JP2014527595A - 共振振動機構に基づくリニア圧縮機 - Google Patents

Abstract

本発明は、共振振動機構に基づくリニア圧縮機に関し、これは少なくとも１つの共振バネ（２）と、少なくとも１つの固定部分（３１）および少なくとも１つの可動部分（３２）を含む少なくとも１つのリニアモータ（３）と、少なくとも１つのロッド（５）に動作可能に結合された少なくとも１つのピストン（４）と、少なくとも１つのシリンダ（６）と、を含み、これら全ての要素は筐体（７）内に配置されており、リニアモータ（３）の可動部分（３２）は、第一結合アセンブリを通じて共振バネ（２）の一端と物理的に結合されており、ロッド（５）は第二結合アセンブリを介して共振バネ（２）の逆末端と物理的に結合されている。リニアモータ（３）、シリンダ（６）、およびピストン（４）は、筐体（７）の同じ末端内に物理的に配置されている。ロッド（５）は、共振バネ（２）内に配置されている。ピストンシリンダアセンブリ（４、６）は、ロッド（５）から共振バネ（２）の間の結合端に遠位末端で作用することができる。

Description

本発明は、共振振動機構に基づく、具体的には、その電気モータおよびシリンダピストンアセンブリが弾性要素の反対側の末端に接続されているが、しかし当該圧縮機の同じ遠位末端に配置されているバネ質量共振システムに基づく、リニア圧縮機に関する。

バネ質量タイプの振動システムおよび機構は、測定可能な本体重量を弾性変形可能なバネの末端に結合することを含み、バネの他方の末端は、通常は固定された基準点に結合される。これらのタイプのシステムおよび機構において、質量は（外力によって）その平衡位置から変位させられて、（その長さ方向で）バネの変形を生じる可能性がある。外力が取り除かれると、質量は、振動運動を実行することによって、（バネ力のため）その平衡位置に戻る傾向がある。

機能的な観点から、バネの末端のうちの１つは質量に結合されることが可能であり、バネの他方の末端は外部動力源に結合されることが可能である。このため、質量の運動が振動を開始して一定となるように、外部動力源はシステム／機構を統合し始める。

共振構成において、「共振周波数」として知られる特定の周波数において質量が最小外力からの最大振幅で質量が振動する最大効率で、システム／機構が機能することが、目標とされる。

現在の最新技術は、リニア圧縮機の構造における物理的概念の適用を提供する。

共振振動機構に基づくリニア圧縮機のいくつかの機能例が、文献ＰＩ０６０１６４５−６号に記載されている。このような機能例は、（シリンダ内を摺動して作動流体の圧縮を引き起こす）ピストンが「質量」を含み、（主に固定されたステータと移動する磁石からなる）リニアモータが「力の源」を含む、圧縮機に言及している。（ピストンとリニアモータの磁石との間の結合要素を含む）「バネ」を参照すると、これは弾性特性を有して共鳴線形振動が可能な、本体を含んでもよい。本明細書には、同じ振動共鳴概念／機能的原理に基づく、異なるタイプの圧縮機のリニアアセンブリが記載されている。いずれの場合も、文献ＰＩ０６０１６４５−６号に記載された全ての機能例は、バネの（またはバネの機能を有する本体の）反対側の末端において、リニアモータ／ピストンが共振的に振動する実施形態を、提供する。

（文献ＰＩ０６０１６４５−６号に記載された機能例の１つに基づく）詳細な構造は、現在の最新技術に属する（共振振動機構に基づく）リニア圧縮機を示す、図１において最もわかりやすい。

このため、図１に示される圧縮機ＣＰは、いずれも共振バネＭＲに結合された、リニアモータＭＬおよび（シリンダＣＬの内部を摺動する）ピストンＰＴを含む。リニアモータＭＬの磁石は共振バネＭＲの末端のうちの一端に結合され、ピストンＰＴは共振バネＭＲの逆末端に結合された位置にある。

文献ＰＩ０６０１６４５−６号に記載された全ての例（図１に示される例も含む）は、機能的であり、これらが提案された目的を達成する。しかしながら、これらの同じ例は、最適化を必要とする長さ／容量の比率を有する。

当業者にとって周知のように、リニア圧縮機の能力を決定する要因の１つは、シリンダ内のピストンの行程路（作動流体の圧縮に有用な容積）を含む。これまでに引用および図示された例（および現在の最新技術に属するその他類似の構造）の場合、ピストンの行程路は、圧縮機全体の長さに比例するので、圧縮機容量の最適化は長さの増加を伴う。このため、現在の最新技術に属するリニア圧縮機の長さ／容量の比率は、圧縮容量の大きい小型圧縮機の構築を妨げることが、特筆される。

現在の最新技術は、そのリニアモータが共振アセンブリ（単一の共振バネの機能を果たすために互いに結合されたバネ）の間に配置されているリニア圧縮機を、さらに含む。

このような構造性の一例は、文献国際公開第２００７／０９８９７０号に記載されている。この文献でも、リニア圧縮機は振動共鳴システム／機構に基づいている。

この構造において、２つの共振バネの間に設けられた駆動モータユニットが提供され、これら共振バネのうちの１つのみが、ピストンシリンダアセンブリに結合されている。この場合、リニアモータはロッドに接続されているタイプのピストンを提供し、これも同様にピストンに結合される。

いずれにせよ、上述の制限（長さ／容量の比率に関する制限）は、この構造性にも存在する。

上記で説明された文脈の全てに基づいて、その長さ／容量の比率によって課せられる制限のないリニア圧縮機の開発の必要性が認められることは、明らかである。

ブラジル特許第ＰＩ０６０１６４５−６号明細書 国際公開第２００７／０９８９７０号

このため、本発明の目的の１つは、寸法上の小型化、および機能的能力の維持が可能な、共振振動機構に基づくリニア圧縮機を提供することである。

本発明の別の目的は、その（シリンダの内部の）ピストンの行程路が、圧縮機全体の長さと完全には関係しないリニア圧縮機を開示することである。

本発明のさらに別の目的は、より大きな長さおよび可撓性を有するロッドの使用を可能にし、したがってピストンとシリンダとの間の既存の相互作用を最小化する、共振振動機構に基づくリニア圧縮機を提供することである。

本明細書に記載される本発明のこれらおよびその他の目的は、本明細書に開示される共振振動機構に基づくリニア圧縮機によって完全に達成されるが、これは少なくとも１つの共振バネと、少なくとも１つの固定部分および少なくとも１つの可動部分を含む少なくとも１つのリニアモータと、少なくとも１つのロッドに動作可能に結合された少なくとも１つのピストンと、少なくとも１つのシリンダと、を含み、これら全ての要素は筐体内に配置されている。リニアモータの可動部分は、第一結合アセンブリを通じて共振バネの末端のうちの１つと物理的に結合されており、ロッドは第二結合アセンブリによって共振バネの逆末端と物理的に結合されている。

リニアモータ、ピストン、およびシリンダは、筐体の同じ末端内に物理的に配置されており、ロッドは共振バネ内に設けられており、ピストンシリンダアセンブリは、ロッドと共振バネの間の結合端に遠位末端で作用することができる。

本発明の概念によれば、ロッドは共振バネ内を通る。

やはり本発明の概念によれば、リニアモータの可動部分およびピストンは、反対方向へ相互に振動する。好ましくは、ピストンシリンダアセンブリは、リニアモータによって画定される外周内に、具体的にはリニアモータの可動部分によって画定される外周内に、配置される。

好適な形態において、およびやはり本発明の概念によれば、リニア圧縮機は、可撓性ロッドと協働的に結合された少なくとも１つの検知装置をさらに含むことが、特筆されるべきである。この検知装置は基本的に、少なくとも１つの固定部品と、少なくとも１つの可動部品と、少なくとも１つの接続体とを含み、部品のうちの少なくとも１つは、それらの間の距離に比例する電磁励起を受ける。

この意味で、可動部品は接続体によって可撓性ロッドと物理的に結合されており、すなわち接続体は可撓性ロッドの末端を可動部品に接続する。

好ましくは、検知装置は、部品間で最も接近したときに測定可能信号の最大発振を生成するような寸法になっている。

本発明は、以下の図面に基づいて詳細に開示される。

先行技術に属するリニア圧縮機の例証を示す図である。 本発明のリニア圧縮機の共振振動機構のブロック図である。 本明細書に開示されるリニア圧縮機の好適な実施形態の模式的断面図である。

本発明の概念および目的にしたがって、リニアモータが圧縮機内に収容されている同じ末端（リニア圧縮機の同じ遠位末端）にピストンシリンダアセンブリが空間的に設けられた、共振振動機構に基づく（具体的には共振バネ質量システム／機構に基づく）リニア圧縮機が、記載される。

これらの特徴は主に、接続ロッド（またはロッド、または可撓性ロッドでもよい）が「自身の」振動末端（共振バネの一端）に対して折り込まれる、すなわち（現在の最新技術に属するリニア圧縮機に対して行われるのとは異なって）接続ロッドが前述の共振バネを横断して配置されるのではなく、共振バネの末端のうちの１つの末端に結合され、共振バネの逆末端において（ピストンシリンダアセンブリの）ピストンを作動させられるということによって、達成される。

これにより、（シリンダ内の）ピストンの「行程路」は、圧縮機がその寸法（長さ）を延長させることなく、最適化されることが可能である。

この構成はまた、より大きい長さ、および結果的により大きい横方向可撓性を備える接続ロッド（リニアモータの直線運動のピストンへの伝達を担う要素）の使用を可能にする。この具体的な特徴は、ピストンとシリンダとの間の横力を最小化する役割を担っており、したがってこれらの間により少ない摩擦を生じ、結果的にリニア圧縮機全体の耐久性を向上させる。

このため、現在の最新技術に属するリニア圧縮機よりも寸法的には小さいが、同等の能力を有するリニア圧縮機を獲得することが、可能である。つまり、本発明は、機能的小型化を受け入れやすいリニア圧縮機を提供する。

したがって、および（図３に示される）本発明の好適な構造によれば、リニア圧縮機（以下、単純に圧縮機１と称される）は基本的に、共振バネ２、リニアモータ３、ピストン４、およびシリンダ６によって構成され、これら全ての要素は、原則的に管状の筐体７内に配置されている。

共振バネ２は、機械的弾性の特性を備える、らせん状金属体を含む。共振バネ２は、好ましくはその中性領域２１（振動運動を有していない、通常は中央にある領域）を通じて、（圧縮機の筐体７に固定された）弾性軸支体７’に取り付けられている。

リニアモータ３は、主に固定部分３１（ステータコイルアセンブリ）および可動部分３２（カーソル）から構成される。固定部分３１は筐体７の内部に固定されており、その一方で可動部分は共振バネ２の末端のうちの１つに取り付けられている。具体的には、リニアモータ３の可動部分３２は、結合リング、支持体、および１組の板バネによって、共振バネ２の一端に固定されている。

シリンダ６は、筐体７に固定されており、リニアモータ３の可動部分３２によって画定された領域内に設けられている。

ピストン４は、シリンダ６の内部で往復運動させられることが可能である。ピストン４は、末端のうちの１つ（作業端）が閉鎖されている、原則的に円筒形で管状の本体を含む。ピストン４に機能的に接続された可撓性ロッド５が設けられている。

（２つの接続端５１および５２が設けられた薄い本体を含む）可撓性ロッド５は、ピストン４を共振バネ２の末端のうちの１つ、具体的にはモータリニア３の可動部分３２の結合端の反対の末端に、接続する。この点に関して、可撓性ロッド５はその末端５２が結合体５３に接続されており、これは支持体の中心に固定されており、支持体は同様に１組の板バネに固定されていることが認められる。上述の板バネのアセンブリもまた、共振バネ２の一端に固定されている。

現在の最新技術に対する本発明の主要な発明的態様は、可撓性ロッド５が、共振バネ２の共振振動運動の方向（リニアモータ３の位置の反対の遠位方向）に伸長される代わりに、リニアモータ３が位置するのと同じ末端に「折り込まれ」、すなわち可撓性ロッド５は第二共振バネ２の共振振動運動の方向とは反対の方向に伸長されるということからなる。

この目的のため、可撓性ロッド５は、前記共振バネ２の内部を通過する。このため、および先に記載されたように、可撓性ロッド５は、その末端５２が共振バネ２の末端のうちの１つと（間接的であっても）結合しており、その他方の末端５１はピストン４に接続されており、これは（当該リニア圧縮機の筐体７の内部で）リニアモータ３が配置されているのと同じ末端に配置されている。

共振振動機構に基づくリニア圧縮機は、好適な実施形態において、可撓性ロッド５と協働的に結合された検知装置を、さらに含む。

検知装置は第一に、前記可撓性ロッド５の（一連の動作に沿った）位置決めを測定する役割、したがって、シリンダ６内のピストン４の位置決めおよび／または速度を測定する役割を、担っている。このため、検知装置は、固定部品８Ａ、可動部品８Ｂ、および接続体９からなる。

部品８Ａおよび８Ｂのうちの少なくとも１つは、両者の間の距離に比例する電磁励起を受ける。この意味において、本明細書において扱われる検知装置は、電磁気に基づく検知装置からなる。

さらに好ましくは、固定部品８Ａは、ホールセンサ（技術文献にすでに記載された電子部品）、あるいはそれに加えて金属コイルを含む。やはり好ましくは、可動部品８Ｂは、磁石または磁性金属体を含む。

共振振動機構に基づくリニア圧縮機の好適な構造によれば、可動部品８Ｂは、好ましくは「Ｕ」の文字と類似のプロファイルのロッドを含む、接続体９によって可撓性ロッド５と物理的に結合されている。この意味において、接続体９は、可撓性ロッド５の末端５２（ピストン４が配置されている末端と反対の末端）に接続されている。

この同じ目的のため、固定部品８Ａは、圧縮機１の内部に存在する、静止部分または静止支持体に対して固定的に設けられており、この静止部分または静止支持体は、ピストンシリンダアセンブリが位置する末端の反対側に離れている。

このため、ピストン４が（可撓性ロッド５によって駆動されて）シリンダ６に侵入すると、部品８Ａおよび８Ｂは近づく傾向があり、これら要素のうちの少なくとも１つは、測定可能であってこれらの間の距離に比例する強度（振幅）を有する、信号（好ましくは電気信号）を生成する。部品８Ａおよび８Ｂが離れるときにも同じことが起こり、つまり両方の部品の間の距離に比例する強度の測定可能信号も生成される。

好ましくは、検知装置は、部品８Ａおよび８Ｂの間で最も接近したときに測定可能信号の最大発振を生成するような寸法になっている。

本明細書に開示される概念の好適な実施形態の例を記載してきたが、本発明の範囲は、可能な同等構成が含まれる、請求項の文言によってのみ限定される、その他の可能な変形例にも及ぶことは、理解されるべきである。

Claims (10)

1. 振動共振機構に基づくリニア圧縮機であって、
   少なくとも１つの共振バネ（２）と、少なくとも１つの固定部分（３１）および少なくとも１つの可動部分（３２）を含む少なくとも１つのリニアモータ（３）と、少なくとも１つのロッド（５）に動作可能に結合された少なくとも１つのピストン（４）と、少なくとも１つのシリンダ（６）と、を含み、これら全ての要素は筐体（７）内に配置されており、
   可動部分（３２）、リニアモータ（３）は、第一結合アセンブリを通じて共振バネ（２）の末端のうちの１つと物理的に結合されており、
   ロッド（５）は第二結合アセンブリを介して共振バネ（２）の逆末端と物理的に結合されており、
   リニア圧縮機（１）は、
   リニアモータ（３）、シリンダ（６）、およびピストン（４）が、筐体（７）の同じ末端内に物理的に配置されており、
   ロッド（５）が共振バネ（２）内に配置されており、
   ピストンシリンダ（４、６）が、ロッド（５）から共振バネ（２）の間の結合端に遠位末端で作用することができることを特徴とする、リニア圧縮機。
2. ロッド（５）が共振バネ（２）内を通るということによって特徴付けられる、請求項１に記載のリニア圧縮機。
3. リニアモータ（３）の可動部分（３２）およびピストン（４）が、相互に逆の方向に振動することを特徴とする、請求項１に記載のリニア圧縮機。
4. ピストンシリンダ（４、６）が、リニアモータ（３）によって画定される外周内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のリニア圧縮機。
5. ピストンシリンダ（４、６）が、リニアモータ（３）によって画定される可動部分（３２）によって画定される外周内に配置されることを特徴とする、請求項４に記載のリニア圧縮機。
6. 可撓性ロッド（５）と協働的に結合された少なくとも１つの検知装置をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のリニア圧縮機。
7. 検知装置が基本的に、少なくとも１つの固定部品（８Ａ）と、少なくとも１つの可動部品（８Ｂ）と、少なくとも１つの接続体（９）と、を含むことを特徴とする、請求項６に記載のリニア圧縮機。
8. 部品（８Ａ）および（８Ｂ）のうちの少なくとも１つが、それらの間の距離に比例する電磁励起を受けることを特徴とする、請求項７に記載のリニア圧縮機。
9. 可動部品（８Ｂ）が接続体（９）を介して可撓性ロッド（５）と物理的に結合されており、接続体（９）は可撓性ロッド（５）の末端（５２）を可動部品（８Ｂ）に接続することを特徴とする、請求項６または７に記載のリニア圧縮機。
10. 検知装置が、部品（８Ａ）および（８Ｂ）の間で最も接近したときに測定可能信号の最高値を生成するようなサイズになっていることを特徴とする、請求項６および９のいずれか１つに記載のリニア圧縮機。

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