JP2004286009A

JP2004286009A - 振動圧縮機

Info

Publication number: JP2004286009A
Application number: JP2003319518A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Toyama; 健太郎外山; Keiji Oshima; 恵司大嶋; Toshiharu Watabe; 渡部　　俊春
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】可動部が軽量化されて駆動所要電力が低減され、且つ駆動用磁気回路の効率が向上して消費電力が低減されるものを得る。
【解決手段】ピストン７に連結された磁石支持枠４に固定された永久磁石３を、外側継鉄１と内側継鉄６と励磁コイル２とからなる駆動用磁気回路の空隙に挿入し、励磁コイル２に交流電流を通電して交流電流磁界を生じせしめ、その交流電流を前記永久磁石３に作用させて永久磁石３、磁石支持枠４、ピストン７からなる可動部を軸方向に往復駆動し、シリンダー８の内部の圧縮空間１２の作動ガスを圧縮するのものにおいて、磁石支持枠４の両端を二組の支持ばね６により径方向に固定し、軸方向に可動にして支持する。また、磁石支持枠４と内側継鉄５とを一体部品として両者間の隙間をなくし、駆動用磁気回路の効率を向上する。
【選択図】図１

Description

この発明は、極低温冷凍機などに用いられる振動圧縮機に関する。

図６は、従来のこの種の振動圧縮機の縦断面図である。一端が解放したシリンダー１０９内にピストンヘッド１０８が挿入され、該ピストンヘッド１０８とシリンダー１０９とで作動ガスを圧縮する圧縮空間１１２が形成されている。ピストンヘッド１０８とシリンダ１０９との間にはクリアランスシール１１４を形成する隙間が設けられている。また、ピストンヘッド１０８には可動軸１０７が連結されている。

ピストンヘッド１０８は、駆動用磁気回路と永久磁石１０３とからなる駆動機構により駆動されるように構成されており、駆動用磁気回路は、断面がコ字状に成形された外側継鉄１０１と、その内部に巻回された励磁コイル１０２と、その内側に空隙を設けて配された内側継鉄１０５とによって構成されている。また、前記空隙に挿入された永久磁石１０３は、径方向に着磁され、磁石支持枠１０４を介して可動軸１０７に固定されている。また、前記ピストンヘッド１０８、可動軸１０７、磁石支持枠１０４及び永久磁石１０３からなる可動部は、一端が継鉄支持部材１１１に固定された板ばねからなる支持ばね１０６によって、径方向に固定され、軸方向に移動可能に支持されている。これらの可動部及び駆動用磁気回路は、継鉄支持部材１１１を介してシリンダー１０９を備えた筐体１１０にネジにより締結される。この際、上記のクリアランスシール１１４が適正に形成されるように組立調整が行われる。

本校性において、励磁コイル１０２に交流電流を通電すると、駆動用磁気回路の空隙部に交流磁界が生じ、この空隙部に挿入された永久磁石１０３に作用して、該永久磁石１０３及びこれに連結された可動部を軸方向に往復駆動させる。この往復駆動によりピストンヘッド１０８とシリンダー１０９とで構成される圧縮空間１１３において作動ガスが圧縮され、流路１１５を通して図示しない膨張機へと送られる。

上記のような従来装置にあっては、駆動用磁気回路の外側継鉄１０１と内側継鉄１０５との間の空隙部に永久磁石１０３を挿入し、永久磁石１０３に連結したピストンヘッド１０８を軸方向に往復駆動して圧縮空間１１３の作動ガスを圧縮しているが、永久磁石１０３は径方向に着磁されているので、空隙部の挿入位置が径方向に偏りを生じると永久磁石１０３には偏った方向に吸引力が作用する。このため、図７に示した振動圧縮機においては、この径方向の吸引力に抗して永久磁石１０３を支持するに十分な剛性を磁石支持枠１０４に備える必要がある。

しかしながら、このように磁石支持枠１０４の剛性を十分なものとするには、厚さを暑くする必要があり、重量も重くなる。このため、従来の振動圧縮機においては、ピストンヘッド１０８、可動軸１０７、磁石支持枠１０４及び永久磁石１０３からなる可動部の重量が重くなり、慣性力の増大によって圧縮機の消費電力が増大してしまうという問題がある。なお、外側継鉄１０１と内側継鉄１０５との間の空隙部の間隔を広くとれば、永久磁石１０３に作用する吸引力が小さく抑えられるので、磁石支持枠１０４に必要な剛性も小さくなるが、このように空隙部の間隔を広くとると駆動用磁気回路の効率が低下するので得策ではない。
本発明は、上記諸問題を解決すべく開発されたものであり、可動部が軽量化されて駆動所用電力が低減され、更に駆動用磁気回路の効率が向上して消費電力が低減される振動圧縮機を提供することを目的とするものである。

上記諸問題を解決するため、本発明の振動圧縮機は、一端が解放したシリンダーと、該シリンダーの解放端より適正な隙間を設けて挿入され、該シリンダーの内部に作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、該ピストンに連結された磁石支持用枠体と、該磁石支持用枠体に固定された永久磁石と、同心状に配された外側継鉄及び内側継鉄及び励磁コイルからなる駆動用磁気回路とを筐体内に収納し、該筐体に固定された前記駆動用磁気回路の励磁コイルの交流電流を通じ、そこに生じる交流次回を前記永久磁石に作用させて前記ピストン及び磁石支持用枠体及び永久磁石からなる可動部を軸方向に駆動して前記圧縮空間内の作動ガスを圧縮する振動圧縮機において、前記磁石支持用枠体の両端と固定部材との間に少なくとも２組の支持バネを配し、前記可動部を径方向に固定、軸方向に移動可能に支持することを特徴とするものである。

このような構成とすることにより、駆動用磁気回路との相互作用により磁石支持用枠体に取付けられた永久磁石に電磁力が加わっても、磁石支持用枠体は両端で支持され径方向に固定されているので、径方向の変位は微小に抑えられ、径方向に作用する電磁力も微少に抑えられる。このため、磁石支持用枠体は剛性が小さくとも永久磁石を支持することができるので、厚さが薄くてよく、従来の構成に比べて大幅に軽量化できる。従って、本構成では可動部の重量が軽減されて消費電力が低減されることとなる。更に、磁石支持用枠体が両端で支持され径方向に固定されているので、駆動用磁気回路の空隙部の間隔を小さく抑えて構成できるので、効率が向上し、消費電力が低減されることとなる。

また、本発明の振動圧縮機は、前記磁石支持用枠体と内側継鉄とを一体部品として構成したことを特徴とするものである。
このような構成とすることにより、構成部品数が削減されると共に、磁石支持用枠体の高剛性化が可能となるため、消費電力が少なく、高効率で、且つ低コストの振動圧縮機が得られることとなる。また、磁石支持用枠体或いは永久磁石と内側継鉄との間の隙間が不要となるので、磁気回路中の空隙部が低減し、磁気回路効率を向上することができる。

また、本発明の振動圧縮機は、前記磁石支持用枠体とピストンとを一体部品として構成したことを特徴とするものである。
このような構成とすることにより、構成部品数が削減されると共に、磁石支持用枠体の高剛性化が可能となるため、消費電力が少なく、高効率で、且つ低コストの振動圧縮機が得られることとなる。
また、本発明の振動圧縮機は、前記駆動用磁気回路を構成する内側継鉄の内壁が前記シリンダーであることを特徴とするものである。
このような構成とすることにより、軸方向の長さの短縮が可能となり、小型化できることとなる。

而して、本発明の振動圧縮機によれば、磁石支持用枠体の両端と固定部材との間に少なくとも２組の支持バネを配し、可動部を径方向に固定、軸方向に移動可能に支持する構成としたため、可動部の重量が軽減されて消費電力が低減され、更に駆動用磁気回路の空隙部の所要間隔が小さく抑えられて効率が向上することとなり、消費電力が低く高効率で運転可能な振動圧縮機が得られることとなった。

また、磁石支持用枠体と内側継鉄とを一体部品として構成したり、磁石支持用枠体とピストンとを一体部品として構成したりすることにより、製作部品数が低減して低コストでの製作が可能となると共に、磁石支持用枠体の高剛性化を可能として、消費電力が低く、高効率で運転可能な振動圧縮機が得られる。特に、磁石支持用枠体と内側継鉄とを一体部品とすれば、磁石支持用枠体或いは永久磁石と内側継鉄との間の隙間が不要となり、磁気回路の空隙部を低減して磁気回路効率を向上することができる。
また、駆動用磁気回路を構成する内側継鉄の内壁をシリンダーとすることにより、製作部品数が低減して低コストでの製作が可能となると共に、軸方向の長さの短縮が可能となり、振動圧縮機の小型化を促進できる。

以下、本発明の振動圧縮機の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は以下に示した実施例に限定されるものではなく、同一の基本理念に基づく振動圧縮機に広く適用されるものである。
＜実施例１＞
図１は、本発明の振動圧縮機の第１の実施例の構成を示す縦断面図である。筐体９の一部に、一端が解放したシリンダー８が形成され、その内部にピストンヘッド７がクリアランスシール１３を形成する隙間を設けて挿入され、作動ガスの圧縮空間１２が形成されている。前記ピストンヘッド７を軸方向に駆動する駆動機構は駆動用磁気回路と永久磁石３により構成されている。このうち、駆動用磁気回路は、断面がコ字型に成形された外側継鉄１と、その内部に巻回された励磁コイル２と、その内側に空隙を設けて配された内側継鉄５とより構成されており、外側継鉄１と内側継鉄５は、該内側継鉄５の一端に設けられた支持部において板ばねよりなる支持ばね６を介して固定されている。また、永久磁石３は、径方向に着磁して駆動用磁気回路の空隙に挿入され、磁石支持枠４に固定されている。前記磁石支持枠４の両端は、外側継鉄１に連結された２組の板ばねよりなる支持ばね６によって、径方向を固定し、軸方向を移動可能にして支持されている。この磁石支持枠４の一端にピストンヘッド７を連結して可動部が構成されており、駆動用磁気回路中で永久磁石３に作用する電磁力により、この可動部が軸方向に駆動される。なお、外側継鉄１の一端は、支持ばね６の固定端と共に継鉄支持部１０において筐体９に締結されており、筐体９の開放端には圧力ケース１１が連結されている。

本構成において、外側継鉄１の内部に巻回された励磁コイル２に交流電流を通電すると、外側継鉄１と内側継鉄５との間の空隙に交流磁界を生じ、この交流磁界が空隙に挿入された永久磁石３に作用して、永久磁石３を軸方向に往復駆動する。これに伴い、磁石支持枠４を介して永久磁石３に連結されたピストンヘッド７がシリンダー８の内部で軸方向に往復駆動され、圧縮空間１２の内部の作動ガスが圧縮されて流路１４より図示しない膨張機へと供給される。

本構成では、永久磁石３を固定した磁石支持枠４がその両端で支持ばね６によって支持されているので、磁石支持枠４の剛性が小さくとも永久磁石３を支持することができる故、磁石支持枠４は厚さが薄くてよい。従って、本構成の振動圧縮機は、従来の構成に比べて可動部の重量が軽くなり、消費電力が低減する。また、磁石支持枠４の薄肉化により駆動用磁気回路の空隙部の所要間隔が小さく抑えられるので、駆動用磁気回路の効率が向上し、消費電力が更に低減する。

＜実施例２＞
図２は、本発明の振動圧縮機の第２の実施例の構成を示す縦断面図である。本図において、前記図１に示した第１の実施例の構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号が付されており、重複する説明は省略する。
本実施例の特徴は、永久磁石３を固定した磁石支持枠４とピストンヘッド７とが一体部品として形成され、更に、第１の実施例と同様に、磁石支持枠４がその両端で支持ばね６によって支持されていることにある。従って、本構成では、磁石支持枠４の薄肉化により可動部が軽量化されて消費電力が低減すると共に、構成部品数が少なくなって製作コストが低減する。

＜実施例３＞
図３は、本発明の振動圧縮機の第３の実施例の構成を示す縦断面図である。本図においても、前記図１に示した第１の実施例の構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号が付されている。
本実施例の特徴は、上記の実施例と同様に、磁石支持枠４がその両端で支持ばね６によって支持され、且つ永久磁石３を固定した磁石支持枠４とピストンヘッド７とが一体部品として形成され、更に、駆動用磁気回路を構成する内側継鉄５の内壁がシリンダー８の機能を果たすよう構成されていることにある。従って、本構成の振動圧縮機においても、可動部が軽量化されて消費電力が低減し、構成部品数が少なくなって製作コストが低減する。また、本構成では、ピストンヘッド７が駆動用磁気回路の内部に収納されるので、振動圧縮機の軸方向の長さが短縮され、小型化が可能となる。

＜実施例４＞
図４は、本発明の振動圧縮機の第４の実施例の構成を示す縦断面図である。本図においても、前記図１に示した第１の実施例の構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号が付されている。
本実施例の特徴は、上記の実施例と同様に、磁石支持枠４がその両端で支持ばね６によって支持されている点に加え、前記磁石支持枠４と内側継鉄５とが一体部品として形成されている。その結果、磁石支持枠４と同体の内側継鉄５の両端部が前記支持ばね６によって支持されており、内側継鉄５も可動部に含まれる。前記各実施形態では、内側継鉄５は可動部に含まれず、永久磁石３及び磁石支持枠４のみが可動部として軸方向に往復駆動される。その場合、永久磁石３（第１及び第２の実施例）或いは磁石支持枠４（第３の実施例）と内側継鉄５との間に隙間が必要になる（接触していたのでは、互いに摩耗してしまう）。しかしながら、本実施例のように磁石支持枠４と内側継鉄５とを一体部品としてしまえば、両者の間に隙間がないので、前記外側継鉄１と内側継鉄５との空隙、つまり前記駆動用磁気回路の空隙を小さくすることが可能となり、そのようにすることで当該駆動用磁気回路の効率を向上することができる。勿論、そのようにすればより一層消費電力を低減することができる。
また、本実施例では、前記内側継鉄５と磁石支持枠４とを一体部品としたことにより、磁石支持枠４の剛性が高まると共に、製作部品数が少なくなって低コスト化を可能とする。

＜実施例５＞
図５は、本発明の振動圧縮機の第５の実施例の構成を示す縦断面図である。本図においても、前記図１に示した第１の実施例の構成部品と同一機能を有する構成部品には同一符号が付されている。
本実施例の特徴は、上記の実施例と同様に、磁石支持枠４がその両端で支持ばね６によって支持されている点に加え、前記第３の実施例と同様に、磁石支持枠４と内側継鉄５とが一体部品として形成されている。そして、本実施形態では、更にピストンヘッド８も磁石支持枠４或いは内側継鉄５と一体部品として形成されている。従って、本実施例によれば、前記第４の実施例の作用効果に加え、更に製作部品数を低減してより一層の低コスト化を図ることができる。
なお、前記各実施例では、磁石支持枠４の両端を二組の支持ばね６によって径方向に固定し、軸方向に可動にして支持する構成としたが、支持ばね６の数は、２組以上であれば何組であっても差し支えない。

本発明の振動圧縮機の第１の実施例を示す縦断面図である。本発明の振動圧縮機の第２の実施例を示す縦断面図である。本発明の振動圧縮機の第３の実施例を示す縦断面図である。本発明の振動圧縮機の第４の実施例を示す縦断面図である。本発明の振動圧縮機の第５の実施例を示す縦断面図である。従来の振動圧縮機の一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１は外側継鉄
２は励磁コイル
３は永久磁石
４は磁石支持枠
５は内側継鉄
６は支持ばね
７はピストンヘッド
８はシリンダー
９は筐体
１０は継鉄支持部
１１は圧力ケース
１２は圧力空間
１３はクリアランスシール
１４は流路

Claims

一端が解放したシリンダーと、該シリンダーの解放端より適正な隙間を設けて挿入され、該シリンダーの内部に作動ガスの圧縮空間を形成するピストンと、該ピストンに連結された磁石支持用枠体と、該磁石支持用枠体に固定された永久磁石と、同心状に配された外側継鉄及び内側継鉄及び励磁コイルからなる駆動用磁気回路とを筐体内に収納し、該筐体に固定された前記駆動用磁気回路の励磁コイルの交流電流を通じ、そこに生じる交流次回を前記永久磁石に作用させて前記ピストン及び磁石支持用枠体及び永久磁石からなる可動部を軸方向に駆動して前記圧縮空間内の作動ガスを圧縮する振動圧縮機において、前記磁石支持用枠体の両端と固定部材との間に少なくとも２組の支持バネを配し、前記可動部を径方向に固定、軸方向に移動可能に支持することを特徴とする振動圧縮機。
前記磁石支持用枠体と内側継鉄とを一体部品として構成したことを特徴とする請求項１に記載の振動圧縮機。
前記磁石支持用枠体とピストンとを一体部品として構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動圧縮機。
前記駆動用磁気回路を構成する内側継鉄の内壁が前記シリンダーであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の振動圧縮機。