JP2011074910A - Linear electric compressor and refrigerant circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニア電動式圧縮機及び冷凍回路に関する。 The present invention relates to a linear electric compressor and a refrigeration circuit.
特許文献1の図11等には、ピストンロッドの両端にピストンヘッドを有する両頭のピストンを採用し、ピストンの両端に圧縮室が形成されるリニア電動式圧縮機が開示されている。このリニア電動式圧縮機では、両頭のピストンの中央部分であるピストンロッド及び各ピストンヘッドに永久磁石が設けられ、コイルはピストンロッド及び各ピストンヘッド周りに設けられている。このリニア電動式圧縮機では、両頭のピストンのピストンロッド内部に一対のばねを有している。
FIG. 11 and the like in
このリニア電動式圧縮機では、コイルに周期的な給電を行うことでコイル周りに周期的に変化する電磁力を生じ、ピストンの永久磁石がその電磁力に引き付けられたり、引き離されたりする。このため、ピストンはシリンダボア内で往復動する。この際、ばねの固有振動数による共振によってもピストンが往復動する。このピストンの往復動により、冷媒は、吸入室から圧縮室に吸入され、圧縮室で圧縮された後、吐出室へ吐出される。このため、これらのリニア電動式圧縮機は、電気制御によって冷媒の圧縮作用を行うことができることから、電気自動車等の空調装置として採用可能であると考えられる。 In this linear electric compressor, by periodically supplying power to the coil, an electromagnetic force that periodically changes around the coil is generated, and the permanent magnet of the piston is attracted to or separated from the electromagnetic force. For this reason, the piston reciprocates in the cylinder bore. At this time, the piston reciprocates also by resonance due to the natural frequency of the spring. By the reciprocation of the piston, the refrigerant is sucked into the compression chamber from the suction chamber, compressed in the compression chamber, and then discharged to the discharge chamber. For this reason, since these linear electric compressors can perform the compression action of the refrigerant by electric control, it is considered that they can be adopted as an air conditioner for an electric vehicle or the like.
また、このリニア電動式圧縮機では、ピストンが一往復する間に冷媒を2回圧縮することが可能であるため、ピストンの一端のみに圧縮室を形成するリニア電動式圧縮機に比べ、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高くすることができるとともに、小型化も実現されている。 Further, in this linear electric compressor, since the refrigerant can be compressed twice during one reciprocation of the piston, unit time is compared with a linear electric compressor in which a compression chamber is formed only at one end of the piston. The compression capacity of the hit refrigerant can be increased, and downsizing is also realized.
しかし、上記従来のリニア電動式圧縮機では、ピストンロッドの内部にばねを配置するための空間を確保する必要がある。このため、ピストンロッドの外径が大型化してしまい、ピストンロッドの外径に応じてシリンダボアの内径を設計しなければならない。このため、リニア電動式圧縮機の一定以上の小型化には限界が生じることとなる。 However, in the conventional linear electric compressor, it is necessary to secure a space for arranging the spring inside the piston rod. For this reason, the outer diameter of the piston rod is increased, and the inner diameter of the cylinder bore must be designed according to the outer diameter of the piston rod. For this reason, there is a limit to downsizing of the linear electric compressor beyond a certain level.
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高く維持しつつ、より一層の小型化を実現可能なリニア電動式圧縮機を提供することを解決すべき課題としている。また、このリニア電動式圧縮機を備えた冷凍回路を提供することも解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and provides a linear electric compressor capable of realizing further downsizing while maintaining a high compression capacity of the refrigerant per unit time. Is a problem to be solved. Moreover, providing the refrigeration circuit provided with this linear electric compressor is also made into the subject which should be solved.
本発明のリニア電動式圧縮機は、軸方向にシリンダボアが貫設されたハウジングと、該ハウジングの両端に接合される一対のエンドプレートと、該シリンダボアと各該エンドプレートとの間に設けられ、該シリンダボア側を圧縮室とし、各該エンドプレート側を吐出室及び/又は吸入室とする一対の弁ユニットと、該シリンダボア内に往復動可能に収容され、各該弁ユニットとの間に該圧縮室を形成するピストンと、該シリンダボア内で該ピストンを往復動させる付勢力を有する付勢部材と、該ハウジングに設けられたコイルと、該ピストンに設けられ、該コイルによって生じる電磁力によって該付勢部材とともに該ピストンを往復動させる永久磁石とを備え、
前記ピストンは、ピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に一体に設けられ、前記シリンダボア内を摺接する一対のピストンヘッドとからなり、
前記ピストンロッドは両該ピストンヘッドより小径であり、
前記永久磁石は両該ピストンヘッドに設けられ、前記コイルは両該ピストンヘッド周りに設けられ、
前記ハウジングは両該ピストンヘッド間にばね座を有し、
該ばね座と両該ピストンヘッドとの間には、該ピストンロッド周りに位置する前記付勢部材が設けられていることを特徴とする(請求項1)。
The linear electric compressor of the present invention is provided between a housing in which a cylinder bore extends in the axial direction, a pair of end plates joined to both ends of the housing, and between the cylinder bore and each end plate, The cylinder bore side is a compression chamber, each end plate side is a discharge chamber and / or a suction chamber, and the cylinder bore is reciprocally accommodated in the cylinder bore, and the compression unit is interposed between the valve units. A piston forming a chamber, a biasing member having a biasing force for reciprocating the piston in the cylinder bore, a coil provided in the housing, and an electromagnetic force provided by the piston and generated by the coil. A permanent magnet that reciprocates the piston together with the force member,
The piston is composed of a piston rod and a pair of piston heads that are integrally provided at both ends of the piston rod and slidably contact the cylinder bore.
The piston rod is smaller in diameter than both piston heads;
The permanent magnet is provided on both the piston heads, and the coil is provided around both the piston heads,
The housing has a spring seat between the piston heads;
The biasing member positioned around the piston rod is provided between the spring seat and the piston heads (Claim 1).
本発明のリニア電動式圧縮機では、ピストンロッドの両端にピストンヘッドを有する両頭のピストンを採用しているため、ピストンが一往復する間に冷媒を2回圧縮することが可能であり、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高くすることができる。 In the linear electric compressor according to the present invention, since the double-headed piston having the piston heads at both ends of the piston rod is employed, the refrigerant can be compressed twice during one reciprocation of the piston. The compression capacity of the hit refrigerant can be increased.
このリニア電動式圧縮機では、コイルによって生じる電磁力に加えて、付勢部材の固有振動数による共振によってもピストンを往復動させることが可能である。また、この付勢部材を圧縮室内に設ける必要がないため、圧縮室を大きく確保することができる。さらに、付勢部材がピストンヘッドよりも大径にならないため、ピストンヘッドの外径に応じてシリンダボアの内径を設計することができる。 In this linear electric compressor, in addition to the electromagnetic force generated by the coil, the piston can be reciprocated by resonance due to the natural frequency of the biasing member. Moreover, since it is not necessary to provide this urging member in the compression chamber, a large compression chamber can be secured. Further, since the biasing member does not have a larger diameter than the piston head, the inner diameter of the cylinder bore can be designed according to the outer diameter of the piston head.
したがって、本発明のリニア電動式圧縮機は、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高く維持しつつ、より一層の小型化を実現可能である。 Therefore, the linear electric compressor of the present invention can realize further downsizing while maintaining a high compression capacity of the refrigerant per unit time.
このリニア電動式圧縮機では、両ピストンヘッドに永久磁石が設けられ、両ピストンヘッド周りにコイルが設けられているため、両頭のピストンの両端で電磁力と永久磁石とが作用する。このため、ピストンは往復動の際に両端が径方向に振れ難く、ピストンヘッドがシリンダボアと干渉し難い。 In this linear electric compressor, since permanent magnets are provided on both piston heads and coils are provided around both piston heads, electromagnetic force and permanent magnets act on both ends of the pistons on both heads. For this reason, both ends of the piston are less likely to swing in the radial direction during reciprocating motion, and the piston head is less likely to interfere with the cylinder bore.
弁ユニットは、各エンドプレート側を吐出室及び吸入室としてもよく、吐出室又は吸入室としてもよい。各エンドプレート側を吐出室とする場合には、ピストン内に吸入室を設けることができる。各エンドプレート側を吸入室とする場合には、ピストン内に吐出室を設けることができる。 In the valve unit, each end plate side may be a discharge chamber and a suction chamber, or a discharge chamber or a suction chamber. When each end plate side is a discharge chamber, a suction chamber can be provided in the piston. When each end plate side is a suction chamber, a discharge chamber can be provided in the piston.
本発明のリニア電動式圧縮機において、ハウジングは、シリンダボアが貫設されたシリンダブロックと、シリンダブロックの外側に設けられ、シリンダブロックとの間にコイルを保持するシェルとを有することが好ましい(請求項2)。この場合、シリンダブロックとシェルとの間に容易にコイルを設けることが可能になり、リニア電動式圧縮機の製造を容易にすることができる。 In the linear electric compressor according to the present invention, the housing preferably includes a cylinder block having a cylinder bore extending therethrough, and a shell that is provided outside the cylinder block and holds a coil between the cylinder block and the cylinder block. Item 2). In this case, it is possible to easily provide a coil between the cylinder block and the shell, and the manufacture of the linear electric compressor can be facilitated.
シリンダブロック及びシェルの一方又はこれらの間には、両ピストンヘッド間に連通する中間室が形成され得る。また、各弁ユニットは各エンドプレート側を吐出室とし得る。そして、各ピストンヘッドには中間室を吸入室とする吸入弁機構が設けられていることが好ましい(請求項3)。この場合、各エンドプレート側に吐出室が形成され、ピストン内に吸入室が形成されることとなる。このため、このリニア電動式圧縮機は、小型化が可能であるとともに、ピストンの軽量化が可能であり、冷媒の圧縮能力を高く維持することができる。 An intermediate chamber communicating between both piston heads may be formed between one or both of the cylinder block and the shell. In addition, each valve unit can have a discharge chamber on each end plate side. Each piston head is preferably provided with a suction valve mechanism having an intermediate chamber as a suction chamber. In this case, a discharge chamber is formed on each end plate side, and a suction chamber is formed in the piston. For this reason, this linear electric compressor can be reduced in size and the weight of the piston can be reduced, and the compression capacity of the refrigerant can be maintained high.
吸入弁機構は、フロート式でも、リード式でもよい。 The suction valve mechanism may be a float type or a lead type.
本発明の冷凍回路は、上記のリニア電動式圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、これらを接続して冷媒を循環させる配管と、該リニア電動式圧縮機の前記コイルに電力を供給する給電装置と、該リニア電動式圧縮機の状態量を検知可能な検知手段と、該検知手段の検知信号によって該給電装置が供給する電力を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする(請求項4)。 The refrigeration circuit of the present invention includes a linear electric compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, a pipe for connecting these to circulate a refrigerant, and the coil of the linear electric compressor. A power supply device that supplies power; a detection unit that can detect a state quantity of the linear electric compressor; and a control device that controls the power supplied by the power supply device based on a detection signal of the detection unit. (Claim 4).
この冷凍回路は、上記のリニア電動式圧縮機を備えているため、高い空調能力を有しながら小型化を実現できる。 Since this refrigeration circuit includes the linear electric compressor described above, it is possible to achieve downsizing while having high air conditioning capability.
また、例えば、ピストンヘッドが弁ユニットに衝突することを防止することができる。すなわち、リニア電動式圧縮機では、コイルに給電する電力の電圧や電流の値を高くした場合だけでなく、電圧や電流の周期が一定の値で保たれている場合であっても、圧縮室内の冷媒の圧力等の負荷が変化する。すると、所定の電力による推力によってピストンが往復動する距離、すなわちピストンのストロークが変化する。例えば、熱負荷が小さく、圧縮室内の冷媒の圧力が低下すると、ピストンヘッドが弁ユニットに衝突してしまい、リニア電動式圧縮機の作動音や振動が上昇する原因となる。また、この場合には、リニア電動式圧縮機の耐久性を低下させる原因ともなる。この点、本発明の冷凍回路では、検知手段がリニア電動式圧縮機の状態量を検知する。そして、制御装置が検知手段の検知信号によって給電装置が供給する電力を制御する。このため、給電装置は、リニア電動式圧縮機に対し、状態量に基づいた電力を供給する。このため、この冷凍回路では、ピストンヘッドが弁ユニットに衝突すること等を防止することができる。また、この冷凍回路では、リニア電動式圧縮機の状態量に基づいて適宜負荷を軽減して耐久性を高くすることも可能となる。 Further, for example, it is possible to prevent the piston head from colliding with the valve unit. That is, in the linear electric compressor, not only when the voltage or current value of the power supplied to the coil is increased, but also when the cycle of the voltage or current is maintained at a constant value, The load such as the pressure of the refrigerant changes. Then, the distance that the piston reciprocates, that is, the stroke of the piston, is changed by the thrust generated by the predetermined electric power. For example, when the heat load is small and the pressure of the refrigerant in the compression chamber is reduced, the piston head collides with the valve unit, which causes an increase in operating noise and vibration of the linear electric compressor. In this case, the durability of the linear electric compressor is reduced. In this regard, in the refrigeration circuit of the present invention, the detection means detects the state quantity of the linear electric compressor. And a control apparatus controls the electric power which a electric power feeder supplies with the detection signal of a detection means. For this reason, an electric power feeder supplies the electric power based on a state quantity with respect to a linear electric compressor. For this reason, in this refrigeration circuit, it is possible to prevent the piston head from colliding with the valve unit. Further, in this refrigeration circuit, it is possible to increase the durability by reducing the load as appropriate based on the state quantity of the linear electric compressor.
このリニア電動式圧縮機の状態量は種々のものであり得る。例えば、ピストンの位置に基づく物理量、リニア電動式圧縮機から吐出される冷媒又はリニア電動式圧縮機に吸入される冷媒の圧力や温度等であり得る。また、これら複数の状態量を組み合わせることもできる。 The state quantity of this linear electric compressor can be various. For example, it may be a physical quantity based on the position of a piston, a refrigerant discharged from a linear electric compressor, or a pressure or temperature of a refrigerant sucked into the linear electric compressor. In addition, the plurality of state quantities can be combined.
状態量は、リニア電動式圧縮機内におけるピストンの位置に基づく物理量であることが好ましい(請求項5)。この場合、ピストンヘッドが弁ユニットに衝突することを直接的に防止することができる。 The state quantity is preferably a physical quantity based on the position of the piston in the linear electric compressor. In this case, it is possible to directly prevent the piston head from colliding with the valve unit.
この物理量は、例えば検知時毎のピストンの位置であり得る。この物理量は、例えば、レーザや磁気を用いた位置センサや作動トランス、近接スイッチ等によって直接的に把握することが可能である。また、流量センサ等を用いてリニア電動式圧縮機や配管内を流れる冷媒の流量等を把握することで、間接的に物理量を把握することもできる。 This physical quantity may be, for example, the position of the piston for each detection time. This physical quantity can be directly grasped by, for example, a position sensor using laser or magnetism, an operating transformer, a proximity switch, or the like. In addition, the physical quantity can be indirectly grasped by grasping the flow rate of the refrigerant flowing through the linear electric compressor or the pipe using a flow sensor or the like.
この物理量は、第1位置を流れる冷媒の圧力である第1圧力と、第1位置よりも下流である第2位置を流れる冷媒の圧力である第2圧力との差圧であることが好ましい(請求項6)。この場合には、制御装置は、検知手段が検知した第1圧力と第2圧力との差圧を把握することで、リニア電動式圧縮機や配管内を流れる冷媒の流量を把握することができる。そして、制御装置は、例えば、現在のピストンの位置を把握し、そのピストンの駆動周波数を逆算し、ピストンが位置すべき適切な位置を把握することができる。そして、給電装置はピストンが適切な位置にあるように電力を供給することから、ピストンは弁ユニットに衝突しないようになる。 This physical quantity is preferably a differential pressure between a first pressure that is the pressure of the refrigerant flowing through the first position and a second pressure that is the pressure of the refrigerant flowing through the second position downstream of the first position ( Claim 6). In this case, the control device can grasp the flow rate of the refrigerant flowing through the linear electric compressor or the pipe by grasping the differential pressure between the first pressure and the second pressure detected by the detecting means. . And the control apparatus can grasp | ascertain the suitable position where a piston should grasp | ascertain, for example, grasp | ascertains the position of the present piston, reversely calculates the drive frequency of the piston. And since an electric power feeder supplies electric power so that a piston exists in an appropriate position, a piston will not collide with a valve unit.
この冷凍回路において、検知手段は配管に設けられており、検知手段は、永久磁石を有し、第1圧力と第2圧力との差圧によって移動可能な可動体と、永久磁石の磁束密度を検知可能な磁力検知装置とを有していることが好ましい(請求項7)。この場合には、磁束密度の変化によって、配管内の第1圧力と第2圧力との差圧を検知することができる。このため、リニア電動式圧縮機のコイル等による磁束の影響を生じない。また、比較的安価でありながら精度高く配管内を流れる冷媒の流量を検知することができる。 In this refrigeration circuit, the detection means is provided in a pipe, and the detection means has a permanent magnet, and a movable body that can be moved by a differential pressure between the first pressure and the second pressure, and the magnetic flux density of the permanent magnet. It is preferable to have a magnetic force detection device capable of detection. In this case, the differential pressure between the first pressure and the second pressure in the pipe can be detected by the change in the magnetic flux density. For this reason, the influence of the magnetic flux by the coil etc. of a linear electric compressor is not produced. In addition, the flow rate of the refrigerant flowing in the pipe can be detected with high accuracy while being relatively inexpensive.
この冷凍回路において、第1位置及び第2位置はリニア電動式圧縮機の吐出室と凝縮器との間に位置する配管に設定され、第1位置と第2位置との間には絞り部が設けられ得る(請求項8)。この場合には、絞り部により、この絞り部の上流と下流とで冷媒の圧力に損失を生じさせることができ、検知手段は冷媒の差圧を検知することが可能である。絞り部がリニア電動式圧縮機の吐出室と凝縮器との間の配管内、すなわち、高圧の冷媒が流れる位置に設けられれば、絞り部によって冷媒の圧力に損失が生じても、冷凍回路自体の性能が低下することがない。 In this refrigeration circuit, the first position and the second position are set in a pipe located between the discharge chamber of the linear electric compressor and the condenser, and there is a throttle portion between the first position and the second position. (Claim 8). In this case, the throttle unit can cause a loss in the refrigerant pressure upstream and downstream of the throttle unit, and the detection means can detect the refrigerant differential pressure. If the throttle part is provided in the pipe between the discharge chamber of the linear electric compressor and the condenser, that is, the position where the high-pressure refrigerant flows, the refrigeration circuit itself even if the refrigerant pressure is lost by the throttle part The performance will not be degraded.
また、この冷凍回路において、第1位置と第2位置との間には屈曲部が設けられ得る(請求項9)。この場合には、屈曲部を流れる冷媒の流路抵抗を基に、検知手段は屈曲部の上流と下流との冷媒の差圧を検知することが可能となる。そして、屈曲部は、不可避に形成されることから、この屈曲部に検知手段を設けることで、容易かつ効率的に配管内の冷媒の流量を検知することができる。この屈曲部は、冷媒に対して流路抵抗が生じる程度に屈曲した状態であれば良い。また、屈曲部による流路抵抗によって生じる冷媒の圧力損失は軽度であると考えられることから、この屈曲部は、高圧の冷媒が流れる位置に設けられても良く、低圧の冷媒が流れる位置に設けられても良い。 In this refrigeration circuit, a bent portion may be provided between the first position and the second position (claim 9). In this case, based on the flow path resistance of the refrigerant flowing through the bent portion, the detection means can detect the differential pressure of the refrigerant upstream and downstream of the bent portion. Since the bent portion is inevitably formed, the flow rate of the refrigerant in the pipe can be detected easily and efficiently by providing the detecting means at the bent portion. This bent portion may be in a state bent to such an extent that a flow path resistance is generated with respect to the refrigerant. In addition, since the pressure loss of the refrigerant caused by the flow path resistance due to the bent portion is considered to be slight, the bent portion may be provided at a position where the high-pressure refrigerant flows, or provided at a position where the low-pressure refrigerant flows. May be.
以下、本発明を具体化した実施例1〜3を図面を参照しつつ説明する。実施例1のリニア電動式圧縮機100及び実施例2、3に示す冷凍回路200、300は、ハイブリッド車や電気自動車等の空調装置として採用されている。
(実施例1)
図1に示すように、このリニア電動式圧縮機100は、第1、2シリンダブロック1、3、シェル5及びセンターハウジング7によってハウジング9が構成されている。第1シリンダブロック1には軸方向に第1シリンダボア1aが貫設され、第2シリンダブロック3には軸方向に第2シリンダボア3aが貫設されている。第1、2シリンダボア1a、3aは設計上は同軸かつ同径にされている。
Example 1
As shown in FIG. 1, the linear
第1、2シリンダブロック1、3は、第1、2シリンダボア1a、3a周りにフランジ1b、3bを有しており、フランジ1b、3bが両端に位置するようにシェル5内に収納されている。シェル5内では、第1、2シリンダブロック1、3間にセンターハウジング7が設けられている。センターハウジング7には第1、2シリンダボア1a、3aと設計上同軸かつ同径の収納孔7aが貫設されている。
The first and
シェル5の両端には第1、2ガスケット10、12を介して第1、2エンドプレート11、13が接合されている。第1、2エンドプレート11、13には空間が形成されており、第1ガスケット10と第1エンドプレート11との間には第1弁板15が挟持され、第2ガスケット12と第2エンドプレート13との間には第2弁板17が挟持されている。第1、2エンドプレート11、13の空間は第1、2弁板15、17によって第1、2吐出室11a、13aとされている。第1、2エンドプレート11、13には第1、2吐出ポート11b、13bが貫設されている。第1吐出室11aは第1吐出ポート11bによって図2に示す配管101に接続され、第2吐出室13aは第2吐出ポート13bによって配管102に接続されている。
First and
図3に示すように、第1弁板15には吐出口15aが貫設されている。また、第1弁板15の第1吐出ポート11b側には、吐出口15aを開閉可能なリード式の吐出弁19と、吐出弁19の開度を規制するリテーナ21とがリベット23によって設けられている。第1弁板15、吐出弁19、リテーナ21及びリベット23が第1弁ユニット25である。第2弁板17側も同様である。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すように、第1、2シリンダボア1a、3a及び収納孔7a内には往復動可能にピストン27が収納されている。ピストン27は、ピストンロッド29と、このピストンロッド29の一端に一体に設けられ、第1シリンダボア1a内を摺接する第1ピストンヘッド31と、ピストンロッド29の他端に一体に設けられ、第2シリンダボア3a内を摺接する第2ピストンヘッド33とからなる。
As shown in FIG. 1,
第1ピストンヘッド31は、図3及び図4に示すように、外周面に永久磁石35、37を固定するヘッド本体39と、ヘッド本体39と一体的に設けられ、第1シリンダボア1aの内面に対して永久磁石35、37の外周面を離間する第1、2スペーサ41、43とを有している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
永久磁石35、37は筒状をなしている。永久磁石35、37は希土類磁石からなる。永久磁石35は外周面側がN極、内周面側がS極とされ、永久磁石37は外周面側がS極、内周面側がN極とされている。なお、永久磁石35は外周面側がS極、内周面側がN極とされ、永久磁石37は外周面側がN極、内周面側がS極とされていてもよい。
The
ヘッド本体39に第2スペーサ43が圧入され、次いで永久磁石37、35がヘッド本体39に挿入され、次いでヘッド本体39に第1スペーサ41が圧入されることにより、永久磁石35、37はヘッド本体39上で第1、2スペーサ41、43に挟持されている。第1ピストンヘッド31は第1スペーサ41側が圧縮室45とされている。
The
図3に示すようにヘッド本体39には内部から圧縮室45に向かって開く吸入口39aが貫設されている。第1スペーサ41には吸入口39aと連通する弁口41aが形成されており、弁口41a内にはフロート式の吸入弁47が収納されている。弁口41aは圧縮室45側に係止片41bを有している。吸入弁47の外周縁には、吸入口39aを開いた時に係止片41bと当接する複数の係止片47aが形成されており、各係止片47a間は切欠き47bとされている。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すように、ピストンロッド29の両端に第1ピストンヘッド31と第2ピストンヘッド33とが圧入されている。ピストンロッド29は第1、2ピストンヘッド31、33よりも小径である。ピストンロッド29には、中央で径方向に開き、軸方向に延びる吸入通路29aが形成されている。吸入通路29aは、図3に示すように、第1ピストンヘッド31の吸入口39aと連通している。吸入通路29a、吸入口39a、吸入弁47及び第1スペーサ41が吸入弁機構50を構成している。第2ピストンヘッド33側も同様である。
As shown in FIG. 1, a
図1に示すように、センターハウジング7には、第1、2シリンダブロック1、3の端面から同一の距離をなす中央位置に、ばね座7bが収納孔7a内に突出する形状で形成されている。収納孔7aの内面とピストンロッド29の外周面との間はばね室7cとされている。ばね室7c内には付勢部材としての第1、2コイルばね49、51が収納されている。
As shown in FIG. 1, a
第1コイルばね49は、予圧縮された状態で、一端がばね座7bに当接し、他端が第1ピストンヘッド31の第2スペーサ43に当接している。第2コイルばね51は、同様に予圧縮された状態で、一端がばね座7bに当接し、他端が第2ピストンヘッド33の第2スペーサ(符号なし)に当接している。
In the pre-compressed state, the
センターハウジング7とシェル5との間には中間室53が形成されている。センターハウジング7には、中間室53とばね室7cとを連通する連通孔7dが貫設されている。中間室53及びばね室7cが吸入室55に相当する。シェル5には吸入ポート5aが貫設されている。吸入室55は吸入ポート5aによって図2に示す配管103に接続されている。シェル5には中間室53を閉鎖するカバー57も固定されており、カバー57には後述するコイル63a、63b、65a、65bと接続される図示しない端子が固定されている。
An
第1、2シリンダブロック1、3とシェル5との間には第1、2保持部材59、61に保持された状態でコイル63a、63b、65a、65bが設けられている。コイル63a、63b、65a、65bは第1、2ピストンヘッド31、33周りに設けられている。第1、2シリンダブロック1、3及び第1、2保持部材59、61は磁性体からなる。なお、第1、2シリンダブロック1、3を非磁性体で構成することもできる。
このリニア電動式圧縮機100は、図2に示すように、配管101及び配管102が配管104に接続され、配管104は凝縮器105に接続されている。凝縮器105は配管106によって膨張弁107及び蒸発器108に接続され、蒸発器108は配管103に接続されている。また、中間室53内の端子はリード線109によって給電装置110に接続されている。給電装置110は電気制御されるようになっている。これらにより冷凍回路を構成する。
As shown in FIG. 2, the linear
上記のように構成されたリニア電動式圧縮機100では、給電装置110によってコイル63a、63b、65a、65bに周期的な給電を行うことでコイル63a、63b、65a、65b周りに周期的に変化する電磁力を生じる。この際、図4に示すように、コイル63aが第1ピストンヘッド31の永久磁石35を引き付ければ、コイル63bが第1ピストンヘッド31の永久磁石37を引き離そうとする。逆に、コイル63aが第1ピストンヘッド31の永久磁石35を引き離せば、コイル63bが第1ピストンヘッド31の永久磁石37を引き付けようとする。このため、ピストン27は第1、2シリンダボア1a、3a内で往復動する。この際、第1、2コイルばね49、51の固有振動数による共振によってもピストン27は往復動する。
In the linear
このピストン27の往復動により、冷媒の吸入、圧縮及び吐出のそれぞれの行程が行われる。第1ピストンヘッド31側を例に詳細に説明する。図3に示すように、第1ピストンヘッド側31が吸入行程にあるとき、圧縮室45内が低圧となり、吸入弁47が弁口41内を移動し、吸入口39aが開かれる。このため、吸入室55内の冷媒は、吸入口39aから吸入弁47の切欠き47bと係止片41bとの間隙を通過して圧縮室45内へ吸入される。この時、吐出口15aは吐出弁19によって閉じられている。
By the reciprocating motion of the
第1ピストンヘッド側31が圧縮行程に移行すると、圧縮室45内の圧力により吸入弁47が弁口41a内を移動し、吸入口39aが閉じられる。そして、圧縮室45内の圧力が上昇することにより、吐出弁19が開かれる。すなわち、第1ピストンヘッド側31が吐出行程に移行する。こうして、圧縮された冷媒は、吐出口15aを経て吐出室11aへ吐出される。吐出室11a内の冷媒は高温であるが、第1エンドプレート11と第1シリンダブロック1との間にはガスケット10が存在し、ピストン27は吐出室11aとは直接接触していない。このため、ピストン27は吐出室11a、13a内の冷媒によっては加熱され難い。なお、第2ピストンヘッド33側も同様である。
When the first
こうして、冷媒は以下のように循環して車室内の空調を行う。すなわち、蒸発器108から配管103に出た冷媒は、吸入室55から圧縮室45に吸入され、圧縮室45で圧縮された後、第1、2吐出室11a、13aへ吐出される。第1、2吐出室11a、13a内の冷媒は配管101、102を経て凝縮器105、膨張弁107及び蒸発器108に至る。このリニア電動式圧縮機100は、電気制御によって冷媒の圧縮作用を行うことができることから、電気自動車等の空調装置として好適に空調を行うことが可能である。例えば、車両がハイブリッドエンジンを搭載しており、停車している間にそのエンジンが停止していても、このリニア電動式圧縮機100によって好適な空調が可能である。
In this way, the refrigerant circulates as follows to air-condition the vehicle interior. That is, the refrigerant discharged from the
また、このリニア電動式圧縮機100では、ピストン27が一往復する間に冷媒を2回圧縮することが可能であるため、ピストンの一端のみに圧縮室を形成するリニア電動式圧縮機に比べ、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高くすることができる。
Further, in this linear
さらに、このリニア電動式圧縮機100では、両頭のピストン27の中央部分に第1、2コイルばね49、51を有している。また、ピストンロッド29が第1、2ピストンヘッド31、33よりも小径である。さらに、第1、2シリンダボア1a、3aと同径のばね室7cに第1、2コイルばね49、51を収納している。このため、このリニア電動式圧縮機100では、圧縮室45内に付勢部材を設ける必要がなく、圧縮室45を大きく確保することができる。また、第1、2コイルばね49、51が第1、2ピストンヘッド31、33よりも大径にならないため、第1、2ピストンヘッド31、33の外径に応じて第1、2シリンダボア1a、3aの内径及びセンターハウジング7の収納孔7aの内径を設計することができる。
Furthermore, this linear
したがって、このリニア電動式圧縮機100は、単位時間当たりの冷媒の圧縮能力を高く維持しつつ、より一層の小型化を実現可能である。また、このリニア電動式圧縮機100を備えることで、冷凍回路も高い空調能力を有しながら小型化を実現できる。
Therefore, the linear
特に、このリニア電動式圧縮機100では、第1、2ピストンヘッド31、33に永久磁石35、37が設けられ、第1、2ピストンヘッド31、33周りにコイル63a、63b、65a、65bが設けられているため、両頭のピストン27の両端で電磁力と永久磁石35、37とが作用する。このため、ピストン27は往復動の際に両端が径方向に振れ難く、第1、2ピストンヘッド31、33が第1、2シリンダボア1a、3aと干渉し難い。
In particular, in the linear
また、このリニア電動式圧縮機100は、ハウジング9が第1、2シリンダブロック1、3とシェル5とを有しているため、第1、2シリンダブロック1、3とシェル5との間に容易にコイル63a、63b、65a、65bを設けることが可能であり、容易に製造が可能である。
Further, in this linear
さらに、このリニア電動式圧縮機100では、第1、2シリンダブロック1、3及びシェル5間に中間室53が形成され、各弁ユニット25が第1、2エンドプレート11、13側を第1、2吐出室11a、13aとし、第1、2ピストンヘッド31、33に吸入弁機構50が設けられている。このため、ピストン27内に吸入室55の一部であるばね室7cと吸入通路29aとが形成されることとなる。このため、このリニア電動式圧縮機100は、小型化が可能であるとともに、ピストン27の軽量化が可能であり、冷媒の圧縮能力を高く維持することができる。
Further, in this linear
(実施例2)
図5に示すように、実施例2の冷凍回路200は、実施例1で示した冷凍回路(図2参照)における配管104に替えて配管150を備えている。また、この冷凍回路200は、検知手段としての流量センサ111と制御装置112とをさらに備えている。
(Example 2)
As shown in FIG. 5, the
図6に示すように、配管150は、内部に絞り部70が設けられている。この冷凍回路200では、絞り部70よりも上流に第1位置150aが設定されており、絞り部70よりも下流に第2位置150bが設定されている。つまり、配管150内において、冷媒は、第1位置150aから第2位置150b方向、すなわち、図6に示す矢印方向に循環する。また、第1位置150aには上流流路120が接続されており、第2位置150bには下流流路121が接続されている。
As shown in FIG. 6, the
流量センサ111は、配管150に設けられており、第1位置150aを流れる冷媒の圧力である第1圧力P1と、第2位置150bを流れる冷媒の圧力である第2圧力P2との差圧を検知する。流量センサ111は、本体71と、磁力検知装置としてのホールIC73とを備えている。
The
本体71の内部には、可動体としてのスプール75が上下動可能に収納されている。スプール75には、永久磁石77が固定されている。また、本体71の下端には、ばね座79が固定されている。ばね座79とスプール75との間には、スプール75を上方に付勢する第1ばね81が設けられている。また、本体71の内部上面とスプール75との間には、スプール75を下方に付勢する第2ばね83が設けられている。
A
本体71には、上流流路120がスプール75より上方の位置で接続されており、ばね座79には、下流流路121が接続されている。これらにより、第2圧力P2が第1圧力P1よりも高ければ、スプール75は、第2ばね83の付勢力に抗して本体71内部で上方に押し上げられる。反対に、第2圧力P2が第1圧力P1よりも低ければ、スプール75は、本体71内部で第1ばね81の付勢力に抗して下方に押し下げられる。
An
ホールIC73は、本体71の上面に固定されている。ホールIC73は、スプール75の上下動によって近接又は遠隔する永久磁石77に基づく磁束密度を検知する。図5に示すように、ホールIC73は、制御回路130を介して制御装置112と電気的に接続されている。ホールIC73は、検知した磁束密度に基づいた検知信号を制御装置112に向けて発信する。
The
制御装置112は、ストローク演算部113と電圧・周波数制御部114とを備えている。また、制御装置112は、制御回路131を介して給電装置110と電気的に接続されている。
The
ストローク演算部113は、ホールIC73から受信した検知信号、すなわち配管150内を流れる冷媒の流量を基に現在のピストン27(図1参照)の位置を把握する。このピストン27の位置がリニア電動式圧縮機100の状態量である。また、ストローク演算部113は、そのピストン27の駆動周波数を逆算し、ピストン27が位置すべき適切な位置を把握する。図5に示すストローク演算部113は、状態量に基づく制御信号を電圧・周波数制御部114に向けて発信する。
The
電圧・周波数制御部114は、ストローク演算部113から受信した制御信号に基づき、給電装置110に対し、リニア電動式圧縮機100に供給する電力の電圧及び電流の値と電流の周期とを制御する。この電圧・周波数制御部114は、給電装置110がリニア電動式圧縮機100に供給する電力、すなわちコイル63a、63b、65a、65bに対して通電する電圧及び電流の値及び電流の周期を個々に制御することが可能である。この冷凍回路200における他の構成は、実施例1で示した冷凍回路と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
Based on the control signal received from the
このように構成された冷凍回路200では、供給装置110がリニア電動式圧縮機100に対し、状態量に基づいて制御された電力を供給する。そして、この冷凍回路200では、リニア電動式圧縮機100内におけるピストン27(図1参照)の位置に基づく物理量を検知することでリニア電動式圧縮機100の状態量を検知している。こうして、状態量を基にリニア電動式圧縮機100に供給する電力を制御する。このため、熱負荷が小さくなり、リニア電動式圧縮機100の圧縮室45内の冷媒の圧力が低下した場合であっても、ピストンヘッド31、33が弁ユニット15、17に衝突することが防止できる。このため、この冷凍回路200では、リニア電動式圧縮機100の耐久性を高くすることができる。
In the
また、この冷凍回路200が備える流量センサ111は、磁束密度の変化によって、配管150内の第1圧力P1と第2圧力P2との差圧を検知することができる。このため、比較的安価でありながら精度高く配管150内を流れる冷媒の流量を検知することができる。また、流量センサ111が配管150に設けられているため、リニア電動式圧縮機100のコイル63a、63b、65a、65b等による磁束の影響を生じない。
Further, the
さらに、この冷凍回路200では、高圧の冷媒が流れる配管104に絞り部70が設けられている。このため、絞り部70によって冷媒の圧力に損失が生じても、冷凍回路200自体の性能が低下することがない。他の作用効果は実施例1で示した冷凍回路と同様である。
Further, in the
(実施例3)
図7に示すように、実施例3の冷凍回路300では、実施例2の冷凍回路200(図5参照)とは異なり、配管103の屈曲部90に流量センサ111が設けられている。また、この冷凍回路300では、実施例2の冷凍回路200の配管150に替えて、実施例1で示した冷凍回路と同様に配管104を備えている。すなわち、この冷凍回路300では、絞り部70が設けられていない。
(Example 3)
As shown in FIG. 7, in the
図8に示すように、この冷凍回路300では、配管103の屈曲部90よりも上流に第1位置103aが設定されており、屈曲部90よりも下流に第2位置103bが設定されている。つまり、配管103内において冷媒は、第1位置103aから第2位置103b方向、すなわち図8に示す矢印方向に循環する。また、第1位置103aには上流流路120が接続されており、第2位置103bには下流流路121が接続されている。他の構成は、実施例2の冷凍回路200と同様であり、同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
As shown in FIG. 8, in the
このように構成された冷凍回路300では、屈曲部90を流れる冷媒による流路抵抗を基に、流量センサ111は、第1圧力P1と第2圧力P2との差圧を検知することが可能となる。そして、この冷凍回路300では、車両への搭載のために不可避に形成される屈曲部90に流量センサ111を設けることで、容易かつ効率的に配管103内の冷媒の流量を検知することができる。この屈曲部90は、図8に示されるような略直角に屈曲した状態だけでなく、冷媒に対して流路抵抗が生じる程度に屈曲した状態であれば良い。また、屈曲部90は、高圧の冷媒が流れる位置、例えば、配管104に設けられても良い。他の作用効果は実施例2の冷凍回路200と同様である。
In the
以上において、本発明を実施例1〜3に即して説明したが、本発明は上記実施例1〜3に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。 In the above, the present invention has been described with reference to the first to third embodiments. However, the present invention is not limited to the first to third embodiments, and can be appropriately modified and applied without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.
例えば、実施例1のリニア電動式圧縮機100は、単体で用いられる場合の他、他の圧縮機と組み合わせて用いられてもよい。実施例2、3の冷凍回路200、300においても同様である。
For example, the linear
また、第1、2スペーサ41、43はPTFE等のフッ素樹脂からなることも可能である。この場合には、ピストン27が第1、2シリンダボア1a、3a内で好適に摺動する。
The first and
さらに、吸入弁機構50は、リード式の吸入弁を採用することも可能である。
Further, the
また、検知手段として、レーザや磁気を用いた位置センサや作動トランス、近接スイッチ等を採用し、ピストン27の位置を直接的に検知することも良い。
Further, a position sensor, an operating transformer, a proximity switch, or the like using a laser or magnetism may be employed as the detection means, and the position of the
また配管101〜104(150)、106に流量センサ111を複数設けても良い。さらに、流量センサ111の他に、圧力センサや温度センサ等を用い、リニア電動式圧縮機100や配管101〜104(150)、106内を流れる冷媒の状態をより詳細に検知することも良い。この場合、ストローク演算部113は、より精度高く物理量を算出することができる。
A plurality of
本発明は、ハイブリッド車の他、電動モータを用いた電気自動車等に搭載可能である。また、エンジンを用いた自動車に搭載可能であることはいうまでもない。 The present invention can be mounted on an electric vehicle using an electric motor in addition to a hybrid vehicle. Moreover, it cannot be overemphasized that it can mount in the motor vehicle using an engine.
1a、3a…シリンダボア
9…ハウジング(1…第1シリンダブロック、3…第2シリンダブロック、5…シェル、7…センターハウジング)
11、13…エンドプレート(11…第1エンドプレート、13…第2エンドプレート)
45…圧縮室
11a、13a…吐出室(11a…第1吐出室、13a…第2吐出室)
55…吸入室(7c…ばね室、53…中間室)
25…弁ユニット
27…ピストン
49、51…付勢部材(49…第1コイルばね、51…第2コイルばね)
63a、63b、65a、65b…コイル
35、37、77…永久磁石
29…ピストンロッド
31、33…ピストンヘッド(31…第1ピストンヘッド、33…第2ピストンヘッド)
7b…ばね座
49、51…コイルばね(49…第1コイルばね、51…第2コイルばね)
100…リニア電動式圧縮機
50…吸入弁機構
105…凝縮器
107…膨張弁
108…蒸発器
101〜104、150、106…配管
110…給電装置
200、300…冷凍回路
111…流量センサ(検知手段)
112…制御装置(113…ストローク演算部、114…電圧・周波数制御部)
103a、150a…第1位置
103b、150b…第2位置
75…スプール(可動体)
73…ホールIC(磁力検知装置)
70…絞り部
90…屈曲部
DESCRIPTION OF
11, 13 ... End plate (11 ... First end plate, 13 ... Second end plate)
45 ...
55 ... Suction chamber (7c ... Spring chamber, 53 ... Intermediate chamber)
25 ...
63a, 63b, 65a, 65b ...
7b ...
DESCRIPTION OF
112 ... Control device (113 ... Stroke calculation unit, 114 ... Voltage / frequency control unit)
103a, 150a ...
73 ... Hall IC (Magnetic force detection device)
70: Restriction part 90 ... Bending part
Claims (9)
前記ピストンは、ピストンロッドと、該ピストンロッドの両端に一体に設けられ、前記シリンダボア内を摺接する一対のピストンヘッドとからなり、
前記ピストンロッドは両該ピストンヘッドより小径であり、
前記永久磁石は両該ピストンヘッドに設けられ、前記コイルは両該ピストンヘッド周りに設けられ、
前記ハウジングは両該ピストンヘッド間にばね座を有し、
該ばね座と両該ピストンヘッドとの間には、該ピストンロッド周りに位置する前記付勢部材が設けられていることを特徴とするリニア電動式圧縮機。 A housing in which a cylinder bore extends in an axial direction, a pair of end plates joined to both ends of the housing, a cylinder bore and each end plate are provided, and the cylinder bore side serves as a compression chamber. A pair of valve units having a discharge chamber and / or a suction chamber on the end plate side, a piston that is reciprocally accommodated in the cylinder bore, and forms a compression chamber between the valve units; And a permanent member for reciprocating the piston together with the biasing member by electromagnetic force generated by the coil, provided in the piston, by a biasing member having a biasing force for reciprocating the piston. With a magnet,
The piston is composed of a piston rod and a pair of piston heads that are integrally provided at both ends of the piston rod and slidably contact the cylinder bore.
The piston rod is smaller in diameter than both piston heads;
The permanent magnet is provided on both the piston heads, and the coil is provided around both the piston heads,
The housing has a spring seat between the piston heads;
A linear electric compressor, wherein the biasing member positioned around the piston rod is provided between the spring seat and the piston heads.
各前記弁ユニットは各前記エンドプレート側を前記吐出室とし、
各該ピストンヘッドには該中間室を前記吸入室とする吸入弁機構が設けられている請求項2記載のリニア電動式圧縮機。 An intermediate chamber communicating between the piston heads is formed between one of the cylinder block and the shell, or between them.
Each of the valve units has the end plate side as the discharge chamber,
3. A linear electric compressor according to claim 2, wherein each piston head is provided with a suction valve mechanism having the intermediate chamber as the suction chamber.
該検知手段は、永久磁石を有し、前記第1圧力と前記第2圧力との差圧によって移動可能な可動体と、該永久磁石の磁束密度を検知可能な磁力検知装置とを有している請求項6記載の冷凍回路。 The detection means is provided in the pipe,
The detection means includes a permanent magnet, a movable body that can move by a differential pressure between the first pressure and the second pressure, and a magnetic force detection device that can detect the magnetic flux density of the permanent magnet. The refrigeration circuit according to claim 6.
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