CN100371591C

CN100371591C - 线性压缩机

Info

Publication number: CN100371591C
Application number: CNB031560067A
Authority: CN
Inventors: 寺床圭一郎; 苅谷良一; 赤泽辉行
Original assignee: SHINQUE CO Ltd; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: SHINQUE CO Ltd; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-08-28
Also published as: KR100944738B1; JP4112313B2; JP2004084614A; KR20040019921A; CN1488856A

Abstract

本发明提供一种能够尽可能地减小由盘簧施加给活塞的加载力之中的横向力的线性压缩机。夹着与活塞连动的台座地将第一和第二盘簧分别配置在轴向方向的一侧和另一侧上。该第一和第二盘簧的卷绕方向互不相同。

Description

线性压缩机

技术领域

本发明涉及一种线性压缩机，该线性压缩机利用线性马达使以形成压缩室的方式可自由往复运动地配置在气缸中央孔中的活塞做往复运动，由此进行流体的吸入、压缩、排出。

背景技术

以往公知的线性压缩机具备：具有形成有中央孔的筒部的缸体、以划分出压缩室的方式可沿轴向方向自由滑动地插入到该气缸的中央孔内的活塞、以及使该活塞往复运动的线性马达，通过使活塞往复运动来吸入、压缩、排出流体。

以往的线性压缩机，进一步具备：与前述活塞连动的台座、夹着该台座沿同一轴线地分别配置在轴向方向的一侧和另一侧上的第一和第二盘簧。

为了使由活塞及台座等构成的可动部做共振运动，前述第一和第二盘簧被构成为对台座向使前述压缩室压缩的第一方向及使之扩张的第二方向加载。即，当前述活塞向使该压缩室压缩的第一方向往动完成时，除了由线性马达产生的向第二方向的推动力之外，还利用被压缩的第二盘簧的加载力使该活塞向第二方向做复动。而且，当使前述活塞向使该压缩室扩张的第二方向往动完成时，除了由线性马达产生的向第一方向的推动力之外，还利用被压缩的第一盘簧的加载力使该活塞向第一方向做复动。

这样，前述第一和第二盘簧是用于提供使活塞沿轴向方向往复运动时的轴向推动力而被构成的。

即，从第一和第二盘簧向活塞施加的推动力优选尽可能地沿着轴向方向，但是在现有的线性压缩机中没有充分考虑这一点。

发明内容

本发明鉴于前述现有技术的情况，其一目的在于，提供一种能够使从第一和第二盘簧向活塞施加的加载力尽可能沿着轴向方向的线性压缩机。

本发明为了实现前述目的，提供一种线性压缩机，该压缩机具备：具有形成有中央孔的筒部的缸体；以划分出压缩室的方式可沿轴向方向自由滑动地插入到该缸体的中央孔内的活塞；与该活塞连动的台座；夹着该台座沿同一轴线地分别配置在轴向方向的一侧和另一侧、沿着使前述压缩室压缩的第一方向和使前述压缩室扩张的第二方向对该台座加载的第一和第二盘簧；以及使前述台座向第一方向和第二方向往复运动的线性马达；前述第一和第二盘簧被形成为在前述线性马达不工作时可以产生各自的加载力的状态，该第一和第二盘簧的卷绕方向互不相同。

另外，本发明为了实现前述目的，提供一种线性压缩机，该线性压缩机具备：具有形成有中央孔的筒部的缸体；以划分出压缩室的方式可沿轴向方向自由滑动地插入到该缸体的中央孔内的活塞；与该活塞连动的台座；夹着该台座沿同一轴线地分别配置在轴向方向的一侧和另一侧、沿着使前述压缩室压缩的第一方向和使前述压缩室扩张的第二方向对该台座加载的第一和第二盘簧；以及使前述台座向第一方向和第二方向往复运动的线性马达；前述第一和第二盘簧被形成为在前述线性马达不工作时可以产生其各自的加载力的状态，该第一和第二盘簧的卷绕方向相同，该第一和第二盘簧，夹着前述台座的相互对向的末端被配置在绕轴线周围-58°～+125°的范围内。

优选地，前述第一和第二盘簧中的至少一端部，外插到设置在支撑该至少一端部的部件上的锥形凸部上。该锥形凸部的基端直径比所外插的盘簧的内径大，并且其顶端直径比该盘簧的内径小。

优选地，前述第一和第二盘簧的至少一端部，内插到设置在支撑该至少一端部的部件上的锥形凹部中。该锥形凹部的基端直径比所内插的盘簧的外径小，并且其顶端直径比该盘簧的外径大。

更优选地，前述第一或第二盘簧的至少一端部的安装定位圈面，经由沿轴线周围配置的多个销不能相对旋转地连接到与该安装定位圈面接触的部件上。

附图说明

图1是本发明一个实施形式的线性压缩机的示意剖视图。

图2是模拟图1所示线性压缩机的实验装置的示意剖视图。

图3是表示用图2所示实验装置进行的实验结果的曲线图，表示末端位置和台座倾斜角度的关系。

图4是以图1所示线性压缩机为模型的有限元法的解析模型图。

图5是表示由以图1所示线性压缩机为模型的根据有限元法获得的解析结果的曲线图，表示末端位置和活塞侧部载荷(横向力)的关系。

图6是表示对图1所示的线性压缩机、以第一和第二盘簧卷绕方向相同的线性压缩机为模型、根据有限元法所获得的解析结果的曲线图，表示各末端位置中的挠曲和活塞侧部载荷(横向力)的关系。

图7(a)及(b)表示本发明另一实施形式的线性压缩机的示意剖视图。

标号说明

1 线性压缩机 10 缸体

11 筒部 11a 中央孔

20 活塞 30 台座

40 第一盘簧 50 第二盘簧

60 线性马达

具体实施方式

实施形式1.

以下，参照附图对本发明的实施形式1的线性压缩机进行说明。

图1是本发明实施形式的线性压缩机1的示意剖视图。

如图1所示，本实施形式的线性压缩机1具备：具有形成有中央孔11a的筒部11的缸体10；以划分出压缩室P的方式可沿轴向方向自由滑动地插入到该缸体10的中央孔11a内的活塞20；与该活塞20连动的台座30；夹着该台座30沿同一轴线地分别配置在轴向方向的一侧和另一侧的第一和第二盘簧40、50；以及使前述台座30往复运动的线性马达60。

前述缸体10，除了前述筒部11之外，还配有从该筒部11向径向外侧方向延伸的凸缘部12。

另外，在该缸体10的轴向方向的另一个面(图1中的右侧面)上，固定有由覆盖中央孔11a和前述活塞20所划分出的前述压缩室P的端盖部(图示省略)。在该端盖部上配有使流体进出前述压缩室P的吸入阀和排出阀等。

前述线性马达60具备：不能相对移动地固定于前述缸体10上的固定部61，以及为了使前述活塞20相对于前述缸体10往复运动、被连接到该活塞20上的可动部65。

具体而言，前述固定部61配有：以从前述缸体10的凸缘部12向轴向方向的一侧(图1中为左侧)延伸的方式连接到该凸缘部12上的周壁部件61a，和支撑在该周壁部61a上的线圈部件61b。

前述可动部65具备连接到前述台座上的永磁铁65a。

在本实施形式中，前述可动部65具备支撑部件66，该支撑部件66包括从前述台座30向轴向方向的一侧延伸的小筒部66a、从该小筒部66a向径向外侧方向延伸的凸缘部66b、以及从该凸缘部66b的径向外端部向轴向的另一侧延伸的大筒部66c，前述永磁铁65a被安装在该支撑部件66的大筒部66c上。

在本实施形式中，线性压缩机1进一步具备盖部件70，该盖部件70被连接到前述周壁部件61a上，以与前述缸体10及前述线性马达60的固定部61中的周壁部件61a共同作用，划分出前述活塞20、台座30、第一和第二盘簧40、50的容纳空间。

具体而言，前述盖部件70具有：连接到前述周壁部件61a的轴向方向一端部上的周壁部71、以及围绕该周壁部71的轴向方向另一端的端壁部72。

前述第一盘簧40被前述盖部件70的端壁部72和前述台座30所夹持。

另一方面，前述第二盘簧50被前述缸体10的凸缘部12和前述台座30所夹持。

更具体而言，前述第一和第二盘簧40、50，在前述线性马达60不工作时(即，在台座30位于中间位置的情况下)，处于可以产生其预定的加载力的状态。

更优选地，在前述端壁部72及台座30的对向面(第一盘簧40的支撑面)上，可以设置被前述第一盘簧40所外插的凸部80。

同样，在前述台座30的与前述凸缘10的对向面(第二盘簧50的支撑面)上，可以设置被前述第二盘簧50所外插的凸部81。另外，在本实施形式中，第二盘簧50的轴向方向另一端部外插于前述缸体10的筒部11上。

由于具备这种结构，所以能够有效地将前述第一和第二盘簧40、50配置在同心上。

在此，本发明人提出这样的假设，即，在这种结构的线性压缩机1中，通过使前述第一和第二盘簧40、50的卷绕方向不同，可以减小加载在前述台座30上的横向力。

在此，本发明人应用图2所示的实验装置进行实验。

实验条件如下。

即，作为第一盘簧40，使用材质为弹簧钢、线径7.1mm、卷绕内径20.2mm、有效圈数6.1、安装定位圈数各一个、卷绕角度9°、自然长度72.4mm的右旋盘簧。

作为第二盘簧50，使用材质为弹簧钢、线径6mm、卷绕内径25mm、有效圈数4.1、安装定位圈数各一个、卷绕角度9°、自然长度66mm的右旋盘簧。

然后，利用该第一和第二盘簧40、50夹持厚度为7.5mm的台座30。另外，设定前述第一和第二盘簧40、50，以使在中间状态(图2中的位移为零的状态)时，分别以规定的压缩状态(第一盘簧40的压缩量为10.65mm、第二盘簧50的压缩量为10.65mm)夹持前述台座30。

在这种条件下，使前述第一和第二盘簧40、50的末端位置变化成为0°、90°、180°、270°，并利用刻度盘式指示器测定各状态下的台座倾斜度。将测定结果表示在图3中。

另外，所谓前述第一和第二盘簧40、50的末端位置，是表示在各盘簧的对向端部的末端的周向方向分离角度。即，末端位置0°表示第一和第二盘簧的各末端处于周向方向的同一位置上，末端位置90°、180°、270°分别表示第一和第二盘簧的各末端在盘簧卷绕方向上分离开90°、180°、270°。

作为比较实验，进行对第一和第二盘簧两者均采用右旋盘簧的实验。其它条件与前述实验相同。将该比较实验的结果一并表示在图3中。

另外，卷绕方向相同的盘簧中的末端位置仍表示向各盘簧中末端的卷绕方向的分离角度。

如图3所示，在第一和第二盘簧40、50的卷绕方向不同的情况下，与卷绕方向相同的情况相比，在该第一和第二盘簧40、50的所有末端位置上，台座倾斜角度均减小。

从前述台座倾斜角度与由第一和第二盘簧加载给台座的横向力成比例的角度考虑，可以判断出前述假设是正确的。

这样，在本实施形式的线性压缩机1中，通过使第一和第二盘簧40、50的卷绕方向不同，可以使加载在台座30上的横向力减小。从而，可以使活塞20稳定地沿轴向方向往复运动，可以提高线性压缩机的机械效率。

实施形式2.

其次，对本发明实施形式2的线性压缩机进行说明。

根据本实施形式的线性压缩机，除了使第一和第二盘簧40、50的卷绕方向相同、以及使第一和第二盘簧40、50的对向端部中的末端位置特定这两点之外，其它与前述实施形式1的线性压缩机相同。

因而，在本实施形式中，除了与前述实施形式1的不同点之外，省略其详细说明。

如前面所述，在本实施形式的线性压缩机中，第一和第二盘簧40、50的卷绕方向相同。

如在前述实施形式1所做的说明那样，在第一和第二盘簧40、50的卷绕方向相同的情况下，与该第一和第二盘簧的卷绕方向不同的情况相比，加载在前述台座30上的横向力增大，但是，本发明人又提出了如下假设，即，通过将末端位置设定在特定的范围内，可以减小加载在该台座30上的横向力。

因此，本发明人以图1所示形态的线性压缩机为模型，利用有限元法对“末端位置-活塞侧部载荷(横向力)进行了解析。

在图4中表示该解析模型。

另外，对于第一和第二盘簧40、50，利用图2所示的实验装置进行相同的实验。

另外，台座30和第一及第二盘簧40、50之间的连接部，由不会因为外力而产生挠曲的刚性体制成。这是因为若该连接部为弹性体，则横向力会被该连接部吸收。

另外，对于第一和第二盘簧40、50、活塞20以及台座30，由于必须在三维空间中的特定下来，所以由细小六面体的块集合体、即实体(solid体)制成。

将该解析结果表示在图5中。

如图5所示，在末端位置为302°(-58°)～125°的范围内，活塞侧部载荷在50N以下，不需要向活塞和缸体的滑动接触面提供润滑油。

进而，由图5可知，在末端位置为0°～90°的范围内，活塞侧部载荷相对于末端位置的增加比例非常低。

由该结果可知，在第一和第二盘簧卷绕方向相同的情况下，对向端部的末端位置优选设定为-58°～125°，进而，更优选设定为0°～90°。

另外，所谓末端位置为“-(负)”，是表示沿着与各盘簧的末端卷绕方向相反的方向分离开(即，末端重叠)。因此，末端位置302°和末端位置-58°同义。

进而，对第一和第二盘簧40、50卷绕方向相同、且末端位置为0°、90°、180°、270°的情况下的“挠曲量-活塞侧部载荷”的关系进行了利用有限元法的解析。

将该解析结果表示在图6中。

另外，解析条件与图5中的解析相同。

另外，所谓挠曲量是表示从中间位置起压缩第一盘簧的量。

如图6所示，即使在使第一和第二盘簧40、50的挠曲量变化的情况下，在末端位置为0°及90°的情况下，与180°及270°的情况相比，活塞侧部载荷明显减小。

另外，在前述实施形式1和实施形式2中，如前面所述，第一和第二盘簧40、50是以简单地外插在对应的凸部80、81以及缸体10的筒部11上的方式构成的，但是，除此以外，还可以具有如图7所示的结构。

即，可以经由沿盘簧的轴线周围配置的多个销90、使第一和/或第二盘簧40、50的安装定位圈面、和与该安装定位圈面触接的部件不能相对旋转地连接起来。

通过配置这种结构，可以防止第一和/或第二盘簧40、50绕轴线转动，可以有效地将盘簧的末端位置保持在设定位置上。

进而，被盘簧40、50外插的前述凸部80、81，可以形成基端直径比所外插的盘簧的内径大、且其顶端直径比该盘簧的内径小的锥形凸部80’(图7(b))。

通过配备这种锥形凸部80’，可以有效地防止盘簧的轴线位置的偏离。

另外，代替前述凸部80、80’，可以配置内插对应的盘簧的凹部81”。

更优选地，该凹部81”，可以形成基端直径比所内插的盘簧外径小、且顶端直径比该盘簧外径大的锥形凹部(图7(b))，借此，可以有效地防止盘簧的轴线位置的偏离。

如上所述，根据本发明一形式的线性压缩机，由于使夹着台座地配置在轴向方向一侧和另一侧上的盘簧的卷绕方向不同，所以可以有效地减小加载在该台座上的横向力。

从而，可以有效地使活塞沿轴向方向往复运动，可以提高线性压缩机的机械效率。

另外，根据本发明另一形式的线性压缩机，在夹着台座地配置在轴向方向一侧和另一侧上的盘簧的卷绕方向相同的情况下，由于将该盘簧的末端配置在-58°～+125°的范围内，所以可以有效地减小加载在该台座上的横向力。

因而，可以有效地使活塞沿轴向方向往复运动，可以提高线性压缩机的机械效率。

Claims

1.一种线性压缩机，具备：具有形成有中央孔的筒部的缸体；以划分出压缩室的方式可沿轴向方向自由滑动地插入到该缸体的中央孔内的活塞；与该活塞连动的台座；夹着该台座沿同一轴线地分别配置在轴向方向的一侧和另一侧、沿着使前述压缩室压缩的第一方向和使前述压缩室扩张的第二方向对该台座加载的第一和第二盘簧；以及使前述台座向第一方向和第二方向往复运动的线性马达；前述第一和第二盘簧被形成为在前述线性马达不工作时可以产生其各自的加载力的状态，该第一和第二盘簧的螺旋方向互不相同，其特征在于，前述第一或第二盘簧的至少一端部的安装定位圈面，经由沿轴线周围配置的多个销不能相对旋转地连接到与该安装定位圈面触接的部件上。

2.如权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，前述第一和第二盘簧中的至少一端部，外插到设置在支撑该至少一端部的部件上的锥形凸部上，该锥形凸部的基端直径比所外插的盘簧的内径大，且其顶端直径比该盘簧的内径小。

3.如权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，前述第一和第二盘簧的至少一端部，内插到设置在支撑该至少一端部的部件上的锥形凹部中，该锥形凹部的基端直径比所内插的盘簧的外径小，且其顶端直径比该盘簧的外径大。