JP3643635B2

JP3643635B2 - リニア式コンプレッサ

Info

Publication number: JP3643635B2
Application number: JP03419796A
Authority: JP
Inventors: 洋史山口; 宏高木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2016-01-30
Also published as: JPH09209922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニア式コンプレッサの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニア式コンプレッサとしては、例えば実開平６−２５５６５号公報に記載のようなものが存在する。
この従来技術のものは、図５に示すように構成されていた。
同図において、３１はガスの吸入ポート３２と吐出ポート３３を有する密閉ケースである。ケース３１内には支持枠３４が固定配置されている。支持枠３４は中央の中空軸３５と中空軸３５の上端から外部に張り出したフランジ部３６とフランジ部３６の周囲から下方に延在するカップ状部３７とを有している。
支持枠３４はケース３１の内壁に取り付けられている。３８は振動吸収のためのスプリングである。
中空軸３５の下方にはリニアモータ３９が配置されている。即ち、中空軸３５の下部には円筒状の固定子支持部材４０が取り付けられている。この固定子支持部材４０の外周とカップ状部３７の内周には、内側及び外側の界磁コア４１及び４２が夫々固定配置されており、外側の界磁コア４２には界磁巻線４３が装着されている。
この内側、外側の界磁コア４１、４２及び界磁巻線４３によってリニアモータの固定子が形成される。各界磁コア４１及び４２の隙間には円筒状の磁石４４ａ、４４ｂ、４４ｃを連結した磁石体４４が軸方向に移動可能に配置されている。この磁石体４４の下端には略円盤状のハブ部４５が取り付けられて、略Ｕ字形を成している。固定子支持部材４０の中央中空部には可動軸４６が摺動可能に延在しており、この可動軸４６の下端はハブ部４５に接続されている。この磁石体４４、ハブ部４５及び可動軸４６でリニアモータの可動子が構成されている。
界磁巻線４３に交流電流が供給されると、界磁コア４１、４２に交流磁界が発生し、可動子が往復動作する。
【０００３】
フランジ部３６とリニアモータ３９との間には、カップ状部３７と中空軸３５とで囲まれた取付空間４７が形成されている。
中空軸３５内にはピストンロッド４８が摺動自在に嵌装されている。このピストンロッド４８の下端は可動子の可動軸４６の上端に直結され、ピストンロッド４８の上端にはピストン４９が取り付けられ、ピストン４９の周囲には、ピストン４９を摺動自在に嵌装した円筒体５０が配置されている。
円筒体５０の下端には弁機構が設けられている。この弁機構は吸入孔５１と吐出孔５２とを有する弁板５３と、吸入孔５１の開閉を制御する吸入弁５４及び吐出孔５２の開閉を制御する吐出弁５５とからなり、円筒体５０と弁機構とでシリンダ室が構成されている。
支持枠３４のフランジ部３６の中央部には、そこから立ち上がったボス部３６ａが形成されており、このボス部３６ａ上に弁板５３が固着されている。なお、吐出孔５２は、このボス部３６ａから中空軸３５の壁を貫通して延在し、取付空間４７に連通している。
また、吸入孔５１はボス部３６ａの外側に外れた位置に配置され、円筒体５０と弁機構とピストン４９とで、作動ガス圧縮室５６が形成されている。
シリンダヘッド５７は、その下端部に周囲に拡がったフランジ部５９を有している。一方、支持枠３４は、そのフランジ部３６から円筒体５０の外側に立ち上がった筒状部６０を有しており、この筒状部６０の上端に前記シリンダヘッド５７のフランジ部５９の外周端が接続されている。この結果、円筒体５０、筒状部６０、シリンダヘッド５７によって環状の吸入室６１が形成されている。
吸入室６１は吸入孔５１と連通すると共に、連結管６２を介して吸入ポート３２と接続されている。なお、吐出孔５２は取付空間４７、界磁コア４１、４２と磁石体４４との間の空隙及びケース３１の内室６３を介して吐出ポート３３と接続されている。
【０００４】
上記構成において、界磁巻線４３に交流電流が供給されると、前記したようにリニアモータの可動子が上下に往復動する。このとき、可動子の可動軸４６と直結されたピストンロッド４８を介してピストン４９もシリンダ内で可動子の上下動に応じて上下動する。
ピストン４９が上昇するとき、作動ガス圧縮室５６は容積が増加し低圧となるので、吸入弁５４が開き、白矢印で示されるように、吸入ポート３２から連結管６２、吸入室６１及び吸入孔５１を介して作動ガス圧縮室５６内に作動ガスが吸入される。一方、ガススプリング室５８は容積が減少するので内圧が上昇する。この結果、ピストン４９に上昇方向とは反対方向の背圧が加わることになり、ピストン４９の上昇方向の慣性移動を停止させる作用を果たす。
ピストン４９が下降するとき、作動ガス圧縮室５６の容積が減少し内部の作動ガスが圧縮されて吐出孔５２を通して吐出弁５５を開き、取付空間４７に吐出され黒矢印で示すように、取付空間４７から界磁コア４１、４２と磁石体４４との間の空隙及びケース３１の内室６３を通して吐出ポート３３に排出される。
一方、ガススプリング室５８の容積は増大するので、内圧が低下する。
従って、ピストン４９には下降方向とは反対方向の背圧が掛かり、ピストン４９の下降方向の慣性移動を停止させる作用を果たす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のものは、上記のように界磁巻線が外側の界磁コアに嵌入により装着されているが、界磁巻線の断面形状を考慮すると界磁コアを２つ割りにしないと界磁巻線は界磁コアに装着できず、界磁巻線の装着作業が面倒であるという問題点があった。
また、コンプレッサ全体の構成も可成り複雑であり、軸方向に長軸となり、大型であるという問題点もあった。
本発明は、従来のものの上記課題（問題点）を解決するようにしたリニア式コンプレッサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリニア式コンプレッサは、上記課題を解決するために、リニア式コンプレッサの駆動源としてのリニアモータの巻線を巻き込んだ断面コ字状の非磁性体のボビンに対して断面コ字状の主ステータを装着し、この主ステータの内側に左、右の脚部に運動方向に相対し、相互に極性の異なる少なくとも１対の永久磁石を設けた断面Ｕ字状の振動子を設け、この振動子の内方に上記主ステータとで少なくとも１対の磁束通路を形成する補助ステータを設けると共に振動子の底部内方にピストンを設け、上記巻線に交流電流を供給するように構成した。
この場合、リニアモータのケーシングを断面７字状とし、上記ケーシングの胴部内に形成される中空部を、上記振動子に設けられるピストンが収納されるシリンダとして用いるようにする。
また、上記振動子の底部と対向する固定部に亙って共振用の補助ばねを装着するのが望ましい。
【０００７】
本発明のリニア式コンプレッサは、上記のように巻線が収納されたボビンに断面コ字状の主ステータを装着するようにしたから、巻線の組入れが極めて容易となり、組み立て作業の効率が大幅に向上する。
また、リニアモータのケーシングを断面７字状とし、上記ケーシングの胴部内に形成される中空部を、上記振動子に設けられるピストンが収納されるシリンダとして用いるようにし、リニアモータの機能を有する構成をコンパクトにまとめたから、リニア式コンプレッサ全体の構成が簡単で小型化される。
さらに、上記振動子の底部と対向する固定部に亙って共振用の補助ばねを装着すれば、小容量の交流電源と巻線で振動子の駆動が行える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３において、１は上方ケーシング、２は下方ケーシングで両者は下方ケーシング２の嵌込み口２ａで一体に連結されてコンプレッサの密閉容器を構成している。なお、下方ケーシング２には吸入管３と吐出管４とが設けられている。
５は断面が略７字状のリニアモータのケーシング（以下モータケーシングという）で、シリンダの役目をする中空部５Ｐが形成される円筒状の胴部５ａを有し、例えば、図示のような断面Ｕ字状の枠体５ｂを介して下方ケーシング２にばね（図示しない）等で弾性的に固定されている。
６Ａ及び６Ｂは夫々断面コ字状の左方側の主ステータ及び右方側の主ステータで、これらの各主ステータ６Ａ及び６Ｂは電磁鋼板を積層して構成される。
７Ａ及び７Ｂは夫々板状の左方側の補助ステータ及び右方側の補助ステータで、これらの各補助ステータ７Ａ及び７Ｂも電磁鋼板を積層して構成される。
８はプラスチック材料等の非磁性材料より成るボビンで、断面コ字状で図２（Ａ）にも示すように概略４角形に抜けたドーナツ形状に形成されている。
１０は断面Ｕ字状の振動子で、この振動子１０は左方脚部１０ａに２個の板状の永久磁石１１ａ₁、１１ａ₂を設け、一方、右方脚部１０ｂにも２個の板状の永久磁石１１ｂ₁、１１ｂ₂を設けている。
なお、これらの永久磁石１１ａ₁、１１ａ₂及び１１ｂ₁、１１ｂ₂は夫々各脚部１０ａ、１０ｂに形成した磁石収納用の各切欠部１２（図２（Ｂ））に夫々の永久磁石を図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各補助ステータ７Ａ、７Ｂとの磁束通路を形成するために、巻線９に対向する長さ分だけ離して取り付ける。
この場合、各永久磁石の脚部への取り付けは、図２（Ｂ）に示すように、例えば、永久磁石１１ｂ₁を切欠部１２に嵌込んだ上で、左右の押え板１３ａ、１３ｂを当てがって各脚部１０ａ、１０ｂに取付けるようにすれば良い。
なお、各一対となる永久磁石１１ａ₁、１１ｂ₁及び１１ａ₂、１１ｂ₂の極性は図１に示すように、振動子１０の運動方向に相対し、対向する永久磁石の極性も互いに逆の極性となるようにして配置するものとする。
１３はピストンで、モータケーシング５の胴部５ａ内に形成されるシリンダの機能を有する中空部５Ｐに摺動自在に収納され、ピストン１３の基部は振動子１０の底部１０ｃの内面に取付けられる。従って、振動子１０、各一対の永久磁石１１ａ₁、１１ｂ₁及び１１ａ₂、１１ｂ₂並びにピストン１３は一体となって可動部となる。
振動子１０の駆動機構は、以下に述べる作動原理からは、これらの構成で十分であるが、少い電磁力で有効な作動を行うために、補助ばねの共振周波数を利用するのが望ましい。
この場合、補助ばね１４は、図１に示すように振動子１０の底部１０ｃとモータケーシング５の下端部間に装着し、一方、補助ばね１５は振動子１０の底部１０ｃとモータケーシング５に固定された枠体５ｂ間に装着すれば良い。
なお、これに代え、各補助ばね１４及び１５は夫々振動子１０の底部１０ｃと対向する適当な固定部に亙って装着するようにしても良い。
また、補助ばねのばね定数は、共振をおこすために適正な値に設定すれば良い。
１６は弁座板でモータケーシング５の胴部５ａ内に形成されるシリンダの機能を有する中空部５Ｐの上面を塞ぐように配置される。従って、この弁座板１６とピストン１３の間に作動ガス圧縮室１７が形成される。
１８及び１９は夫々弁座板１６に設けられた吐出孔及び吸入孔で、吐出孔１８は吐出マフラ２０に設けた連結管Ｔを介して吐出管４に連通されている。
一方、吸入孔１９も、吐出マフラ２０の対向位置に設けられる吸入マフラ（図示せず）に設けられる連結管Ｋを介して吸入管３に連通される。
なお、図示しないが、弁座板１６には吸入孔１９のシリンダ側の開口を制御する吸入弁が、また、吐出孔１８の反シリンダ側の開口を制御する吐出弁が設けられているものとする。
以上で本発明のリニア式コンプレッサが構成される。
このように、本発明のリニア式コンプレッサは次の構成上の特徴を有する。
（１）図２（Ｂ）に示すように、巻線が巻き込まれたボビンに主ステータを装着することで、巻線を容易に装着できる構成とした点。
（２）リニアモータの固定子側となるモータケーシングの胴部で形成される中空部にシリンダの機能を持たせると共に、この胴部と主ステータ間に永久磁石を備えた振動子を介して磁束通路を形成する補助ステータを配置することで、リニアモータの機能を有する構成をコンパクトにまとめた点。
【０００９】
次に、その動作を図４も参照して説明する。
巻線９に交流電流が供給されると、その電流の方向により交流磁界を発生し、図４（Ａ）に矢印で示すように、主ステータ６Ａと補助ステータ７Ａ及び主ステータ６Ｂと補助ステータ７Ｂにより形成される各磁束通路に磁束が流れるから、各ステータの歯部には図示のように異なった磁極が着磁され、各永久磁石１１ａ₁、１１ｂ₁及び１１ａ₂、１１ｂ₂の電磁吸引力によって、振動子１０は上方向に移動する。
次に、巻線９に上記とは逆方向の電流が流れると、図４（Ｂ）に矢印で示すように各ステータ６Ａ、６Ｂの歯は前とは逆極性の磁極に着磁されるから、各永久磁石１１ａ₁、１１ｂ₁及び１１ａ₂、１１ｂ₂の電磁吸引力により振動子１０を下方向に移動させ、以下同様に巻線９の交流電流の半サイクル毎に振動子１０は上下方向の移動を所定の振幅、振動数で繰り返す。
この場合、ピストン１３が下降するときは、作動ガス圧縮室１７の容積が増加し、低圧となるので吸入マフラの吸入弁（図示せず）が開き、吸入管３から連結管Ｋ及び吸入孔１９を介して、作動ガス圧縮室１７に作動ガスが吸入される。
一方、ピストン１３が上昇するときは、作動ガス圧縮室１７の容積が減少し、内部の作動ガスが圧縮されて吐出孔１８を通して吐出マフラ２０の吐出弁（図示せず）を開き、連結管Ｔを介して吐出管４に排出される。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のリニア式コンプレッサは上記のように構成されるから、次のような優れた効果を有する。
▲１▼巻線が収納されたボビンに断面コ字状の主ステータを装着するようにしたから、巻線の組入れが極めて容易となり、組み立て作業の効率が大幅に向上できる。▲２▼振動子はリニアモータの固定子側となるモータケーシングの胴部で形成される中空部にシリンダの機能を持たせると共に、この胴部と主ステータ間に振動子の脚部に配置される永久磁石を挟んで磁束通路を形成する補助ステータを配置することで、リニアモータの機能を有する構成をコンパクトにまとめたから、リニア式コンプレッサ全体の構成も簡単となり、小型化できるようになった。
▲３▼さらに、上記振動子の底部と対向する固定部に亙って共振用の補助ばねを装着すれば、補助ばねの共振を利用することにより、小容量の交流電源及び巻線で振動子の駆動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるリニア式コンプレッサの全体構成を示す縦断正面図である。
【図２】同図（Ａ）は１対の左方側及び右方側の主ステータ、１対の左方側及び右方側の補助ステータ並びにコイルボビンの組立状況を示す分解斜視図、同図（Ｂ）は右方側のリニアモータの構成である主ステータ、巻線を収納したボビン、補助ステータ及び永久磁石を有する振動子の組立状況を示す分解斜視図である。
【図３】本発明のコンプレッサの要部の組立後の構造を一部切り欠いて示した斜視図である。
【図４】本発明の振動子の作動原理を説明する要部縦断正面図で、同図（Ａ）は巻線に電流の方向が異なる一方の半サイクルの交流電流が流れたときの状態を、同図（Ｂ）は電流方向がこれと異なる他方の半サイクルの交流電流が流れたときの状態を示す。
【図５】従来のリニア式コンプレッサの構成を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
５：リニアモータのケーシング（モータケーシング）
５Ｐ：中空部
６Ａ、６Ｂ：主ステータ
７Ａ、７Ｂ：補助ステータ
８：ボビン
９：巻線
１０：振動子
１１ａ₁、１１ａ₂、１１ａ₃、１１ａ₄：永久磁石
１３：ピストン
１４、１５：補助ばね

Claims

リニア式コンプレッサの駆動源としてのリニアモータの巻線を巻き込んだ断面コ字状の非磁性体のボビンに対して断面コ字状の主ステータを装着し、この主ステータの内側に左、右の脚部に運動方向に相対し、相互に極性の異なる少なくとも１対の永久磁石を設けた断面Ｕ字状の振動子を設け、この振動子の内方に上記主ステータとで少なくとも１対の磁束通路を形成する補助ステータを設けると共に振動子の底部内方にピストンを設け、上記巻線に交流電流を供給するようにしたことを特徴とするリニア式コンプレッサ。
リニアモータのケーシングを断面７字状とし、上記ケーシングの胴部内に形成される中空部を、上記振動子に設けられるピストンが収納されるシリンダとして用いるようにした請求項１記載のリニア式コンプレッサ。
上記振動子の底部と対向する固定部に亙って共振用の補助ばねを装着するようにした請求項１記載のリニア式コンプレッサ。