JP2001090662A - リニアコンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ピストンの異常変位の発生による
装置の破壊や故障発生を防止するとともに、トップクリ
アランスを小さくして高い体積効率を実現したリニアコ
ンプレッサを提供する。 【解決手段】 本発明は、ピストン５が上死点側へ設定
最大範囲以上移動した時に、ピストン５を制御する制御
手段を備えたリニアコンプレッサである。前記制御手段
は、ピストン５が上死点側へ設定最大範囲以上移動した
ことを検知する異常変位検知手段２１と、該異常変位検
知手段２１からの検知信号に基づいて、ピストン５の駆
動電力である交流電圧を制御する電圧制御手段２２と、
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に嵌装
されたピストンをリニアモータによって往復運動させる
ことにより、ガスを圧縮して外部に供給するリニアコン
プレッサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍システムに於いて、冷媒ガス
を圧縮して供給する機構として、リニアコンプレッサが
開発されている。

【０００３】例えば図４に示すように、底部に所定量の
潤滑油が貯溜された密閉状の密閉容器１と、その密閉容
器１内に配置され、密閉容器１内に貯溜されている潤滑
油と連通状態となっているモータケース２と、そのモー
タケース２内に形成されたシリンダ１０３と、シリンダ
１０３内に往復可能に嵌装され、シリンダ１０３内空間
に圧縮室４を区画形成するピストン１０５と、ピストン
１０５を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ６
と、を備えている。尚、図４ではモータケース２とシリ
ンダ１０３が一体形成され、磁気枠として低炭素鋼で構
成されている。

【０００４】そして、リニアモータ６には、環状の永久
磁石７がシリンダ１０３の同心外方に配置され、モータ
ケース２に固着されている。この永久磁石７およびモー
タケース２、シリンダ１０３の磁気枠からなる磁気回路
によって、シリンダ１０３の中心軸と同心の円筒状の間
隙８に磁界を発生させる。間隙８には樹脂からなる有低
円筒状の可動体９が配設され、中心部にてピストンシャ
フト１０に一体固定されており、可動体９およびピスト
ン１０５を往復運動可能に弾性支持するためのピストン
スプリング１１がモータケース２に固定されている。

【０００５】この可動体９の外周には、永久磁石７と対
向する位置に電磁コイル１２が巻回されており、リード
線（図示せず）を介して所定周波数の交流電流を電磁コ
イル１２に通電することで、間隙８を通る磁界との作用
により電磁コイル１２および可動体９を駆動してピスト
ン１０５をシリンダ１０３内で往復運動させ、圧縮室４
で所定周期のガス圧を発生させる。

【０００６】一方、代表的な冷凍システムとして、図５
に示すように、リニアコンプレッサ（圧縮機）１２１、
凝縮器１２２、膨張弁１２３及び蒸発器１２４をガス流
路１２５にて接続した密閉式の冷凍システムが知られて
おり、リニアコンプレッサ１２１は、蒸発器１２４で気
化した冷媒ガスを、ガス流路１２５ａを通じて吸入して
高圧に圧縮し、高圧となった冷媒ガスをガス流路１２５
ｂを経て凝縮器１２２に吐出する装置として使用されて
いる。

【０００７】このため、図４に示すように、圧縮室４に
は、シリンダ１０３に設けられた弁機構１３を介して、
密閉容器１外部のガス流路１２５が接続されている。弁
機構１３は、ガス流路１２５ａを介して蒸発器１２４か
らの冷媒ガスの吸入のみを許容する吸入弁１３ａと、ガ
ス流路１２５ｂを介して凝縮器１２２への冷媒ガスの吐
出のみを許容する吐出弁１３ｂとから構成される。吸入
弁１３ａは、低圧側のガス流路１２５ａと圧縮室４との
冷媒ガスの圧力差によって、圧縮室４方向にガスを流入
させる弁である。又、吐出弁１３ｂは、圧縮室４内の冷
媒ガス圧力が高圧側のガス流路１２５ｂの圧力より一定
圧力以上高くなると開放するように設計され、高圧側の
ガス流路１２５ｂ方向にガスを流出させる弁である。
尚、吸入弁１３ａ及び吐出弁１３ｂは、ともに板バネに
よって付勢されている弁である。

【０００８】以上の構成により、従来装置では吸入弁１
３ａから吸入された冷媒ガスを圧縮室４で高圧に圧縮し
た後、吐出弁１３ｂを介して凝縮器１２２に供給してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】そして、従来のリニア
コンプレッサ１２１では、ピストン１０５の最大振幅範
囲を設定し、できるだけ圧縮効率が良くなるようにピス
トン１０５の上死点位置がシリンダ１０３の上壁に近接
するように設計されている。しかしながら、リニアコン
プレッサ１２１では、何らかの原因で突発的に負荷が軽
くなったとき、この急激な変化に制御が追従できず、ピ
ストン１０５が上死点側へ設定最大範囲以上に移動し、
シリンダ１０３の上壁に衝突したり、可動体９がモータ
ケース２に衝突する虞れがあった。この結果、衝突によ
り可動体９及び弁機構１３が壊れたり、リード線が断線
したりすることがあった。

【００１０】この対策として、特開平９−２６４２６２
号公報に記載のように、可動体９のピストン上死点側へ
の変位がピストン１０５の設定最大範囲以上となったこ
とを、可動体９の位置を検出することによって検知し、
その検知に基づいて電源装置からの電力供給を停止させ
るものが提案されている。

【００１１】しかし、斯かる特開平９−２６４２６２号
公報において提案のものは、可動体９の位置に基づいて
ピストン１０５の位置を判断しているが、一般に可動体
９はピストンシャフト１０を介してピストン１０５に連
結されているが、組立精度上その取付誤差が発生した
り、運転時に可動体９の撓みなどが発生するため、これ
らを考慮しなければならず、ピストン１０５が上死点に
達したときのピストンヘッドとシリンダ１０３上壁の間
隙（トップクリアランス）をある程度以上は小さくする
ことが出来なかった。

【００１２】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あって、ピストンの異常変位の発生による装置の破壊や
故障発生を防止するとともに、トップクリアランスを小
さくして高い体積効率を実現したリニアコンプレッサを
提供するものである。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】本発明は、リニアコンプレ
ッサにおいて、ピストンが上死点側へ設定最大範囲以上
移動した時に、前記ピストンを制御する制御手段を有し
ていることを特徴としている。

【００１４】具体的には、前記制御手段は、ピストンが
上死点側へ設定最大範囲以上移動したことを検知する異
常変位検知手段と、その異常変位検知手段からの検知信
号に基づいて、ピストンの駆動源である交流電圧を制御
する電圧制御手段と、を備えていることを特徴としてい
る。

【００１５】前記異常変位検知手段は、ピストンに設け
られた接触部と、ピストンが上死点側へ設定最大範囲以
上移動した時に、接触部と当接して導電する電極と、電
極と接触部間の距離を微調整するための傾斜面を有する
電極移動ブロックと、電極移動ブロックを移動させるた
めのブロック移動ネジと、を有している。

【００１６】ここで、電極移動ブロックの傾斜面の縦横
比を任意に設定することにより、ブロック移動ネジのピ
ッチを減速でき、精度の高い作動距離の設定が可能とな
る。

【００１７】また、前記電圧制御手段は、前記異常変位
検知手段からの検知信号に基づいて、電源装置からのピ
ストン駆動電力の供給を停止させる。

【００１８】以上の構成を用いることにより、ピストン
の異常変位が発生した時に、即座に電磁コイルへのピス
トン駆動電流供給が停止され、ピストンの異常変位の発
生による装置の破壊や故障発生を防止することができ
る。

【００１９】また、トップクリアランスを小さくするこ
とができ、高い体積効率を実現することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のリ
ニアコンプレッサの一実施の形態について説明する。
尚、前述の従来装置と同じ構成については同一符号を付
して示しており、これらの部分の詳細な説明は省略す
る。

【００２１】本発明では、ピストンが上死点側へ設定最
大範囲以上移動した時に、ピストンを制御する制御手段
として、図1に示すように、ピストン５が上死点側へ設
定最大範囲以上移動したことを検知する異常変位検知手
段２１がモータケース２の外部に設けられており、その
異常変位検知手段２１からの検知信号に基づいて、電源
装置からのピストン５の駆動電力供給を停止させる電圧
制御手段２２が設けられている。

【００２２】具体的には、前記異常変位検知手段２１
は、図２に示すように、ピストン５のピストンシャフト
１０側の端部に一体的に取り付けられた円盤形状の接触
部２３と、絶縁体２４で囲まれ、接触部２３と当接し導
電する電極２５と、電極２５と接触部２３の間の距離を
調節するための傾斜面を有する電極移動ブロック２６
と、電極移動ブロックを移動させるブロック移動ネジ２
７と、で構成されている。

【００２３】この電極移動ブロック２６の傾斜面の縦横
比を任意に設定することで、ブロック移動ネジ２７のピ
ッチを減速でき、精度の高い作動距離の設定が可能とな
る。例えば、図３に示すように、電極移動ブロック２６
において、傾斜面の縦横比ａ：ｂ＝１０：１の場合、ブ
ロック移動ネジ２７の１回転当たりの電極２５の移動量
はネジピッチの１０分の１となる。

【００２４】そして、ピストン５が上死点側に設定最大
範囲以上移動した時には、接触部２３と電極２５が当接
することにより導電され、異常変異を検知した検知信号
が電圧制御手段２２に送られる。電圧制御手段２２は、
この検知信号を受け取り、ピストン５の駆動源である電
源装置の交流電圧の供給を停止し、ピストン５を非常停
止させる。

【００２５】以上のように、上記構成によればトップク
リアランスを数ミクロンレベルで調整することができ、
高い体積効率を実現した状態で、ピストン５の異常変位
を簡単な構成で確実に検知することが出来る。

【００２６】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或いは範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、
特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可
能であることは勿論である。

【００２７】例えば、上記実施の形態の説明では、接触
部２３と電極２５の当接により異常変位を検知している
が、当接しなくとも光学的に異常変位を検知してもよ
い。

【００２８】また、上記実施の形態の説明では、電圧制
御手段２２は異常変位検知手段２１からの検知信号に基
づき、ピストン５への電圧供給を停止させているが、電
圧供給を制御しピストン５の往復駆動を制御すること
で、ピストン５を停止させずに正常な往復駆動に回復さ
せてもよい。

【００２９】また、上記実施の形態の説明では、ピスト
ン５に設けられた接触部２３は円盤形状で形成されてい
るが、電極２５と当接できるものならば、形状はどのよ
うなものであっても構わない。

【００３０】また、上記実施の形態の説明では、電極２
５はピストン５に形成された円盤形状の接触部２３と当
接しているが、接触部２３を形成しなくても、電極２５
とピストン５が直接当接するようにしても構わない。

【００３１】また、上記実施の形態の説明では、ピスト
ン５及び可動体９を別体で形成する場合について説明し
たが、一体で構成してもよい。

【００３２】また、上記実施の形態の説明では、モータ
ケース２、磁気枠およびシリンダ３を一体で構成した場
合について説明したが、磁気枠およびシリンダ３をモー
タケース２とは別体で構成してもかまわない。

【００３３】また、上記実施の形態の説明では、ピスト
ンスプリング１１がコイルスプリングで構成されている
が、ピストンスプリング１１を板バネ、ガススプリン
グ、マグネットスプリングなど、ピストン５を往復運動
させることができるものであれば、どのような構成でも
かまわない。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたとおり本発明によれば、非常
に簡単な構成によってピストンの異常変位を確実に検知
することが出来、ピストンとシリンダ上壁との衝突を未
然に防ぐことが出来る。従って、トップクリアランスを
数ミクロンレベルで調整し、小さくして高い体積効率を
実現したリニアコンプレッサを提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すリニアコンプレッ
サの断面図である。

【図２】図１における異常変位検知手段２１の拡大図で
ある。

【図３】電極移動ブロックの傾斜面の縦横比の説明図で
ある。

【図４】従来のリニアコンプレッサの断面図である。

【図５】密閉型の冷凍システムの構成を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１ 密閉容器 ２ モータケース ３ シリンダ ４ 圧縮室 ５ ピストン ６ リニアモータ ７ 永久磁石 ８ 間隙 ９ 可動体 １０ ピストンシャフト １１ ピストンスプリング １２ 電磁コイル １３ 弁機構 ２１ 異常変位検知手段 ２２ 電圧制御手段 ２３ 接触部 ２４ 絶縁体 ２５ 電極 ２６ 電極移動ブロック ２７ ブロック移動ネジ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータケース内に設けられたシリンダ
   と、該シリンダ内に往復可能に嵌装され、該シリンダ内
   に圧縮室を区画形成するピストンと、所定周波数の交流
   電圧を印加して該ピストンを往復駆動するリニアモータ
   と、を有し、前記圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給
   するリニアコンプレッサにおいて、 前記ピストンが上死点側へ設定最大範囲以上移動した時
   に、前記ピストンを制御する制御手段を有していること
   を特徴とするリニアコンプレッサ。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記ピストンが上死点
   側へ設定最大範囲以上移動したことを検知する異常変位
   検知手段と、該異常変位検知手段からの検知信号に基づ
   いて、前記交流電圧を制御する電圧制御手段と、を有し
   ていることを特徴とする請求項１に記載のリニアコンプ
   レッサ。
3. 【請求項３】 前記異常変位検知手段は、前記ピストン
   に設けられた接触部と、前記ピストンが上死点側へ設定
   最大範囲以上移動した時に該接触部と当接して導電する
   電極と、該電極と前記接触部間の距離を微調整するため
   の傾斜面を有する電極移動ブロックと、該電極移動ブロ
   ックを移動させるためのブロック移動ネジと、を有して
   いることを特徴とする請求項２に記載のリニアコンプレ
   ッサ。
4. 【請求項４】 前記電圧制御手段は、前記異常変位検知
   手段からの検知信号に基づいて、前記交流電圧の供給を
   停止させることを特徴とする請求項２に記載のリニアコ
   ンプレッサ。