JP3389441B2 - リニアコンプレッサ - Google Patents

リニアコンプレッサ

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JP3389441B2 JP03058497A JP3058497A JP3389441B2 JP 3389441 B2 JP3389441 B2 JP 3389441B2 JP 03058497 A JP03058497 A JP 03058497A JP 3058497 A JP3058497 A JP 3058497A JP 3389441 B2 JP3389441 B2 JP 3389441B2
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康之 桑木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はリニアコンプレッ
サに関し、より特定的には、リニアモータによって圧縮
室内でピストンを往復運動させ圧縮ガスを生成するリニ
アコンプレッサに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、冷蔵庫のような冷却装置におい
て、膨張した冷媒ガスを圧縮する機構としてリニアコン
プレッサの開発が盛んに進められている。
【0003】リニアコンプレッサには、特願平8−17
9492号に開示されるようなコイル可動型のリニアコ
ンプレッサと、特願平8−108908号に開示される
ようなマグネット可動型のリニアコンプレッサとがあ
る。いずれも、リニアモータから得られる駆動力を用い
て、ピストンを往復運動させることにより、圧縮室にお
いて圧縮ガスを生成するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
マグネット可動型のリニアコンプレッサの場合、全体形
状をコンパクトに形成することができる利点はあるもの
の、リニアモータの駆動力として磁力の吸引力を用い
て、ピストンに上下動を与えているため、ピストンに上
下動に対して垂直方向の力が生じ易い。そのためピスト
ンとシリンダとの間の摩擦およびピストンを支持するシ
ャフトの軸受部の摩擦により駆動力が損失し、効率が悪
くなるという問題があった。そのため、ピストンを支持
するシャフトの軸受部には、高価なガスベアリングなど
を用いる必要があった。
【0005】一方、コイル可動型のリニアコンプレッサ
の場合は、リニアモータの駆動力としてローレンツ力を
用いているため、マグネット可動型のリニアコンプレッ
サに比べると、軸ぶれが生じにくいものの、マグネット
可動型のリニアコンプレッサと同じ出力を得ようとする
と、一般的に装置が大型化してしまうという問題があ
る。
【0006】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、ピストンとシリンダとの間の摩擦および
ピストンを支持するシャフトの軸受部の摩擦による駆動
力の損失を回避するとともに、装置の小型化を可能とす
るリニアコンプレッサを提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に基づいたリニ
アコンプレッサにおいては、ピストンを備えたシャフト
と、このピストンを収容する圧縮室を有するシリンダ
と、このシリンダと一体的に設けられ、上記シャフトを
収容するためのケーシングと、ピストンに往復運動を与
え、上記圧縮室において上記圧縮ガスを生成するため、
上記シャフトと上記ケーシングとに結合されるリニアモ
ータと、上記シャフトに結合され、中立点から離れたピ
ストンを中立点に復帰させるための第1弾性部材と、上
記シャフトに結合され、上記シャフトの軸ぶれを防止す
るための第2弾性部材とを備え、上記リニアモータは、
上記ケーシングに設けられるコイルと、上記シャフトに
設けられる永久磁石とを有し、上記第1弾性部材は、上
記永久磁石に設けられた内部空間に収容されるように設
けられている
【0008】また、好ましくは、上記ピストン、上記シ
ャフト、上記第1弾性部材、上記第2弾性部材および上
記圧縮ガスを含む振動部は、所定の共振周波数を有し、
上記リニアモータは上記共振周波数で上記シャフトを往
復運動させている。
【0009】
【0010】また、さらに好ましくは、上記第1弾性部
材はコイルスプリングであり、上記第2弾性部材はサス
ペンションスプリングが用いられる。
【0011】以上のように、この発明に基づいたリニア
コンプレッサにおいては、ピストンを中立点に復帰させ
るための第1弾性部材と、シャフトの軸ぶれを防止する
ための第2弾性部材とが用いられている。
【0012】その結果、たとえばマグネット可動型のリ
ニアコンプレッサに適用した場合に、ピストンの軸ぶれ
が第2弾性部材によりその軸ぶれが防止され、冷媒ガス
の圧縮を効率よく行なうことが可能となる。
【0013】また、マグネット可動型のリニアコンプレ
ッサに適用した場合において、第1弾性部材をシャフト
に設けられた永久磁石に設けられた内部空間内に収容さ
せる構成をとることにより、リニアコンプレッサ内の内
部空間が効率的に使用され、リニアコンプレッサの小型
化を図ることが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図を参照しながらこの発明
に基づくリニアコンプレッサの一実施の形態について説
明する。まず、図1を参照して、この実施の形態におけ
るリニアコンプレッサ1の構造について説明する。な
お、図1は、マグネット可動型のリニアコンプレッサ1
の構造を示す断面図であり、ピストンが中立点に位置す
る場合を示している。
【0015】このリニアコンプレッサ1は、圧縮室14
を有するシリンダ5aと円筒状のケーシング5bとが一
体的に形成されている。圧縮室14には、冷媒ガスを圧
縮するためのピストン2aが配設され、ピストン2aに
は、シャフトが嵌挿されている。圧縮室14の上方には
吸入マフラ8と排気マフラ9とが設けられている。
【0016】シャフト2bには、その縦断面形状が略H
形状のマグネットベース7が取付けられている。このマ
グネットベースの外側には、上下2段に永久磁石4a,
4bが取付けられている。上段の永久磁石4aは、外側
がS極となるように、下段の永久磁石4bは外側がN極
となるように配設されている。
【0017】また、永久磁石4a,4bの対向するケー
シング5bには、永久磁石4aを取囲むようにコイル3
aが、永久磁石4bを取囲むようにコイル3bが配設さ
れている。この永久磁石4a,4b、コイル3a,3b
によりピストン2aに上下動を与えるためのリニアモー
タを構成する。
【0018】シャフト2bの上下には、シャフト2bの
軸ぶれを防止するための薄板からなるサスペンションス
プリング10,11が取付けられている。このサスペン
ションスプリング10,11の平面形状はさまざまな形
状が選択されるが、たとえば渦巻状、十字形状などの形
状が用いられる。
【0019】また、シャフト2bのコイルベース7によ
って規定される内部空間には、中立点から離れたピスト
ン2aを常に中立点に復帰させるためのコイルスプリン
グ6a,6bが設けられている。このコイルスプリング
6a,6bは、それぞれ一方端がコイルベース7に支持
され、他方端が支持プレート12、13に支持されてい
る。
【0020】ここで、このリニアコンプレッサ1は、ピ
ストン2a,シャフト2bの重量、サスペンションスプ
リング10,11のばね定数、コイルスプリング6a,
6bのばね定数および圧縮ガスのばね成分などから定ま
る共振周波数を有している。したがって、この共振周波
数でリニアモータを駆動させることにより、圧縮ガスを
効率的に生成することが可能となる。
【0021】次に、上記構成よりなるリニアコンプレッ
サ1を用いた場合の動作について図2および図3を参照
して説明する。なお、図2は、再膨張・吸入行程を示
し、図3は、圧縮・吐出行程を示している。
【0022】まず、図2を参照して、コイル3aに、ピ
ストン2a側から見た場合に、反時計方向に流れる電流
を与え、コイル3bには、ピストン2a側から見た場合
時計方向に流れる電流を与える。これにより、コイル3
aには、図中A1 の矢印で示す方向に磁界が発生し、コ
イル3bには、図中A2 の矢印で示す方向に磁界が発生
する。その結果、永久磁石4a,4bには、それぞれ下
向きの力(図中矢印Dに示す方向)が加わり、ピストン
2aを下方へ移動させることになる。
【0023】次に、図3を参照して、コイル3aに、ピ
ストン2a側から見た場合に、時計方向に流れる電流を
与え、コイル3bには、ピストン2a側から見た場合反
時計方向に流れる電流を与える。これにより、コイル3
aには、図中A3 の矢印で示す方向に磁界が発生し、コ
イル3bには、図中A4 の矢印で示す方向に磁界が発生
する。その結果、永久磁石4a,4bには、それぞれ上
向きの力(図中矢印Uに示す方向)が生じ、ピストン2
aを上方へ移動させることになる。
【0024】このようにして、図2および図3に示す行
程を順次繰返すことにより、圧縮室14において圧縮ガ
スを生成することが可能となる。
【0025】以上、図1に示す構成よりなるリニアコン
プレッサにおいては、マグネット可動型のリニアモータ
に適用した場合において、シャフト2bの上下に、シャ
フト2bの軸ぶれを防止するためのサスペンションスプ
リング10,11を設けることにより、シャフト2bの
軸ぶれを防止する。これにより。ピストン2aとシリン
ダ5aとの間の摩擦による駆動力の損失を回避し、効率
を向上させることが可能となる。
【0026】また、リニアモータに用いられるマグネッ
トベース7の縦断面形状をH形状とすることで、このマ
グネットベース7によって形成される内部空間にコイル
スプリング6a,6bを収容する構成をとっている。そ
の結果、リニアコンプレッサ内の内部空間が効率よく用
いられ、リニアコンプレッサの小型化を実現させてい
る。
【0027】なお、コイルスプリング6a,6bの役割
をサスペンションスプリング10,11に兼用させて、
サスペンションスプリング10,11のみの構造とする
ことも考えられるが、サスペンションスプリング10,
11のばね定数を大きくすると金属疲労による破壊の危
険性が高くなる。したがって、上述したようにコイルス
プリング6a,6bとサスペンションスプリング10,
11とを併用する構造が最も好ましいと考えられる。
【0028】また、上述した実施の形態においては、シ
リンダが1つの場合について説明したが、たとえば図4
に示すように、下端部にさらに圧縮室15を備えるシリ
ンダ5bを設け、シャフト2bの下端側にピストン2b
を設けることにより、2ピストン型リニアコンプレッサ
を構成するようにしても、上述した1ピストン型リニア
コンプレッサと同様の作用効果を得ることができる。ま
た、コイル可動型のリニアコンプレッサに上述した構造
を適用することによっても同様の作用効果を得ることが
できる。
【0029】したがって、今回開示した実施の形態はす
べての点で例示であって制限的なものではないと考えら
れるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく
特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等
の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが
意図される。
【0030】
【発明の効果】以上、この発明に基づいたリニアコンプ
レッサによれば、ピストンを中立点に復帰させるための
第1弾性部材と、シャフトの軸ぶれを防止するための第
2弾性部材とが用いられている。その結果、ピストンの
軸ぶれが、第2弾性部材により防止され、冷媒ガスの圧
縮を効率よく行なうことが可能となる。
【0031】また、第1弾性部材をシャフトに設けられ
た永久磁石に設けられた内部空間内に収容させる構成を
とることにより、リニアコンプレッサ内の内部空間が効
率的に使用され、リニアコンプレッサの小型化を図るこ
とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に基づく実施の形態におけるリニアコ
ンプレッサの構成を示す断面図である。
【図2】この発明に基づく実施の形態におけるリニアコ
ンプレッサの再膨張・吸入工程を示す断面図である。
【図3】この発明に基づく実施の形態におけるリニアコ
ンプレッサの圧縮・吐出工程を示す断面図である。
【図4】この発明の他の実施の形態におけるリニアコン
プレッサの構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 リニアコンプレッサ 2a,2c ピストン 2b シャフト 3a,3b コイル 4a,4b 永久磁石 5a,5b シリンダ 5b ケーシング 6a,6b コイルスプリング 7 マグネットベース 8,17 吸入マフラ 9,16 排気マフラ 10,11 サスペンションスプリング 12,13 支持プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−26185(JP,A) 特開 昭55−1452(JP,A) 特開 昭60−116883(JP,A) 特開 平4−298689(JP,A) 特開 平6−264864(JP,A) 特開 昭59−192873(JP,A) 米国特許4353220(US,A) 米国特許4345442(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 35/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮ガスを生成するためのリニアコンプレ
    ッサであって、 ピストンを備えたシャフトと、 前記ピストンを収容する圧縮室を有するシリンダと、 前記シリンダと一体的に設けられ、前記シャフトを収容
    するためのケーシングと、 前記ピストンに往復運動を与え、前記圧縮室において前
    記圧縮ガスを生成するため、前記シャフトと前記ケーシ
    ングとに結合されるリニアモータと、 前記シャフトに結合され、中立点から離れた前記ピスト
    ンを中立点に復帰させるための第1弾性部材と、 前記シャフトに結合され、前記シャフトの軸ぶれを防止
    するための第2弾性部材と、を備え、前記リニアモータは、前記ケーシングに設けられるコイ
    ルと、前記シャフトに設けられる永久磁石とを有し、 前記第1弾性部材は、前記永久磁石に設けられた内部空
    間に収容されることを特徴とする リニアコンプレッサ。
  2. 【請求項2】前記ピストン、前記シャフト、前記第1弾
    性部材、前記第2弾性部材および前記圧縮ガスを含む振
    動部は、所定の共振周波数を有し、 前記リニアモータは、前記共振周波数で前記シャフトを
    往復運動させる、請求項1に記載のリニアコンプレッ
    サ。
  3. 【請求項3】前記第1弾性部材はコイルスプリングであ
    り、前記第2弾性部材はサスペンションスプリングであ
    る、請求項1または2に記載のリニアコンプレッサ。
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JP5391706B2 (ja) * 2009-01-29 2014-01-15 アイシン精機株式会社 リニア式電磁駆動装置

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