JP4358639B2 - リニアモータによって駆動される往復圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、冷却（冷凍）システムで使用され、シリンダ内で往復運動するピストンを提供する、リニアモータによって駆動される往復圧縮機に関する。本発明は、より詳細には、ピストンとピストンに組み合わされる共振システムとの間の結合に関する。

リニアモータによって駆動される往復圧縮機では、ガス吸込みおよびガス圧縮操作は、シリンダ内の各ピストンの軸方向の往復運動によって行われる。シリンダはシリンダヘッドで閉鎖され、密閉シェル内に取り付けられており、シリンダヘッド内には、シリンダに対してガスの吸込みおよび吐出しを制御する吸込みおよび吐出し弁が配置されている。ピストンは作動手段によって駆動され、作動手段は、圧縮機のシェルに固定されたリニアモータに動作可能に組み合わされた磁気構成要素（コンポーネント）を支持する。

いくつかの知られた構成では、各ピストン作動手段アセンブリは、圧縮機の密閉シェルに固定された共振ばねに連結されて、ピストンを軸方向に変位させる案内部として動作し、アセンブリ全体を所定の周波数で共振して作動させ、動作の際にリニアモータが十分な大きさで連続してエネルギーを圧縮機に供給できるようにする。

知られた一構成では、２つのコイルばねが作動手段に対して圧縮されて、作動手段の両側面に取り付けられている。ピストンは、作動手段および磁気構成要素と共に、圧縮機の共振アセンブリを形成し、共振アセンブリはリニアモータによって駆動され、往復直線運動を発生する機能を有し、シリンダ内のピストンの運動により、吸込み弁を介して入ったガスが吐出し弁を介して高圧側に吐出されることが可能になるまで、前記ガスに圧縮作用が加えられる。

圧縮されたコイルばねは、ピストンとの接触領域を形成する最後のコイルの形状に関係なく、最後のコイルがピストンとの接触を開始する領域内に圧縮力が集中した状態で、接触力を所定の周方向の接触延長部に沿って不均一に分配する。

知られた一解決法（米国特許第５５２５８４５号）では、コイルばねとピストンの間の結合部は、薄い円筒形のロッドを用意することによって実施され、ロッドは、ばねの横方向の運動を吸収するのに十分横方向に可撓性であるが、ピストンに軸方向の力を伝達するには軸方向に剛性である。

他の知られた構成では、コイルばねは、ピストンに連結された円板上に着座しており、それによって力を全てピストンに加えるようになされている。しかし、コイルばねは、軸方向の力の他に径方向の力をも生じ、軸方向の力自体は、ばねの対称軸と同心ではない。こうしたばねの欠陥によって、ピストンが摩擦を生じ、エネルギーをより多く消耗し、それによってリニア圧縮機の性能が損なわれる。

したがって、本発明の目的は、簡単な構成で相対運動を行う最低限の構成要素を備え、ピストンに対する横方向の力、作動手段への圧縮力の集中の影響、およびその結果生じる作動手段とピストンの両方への運動量を最小限に抑える、リニアモータで駆動される往復圧縮機を提供することである。

上記その他の目的は、リニアモータによって駆動される往復圧縮機によって達成される。この往復圧縮機は密閉シェルを備えており、その中には、モータおよびシリンダで形成された基準アセンブリと、シリンダ内で往復運動するピストンおよびピストンをモータに動作可能に結合する作動手段で形成される共振アセンブリと、共振アセンブリおよび基準アセンブリに取り付けられ、ピストンの変位方向に弾性的かつ軸方向に変形される２つのばね手段とが取り付けられており、前記圧縮機は、１つのばね手段（１０）の端部を他方のばね手段（１０）の端部に結合する取付要素、および一端がピストンに取り付けられ、反対側の端部が取付要素に取り付けられた結合要素を備え、前記取付要素は、取付要素に結合された２つのばね手段の端部を担持し、ピストンと共に軸方向に変位され、ピストンの変位方向に対して自由に横方向に変位され、前記結合手段は、軸方向の力をピストンと取付要素の間で伝達し、ピストンに加えられる径方向の力を最小限に抑えるように構成される。

本発明を以下に添付の図面を参照して説明する。

冷却システムで使用されるタイプのリニアモータで駆動され、密閉シェルを備える往復圧縮機に関して、本発明を説明する。密閉シェル内には、前記シェルの内部に固定され、リニアモータとシリンダ１とで形成された基準（リファレンス）アセンブリ、およびシリンダ１内で往復運動するピストン２、並びに、シリンダ１の外部にあると共にリニアモータが作動すると軸方向に移動する磁石４を担持する作動手段３で形成される共振アセンブリを備えるモータ圧縮機アセンブリが取り付けられ、前記作動手段３は、ピストン２をリニアモータに動作可能に（作動的に）結合し、ピストン２は図で示したように、ピストンの頂部分と管状本体部分を提供する。

図１で示した構成では、作動手段は環状円板５を担持し、環状円板５に対してピストン２が結合され、ピストン２は、ピストン２の下方部分を嵌めて固定するための下部ネック６を中央に画定する。ピストン２の下部環状フランジ２ａは、この嵌合位置で前記環状円板５の平坦な上面に接して着座する。

添付の図で示した圧縮機は、２つのばね手段１０も備えており、このばね手段１０は、一定の圧縮を受けて共振アセンブリおよび基準アセンブリに取り付けられ、ピストン２の変位方向に弾性的かつ軸方向に変形される。

図１では、各ばね手段１０は、一端がそれぞれ作動手段３の環状円板５に取り付けられ、反対側の端部がそれぞれ共振および基準アセンブリのうちの１つに取り付けられたコイルばねの形状をしている。

図１で示した実施形態では、シリンダ１は、一端が弁プレート７によって閉鎖されており、弁プレート７には吸込み弁８および吐出し弁９が設けられて、ピストン２の頂部と弁プレート７の間で画定された圧縮室２０と、それぞれシリンダヘッド３０の内側部分との間の選択的流体連通を可能にし、シリンダヘッド３０の内側部分はそれぞれ、圧縮機が結合された冷却システムの低圧側および高圧側と流体連通するように維持されている。

この構成では、ピストン２の動作中、各ばね手段１０が作動手段３に接触し着座する領域に反作用の圧縮力が加えられ、それによって、ピストン２に伝達される運動量が発生し、ピストン２の心ずれが生じて、時が経つにつれて前記ピストン２を磨耗させることになる。

本発明によれば、２つのばね手段１０は、互いに取付要素（部品）４０によって結合され、取付要素４０にそれぞれ２つのばね手段１０の隣接する端部が固定され、前記取付要素４０は、ピストン２と共に、かつ２つのばね手段１０の隣接する端部と共に軸方向に変位し、たとえばある限定された延長部によって、そこに結合された２つのばね手段１０の端部と共に、ピストン２の変位方向に対して横方向の平面内で自由に変位する。

取付要素４０は、２つのばね手段１０のうちの１つの隣接する端部を結合する第１の環状部分４１、および前記２つのばね手段１０のうちの他方の隣接する端部を結合する第２の部分４２を提供し、前記第１および第２の部分４１、４２は、軸方向に間隔をおいて、互いに固定され、共振アセンブリの軸方向の反対側に配置されており、共振アセンブリの一部は前記第１の部分４１を通って配置される。

取付要素４０は、結合要素５０によってピストン２に結合され、結合要素５０は、一端が前記ピストン２に取り付けられ、反対側の端部が取付要素４０に取り付けられており、前記結合要素５０は、ピストンと取付要素の間で軸方向の力をたとえば完全に伝達し、たとえば取付要素４０が横方向に変位する際に、ピストンに径方向の力が加えられるのを最小限に抑えるように構成されている。

図で示した実施形態では、第１の部分４１は、環状ハウジングを画定してばね手段の端コイルを受けて固定し、第２の部分４２は、他方のばね手段１０の隣接する端部のための環状ハウジングを画定する、シリンダ１に向けられた面の反対側の面から高くされた環状周縁部４３を提供する。

本発明によれば、取付要素４０の第１と第２の部分４１と４２の間の固定は、たとえば２対の剛性ピンなど剛性要素４４によって得られ、このピンは、たとえば作動手段３の環状円板内に設けられた貫通孔５ａによって、作動手段３を通って、径方向に間隙をおいて、互いに角度的に間隔をあけて取り付けられる。

図２から図３で示した実施形態では、第２の部分４２は、外面からピストン２の軸と同軸に結合要素５０を結合する円板を備える。結合要素５０は、図で示した実施形態では、細長い、比較的可撓性のロッドの形をしており、図２の任意選択の構成では、ロッドの端部がそれぞれピストン２および取付要素４０の第２の部分４２に固定され、図３の任意選択の構成では、ロッドの端部は関節式になっており、たとえば玉継手を介して、ピストン２および取付要素４０の第２の部分４２によって画定された部分に連結されている。

本発明によれば、結合要素５０はピストン２の本体の内部に配置されて、内側端部は前記ピストン２の頂部に結合され、外側端部は作動手段の平面からわずかに突き出たままになるようになされており、ピストン２に相対的柔軟性を提供するのに十分な所定の延長部を前記結合要素５０に画定している。

従来技術により構築された、コイルばねが作動手段の円板要素を圧縮し、作動手段が往復運動するリニアモータにピストンを結合しているところを表す、リニアモータで駆動されるタイプの密閉圧縮機を示す概略長手方向直径方向の断面図である。 図１で示したものと同様であるが、本発明の構成により得られた、ピストンとばね手段の間の結合部を表す、密閉圧縮機を示す概略長手方向直径方向の断面図である。 図１で示したものと同様であるが、本発明の他の構成により得られた、ピストンとばね手段の間の結合部を表す、密閉圧縮機を示す概略長手方向直径方向の断面図である。

Claims (12)

1. シェルを備えており、シェル内に、モータおよびシリンダ（１）によって形成された基準アセンブリと、シリンダ（１）内で往復運動するピストン（２）、およびピストン（２）をモータに動作可能に結合する作動手段（３）によって形成された共振アセンブリと、共振アセンブリおよび基準アセンブリに取り付けられ、ピストン（２）の変位方向に弾性的かつ軸方向に変形される２つのばね手段（１０）とが取り付けられた、リニアモータによって駆動される往復圧縮機にして、１つのばね手段（１０）の端部を他方のばね手段（１０）の端部に結合する取付要素（４０）と、一端がピストン（２）に取り付けられ、反対側の端部が取付要素（４０）に取り付けられた結合要素（５０）とをさらに備えており、前記取付要素（４０）は、取付要素（４０）に結合された２つのばね手段（１０）の端部を担持し、ピストン（２）と共に軸方向に変位でき、ピストン（２）の変位方向に対して自由に横方向に変位でき、前記結合要素（５０）は、軸方向の力をピストン（２）と取付要素（４０）との間で伝達し、ピストンに（２）加えられる径方向の力を最小限にするように構成されている、往復圧縮機であって、
   取付要素（４０）が、２つのばね手段（１０）のうちの１つの隣接する端部を結合する第１の環状部分（４１）と、他方のばね手段（１０）の隣接する端部を結合する第２の部分（４２）とを備え、前記第１および第２の部分（４１、４２）は、共振アセンブリの軸方向の反対側に配置されており且つ剛性要素（４４）によって軸方向に間隔をおいて互いに固定され、剛性要素（４４）は径方向に間隙をおいて作動手段（３）を通って取り付けられることを特徴とする往復圧縮機。
2. 結合要素（５０）は、細長い比較的可撓性のロッドの形であることを特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
3. 結合要素（５０）は、その端部がそれぞれ取付要素（４０）およびピストン（２）に固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復圧縮機。
4. 結合要素（５０）は、その端部がそれぞれ取付要素（４０）およびピストン（２）に関節式に連結されることを特徴とする請求項１または２に記載の往復圧縮機。
5. 結合要素（５０）は、その端部が、ピストン（２）および取付要素（４０）によって画定された部分に玉継手を介して連結されることを特徴とする請求項４に記載の往復圧縮機。
6. 共振アセンブリの一部は前記第２の部分（４２）を通って配置されることを特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
7. 結合要素（５０）が、取付要素（４０）の第２の部分（４２）に取り付けられることを特徴とする請求項６に記載の往復圧縮機。
8. ピストン（２）は、頂部分および管状部分を有しており、結合要素（５０）は、その延長部の一部がピストン（２）の本体部分内に配置され、一端がピストン（２）の頂部分に取り付けられることを特徴とする請求項７に記載の往復圧縮機。
9. 剛性要素（４３）は互いに角度的に間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項８に記載の往復圧縮機。
10. 作動手段（３）は環状円板（５）を担持し、環状円板（５）にピストン（２）が結合されることを特徴とする請求項１に記載の往復圧縮機。
11. 第２の部分（４２）は、外面からピストン（２）の軸と同軸に結合要素を結合する円板を備えることを特徴とする請求項１０に記載の往復圧縮機。
12. 第２の部分（４２）は、ばね手段（１０）の隣接する端部のためのハウジングを画定する、下面から高くされた環状周縁部を有することを特徴とする請求項１１に記載の往復圧縮機。

Images