CN1243914C - 线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明的线性压缩机，具备压缩机构部和线性马达，线性马达具有可动部和固定部，该可动部给予前述活塞往复驱动力，该固定部固定在前述汽缸上形成前述可动部的往复经路；压缩机构部和线性马达被区分成活塞侧机构部件和汽缸侧机构部件，活塞侧机构部件包括活塞和可动部，由与活塞和可动部共同可动的其他的机构部件构成，汽缸侧机构部件包括汽缸和固定部，由固定在汽缸或者固定部上的其他的机构部件构成；其特征在于，通过第1弹性部件将前述汽缸侧机构部件弹性支撑在前述密闭容器上，通过一端支撑在前述密闭容器上的第2弹性部件给予前述活塞侧机构部件往复轴线方向的力。

Description

线性压缩机

技术领域

本发明涉及通过线性马达使汽缸内的活塞往复运动而吸入、压缩、吐出气体的线性压缩机。

背景技术

在冷冻循环中，据称以R22为代表的HCFC系致冷剂由于其物性的稳定性破坏臭氧层。还有，近年中作为HCFC系致冷剂的替代致冷剂利用HFC系致冷剂，这种HFC系致冷剂具有促进温暖化现象的性质。因此，最近开始采用不给臭氧层的破坏或温暖化现象带来大的影响的HC系致冷剂等的自然致冷剂。例如，HC系致冷剂由于其可燃性从确保安全性的方面来看必须防止爆炸或着火，因此，要求致冷剂的使用量尽量地少。另外致冷剂自身没有润滑性，而且具有容易溶解在润滑剂中的性质。因此，在使用HC系致冷剂的情况下，无油或者少油的压缩机变得有效。一方面，由于线性压缩机向与活塞的轴线正交的方向的载荷小滑动面压力小，如果与以往很多被利用的往复式压缩机、回转式压缩机、涡旋压缩机比较无油化作为容易实现的类型的压缩机被公知。

但是，这种线性压缩机由于活塞的往复运动的振动传播成为很大的问题。以往，采用将压缩机构部弹性地悬架在密闭容器的内部来抑制振动的方式很多，难于达成充分的低振动化。再有，也采用使2个活塞对置谋求低振动化的方法，但是需要非常复杂的对应。

本发明是鉴于以上的情况，在密闭容器内，为了使活塞和压缩机构部反相位地运动配置支撑驱动弹簧和压缩机构部的弹性支撑部件，从而使密闭容器的振动消除，其目的在于提供一种低振动的线性压缩机。

发明内容

第1技术方案所述的本发明的线性压缩机，在密闭容器内具备压缩机构部和线性马达，前述压缩机构部具有汽缸和可往复运动在前述汽缸内的活塞；前述线性马达具有可动部和固定部，该可动部给予前述活塞往复驱动力，该固定部固定在前述汽缸上形成前述可动部的往复经路；前述压缩机构部和前述线性马达被区分成活塞侧机构部件和汽缸侧机构部件，前述活塞侧机构部件包括前述活塞和前述可动部，由与前述活塞及前述可动部共同可动的其他的机构部件构成，前述汽缸侧机构部件包括前述汽缸和前述固定部，由固定在前述汽缸或者前述固定部上的其他的机构部件构成；其特征在于，通过第1弹性部件将前述汽缸侧机构部件弹性支撑在前述密闭容器上，通过一端支撑在前述密闭容器上的第2弹性部件给予前述活塞侧机构部件往复轴线方向的力。

第2技术方案所述的本发明，是在第1技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，前述第1弹性部件和前述第2弹性部件分别由弹簧部件构成，前述第1弹性部件和前述第2弹性部件的振动方向成同一方向地设置。

第3技术方案所述的本发明，是在第2技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，将前述活塞侧机构部件的质量设为Mp，前述汽缸侧机构部件的质量设为Mm，前述第1弹性部件的弹簧常数设为k1，前述第2弹性部件的弹簧常数设为k2，大致Mp×k1＝Mm×k2的关系成立地构成。

第4技术方案所述的本发明，是在第2技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，将前述第1弹性部件作成形成为板状的多个板簧。

第5技术方案所述的本发明，是在第4技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，前述第1弹性部件由组合分别作成大致C形状的一对的板簧而构成，将前述第2弹性部件作成螺旋弹簧，在前述第1弹性部件的中央空间部配置前述第2弹性部件。

第6技术方案所述的本发明，是在第2技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，将前述第1弹性部件作成直到一定的位移可得到线性、在之后弹簧的刚性急剧变高的非线性弹簧。

第7技术方案所述的本发明，是在第6技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，将前述第1弹性部件作成螺旋弹簧。

第8技术方案所述的本发明，是在第6技术方案所述的线性压缩机中，其特征在于，将前述第1弹性部件作成重叠板簧。

第9技术方案所述的本发明，是在第1至第8技术方案中所述的线性压缩机中，其特征在于，使用以二氧化碳作为主要成分的致冷剂运转。

附图说明

图1是表示根据本发明的一个实施例的线性压缩机的全体构成的侧剖面图。

图2是图1所示的根据A-A线的剖面图。

图3是表示本发明的一个实施例的线性压缩机的弹簧·质量模型图。

图4是表示根据本发明的其他实施例的线性压缩机的全体构成的侧剖面图。

图5是表示本发明的一个实施例的圆锥螺旋弹簧的载荷特性。

图6是表示根据本发明的其他实施例的线性压缩机的全体构成的剖面图。

具体实施方式

本发明的第1实施形态中的线性压缩机是通过第1弹性部件将汽缸侧机构部件弹性支撑在密闭容器上，通过一端支撑在前述密闭容器上的第2弹性部件给予前述活塞侧机构部件往复轴线方向的力。根据这种构成，由于活塞侧机构部件的振幅与汽缸侧机构部件的振幅成为异相位，密闭容器的振动变小。

本发明的第2实施形态是，在根据第1实施形态的线性压缩机中，第1弹性部件和第2弹性部件分别由弹簧部件构成，第1弹性部件和第2弹性部件的振动方向成同一方向地设置。根据这种构成，活塞侧机构部件的振幅与汽缸侧机构部件的振幅成为反相位，传导至密闭容器的振动被抵消。因此，与第1实施形态相比，可以得到振动更小的线性压缩机。

本发明的第3实施形态是，在根据第2实施形态的线性压缩机中，将活塞侧机构部件的质量设为Mp，汽缸侧机构部件的质量设为Mm，第1弹性部件的弹簧常数设为k1，第2弹性部件的弹簧常数设为k2，大致Mp×k1＝Mm×k2的关系成立地构成。据此，密闭容器的振动位移几乎为0，可以得到几乎没有振动的线性压缩机。

本发明的第4实施形态是，在根据第2实施形态的线性压缩机中，将第1弹性部件作成形成为板状的多个板簧。由于板簧与螺旋弹簧相比抗横载荷能力强，即使对压缩机施加各种外力也能够得到高的信赖性。

本发明的第5实施形态是，在根据第4实施形态的线性压缩机中，第1弹性部件由组合分别作成大致C形状的一对的板簧而构成，将第2弹性部件作成螺旋弹簧，在第1弹性部件的中央空间部配置第2弹性部件。据此，可以谋求压缩机长度方向的小型化。

本发明的第6实施形态是，在根据第2实施形态的线性压缩机中，将第1弹性部件作成直到一定的位移可得到线性、在之后弹簧的刚性急剧变高的非线性弹簧。即使作用与密闭容器内的机构部件具有的共振周波数一致的非常大的外力，由于第1弹性部件一旦到达一定的位移机构部件的共振周波数错位至高的部分，回避机构部件的共振破坏。

本发明的第7实施形态是，在根据第6实施形态的线性压缩机中，将第1弹性部件作成螺旋弹簧。由于非线性弹簧由容易制造的螺旋弹簧构成，可以实现相对的低成本化。

本发明的第8实施形态是，在根据第6实施形态的线性压缩机中，将第1弹性部件作成重叠板簧。通过将非线性弹簧作成在轴向上紧凑的重叠板簧，使压缩机的长度方向的小型化成为可能。

本发明的第9实施形态是，在根据第1-8的实施形态的线性压缩机中，使用以二氧化碳作为主要成分的致冷剂。除了第1-11的实施形态的效果，由于线性压缩机向与活塞的轴线正交方向的载荷小滑动面压力小，在做为高压差致冷剂润滑严格的CO₂致冷剂的运转下，与其他方式的压缩机相比效率非常高，可以得到高信赖性。

(实施例)

以下根据图面，说明本发明的线性压缩机的实施例。

图1是表示本发明的一个实施例的线性压缩机的全体构成的侧剖面图。图2是根据图1所示A-A线的剖面图，图3表示本发明的一个实施例线性压缩机的弹簧·质量模型。

首先，根据图1说明本实施例中的线性压缩机的全体构造。这种线性压缩机在密闭容器100内具有压缩机构部和线性马达140。

压缩机构部具有汽缸110和活塞120，该活塞120在该汽缸110中沿其轴线方向可自如往复运动地被支撑。汽缸110由平坦的凸缘部111与圆筒部112一体地形成的构件构成，该圆筒部112从该凸缘部111的中心向一端侧突出。另外，在圆筒部112的内周面上形成活塞120对接的滑动面。

活塞120在汽缸110的滑动面上可自如往复地被支撑，在与压缩室151相反的端部上形成圆筒部121，在圆筒部121的端面形成凸缘部123而构成。

线性马达140由可动部141及固定部142构成。

线性马达140的固定部142由内轭145及外轭146构成。内轭145由圆筒体构成，配置在汽缸110的圆筒部112的外周部上，固定在汽缸凸缘部111上。一方面，外轭146是由覆盖内轭145的圆筒体构成，被固定在汽缸110的凸缘部111上。另外，在外轭146与内轭145的外周面之间形成小空间的往复经路148。还有，在外轭146的内部收纳着线圈147与省略图示的电源部连结。

线性马达140的可动部141由永久磁铁143和保持该磁铁的圆筒保持部件144构成。该圆筒保持部件144被可往复运动地收纳在往复经路148内，与活塞120的凸缘部123连结。另外，永久磁铁143被配置在与线圈147相对峙的位置，在其间形成一定的微小间隙。为了遍及圆周的全部领域地均等地保持该微小间隙，内轭145与外轭146配置成同心圆状。

顶盖部153具有使致冷剂出入压缩室151的吸入阀或吐出阀等，通过阀板152被固定在汽缸110的凸缘部111的端面侧。在阀板152上组装着可与压缩室151连通的吸入阀(省略图示)及吐出阀(省略图示)，这些分别与设置在顶盖部153内部的吸入侧空间156及吐出侧空间157连结。

密闭容器100，在其内部从吸入管154供应致冷剂，被导入顶盖部153的吸入侧。还有，被压缩的致冷剂从吐出管155被吐出到外方，该吐出管155从顶盖部153侧与密闭容器100侧连结。

在密闭容器100内具备的压缩机构部或线性马达140被区分成活塞侧机构部件及汽缸侧机构部件。

活塞侧机构部件是活塞120和可动部141，还包括其他可动部141与活塞120连结的螺栓等的机构部件。

汽缸侧机构部件包括汽缸110、固定部142、阀板152、顶盖部153、及汽缸110周围的机构部件150。

作为第1弹性部件的板簧160及161被配置在密闭容器100的两端侧，将汽缸侧机构部件弹性支撑在密闭容器100上。

作为第2弹性部件的驱动弹簧由螺旋弹簧130a及螺旋弹簧130b构成，螺旋弹簧130a及螺旋弹簧130b给予活塞120轴线方向的力。螺旋弹簧130a其一端支撑在密闭容器100、另一端支撑在活塞120的圆筒部121的底面部122上。还有，螺旋弹簧130b其一端支撑在汽缸110的凸缘部111上、另一端支撑在活塞120的圆筒部121的底面部122上。这样，通过螺旋弹簧130a及螺旋弹簧130b夹着活塞120。这时，螺旋弹簧130a及螺旋弹簧130b为了在运转时以压缩状态振动调幅被分别付与一定量的初期弯曲。

将汽缸侧机构部件弹性支撑在密闭容器100内的板簧160及161，如图2所示，将分别呈大致C形状的一对板簧160a及板簧160b组合而构成，利用中央空间部170螺旋弹簧130a并列地配置。

下面，说明上述构造的线性压缩机的作用。

首先，在外轭146的线圈147上通电，在与可动部141的永久磁铁143之间依照弗来明的左手法则作为推力产生与电流成比例的磁力。由于该推力的产生在可动部141上作用沿轴线方向移动的驱动力。由于可动部141的圆筒保持部件144与活塞120的凸缘部123连结，活塞120将移动。在此，向线圈147的通电将被给予正弦波，在线性马达部交互产生正反的推力。接着通过该交互发生的正反的推力活塞120将进行往复运动。

致冷剂从吸入管154被导入密闭容器100内。被导入密闭容器100内的致冷剂从顶盖部153的吸入侧空间156通过组装在阀板152上的吸入阀进入压缩室151。接着，该致冷剂通过活塞120被压缩，从组装在阀板152上的吐出阀经过顶盖部153的吐出侧空间157，从吐出管155被吐出到外方。

还有，运转时伴随着活塞120的往复运动所产生的密闭容器100的振动，活塞120或可动部141等的活塞侧机构部件的振幅与汽缸110或固定部142等的汽缸侧机构部件的振幅成为反相位，密闭容器的振动变得非常小。在本实施例中，将活塞120或可动部141等的活塞侧机构部件的质量设为Mp，将汽缸110或固定部142等的汽缸侧机构部件的质量设为Mm，将支撑板簧160及161的合成弹簧常数设为k1，将螺旋弹簧130a的弹簧常数设为k2，大致，Mp×k1＝Mm×k2的关系成立地构成。据此，密闭容器100的振动位移大致为0，可以得到几乎没有振动的线性压缩机。这可以根据在图3所示的弹簧·质量模型进行说明。在图3中，k1为支撑板簧160及161的合成弹簧常数，k2为螺旋弹簧130a、k3为螺旋弹簧130b、kg为在压缩室151内产生的气体弹簧常数，ks为压缩机主体的支撑弹簧的弹簧常数，Mp为活塞120或可动部141等的活塞侧机构部件的质量，Mm为汽缸110或固定部142等的汽缸侧机构部件的质量，Ms为密闭容器100的质量。该模型的方程式如果将活塞120的振幅位移设为Xp，将汽缸110或固定部142等的汽缸侧机构部件的振幅位移设为X，将密闭容器100的振幅位移设为Xs，将使活塞120运动的线性马达140的推力设为F，将活塞120的角振动数设为ω的情况下，以数式1表示。另外，省略了减衰。

【数式1】

$({-\mathrm{\ω}}^2\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{Mm}& 0& 0\\ 0& \mathrm{Mp}& 0\\ 0& 0& \mathrm{Ms}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{ccc}k1+k2+\mathrm{kg}& -k3-\mathrm{kg}& -k1\\ -k3-\mathrm{kg}& k2+k3+\mathrm{kg}& -k2\\ -k1& -k2& k1+k2+\mathrm{ks}\end{array}\right])\left\{\begin{array}{c}X\\ \mathrm{Xp}\\ \mathrm{Xs}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}F\\ -F\\ 0\end{array}\right\}$

现在，如果对于活塞120给予S的强制位移，活塞120的振幅位移Xp为Xp＝X+S，数式1被整理成数式2。密闭容器100的振幅位移Xs通过解数式2可以求得。

【数式2】

$(-{\mathrm{\ω}}^2\left[\begin{array}{cc}\mathrm{Mm}+\mathrm{Mp}& 0\\ 0& \mathrm{Ms}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cc}k1+k2& -k1-k2\\ -k1-k2& k1+k2+\mathrm{ks}\end{array}\right])\left\{\begin{array}{c}X\\ \mathrm{Xs}\end{array}\right\}=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}^2\·\mathrm{Mp}\·S-k2\·S\\ k2\·S\end{array}\right\}$

根据数式2可以明白，当Mp×k1＝Mm×k2的关系成立时，密闭容器100的振幅位移Xs与驱动周波数无关将为0。

根据以上所说明的本实施例，通过使一端支撑在密闭容器100上的驱动螺旋弹簧130a给予活塞120往复轴线方向的力，而且通过板簧160及161将汽缸侧机构部件与驱动螺旋弹簧成同一振动方向地弹性支撑在密闭容器100上，因此，活塞侧机构部件的振幅与汽缸侧机构部件的振幅成为反相位，密闭容器100的振动变小。再有，通过使Mp×k1＝Mm×k2的关系成立地构成，密闭容器100的振幅位移Xs大致为0，可以得到几乎没有振动的线性压缩机。还有，通过将在密闭容器100上弹性支撑着汽缸侧机构部件的弹性部件分别由一对的板簧160a及160b组合构成，作为弹性部件2将螺旋弹簧并列地配置在中央空间部170，可以谋求压缩机长度方向的小型化。再有，由于使用比螺旋弹簧对于横载荷强的板簧弹性支撑质量大的汽缸110或固定部142等的汽缸侧机构部件，即使在压缩机上施加外力也可以得到高的信赖性。

下面，根据图4说明本发明的其他的实施例。

图4是表示根据本发明其他实施例的线性压缩机全体构造的剖面图。另外，在以后的图面中，对于与在上述实施例中说明的部件为同一部件的给予同一编号并省略说明。

在密闭容器100内，弹性支撑汽缸侧机构部件的弹性部件的一部分使用圆锥螺旋弹簧210。如图5所示，圆锥螺旋弹簧的载荷特性直到一定的位移得到线性，之后成为弹簧刚性急剧变高的非线性特性。据此，即使作用与密闭容器100内的机构部件所具有的共振周波数一致的非常大的外力，由于圆锥螺旋弹簧210一旦达到一定的位移，机构部件的共振周波数错位到高的部分，可以回避机构部件的共振破坏。再有，由于将非线形弹簧通过容易制造的螺旋弹簧构成，可以实现相对的低成本化。

图6是表示根据本发明其他实施例的线性压缩机的全体构造的剖面图。

在密闭容器100内，弹性支撑汽缸侧机构部件的弹性部件的一部分使用非线形重叠板簧310。由于非线形重叠板簧310也与前述圆锥螺旋弹簧210的载荷特性同样具有非线形特性，即使作用外力也可以得到高的信赖性。再有，由于将非线形弹簧作成在轴方向紧凑的重叠板簧，可以实现压缩机长度方向的小型化。

还有，由于线性压缩机朝与活塞的轴线正交的方向的载荷小滑动面压力小，如果本发明的线性压缩机适用做为高压差致冷剂润滑严格的CO₂致冷剂的情况下，在至此的效果之外，与其他方式的压缩机相比效率非常高，可以得到高信赖性。

根据本发明，由于通过第1弹性部件将汽缸侧机构部件弹性支撑在密闭容器上，通过一端支撑在前述密闭容器上的第2弹性部件给予前述活塞侧机构部件往复轴线方向的力，由于活塞侧机构部件的振幅与汽缸侧机构部件的振幅成为异相位，密闭容器的振动变小。

还有根据本发明，由于第1弹性部件和第2弹性部件分别由弹簧部件构成，第1弹性部件和第2弹性部件的振动方向成同一方向地设置，活塞和可动部的振幅与活塞和可动部以外的汽缸及在汽缸上固定的机构部件的振幅成为反相位，密闭容器的振动被抵消。因此，与第1实施形态相比，可以得到振动更小的线性压缩机。

再有根据本发明，由于将活塞侧机构部件的质量设为Mp，汽缸侧机构部件的质量设为Mm，第1弹性部件的弹簧常数设为k1，第2弹性部件的弹簧常数设为k2，大致Mp×k1＝Mm×k2的关系成立地构成，因此，密闭容器的振动位移几乎为0，可以得到几乎没有振动的线性压缩机。

还有根据本发明，由于将第1弹性部件作成形成为板状的多个板簧，即使对压缩机施加各种外力也能够得到高的信赖性。

再有根据本发明，由于第1弹性部件由组合分别作成大致C形状的一对的板簧而构成，将第2弹性部件作成螺旋弹簧，在第1弹性部件的中央空间部配置第2弹性部件，因此，可以谋求压缩机长度方向的小型化。

还有根据本发明，由于将第1弹性部件作成直到一定的位移可得到线性、在之后弹簧的刚性急剧变高的非线性弹簧，即使作用与密闭容器内的机构部件具有的共振周波数一致的非常大的外力，由于第1弹性部件一旦到达一定的位移机构部件的共振周波数错位至高的部分，回避机构部件的共振破坏。

再有根据本发明，由于将第1弹性部件作成螺旋弹簧，可以实现相对的低成本化。

再有根据本发明，由于将非线形弹簧作成在轴方向上紧凑的重叠板簧，使压缩机的长度方向的小型化成为可能。

还有根据本发明，由于将第1弹性部件作成重叠板簧，在做为高压差致冷剂润滑严格的CO₂致冷剂的作用下，根据滑动面压力小这一线性压缩机的特征，与其他方式的压缩机相比效率非常高，可以得到高信赖性。

Claims (9)

1.一种线性压缩机，在密闭容器内具备压缩机构部和线性马达，前述压缩机构部具有汽缸和可往复运动在前述汽缸内的活塞；前述线性马达具有可动部和固定部，该可动部给予前述活塞往复驱动力，该固定部固定在前述汽缸上形成前述可动部的往复经路；前述压缩机构部和前述线性马达被区分成活塞侧机构部件和汽缸侧机构部件，前述活塞侧机构部件包括前述活塞和前述可动部，由与前述活塞及前述可动部共同可动的其他的机构部件构成，前述汽缸侧机构部件包括前述汽缸和前述固定部，由固定在前述汽缸或者前述固定部上的其他的机构部件构成；其特征在于，通过第一弹性部件将前述汽缸侧机构部件弹性支撑在前述密闭容器上，通过一端支撑在前述密闭容器上的第二弹性部件给予前述活塞侧机构部件往复轴线方向的力。

2.如权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，前述第一弹性部件和前述第二弹性部件分别由弹簧部件构成，前述第一弹性部件和前述第二弹性部件的振动方向成同一方向地设置。

3.如权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于，将前述活塞侧机构部件的质量设为Mp，前述汽缸侧机构部件的质量设为Mm，前述第一弹性部件的弹簧常数设为k1，前述第二弹性部件的弹簧常数设为k2，使Mp×k1＝Mm×k2的关系成立地构成。

4.如权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于，将前述第一弹性部件作成形成为板状的多个板簧。

5.如权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，前述第一弹性部件由组合分别作成C形状的一对的板簧而构成，将前述第二弹性部件作成螺旋弹簧，在前述第一弹性部件的中央空间部配置前述第二弹性部件。

6.如权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于，将前述第一弹性部件作成直到一定的位移可得到线性、在之后弹簧的刚性急剧变高的非线性弹簧。

7.如权利要求6所述的线性压缩机，其特征在于，将前述第一弹性部件作成螺旋弹簧。

8.如权利要求6所述的线性压缩机，其特征在于，将前述第一弹性部件作成重叠板簧。

9.如权利要求1-8中的任一项所述的线性压缩机，其特征在于，使用以二氧化碳作为主要成分的致冷剂运转。

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