DE19643951A1 - Linear gas compressor - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen linearen Ver dichter mit minimalen Vibrationen während des Betriebs.The present invention relates to a linear ver denser with minimal vibrations during operation.
Üblicherweise wird eine Kurbelwelle verwendet, um eine Drehbewegung eines Motors in eine lineare Hin- und Herbe wegung umzuwandeln, und es sind dabei viele Teile wie ein Pleuel und Lager erforderlich, und es entstehen hohe Ko sten, während die Produktivität verringert wird.Usually a crankshaft is used to create a Rotary motion of an engine in a linear reciprocating motion convert movement, and there are many parts like one Connecting rods and bearings are required, and high knock-out results most while reducing productivity.
Auch gibt es viele Teile, die während des Betriebs eines Verdichters in Reibungskontakt sind, was zu einem erhöhten Stromverbrauch sowie einem verringerten Wirkungsgrad des Verdichters führt.There are also many parts that are in operation during a Compressor are in frictional contact, resulting in an increased Power consumption and reduced efficiency of the Compressor leads.
Um die sich so ergebenden Probleme des herkömmlichen kurbelwellenbetriebenen Verdichters zu lösen, ist ein ko stensparender Linearmotor eingeführt worden, der aus weni ger Teilen besteht, wobei ein Linearmotor anstelle einer Kurbelwelle verwendet wird, um einen Kolben hin- und herzu bewegen. Folglich sind weniger Teile erforderlich, und es tritt weniger Reibung beim Betrieb des herkömmlichen line aren Verdichters auf, wodurch der Wirkungsgrad steigt und der Stromverbrauch sinkt.To the problems of the conventional Solving the crankshaft-driven compressor is a knock-out most economical linear motor has been introduced, which consists of few ger parts, with a linear motor instead of a Crankshaft is used to reciprocate a piston move. As a result, fewer parts are required, and it is less friction occurs when operating the conventional line aren compressor, which increases the efficiency and electricity consumption drops.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist im Innern eines hermeti schen Behälters 1 des herkömmlichen linearen Verdichters eine Verdichtungseinheit 2 vorgesehen, die von einer Mehr zahl von Montagefedern 3 elastisch abgestützt wird.As shown in Fig. 1, a compression unit 2 is provided inside a hermetic container 1 of the conventional linear compressor, which is elastically supported by a plurality of mounting springs 3 .
Insbesondere ist eine Kolbenfeder 4 auf der Mehrzahl von Montagefedern 3 vorgesehen, und auf der Kolbenfeder 4 ist ein Zylinder 5 in einer aufrechten Position vorgesehen.In particular, a piston spring 4 is provided on the plurality of mounting springs 3 , and a cylinder 5 is provided on the piston spring 4 in an upright position.
Im Innern des Zylinders 5 ist ein Kolben 6 vorgesehen, der darin hin- und hergleitet, und außerhalb des Zylinders 5 ist ein aus einer Spule und einem Magneten bestehender Linearmotor 7 vorgesehen, um den Zylinder 5 zu betätigen. Inside the cylinder 5 there is a piston 6 which slides back and forth therein, and outside the cylinder 5 a linear motor 7 consisting of a coil and a magnet is provided to actuate the cylinder 5 .
Auf einer oberen Fläche des Zylinders 5 ist eine Ven tileinheit 8 angebracht, und auf beiden Seiten der Ventil einheit 8 sind ein Ansaugdämpfer 9 und ein Abgabedämpfer 10 montiert.On an upper surface of the cylinder 5 , a Ven tileinheit 8 is attached, and on both sides of the valve unit 8 , an intake damper 9 and a discharge damper 10 are mounted.
Die Verdichtungseinheit 2 umfaßt die Kolbenfeder 4, den Zylinder 5, den Kolben 6, den Linearmotor 7, die Ven tileinheit 8, den Ansaugdämpfer 9 und den Abgabedämpfer 10. Das Bezugszeichen S bezeichnet eine Kältemittel-Verdich tungskammer, die von dem Zylinder 5 und dem Kolben 6 defi niert wird, und die Kammer S ändert während des Betriebs ihre Größe.The compression unit 2 includes the piston spring 4 , the cylinder 5 , the piston 6 , the linear motor 7 , the Ven tileinheit 8 , the intake damper 9 and the output damper 10th Reference character S denotes a refrigerant compression chamber defined by the cylinder 5 and the piston 6 , and the chamber S changes size during operation.
Bei dem so zusammengesetzten herkömmlichen linearen Verdichter macht der Kolben 5 entsprechend dem Betrieb des Linearmotors 9 wiederholt eine lineare Hin- und Herbewegung im Zylinder 6 und dient dazu, ein Kältemittel zwecks Ver dichtung durch ein in der Ventileinheit 8 ausgebildetes Ansaugventil (nicht dargestellt) in die Kältemittel-Ver dichtungskammer 5 zu saugen und das Kältemittel durch das Auslaßventil (nicht dargestellt) abzugeben.In the conventional linear compressor thus composed, the piston 5 repeatedly makes a linear reciprocating movement in the cylinder 6 in accordance with the operation of the linear motor 9 and serves to refrigerate a seal in the valve unit 8 through a suction valve (not shown) formed in the valve unit Refrigerant compression chamber 5 to suck and discharge the refrigerant through the outlet valve (not shown).
Hierbei dienen der Ansaugdämpfer 9 und der Abgabe dämpfer 10 jeweils zur Geräuschverminderung während der An saugung und der Abgabe des Kältemittels.Here, the intake damper 9 and the output damper 10 each serve to reduce noise during suction and the delivery of the refrigerant.
Jedoch ist die Verdichtungseinheit 2 in dem hermeti schen Behälter 1 vertikal vorgesehen, so daß die Bewegungs richtung des Linearmotors 7 derjenigen des Kolbens E ent spricht, wodurch beim Betrieb des Verdichters ein beträcht liches Geräusch des hermetischen Behälters 1 verursacht wird.However, the compression unit 2 is vertically provided in the hermetic container 1 , so that the direction of movement of the linear motor 7 speaks to that of the piston E, thereby causing a considerable noise of the hermetic container 1 during operation of the compressor.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen werden nun die Nachteile des herkömmlichen linearen Ver dichters genauer beschrieben werden.With reference to the accompanying drawings the disadvantages of the conventional linear Ver be described in more detail.
Wie in Fig. 2 gezeigt, tritt die Vibration des herme tischen Behälters 1 infolge der Bewegung der darin be findlichen Verdichtungseinheit 2 auf.As shown in FIG. 2, the vibration of the hermetic container 1 occurs due to the movement of the compression unit 2 therein.
Genauergesagt bewirkt die Beschleunigung der Verdich tungseinheit 2, die entsprechend dem Betrieb des linearen Verdichters mit einer bestimmten Amplitude entlang der ver tikalen Richtung Y von Fig. 3 in Schwingung versetzt wird, daß der hermetische Behälter 1 entlang der Richtung Y von Fig. 3 vibriert. Hier sind die Amplituden der Verdich tungseinheit 2 und des hermetischen Behälters 1 und die Steifheit der Montagefeder 3 einander proportional Die verringerte Amplitude der Verdichtungseinheit 2 dient dazu, die Amplitude des hermetischen Behälters 1 zu vermindern, und somit die Steifheit der Nontagefeder 3 zur Verringerung der Amplitude des hermetischen Behälters 1. In fig. 2 bezeichnet außerdem das Bezugszeichen 14 einen Mon tagegummi.More specifically, the acceleration of the compression unit 2 , which is vibrated according to the operation of the linear compressor with a certain amplitude along the vertical direction Y of FIG. 3, causes the hermetic container 1 to vibrate along the direction Y of FIG. 3. Here, the amplitudes of the compression unit 2 and the hermetic container 1 and the stiffness of the mounting spring 3 are proportional to each other. The reduced amplitude of the compression unit 2 serves to reduce the amplitude of the hermetic container 1 , and thus the stiffness of the mounting spring 3 to reduce the amplitude of the hermetic container 1 . In fig. 2 also denotes the reference numeral 14 a Mon day rubber.
Bei dem herkömmlichen linearen Verdichter, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, ergibt sich unter der Annahme einer Erregerkraft F von fsinωt, einer Steifheit der Montagefe der 3 in Y-Richtung von KY und einer Steifheit in X-Rich tung von KY die folgende Gleichung (1):In the conventional linear compressor, as shown in Fig. 3, assuming an excitation force F of fsinωt, there is a stiffness of the assembly line 3 in the Y direction of K Y and a stiffness in the X direction of K Y the following equation (1):
F = M + KYY = fsinωt (1)F = M + K Y Y = fsinωt (1)
(M: Gewicht, : Beschleunigung, M: Trägheitsenergie der Verdichtungseinheit 2, Y: Bewegungsstrecke, KYY: Term der potentiellen Energie mit einer Dimension [MLT-2]).(M: weight,: acceleration, M: inertial energy of compression unit 2 , Y: movement distance, K Y Y: term of potential energy with one dimension [MLT -2 ]).
Die Vibration hängt weitgehend von der Größe einer Am plitude ab, und um eine Größe Y einer Amplitude zu erhal ten, werden eine homogene Lösung Yh und eine partikuläre Lösung Yp (Y = Yh + Yp) berechnet; hier Yh = C₁cosωnt + C₂sinωnt (Werte von C₁ und C₂ sind jeweils durch einen Anfangswert gegeben) und Yp = Ycosωt, wodurch man die fol gende zweite Gleichung (2) erhält:The vibration largely depends on the size of an amplitude, and in order to obtain a size Y of an amplitude, a homogeneous solution Yh and a particulate solution Yp (Y = Yh + Yp) are calculated; here Yh = C₁cosω n t + C₂sinω n t (values of C₁ and C₂ are given by an initial value) and Yp = Ycosωt, which gives the following second equation (2):
(hier δST (statische Durchfederung) = F/KY, ω: Frequenz der ausgeübten Kraft, (ωn: Eigenfrequenz der Verdichtungsein heit 2). (here δ ST (static deflection) = F / K Y , ω: frequency of the force exerted, (ω n : natural frequency of the compression unit 2 ).
Nun existiert der Wert der homogenen Lösung Yh in einem Anfangs-Betriebswert des Verdichters, jedoch nicht, wenn der Betrieb in einen Normalzustand übergeht, so daß eine Bewegungsstrecke Y (= Yh + Yp) der Verdichtungseinheit 2 von einer partikulären Lösung Yp bestimmt wird.Now the value of the homogeneous solution Yh exists in an initial operating value of the compressor, but not when the operation changes to a normal state, so that a movement distance Y (= Yh + Yp) of the compression unit 2 is determined by a particulate solution Yp.
Wenn in Gleichung (2) Y/δST und ω/ωn jeweils durch R und r ersetzt werden, erhält man die folgende Gleichung (3):If Y / δ ST and ω / ω n are replaced by R and r in equation (2), the following equation (3) is obtained:
Die Beziehung zwischen einem Verstärkungsfaktor R, der dem Verhältnis einer Bewegungsstrecke Y zur statischen Durchfederung δST entspricht, und einem Frequenzverhältnis r (= ω/ωn kann wie in Fig. 4 gezeigt graphisch darge stellt werden, wo eine Mehrzahl von Prüfwerten für die Be ziehung bei verschiedenen Dämpfungsfaktoren ζ von Null (0) bis 2,0 dargestellt sind.The relationship between a gain factor R, which corresponds to the ratio of a movement distance Y to the static deflection δ ST , and a frequency ratio r (= ω / ω n can be graphically represented as shown in FIG. 4, where a plurality of test values for the loading drawing with different damping factors ζ from zero (0) to 2.0 are shown.
Nun bezeichnet in dem Ausdruck F = fsinωt ω) eine Fre quenz, die der einer Speisespannung entspricht, so daß es einen feststehenden Ausdruck (ω = 2πs = 2π × 60) gibt, wobei r (= ω/ωn) in einem üblichen Verdichter größer als 1 ist. Das heißt, wenn die Verdichtungseinheit 2 von signi fikant leichtem Gewicht ist und der Elastizitätskoeffizient der Montagefeder 3 äußerst klein ist, dann reicht der Wert r von 0 bis 1, und da die Montagefeder 3 in dem linearen Verdichter die beträchtlich schwere Verdichtungseinheit 2 tragen muß und wenn in Anbetracht der statischen Durchfe derung δST eine vertikale Steifheit KY der Montagefeder 3 nicht unter eine bestimmte Grenze gesenkt werden kann, dann bleibt der Wert von r größer als 1.Now in the expression F = fsinωt ω) denotes a frequency which corresponds to that of a supply voltage, so that there is a fixed expression (ω = 2πs = 2π × 60), where r (= ω / ω n ) in a conventional compressor is greater than 1. That is, if the compression unit 2 is significantly light in weight and the coefficient of elasticity of the mounting spring 3 is extremely small, then the value r ranges from 0 to 1, and since the mounting spring 3 in the linear compressor has to carry the considerably heavy compression unit 2 and if, in view of the static penetration δ ST, a vertical stiffness KY of the mounting spring 3 cannot be reduced below a certain limit, then the value of r remains greater than 1.
Wie oben beschrieben, wird der Verstärkungsfaktor R, der als Maßstab zur Messung der Amplitude dient, kleiner in einem Intervall, in dem r größer als 1 ist, wodurch der Wert von ω festgelegt wird. Folglich wird, wenn die Eigen frequenz ωn der Verdichtungseinheit 2 verringert wird, der für Y/δST einsetzte Wert von R kleiner, wodurch die Ampli tude des Behälters verringert wird.As described above, the amplification factor R, which serves as a measure for measuring the amplitude, becomes smaller in an interval in which r is greater than 1, whereby the value of ω is determined. Consequently, when the natural frequency ω n of the compression unit 2 is reduced, the value of R used for Y / δ ST becomes smaller, whereby the amplitude of the container is reduced.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ei nen linearen Verdichter zu schaffen, bei dem die Vibration während seines Betriebs wirksam verringert ist.It is therefore an object of the present invention to to create a linear compressor where the vibration is effectively reduced during its operation.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfaßt der lineare Ver dichter mit minimalen Vibrationen einen horizontal vorge sehenen hermetischen Behälter, ein elastisches Element, das an jedem einer Mehrzahl von unteren Bereichen des hermeti schen Behälters ausgebildet ist, und eine Verdichtungs einheit, die von dem elastischen Element horizontal abge stützt wird.To achieve this goal, the linear ver denser with minimal vibrations a horizontally hermetic container, an elastic element that on each of a plurality of lower regions of the hermeti the container is formed, and a compression unit horizontally abge from the elastic element is supported.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmli chen linearen Verdichters; Fig. 1 is a cross sectional view of a conventional linear compressor;
Fig. 2 ist eine vereinfachte Ansicht, die eine Anord nung des herkömmlichen linearen Verdichters zeigt; Fig. 2 is a simplified view showing an arrangement of the conventional linear compressor;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des herkömmli chen linearen Verdichters; Fig. 3 is a schematic view of the conventional linear compressor;
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einem Verstärkungsfaktor eines Schwin gungssystems und einem Frequenzverhältnis eines linearen Verdichters zeigt; Fig. 4 is a graph showing the relationship between a gain of a vibration system and a frequency ratio of a linear compressor;
Fig. 5 ist eine teilweise quergeschnittene Seitenan sicht eines linearen Verdichters gemäß der vorliegenden Er findung; und Fig. 5 is a partially cross-sectional side view of a linear compressor according to the present invention; and
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des erfindungs gemäßen linearen Verdichters von oben; Fig. 6 is a cross sectional top view of the linear compressor of the invention;
Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht, welche eine Zusammensetzung eines elastischen Elements des erfindungs gemäßen linearen Verdichters zeigt; und Fig. 7 is an enlarged view showing a composition of an elastic member of the linear compressor according to the invention; and
Fig. 8 ist eine schematische Ansicht des erfindungs gemäßen linearen Verdichters. Fig. 8 is a schematic view of the linear compressor according to the Invention.
Wie in Fig. 5-7 dargestellt, befindet sich beim erfin dungsgemäßen linearen Verdichter mit minimierten Vibratio nen in mehreren unteren Bereichen eines horizontal instal lierten hermetischen Behälters 21 eine als elastisches Ele ment dienende Montagefeder 22. Eine Verdichtungseinheit 23 wird von der Montagefeder 22 horizontal abgestützt.As shown in Fig. 5-7, is in the inventive linear compressor with minimized Vibratio NEN in several lower areas of a horizontally installed hermetic container 21 serving as an elastic element mounting spring 22nd A compression unit 23 is supported horizontally by the mounting spring 22 .
Der erfindungsgemäße lineare Verdichter mit minimier ten Vibrationen ist so eingebaut, daß die Vibration durch orthogonale Überkreuzung der Schwingungsrichtung der Mon tagefeder 22 und der Richtung einer Erregerschwingung der Verdichtungseinheit 23 beträchtlich verringert wird Über einer Bodenfläche des hermetischen Behälters 21 ist an jedem von vier vorbestimmten Orten desselben eine Platte 21a ausgebildet. Auf der oberen Fläche der Platte 21a ist ein erster Haltevorsprung 21b auf einer Oberfläche der Platte 21a ausgebildet, wie in Fig. 7 dargestellt. Ein zweiter Haltevorsprung 23a ist so auf einem bestimmten Bereich der Verdichtungseinheit 23 ausgebildet, daß er der Platte 21a entsprechend gegenüberliegt.The linear compressor according to the invention with minimized vibrations is installed so that the vibration by orthogonal crossover of the vibration direction of the Mon day spring 22 and the direction of excitation vibration of the compression unit 23 is considerably reduced. Over a bottom surface of the hermetic container 21 is the same at each of four predetermined locations a plate 21 a formed. On the upper surface of the plate 21 a, a first holding projection 21 b is formed on a surface of the plate 21 a, as shown in Fig. 7. A second holding projection 23 a is formed on a certain area of the compression unit 23 that it is opposite the plate 21 a accordingly.
An dem ersten Haltevorsprung 21b, der auf der Ober fläche des Behälters 21 ausgebildet ist, ist ein unterer Teil einer Montagefeder 22 angebracht, und an dem zweiten Haltevorsprung 23a ist ein oberer Teil der Montagefeder 22 angebracht, um die Verdichtungseinheit 23 elastisch abzu stützen.On the first retaining projection 21 b, which is formed on the upper surface of the container 21 , a lower part of a mounting spring 22 is attached, and on the second retaining projection 23 a, an upper part of the mounting spring 22 is attached to elastically support the compression unit 23 .
Die Anbringung der Montagefeder 22 ist nicht auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Bereiche be schränkt. Die Verdichtungseinheit 23 kann auch an einem beliebigen Bereich in dem hermetischen Behälter 21 montiert sein, wenn sie nur wirksam und elastisch abgestützt werden kann.The mounting of the mounting spring 22 is not limited to the areas shown in the accompanying drawings. The compression unit 23 can also be mounted on any area in the hermetic container 21 if it can only be supported effectively and elastically.
Es wird nun die Funktionsweise des erfindungsgemäßen linearen Verdichters mit minimierten Vibrationen beschrie ben werden. It will now be the operation of the invention linear compressor with minimized vibrations be.
Zunächst wird die Steifheit der Montagefeder 22 in KX verwandelt, was eine Steifheit in horizontaler X-Richtung bedeutet.First, the rigidity of the mounting spring 22 is converted into K X , which means a rigidity in the horizontal X direction.
Im Falle einer gewöhnlichen Schraubenfeder ist der Wert von KX geringer als ein Drittel von KY, so daß r (= ω/ωn) größer als das r der herkömmlichen vertikalen Ver dichtungsanordnung von Fig. 3 wird.In the case of an ordinary coil spring, the value of K X is less than a third of KY, so that r (= ω / ω n ) becomes larger than that of the conventional vertical sealing arrangement of FIG. 3.
Wenn nun der Wert von KX größer - d. h. weicher - wird, wird der Wert von r größer.If the value of K X now becomes larger - ie softer - the value of r increases.
Daher erzeugt ein erhöhter Wert von r ungeachtet der Größe der Dampfung einen verringerten Wert von R (= Y/δST), wodurch die Amplitude des Behälters 21 verringert wird.Therefore, an increased value of r produces a reduced value of R (= Y / δ ST ) regardless of the size of the attenuation, thereby reducing the amplitude of the container 21 .
Das Verhältnis zwischen der Steifheit der Montagefeder 23 und der Amplitude der Verdichtungseinheit 22 ist wie folgt in einer Gleichung (4) enthalten:The relationship between the rigidity of the mounting spring 23 and the amplitude of the compression unit 22 is contained in an equation (4) as follows:
(auf den Behälter 21 ausgeübte) Kraft = Steifheit (der Mon tagefeder 23) × Amplitude (der Verdichtungseinheit) (4)(force exerted on the container 21 ) force = stiffness (the assembly spring 23 ) × amplitude (the compression unit) (4)
Wenn die Steifheit der Montagefeder 13 weicher - das heißt größer - wird, wird die Amplitude der Verdichtungs einheit 22 kleiner.If the rigidity of the mounting spring 13 is softer - that is, larger - the amplitude of the compression unit 22 becomes smaller.
Folglich bleibt, wenn die Verdichtungseinheit 22 hori zontal in dem Behälter 21 montiert ist, die Steifheit Kx der Montagefeder 23 geringer als ein Drittel der Steifheit einer herkömmlichen vertikalen Verdichtungsanordnung, so daß im Falle des horizontalen linearen Verdichters die auf das hermetische Gefäß 21 ausgeübte Kraft im Vergleich zum vertikalen Verdichter um ein Drittel verringert wird. Somit dient die horizontal montierte Verdichtungseinheit 22 dazu, die Amplitude des Behälters 21 während des Betriebs des Verdichters zu verringern.Remains Thus, when the compression unit is hori zontal mounted in the vessel 21 22, the rigidity K X of the mounting spring 23 is less than a third of the stiffness of a conventional vertical compression means so that in the case of the horizontal linear compressor, the force applied to the hermetic vessel 21 force is reduced by a third compared to the vertical compressor. The horizontally mounted compression unit 22 thus serves to reduce the amplitude of the container 21 during the operation of the compressor.
Wie oben beschrieben, verringert der lineare Verdich ter gemäß der vorliegenden Erfindung durch orthogonale Überkreuzung der Schwingungsrichtung des elastischen Ele ments und der Richtung einer Erregerschwingung der Verdich tungseinheit vorteilhaft unerwünschte Vibrationen während seines Betriebs.As described above, the linear compression decreases ter according to the present invention by orthogonal Crossing the direction of vibration of the elastic Ele ment and the direction of an excitation vibration of the compression tion unit advantageous unwanted vibrations during of its operation.
Claims (3)
einen horizontal vorgesehenen hermetischen Behälter;
ein elastisches Mittel, das in jedem einer Mehrzahl von unteren Bereichen des hermetischen Behälters ausgebil det ist; und
eine Verdichtungseinheit, die von dem elastischen Mit tel horizontal abgestützt wird, wobei die Verdichtungsein heit eine Schwingungsrichtung aufweist, die orthogonal zu einer Schwingungsrichtung des elastischen Mittels ist, wo durch eine Amplitude des hermetischen Gefäßes verringert wird.1. Linear compressor with minimal vibrations, which includes:
a hermetic container provided horizontally;
an elastic means formed in each of a plurality of lower portions of the hermetic container; and
a compression unit which is supported horizontally by the elastic means, wherein the compression unit has a direction of vibration which is orthogonal to a direction of vibration of the elastic means, where is reduced by an amplitude of the hermetic vessel.
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