JPH0739128A

JPH0739128A - リニアモータの振動子

Info

Publication number: JPH0739128A
Application number: JP19910793A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Motokura; 義信本蔵; Nagayoshi Kikuchi; 永喜菊池; Aki Watarai; 亜起度會
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】仕事率の大きいリニアモータを提供する。【構成】往復動の方向に配列される２個の希土類磁石
の両端間の距離Ｌ0に対する該希土類磁石の垂直方向の
長さＬの比（Ｌ／Ｌ0）を0.25から0.8、好ましくは0.4
〜0.6とする。【効果】同一量の磁石を使用した場合、最大の仕事率
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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８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８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。

【０００５】両電磁石21、22の間の隙間には、板状の振
動子23が、電磁石21、22の磁極の配列方向（図８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８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。

【０００６】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８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。

【０００７】次に、ブロアの空気吸入・吐出部の機構及
び動作を図９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８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９（ａ）及び図９（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
９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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】モータの駆動能力を表
わす仕事率Ｗ（単位ワット）は、リニアモータの場合、
次のように表わされる。Ｗ＝Ｓ×Ｆ×ｆここで、Ｓは振動子の振動ストローク（単位ｍ）、Ｆは
振動子の駆動力（電磁石−永久磁石間の吸引・反発力）
（単位Ｎ）、ｆは振動子の単位時間当たりの振動数（１
／sec）である。従って、リニアモータの仕事率を増加
させるためには、Ｓ、Ｆ、ｆのいずれかを（又は２種以
上の組み合わせ、或いは全部）増加させればよい。

【０００９】ストロークＳを増加させるためには、電磁
石の磁極の配列ピッチ（＝永久磁石の配列ピッチ）を増
加させればよいが、こうすると、駆動力Ｆはその逆自乗
に比例して急速に低下する。また、駆動力Ｆを増加させ
るために永久磁石の量を増加すると、運動部分の質量が
増加するため、振動子の振動数ｆが低下する。このよう
な各種限界のため、従来のリニアモータ型ブロアの吐出
量は最大80ｌ（リットル）／分（ただし、空気圧が0.2
〜0.25kgf/cm²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
は、仕事率の大きいリニアモータを提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、平面上の一方向にＮ極及びＳ極
が交互に配列して形成される電磁石に対向して、Ｎ極及
びＳ極が該方向に交互に配列するように希土類磁石が板
状の枠に埋め込まれて成り、該方向に往復動可能に配置
されたリニアモータの振動子において、該往復動の方向
に配列される２個の希土類磁石の両端間の距離Ｌ0に対
する該希土類磁石の垂直方向の長さＬの比（Ｌ／Ｌ0）
が0.25から0.8であることを特徴とする。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例であるリニアモータの振動
子の平面図を図１に、側面図を図２に示す。本振動子10
は、図８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,11b,12a,12bを使用している。図１の左側の永久磁
石12a,12b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両端の間の距離Ｌ
0は本実施例では60mmとなっている。

【００１２】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（Sm₂Co₁₇）の粉末
を焼結により矩形板状に成形し、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、磁石材料
としてはその他に、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Nd₂Fe₁₄B系合金等
の希土類磁石を用いることができる。本実施例の振動子
10では４個の磁石11a,11b,12a,12bは全て同一の寸法の
ものを用いており、振動方向の長さＬ1は25mm、それに
垂直方向の長さＬは35mm、厚さｔ（図２）は６mmであ
る。また、振動方向の両磁石の間（11aと12aの間、11b
と12bの間）の距離Ｌ2は10mmである。従ってＬ0は60mm
であり、本実施例ではＬ／Ｌ0＝35／60＝0.58となって
いる。

【００１３】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。

【００１４】なお、図１に示される通り、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。

【００１５】振動子10は次のようにして製作する。枠13
の全体の形状を有する矩形のモールドに永久磁石11a,11
b,12a,12bを磁極の向きに注意しながら図１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。

【００１６】リニアモータ作動中、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ると、
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、図８の左側の
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。

【００１７】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。

【００１８】なお、枠13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。

【００１９】上記第１実施例の形式（２極×２列、すな
わち４個の永久磁石を使用する形式）で、４個の磁石の
総質量を一定に保ちつつ、振動方向の磁石の全長Ｌ0と
それに直角方向の磁石の長さＬとの比Ｌ／Ｌ0を種々に
変化させ（厚みｔは一定とした）、図９のブロアに取り
付けたときの、Ｌ／Ｌ0とブロアの送風量との関係を図
７に示す。なお、電磁石の駆動電流の電圧は100Ｖ、周
波数は60Hz、空気圧（吐出弁34の締め切り圧）は0.2kgf
/cm²とした。図７に示されるように、比Ｌ／Ｌ0が0.25
〜0.8の範囲では磁石の単位重量（１ｇ）当たりのブロ
アの送風量は１ｌ（リットル）／分を超え、効率の良い
送風が行なえることがわかった。また、特に比Ｌ／Ｌ0
を0.4〜0.6の範囲とすることにより、磁石重量当たりの
送風量はほぼ最大値（約1.4ｌ／ｇ）となり、最も高効
率となることがわかる。

【００２０】本発明の第２の実施例を図３に示す。本実
施例の振動子50は第１実施例と同様、２極の磁石を使用
しているが、第１実施例とは異なり、１列（合計２個）
しか永久磁石51、52を使用しない。また、両磁石51、52を
「ロ」の字形のアルミニウム枠54で囲い、それらを繊維
強化樹脂53で一体に固定している。本実施例の場合、Ｌ
0＝60mm、Ｌ＝45mmであり、Ｌ／Ｌ0＝0.75である。この
振動子50を用いたブロアの送風量は、永久磁石51、52の
単位重量（１ｇ）当たり1.1リットル／分であった。

【００２１】本発明の第３、第４、第５実施例をそれぞ
れ図４、図５、図６に示す。これらの振動子60、70、80の
永久磁石の寸法はいずれもＬ0＝70mm、Ｌ＝35mmであ
り、Ｌ／Ｌ0＝0.5となっている。従って、永久磁石の単
位重量当たりの送風量はいずれも1.4リットル／分でほ
ぼ同等の値を有しているが、第３、第４実施例の振動子
60、70（図４、図５）は永久磁石が３列であるのに対
し、第５実施例の振動子80（図６）は永久磁石が４列備
えられているため、ブロアとしての送風量はそれに応じ
て大きくなっている（ほぼ第３、第４実施例の振動子を
用いたブロアの４／３倍）。

【００２２】

【発明の効果】リニアモータの振動子を本発明に従った
構成とすることにより、同一の量の磁石を用いた場合、
最大の能力（仕事率）を引き出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のリニアモータの振動子
の平面図。

【図２】第１実施例のリニアモータの振動子の側面
図。

【図３】第２実施例のリニアモータの振動子の平面
図。

【図４】第３実施例のリニアモータの振動子の平面
図。

【図５】第４実施例のリニアモータの振動子の平面
図。

【図６】第５実施例のリニアモータの振動子の平面
図。

【図７】Ｌ／Ｌ0と磁石の単位重量当たりのブロアの
送風量との関係を示すグラフ。

【図８】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９】ブロアの空気吸入・吐出部の断面図。

【符号の説明】

10、23、50、60、70、80…振動子 11a、11b、12a、12b、25、26、51、52…永久磁石 13、53…枠 14…シャフト

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、Ｎ極及びＳ極が
該方向に交互に配列するように希土類磁石が板状の枠に
埋め込まれて成り、該方向に往復動可能に配置されたリ
ニアモータの振動子において、該往復動の方向に配列される２個の希土類磁石の両端間
の距離Ｌ0に対する該希土類磁石の垂直方向の長さＬの
比（Ｌ／Ｌ0）が0.25から0.8であることを特徴とするリ
ニアモータの振動子。