JP4050621B2 - 往復動式圧縮機 - Google Patents

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Description

【0001】
<技術分野>
本発明は往復動式圧縮機に関し、特に、ピストンの往復運動時に発生される流路抵抗を低減すると共に、アーマチュアのオーバストローク(over stroke)時にアーマチュアの破損を防止し得る往復動式圧縮機に関する。
【0002】
<背景技術>
一般に、往復動式圧縮機は、ピストンがシリンダーの内部で往復運動しながらガスを吸入圧縮して吐出させる。
【0003】
図1は、従来の往復動式圧縮機の一例を示した縦断面図である。
図1に示すように、従来の往復動式圧縮機は、底面に潤滑油が充填されて吸入管(SP)および吐出管(DP)が連通される密閉容器10と、該密閉容器10の内部に固定される往復動式モータ20と、密閉容器10の内部に設置されて、ガスを吸入圧縮して吐出させる圧縮ユニット30と、往復動式モータ20および圧縮ユニット30を支持するフレームユニット40と、往復動式モータ20のアーマチュアを運動方向に弾性支持して共振を誘導するスプリングユニット50と、フレームユニット40に装着されて、密閉容器10の潤滑油を往復動式モータ20および圧縮ユニット30に供給する潤滑油供給ユニット60とを具備している。
【0004】
往復動式モータ20は、インナーステータ(inner stator)21Aおよびアウターステータ(outer stator)21Bから成るステータ21と、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙(air gap)に介在されて、後述するピストン31と共に往復運動するアーマチュア22とを具備している。
【0005】
また、アーマチュア22は、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙に介在されて圧縮ユニット30のピストン31に結合されるマグネット支持部材22Aと、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙に位置するようにマグネット支持部材22Aの外周面に所定間隔に固定される各マグネット22Bとを具備している。
【0006】
圧縮ユニット30は、往復動式モータ20のマグネット支持部材22Aに結合されて共に往復運動するピストン31と、ピストン31が滑動自在に挿合されるように後述する前方フレーム41に固定され該ピストン31と共に圧縮空間32aを形成するシリンダー32と、ピストン31の先端に装着されて、後述するピストン31のガス通口31bを開閉しながらガスの吸入を制限する吸入バルブ33と、シリンダー32の先端面に装着されて、圧縮空間32aを覆蓋すると共に、圧縮されたガスの吐出を制限する吐出バルブ組立体34とを具備している。
【0007】
ピストン31には、内部に吸入管(SP)に連通するガス流路31aが所定深さまで長く貫通形成され、ガス流路31aに連結されてピストン31の先端面に貫通されるガス通口31bが形成されている。
【0008】
フレームユニット40は、インナーステータ21Aおよびアウターステータ21Bの前方側面に共に接触されて一括支持すると共に、シリンダー32が挿合結合される前方フレーム41と、アウターステータ21Bの後方側面に接触されて、そのアウターステータ21Bを支持する中間フレーム42と、該中間フレーム42に結合されて、後述する外側スプリング52の後方端を支持する後方フレーム43とを具備している。
【0009】
スプリングユニット50は、マグネット支持部材22Aとピストン31との結合部の前方面とこれに対応される前方フレーム41の内側面に両方端が夫々支持されるように、シリンダー32の外周側にピストン31の軸方向に挿合される内側スプリング51と、マグネット支持部材22Aとピストン31との結合部の後方面とこれに対応される後方フレーム43の前方面に両方端が夫々支持される外側スプリング52とを具備している。
【0010】
以下、このような従来の往復動式圧縮機の動作を説明する。
往復動式モータ20のアウターステータ21Bに装着された巻線コイル21Cに電源が印加され、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間にフラックス(flux)が形成されると、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙に置かれたアーマチュア22がフラックスの方向によって動きながらスプリングユニット50により持続的に往復運動すると共に、アーマチュア22に結合されたピストン31がシリンダー32の内部で往復運動しながら圧縮空間32aの滞積が変化して冷媒ガスが圧縮空間32aに吸入圧縮されて吐出される。
【0011】
冷媒ガスは、ピストンの吸入行程時に吸入管(SP)を通して密閉容器10の内部に吸入された後、ピストン31のガス流路31aおよびガス通口31bを経て吸入バルブ33を開放しながらシリンダー32の圧縮空間32aに吸入されて、ピストンの圧縮行程時に所定圧力まで圧縮された後、吐出バルブ組立体34を開放しながら吐出管34を通して吐出される一連の過程を反復するようになっている。
【0012】
然し、上記のような従来の往復動式圧縮機には以下のような問題がある。図2Aに示すように、インナーステータ21Aとアウターステータ21Bとを共に支持する前方フレーム41は閉鎖された形態から成って、アーマチュア22の往復運動時にインナーステータ21A、アウターステータ21Bおよび前方フレームから成る空間Aのガスが圧縮されることで、この圧縮されたガスは、往復運動するアーマチュア22の挙動に対する流路抵抗に作用し、この流路抵抗によりアーマチュア22が所望の位置まで前進し得なくなって、結局、ピストン31の行程距離が短縮されながら圧縮機の効率が低下される。
【0013】
また、図2Bに示すように、インナーステータ21Aとアウターステータ21Bとを共に支持する前方フレーム41がアーマチュア22と過度に近接配置される場合には、アーマチュア22のオーバストローク(over stroke)発生時にアーマチュア22が前方フレーム41の後面にぶつかり、マグネット22Bが破損されるか、或いは、二つのステータ21A、21B間の磁束(flux)漏洩が増加されるという憂いがある反面、インナーステータ21Aとアウターステータ21Bとを共に支持する前方フレーム41がアーマチュア22と遠く配置される場合には、それほどピストン31および後方フレーム43の長さと密閉容器10の大きさなどを増加させなければならないため、高価のマグネットの材料費用の上昇および圧縮機の外観の大きさが肥大化されるという問題がある。
【0014】
<発明の開示>
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、アーマチュアの往復運動時に圧縮ユニット以外の部分から発生する冷媒ガスの圧縮による流路抵抗を低減し得る往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
【0015】
また、アーマチュアのオーバストローク時にアーマチュアがフレームにぶつかることを未然に防止すると共に、インナーステータとアウターステータ間の磁束漏洩を低減させながらも圧縮機の小型化を達成し得る往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
【0016】
このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機は、吸入管および吐出管が連通される密閉容器と、該密閉容器の内部に所定空隙を置いて固定されるインナーステータおよびアウターステータから成るステータと、それら二つのステータ間の空隙に配置されて、往復運動するアーマチュアと、から成る往復動式モータと、前記往復動式モータのアーマチュアに結合されて共に往復運動し、先端面にガス流路に連結されるガス通口が形成されるピストンおよび該ピストンが滑動自在に挿合されて圧縮空間を形成するように、前記密閉容器の内部に固定されるシリンダーから成る圧縮ユニットと、前記往復動式モータのアーマチュアを運動方向に弾性支持して共振を誘導するスプリングユニットと、前記往復動式モータおよび圧縮ユニットを支持してガス通孔をその適当な部分に具備して成るフレームユニットとを具備する。フレームユニットは、往復動式モータのインナーステータとアウターステータとに共に接触されて支持するように接触部を有するフレームが少なくとも一つ備えられ、該接触部を有するフレームにガス通孔が形成されており、インナーステータとアウターステータとが共に接触されるように接触部を有するフレームには、各ステータとの非接触部に窪んで段差部が形成されており、段差部の深さは、その段差部の底面からこれに対応されるアーマチュア端部までの距離がアーマチュアとピストンとの結合部一側面とこれに最も隣接されるように対応される往復動式モータの端部までの距離より長く形成される。
【0018】
<発明を実施する形態>
以下、図面に図示された一実施形態に基づいて、本発明に係る往復動式圧縮機を詳細に説明する。
図3は、本発明に係る往復動式圧縮機の一例を示した縦断面図で、図4は本発明に係る往復動式圧縮機の重要部を示した概略図で、図5Aおよび図5Bは本発明に係る往復動式圧縮機のアーマチュアの動作状態を示した概略図である。
【0019】
これに示すように、本発明に係る往復動式圧縮機は、底面に潤滑油が充填されて吸入管(SP)および吐出管(DP)が連通される密閉容器10と、該密閉容器10の内部に固定される往復動式モータ20と、密閉容器10の内部に設置されて、ガスを吸入圧縮して吐出させる圧縮ユニット30と、往復動式モータ20および圧縮ユニット30を支持するフレームユニット100と、往復動式モータ20のアーマチュアを運動方向に弾性支持して共振を誘導するスプリングユニット50と、フレームユニット100に装着されて、密閉容器10の潤滑油を往復動式モータ20および圧縮ユニット30に供給する潤滑油供給ユニット60とを具備している。
【0020】
往復動式モータ20は、インナーステータ(inner stator)21Aおよびアウターステータ(outer stator)21Bから成るステータ21と、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙に介在されて、後述するピストン31と共に往復運動するアーマチュア22とを具備している。
【0021】
アーマチュア22は、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙に介在されて、圧縮ユニット30のピストン31に結合されるマグネット支持部材22Aと、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙に位置するように、マグネット支持部材22Aの外周面に所定間隔に固定される各マグネット22Bとを具備している。
【0022】
圧縮ユニット30は、往復動式モータ20のマグネット支持部材22Aに結合されて共に往復運動するピストン31と、該ピストン31が滑動自在に挿合されるように、後述する前方フレーム110に固定されてピストン31と共に圧縮空間32aを形成するシリンダー32と、ピストン31の先端に装着されて、後述するピストン31のガス通口31bを開閉しながらガスの吸入を制限する吸入バルブ33と、シリンダー32の先端面に装着されて、圧縮空間32aを覆蓋すると共に、圧縮されたガスの吐出を制限する吐出バルブ組立体34とを具備している。
【0023】
ピストン31は、内部に吸入管(SP)と連通されるガス流路31aが所定深さまで長く貫通形成され、ガス流路31aに連結されてピストン31の先端面に貫通されるガス通口31bが形成される。
【0024】
フレームユニット100は、インナーステータ21Aおよびアウターステータ21Bの前方側面に共に接触されて一括支持すると共に、シリンダー32が挿合結合される前方フレーム110と、アウターステータ21Bの後方側面に接触されて、該アウターステータ21Bを支持する中間フレーム120と、該中間フレーム120に結合されて、後述する外側スプリング52の後方端を支持する後方フレーム130とを具備している。
【0025】
前方フレーム110は、図4に示すように、中央にシリンダー32が装着される貫通穴(図示されず)を具備した円板状に形成され、インナーステータ21Aとアウターステータ21Bとが共に接触される接触部aが形成されて、インナーステータ21Aおよびアウターステータ21Bが接触されない非接触部bには、各ガス通孔111が同様な円周上に形成されている。
【0026】
それらガス通孔111は、インナーステータ21Aとアウターステータ21B間の空隙にアーマチュア22の運動方向に対向される部位に形成され、ガス通孔111の直径(D1)は、前記空隙の間隔(D2)より同様であるか、または大きく形成されることが好ましい。
【0027】
また、前方フレーム110の内側面には、アーマチュア22のオーバストローク発生時に該アーマチュア22の端部が前方フレーム110の内側面に衝突することを防止するように、正面投影時に環状の段差部112が陰刻になるように形成される。
【0028】
段差部112は、アーマチュア22の前方端部に対応される前方フレーム110の内側面中、前記ガス通孔111が形成された部位であるインナーステータ21Aおよびアウターステータ21Bに接触されない非接触部bに所定の深さに形成される。
【0029】
段差部112の深さは、前記アーマチュア22のオーバストローク発生時、前記アーマチュア22と前方フレーム110との衝突を防止するために、前記段差部112の底面からこれに対応されるアーマチュア22の前方側端部までの距離(L1)が、前記アーマチュア22とピストン31とが結合されるフランジ部31cの内側面とこれに最も隣接されるように対応されるインナーステータ21Aの後方側面端部までの距離(L2)より長く形成される。また、前記前方フレーム110へのフラックス(flux)漏洩を防止するために段差部112の底面からこれに対応されるアーマチュア22の前方側端部までの距離(L1)が前記二つのステータ21A、21B間の空隙の間隔(D2)より同様であるか、または長く形成されることが好ましい。
【0030】
スプリングユニット50は、マグネット支持部材22Aとピストン31との結合部前方面とこれに対応される前方フレーム110の内側面に両方端が夫々支持されるようにシリンダー32の外周側にピストン31の軸方向に挿合される内側スプリング51と、マグネット支持部材22Aとピストン31との結合部後方面とこれに対応される後方フレーム43の前方面に両方端が夫々支持される外側スプリング52とを具備している。
【0031】
そして、図6に示すように、ピストン31の後方側端部には、アーマチュア22のマグネット支持部材22Aと結合されるようにフランジ部31cが形成され、該フランジ部31cには、両方側のガスが円滑に流通されるようにガス通孔31dが同一円周上に等間隔に形成されることもできる。
【0032】
また、前記マグネット支持部材22Aにも、アーマチュアの往復運動時、その後方側から発生される流動抵抗を低減し得るようにガス通孔22aを複数形成することもできる。
図面中、従来と同様な部分に対しは同様な符号を附与した。
【0033】
以下、上記の本発明に係る往復動式圧縮機の動作を説明する。
即ち、往復動式モータ20の巻線コイル21Cに電源が印加されると、アーマチュア22がピストン31と共に直線方向に往復運動し、ピストン31がシリンダー32の内部で往復運動しながら圧縮空間32aの圧力が可変されて冷媒ガスが圧縮空間32aに吸入されてから所定圧力まで圧縮された後、吐出される一連の過程を反復する。
【0034】
このとき、アーマチュア22の前方側端部は、インナーステータ21A、アウターステータ21Bおよび前方フレーム110により所定の空間Aを形成することで、アーマチュア22の往復運動時に前記空間Aの圧力が上昇しながらアーマチュア22の往復運動に対して流路抵抗を誘発するが、図5Aに示すように、前方フレーム110に各ガス通孔111が形成されて、アーマチュア22の前進運動時に前記空間Aに充填されたガスがガス通孔111を通して圧縮ユニット30の外部に排気されながらアーマチュア22の往復運動に対する流路抵抗が低減されるため、モータの入力対比出力が増加されることで、結局圧縮機の効率が向上される。
【0035】
また、図6に示すように、アーマチュア22の後方側のマグネット支持部材22Aまたはピストン31のフランジ部31cに夫々ガス通孔22a、31dが形成されるため、前記アーマチュア22の往復運動時、その内側および外側に充填されていたガスが相互自由に流通されることで、アーマチュア22の後方側から発生されるガスによる流路抵抗も低減されて圧縮機の効率が向上される。
【0036】
また、アーマチュア22の往復運動時制御エラーによってそのアーマチュア22およびピストン31が過度に前進する所謂オーバストローク(over stroke)が発生する場合には、アーマチュア22の前方側端部が前方フレーム110の内側面に衝突するという憂いがあるが、図5Bに示すように、前方フレーム110に段差部112が形成されるが、その段差部112の深さを適切に調節してオーバストローク時、アーマチュア22の前方側端部が前方フレーム110の内側面にぶつかる前にアーマチュア22とピストン31との結合部であるピストンのフランジ部31cがインナーステータ21Aの後方側面に先にぶつかり、アーマチュア21の前進運動を制限することで、マグネット22Bがマグネット支持部材22Aから脱去されるか、または破損されることを未然に防止することができる。
【0037】
また、前方フレーム110の段差部112によって圧縮機の左右長さを増大させることなく、インナーステータ21Aおよびアウターステータ21Bの各ポール (pole) から前方フレーム110が遠く位置するため、フラックスが前方フレーム110を通して漏洩されることが低減されることで、往復動式モータの効率が向上される。
【0038】
以下、図7および図8を参照して、本発明に係る往復動式モータの他の実施形態を説明する。
前述の実施形態では、往復動式モータ20が圧縮ユニット30の外周に配置されているが、本変形例では、往復動式モータ220および圧縮ユニット230が前後方向に所定間隔を置いて配置されて、フレームユニット240により機構的に連結支持され、フレームユニット240は、前述した一例と同様に、前方フレーム241、第1、第2中間フレーム242A、242Bおよび後方フレーム243から成る。
【0039】
前方フレーム241は、圧縮ユニット230のピストン231が滑動自在に挿合されたシリンダー232が固定され、第2中間フレーム242Bと後方フレーム243間に往復動式モータ220のアウターステータ221Bが固定されるが、その中後方フレーム243には、インナーステータ221Aとアウターステータ221Bとが共に接触されて支持する接触部aが形成される。
【0040】
後方フレーム243中、インナーステータ221Aとアウターステータ221B間の空隙に、アーマチュア222の運動方向に対応される非接触部bには、その空隙の長さ(D2)より内径(D1)が大きい各ガス通孔243aが同一円周上に形成される。
【0041】
また、非接触部bには、各ガス通孔243aを含む段差部243bが環状に陰刻になるように形成される。段差部243bの深さは、前述した一例と同様に、段差部243aの底面からアーマチュア222の後方側端部までの距離(L1)がアーマチュア222とピストン231との結合部であるフランジ部231cからインナーステータ221Aの前方側端部までの距離(L2)より長く形成されることが好ましい。
【0042】
一方、本変形例においても、アーマチュア222とピストン231との結合のためのピストン231のフランジ部231cおよびマグネット支持部材222Aに夫々ガス通孔(図示されず)を複数形成することができる。
【0043】
このようにして、前記インナーステータ、アウターステータおよび後方フレームにより形成される空間と外部とがガス通孔により連通されることで、アーマチュアの往復運動時に前記空間の圧力が上昇しながら発生される流路抵抗を低減することができる。
【0044】
また、前記後方フレームの段差部によりアーマチュアおよびピストンのオーバストローク時、アーマチュアの端部が後方フレームの内側面にぶつかる前に、アーマチュアとピストンとの結合部がインナーステータの前方側端部に先にぶつかり、アーマチュアの衝突を防止することで、マグネットの脱去または破損を防止して圧縮機の信頼性を向上させることができるし、且つ、各ステータと後方フレーム間の間隔が所定程度離れてその後方フレームを通したフラックスの漏洩を防止することで、往復動式モータの性能が改善されて圧縮機の効率を向上させることができる。
【0045】
<産業上の利用可能性>
以上説明したように、本発明に係る往復動式圧縮機においては、往復動式モータおよび圧縮ユニットを支持するフレームユニットにインナーステータとアウターステータとを共に支持するフレームを少なくとも一つ以上包含し、該フレームに前記二つのステータ間の空隙と対向されるようにガス通孔および段差部を形成して構成することで、往復動式モータのアーマチュアが往復運動するときにそのアーマチュアの端部でガスが圧縮されながら流路抵抗が増加されることを防止して圧縮機の効率を向上させることができるし、アーマチュアがオーバストロークされるときに段差部が余裕空間を形成してマグネットの脱去および破損を防止するため、圧縮機の信頼性を向上させると共に、フレームと各ステータ間の間隔を広げてフラックスの漏洩を所定程度遮断することで、圧縮機の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の往復動式圧縮機の一例を示した縦断面図である。
【図2A】 従来の往復動式圧縮機のアーマチュアの動作状態を示した概略図である。
【図2B】 従来の往復動式圧縮機のアーマチュアの動作状態を示した概略図である。
【図3】 本発明に係る往復動式圧縮機の一例を示した縦断面図である。
【図4】 本発明に係る往復動式圧縮機の重要部を示した概略図である。
【図5A】 本発明に係る往復動式圧縮機のアーマチュアの動作状態を示した概略図である。
【図5B】 本発明に係る往復動式圧縮機のアーマチュアの動作状態を示した概略図である。
【図6】 本発明に係る往復動式圧縮機の変形例に対する重要部を示した概略図である。
【図7】 本発明に係る往復動式圧縮機の他の変形例を示した縦断面図である。
【図8】 本発明に係る往復動式圧縮機の他の変形例の重要部を示した概略図である。

Claims (7)

  1. 吸入管および吐出管が連通される密閉容器と、
    該密閉容器の内部に所定空隙(air gap)を置いて固定されるインナーステータおよびアウターステータから成るステータと、それら二つのステータ間の空隙に配置されて往復運動するアーマチュアと、から成る往復動式モータと、
    該往復動式モータのアーマチュアに結合されて共に往復運動し、先端面にガス流路に連結されるガス通口が形成されるピストンおよび該ピストンが滑動自在に挿合されて圧縮空間を形成するように前記密閉容器の内部に固定されるシリンダーから成る圧縮ユニットと、
    前記往復動式モータのアーマチュアを運動方向に弾性支持して共振を誘導するスプリングユニットと、
    前記往復動式モータおよび圧縮ユニットを支持し、その適当な部分にガス通孔を具備して成るフレームユニットとを具備しており、
    前記フレームユニットは、往復動式モータのインナーステータとアウターステータとに共に接触されて支持するように接触部を有するフレームが少なくとも一つ備えられ、
    該接触部を有するフレームに前記ガス通孔が形成されており、
    前記インナーステータとアウターステータとが共に接触されるように接触部を有するフレームには、前記各ステータとの非接触部に窪んで段差部が形成されており、
    前記段差部の深さは、その段差部の底面からこれに対応されるアーマチュア端部までの距離が前記アーマチュアとピストンとの結合部一側面とこれに最も隣接されるように対応される往復動式モータの端部までの距離より長く形成されることを特徴とする往復動式圧縮機。
  2. 吸入管および吐出管が連通される密閉容器と、
    該密閉容器の内部に所定空隙 (air gap) を置いて固定されるインナーステータおよびアウターステータから成るステータと、それら二つのステータ間の空隙に配置されて往復運動するアーマチュアと、から成る往復動式モータと、
    該往復動式モータのアーマチュアに結合されて共に往復運動し、先端面にガス流路に連結されるガス通口が形成されるピストンおよび該ピストンが滑動自在に挿合されて圧縮空間を形成するように前記密閉容器の内部に固定されるシリンダーから成る圧縮ユニットと、
    前記往復動式モータのアーマチュアを運動方向に弾性支持して共振を誘導するスプリングユニットと、
    前記往復動式モータおよび圧縮ユニットを支持し、その適当な部分にガス通孔を具備して成るフレームユニットとを具備しており、
    前記フレームユニットは、往復動式モータのインナーステータとアウターステータとに共に接触されて支持するように接触部を有するフレームが少なくとも一つ備えられ、
    該接触部を有するフレームに前記ガス通孔が形成されており、
    前記インナーステータとアウターステータとが共に接触されるように接触部を有するフレームには、前記各ステータとの非接触部に窪んで段差部が形成されており、
    前記段差部の深さは、その段差部の底面からこれに対応される各ステータの端部までの距離が前記二つのステータ間の空隙と同様であるか、または長く形成されることを特徴とする往復動式圧縮機。
  3. 前記ガス通孔は、インナーステータとアウターステータ間の空隙にアーマチュアの運動方向に対向されるように形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の往復動式圧縮機。
  4. 前記ガス通孔は、その内径が前記往復動式モータの空隙より同様であるか、または大きく形成されることを特徴とする請求項1から3項の何れか1項に記載の往復動式圧縮機。
  5. 前記フレームの段差部は、インナーステータとアウターステータ間の空隙にアーマチュアの運動方向に対向されるように形成されることを特徴とする請求項 又は2に記載の往復動式圧縮機。
  6. 前記圧縮ユニットのピストンには、往復動式モータのアーマチュアと結合されるようにフランジ部が形成されるが、
    該ピストンのフランジ部にもガス通孔が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の往復動式圧縮機。
  7. 前記往復動式モータのアーマチュアにもガス通孔が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の往復動式圧縮機。
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