WO2018131255A1 - リニアモータ及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、共振ばね端部を固定しない非固定の構造に対しても有効であり、可動子に作用する、上下方向及び左右方向の荷重を抑制することができるリニアモータ及び圧縮機を提供することにある。第１の方向に駆動される可動子２と、第１の方向に振動可能な共振ばね４００と、可動子２に設けられ第１の方向に直交する第２の方向に磁化された永久磁石２１０とを備えるリニアモータであって、第２の方向への力と、第１の方向及び第２の方向に直交する第３の方向への力との両方の力に対して可動な軸受４８０と、共振ばね４００及び軸受４８０を接続する弾性体支持部材４５０とを有する。

Description

リニアモータ及び圧縮機

　本発明は、リニアモータ及びリニアモータを有する圧縮機に関する。

　リニアモータを有する圧縮機にて使用されているモータは、回転機を直線状に切り開いた形状をしており、固定子と可動子の各々に構成された磁極との間に働く磁力によって、可動子に推力を発生させるリニアモータと、共振ばねとを組み合わせて駆動されている。

　リニアモータと共振ばねとを組み合わせて駆動されるリニアモータ圧縮機として、特表２０１３－５１６５６７号公報（特許文献１）は、可動子の慣性エネルギーの損失なくリニアモータを往復駆動させるため、可動子片端に共振ばねを有する構造を開示している。具体的には、特許文献１のリニアモータ圧縮機は、シリンダを画定するブロックと、シリンダ内で往復作動するピストン、作動手段およびピストンを作動手段に結合するロッドによって形成された可動組立体と、直径方向に従って配設され第１の固定手段によって同軸に可動組立体に、第２の固定手段によってブロックにそれぞれ取り付けられた第１および第２の端部を有する共振ばねとを備えている。第２の固定手段は、調整可能な相対的位置決めにより、ブロックおよび共振ばねの第２の端部に固着され、それによって第２の端部を、互いに直交し、かつ共振ばねの軸の方向、前記第２の端部の直径方向、および前記２つの第１の方向と直交する直径方向によって画定された３つの方向の、ブロックに関連する共振ばねの変位に沿って、また、互いに直交する前記３つの方向を中心に共振ばねの第２の端部の角度変位に沿って画定された位置で、ブロックに固着させている（請求項１、図４参照）。

特表２０１３－５１６５６７号公報

　特許文献１のリニアモータ圧縮機は、共振ばねの共振周波数で駆動するため、共振ばねに作用する横方向の荷重がピストン、ロッドおよび作動手段からなる可動組立体（以下、可動子という）に作用する。この荷重により、可動子を支持する支持部材では摩擦力が発生し、摩擦による損失が発生する。このため、リニアモータの効率が低下する。

　なお、特許文献１のリニアモータ圧縮機では共振ばねと可動子とを相対的位置決め可能な固定手段にて固定することにより、ピストン軸を中心に角度的に、モータに対して磁石を正しく位置決めし、摩擦力の発生を小さくしている。ただし、この方法は共振ばね端部を固定する方法では有効であるが、ばね端面で支持する方法では使えない。

　以下、可動子の駆動方向（共振による振動方向）を前後方向、可動子の永久磁石の磁化方向（可動子の板面に垂直な方向）を上下方向、前後方向及び上下方向に垂直な方向を左右方向（横方向）と呼んで説明する。

　本発明の目的は、共振ばね端部を固定しない非固定の構造に対しても有効であり、可動子に作用する、上下方向及び左右方向の荷重を抑制することができるリニアモータ及び圧縮機を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明のリニアモータは、
　第１の方向に駆動される可動子と、前記第１の方向に振動可能な共振ばねと、前記可動子に設けられ前記第１の方向に直交する第２の方向に磁化された永久磁石とを備えるリニアモータであって、
　前記第２の方向への力と、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向への力との両方の力に対して可動な軸受と、
　前記共振ばね及び前記軸受を接続する弾性体支持部材と、を有する。

　本発明によれば、共振ばね端部を固定しない非固定の構造に対しても有効であり、可動子に作用する、上下方向及び左右方向の荷重を抑制することができるリニアモータ及び圧縮機を提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１によるリニアモータの斜視図。 実施例１によるリニアモータの、左右方向に垂直な断面を示す斜視図。 実施例１によるリニアモータの、前後方向に垂直な断面を示す斜視図。 実施例１によるリニアモータの左右方向に垂直な断面概略図であって、前方向に推力を発生する図。 実施例１によるリニアモータの左右方向に垂直な断面概略図であって、後方向に推力を発生する図。 実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの斜視図。 実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの弾性体支持部の概略図。 実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの後ろ方向から見た概略図。 実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの共振ばねの配置を示す模式図。 実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの、弾性体支持部の可動子への取付け部を示す断面図。 実施例２によるリニアモータの可動子の斜視図。 実施例３によるリニアモータの共振ばね取付け状態を示す斜視図。 実施例３によるリニアモータの共振ばねの配置を示す模式図。 実施例１乃至３のいずれかによるリニアモータを用いた圧縮機の実施例（実施例４）を示す斜視図。 実施例１乃至３のいずれかによるリニアモータを用いた圧縮機の実施例（実施例４）を示す要部断面図。 実施例５による冷蔵庫の構成図。 実施例６による車両用エアサスペンションの構成図。

　以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。実施例１から実施例６において同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同様の説明は繰り返さない。説明のため、互いに直交する前後、左右、及び上下方向という語を用いるが、必ずしも重力方向は下向きである必要はなく、上、右、左、前若しくは後方向又はそれ以外の方向に平行にできる。

　前後方向は可動子２の駆動方向に一致し、共振による振動方向に一致する。可動子２の駆動方向は可動子２の軸方向に一致し、ピストン１１００の駆動方向（軸方向）に一致する。上下方向は可動子２に設けられた永久磁石２１０の磁化方向に一致する。上下方向は永久磁石２１０の磁極面に垂直な方向に一致し、可動子２の板面に垂直な方向に一致する。また前後方向及び上下方向に垂直な方向を左右方向又は横方向と呼んで説明する。

　また、永久磁石２１０は、磁化方向の一方の端部（端面）にＮ極の磁極（磁極面）が構成され、他方の端部（端面）にＳ極の磁極（磁極面）が構成される。以下の説明では、永久磁石２１０と、永久磁石２１０によって構成される磁極とを同様に扱って説明する。すなわち、永久磁石２１０の磁極に符号２１０を付して説明する場合がある。

　図１は、実施例１によるリニアモータの斜視図である。図２Ａは、実施例１によるリニアモータの、左右方向に垂直な断面を示す斜視図である。図２Ｂは、実施例１によるリニアモータの、前後方向に垂直な断面を示す斜視図である。

　リニアモータ１００は、固定子１および可動子２からなる。以降の説明では、電機子側を地面に対して静止させる固定子、界磁子側を地面に対して前後方向に移動させる可動子として説明するが、固定子と可動子とは逆の関係であっても良い。圧縮機に使用する場合、ピストンは可動子側に接続する。

　固定子１は、電機子３と、電機子３の前側及び後側それぞれに配置された端部部材４とからなる。電機子３は、軟磁性体のコア３００及びスペーサ３１０を有し、２つのコア３００は軟磁性体のスペーサ３１０で繋いで構成されている。これにより、２つのコア３００及びスペーサ３１０を含む磁路を形成できるようにしている。コア３００にはそれぞれ巻線５が巻回されている。

　電機子３は、１つ又は２つ以上を前後方向に並べることができる。また、端部部材４は、最も前側の電機子３の前側及び／又は最も後側の電機子３の後側に設けることができる。

　以下、前方向及び後方向の一方を第１の方向、他方を第２の方向とも記載する。

　コア３００は、後述する可動子２を挟んで対向配置された磁極歯３０１と、これら２つの磁極歯３０１をつなぐ腕部３０２とからなる。磁極歯３０１及び腕部３０２は、例えば、電磁鋼板を前後方向に積層して構成できる。磁極歯３０１には巻線５を巻回している。

　腕部３０２は、巻線５及び可動子２の左右方向それぞれ外側を上下に通る軟磁性体であり、永久磁石磁極２１０から発せられ、磁極歯３０１に進入した磁束を、この磁極歯３０１に対向する別の磁極歯３０１に導くことができる。これにより、コア３００は、磁極歯３０１に対向する永久磁石磁極２１０の両面、２つの磁極歯３０１、及び腕部３０２を含む磁路を形成できる。

　スペーサ３１０は、隣接するコア３００を流れる磁束を通過させることができる。スペーサ３１０は、例えば、電磁鋼板を前後方向に積層して構成できる。このため、２つのコア３００の間にスペーサ３１０を配した電機子３は、永久磁石２１０の前後方向間隔等の設計に応じて、２つのコア３００及び、永久磁石２１０を含む磁路を形成できる。

　端部部材４は、軟磁性体又は非磁性体で形成することができる。端部部材４は、前後方向に延在する貫通ボルト等（図示せず）の固定部材により自身とコア３００、及びスペーサ３１０とともに固定されている。また、端部部材４にはローラベアリング等の支持部材（図示せず）が配置され、可動子２を支持している。

　可動子２は、前後方向に３つの永久磁石を固定する非磁性体または軟磁性体からなる磁極支持部（磁石支持部）２００、並びに、磁極支持部２００に設けられた永久磁石２１０を有している。また、可動子２は、前後方向を長手方向（軸方向）としている。

　本実施例の可動子２は、長手方向に永久磁石（磁極）２１０を３つ固定した態様だが、４つ以上でも良いし２つでもよい。本実施例の永久磁石２１０は、前後方向に２つ並んでいるが、１つでも良いし３つ以上でも良い。また例えば、複数の永久磁石２１０で構成される複数の磁極の内のいくつかを鉄材、鋼材又は電磁鋼板等を採用して軟磁性磁極としてもよい。

　永久磁石２１０はそれぞれ上下方向に磁化している。３つが配されている本実施例の永久磁石２１０の上面は、前側の永久磁石２１０の磁極がＮ極、中間の永久磁石２１０の磁極がＳ極、後側の永久磁２１０の磁極がＮ極となるように配されている。

　また、可動子２は、後述する２つの磁極歯３０１の間、かつ２つの腕部３０２の間の空間に配されている。なお、永久磁石２１０は上下方向に垂直な平板形状にできる。以下、上方向又は下方向の一方を、第３の方向とも記載する。本実施例では、上下方向とは、磁極歯３０１と永久磁石２１０の極性（磁極面）とが対向している方向である。

　磁極支持部２００は、例えば、永久磁石２１０を嵌装する空隙を２つ、３つ又は４つ以上備えたはしご状にすることができ、接着剤等を用いて永久磁石２１０を固定できる。なお、空隙に代えて、永久磁石２１０を貼付できる凹部を備えた態様にしても良い。磁極支持部２００は、軟磁性体で形成しても良いし、非磁性体で形成しても良い。

　磁極支持部２００のはしご状部分のうち、前後方向において磁極２１０の間に位置する部分の前後方向幅は、磁極２１０の前後方向幅とは異なっている。本実施例では特に、このはしご状部分の前後方向幅は、永久磁石２１０の前後方向幅より短い。

　本実施例においては、電機子３の巻線５に、図示しないインバータから単相の電流を供給して磁極歯３０１を磁化すると、可動子２の永久磁石２１０との相互作用により前後方向に推力が発生し、可動子２が前後方向に移動する。

　図３Ａは、実施例１によるリニアモータの左右方向に垂直な断面概略図であって、前方向に推力を発生する図である。図３Ｂは、実施例１によるリニアモータの左右方向に垂直な断面概略図であって、後方向に推力を発生する図である。

　まず、前方向に推力を受ける場合について説明する。可動子２には３つの永久磁石（磁極）２１０の重心が略一定の間隔で並び、３つの永久磁石２１０の磁極は上述のように、前から後にかけて、上側の極性が「Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極」の順で配置されている。そして、巻線５には、正の電流を通電している。

　実線の矢印は起磁力により発生する磁化方向を示している。リニアモータ１００内の主な磁束線は破線で示すように、２つの永久磁石２１０と電機子３の中をループし、２つの永久磁石２１０が電機子３に引き寄せられ、可動子２は、白抜き矢印で示すように、前方向に推力を受ける。

　後方向に推力を受ける場合については、前方向に推力を受ける場合と電機子３内の磁束の向きが逆になるよう、巻線５には負の電流を通電している。リニアモータ１００内の主な磁束線は破線で示すように、永久磁石２１０と電機子３の中をループし、永久磁石磁極２１０が電機子３に引き寄せられ、可動子２は、白抜き矢印で示すように、後方向に推力を受ける。

　共振ばね４００及び弾性体支持部材４５０の構成について、図４Ａ乃至図４Ｅを用いて説明する。

　図４Ａは、実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの斜視図である。

　弾性体支持部材４５０は、前後方向における共振ばね４００の一方側を可動子２に機械的に接続する部材である。なお共振ばね４００は、複数（本実施例では４つであり、好ましくは偶数個）設けられており、伸長又は圧縮される方向が前後方向に沿うように配置されている。弾性体支持部材４５０は、弾性体支持部４５０Ａが複数の共振ばね４００それぞれの前側又は後側いずれかに位置するように可動子２に取付けられている。共振ばね４００の略半分又は半分は前側の端部を弾性体支持部４５０Ａにより支持され、略半分又は半分は後側の端部を弾性体支持部４５０Ａにより支持されている。なお本実施例では、共振ばね４００をコイルばねで構成している。

　図４Ｂは、実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの弾性体支持部の概略図である。図４Ｃは、実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの後ろ方向から見た概略図である。

　弾性体支持部材４５０は、共振ばね４００の一端部を支持する弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２と、弾性体支持部材４５０を球面軸受４８０に固定する固定部４５０Ｂとが一体に形成されている。固定部４５０Ｂは前後方向（可動子２の移動方向）に沿って延設され、端部部材４から後方に突き出した可動子２の突出部分に球面軸受４８０を介して、回り止めを備えたボルト及びナット４６０により締結固定される。このために固定部４５０Ｂには、ボルトを通す、回り止め部を有する貫通孔４５３が設けられている。弾性体支持部４５０Ａ１は前後方向における固定部４５０Ｂの一端部に設けられ、弾性体支持部４５０Ａ２は前後方向における固定部４５０Ｂの他端部に設けられている。弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２は、それぞれ固定部４５０Ｂの両端部から固定部４５０Ｂの延設方向（前後方向）に対して交差する方向（本実施例では垂直方向）に張り出すように設けられている。言い換えれば、弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２は、それぞれ固定部４５０Ｂの両端部から平板状を成す可動子２の板面に垂直な方向に、かつ可動子２の板面から離れる方向に、突き出すように設けられている。

　弾性体支持部４５０Ａ１により後側の端部を支持された第１の共振ばね４００Ａ（４００）は、もう一方の端部を端部部材４に支持されている。弾性体支持部４５０Ａ２により前側の端部を支持された第２の共振ばね４００Ｂ（４００）は、もう一方の端部をケーシング１８００の底面１８２０に支持されている。

　弾性体支持部４５０Ａ１は、共振ばね４００Ａが嵌合される、円形の外周面を有する円環状の突状部４５１を有する。弾性体支持部４５０Ａ２は、共振ばね４００Ｂが嵌合される、円形の外周面を有する円環状の突状部４５２を有する。突状部４５１は共振ばね４００Ａの径方向における位置を拘束し、突状部４５２は共振ばね４００Ｂの径方向における位置を拘束する。

　共振ばね４００は、弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２に設けられた円環状の突状部４５１，４５２により、ばねの径方向における位置ずれが防止される。しかし共振ばね４００の両端部は弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２、端部部材４およびケーシング１８００の底面１８２０には固定的に結合されておらず、共振ばね４００の圧縮状態が解除されると、共振ばね４００は弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２、端部部材４およびケーシング１８００の底面１８２０から離脱する。すなわち共振ばね４００は、弾性体支持部４５０Ａ１と端部部材４との間、あるいは弾性体支持部４５０Ａ２とケーシング１８００の底面１８２０との間に圧縮状態で挟設されることによって、弾性体支持部４５０Ａ１と端部部材４との間、あるいは弾性体支持部４５０Ａ２とケーシング１８００の底面１８２０との間に保持されているに過ぎない。このため、共振ばね４００の支持構造が単純になると共に、共振ばね４００の組立が簡単になる。

　また、共振ばね４００の両端部が弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２、端部部材４およびケーシング１８００の底面１８２０に固定的に結合されていないことで、共振ばね４００の形状誤差や複数の共振ばね４００間における個体差によって、可動子２に対して左右方向または上下方向に横荷重が作用するのを防止又は抑制することができる。

　突状部４５１が成す円形の中心Ｏ４００Ａを通る中心線ＣＬ４００Ａと突状部４５２が成す円形の中心Ｏ４００Ｂを通る中心線ＣＬ４００Ｂとは、可動子２の板面に沿う方向に間隔Ｌ４５０を有している。この間隔Ｌ４５０は、共振ばね４００Ａ及び共振ばね４００Ｂを弾性体支持部材４５０に組み付けた状態で、共振ばね４００Ａと共振ばね４００Ｂとが干渉しない大きさに設定されている。

　突状部４５１が成す円形の中心Ｏ４００Ａを通り可動子２の板面に垂直な断面Ｓ１において、弾性体支持部材４５０は弾性体支持部４５０Ａ１と固定部４５０ＢとがＬ字状の形状を成している。また、突状部４５２が成す円形の中心Ｏ４００Ｂを通り可動子２の板面に垂直な断面Ｓ２において、弾性体支持部材４５０は弾性体支持部４５０Ａ２と固定部４５０ＢとがＬ字状の形状を成している。

　複数の共振ばね４００は、電機子３から後方に突き出した可動子２の両側に分けられて配設されている。具体的には、共振ばね４００は、可動子２の板面（磁極面）に垂直な方向に、可動子２を境にして可動子２の両側に分けられて、配設されている。この場合、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとは、可動子２の両側に、少なくとも１つずつ配設されている。本実施例では、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとは、可動子２の片方の側にそれぞれ１つずつ配設され、前後方向に垂直な断面で見た場合に、可動子２の中心軸線２Ａを中心とする周方向Ｒ２Ａにおいて、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとが交互に配設されている。なお、中心軸線２Ａは前後方向に沿う軸線であり、可動子２の上下方向における中心及び左右方向における中心を通る軸線である。

　本実施例では、弾性体支持部材４５０は、可動子２の片側に配されている第１の共振ばね４００Ａの後側の端部を支持する弾性体支持部４５０Ａ１と可動子２の同じ片側に配されている第２の共振ばね４００Ｂの前側の端部を支持する弾性体支持部４５０Ａ２とが一体に形成されている。そして、可動子２の両側に組み付けられる２つの弾性体支持部材４５０は、同じ仕様で同じ形状のものを用いている。図４Ｃにおいて可動子２の左側に配置されている弾性体支持部材４５０において第１の共振ばね４００Ａを支持する弾性体支持部４５０Ａ１は、弾性体支持部材４５０が図４Ｃにおいて可動子２の右側に配置される場合、第２の共振ばね４００Ｂを支持する弾性体支持部４５０Ａ２として利用される。また、図４Ｃにおいて可動子２の左側に配置されている弾性体支持部材４５０において第２の共振ばね４００Ｂを支持する弾性体支持部４５０Ａ２は、弾性体支持部材４５０が図４Ｃにおいて可動子２の右側に配置される場合、第１の共振ばね４００Ａを支持する弾性体支持部４５０Ａ１として利用される。すなわち、弾性体支持部材４５０が可動子２の左側に配置される場合と右側に配置される場合とで、弾性体支持部４５０Ａ１と弾性体支持部４５０Ａ２とが入れ替わる。

　本実施例では、弾性体支持部材４５０は、可動子２に対して取り付ける向きを変えることにより、可動子２の両側において同じ仕様で同じ形状のものを共用している。これにより、図４Ｃの平面図上で見た場合に、共振ばね４００Ａと共振ばね４００Ｂとが中心（中心軸線２Ａの投影点）２Ａに対して点対称に配置された構成を実現している。また本実施例では、部品の共通化を図り、部品の種類を低減することにより、製造コストを安くすることができる。

　可動子２を境にして両側に配置された、第１の共振ばね４００Ａに対する弾性体支持部材４５０と第２の共振ばね４００Ｂに対する弾性体支持部材４５０とは、それぞれの中心軸線２Ａに沿う方向における両端部の位置が、中心軸線２Ａに沿う方向において同じ位置になるように、可動子２に取り付けられている。２つの弾性体支持部材４５０は、貫通孔４５３に挿通したボルトとこのボルトに螺合するナットとにより締結され、球面軸受４８０を介して可動子２に支持される。２つの弾性体支持部材４５０が球面軸受４８０の球面軸４８０Ａの表面と裏面とに設けられた平板面４８０Ａ１（図４Ｅ参照）に、それぞれ回転しないように固定され、球面軸４８０Ａが可動子２に固定された球面軸受４８０のハウジング４８０Ｂに嵌合されていることにより、２つの弾性体支持部材４５０の相対的な位置の変化を抑制し、安定したピストン１１００の駆動機構を構成することができる。

　また本実施例において、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとは同じ仕様及び形状とし、更に、第１の共振ばね４００Ａを支持する弾性体支持部材４５０の弾性体支持部４５０Ａ１と底面１８２０との間の隙間寸法Ｌ４００Ａと、第２の共振ばね４００Ｂを支持する弾性体支持部材４５０の弾性体支持部４５０Ａ２と端部部材４との間の隙間寸法Ｌ４００Ｂとを同じ寸法にすると良い。これにより、単純な構造で良好な共振特性を有する共振機構を構成することができ、ピストン１１００の持続的な往復運動を実現できる。

　また、図４Ｃには、端部部材４に取り付けられたガイド支持部１０２３と、ガイド支持部１０２３に組み付けられ可動子１０１が摺動するガイド１０１４とを示す。

　ガイド１０１４は、溝部１０１４ａが板状の可動子２の左右方向端部に嵌合しており、可動子２に対して相対運動することができる。またガイド１０１４は、ガイド支持部１０２３との間で可動子２の往復運動方向にのみ相対運動することができる形状になっている。

　ガイド支持部１０２３は、端部部材４に対して前後方向に挿通したボルト等の挿通部によって、端部部材４に取付けられている。ガイド１０１４は、ガイド支持部１０２３との接触による摩擦によって移動が抑制されている。

　図４Ｄは、実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの共振ばねの配置を示す模式図である。なお、図４Ｄは図４Ｃと同様な方向から見た図である。また、符号４００Ａａは共振ばね４００Ａの一端部の周方向における位置（位相）を、符号４００Ｂａは共振ばね４００Ｂの一端部の周方向における位置（位相）を、それぞれ示す。

　第１の共振ばね４００Ａ及び第２の共振ばね４００Ｂを点線のように可動子２の板面に垂直な方向から可動子２の板面に投影した場合、第１の共振ばね４００Ａ及び第２の共振ばね４００Ｂは、その投影図が可動子２の板面内に存在するように構成される。これにより、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとをコンパクトに配置することができ、中心軸線２Ａに垂直な方向における圧縮機（特にその駆動モータ部）の寸法を小さくすることができる。

　また本実施例では、ピストン１１００の上死点で「より縮む」２つの第１の共振ばね４００Ａと、下死点で「より縮む」２つの第２の共振ばね４００Ｂとが、斜向かい（中心（中心軸線２Ａの投影点）２Ａに対して点対称）に配置されている。共振ばね４００は、斜向かいに配置された２つの第１の共振ばね４００Ａ同士が同様の伸縮状態となり、斜向かいに配置された２つの第２の共振ばね４００Ｂ同士が同様の伸縮状態となる。これにより、弾性体支持部材４５０にモーメントがかかることを抑制することができる。

　各共振ばね４００Ａ，４００Ｂの位相（軸方向視における共振ばね４００Ａ，４００Ｂの一端４００Ａａ，４００Ｂａの角度）は、斜向かいの共振ばね同士で１８０度異なるように構成されている。すなわち、斜向かいに配置された２つの第１の共振ばね４００Ａの位相（軸方向視における２つの共振ばね４００Ａの一端４００Ａａの角度）は、１８０度異なる。また、斜向かいに配置された２つの第２の共振ばね４００Ｂの位相（軸方向視における２つの共振ばね４００Ｂの一端４００Ｂａの角度）は、１８０度異なる。

　コイルばねとしての共振ばね４００Ａ，４００Ｂは、振動方向が必ずしも軸方向に平行ではなく、端部の位相関係等に応じてずれる。伸縮が同様になる２つの第１の共振ばね４００Ａを斜向かいに設け、伸縮が同様になる２つの第２の共振ばね４００Ｂを斜向かいに設け、振動方向のずれの位相を略１８０°異なるようにすることで、共振ばね４００Ａ，４００Ｂに接続している可動子２の横振動（可動子の往復動方向に垂直な方向の振動）を相殺するようにして、低減することができる。

　また、隣接する第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとの位相は９０°異なるように構成されている。隣接する第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂの位相が９０°異なることにより、両者の横振動の方向が直交するため、横振動の増幅を抑制することができ、これによっても横振動の低減が期待できる。

　図４Ｅは、実施例１による共振ばねを備えたリニアモータの、弾性体支持部の可動子への取付け部を示す断面図である。なお図４Ｅは、２つの弾性体支持部材４５０と球面軸受４８０の配置を模式的に示した図である。

　２つの弾性体支持部材４５０は球面軸受４８０の球面軸４８０Ａを間に挟んで、互いに回転しないようにボルト４６０Ａおよびナット４６０Ｂにて締結され、可動子２に固定されている球面軸受４８０のハウジング４８０Ｂに球面軸４８０Ａが嵌合する。２つの弾性体支持部材４５０の固定部４５０Ｂは可動子２との間に隙間を有して支持される。

　このために球面軸４８０Ａは、上下方向の両端部に、弾性体支持部材４５０が当接する平面部（当接面）４８０Ａ１，４８０Ａ２を有する。上下方向における平面部４８０Ａ１と平面部４８０Ａ２との間隔（間隔寸法）ｔ４８０は可動子２の厚み（厚み寸法）ｔ２よりも大きい。なお、平面部４８０Ａ１と平面部４８０Ａ２との間隔（間隔寸法）ｔ４８０は、ナット４６０Ｂが貫通する球面軸４８０Ａの軸方向の寸法であり、２つの弾性体支持部材４５０の固定部４５０Ｂの間隔（間隔寸法）に等しい。

　これにより弾性体支持部材４５０は、球面軸受４８０の動きにより、可動子２に対して隙間の範囲内で自在に可動となる。このため、互いに横振動が相殺される方向に配置された複数個の共振ばね４００の、伸縮の位相ずれにより生じる横方向の振動荷重が作用した場合には、その荷重にしたがって弾性体支持部材４５０が動き、共振ばね４００の横方向振動荷重に起因するモーメントが可動子２に作用するのを防止または抑制する。この効果により、共振ばね４００に横振動が発生した際にも、可動子２は上下、左右方向に姿勢を傾かせることなく前後方向に往復運動することができる。

　本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１と同様にできる。図５は、本実施例によるリニアモータの可動子２の斜視図である。

　２つの弾性体支持部材４５０は２つの直交配置された回転軸受４９０Ａ，４９０Ｂにて可動子２に支持されている。回転軸受４９０Ａは左右方向に沿う回転軸４９０Ａａを中心として回転可能な軸受であり、２つの弾性体支持部材４５０を上下方向に回動可能に支持する。回転軸受４９０Ｂは上下方向に沿う回転軸４９０Ｂａを中心として回転可能な軸受であり、２つの弾性体支持部材４５０を左右方向に回動可能に支持する。

　本実施例では、回転軸受４９０Ａを可動子２の磁極支持部２００の後端部に配置し、回転軸受４９０Ａの、可動子２に対して回動する側に、弾性体支持部材４５０の支持部４９１を接続している。一方、回転軸受４９０Ｂは支持部４９１に組み付けられ、互いに直交する回転軸４９０Ａａ，４９０Ｂａを有する二つの回転軸受４９０Ａ，４９０Ｂが前後方向の異なる位置に配置されている。

　２つの弾性体支持部材４５０は互いに相対回転しないように、固定部４５０Ｂの、回転軸受４９０Ｂの回転軸４９０Ｂａと同軸となる位置で、回り止めを施されたボルトおよびナットにて締結される。これにより、２つの直交する回転軸受４９０Ａ，４９０Ｂの動きにより、弾性体支持部材４５０は可動子２に対し自在に可動となる。このため、互いに横振動が相殺される方向に配置された複数個の共振ばね４００の、伸縮の位相ずれにより生じる横振動荷重が作用した場合には、その荷重にしたがって弾性体支持部材４５０が回動し、共振ばね４００の横振動荷重に起因するモーメントが可動子２に作用するのを防止または抑制する。この効果により、共振ばね４００に横振動が発生した際にも、可動子２は上下方向および左右方向に姿勢を傾かせることなく前後方向に往復運動することができる。

　本実施例の構成は、以下の点を除き、実施例１および２と同様にできる。図６Ａは、本実施例によるリニアモータの可動子２に支持される共振ばね４００の配置を示す斜視図である。図６Ｂは、本実施例によるリニアモータの共振ばね４００の配置を示す模式図である。

　第1の共振ばね４００Ａ、第２の共振ばね４００Ｂともに、それぞれ２つのコイルばね４０１，４０２を組み合わせて構成されている。２つのコイルばね４０１，４０２はそれぞれ巻方向が異なるコイルばねとなっており、例えばコイルばね４０１が右巻きばねの場合、コイルばね４０２は左巻きばねとなる。また、コイルばね４０２はコイルばね４０１の内側に配置されている。そのため、コイルばね４０２の外径はコイルばね４０１の内径より小さい。設置時のばね長さは同じになるようにコイルばねの巻き数はそれぞれ調整される。コイルばねの伸縮に伴う横振動の向きを同じにするため、１つの共振ばね４００Ａ，４００Ｂを構成する２つのコイルばね４０１，４０２は、図６Ｂに示すように、ばね端部の周方向における位置（位相）４０１ａ，４０２ａを概略同一とする必要がある。また、斜向かいに配置された２つの第１の共振ばね４００Ａでは、ばね端部の周方向における位置（位相）４０１ａ，４０２ａが１８０度異なる。同様に、斜向かいに配置された２つの第２の共振ばね４００Ｂでは、ばね端部の周方向における位置（位相）４０１ａ，４０２ａが１８０度異なる。

　２つの第1の共振ばね４００Ａと２つの第２の共振ばね４００Ｂとの間におけるばね端部の周方向における位置（位相）４０１ａ，４０２ａの関係は、図４Ｄと同様であり、１つの第1の共振ばね４００Ａおよび第２の共振ばね４００Ｂがそれぞれ２つのコイルばね４０１，４０２を組み合わせて構成されている点が図４Ｄと異なる。

　なお図６Ｂは、コイルばね４０１，４０２の一方の端部を示しているが、コイルばね４０１，４０２の他方の端部の周方向における位置（位相）は、図６Ｂに示される一方の端部と同じ位置（同位相）である。

　本実施例の構成では、２つのコイルばね４０１，４０２により構成された１組の共振ばね４００は、実施例１および２と同様に、弾性体支持部４５０Ａ１と端部部材４とに支持された第１の共振ばね４００Ａと、弾性体支持部材４５０Ａ２とケーシング１８００の底面１８２０とに支持された第２の共振ばね４００Ｂとを構成し、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとが可動子２の片側にそれぞれ１組ずつ配置される。このため、本実施例では合計８個のコイルばねが使用されている。

　８個のコイルばねはそれぞれ圧縮状態で設置され、弾性体支持部４５０Ａ１，４５０Ａ２、および端部部材４あるいはケーシング１８００の底面１８２０に固定される。２つの第１の共振ばね４００Ａまたは２つの第２の共振ばね４００Ｂで構成される１組の共振ばね４００は、ほぼ１８０度異なる位置に取付けられているため、コイルばねの伸縮による横振動は常に逆向きに発生する。そのため横振動を１組の共振ばね４００Ａの内で、また１組の共振ばね４００Ｂの内でほぼ相殺することが可能であり、これにより、弾性体支持部材４５０にモーメントがかかることを抑制することができる。ただし、２つのコイル４０１と４０２とは同一形状とすることができないため、横振動荷重は同一とならない。そのため１組の共振ばね４００の内では完全に横振動荷重を相殺することはできない。そのため実施例１および２と同様に斜向かいに配置される第１の共振ばね４００Ａ同士、第２の共振ばね４００Ｂ同士のばね端部位置を１８０度異なる位置とすることで、横振動荷重に起因するモーメントを抑制することができる。

　この場合、コイルばねは８個使用するものの、共振ばねの内で横振動を抑制することができるので、実施例１および２で使用した球面軸受４８０、あるいは２つの直交配置された回転軸受４９０Ａ，４９０Ｂを用いなくても、弾性体支持部材４５０にモーメントがかかることを抑制することができる。そのため部品種類の低減につながり、製造コストの低減に貢献できる。また、球面軸受４８０、あるいは２つの直交配置された回転軸受４９０Ａ，４９０Ｂを用いれば、さらにモーメントを抑制することができる。このためガイド１０１４、およびガイド支持部１０２３との接触による摩擦を低減することができ、効率の高いモータを提供できる。

　図７Ａは、実施例１乃至３によるリニアモータを備えた圧縮機１０００の斜視図である。図７Ｂは圧縮機１０００の要部断面図である。なお、実施例１乃至３と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

　本実施例の圧縮機１０００は、空気や冷媒を圧縮する気体圧縮機として用いることができ、可動子２の往復動方向について、電機子３の一方側に設けた共振ばね４００及び弾性体支持部材４５０と、電機子３の他方側に設けたピストン１１００、シリンダ１２００、電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂ、排気弁１５００、ドライヤ１６００、及びインバータ１７００を有する。

　本実施例の圧縮機１０００では、ピストン１１００の駆動モータがリニアモータで構成されており、可動子２が扁平な板状（平板状）を成している。また、可動子２は端部部材４の後側端部から更に後方に突き出している。

　シリンダ１２００には、電機子３、共振ばね４００、および弾性体支持部材４５０を収納するケーシング１８００が取付けられている。本実施例では、ケーシング１８００の前面として端部部材４を用いているが、端部部材４の前側にケーシング１８００の前面を構成する部材を設けても良い。すなわち、端部部材４をケーシング１８００の前面部材として兼用する代わりに、端部部材４とは別に前面部材を設けてもよい。

　ケーシング１８００は、筒状の側面（側面部材）１８１０と後面（後面部材、底面部材）１８２０とが別体で構成されており、前後に延在する挿通部１８３０によって、底面１８２０がシリンダ１２００にベース板１９００を介して固定されている。これにより、側面１８１０は後面１８２０及びシリンダ１２００に挟持されている。

　ケーシング１８００側から前方に向けて電極４６５が突出している。電極４６５は細長い棒状を成しており、一端部に巻線５の引き出し端部が電気的に接続されている。電極４６５の他端部はベース板１９００に形成された貫通孔（図示せず）を貫通してインバータ１７００の内部に挿入され、内部のインバータ回路と電気的に接続されている。

　ベース板１９００にはガスの吸入吐出口１９１０が設けられている。また、ベース１９００には２つの電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂが取り付けられ、各電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂに対応してガスが流れる２つの貫通孔（ガス通路）１９２０ａ，１９２０ｂが設けられている。電磁弁１４００Ａ，１４００Ｂは三方弁であり、ガスの吸入吐出弁を構成する。一方の電磁弁１４００Ａが吸入状態にある場合、他方の電磁弁１４００ｂは吐出状態となる。一方の電磁弁１４００Ａは吸入状態において吸入吐出口１９１０から吸入したガスを、貫通孔１９２０ａを通じてケーシング１８００の内部に流す。このとき、他方の電磁弁１４００Ｂは吐出状態になっており、貫通孔１９２０ｂを通じたガスの流れを遮断する。

　電磁弁１４００Ａを通じてケーシング１８００の内部に流入したガスは、可動子２と端部部材４及びベース板１９００との隙間を流れてシリンダ１２００の内部に流れ、シリンダ１２００を通じてドライヤ１６００に流れる。更に、ガスはドライヤ１６００からもう一方の電磁弁１４００ｂＢを通じて吐出される。電磁弁１４００Ａ及び電磁弁１４００Ｂの吸入吐出の状態が入れ替わると、ガスの流れは上述した経路の逆を辿って流れる。シリンダ１２００では必要に応じて流入したガスの圧縮を行う。ベース板１９００の貫通孔１９２０ｂが設けられた側には、吸入吐出口１９１０に対応する位置に、図示しない吸入吐出口が設けられている。

　シリンダ１２００のシリンダヘッド１２００Ａには、ドライヤ１６００がシリンダ１２００の内部と連通可能な状態で取り付けられている。

　本実施例の圧縮機１０００では、平板状を成す可動子２の片側に、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとをコンパクトに配置することができ、中心軸線２Ａに垂直な方向における圧縮機（特にその駆動モータ部）の寸法を小さくすることができる。一方、本実施例では、リニアモータを用いることで、中心軸線２Ａに沿う方向（可動子２の移動方向）の寸法が大きくなる傾向にある。本実施例では、第１の共振ばね４００Ａと第２の共振ばね４００Ｂとを平板状を成す可動子２の片側に配置し、かつ２つの共振ばね４００が中心軸線２Ａに沿う方向において重複する範囲に設けられているため、中心軸線２Ａに沿う方向の寸法が大きくなるのを抑制することができる。従って、本実施例では、リニアモータを用いたコンパクトな圧縮機を構成することができる。

　図８は実施例４による冷蔵庫の構成を示す図である。なお、実施例１乃至４と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

　冷蔵庫２００１は、冷蔵室２００２の前面側に左右に分割された観音開きの冷蔵室扉２００２ａを備え、製氷室２００３と、上段冷凍室２００４と、下段冷凍室２００５と、野菜室２００６との前面側に、それぞれ引き出し式の製氷室扉２００３ａ、上段冷凍室扉２００４ａ、下段冷凍室扉２００５ａ、野菜室扉２００６ａを備えている。

　野菜室２００６の背面側には、機械室２０２０が設けられ、機械室２０２０に圧縮機２０２４が配置されている。また、製氷室２００３、上段冷凍室２００４、及び下段冷凍室２００５の背面側には、蒸発器室２００８が設けられ、蒸発器室２００８に蒸発器２００７が設けられている。冷蔵庫２００１では、圧縮機２０２４及び蒸発器２００７のほか、図示しない放熱器、減圧手段であるキャピラリチューブ及び三方弁等が冷媒配管で接続され、冷凍サイクル２０３０が形成されている。

　本実施例では、冷蔵庫２００１の冷凍サイクル２０３０を構成する圧縮機２０２４に、上述した各実施例のいずれかのリニアモータ１００を採用する。例えば、圧縮機２０２４として実施例９，１１の圧縮機１０６０，１０００を採用するとよい。これにより、硬磁性材の使用量を抑制することができ、また冷凍サイクル２０３０を構成する圧縮機２０２４の大形化を抑制することができる。そして冷蔵室及び冷凍室のために大きなスペースを確保することが可能になり、外形寸法を大きくすることなく大容量の冷蔵庫を提供することが可能になる。

　図９は実施例６による車両用エアサスペンションの構成を示す図である。なお、実施例１乃至５と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。

　本実施例では、４輪自動車等の車両に、車両用エアサスペンションを搭載した場合を例に挙げて説明する。

　車体３００２は、車両３００１のボディを構成している。車体３００２の下側には、左，右の前輪と左，右の後輪とからなる合計４個の車輪３００３が設けられている。エアサスペンション３００４は、車体３００２と各車輪３００３との間にそれぞれ設けられた４個の空気ばね３００５と、空気圧縮機３００６と、バルブユニット３００８と、コントローラ３０１１とを備える。そして、エアサスペンション３００４は、各空気ばね３００５に対して空気圧縮機３００６から圧縮空気が給排されることにより、車高調整を行う。

　本実施例では、空気圧縮機３００６の駆動モータとして、上述した各実施例のいずれかのリニアモータ１００を採用する。例えば、空気圧縮機３００６として実施例９，１１の圧縮機１０６０，１０００を採用するとよい。空気圧縮機３００６は、給排管路（配管）３００７を通じてバルブユニット３００８に接続されている。バルブユニット３００８には、各車輪３００３に対して設けられた、電磁弁からなる給排バルブ３００８ａが４個設けられている。バルブユニット３００８と各車輪３００３の空気ばね３００５との間には、分岐管路（配管）３００９が設けられている。空気ばね３００５は、分岐管路３００９、バルブ３００８ａ、及び給排管路３００７を介して、空気圧縮機３００６に接続される。そして、バルブユニット３００８は、コントローラ３０１１からの信号に応じて給排バルブ３００８ａを開，閉弁させることにより、各空気ばね３００５に対して圧縮空気を給排し、車高調整を行う。

　本実施例では、空気圧縮機３００６の硬磁性材の使用量を抑制することができ、またエアサスペンション３００４を構成する空気圧縮機３００６の大形化を抑制することができる。そして、車両３００１における空気圧縮機３００６の搭載スペースを小さくすることができ、空気圧縮機３００６の配置の自由度が高まる。

　［その他の態様］
　各実施例では、電機子３を固定して可動子２(界磁子)が移動するマグネットムービング型を例示したが、可動子２(界磁子)を固定して電機子３を移動するコイルムービング型でもよい。

　本発明は、モータ（リニアモータ）及び圧縮機のほか、固定子１及び可動子２を相対移動させる種々の機器に適用できる。例えば、発電機、圧縮機、電磁サスペンション、位置決め装置等に用いても同様の効果が得られる。

　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…固定子，２…可動子，３…電機子，５…巻線，１００…リニアモータ，２００、２００ａ…磁極支持部，２１０…永久磁石，３００…コア，３０１…磁極歯，３０２…腕部，４…端部部材，４００…共振ばね，４００Ａ…第1の共振ばね，４００Ａａ…共振ばね４００Ａの一端部の周方向における位置（位相），４００Ｂ…第２の共振ばね、，４００Ｂａ…共振ばね４００Ｂの一端部の周方向における位置（位相），４０１，４０２…コイルばね，４０１ａ，４０２ａ…コイルばね４０１，４０２のばね端部の周方向における位置（位相），４５０…弾性体支持部材，４５０Ａ１，４５０Ａ２…弾性体支持部材４５０の弾性体支持部，４５０Ｂ…弾性体支持部材４５０の固定部，４８０…球面軸受，４９０Ａ，４９０Ｂ…回転軸受，４９１…弾性体支持部材４５０の支持部，１０００…圧縮機，２００１…冷蔵庫，２０２４…冷蔵庫２００１の圧縮機，３００１…車両，３００４…エアサスペンション，３００６…エアサスペンション３００４の空気圧縮機

Claims (6)

1. 　第１の方向に駆動される可動子と、前記第１の方向に振動可能な共振ばねと、前記可動子に設けられ前記第１の方向に直交する第２の方向に磁化された永久磁石とを備えるリニアモータであって、
   　前記第２の方向への力と、前記第１の方向及び前記第２の方向に直交する第３の方向への力との両方の力に対して可動な軸受と、
   　前記共振ばね及び前記軸受を接続する弾性体支持部材と、を有することを特徴とするリニアモータ。
2. 　請求項１に記載のリニアモータにおいて、
   　前記共振ばねは、前記弾性体支持部材によって圧縮状態で保持されており、前記弾性体支持部材による圧縮状態が解除されることにより、前記弾性体支持部材から離脱可能な状態で前記弾性体支持部材に保持されていることを特徴とするリニアモータ。
3. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
   　前記可動子は、前記第１の方向に往復動可能であり、
   　前記第２の方向において、前記可動子の両側に設けられた磁極及び巻線を有し、
   　前記共振ばねは、前記第２の方向において、前記軸受の両側に設けられていることを特徴とするリニアモータ。
4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニアモータにおいて、
   　前記軸受は、前記第２の方向への力によって可動な第１軸受と、前記第３の方向への力によって可動な第２軸受と、を有することを特徴とするリニアモータ。
5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載のリニアモータにおいて、
   　前記共振ばねの一部又は全部はコイルばねであり、
   　前記コイルばねは、互いに異なる２つの方向に巻かれた第１コイルばね及び第２コイルばねにより構成され、
   　前記第２コイルばねは前記第１コイルばねの内周側に配置されていることを特徴とするリニアモータ。
6. 　シリンダと前記シリンダの内側で往復動するピストンとを備えると共に、前記ピストンを駆動する駆動モータとして請求項１乃至５のいずれか一項に記載したリニアモータを備え、
   　前記軸受及び前記共振ばねを前記可動子の一方の側に配置し、前記ピストンを前記可動子の他方の側に配置したことを特徴とする圧縮機。

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