also published as: JPH0622529A; JP2534596B2

Abstract

(57)【要約】【目的】吐出量の大きいリニアモータ型ブロアを提供
すること。また、より一般的に、振動ストロークを大き
くすることのできるリニアモータ用の振動子を提供する
こと。【構成】１）平面上の一方向（振動子の振動方向＝図
１の左右方向）にＮ極及びＳ極が交互に配列されて形成
される電磁石に対向して、その方向に往復動可能に配置
される板状のリニアモータ用振動子10。その板状の枠13
に希土類磁石11a,11b,12a,12bを、Ｎ極及びＳ極が該方
向（振動子の振動方向）に交互に配列するように埋め込
む。２）上記板状の枠13が繊維強化樹脂により形成さ
れ、該繊維強化樹脂製枠の中央に非磁性の金属製シャフ
ト14が貫通している。【効果】１）磁石が強力になることにより、リニアモ
ータにおける振動子のストロークを増大させることがで
きる。２）永久磁石の増強に伴い、枠に負荷される曲げ
モーメントも増加する。上記構成２）はその増加した曲
げモーメントに対抗できる剛性を枠に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【００１０】

【産業上の利用分野】本発明はリニアモータの振動子に
関し、特に、気体を吐出するためのブロアに用いるに好
適なリニアモータ用の振動子に関する。

【００２０】

【従来の技術】近年、家庭や工場から排出される汚水の
量が増大しており、その処理が問題となっている。汚水
を清浄化するために最も有効な手段の一つは、汚水中に
酸素（又は空気）を送り込むことである。このため、公
共自治体の浄化処理場あるいは工場内の浄化槽では空気
吹き込みブロアが多数用いられる。ブロアにはロータリ
ポンプ型とリニアモータ型があるが、ロータリポンプ型
は吐出空気量が多いという特長はあるものの、装置が大
きくなり、消費電力・騒音等の面で使用環境が制約され
る。それに対し、リニアモータ型のブロアは小型・低消
費電力・低騒音という特長を有する。

【００３０】リニアモータ型ブロアはその名の通り、リ
ニアモータを用いて空気（一般には気体）を吸入・吐出
するものである。まず、リニアモータについて、図２に
より説明する。リニアモータ20は一対の電磁石21、22と
それらの間に挟まれた振動子23とから主に構成される。
電磁石21、22は一方向に配列された３本以上のヨークを
有しており、各ヨークにより形成される磁極が、任意の
一時点においてその配列方向で交互にＮ、Ｓとなるよう
に、各ヨークにコイル24が巻かれる。図２の例では磁極
は３極となっており、コイル24は中央にのみ巻かれてい
る。両電磁石21、22は各ヨークが互いに対向するように
配置され、また、任意の一時点では両電磁石21、22の対
向する磁極は互いに逆極性となるように、コイル24に流
す電流（あるいはコイルの巻方向）が制御される。両電
磁石21、22の間の隙間には、板状の振動子23が、電磁石2
1、22の磁極の配列方向（図２では左右方向）に往復動可
能に配置される。振動子23には複数個の永久磁石25、26
が振動方向に配列して埋め込まれており、その数は各電
磁石21又は22の磁極の数から１を減じた数となってい
る。この複数の永久磁石25、26の配列ピッチは電磁石21、
22の磁極のピッチ（すなわち、ヨークのピッチ）とほぼ
等しくなっており、また、各永久磁石25、26の磁極は互
いに逆方向を向くように配列される。すなわち、図２の
例で説明すると、右側の永久磁石25をそのＮ極が上側に
くるように埋め込むと、左側の永久磁石26はＮ極が下側
にくるように埋め込む。

【００４０】このリニアモータ20の動作は次の通りであ
る。初めに電磁石21、22の各コイル24に図２に示すよう
な方向の電流を流すと、上側の電磁石21の各ヨークは左
側からＳ−Ｎ−Ｓ極となる。一方、下側の電磁石22の各
ヨークは左側からＮ−Ｓ−Ｎ極となる。振動子23の左側
の永久磁石26は、上がＳ、下がＮとなっているため、こ
の永久磁石26は両電磁石21、22の左側のヨークに反発さ
れ、中央のヨークに引かれる。また、振動子23の右側の
永久磁石25は、上がＮ、下がＳとなっているため、この
永久磁石25は中央のヨークに反発され、右側のヨークに
引かれる。つまり、両永久磁石25、26共右方向の力を受
けるため、振動子23は右へ移動する。両コイル24に流す
電流の向きを共に反転すれば振動子23の移動方向は逆に
なるため、両コイル24に適当な交流電流を流すことによ
り振動子23を連続的に往復動させることができる。

【００５０】次に、ブロアの空気吸入・吐出部の機構及
び動作を図３により説明する。空気吸入・吐出部は、ダ
イヤフラム32、吸入弁33及び吐出弁34を備えた圧縮室31
により構成される。ゴム製のダイヤフラム32の中央には
図２のリニアモータ20の振動子23が接続され、振動子23
の往復動に従って図３（ａ）及び図３（ｂ）のように圧
縮室31の容積を増減する。同図（ａ）のようにダイヤフ
ラム32が左側に引かれ、圧縮室31の容積が増大すると、
内部の圧力が外部の大気圧よりも低下するため、吸入弁
33が開いて外部の空気が圧縮室31に導入される。同図
（ｂ）のようにダイヤフラム32が右側に押されると、吸
入弁33が閉じ、吐出弁34が開いて圧縮室31内の空気をパ
イプ35の方へ吐出する。こうして、振動子23の往復動に
より、空気が連続的にパイプ35に吐出される。なお、図
３の空気吸入・吐出部はリニアモータ20の振動子23の両
側に取り付けられる。

【００６０】

【発明が解決しようとする課題】リニアモータ20は図２
に示した通り磁力の吸引・反発力を利用して振動子を駆
動している。従って、電磁石の磁極の配列ピッチ（＝永
久磁石の配列ピッチ）が増加すると、駆動力はその逆自
乗に比例して急速に低下する。従来、振動子の永久磁石
としてフェライト磁石を用いていたため、その磁力の限
界により、配列ピッチを所定値以上に大きくとることが
できず、振動子の振動ストロークに限界があった。これ
により、従来のリニアモータ型ブロアの吐出量は最大80
L（リットル）／分（ただし、空気圧が0.2〜0.25kgf/cm
²のとき）程度が限界であった。本発明はこのような現
状に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは吐出
量の大きいリニアモータ型ブロアを提供することであ
る。また、より一般的に、振動ストロークを大きくする
ことのできるリニアモータ用の振動子を提供することを
目的とする。

【００７０】

【課題を解決するための手段】本発明では、平面上の一
方向にＮ極及びＳ極が交互に配列されて形成される電磁
石に対向して、該方向に往復動可能に配置される板状の
リニアモータの振動子において、板状の枠に希土類磁石
をＮ極及びＳ極が該方向に交互に配列するように埋め込
んだことを特徴とする。

【００８０】なお、本発明の一つの態様として、上記振
動子の板状の枠を繊維強化樹脂により形成し、その繊維
強化樹脂製枠の中央に非磁性の金属製シャフトを貫通さ
せるようにしてもよい。

【００９０】

【作用】フェライト磁石の最大磁化は４〜５kG（キロガ
ウス）であるのに対し、希土類磁石の最大磁化は30kG程
度と、約６倍の磁力を有する。従って、理論的には、振
動子のストローク（＝電磁石の磁極ピッチ＝永久磁石の
配列ピッチ）を６の平方根＝約2.5倍程度とすることが
できる。

【０１００】なお後述するように、永久磁石の磁力を増
強すると振動子が部分的に曲げ力を受けるが、永久磁石
を保持する枠がこの曲げ力によりたわむと振動子のスム
ーズな動きが妨げられる。従って、永久磁石の磁力を増
強することに伴い、それを保持する枠も増強する必要が
ある。一方、振動子の質量が増加すると、慣性により高
速駆動を行なうことが困難となるため、振動子はできる
だけ軽いことが望ましい。保持枠に繊維強化樹脂を使用
し、また、その中央に非磁性の金属製シャフトを貫通す
ることにより、枠の増強及び軽量化という、永久磁石の
磁力増強に伴うこれらの要請を共に満たすことができ
る。

【０１１０】

【実施例】本発明の一実施例である振動子の平面図
（ａ）及び側面図（ｂ）を図１に示す。本振動子10は、
図２に示した３極リニアモータ20用の振動子であり、永
久磁石は振動方向（図１では左右方向）に２極が配列さ
れている。本実施例では各極は２個の矩形平板状の永久
磁石に分割されているため、合計４個の永久磁石11a,11
b,12a,12bを使用している。図１の左側の永久磁石12a,1
2bは共に紙面表側がＮ極、裏側がＳ極、右側の永久磁石
11a,11bは共に紙面表側がＳ極、裏側がＮ極となってい
る。左側と右側の永久磁石の間の距離ｄは本実施例では
36mmとなっている。永久磁石は希土類磁石を使用す
る。本実施例ではサマリウム−コバルト系合金（Sm₂Co
₁₇）の粉末を焼結により約20×20×７mmの矩形板状に成
形し、上下面がＮ／Ｓ極となるように帯磁させたものを
用いている。なお、その他にも、サマリウム−コバルト
系ではSmCo₅系合金、ネオジム−鉄−ボロン系ではNd₂Fe
₁₄B系合金等の希土類磁石を用いることができる。これ
らの永久磁石11a,11b,12a,12bを保持する枠13は、本実
施例では繊維強化樹脂製とし、樹脂として６−６ナイロ
ンを使用し、補強材として短繊維ガラスファイバを約30
重量％混入させている。なお、図１（ａ）に示されると
おり、永久磁石11a,11b,12a,12bが枠13内で比較的大き
な面積を占めており、枠13だけでは十分な耐曲げ強度が
得られないため、枠13の中心に非磁性ステンレス鋼製
（本実施例ではSUS 316）のシャフト14を貫通させてい
る。シャフト14の両端には前記ダイヤフラム32を固定す
るためのネジが形成されている。

【０１２０】振動子10は次のようにして製作する。図１
に示すような略六角形のモールドに永久磁石11a,11b,12
a,12bを磁極の向きに注意しながら図１（ａ）のように
配置し、さらに中央にシャフト14を置く。次にモールド
を密閉し、繊維強化樹脂を流し込み、硬化させる。硬化
が終了した後、振動子10をモールドから取り出し、余分
の樹脂をトリミングして振動子10を完成する。

【０１３０】振動子10に使用する永久磁石が強力にな
り、また、磁石の配列ピッチｄも従来の振動子よりも大
きくなったことにより、振動子10のたわみの問題が生ず
る。再び図２により説明すると、振動子23の位置が両電
磁石21、22の中央から僅かでも上又は下にずれている場
合に、振動子23は部分的曲げモーメントを受ける。例え
ば振動子23が僅かに下に偏移しているとすると、左側の
磁石26は左下のＮ極により強く反発され、右下のＳ極に
強く引きつけられる。従ってこの場合、左側の磁石26は
右回りのモーメントを受ける。右側の永久磁石25も同様
に右回りのモーメントを受ける。この永久磁石25、26に
加わる回転モーメントは枠に対する曲げモーメントとし
て働くため、枠の剛性が低いと枠が振動中にたわみ、異
常振動を起こすようになる。

【０１４０】このような問題を避けるため、本実施例で
は上記のように枠13自体に高強度の繊維強化樹脂を用い
ると共に、更に振動方向の剛性を高めるために、枠13の
中心に金属製のシャフト14を貫通させているのである。
なお、電磁石21、22及び永久磁石11a,11b,12a,12bの磁界
を乱さないために、シャフト14は非磁性であることが望
ましい。上記従来の振動子23の場合、枠は繊維強化樹脂
で成形されていたが、シャフトが枠内を貫通しておら
ず、両端のダイヤフラム取り付け部だけにネジ部が固定
されていたに過ぎない。

【０１５０】上記実施例の振動子の曲げ強度を測定する
ために、図４（ｂ）に示すような３点曲げ試験を行な
い、負荷荷重（曲げ荷重）Ｆと、その負荷点のたわみ量
との関係を調べた。なお、両支点間の距離は70mmとし
た。その結果は図４（ａ）の●印に示すとおりであり、
前記従来の振動子23（シャフトが枠内を貫通していな
い）の場合（△印）の約５倍の耐曲げ荷重性を有してい
ることがわかった。なお、枠14を繊維強化樹脂ではな
く、アルミニウムとすることもできる。この場合、アル
ミニウム枠自体の剛性が著しく高いため、中心のシャフ
ト14が不要になり、結果的には質量の増加は少ない。ア
ルミニウム枠を用いた振動子の曲げ特性は図４（ａ）の
○印に示す通りであり、ほぼ満足すべき値が得られてい
る。

【０１６０】

【発明の効果】本発明の一つの効果として、リニアモー
タの振動子の永久磁石の配列ピッチを大きくして、振動
子の振動ストロークを増大させることができる。従っ
て、このリニアモータをブロアに用いることにより、ダ
イヤフラムの変位量が増加し、100L／分以上の大容量の
ブロアを実現することができるようになる。また、別の
効果として、ストロークを拡大しない場合には振動力の
大きいリニアモータを得ることもできる。このようなリ
ニアモータをブロアに使用することにより、単位時間当
たりの吐出量が同じでも、より吐出空気圧の高いブロア
を作製することができる。これは、特に泥土中に空気を
吹き込む必要のある場合や、深い水底で空気を吐出する
必要がある場合に有用なブロアとなる。本発明では更
に、このような振動子の永久磁石の増強及び配列ピッチ
の拡大による枠の振動方向剛性の低下を、繊維強化樹脂
の使用及び中心を貫通する金属シャフトの採用により補
償しているため、リニアモータのスムーズな動作が実現
されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるリニアモータの振動
子の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）。

【図２】リニアモータの構造及び動作を説明するため
の内部構成図。

【図３】ブロアの空気吸入・吐出部の断面図。

【図４】実施例及び従来の振動子の曲げ試験結果のグ
ラフ（ａ）及び試験方法（ｂ）を示す側面図。

【符号の説明】

10…振動子、 11a,11b,12a,12b…希土類磁石、13…繊
維強化樹脂製枠、 14…非磁性金属シャフト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中野泰昌愛知県西加茂郡三好町大字福谷字根浦27− 340 マルカ精器株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平面上の一方向にＮ極及びＳ極が交互に
配列して形成される電磁石に対向して、該方向に往復動
可能に配置される板状のリニアモータの振動子におい
て、板状の枠に希土類磁石をＮ極及びＳ極が該方向に交
互に配列するように埋め込んだことを特徴とするリニア
モータの振動子。
【請求項２】上記板状の枠が繊維強化樹脂により形成
され、該繊維強化樹脂製枠の中央に非磁性の金属製シャ
フトが貫通している請求項１記載のリニアモータの振動
子。