圧縮機用リニアモータ
【課題】圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を膨張作動方向にずらすことができ圧縮機用リニアモータを提供する。
【解決手段】可動ヨーク４２は、膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部４２１と、圧縮作動用磁路Ｍｃを透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部４２２とを備える。仮想面Ｈに対して、圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は非対称形状とされており、磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。
【解決手段】可動ヨーク４２は、膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部４２１と、圧縮作動用磁路Ｍｃを透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部４２２とを備える。仮想面Ｈに対して、圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は非対称形状とされており、磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体を圧縮させる圧縮機用リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機用リニアモータは、圧縮室をもつ基体と、基体に設けられた固定子と、固定子に対して直進方向に往復移動する可動子とを有する。固定子は、交流通電に伴い可動子を圧縮作動させる圧縮作動用磁路と可動子を膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる励磁ソレノイドと、励磁ソレノイドに隣設され圧縮作動用磁路および膨張作動用磁路を透過させる固定ヨークとを備える。
【０００３】
可動子は、基体に往復移動可能に支持されている。可動子は、一方向への移動に伴い圧縮室を圧縮させる圧縮作動を実行し且つ他方への移動に伴い圧縮室を膨張させる膨張作動を実行するピストンを有する駆動軸と、駆動軸の外周部に設けられた永久磁石と、駆動軸の外周部に設けられた可動ヨークとを備える。
【０００４】
励磁ソレノイドは交流通電されると、ピストンを圧縮作動させる圧縮作動用磁路と、ピストンを膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる。圧縮作動用磁路が発生すると、可動子の駆動軸が圧縮作動し、可動子のピストンが圧縮室を圧縮させ、圧縮作用を果たす。膨張作動用磁路が発生すると、駆動軸が膨張作動し、ピストンが退避して圧縮室を膨張させ、膨張作用を果たす。
【０００５】
ところで、可動子が圧縮作動方向に移動すると、ピストンで圧縮室の流体は加圧されて吐出通路から吐出される。可動子が膨張作動方向に移動すると、ピストンが退避して圧縮室が膨張するため、吸引通路から流体が吸引される。ここで、図７は、圧縮室の圧力変動特性を示す。図７の横軸は時間を示し、縦軸はピストン位置を示す。図７の特性線ＸＰはピストン位置の変動を示す。ピストンの先端は、図７の特性線ＸＰに沿って、サインカーブ状に圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に前進し、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）に後退する。ここで可動子のピストンが圧縮作動方向へ移動するときと、ピストンが膨張作動方向に移動するときとにおいて、圧力室のガス圧力の負荷が異なる。このため図７に示すように、圧縮作動および膨張作動するピストンの振幅中心点Ｘｏが、ピストンの静止状態（励磁ソレノイド４０への非通電時）の中立点Ｘｎから圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にずれる。この場合には、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に移動するストロークＳｘが減少する。このため圧縮可能な容積が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2003-185281号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、可動子のピストンが直進方向に往復運動するリニアモータでは、リニアモータのうち往復移動する可動子（駆動軸）を支持する弾性体の変形は、弾性体の破壊を防ぐため、ピストンの静止状態の中立点を中心とし、対称の長さを持った範囲に限定される。従って、可動子のピストンの移動範囲も、弾性体の変形可能範囲により制限される。可動子のピストンの振幅中心点が、ピストンの静止状態の中立点からずれてしまうと、リニアモータの可動範囲の一部しか、可動子のピストンを移動させることが出来ず、掃気容積が減少する不具合が発生する。この現象を避けるためには、可動子のピストンが圧縮作動および膨張作動する振幅の振幅中心点を、可動子のピストンの静止状態の中立点付近に移動させる必要がある。
【０００８】
そこで、特許文献１に係るリニアモータでは、交流成分に直流成分を加算させたオフセット電流を励磁ソレノイドに入力させ、ピストンの振幅中心点を移動させる手段が提案されている。しかしこの場合には、弾性体を変形させるために、励磁ソレノイドに常に電流を流す必要があるため、リニアモータの効率を低下させる不具合がある。このように特許文献１では、前記したオフセット電流を励磁ソレノイドに入力させなければ、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を膨張作動方向にずらすことができなかった。
【０００９】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、膨張作動させるときの推進力を、圧縮作動させる推進力よりも高めにすることにより、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を膨張作動方向にずらすことができ、従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加でき、このため圧縮可能なガスなどの流体の容積を増加できる圧縮機用リニアモータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の様相１に係る圧縮機用リニアモータは、圧縮室をもつ基体と、基体に設けられた固定子と、固定子に対して直進方向に往復移動する可動子とを具備するリニアモータであって、
（ｉ）固定子は、交流通電に伴い可動子を圧縮作動させる圧縮作動用磁路と可動子を膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる励磁ソレノイドと、励磁ソレノイドに隣設され圧縮作動用磁路および膨張作動用磁路を透過させる固定ヨークとを具備し、
（ｉｉ）可動子は、基体に直進方向に往復移動可能に支持され一方向への移動に伴い圧縮室を圧縮させる圧縮作動を実行し且つ他方への移動に伴い圧縮室を膨張させる膨張作動を実行するピストンを有する駆動軸と、駆動軸の半径方向において固定ヨークと駆動軸との間に配置されるように駆動軸の外周部に設けられた永久磁石と、駆動軸の半径方向において固定ヨークと駆動軸との間に位置するように駆動軸の外周部に設けられた可動ヨーク部とを具備しており、
（ｉｉｉ）可動ヨークは、膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部と、圧縮作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部とを備えており、励磁ソレノイドに非通電である可動子の静止位置において励磁ソレノイドの軸長の中心を含み駆動軸の軸方向に直交する仮想面に対して、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は非対称形状とされており、磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。
【００１１】
本発明に係るリニアモータによれば、励磁ソレノイドは交流通電されると、圧縮作動させる圧縮作動用磁路と、膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる。圧縮作動用磁路が発生すると、駆動軸が圧縮作動し、ピストンが圧縮室を圧縮させる。膨張作動用磁路が発生すると、駆動軸が反対方向に膨張作動し、ピストンが退避して圧縮室を膨張させる。
【００１２】
可動ヨークは、膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅ（ｅ：ｅｘｐａｎｄ）をもつ膨張作動用ヨーク部と、圧縮作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｃ（ｃ：ｃｏｍｐｒｅｓｓ）をもつ圧縮作動用ヨーク部とを備えている。励磁ソレノイドの軸長の中心を含み駆動軸の軸方向に直交する仮想面に対して、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は非対称形状とされている。そして、膨張作動用の磁路断面積Ｓｅは、圧縮作動用の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。
【００１３】
このため、膨張作動方向に駆動軸を駆動させる推進力をＦｅとし、圧縮作動方向に駆動軸を駆動させる推進力をＦｃとすると、膨張作動用の推進力Ｆｅは、圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる（｜Ｆｅ｜＞｜Ｆｃ｜）。従って、リニアモータが駆動するときにおいて、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能なガスなどの流体の容積を増加でき、圧縮効率を高めることができる。
【００１４】
（２）本発明の様相２に係る圧縮機用リニアモータによれば、上記様相において、永久磁石は、駆動軸の中心線が延びる方向において第１永久磁石部と第２永久磁石部に分離されており、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は、仮想面に対して非対称形状となるように、互いに分離されており、駆動軸の中心線が延びる方向において、膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。
【００１５】
本様相によれば、ｔｅ＞ｔｃの関係であるため、膨張作動用の磁路断面積Ｓｅは圧縮作動用の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。膨張作動用の推進力Ｆｅは圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる。従って、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能な容積を増加でき、圧縮効率を高め得る。
【００１６】
（３）本発明の様相３に係る圧縮機用リニアモータによれば、上記様相において、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は、仮想面に対して非対称形状となるように駆動軸の中心線が延びる方向において一体に連接されており、駆動軸の半径方向において、膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。
【００１７】
本様相によれば、ｔｅ＞ｔｃの関係であるため、膨張作動用の磁路断面積Ｓｅは圧縮作動用の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。このため、膨張作動用の推進力Ｆｅは圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる。従ってリニアモータの駆動において、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能な容積を増加でき、圧縮効率を高め得る。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明に係る圧縮機用リニアモータによれば、交流電流を励磁ソレノイドに通電すれば、膨張作動用の推進力Ｆｅは圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる。従って、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能な容積を増加でき、圧縮効率を高め得る。従って、交流成分に直流成分を加えたオフセット電流をソレノイド部に通電せずとも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係り、駆動軸の中心線に沿って中心線を通過するように切断したリニアモータの断面図である。
【図２】実施形態１に係り、可動子を圧縮作動させる方向に移動させる圧縮作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図３】実施形態１に係り、可動子を膨張作動させる方向に移動させる膨張作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図４】実施形態１に係り、膨張作動用の推進力Ｆｅと圧縮作動用の推進力Ｆｃを示すグラフである。
【図５】実施形態２に係り、可動子を圧縮作動させる方向に移動させる圧縮作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図６】実施形態２に係り、可動子を膨張作動させる方向に移動させる膨張作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図７】リニアモータにおいて、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点Ｘｏが、ピストンの静止状態の中立点Ｘｎから圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にずれる状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図３を参照して説明する。図１〜図３は、駆動軸４０の中心線Ｐに沿って中心線Ｐを通過する断面を示す。請求項１に係る本実施形態の圧縮機用リニアモータ１は、基体２と固定子３と可動子４とを有する。基体２はハウジングであり、駆動室２０と、駆動室２０に配置されたフレクシャベアリングと呼ばれる軸受２１と、圧縮室２３と、吸引時に開放する吸引弁２４ａを有する吸引通路２４と、吐出時に開放する吐出弁２５ａを有する吐出通路２５とを備える。固定子３は中心線Ｐをもち、基体２の駆動室２０に固定されている。固定子３は、中心線Ｐ回りに設けられたリング状をなす励磁ソレノイド３０と、励磁ソレノイド３０を覆い且つ中心線Ｐ回りに設けられたリング状をなす固定ヨーク３２とを有する。
【００２１】
可動子４は、固定子３に対して中心線Ｐが延設された方向に沿って往復移動可能に軸受２１に支持されている。中心線Ｐは水平方向に沿っており、可動子４が水平方向に沿って移動する形態とされている。
【００２２】
図１に示すように、可動子４は、中心線Ｐに沿って直進方向に往復移動可能に支持された駆動軸４０と、駆動軸４０の外周側に設けられ且つ中心線Ｐ回りのリング状をなす可動ヨーク４２と、固定子３の固定ヨーク３２の内周面３２ｉに微小隙間を介して対面する磁極を有する永久磁石４５と、駆動軸４０の先端に設けられたピストン４７（図１参照）とを有する。可動ヨーク４２は駆動軸４０の外周部に固定され、永久磁石４５は可動ヨーク４２の外周部に固定されている。
【００２３】
固定子３の固定ヨーク３２は、高い透磁率をもつ軟磁性材料で形成されており、中心線Ｐの回りにリング状に設けられている。固定ヨーク３２は、励磁ソレノイド３０の外周面を覆うリング状をなす固定ヨーク部３２０と、励磁ソレノイド３０の各軸端３０ｅ，３０ｆを覆う中心線Ｐ回りのリング状をなす端ヨーク部３２２と、励磁ソレノイド３０の内周面に位置するように端ヨーク部３２２に連設された互いに対向する内側ヨーク部３２４および内側ヨーク部３２５とを有する。
【００２４】
更に図１に示すように、励磁ソレノイド３０の内周面３０ｉ側において、エアギャップで形成された磁気抵抗部３２８が設けられている。磁気抵抗部３２８はヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ。図１に示すように、磁気抵抗部３２８は、中心線Ｐ回りのリング状をなしており、内側ヨーク部３２４と内側ヨーク部３２５との間に設けられており、内側ヨーク部３２４と内側ヨーク部３２５とを軸長方向に分離させている。
【００２５】
図１に示すように、可動子４の可動ヨーク４２は高い透磁率をもつ軟磁性材料で形成されており、永久磁石４５の内周面４５ｉ側において設けられている。可動ヨーク４２は、中心線Ｐの回りにリング状に形成されている。可動ヨーク４２は、永久磁石４５の内周面４５ｉ側を覆うリング状をなす膨張作動用ヨーク部４２１と圧縮作動用ヨーク部４２２とを有する。膨張作動用ヨーク部４２１と圧縮作動用ヨーク部４２２とは、中心線Ｐが延びる方向において隣接されている。膨張作動用ヨーク部４２１は、永久磁石４５の軸端４５ｅに対向するように，固定子３に向けて半径方向（矢印Ｄ方向）に突出する突出ヨーク部４２３を有する。圧縮作動用ヨーク部４２２は、永久磁石４５の軸端４５ｆに対向するように，固定子３に向けて径方向（矢印Ｄ方向）に突出する突出ヨーク部４２３を有する。なお、突出ヨーク部４２３は、矢印Ｄ方向において固定ヨーク３２に接近しており、可動ヨーク４２と固定ヨーク３２との間の磁気抵抗を低下させる機能を果たす。本実施形態では、永久磁石４５の外周面４５ｐ側はＳ極として着磁され、永久磁石４５の内周面４５ｉ側はＮ極として着磁されている。
【００２６】
なお図１に示すように、永久磁石４５の軸端４５ｅ，４５ｆと突出ヨーク部４２３との間には、磁気抵抗部として機能するエアギャップ５が中心線Ｐ回りのリング状に形成されており、可動ヨーク４２の突出ヨーク部４２３に対面している。エアギャップ５は永久磁石４５の軸端４５ｅ，４５ｆに対面しており、エアギャップ５における磁束の透過を抑えている。
【００２７】
さて、図２は、励磁ソレノイド３０が圧縮作動用磁路Ｍｃを発生させて可動子４を矢印Ｘ１方向に圧縮作動させる場合を示す。図２に示すように圧縮作動用磁路Ｍｃが発生すると、駆動軸４０が矢印Ｘ１方向に圧縮作動し、ピストン４７が圧縮室２３を圧縮させる（図１参照）。これに対して、図３は、励磁ソレノイド３０が膨張作動用磁路Ｍｅを発生させる場合を示す。図３に示すように、膨張作動用磁路Ｍｅが発生すると、駆動軸４０が矢印Ｘ２方向に膨張作動し、ピストン４７が退避して圧縮室２３を膨張させる（図１参照）。
【００２８】
図２に示すように、永久磁石４５の内部では、磁束はＳ極からＮ極に向けて透過する。このため永久磁石４５のうち圧縮室２３側の部位４５ｃの磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと整合するため、部位４５ｃは圧縮作動用磁路Ｍｃを案内させる。このとき図２に示すように、永久磁石４５のうち圧縮室２３と反対側の部位４５ｄにおける磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと反対であるため、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束が永久磁石４５の部位４５ｄを透過することは、抑えられる。このように永久磁石４５の軸長方向（中心線Ｐが延びる方向）における部位４５ｃ，４５ｄは、圧縮作動用磁路Ｍｃを圧縮作動用ヨーク部４２２の内部を透過させるように案内させる機能を果たすが、圧縮作動用磁路Ｍｃを膨張作動用ヨーク部４２１の内部を透過させるようには案内させない。従って、圧縮作動時に励磁ソレノイド３０により発生する圧縮作動用磁路Ｍｃは、図２に示すようになる。
【００２９】
また図３に示すように、前述したように永久磁石４５の内部では磁束はＳ極からＮ極に向けて透過する。このため、永久磁石４５のうち圧縮室２３と反対側の部位４５ｄの磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束の向きと整合するため、部位４５ｄは膨張作動用磁路Ｍｅを案内させる。このとき、永久磁石４５のうち圧縮室２３側の部位４５ｃにおける磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束の向きと反対であるため、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束が永久磁石４５の部位４５ｃを透過することは、抑えられる。このように永久磁石４５の軸長方向における部位４５ｃ，４５ｄは、膨張作動用磁路Ｍｅを膨張作動用ヨーク部４２１の内部を透過させるように案内させる機能を果たすが、膨張作動用磁路Ｍｅを圧縮作動用ヨーク部４２２の内部を透過させるようには案内させない。従って、膨張作動時に励磁ソレノイド３０により発生する膨張作動用磁路Ｍｅは、図３に示すようになる。
【００３０】
図１〜図３は、駆動軸４０の中心線Ｐに沿ってこれを通過する断面を示す。この断面において、可動ヨーク４２を構成する膨張作動用ヨーク部４２１は、膨張作動用磁路Ｍｅを透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ。圧縮作動用ヨーク部４２２は、圧縮作動用磁路Ｍｃを透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ。
【００３１】
図２および図３において、駆動軸４０の中心線Ｐに平行な方向において、励磁ソレノイド３０の軸長の中心を含み駆動軸４０の軸方向に直交する仮想面をＨとして示す。仮想面Ｈは、駆動軸４０の軸直角方向（駆動軸４０の軸線がのびる方向に対して直角な方向）に沿っている。図１に示すように、仮想面Ｈに対して、可動ヨーク４２を構成する圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は、非対称形状とされている。膨張作動用磁路断面積Ｓｅは圧縮作動用磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている（Ｓｅ＞Ｓｃ）。故に、ピストン４７の膨張作動時には、ピストン４７の圧縮作動時よりも、磁束を多く透過させることができる。
【００３２】
更に説明を加える。図２および図３に示すように、駆動軸４０の中心線Ｐが延びる方向において、圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は、一体に連接されているものの、仮想面Ｈに対して非対称形状となるように形成されている。図２に示すように、駆動軸４０の半径方向（矢印Ｄ方向）において、膨張作動用ヨーク部４２１の厚みをｔｅとし、圧縮作動用ヨーク部の厚みをｔｃとすると、ｔｅはｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。従って前述したように磁路断面積では、Ｓｅ＞Ｓｃが成立する。
【００３３】
さて、使用時には、励磁ソレノイド３０に交流の励磁電流が通電される。すると、励磁ソレノイド３０の一方の軸端３０ｅおよび他方の軸端３０ｆに、異なる磁極（Ｎ極，Ｓ極）が交互に発生する。この結果、可動子４が固定子３に対して中心線Ｐに沿って圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向），膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）に繰り返して往復移動する。このように励磁ソレノイド３０が交流通電されると、励磁ソレノイド３０は、圧縮作動させる圧縮作動用磁路Ｍｃと、膨張作動させる膨張作動用磁路Ｍｅとを交互に発生させる。なお、駆動軸４０は磁束を透過させにくい非磁性材料（例えば非磁性のステンレス鋼、アルミニウム合金、硬質樹脂）で形成されていることが好ましい。あるいは、駆動軸が炭素鋼系である場合には、駆動軸４０の外周部と可動ヨーク４２との間には、磁束を透過させにくい非磁性材料（例えば非磁性のステンレス鋼、アルミニウム合金、硬質樹脂）の被覆層が介在していることが好ましい。磁路Ｍｃおよび磁路Ｍｅを確保するためである。
【００３４】
図２および図３に示すように、可動ヨーク４２は、膨張作動用磁路Ｍｅを透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部４２１と、圧縮作動用磁路Ｍｃを透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部４２２とを備えている。図２および図３に示すように、駆動軸４０を軸方向に対して直交する仮想面Ｈに対して、圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は非対称形状とされている。前述したように膨張作動用ヨーク部４２１の厚みｔｅは、圧縮作動用ヨーク部４２２の厚みｔｃよりも大きくされている（ｔｅ＞ｔｃ）。この結果、膨張作動用ヨーク部４２１の磁路断面積Ｓｅは、圧縮作動用ヨーク部４２２の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている（Ｓｅ＞Ｓｃ）。故に、膨張作動用ヨーク部４２１を磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｅとし、圧縮作動用ヨーク部４２１を磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｃとすると、σｅはσｃよりも小さくされている（σｅ＜σｃ）。故に、ピストン４７の膨張作動時には、ピストン４７の圧縮作動時よりも、磁束を可動ヨーク４２に多く透過させることができる。
【００３５】
このような本実施形態によれば、膨張作動用ヨーク部４２１において磁束飽和する程度の励磁電流を励磁ソレノイド３０に通電するとき、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）にピストン４７および駆動軸４０を駆動させる推進力（推進力最大値）をＦｅとする。また、圧縮作動用ヨーク部４２２において磁束飽和する程度の励磁電流を励磁ソレノイド３０に通電するとき、圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にピストン４７および駆動軸４０を駆動させる推進力（推進力最大値）をＦｃとする。ここで、図４に示すように、膨張作動用の推進力Ｆｅは、圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる（｜Ｆｅ｜＞｜Ｆｃ｜）。従って本実施形態によれば、圧縮作動および膨張作動する駆動軸４０のピストン４７の振幅中心点を、静止状態（励磁ソレノイド３０に非通電）の中立点から、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）にずらすことができる。従って、駆動軸４０が圧縮作動してピストン４７が圧縮室２３を圧縮させるとき、ピストン４７が圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に移動するストロークを増加できる。このため圧縮室２３において圧縮可能なガス等の流体容積を増加でき、圧縮効率を高めることができる。このように本実施形態によれば、ピストン４７の推力特性を、圧縮作動方向と膨張作動方向とにおいて異なる特性にしている。このためリニアモータの効率の低下、圧縮効率の低下を抑制させつつ、圧縮作動方向と膨張作動方向との振幅の振幅中心点を、ピストン４７の静止状態（励磁ソレノイド３０に非通電時の状態）の中立位置に移動させて、リニアモータの可動範囲全体を掃気容積として使用させるのに有利である。なお、本実施形態によれば、圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にピストン４７および駆動軸４０を駆動させる推進力Ｆｃは、膨張作動用の推進力Ｆｅよりも小さくなるが、圧縮室２３のガス等の流体を充分に加圧して圧縮できる値とされている。
【００３６】
（実施形態２）
図５および図６は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５および図６に示すように、可動子４は、駆動軸４０と、駆動軸４０の外周部に設けられた永久磁石４５と、駆動軸の外周部に設けられた可動ヨーク４２とを有する。永久磁石４５および可動ヨーク４２は、駆動軸４０の半径方向（矢印Ｄ方向）において、固定ヨーク３２と駆動軸４０との間に配置されている。可動ヨーク４２は、圧縮室２３に対して遠い側に配置された圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂと、圧縮室２３に対して近い側に配置された膨張作動用ヨーク部４２１Ｂと、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂと膨張作動用ヨーク部４２１Ｂとの間に位置する中間ヨーク部４２７とを有する。
【００３７】
図５および図６に示すように、永久磁石４５は、駆動軸４０の中心線Ｐが延びる方向において、中間ヨーク部４２７を挟むように分離された第１永久磁石部４５１と第２永久磁石部４５２とを有する。第１永久磁石部４５１は圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂと中間ヨーク部４２７とに挟まれており、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂに対向するＮ極と、中間ヨーク部４２７に対向するＳ極とをもつ。第１永久磁石部４５１の内部においては、磁束はＳ極からＮ極に向けて透過する。中心線Ｐにおいて、第１永久磁石部４５１および第２永久磁石部０の磁極の向きは反対とされている。なお、図５および図６に示すように、駆動軸４０の中心線Ｐに沿って見ると、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂ、第２永久磁石部４５２，中間ヨーク部４２７，第１永久磁石部４５１，圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂの順に直列に配置されている。
【００３８】
図５に示すように、第１永久磁石部４５１の内部においては磁束はＳ極からＮ極に向けて透過するため、第１永久磁石部４５１の内部における磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと整合するため、第１永久磁石部４５１は圧縮作動用磁路Ｍｃを案内させる。このとき、図５に示すように、第２永久磁石部４５２の内部における磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと反対であるため、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束が第２永久磁石部４５２を透過することは、抑えられる。このように第１永久磁石部４５１および第２永久磁石部４５２の磁極は、圧縮作動用磁路Ｍｃを図５に示すように案内させる機能を果たす。
【００３９】
第２永久磁石部４５２は膨張作動用ヨーク部４２１Ｂと中間ヨーク部４２７とに挟まれており、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂに対向するＮ極と、中間ヨーク部４２７に対向するＳ極とをもつ。図６に示すように、第２永久磁石部４５２の内部では磁束はＳ極からＮ極に向けて透過するため、第２永久磁石部４５２における磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束の向きと整合するため、第２永久磁石部４５２は膨張作動用磁路Ｍｅを案内させる。このとき、図６から理解できるように、第１永久磁石部４５１の内部における磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの向きと反対であるため、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束が第１永久磁石部４５１を透過することは、抑えられる。このように第１永久磁石部４５１および第２永久磁石部４５２の磁極は、膨張作動用磁路Ｍｅを図６に示すように案内させる機能を果たす。
【００４０】
本実施形態においても、図５及び図６に示すように、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂおよび膨張作動用ヨーク部４２１Ｂは、仮想面Ｈに対して非対称形状とされている。従って、駆動軸４０の中心線Ｐが延びる方向において、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂの厚みｔｅは圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂの厚みｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。この結果、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂの磁路断面積Ｓｅは、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂの磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている（Ｓｅ＞Ｓｃ）。膨張作動用ヨーク部４２１Ｂを磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｅとし、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂを磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｃとすると、σｅはσｃよりも小さくされている（σｅ＜σｃ）。故に、ピストン４７の膨張作動時には、ピストン４７の圧縮作動時よりも、磁束を可動ヨーク４２に多く透過させることができる。
【００４１】
このような本実施形態によれば、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）に駆動軸４０を駆動させる推進力をＦｅとし、圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に駆動軸４０を駆動させる推進力をＦｃとすると、膨張作動用の推進力Ｆｅは、圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる（｜Ｆｅ｜＞｜Ｆｃ｜）。従って、実施形態１の場合同様に、圧縮作動および膨張作動する駆動軸４０の振幅中心点を膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）にずらすことができる。従って、駆動軸４０が圧縮作動してピストン４７が圧縮室２３を圧縮させるとき、ピストン４７が圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に移動するストロークを増加できる。このため圧縮室２３において圧縮可能なガス等の流体容積を増加できる。
【００４２】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくなるようであれば、可動ヨーク４２の形状および構造は問わない。
【符号の説明】
【００４３】
１はリニアモータ、２は基体、２０は駆動室、２１は軸受、２３は圧縮室、３は固定子、３０は励磁ソレノイド、３２は固定ヨーク、４は可動子、４０は駆動軸、４２は可動ヨーク、４２１は膨張作動用ヨーク部、４２２は圧縮作動用ヨーク部、４２１Ｂは膨張作動用ヨーク部、４２２Ｂは圧縮作動用ヨーク部、４２７は中間ヨーク部、４５は永久磁石、４５１は第１永久磁石部、４５２は第２永久磁石部、４７はピストンを示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体を圧縮させる圧縮機用リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機用リニアモータは、圧縮室をもつ基体と、基体に設けられた固定子と、固定子に対して直進方向に往復移動する可動子とを有する。固定子は、交流通電に伴い可動子を圧縮作動させる圧縮作動用磁路と可動子を膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる励磁ソレノイドと、励磁ソレノイドに隣設され圧縮作動用磁路および膨張作動用磁路を透過させる固定ヨークとを備える。
【０００３】
可動子は、基体に往復移動可能に支持されている。可動子は、一方向への移動に伴い圧縮室を圧縮させる圧縮作動を実行し且つ他方への移動に伴い圧縮室を膨張させる膨張作動を実行するピストンを有する駆動軸と、駆動軸の外周部に設けられた永久磁石と、駆動軸の外周部に設けられた可動ヨークとを備える。
【０００４】
励磁ソレノイドは交流通電されると、ピストンを圧縮作動させる圧縮作動用磁路と、ピストンを膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる。圧縮作動用磁路が発生すると、可動子の駆動軸が圧縮作動し、可動子のピストンが圧縮室を圧縮させ、圧縮作用を果たす。膨張作動用磁路が発生すると、駆動軸が膨張作動し、ピストンが退避して圧縮室を膨張させ、膨張作用を果たす。
【０００５】
ところで、可動子が圧縮作動方向に移動すると、ピストンで圧縮室の流体は加圧されて吐出通路から吐出される。可動子が膨張作動方向に移動すると、ピストンが退避して圧縮室が膨張するため、吸引通路から流体が吸引される。ここで、図７は、圧縮室の圧力変動特性を示す。図７の横軸は時間を示し、縦軸はピストン位置を示す。図７の特性線ＸＰはピストン位置の変動を示す。ピストンの先端は、図７の特性線ＸＰに沿って、サインカーブ状に圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に前進し、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）に後退する。ここで可動子のピストンが圧縮作動方向へ移動するときと、ピストンが膨張作動方向に移動するときとにおいて、圧力室のガス圧力の負荷が異なる。このため図７に示すように、圧縮作動および膨張作動するピストンの振幅中心点Ｘｏが、ピストンの静止状態（励磁ソレノイド４０への非通電時）の中立点Ｘｎから圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にずれる。この場合には、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に移動するストロークＳｘが減少する。このため圧縮可能な容積が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2003-185281号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、可動子のピストンが直進方向に往復運動するリニアモータでは、リニアモータのうち往復移動する可動子（駆動軸）を支持する弾性体の変形は、弾性体の破壊を防ぐため、ピストンの静止状態の中立点を中心とし、対称の長さを持った範囲に限定される。従って、可動子のピストンの移動範囲も、弾性体の変形可能範囲により制限される。可動子のピストンの振幅中心点が、ピストンの静止状態の中立点からずれてしまうと、リニアモータの可動範囲の一部しか、可動子のピストンを移動させることが出来ず、掃気容積が減少する不具合が発生する。この現象を避けるためには、可動子のピストンが圧縮作動および膨張作動する振幅の振幅中心点を、可動子のピストンの静止状態の中立点付近に移動させる必要がある。
【０００８】
そこで、特許文献１に係るリニアモータでは、交流成分に直流成分を加算させたオフセット電流を励磁ソレノイドに入力させ、ピストンの振幅中心点を移動させる手段が提案されている。しかしこの場合には、弾性体を変形させるために、励磁ソレノイドに常に電流を流す必要があるため、リニアモータの効率を低下させる不具合がある。このように特許文献１では、前記したオフセット電流を励磁ソレノイドに入力させなければ、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を膨張作動方向にずらすことができなかった。
【０００９】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、膨張作動させるときの推進力を、圧縮作動させる推進力よりも高めにすることにより、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を膨張作動方向にずらすことができ、従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加でき、このため圧縮可能なガスなどの流体の容積を増加できる圧縮機用リニアモータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の様相１に係る圧縮機用リニアモータは、圧縮室をもつ基体と、基体に設けられた固定子と、固定子に対して直進方向に往復移動する可動子とを具備するリニアモータであって、
（ｉ）固定子は、交流通電に伴い可動子を圧縮作動させる圧縮作動用磁路と可動子を膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる励磁ソレノイドと、励磁ソレノイドに隣設され圧縮作動用磁路および膨張作動用磁路を透過させる固定ヨークとを具備し、
（ｉｉ）可動子は、基体に直進方向に往復移動可能に支持され一方向への移動に伴い圧縮室を圧縮させる圧縮作動を実行し且つ他方への移動に伴い圧縮室を膨張させる膨張作動を実行するピストンを有する駆動軸と、駆動軸の半径方向において固定ヨークと駆動軸との間に配置されるように駆動軸の外周部に設けられた永久磁石と、駆動軸の半径方向において固定ヨークと駆動軸との間に位置するように駆動軸の外周部に設けられた可動ヨーク部とを具備しており、
（ｉｉｉ）可動ヨークは、膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部と、圧縮作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部とを備えており、励磁ソレノイドに非通電である可動子の静止位置において励磁ソレノイドの軸長の中心を含み駆動軸の軸方向に直交する仮想面に対して、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は非対称形状とされており、磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。
【００１１】
本発明に係るリニアモータによれば、励磁ソレノイドは交流通電されると、圧縮作動させる圧縮作動用磁路と、膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる。圧縮作動用磁路が発生すると、駆動軸が圧縮作動し、ピストンが圧縮室を圧縮させる。膨張作動用磁路が発生すると、駆動軸が反対方向に膨張作動し、ピストンが退避して圧縮室を膨張させる。
【００１２】
可動ヨークは、膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅ（ｅ：ｅｘｐａｎｄ）をもつ膨張作動用ヨーク部と、圧縮作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｃ（ｃ：ｃｏｍｐｒｅｓｓ）をもつ圧縮作動用ヨーク部とを備えている。励磁ソレノイドの軸長の中心を含み駆動軸の軸方向に直交する仮想面に対して、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は非対称形状とされている。そして、膨張作動用の磁路断面積Ｓｅは、圧縮作動用の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。
【００１３】
このため、膨張作動方向に駆動軸を駆動させる推進力をＦｅとし、圧縮作動方向に駆動軸を駆動させる推進力をＦｃとすると、膨張作動用の推進力Ｆｅは、圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる（｜Ｆｅ｜＞｜Ｆｃ｜）。従って、リニアモータが駆動するときにおいて、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能なガスなどの流体の容積を増加でき、圧縮効率を高めることができる。
【００１４】
（２）本発明の様相２に係る圧縮機用リニアモータによれば、上記様相において、永久磁石は、駆動軸の中心線が延びる方向において第１永久磁石部と第２永久磁石部に分離されており、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は、仮想面に対して非対称形状となるように、互いに分離されており、駆動軸の中心線が延びる方向において、膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。
【００１５】
本様相によれば、ｔｅ＞ｔｃの関係であるため、膨張作動用の磁路断面積Ｓｅは圧縮作動用の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。膨張作動用の推進力Ｆｅは圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる。従って、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能な容積を増加でき、圧縮効率を高め得る。
【００１６】
（３）本発明の様相３に係る圧縮機用リニアモータによれば、上記様相において、圧縮作動用ヨーク部および膨張作動用ヨーク部は、仮想面に対して非対称形状となるように駆動軸の中心線が延びる方向において一体に連接されており、駆動軸の半径方向において、膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。
【００１７】
本様相によれば、ｔｅ＞ｔｃの関係であるため、膨張作動用の磁路断面積Ｓｅは圧縮作動用の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている。このため、膨張作動用の推進力Ｆｅは圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる。従ってリニアモータの駆動において、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能な容積を増加でき、圧縮効率を高め得る。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明に係る圧縮機用リニアモータによれば、交流電流を励磁ソレノイドに通電すれば、膨張作動用の推進力Ｆｅは圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる。従って、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点を、膨張作動方向にずらすことができる。従って、駆動軸が圧縮作動してピストンが圧縮室を圧縮させるとき、ピストンが圧縮作動方向に移動するストロークを増加できる。このため圧縮可能な容積を増加でき、圧縮効率を高め得る。従って、交流成分に直流成分を加えたオフセット電流をソレノイド部に通電せずとも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係り、駆動軸の中心線に沿って中心線を通過するように切断したリニアモータの断面図である。
【図２】実施形態１に係り、可動子を圧縮作動させる方向に移動させる圧縮作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図３】実施形態１に係り、可動子を膨張作動させる方向に移動させる膨張作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図４】実施形態１に係り、膨張作動用の推進力Ｆｅと圧縮作動用の推進力Ｆｃを示すグラフである。
【図５】実施形態２に係り、可動子を圧縮作動させる方向に移動させる圧縮作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図６】実施形態２に係り、可動子を膨張作動させる方向に移動させる膨張作動用磁路を示すリニアモータの要部の断面図である。
【図７】リニアモータにおいて、圧縮作動および膨張作動する駆動軸の振幅中心点Ｘｏが、ピストンの静止状態の中立点Ｘｎから圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にずれる状態を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１〜図３を参照して説明する。図１〜図３は、駆動軸４０の中心線Ｐに沿って中心線Ｐを通過する断面を示す。請求項１に係る本実施形態の圧縮機用リニアモータ１は、基体２と固定子３と可動子４とを有する。基体２はハウジングであり、駆動室２０と、駆動室２０に配置されたフレクシャベアリングと呼ばれる軸受２１と、圧縮室２３と、吸引時に開放する吸引弁２４ａを有する吸引通路２４と、吐出時に開放する吐出弁２５ａを有する吐出通路２５とを備える。固定子３は中心線Ｐをもち、基体２の駆動室２０に固定されている。固定子３は、中心線Ｐ回りに設けられたリング状をなす励磁ソレノイド３０と、励磁ソレノイド３０を覆い且つ中心線Ｐ回りに設けられたリング状をなす固定ヨーク３２とを有する。
【００２１】
可動子４は、固定子３に対して中心線Ｐが延設された方向に沿って往復移動可能に軸受２１に支持されている。中心線Ｐは水平方向に沿っており、可動子４が水平方向に沿って移動する形態とされている。
【００２２】
図１に示すように、可動子４は、中心線Ｐに沿って直進方向に往復移動可能に支持された駆動軸４０と、駆動軸４０の外周側に設けられ且つ中心線Ｐ回りのリング状をなす可動ヨーク４２と、固定子３の固定ヨーク３２の内周面３２ｉに微小隙間を介して対面する磁極を有する永久磁石４５と、駆動軸４０の先端に設けられたピストン４７（図１参照）とを有する。可動ヨーク４２は駆動軸４０の外周部に固定され、永久磁石４５は可動ヨーク４２の外周部に固定されている。
【００２３】
固定子３の固定ヨーク３２は、高い透磁率をもつ軟磁性材料で形成されており、中心線Ｐの回りにリング状に設けられている。固定ヨーク３２は、励磁ソレノイド３０の外周面を覆うリング状をなす固定ヨーク部３２０と、励磁ソレノイド３０の各軸端３０ｅ，３０ｆを覆う中心線Ｐ回りのリング状をなす端ヨーク部３２２と、励磁ソレノイド３０の内周面に位置するように端ヨーク部３２２に連設された互いに対向する内側ヨーク部３２４および内側ヨーク部３２５とを有する。
【００２４】
更に図１に示すように、励磁ソレノイド３０の内周面３０ｉ側において、エアギャップで形成された磁気抵抗部３２８が設けられている。磁気抵抗部３２８はヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ。図１に示すように、磁気抵抗部３２８は、中心線Ｐ回りのリング状をなしており、内側ヨーク部３２４と内側ヨーク部３２５との間に設けられており、内側ヨーク部３２４と内側ヨーク部３２５とを軸長方向に分離させている。
【００２５】
図１に示すように、可動子４の可動ヨーク４２は高い透磁率をもつ軟磁性材料で形成されており、永久磁石４５の内周面４５ｉ側において設けられている。可動ヨーク４２は、中心線Ｐの回りにリング状に形成されている。可動ヨーク４２は、永久磁石４５の内周面４５ｉ側を覆うリング状をなす膨張作動用ヨーク部４２１と圧縮作動用ヨーク部４２２とを有する。膨張作動用ヨーク部４２１と圧縮作動用ヨーク部４２２とは、中心線Ｐが延びる方向において隣接されている。膨張作動用ヨーク部４２１は、永久磁石４５の軸端４５ｅに対向するように，固定子３に向けて半径方向（矢印Ｄ方向）に突出する突出ヨーク部４２３を有する。圧縮作動用ヨーク部４２２は、永久磁石４５の軸端４５ｆに対向するように，固定子３に向けて径方向（矢印Ｄ方向）に突出する突出ヨーク部４２３を有する。なお、突出ヨーク部４２３は、矢印Ｄ方向において固定ヨーク３２に接近しており、可動ヨーク４２と固定ヨーク３２との間の磁気抵抗を低下させる機能を果たす。本実施形態では、永久磁石４５の外周面４５ｐ側はＳ極として着磁され、永久磁石４５の内周面４５ｉ側はＮ極として着磁されている。
【００２６】
なお図１に示すように、永久磁石４５の軸端４５ｅ，４５ｆと突出ヨーク部４２３との間には、磁気抵抗部として機能するエアギャップ５が中心線Ｐ回りのリング状に形成されており、可動ヨーク４２の突出ヨーク部４２３に対面している。エアギャップ５は永久磁石４５の軸端４５ｅ，４５ｆに対面しており、エアギャップ５における磁束の透過を抑えている。
【００２７】
さて、図２は、励磁ソレノイド３０が圧縮作動用磁路Ｍｃを発生させて可動子４を矢印Ｘ１方向に圧縮作動させる場合を示す。図２に示すように圧縮作動用磁路Ｍｃが発生すると、駆動軸４０が矢印Ｘ１方向に圧縮作動し、ピストン４７が圧縮室２３を圧縮させる（図１参照）。これに対して、図３は、励磁ソレノイド３０が膨張作動用磁路Ｍｅを発生させる場合を示す。図３に示すように、膨張作動用磁路Ｍｅが発生すると、駆動軸４０が矢印Ｘ２方向に膨張作動し、ピストン４７が退避して圧縮室２３を膨張させる（図１参照）。
【００２８】
図２に示すように、永久磁石４５の内部では、磁束はＳ極からＮ極に向けて透過する。このため永久磁石４５のうち圧縮室２３側の部位４５ｃの磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと整合するため、部位４５ｃは圧縮作動用磁路Ｍｃを案内させる。このとき図２に示すように、永久磁石４５のうち圧縮室２３と反対側の部位４５ｄにおける磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと反対であるため、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束が永久磁石４５の部位４５ｄを透過することは、抑えられる。このように永久磁石４５の軸長方向（中心線Ｐが延びる方向）における部位４５ｃ，４５ｄは、圧縮作動用磁路Ｍｃを圧縮作動用ヨーク部４２２の内部を透過させるように案内させる機能を果たすが、圧縮作動用磁路Ｍｃを膨張作動用ヨーク部４２１の内部を透過させるようには案内させない。従って、圧縮作動時に励磁ソレノイド３０により発生する圧縮作動用磁路Ｍｃは、図２に示すようになる。
【００２９】
また図３に示すように、前述したように永久磁石４５の内部では磁束はＳ極からＮ極に向けて透過する。このため、永久磁石４５のうち圧縮室２３と反対側の部位４５ｄの磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束の向きと整合するため、部位４５ｄは膨張作動用磁路Ｍｅを案内させる。このとき、永久磁石４５のうち圧縮室２３側の部位４５ｃにおける磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束の向きと反対であるため、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束が永久磁石４５の部位４５ｃを透過することは、抑えられる。このように永久磁石４５の軸長方向における部位４５ｃ，４５ｄは、膨張作動用磁路Ｍｅを膨張作動用ヨーク部４２１の内部を透過させるように案内させる機能を果たすが、膨張作動用磁路Ｍｅを圧縮作動用ヨーク部４２２の内部を透過させるようには案内させない。従って、膨張作動時に励磁ソレノイド３０により発生する膨張作動用磁路Ｍｅは、図３に示すようになる。
【００３０】
図１〜図３は、駆動軸４０の中心線Ｐに沿ってこれを通過する断面を示す。この断面において、可動ヨーク４２を構成する膨張作動用ヨーク部４２１は、膨張作動用磁路Ｍｅを透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ。圧縮作動用ヨーク部４２２は、圧縮作動用磁路Ｍｃを透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ。
【００３１】
図２および図３において、駆動軸４０の中心線Ｐに平行な方向において、励磁ソレノイド３０の軸長の中心を含み駆動軸４０の軸方向に直交する仮想面をＨとして示す。仮想面Ｈは、駆動軸４０の軸直角方向（駆動軸４０の軸線がのびる方向に対して直角な方向）に沿っている。図１に示すように、仮想面Ｈに対して、可動ヨーク４２を構成する圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は、非対称形状とされている。膨張作動用磁路断面積Ｓｅは圧縮作動用磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている（Ｓｅ＞Ｓｃ）。故に、ピストン４７の膨張作動時には、ピストン４７の圧縮作動時よりも、磁束を多く透過させることができる。
【００３２】
更に説明を加える。図２および図３に示すように、駆動軸４０の中心線Ｐが延びる方向において、圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は、一体に連接されているものの、仮想面Ｈに対して非対称形状となるように形成されている。図２に示すように、駆動軸４０の半径方向（矢印Ｄ方向）において、膨張作動用ヨーク部４２１の厚みをｔｅとし、圧縮作動用ヨーク部の厚みをｔｃとすると、ｔｅはｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。従って前述したように磁路断面積では、Ｓｅ＞Ｓｃが成立する。
【００３３】
さて、使用時には、励磁ソレノイド３０に交流の励磁電流が通電される。すると、励磁ソレノイド３０の一方の軸端３０ｅおよび他方の軸端３０ｆに、異なる磁極（Ｎ極，Ｓ極）が交互に発生する。この結果、可動子４が固定子３に対して中心線Ｐに沿って圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向），膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）に繰り返して往復移動する。このように励磁ソレノイド３０が交流通電されると、励磁ソレノイド３０は、圧縮作動させる圧縮作動用磁路Ｍｃと、膨張作動させる膨張作動用磁路Ｍｅとを交互に発生させる。なお、駆動軸４０は磁束を透過させにくい非磁性材料（例えば非磁性のステンレス鋼、アルミニウム合金、硬質樹脂）で形成されていることが好ましい。あるいは、駆動軸が炭素鋼系である場合には、駆動軸４０の外周部と可動ヨーク４２との間には、磁束を透過させにくい非磁性材料（例えば非磁性のステンレス鋼、アルミニウム合金、硬質樹脂）の被覆層が介在していることが好ましい。磁路Ｍｃおよび磁路Ｍｅを確保するためである。
【００３４】
図２および図３に示すように、可動ヨーク４２は、膨張作動用磁路Ｍｅを透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部４２１と、圧縮作動用磁路Ｍｃを透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部４２２とを備えている。図２および図３に示すように、駆動軸４０を軸方向に対して直交する仮想面Ｈに対して、圧縮作動用ヨーク部４２２および膨張作動用ヨーク部４２１は非対称形状とされている。前述したように膨張作動用ヨーク部４２１の厚みｔｅは、圧縮作動用ヨーク部４２２の厚みｔｃよりも大きくされている（ｔｅ＞ｔｃ）。この結果、膨張作動用ヨーク部４２１の磁路断面積Ｓｅは、圧縮作動用ヨーク部４２２の磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている（Ｓｅ＞Ｓｃ）。故に、膨張作動用ヨーク部４２１を磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｅとし、圧縮作動用ヨーク部４２１を磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｃとすると、σｅはσｃよりも小さくされている（σｅ＜σｃ）。故に、ピストン４７の膨張作動時には、ピストン４７の圧縮作動時よりも、磁束を可動ヨーク４２に多く透過させることができる。
【００３５】
このような本実施形態によれば、膨張作動用ヨーク部４２１において磁束飽和する程度の励磁電流を励磁ソレノイド３０に通電するとき、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）にピストン４７および駆動軸４０を駆動させる推進力（推進力最大値）をＦｅとする。また、圧縮作動用ヨーク部４２２において磁束飽和する程度の励磁電流を励磁ソレノイド３０に通電するとき、圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にピストン４７および駆動軸４０を駆動させる推進力（推進力最大値）をＦｃとする。ここで、図４に示すように、膨張作動用の推進力Ｆｅは、圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる（｜Ｆｅ｜＞｜Ｆｃ｜）。従って本実施形態によれば、圧縮作動および膨張作動する駆動軸４０のピストン４７の振幅中心点を、静止状態（励磁ソレノイド３０に非通電）の中立点から、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）にずらすことができる。従って、駆動軸４０が圧縮作動してピストン４７が圧縮室２３を圧縮させるとき、ピストン４７が圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に移動するストロークを増加できる。このため圧縮室２３において圧縮可能なガス等の流体容積を増加でき、圧縮効率を高めることができる。このように本実施形態によれば、ピストン４７の推力特性を、圧縮作動方向と膨張作動方向とにおいて異なる特性にしている。このためリニアモータの効率の低下、圧縮効率の低下を抑制させつつ、圧縮作動方向と膨張作動方向との振幅の振幅中心点を、ピストン４７の静止状態（励磁ソレノイド３０に非通電時の状態）の中立位置に移動させて、リニアモータの可動範囲全体を掃気容積として使用させるのに有利である。なお、本実施形態によれば、圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）にピストン４７および駆動軸４０を駆動させる推進力Ｆｃは、膨張作動用の推進力Ｆｅよりも小さくなるが、圧縮室２３のガス等の流体を充分に加圧して圧縮できる値とされている。
【００３６】
（実施形態２）
図５および図６は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用および効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５および図６に示すように、可動子４は、駆動軸４０と、駆動軸４０の外周部に設けられた永久磁石４５と、駆動軸の外周部に設けられた可動ヨーク４２とを有する。永久磁石４５および可動ヨーク４２は、駆動軸４０の半径方向（矢印Ｄ方向）において、固定ヨーク３２と駆動軸４０との間に配置されている。可動ヨーク４２は、圧縮室２３に対して遠い側に配置された圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂと、圧縮室２３に対して近い側に配置された膨張作動用ヨーク部４２１Ｂと、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂと膨張作動用ヨーク部４２１Ｂとの間に位置する中間ヨーク部４２７とを有する。
【００３７】
図５および図６に示すように、永久磁石４５は、駆動軸４０の中心線Ｐが延びる方向において、中間ヨーク部４２７を挟むように分離された第１永久磁石部４５１と第２永久磁石部４５２とを有する。第１永久磁石部４５１は圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂと中間ヨーク部４２７とに挟まれており、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂに対向するＮ極と、中間ヨーク部４２７に対向するＳ極とをもつ。第１永久磁石部４５１の内部においては、磁束はＳ極からＮ極に向けて透過する。中心線Ｐにおいて、第１永久磁石部４５１および第２永久磁石部０の磁極の向きは反対とされている。なお、図５および図６に示すように、駆動軸４０の中心線Ｐに沿って見ると、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂ、第２永久磁石部４５２，中間ヨーク部４２７，第１永久磁石部４５１，圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂの順に直列に配置されている。
【００３８】
図５に示すように、第１永久磁石部４５１の内部においては磁束はＳ極からＮ極に向けて透過するため、第１永久磁石部４５１の内部における磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと整合するため、第１永久磁石部４５１は圧縮作動用磁路Ｍｃを案内させる。このとき、図５に示すように、第２永久磁石部４５２の内部における磁束の向きは、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束の向きと反対であるため、圧縮作動用磁路Ｍｃの磁束が第２永久磁石部４５２を透過することは、抑えられる。このように第１永久磁石部４５１および第２永久磁石部４５２の磁極は、圧縮作動用磁路Ｍｃを図５に示すように案内させる機能を果たす。
【００３９】
第２永久磁石部４５２は膨張作動用ヨーク部４２１Ｂと中間ヨーク部４２７とに挟まれており、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂに対向するＮ極と、中間ヨーク部４２７に対向するＳ極とをもつ。図６に示すように、第２永久磁石部４５２の内部では磁束はＳ極からＮ極に向けて透過するため、第２永久磁石部４５２における磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束の向きと整合するため、第２永久磁石部４５２は膨張作動用磁路Ｍｅを案内させる。このとき、図６から理解できるように、第１永久磁石部４５１の内部における磁束の向きは、膨張作動用磁路Ｍｅの向きと反対であるため、膨張作動用磁路Ｍｅの磁束が第１永久磁石部４５１を透過することは、抑えられる。このように第１永久磁石部４５１および第２永久磁石部４５２の磁極は、膨張作動用磁路Ｍｅを図６に示すように案内させる機能を果たす。
【００４０】
本実施形態においても、図５及び図６に示すように、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂおよび膨張作動用ヨーク部４２１Ｂは、仮想面Ｈに対して非対称形状とされている。従って、駆動軸４０の中心線Ｐが延びる方向において、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂの厚みｔｅは圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂの厚みｔｃよりも大きく設定されている（ｔｅ＞ｔｃ）。この結果、膨張作動用ヨーク部４２１Ｂの磁路断面積Ｓｅは、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂの磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている（Ｓｅ＞Ｓｃ）。膨張作動用ヨーク部４２１Ｂを磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｅとし、圧縮作動用ヨーク部４２２Ｂを磁束が透過するときにおける磁気抵抗をσｃとすると、σｅはσｃよりも小さくされている（σｅ＜σｃ）。故に、ピストン４７の膨張作動時には、ピストン４７の圧縮作動時よりも、磁束を可動ヨーク４２に多く透過させることができる。
【００４１】
このような本実施形態によれば、膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）に駆動軸４０を駆動させる推進力をＦｅとし、圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に駆動軸４０を駆動させる推進力をＦｃとすると、膨張作動用の推進力Ｆｅは、圧縮作動用の推進力Ｆｃよりも大きくなる（｜Ｆｅ｜＞｜Ｆｃ｜）。従って、実施形態１の場合同様に、圧縮作動および膨張作動する駆動軸４０の振幅中心点を膨張作動方向（矢印Ｘ２方向）にずらすことができる。従って、駆動軸４０が圧縮作動してピストン４７が圧縮室２３を圧縮させるとき、ピストン４７が圧縮作動方向（矢印Ｘ１方向）に移動するストロークを増加できる。このため圧縮室２３において圧縮可能なガス等の流体容積を増加できる。
【００４２】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくなるようであれば、可動ヨーク４２の形状および構造は問わない。
【符号の説明】
【００４３】
１はリニアモータ、２は基体、２０は駆動室、２１は軸受、２３は圧縮室、３は固定子、３０は励磁ソレノイド、３２は固定ヨーク、４は可動子、４０は駆動軸、４２は可動ヨーク、４２１は膨張作動用ヨーク部、４２２は圧縮作動用ヨーク部、４２１Ｂは膨張作動用ヨーク部、４２２Ｂは圧縮作動用ヨーク部、４２７は中間ヨーク部、４５は永久磁石、４５１は第１永久磁石部、４５２は第２永久磁石部、４７はピストンを示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮室をもつ基体と、前記基体に設けられた固定子と、前記固定子に対して直進方向に往復移動する可動子とを具備する圧縮機用リニアモータであって、
前記固定子は、
交流通電に伴い前記可動子を圧縮作動させる圧縮作動用磁路と前記可動子を膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる励磁ソレノイドと、前記励磁ソレノイドに隣設され前記圧縮作動用磁路および前記膨張作動用磁路を透過させる固定ヨークとを具備し、
前記可動子は、
前記基体に直進方向に往復移動可能に支持され一方向への移動に伴い前記圧縮室を圧縮させる圧縮作動を実行し且つ他方への移動に伴い圧縮室を膨張させる膨張作動を実行するピストンを有する駆動軸と、前記駆動軸の半径方向において前記固定ヨークと前記駆動軸との間に配置されるように前記駆動軸の外周部に設けられた永久磁石と、前記駆動軸の半径方向において前記固定ヨークと前記駆動軸との間に位置するように前記駆動軸の外周部に設けられた可動ヨークとを具備しており、
前記可動ヨークは、
前記膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部と、前記圧縮作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部とを備えており、
前記励磁ソレノイドに非通電状態の前記可動子の静止位置において前記励磁ソレノイドの軸長の中心を含み前記駆動軸の軸方向に直交する仮想面に対して、前記圧縮作動用ヨーク部および前記膨張作動用ヨーク部は非対称形状とされており、
磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている圧縮機用リニアモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記永久磁石は、前記駆動軸の中心線が延びる方向において第１永久磁石部と第２永久磁石部に分離されており、
前記圧縮作動用ヨーク部および前記膨張作動用ヨーク部は、前記仮想面に対して非対称形状となるように互いに分離されており、前記駆動軸の中心線が延びる方向において、前記膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは前記圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている圧縮機用リニアモータ。
【請求項３】
請求項１において、前記圧縮作動用ヨーク部および前記膨張作動用ヨーク部は、前記仮想面に対して非対称形状となるように前記駆動軸の中心線が延びる方向において一体に連接されており、前記駆動軸の半径方向において、前記膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは前記圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている圧縮機用リニアモータ。
【請求項１】
圧縮室をもつ基体と、前記基体に設けられた固定子と、前記固定子に対して直進方向に往復移動する可動子とを具備する圧縮機用リニアモータであって、
前記固定子は、
交流通電に伴い前記可動子を圧縮作動させる圧縮作動用磁路と前記可動子を膨張作動させる膨張作動用磁路とを交互に発生させる励磁ソレノイドと、前記励磁ソレノイドに隣設され前記圧縮作動用磁路および前記膨張作動用磁路を透過させる固定ヨークとを具備し、
前記可動子は、
前記基体に直進方向に往復移動可能に支持され一方向への移動に伴い前記圧縮室を圧縮させる圧縮作動を実行し且つ他方への移動に伴い圧縮室を膨張させる膨張作動を実行するピストンを有する駆動軸と、前記駆動軸の半径方向において前記固定ヨークと前記駆動軸との間に配置されるように前記駆動軸の外周部に設けられた永久磁石と、前記駆動軸の半径方向において前記固定ヨークと前記駆動軸との間に位置するように前記駆動軸の外周部に設けられた可動ヨークとを具備しており、
前記可動ヨークは、
前記膨張作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｅをもつ膨張作動用ヨーク部と、前記圧縮作動用磁路を透過させる磁路断面積Ｓｃをもつ圧縮作動用ヨーク部とを備えており、
前記励磁ソレノイドに非通電状態の前記可動子の静止位置において前記励磁ソレノイドの軸長の中心を含み前記駆動軸の軸方向に直交する仮想面に対して、前記圧縮作動用ヨーク部および前記膨張作動用ヨーク部は非対称形状とされており、
磁路断面積Ｓｅは磁路断面積Ｓｃよりも大きくされている圧縮機用リニアモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記永久磁石は、前記駆動軸の中心線が延びる方向において第１永久磁石部と第２永久磁石部に分離されており、
前記圧縮作動用ヨーク部および前記膨張作動用ヨーク部は、前記仮想面に対して非対称形状となるように互いに分離されており、前記駆動軸の中心線が延びる方向において、前記膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは前記圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている圧縮機用リニアモータ。
【請求項３】
請求項１において、前記圧縮作動用ヨーク部および前記膨張作動用ヨーク部は、前記仮想面に対して非対称形状となるように前記駆動軸の中心線が延びる方向において一体に連接されており、前記駆動軸の半径方向において、前記膨張作動用ヨーク部の厚みｔｅは前記圧縮作動用ヨーク部の厚みｔｃよりも大きく設定されている圧縮機用リニアモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６２９７５（Ｐ２０１３−６２９７５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２００５６６（Ｐ２０１１−２００５６６）
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１４日（２０１１．９．１４）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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