JP4292085B2 - 位置センサおよびリニア圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、リニア圧縮機に適用可能であり且つ圧縮機アクチュエータの位置を検出するために使用される位置センサ、および位置センサを備えたリニア圧縮機に関するものである。

リニア圧縮機は、シリンダ・ボアの内部を軸線方向に移動するアクチュエータまたはピストンであって、冷却サイクル中に気体を圧縮する機能を有するアクチュエータまたはピストンを基本的に有している。この気体の出入りを許容するために、圧縮機は、吸込み弁と吐出し弁とを有するヘッドをさらに備えている。このヘッドは、アクチュエータ・ストロークの終端に位置している。

アクチュエータは磁気構成部品および共振ばねとともに、リニア・モータによって駆動される共振組立体を形成している。この共振組立体が直線運動を行い、アクチュエータの軸線方向の移動によって必要な気体の圧縮が行われる。

動作の変動または圧縮機の供給電圧の変動があると、共振組立体はその正規の移動コースから外れ、許容される限界を超えて移動するようになり、その結果アクチュエータが圧縮機ヘッドに衝突する。この異常によってノイズ、および圧縮機、特に弁ヘッド（バルブヘッド）の損傷が生じる。

アクチュエータがヘッドに損傷を与えないようにするために、モータに加える電圧レベルを制御することにより、またはボアの貫通したボディ内でのアクチュエータの移動を制御することにより、この問題の解決を試みることができる。

このアクチュエータの移動に対する制御は、センサがアクチュエータのヘッドへの衝突開始を検出すると信号を送るように、またはエネルギー供給を中断するように、センサをヘッド上に配置することよって実施してもよい。この解決策によってアクチベータの衝突は防止されるが、主にセンサに故障が発生した場合、アクチベータがヘッドに損傷を与えることは避けられない。

シリンダ・ボア内部においてアクチュエータの移動コースを制御するための予見される他の解決策としては、位置センサの使用が挙げられる。この位置センサは、通常、決められた制御点の近傍をアクチュエータが通過するのを検出する誘導変換器である。この解決策の欠点は、使用する装置のコストが高いこと、および装置を設置および維持するのが難しいことであり、そのため圧縮機の最終的なコストが高くなる。

ＰＩ ０００１４０４−４は、アクチュエータの動作が変化する瞬間にそれがヘッドに衝突するのを防止するために圧縮機ヘッドの近くに配置された位置センサであって、最高推奨点の近傍のアクチュエータの通過を信号で知らせることができる位置センサに関するものである。このセンサは導電材料で作成され、アクチュエータが接触したことを受け取ると制御回路に電気信号を出し、それによってアクチュエータが弁ヘッドに向かって進み続けるのを防止する。

しかしこの解決策を可能にするためには、アクチュエータがセンサに寄りかかるまで回路を開いた状態に維持することできるように、センサを圧縮機の他の部分（例えばシリンダ・ボアやヘッド）から絶縁しなければならない。ＰＩ ０００１４０４−４で言及されている実施例では、この絶縁を、センサが圧縮機またはヘッド全体と接触している部分に配置した、封止材および電気的不活性物質でできたジョイントによって実施することができる。この関係で、センサは、弁を構成し且つヘッド上に配置されるブレード（ｂｌａｄｅ）から作製される。

シーリング・ジョイントを使用するには、センサを有する弁ブレード、ヘッドおよびシリンダ・ボアの配置を適切に調整する必要がある。

ＰＩ ０１０１９７６−７に記載されているように、提案されている他の解決策は、吸込み弁から独立しているが同じ外形を有しているセンサ板を使用するものであり、この板の電気絶縁は、その上にエポキシまたはワニス・タイプ、あるいは電気抵抗特性を有する他のタイプの塗布層を設けることによって実施される。この解決策の主な欠点は、センサの位置全体に電気絶縁を必要とすること、およびセンサ板の領域により電流漏れの可能性があることである。

本発明の目的は、アクチュエータがその機能故障中にヘッドに衝突するのを防止するために、ヘッドおよび圧縮機弁近くのアクチュエータの位置を検出および制御することができるセンサを、圧縮機の製造コストを上昇させることなく提供することである。

本発明の目的は、シリンダ・ボア内を軸線方向に移動可能な圧縮機アクチュエータの位置を検出する際に特に使用可能なセンサであって、互いに連結可能なプローブおよび密封端子を有し、プローブがシリンダ・ボア内部に配置され、密封端子が制御回路に接続されているセンサによって達成され、またさらに、アクチュエータ、シリンダ・ボアおよびヘッドを備えたリニア圧縮機であって、アクチュエータがシリンダ・ボア内で軸線方向に移動可能であり、互いに連結可能なボアおよび密封端子を含む位置センサを有し、ボアがシリンダ・ボア内部に配置され、密封端子が制御回路に接続されたリニア圧縮機によっても達成される。
本発明の目的はまた、アクチュエータ、シリンダ・ボアおよびヘッドを備え、またアクチュエータがシリンダ・ボア内部を軸線方向に移動可能なリニア圧縮機であって、プローブおよび密封端子を含む位置センサを有し、この密封端子がヘッド内に配置され、プローブがシリンダ・ボア内部に位置付けられ、プローブおよび密封端子が、アクチュエータとプローブとの接触によって互いに連結可能であり、また密封端子が制御回路に接続されているリニア圧縮機によって達成される。

次に、本発明を図面に示した実施例を参照してさらに詳細に説明する。

図１に見られる好ましい実施例によれば、リニア圧縮機は、シリンダ・ボア３の内部を移動可能なアクチュエータ２、およびアクチュエータ２の移動コースの終端に配置され、吸込み弁１７および吐出し弁１７’を含むヘッド５を有している。

位置センサは、シリンダ・ボア３内部に配置されたプローブ４、制御回路８に接続された密封端子７を有している。

プローブ４は薄く可撓性があり、金属ブレードで構成することが可能であるが、円筒形の重くて大きい部品、または中空の部品で置き換えてもよいし、あるいは他の適切な形状を有していてもよい。このプローブ４は、第１の端部１１、接触突出部１０、接触領域９および第２の端部１２を有している。第１の端部１１はヘッド５とシリンダ・ボア３の間に固定されているが、第２の端部１２は係合されていない。

このプローブ４の固定に関する変形形態では、プローブ４それ自体がアクチュエータ２に取り付けられる。この場合、第１の端部１１がアクチュエータ２の表面に固定され、第２の端部１２はやはり固定または係合されない。

接触突出部１０は、プローブ４本体を曲げることによって形成される。この突出部１０は、密封端子７との整列を維持するように第１の端部１１と第２の端部１２の間に構成される。

接触領域９は第２の端部１２に構成され、また実質的に湾曲した外形を有し、それによってアクチュエータ２がこの領域９と接触している間の摩擦を小さくしている。

接触突出部１０および接触領域９は、異なる平面上に構成される。接触突出部１０は、詳細図Ａに示すようにヘッド５と常に接触しているため、ヘッド５に対する間隔は全くないが、接触領域９は、図１の詳細図Ｂに見られるように間隔ｈを有している。

密封端子７は、絶縁材１６で満たされ且つ圧縮機のヘッド５に構成された絶縁キャビティ１５内に配置されている。

図１の詳細図Ａによれば、密封端子７はキャビティ１５内の、シリンダ・ボア３の内部に面したヘッド５の表面に対して逆方向の距離（ｂａｃｋｓｅｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ）ｄだけ離れた位置に取り付けられている。このように、密封端子７のヘッド５上に対する位置決めは、端子７が接触突出部１０に対して整列するように行われるべきである。これはプローブ４と密封端子７が、接触突出部１０と密封端子７の接触によって互いに連結され得るためである。したがって接触突出部１０に接触すべき端子７の端部は、接触突出部１０の湾曲部が端子７のこの端部と十分な接触を得るように、平坦であり且つヘッド５の表面に対して平行であることが好ましい。しかし端子７のこの端部の形については、例えば、特にプローブ４の傾斜と一致する傾斜角度を有する傾斜面または面取りの形状など他の変形形態も予見される。

さらに密封端子７は、図１の詳細図Ｃに示すように、密封端子７およびヘッド５の両方と直列に接続された電圧源２１（好ましくは直流である）および抵抗２２を有する電気回路によって形成される制御回路８に接続されている。この回路の可能な変形形態の１つでは、電圧源２１および抵抗２２を端子７およびアクチュエータ２と直列に連結させることが予見される。

アクチュエータ２２がその軸線方向の移動においてヘッド５から決められた距離、すなわち第１の制御点６に達すると、アクチュエータ２はプローブ４の接触領域９に接触し、それを第１の制御点６から移動距離Ｈの位置に構成された第２の制御点６’まで移動させる。

接触領域９が第２の制御点６’に達すると、接触突出部１０は密封端子７と物理的に接触し、制御回路８との電気接触を形成する。このようにアクチュエータ２と接触領域９の接触は、接触突出部１０と密封端子７の接触と実質的に同時である。

制御回路８に形成された前記電気接触、すなわちアクチュエータ２が第１の制御点６および第２の制御点６’に達したことが示されることにより、抵抗２２の近傍の端子（図示せず）で測定される電圧レベルが論理レベル「０」から論理レベル「１」へ変化する。この変化は、この信号を解釈することが可能な電子回路をさらに含むことができる制御回路８に読み取られ、それによってアクチュエータ２の経路が補正され、したがってアクチュエータ２がヘッド５に衝突することが防止される（すなわち、ヘッド５へ向かうアクチュエータ２の最大移動が、第１の制御点６より下に戻るようにされる）。

アクチュエータ２のこの過度の移動が補正されると、接触領域９は再び第１の制御点６と同じレベルに配置される。そのために、好ましくは、プローブ４は、第１の制御点６から第２の制御点６’まで領域９がこのように移動する間にプローブ４が受けるこの変形の大きさを受け入れる弾性変形領域を有する材料から作られるべきである。これは、作用力がなくなった後、領域９が必ずその初期位置に戻るべき、すなわち第１の制御点６と一致すべきだからである。

したがって、このプローブ４を作成する際に使用する材料は、その形態および外形に関係なく、ヒステリシス、すなわちセンサの使用時間に伴う残留変形の影響を受けにくいものとすべきである。

本発明は、センサ板を圧縮機の他の構成要素から絶縁するためにセンサ板を塗装する必要性を満たしているという利点を有し、したがってプローブ４の絶縁の信頼性が増し、アクチュエータ２の位置全体についてより正確な制御が可能になる。

本発明の他の利点には、密封端子７が低コストであること、および市場での入手がきわめて容易であることがある。このため、適用された修正によって最終的な圧縮機組立体が高価になることはない。

好ましい実施例について説明してきたが、本発明の範囲は他の可能な変形形態を包含しており、可能な同等物を含む添付の特許請求の範囲の内容のみによって限定されることが理解されるべきである。

本発明のリニア圧縮機およびセンサの概略的な断面図である。

Claims (18)

1. 圧縮機のアクチュエータ（２）の位置を検出するのに使用可能なセンサであって、前記アクチュエータ（２）はシリンダ・ボア（３）内部を軸線方向に移動可能であるセンサにおいて、
   前記センサが、前記シリンダのヘッド（５）内に配置される密封端子（７）と、前記シリンダ・ボア（３）内部に配置されるプローブ（４）であって、前記ヘッド（５）および前記シリンダ・ボア（３）の間に固定された第１の端部（１１）、ならびに反対側の第２の端部（１２）を有するプローブ（４）とを有し、
   前記プローブ（４）が、前記アクチュエータ（２）と前記プローブ（４）の接触によって互いに連結可能であり、前記第１の端部（１１）および前記第２の端部（１２）の間に配置された接触突出部（１０）を有し、前記第２の端部（１２）が、実質的に湾曲した輪郭を有する接触領域（９）を有し、該接触領域（９）が、前記アクチュエータ（２）の端面から離れるように湾曲し、それによって前記アクチュエータ（２）の前記端面は、前記アクチュエータ（２）の移動の間、平行な態様で前記接触領域（９）に接触し、
   前記プローブ（４）および前記密封端子（７）が、前記アクチュエータ（２）と前記プローブ（４）の接触によって互いに連結可能であり、前記密封端子（７）が制御回路（８）に接続されており、
   前記密封端子（７）が、前記圧縮機ヘッド（５）内に構成される絶縁キャビティ（１５）内に位置付けられ、且つ前記ヘッド（５）から逆方向の距離（ｄ）の位置に配置される
   ことを特徴とするセンサ。
2. 前記プローブ（４）および前記密封端子（７）が、前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）との接触によって互いに連結可能であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）との前記接触が、前記制御回路（８）との電気接触を形成することを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
4. 前記接触領域（９）が前記アクチュエータ（２）によって接触可能であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ。
5. 前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）との前記接触が、前記アクチュエータ（２）と前記接触領域（９）との前記接触と実質的に同時であることを特徴とする請求項４に記載のセンサ。
6. 実質的に同時である前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）、および前記アクチュエータ（２）と前記接触領域（９）の前記接触が、実質的に第１の制御点（６）で生じることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
7. 実質的に同時である前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）、および前記アクチュエータ（２）と前記接触領域（９）の前記接触が、第２の制御点（６’）で生じることを特徴とする請求項６に記載のセンサ。
8. 前記制御回路（８）が、前記密封端子および前記ヘッド（５）の両方と直列に接続された電圧源（２１）および抵抗（２２）を含む電気回路を有しており、前記接触突出部（１０）が前記密封端子（７）に接触しているときに前記電気回路が閉じられる請求項７に記載のセンサ。
9. 前記制御回路（８）が、前記密封端子（７）および前記アクチュエータ（４）の両方と直列に接続された電圧源（２１）および抵抗（２２）を含む電気回路を有しており、前記接触突出部（１０）が前記密封端子（７）に接触しているときに前記電気回路が閉じられる請求項７に記載のセンサ。
10. アクチュエータ（２）、シリンダ・ボア（３）およびヘッド（５）を備えたリニア圧縮機であって、前記アクチュエータが前記シリンダ・ボア（３）内部を軸線方向に移動可能なリニア圧縮機において、
    前記リニア圧縮機が、プローブ（４）および密封端子（７）を含む位置センサを有し、
    前記密封端子（７）が前記ヘッド（５）内に配置され、前記プローブ（４）が前記シリンダ・ボア（３）内部に位置付けられ、
    前記プローブ（４）が、前記ヘッド（５）および前記シリンダ・ボア（３）の間に固定された第１の端部（１１）と、反対側の第２の端部（１２）とを有し、
    前記プローブ（４）が、前記第１の端部（１１）と前記第２の端部（１２）との間に配置された接触突出部（１０）を有し、前記第２の端部（１２）が、実質的に湾曲した輪郭を有する接触領域（９）を有し、該接触領域（９）が、前記アクチュエータ（２）の端面から離れるように湾曲し、それによって前記アクチュエータ（２）の前記端面は、前記アクチュエータ（２）の移動の間、平行な態様で前記接触領域（９）に接触し、
    前記プローブ（４）および前記密封端子（７）が、前記アクチュエータ（２）と前記プローブ（４）との接触によって互いに連結可能であり、前記密封端子（７）が制御回路（８）に接続されており、
    前記密封端子（７）が、前記圧縮機ヘッド（５）内に構成された絶縁キャビティ（１５）内に位置付けられ、且つ前記ヘッド（５）から逆方向の距離（ｄ）の位置に配置される
    ことを特徴とするリニア圧縮機。
11. 前記プローブ（４）および前記密封端子（７）が、前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）との接触によって互いに連結可能であることを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
12. 前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）との前記接触が、前記制御回路（８）との電気接触を形成することを特徴とする請求項１０に記載の圧縮機。
13. 前記接触領域（９）が前記アクチュエータ（２）によって接触可能であることを特徴とする請求項１２に記載の圧縮機。
14. 前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）との前記接触が、前記アクチュエータ（２）と前記接触領域（９）との前記接触と実質的に同時であることを特徴とする請求項１３に記載の圧縮機。
15. 実質的に同時である前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）、および前記アクチュエータ（２）と前記接触領域（９）の前記接触が、第１の制御点（６）で生じることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮機。
16. 実質的に同時である前記接触突出部（１０）と前記密封端子（７）、および前記アクチュエータ（２）と前記接触領域（９）の前記接触が、第２の制御点（６’）で生じることを特徴とする請求項１５に記載の圧縮機。
17. 前記制御回路（８）が、前記密封端子（７）および前記ヘッド（５）の両方と直列に接続された電圧源（２１）および抵抗（２２）を含む電気回路を有しており、前記接触突出部（１０）が前記密封端子（７）に接触しているときに前記電気回路が閉じられる請求項１６に記載の圧縮機。
18. 前記制御回路（８）が、前記密封端子（７）および前記アクチュエータ（２）の両方と直列に接続された電圧源（２１）および抵抗（２２）を含む電気回路を有しており、前記接触突出部（１０）が前記密封端子（７）に接触しているときに前記電気回路が閉じられる請求項１６に記載の圧縮機。

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