JP2608389B2 - 電磁作動コンプレッサ弁 - Google Patents

電磁作動コンプレッサ弁

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JP2608389B2 JP6514428A JP51442894A JP2608389B2 JP 2608389 B2 JP2608389 B2 JP 2608389B2 JP 6514428 A JP6514428 A JP 6514428A JP 51442894 A JP51442894 A JP 51442894A JP 2608389 B2 JP2608389 B2 JP 2608389B2
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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願についてのデータ 本出願は、同一の出願人になる米国出願第07/957,194
号（1992年10月５日出願、電磁作動弁）の一部継続出願
である。
発明の分野 本発明は、一般には、電磁作動弁に関し、より具体的
には、直線運動を直接に生み出す電磁作動コンプレッサ
弁に関する。
発明の背景 標準冷凍コンプレッサについての基本的な問題点は、
その標準コンプレッサにおけるピストン駆動装置により
もたらされる非能率化にある。標準冷凍コンプレッサ
は、クランクシャフトを回転させるためにインダクショ
ンモーターを用いその回転により圧縮室内でピストンを
上下移動させる。図１において、典型的な冷凍コンプレ
ッサ10が示される。更に具体的には、インダクションモ
ーター12は、接続ロッド20を介してシリンダー18内にピ
ストン16を前後移動させるクランクシャフト14上でのト
ルクを生じさせる。動作の際に、圧縮ガスによって生ず
る力は、接続ロッド20下部のピストン球状ベアリング22
を通って接続ロッドベアリング24へ移動し、最後にクラ
ンクシャフトベアリング26へと移行する。これらのベア
リングはそのすべての側面に重圧を受け、大きな摩擦を
生ずる。その結果ベアリングは、継続して潤滑化されな
ければならない。
従って、望まれない摩擦量を生ずることなく要求され
るピストン移動を可能とするコンプレッサ弁の存在が必
要とされる。
標準コンプレッサの有する他の問題は、その製造工程
が複雑で、それゆえに比較的高価なことである。コンプ
レッサにおける従来型のインダクションモーターは、全
体に複雑に織られた銅コイルを有するケイ素−鉄層成ス
タックにより構成される。モーターの固定子はコイル化
板状シリカー鉄から、ほぼ形状化された独立の積層物を
スタンプすることにより組み立てられる。積層物は、ワ
ニスが塗付され、ジグに重ねられ側面に沿って溶接さ
れ、一つの統一ユニットが形成される。コイル溝及び穴
が積層組み立て体中に機械加工され、プラスチック絶縁
挿入物がその溝及び穴中に置かれる。次いで銅線を、コ
イル巻き機により挿入物に織り込まれる。次いでコイル
延長物が機械的にステッチされ、完全な組み立て真空部
がエポキシで満たされ、ベイク（bake）される。同様
に、伝統的コンプレッサ、ローター組み立て体は積層工
程が固定子について要求されるそれと独立している積層
構成体を必要とする。
標準コンプレッサは、更に、３つの正密な軸受筒及
び、複合球状ベアリングを必要とする。これらのパーツ
は必須の耐久性をもたらすために、正確な研削及び強固
な材料を必要とする。従って、従来型コンプレッサの製
造方法においては、より広範な装置と工程を要し、高い
費用を必要とする。本発明のコンプレッサと比較する
と、製造工程がより単純であり上記のような複雑な製造
工程を必要とせず、要求されるのは、ピストン及びシリ
ンダーの正確な研削のみである。更に、本発明のコンプ
レッサは典型的なコンプレッサよりもかなり銅線を少な
くすることができ、従って、材料コストが低くてすむ。
従って、コンプレッサについては、低額であり、製造
が比較的単純であることも要求される。
発明の要約 本発明の主な目的は、従来技術の有する１つ又はそれ
以上の不利益及び制限を解消することにある。
本発明の重大な目的は、回転ブッシュを必要としない
電磁コンプレッサ弁を提供することにある。
本発明の他の目的は、従来技術と比較して高速の及び
高頻度のバルブ作業が可能となる電磁コンプレッサ弁を
提供することにある。
本発明の更に他の目的は、低額であり製造が簡単なコ
ンプレッサを提供することにある。
本発明の広範な局面によれば、コンプレッサのピスト
ンの移動が核及びコイルを有する電磁要素及び電機子よ
りなる電磁作動体により制御されるコンプレッサが提供
される。核は、第１の表面及び核を通して延びる第１の
表面での開口部を有する。第１の表面は、開口部の周辺
に延びる連続チャネルを含む。チャネルは、円錐台断面
（frustroconical cross−section）の頂部及び底部を
有する。コイルは底部に配置される。電機子要素は、チ
ャネルの頂部に受けられるように測定された高揚部を有
する。弁シャフトは、電磁要素の開口部に配置され、電
機子に接続される。コンプレッサピストンはシコフトの
１方の端に接続される。支持スプリングは電磁要素の開
口部に配置され、保持棒から、シリンダーの上部表面へ
延びる。２つの低スプリングは、電機子要素から、底部
支持表面へ延びる。スプリングは、電磁要素とは空間を
おいた別の関係において、電機子にバイアスをかける。
従って、電磁要素においてコイルへ電流を加えること
は、ピストンを上方へ移動させ、上部電磁要素における
コイルへの電流を遮断すると、ピストンは下方へ移動す
る。
本発明の特徴は、電磁石の設計がコンプレッサ中の圧
縮ガスの力を解消できるように十分に電磁的な強度を有
することである。
本発明の他の特徴は、電磁作動弁が、コンプレッサに
おいて、直線的ピストン移動を直接的に形成することで
ある。
本発明の更に他の特徴は、コンプレッサにおいてピス
トン移動によって生ずる摩擦量が、電磁作動弁の使用に
よって従来技術と比較して顕著に減少することである。
本発明の更に他の特徴は、コンプレッサが振動を消去
することである。
本発明の上記及び他の目的、利益及び特徴は、例示的
な好ましい態様についての以下の記載さらに添付の図面
及び請求の範囲を参照することにより、当業者により容
易に明らかとなろう。
図面の簡単な説明 第１図は、従来技術の冷却装置のコンプレッサ弁の断
面図解であり、そして 第２図は、本発明のコンプレッサ弁の一実施例の断面
図解である。
好適な実施例の説明 第２図を参照すると、電磁作動弁52をもったコンプレ
ッサ50の一実施例が断面図にて示されている。この実施
例においては、コンプレッサ50は、コンプレッサ封じ込
めカン54、圧縮シリンダ56、ピストン58、およびコンプ
レッサ50内のピストン58の動きを制御するための電磁作
動弁52を含む。
封じ込めカン54は、低圧吸い込みポート60、高圧放出
ポート、およびリード弁98を含む。シリンダ56は、封じ
込めカン54内に配置され、シリンダカバー64を含む。シ
リンダ56は上方支持表面66及び下方支持表面68を提供す
る。上方支持表面66は、ピストン58が配置される好まし
くは円筒形の開口70を規定する。開口70は、開口上方端
72および開口下方端74を規定する。電磁作動弁は、開口
70の上方端72と下方端74の間のピストン58の動きを制御
する。
電磁作動弁52は、コア素子77およびコイル80を含む電
磁素子と、電機子78と、封じ込めバー82と、バルブシャ
フトと、支持バネと、少なくとも１つのバネ86とを含
む。電磁素子76のコア77は、第１面104を有しその面に
は中央チャンバ38を規定するようコア素子を通して伸び
る開口がある。電磁素子76は、好ましくは環状の水平断
面を有している。コア素子77の第１の面は、さらに中央
チャンバ88の周囲を回って延びる中央チャンネル90を含
んでいる。
本発明の別の実施例においては、電磁素子76は、トロ
イダル形状であってもよいし、弁シャフト96の周囲を環
状に延びるか、もしくは実質的にＵ形状の垂直断面積を
有していてもよい。したがって、電磁素子76は、大きな
電磁極面面積を提供する２つの開口極面を規定する。こ
の別の形態は、1992年10月５日付けの米国出願第07−95
7194号に詳細に説明されている。
第２図を再度参照するとそこに示される実施例におい
て、中央チャンネル90は、好ましくは円錐台断面の頂部
106および底部108を有している。円錐台頂部は、チャン
ネル90から延びる電磁素子76の２つの極面92であってそ
の各々が予め選択された角度で延びる極面92を規定す
る。電機子78もまた好ましくは環状水平断面を有してい
る。電機子78は、チャンネル90の頂部106にてぴったり
合うよう寸法合わせされるもち上がった部分110を有す
る。電機子の持ち上がった部分は予め選択された電磁角
度に対応する電機子極面角度にある２つの電機子極面94
を規定する。電機子極面94は、電磁素子76と最大に接触
するよう角度づけられる。弁のストローク運動が相対す
る極面の角度は、開いた位置から閉じた位置へバルブを
引っ張るのに必要な電流の量を減少させる。電磁極面92
と電機子極面94の角度は、圧縮サイクルの間にピストン
上のガスを圧縮することによって発揮される力に適合さ
せるため十分な電磁力を提供する極表面を提供するよう
に選択される。極面の角度についての必要な値を計算す
る処理および他の寸法については、1992年10月５日付け
米国出願第07−957194号に詳細に説明されている。
バネ80は、電磁素子の中央チャンネルの底部08内に延
びて電磁素子に接着される。バネ素子の中央位置および
電磁素子の断面形状は、最小の抵抗で最大化された電磁
力を、即ち最大のパワーを提供する。バルブシャフト96
は、電磁素子76の中央チャンバ88内に配置される。ピス
トン58は、前記シャフト96の一端に接続される。保持バ
ー82は、電機子78をバルブシャフト96に接続する。した
がって、ピストン58、バルブシャフト96および電機子素
子78は結合して移動アセンブリーを形成する。
支持バネ84は、電磁素子76の中央チャンバ88内に配置
され、保持バー82もしくは電機子78から圧縮シリンダ56
内の上方支持66まで延びる。したがって、支持バネ84
は、電機子78が上方移動するのを拘束する。実施例にお
いては、２つの下方バネ86が電機子素子78もしくは保持
バー82からシリンダ56の下方支持表面68まで延びてい
る。下方バネは、電機子78の下方移動を拘束する。
第２図を参照して、コンプレッサ50の動作を説明しよ
う。支持バネ84および下方バネ86は電機子を電磁素子か
らのその初期の離間位置にバイアスする。弁（バルブ）
を閉じかつピストン58を開口70の上方端に引きあげるた
めに、電磁石76が、電磁場を生成するコイル80に電流を
印加することにより付勢される。電磁場は、電磁石76の
方向に電機子78を引きつける。電機子78が保持バー82お
よびシャフト96を介してピストン58に引きつけられるた
め、電機子78の電磁石76方向への移動が開口70中のピス
トン58を開口上方端72の方向に動かす。電機子の上方移
動は、また支持バネ84の圧縮を引き起こし、これによっ
て支持バネ84にエネルギを蓄積する。
ピストン58が開口70の最上位置に達するときに、コイ
ル80内の電流が中断され、ピストン58、シャフト96およ
び電機子78から構成される移動アセンブリーは支持バネ
84に蓄積されたエネルギによって下方に強制される。移
動アセンブリのモーメントは、その初期の開放位置を通
り過ぎて駆動させて下方バネ86を圧縮する。したがっ
て、下方バネ86はおそくなり最終的に移動アセンブリの
下方移動を停止させる。ピストンが下方に移動するにつ
れて、冷却ガスが吸い込み弁60およびリード弁アセンブ
リ98を通して圧縮チャンバに吸引される。
下部スプリング86が動いているアセンブリの下方動作
を止めた後、圧縮された下部スプリング86は動いている
アセンブリを上方へ駆動し、その初期点を通過しそのス
トロークの頂へ向かう。ピストン58が開口70内で上方に
動くので、圧縮チェンバーが吸い込みバルブを閉じ、そ
してガスの圧縮を生じる。最初は、ガスを圧縮する必要
な力の総量は小さい。しかしながら、ピストンが開口内
で上方へ動くので、必要な力は増加し、そしてそれ故に
ピストンをその最上位置に駆動するためには圧縮サイク
ルへ外部エネルギーを供給する必要性が生じる。外部エ
ネルギーが、上述したように、電磁石76に電圧を加える
ことによって供給される。電磁石の大きさと形が、ピス
トンがその最上位置に届くように、発生する電磁力の量
が圧縮されたガスによって発生する制限力と整合するよ
うに設計される。一度ピストンがその最上位置に達する
と、コイル要素への電流が遮断され、動いているアセン
ブリが圧縮支持スプリング84によって下方へ駆動され、
このサイクルが繰り返される。
本件発明の付加される要素は、コンプレッサの振動抹
殺システムである。図面第２図に示されるように、コン
プレッサが２つの上部スプリング100とスプリング搭載
反動容積102を含んでいる。圧縮と支持スプリング84の
伸張力は、反動容積102を動いているアセンブリに対し
て180度位相をずらして駆動する。反動容積102の重さを
動いているアセンブリのそれと整合することは、直線振
動を自然に且つほぼ完全に抹消することができる。存在
するいかなる小さい振動もコンプレッサアセンブリをハ
ウジング内のスプリングへ搭載することによって、更
に、ラバーを冷却フレームへのコンプレッサ全体に搭載
することによって、排除することができる。
一以上の電磁要素及び電機子要素を用いるような、他
の実施例も可能であることに留意されたい。複数の電磁
要素及び電機子要素対の利用は、磁束を配分する領域を
減少させずに磁気回路を完成するのに必要な容積を減少
するという点において重要である。従って、必要な電流
及び力は複数の電磁石対と電機子を増加させるが、必要
な全電流及び力は、好ましく処理し易いままである。
上記には、本件発明の原理に従った作動器の好ましい
実施例が例示的に記載されている。当業者は、ここに開
示された特許性ある考え方からそれることなしに上記に
記載された実施例の多数の利用方法を本件発明からそれ
ることなしに考えることができるであろう。従って、本
件発明は、以下の請求の範囲によって規定されるべきも
のである。

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外部負荷を付勢するための電磁アクチュエ
    ータにおいて、 該アクチュエータは電磁要素を備え、該電磁要素はコア
    とコイルとを含み、該コアは第１の面と該コアを通して
    延びる該第１の面にある開口とを有し、該第１の面は該
    開口の周りに延びる連続するチャネルを更に有し、該チ
    ャネルは断面が円錐台形の頂部分と底部分とを有し、該
    コイルは該底部分に配置されており、 そして、該アクチュエータは電機子要素を備え、該電機
    子要素は該チャネルの該頂部分内に受け入れられる大き
    さの実質的に円錐断面の隆起部分を有し、該電機子は更
    に、該電磁要素から通常バイアスされた初期離間位置に
    あり、該電機子は外部負荷に接続されており、 該電磁要素のコイルに電流を印加すると電機子が電磁要
    素に向かって動き、そしてコイルへの電流を遮断すると
    電機子が電磁要素から離れるように動くことを特徴とす
    る電磁アクチュエータ。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、支持バネを更に含み、該支持バネは該電
    磁要素の開口内に配置され、該離間位置の該電機子をバ
    イアスすることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  3. 【請求項３】請求の範囲第２項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、少なくとも１つの下方バネを更に有し、
    該下方バネは、該電機子と接触しており該支持バネから
    反対の方向に該電機子をバイアスするよう作用すること
    を特徴とする電磁アクチュエータ。
  4. 【請求項４】請求の範囲第１項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、該電磁要素及び該電機子は水平横断面に
    おいて環状であることを特徴とする電磁アクチュエー
    タ。
  5. 【請求項５】請求の範囲第３項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、２つの下方スプリングが用いられ、各々
    の該２つの下方スプリングが該電機子の反対側に配置さ
    れていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  6. 【請求項６】請求の範囲第１項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、シャフトを更に含み、該シャフトは該電
    機子要素を該外部負荷に接続することを特徴とする電磁
    アクチュエータ。
  7. 【請求項７】外部負荷を付勢するための電磁アクチュエ
    ータであって、該アクチュエータは、 電磁要素と、電機子要素と、電磁要素の開口内に配設さ
    れた支持バネと、少なくとも１つの下方バネとを備え、 該電磁要素はコアとコイルとを含み、該コアは第１の面
    と該コアを通して延びる、該第１の面の開口とを有し、
    該第１の面はさらに該開口の周りに延びる連続チャネル
    を有し、該チャネルは断面円錐台形状の頂部分と底部分
    とを有し、該コイルは該底部分に配設されており、 該電機子要素は該チャネルの該頂部分に受け入れられ得
    る大きさを有する実質的に円錐形状の隆起部を有し、該
    電機子は更に該電磁要素から離隔した、通常バイアスさ
    れた初期の位置にあり、該電機子は外部負荷に接続され
    ており、 該支持バネは上方運動から該電機子を抑制しており、 該下方バネは該電機子に接触し、かつ下方運動から電機
    子を抑制しており、 電磁要素のコイルへの印加電流によって電機子は電磁要
    素へ移動し、コイルへの電流を中断することによって電
    機子は電磁要素から離れるよう移動することを特徴とす
    る電磁アクチュエータ。
  8. 【請求項８】請求の範囲第７項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、更にシャフトを備え、該シャフトは該電
    機子要素を外部負荷へ接続することを特徴とする電磁ア
    クチュエータ。
  9. 【請求項９】請求の範囲第７項に記載の電磁アクチュエ
    ータにおいて、更に上方支持と下方支持とを有するケー
    スを備え、該ケースは該電磁要素、該電機子要素及びバ
    ネを囲包しており、そして更に該上方バネは上方支持に
    接触し、かつ該下方バネはケースの下方支持に接触する
    ことを特徴とする電磁アクチュエータ。
  10. 【請求項１０】請求の範囲第９項に記載の電磁アクチュ
    エータにおいて、更に、反応体と、該反応体及び該上方
    支持から延びかつ接触する少なくとも１つの上方バネと
    を備え、該反応体は該支持バネと該上方支持との中間に
    配設されており、支持バネの圧縮及び伸張は移動する電
    機子要素に180度ずれて反応体を駆動することを特徴と
    する電磁アクチュエータ。
  11. 【請求項１１】請求の範囲第７項に記載の電磁アクチュ
    エータにおいて、該電磁要素及び該電機子は水平断面が
    環状であることを特徴とする電磁アクチュエータ。
  12. 【請求項１２】請求の範囲第７項に記載の電磁アクチュ
    エータにおいて、２個の下方バネが使用され、該２個の
    バネの各々は電機子要素の対向側に配設されることを特
    徴とする電磁アクチュエータ。
  13. 【請求項１３】請求の範囲第10項に記載の電磁アクチュ
    エータにおいて、２個の上方バネが使用され、該２個の
    上方バネの各々は支持バネの対向側に配設されることを
    特徴とする電磁アクチュエータ。
  14. 【請求項１４】開口を規定する圧縮シリンダーと、開口
    の上端及び開口の下端の間を移動するために該開口内に
    配設されたピストンとを備え、ピストンの運動は電磁ア
    クチュエータによって付勢されるコンプレッサであっ
    て、該コンプレッサは、 電磁要素と、電機子要素と、電磁要素の開口内に配設さ
    れたシャフトとを備え、 該電磁要素はコアとコイルとを含み、該コアは第１の面
    と該コアを通して延びる、該第１の面の開口とを有し、
    該第１の面は更に該開口の周りに延びる連続チャネルを
    有し、該チャネルは断面円錐台形状の頂部分と底部分と
    を有し、該コイルは該底部分に配設されており、 該電機子は更に該電磁要素から離隔した、通常バイアス
    された初期の位置にあり、 該電機子要素は該シャフトに接続されており、該コンプ
    レッサのピストンは該シャフトの一端に接続されてお
    り、 電磁要素内のコイルへの印加電流によって、電機子は電
    磁要素の方向へ移動しかつピストンは開口の上端へ移動
    し、そしてコイルへの電流を中断することによって、電
    磁要素から離れるよう移動しかつピストンは開口の下端
    へ移動することを特徴とするコンプレッサ。
  15. 【請求項１５】請求の範囲第14項に記載のコンプレッサ
    において、該アクチュエータが更に支持バネを備え、該
    支持バネは電磁要素の開口内に配設されかつ離隔した位
    置の該電機子をバイアスすることを特徴とするコンプレ
    ッサ。
  16. 【請求項１６】請求の範囲第15項に記載のコンプレッサ
    において、該アクチュエータが更に少なくとも１つの下
    方バネを備え、該下方バネは該電機子に接触しかつ該支
    持バネから反対方向へ電機子をバイアスする役目を果た
    すことを特徴とするコンプレッサ。
  17. 【請求項１７】請求の範囲第14項に記載のコンプレッサ
    において、該圧縮シリンダーが更に上方支持と下方支持
    とを含み、そして更に該上方バネは上方支持に接触し、
    該下方バネは下方支持に接触することを特徴とするコン
    プレッサ。
  18. 【請求項１８】請求の範囲第17項に記載の、電磁アクチ
    ュエータを有するコンプレッサにおいて、更に、 反応体と該反応体及び該上方面から延び、かつ接触する
    少なくとも１つの上方バネとを備え、 該反応体は該支持バネ及び該上方面の中間に配設されて
    おり、 支持バネの圧縮及び伸張によって、移動する電機子要素
    に180度ずれて反応体が駆動されることを特徴とするコ
    ンプレッサ。
  19. 【請求項１９】請求の範囲第14項に記載の、電磁アクチ
    ュエータを有するコンプレッサにおいて、更に保持バー
    を備え、該保持バーは該電機子要素を該シャフトへ接続
    することを特徴とするコンプレッサ。
  20. 【請求項２０】請求の範囲第14項に記載の、電磁アクチ
    ュエータを有するコンプレッサにおいて、該電磁要素及
    び該電機子は水平断面が環状であることを特徴とするコ
    ンプレッサ。
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