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公開番号2021058088
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2021003351
出願日20210113
発明の名称リニアモータ及び圧縮機
出願人日立グローバルライフソリューションズ株式会社,日立Astemo株式会社,株式会社日立産機システム
代理人ポレール特許業務法人
主分類H02K 41/03 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】
本発明は、リニアモータに好適な軸受とそのガイドレールの構成を提案する。
【解決手段】
電機子3又は界磁子2のいずれか一方を固定子、他方を可動子とするリニアモータであって、界磁子2の磁石保持部200,220は、永久磁石磁極210が上下方向に嵌入される嵌入部を有する磁極フレーム200と、磁極フレーム200の左右方向における両側端部に設けられ上下方向から永久磁石磁極210の端面に当接するフレーム側端部取付部材220と、を有するリニアモータにおいて、フレーム側端部取付部材220と磁極フレーム200とは締りばめにより固定されると共に、フレーム側端部取付部材220と磁極フレーム200とに跨って設けられたノックピン又はネジによって、フレーム側端部取付部材220の磁極フレーム200からの脱落を防止する脱落防止構造が構成される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
磁極子及び巻線を有する電機子と、
永久磁石磁極及び前記永久磁石磁極を保持する磁石保持部を有する界磁子と、を備え、 前記電機子又は前記界磁子のいずれか一方を固定子、他方を可動子とするリニアモータであって、
前記可動子の移動方向に沿う方向を第1方向、前記第1方向に垂直な前記界磁子の幅方向に沿う方向を第2方向、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な前記界磁子の厚さ方向に沿う方向を第3方向とした場合に、
前記磁石保持部は、前記永久磁石磁極が前記第3方向に嵌入される嵌入部を有する磁極フレームと、前記磁極フレームの前記第2方向における両端部である両側端部のそれぞれに設けられ前記第3方向から前記永久磁石磁極の端面に当接するフレーム側端部取付部材と、を有するリニアモータにおいて
前記フレーム側端部取付部材は、
前記永久磁石磁極の前記第3方向における一方の端面側で前記第2方向に沿って前記界磁子の側端部から中央部に向かって突き出した第1突設部と、前記永久磁石磁極の前記第3方向における他方の端面側で前記第2方向に沿って前記界磁子の側端部から中央部に向かって突き出した第2突設部と、前記第3方向に沿って設けられ前記第1突設部と前記第2突設部とを連結する連結部とが一体に構成されて、
前記可動子の前記第1方向における移動を案内するガイドレールを構成
し、前記ガイドレールのレール面が前記第1突設部と前記第2突設部とに構成され、
前記フレーム側端部取付部材と前記磁極フレームとは締りばめにより固定されると共に、前記第3方向に沿って前記フレーム側端部取付部材と前記磁極フレームとに跨って設けられたノックピン又はネジによって、前記フレーム側端部取付部材の前記磁極フレームからの脱落を防止する脱落防止構造が構成され
ることを特徴とするリニアモータ。
続きを表示(約 790 文字)【請求項2】
請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記フレーム側端部取付部材は、前記第1突設部が前記永久磁石磁極の前記第3方向における一方の端面側で前記永久磁石磁極に当接し、前記第2突設部が前記永久磁石磁極の前記第3方向における他方の端面側で前記永久磁石磁極に当接することを特徴とするリニアモータ。
【請求項3】
請求項2に記載のリニアモータにおいて、
前記脱落防止構造は前記ネジによって構成され、
前記フレーム側端部取付部材は、前記ネジの外径よりも大きな内径を有して前記ネジが挿通する挿通孔を備え、
前記ネジは、前記磁極フレームに形成されたネジ穴に螺合されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項4】
請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記永久磁石磁極と前記磁極フレームの前記嵌入部とは、前記第2方向における寸法が前記第3方向における一方の端面側から他方の端面側に向かうにつれて小さくなるテーパ部を有し、
前記フレーム側端部取付部材は、前記永久磁石磁極の前記第2方向における寸法が大きな端面側で前記永久磁石磁極の端面に当接することを特徴とするリニアモータ。
【請求項5】
請求項4に記載のリニアモータにおいて、
前記脱落防止構造は前記ネジにより構成され、
前記ネジは、前記永久磁石磁極の前記第2方向における寸法が大きな端面側から前記磁極フレーム及び前記フレーム側端部取付部材に締結されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項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たことを特徴とする圧縮機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、リニアモータに関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
推力発生機構を有するリニアモータは、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の間に働く磁力によって、可動子に推力を発生させる。
【0003】
本技術分野の背景技術として、特開2008−289324号公報(特許文献1)及び国際公開番号2011/155022A1(特許文献2)に記載されたリニアモータが知られている。
【0004】
特許文献1のリニアモータでは、磁石保持フレームの複数の磁石保持穴に永久磁石を嵌め込んで単位長さのレールを構成し、この単位長さのレールを継ぎ足して長いレールを構成している。そして可動子がこの長いレールに沿って駆動される。磁石保持フレームの両縁部には、磁石保持フレームを上下両面から挟むようにフレーム縁部挟持板が設けられ、上面側のフレーム縁部挟持板と下面側のフレーム縁部挟持板とを、上面側から下面側に向けて磁石保持フレームを挿通するボルトで締結している。これにより、特許文献1のリニアモータでは、永久磁石は磁石保持穴から浮き上がることなく、磁石保持フレームに確実に固定される(段落0024,0036−0043、図4参照)。
【0005】
特許文献2のリニアモータでは、平板状の高透磁率部材の上下表面にそれぞれ複数の永久磁石を一体となるように設置して可動子を構成し、可動子の両端縁部に、可動子を機械的に固定する可動子保持部材を設けている。可動子保持部材は、上表面側の永久磁石の端縁部が嵌入される第1切り欠き部と、高透磁率部材の端縁部が嵌入される第2切り欠き部と、下表面側の永久磁石の端縁部が嵌入される第3切り欠き部と、を有する。可動子保持部材は、その側面(各永久磁石及び高透磁率部材が嵌入される側とは反対側の面)にボルトが挿通する挿通孔が形成されており、挿通孔を挿通するボルトが高透磁率部材の両端縁部に螺刻されたねじ穴に締結されることにより、高透磁率部材に固定されている。これにより、特許文献2のリニアモータでは、高透磁率部材の上下表面の永久磁石を可動子保持部材の第1切り欠き部と第3切り欠き部とで機械的に保持し、永久磁石が可動子から外れるのを防止している(段落0055−61、図14−図15C参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2013−102695号公報
国際公開番号2011/155022A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1のリニアモータは、上面側のフレーム縁部挟持板と下面側のフレーム縁部挟持板とを、上面側から下面側に向けて磁石保持フレームを挿通するボルトで締結して、両フレーム縁部挟持板を磁石保持フレームに固定している。一方、特許文献2のリニアモータは、可動子保持部材の側面からボルトを締結している。
【0008】
特許文献1及び特許文献2では、可動子のガイドレールの構成について開示が無く、ガイドレールの構成について十分な配慮が成されていない。
【0009】
本発明の目的は、リニアモータに好適な軸受とそのガイドレールの構成を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明のリニアモータは、
磁極子及び巻線を有する電機子と、
永久磁石磁極及び前記永久磁石磁極を保持する磁石保持部を有する界磁子と、を備え、 前記電機子又は前記界磁子のいずれか一方を固定子、他方を可動子とするリニアモータであって、
前記可動子の移動方向に沿う方向を第1方向、前記第1方向に垂直な前記界磁子の幅方向に沿う方向を第2方向、前記第1方向及び前記第2方向に垂直な前記界磁子の厚さ方向に沿う方向を第3方向とした場合に、
前記磁石保持部は、前記永久磁石磁極が前記第3方向に嵌入される嵌入部を有する磁極フレームと、前記磁極フレームの前記第2方向における両端部である両側端部のそれぞれに設けられ前記第3方向から前記永久磁石磁極の端面に当接するフレーム側端部取付部材と、を有するリニアモータにおいて
前記フレーム側端部取付部材は、
前記永久磁石磁極の前記第3方向における一方の端面側で前記第2方向に沿って前記界磁子の側端部から中央部に向かって突き出した第1突設部と、前記永久磁石磁極の前記第3方向における他方の端面側で前記第2方向に沿って前記界磁子の側端部から中央部に向かって突き出した第2突設部と、前記第3方向に沿って設けられ前記第1突設部と前記第2突設部とを連結する連結部とが一体に構成されて、
前記可動子の前記第1方向における移動を案内するガイドレールを構成
し、前記ガイドレールのレール面が前記第1突設部と前記第2突設部とに構成され、
前記フレーム側端部取付部材と前記磁極フレームとは締りばめにより固定されると共に、前記第3方向に沿って前記フレーム側端部取付部材と前記磁極フレームとに跨って設けられたノックピン又はネジによって、前記フレーム側端部取付部材の前記磁極フレームからの脱落を防止する脱落防止構造が構成され
る。
【0011】
また、上記目的を達成するために、本発明の
圧縮機
は、
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上記リニアモータを備え
る。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、上下のガイドレール面間距離を高精度かつ一定に保つことができ、リニアモータに好適な軸受とそのガイドレールの構成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。
【図面の簡単な説明】
【0013】
実施例1に係るリニアモータの斜視図。
実施例1に係るリニアモータの可動子(界磁子)の斜視図。
実施例1に係るリニアモータの前後方向に対して垂直な断面図。
実施例1に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面を示す模式図。
実施例1の変更例(変更例1)に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面を示す模式図。
実施例1の変更例(変更例2)に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面を示す模式図。
実施例1の変更例(変更例3)に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面を示す模式図。
実施例2に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面模式図。
実施例2の変更例(変更例4)に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面模式図。
実施例3に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面模式図。
実施例3の参照例に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面模式図。
実施例4に係るリニアモータの可動子周辺部について、前後方向に対して垂直な断面模式図。
本発明に係るリニアモータを用いた圧縮機の実施例(実施例5)を示す斜視図。
本発明に係るリニアモータを用いた圧縮機の実施例(実施例5)を示す要部断面図。
実施例6に係る冷蔵庫の構成図。
実施例7に係る車両用エアサスペンションの構成図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。複数の実施例及び各実施例の変更例において、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。
【0015】
なお、以下で説明する各実施例及び各変更例では、前後方向は可動子2の駆動方向に一致し、上下方向は永久磁石磁極210の磁極面(S,N極が生じる面)に垂直な方向に一致する。また、可動子2は前後方向を長手方向としており、左右方向を可動子2の幅方向と呼んで説明する場合がある。或いは、可動子2の移動方向(前後方向)に沿う方向を第1方向、第1方向に垂直な界磁子の幅方向(左右方向)に沿う方向を第2方向、第1方向及び第2方向に垂直な界磁子の厚さ方向(上下方向)に沿う方向を第3方向として説明する場合もある。
【0016】
[実施例1]
図1乃至図4Aを参照して、本発明の実施例1に係るリニアモータについて、説明する。図1は、実施例1に係るリニアモータの斜視図である。図2は、実施例1に係るリニアモータの可動子(界磁子)の斜視図である。図3は、実施例1に係るリニアモータの前後方向に対して垂直な断面図である。
【0017】
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。
【0018】
≪固定子1≫
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、巻線6と、を備える。電機子3は、軟磁性体のコア300及びスペーサ310を有し、複数のコア300は軟磁性体のスペーサ310で繋いで構成されている。すなわち複数のコア300はスペーサ310を間に挟みながら前後方向に連結されている。これにより、複数のコア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には上下に磁極歯301があり、それぞれ巻線6が巻回されている。
【0019】
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。
【0020】
≪コア300≫
コア300は、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とを有する。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6を巻回している。
【0021】
腕部302は、巻線6及び可動子2の左右方向における両外側を上下方向に延設された軟磁性体であり、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と、この磁極歯301に対向する永久磁石磁極210と、この永久磁石磁極210に前述の磁極歯301が対向する側とは反対側の面で対向する磁極歯301と、腕部302と、を含む磁路を形成できる。
【0022】
≪スペーサ310≫
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、永久磁石磁極210の前後方向間隔等の設計に応じて、隣り合う2つのコア300及び永久磁石磁極210を含む磁路を形成できる。
【0023】
≪端部部材4≫
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には軸受5等の支持部材が配置され、可動子2を支持している。
【0024】
≪可動子2≫
可動子2は、前後方向を長手方向としている。可動子2は、前後方向に複数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フレーム200と、磁極フレーム200に設けられた永久磁石磁極210と、磁極フレーム200の左右方向端部(側端部)に設けられた挟持部材220と、を有している。 本実施例の可動子2は、永久磁石磁極210を10個固定した態様だが、10個以上でも以下でも良い。永久磁石磁極210はそれぞれ上下方向に磁化し、隣り合う磁極210の上面は、N極とS極とが、交互になるように配されている。
【0025】
また、可動子2は、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、永久磁石磁極210は上下方向に垂直な平板形状にできる。本実施例では、上下方向とは、磁極歯301と永久磁石磁極210の極性とが対向している方向である。
【0026】
なお、上述したように、本実施例では、可動子2は界磁子によって構成される。
【0027】
≪磁極フレーム200≫
磁極フレーム200は、永久磁石磁極210を嵌装する空隙200aを複数備えたはしご状にすることができる。永久磁石磁極210は空隙200aに嵌入されることで、左右方向及び前後方向に抜けることなく、磁極フレーム200に固定される。すなわち、空隙200aは磁極フレーム200を上下方向に貫通する貫通孔として形成されており、永久磁石磁極210が上下方向に嵌入される嵌入部を構成する。永久磁石磁極210は空隙(嵌入部)200aを埋めるように空隙200aに配置されることで、左右方向及び前後方向への位置ずれが防止される。なお、空隙(嵌入部)200aは、永久磁石磁極210を貼付できる凹部で構成しても良い。この凹部は上下方向における磁極フレーム200の一端面に凹状に形成される。この凹部も永久磁石磁極210が嵌入される空隙(嵌入部)200aの一種とみなすことができる。磁極フレーム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。
【0028】
≪永久磁石磁極210≫
永久磁石磁極210は、ネオジム磁石等の希土類磁石で構成してもよいし、フェライト磁石等、他の素材による永久磁石を用いてもよい。
【0029】
≪挟持部材220≫
挟持部材220は、可動子2の左右方向(幅方向)の端部にあって、磁極フレーム200及び永久磁石磁極210の両方の左右方向端部(側端部)と、上面及び下面で接するように設けられている。挟持部材220が永久磁石磁極210の左右方向端部と上面及び下面で接することにより、永久磁石磁極210は上下方向に抜けることなく磁極フレーム200に固定される。
【0030】
挟持部材220は、磁極フレーム200の左右方向(幅方向、第2方向)における両端部である両側端部のそれぞれに設けられるフレーム側端部取付部材であり、上下方向(厚さ方向、第3方向)から永久磁石磁極210の端面に当接して永久磁石磁極210の空隙(嵌入部)200aからの抜けを防止する。
このために挟持部材220は、図2に示すように、磁極フレーム200及び永久磁石磁極210の上面の側縁部と接する上辺部(第1突設部)220aと、磁極フレーム200及び永久磁石磁極210の下面の側縁部と接する下辺部(第2突設部)220bと、上辺部220aと下辺部220bとを連結する連結部(連結辺)220cと、を備える。上辺部(第1突設部)220aは、永久磁石磁極210の上下方向(第3方向)における一方の端面側で左右方向(第2方向)に沿って界磁子2の側端部から中央部に向かって突き出すように構成され、永久磁石磁極210の上下方向における一方の端面側で永久磁石磁極210に当接する。下辺部(第2突設部)220bは、永久磁石磁極210の上下方向(第3方向)における他方の端面側で左右方向(第2方向)に沿って界磁子2の側端部から中央部に向かって突き出すように構成され、永久磁石磁極210の上下方向における他方の端面側で永久磁石磁極210に当接する。上辺部220a、下辺部220b及び連結部220cは、磁極フレーム200及び永久磁石磁極210の側端部(側縁部)が嵌入される嵌入凹部220dを構成する。
(【0031】以降は省略されています)

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