CN109804162B - 线性压缩机以及搭载有线性压缩机的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高了对线性马达的驱动所产生的激振力的耐振动性的压缩机。本发明的线性压缩机(1)具备：动子(101)及定子(102)，它们沿第一方向以及作为与第一方向相反的方向的第二方向相对移动；以及逆变部(300)，其具有印刷基板(305)和经由从印刷基板(305)延伸的连接引线(306)连接至印刷基板(305)的电路元件(302、304)，印刷基板(305)沿与第一方向大致垂直的方向安装。

Description

线性压缩机以及搭载有线性压缩机的设备
技术领域
本发明涉及一种线性压缩机以及搭载有线性压缩机的设备。
背景技术
使线性马达或者搭载有线性马达的压缩机进行逆变驱动的技术为人所知。逆变电路有时配置在基板上并安装在马达或压缩机附近。
关于具备施有绕组的动子3m以及具有永磁铁3p的定子3s的线性马达3，专利文献1揭示了一种沿与动子3m的往复移动方向大致平行的方向设置的印刷基板23。印刷基板23上安装有电子零件10e。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平11-146631号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1中，印刷基板23是与动子3m的往复移动方向大致平行地加以安装。印刷基板23上设置的电子零件例如电容器和线圈通常是经由从印刷基板23沿大致垂直的方向延伸的连接引线而安装至印刷基板23。电容器和线圈具有一定程度的质量，因此，成为经由连接引线固定在印刷基板23上的摆锤一样的结构。
此处，若像专利文献1那样动子3m的往复移动方向与印刷基板23大致平行，则可以说是线性马达3的往复移动导致使摆锤晃动的方向的激振力作用于电子零件。因此，会在使连接引线断裂的方向上产生应力，所以耐振动性有改善的余地。
本发明的目的在于通过提高耐振动性来提供一种可靠性高的线性压缩机以及搭载有线性压缩机的设备。
再者，上述说明中的符号是专利文献1中使用的符号，与本说明书中使用的符号无关。
解决问题的技术手段
鉴于上述缘由而成的本发明为一种线性压缩机，其具备：动子及定子，它们沿第一方向以及作为与第一方向相反的方向的第二方向相对移动；以及逆变部，其具有印刷基板和电路元件，所述电路元件经由从该印刷基板延伸的连接引线连接至该印刷基板，所述印刷基板沿与第一方向大致垂直的方向安装。
发明的效果
根据本发明，能够提高印刷基板上安装的电路元件的耐振动性，从而提供一种可靠性高的线性压缩机以及搭载有线性压缩机的设备。
上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施方式的说明来加以明确。
附图说明
图1为实施例1的线性压缩机的剖面示意图。
图2为实施例1的逆变部的示意图。
图3为实施例1的线性压缩机的立体图。
图4为实施例2的逆变部及其附近的构成的分解图。
图5为实施例2的逆变部的主电路的电路图。
图6为对实施例3的线性压缩机的与前后方向垂直的剖面图追加有活塞的图。
图7为作为搭载有线性压缩机的设备的一例的空气悬架装置以及车辆的示意图。
图8为表示作为搭载有线性压缩机的设备的一例的冰箱的图。
具体实施方式
下面，一边参考附图，一边对本发明的实施例进行详细说明。对同样的构成要素标注同样的符号，不重复同样的说明。为了方便说明，使用相互正交的上下、前后以及左右方向等词语，但只要未事先特别言明，则重力方向并非必须朝下，也可设为上、下、左、右、前或后或者这以外的方向。
因而，上下方向与设备的安装状态下的上下方向(铅垂方向)无关。
此外，在本实施例中，以前后、左右以及上下方向分别对应于Z轴方向、X轴方向以及Y轴方向的方式设定正交坐标系。再者，如后文所述，Z轴方向是沿着动子的移动方向也就是电枢与励磁元件的相对的位移方向(往复移动方向)的方向。
此外，在以下的说明中，与印刷基板305大致垂直的方向意指与印刷基板305的基板面(零件搭载面)大致垂直的方向。
实施例1
[线性压缩机1]
图1为线性压缩机1的剖面示意图，图2为逆变部300的示意图。
线性压缩机1具有线性马达10、活塞11、弹簧构件12、马达侧散热构件13、气缸14、基板侧散热构件15、筒状壳体16及逆变部300。
(线性马达10)
线性马达10具有动子101及定子102。动子101及定子102可以沿第一方向及第二方向作相对移动。第一方向与第二方向相反，本实施例中分别为前方向及后方向。
动子101是一端连接有活塞11、另一端连接有弹簧构件12的一端的平板状的构件。在本实施例中，前侧连接有活塞11，后侧连接有弹簧构件12。此外，动子101具有沿前后方向排列在活塞11及弹簧构件12之间的永磁铁1011、1012。永磁铁1011、1012分别在上下方向上进行了磁化，且磁极互不相同。例如，可以将永磁铁1011的上端面侧设为N极，将永磁铁1012的上端面侧设为S极。动子101可以沿前后方向往复移动，伴随于此，活塞11及弹簧构件12也沿前后方向往复移动。
定子102具有铁心1021及线圈1022。线圈1022分别缠绕于各铁心1021上，并分别设置在动子101的上下侧。
即，铁心1021及线圈1022设置成与动子101的平板面相对，从而与永磁铁1011、1012的磁极面相对。线圈1022中可以流通后文叙述的逆变部300所输出的电流，通过该电流来产生磁通。线圈1022与上下方向大致垂直，可以向永磁铁1011、1012供给磁通。
铁心1021的一面与永磁铁1011、1012相对，另一面安装在马达侧散热构件13上。铁心1021例如可以由铁、电磁钢板等磁性体形成。
(活塞11及气缸14)
活塞11可以在圆筒形的气缸14的内面滑动。活塞11的后表面侧连接在动子101上，前表面侧朝向气缸14的吸入部141及排出部142侧。通过活塞11的前表面侧与气缸14围成的空间，形成可以对气体进行压缩、膨胀的压缩室14a。
制冷剂、空气等气体从未图示的吸入管自吸入部141导入至压缩室。通过活塞11朝前方向运动，气体被压缩，并经由排出部142从压缩室导出气体。
(弹簧构件12)
弹簧构件12的一端(前端)安装在动子101的另一端(后端)，另一端(后端)安装在基板侧散热构件15的一面(前表面)。弹簧构件12根据动子101的往复移动而弹性变形来积蓄或释放弹性能量。作为弹簧构件12，可以采用螺旋弹簧、板簧等公知的弹簧，也可为其他弹性体来替代弹簧。
(马达侧散热构件13)
马达侧散热构件13是铁心1021的另一面所接触的构件，例如可以由金属形成。为了提高铁心1021和线圈1022的散热效率，马达侧散热构件13优选使用像铝、铁、铜等金属那样导热性高的材料。但在重视轻量化的情况下，也可以使用高导热性树脂。具体而言，为加入有高导热填料的PPS(聚苯硫醚)树脂等。
马达侧散热构件13具有供铁心1021的另一面接触的板状部131和与板状部131为一体或不同个体的、接触板状部131及气缸14的定位部132。
如上所述，为了提高散热效率，板状部131优选使用导热性高的材料。定位部132设置在筒状壳体16的一侧(前方侧)，另一面与筒状壳体16的内侧空间相对，一面朝向气缸14侧以及筒状壳体16的外侧。因此，在定位部132与板状部131一体形成的情况下，能使热从板状部131向定位部132移动而有效地进行散热。此外，由于定位部132位于气缸14附近，因此，若以非磁性体形成定位部132，则在以磁性体形成气缸14的情况下能够抑制磁通泄漏。
(基板侧散热构件15)
基板侧散热构件15是安装在筒状壳体16的另一侧(后方侧)的金属构件。在基板侧散热构件15的一面(前表面)安装有弹簧构件12的另一端，在另一面(后表面)安装有逆变部300的印刷基板305的一面。若以金属等导热性高的材料形成基板侧散热构件15，则可以提高逆变部300的散热效率，所以较佳。
(筒状壳体16)
筒状壳体16是前表面及后表面开口的筒状的构件。基板侧散热构件15与气缸14经由马达壳体部13及筒状壳体16以机械方式相连。即，构成压缩机主体的气缸14、收容在筒状壳体16内的线性马达10、以及构成逆变部300的印刷基板305沿动子101的移动方向(前后方向)依序排列配置。
为了强化机械强度，筒状壳体16由铝等金属构成。然而，例如在定子102等马达部的发热大于逆变部300、马达壳体部13的温度上升较大的情况下，筒状壳体16较理想为由热导率比金属低的构件例如PPS树脂等形成。这是为了抑制逆变部300与马达壳体部13的热干涉。若马达部的温度上升传递至逆变部300，则逆变部300不仅会受自发热的影响，还会受马达部的发热的影响，有导致较大的温度上升的担忧。进一步地，构成逆变器的电气零件的耐热温度通常比构成马达部的构件低。因此，较理想为以热导率低的构件构成筒状壳体16，从而减少来自马达部的导热。
(逆变部300)
逆变部300具有印刷基板305、经由连接引线306安装在印刷基板305上的输入连接器301、滤波线圈302及平滑电容器304、以及安装在印刷基板305上的MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(金属氧化物半导体场效应晶体管))303。
印刷基板305的一面(前表面)安装在基板侧散热构件15的另一面，即，印刷基板305成为与前后方向大致垂直的面。并且，连接引线306沿与印刷基板305大致垂直的方向也就是大致前后方向延伸。因此，动子11的可动方向即前后方向的往复移动所产生的激振力与连接引线306的延伸方向大致平行，所以能够提高输入连接器301、滤波线圈302、平滑电容器304等电路元件和电子零件的耐振动性。
更详细而言，经由连接引线306连接到印刷基板305的电路元件和电子零件是对于上下方向或左右方向的力而言容易像图2中涂黑箭头所示那样进行摆锤那样的摆头运动的结构，但对于连接引线306的延伸方向即前后方向的力而言不易进行摆头运动。
输入连接器301是可以在后端连接输入电缆(未图示)的端子。输入电缆电性连接至市电或电池(未图示)，可以经由输入连接器301对逆变部300供给电力。若将输入电缆连接至输入连接器301，则线性马达1的振动方向与输入电缆的连接部分的延伸方向大致平行，因此能够抑制在使输入电缆断裂的方向上产生应力。
[线性压缩机1的布局]
线性压缩机1在逆变部300与定子102之间介存有弹簧构件12及基板侧散热构件15。逆变部300和定子102都是发热量相对较大的构件(零件)，但由于是夹着弹簧构件12及基板侧散热构件15而隔开的结构，因此能够抑制热干涉。
此外，在将基板侧散热构件15设为金属构件等的情况下，逆变部300的热容易从位于筒状壳体16的另一面侧的基板侧散热构件15散发掉。另一方面，在将马达侧散热构件13(板状部131，优选还有定位部132)设为金属构件等的情况下，定子102的热容易从位于筒状壳体16的一面侧的马达侧散热构件13散发掉。如此，是可以从不同构件散发逆变部300及定子102各自的热的结构，因此能够进一步提高散热性。此外，筒状壳体16的长边方向是沿着前后方向的方向，马达侧散热构件13和基板侧散热构件15分开配置在筒状壳体16的长边方向的两端部。因此，能够进一步提高散热效果。
此外，活塞11及气缸14也会因气体的压缩而产生相对较多的热，在本实施例中，这些构件隔着弹簧构件12、基板侧散热构件15及筒状壳体16位于逆变部300的相反侧，因此能够抑制对逆变部300的热干涉。
逆变部300中使用的零件的耐热温度大致为125℃至150℃，比其他构件低，因此须避免这些零件的温度上升。因此，本实施例是在不同于配置有活塞14和定子102的区段的别的区段内配置逆变部300。
[线性压缩机1的外观]
图3为线性压缩机1的立体图。线性马达10及弹簧构件12内包在由马达侧散热构件13、基板侧散热构件15及筒状壳体16大致形成的区段内。
逆变部300的侧方及后方被侧面盖306及上表面盖307包围，而且前方被基板侧散热构件15包围，从而内包在由这些构件大致形成的区段内。
如有必要，在像马达侧散热构件13、基板侧散热构件15、筒状壳体16、输入连接器301、侧面盖306及上表面盖307各方那样构成线性马达1的外壁的构件之间的接缝处使用O形圈等密封材料，由此，能够提高防水性。
此外，逆变部300的输入连接器301与侧面盖306也可通过模塑树脂等一体成型。由此，能够削减零件数量。
[线性马达10与逆变部300的空间的分离]
收纳线性马达10的空间与收纳逆变部300的空间被基板侧散热构件15等分区而分开。因此，通过将基板侧散热构件15设为金属，能够屏蔽线性马达10产生的漏磁通作为电磁噪声闯入至逆变电路300。即，能够抑制因线性马达10的漏磁通而导致逆变部300进行误动作。
实施例2
除了下述内容以外，实施例2的构成可以与实施例1相同。
图4为逆变部300及其附近的构成的分解图，图5为逆变部300的主电路200的电路图。逆变部300具有控制电路部，所述控制电路部具有主电路200和控制电路320，所述主电路200设置在印刷基板305上，进行将直流电转换为交流电的电力转换，所述控制电路320配置在控制电路基板320A上，对主电路200进行控制。
在本实施例中，分开构成印刷基板305和控制电路基板320A而设为层叠结构。通过设为这种层叠结构，可以在有限的空间中构成逆变电路。主电路200中安装有输入端子201、202、输出端子203、204、滤波电容器205、滤波线圈206、平滑电容器207、分流电阻208、电源继电器209、210以及MOSFET 211-214。
控制电路基板320上安装有用于驱动主电路311的MOSFET211-214的驱动器、生成指令脉冲的微电脑、低电压调节器等IC。
印刷基板305上安装的MOSFET、电解电容器等为发热零件，出于耐热性和寿命的观点，需要冷却。因此，例如在印刷基板305与基板侧散热构件15之间设置散热片而使热从印刷基板305散逸至基板侧散热构件15，由此，能够降低MOSFET、电解电容器等的温度上升。更优选在印刷基板305上的发热零件周边设置散热通孔而降低基板上表面部到基板下表面部的热阻，这对于温度降低比较有效。
主电路200中，对输入端子(电池侧端子)201、202输入DC电压，通过构成全桥的MOSFET 211-214的开关动作对输出端子(马达侧端子)203、204输出交流电压。为了抑制伴随MOSFET 211-214的开关动作而来的电池侧端子201、202的DC电压变动，在MOSFET 211-214的输入侧设置平滑电容器207。此外，为了检测输出电流，在平滑电容器207与MOSFET211-214之间设置分流电阻208。在平滑电容器207的输入侧连接有构成噪声滤波器的常规线圈206和滤波电容器205，并且，在输入侧配备有构成电源继电器的MOSFET 209、210。
实施例3
除了以下内容以外，实施例3的构成可以与实施例1或2相同。
图6为对本实施例的线性压缩机1的与前后方向垂直的剖面图追加有活塞11的图(绕组1022等未图示)。线性压缩机1具有安装在动子101上的引导件1014以及供引导件1014滑动的引导件支承部1023。
引导件1014嵌合在板状的动子101的左右方向端部，呈可以在动子101的相反侧在与引导件支承部1023之间具有空隙1015的形状。引导件支承部1023当中，引导件1014及空隙1015所占的区域在轴向视角下呈大致圆形状。空隙1015呈沿与动子101大致垂直的方向对引导件1014进行切割而成的形状。
[搭载有线性压缩机1的设备]
搭载线性压缩机1的设备可以设为使用压缩机的各种公知设备，例如可以设为汽车中搭载的空气悬架、搭载制冷循环的冰箱或空调设备、汲取井水等液体的泵、对空气等气体进行压缩的空气压缩机或气体压缩机等。下面，对将线性压缩机1运用于空气悬架及冰箱的例子进行说明。
(空气悬架装置3004)
图6为表示搭载有空气悬架装置3004的车辆3001的图，该空气悬架装置3004是作为搭载有线性压缩机1的设备的一例。在本实施例中，列举在四轮汽车等车辆中搭载有车辆用空气悬架的情况为例来进行说明。
车体3002构成车辆3001的车身。在车体3002的下侧设置有由左右前轮和左右后轮构成的合计4个车轮3003。空气悬架装置3004具备分别设置在车体3002与各车轮3003之间的4个空气弹簧3005、空气压缩机3006、阀门单元3008以及控制器3011。于是，空气悬架装置3004通过从线性压缩机3006对各空气弹簧3005供给、排出压缩空气来进行车高调整。
在本实施例中，采用上述实施例的线性压缩机1作为空气压缩机3006。空气压缩机3006通过给排管路(管道)3007连接到阀门单元3008。阀门单元3008中设置有针对各车轮3003设置的、由电磁阀构成的4个进排气阀门3008a。在阀门单元3008与各车轮3003的空气弹簧3005之间设置有分支管路(管道)3009。空气弹簧3005经由分支管路3009、阀门3008a及进排气管路3007连接至空气压缩机3006。于是，阀门单元3008根据来自控制器3011的信号使进排气阀门3008a开阀、闭阀，由此对各空气弹簧3005供给、排出压缩空气而进行车高调整。
在本实施例中，由于可以提高逆变部300的耐振动性，而且可以提高散热性，因此，可以在车辆的严酷环境下提高空气压缩机3006及空气悬架装置3004的可靠性。
(冰箱2001)
图7为表示作为搭载有线性压缩机1的设备的一例的冰箱2001的图。冰箱2001在冷藏室2002的前表面侧配备有左右分割的左右对开的冷藏室门2002a，在制冰室2003、上层冷冻室2004、下层冷冻室2005及蔬菜室2006的前表面侧分别配备有抽屉式的制冰室门2003a、上层冷冻室门2004a、下层冷冻室门2005a、蔬菜室门2006a。
在蔬菜室2006的背面侧设置有机械室2020，在机械室2020内配置有压缩机2024。此外，在制冰室2003、上层冷冻室2004及下层冷冻室2005的背面侧设置有蒸发器室2008，在蒸发器室2008内设置有蒸发器2007。在冰箱2001中，除了压缩机2024及蒸发器2007以外还有未图示的散热器、作为减压机构的毛细管以及三通阀等由制冷剂管道连接在一起，形成制冷循环2030。
在本实施例中，采用上述实施例的线性压缩机1作为构成冰箱2001的制冷循环2030的压缩机2024。由此，能够提高逆变部300的耐振动性，而且能够提高散热性，因此能够提供一种可靠性高的冰箱。
[其他技术思想]
本申请包含以下技术思想。
一种线性压缩机，其具有：筒状壳体，所述筒状壳体在内侧具有设置有绕组的定子；基板侧散热构件，所述基板侧散热构件的一面与该筒状壳体的一端侧相对；以及活塞及气缸，它们设置在该筒状壳体的另一端侧，在所述基板侧散热构件的另一面设置有逆变部。
再者，本发明包含各种变形例，并不限定于上述各实施例。例如，上述实施例是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，并非一定限定于具备所有构成。此外，可以将某一实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成，此外，也可以对某一实施例的构成加入其他实施例的构成。此外，可以对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
符号说明
1…线性压缩机，10…线性马达，101…动子，1011、1012…永磁铁(硬磁性体)，1013…磁铁支承部，1014…引导件，102…定子，1021…铁心(软磁性体)，1022…线圈(绕组)，1023…引导件支承部，11…活塞，12…弹簧构件(弹性体)，13…马达侧散热构件，131…板状部，132…定位部，14…气缸，141…吸入部，142…排出部，15…基板侧散热构件，201、202…输入端子(电池侧端子)，203、204…输出端子(马达侧端子)，205…滤波电容器，206…滤波线圈(常规线圈)，207…平滑电容器，208…电流检测电阻(分流电阻)，209、210…MOSFET(电源继电器)，211、212、213、214…MOSFET(全桥用)，300…逆变部，301…输入连接器，302…滤波线圈(常规线圈)，303…MOSFET，304…平滑电容器，305…印刷基板，306…侧面盖，307…上表面盖，310…主电路基板，311…主电路，320…控制电路，320A…控制电路基板，2001…冰箱，2020…机械室，2024…压缩机，2030…制冷循环，3001…车辆，3002…车体，3003…车轮，3004…空气悬架，3005…空气弹簧，3006…空气压缩机，3008…阀门单元，3011…控制器。

Claims (9)

1.一种线性压缩机，其特征在于，其具备：
动子及定子，它们沿第一方向以及作为与第一方向相反的方向的第二方向相对移动；以及
逆变部，其具有印刷基板和电路元件，所述电路元件经由从该印刷基板延伸的连接引线连接至该印刷基板，
所述印刷基板沿与第一方向大致垂直的方向安装，
所述印刷基板的一面安装在基板侧散热构件上，
所述动子在另一端连接有弹性体的一端，
所述弹性体的另一端连接在所述基板侧散热构件上，
所述弹性体及所述基板侧散热构件位于所述印刷基板及所述动子之间。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，
所述动子在一端连接有活塞，
该线性压缩机具有气缸，所述活塞与所述气缸的内表面滑动接触，
所述印刷基板位于所述动子的另一端侧。
3.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，
在所述动子的一端及另一端之间的区域内具有定子，所述定子具有缠绕有绕组的铁心，
该线性压缩机具有接触所述铁心的马达侧散热构件。
4.根据权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于，
在所述动子的一端及另一端之间的区域内具有定子，所述定子具有缠绕有绕组的铁心，
该线性压缩机具有接触所述铁心的马达侧散热构件。
5.根据权利要求3所述的线性压缩机，其特征在于，
具有筒状壳体，
所述基板侧散热构件位于所述筒状壳体的另一端侧，
所述马达侧散热构件位于所述筒状壳体的一端侧。
6.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，
具有筒状壳体，
所述基板侧散热构件位于所述筒状壳体的另一端侧，
所述马达侧散热构件位于所述筒状壳体的一端侧。
7.根据权利要求6所述的线性压缩机，其特征在于，
所述马达侧散热构件具有接触所述铁心的板状部以及与该板状部为一体或不同个体的、接触所述气缸的定位部。
8.根据权利要求7所述的线性压缩机，其特征在于，
所述定位部、所述筒状壳体及所述基板侧散热构件大致形成将所述动子及所述定子内包的空间，
所述逆变部位于该空间的外侧。
9.一种搭载有线性压缩机的设备，其特征在于，
搭载有根据权利要求1至8中任一项所述的线性压缩机。
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