CN1311163C - 线性压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种线性压缩机，具有缸、活塞、弹簧构件、及线性马达部；该缸由支承机构部支承于密闭容器内；该活塞在与上述缸相同的轴心沿其轴线方向可自由移动地受到支承，并在与上述缸间形成压缩室；该弹簧构件向上述活塞施加轴线方向的力；该线性马达部具有通过保持构件连接于上述活塞的可动部和为了在与该可动部之间形成磁路而固定于上述缸的固定部，在上述活塞产生沿其轴线方向移动的推力；其特征在于：具有运行时使上述固定部的轴线方向长度中心与上述可动部的轴线方向长度中心对齐的对齐装置。这样，通过预先使与活塞连接的可动部的轴线方向长度中心相对固定部的轴线方向长度中心偏移，在运行时使线性马达的可动部轴线方向长度中心与固定部的轴线方向长度中心大体对齐，从而具有高效率和高可靠性。

Description

线性压缩机
技术领域
本发明涉及一种由线性马达使缸内的活塞往复运动从而对气体进行压缩的用于空调机等的线性压缩机，特别是涉及朝与活塞的往复运动方向直交的方向基本上不作用负荷的线性压缩机。
背景技术
在制冷循环中，以R22为代表的HCFC系制冷剂从其物性的稳定性来看被认为会对臭氧产生破坏。另外，近年来，作为HCFC系制冷剂的代替制冷剂，利用了HFC系制冷剂，但该HFC系制冷剂具有促进气候转暖现象的性质。为此，最近，开始采用对臭氧层的破坏和气候转暖现象不产生影响的HC系制冷剂。然而，该HC系制冷剂由于具有可燃性，所以，从确保安全性的角度考虑需要防止爆炸和着火，为此，希望使制冷剂的使用量尽可能少。另一方面，HC系制冷剂本身为制冷剂，没有润滑性，另外，具有易于溶入到润滑材料的性质。由以上可知，在使用HC系制冷剂的场合，需要无油或少油的压缩机。在与活塞的轴线直交的方向的负荷小、滑动面压小的线性压缩机与过去用得较多的往复式压缩机、回转式压缩机、涡卷式压缩机相比较，已知为易于实现无油化的类型的压缩机。
然而，用于线性压缩机的线性马达的可动部轴线方向长度中心由于活塞接受压缩过程中的气压而从固定部的轴线方向长度中心部偏移，具有推力下降那样的端损失。另外，如偏移量大，则可动部性能不稳定，稳定运行困难。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种线性压缩机，该线性压缩机相对固定部的轴线方向长度中心使连接于活塞的可动部的轴线方向长度中心预先朝压缩室侧偏移，运行时线性马达的可动部轴线方向长度中心与固定部的轴线方向长度中心大体对齐，从而具有高效率和高可靠性。
另外，本发明的目的在于提供一种线性压缩机，该线性压缩机向线性马达供给偏置电流，反抗弹簧构件接受气体压力产生位移的力，从而大体使运行时线性马达的可动部轴线方向长度中心与固定部的轴线方向长度中心大体对齐，从而具有高可靠性。
本发明的第一方面的线性压缩机具有缸、活塞、弹簧构件、及线性马达部；该缸由支承机构部支承于密闭容器内；该活塞在与上述缸相同的轴心沿其轴线方向可自由移动地受到支承，并在与上述缸间形成压缩室；该弹簧构件向上述活塞施加轴线方向的力；该线性马达部具有通过保持构件连接于上述活塞的可动部和为了在与该可动部之间形成磁路而固定于上述缸的固定部，在上述活塞产生沿其轴线方向移动的推力；其特征在于：具有运行时使上述固定部的轴线方向长度中心与上述可动部的轴线方向长度中心对齐的对齐装置。
本发明的第二方面在第一方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：上述对齐装置通过预先估计运行时上述固定部的轴线方向长度中心相对上述可动部的轴线方向长度中心产生位移的长度量，使上述可动部的轴线方向长度中心相对上述固定部的轴线方向长度中心向所述压缩室侧偏移地安装。
本发明的第三方面在第二方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：上述位移的长度量根据压缩室的制冷剂气体的压缩程度确定。
本发明的第四方面在第二方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：上述产生位移的长度量根据吸入压力和排出压力的压力差确定。
本发明的第五方面在第一方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：上述对齐装置反抗弹簧构件接受气体压力产生位移的力地向上述线性马达部供给偏置电流。
本发明的第六方面在第五方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：使上述偏置电流与吸入压力和排出压力的压力差成比例地供电。
本发明的第七方面在第四方面或第六方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：使上述吸入压力成为规定的冷气条件或暖气条件的吸入压力，使上述排出压力为规定的冷气条件或暖气条件的排出压力。
本发明的第八方面在第四或第六方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：使上述吸入压力为规定冷气条件的吸入压力和规定暖气条件的吸入压力的平均吸入压力，使上述排出压力为规定冷气条件的排出压力和规定暖气条件的排出压力的平均排出压力。
本发明的第九方面在第七或第八方面的线性压缩机的基础上还具有这样的特征：使上述规定冷气条件为室内设定温度27℃、外气温度35℃，使上述规定的暖气条件为室内设定温度20℃、外气温度7℃。
本发明第十方面的线性压缩机具有缸、活塞、弹簧构件、及线性马达部；该缸由支承机构部支承于密闭容器内；该活塞在与上述缸相同的轴心沿其轴线方向可自由移动地受到支承，并在与上述缸间形成压缩室；该弹簧构件向上述活塞施加轴线方向的力；该线性马达部具有通过保持构件连接于上述活塞的可动部和为了在与该可动部之间形成磁路而固定于上述缸的固定部，在上述活塞产生沿其轴线方向移动的推力；其特征在于：具有用于检测气体压力导致的可动部轴线方向长度中心的偏移(变位)的位置传感器。
本发明的第1实施形式通过设置在运行时使固定部的轴线方向长度中心与可动部的轴线方向长度中心对齐的对齐装置，使得即使运行过程中的压缩气体力作用于活塞使活塞的振幅中心朝反压缩室侧移动，也不会使可动部轴线方向长度中心和固定部轴线方向长度中心过大地偏移，所以，可效率良好地运行。
本发明的第2实施形式在第1实施形式的线性压缩机中，使对齐装置通过预先估计运行时固定部的轴线方向长度中心相对可动部的轴线方向长度中心产生位移的长度量，使可动部的轴线方向长度中心相对固定部的轴线方向长度中心偏移地安装，从而可确实地修正位移，提高线性马达效率。
本发明的第3实施形式在第2实施形式的线性压缩机中，根据压缩室的制冷剂气体的压缩的程度确定位移的长度量，所以，活塞运行时可不降低线性马达的效率地时常维持高性能。
本发明的第4实施形式在第2实施形式的线性压缩机中，根据吸入压力和排出压力的压力差确定产生位移的长度量，所以，可提高线性马达效率。
本发明的第5实施形式在第1实施形式的线性压缩机中，反抗弹簧构件接受气体压力产生位移的力地向线性马达部供给偏置电流，所以，可使线性压缩机的可动部的驱动稳定。另外，由于在运行过程中在中立点近旁使弹簧构件产生振幅，所以，可减少弹簧的必要振幅量，提高弹簧的可靠性。
本发明的第6实施形式在第5实施形式的线性压缩机中，使偏置电流与吸入压力和排出压力的压力差成比例地供电，所以，可更为正确地使可动部轴线方向长度中心与固定部轴线方向长度中心对齐，可更稳定地进行可动部的运行。
本发明的第7实施形式在第4或第6实施形式的线性压缩机中，由于使吸入压力成为规定的冷气条件或暖气条件的吸入压力，使排出压力为规定的冷气条件或暖气条件的排出压力，所以，活塞接受吸入压力和排出压力的差压，以可动部轴线方向长度中心的位移量预先偏移，可使可动部轴线方向长度中心相对固定部轴线方向长度中心大体对齐地驱动，所以，可提高运行过程中的冷气时或暖气时的空调机的效率。
本发明的第8实施形式在第4或第6实施形式的线性压缩机中，使吸入压力为规定冷气条件的吸入压力和规定暖气条件的吸入压力的平均吸入压力，使排出压力为规定冷气条件的排出压力和规定暖气条件的排出压力的平均排出压力，所以，可减小冷气时和暖气时的固定部轴线方向长度中心和可动部轴线方向长度中心的偏移量，所以，可进行线性马达的效率良好的驱动，实现年度消费能量效率高的空调机。
本发明的第9实施形式在第7或第8实施形式的线性压缩机中，使规定冷气条件为室内设定温度27℃、外气温度35℃，规定的暖气条件为室内设定温度20℃、外气温度7℃，所以，冷气时和暖气时的固定部轴线方向长度中心和可动部轴线方向长度中心的偏移量在一年间都较小，所以，可按空调机的各模式以良好的效率运行，减小期间消费电力量。
本发明的第10实施形式由位置传感器检测可动部轴线方向长度中心相对固定部轴线方向长度中心的偏移即弹簧构件的变位，根据位置传感器的检测信号决定偏置电流值，可更正确地使在运行时接受气体压力而偏移的可动部轴线方向长度中心更正确地与固定部轴线方向长度中心对齐，所以，可稳定地进行线性压缩机的可动部的运行，提高可靠性。
附图说明
图1为示出本发明一实施例的线性压缩机的全体构成的断面图。
图2为示出本发明线性马达的特性的说明图。
图3为示出本发明偏置电流产生的可动部移动的模式图。
图4为示出本发明一实施例的偏置电流波形的说明图。
具体实施方式
图1为本发明一实施例的线性压缩机的断面图。该线性压缩机具有密闭容器80、收容于密闭容器80内的缸部10、在密闭容器80内可相对缸部10沿其轴线方向自由移动地由支承机构部90和缸部10支承的活塞部20、具有可动部40和固定部50并由磁力在活塞部20产生轴线方向的推力的线性马达100、及进行制冷剂气体的吸入排出的吸入排出机构部60。活塞部20由弹簧机构部70进行弹性支承。
密闭容器80由筒体状的容器构成，在内部形成空间部84。在该空间部84收容所有线性压缩机的构成部件。另外，在密闭容器80设置从密闭容器80外导入制冷剂的吸入管85和将制冷剂导出到密闭容器80外的排出管67。
支承机构部90由分别配置于密闭容器80内的一端侧和另一端侧的螺旋弹簧91构成，弹性地将缸部10支承于密闭容器80内，起到降低从缸部10侧到密闭容器80侧的振动传递的功能。配置于一端侧的螺旋弹簧91设置于缸盖罩46与密闭容器80的前壁板82之间，配置于另一端侧的螺旋弹簧91设置在支承板92和密闭容器80的后壁板83之间，该支承板92连接到固定于缸部10的线性马达部100的固定部50侧。
缸部10一体形成凸缘部11、从该凸缘部11朝一端侧凸出的轮毂部12、及沿其轴线方向朝另一端侧延伸的筒体部13。在轮毂部12内部形成空间部14，在筒体部13形成与空间部14连通并朝另一端侧开口的缸孔16。
活塞部20由在内部形成螺纹部21的杆体22和凸出到该杆体22的一端侧形成的活塞部本体28构成。杆体22可自由移动地支承于缸部10的缸孔16。在杆体22与缸孔16的内壁面之间和活塞部本体28与空间部14的内壁面之间设置提高耐磨性并提高密封性的构件。另外，在缸部10的轮毂部12的前端固定缸盖45。在活塞部本体28的前端与缸盖45之间的轮毂部12内形成压缩室68。另外，在活塞部20内部的螺纹部21螺旋接合螺栓25。另外，在杆体22的另一端部固定凸缘24。
线性马达100如上述那样由可动部40和固定部50构成。可动部40由圆筒保持构件41和固定于其外周侧的永久磁铁42构成。圆筒保持构件41的另一端侧固定于凸缘24。因此，圆筒保持构件41和活塞部20连接。另一方面，固定部50由内轭铁51、外轭铁52、及线圈53构成。内轭铁51由圆筒体构成，配合在缸部10的筒体部13的外周，并外接固定于轮毂部12。在内轭铁51的外周面与可动部40的圆筒保持构件41的内周面之间形成微小间隙。另外，外轭铁52同样由圆筒体构成，其圆周面在与可动部40的永久磁铁42的外周面保持微小间隙的状态下固定于缸部10的凸缘部11。线圈53固定于外轭铁52，配置在与永久磁铁42相向的位置。另外，在外轭铁52的另一端固定对支承板92进行固定的支承体54。内轭铁51和外轭铁52及可动部40以高精度保持为同心圆状。
下面说明吸入排出机构部60。
吸入排出机构部60由缸盖45、固定于它的缸盖罩46、及连接于缸盖罩46的吸入管85和排出管67构成。缸盖45通过密封构件43固定于轮毂部12的端部，并形成与压缩室68连通的吸入口45a和排出口45b。另外，在吸入口45a的压缩室68侧设置吸入阀44，在排出口45b的与压缩室68侧相反一侧设置排出阀48。
缸盖罩46在本实施例中于内部围成低压室46a和高压室46b地一体构成，在缸盖45通过密封构件47固定。低压室46a连通吸入口45a，高压室46b连通到排出口45b。另外，在低压室46a侧设置连通低压室46a和吸入管85的吸入孔46c，在高压室46b侧设置连接高压室46b排出管67的排出孔46d。
吸入管85凸出到密闭容器80外地配置，另一方面，排出管67由从密闭容器80凸出的排出管体67a和与其连接并连接于缸盖罩46的排出孔46d的涡卷状排出管65构成。该涡卷状排出管65如图所示那样将管材弯曲成涡卷状地构成，其一部分卷绕到缸盖罩46的外周空间。
弹簧机构部70由配置于活塞部20另一端侧的多组(在该图中为2组)的平板状的板簧71构成，板簧71架设在螺旋安装于活塞部20的螺栓25和固定于缸部10的支承体54之间。板簧71通过重合多片板簧构件71a而构成。
下面，说明本实施例的线性压缩机的作用。
首先，当对固定部50的线圈53通电时，在与可动部40的永久磁铁42之间根据弗来明左手定律产生与电流成比例的磁力即推力。由该推力对可动部40作用沿轴线方向移动的驱动力。可动部40的圆筒保持构件41连接于弹簧机构部70，所以，活塞部20移动。对线圈53的通电由交流波提供，在线性马达100交替产生正反的推力。由该交替产生的正反推力使活塞部20进行往复运动。
图2为线性马达的特性图，表示由向线性马达供电的电流值为一定时的马达推力。在该图中，横轴为可动部轴线方向，纵轴为马达推力。图中，中心示出使可动部轴线方向长度中心2与固定部轴线方向长度中心1的对齐点。驱动时，可动部轴线方向长度中心2存在从固定部轴线方向长度中心1产生位移而偏移的倾向。当该位移产生时，线性马达的端损失发生，推力下降。因此，为了高效率驱动线性马达，驱动时需要使可动部40的可动部轴线方向长度中心2大体与固定部轴线方向长度中心1对齐。为此，需要设置在运行时使固定部轴线方向长度中心1与可动部轴线方向长度中心2对齐的对齐装置。
这样，制冷剂气体从吸入管85导入到密闭容器80内。导入的制冷剂气体从密闭容器80内的吸入管85吸入到低压室46a，通过吸入阀44进入到压缩室68。该制冷剂气体由活塞部20进行压缩，经过安装于缸盖45的排出口45b的排出阀48，通过高压室46b，从排出管67排出。
驱动时，随着制冷剂气体受到压缩，活塞部本体28接受压缩气体的气体压力，可动部40的振动中心朝反压缩室68侧产生位移。将该位移量作为偏移量35，预先相对固定部轴线方向长度中心1使可动部轴线方向长度中心2在与偏移量35相当的位置朝压缩室68侧偏移地安装。这样，即使在运行时使活塞部20的振幅中心朝反压缩室68侧移动，可动部轴线方向长度中心2从固定部轴线方向长度中心1的偏移量也不变大，可进行效率良好的运行。
偏移量35为由吸入管85、密闭容器80内、低压室46a等的吸入压力与高压室46b、排出管67等的排出压力的差压导致的可动部轴线方向长度中心2的位移量。因此，运行过程中相对固定部轴线方向长度中心1使可动部轴线方向长度中心2大体对齐地驱动，所以，提高了线性马达效率。另外，使吸入压力为规定的冷气条件或规定的暖气条件的吸入压力值，使排出压力为规定的冷气条件或规定的暖气条件的排出压力值。接受这些吸入压力和排出压力的差压，使可动部轴线方向长度中心2的位移量预先为偏移量。因此，可使可动部轴线方向长度中心2相对固定部轴线方向长度中心1大体对齐地驱动，所以，可提高运行过程中的冷气或暖气时的空调机的效率。
另外，使规定的冷气条件为根据室内设定温度27℃、外气温度35℃确定的线性压缩机的第1吸入压力和第1排出压力，使规定暖气条件为根据室内设定温度20℃、外气温度7℃确定的线性压缩机的第2吸入压力和第2排出压力。将根据各第1和第2吸入压力和排出压力确定的平均吸入压力和平均排出压力的压力差作用于活塞产生的偏移量作为设定偏移量35，从而可在空调机的各模式下进行效率良好的运行，实现期间消费电力少的空调机。
另外，向线性马达供给反抗弹簧机构部70接受气体压力产生位移的力的偏移电流，也可向压缩室68方向产生推力，在运行过程中使可动部轴线方向长度中心2相对固定部轴线方向长度中心1大体对齐。图3示出可动部的动作的模式图。在该图中，当在活塞加气体压力差时，可动部40轴向长度中心相对固定部50的轴线方向长度中心产生与气体压力差相当的量的位移。因此，如图4所示，可通过对线性马达加偏置电流量而修正位移。这样，可使可动部40轴向长度中心与固定部50的轴线方向长度中心大体对齐。因此，可使可动部40的驱动稳定。
另外，由于在运行过程中可进行在弹簧机构部70的中立点近旁的驱动，所以，可减小活塞部20的必要振幅量。由位置传感器95检测由气体压力产生的可动部轴线方向长度中心2的位移，根据位置传感器95的检测信号可决定偏置电流值，所以，可时常相对固定部轴线方向长度中心1更为正确地使可动部轴线方向长度中心2对齐，所以，可使可动部40的驱动稳定运行，提高可靠性。另外，位置传感器95安装在面向筒体部13的压缩室的一侧。
另外，通过检测线性压缩机的吸入压力和排出压力，向线性马达供给与吸入压力与排出压力的差压量成比例的偏置电流值，在运行过程中调节偏置电流值，从而可更为正确地使可动部轴线方向长度中心2相对固定部轴线方向长度中心1对齐，所以，可使可动部40的性能稳定。另外，随着活塞部20的往复运动产生的缸部10的振动由多个螺旋弹簧91减振。
按照本发明，通过设置在运行时使固定部的轴线方向长度中心与可动部的轴线方向长度中心对齐的对齐装置，即使运行过程中的压缩气体力作用于活塞使活塞的振幅中心朝反压缩室侧移动，也不会使可动部轴线方向长度中心和固定部轴线方向长度中心过大地偏移，所以，可效率良好地运行。
另外，按照本发明，对齐装置通过预先估计运行时固定部的轴线方向长度中心相对可动部的轴线方向长度中心产生位移的长度量，使可动部的轴线方向长度中心相对固定部的轴线方向长度中心偏移地安装，可确实地修正位移，提高线性马达效率。
另外，按照本发明，位移的长度量根据压缩室的制冷剂气体的压缩的程度确定，所以，活塞运行时可不降低线性马达的效率地时常维持高性能。
另外，按照本发明，产生位移的长度量由于根据吸入压力和排出压力的压力差确定，所以，可提高线性马达效率。
另外，按照本发明，对齐装置反抗弹簧构件接受气体压力产生位移的力地向线性马达部供给偏置电流，所以，可使线性压缩机的可动部的驱动稳定。另外，由于在运行过程中在中立点近旁使弹簧构件产生振幅，所以，可减少弹簧的必要振幅量，提高弹簧的可靠性。
另外，按照本发明，偏置电流与吸入压力和排出压力的压力差成比例地供电，所以，可更为正确地使可动部轴线方向长度中心与固定部轴线方向长度中心对齐，所以，可更稳定地进行可动部的运行。
另外，按照本发明，由于使吸入压力成为规定的冷气条件或暖气条件的吸入压力，使排出压力为规定的冷气条件或暖气条件的排出压力，所以，将活塞接受吸入压力和排出压力的差压产生的可动部轴线方向长度中心的位移量作为预偏移量，可使可动部轴线方向长度中心相对固定部轴线方向长度中心大体对齐地驱动，所以，提高运行过程中的冷气时或暖气时的空调机的效率。
另外，按照本发明，使吸入压力为规定冷气条件的吸入压力和规定暖气条件的吸入压力的平均吸入压力，使排出压力为规定冷气条件的排出压力和规定暖气条件的排出压力的平均排出压力，所以，冷气时和暖气时的固定部轴线方向长度中心和可动部轴线方向长度中心的偏移量减小，所以，可进行线性马达的效率良好的驱动，实现年度消费能量效率高的空调机。
另外，按照本发明，使规定冷气条件为室内设定温度27℃、外气温度35℃，规定的暖气条件为室内设定温度20℃、外气温度7℃，所以，冷气时和暖气时的固定部轴线方向长度中心和可动部轴线方向长度中心的偏移量可在一年间较小，所以，可按空调机的各模式以良好的效率运行，减小期间消费电力量。
另外，按照本发明，由位置传感器检测可动部轴线方向长度中心相对固定部轴线方向长度中心的偏移即弹簧构件的位移，根据位置传感器的检测信号决定偏置电流值，从而可更正确地使在运行时接受气体压力偏移的可动部轴线方向长度中心更正确地与固定部轴线方向长度中心对齐，所以，可稳定地进行线性压缩机的可动部的运行，提高可靠性。

Claims (11)

1.一种线性压缩机，具有缸、活塞、弹簧构件、及线性马达部；该缸由支承机构部支承于密闭容器内；该活塞在与上述缸相同的轴心沿其轴线方向可自由移动地受到支承，并在与上述缸间形成压缩室；该弹簧构件向上述活塞施加轴线方向的力；该线性马达部具有通过保持构件连接于上述活塞的可动部和为了在与该可动部之间形成磁路而固定于上述缸的固定部，在上述活塞产生沿其轴线方向移动的推力；其特征在于：具有运行时使上述固定部的轴线方向长度中心与上述可动部的轴线方向长度中心对齐的对齐装置。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于：上述对齐装置预先估计运行时上述固定部的轴线方向长度中心相对上述可动部的轴线方向长度中心产生位移的长度量，并使上述可动部的轴线方向长度中心相对上述固定部的轴线方向长度中心向上述压缩室侧偏移地安装。
3.根据权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于：上述位移的长度量根据压缩室的制冷剂气体的压缩程度确定。
4.根据权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于：上述产生位移的长度量根据吸入压力和排出压力的压力差确定。
5.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于：上述对齐装置反抗弹簧构件接受气体压力产生位移的力地向上述线性马达部供给偏置电流。
6.根据权利要求5所述的线性压缩机，其特征在于：使上述偏置电流与吸入压力和排出压力的压力差成比例地供电。
7.根据权利要求4或6所述的线性压缩机，其特征在于：使上述吸入压力成为规定的冷气条件或暖气条件的吸入压力，使上述排出压力为规定的冷气条件或暖气条件的排出压力。
8.根据权利要求4或6所述的线性压缩机，其特征在于：使上述吸入压力为规定冷气条件的吸入压力和规定暖气条件的吸入压力的平均吸入压力，使上述排出压力为规定冷气条件的排出压力和规定暖气条件的排出压力的平均排出压力。
9.根据权利要求7所述的线性压缩机，其特征在于：使上述规定冷气条件为室内设定温度为27℃、外气温度为35℃，使上述规定的暖气条件为室内设定温度为20℃、外气温度为7℃。
10.根据权利要求8所述的线性压缩机，其特征在于：使上述规定冷气条件为室内设定温度为27℃、外气温度为35℃，使上述规定的暖气条件为室内设定温度为20℃、外气温度为7℃。
11.根据权利要求5所述的线性压缩机，其特征在于：具有用于检测气体压力导致的可动部轴线方向长度中心的偏移的位置传感器，根据位置传感器的检测信号决定上述偏置电流值。
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