特許 5691686 リニアモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5691686

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 33/18 20060101AFI20150312BHJP

【ＦＩ】

   H02K33/18 A

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-55362(P2011-55362)

(22)【出願日】2011年3月14日

(65)【公開番号】特開2012-191819(P2012-191819A)

(43)【公開日】2012年10月4日

【審査請求日】2014年2月17日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、省エネルギー革新技術開発事業／挑戦研究／冷凍機一体型高温超電導誘導同期駆動システムの研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081776

【弁理士】

【氏名又は名称】大川 宏

(72)【発明者】

【氏名】三ツ橋 翔

(72)【発明者】

【氏名】大橋 義正

(72)【発明者】

【氏名】古橋 豊樹

【審査官】 田村 耕作

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１５１７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７７３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１０１６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３０４１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３３／１８

Ｈ０２Ｋ ３５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸受をもつ基部と、
前記基部に設けられ軸線回りに設けられたリング状をなす励磁コイル部と前記励磁コイル部を覆い且つ軸線回りに設けられたリング状をなすヨーク材料で形成されたアウターヨークとを有する固定子と、
前記固定子に対して軸線が延設された方向に沿って往復移動可能に前記軸受に支持されたシャフトと前記シャフトの外周側に設けられ且つ軸線回りのリング状をなすヨーク材料で形成されたインナーヨークと前記固定子の前記アウターヨークの内周面に微小隙間を介して対面するとともに軸線回りのリング状をなし外周面および内周面に異なる磁極をもつ永久磁石とを有する可動子とを具備しており、
前記固定子の前記アウターヨークは、
前記励磁コイル部の外周側を覆うリング状をなす外周アウターヨーク部と、前記励磁コイル部の各軸端を覆い且つ前記外周アウターヨーク部に連設されたリング状をなす軸端アウターヨーク部と、前記励磁コイル部の内周側に位置するように前記軸端アウターヨーク部に連設された互いに対向する第１内周アウターヨーク部および第２内周アウターヨーク部と、前記励磁コイル部の内周側において前記第１内周アウターヨーク部および前記第２内周アウターヨーク部の間に設けられ前記ヨーク材料よりも磁気抵抗が高いリング状をなすアウター磁気抵抗部とを具備しており、
前記可動子の前記インナーヨークは、
前記永久磁石の内周側において互いに対向すると共に前記永久磁石の内周側を覆うリング状をなす第１内周インナーヨーク部および第２内周インナーヨーク部と、
前記永久磁石の軸端に対向するように前記第１内周インナーヨーク部および前記第２内周インナーヨーク部の各軸端から前記固定子に向けて径外方向に突出する突出ヨーク部と、
前記永久磁石の内周側に設けられ、前記ヨーク材料よりも磁気抵抗が高いリング状をなし、且つ軸線に沿って軸線を通過する断面において、前記励磁コイル部への励磁電流の通電時に、磁束を前記アウターヨークおよび前記インナーヨークに透過させると共に、前記第１内周インナーヨーク部と前記第２内周インナーヨーク部との間を透過する磁束を減らし、前記永久磁石の内部において斜め方向に透過させる磁路を形成させるインナー磁気抵抗部とを具備するリニアモータ。

【請求項2】

請求項１において、前記永久磁石の軸長をＬｍとし、前記インナー磁気抵抗部の軸長をＬｉとするとき、Ｌｉ＜Ｌｍとされているリニアモータ。

【請求項3】

請求項１において、前記永久磁石の軸長をＬｍとし、前記インナー磁気抵抗部の軸長をＬｉとするとき、Ｌｉ／Ｌｍをαとするとき、αは０．１０〜０．６３の範囲内に設定されているリニアモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は可動子が往復移動するリニアモータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、可動子側において、磁束を透過させる補助ヨークを永久磁石の軸長方向の両端側に設けるリニア型アクチュエータ（リニアモータ）を開示する。このものによれば、固定子は、筒形状の励磁コイル部と、励磁コイル部を覆う筒形状のアウターヨークとをもつ。往復動する可動子は、筒形状の永久磁石と、永久磁石の内周側に保持された筒形状のインナーヨークと、インナーヨークの軸長方向の両端に設けられた筒形状の補助ヨークとをもつ。特許文献２は、インナーヨークの両端に突起部を設けるリニアモータを備える往復動式圧縮機を開示する。このリニアモータによれば、特許文献１と同様に、固定子は、筒形状の励磁コイル部と、励磁コイル部を覆う筒形状のアウターヨークとをもつ。往復動する可動子は、筒形状の永久磁石と、永久磁石の内周側に保持された筒形状のインナーヨークとをもつ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2005-151750号公報

【特許文献2】特開2006-177338号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

現状のリニアモータでは、磁石が作る磁場と励磁コイル部とが作る磁場による磁場の偏りにより、推力が発生する構造となっている。しかしながらこのリニアモータでは、励磁コイル部が形成する磁場が永久磁石の内部を充分に透過せず、殆どヨーク部を透過するだけで推進力に寄与しない場合がある。このため可動子を軸線に沿って可動させる推進力の向上については、改善の余地がある。

【0005】

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、軸線の方向に沿って可動する可動子の推力を高めるのに有利な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】

【0006】

（１）様相１に係るリニアモータは、（ｉ）軸受をもつ基部と、（ｉｉ）基部に設けられ軸線回りに設けられたリング状をなす励磁コイル部と励磁コイル部を覆い且つ軸線回りに設けられたリング状をなすアウターヨークとを有する固定子と、（ｉｉｉ）固定子に対して軸線が延設された方向に沿って往復移動可能に軸受に支持されたシャフトとシャフトの外周側に設けられ且つ軸線回りのリング状をなすヨーク材料で形成されたインナーヨークと固定子のアウターヨークの内周面に微小隙間を介して対面するとともに軸線回りのリング状をなし外周面および内周面に異なる磁極をもつ永久磁石とを有する可動子とを具備しており、
（ｉｖ）固定子のアウターヨークは、
励磁コイル部の外周側を覆うリング状をなす外周アウターヨーク部と、励磁コイル部の各軸端を覆い且つ外周アウターヨーク部に連設されたリング状をなす軸端アウターヨーク部と、励磁コイル部の内周側に位置するように軸端アウターヨーク部に連設された互いに対向する第１内周アウターヨーク部および第２内周アウターヨーク部と、励磁コイル部の内周側において第１内周アウターヨーク部および第２内周アウターヨーク部の間に設けられヨーク材料よりも磁気抵抗が高い軸線回りのリング状をなすアウター磁気抵抗部とを具備しており、
（ｖ）可動子のインナーヨークは、
（ｖ−１）永久磁石の内周側において互いに対向すると共に永久磁石の内周側を覆うリング状をなす第１内周インナーヨーク部および第２内周インナーヨーク部と、（ｖ−２）永久磁石の軸端に対向するように第１内周インナーヨーク部および第２内周インナーヨーク部の各軸端から固定子に向けて径外方向に突出する突出ヨーク部と、（ｖ−３）永久磁石の内周側に設けられ、ヨーク材料よりも磁気抵抗が高いリング状をなし、且つ、軸線に沿って軸線を通過する断面において、励磁コイル部への励磁電流の通電時に、磁束をアウターヨーク部およびインナーヨーク部を透過させると共に、第１内周インナーヨーク部と第２内周インナーヨーク部との間を透過する磁束を減らし、永久磁石の内部において斜め方向に透過させる磁路を形成させるインナー磁気抵抗部とを具備する。

【0007】

励磁コイル部に交流の励磁電流が通電されると、リング状の励磁コイル部の軸端に異なる磁極が交互に発生する。これに基づく磁束がインナーヨーク、永久磁石、アウターヨークを透過する磁路が形成され、磁路により可動子が固定子に対して軸線に沿って交互に往復移動する。励磁コイル部への励磁電流の通電時に、軸線に沿って軸線を通過する断面において、インナー磁気抵抗部は、磁束を永久磁石の内部に斜め方向に透過させる磁路を形成させる。

【0008】

斜め方向に通過する磁路のベクトルは、軸線に対して垂直な方向に向かう軸直角成分と、軸線と平行な方向に向かう推力成分とからなる。ここで、永久磁石の内部を斜め方向に透過し、アウタヨークへ入る磁束で形成される磁路が斜めに配向（径方向から軸線方向への傾きを大きく）すれば、軸線と平行な方向に向かう可動子の推力成分を増加させることができる。このように可動子の推力成分が増加すれば、可動子を軸線に沿って往復移動させる推力を増加させることができる。

【0009】

（２）様相２に係るリニアモータによれば、上記様相において、永久磁石の軸長をＬｍとし、インナー磁気抵抗部の軸長をＬｉとするとき、Ｌｉ＜Ｌｍとされている。この場合、軸線と平行な方向に向かう推力成分を増加させるのに有利である。仮に、Ｌｉ＞Ｌｍの場合には、可動子の往復移動に支障をきたすおそれがある。

【0010】

（３）様相３に係るリニアモータによれば、上記様相において、永久磁石の軸長をＬｍとし、インナー磁気抵抗部の軸長をＬｉとするとき、Ｌｉ／Ｌｍをαとするとき、αは０．１０〜０．６３の範囲内に設定されている。後述する図７に示すように、リニアモータの効率および力率を増加させるのに有利である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、可動子のインナーヨークは、永久磁石の内周側において互いに対向すると共に永久磁石の内周側を覆うリング状をなす第１内周インナーヨーク部および第２内周インナーヨーク部と、永久磁石の軸端に対向するように第１内周インナーヨーク部および第２内周インナーヨーク部の各軸端から固定子に向けて径外方向に突出する突出ヨーク部と、インナー磁気抵抗部とを有する。インナー磁気抵抗部は、永久磁石の内周側に設けられており、ヨーク材料よりも磁気抵抗が高いリング状をなす。インナー磁気抵抗部は、軸線に沿って軸線を通過する断面において、励磁コイル部への励磁電流の通電時において、磁束をアウターヨークおよびインナーヨークに透過させると共に、第１内周インナーヨーク部と第２内周インナーヨーク部との間を透過する磁束を減らし、且つ、永久磁石の内部に斜め方向に透過させる磁路を形成させる。

【0012】

このようなインナー磁気抵抗部が形成されている本発明によれば、インナーヨークと永久磁石とアウターヨークとを磁束が透過するにあたり、軸線に沿って軸線を通過する断面において、永久磁石の内部を斜め方向に透過する磁束の割合を高めることができる。このため、軸線と平行な方向に向かう可動子の推力成分が増加する。このように可動子の推力成分が増加すれば、可動子を軸線に沿って往復移動させる推力が増加する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係り、軸線に沿って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、リニアモータに搭載されている可動子の断面図である。

【図3】実施形態１に係り、インナーヨーク、永久磁石、アウターヨークを透過する磁束の磁路を模式的に示す図である。

【図4】比較形態に係り、リニアモータの断面図である。

【図5】実施形態２に係り、リニアモータに搭載されている可動子の断面図である。

【図6】実施形態３に係り、リニアモータに搭載されている可動子の断面図である。

【図7】試験例に係り、Ｌｉ、Ｌｍ、Ｌｐ、Ｌａｌｌの寸法関係を示す図である。

【図8】試験例に係り、Ｌｉ／Ｌｍと効率および力率との関係を示すグラフである。

【図9】実施形態４に係り、ピストンを往復移動させるリニアモータの断面図である。

【図10】実施形態５に係り、パルス管冷凍機に搭載しているリニアモータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

アウターヨークに形成されているアウター磁気抵抗部は軸線回りのリング状をなしており、励磁コイル部の内周側において第１内周アウターヨーク部および第２内周アウターヨーク部の間に設けられており、ヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ。

【0015】

インナーヨークに形成されているインナー磁気抵抗部は軸線回りのリング状をなしており、永久磁石の内周側に設けられており、ヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ。アウター磁気抵抗部およびインナー磁気抵抗部は、エアギャップ、または、ヨーク材料よりも磁気抵抗が高い材料で形成されている。磁気抵抗が高い材料としては、非磁性材料（常磁性材料も含む）で形成できる。非磁性材料としてはオーステナイト系のステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、樹脂を例示できる。樹脂は公知の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が挙げられる。

【0016】

インナー磁気抵抗部は、永久磁石の内周側に設けられており、ヨーク材料よりも磁気抵抗が高い。インナー磁気抵抗部は、軸線に沿って軸線を通過する断面において、励磁コイル部への励磁電流の通電時に磁束をアウターヨーク部およびインナーヨーク部を透過させると共に永久磁石の内部を斜め方向に透過させる磁路を形成させる。

【0017】

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について図１及び図２を参照して説明する。図１および図２は、軸線Ｐに沿って軸線Ｐを通過する断面を示す。請求項１に係る本実施形態のリニアモータ１は、基部２と固定子３と可動子４とを有する。基部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とをもつ。固定子３は軸線Ｐをもち、基部２の駆動室２０に固定されている。固定子３は、軸線Ｐ回りに設けられたリング状をなす励磁コイル部３０と、励磁コイル部３０を覆い且つ軸線Ｐ回りに設けられたリング状をなすアウターヨーク３２とを有する。

【0018】

可動子４は、固定子３に対して軸線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。軸線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。但し、場合によっては、軸線Ｐが鉛直方向に沿っており、可動子４が鉛直方向に沿って移動する形態でも良い。また場合によっては、軸線Ｐが鉛直方向に対して斜めに沿っており、可動子４が鉛直方向に対して斜め方向に沿って移動する形態でも良い。

【0019】

図１に示すように、可動子４は、軸線Ｐに沿って往復移動可能に支持されたシャフト４０と、シャフト４０の外周側に設けられ且つ軸線Ｐ回りのリング状をなすインナーヨーク４２と、固定子３のアウターヨーク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とを有する。

【0020】

固定子３のアウターヨーク３２は高い透磁率をもつ軟磁性材料で形成されており、励磁コイル部３０の外周面３０ｐ側を覆うリング状をなす外周アウターヨーク部３２０と、励磁コイル部３０の各軸端３０ｅ，３０ｆを覆う軸線Ｐ回りのリング状をなす軸端アウターヨーク部３２２と、励磁コイル部３０の内周面３０ｉ側に位置するように軸端アウターヨーク部３２２に連設された互いに対向する第１内周アウターヨーク部３２４および第２内周アウターヨーク部３２５とを有する。更に図１に示すように、励磁コイル部３０の内周面３０ｉ側において、エアギャップで形成されたアウター磁気抵抗部３２８が設けられている。アウター磁気抵抗部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、アウター磁気抵抗部３２８は、軸線Ｐ回りのリング状をなしており、第１内周アウターヨーク部３２４と第２内周アウターヨーク部３２５との間に設けられており、第１内周アウターヨーク部３２４と第２内周アウターヨーク部３２５とを軸長方向に分離させている。なお、第１内周アウターヨーク部３２４と第２内周アウターヨーク部３２５とは、外周アウターヨーク部３２０によって一体的に連設されている。

【0021】

図２は可動子４を示す。図２に示すように、可動子４のインナーヨーク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側において互いに対向すると共に永久磁石４５の内周面４５ｉ側を覆うリング状をなす第１内周インナーヨーク部４２１および第２内周インナーヨーク部４２２と、永久磁石４５の軸端４５ｅ，４５ｆに対向するように内周インナーヨーク部４２１，４２２の各軸端から固定子３に向けて径方向（矢印Ｄ方向）に突出する複数（２個）の突出ヨーク部４２３とを有する。突出ヨーク部４２３は、インナーヨーク４２とアウターヨーク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Ｎ極として着磁され、永久磁石４５の内周面４５ｉ側はＳ極として着磁されている。なお、本実施形態によれば、永久磁石４５の軸長Ｌｍは永久磁石４５の厚みｔよりも長い（Ｌｍ＞２ｔ）。

【0022】

図２に示すように、インナーヨーク４２は、ヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ樹脂（熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂）で形成された中間接合部４８によりシャフト４０の外周面４０ｐ側に固定されている。インナーヨーク４２の内周面４２ｉは中間接合部４８に一体的に接合されている。インナーヨーク４２において、永久磁石４５の内周面４５ｉ側には、軸線Ｐ回りのリング状をなすエアギャップで形成されたインナー磁気抵抗部４２８が設けられている。インナー磁気抵抗部４２８はエアギャップで形成されているため、ヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ。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、第３磁気抵抗部として機能するエアギャップ５が軸線Ｐ回りのリング状に形成されており、アウターヨーク３２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。

【0023】

図１および図２は、軸線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、インナー磁気抵抗部４２８は、励磁コイル部３０への励磁電流の通電時には、磁束が永久磁石４５の内部を外周面４５ｐおよび内周面４５ｉに対して斜め方向に透過する磁路を形成させる。アウター磁気抵抗部３２８およびインナー磁気抵抗部４２８はエアギャップで形成されている。エアギャップはヨーク材料よりも高い磁気抵抗を有する。図２に示すように、インナー磁気抵抗部４２８は、永久磁石４５の内周面４５ｉと中間接合部４８と内周インナーヨーク部４２１，４２２とにより軸線Ｐ回りでリング状に区画されている。

【0024】

図１に示す軸直角線Ｈは軸線Ｐに対して垂直とされており、中立位置（励磁コイル部３０に励磁電流が通電されていない状態）において永久磁石４５の軸長寸法の中間点を軸直角方向に通る。軸直角線Ｈを介して、インナーヨーク４２、アウターヨーク３２、インナー磁気抵抗部４２８、アウター磁気抵抗部３２８は、対称形状とされていることが好ましい。なお図２に示すように、内周インナーヨーク部４２１，４２２には段状の係合部４２９が形成されており、永久磁石４５が係合部４２９に係合した状態で接着剤により内周インナーヨーク部４２１，４２２に固定されている。

【0025】

さて、励磁コイル部３０に交流の励磁電流が通電されると、励磁コイル部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に対して軸線Ｐに沿って矢印Ｘ１，Ｘ２方向に繰り返して往復移動する。ここで、可動子４が矢印Ｘ１方向に前進するとき、励磁コイル部３０の一方の軸端３０ｅはＳ極となり、励磁コイル部３０の他方の軸端３０ｆはＮ極となる。可動子４が矢印Ｘ２方向に後退するとき、励磁コイル部３０の一方の軸端３０ｅはＮ極となり、他方の軸端３０ｆはＳ極となる。このように励磁コイル部３０の軸端３０ｅ，３０ｆの磁極は交互に入り替わる。

【0026】

図３は、励磁コイル部３０に励磁電流を通電していないときにおいて可動子４が中立位置に存在するとき、可動子４を矢印Ｘ１方向に移動させるように励磁コイル部３０に励磁電流を通電させた場合について磁路解析した基本状態を模式的に示す。前述したように、インナーヨーク４２において、永久磁石４５の内周面４５ｉ側には、軸線Ｐ回りのリング状をなす磁気抵抗が高いエアギャップで形成されたインナー磁気抵抗部４２８が設けられている。インナー磁気抵抗部４２８は、第１内周インナーヨーク部４２１および第２内周インナーヨーク部４２２を軸長方向に磁気回路的に分離させている。この結果、第１内周インナーヨーク部４２１を透過する磁束がインナー磁気抵抗部４２８を介して軸線Ｐと平行な方向に沿って第２内周インナーヨーク部４２２に直接透過することが抑制されている。同様に、第２内周インナーヨーク部４２２を透過する磁束がインナー磁気抵抗部４２８を介して軸線Ｐと平行な方向に沿って第１内周インナーヨーク部４２１に直接透過することが抑制される。

【0027】

このような本実施形態によれば、インナーヨーク４２と永久磁石４５とアウターヨーク３２とを径方向（矢印Ｄ方向）に沿って透過する磁束は、軸線Ｐに対して軸直角方向に沿って配向するよりも、軸線Ｐに沿った方向（軸線Ｐと平行な方向に沿った方向）に配向し易くなる。

【0028】

即ち、励磁コイル部３０に励磁電流を通電させる通電時において、永久磁石４５のうち軸線Ｐと平行な方向に沿っている内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して、永久磁石４５の内部を軸線Ｐの軸直角方向に透過する磁束の割合が低くなる。換言すれば、図３に示すように、本実施形態によれば、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して筒形状の永久磁石４５の内部において斜めに透過する磁束部分φｃ（図３参照）の割合が高くなる。斜めとは、軸線Ｐと平行な方向および軸直角方向の双方に対して斜めを意味する。

【0029】

上記したように本実施形態によれば、インナー磁気抵抗部４２８がインナーヨーク４２に設けられている。このため、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して（軸線Ｐが延びる方向に対して）、磁束部分φｃ（図３参照）を永久磁石４５の内部において斜め方向に透過させるように配向させる割合が高くなる。この場合、第１内周インナーヨーク部４２１と第２内周インナーヨーク部４２１との間を軸線Ｐに沿った方向において透過する磁束を、インナー磁気抵抗部４２８は減らす。

【0030】

ここで、斜め方向に通過する磁束部分φｃのベクトルＶは、軸線Ｐに対して垂直な方向に向かう軸直角成分Ｖｐと、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分Ｖｈとからなる（図３参照）。図３において磁束部分φｃは模式化されて図示されている。ここで、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉは軸線Ｐに対して平行な方向に沿っている。このため、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して磁束が永久磁石４５の内部を斜め方向に透過する割合が増加すれば、磁束が軸直角方向に配向している割合が多い比較形態に比較して、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分Ｖｈを増加させることができる。このように推力成分Ｖｈが増加すれば、可動子４を軸線Ｐに沿って往復移動させる可動子推進駆動力Ｆを増加させることができる。ここで、磁束が永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して斜めに配向すればするほど、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分Ｖｈを増加させることができる。このように推力成分Ｖｈが増加すれば、可動子４を軸線Ｐに沿って往復移動させる可動子推進駆動力Ｆを増加させることができる。

【0031】

ここで、インナー磁気抵抗部４２８のうち軸線Ｐに沿った軸長Ｌｉを増加させれば、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して永久磁石４５の内部を斜め方向に透過させるように配向させる磁束部分φｃの割合が高くなるようにも考えられる。しかしながら距離Ｌｉを増加させれば、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉ間において永久磁石４５の内部を斜めに透過する磁束部分φｃの透過距離が長くなるため、かえって永久磁石４５の内部を内周面４５ｐおよび外周面４５ｉ間において透過するときにおける磁気抵抗が増加し、可動子推進駆動力Ｆが低下するおそれがある。そこで本実施形態によれば、図１，図２，図３に示すように、軸線Ｐに沿った長さを軸長とするとき、可動子４が中立位置に存在する状態において、永久磁石４５の軸長をＬｍとし、インナー磁気抵抗部４２８の軸長をＬｉとするとき、Ｌｉ＜Ｌｍの関係とされていることが好ましい。この場合、磁気シミレーションの結果、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分を増加させるのに有利である。

【0032】

ここで、図２に示すように、インナー磁気抵抗部４２８の軸長をＬｉとし、２個の突出ヨーク部４２３の最短の間隔距離をＬｐとし、アウターヨーク３２の全軸長をＬａｌｌとするとき、Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされていることが好ましい。これは本発明者が実施した試験により確認されている。なおエアギップ５の軸長Ｌ３は（Ｌｐ−Ｌｍ）／２に相当する。

【0033】

本実施形態によれば、図１から理解できるように、リング状の励磁コイル部３０は単数であり、励磁コイル部３０で同軸的に包囲されているリング状の永久磁石４５も単数であるリニアモータ１を対象とするものであり、単純な構造で足りる。

【0034】

なお図４は比較形態を示す。同一機能を奏する部位には同一の符号を付する。比較形態では、アウター磁気抵抗部３２８はエアギャップで形成されているものの、インナー磁気抵抗部４２８は形成されていない。比較形態ではインナー磁気抵抗部４２８が形成されておらず、第１内周インナーヨーク部４２１および第２内周インナーヨーク部４２２が一体的に連設されている。このため、第１内周インナーヨーク部４２１および第２内周インナーヨーク部４２２を軸長方向に沿って連続して透過する磁束部分φｗの割合が増加する。ひいては、永久磁石４５の内部を軸線Ｐに対して斜め方向ではなく軸直角方向に沿って配向する磁束部分φｘの割合が増加する。このような比較形態では、本実施形態とは異なり、永久磁石４５の内部を斜め方向に透過する磁路が形成されにくいため、可動子の推力向上に限界がある。なお磁束部分φｗ，φｘは模式化されて図示されている。

【0035】

（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。すなわち、永久磁石４５の内周面４５ｐおよび外周面４５ｉに対して磁束が永久磁石４５の内部を永久磁石４５を斜め方向に透過させる割合が増加する。このため、磁束が軸直角方向に配向している割合が多い比較形態に比較して、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分Ｖｈを増加させることができる。この結果、可動子４を軸線Ｐに沿って往復移動させる可動子推進駆動力Ｆを増加させることができる。

【0036】

本実施形態によれば、前述したようにアウター磁気抵抗部３２８はエアギャップで形成されているものの、インナー磁気抵抗部４２８Ｂは、ヨーク材料よりも高い磁気抵抗をもつ樹脂材料で中間接合部４８と一体的に形成されている。磁気抵抗が高い樹脂材料としては、公知の熱硬化性樹脂または公知の熱可塑性樹脂が例示される。樹脂には、透磁率が低い補強繊維等の埋設物質が埋設されていても良い。インナー磁気抵抗部４２８Ｂの材質を変更すれば、これの磁気抵抗を調整でき、インナー磁気抵抗部４２８Ｂ付近の磁束の配向の調整を期待できる。実施形態１と同様に、Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされていることが好ましい。

【0037】

（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。インナー磁気抵抗部４２８Ｃは、ヨーク材料よりも磁気抵抗が高い材料で形成されている。磁気抵抗が高い材料としては、非磁性材料（常磁性材料も含む）で形成でき、オーステナイト系のステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属が挙げられる。すなわち、シャフト４０は、シャフト本体４００とシャフト本体４００から径外方向（矢印Ｄ方向）に延設されたフランジ部４１０とを有する。フランジ部４１０はインナー磁気抵抗部４２８Ｃを形成しており、リング状をなす第１内周インナーヨーク部４２１および第２内周インナーヨーク部４２２を磁気的に分離させている。インナー磁気抵抗部４２８Ｃの材質を変更すれば、これの磁気抵抗を調整でき、インナー磁気抵抗部４２８Ｃ付近の磁束の配向の調整を期待できる。

【0038】

本実施形態においても、フランジ部４１０はインナー磁気抵抗部４２８Ｃを形成しており、リング状をなす第１内周インナーヨーク部４２１および第２内周インナーヨーク部４２２を軸長方向において分離させているため、前記した実施形態と同様に、インナー磁気抵抗部４２８Ｃは、永久磁石４５の内部をこれの外周面４５ｐおよび内周面４５ｉ（軸線Ｐと平行な方向）に対して斜め方向に透過する磁束による磁路を形成させることができる。前述したように、軸線Ｐと平行な方向に対して斜め方向に通過する磁束のベクトルは、軸線Ｐに対して垂直な方向に向かう軸直角成分と、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分とからなる。このように永久磁石４５を斜め方向に透過する磁束が斜めに配向する割合が高まれば、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分が増加する。このように推力成分が増加すれば、可動子４を軸線Ｐに沿って往復移動させる推力が増加する。斜めに配向すればするほど、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分が増加する。このように推力成分が増加すれば、可動子４を軸線Ｐに沿って往復移動させる推力を増加させることができる。

【0039】

本実施形態によれば、実施形態１と同様に、Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされていることが好ましい。この場合、磁気シミレーションの結果、軸線Ｐと平行な方向に向かう推力成分を増加させるのに有利である。

【0040】

（試験例）
図７および図８は本発明者等が磁気シミレーションで試験した試験例を示す。この場合、インナー磁気抵抗部４２８の軸長をＬｉとし、２個の突出ヨーク部４２３の最短の間隔距離をＬｐとし、アウターヨーク３２の全軸長をＬａｌｌとするとき、Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされている。このように同様に、Ｌｉ＜Ｌｍの関係とされている。

【0041】

本試験例によれば、磁気シミレーションにより、Ｌｉ／Ｌｍをα（ギャップ比）とするとき、αを０から０．７に向けて変化させつつ増加率および力率の変化を試験した。α＝０は、インナー磁気抵抗部４２８が存在しない状態を意味する。α＝０．７は、インナー磁気抵抗部４２８の軸長が永久磁石４５の軸長の７０％を示す状態を意味する。試験結果を図８に示す。図８において、◆印は効率を示し、■印は力率を示す。図８は、α（ギャップ比）＝０のとき(インナー磁気抵抗部４２８がない状態)を基準とした効率と力率の増加率を示す。ここで、効率および力率は以下の式で定義される。
効率＝出力／有効電力
出力＝F×v
ここで、F：推力、v：速度
有効電力＝VＩcosθ
ここで、V：電圧（実行値）、Ｉ：電流（実行値）、cosθ：力率、
θ：電圧と電流の位相差
図８から理解できるように、磁気シミレーションの結果、αが増加するにつれて効率が増加し、αが更に増加するにつれて、効率が低下する山形の特性が得られた。また、αが増加するにつれて力率が増加し、αが更に増加するにつれて、力率が低下する山形の特性が得られた。効率を高めることを考慮すると、αは０．１０〜０．６３の範囲内が好ましく、０．１７〜０．５４の範囲内がより好ましく、０．２２〜０．４２の範囲内が更に好ましい。力率を高めることを考慮すると、αは０．１０〜０．５４の範囲内が好ましく、０．１７〜０．５４の範囲内が更に好ましい。Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされていることが好ましい。本発明に係る各実施形態について、αは上記した範囲に設定されていることが好ましい。

【0042】

（実施形態４）
図９は本発明の実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１と同様な構成を有しており、同様な作用効果を有する。基部２には、圧縮室６１を区画する円筒形状のシリンダ６０が保持されている。シャフト４０の先端部には、軸線Ｐに沿って圧縮室６１を往復移動するピストン６２が保持されている。励磁コイル部３０に交流の励磁電流が通電されると、可動子４は矢印Ｘ１，Ｘ２方向に軸線Ｐに沿って繰り返して往復移動する。これによりピストン６２が矢印Ｘ１方向に前進すると、ピストン６２は圧縮作用を果たし、圧縮室６１の流体を圧縮させる。ピストン６２が矢印Ｘ２方向に後退すると、ピストン６２は吸引作用を果たし、流体を圧縮室６１に吸引させる。本実施形態においても、リニアモータ１の効率および力率を増加させることを考慮すると、αは０．１０〜０．６３の範囲内に設定されていることが好ましい。Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされていることが好ましい。

【0043】

（実施形態５）
図１０は本発明の実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と同様な構成を有しており、同様な作用効果を有する。本実施形態はパルス管冷凍機に適用している。パルス管冷凍機は、熱交換器７０と、蓄冷器７１と、コールドヘッド７２と、パルス管７３と、パルス管高温端７４と、バッファタンク７５とを有する。シャフト４０の先端部には、圧縮室６１を往復移動するピストン６２が保持されている。励磁コイル部３０に交流の励磁電流が通電されると、可動子４はピストン６２と共に矢印Ｘ１，Ｘ２方向に軸線Ｐに沿って繰り返して所定のストロークで往復移動する。ここでピストン６２が矢印Ｘ１方向に前進すると、ピストン６２は圧縮作用を果たし、圧縮室６１のガス冷媒を圧縮させる。圧縮されたガス冷媒は熱交換器７０、蓄冷器７１、コールドヘッド７２、パルス管７３、パルス管高温端７４を順に流れ、バッファタンク７５に至る。これに対してピストン６２が矢印Ｘ２方向に後退すると、ピストン６２は吸引作用を果たし、ガス冷媒を圧縮室６１に吸引させる。この場合、ガス冷媒はバッファタンク７５、パルス管高温端７４、パルス管７３、コールドヘッド７２、蓄冷器７１、熱交換器７０を介して圧縮室６１に吸引される。本実施形態によれば、ピストン６２の推力を高めることができるため、圧縮室６１の流体を効果的に圧縮させたら、流体を効果的に圧縮室６１に吸引させることができる。このように振動流または往復動流を外部に供給させることができる。流体はガスでも液体でもミストでも良い。

【0044】

本実施形態においても、Ｌｉ／Ｌｍをαとするとき、リニアモータ１の効率および力率を増加させることを考慮すると、αは０．１０〜０．６３の範囲内に設定されていることが好ましい。Ｌａｌｌ＞Ｌｐ＞Ｌｍ＞Ｌｉの関係とされていることが好ましい。

【0045】

（その他）
上記した実施形態によれば、永久磁石４５の外周面４５ｐ側はＮ極として着磁され、永久磁石４５の内周面４５ｉ側はＳ極として着磁されているが、これに限らず、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ても良い。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。

【符号の説明】

【0046】

１はリニアモータ、２は基部、２０は駆動室、２１は軸受、３は固定子、３０は励磁コイル部、３２はアウターヨーク、３２０は外周アウターヨーク部、３２２は軸端アウターヨーク部、３２８はアウター磁気抵抗部、４は可動子、４０はシャフト、４２はインナーヨーク、４２１は第１内周インナーヨーク部、４２２は第２内周インナーヨーク部、４２８はインナー磁気抵抗部、４５は永久磁石、４５ｐは外周面、４５ｉは内周面、５はエアギャップ、６０はシリンダ、６１は圧縮室、６２はピストン、７０は熱交換器、７１は蓄冷器、７２はコールドヘッド、７３はパルス管、７４はパルス管高温端、７５はバッファタンク７５を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】