JP2002048061A - Linear motor driving compressor - Google Patents

Linear motor driving compressor

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JP2002048061A
JP2002048061A JP2000232715A JP2000232715A JP2002048061A JP 2002048061 A JP2002048061 A JP 2002048061A JP 2000232715 A JP2000232715 A JP 2000232715A JP 2000232715 A JP2000232715 A JP 2000232715A JP 2002048061 A JP2002048061 A JP 2002048061A
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JP
Japan
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linear motor
cylinder
piston
support point
compressor
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JP2000232715A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Ikuta
義貴 生田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the service life of a plate spring by preventing the fracture thereof, and improve the service life of a linear motor compressor. SOLUTION: In this linear motor compressor, a piston or a cylinder as a driving unit is supported at a first and a second support points by using a plate spring. A ratio of the number of plate springs to be provided at the first and the second support points is set so as to coincide with a ratio of the strength of the external force in the direction crossing the moving direction of a driving unit and to be applied to the first and the second support points.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータ駆動
圧縮機に関し、特に、可動部を板バネによって支持する
構造を持つリニアモータ駆動圧縮に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motor driven compressor, and more particularly to a linear motor driven compression having a structure in which a movable portion is supported by a leaf spring.

【0002】[0002]

【従来の技術】リニアモータ駆動圧縮機は、ピストン
(あるいはシリンダ)を所定方向に沿って往復運動させ
るピストン式(往復運動式)の圧縮機であって、ピスト
ン(又はシリンダ)を駆動する駆動手段としてリニアモ
ータを採用した圧縮機である。リニアモータ駆動圧縮機
では、リニアモータを採用したことにより、回転モータ
を用いる圧縮機のように、ピストンの運動方向以外の方
向の振動が発生することがなく、一対のピストンを対向
配置するなどして、理論上振動をなくすことができると
いう特徴が有る。この様なリニアモータ駆動圧縮機は、
例えば、スターリング冷凍機のような蓄冷式冷凍機に使
用される。
2. Description of the Related Art A linear motor driven compressor is a piston type (reciprocating type) compressor which reciprocates a piston (or a cylinder) along a predetermined direction, and a driving means for driving the piston (or a cylinder). Is a compressor employing a linear motor. The linear motor driven compressor adopts a linear motor, so that unlike a compressor using a rotary motor, vibration in the direction other than the direction of movement of the piston does not occur, and a pair of pistons are arranged facing each other. Therefore, there is a characteristic that vibration can be theoretically eliminated. Such a linear motor driven compressor is
For example, it is used for a regenerative refrigerator such as a Stirling refrigerator.

【0003】従来のリニアモータ駆動圧縮機は、図1に
示すように、ケース11と、シリンダ12と、シリンダ
12内に往復運動可能に挿入されたピストン13と、ピ
ストン13に連結されたピストン棒14と、ピストン棒
14を介してピストン13を往復運動させるためのリニ
アモータ15と、ピストン棒14を支持する複数(通常
2組)の板バネ16とを有している。
As shown in FIG. 1, a conventional linear motor driven compressor comprises a case 11, a cylinder 12, a piston 13 reciprocally inserted into the cylinder 12, and a piston rod connected to the piston 13. 14, a linear motor 15 for reciprocating the piston 13 via the piston rod 14, and a plurality (usually two sets) of leaf springs 16 supporting the piston rod 14.

【0004】あるいは、従来のリニアモータ駆動圧縮機
は、図2に示すように、ケース21と、一端がブロック
22により塞がれたシリンダ23と、ケース21に固定
された中空のピストン棒24に連結され、その中心軸に
沿ってガス通路が形成され、かつシリンダ23内に挿入
されたピストン25と、シリンダ23を往復運動させる
ためのリニアモータ26と、シリンダ23を支持する複
数(通常2組)の板バネ27とを有している。
Alternatively, as shown in FIG. 2, a conventional linear motor drive compressor includes a case 21, a cylinder 23 one end of which is closed by a block 22, and a hollow piston rod 24 fixed to the case 21. A piston 25 inserted into the cylinder 23, a linear motor 26 for reciprocating the cylinder 23, and a plurality (usually two sets) supporting the cylinder 23. ) And a leaf spring 27).

【0005】板バネ16又は27は、薄い弾性金属製の
ダイヤフラム状(円盤状)の板バネ、あるいは、図3
(a),(b)、及び(c)に示すように、薄い弾性金
属製の径の異なる2つのリング部材(又はサイズの異な
る枠部材)を複数のアームで連結した構造の板バネであ
る。こららの板バネは、リニアモータを構成する磁気回
路の両端に設けられている。なお、ここでは、板バネ1
6、27の枚数を各位置において1枚とする例について
示したが、板バネの枚数は、駆動部(ピストン13、ピ
ストン軸14、アーム17、及びコイル18、又は、シ
リンダ23、ブロック22、アーム28、及びコイル2
9)の重量、運転周波数、及びガスバネ定数等に基づい
て求めた総バネ定数に基づいて決定される。つまり、圧
縮機の動作に必要な総ばね定数を、少数の板バネで実現
しようとすると、各板バネに発生する応力は大きくな
り、多数の板バネで実現しようとすると小さくなるの
で、各板バネに生じる応力が適切になるように、板バネ
の枚数が決定される。従来のリニアモータ駆動圧縮機で
は、2個所に同一特性の板バネを同数配置するようにし
ている。
The leaf spring 16 or 27 is a diaphragm (disk-shaped) leaf spring made of a thin elastic metal, or FIG.
As shown in (a), (b) and (c), the leaf spring has a structure in which two ring members (or frame members having different sizes) made of a thin elastic metal and having different diameters are connected by a plurality of arms. . These leaf springs are provided at both ends of a magnetic circuit constituting the linear motor. Here, the leaf spring 1 is used.
Although the example in which the number of sheets 6 and 27 is set to one at each position is shown, the number of leaf springs is determined by the driving unit (piston 13, piston shaft 14, arm 17, and coil 18, or cylinder 23, block 22, Arm 28 and coil 2
9) is determined based on the total spring constant obtained based on the weight, operating frequency, gas spring constant, and the like. In other words, if the total spring constant required for the operation of the compressor is to be realized with a small number of leaf springs, the stress generated in each leaf spring will be large, and if it is to be realized with a large number of leaf springs, the stress will be small. The number of leaf springs is determined so that the stress generated in the spring is appropriate. In a conventional linear motor drive compressor, the same number of leaf springs having the same characteristics are arranged at two locations.

【0006】図1に戻ると、リニアモータ15は、ピス
トン棒14に連結されたアーム17に取り付けられたコ
イル18と、永久磁石19とを有している。同様に、図
2のリニアモータ26は、シリンダ23に連結されたア
ーム28に取り付けられたコイル29と、永久磁石30
とを有している。
Returning to FIG. 1, the linear motor 15 has a coil 18 attached to an arm 17 connected to a piston rod 14 and a permanent magnet 19. Similarly, the linear motor 26 of FIG. 2 includes a coil 29 attached to an arm 28 connected to a cylinder 23 and a permanent magnet 30
And

【0007】図1のリニアモータ駆動圧縮機では、リニ
アモータ15でピストン13を駆動して、シリンダ12
内に位置する冷媒ガスの圧縮が行なわれる。また、図2
のリニアモータ駆動圧縮機では、リニアモータ26でシ
リンダ23を駆動して、シリンダ23内(即ち、ブロッ
ク22とピストン25との間)に位置する冷媒ガスの圧
縮が行われる。いずれの場合も、圧縮された冷媒ガス
は、ガス通路を通して膨張器へと送られる。
In the linear motor driven compressor shown in FIG. 1, a piston 13 is driven by a linear motor 15 to
The compression of the refrigerant gas located therein is performed. FIG.
In the linear motor driven compressor, the cylinder 23 is driven by the linear motor 26 to compress the refrigerant gas located in the cylinder 23 (that is, between the block 22 and the piston 25). In each case, the compressed refrigerant gas is sent through a gas passage to an expander.

【0008】なお、このようなリニアモータ駆動圧縮機
は、例えば、実用新案掲載公報(実用新案登録番号第2
518671号)に開示されている。
[0008] Such a linear motor driven compressor is disclosed in, for example, Utility Model Publication (Japanese Utility Model Registration No. 2).
No. 5,186,671).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のリニアモータ駆
動圧縮機では、駆動部を支持する板バネが破断し易く、
その寿命が短いという問題点がある。
In the conventional linear motor drive compressor, the leaf spring supporting the drive section is easily broken,
There is a problem that its life is short.

【0010】本発明は、板バネの破断を防止してその寿
命を延ばし、ひいては、リニアモータ圧縮機の寿命を延
ばすことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to prevent the breakage of a leaf spring and extend the life thereof, thereby extending the life of a linear motor compressor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、シリン
ダと、該シリンダに組み合わされるピストンとを有し、
前記シリンダと前記ピストンのうちの一方を駆動部とし
てリニアモータで所定方向に駆動して、前記シリンダ内
に位置する気体を圧縮するリニアモータ駆動圧縮機であ
って、前記駆動部が、前記所定方向に自由度を持ち、か
つ前記所定方向に直交する方向には剛性を持つ板バネを
用いて第1及び第2の支持点で支持されているリニアモ
ータ駆動圧縮機において、前記板バネとして、同一特性
を有する複数の板バネを用い、前記第1の支持点に使用
される板バネの枚数と前記第2の支持点に使用される板
バネの枚数の比を、前記第1の支持点にかかる前記所定
方向に直交する方向の力の絶対値と前記第2の支持点に
かかる前記所定方向に直交する方向の力の絶対値との比
に一致させたことを特徴とするリニアモータ駆動圧縮機
が得られる。
According to the present invention, there is provided a cylinder having a cylinder and a piston combined with the cylinder,
A linear motor drive compressor that drives one of the cylinder and the piston as a drive unit in a predetermined direction by a linear motor and compresses a gas located in the cylinder, wherein the drive unit is configured to be driven in the predetermined direction. A linear motor driven compressor supported at the first and second support points using a leaf spring having rigidity in a direction orthogonal to the predetermined direction, and having the same degree as the leaf spring. Using a plurality of leaf springs having characteristics, the ratio of the number of leaf springs used for the first support point to the number of leaf springs used for the second support point is set to the first support point. Linear motor drive compression, wherein the ratio of the absolute value of the force in the direction orthogonal to the predetermined direction to the absolute value of the force in the direction orthogonal to the predetermined direction on the second support point is matched. Machine is obtained.

【0012】[0012]

【作用】従来のリニアモータ駆動圧縮機において、板バ
ネが破断し易い原因は、不明であったが、本発明者の研
究により明らかとなった。即ち、従来のリニアモータ駆
動圧縮機では、その駆動部の重量等に基づいて必要とさ
れる総ばね定数を求め、1枚の板バネに発生する応力に
基づいて、必要な板バネの枚数を決定しているが、その
際、板バネに発生する応力として、駆動部の運動方向の
応力しか考慮されていないことによるものであった。即
ち、板バネに発生する、駆動部の運動方向に直交する方
向の応力については、全く考慮されておらず、各板バネ
に、異なる大きさの応力が生じるからであることが判明
した。
The cause of the breakage of the leaf spring in the conventional linear motor driven compressor was unknown, but was clarified by the research of the present inventor. That is, in the conventional linear motor drive compressor, the required total spring constant is determined based on the weight of the drive unit and the like, and the required number of leaf springs is determined based on the stress generated in one leaf spring. At this time, only the stress in the movement direction of the drive unit is considered as the stress generated in the leaf spring. That is, it has been found that the stress generated in the leaf spring in the direction perpendicular to the direction of movement of the driving unit is not considered at all, and that different magnitudes of stress occur in each leaf spring.

【0013】そこで、本発明では、各支持点にかかる、
運動方向と直交する方向の力に対応させて、各支持点に
設ける板バネの枚数を決定することにした。その結果、
各板バネに発生する運動方向に直交する方向の応力が等
しくなり、破断が生じにくくなった。
Therefore, in the present invention, each support point
The number of leaf springs provided at each support point is determined according to the force in the direction perpendicular to the direction of movement. as a result,
The stress generated in each of the leaf springs in the direction perpendicular to the direction of movement became equal, and fracture was less likely to occur.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0015】本実施の形態によるリニアモータ駆動圧縮
機の構成は、基本的に従来のものと同一であるので、以
下、図1及び図2を参照して説明する。
The configuration of the linear motor driven compressor according to the present embodiment is basically the same as that of the conventional one, and will be described below with reference to FIGS.

【0016】図1のピストン駆動型のリニアモータ駆動
圧縮機では、駆動部の重心位置が、板バネによる2つの
支持点の間に存在しない。この場合、重心に働く力を
F、第1の支持点にかかる力をF1、重心から第1の支
持点までの距離をL1、第2の支持点にかかる力をF
2、重心から第2の支持点までの距離をL2とすると、
第1及び第2の支持点にかかる力の絶対値|F1|及び|
F2|は、それぞれ、|F1|=L2・|F|/(L2−L
1)、|F2|=L1・|F|/(L2−L1)、で表され
る。
In the piston driven linear motor driven compressor shown in FIG. 1, the position of the center of gravity of the driving portion does not exist between the two support points of the leaf spring. In this case, the force acting on the center of gravity is F, the force acting on the first support point is F1, the distance from the center of gravity to the first support point is L1, and the force acting on the second support point is F.
2. If the distance from the center of gravity to the second support point is L2,
Absolute values of the forces | F1 | and | applied to the first and second support points
F2 | is | F1 | = L2 · | F | / (L2-L
1), | F2 | = L1 · | F | / (L2−L1).

【0017】また、図2のシリンダ駆動形リニアモータ
駆動圧縮機では、駆動部の重心位置が、2つの支持点の
間に存在する。この場合、重心に働く力をF、第1の支
持点にかかる力をF1、重心から第1の支持点までの距
離をL1、第2の支持点にかかる力をF2、重心から第
2の支持点までの距離をL2とすると、第1及び第2の
支持点にかかる力の絶対値|F1|及び|F2|は、それぞ
れ、|F1|=L2・|F|/(L1+L2)、|F2|=L
1・|F|/(L1+L2)、で表される。
In the cylinder-driven linear motor driven compressor shown in FIG. 2, the position of the center of gravity of the driving portion exists between the two support points. In this case, the force acting on the center of gravity is F, the force applied to the first support point is F1, the distance from the center of gravity to the first support point is L1, the force applied to the second support point is F2, and the force applied to the second support point is F2. Assuming that the distance to the support point is L2, the absolute values of the forces | F1 | and | F2 | applied to the first and second support points are | F1 | = L2 · F | / (L1 + L2), | F2 | = L
1 · | F | / (L1 + L2).

【0018】本実施の形態によるリニアモータ駆動圧縮
機では、その駆動型に拘わらず、いずれの場合も、2つ
の支持点に掛かる力の絶対値の比に基づいて、そこを支
持する板バネの枚数を決定する。例えば、|F1|:|F
2|=1:2、の場合には、第1の支持点に1枚の板バ
ネを設け、第2の支持点に2枚の板バネを設けるように
する。なお、この場合、3枚の板バネは全て同一特性を
有するものとする。つまり、3枚の板バネは、各々、圧
縮機の動作に必要な総ばね定数の1/3に相当するバネ
定数を有する。
In the linear motor driven compressor according to the present embodiment, regardless of the drive type, in any case, the leaf spring supporting the two supporting points is based on the ratio of the absolute values of the forces applied to the two supporting points. Determine the number. For example, | F1 |: | F
In the case of 2 | = 1: 2, one leaf spring is provided at the first support point, and two leaf springs are provided at the second support point. In this case, all three leaf springs have the same characteristics. That is, each of the three leaf springs has a spring constant corresponding to 1/3 of the total spring constant required for the operation of the compressor.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明によれば、駆動部を支持するため
に、第1及び第2の支持点に設けられる板バネの枚数
を、各支持点で運動方向に垂直な方向に掛かる外力の比
に応じて決定するようにしたことで、板バネの破断が生
じ難くなり、それによって、リニアモータ駆動圧縮機の
寿命を延ばすことができる。
According to the present invention, in order to support the drive unit, the number of leaf springs provided at the first and second support points is reduced by the external force applied in the direction perpendicular to the direction of movement at each support point. By determining the ratio in accordance with the ratio, breakage of the leaf spring is less likely to occur, whereby the life of the linear motor driven compressor can be extended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ピストン駆動型のリニアモータ駆動圧縮機の構
成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a piston-driven linear motor-driven compressor.

【図2】シリンダ駆動型のリニアモータ駆動圧縮機の構
成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a cylinder drive type linear motor drive compressor.

【図3】(a),(b)、及び(c)は、それぞれ板バ
ネの構造例を示す図である。
FIGS. 3A, 3B, and 3C are diagrams illustrating examples of the structure of a leaf spring. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ケース 12 シリンダ 13 ピストン 14 ピストン棒 15 リニアモータ 16 板バネ 17 アーム 18 コイル 19 永久磁石 21 ケース 22 ブロック 23 シリンダ 24 ピストン棒 25 ピストン 26 リニアモータ 27 板バネ 28 アーム 29 コイル 30 永久磁石 11 Case 12 Cylinder 13 Piston 14 Piston rod 15 Linear motor 16 Leaf spring 17 Arm 18 Coil 19 Permanent magnet 21 Case 22 Block 23 Cylinder 24 Piston rod 25 Piston 26 Linear motor 27 Leaf spring 28 Arm 29 Coil 30 Permanent magnet

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダと、該シリンダに組み合わされ
るピストンとを有し、前記シリンダと前記ピストンのう
ちの一方を駆動部としてリニアモータで所定方向に駆動
して、前記シリンダ内に位置する気体を圧縮するリニア
モータ駆動圧縮機であって、前記駆動部が、前記所定方
向に自由度を持ち、かつ前記所定方向に直交する方向に
は剛性を持つ板バネを用いて第1及び第2の支持点で支
持されているリニアモータ駆動圧縮機において、 前記板バネとして、同一特性を有する複数の板バネを用
い、 前記第1の支持点に使用される板バネの枚数と前記第2
の支持点に使用される板バネの枚数の比を、前記第1の
支持点にかかる前記所定方向に直交する方向の力の絶対
値と前記第2の支持点にかかる前記所定方向に直交する
方向の力の絶対値との比に一致させたことを特徴とする
リニアモータ駆動圧縮機。
A cylinder and a piston combined with the cylinder, wherein one of the cylinder and the piston is driven in a predetermined direction by a linear motor as a drive unit to remove gas located in the cylinder. A linear motor drive compressor for compressing, wherein the drive unit has a degree of freedom in the predetermined direction and a first and a second support using a leaf spring having rigidity in a direction orthogonal to the predetermined direction. In a linear motor drive compressor supported at points, a plurality of leaf springs having the same characteristics are used as the leaf springs, and the number of leaf springs used at the first support point and the second
The ratio of the number of leaf springs used for the support point is defined by the absolute value of the force in the direction orthogonal to the predetermined direction applied to the first support point and the absolute value of the force in the direction orthogonal to the predetermined direction applied to the second support point A linear motor driven compressor characterized in that the ratio of the force to the absolute value of the direction is matched.
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