JP2003193982A - Compressor - Google Patents

Compressor

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JP2003193982A
JP2003193982A JP2001390685A JP2001390685A JP2003193982A JP 2003193982 A JP2003193982 A JP 2003193982A JP 2001390685 A JP2001390685 A JP 2001390685A JP 2001390685 A JP2001390685 A JP 2001390685A JP 2003193982 A JP2003193982 A JP 2003193982A
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JP
Japan
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piston
compressor
voltage
case
supply pattern
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Pending
Application number
JP2001390685A
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Japanese (ja)
Inventor
Takanori Hamashima
孝徳 濱嶌
Nobuaki Okumura
暢朗 奥村
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimally perform displacement control of a piston without installing a displacement sensor to the piston. <P>SOLUTION: In this compressor, a piston 2a reciprocates by the action of an electromagnetic mechanism 4a, and the volume of a compression space 16 formed oppositely to the piston 2a varies. An AC voltage supply pattern that optimizes the reciprocator of the piston 2a is experimentally obtained in advance. An AC voltage is supplied to the electromagnetic mechanism 4a according to the supply pattern. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機に関し、特
に、電磁機構の作用によりピストンが往復動し、前記ピ
ストンと対向して形成される圧縮空間の容積が変動して
なる圧縮機に係るものである。 【0002】 【従来の技術】従来の、この種の、圧縮機は、例えば、
特開平9−324764号公報に記載されている。しか
して、この圧縮機においては、その効率を向上させるた
めに、ピストンの変位波形をセンサで計測し、この結果
をフィードバックして、ピストンを変位させる電磁機構
への通電制御を行っている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、変位センサを
ピストンに設置した場合、ピストン構造が複雑となり、
フィードバック制御の必須と相俟って、製品のコストア
ップを招来する。 【0004】それ故に、本発明は、上記実情に鑑みてな
されたものであり、ピストンに変位センサを設ける必要
のない圧縮機を提供することを技術的課題とするもので
ある。 【0005】 【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、請求項1において講じた発明は、電磁機構の
作用によりピストンが往復動し、前記ピストンと対向し
て形成される圧縮空間の容積が変動してなる圧縮機にお
いて、前記ピストンの往復動が最適となる交流電圧供給
パターンを記憶装置に記憶し、該記憶装置に記憶された
前記供給パターンに依拠して前記交流電圧の供給がなさ
れるようにした、圧縮機を構成したことである。 【0006】 【作用及び効果】上記した請求項1にかかる発明によれ
ば、例えば極低温冷凍機に圧縮機を使用した場合等、使
用条件の変動が圧縮機に対する負荷変動が僅少である場
合、ピストンの往復動が最適となり、冷凍機の効率を向
上させることができる。 【0007】 【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態を
図面に基づいて説明する。 【0008】図1は、パルス管冷凍機20の圧力変動源
として、本発明の実施形態例としてのリニアコンプレッ
サ1を適用した例を示す。 【0009】図1において、リニアコンプレッサ1は、
アルミニューム製の第1ケース2a及び第2ケース2b
を備える。第1ケース2a内には、円筒状に形成された
永久磁石3aが収納されている。永久磁石3aの内周側
には、該永久磁石3aの円筒軸と略同軸的に可動コイル
4aが配置されている。可動コイル4aは、永久磁石3
aと所定の隙間を持って配置されているものである。可
動コイル4aの前端(図示右側端)には円板状の可動部
材5aが連結されている。可動部材5aの中心にはロッ
ド6aが連結している。ロッド6aは、その前端(図示
右側端)で第1ピストン7aの背面と連結し、その後端
(図示左側端)でスプリング8aの一端と連結してい
る。スプリング8aの他端は、第1ケース2aの後端壁
(図示左側壁)に連結している。 【0010】第2ケース2b内の構成も、第1ケース2
a内の構成と同一である。即ち、第2ケース2b内に
は、円筒状に形成された永久磁石3bが収納されてい
る。永久磁石3bの内周側には、該永久磁石3bの円筒
軸と略同軸的に可動コイル4bが配置されている。可動
コイル4bは、永久磁石3bと所定の隙間を持って配置
されているものである。可動コイル4bの前端(図示左
側端)には円板状の可動部材5bが連結されている。可
動部材5bの中心にはロッド6bが連結している。ロッ
ド6bは、その前端(図示左側端)で第2ピストン7b
の背面と連結し、その後端(図示右側端)でスプリング
8bの一端と連結している。スプリング8bの他端は、
第2ケース2bの後端壁(図示右側壁)に連結してい
る。 【0011】可動コイル4a(4b)には、制御装置9
0から、シリンダ部材10に取り付けられた通電端子部
材80及び電線82を介して、交流が供給されるように
なっている。可動コイル4a(4b)及び永久磁石3a
(3b)は、第1電磁機構(第2電磁機構)を構成す
る。 【0012】第1ケース2aの前端壁(図示右側壁)に
は円形の開口部9aが形成されている。同様に、第2ケ
ース2bの前端壁(図示左側壁)にも円形の開口部9b
が形成されている。開口部9aと開口部9bとは同径・
同心に形成されている。 【0013】一方、アルミニウム製のシリンダ部材10
は、第1ピストンを収納する第1シリンダ部10a、第
2ピストンを収納する第2シリンダ部11b、第1シリ
ンダ部11aと第2シリンダ部11bとを連結する連結
壁部12、作動ガス通路部13よりなり、第1ケース2
aの開口部9aの外周壁には第1シリンダ部11aの一
端が、第2ケース2b開口部9bの外周壁には第2シリ
ンダ部11bの一端が嵌め込まれている。ここで、第2
ケースとシリンダ部材との連結方法を説明すると、まず
第2シリンダ部11bの段差部15bに、第2ケース2
bの開口部9bを外挿し、この嵌合部に環状V溝を形成
する。そして、この部位を溶着して、盛肉をして環状V
溝を埋設せしめることにより、第2シリンダ部11bと
第2ケース2bとを、いわば、シームレス接合させる。
これにより、第2シリンダ部11bと第2ケース2bと
の間に、シール部材を必要としない、熱的・機械的な一
体連結が確立される。同様に、第1シリンダ部11aと
第1ケース2aとの間にも、シール部材を必要としな
い、熱的・機械的な一体連結が確立される。 【0014】第1シリンダ部11aと第2シリンダ部1
1bとは、軸線L1を中心として同軸的に配置されてい
る。このため、第1シリンダ部11a内を往復動する第
1ピストン7aと第2シリンダ部11b内を往復動する
第2ピストン7bも、軸線L1を中心として同軸的に往
復する。そして、第1ピストン7aの前面、第2ピスト
ン7bの前面、連結壁部12で囲まれた空間で作動ガス
を圧縮する圧縮室16を画成する。また、作動ガス通路
部13はその内部に作動ガス通路を形成しており、この
作動ガス通路17の一端は開口17aにて圧縮室16を
画成する連結壁部12に開口し、他端は後述の冷凍部2
0に連通しているものである。 【0015】冷凍部20は、作動ガス通路17に連通し
内部に蓄冷材が充填された蓄冷器21と、蓄冷器21に
連通し寒冷を発生するコールドヘッド22と、コールド
ヘッド22に連通し中空ステンレス管で形成されるパル
ス管23と、パルス管23に連結管24を介して連結さ
れ作動ガスの圧力変動と変位変動との位相差を調節する
位相調節機構25とを主構成とするものである。尚、本
例では、位相調節機構として、オリフィス26及びバッ
ファタンク27を使用しているものである。上記説明し
たリニアコンプレッサ1及び冷凍部20によりパルス管
冷凍機を構成するものである。 【0016】また、作動ガス通路17は図1における垂
直な平面内、つまり紙面内に形成されており、蓄冷器2
1に連通している構成である。 【0017】上記構成において、可動コイル4a、4b
に、制御装置90から、交流電流を印加すると、第1ピ
ストン7a及び第2ピストン7bが互いに逆方向に第1
シリンダ11a及び第2シリンダ11bの内部を軸線L
1に沿って往復運動し、圧縮室16内のガス圧力に正弦
波の波動を与える。この圧力変動は、作動ガス通路17
を介して蓄冷器21、コールドヘッド22、パルス管2
3に伝達される。このときオリフィス26及びバッファ
タンク27で構成される位相調節機構25の作用によ
り、主に蓄冷器21内の作動ガスの変位変動と圧力変動
とに所定の位相差が生じる。この位相差を適宜調節する
ことにより、コールドヘッド22付近において作動ガス
が膨張して冷熱を発生し、蓄冷器の作動ガス通路17に
近い部分において作動ガスが圧縮されて熱を放出する。
つまり、コールドヘッド22付近から蓄冷器の作動ガス
通路17に近い側へと熱をくみ出すかの如く作用する。
これにより、コールドヘッド22付近において冷凍を発
生するものである。 【0018】第1ピストン7aの往復動は、可動コイル
4aへの交流電圧の供給は、図3に示されるような態様
で行われる。すなわち、第1ピストン7aの理想的な往
復動を得るためにはどのような電圧供給パターン(電圧
波形)とすれば良いかを、事前に、変位センサをピスト
ンに設置したテスト用圧縮機を用いて測定し、この計測
された、電圧供給パターン(電圧波形)を記憶装置に不
揮発的に記憶させる。そして、この記憶装置を制御装置
90に接続して、理想的な電圧供給パターン(電圧波
形)に沿って、制御装置90が、可動コイル4a(4
b)への交流電圧の供給を行う。換言すれば、図3に示
されるピストン変位は、テスト用圧縮機を用いて測定し
た理想的なピストン往復動の波形であって、このような
波形を得るために、供給電圧をどのように変化させるか
を示したのが、電圧波形である。しかして、極低温冷凍
機に圧縮機を使用した場合、使用条件の変動が圧縮機に
対する負荷変動が僅少であるので、電圧供給パターン
(電圧波形)を事前に設定しても(フィードバック制御
しなくても)、十分、実用に耐え得るものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compressor, and more particularly, to a compressor in which a piston reciprocates by the action of an electromagnetic mechanism and a compression space formed opposite to the piston. The present invention relates to a compressor having a variable volume. 2. Description of the Related Art A conventional compressor of this kind is, for example,
It is described in JP-A-9-324766. In order to improve the efficiency of this compressor, the displacement waveform of the piston is measured by a sensor, and the result is fed back to control the energization of an electromagnetic mechanism that displaces the piston. However, when a displacement sensor is installed on a piston, the piston structure becomes complicated,
Combined with the necessity of feedback control, the cost of the product is increased. [0004] Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its technical object to provide a compressor that does not require the provision of a displacement sensor on a piston. [0005] In order to solve the above-mentioned technical problems, the invention adopted in claim 1 is that the piston reciprocates by the action of the electromagnetic mechanism and is formed to face the piston. In a compressor in which the volume of the compression space fluctuates, an AC voltage supply pattern in which the reciprocation of the piston is optimal is stored in a storage device, and the AC voltage supply pattern is stored based on the supply pattern stored in the storage device. That is, the compressor is configured to supply the voltage. According to the first aspect of the present invention, when the use condition fluctuates only slightly, such as when a compressor is used in a cryogenic refrigerator, the load fluctuation on the compressor is small. The reciprocation of the piston is optimized, and the efficiency of the refrigerator can be improved. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example in which a linear compressor 1 as an embodiment of the present invention is applied as a pressure fluctuation source of a pulse tube refrigerator 20. In FIG. 1, a linear compressor 1 comprises:
First case 2a and second case 2b made of aluminum
Is provided. A cylindrical permanent magnet 3a is accommodated in the first case 2a. On the inner peripheral side of the permanent magnet 3a, a movable coil 4a is disposed substantially coaxially with the cylindrical axis of the permanent magnet 3a. The movable coil 4a includes the permanent magnet 3
a with a predetermined gap. A disk-shaped movable member 5a is connected to a front end (right end in the figure) of the movable coil 4a. A rod 6a is connected to the center of the movable member 5a. The rod 6a is connected at its front end (right end in the drawing) to the back surface of the first piston 7a, and at its rear end (left end in the drawing) to one end of a spring 8a. The other end of the spring 8a is connected to a rear end wall (left side wall in the figure) of the first case 2a. [0010] The structure inside the second case 2b is also the same as the first case 2b.
The configuration is the same as that in a. That is, the cylindrical permanent magnet 3b is housed in the second case 2b. On the inner peripheral side of the permanent magnet 3b, a movable coil 4b is disposed substantially coaxially with the cylindrical axis of the permanent magnet 3b. The movable coil 4b is arranged with a predetermined gap from the permanent magnet 3b. A disk-shaped movable member 5b is connected to a front end (left end in the figure) of the movable coil 4b. A rod 6b is connected to the center of the movable member 5b. The rod 6b has a second piston 7b at its front end (left end in the figure).
At its rear end (the right end in the figure) and one end of the spring 8b. The other end of the spring 8b
It is connected to the rear end wall (the right side wall in the figure) of the second case 2b. The movable coil 4a (4b) includes a control device 9
From 0, an alternating current is supplied via a current-carrying terminal member 80 and an electric wire 82 attached to the cylinder member 10. Moving coil 4a (4b) and permanent magnet 3a
(3b) constitutes a first electromagnetic mechanism (second electromagnetic mechanism). A circular opening 9a is formed in a front end wall (right side wall in the figure) of the first case 2a. Similarly, a circular opening 9b is formed in the front end wall (the left side wall in the figure) of the second case 2b.
Is formed. The opening 9a and the opening 9b have the same diameter.
It is formed concentrically. On the other hand, an aluminum cylinder member 10
Are a first cylinder portion 10a that houses the first piston, a second cylinder portion 11b that houses the second piston, a connection wall portion 12 that connects the first cylinder portion 11a and the second cylinder portion 11b, and a working gas passage portion. 13 and the first case 2
One end of the first cylinder portion 11a is fitted into the outer peripheral wall of the opening 9a, and one end of the second cylinder portion 11b is fitted into the outer peripheral wall of the second case 2b opening 9b. Here, the second
A method of connecting the case and the cylinder member will be described. First, the second case 2 is attached to the step portion 15b of the second cylinder portion 11b.
The opening 9b of b is extrapolated, and an annular V-groove is formed in this fitting portion. Then, this portion is welded, and a fillet is formed to form a circular V
By embedding the groove, the second cylinder portion 11b and the second case 2b are seamlessly connected, so to speak.
Thereby, a thermal / mechanical integrated connection that does not require a seal member is established between the second cylinder portion 11b and the second case 2b. Similarly, between the first cylinder portion 11a and the first case 2a, a thermal / mechanical integrated connection that does not require a sealing member is established. First cylinder part 11a and second cylinder part 1
1b is coaxially arranged about the axis L1. Therefore, the first piston 7a reciprocating in the first cylinder portion 11a and the second piston 7b reciprocating in the second cylinder portion 11b also reciprocate coaxially about the axis L1. Then, a compression chamber 16 for compressing the working gas is defined in a space surrounded by the front surface of the first piston 7a, the front surface of the second piston 7b, and the connecting wall portion 12. The working gas passage 13 has a working gas passage formed therein. One end of the working gas passage 17 opens to the connecting wall 12 defining the compression chamber 16 at the opening 17a, and the other end thereof has the other end. Freezing unit 2 described later
It is connected to 0. The refrigerating unit 20 communicates with the working gas passage 17 and has a regenerator 21 filled with a regenerator material, a cold head 22 which communicates with the regenerator 21 to generate cold, and a hollow head which communicates with the cold head 22. A pulse tube 23 formed of a stainless steel tube, and a phase adjusting mechanism 25 connected to the pulse tube 23 via a connecting tube 24 to adjust a phase difference between a pressure fluctuation and a displacement fluctuation of the working gas are mainly included. is there. In this example, the orifice 26 and the buffer tank 27 are used as a phase adjusting mechanism. A pulse tube refrigerator is constituted by the linear compressor 1 and the refrigeration unit 20 described above. The working gas passage 17 is formed in a vertical plane in FIG.
This is a configuration that communicates with No. 1. In the above configuration, the movable coils 4a, 4b
When an alternating current is applied from the control device 90, the first piston 7a and the second piston 7b
The inside of the cylinder 11a and the second cylinder 11b is
1 reciprocates along with the gas pressure in the compression chamber 16 in a sinusoidal wave. This pressure fluctuation causes the working gas passage 17
Regenerator 21, cold head 22, pulse tube 2 through
3 is transmitted. At this time, due to the action of the phase adjusting mechanism 25 constituted by the orifice 26 and the buffer tank 27, a predetermined phase difference mainly occurs between the displacement fluctuation and the pressure fluctuation of the working gas in the regenerator 21. By appropriately adjusting the phase difference, the working gas expands in the vicinity of the cold head 22 to generate cold heat, and the working gas is compressed in a portion near the working gas passage 17 of the regenerator to release heat.
That is, it acts as if heat is extracted from the vicinity of the cold head 22 to the side near the working gas passage 17 of the regenerator.
As a result, freezing occurs near the cold head 22. In the reciprocating motion of the first piston 7a, the supply of the AC voltage to the movable coil 4a is performed in a manner as shown in FIG. In other words, what kind of voltage supply pattern (voltage waveform) should be used to obtain the ideal reciprocating motion of the first piston 7a is determined by using a test compressor in which a displacement sensor is installed on the piston in advance. The measured voltage supply pattern (voltage waveform) is stored in a storage device in a nonvolatile manner. Then, the storage device is connected to the control device 90, and the control device 90 causes the movable coil 4a (4) to follow the ideal voltage supply pattern (voltage waveform).
b) supply of an AC voltage to In other words, the piston displacement shown in FIG. 3 is an ideal piston reciprocating waveform measured using a test compressor, and how the supply voltage is changed to obtain such a waveform. It is the voltage waveform that indicates whether or not to perform the operation. However, when a compressor is used as a cryogenic refrigerator, a change in operating conditions causes a small load change on the compressor. Therefore, even if the voltage supply pattern (voltage waveform) is set in advance (without feedback control) ), Which is sufficient for practical use.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態にかかる圧縮機テスト用圧
縮機を用いて測定しにより駆動されるパルス管冷凍機の
説明図である。 【図2】図1のA部の拡大図である。 【図3】図1の装置の作動時における圧縮機のピストン
の変位と電磁機構への供給電圧の関係を示すグラフであ
る。 【符号の説明】 4a:可動コイル 4b:可動コイル 7b:第1ピストン 16:第2ピストン
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram of a pulse tube refrigerator driven by measurement using a compressor for testing a compressor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. FIG. 3 is a graph showing a relationship between a displacement of a piston of a compressor and a voltage supplied to an electromagnetic mechanism when the apparatus of FIG. 1 is operated. [Description of References] 4a: movable coil 4b: movable coil 7b: first piston 16: second piston

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 電磁機構の作用によりピストンが往復動
し、前記ピストンと対向して形成される圧縮空間の容積
が変動してなる圧縮機において、前記ピストンの往復動
が最適となる交流電圧供給パターンを記憶装置に記憶
し、該記憶装置に記憶された前記供給パターンに依拠し
て前記交流電圧の供給がなされるようにした、圧縮機。
Claims: 1. A compressor in which a piston reciprocates by the action of an electromagnetic mechanism and the volume of a compression space formed opposite to the piston fluctuates. A compressor, wherein an optimum AC voltage supply pattern is stored in a storage device, and the AC voltage is supplied based on the supply pattern stored in the storage device.
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