JP4273738B2 - Linear compressor - Google Patents

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JP4273738B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にリニアモータ、および冷凍サイクル等に用いられるリニアモータを用いたリニアコンプレッサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、冷凍機器の高効率化の必要性はさらに高まっており、リニアモータを使用したコンプレッサは機構構成の単純さ故に、摺動損失の大幅な低減が実現できることから、実用化が進みつつある。
【0003】
従来のリニアモータを搭載したリニアコンプレッサの構造を示すものが特許文献に記載されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
以下、図面を参照しながら上記従来のリニアモータ及びリニアコンプレッサを説明する。
【0005】
図12は、従来のリニアモータを搭載したリニアコンプレッサの断面図であり、図13は図12の要部拡大図である。
【0006】
図12において、圧縮機構部7は、リニアモータ8、シリンダ9、ピストン10、弾性要素11、シリンダヘッド12cとから構成されており、サスペションスプリング13により、密閉ケーシング14内に弾性支持されている。
【0007】
リニアモータ8は、中空円筒状に形成された固定子(第1ケイ素鋼板層)8bの外周面側に、巻き線8eを有する中空円筒状の固定子(第2ケイ素鋼板層)8aが所定の空隙をおいて支持されており、それら第1ケイ素鋼板層8bと、第2ケイ素鋼板層8aとの間に、中空円筒状の非磁性体のマグネットシェル4が形成され、このマグネットシェル4の外表面の溝部に複数のマグネット8cがそれぞれ接着されることにより可動子8dが構成されている。可動子8dは、ピストン10に連結されており、そのピストン10はシリンダ9内に往復自在なように挿入されている。そして、シリンダ9,ピストン10,固定子8a,固定子8bは各々軸線を共有しており、かつピストン10はシリンダ9との間で形成した軸受部10aによって可動子8dを保持することで、マグネット8cは固定子8aと固定子8bの間との所定の空隙を保っている。
【0008】
また、マグネット8cは、通常、実用的な効率を得るために、強磁界を有する希土類からなるマグネット材料が使用されており、往復方向と垂直な方向に磁化されている。
【0009】
可動要素15は、ピストン10、リニアモータ8の可動子8dなどから構成され、固定要素16はシリンダ9、リニアモータ8の固定子8a,8bなどから構成される。
【0010】
弾性要素11は、弾性要素11の内周部11aが可動要素15に固定され、外周部11bが固定要素16に固定されている。弾性体11は板状のバネである。
【0011】
また、密閉ケーシング14内に充填された潤滑油17は、オイル供給装置(図示せず)により摺動部へ供給されている。
【0012】
以上のように構成されたリニアモータ及びリニアコンプレッサについて、以下その動作を説明する。
【0013】
まず、リニアモータ8の動作について説明する。
【0014】
巻き線8eに電流を通じて励磁すると、固定子8b(第1ケイ素鋼板層)から空隙、マグネット8c、空隙、固定子8a(第2ケイ素鋼板層)、空隙、マグネット8c、空隙、固定子8b(第1ケイ素鋼板層)へと一連の磁束のループが発生し、磁気回路を形成する。この磁束により固定子8a(第2ケイ素鋼板層)に形成される磁極にマグネット8cが吸引される。次に巻き線8eへの電流を交番することで、可動子8dは、固定子8aと固定子8bの間で、図12における左右方向に往復運動しながら作動するようになっている。
【0015】
次に、リニアコンプレッサの機構について説明する。リニアモータ8に交流電流を通電すると、先のリニアモータの動作で説明した通り、リニアモータ8の可動子8dに軸方向の往復運動する力が発生する。その力により、可動子8dと連結されたピストン10は弾性要素11を変形させ、軸方向に往復運動を繰り返す。この際、弾性要素11の反発力を利用し、可動要素15及び固定要素16の質量と、弾性要素11のばね定数とで決まる共振周波数と一致した運転周波数で運転することで、共振作用を利用でき、効率良い運転が可能となる。
【0016】
冷却システム(図示せず)からの冷媒ガスは、吸入管(図示せず)、吸入マフラー19aを介してシリンダヘッド12c内に導かれ、シリンダ9内の圧縮室20に至る。圧縮室20に至った冷媒ガスは、上述したピストン10の往復運動により圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、一旦シリンダヘッド12c内に吐出された後、吐出マフラー19bや吐出管(図示せず)を介して冷却システムに吐出される。
【0017】
使用される冷媒は、主に冷却システムに古くから使用されてきたCFC−12やHCFC−22、近年ではHFC−134a、R600a、R410Aなどであり、潤滑油17には主に前記冷媒と相溶性のあるものが用いられている。
【0018】
【特許文献1】
特許2912024号公報
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記構成では、固定子8b(第1ケイ素鋼板層)および固定子8a(第2ケイ素鋼板層)との間で可動子8dが揺動するため、可動子8dは固定子8b(第1ケイ素鋼板層)および固定子8a(第2ケイ素鋼板層)とに対し各々空隙を形成する。そして、固定子8a,8bで発生した可動子8dを駆動する磁束のループは、2つの空隙をまたがることになる。
【0020】
この2つの空隙は、可動子8dが固定子8a,8bの双方に対し接触することを避けるためにそれぞれに必要な距離を設けているが、空間は磁気抵抗となり距離の2乗に比例して磁束を減少させることから、可動子8dを駆動させるに必要な推力を得るために、この2つの空隙による磁束の減少分だけ余計に、巻き線8eへ供給する電流が増加し、その結果入力が増加してしまうため、効率を上げることが難しかった。
【0021】
同時に可動子8dを駆動させるのに必要な推力を得るために、従来のリニアモータ8ではマグネット8cを大きくする必要性があった。しかしながらマグネット8cは一般に高価な希土類を材料に使用しているため、マグネット8cが大きくなることで、大幅なコスト増加をきたしていた。
【0022】
さらに、可動子8dと固定子8a,8bとの間に形成される2つの空隙は、いずれの箇所でも同一の距離であることが望ましい。距離に差があると、この間で磁気吸着力のアンバランスが生じ、その結果、可動子8dの揺動方向に対して直角方向のこじりの力が発生し、軸受部10aの支持機構において摺動損失を発生させるばかりでなく、異常な摩耗を発生させ、寿命を低下させる要因にもなるからである。
【0023】
これを回避するため、2つの空隙の距離を大きくすると入力が増加してしまう上に、マグネット8cもさらに大きくする必要がある。そこで通常はマグネットシェル4を含む駆動系の加工精度を上げることになるが、加工精度を上げるためには可動部であるマグネットシェル4の剛性を上げる必要上、これを厚くすることになり、すると駆動系の重量が増加する。その結果、可動子8dを駆動させるために必要な推力が増加し、巻き線8eへ供給する電流が増加して、入力が増加してしまう。
【0024】
また、駆動系の加工精度を上げることは、製造工程でのコスト増加をともなう。
【0025】
また、従来のリニアモータ8を搭載した従来のリニアコンプレッサの構成では、マグネット8cと固定子8a、マグネット8cと固定子8bの間での磁気吸着力アンバランスのために、先に述べた通り可動子8dの往復運動方向に対して直角方向のこじりの力が発生するが、これに加えて可動子8dを含む可動要素15に重力が作用する。
【0026】
これらのこじり力は、軸受として機能しているピストン10とシリンダ9の摺動部にかかるが、磁気吸着力が大きいほどこじりによる摺動損失が大きく、効率が低くなり、磁気吸着力が極端に大きい場合には、摺動部の摩耗が生じることもある。
【0027】
これらの欠点を補うために、摺動長を長くして摺動部の面圧を小さくするとコンプレッサの大きさが大きくなり、またマグネットの量を少なくすると、モータ効率が低下したり、モータ推力が不足するといった不具合が生じてしまう。また、モータの鉄心やマグネットの加工精度や組み立て精度を上げることは、コスト増加をともなう。
【0028】
さらに、従来のリニアモータを搭載した従来のリニアコンプレッサの構成では、共振作用を利用して可動要素15が往復動することによりコンプレッサ本体が大きく振動し、この振動がサスペンションスプリング13を介して密閉ケーシング14に伝達することから、密閉ケーシング14の振動や騒音が大きいといった欠点を有している。
【0029】
特に、本従来例においては、リニアモータ8の可動要素15が水平方向に往復運動する横型配置であるために、振動を低減することが困難であった。というのも、圧縮機構部7を内部懸架するサスペンションスプリング13を水平方向に配置しようとしても、圧縮機構部7の重量が重いために水平方向の配置が困難である。そのため、サスペンションスプリング13を垂直方向に配置することが多いが、その場合、圧縮機構部7の振動方向とサスペンションスプリング13の伸縮方向が90度ずれてしまう。即ち、サスペンションスプリング13が伸縮方向のばね定数だけではなく、伸縮方向と90度ずれた横方向のばね定数との複合で圧縮機構部7の振動伝達を吸収せざるを得なくなり、種々の方向の振動低減が十分に行なうことが困難であった。
【0030】
それでも、十分とはいえないまでも、サスペンションスプリング13の剛性を小さくするなどして圧縮機構部7から密閉ケーシング14への振動伝達を低減しようとすると、サスペンションスプリング13の長さが長くなるため密閉ケーシング14のサイズが大きくなってしまう。
【0031】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、可動子の支持機構における損失を低減し、低コストかつ高効率なリニアモータを提供することを目的とする。
【0032】
また、摺動部での摺動損失を低減するとともに振動を低減し、小型で低コスト・低振動かつ高効率なリニアモータおよびリニアコンプレッサを提供することを目的とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載の発明は、少なくとも2つの磁極を形成し、固定鉄心および固定鉄心に係着したマグネットワイヤを備えた固定子と、固定子の内側に位置し、可動鉄心とマグネットとを備えた可動子と、略板状の弾性材に形成された複数のアームによって可動子を揺動方向に揺動自在に支持するフレクシャベアリングとを備え、固定子の内側に形成した磁極と、可動子の外周面とは、可動子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形をなし、一端が可動子または可動子の軸心に延出形成された可動軸に係止され、他端が固定子に固定されたバネホルダーに係止されたコイルバネを備え、フレクシャベアリングは、可動子が磁気吸引力によって固定子に吸引される力を支持し、可動子と固定子が全周わたって一定隙間を確保する半径方向剛性を有し、フレクシャベアリング及びフレクシャベアリングよりも大きいばね定数を有するコイルバネの総和のばね定数と固定子や可動子の質量との関係で決まる共振周波数で運転されるリニアモータを備えたもので、マグネットと可動鉄心を一体化することによって、磁束ループに含まれる空隙を小さくするができ、磁気抵抗が小さくなることで、小さく少ないマグネットで必要な磁力を発生させることができる上、可動子の往復運動方向に対して直角方向のこじり力と重力を支持する支持機構における損失を低減するという作用を有する。
【0034】
さらに、可動子が回転した場合においても固定子との空隙が一定間隔に維持されるため、可動子と固定子の衝突による破損や、側方向力の増大による軸受等の支持機構の摩耗を防止することができるとともに、組み立て性や加工精度の確保が容易であるという作用を有する。
【0035】
さらに、一端が前記可動子または前記可動子の軸心に延出形成された可動軸に係止され、他端が前記固定子に固定されたバネホルダーに係止されたコイルバネを備えたものであり、フレクシャベアリングよりも大きなコイルバネのばね定数と、固定子及び可動子の質量とできまる共振周波数近傍で駆動することで、比較的高い共振周波数での共振作用を利用して少ない入力で大きな出力(可動子の大きな振幅)を得ることができるという作用を有する。
【0036】
さらに、前記可動子と軸心を共有するシリンダと、前記シリンダ内に往復自在に挿入され、前記可動子と連結されたピストンとを備えたものであり、ばねと質量による共振作用を利用してピストンを効率よく往復運動させるとともに、シリンダとピストン間の側圧低減による摺動損失を低減することができるという作用を有する。
【0037】
さらに、前記ピストンと前記可動子が弾性体からなる可倒ロッドを介して連結されたものであり、可動子とシリンダの軸心がずれたり、軸が傾斜して組み立てられても、ピストンとシリンダの軸心が合うように可倒ロッドが撓んで軸ずれや軸傾斜を吸収することができ、シリンダとピストン間の側圧低減による摺動損失を低減するという作用を有する。
【0038】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、潤滑油を使用しない、オイルフリーの構成としたので、潤滑油に冷媒が溶解しない分、冷却システムに使用する冷媒量を低減できるという作用を有する。
【0039】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記シリンダと前記ピストンとの摺動部をガスベアリングで構成したので、摺動部が非接触となるため摺動損失をほぼ零にまで低減できるとともに、摺動部の摩耗もほとんど無いという作用を有する。
【0040】
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記シリンダか前記ピストンの少なくとも一方に、自己潤滑性を有する材料を用いたので、自己潤滑性の効果により潤滑油を使用しなくても摺動部摩耗を防止できるという作用を有する。
【0041】
請求項5に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記シリンダか前記ピストンの少なくとも一方に、セラミックス系材料を用いたので、セラミックス系材料の耐摩耗性により、潤滑油を使用しなくても摺動部摩耗を防止できるという作用を有する。
【0042】
請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれか一項に記載の発明において、前記シリンダの少なくとも一部をコイルバネ内に挿入配置したので、密閉ケーシングの小型化、特に揺動方向の小型化ができるという作用を有する。
【0043】
請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれか1項に記載の発明において、前記可動子の揺動方向を重力方向と一致させたので、可動子のラジアル方向に重力が作用しないため、フレクシャベアリングのラジアル方向の必要剛性を小さくすることができ、その分、ヒステリシス損失を低くすることができるという作用を有する。
【0044】
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、前記可動子の揺動方向に弾性変形可能なバネと前記バネに取り付けたウエイトとからなる動吸振器を密閉ケーシングに取り付けたので、重力方向のみの密閉ケーシングの振動に対して、動吸振器のウエイトも同じ重力方向に、しかも密閉ケーシングの振動の位相と逆位相で揺動することで、密閉ケーシングの振動を打ち消すという作用を有する。
【0045】
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記動吸振器を前記密閉ケーシング内の上部空間または下部空間の少なくとも一方に形成したので、密閉ケーシングの大きさを大きくすることなく、動吸振器を内蔵することができるという作用を有する。
【0046】
請求項10に記載の発明は、請求項8または9に記載の発明において、前記動吸振器の前記ウエイトの形状は、前記密閉ケーシング内側に沿った略環状形状または略円弧形状であるため、動吸振器のウエイトを密閉ケーシングの大きさを大きくすることなく重くでき、低い周波数での低振動化が可能となるという作用を有する。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるリニアモータ及びリニアコンプレッサの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0048】
(参考例1)
図1は、参考例1によるリニアモータの側断面図、図2は図1のA−A線断面図、図3はリニアモータの動作原理を示す模式図、図4はフレクシャベアリングの平面図、図5はリニアモータの電流の流れる方向を示す模式図である。
【0049】
図1から図5において、略円筒形をした固定子22は、リング状に巻かれた2つのマグネットワイヤ12a,12bと、このマグネットワイヤ12a,12bを収容するとともに、内周に独立した3つの磁極を形成する固定鉄心23からなる。
【0050】
固定鉄心23は、磁気的に無方向性でかつ透磁率の高い、例えばJIS C2352の無方向性電磁鋼帯に代表されるケイ素鋼板を、前記円筒の軸心に対して放射状に配列している。この固定鉄心23は、軸方向に23a,23b,23cと3つに分かれ、おのおのが内周面に独立した磁極23d,23e,23fを形成し、あらかじめリング状に捲回したマグネットワイヤ12a,12bを挟み込むように組み立てられている。
【0051】
マグネットワイヤ12a,12bの巻線の端部12c,12d,12e,12fは、固定鉄心23の放射状に配置された薄板の一部に隙間を設けて、図3に示すように軸周りに電流が流れる方向が互いに逆向きになるように結線されている。また、端部12g,12hは、電気絶縁した導線を利用して、固定鉄心23の外側に引き出されている。
【0052】
可動子21は、固定子22と軸心を共有する略円筒形をなすとともに、前記軸方向に揺動自在に固定子22の内側に収容され、鉄系材料からなる中空円筒形状をなした芯部21aと、この芯部21aの外周に前記軸心を中心として放射状に透磁率の高い、例えばJIS C2352の無方向性電磁鋼帯に代表されるケイ素鋼板を配列した薄板部21bとが一体となって形成する可動鉄心24と、固定子22の内周と一定の空隙をもって可動鉄心24の外周に接着剤で固定され、軸方向に2つに分離し、表面にそれぞれ異なる磁極を有するマグネット25a,25bとから形成される。マグネット25a,25bは、希土類元素を含み、強磁界を有するマグネットが用いられている。
【0053】
可動軸26a,26bは、芯部21aに固定され揺動方向に延出した軸で、枠体27は固定子22の外周を固定支持している。可動軸26a,26bはいずれも鉄に比べ十分に電気抵抗が大きく、非磁性であるステンレス材料などで形成される。
【0054】
それぞれ可動子21の揺動方向両側に配設されたフレクシャベアリング28a,28bは、板状の弾性材に細い8本のスリットを設けることで形成された8本のアーム28c,28d,28e,28f,28g,28h,28i,28jによって、可動子21を揺動方向に揺動自在に支持している。
【0055】
フレクシャベアリング28a,28bは、それぞれ外周部で枠体27と連結固定され、内周部で可動軸26a,26bと連結固定されており、半径方向の剛性は極めて大きいものの、軸方向(揺動方向)の剛性が小さいといった、いわゆる軸受の特性を有している。半径方向及び軸方向の剛性は、アームの形状や配列、材料、材料厚さなどの設計因子により変化するが、少なくとも可動子21が磁気吸引力によって固定子22に吸引される力を支持し、可動子21と固定子22が全周にわたって一定隙間を確保するだけの半径方向剛性を備えている。
【0056】
マグネット25a,25bと磁極23d,23e,23fは、可動子21が揺動した際にも、それぞれ、マグネット25aが電極23d,23eと対向し、マグネット25bが磁極23e,23fと対向するように配置されている。 また、可動子21は揺動時に固定子22の内部から外に出ないように長さが選択されており、固定子22との長さの差は可動子21の最大振幅と概ね一致する。
【0057】
以上のように構成されたリニアモータについて、以下その動作を説明する。
【0058】
リング状のマグネットワイヤ12a,12bに電流を通じると、まず、矢印で示すように固定鉄心、空隙、マグネット、可動鉄心、マグネット、空隙、固定鉄心へとループする磁束Φが発生する。この磁束Φにより、固定鉄心23への各磁極23d,23e,23fはそれぞれN極、S極、N極に磁化される。可動子21のマグネット25a,25bの外表面はそれぞれS極、N極に磁化されているので、各磁極と各マグネットとの間には白抜きで示す吸引、反発の力が発生し、可動子21は矢印イで示す方向に駆動される。
【0059】
次にマグネットワイヤ12a,12bに逆向きの電流が流れると、前述と逆の動作が生じ、可動子21は矢印イと逆向きに駆動される。電流の方向と大きさを交互に切り換えるよう制御することで可動子21の往復動作が行われる。
【0060】
ここで、フレクシャベアリング28a,28bには可動子21の往復運動に伴って、微小な回転ねじれが生じるが、可動子21と固定子22の形状が円筒型となっているのでこの回転ねじれを吸収し、可動子21が回転しても固定子22とは一定の空間距離を保つことができ、可動子21と固定子22が接触したり衝突することによる効率の低下、騒音の増大といった問題を防止することができる。また、可動子21と固定子22の位置関係は互いの軸心を合わせるだけでよい。例えば可動子21の表面が平面である場合に比べ、空隙を一定に保つように組み立てることが容易である。その結果、可動子21と固定子22の間に作用するマグネット25a,25bによる磁気吸引力の偏りがほとんどなく、その結果、半径方向への荷重がほとんど生じない。
【0061】
しかも、その半径方向への荷重はフレクシャベアリング28a,28bにて支持されているため、すべり軸受などの支持機構を使用する場合など比べ、可動子21の揺動に伴う摺動損失は発生しない。さらに、側方向への荷重がほとんど生じないために、可動子21を支持するためにフレクシャベアリング28a,28bに必要な半径方向の剛性も小さく、フレクシャベアリング28a,28bの枚数を減らす、厚さを薄くする、アーム数を減らすなどの低剛性設計を行なうことにより、揺動方向にフレクシャベアリング28a,28bが変形する際のヒステリシス損失を最小限に抑えることができ、高い効率を得ることができる。尚、このヒステリシス損失とは、バネを例に説明すると、バネを圧縮し内部に蓄積したエネルギーを、バネが伸びる反発力として完全には取り出せず、その際に生じる損失を意味する。
【0062】
また、マグネット25a,25bは可動鉄心24外周に固定してあるため、従来の可動マグネット型のリニアモータに比べ、マグネット25a,25bと可動鉄心24の間に空隙が存在しない分、磁束ループ中の空隙が少ない。その結果、磁気抵抗が小さくなるため、磁束は可動マグネット型に比べ流れやすく、必要推力を得るため一定の磁束を発生させるマグネットワイヤ12a,12bへの電流を少なくすることができ、効率の向上やマグネット量の低減を図ることができる。
【0063】
また、可動子21の可動鉄心24および固定子22の固定鉄心23はいずれも軸方向を中心に放射状に配設した薄板で構成しているので、薄板の延展方向と磁束方向が一致するため透磁率を高めるとともに、鉄心内に発生する誘導電流を抑制し、損失を減少させることができる。
【0064】
また、本参考例によれば、マグネット25a,25bを可動鉄心24の表面に接着剤で貼り付けて、可動子21と一体化していることで、脆いマグネット自身の強度を補完することができる。その結果、高価な希土類からなるマグネットを薄くすることができ、大幅なコストダウンとともに可動部の軽量化による効率の向上が得られる。
【0065】
加えて本参考例では、可動子21を支持する可動軸26a,26b、固定子22の外周を支持する枠体27、フレクシャベアリング28a,28bは非磁性体であるステンレスで構成されているため、固定鉄心23から枠体27、フレクシャベアリング28a,28bを経て可動軸26a,26bを迂回する磁束の漏れを防ぐとともに、漏れ磁束による誘導電流の発生を防止でき、モータの効率低下を防ぐことができる。なお、プラスティックなどステンレス以外の非磁性材料をこれらの部分に用いても、同様の効果を得ることができる。
【0066】
また、固定鉄心23は、マグネットワイヤ12a,12bの収納部分を含む断面で軸方向に3つのブロック23a,23b,23cに分割されているため、あらかじめリング状に巻いたマグネットワイヤ12a,12bを挟み込むように挿入することで組立が可能となり、高い生産効率を得ることができる。
【0067】
なお、本参考例では固定子22の磁極数を3とし、可動子21のマグネットを軸方向に2つ配置したが、固定子の磁極数を2つ、あるいは4つ以上としても、モータは構成可能である。この場合、軸方向に磁極数より1つ少なく可動子にマグネットを配置すればよく、本参考例で得られる効果に変わりはない。
【0068】
可動子21の可動鉄心24は円筒状の芯部を軸として、周囲に放射状に同じ幅を有する薄板を配置しているため、容易に円筒形状を形成することができる。
【0069】
さらに、可動子21の芯部21aは鉄系材料で形成されているため、磁束ループの磁路の一部として作用するので、可動子21を軽量化しながら効率向上を図ることができる。
【0070】
また、構造体としての強度や、磁束ループの磁路としての寄与が小さい芯部21aの中心付近は中空としているので、可動子21を軽量化することができる。
【0071】
磁束の流れは、固定鉄心23a内で90度方向を変えているが、固定鉄心23には無方向性電磁鋼帯を使用しているため、磁束がどの方向に流れても透磁性に方向性を有さないため、著しい効率低下は起こらない。
【0072】
さらに、可動子21の往復距離の最大値を概ね可動子21と固定子22の長さの差と一致させることで、可動子21のマグネット25a,25bが固定子22の外側に飛び出し固定子22内部に引き戻す磁気吸引力が作用することに起因してモータ推力が低下することを防止している。
【0073】
なお、本参考例のフレクシャベアリングは、板状の弾性体に渦巻状のアームを備えたものであるが、他の形状であってもよい。
【0074】
また、リニアモータとして説明したが、まったく同一構成で往復運動を電流に変換する発電機としても利用可能である。
【0075】
また、リング状に巻いたマグネットワイヤを直列に結線したが、並列に結線してもよい。
【0076】
(参考例2)
図6は、参考例2によるリニアモータの断面図である。図6において、可動子21以外は参考例1と同じ構成であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0077】
図6に示すように、略円弧状の断面形状を持つマグネット29a,29b,29c、29dが可動鉄心24の内部に配設して可動子21と一体化している。
【0078】
そのため、上述した効果に加えて、マグネット29a,29b,29c、29dが可動子21の表面に露出していないため、磁性体との吸引力が小さいために、磁性体との組み立てが容易となるといった取り扱いが容易となり、量産性や生産性が大幅に向上する。
【0079】
(参考例3)
図7は、参考例3によるリニアモータの断面図である。
【0080】
図7において、コイルバネ30a,30bは、一端が可動子21に連結された可動軸26a,26bに係止され、他端が枠体27に固定されたバネホルダー31a,31bに係止されている。コイルバネ30a,30bの組み付け時の長さ(L)は自然長(H)よりも短く、その圧縮寸法(H−L)は可動子21の揺動距離、即ちストローク(S)の1/2以上となっており、可動子21をコイルバネ30a,30bにより両側から押圧されて組み立てられている。
【0081】
このコイルバネ30a,30bは、フレクシャベアリング28a,28bと併せた総和のばね定数として、可動子21との質量の関係で決まる共振周波数を決定する。
【0082】
往復動する可動子21、可動軸26a,26b及びコイルバネ30a,30b、さらに固定子22といった全ての構成部品は、枠体27とバネホルダー31a,31bで構成された略密閉空間31c内に収納されている。
【0083】
その他の部分については、参考例1と同様であり、詳細な説明は省略する。
【0084】
以上のように構成されたリニアモータについて、以下その動作を説明する。
【0085】
リング状のマグネットワイヤ12a,12bに交流電流を通じると、参考例1と同様の原理で、可動子21の往復動作が行われる。例えば、可動子21が矢印ロの方向に移動した際には、コイルバネ30aが撓みコイルバネ30aに反発力が蓄えられる。
【0086】
次に電流の流れ方向が変り、可動子21が矢印ハの方向に移動する際には、反発力(A)がコイルバネ30aから取り出され、可動子21の速度として回収される。と同時に、今度はコイルバネ30bが撓みコイルバネ30bに反発力(B)が蓄えられ、可動子21が再び矢印ロの方向に移動する際には、反発力(B)がコイルバネ30bから取り出され、可動子21の速度として回収される。
【0087】
この動作がいわゆる共振作用であり、コイルバネ30a,30bを用いない時と比べて、小さい電流でストロークが大きい往復運動を行なうことができる。この時の電源の周波数を、可動子21、固定子22の質量とコイルバネ30a,30bのバネ定数から求められる共振周波数と一致させることで、可動子21と共振ばねであるコイルバネ30a,30bからの加速度の周期が同期され、その結果、エネルギーロスは小さく抑えられ、可動子21を効率よく往復動させることができる。
【0088】
この共振作用における共振周波数の設計において、共振周波数を高くする設計のためには、可動子21の重量の低減や、コイルバネ30a,30bやフレクシャベアリング28a,28bのばね定数を大きくすることでの対応が容易であるが、可動子21の重量の低減にはモータとしての設計限界があり、現実的にはばね定数を大きくするほうが容易なことが多い。
【0089】
そのばね定数を大きくするために、フレクシャベアリング28a,28bのばね定数を大きくする(例えば厚さを厚くしたり、複数枚重ねるなど)と、ヒステリシス損失が大きくなり効率が低下する。しかし、コイルバネ30a,30bは基本的にヒステリシス損失がないため、コイルバネ30a,30bばね定数のみを大きくすることで、共振周波数を高くする設計において、ヒステリシス損失が小さく高い効率が確保することが可能である。
【0090】
また、コイルバネ30a,30bの組み付け時の長さ(L)は自然長(H)よりも短く、その圧縮寸法(H−L)は可動子21の揺動距離、即ちストローク(S)の1/2以上となっている。
【0091】
そのため、可動子21が矢印ロの方向に最大限移動した場合でも、コイルバネ30bの長さ(Lb)は自然長(H)よりも短い、即ちコイルバネ30bは自然長から必ず圧縮された状態にあることになる。
【0092】
同様に、可動子21が矢印ハの方向に最大限移動した場合でも、コイルバネ30aの長さ(La)は自然長(H)よりも短い、即ちコイルバネ30aは自然長から必ず圧縮された状態にあることになる。
【0093】
従って、可動子21が往復動しても、常にコイルバネ30a,30bは自然長よりも圧縮された状態であるため、特別な固定手段を用いなくとも、その変形により蓄えられるエネルギーによって、コイルバネ30a,30bは可動軸26a,26bとバネホルダー31a,31b間に撓んだ状態で係止することができ、脱落することも無い。
【0094】
さらに、往復動する可動子21、可動軸26a,26b及びコイルバネ30a,30b、さらに固定子22といった全ての構成部品は、枠体27とバネホルダー31a,31bで構成された略密閉空間31c内に収納されているため、可動子21、可動軸26a,26b、コイルバネ30a,30bの動きに伴う騒音を略密閉空間31cに内にとどめ、外部に騒音が伝わることを低減する、いわゆる遮音効果を得ることができる。
【0095】
また、可動子21の可動鉄心24および固定子22の固定鉄心13はいずれも軸方向を中心に放射状に配設した薄板で構成されているため、構成部品が振動することで、振動に起因する薄板などからの騒音が発生することもあるが、この騒音についても遮音することができる。
【0096】
尚、本参考例においては、コイルバネ30a,30bを同じばね定数の同一ばねとしているが、ばね定数や寸法が異なるコイルバネを組み合わせたとしても、同様に実施可能である。
【0097】
(実施の形態1)
図8は、本発明の実施の形態1によるリニアコンプレッサの断面図である。
【0098】
図8において、フレクシャベアリング28a,28bの外周部は、バネホルダー31a,31bと、固定子22を支持している枠体27とで挟み込んで固定されている。また、フレクシャベアリング28a,28bの内周部は、可動子21に連結された可動軸26a,26bとバネアダブター32a,32bに係止されている。
【0099】
コイルバネ30a,30bは、可動子21と固定子22とからなるリニアモータ37を挟んで両端面側に配置され、さらにバネアダブター32a,32bとバネホルダー31a,31b間に撓んだ状態で係止しており、特別な固定手段は用いていない。ただ、バネアダブター32a,32bとバネホルダー31a,31bの中央にコイルバネ30a,30bを係止するために、コイルバネ30a,30bとの当接面に僅かな段を設けている。
【0100】
シリンダ33は、バネホルダー31bに固定されており、シリンダ33にはシリンダカバー34が固定されている。
【0101】
バネアダブター32bは、ボールジョイント35を介してピストン36と連結されており、ピストン36はバネアダブター32bに対して自由に傾斜、回転することが可能である。圧縮室38は、ピストン36とシリンダ33とで構成されている。
【0102】
以上のように構成されたリニアコンプレッサにおいて、以下その動作を説明する。
【0103】
リニアモータ37のマグネットワイヤ12a,12bに交流電流を流すと、可動子21は固定子22に対して往復動し、その駆動力が可動軸26b、バネアダブター32b、ボールジョイント35を介してピストン36に伝達され、ピストン36が可動子21と一体となって往復動する。そしてこのピストン36の往復動により、圧縮室38内に吸入された冷媒ガスを順次圧縮し、外部の冷凍サイクルへ吐出する。
【0104】
この時、参考例2にて説明した通り、リニアモータ37に通電する電源の周波数を、可動子21、固定子22の質量と、コイルバネ30a,30bのバネ定数から求められる共振周波数と一致させることで、可動子21と共振ばねであるコイルバネ30a,30bからの加速度の周期が同期され、その結果、エネルギーロスは小さく抑えられ、可動子21を効率よく往復動させることができる。
【0105】
特に、可動子21をフレクシャベアリング28a,28bにて両持ち支持されているため、すべり軸受などの支持機構を使用する場合などと比べて、可動子21の揺動に伴う摺動損失は発生しない。さらに、フレクシャベアリング28a,28bが変形する際のヒステリシス損失についても、フレクシャベアリング28a,28bに必要な半径方向の剛性も小さく、フレクシャベアリングの枚数を減らす、厚さを薄くする、アーム数を減らすなどの低剛性設計を行なうことにより最小限に抑えることができ、高い効率を得ることができる。
【0106】
さらに、可動子21の半径方向に作用する磁気吸引力を全て、フレクシャベアリング28a,28bにて両持ち支持されているため、可動子21と固定子22間で発生する磁気吸引力、即ち可動子21が固定子22に対して半径方向に引き寄せられる力が、ピストン36とシリンダ33の側圧となって作用し摺動損失が発生するといったことは起こらない。そのため、摺動損失の低減による高効率化を達成することが出来るとともに、摺動部の信頼性も大幅に向上する。
【0107】
さらに、可動子21の半径方向に作用する磁気吸引力がピストン36とシリンダ33の側圧として作用しないため、可動子21の往復動運動をピストン36に伝達するバネアダブター32bとピストン36間にボールジョイント35を配設してもピストン36を支持することが可能となる。そのため、シリンダ33内をピストン36が往復動する際には、シリンダ33の摺動部に対して軸傾斜がほとんどない状態で揺動するよう、ボールジョイント35によりピストン36が傾斜することができる。
【0108】
従って、可動子21とシリンダ33の軸心がずれたり、軸が傾斜して組み立てられても、ピストン36とシリンダ33の軸心が合うようにボールジョイントで軸ずれや軸傾斜を吸収することができ、部品や部品組み立て精度を向上させることなく、シリンダ33とピストン36間の側圧低減による摺動損失を低減することで、コンプレッサとして高効率化を図ることができる。
【0109】
(実施の形態2)
図9は、本発明の実施の形態2によるリニアコンプレッサの要部断面図である。図9において、リニアモータ37などは実施の形態1の図8と同じ構成であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0110】
図9において、ピストン39aは、少なくとも一部が細棒のように半径方向の剛性が小さく、容易に半径方向に弾性変形可能な、いわゆる弾性体からなる可倒ロッド40と、フレクシャベアリング28b、可動軸26bを介して可動子21と連結されている。
【0111】
可倒ロッド40は、強度などの面から、ステンレスやアルミニウムなどの材料を用い、断面形状が円形の比較的細い部位を備えている。この細い部位を備えることで、可倒ロッド40は軸方向に対して傾斜した方向に弾性変形の範囲内で倒れることが可能である。
【0112】
また、シリンダカバー34内の高圧室34aに吐出された冷媒ガスの多くは、Dライン41を経由してコンプレッサの外に吐出され、一部はシリンダ42a内に設けられた複数の連通路43を経由してピストン39aとシリンダ42aとの摺動部に導かれ、ガスベアリング47を形成している。さらに、潤滑油は使用していない。
【0113】
シリンダカバー34内の高圧室34a内には、吐出バルブ機構44と、吐出バルブ機構44をシリンダ42aに付勢している吐出スプリング45が配設されている。
【0114】
第2吸入管46は、一端46aがバネホルダー31b内で、シリンダ42aの反圧縮室側近傍に開口しており、他端46bは密閉ケーシング47内に開口している。吸入路39bが、ピストン39a内に設けられており、吸入バルブ機構39cはピストン39aの圧縮室38側に取り付けられている。
【0115】
以上のように構成されたリニアコンプレッサについて、以下その動作を説明する。尚、他の実施の形態と同様の内容については、同一符号を付し詳細な説明を省略する。
【0116】
可動子21の半径方向に作用する磁気吸引力を全て、フレクシャベアリング28a,28bにて両持ち支持されているため、可動子21の往復動運動をピストン39aに伝達する部材が磁気吸引力を支持する必要はなく、軸方向の剛性のみ求められ、半径方向の剛性は小さくてよい。
【0117】
そのため、ピストン39aと可動子21の連結に、一部分が細棒のように半径方向の剛性が小さく、容易に半径方向に弾性変形可能な、弾性体からなる可倒ロッド40を使用することで、可動子21とシリンダ42aの軸心がずれたり、軸が傾斜して組み立てられていても、ピストン39aとシリンダ42aの軸心が合い軸傾斜もない状態となるように可倒ロッドが傾いたり撓むことで、部品精度や部品組み立て精度の不具合を吸収ことができる。
【0118】
従って、部品や部品組み立て精度を向上させることなく、シリンダ42aとピストン39a間の側圧を低減することができ、摺動損失の低減により、コンプレッサとして高効率化を図ることができるとともに、摺動部の信頼性も更に向上する。
【0119】
さらに、可倒ロッド40は、ボールジョイント機構などと比べて構造が簡単である上に、ボールジョイント機構のように僅かな摺動部さえもないため、摺動損失も小さく且つ連結機構としての信頼性も高い。
【0120】
また、潤滑油を使用しないオイルフリーの構成であり、潤滑油に冷媒が溶解しない分、冷却システムに使用する冷媒量を低減でき安価となるだけでなく、冷却システムにおける熱交換の効率が向上し、冷却システム全体の効率が向上する。さらに、自然冷媒、可燃性冷媒を使用した場合においては、冷媒の使用量を低減できるため、万一冷媒が漏洩した際の引火、爆発の可能性が低くなり、安全性が向上する。
【0121】
また、シリンダカバー34内の高圧室34aに吐出された冷媒ガスの一部が、シリンダ42a内に設けられた複数の連通路43を経由して、ピストン39aとシリンダ42aとの摺動部の微少隙間に導かれてガス膜を形成(いわゆるガスベアリング47)し、ピストン39aとシリンダ42aが非接触状態になる。
【0122】
ガスベアリング47の性能として、いかに少ないガス量、低いガス圧で非接触化を実現できるかの評価されることが一般的であるが、連通路43の形状、寸法、配設位置などによって、ガスベアリング47の性能が大きくい変化することを確認済みであり、少なくとも連通路43の一部に、φ30μmからφ200μmレベルの断面積に相当する微小な断面積部の配設が望ましいとの結果を得ている。そのため、潤滑油が存在する運転では、この微小な断面積部が潤滑油で詰まって冷媒ガスが流れず、ガスベアリング47が機能しない。そのため、潤滑油を使用せずガスベアリング47を用いることになる。
【0123】
以上のように、ピストン39aとシリンダ42aとを非接触状態にできることで、ピストン39aとシリンダ42a間の摺動損失をほぼ零にまで低減できるとともに、摺動部の摩耗といった信頼性についても大幅に向上する。その効果は、運転周波数が高く摺動損失がもともと大きいコンプレッサであるほど、その効果は大きい。
【0124】
摺動損失は上記の通りほぼ零に低減できるものの、ピストン39aとシリンダ42aの摺動部に冷媒ガスを導くために、摺動部の漏れ損失が増大し、また圧縮した高圧ガスをガスベアリング47として使用するため圧縮損失も増大する。しかしながら、上述したガスベアリング47の設計ノウハウなどをもとに、その損失の低減も設計要素として可能である。
【0125】
(実施の形態3)
図10は、本発明の実施の形態3によるリニアコンプレッサの要部断面図である。図10において、リニアモータ37などは実施の形態1の図8や実施の形態2の図9と同じ構成であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0126】
図10において、ピストン39dに自己潤滑性を有する材料47aを使用し、シリンダ42bにセラミックス系材料47bを使用している。
【0127】
そのため、ガスベアリング47を使用しない場合においても、自己潤滑性の効果やセラミックス系材料47bの耐摩耗性により、潤滑油を使用しない運転においても摺動部の摩耗を防止でき、信頼性を確保することができる。
【0128】
また、密閉ケーシング48内に吸入された冷媒ガスは、第2吸入管46を介してシリンダ42bの反圧縮室側近傍に導かれ、シリンダ42bの反圧縮室側、ピストン39dの反圧縮室側、そしてピストン39dに設けられた吸入路39a、吸入バルブ機構39bを介して、圧縮室38内に流入する。
【0129】
圧縮室38で圧縮された冷媒ガスは、吐出バルブ機構44をシリンダ42bに付勢している吐出スプリング45の付勢力に打ち勝って開き、シリンダカバー34内の高圧室34aへと吐出される。
【0130】
この時、冷蔵庫などの冷却システムにおける過渡運転時には、必ず運転圧力変動があり、そういった際には、ピストン39dが所定のストロークを超えて往復動することが発生する。また、コンプレッサの運転電流や運転電圧などを制御している場合においては、更に制御精度や外乱対応精度などに起因して、ピストン39dが所定のストロークを超えて往復動することが発生する。
【0131】
しかしながらその場合にでも、ピストン39dが吐出バルブ機構44を押し退けて揺動可能であるため、押し退け出来ない吐出バルブ機構と比べてピストン39dに掛かる衝突の衝撃力を緩和することができる。そのため、ピストン39dの衝突時の騒音を低減できるとともに、吐出バルブ機構44やピストン39dの信頼性の向上を図ることが出来る。
【0132】
(実施の形態4)
図11は、本発明の実施の形態4によるリニアコンプレッサの断面図である。
【0133】
図11において、リニアモータ37などは実施の形態2の図9と同じ構成であるため、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0134】
図11において、密閉ケーシング48内に、可動子21の揺動方向が重力方向と一致するように圧縮機構部49を縦型に配置されて、複数のサスペンションスプリング50、トップスプリング51にて内部懸架、内部支持されている。
【0135】
動吸振器52は、ウエイト53、バネ54、ホルダー55とから構成され、密閉ケーシング48内の上部空間に形成している。ウエイト53は、単一または複数個からなり、その形状は、密閉ケーシング48内側に沿った略環状形状または略円弧形状略環状形状または略円弧形状である。
【0136】
組み立てられた状態またはリニアコンプレッサが停止している状態では、バネ54aと54bは共に自然長より短く、圧縮された状態にある。そのためウエイト53は、ピストン39aの揺動方向と同一方向に、バネ54aと54bのバネ力により挟持されてホルダー55に一体に取り付けられている。ホルダー55の形状も略環状形状または略円弧形状である。
【0137】
バネ54はウエイト53の移動に伴い、ピストン39aの揺動方向に弾性変形可能である。さらに、ウエイト53の重量及びバネ54のピスト揺動方向のバネ定数の総和は、それらからから決まる共振周波数がリニアコンプレッサの運転周波数と一致するように選択されている。
【0138】
さらに、シリンダ42aはコイルバネ30b内に挿入配置されている。
【0139】
以上のように構成されたリニアコンプレッサについて、以下その動作を説明する。尚、他の実施の形態と同様の内容については、詳細な説明を省略する。
【0140】
可動子21の揺動方向が重力方向と一致するように縦型配置としているため、可動子21の半径方向に作用する力は、可動子21と固定子22の間に作用するマグネット25a,25bによる磁気吸引力のみであり、可動子21の重力は作用しない。
【0141】
そのため、可動子21を支持し磁気吸引力を支持しているフレクシャベアリング28a,28bの半径方向の剛性も、可動子21の重力が作用しない分、小さくすることができる。例えば、例えば安価な材料選定、板厚の低減、形状の簡素化、小型化などが可能となる。
【0142】
また同様に、シリンダ42aとピストン39aの摺動部において、ピストン39aへの重力による側圧が作用しないため、その分、摺動損失を低減することができる。
【0143】
次に、動吸振器52による低振動化について説明する。
【0144】
可動子21は固定子22に対して往復動し圧縮を行うが、この際圧縮機構部49の固定子22は可動子21の往復動の反作用などにより、ピストン39aの往復方向に振動する。圧縮機構部49は、サスペンションスプリング50により、密閉ケーシング1内に弾性的に懸架されており、圧縮機構部49の振動はサスペンションスプリング50を介して密閉ケーシング48に加振力として伝達する。密閉ケーシング48に伝達された加振力により、ウエイト53とバネ54とからなる共振系が励起され、ウエイト53がピストン39aの往復方向に振動する。この時、サスペンションスプリング50から密閉ケーシング48に伝わる加振力と、ウエイト53の振動による作用力の大きさがほぼ等しく且つ逆位相で作用するため、圧縮機構部49からの加振力は動吸振器52からの作用力により打ち消される。
【0145】
また、密閉ケーシング48の振動の周波数は、リニアコンプレッサの駆動周波数に一致するため、リニアコンプレッサの駆動周波数と動吸振器52のウエイト53の揺動周波数を合わせることで、動吸振器52の効果を最大限に引き出し、密閉ケーシング48の振動を最大限に低減することができる。具体的には、密閉ケーシング48と動吸振器52のウエイト53の質量とバネ54のばね定数とで決まる共振周波数が、リニアコンプレッサの駆動周波数と一致するように、ウエイト53の質量とバネ54のばね定数を選択設計することで、最大限に振動を低減することができる。
【0146】
尚、動吸振器55を用いない場合でも、縦型配置とすることで可動子21の揺動方向とサスペンションスプリング50の伸縮方向とがともに重力方向で一致するため、密閉ケーシング48の振動方向も重力方向となる。そのため、サスペンションスプリング50の剛性を小さくするといった簡単な方法で、圧縮機構部48の振動が密閉ケーシング48に伝達されることを低減し、動吸振器52を取り付けた時ほどではないものの、ピストン39aの往復方向が水平方向である横型配置よりも、密閉ケーシング48の大幅な低振動化を図ることができる。
【0147】
また、上述した動吸振器52を密閉ケーシング48の上部空間に形成している。圧縮機構部49のうち半径方向に最も大きく、径方向の大きさを決定しているのはリニアモータ37であるが、密閉ケーシング48の上部空間にはリニアモータ37を配置していない。
【0148】
そのため、密閉ケーシング48の径方向の大きさに対して、上部空間と下部空間には、無効な空間が形成されるが、この空間に動吸振器52を形成することで、密閉ケーシング48の大きさを大きくすることなく、動吸振器52をコンパクトに内蔵し、低振動化を達成することができる。
【0149】
特に、リニアモータ37の円形形状、密閉ケーシング48の円形形状と同様に、動吸振器52の形状を密閉ケーシング48内側に沿った略環状形状または略円弧形状とすることで、密閉ケーシング48の大きさを大きくすることなく、動吸振器52をコンパクトに内蔵することができる。さらに、動吸振器52のウエイト53を大きくする、即ち重くすることができ、密閉ケーシング48と動吸振器52のウエイト53の質量とバネ54のばね定数とで決まる共振周波数の設計幅が大きくすることができる。そのため、動吸振器52で密閉ケーシング48の振動を低減できる駆動周波数の幅が広くなり、低振動で駆動できるリニアコンプレッサの運転周波数幅が大きくできる。
【0150】
さらに、シリンダ42aの少なくとも一部をコイルバネ30b内に挿入配置したので、コイルバネ30b外にシリンダ42aを配置した時と比較して、圧縮機構部49の可動子21の揺動方向の大きさを小さくすることができる。そのため、リニアコンプレッサとして密閉ケーシング48の小型化、特に可動子21の揺動方向の小型化を図ることができる。
【0151】
尚、本実施の形態においては、動吸振器52を密閉ケーシング48内の上部空間に形成しているが、密閉ケーシング48内の下部空間に形成しても同様の効果が得られる。
【0152】
また、本実施の形態においては、リニアモータが重力方向上方に配置されているが、リニアモータが重力方向下方に配置されても、同様に実施可能である。
【0153】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1記載の発明は、低コストかつ高効率化を図ることができるという効果がある。
【0154】
さらに、コンプレッサとして高効率化を図ることができ、容易で且つ高信頼性を確保しすることができるという効果がある。
【0155】
また、請求項2に記載の発明は、冷却システムに使用する冷媒量を低減できるとともに、システム全体の効率が向上するという効果がある。
【0156】
また、請求項3に記載の発明は、摺動損失をほぼ零にまで低減できるとともに、摺動部の摩耗といった信頼性も大幅もほとんど無いという効果がある。
【0157】
また、請求項4に記載の発明は、自己潤滑性の効果により潤滑油を使用しなくても摺動部摩耗を防止できるという効果がある。
【0158】
また、請求項5に記載の発明は、セラミックス系材料の耐摩耗性により、潤滑油を使用しなくても摺動部摩耗を防止できるという効果がある。
【0159】
また、請求項6に記載の発明は、リニアコンプレッサとして密閉ケーシングの小型化を図ることができるという効果がある。
【0160】
また、請求項7に記載の発明は、フレクシャベアリングの小型化、低コスト化に加えて、摺動損失の低減を図ることができるという効果がある。
【0161】
また、請求項8に記載の発明は、密閉ケーシングの低振動化を図ることができるという効果がある。
【0162】
また、請求項9に記載の発明は、密閉ケーシングの大きさを大きくすることなく、動吸振器を内蔵することができるという効果がある。
【0163】
また、請求項10に記載の発明は、密閉ケーシングを大きくすることなく、動吸振器のウエイトを重くでき、低い周波数での低振動化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 参考例1によるリニアモータの断面図
【図2】 図1のA−A線断面図
【図3】 参考例1のリニアモータの動作原理を示す模式図
【図4】 参考例1のフレクシャベアリングの平面図
【図5】 参考例1のリニアモータの電流の流れを示す模式図
【図6】 参考例2によるリニアモータの断面図
【図7】 参考例3によるリニアモータの断面図
【図8】 本発明によるリニアコンプレッサの実施の形態1の断面図
【図9】 本発明によるリニアコンプレッサの実施の形態2の要部断面図
【図10】 本発明によるリニアコンプレッサの実施の形態3の要部断面図
【図11】 本発明によるリニアコンプレッサの実施の形態4の断面図
【図12】 従来のリニアコンプレッサの断面図
【図13】 図12の要部拡大図
【符号の説明】
12a,12b マグネットワイヤ
21 可動子
22 固定子
23 固定鉄心
23d,23e,23f 磁極
24 可動鉄心
25a,25b マグネット
26a,26b 可動軸
28a,28b フレクシャベアリング
29a,29b,29c,29d マグネット
30a,30b コイルバネ
31a,31b バネホルダー
31c 略密閉空間
33 シリンダ
35 ボールジョイント
36 ピストン
37 リニアモータ
39a,39d ピストン
40 可倒ロッド
42a,42b シリンダ
47 ガスベアリング
47a 自己潤滑性を有する材料
47b セラミックス系材料
48 密閉ケーシング
52 動吸振器
53 ウエイト
54 バネ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a linear compressor mainly using a linear motor and a linear motor used for a refrigeration cycle or the like.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, the need for higher efficiency of refrigeration equipment has further increased, and a compressor using a linear motor is being put to practical use because it can achieve a significant reduction in sliding loss because of its simple mechanical structure.
[0003]
  Patent Documents that describe the structure of a linear compressor equipped with a conventional linear motor are described (for example, see Patent Document 1).
[0004]
  The conventional linear motor and linear compressor will be described below with reference to the drawings.
[0005]
  12 is a cross-sectional view of a linear compressor equipped with a conventional linear motor, and FIG. 13 is an enlarged view of a main part of FIG.
[0006]
  In FIG. 12, the compression mechanism section 7 is composed of a linear motor 8, a cylinder 9, a piston 10, an elastic element 11, and a cylinder head 12 c, and is elastically supported in a sealed casing 14 by a suspension spring 13.
[0007]
  The linear motor 8 has a hollow cylindrical stator (second silicon steel plate layer) 8a having a winding 8e on the outer peripheral surface side of a stator (first silicon steel plate layer) 8b formed in a hollow cylindrical shape. A hollow cylindrical non-magnetic magnet shell 4 is formed between the first silicon steel plate layer 8b and the second silicon steel plate layer 8a, and the outside of the magnet shell 4 is supported. A plurality of magnets 8c are bonded to the groove portions on the surface to constitute the mover 8d. The mover 8d is connected to the piston 10, and the piston 10 is inserted into the cylinder 9 so as to reciprocate. The cylinder 9, the piston 10, the stator 8 a, and the stator 8 b share an axis, and the piston 10 holds the mover 8 d by a bearing portion 10 a formed between the cylinder 9 and the magnet 10. 8c keeps a predetermined gap between the stator 8a and the stator 8b.
[0008]
  In order to obtain practical efficiency, the magnet 8c normally uses a magnet material made of a rare earth having a strong magnetic field and is magnetized in a direction perpendicular to the reciprocating direction.
[0009]
  The movable element 15 is composed of the piston 10, the movable element 8d of the linear motor 8, and the fixed element 16 is composed of the cylinder 9, the stators 8a and 8b of the linear motor 8, and the like.
[0010]
  In the elastic element 11, the inner peripheral part 11 a of the elastic element 11 is fixed to the movable element 15, and the outer peripheral part 11 b is fixed to the fixed element 16. The elastic body 11 is a plate-like spring.
[0011]
  The lubricating oil 17 filled in the sealed casing 14 is supplied to the sliding portion by an oil supply device (not shown).
[0012]
  The operation of the linear motor and the linear compressor configured as described above will be described below.
[0013]
  First, the operation of the linear motor 8 will be described.
[0014]
  When the winding 8e is energized through current, the stator 8b (first silicon steel plate layer) through the gap, the magnet 8c, the gap, the stator 8a (second silicon steel plate layer), the gap, the magnet 8c, the gap, the stator 8b (first A series of magnetic flux loops to one silicon steel layer to form a magnetic circuit. The magnet 8c is attracted to the magnetic poles formed on the stator 8a (second silicon steel plate layer) by this magnetic flux. Next, by alternating current to the winding 8e, the mover 8d operates while reciprocating in the left-right direction in FIG. 12 between the stator 8a and the stator 8b.
[0015]
  Next, the mechanism of the linear compressor will be described. When an alternating current is applied to the linear motor 8, as described in the previous operation of the linear motor, a reciprocating force in the axial direction is generated in the mover 8d of the linear motor 8. With this force, the piston 10 connected to the mover 8d deforms the elastic element 11 and repeats reciprocating motion in the axial direction. At this time, the repulsive force of the elastic element 11 is used, and the resonance action is used by operating at an operation frequency that matches the resonance frequency determined by the mass of the movable element 15 and the fixed element 16 and the spring constant of the elastic element 11. And efficient operation becomes possible.
[0016]
  Refrigerant gas from a cooling system (not shown) is guided into the cylinder head 12c through a suction pipe (not shown) and a suction muffler 19a and reaches the compression chamber 20 in the cylinder 9. The refrigerant gas that reaches the compression chamber 20 is compressed by the reciprocating motion of the piston 10 described above. The compressed refrigerant gas is once discharged into the cylinder head 12c and then discharged to the cooling system via the discharge muffler 19b and a discharge pipe (not shown).
[0017]
  The refrigerant used is mainly CFC-12 or HCFC-22 which has been used for a long time in the cooling system, and recently HFC-134a, R600a, R410A, etc., and the lubricating oil 17 is mainly compatible with the refrigerant. Some are used.
[0018]
[Patent Document 1]
      Japanese Patent No. 2912024
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in the above configuration, since the mover 8d swings between the stator 8b (first silicon steel plate layer) and the stator 8a (second silicon steel plate layer), the mover 8d is fixed to the stator 8b (first silicon steel layer). Air gaps are formed respectively for the steel plate layer) and the stator 8a (second silicon steel plate layer). And the loop of the magnetic flux which drives the needle | mover 8d which generate | occur | produced in stator 8a, 8b straddles two space | gap.
[0020]
  These two gaps are provided with a necessary distance to prevent the movable element 8d from coming into contact with both of the stators 8a and 8b, but the space becomes a magnetic resistance and is proportional to the square of the distance. Since the magnetic flux is reduced, in order to obtain the thrust required to drive the mover 8d, the current supplied to the winding 8e is increased by an amount corresponding to the reduction of the magnetic flux due to the two gaps. Because it increases, it is difficult to increase efficiency.
[0021]
  At the same time, in order to obtain the thrust necessary to drive the mover 8d, the conventional linear motor 8 needs to increase the magnet 8c. However, since the magnet 8c generally uses an expensive rare earth as a material, the cost of the magnet 8c has increased significantly due to an increase in the size of the magnet 8c.
[0022]
  Furthermore, it is desirable that the two gaps formed between the mover 8d and the stators 8a and 8b have the same distance at any location. If there is a difference in distance, an unbalance of the magnetic attraction force occurs between them, and as a result, a twisting force in a direction perpendicular to the swinging direction of the mover 8d is generated, and sliding occurs in the support mechanism of the bearing portion 10a. This is because it not only causes loss, but also causes abnormal wear and shortens the service life.
[0023]
  In order to avoid this, if the distance between the two gaps is increased, the input increases and the magnet 8c needs to be further increased. Therefore, normally, the processing accuracy of the drive system including the magnet shell 4 is increased, but in order to increase the processing accuracy, it is necessary to increase the rigidity of the magnet shell 4 which is a movable part, and this is increased. The weight of the drive train increases. As a result, the thrust required to drive the mover 8d increases, the current supplied to the winding 8e increases, and the input increases.
[0024]
  Further, increasing the machining accuracy of the drive system is accompanied by an increase in cost in the manufacturing process.
[0025]
  Further, in the configuration of the conventional linear compressor equipped with the conventional linear motor 8, the magnet 8c and the stator 8a, and the magnetic attraction force imbalance between the magnet 8c and the stator 8b are movable as described above. A twisting force in a direction perpendicular to the reciprocating direction of the child 8d is generated, and in addition, gravity acts on the movable element 15 including the movable member 8d.
[0026]
  These squeezing forces are applied to the sliding portions of the piston 10 and the cylinder 9 functioning as bearings. However, as the magnetic attraction force increases, the sliding loss due to squeezing increases, the efficiency decreases, and the magnetic attraction force becomes extremely low. If it is large, wear of the sliding part may occur.
[0027]
  To compensate for these drawbacks, increasing the sliding length and reducing the surface pressure of the sliding part increases the size of the compressor.If the amount of magnet is reduced, the motor efficiency decreases and the motor thrust decreases. A deficiency such as shortage will occur. In addition, increasing the machining accuracy and assembly accuracy of the motor core and magnet accompanies an increase in cost.
[0028]
  Further, in the configuration of the conventional linear compressor equipped with the conventional linear motor, the compressor body vibrates greatly by the reciprocating movement of the movable element 15 using the resonance action, and this vibration is sealed through the suspension spring 13 and the sealed casing. 14 has a drawback that the vibration and noise of the sealed casing 14 are large.
[0029]
  In particular, in the conventional example, since the movable element 15 of the linear motor 8 has a horizontal arrangement in which the movable element 15 reciprocates in the horizontal direction, it is difficult to reduce vibration. This is because even if the suspension spring 13 that suspends the compression mechanism portion 7 is arranged in the horizontal direction, it is difficult to arrange the suspension spring 13 in the horizontal direction because the weight of the compression mechanism portion 7 is heavy. Therefore, the suspension spring 13 is often arranged in the vertical direction. In this case, the vibration direction of the compression mechanism unit 7 and the expansion / contraction direction of the suspension spring 13 are shifted by 90 degrees. That is, the suspension spring 13 must absorb the vibration transmission of the compression mechanism portion 7 not only by the spring constant in the expansion / contraction direction but also by a composite of the lateral spring constant shifted by 90 degrees from the expansion / contraction direction. It was difficult to sufficiently reduce vibration.
[0030]
  Even if not enough, if the rigidity of the suspension spring 13 is reduced to reduce the vibration transmission from the compression mechanism 7 to the sealed casing 14, the suspension spring 13 becomes longer and the air is sealed. The size of the casing 14 becomes large.
[0031]
  The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a low-cost and high-efficiency linear motor that reduces loss in a support mechanism for a mover.
[0032]
  It is another object of the present invention to provide a linear motor and a linear compressor that reduce sliding loss at a sliding portion and reduce vibration, and are small, low cost, low vibration, and highly efficient.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
  According to a first aspect of the present invention, there is provided a stator having at least two magnetic poles and comprising a fixed iron core and a magnet wire engaged with the fixed iron core, and a movable iron core and a magnet positioned inside the stator. And a flexure bearing that supports the mover in a swinging direction by a plurality of arms formed on a substantially plate-like elastic material, and formed on the inner side of the stator. And the outer peripheral surface of the mover has a substantially cylindrical shape sharing the axis of the swinging direction of the mover, and one end is locked to the mover or a movable shaft formed to extend from the axis of the mover. The other end includes a coil spring that is locked to a spring holder fixed to the stator, and the flexure bearing supports the force that the mover is attracted to the stator by the magnetic attraction force. Radial stiffness that ensures a constant clearance over the entire circumference It has, is operated at a resonant frequency determined by the relationship between the spring constant and the stator and the mover of the mass of the sum of the coil spring having a larger spring constant than the flexure bearings and flexure bearingsWith linear motorBy integrating the magnet and the movable iron core, the air gap contained in the magnetic flux loop can be reduced, and the magnetic resistance can be reduced, so that the necessary magnetic force can be generated with a small and small magnet. It has the effect of reducing the loss in the supporting mechanism that supports the bending force and gravity in the direction perpendicular to the reciprocating direction of the child.
[0034]
  In addition, even when the mover rotates, the gap between the stator and the stator is maintained at a constant interval, preventing damage due to collision between the mover and the stator, and wear of support mechanisms such as bearings due to increased lateral force. In addition, it has an effect that it is easy to ensure assemblability and processing accuracy.
[0035]
  And a coil spring that has one end locked to the movable element or a movable shaft extending to the axis of the movable element, and the other end locked to a spring holder fixed to the stator. Yes, by driving near the resonance frequency that is created by the spring constant of the coil spring larger than that of the flexure bearing and the mass of the stator and mover, the resonance action at a relatively high resonance frequency can be used to increase the power with less input. The output (large amplitude of the mover) can be obtained.
[0036]
  further,A cylinder that shares an axis with the mover; and a piston that is reciprocally inserted into the cylinder and coupled to the mover. The reciprocating motion can be efficiently performed and the sliding loss due to the reduction of the side pressure between the cylinder and the piston can be reduced.
[0037]
  further,The piston andAboveThe mover is connected through a retractable rod made of an elastic body so that the axis of the piston and cylinder can be aligned even when the axis of the mover and cylinder are misaligned or the shaft is tilted. The retractable rod can be bent to absorb the shaft misalignment and the shaft inclination, and has the effect of reducing the sliding loss due to the reduction of the side pressure between the cylinder and the piston.
[0038]
  Claim 2The invention described inClaim 1In the invention described in (1), since the oil-free configuration does not use the lubricating oil, the amount of the refrigerant used in the cooling system can be reduced as much as the refrigerant does not dissolve in the lubricating oil.
[0039]
  Claim 3The invention described inClaim 1 or 2In this invention, the sliding portion between the cylinder and the piston is constituted by a gas bearing, so that the sliding portion becomes non-contact, so that the sliding loss can be reduced to almost zero and the sliding portion is worn. Have the effect of almost no.
[0040]
  Claim 4The invention described inClaim 2In the invention described in the above, since the self-lubricating material is used for at least one of the cylinder or the piston, the sliding part wear can be prevented without using lubricating oil due to the self-lubricating effect. Have
[0041]
  Claim 5The invention described inClaim 2In the invention described in the above, since the ceramic material is used for at least one of the cylinder or the piston, the wear resistance of the ceramic material can prevent the sliding portion from being worn without using lubricating oil. Have
[0042]
  The invention described in claim 6Claims 1 to 5In the invention according to any one of the above, since at least a part of the cylinder is inserted and arranged in the coil spring, the hermetic casing can be reduced in size, particularly in the swing direction.
[0043]
  Claim 7The invention described inClaims 1 to 6In the invention according to any one of the above, since the swinging direction of the mover coincides with the direction of gravity, gravity does not act in the radial direction of the mover, so the required rigidity in the radial direction of the flexure bearing is reduced. The hysteresis loss can be lowered accordingly.
[0044]
  Claim 8The invention described inClaim 7In the invention described in the above, since the dynamic vibration absorber made up of a spring that is elastically deformable in the swinging direction of the mover and a weight attached to the spring is attached to the sealed casing, Thus, the weight of the dynamic vibration absorber also has the effect of canceling the vibration of the sealed casing by swinging in the same gravity direction and in the opposite phase to the vibration phase of the sealed casing.
[0045]
  Claim 9The invention described inClaim 8In the invention described in the above, since the dynamic vibration absorber is formed in at least one of the upper space or the lower space in the sealed casing, the dynamic vibration absorber can be incorporated without increasing the size of the sealed casing. Has an effect.
[0046]
  Claim 10The invention described inClaim 8 or 9In the invention described in the above, since the weight of the dynamic vibration absorber has a substantially annular shape or a substantially arc shape along the inside of the sealed casing, the weight of the dynamic vibration absorber is increased. It can be made heavy, and has the effect of being able to reduce vibration at a low frequency.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of a linear motor and a linear compressor according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0048]
  (Reference Example 1)
  1 is a side sectional view of a linear motor according to Reference Example 1, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a schematic diagram showing an operation principle of the linear motor, and FIG. 4 is a plan view of a flexure bearing. FIG. 5 is a schematic diagram showing the direction of current flow of the linear motor.
[0049]
  1 to 5, the substantially cylindrical stator 22 accommodates two magnet wires 12a and 12b wound in a ring shape, and three independent magnet wires 12a and 12b and an inner periphery thereof. It consists of a fixed iron core 23 that forms a magnetic pole.
[0050]
  The fixed iron core 23 is magnetically non-directional and has a high magnetic permeability, for example, silicon steel plates represented by a non-directional electromagnetic steel strip of JIS C2352 are arranged radially with respect to the cylindrical axis. . The fixed iron core 23 is divided into three parts 23a, 23b, and 23c in the axial direction, each of which forms independent magnetic poles 23d, 23e, and 23f on the inner peripheral surface, and the magnet wires 12a and 12b wound in a ring shape in advance. Is assembled to sandwich.
[0051]
  The ends 12c, 12d, 12e, and 12f of the windings of the magnet wires 12a and 12b are provided with a gap in a part of the thin plate arranged radially of the fixed iron core 23 so that a current flows around the axis as shown in FIG. They are wired so that the flow directions are opposite to each other. Further, the end portions 12g and 12h are drawn out of the fixed iron core 23 by using electrically insulated conductive wires.
[0052]
  The mover 21 has a substantially cylindrical shape sharing an axis with the stator 22 and is housed inside the stator 22 so as to be swingable in the axial direction, and has a hollow cylindrical shape made of an iron-based material. The portion 21a and the thin plate portion 21b in which silicon steel plates represented by, for example, non-directional electromagnetic steel strips of JIS C2352 are radially arranged around the shaft center on the outer periphery of the core portion 21a are integrated. The movable core 24 formed in this manner, and the magnet 25a which is fixed to the outer periphery of the movable core 24 with an adhesive and the inner periphery of the stator 22 with an adhesive, is separated into two in the axial direction, and has different magnetic poles on the surface. , 25b. As the magnets 25a and 25b, magnets containing a rare earth element and having a strong magnetic field are used.
[0053]
  The movable shafts 26 a and 26 b are shafts that are fixed to the core portion 21 a and extend in the swing direction, and the frame body 27 fixedly supports the outer periphery of the stator 22. The movable shafts 26a and 26b are both made of a stainless material or the like that has a sufficiently large electric resistance compared to iron and is nonmagnetic.
[0054]
  The flexure bearings 28a and 28b respectively disposed on both sides of the swinging direction of the movable element 21 include eight arms 28c, 28d, 28e, which are formed by providing eight thin slits in a plate-like elastic material. The movable element 21 is supported by 28f, 28g, 28h, 28i, and 28j so as to be swingable in the swinging direction.
[0055]
  The flexure bearings 28a and 28b are connected and fixed to the frame body 27 at the outer peripheral portion and are connected and fixed to the movable shafts 26a and 26b at the inner peripheral portion, respectively. It has a so-called bearing characteristic that the rigidity of the direction is small. The rigidity in the radial direction and the axial direction varies depending on design factors such as the shape and arrangement of the arms, the material, and the material thickness, but at least supports the force that the mover 21 is attracted to the stator 22 by the magnetic attraction force. The mover 21 and the stator 22 are provided with a radial rigidity sufficient to ensure a constant gap over the entire circumference.
[0056]
  The magnets 25a and 25b and the magnetic poles 23d, 23e, and 23f are arranged so that the magnet 25a faces the electrodes 23d and 23e and the magnet 25b faces the magnetic poles 23e and 23f, respectively, even when the mover 21 swings. Has been. Further, the length of the mover 21 is selected so that it does not come out of the stator 22 when swinging, and the difference in length from the stator 22 substantially matches the maximum amplitude of the mover 21.
[0057]
  The operation of the linear motor configured as described above will be described below.
[0058]
  When an electric current is passed through the ring-shaped magnet wires 12a and 12b, first, a magnetic flux Φ that loops to the fixed iron core, the gap, the magnet, the movable iron core, the magnet, the gap, and the fixed iron core is generated as indicated by the arrows. By this magnetic flux Φ, the magnetic poles 23d, 23e, and 23f to the fixed iron core 23 are magnetized to the N pole, the S pole, and the N pole, respectively. Since the outer surfaces of the magnets 25a and 25b of the mover 21 are magnetized to the S and N poles, the attractive and repulsive forces shown in white are generated between the respective magnetic poles and the respective magnets. 21 is driven in the direction indicated by arrow a.
[0059]
  Next, when a reverse current flows through the magnet wires 12a and 12b, an operation opposite to that described above occurs, and the mover 21 is driven in the direction opposite to the arrow A. The reciprocating operation of the mover 21 is performed by controlling to alternately switch the direction and magnitude of the current.
[0060]
  Here, in the flexure bearings 28a and 28b, a minute rotational twist is generated in accordance with the reciprocating motion of the movable element 21, but the shape of the movable element 21 and the stator 22 is a cylindrical shape. Even if the mover 21 is absorbed and rotated, the stator 22 can maintain a constant spatial distance. Problems such as a decrease in efficiency and an increase in noise due to the contact and collision of the mover 21 and the stator 22 occur. Can be prevented. Further, the positional relationship between the mover 21 and the stator 22 only needs to be aligned with each other. For example, as compared with the case where the surface of the mover 21 is flat, it is easy to assemble so as to keep the gap constant. As a result, there is almost no bias in the magnetic attractive force by the magnets 25a and 25b acting between the mover 21 and the stator 22, and as a result, almost no radial load is generated.
[0061]
  In addition, since the load in the radial direction is supported by the flexure bearings 28a and 28b, sliding loss due to the swinging of the mover 21 does not occur compared to the case where a support mechanism such as a slide bearing is used. . Further, since almost no load is generated in the lateral direction, the rigidity in the radial direction necessary for the flexure bearings 28a and 28b to support the mover 21 is small, and the number of flexure bearings 28a and 28b is reduced. By performing a low-rigidity design such as reducing the thickness and reducing the number of arms, hysteresis loss when the flexure bearings 28a and 28b are deformed in the swing direction can be minimized, and high efficiency can be obtained. Can do. The hysteresis loss means a loss that occurs when the spring is taken as an example, and the energy accumulated inside the spring by compressing the spring cannot be completely extracted as a repulsive force that the spring extends.
[0062]
  In addition, since the magnets 25a and 25b are fixed to the outer periphery of the movable iron core 24, compared to the conventional movable magnet type linear motor, there is no gap between the magnets 25a and 25b and the movable iron core 24. There are few voids. As a result, since the magnetic resistance is reduced, the magnetic flux flows more easily than the movable magnet type, and the current to the magnet wires 12a and 12b that generates a constant magnetic flux to obtain the required thrust can be reduced, improving the efficiency. The amount of magnets can be reduced.
[0063]
  Further, since both the movable core 24 of the movable element 21 and the fixed core 23 of the stator 22 are composed of thin plates arranged radially around the axial direction, the extending direction of the thin plate and the magnetic flux direction coincide with each other, so While increasing the magnetic susceptibility, the induced current generated in the iron core can be suppressed and the loss can be reduced.
[0064]
  Also,This reference exampleTherefore, the magnets 25a and 25b are bonded to the surface of the movable iron core 24 with an adhesive and integrated with the mover 21, so that the strength of the brittle magnet itself can be supplemented. As a result, an expensive rare-earth magnet can be made thin, and the efficiency can be improved by reducing the weight of the movable part along with a significant cost reduction.
[0065]
  in additionThis reference exampleThen, the movable shafts 26a and 26b that support the movable element 21, the frame body 27 that supports the outer periphery of the stator 22, and the flexure bearings 28a and 28b are made of stainless steel that is a non-magnetic material. In addition to preventing leakage of magnetic flux that bypasses the movable shafts 26a and 26b via the frame body 27 and the flexure bearings 28a and 28b, it is possible to prevent generation of induced current due to the leakage magnetic flux and prevent reduction in efficiency of the motor. The same effect can be obtained even if a nonmagnetic material other than stainless steel such as plastic is used for these portions.
[0066]
  Further, since the fixed iron core 23 is divided into three blocks 23a, 23b, and 23c in the axial direction in a cross section including the storage portions of the magnet wires 12a and 12b, the magnet wires 12a and 12b wound in advance in a ring shape are sandwiched therebetween. As a result of such insertion, assembly becomes possible, and high production efficiency can be obtained.
[0067]
  In this reference example, the number of magnetic poles of the stator 22 is set to 3, and two magnets of the mover 21 are arranged in the axial direction. However, even if the number of magnetic poles of the stator is two, or four or more, the motor can be configured. Is possible. In this case, the magnet may be arranged on the mover by one less than the number of magnetic poles in the axial direction,This reference exampleThere is no change in the effect obtained with.
[0068]
  The movable iron core 24 of the mover 21 has a cylindrical core portion as an axis, and a thin plate having the same width is arranged around the periphery, so that a cylindrical shape can be easily formed.
[0069]
  Furthermore, since the core portion 21a of the mover 21 is made of an iron-based material, the mover 21 functions as a part of the magnetic path of the magnetic flux loop, so that the efficiency can be improved while reducing the weight of the mover 21.
[0070]
  Moreover, since the vicinity of the center of the core portion 21a, which has a small strength as a structure and a contribution as a magnetic path of the magnetic flux loop, is hollow, the mover 21 can be reduced in weight.
[0071]
  The direction of the magnetic flux is changed by 90 degrees in the fixed iron core 23a. Since the non-directional electromagnetic steel strip is used for the fixed iron core 23, the magnetic permeability is directional regardless of the direction of the magnetic flux. No significant reduction in efficiency occurs.
[0072]
  Further, by making the maximum value of the reciprocating distance of the mover 21 substantially coincide with the difference in length between the mover 21 and the stator 22, the magnets 25 a and 25 b of the mover 21 jump out of the stator 22 and the stator 22. The motor thrust is prevented from being reduced due to the action of the magnetic attractive force that is pulled back inside.
[0073]
  The flexure bearing of the present reference example is a plate-like elastic body provided with a spiral arm, but may have other shapes.
[0074]
  Moreover, although demonstrated as a linear motor, it can utilize also as a generator which converts reciprocating motion into an electric current with the completely same structure.
[0075]
  Further, although magnet wires wound in a ring shape are connected in series, they may be connected in parallel.
[0076]
  (Reference Example 2)
  6 is a cross-sectional view of a linear motor according to Reference Example 2. FIG. In FIG. 6, since it is the same structure as the reference example 1 except the needle | mover 21, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0077]
  As shown in FIG. 6, magnets 29 a, 29 b, 29 c, 29 d having a substantially arc-shaped cross-sectional shape are disposed inside the movable iron core 24 and integrated with the mover 21.
[0078]
  Therefore, in addition to the above-described effects, the magnets 29a, 29b, 29c, and 29d are not exposed on the surface of the mover 21, and therefore the attractive force with the magnetic body is small, so that the assembly with the magnetic body becomes easy. Handling becomes easier, and mass productivity and productivity are greatly improved.
[0079]
  (Reference Example 3)
  FIG.Reference example 3It is sectional drawing of the linear motor by.
[0080]
  In FIG. 7, one end of each of the coil springs 30 a and 30 b is locked to the movable shafts 26 a and 26 b connected to the movable element 21, and the other end is locked to the spring holders 31 a and 31 b fixed to the frame body 27. . The length (L) when the coil springs 30a and 30b are assembled is shorter than the natural length (H), and the compression dimension (HL) is ½ or more of the swing distance of the mover 21, that is, the stroke (S). The mover 21 is assembled by being pressed from both sides by the coil springs 30a and 30b.
[0081]
  The coil springs 30a and 30b determine the resonance frequency determined by the mass relationship with the mover 21 as a total spring constant combined with the flexure bearings 28a and 28b.
[0082]
  All the components such as the reciprocating movable element 21, the movable shafts 26a and 26b, the coil springs 30a and 30b, and the stator 22 are housed in a substantially sealed space 31c configured by the frame body 27 and the spring holders 31a and 31b. ing.
[0083]
  Other portions are the same as those in Reference Example 1, and detailed description thereof is omitted.
[0084]
  The operation of the linear motor configured as described above will be described below.
[0085]
  When alternating current is passed through the ring-shaped magnet wires 12a and 12b,Reference example 1The reciprocating operation of the movable element 21 is performed based on the same principle as described above. For example, when the mover 21 moves in the direction of arrow B, the coil spring 30a is bent and a repulsive force is stored in the coil spring 30a.
[0086]
  Next, when the direction of current flow changes and the mover 21 moves in the direction of the arrow C, the repulsive force (A) is extracted from the coil spring 30a and recovered as the speed of the mover 21. At the same time, the coil spring 30b is bent and the repulsive force (B) is stored in the coil spring 30b. When the mover 21 moves again in the direction of arrow B, the repulsive force (B) is taken out from the coil spring 30b and moved. It is recovered as the speed of the child 21.
[0087]
  This operation is a so-called resonance action, and a reciprocating motion with a large stroke can be performed with a small current compared to when the coil springs 30a and 30b are not used. By matching the frequency of the power source at this time with the resonance frequency obtained from the mass of the mover 21 and the stator 22 and the spring constant of the coil springs 30a and 30b, the mover 21 and the coil springs 30a and 30b which are resonance springs are used. The period of acceleration is synchronized, and as a result, energy loss is kept small, and the mover 21 can be reciprocated efficiently.
[0088]
  In designing the resonance frequency in this resonance action, in order to increase the resonance frequency, the weight of the mover 21 is reduced, and the spring constants of the coil springs 30a and 30b and the flexure bearings 28a and 28b are increased. Although it is easy to cope with it, there is a design limit as a motor in reducing the weight of the mover 21, and in reality, it is often easier to increase the spring constant.
[0089]
  If the spring constants of the flexure bearings 28a and 28b are increased (for example, the thickness is increased or a plurality of sheets are stacked) in order to increase the spring constant, hysteresis loss increases and efficiency decreases. However, since the coil springs 30a and 30b basically have no hysteresis loss, by increasing only the coil springs 30a and 30b spring constant, it is possible to ensure high efficiency with a small hysteresis loss in a design in which the resonance frequency is increased. is there.
[0090]
  Further, the length (L) when the coil springs 30a and 30b are assembled is shorter than the natural length (H), and the compression dimension (HL) is the swing distance of the mover 21, that is, 1 / th of the stroke (S). 2 or more.
[0091]
  Therefore, even when the mover 21 moves to the maximum in the direction of arrow B, the length (Lb) of the coil spring 30b is shorter than the natural length (H), that is, the coil spring 30b is always compressed from the natural length. It will be.
[0092]
  Similarly, even when the mover 21 moves to the maximum in the direction of arrow C, the length (La) of the coil spring 30a is shorter than the natural length (H), that is, the coil spring 30a is always compressed from the natural length. There will be.
[0093]
  Therefore, even if the mover 21 reciprocates, the coil springs 30a and 30b are always compressed more than the natural length, so that the coil springs 30a and 30b can be generated by the energy stored by the deformation without using any special fixing means. 30b can be locked in a bent state between the movable shafts 26a and 26b and the spring holders 31a and 31b, and does not fall off.
[0094]
  Furthermore, all the components such as the reciprocating movable element 21, the movable shafts 26a and 26b, the coil springs 30a and 30b, and the stator 22 are contained in a substantially sealed space 31c constituted by the frame body 27 and the spring holders 31a and 31b. Since it is housed, the noise associated with the movement of the mover 21, the movable shafts 26a and 26b, and the coil springs 30a and 30b is kept in the substantially sealed space 31c, and a so-called sound insulation effect is obtained that reduces the transmission of noise to the outside. be able to.
[0095]
  Further, since both the movable iron core 24 of the mover 21 and the fixed iron core 13 of the stator 22 are composed of thin plates arranged radially around the axial direction, the component parts vibrate, resulting in vibration. Although noise from a thin plate may occur, this noise can also be insulated.
[0096]
  still,This reference exampleIn FIG. 2, the coil springs 30a and 30b are the same spring having the same spring constant. However, even when coil springs having different spring constants and dimensions are combined, the same can be implemented.
[0097]
  (Embodiment 1)
  FIG. 8 illustrates the present invention.Embodiment 1It is sectional drawing of the linear compressor by.
[0098]
  In FIG. 8, the outer peripheral portions of the flexure bearings 28 a and 28 b are fixed by being sandwiched between spring holders 31 a and 31 b and a frame body 27 that supports the stator 22. Further, the inner peripheral portions of the flexure bearings 28a and 28b are locked to movable shafts 26a and 26b connected to the movable element 21 and spring adapters 32a and 32b.
[0099]
  The coil springs 30a and 30b are disposed on both end sides with the linear motor 37 composed of the movable element 21 and the stator 22 interposed therebetween, and are further locked in a bent state between the spring adapters 32a and 32b and the spring holders 31a and 31b. Therefore, no special fixing means is used. However, in order to lock the coil springs 30a and 30b at the centers of the spring adapters 32a and 32b and the spring holders 31a and 31b, a slight step is provided on the contact surface with the coil springs 30a and 30b.
[0100]
  The cylinder 33 is fixed to the spring holder 31 b, and the cylinder cover 34 is fixed to the cylinder 33.
[0101]
  The spring adapter 32b is connected to the piston 36 via the ball joint 35, and the piston 36 can freely tilt and rotate with respect to the spring adapter 32b. The compression chamber 38 includes a piston 36 and a cylinder 33.
[0102]
  The operation of the linear compressor configured as described above will be described below.
[0103]
  When an alternating current is passed through the magnet wires 12 a and 12 b of the linear motor 37, the mover 21 reciprocates with respect to the stator 22, and the driving force is applied to the piston 36 via the movable shaft 26 b, the spring adapter 32 b and the ball joint 35. And the piston 36 reciprocates integrally with the mover 21. Then, the reciprocating motion of the piston 36 sequentially compresses the refrigerant gas sucked into the compression chamber 38 and discharges it to the external refrigeration cycle.
[0104]
  At this time, as described in Reference Example 2, the frequency of the power source energizing the linear motor 37 should be matched with the resonance frequency obtained from the masses of the mover 21 and the stator 22 and the spring constants of the coil springs 30a and 30b. Thus, the cycle of acceleration from the mover 21 and the coil springs 30a and 30b, which are resonance springs, is synchronized. As a result, the energy loss is kept small, and the mover 21 can be reciprocated efficiently.
[0105]
  In particular, since the movable element 21 is supported at both ends by the flexure bearings 28a and 28b, a sliding loss due to the swinging of the movable element 21 occurs as compared with the case where a support mechanism such as a slide bearing is used. do not do. Further, with respect to hysteresis loss when the flexure bearings 28a and 28b are deformed, the radial rigidity required for the flexure bearings 28a and 28b is small, the number of flexure bearings is reduced, the thickness is reduced, the number of arms By performing a low-rigidity design such as reducing the amount of noise, it can be minimized and high efficiency can be obtained.
[0106]
  Further, since all the magnetic attractive force acting in the radial direction of the mover 21 is supported at both ends by the flexure bearings 28a and 28b, the magnetic attractive force generated between the mover 21 and the stator 22, that is, movable The force that the child 21 is attracted to the stator 22 in the radial direction acts as a side pressure of the piston 36 and the cylinder 33, and no sliding loss occurs. Therefore, high efficiency can be achieved by reducing sliding loss, and the reliability of the sliding portion is greatly improved.
[0107]
  Further, since the magnetic attractive force acting in the radial direction of the mover 21 does not act as a side pressure of the piston 36 and the cylinder 33, a ball joint is provided between the spring adapter 32 b that transmits the reciprocating motion of the mover 21 to the piston 36 and the piston 36. Even if 35 is provided, the piston 36 can be supported. Therefore, when the piston 36 reciprocates in the cylinder 33, the piston 36 can be tilted by the ball joint 35 so as to swing with little axial tilt with respect to the sliding portion of the cylinder 33.
[0108]
  Therefore, even if the axis of the mover 21 and the cylinder 33 is displaced or the shaft is assembled with the axis inclined, the ball joint can absorb the axis deviation and the axis inclination so that the axes of the piston 36 and the cylinder 33 are aligned. In addition, the efficiency of the compressor can be increased by reducing the sliding loss due to the reduction of the side pressure between the cylinder 33 and the piston 36 without improving the accuracy of components and component assembly.
[0109]
  (Embodiment 2)
  FIG. 9 illustrates the present invention.Embodiment 2It is principal part sectional drawing of the linear compressor by. In FIG. 9, the linear motor 37 and the likeEmbodiment 1Since the configuration is the same as in FIG. 8, the same reference numerals are given and detailed description thereof is omitted.
[0110]
  In FIG. 9, the piston 39a has at least part of a thin rod 40 having a small radial rigidity and easily elastically deformable in the radial direction, such as a thin rod, and a flexure bearing 28b. It is connected with the mover 21 through the movable shaft 26b.
[0111]
  The retractable rod 40 is made of a material such as stainless steel or aluminum in terms of strength and the like, and has a relatively thin portion with a circular cross-sectional shape. By providing this thin portion, the retractable rod 40 can fall within a range of elastic deformation in a direction inclined with respect to the axial direction.
[0112]
  In addition, most of the refrigerant gas discharged into the high-pressure chamber 34a in the cylinder cover 34 is discharged outside the compressor via the D line 41, and some of the refrigerant gas passes through the plurality of communication passages 43 provided in the cylinder 42a. The gas bearing 47 is formed by being guided to the sliding portion between the piston 39a and the cylinder 42a. Furthermore, no lubricating oil is used.
[0113]
  In the high pressure chamber 34a in the cylinder cover 34, a discharge valve mechanism 44 and a discharge spring 45 that urges the discharge valve mechanism 44 to the cylinder 42a are disposed.
[0114]
  The second suction pipe 46 has one end 46 a opened in the spring holder 31 b in the vicinity of the cylinder 42 a near the non-compression chamber, and the other end 46 b opened in the sealed casing 47. A suction passage 39b is provided in the piston 39a, and a suction valve mechanism 39c is attached to the compression chamber 38 side of the piston 39a.
[0115]
  About the linear compressor comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated below. In addition, about the content similar to other embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.
[0116]
  Since all the magnetic attractive force acting in the radial direction of the mover 21 is supported at both ends by the flexure bearings 28a and 28b, the member that transmits the reciprocating motion of the mover 21 to the piston 39a generates the magnetic attractive force. There is no need to support, only the axial rigidity is required, and the radial rigidity may be small.
[0117]
  Therefore, by connecting the piston 39a and the mover 21, by using a retractable rod 40 made of an elastic body, which has a small radial rigidity, such as a thin rod, and can be easily elastically deformed in the radial direction, Even if the axis of the mover 21 and the cylinder 42a is displaced or the shaft is assembled with an inclination, the tiltable rod is inclined or bent so that the axes of the piston 39a and the cylinder 42a are aligned and there is no axis inclination. As a result, it is possible to absorb defects in component accuracy and component assembly accuracy.
[0118]
  Accordingly, the side pressure between the cylinder 42a and the piston 39a can be reduced without improving the accuracy of parts and parts assembly, and the efficiency of the compressor can be improved by reducing the sliding loss. Reliability is further improved.
[0119]
  Furthermore, the retractable rod 40 has a simple structure as compared with a ball joint mechanism and the like, and since there are not even a few sliding portions like the ball joint mechanism, the sliding loss is small and the connection mechanism is reliable. The nature is also high.
[0120]
  In addition, it is an oil-free configuration that does not use lubricating oil, so that the amount of refrigerant used in the cooling system can be reduced and the amount of refrigerant used in the cooling system can be reduced, and the efficiency of heat exchange in the cooling system is improved. The overall efficiency of the cooling system is improved. Furthermore, when a natural refrigerant or a flammable refrigerant is used, the amount of refrigerant used can be reduced, so that the possibility of ignition or explosion when the refrigerant leaks is reduced, and safety is improved.
[0121]
  Further, a part of the refrigerant gas discharged into the high-pressure chamber 34a in the cylinder cover 34 passes through a plurality of communication passages 43 provided in the cylinder 42a so that the sliding portion between the piston 39a and the cylinder 42a is very small. A gas film is formed through the gap (so-called gas bearing 47), and the piston 39a and the cylinder 42a are brought into a non-contact state.
[0122]
  The performance of the gas bearing 47 is generally evaluated as to how much non-contact can be achieved with a small amount of gas and low gas pressure. However, depending on the shape, dimensions, installation position, etc. of the communication passage 43, the gas It has been confirmed that the performance of the bearing 47 changes greatly, and the result that it is desirable to dispose a small cross-sectional area corresponding to a cross-sectional area of φ30 μm to φ200 μm at least in a part of the communication path 43 is obtained. ing. For this reason, in operation in which lubricating oil is present, this minute cross-sectional area is clogged with lubricating oil and refrigerant gas does not flow, and the gas bearing 47 does not function. Therefore, the gas bearing 47 is used without using lubricating oil.
[0123]
  As described above, since the piston 39a and the cylinder 42a can be brought into a non-contact state, the sliding loss between the piston 39a and the cylinder 42a can be reduced to almost zero, and the reliability such as wear of the sliding portion is greatly increased. improves. The effect is larger as the compressor has a higher operating frequency and higher sliding loss.
[0124]
  Although the sliding loss can be reduced to almost zero as described above, since the refrigerant gas is guided to the sliding portion of the piston 39a and the cylinder 42a, the leakage loss of the sliding portion increases, and the compressed high-pressure gas is supplied to the gas bearing 47. Therefore, the compression loss also increases. However, the loss can be reduced as a design element based on the design know-how of the gas bearing 47 described above.
[0125]
  (Embodiment 3)
  FIG. 10 illustrates the present invention.Embodiment 3It is principal part sectional drawing of the linear compressor by. In FIG. 10, the linear motor 37 and the like areEmbodiment 1Fig. 8 andEmbodiment 29 are the same as those shown in FIG.
[0126]
  In FIG. 10, a self-lubricating material 47a is used for the piston 39d, and a ceramic material 47b is used for the cylinder 42b.
[0127]
  Therefore, even when the gas bearing 47 is not used, due to the self-lubricating effect and the wear resistance of the ceramic material 47b, the wear of the sliding portion can be prevented even in the operation without using the lubricating oil, and the reliability is ensured. be able to.
[0128]
  The refrigerant gas sucked into the sealed casing 48 is guided to the vicinity of the anti-compression chamber side of the cylinder 42b through the second suction pipe 46, and the anti-compression chamber side of the cylinder 42b, the anti-compression chamber side of the piston 39d, Then, the air flows into the compression chamber 38 through a suction passage 39a and a suction valve mechanism 39b provided in the piston 39d.
[0129]
  The refrigerant gas compressed in the compression chamber 38 is opened by overcoming the urging force of the discharge spring 45 that urges the discharge valve mechanism 44 to the cylinder 42 b, and is discharged to the high-pressure chamber 34 a in the cylinder cover 34.
[0130]
  At this time, during a transient operation in a cooling system such as a refrigerator, there is always a fluctuation in the operating pressure, and in such a case, the piston 39d reciprocates beyond a predetermined stroke. Further, when the operating current or operating voltage of the compressor is controlled, the piston 39d reciprocates beyond a predetermined stroke due to the control accuracy and the disturbance response accuracy.
[0131]
  However, even in that case, since the piston 39d can swing by pushing away the discharge valve mechanism 44, the impact force of the collision applied to the piston 39d can be reduced compared to the discharge valve mechanism that cannot push away. Therefore, noise at the time of the collision of the piston 39d can be reduced, and the reliability of the discharge valve mechanism 44 and the piston 39d can be improved.
[0132]
  (Embodiment 4)
  FIG. 11 shows the present invention.Embodiment 4It is sectional drawing of the linear compressor by.
[0133]
  In FIG. 11, the linear motor 37 and the likeEmbodiment 29 are the same as those shown in FIG.
[0134]
  In FIG. 11, a compression mechanism 49 is vertically arranged in a hermetic casing 48 so that the swinging direction of the mover 21 coincides with the direction of gravity, and is internally suspended by a plurality of suspension springs 50 and a top spring 51. Is supported internally.
[0135]
  The dynamic vibration absorber 52 includes a weight 53, a spring 54, and a holder 55, and is formed in an upper space inside the sealed casing 48. The weight 53 is composed of a single or a plurality of weights, and the shape thereof is a substantially annular shape or a substantially arc shape along the inside of the sealed casing 48, or a substantially annular shape or a substantially arc shape.
[0136]
  In the assembled state or in a state where the linear compressor is stopped, the springs 54a and 54b are both shorter than the natural length and in a compressed state. Therefore, the weight 53 is clamped by the spring force of the springs 54a and 54b in the same direction as the swinging direction of the piston 39a and is integrally attached to the holder 55. The shape of the holder 55 is also a substantially annular shape or a substantially arc shape.
[0137]
  As the weight 53 moves, the spring 54 can be elastically deformed in the swinging direction of the piston 39a. Further, the sum of the weight of the weight 53 and the spring constant of the spring 54 in the direction of swinging of the spring 54 is selected so that the resonance frequency determined therefrom matches the operating frequency of the linear compressor.
[0138]
  Further, the cylinder 42a is inserted and arranged in the coil spring 30b.
[0139]
  About the linear compressor comprised as mentioned above, the operation | movement is demonstrated below. Note that detailed description of the same contents as in the other embodiments is omitted.
[0140]
  Since the movable element 21 is vertically arranged so that the swinging direction thereof coincides with the direction of gravity, the force acting in the radial direction of the movable element 21 is magnets 25 a and 25 b acting between the movable element 21 and the stator 22. Only the magnetic attraction force due to, and the gravity of the mover 21 does not act.
[0141]
  Therefore, the rigidity in the radial direction of the flexure bearings 28a and 28b supporting the mover 21 and supporting the magnetic attractive force can be reduced because the gravity of the mover 21 does not act. For example, it is possible to select an inexpensive material, reduce the plate thickness, simplify the shape, reduce the size, and the like.
[0142]
  Similarly, in the sliding portion between the cylinder 42a and the piston 39a, the side pressure due to gravity does not act on the piston 39a, so that the sliding loss can be reduced accordingly.
[0143]
  Next, the vibration reduction by the dynamic vibration absorber 52 will be described.
[0144]
  The mover 21 reciprocates with respect to the stator 22 to perform compression. At this time, the stator 22 of the compression mechanism 49 vibrates in the reciprocating direction of the piston 39a due to the reaction of the reciprocation of the mover 21. The compression mechanism 49 is elastically suspended in the sealed casing 1 by a suspension spring 50, and vibration of the compression mechanism 49 is transmitted to the sealed casing 48 as an excitation force via the suspension spring 50. Due to the excitation force transmitted to the hermetic casing 48, the resonance system composed of the weight 53 and the spring 54 is excited, and the weight 53 vibrates in the reciprocating direction of the piston 39a. At this time, the excitation force transmitted from the suspension spring 50 to the sealed casing 48 and the magnitude of the action force due to the vibration of the weight 53 are substantially equal and operate in opposite phases. Therefore, the excitation force from the compression mechanism 49 is a dynamic vibration absorption. Counteracted by the acting force from the vessel 52.
[0145]
  Further, since the vibration frequency of the sealed casing 48 matches the driving frequency of the linear compressor, the effect of the dynamic vibration absorber 52 can be obtained by matching the driving frequency of the linear compressor and the oscillation frequency of the weight 53 of the dynamic vibration absorber 52. The vibration of the sealed casing 48 can be reduced to the maximum by pulling out to the maximum. Specifically, the mass of the weight 53 and the spring 54 are set such that the resonance frequency determined by the mass of the weight 53 of the hermetic casing 48 and the dynamic vibration absorber 52 and the spring constant of the spring 54 matches the drive frequency of the linear compressor. By selecting and designing the spring constant, vibration can be reduced to the maximum.
[0146]
  Even when the dynamic vibration absorber 55 is not used, since the swinging direction of the mover 21 and the expansion / contraction direction of the suspension spring 50 coincide with each other in the gravitational direction by adopting the vertical arrangement, the vibration direction of the sealed casing 48 is also the same. Gravity direction. Therefore, the transmission of the vibration of the compression mechanism 48 to the sealed casing 48 is reduced by a simple method such as reducing the rigidity of the suspension spring 50, and although not as much as when the dynamic vibration absorber 52 is attached, the piston 39a. The vibration of the sealed casing 48 can be greatly reduced compared to the horizontal arrangement in which the reciprocating direction is horizontal.
[0147]
  Further, the above-described dynamic vibration absorber 52 is formed in the upper space of the sealed casing 48. The linear motor 37 is the largest in the radial direction in the compression mechanism portion 49 and determines the size in the radial direction, but the linear motor 37 is not disposed in the upper space of the sealed casing 48.
[0148]
  Therefore, an invalid space is formed in the upper space and the lower space with respect to the size of the sealed casing 48 in the radial direction. By forming the dynamic vibration absorber 52 in this space, the size of the sealed casing 48 is increased. Without increasing the size, the dynamic vibration absorber 52 is built in in a compact manner, and low vibration can be achieved.
[0149]
  In particular, similarly to the circular shape of the linear motor 37 and the circular shape of the sealed casing 48, the size of the closed casing 48 is increased by making the shape of the dynamic vibration absorber 52 a substantially annular shape or a substantially arc shape along the inside of the sealed casing 48. The dynamic vibration absorber 52 can be incorporated in a compact manner without increasing the size. Furthermore, the weight 53 of the dynamic vibration absorber 52 can be increased, that is, heavier, and the design width of the resonance frequency determined by the mass of the weight 53 of the sealed casing 48 and the dynamic vibration absorber 52 and the spring constant of the spring 54 is increased. be able to. Therefore, the width of the driving frequency that can reduce the vibration of the sealed casing 48 by the dynamic vibration absorber 52 is widened, and the operating frequency width of the linear compressor that can be driven with low vibration can be increased.
[0150]
  Furthermore, since at least a part of the cylinder 42a is inserted and arranged in the coil spring 30b, the size of the compression mechanism 49 in the swinging direction of the movable element 21 is smaller than when the cylinder 42a is arranged outside the coil spring 30b. can do. Therefore, it is possible to reduce the size of the sealed casing 48 as a linear compressor, particularly to reduce the size of the movable element 21 in the swinging direction.
[0151]
  In the present embodiment, the dynamic vibration absorber 52 is formed in the upper space in the sealed casing 48, but the same effect can be obtained even if it is formed in the lower space in the sealed casing 48.
[0152]
  In this embodiment, the linear motor is arranged above the gravitational direction. However, the present invention can be similarly implemented even if the linear motor is arranged below the gravitational direction.
[0153]
【The invention's effect】
  As described above, the invention described in claim 1 has an effect of being able to achieve low cost and high efficiency.
[0154]
  Furthermore, high efficiency can be achieved as a compressor.Easy and high reliability can be ensuredThere is an effect.
[0155]
  Also,Claim 2The invention described in 1 is effective in that the amount of refrigerant used in the cooling system can be reduced and the efficiency of the entire system is improved.
[0156]
  Also,Claim 3The invention described in (1) has the effect that the sliding loss can be reduced to almost zero and the reliability such as the wear of the sliding portion is hardly present.
[0157]
  Also,Claim 4The invention described in (3) has the effect that sliding part wear can be prevented without using lubricating oil due to the self-lubricating effect.
[0158]
  Also,Claim 5The invention described in (3) has an effect that the wear of the sliding part can be prevented without using a lubricating oil due to the wear resistance of the ceramic material.
[0159]
  Also,Claim 6The invention described in 1 has an effect that the hermetic casing can be downsized as a linear compressor.
[0160]
  Also,Claim 7The invention described in (3) has an effect that the sliding loss can be reduced in addition to the reduction in size and cost of the flexure bearing.
[0161]
  Also,Claim 8The invention described in 1 has an effect that the vibration of the sealed casing can be reduced.
[0162]
  Also,Claim 9The invention described in 1 is effective in that the dynamic vibration absorber can be incorporated without increasing the size of the sealed casing.
[0163]
  Also,Claim 10The invention described in 1 is effective in that the weight of the dynamic vibration absorber can be increased without increasing the size of the sealed casing, and the vibration can be reduced at a low frequency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a linear motor according to Reference Example 1.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
3 is a schematic diagram showing the operating principle of the linear motor of Reference Example 1. FIG.
FIG. 4 is a plan view of the flexure bearing of Reference Example 1.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the current flow of the linear motor of Reference Example 1.
6 is a sectional view of a linear motor according to Reference Example 2. FIG.
[Fig. 7]Sectional view of a linear motor according to Reference Example 3
FIG. 8 shows a linear compressor according to the present invention.Embodiment 1Cross section of
FIG. 9 shows a linear compressor according to the present invention.Embodiment 2Sectional view of the main part of
FIG. 10 shows a linear compressor according to the present invention.Embodiment 3Sectional view of the main part of
FIG. 11 shows a linear compressor according to the present invention.Embodiment 4Cross section of
FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional linear compressor
13 is an enlarged view of the main part of FIG.
[Explanation of symbols]
  12a, 12b Magnet wire
  21 Mover
  22 Stator
  23 Fixed iron core
  23d, 23e, 23f Magnetic pole
  24 Movable iron core
  25a, 25b Magnet
  26a, 26b movable shaft
  28a, 28b flexure bearing
  29a, 29b, 29c, 29d Magnet
  30a, 30b coil spring
  31a, 31b Spring holder
  31c Almost sealed space
  33 cylinders
  35 ball joint
  36 piston
  37 Linear motor
  39a, 39d piston
  40 retractable rod
  42a, 42b cylinder
  47 Gas bearing
  47a Self-lubricating material
  47b Ceramic materials
  48 Sealed casing
  52 Dynamic vibration absorber
  53 weights
  54 Spring

Claims (10)

少なくとも2つの磁極を形成し、固定鉄心および前記固定鉄心に係着したマグネットワイヤを備えた固定子と、前記固定子の内側に位置し、可動鉄心とマグネットとを備えた可動子と、略板状の弾性材に形成された複数のアームによって前記可動子を揺動方向に揺動自在に支持するフレクシャベアリングを備え、前記固定子の内側に形成した磁極と、前記可動子の外周面とは、前記可動子の揺動方向の軸心を共有した略円筒形をなし、一端が前記可動子または前記可動子の軸心に延出形成された可動軸に係止され、他端が前記固定子に固定されたバネホルダーに係止されたコイルバネを備え、前記フレクシャベアリングは、前記可動子が磁気吸引力によって固定子に吸引される力を支持し、前記可動子と前記固定子が全周わたって一定隙間を確保する半径方向剛性を有し、前記フレクシャベアリング及び前記フレクシャベアリングよりも大きいばね定数を有する前記コイルバネの総和のばね定数と前記固定子や前記可動子の質量との関係で決まる共振周波数で運転されることを特徴とするリニアモータを搭載し、前記可動子と軸心を共有するシリンダと、前記シリンダ内に往復自在に挿入され、前記可動子と連結されたピストンとを備え、前記ピストンと前記可動子が、弾性体からなる可倒ロッドを介して連結されたリニアコンプレッサ。 A stator having at least two magnetic poles and having a fixed iron core and a magnet wire engaged with the fixed iron core; a mover having a movable iron core and a magnet located inside the stator; and a substantially plate A flexure bearing that supports the mover in a swinging direction by a plurality of arms formed on a cylindrical elastic material, and a magnetic pole formed on the inner side of the stator; an outer peripheral surface of the mover; Has a substantially cylindrical shape sharing the axis of the swinging direction of the movable element, one end is locked to the movable element or a movable shaft extending to the axial center of the movable element, and the other end is the A coil spring that is locked to a spring holder fixed to a stator, and the flexure bearing supports a force by which the mover is attracted to the stator by a magnetic attraction force, and the mover and the stator are A constant gap over the entire circumference A resonance frequency determined by a relationship between a spring constant of a sum of the coil springs having a radial rigidity to be maintained and a spring constant larger than that of the flexure bearing and the flexure bearing and a mass of the stator and the mover. A piston mounted with a linear motor that is operated , and that shares a shaft center with the mover; and a piston that is reciprocally inserted into the cylinder and connected to the mover. A linear compressor in which the mover is connected via a retractable rod made of an elastic body. 潤滑油を使用しない請求項1に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 1 , wherein no lubricating oil is used. 前記シリンダと前記ピストンとの摺動部をガスベアリング構成した請求項1または2に記載のリニアコンプレッサ。Linear compressor according to claim 1 or 2 the sliding portion between the cylinder and the piston is constituted by a gas bearing. 前記シリンダか前記ピストンの少なくとも一方に、自己潤滑性を有する材料を用いた請求項2に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 2 , wherein a self-lubricating material is used for at least one of the cylinder or the piston. 前記シリンダか前記ピストンの少なくとも一方に、セラミックス系材料を用いた請求項2に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 2 , wherein a ceramic material is used for at least one of the cylinder or the piston. 前記シリンダの少なくとも一部をコイルバネ内に挿入配置した請求項1から5のいずれか一項に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 1, wherein at least a part of the cylinder is inserted and disposed in a coil spring. 前記可動子の揺動方向を重力方向と一致させた請求項1から6のいずれか一項に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to any one of claims 1 to 6 , wherein a swinging direction of the mover coincides with a gravity direction. 前記可動子の揺動方向に弾性変形可能なバネと前記バネに取り付けたウエイトとからなる動吸振器を密閉ケーシングに取り付けた請求項7に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 7 , wherein a dynamic vibration absorber including a spring that is elastically deformable in a swinging direction of the mover and a weight attached to the spring is attached to the hermetic casing. 前記動吸振器を前記密閉ケーシング内の上部空間または下部空間の少なくとも一方に形成した請求項8に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 8 , wherein the dynamic vibration absorber is formed in at least one of an upper space and a lower space in the sealed casing. 前記動吸振器の前記ウエイトの形状は、前記密閉ケーシング内側に沿った略環状形状または略円弧形状である請求項8または9に記載のリニアコンプレッサ。The linear compressor according to claim 8 or 9 , wherein a shape of the weight of the dynamic vibration absorber is a substantially annular shape or a substantially arc shape along the inside of the sealed casing.
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