JP3994521B2

JP3994521B2 - Linear compressor

Info

Publication number: JP3994521B2
Application number: JP13811398A
Authority: JP
Inventors: 昌之角田; 進川口; 正一郎原; 芳昭山崎; 正哉井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: JPH11324912A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は冷凍・空調用途に用いられるリニア圧縮機の容量制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は特許第２６８７６８９号に示された従来のリニア圧縮機の断面図である。密閉容器５内に鉄心１１ａ、１１ｂと永久磁石１からなる固定子とシリンダー７とが固定されている。この固定部に対して共振ばね３で支持されるようにピストン４とコイル２からなる可動子が配されている。コイル２は鉄心１１ａと１１ｂの間のエアギャップに挿入されて、永久磁石１によって鉄心１１ａ、１１ｂを経由して形成される磁気回路の磁界中に置かれるので、コイルに通電するとコイルに流れる電流が作る磁界と固定子の磁界との相互作用により、可動子は軸方向の力（推力）を受けることになる。
【０００３】
コイル２に交流電流を流すことにより、可動子に作用する推力の向きが交互に入れ替わり可動子は往復動する。可動子の一部として構成されたピストン４がシリンダー７内で往復動することにより圧縮室１２の容積が周期的に増減するので、吸入管６から吸入弁８を経て圧縮室内に吸入されたガスが圧縮され、吐出弁９を経て吐出管１０から密閉容器外に吐出される。
【０００４】
ガスを吸入、圧縮、吐出する動力は永久磁石１、コイル２、鉄心１１ａ、１１ｂからなるリニアモーター部が発生するが、全部の過程を直接モーターの発生する推力のみで行なうためにはストロークの全域に亙ってガスの圧縮反力に勝る推力を発生させる必要があり、モーター部が大型化し現実的な寸法の圧縮機として構成することは困難である。そこで可動子を共振ばね３で支持することによりばね・マスからなる共振系を構成し、通電する交流電流の周波数を可動部の質量と共振ばねのばね定数とから定まる共振周波数と一致させ、機械的共振現象を利用している。この時の振幅はモーター部の寸法により定まる最大ストロークまで電源の電圧に依存して定まる。
【０００５】
上述の例はモーター部の外にピストン／シリンダーからなる圧縮部を配置しているが、小型化のために圧縮部をモーター部に内蔵させた場合の構成を模式的に図示したものを図８に示す。
図８（ａ）において共振ばね３は板ばねを想定しており、固定子が鉄心１１と磁石１、可動子がコイル２からなる所謂ムービング・コイル（ＭＣ）型リニアモーターによって構成した例であるが、モーターをムービング・マグネット（ＭＭ）型にすると図８（ｂ）のような構成になる。モーター部は磁石１が可動子を、コイル２と鉄心１１ａ、１１ｂが固定子を形成している。また、図８（ｃ）はモーターにムービング・アイアン（ＭＩ）型を用い、ピストンを固定しシリンダーを駆動するように構成した場合の模式図である。なお、図７と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。
【０００６】
モーター部は固定子が磁石１、コイル２、鉄心１１ａからなり、可動子が鉄心１１ｂからなり、可動鉄心と一体のシリンダー７を駆動するようになっている。
【０００７】
以上の構成は、モーターの形式とピストン駆動かシリンダー駆動かの違いはあっても、いずれの場合でもモーター部で発生した推力により可動子と共振ばねのばね・マス系を共振させ、ピストン４とシリンダー７を相対的に往復動させるという作動原理は同じである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のリニア圧縮機は共振を利用するため運転周波数を自由に変化させることはできないので、冷凍・空調用途に用いる場合に容量制御を行なうには電圧制御により振幅を変えてストローク容積を変化させる。このとき、振幅を小さくするだけでは上死点における圧縮・吐出完了時の圧縮室容積、所謂死容積が増大して効率の低下を招くので、小振幅で運転するときの死容積を減らす工夫が必要である。
【０００９】
死容積を減らす方法としては、固定側の上死点位置を移動させるヘッド移動と振幅の中央位置を移動させる中立点移動の二つが考えられる。図９は、ヘッド移動と中立点移動を比較して示した模式図で、簡単のためモーター部を省略しピストン駆動式でのみ示してある。図９（ｂ）のフルストローク時に対して、図９（ａ）ではシリンダー７のヘッド部を軸方向に移動可能なスライドヘッド１３としてこれを押圧力ＦＨにより移動させることにより小ストローク時の死容積を減らす。中立点移動は図９（ｃ）に示すように共振ばね３の固定側の取付部を軸方向に移動可能なスライド座１４を押圧力ＦＮによって移動させて中立点を移動することにより死容積を減らす。尚、ピストン駆動なのでヘッド移動はシリンダーヘッドを移動させるようになっているが、シリンダー駆動の場合は固定されたピストンの方を移動させることになる。
【００１０】
図９（ａ）に示すヘッド移動は押圧力ＦＨとして圧縮室内のガス圧力に打ち勝つ力を付加する必要があるのに対して、図９（ｃ）の中立点移動では押圧力ＦＮが共振ばねを介してピストンに付加され、ピストンにはモーターによる駆動力も作用しているのでＦＮはガス圧力以下に設定することが可能である。また押圧力を付加しないとき、スライド座１４は共振ばね３の反力により元の位置に押し戻されるのに対して、スライド・ヘッド１３は不安定になって位置が定まらない可能性があるのでばね１５のような復帰のための手段を設ける必要がある。これらの点からヘッド移動よりも中立点移動の方が有利である。
【００１１】
図１０は特開平９−１５１８４３に示されたリニア圧縮機で、ＭＣ型モーターでピストンを駆動する構成である。背圧室２０の容積を変えることにより中立点移動による容量制御を行なうようになっているが、背圧室内ガスが圧縮性を持ちガスばねとして作用するので、図に示された構成ではスライド座１４の位置はその時の共振ばねのばね力と背圧室の圧力が釣り合う位置となり、ばね力の変化にともなって刻々位置が変わる。すなはちスライド座１４をはさんで共振ばね３とガスばねとが連成したばね系を構成することになり、意図したような中立点移動を行なうことはできない。
【００１２】
この発明は以上のような点に鑑み、容量制御機構として機能し得る中立点移動手段を備えたリニア圧縮機を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるリニア圧縮機は、リニアモータにより一定の共振周波数で往復駆動されるシリンダまたはこのシリンダ内に嵌挿されたピストンを弾性支持する弾性部材と、上記弾性部材を支持するスライド座と、上記スライド座を上記往復駆動方向に移動可能に支持するガイド部材と、上記スライド座を上記弾性部材に生じた反力以上の力で上記反力の逆方向に押圧する押圧手段と、を備え、上記ガイド部材は、上記スライド座を上記弾性部材の反力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第一のストッパー部と、上記第一のストッパー部に対向して設けられ、上記スライド座を上記押圧手段の押圧力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第二のストッパー部と、を備える。
【００１４】
また、弾性部材がシリンダのピストンが嵌挿される側と反対側に設けられ、第一のストッパー部によってスライド座の位置が定まるときに、往復駆動の振幅が最大となり、第二のストッパー部によって定まるときに振幅が最小になるようにしたものである。
【００１５】
また、弾性部材がシリンダのピストンが嵌挿される側に設けられ、第一のストッパー部によってスライド座の位置が定まるときに、往復駆動の振幅が最小となり、前記第二のストッパー部によって定まるときに振幅が最大になるようにしたものである。
【００１６】
また、スライド座及び座ストッパーに作用する押圧手段による押圧は外部からの操作によりＯＮ／ＯＦＦできるものである。
【００１７】
また、押圧手段は高圧／低圧を切替えるようにしたものである。
【００１８】
また、弾性部材の停止時の初期変形量が、その時の往復駆動の振幅の１／２以上となるようにしたものである。
【００１９】
また、弾性部材にコイルばねを用いたものである。
【００２０】
また、弾性部材は可動子の両側に分けて配置し、片方の弾性部材にスライド座を取付けて押圧するものである。
【００２１】
また、二つの弾性部材は弾性係数の等しいものを用いたものである。
【００２３】
また、スライド座の位置が第二のストッパー部で定まるとき、弾性係数の大きい方の弾性部材の停止時の変形量が、そのときのストロークの１／２以上になるようにしたものである。
【００２４】
また、往復駆動方向に移動可能にガイド部材に支持され、スライド座とガイド部材との間に介在する複数の座ストッパーと、上記座ストッパーを上記弾性部材に生じた反力以上の力で上記反力の逆方向に各々押圧する複数の押圧手段と、を備え、上記複数の座ストッパーの内、対応する上記押圧手段により押圧力を加えた座ストッパーが上記第二のストッパー部に突き当てられた上記座ストッパーより、上記第一、第二のストッパー部の間のあらかじめ定められた複数の位置で止める複数のストッパー部を形成するものである。
【００２５】
また、リニアモータにより一定の共振周波数で往復駆動されるシリンダまたはこのシリンダ内に嵌挿されたピストンを弾性支持する弾性部材と、上記弾性部材を支持するスライド座と、上記スライド座を上記往復駆動方向に移動可能に支持するガイド部材と、上記往復駆動方向に移動可能に上記ガイド部材に支持された座ストッパーと、上記スライド座を上記弾性部材に生じた反力以上の力で上記反力の逆方向に押圧する第一の押圧手段と、上記座ストッパーを上記第一の押圧手段の押圧力以上の力で上記第一の押圧手段の押圧方向の逆方向に押圧する第二の押圧手段と、上記ガイド部材に形成され、上記スライド座を上記弾性部材の反力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第一のストッパー部と、上記第一のストッパー部に対向して上記ガイド部材に形成された面に突き当てられた上記座ストッパーにより形成され、上記スライド座を上記第一の押圧手段の押圧力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第二のストッパー部と、上記第二のストッパー部に対向して上記ガイド部材に形成された面に突き当てられた上記座ストッパーにより形成され、上記スライド座を上記第二の押圧手段の押圧力及び弾性部材の反力に抗して、上記第一、第二のストッパー部の間のあらかじめ定められた位置で止める第三のストッパー部と、を備える。
【００２６】
また、座ストッパーを複数個配することにより、スライド座の位置を決めるストッパー部を第一、第二のストッパー部の間に複数構成したものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施形態１であるリニア圧縮機を示す断面図、図２は動作を説明する模式図である。
図１はＭＩ型リニアモーターによるシリンダー駆動式で構成されており、図において、磁石１、コイル２、鉄心１１ｂからなる固定子４１と可動子である鉄心１１ａとでＭＩ型リニアモーターを形成しており、鉄心１１ａがシリンダー７にスリーブ３０を介してプッシュナット３１によって締結されることにより、シリンダーが駆動されるようになっている。固定子４１の両側には下フレーム２３ａと上フレーム２３ｂが接着されており、下フレーム２３ａにはスライドガイド２２、上フレーム２３ｂにはステイホルダー２５がそれぞれシリンダ７の径方向を支持し、軸方向を弾性支持する板ばね２４ａ、２４ｂの外周部と共にボルトで締結されている。
【００２８】
板ばね２４ａの内周部は止めナット３４によってシリンダーヘッド３３ｂに、板ばね２４ｂの内周部は止めナット３２によってシリンダー７及びプッシュナット３１に、それぞれ締結されている。シリンダーヘッド３３ｂはシリンダー７に、間にヘッドプレート３３ａと吸入弁８を挟んでねじ締結されており、ヘッドプレートに設けられたポート３３ａ１とシリンダーヘッド中央孔３３ｂ１とでガスの圧縮室１２への吸入経路を形成しており、密閉容器５外から吸入管６を経てきガスを圧縮室１２に導くようになっている。
【００２９】
圧縮室１２は、鉄心１１ａと吸入弁８、ヘッドプレート３３ａ、シリンダーヘッド３３ｂと一体となって往復動するシリンダー７の内部のあらかじめ定められたの位置にピストン４が固定配置されることによって形成される。ピストン４はプッシュボルト２８によってピストン・ステイ２７に固定され、ピストン・ステイ２７はステイ固定用ねじ２６によって鉄心１１ｂに取付けられたステイホルダー２５に固定されているので、ピストン４は鉄心１１ｂに対して静止配置されている。
【００３０】
ピストン４には吐出ポート４０１が設けられており、その出口に吐出弁ホルダー２９によって保持された吐出弁９が配置されている。圧縮室１２で圧縮されたガスは吐出弁９を押し開けて吐出された後、ステイホルダー２５の中心部の孔を経由して吐出管１０に導かれ密閉容器５外に排出される。
【００３１】
鉄心１１ａ、シリンダー７、ヘッドプレート３３ａ、シリンダーヘッド３３ｂ等からなる可動部４２は、その両端部を弾性部材である共振ばね３ａ、３ｂにより挟むように支持されており、共振ばね３ｂの他端はステイホルダー２５に支持されており、共振ばね３ａの他端はスライド座１４に支持される。二つの共振ばね３ａ、３ｂと可動部４２とからなる系の共振周波数は、共振ばね３ａ、３ｂのばね定数と可動部の質量とで定まる。可動部４２の往復動にともない共振ばねがもっとも伸びたときに自然長以上にならないように、各ばねはあらかじめ伸び代分以上を縮めた状態で組立てられている。
なお、共振ばね３ａ、３ｂはコイルばねを使用している。
【００３２】
次に、動作について図１、２により説明する。図１（ａ）はフルストローク時にスライド座１４がガイド部材２２ａの第一のストッパー部に支持された場合、図１（ｂ）は容量制御時に座ストッパー２２ｂの第二のストッパー部に支持された場合、図１（ｃ）は容量制御時に座ストッパー２２ｂの第三のストッパー部に支持された場合の要部断面図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこれらの図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に各々対応した模式図である。
【００３３】
まず、共振ばね３ａ、３ｂのばねと可動部４２の質量であるばね・マス系の共振周波数に一致した周波数の交流電流をコイル２に流すと可動部を同じ周波数で往復動させようとする推力が作用し、共振現象を利用したガスの吸入、圧縮、吐出を行ない、その往復動の振幅は電源電圧で調整する。最も圧縮の効率が高いのは可動側のヘッドプレート３３ａが固定側のピストン４に最も近づいたときの圧縮室１２の容積が極小の場合である。ヘッド側の共振ばね３ａのスライド座１４が図に示したようにピストンから遠い位置にあるとき、フルストローク時よりも低い電源電圧で運転することにより振幅を小さくして容量制御すると、圧縮し切ったときの圧縮室容積、いわゆる死容積が増えるために効率が低下する。
【００３４】
そこで容量制御するときにはスライド座１４の背面の背圧空間に第一の押圧手段である高圧のガスを導くような経路（図示せず）を設けて、この圧力により押圧してスライド座１４を移動させることにより往復動の中立点を圧縮室の容積が減る方向に移動させ、振幅が小さいときの死容積を減少させ、効率の低下を防止するが、スライド座１４の背面に作用する押圧力と共振ばね３ａの反力とを釣り合わせようとすると、ばねの反力が刻々変化するためスライド座の位置が定まらず、スライド座１４の質量と背圧室のガスばねとが連成したばね・マス系が形成されてしまう。
【００３５】
このような事態を避けるため本実施形態では、スライド座１４背面には共振ばね３ａからの反力の往復動一周期中の最大値よりも大きな力が作用するように高圧の作用する断面積を設定してある。押圧力のうち、ばね反力により相殺された残りの分をガイド部材２２ａによる第一のストッパー部で受けることによりスライド座１４は第一のストッパー部に突当たる位置でとどめられる。
【００３６】
端面がストッパー部として機能する座ストッパー２２ｂは、ガイド部材２２にガイドされて軸方向に移動可能となっており、スライド座１４とは反対側の面に形成した背圧空間にも第二の押圧手段であるガスを導く経路（図示せず）を設けて、高圧／低圧を切替えることによりストッパー部の位置を第二のストッパー部と第三ストッパー部の２か所に設定できるようになっている。
【００３７】
以上のような構成により通常の運転と容量制御運転に応じて、スライド座１４の位置を、（１）図１（ａ）、図２（ａ）に示すようにガイド部材２２ａによる第一のストッパー部に支持される場合、（２）図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すようにガイド部材２２に突き当てられた座ストッパー２２ｂによる第二のストッパー部に支持される場合、（３）図１（ｃ）、図２（ｃ）に示すようにガイド部材２２ａに突き当てられた座ストッパー２２ｂによる第三のストッパー部に支持される場合の３カ所に定める。
【００３８】
このとき、上記の各場合について、スライド座１４背圧／座ストッパー２２ｂ背圧は（１）低圧／高圧または低圧、（２）高圧／低圧、（３）高圧／高圧とし、位置確定に関わる力の関係が（１）ばね最小反力＞スライド座背圧力、（２）スライド座背圧力−ばね最大反力＞座ストッパー背圧力＝０、（３）スライド座背圧力−ばね最大反力＜座ストッパー背圧力となるように各背圧の受圧面積を定める。
【００３９】
なお、スペースの制約から二つの共振ばね３ａ、３ｂは異なるばね定数のもので構成されているが、双方ともスライド座が第一、第二、第三のずれの位置にあるときも一周期中最も伸びたときにも自然長以上にならないように初期変形量が設定されており、一周期中に系を構成するばね定数が不連続に変化することがないようにしている。
【００４０】
以上の動作につき、図２によりまとめて説明する。フルストローク時には、図２（ａ）に示すように、スライド座１４が共振ばね３ａのばね力によってガイド部材２２ａの第一のストッパー部に支持させて中立点の位置を定め、容量制御時には図２（ｂ）に示すように、座ストッパー２２ｂの第二のストッパー部に支持させて中立点の位置を定める。このとき圧縮室１２の容積が最小となる。また、図２（ｃ）に示すように座ストッパー２２ｂの第三のストッパー部に支持させて中立点の位置を定め、圧縮室１２の容積はフルストローク時と最小時の間のものとする。
【００４１】
以上のように、スライド座の背圧空間が、ガスばねとして共振系を連成したりすることなく、中立点移動を確実に行なうことができ、効率の高い容量制御をすることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、シリンダー駆動の場合を示したが、ピストン駆動の場合でも同様にして中立点移動をすることができ、図３により説明する。図３の模式図においてピストン４は板ばね２３によって径方向支持され、共振ばね３によって共振するように構成されている。共振ばね３の固定側の取付部は軸方向に移動可能なスライド座１４となっており、例えばガイド部材２２との間に形成された背圧室２２ｃに高圧のガスを導くなどの押圧手段により、共振ばね３のばね力に抗して移動する。この結果、中立点におけるピストン４の位置はシリンダー７に対して圧縮室１２の容積が減る方向に移動し、振幅が小さいときの死容積減少が可能となる。
【００４３】
スライド座１４はフルストローク時にはばね力によって第一のストッパー部２２ａに押付けられ位置が定まり、容量制御時には押圧力をばね力の一周期中の最大値よりも大きく設定することにより第二のストッパー部２２ｂに押付けられて位置が定まるので、時々刻々位置が変化することはない。
【００４４】
さらに、スライド座、座ストッパーに対する押圧力をスライド座背圧室の圧力で負荷するようにして外部からの圧力導入経路を設けることにより、外部から中立点移動を操作することができる。
【００４５】
また、停止時のばねの変形量についてはばねのコイルばねを使用するとき、特に圧縮ばねの場合は、ばねがスライド座１４に一定のばね定数に基づいて位置に比例した弾性力を作用させるには、バネの長さが自然長以下密着高さ以上の範囲に、ストロークの全域が入る必要がある。このために、中立位置からストロークの±１／２変位することから、停止時にばねがストロークの１／２変形している必要がある。
従って、停止時の弾性部材（ばね）の変形量をそのときの１／２ストローク以上とすることにより、弾性部材がコイルばねの場合ストローク半ばでばね定数が不連続に変化することを避けたり、弾性部材の最大応力が過大となるのを避けることができる。
【００４６】
また、スライド座の位置が第二のストッパー部で定まるとき、弾性係数の大きい方の弾性部材の停止時の変形量がそのときのストロークの１／２以上になるようにして、ストローク半ばでばね定数が不連続に変化することを避けたり、弾性部材の最大応力が過大となるのを避けることができる。
【００４７】
また、可動子の両側に共振ばねを設けた場合、二つの共振ばねのばね定数が等しいときは、スライド座が第一のストッパーで支持されたとき（ばねが最も伸びた状態）、中立点位置でばねがストロークの１／２以上変形していれば、中立点が移動したときも中立点でストロークの１／２以上変形していることになる。
そして、二つの共振ばねのばね定数が異なるときは、一般的にばねに生じる応力はばね定数が大きい方のばねの最大変形量が最も小さくなるように初期設定を行った方がよく、ばね定数の小さい方のばねの変形量が他方のばねは変形量より大きいために、ばね定数の大きい方がストロークの１／２以上変形していいることになるので、ばね定数が大きい方の停止時の変形量を決めればよい。
【００４８】
このように、スライド座の位置が第二のストッパー部で定まるとき、弾性係数の大きい方の弾性部材の停止時の変形量がそのときのストロークの１／２以上になるようにして、ストローク半ばでばね定数が不連続に変化することを避けたり、弾性部材の最大応力が過大となるのを避けることができる。
【００４９】
さらに、弾性部材として可動部の両側にばね定数の異なるコイルばねを配置することも、同一ばね定数のコイルばねでも配置することも可能なので、ばね定数同一の場合は各ばねの変形量を小さくすることができ、必要に応じて異なるばね定数のばねを用いることにより周辺のスペースを有効に利用できる。
【００５０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施形態２であるリニア圧縮機を示す断面図、図５は動作を説明する模式図である。
図４は実施の形態１の図１と同様にＭＩ型リニアモーターによるシリンダー駆動式で構成されている。モーターの可動鉄心１１ａと一体になったシリンダー部が共振ばね３ａ、３ｂに支持されて共振系を構成し、磁石１、鉄心１１ｂと共に固定子４１を形成するコイル２に交流電流を流すことにより可動部４２を往復駆動させ、ピストンステイ２７、ステイホルダー２５、を介して固定子４１に固定されたピストン４との間に形成した圧縮室１２でガスの圧縮を行なうという基本的な機能は図２と同じである。
【００５１】
二つの共振ばね３ａと３ｂは同じばね定数で、共振振幅の中立点を移動させるスライド座１４は共振ばね３ｂの側に取付けられている。ステイホルダー２５の一部がスライド座１４の第一のストッパー部となっており、ステイホルダー２５に固定されたストッパー部材２５ａが第二のストッパー部となっている。第三のストッパー部は座ストッパー２５ｂが背圧力によりストッパー部材２５ａに突き当てあられることにより形成される。
【００５２】
図１に示した実施の形態１においては第一のストッパー部の位置がフルストローク時に相当するのに対し、この実施の形態２においては第二のストッパー部の位置がフルストローク時に相当している。実施の形態１においては、図１の座ストッパー２２ｂがスライド座１４の背圧力に対向して第二のストッパー部を形成しているのに対して、実施の形態２では座ストッパー２５ｂに作用する背圧力の向きはスライド座１４に作用するばね反力に対向する方向である。
【００５３】
次に、動作について図４、５により説明する。図４（ａ）はフルストローク時にストッパー部材２５ａによる第二のストッパー部に支持される場合、図４（ｂ）は容量制御時にステイホルダー２５による第一のストッパー部に支持される場合、図４（ｃ）は容量制御時にストッパー部材２５ａに突き当てられた座ストッパー２５ｂによる第三のストッパー部に支持された場合の要部断面図である。
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に各々対応した模式図である。
【００５４】
以上の各場合のスライド座１４背圧／座ストッパー２５ｂの背圧は（１）低圧／低圧、（２）高圧／高圧または低圧、（３）低圧／高圧とし、位置確定に関わる力の関係は（１）ばね最小反力＞スライド座背圧力、ばね最小反力＞座ストッパー背圧力、（２）スライド座背圧力−ばね最大反力＞０、（３）座ストッパー背圧力−ばね最大反力＞０に設定する。
【００５５】
動作につき、図５によりまとめて説明する。フルストローク時には、図５（ａ）に示すように、ストッパー部材２５ａによる第二のストッパー部に支持させ中立点の位置を定め、容量制御時には図５（ｂ）に示すように、ステイホルダー２５による第一のストッパー部に支持させ中立点の位置を定める。このとき圧縮室１２の容積が最小となる。また、図５（ｃ）に示すように、ストッパー部材２５ａに突き当てられた座ストッパー２５ｂによる第三のストッパー部に支持させ中立点の位置を定め、圧縮室１２の容積はフルストローク時と最小時の間のものとする。
【００５６】
以上のように、中立点移動を確実に行うことができ効率の高い容量容量制御を行うことができる。
【００５７】
なお、実施の形態１で示したようにスライド座を押圧したときの第二のストッパー部の位置を容量最小時に対応させるとスライド座を可動部に対して固定部側（ガイド部材のある側）と反対側に配置でき、実施の形態１で示したように、第二のストッパー位置をフルストローク時に対応させるとスライド座を可動部に対して固定部側（ステイホルダーのある側）に配置でき、容量制御機構部をいずれの側にも配置することができ設計の自由度を広げることができる。
【００５８】
実施の形態３．
実施の形態１、２は、座ストッパーが１つで中立点３か所に対応しているが、本実施の形態は、複数個の座ストッパーを備えたものである。
図６は、実施の形態３であるリニア圧縮機の多段階容量制御を行う場合の説明図である。
図６（ａ）はスライド座１４が第一のストッパー４６ａに支持された場合、図６（ｂ）は第二の座ストッパ−４５ｂを第二のストッパー４６ｂに押しつけてスライド座１４に対して第三のストッパ−を形成した場合、図６（ｃ）は第一の座ストッパ−４５ａを第二のストッパー４６ｂに押しつけてスライド座１４に対して第四のストッパ−を形成した場合、図６（ｄ）はスライド座１４が第二のストッパー４６ｂに支持された場合を示す図である。図において１４ａはスライド座１４にもうけられバネを支持する凹部、４５ａは第一の座ストッパー、４５ｂは第二の座ストッパー、４６はホルダー、４６ａは第一のストッパー、４６ｂは第二のストッパー、３は共振ばねである。
【００５９】
この構成により、第一のストッパー部は、図６（ａ）に示すようにスライド座１４の背圧は低圧であり、第一、第二の座ストッパ−４５ａ、４５ｂを介して第一のストッパー４６ａに支持され、第二のストッパー部は、図６（ｄ）に示すように、スライド座１４が高圧の押圧力を受けて第二のストッパー４６ｂに押付けられる。このとき、共振ばね３の弾性力＜押圧力である。
【００６０】
第三のストッパー部は、図６（ｂ）に示すように、第二の座ストッパ−４５ｂの背面に高圧の押圧力を作用させ、スライド座１４から第一の座ストッパー４５ａを介して伝わった共振バネ３の弾性力に抗して、第二の座ストッパ−４５ｂを第二のストッパー４６ｂに押しつけることにより形成される。
第四のストッパー部は、図６（ｃ）に示すように、第一の座ストッパ−４５ａの背面に高圧の押圧力を作用させ、スライド座１４から伝わった共振バネ３の弾性力に抗して、第一の座ストッパ−４５ａを第二のストッパー４６ｂに押しつけることにより形成される。
【００６１】
このようにして、第一、第二のストッパー部の間に、複数のストッパー部を形成して、４段階以上の容量制御に対応した中立点設定を行なうことができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、リニアモータにより一定の共振周波数で往復駆動されるシリンダまたはこのシリンダ内に嵌挿されたピストンを弾性支持する弾性部材と、上記弾性部材を支持するスライド座と、上記スライド座を上記往復駆動方向に移動可能に支持するガイド部材と、上記スライド座を上記弾性部材に生じた反力以上の力で上記反力の逆方向に押圧する押圧手段と、を備え、上記ガイド部材は、上記スライド座を上記弾性部材の反力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第一のストッパー部と、上記第一のストッパー部に対向して設けられ、上記スライド座を上記押圧手段の押圧力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第二のストッパー部と、を備えたので、スライド座の背圧空間がガスばねとして共振系を連成したりすることなく、中立点移動を確実に行なうことができ効率の高い容量制御可能なリニア圧縮機を構成することができる。また、スライド座を押圧したときの第二のストッパー部の位置を容量最小時に対応させるとスライド座を可動部に対して固定部側と反対側に配置でき、第二のストッパー位置をフルストローク時に対応させるとスライド座を可動部に対して固定部側に配置でき、容量制御機構部をいずれの側にも配置することができ設計の自由度を広げることができる。
【００６３】
また、弾性部材がシリンダのピストンが嵌挿される側と反対側に設けられ、第一のストッパー部によってスライド座の位置が定まるときに、往復駆動の振幅が最大となり、第二のストッパー部によって定まるときに振幅が最小になるようにしたので、スライド座を可動部に対して固定部側と反対側に配置できる。
【００６４】
また、弾性部材がシリンダのピストンが嵌挿される側に設けられ、第一のストッパー部によってスライド座の位置が定まるときに、往復駆動の振幅が最小となり、前記第二のストッパー部によって定まるときに振幅が最大になるようにしたので、スライド座を可動部に対して固定部側に配置できる。
【００６５】
また、スライド座及び座ストッパーに作用する押圧手段による押圧は外部からの操作によりＯＮ／ＯＦＦできるので、操作がし易い。
【００６６】
また、押圧手段は高圧／低圧を切替えるようにしたものであり、構造を簡単にすることができる。
【００６７】
また、弾性部材の停止時の初期変形量が、そのときのストロークの１／２以上となるようにしたので、弾性部材がコイルばねの場合ストローク半ばでばね定数が不連続に変化することを避けたり、弾性部材の最大応力が過大となるのを避けることができる。
【００６８】
また、弾性部材にコイルばねを用いたので、構成を簡単にすることができ、小型にすることができる。
【００６９】
また、弾性部材は可動子の両側に分けて配置し、片方の弾性部材にスライド座を取付けて押圧するので、可動部の両側にばね定数の異なるコイルばねを配置することも、同一ばね定数のコイルばねでも配置することも可能なので、ばね定数同一の場合は各ばねの変形量を小さくすることができ、必要に応じて異なるばね定数のばねを用いることにより周辺のスペースを有効に利用できる。
【００７０】
また、二つの弾性部材は弾性係数の等しいものを用いたので、ばねの変形量を小さくすることができ、周辺のスペースを有効に利用できる。
【００７２】
また、スライド座の位置が第二のストッパー部で定まるとき、弾性係数の大きい方の弾性部材の停止時の変形量が、そのときのストロークの１／２以上になるようにしたので、弾性部材がコイルばねの場合ストローク半ばでばね定数が不連続に変化することを避けたり、弾性部材の最大応力が過大となるのを避けることができる。
【００７３】
また、往復駆動方向に移動可能にガイド部材に支持され、スライド座とガイド部材との間に介在する複数の座ストッパーと、上記座ストッパーを上記弾性部材に生じた反力以上の力で上記反力の逆方向に各々押圧する複数の押圧手段と、を備え、上記複数の座ストッパーの内、対応する上記押圧手段により押圧力を加えた座ストッパーが上記第二のストッパー部に突き当てられた上記座ストッパーより、上記第一、第二のストッパー部の間のあらかじめ定められた複数の位置で止める複数のストッパー部を形成したので、多段階の容量制御に対応することができる。
【００７４】
また、リニアモータにより一定の共振周波数で往復駆動されるシリンダまたはこのシリンダ内に嵌挿されたピストンを弾性支持する弾性部材と、上記弾性部材を支持するスライド座と、上記スライド座を上記往復駆動方向に移動可能に支持するガイド部材と、上記往復駆動方向に移動可能に上記ガイド部材に支持された座ストッパーと、上記スライド座を上記弾性部材に生じた反力以上の力で上記反力の逆方向に押圧する第一の押圧手段と、上記座ストッパーを上記第一の押圧手段の押圧力以上の力で上記第一の押圧手段の押圧方向の逆方向に押圧する第二の押圧手段と、上記ガイド部材に形成され、上記スライド座を上記弾性部材の反力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第一のストッパー部と、上記第一のストッパー部に対向して上記ガイド部材に形成された面に突き当てられた上記座ストッパーにより形成され、上記スライド座を上記第一の押圧手段の押圧力に抗してあらかじめ定められた位置で止める第二のストッパー部と、上記第二のストッパー部に対向して上記ガイド部材に形成された面に突き当てられた上記座ストッパーにより形成され、上記スライド座を上記第二の押圧手段の押圧力及び弾性部材の反力に抗して、上記第一、第二のストッパー部の間のあらかじめ定められた位置で止める第三のストッパー部と、を備えたので、三段階の容量制御に対応することができる。
【００７５】
また、座ストッパーを複数個配することにより、スライド座の位置を決めるストッパー部を第一、第二のストッパー部の間に複数構成したので、多段階の容量制御に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１を示すリニア圧縮機の縦断面図である。
【図２】この発明の実施形態１の動作を示す模式図である。
【図３】この発明の実施形態１の動作を示す模式図である。
【図４】この発明の実施形態２を示すリニア圧縮機の縦断面図である。
【図５】この発明の実施形態２の動作を示す模式図である。
【図６】この発明の実施形態３であるリニア圧縮機の多段階制御を行なう場合の説明図である。
【図７】従来のリニア圧縮機を示す縦断面図である。
【図８】モーターの種類による従来のリニア圧縮機の構成を示す模式図である。
【図９】ヘッド移動と中立点移動による容量制御を説明するための模式図である。
【図１０】従来のリニア圧縮機の容量制御機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１磁石、２コイル、３、３ａ、３ｂ共振ばね、４ピストン、７シリンダー、１４スライド座、２２、２２ａガイド部材、２２ｂ座ストッパー、２４ａ、２４ｂ板ばね、２５ステイホルダー、２５ａストッパー部材、２５ｂ座ストッパー、４５ａ第一の座ストッパー、４５ｂ第二の座ストッパー。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a capacity control mechanism of a linear compressor used for refrigeration and air conditioning.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional linear compressor disclosed in Japanese Patent No. 268789. In the sealed container 5, a stator composed of iron cores 11 a and 11 b and a permanent magnet 1 and a cylinder 7 are fixed. A mover composed of a piston 4 and a coil 2 is arranged so as to be supported by the resonance spring 3 with respect to the fixed portion. The coil 2 is inserted into the air gap between the iron cores 11a and 11b and is placed in the magnetic field of the magnetic circuit formed by the permanent magnet 1 via the iron cores 11a and 11b. Due to the interaction between the magnetic field generated by the magnetic field and the magnetic field of the stator, the mover receives an axial force (thrust).
[0003]
By flowing an alternating current through the coil 2, the direction of the thrust acting on the mover is alternately switched, and the mover reciprocates. The piston 4 configured as a part of the mover reciprocates in the cylinder 7 so that the volume of the compression chamber 12 periodically increases and decreases. Therefore, the gas sucked into the compression chamber from the suction pipe 6 through the suction valve 8. Is compressed and discharged from the discharge pipe 10 to the outside of the sealed container through the discharge valve 9.
[0004]
The power for sucking, compressing, and discharging the gas is generated by the linear motor unit composed of the permanent magnet 1, the coil 2, and the iron cores 11a and 11b. However, in order to perform the entire process only by the thrust generated directly by the motor, Therefore, it is necessary to generate a thrust that exceeds the compression reaction force of the gas, and it is difficult to construct a compressor having a realistic size because the motor portion is large. Therefore, a resonance system composed of a spring and a mass is formed by supporting the movable element with the resonance spring 3, and the frequency of the alternating current to be energized is matched with the resonance frequency determined from the mass of the movable portion and the spring constant of the resonance spring. The resonant phenomenon is used. The amplitude at this time is determined depending on the voltage of the power source up to the maximum stroke determined by the dimensions of the motor unit.
[0005]
In the above example, the compression unit composed of a piston / cylinder is arranged outside the motor unit. FIG. 8 schematically shows the configuration when the compression unit is built in the motor unit for miniaturization. Shown in
In FIG. 8A, the resonance spring 3 is assumed to be a leaf spring, and is an example of a so-called moving coil (MC) type linear motor in which a stator is composed of an iron core 11 and a magnet 1 and a mover is a coil 2. However, when the motor is a moving magnet (MM) type, the configuration is as shown in FIG. In the motor unit, the magnet 1 forms a mover, and the coil 2 and the iron cores 11a and 11b form a stator. Further, FIG. 8C is a schematic diagram in the case where a moving iron (MI) type is used for the motor and the piston is fixed and the cylinder is driven. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 7 and an equivalent part, and description is abbreviate | omitted.
[0006]
In the motor unit, a stator is composed of a magnet 1, a coil 2, and an iron core 11a, and a mover is composed of an iron core 11b, which drives a cylinder 7 integrated with the movable iron core.
[0007]
In the above configuration, even if there is a difference between the motor type and piston drive or cylinder drive, in any case, the spring / mass system of the mover and the resonance spring is resonated by the thrust generated in the motor unit, The operating principle of reciprocating the cylinder 7 is the same.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional linear compressor as described above uses resonance, the operating frequency cannot be changed freely. Therefore, when used for refrigeration and air conditioning applications, the stroke volume is changed by changing the amplitude by voltage control. To change. At this time, simply reducing the amplitude increases the compression chamber volume at the time of completion of compression / discharge at the top dead center, so-called dead volume, leading to a decrease in efficiency. is necessary.
[0009]
There are two methods for reducing the dead volume: head movement for moving the fixed-side top dead center position and neutral point movement for moving the center position of the amplitude. FIG. 9 is a schematic diagram showing comparison between head movement and neutral point movement. For simplicity, the motor part is omitted and only the piston drive type is shown. In contrast to the full stroke in FIG. 9B, in FIG. 9A, the head portion of the cylinder 7 is moved as the slide head 13 that can move in the axial direction by the pressing force FH, thereby reducing the dead volume at the time of the small stroke. Reduce. As shown in FIG. 9 (c), the neutral point is moved by moving the neutral seat by moving the slide seat 14 that can move the mounting portion on the fixed side of the resonance spring 3 in the axial direction by the pressing force FN. cut back. Since the piston is driven, the head is moved by moving the cylinder head. However, when the cylinder is driven, the fixed piston is moved.
[0010]
In the head movement shown in FIG. 9A, it is necessary to apply a force that overcomes the gas pressure in the compression chamber as the pressing force FH, whereas in the neutral point movement in FIG. 9C, the pressing force FN causes the resonance spring to move. Since the driving force by the motor acts on the piston, FN can be set below the gas pressure. When no pressing force is applied, the slide seat 14 is pushed back to the original position by the reaction force of the resonance spring 3, whereas the slide head 13 may become unstable and the position may not be determined. It is necessary to provide a return means such as 15. From these points, the neutral point movement is more advantageous than the head movement.
[0011]
FIG. 10 shows a linear compressor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-151843, in which a piston is driven by an MC type motor. The capacity of the back pressure chamber 20 is controlled by moving the neutral point by changing the volume of the back pressure chamber 20, but the back pressure chamber gas has a compressibility and acts as a gas spring. Therefore, in the configuration shown in FIG. The position 14 is a position where the spring force of the resonance spring and the pressure of the back pressure chamber are balanced, and the position changes momentarily as the spring force changes. That is, a spring system in which the resonance spring 3 and the gas spring are coupled with each other between the slide seats 14 is formed, and the neutral point movement as intended cannot be performed.
[0012]
In view of the above points, the present invention intends to provide a linear compressor including neutral point moving means that can function as a capacity control mechanism.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A linear compressor according to the present invention includes an elastic member that elastically supports a cylinder that is reciprocally driven at a constant resonance frequency by a linear motor, or a piston that is fitted into the cylinder, and supports the elastic member. Do Slide seat, Above slide seat Can move in the reciprocating drive direction A guide member supported by Pressing means for pressing the slide seat in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member; The guide member includes A first stopper portion that stops the slide seat at a predetermined position against the reaction force of the elastic member; Provided to face the first stopper, A second stopper portion that stops the slide seat at a predetermined position against the pressing force of the pressing means.
[0014]
Also, The elastic member is provided on the side opposite to the side where the piston of the cylinder is inserted, The amplitude of the reciprocating drive is maximized when the position of the slide seat is determined by the first stopper portion, and the amplitude is minimized when determined by the second stopper portion.
[0015]
Also, An elastic member is provided on the side where the piston of the cylinder is inserted, The amplitude of the reciprocating drive is minimized when the position of the slide seat is determined by the first stopper portion, and the amplitude is maximized when determined by the second stopper portion.
[0016]
The pressing by the pressing means acting on the slide seat and the seat stopper can be turned on / off by an external operation.
[0017]
The pressing means switches between high pressure / low pressure.
[0018]
Further, the initial deformation amount when the elastic member is stopped is set to be 1/2 or more of the amplitude of the reciprocating drive at that time.
[0019]
Further, a coil spring is used as the elastic member.
[0020]
The elastic member is arranged separately on both sides of the mover, and a slide seat is attached to one elastic member and pressed.
[0021]
The two elastic members have the same elastic coefficient.
[0023]
Further, when the position of the slide seat is determined by the second stopper portion, the amount of deformation when the elastic member having the larger elastic coefficient is stopped becomes equal to or more than ½ of the stroke at that time.
[0024]
Also, A plurality of seat stoppers supported by the guide member so as to be movable in the reciprocating drive direction and interposed between the slide seat and the guide member, and the reaction force of the seat stopper is greater than the reaction force generated in the elastic member. A plurality of pressing means for pressing each of the seats in opposite directions, and the seat stopper to which a pressing force is applied by the corresponding pressing means among the plurality of seat stoppers is abutted against the second stopper portion. From the stopper, Between the first and second stopper parts A plurality of stopper portions that are stopped at a plurality of predetermined positions are formed. Is.
[0025]
Also, an elastic member that elastically supports a cylinder that is reciprocally driven at a constant resonance frequency by a linear motor or a piston that is fitted in the cylinder, and supports the elastic member. Do Slide seat, Above slide seat Can move in the reciprocating drive direction And a seat stopper supported by the guide member so as to be movable in the reciprocating drive direction. And a first pressing means for pressing the slide seat in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member; Above seat stopper A second pressing means for pressing the first pressing means in a direction opposite to the pressing direction of the first pressing means with a force equal to or greater than the pressing force of the first pressing means, Formed on the guide member, Above slide seat the above A first stopper portion that stops at a predetermined position against the reaction force of the elastic member; It is formed by the seat stopper abutted against the surface formed on the guide member so as to face the first stopper portion, A second stopper portion for stopping the slide seat at a predetermined position against the pressing force of the first pressing means; It is formed by the seat stopper abutted against the surface formed on the guide member so as to face the second stopper portion, The slide seat is pressed against the second pressing means and Reaction force of elastic member And a third stopper portion that stops at a predetermined position between the first and second stopper portions.
[0026]
Further, a plurality of stopper portions for determining the position of the slide seat are formed between the first and second stopper portions by arranging a plurality of seat stoppers.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view showing a linear compressor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view for explaining the operation.
FIG. 1 shows a cylinder drive type using an MI type linear motor. In the figure, a stator 41 composed of a magnet 1, a coil 2 and an iron core 11b and an iron core 11a as a mover form an MI type linear motor. The cylinder 11 is driven by the iron core 11a being fastened to the cylinder 7 by the push nut 31 via the sleeve 30. A lower frame 23a and an upper frame 23b are bonded to both sides of the stator 41. A slide guide 22 is supported on the lower frame 23a, and a stay holder 25 is supported on the upper frame 23b. Are fastened with bolts together with the outer peripheral portions of the leaf springs 24a and 24b that elastically support the spring.
[0028]
The inner peripheral portion of the leaf spring 24a is fastened to the cylinder head 33b by a lock nut 34, and the inner peripheral portion of the leaf spring 24b is fastened to the cylinder 7 and the push nut 31 by a lock nut 32, respectively. The cylinder head 33b is screwed to the cylinder 7 with the head plate 33a and the suction valve 8 interposed therebetween, and the port 33a1 provided in the head plate and the cylinder head central hole 33b1 suck gas into the compression chamber 12. A path is formed, and gas is guided from the outside of the sealed container 5 through the suction pipe 6 to the compression chamber 12.
[0029]
The compression chamber 12 is formed by the piston 4 being fixedly arranged at a predetermined position inside the cylinder 7 that reciprocates integrally with the iron core 11a, the suction valve 8, the head plate 33a, and the cylinder head 33b. The Since the piston 4 is fixed to the piston stay 27 by the push bolt 28, and the piston stay 27 is fixed to the stay holder 25 attached to the iron core 11b by the stay fixing screw 26, the piston 4 is fixed to the iron core 11b. It is stationary.
[0030]
The piston 4 is provided with a discharge port 401, and a discharge valve 9 held by a discharge valve holder 29 is disposed at the outlet thereof. The gas compressed in the compression chamber 12 is discharged by pushing the discharge valve 9 open, then guided to the discharge pipe 10 through the hole in the center of the stay holder 25 and discharged out of the sealed container 5.
[0031]
The movable part 42 composed of the iron core 11a, the cylinder 7, the head plate 33a, the cylinder head 33b and the like is supported so that both ends thereof are sandwiched between the resonance springs 3a and 3b which are elastic members, and the other end of the resonance spring 3b is It is supported by the stay holder 25 and the other end of the resonance spring 3 a is supported by the slide seat 14. The resonance frequency of the system composed of the two resonance springs 3a and 3b and the movable portion 42 is determined by the spring constant of the resonance springs 3a and 3b and the mass of the movable portion. Each spring is assembled in a state in which the amount of extension has been shortened in advance so that the resonance spring does not become longer than the natural length when it is most extended with the reciprocation of the movable portion 42.
The resonance springs 3a and 3b use coil springs.
[0032]
Next, the operation will be described with reference to FIGS. FIG. 1A shows that the slide seat 14 is a guide member 22 during a full stroke. a 1 (b) is supported by the second stopper portion of the seat stopper 22b during capacity control, and FIG. 1 (c) is the second position of the seat stopper 22b during capacity control. It is principal part sectional drawing at the time of being supported by the three stopper part. FIGS. 2A, 2B, and 2C are schematic diagrams corresponding to FIGS. 1A, 1B, and 1C, respectively.
[0033]
First, when an alternating current having a frequency that matches the resonance frequency of the spring / mass system, which is the mass of the springs of the resonance springs 3a and 3b and the movable portion 42, is passed through the coil 2, the thrust that causes the movable portion to reciprocate at the same frequency. The gas is sucked, compressed, and discharged using the resonance phenomenon, and the amplitude of the reciprocation is adjusted by the power supply voltage. The compression efficiency is highest when the volume of the compression chamber 12 is minimal when the movable head plate 33a is closest to the fixed piston 4. When the slide seat 14 of the resonance spring 3a on the head side is far from the piston as shown in the figure, if the capacity is controlled by reducing the amplitude by operating at a power supply voltage lower than that at the time of full stroke, the compression will be completed. Since the compression chamber volume at that time, the so-called dead volume increases, the efficiency decreases.
[0034]
Therefore, when capacity control is performed, a path (not shown) is provided in the back pressure space on the back surface of the slide seat 14 to guide high-pressure gas as the first pressing means, and the slide seat 14 is moved by being pressed by this pressure. By moving the neutral point of the reciprocating motion in the direction in which the volume of the compression chamber decreases, the dead volume when the amplitude is small is reduced and the efficiency is prevented from decreasing, but the pressing force acting on the back surface of the slide seat 14 When trying to balance the reaction force of the resonance spring 3a, the position of the slide seat is not determined because the reaction force of the spring changes every moment, and a spring in which the mass of the slide seat 14 and the gas spring of the back pressure chamber are coupled. A mass system is formed.
[0035]
In order to avoid such a situation, in the present embodiment, the back surface of the slide seat 14 has a cross-sectional area on which a high pressure acts so that a force larger than the maximum value in one cycle of the reciprocating motion of the reaction force from the resonance spring 3a acts. It is set. Of the pressing force, the remaining amount canceled by the spring reaction force is received by the first stopper portion by the guide member 22a, so that the slide seat 14 is stopped at the position where it abuts against the first stopper portion.
[0036]
The seat stopper 22b whose end surface functions as a stopper portion is guided by the guide member 22 so as to be movable in the axial direction, and the second pressure is also applied to the back pressure space formed on the surface opposite to the slide seat 14. By providing a route (not shown) for guiding gas as means, and switching the high pressure / low pressure, the position of the stopper portion is set to the second stopper portion and the third strike portion. Tsu It can be set at two places in the par section.
[0037]
With the configuration as described above, the position of the slide seat 14 is changed according to the normal operation and the capacity control operation by (1) the first stopper by the guide member 22a as shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a). (2) When supported by the second stopper portion by the seat stopper 22b abutted against the guide member 22 as shown in FIGS. 1 (b) and 2 (b), (3) 1) As shown in FIGS. 1 (c) and 2 (c), it is determined at three places when supported by a third stopper portion by a seat stopper 22b abutted against the guide member 22a.
[0038]
At this time, for each of the above cases, the back pressure of the slide seat 14 / seat stopper 22b is (1) low pressure / high pressure or low pressure, (2) high pressure / low pressure, and (3) high pressure / high pressure, and the force related to position determination. (1) Spring minimum reaction force> Slide seat back pressure, (2) Slide seat back pressure-Maximum spring reaction force> Seat stopper back pressure = 0, (3) Slide seat back pressure-Maximum spring reaction force <Seat The pressure receiving area of each back pressure is determined so as to be the stopper back pressure.
[0039]
Note that the two resonance springs 3a and 3b have different spring constants due to space constraints, but both are in one cycle even when the slide seat is in the first, second and third misalignment positions. The initial deformation amount is set so that it does not exceed the natural length even when it is extended most, so that the spring constant constituting the system does not change discontinuously during one cycle.
[0040]
The above operation will be described collectively with reference to FIG. At the time of full stroke, as shown in FIG. 2A, the slide seat 14 is supported by the first stopper portion of the guide member 22a by the spring force of the resonance spring 3a to determine the position of the neutral point. As shown in (b), the position of the neutral point is determined by being supported by the second stopper portion of the seat stopper 22b. At this time, the volume of the compression chamber 12 is minimized. Further, as shown in FIG. 2 (c), the position of the neutral point is determined by being supported by the third stopper portion of the seat stopper 22b, and the volume of the compression chamber 12 is set between the full stroke and the minimum time.
[0041]
As described above, the back pressure space of the slide seat can surely move the neutral point without coupling the resonance system as a gas spring, and the capacity can be controlled with high efficiency.
[0042]
In the present embodiment, the case of cylinder driving is shown, but the neutral point movement can be similarly performed in the case of piston driving, which will be described with reference to FIG. In the schematic diagram of FIG. 3, the piston 4 is supported in the radial direction by the leaf spring 23 and is resonated by the resonance spring 3. The mounting portion on the fixed side of the resonance spring 3 is a slide seat 14 that is movable in the axial direction. Element It moves against the spring force of the resonance spring 3 by pressing means such as guiding high-pressure gas to the back pressure chamber 22c formed between the resonance spring 3 and the back pressure chamber 22c. As a result, the position of the piston 4 at the neutral point moves in a direction in which the volume of the compression chamber 12 decreases with respect to the cylinder 7, and the dead volume can be reduced when the amplitude is small.
[0043]
The slide seat 14 is pressed against the first stopper portion 22a by a spring force at the time of a full stroke, and the position thereof is determined. At the time of capacity control, the second stopper portion is set by setting the pressing force to be larger than the maximum value in one cycle of the spring force. Since the position is fixed by being pressed by 22b, the position does not change every moment.
[0044]
Furthermore, the neutral point movement can be operated from the outside by providing a pressure introduction path from the outside so as to load the slide seat and the seat stopper with the pressure of the slide seat back pressure chamber.
[0045]
As for the amount of deformation of the spring at the time of stopping, when using a coil spring of a spring, particularly in the case of a compression spring, the spring applies an elastic force proportional to the position to the slide seat 14 based on a certain spring constant. The entire length of the stroke needs to be within the range where the length of the spring is less than the natural length and more than the contact height. For this reason, since the stroke is displaced by ± 1/2 of the stroke from the neutral position, the spring needs to be deformed by 1/2 of the stroke when stopped.
Therefore, by setting the amount of deformation of the elastic member (spring) at the time of stopping to a half stroke or more at that time, when the elastic member is a coil spring, the spring constant is avoided to change discontinuously in the middle of the stroke, It is possible to avoid the maximum stress of the elastic member from becoming excessive.
[0046]
Further, when the position of the slide seat is determined by the second stopper portion, the elastic member having the larger elastic coefficient has a deformation amount at the time of stopping that is not less than 1/2 of the stroke at that time, and the spring is in the middle of the stroke. The constant can be prevented from changing discontinuously, and the maximum stress of the elastic member can be prevented from becoming excessive.
[0047]
In addition, when resonance springs are provided on both sides of the mover, when the spring constants of the two resonance springs are equal, when the slide seat is supported by the first stopper (the spring is in the most extended state), the neutral point position If the spring is deformed by more than ½ of the stroke, even when the neutral point is moved, it is deformed by more than ½ of the stroke at the neutral point.
When the spring constants of the two resonance springs are different, it is generally better that the stress generated in the spring is initially set so that the maximum deformation amount of the spring having the larger spring constant is minimized. Since the deformation amount of the smaller spring is larger than the deformation amount of the other spring, the larger spring constant is deformed by more than half of the stroke. The deformation amount may be determined.
[0048]
In this way, when the position of the slide seat is determined by the second stopper portion, the deformation amount at the time of stopping the elastic member having the larger elastic coefficient is at least half of the stroke at that time, Thus, the spring constant can be prevented from changing discontinuously or the maximum stress of the elastic member can be prevented from becoming excessive.
[0049]
Furthermore, it is possible to arrange coil springs having different spring constants on both sides of the movable portion as the elastic member, or even coil springs having the same spring constant, so that the amount of deformation of each spring is reduced when the spring constants are the same. The surrounding space can be used effectively by using springs having different spring constants as required.
[0050]
Embodiment 2. FIG.
4 is a cross-sectional view showing a linear compressor according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation.
FIG. 4 is configured by a cylinder drive type by an MI type linear motor as in FIG. 1 of the first embodiment. A cylinder unit integrated with the movable iron core 11a of the motor is supported by the resonance springs 3a and 3b to form a resonance system, and is movable by passing an alternating current through the coil 2 forming the stator 41 together with the magnet 1 and the iron core 11b. The basic function of compressing the gas in the compression chamber 12 formed between the piston 42 fixed to the stator 41 via the piston stay 27 and the stay holder 25 by reciprocating the part 42 is shown in FIG. Is the same.
[0051]
The two resonance springs 3a and 3b have the same spring constant, and the slide seat 14 that moves the neutral point of the resonance amplitude is attached to the resonance spring 3b side. A part of the stay holder 25 is a first stopper portion of the slide seat 14, and a stopper member 25a fixed to the stay holder 25 is a second stopper portion. The third stopper portion is formed by the seat stopper 25b being abutted against the stopper member 25a by the back pressure.
[0052]
In the first embodiment shown in FIG. 1, the position of the first stopper portion corresponds to the full stroke, whereas in the second embodiment, the position of the second stopper portion corresponds to the full stroke. . In the first embodiment, the seat stopper 22b of FIG. 1 forms the second stopper portion opposite to the back pressure of the slide seat 14, whereas in the second embodiment, it acts on the seat stopper 25b. The direction of the back pressure is the direction opposite to the spring reaction force acting on the slide seat 14.
[0053]
Next, the operation will be described with reference to FIGS. FIG. 4A shows a case where the full stopper is supported by the second stopper part by the stopper member 25a, and FIG. 4B shows a case where it is supported by the first stopper part by the stay holder 25 during the capacity control. (C) is principal part sectional drawing at the time of being supported by the 3rd stopper part by the seat stopper 25b abutted against the stopper member 25a at the time of capacity | capacitance control.
5A, 5B, and 5C are schematic views corresponding to FIGS. 4A, 4B, and 4C, respectively.
[0054]
In each of the above cases, the back pressure of the slide seat 14 / the seat stopper 25b is (1) low pressure / low pressure, (2) high pressure / high pressure or low pressure, and (3) low pressure / high pressure. (1) Spring minimum reaction force> Slide seat back pressure, Spring minimum reaction force> Seat stopper back pressure, (2) Slide seat back pressure-Maximum spring reaction force> 0, (3) Seat stopper back pressure-Maximum spring reaction force Set to> 0.
[0055]
The operation will be described collectively with reference to FIG. During full stroke, as shown in Fig. 5 (a) , Su The position of the neutral point is determined by being supported by the second stopper portion by the topper member 25a, and the position of the neutral point is determined by being supported by the first stopper portion by the stay holder 25 during capacity control as shown in FIG. 5 (b). . At this time, the volume of the compression chamber 12 is minimized. Further, as shown in FIG. 5 (c), the position of the neutral point is determined by being supported by the third stopper portion by the seat stopper 25b abutted against the stopper member 25a, and the volume of the compression chamber 12 is the minimum at the time of the full stroke. It shall be for the time.
[0056]
As described above, the neutral point movement can be reliably performed, and the capacity capacity control with high efficiency can be performed.
[0057]
As shown in the first embodiment, when the position of the second stopper portion when the slide seat is pressed is made to correspond to the minimum capacity, the slide seat is fixed to the movable portion (the side with the guide member). As shown in Embodiment 1, when the second stopper position is made to correspond to the full stroke, the slide seat can be placed on the fixed part side (the side with the stay holder) with respect to the movable part. The capacity control mechanism can be arranged on either side, and the degree of design freedom can be expanded.
[0058]
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, there is one seat stopper and corresponds to three neutral points, but this embodiment includes a plurality of seat stoppers.
FIG. 6 is an explanatory diagram when performing multi-stage capacity control of the linear compressor according to the third embodiment.
6A shows a case where the slide seat 14 is supported by the first stopper 46a. FIG. 6B shows a state where the second seat stopper 45b is pressed against the second stopper 46b and the second seat 46 is pressed against the slide seat 14. When the third stopper is formed, FIG. 6C shows the case where the first stopper 45a is pressed against the second stopper 46b to form the fourth stopper with respect to the slide seat 14. d) is a diagram showing a case where the slide seat 14 is supported by the second stopper 46b. In the figure, 14a is a recess provided on the slide seat 14 to support the spring, 45a is a first seat stopper, 45b is a second seat stopper, 46 is a holder, 46a is a first stopper, 46b is a second stopper, 3 is a resonance spring.
[0059]
With this configuration, the first strike Tsu As shown in FIG. 6A, the par portion has a low back pressure of the slide seat 14 and is supported by the first stopper 46a via the first and second seat stoppers 45a and 45b. As shown in FIG. 6D, the stopper 14 is pressed against the second stopper 46b by the slide seat 14 receiving a high pressure. At this time, the elastic force of the resonance spring 3 <the pressing force.
[0060]
As shown in FIG. 6 (b), the third stopper portion is transmitted from the slide seat 14 via the first seat stopper 45a by applying a high pressure to the back surface of the second seat stopper 45b. It is formed by pressing the second seat stopper 45b against the second stopper 46b against the elastic force of the resonance spring 3.
As shown in FIG. 6 (c), the fourth stopper portion applies a high pressure force to the back surface of the first seat stopper 45 a to resist the elastic force of the resonance spring 3 transmitted from the slide seat 14. The first seat stopper 45a is pressed against the second stopper 46b.
[0061]
In this manner, a plurality of stopper portions can be formed between the first and second stopper portions, and neutral point setting corresponding to four or more levels of capacity control can be performed.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an elastic member that elastically supports a cylinder that is reciprocally driven by a linear motor at a constant resonance frequency or a piston that is fitted into the cylinder, and the elastic member is supported. Do Slide seat, Above slide seat Can move in the reciprocating drive direction A guide member supported by Pressing means for pressing the slide seat in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member; The guide member includes A first stopper portion that stops the slide seat at a predetermined position against the reaction force of the elastic member; Provided to face the first stopper, And a second stopper portion for stopping the slide seat at a predetermined position against the pressing force of the pressing means, so that the back pressure space of the slide seat is coupled to the resonance system as a gas spring. Therefore, the neutral point can be reliably moved and a highly efficient capacity-controllable linear compressor can be configured. In addition, if the position of the second stopper when the slide seat is pressed is made to correspond to the minimum capacity, the slide seat can be placed on the opposite side of the fixed part with respect to the movable part, and the second stopper position can be If it is made to correspond, the slide seat can be arranged on the fixed part side with respect to the movable part, and the capacity control mechanism part can be arranged on either side, so that the degree of freedom in design can be expanded.
[0063]
Also, The elastic member is provided on the side opposite to the side where the piston of the cylinder is inserted, The amplitude of the reciprocating drive is maximized when the position of the slide seat is determined by the first stopper, and the amplitude is minimized when determined by the second stopper. It can be arranged on the side opposite to the fixed part side.
[0064]
Also, An elastic member is provided on the side where the piston of the cylinder is inserted, The amplitude of the reciprocating drive is minimized when the position of the slide seat is determined by the first stopper, and the amplitude is maximized when determined by the second stopper. Can be arranged on the fixed part side.
[0065]
Moreover, since the pressing by the pressing means acting on the slide seat and the seat stopper can be turned on / off by an external operation, the operation is easy.
[0066]
Further, the pressing means switches between high pressure / low pressure, and the structure can be simplified.
[0067]
In addition, since the initial deformation amount when the elastic member is stopped is set to be ½ or more of the stroke at that time, when the elastic member is a coil spring, the spring constant is avoided to change discontinuously in the middle of the stroke. Or the maximum stress of the elastic member can be avoided.
[0068]
Further, since the coil spring is used as the elastic member, the configuration can be simplified and the size can be reduced.
[0069]
In addition, since the elastic member is arranged separately on both sides of the mover, and a slide seat is attached to one elastic member and pressed, it is also possible to arrange coil springs having different spring constants on both sides of the movable part. Coil springs can also be arranged, so that when the spring constant is the same, the amount of deformation of each spring can be reduced, and the surrounding space can be used effectively by using springs with different spring constants as required.
[0070]
In addition, since the two elastic members having the same elastic modulus are used, the amount of deformation of the spring can be reduced, and the surrounding space can be used effectively.
[0072]
In addition, when the position of the slide seat is determined by the second stopper portion, the amount of deformation at the time of stopping the elastic member having the larger elastic coefficient is equal to or more than ½ of the stroke at that time. In the case of a coil spring, the spring constant can be prevented from changing discontinuously in the middle of the stroke, and the maximum stress of the elastic member can be prevented from becoming excessive.
[0073]
Also, A plurality of seat stoppers supported by the guide member so as to be movable in the reciprocating drive direction and interposed between the slide seat and the guide member, and the reaction force of the seat stopper is greater than the reaction force generated in the elastic member. A plurality of pressing means for pressing each of the seats in opposite directions, and the seat stopper to which a pressing force is applied by the corresponding pressing means among the plurality of seat stoppers is abutted against the second stopper portion. From the stopper, Between the first and second stopper parts Forms multiple stoppers that stop at multiple predetermined positions Therefore, it is possible to cope with multi-stage capacity control.
[0074]
Also, an elastic member that elastically supports a cylinder that is reciprocally driven at a constant resonance frequency by a linear motor or a piston that is fitted in the cylinder, and supports the elastic member. Do Slide seat, Above slide seat Can move in the reciprocating drive direction And a seat stopper supported by the guide member so as to be movable in the reciprocating drive direction. And a first pressing means for pressing the slide seat in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member; Above seat stopper A second pressing means for pressing the first pressing means in a direction opposite to the pressing direction of the first pressing means with a force equal to or greater than the pressing force of the first pressing means, Formed on the guide member, Above slide seat the above A first stopper portion that stops at a predetermined position against the reaction force of the elastic member; It is formed by the seat stopper abutted against the surface formed on the guide member so as to face the first stopper portion, A second stopper portion for stopping the slide seat at a predetermined position against the pressing force of the first pressing means; It is formed by the seat stopper abutted against the surface formed on the guide member so as to face the second stopper portion, The slide seat is pressed against the second pressing means and Reaction force of elastic member In contrast, since the third stopper portion that stops at a predetermined position between the first and second stopper portions is provided, it is possible to cope with three-stage capacity control.
[0075]
Further, by providing a plurality of seat stoppers, a plurality of stopper portions for determining the position of the slide seat are formed between the first and second stopper portions, so that multi-stage capacity control can be handled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a linear compressor showing Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the operation of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the operation of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a linear compressor showing Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the operation of Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram when performing multistage control of a linear compressor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a conventional linear compressor.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional linear compressor according to the type of motor.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining capacity control by head movement and neutral point movement;
FIG. 10 is a sectional view showing a capacity control mechanism of a conventional linear compressor.
[Explanation of symbols]
1 Magnet, 2 Coil, 3 3a, 3b Resonant spring, 4 Piston, 7 Cylinder, 14 Slide seat, 22, 22a Guide member, 22b Seat stopper, 24a, 24b Leaf spring, 25 Stay holder, 25a Stopper member, 25b Seat Stopper, 45a First seat stopper, 45b Second seat stopper.

Claims

An elastic member that elastically supports a cylinder that is reciprocally driven at a constant resonance frequency by a linear motor, or a piston that is fitted in the cylinder;
A slide seat for supporting the elastic member;
A guide member that movably supports the slide seat in the reciprocating drive direction ;
Pressing means for pressing the slide seat in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member ;
The guide member is
A first stopper portion that stops the slide seat at a predetermined position against the reaction force of the elastic member;
A linear compressor provided with a second stopper portion provided opposite to the first stopper portion and stopping the slide seat at a predetermined position against the pressing force of the pressing means.

When the elastic member is provided on the opposite side to the side where the piston of the cylinder is inserted and the position of the slide seat is determined by the first stopper portion, the amplitude of the reciprocating drive is maximized and determined by the second stopper portion. 2. The linear compressor according to claim 1, wherein the amplitude is minimized.

The elastic member is provided on the side where the piston of the cylinder is inserted , and the amplitude of the reciprocating drive is minimized when the position of the slide seat is determined by the first stopper portion, and the amplitude is determined when determined by the second stopper portion. 2. The linear compressor according to claim 1, wherein the linear compressor is maximized.

2. The linear compressor according to claim 1, wherein pressing by the pressing means acting on the slide seat and the seat stopper can be turned ON / OFF by an external operation.

5. The linear compressor according to claim 4, wherein the pressing means switches between high pressure and low pressure.

2. The linear compressor according to claim 1, wherein an initial deformation amount when the elastic member is stopped is set to be 1/2 or more of a stroke at that time.

2. The linear compressor according to claim 1, wherein a coil spring is used as the elastic member.

2. The linear compressor according to claim 1, wherein the elastic member is arranged separately on both sides of the movable element, and a slide seat is attached to one elastic member and pressed.

9. The linear compressor according to claim 8, wherein two elastic members having the same elastic modulus are used.

When the position of the slide seat is determined by the second stopper portion, the amount of deformation at the time of stopping the elastic member having the larger elastic coefficient is set to be 1/2 or more of the stroke at that time. Item 9. The linear compressor according to Item 8 .

A plurality of seat stoppers supported by the guide member so as to be movable in the reciprocating drive direction and interposed between the slide seat and the guide member;
A plurality of pressing means that respectively press the seat stopper in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member;
Of the plurality of seat stoppers, a seat stopper to which a pressing force is applied by the corresponding pressing means is between the first and second stopper portions from the seat stopper abutted against the second stopper portion . The linear compressor according to claim 1, wherein a plurality of stopper portions that stop at a plurality of predetermined positions are formed .

An elastic member that elastically supports a cylinder that is reciprocally driven at a constant resonance frequency by a linear motor, or a piston that is fitted in the cylinder;
A slide seat for supporting the elastic member;
A guide member that movably supports the slide seat in the reciprocating drive direction ;
A seat stopper supported by the guide member so as to be movable in the reciprocating drive direction ;
First pressing means for pressing the slide seat in a direction opposite to the reaction force with a force equal to or greater than the reaction force generated in the elastic member;
Second pressing means for pressing the seat stopper in a direction opposite to the pressing direction of the first pressing means with a force equal to or greater than the pressing force of the first pressing means;
Formed in the guide member, a first stopper portion for stopping the slide seat at the predetermined positions against the reaction force of the elastic member,
It is formed by the seat stopper abutted against the surface formed on the guide member so as to face the first stopper portion, and the slide seat is predetermined against the pressing force of the first pressing means. A second stopper portion that stops at the position,
The slide stopper is formed by the seat stopper abutted against the surface formed on the guide member so as to face the second stopper portion, and the slide seat is pressed against the pressing force of the second pressing means and the reaction force of the elastic member. In contrast, a linear compressor comprising a third stopper portion that stops at a predetermined position between the first and second stopper portions.