JP5098499B2 - Linear compressor for regenerative refrigerator - Google Patents
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Description
本発明は、リニアモータによって駆動されるピストンでガスを圧縮する蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a linear compressor for a regenerative refrigerator that compresses gas with a piston driven by a linear motor.
従来技術のリニア圧縮機は、機内部に往復動可能なピストンを備えた固定体と、固定体を継鉄部として磁気回路を形成する磁石と、ピストンに設けられ磁気回路の磁界内に配置されたコイルとを備えたリニアモータ圧縮機であって、固定体は、コイルの一側面に対向する第1の継鉄部分と、コイルの他側面に対向する第2の継鉄部分とを備えており、磁石は、第1の継鉄部分に設けられ第1の継鉄部分からコイルの一側面に向って突出する第1磁石と、第2の継鉄部分に設けられ第2の継鉄部分からコイルの他側面に向って突出する第2磁石とを備えている(例えば、特許文献1。)。 The linear compressor of the prior art is disposed in a magnetic field of a magnetic circuit provided in a piston, a fixed body having a piston that can reciprocate inside the machine, a magnet that forms a magnetic circuit using the fixed body as a yoke, and a piston. The fixed motor includes a first yoke portion facing one side of the coil and a second yoke portion facing the other side of the coil. And the magnet is provided in the first yoke portion and protrudes from the first yoke portion toward one side of the coil, and the second yoke portion is provided in the second yoke portion. And a second magnet protruding toward the other side of the coil (for example, Patent Document 1).
また、圧縮空間と膨張空間の間で作動ガスを移動させるディスプレーサと、リニアアクチュエータ(リニアモータ)によってシリンダ内を往復運動せしめるピストンとを備え、ピストンが往復運動することによりディスプレーサも往復運動して作動ガスの移動が生じるようにしたスターリング機関おいて、1本のシャフトの両端部にディスプレーサを1個ずつ固定するとともに、これらのディスプレーサの間にピストンを置き、このピストンが両側のディスプレーサに作用を及ぼすようにしたスターリング機関がある(例えば、特許文献2。)。
しかしながら、特許文献1によれば、第1の磁石と、コイルと、第2の磁石と、第2の継鉄部と、連結部と、第1の継鉄部から形成される磁気回路において、コイルが第1の磁石と第2の磁石との間にコイルを配置するため、第1の磁石と第2の磁石との間はコイルの厚さと、コイルが巻かれるボビンの厚さの両方を加えた厚さより大きな間隙を設けなければならず、この間隙が磁気回路の磁気抵抗となってリニアモータの効率を低下させて圧縮機の効率が低下する問題がある。
However, according to
また、特許文献2によれば、蓄冷型冷凍機の効率は、ガスの圧力損失やメカロスの少ない低い周波数で運転することが望ましい。一方、リニアアクチュエータは小さな力で多くの仕事をなさなければならないため、例えば60Hzと高い周波数で運転せざる得なく、冷凍機の効率が犠牲となる問題がある。
According to
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、蓄冷型冷凍機の高い冷凍効率が得られる運転周波数で、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a linear compressor for a regenerative refrigerator that is driven with high efficiency at an operating frequency at which high refrigerating efficiency of the regenerative refrigerator is obtained. Objective.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、
磁性材の外部ヨークにコイルを備える外部固定子と、前記外部固定子に対し往復動し、磁性材の内部ヨークにピストンを備える可動体と、前記内部ヨークまたは前記外部ヨークのいずれかに備えられる永久磁石と、を備えるリニアモータと、
前記可動体が摺動可能に外接するとともに、前記外部固定子の内周面側に挿嵌される非磁性材のシリンダを備えるシリンダ部と、
前記シリンダ部と前記ピストンとによって形成される圧縮空間と、
前記ピストンに対して反対側の前記可動体とシリンダ部とによって形成されるバッファ空間と、を有する蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機であって、
前記リニア圧縮機は、前記蓄冷型冷凍機の冷凍発生部に接続され、
前記リニア圧縮機の共振周波数を可変とする調整部材を前記可動体に付加し、
前記内部ヨークに孔を形成し、前記蓄冷型冷凍機運転周波数が、前記共振周波数より高い場合、前記シリンダ部に固定した磁性材の内部固定子を前記孔に往復動可能に挿入する、ことを特徴とする蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供する。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
An external stator having a coil on an external yoke of magnetic material, a movable body that reciprocates with respect to the external stator and having a piston on an internal yoke of magnetic material, and either the internal yoke or the external yoke. A linear motor comprising a permanent magnet;
A cylinder part including a cylinder of a non-magnetic material that is slidably circumscribed by the movable body and is fitted to the inner peripheral surface side of the external stator;
A compression space formed by the cylinder part and the piston;
A linear compressor for a regenerative refrigerating machine having a buffer space formed by the movable body and a cylinder portion opposite to the piston,
The linear compressor is connected to a refrigeration generator of the regenerator type refrigerator,
An adjustment member that makes the resonance frequency of the linear compressor variable is added to the movable body ,
A hole is formed in the internal yoke, and when the regenerative refrigerator operating frequency is higher than the resonance frequency, an internal stator made of a magnetic material fixed to the cylinder portion is removably inserted into the hole. A linear compressor for a regenerator type refrigerator is provided.
また、請求項2の発明は、調整部材およびピストンの少なくとも一つを非磁性体とした。 According to a second aspect of the present invention, at least one of the adjusting member and the piston is a non-magnetic material.
請求項1に記載の発明では、永久磁石を備えるリニアモータのコイルに交流電流を通電し、ピストンを備えた可動体を往復動させ、圧縮空間でガスを圧縮することにより、ピストンの往復動により生じる圧縮空間のガスバネと、バッファ空間のガスバネと、リニアモータによって生じる磁気バネとで合成される合成バネと、可動体の質量とが作用し合い振動系が形成される。このリニア圧縮機のバネ・質量の振動系は固有の共振周波数をもち、この共振周波数の近傍で運転すると可動体のストロークが大きくなり高い効率でガスを圧縮する。可動体の質量を増減するとリニア圧縮機の共振周波数は変わる。従って、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の周波数に合わせるように可動体の質量を増減でき、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, an alternating current is applied to a coil of a linear motor including a permanent magnet, a movable body including a piston is reciprocated, and a gas is compressed in a compression space. A vibration system is formed by the action of the combined spring formed by the gas spring in the compression space, the gas spring in the buffer space, and the magnetic spring generated by the linear motor, and the mass of the movable body. The spring / mass vibration system of this linear compressor has a unique resonance frequency. When operated near this resonance frequency, the stroke of the movable body becomes large and the gas is compressed with high efficiency. When the mass of the movable body is increased or decreased, the resonance frequency of the linear compressor changes. Therefore, the mass of the movable body can be increased or decreased so that the resonance frequency of the linear compressor matches the frequency of the regenerative refrigerator, and a linear compressor for a regenerative refrigerator that is driven with high efficiency can be provided.
また、外部ヨークと内部ヨークおよび外部ヨークと永久磁石とは、シリンダと、該シリンダと可動体との間隙とを介在し磁気回路が形成されており、シリンダのシリンダ肉厚を薄くすること、前記間隙の幅を微小にすることとで、外部ヨークと内部ヨークの間の磁気ギャップおよび外部ヨークと永久磁石の間の磁気ギャップは小さくでき、これらの磁気ギャップは従来技術のコイル可動型のリニアモータのコイル配置によって生じる磁気ギャップより小さくなり、従来技術のコイル可動型のリニアモータよりも効率が向上し、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機の効率が高くなる。 Further, the outer yoke and the inner yoke, and the outer yoke and the permanent magnet are formed with a magnetic circuit through a cylinder and a gap between the cylinder and the movable body, and the cylinder thickness of the cylinder is reduced, By minimizing the width of the gap, the magnetic gap between the outer yoke and the inner yoke and the magnetic gap between the outer yoke and the permanent magnet can be reduced. These magnetic gaps are the conventional coil-movable linear motors. This is smaller than the magnetic gap generated by the coil arrangement, improves the efficiency compared to the conventional coil movable linear motor, and increases the efficiency of the linear compressor for the regenerative refrigerator.
更に、蓄冷型冷凍機の運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合、内部ヨークに設けた孔に対して、シリンダ部に固定した磁性材の内部固定子を微小な間隙を持って往復動可能に挿入することで、内部ヨークに設けた孔の質量分、可動体の質量は減少し、リニア圧縮機の共振周波数は内部ヨークに孔を設けない場合より高くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機の運転周波数に合わせることが出来る。従って、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供できる。 Furthermore , when the operating frequency of the regenerative refrigerator is higher than the resonance frequency of the linear compressor, the magnetic material internal stator fixed to the cylinder part reciprocates with a small gap from the hole provided in the internal yoke. By movably inserting, the mass of the hole provided in the inner yoke and the mass of the movable body are reduced, and the resonance frequency of the linear compressor becomes higher than when no hole is provided in the inner yoke. It can be adjusted to the operating frequency of the type refrigerator. Therefore, it is possible to provide a linear compressor for a regenerative refrigerator that is driven with high efficiency.
内部固定子は磁性材であるのでリニアモータの磁束は、内部ヨークと内部固定子との間の間隙と、内部固定子とを通過し、磁気飽和を起すようなことはほとんどない。シリンダのシリンダ肉厚を薄くすること、シリンダと可動体との間隙の幅を微小にすることとで、請求項1と同じ理由で外部固定子と可動体の間の磁気抵抗は小さくなり、また内部ヨークと内部固定子の間隙を微小にすることにより、該間隙による磁気抵抗も小さくなり、従来技術のコイル可動型のリニアモータよりも効率が向上し、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機の効率が高くなる。
Since the internal stator is a magnetic material, the magnetic flux of the linear motor hardly passes through the gap between the internal yoke and the internal stator and the internal stator and causes magnetic saturation. By reducing the cylinder wall thickness of the cylinder and reducing the width of the gap between the cylinder and the movable body, the magnetic resistance between the external stator and the movable body is reduced for the same reason as in
また、請求項2に記載の発明では、調整部材およびピストンの少なくと一つが非磁性体
あることにより、調整部材およびピストンの少なくとも一つは磁束が流れ難く、無駄な漏
れ磁束が少なくなるので、蓄冷冷凍機用のリニア圧縮機の効率が高くなる。
Further, in the invention according to
以下に本発明の実施例の図面を参照しつつ詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings of the embodiments of the present invention.
(実施例1)
図1は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が内部ヨークに設けられる場合を示す。詳しくは、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせる調整を示す図である。
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view in which a refrigeration generator is connected to a linear compressor for a regenerative refrigerator according to the present invention, and shows a case where a permanent magnet is provided on an internal yoke. In detail, it is a figure which shows the adjustment which adjusts the resonance frequency of a linear compressor to the operating frequency which makes the refrigerating efficiency of a cool storage type refrigerator high.
蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より低い場合に対応する共振周波数の調整を示す図である。 It is a figure which shows adjustment of the resonance frequency corresponding to the case where the operation frequency which raises the refrigerating efficiency of a cool storage type refrigerator is lower than the resonance frequency of a linear compressor.
蓄冷型冷凍機20aは、リニア圧縮機20に冷凍発生部18が接続され、リニア圧縮機20は、シリンダ部1と、シリンダ部1に外嵌するリニアモータ5の外部固定子6と、シリンダ部1に摺動可能に挿入されるリニアモータ5の可動体10とから構成される。
The regenerative refrigerator 20a has a
シリンダ部1は、円筒状のシリンダ2と、円筒状のシリンダ2の両端にそれぞれ気密に固着されるヘッド3と、キャップ4とから構成され、ヘッド3はガスが流動する流路孔3aを備える。
The
リニアモータ5の外部固定子6は、磁性材の外ヨーク8とコイル7を備える。外ヨーク8は、断面が略コの字状の形状をしており、外ヨーク8がシリンダ2の外周面にリング形状に外嵌固定される。コイル7は、シリンダ2の軸周りに導線が巻かれ、外ヨーク8の略コの字状の溝に装着される。尚、上記したリニアモータ5の外部固定子6においては、磁性材の外ヨーク8を径軸方向に2分割しても良い。
The
リニアモータ5の可動体10は、略円柱形状の磁性材の内部ヨーク11と、内部ヨーク11の中央外周に設けた溝に接着された円筒状の永久磁石12と、内部ヨーク11に配備されるピストン13と、調整部材14とが設けられる。永久磁石12は、径方向に、例えば外周面側がN極、内周面側がS極に磁化される。内部ヨーク11の両端の凸部には、それぞれ非磁性材のピストンと非磁性材の調整部材14が篏合固定される。また、内部ヨーク11の両端側の外周面には樹脂摺動材のライダリング11aが接着され、ライダリング11aの外周面は、シリンダ2の内周面に対し微小な間隙(例えば略0.02mm)を持って挿入されスムーズに摺動できるとともに、内部ヨーク11と、永久磁石12と、ピストン13と、調整部材14のそれぞれの外周面がシリンダ2の内周面に接触するの防ぐ。
The
ピストン13は、樹脂摺動材のピストンリング13aが設けられ、ピストン13と、ピストンリング13aと、シリンダ部1とから圧縮空間15が形成される。また、シリンダ部1と、調整部材14を備えた可動体10と、ピストンリング13aとからバッファ空間16が形成される。
The
圧縮空間15は、ヘッド3の流路孔3aから配管17を介して、例えば、スターリング冷凍機やパルス冷凍機などの蓄冷型冷凍機20aの冷凍発生部18に接続され、シリンダ部1内にはヘリウムが充填される。
The
図2は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が内部ヨークに設けられる場合を示す。詳しくは、蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合に対応する共振周波数の調整を示す図である。図2において、外部固定子、シリンダ部およびその構成部材は、図1と同じであるので、図1と同一の符号を付す。 FIG. 2 is a cross-sectional view in which a refrigeration generating unit is connected to a linear compressor for a regenerative refrigerator according to the present invention, and shows a case where a permanent magnet is provided in an internal yoke. In detail, it is a figure which shows adjustment of the resonant frequency corresponding to the case where the operating frequency which makes the refrigerating efficiency of a cool storage type refrigerator high is higher than the resonant frequency of a linear compressor. In FIG. 2, the external stator, the cylinder portion, and the constituent members thereof are the same as those in FIG.
図2に示される蓄冷型冷凍機40aのリニア圧縮機40が図1のリニア圧縮機20と異なる点は、リニアモータ35の可動体30の構造が異なることと、新たに内部固定子34が設けられたことである。即ち、磁性材の内部ヨーク31は、貫通する孔31bが設けられ、孔31bの内周面に対し微小な間隙(例えば、略0.05mm)を持って磁性材の内部固定子34が挿入され、内部固定子34はキャップ4の凹部に固定される。
The
内部ヨーク31の一端側の凸には、非磁性材のピストン33が篏合固定され、ピストン33には樹脂摺動材のピストンリング33aが設けられる。また、内部ヨーク31の外周側には、図1の内部ヨーク11と同様に2つ割りで同じよに磁化された永久磁石32と、樹脂摺動材のライダリング31aが接着される。このようにして可動体30は、ライダリング31aを備えた内部ヨーク31と、永久磁石32と、ピストンリング33aを備えたピストン33とから構成される。
A
ピストン33とヘッド3側のシリンダ部1との間に圧縮空間15が形成され、キャップ4側のシリンダ部1と、可動体30の内部ヨーク31と、内部固定子34との間にバッファ空間36が形成される。
A
尚、内部固定子34のピストン33側の端面が図2の2点鎖線で示されるように短く、且つ可動体30がフルストローク移動してもピストン33の背面に当らない場合は、ピストン33の背部の空間33bを設けなくてもよい。
If the end face of the
次に、実施例1の作用と効果について説明する。 Next, the operation and effect of the first embodiment will be described.
図1においてコイル7が無通電の場合、可動体10は、永久磁石12により図示の中立位置に保持される。コイル7に電流を流すと、図示の太線の閉じた磁束が生じ、可動体10は矢印A方向に移動する。電流の流れ方向を反対にすると、磁束の方向も変わり、矢印Aと反対の方向に移動する。つまりコイル7に交流電流を通電すると、可動体10が往復動し、圧縮空間15でヘリウムが圧縮、膨張され、圧縮空間15のヘリウムは配管17を介して蓄冷型冷凍機20aの冷凍発生部18へ往復流動を繰り返し、冷凍発生部18で冷凍を発生する。
In FIG. 1, when the
可動体10は、圧縮空間15のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、バッファ空間16のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、永久磁石12の磁気バネとを合成した合成バネとにより振動系を形成し、固有の共振周波数を持つ。
The
図2のリニア圧縮機40も図1のリニア圧縮機20と同様に、コイル7に交流電流を通電すると、可動体30が往復動し、蓄冷型冷凍機40aの冷凍発生部18で冷凍を発生する。また、可動体30も、圧縮空間15で生じるガスバネと、バッファ空間36で生じるガスバネと、永久磁石32の磁気バネとを合成した合成バネとにより振動系を形成し、固有の共振周波数を持つ。
As in the
リニア圧縮機20、40は共に、共振周波数の近傍で稼動すると可動体10、30のストロークが大きくなり、圧縮効率が高くなり、可動体10、30の質量を変えるとリニア圧縮機20、40の共振周波数はそれぞれ変わる。
When both
蓄冷型冷凍機20a、40aの冷凍発生部18の冷凍効率を高くする運転周波数は、必ずしもリニア圧縮機20、40の効率を高くする共振周波数とが合うとは限らず、リニア圧縮機20、40の共振周波数を高い冷凍効率が得られる冷凍機の運転周波数に合わせるとリニア圧縮機20、40の消費電力が少なく、蓄冷型冷凍機20a、40aの冷凍発生部18で発生する冷凍量は大きくなる。
The operating frequency for increasing the refrigeration efficiency of the
従って、蓄冷型冷凍機20aの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機20の共振周波数より低い場合は、可動体10の調整部材14を配設したり、調整部材14の質量を大きくすることで、可動体10の質量が増加でき、可動体10の共振周波数は低くなり、該共振周波数は蓄冷型冷凍機20aの冷凍効率を高くする運転周波数に合うとともに、リニア圧縮機の圧縮効率が高くなる。
Therefore, when the operating frequency for increasing the refrigeration efficiency of the regenerative refrigerator 20a is lower than the resonance frequency of the
蓄冷型冷凍機20aの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機20の共振周波数より高い場合は、可動体10に調整部材14の質量を小さくしたり、調整部材14を取除いたり、あるいはピストン53の背面に空間を配備してピストン53の質量を小さくすることにより、可動体10の質量が減少でき、可動体10の共振周波数は高くなり、該共振周波数は蓄冷型冷凍機20aの冷凍効率を高くする運転周波数に合うとともに、リニア圧縮機の圧縮効率が高くなる。
When the operating frequency for increasing the refrigerating efficiency of the regenerator 20a is higher than the resonance frequency of the
以上により、リニア圧縮機20の共振周波数を蓄冷型冷凍機20aの冷凍効率を高くする周波数に合わせるように可動体10の質量を調整でき、蓄冷型冷凍機20aの高い冷凍効率が得られる運転周波数で、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機20を提供する。
As described above, the mass of the
また、蓄冷型冷凍機40aの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機40の共振周波数より高い場合は、内部ヨーク31に設けた孔31bに対して、シリンダ部1に固定した磁性材の内部固定子34を微小な間隙を持って往復動可能に挿入する。従って、挿入することで、内部ヨーク31に設けた孔31bの質量分、可動体30の質量は減少し、リニア圧縮機40の共振周波数は内部ヨーク31に孔31bを設けない場合より高くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機40aの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることが出来る。従って、蓄冷型冷凍機40aの高い冷凍効率が得られる運転周波数で、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機40を提供できる。
In addition, when the operating frequency for increasing the refrigerating efficiency of the regenerator 40a is higher than the resonance frequency of the
図2に示すように、ピストン33の背面に空間33bを設けて、可動体30の質量を小さくして、リニア圧縮機40の共振周波数を調整しても良い。
As shown in FIG. 2, a space 33 b may be provided on the back surface of the
磁気回路の観点から見ると、外部ヨーク8と内部ヨーク11(図1)、31(図2)と、外部ヨーク8と永久磁石12(図1)、32(図2)とは、シリンダ2と、シリンダ2と可動体10(図2)、30(図3)とのそれぞれの間隙とを介在して磁気回路が形成されており、シリンダ部1のシリンダ2の肉厚を薄くすること、シリンダ2と可動体10(図1)、30(図2)との間のそれぞれの間隙を小さくすることで、外部ヨーク8と内部ヨーク11、31のそれぞれ磁気ギャップG1(図1、図2)、外部ヨーク8と永久磁石12、32の磁気ギャップG1(図1、図2)は小さくなり、磁気ギャップG1は従来技術のコイル可動型のリニアモータのコイル配置によって生じる磁気ギャップより小さくなる。また、内部固定子34は磁性材であるのでリニアモータ35の磁束は、内部ヨーク31と内部固定子34の間隙と、内部固定子34とを通過し、磁束が飽和することはほとんど起こらない。内部ヨーク31と内部固定子34の間隙も微小であり、この間隙に基づく磁気ギャップG2(図2)による磁気抵抗も小さいので、この場合の磁気回路の磁気抵抗は内部固定子34に孔31bがない場合とほぼ同じある。従って、内部固定子34に孔31bがない場合と、孔31bがある場合のいずれの場合も、従来技術のコイル可動型のリニアモータより磁気回路の磁気抵抗が小さく、リニアモータ5、35の効率は従来技術より高くなる。
From the viewpoint of the magnetic circuit, the
また、永久磁石12、32がシリンダ部1の内部の可動体10、30に配備されるのでリニアモータ5、35が小型になる。
Further, since the
調整部材14およびピストン13、33の少なくと一つが非磁性体であることにより、調整部材14およびピストン13、3の少なくと一つは磁束が流れ難く、無駄な漏れ磁束が少なくなるので、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機20、40の効率が高くなる。
Since at least one of the
尚、ピストン13、33にはピストンリング13a、33aを設けてガスをシールするが、ピストンリング13a、33aを設けずピストン13、33に樹脂摺動部材のリング(図示せず)を接着し、リングの外周面とシリンダ2の内周面の間隙を微小にしたクリアランスシール方式でガスをシールしてもよい。この場合、内部ヨーク11、31のピストン側に設けたライダリング11a、31aは設けなくてもよい。
The
また、バッファ空間16、36側の可動体10、30の端部をシリンダ部1に固定された板バネ(図示せず)で可動体10,30とシリンダ2が同心になるように支持してもよい。この場合、前述の合成バネは、新たに板バネが加わり、板バネと、圧縮空間15のガスバネと、バッファ空間16、36のガスバネと、磁気バネとを合成したものになる。また、可動体10、30は、ガスシールをクリアランスシールにし、支持を板バネで支持することで、内部ヨーク11、31に接着したライダリング11a、31aを設けないように構成してもよい。
Further, the end portions of the
(実施例2)
図3は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が外部ヨークに設けられた場合を示す。詳しくは、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせる調整を示す図である。
(Example 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view in which a refrigeration generator is connected to a linear compressor for a regenerative refrigerator according to the present invention, and shows a case where a permanent magnet is provided on an external yoke. In detail, it is a figure which shows the adjustment which adjusts the resonance frequency of a linear compressor to the operating frequency which makes the refrigerating efficiency of a cool storage type refrigerator high.
図4は図3のBB断面を示し、図5は図3のCC断面を示す。 4 shows a BB cross section of FIG. 3, and FIG. 5 shows a CC cross section of FIG.
図3の蓄冷型冷凍機60aが図1の蓄冷型冷凍機20aと異なる点は、リニア圧縮機60のリニアモータ55の永久磁石52a、52b、52c、52dを外部ヨーク58に設けたことであり、図1と異なる構成について図3、図4、図5を参照しつつ説明する。図1と同じ形状の部位は、図1の符号と同じ符号を付す。
3 differs from the regenerative refrigerator 20a of FIG. 1 in that the
リニアモータ55は、シリンダ2に挿嵌された外部固定子56と、シリンダ2に摺動可能に外接する可動体50とを備える。
The linear motor 55 includes an
外部固定子56は、外形が四角で内側に突出し互いに対向するティース部58a(図4)、58b(図4)を有する磁性材の磁性鋼板を多数枚積層した外部ヨーク58と、外部ヨーク58のティース部58a、58bにそれぞれ巻かれたコイル57a、57bと、ティース部58aの端部に設けられた円弧状の永久磁石52a、52bと、ティース部58bの端部に設けられた永久磁石52c、52dとから構成される。永久磁石52a、52b、52c、52dの外周面は、それぞれティース部58a、58bに接着材などで固定され、内周面もシリンダ2の外周面に接着材などで固定される。永久磁石52a、52bの外周面はそれぞれS極、N極に、そして内周面はそれぞれN極、S極に磁化され、永久磁石52c、52dの外周面はそれぞれN極、S極に、そして内周面はそれぞれS極、N極に磁化される。
The
外部固定子56の軸方向の内周側の両端には、外部固定子56の位置を固定するストッパ59がシリンダ2の外周面に点溶接などで固定される。
可動体50は、磁性材の円柱状の内部ヨーク51と、内部ヨーク51の両端の凸部に篏合固定した非磁性材のピストン53と、可動体50の質量を調整する非磁性材の調整部材54と、内部ヨーク51の両端側の外周面に接着される樹脂摺動材のライダリング51aと、ピストン53に設けられる樹脂摺動材のピストンリング53aとから構成される。可動体50は、シリンダ2の内周面をスムーズに摺動するようにシリンダ2とライダリング51aとは微小な間隙(例えば、略0.02mm)を持って挿入される。
The movable body 50 includes a columnar
図6は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が外部ヨークに設けられた場合を示す。詳しくは、蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合に対応する共振周波数の調整を示す図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view in which a refrigeration generating unit is connected to a linear compressor for a regenerative refrigerator according to the present invention, and shows a case where a permanent magnet is provided on an external yoke. In detail, it is a figure which shows adjustment of the resonant frequency corresponding to the case where the operating frequency which makes the refrigerating efficiency of a cool storage type refrigerator high is higher than the resonant frequency of a linear compressor.
図7は図6のDD断面を示し、図8は図6のEE断面を示す。 7 shows the DD cross section of FIG. 6, and FIG. 8 shows the EE cross section of FIG.
図6の蓄冷型冷凍機80aが図3の蓄冷型冷凍機60aと異なる点は、リニア圧縮機60のリニアモータ65の可動体70の構造が異なることと、新たに内部固定子74が設けられたことである。図3と異なる構成について図6、図7、図8を参照しつつ説明する。図3と同じ形状の部位は、図3の符号と同じ符号を付す。
6 differs from the regenerative refrigerator 60a of FIG. 3 in that the structure of the
磁性材の内部ヨーク71は、貫通する孔71bが篏合固定され、孔71bの内周面に対し微小な間隙(例えば、略0.05mm)を持って磁性材の内部固定子74が挿入され、内部固定子74はキャップ4の凹部に固定される。
The
内部ヨーク71の一端側の凸には、非磁性材のピストン73が設けられ、ピストン73の外周面には樹脂摺動部材のピストンリング73aが設けられ.また、内部ヨーク71の外周側には、図3の内部ヨーク11と同様に樹脂摺動部材のライダリング71aが接着される。このようにして可動体70は、ライダリング71aを備えた内部ヨーク71と、ピストンリング73aを備えたピストン73とから構成される。
A
尚、内部固定子74のピストン73側の端面が図6の2点鎖線で示されるように短く、且つ可動体70がフルストローク移動してもピストン73の背面に当らない場合は、ピストン73の背部の空間73bを設けなくてもよい。
If the end face of the
次に、実施例2の作用と効果について説明する。 Next, the operation and effect of the second embodiment will be described.
図3〜図5において、内部ヨーク51の図3の左端側(BB断面側)と永久磁石52a、52cでは、図4に示すようにコイル57a、57bを流れる電流よって生じる磁束Φi1の方向が永久磁石52a、52cの磁束Φm2の方向と同じであると左端側の間隙の磁束はΦi1+Φm1となり強まる。一方、内部ヨーク51の図3の右端側(CC断面側)と永久磁石52b、52dでは、図5に示すようにコイル57a、57bを流れる電流よって生じる磁束Φi2の方向は永久磁石52b、52dの磁束Φm2の方向に対し反対方向であるので、右端側の間隙の磁束は(Φi2−Φm2)となり弱まる。この結果、内部ヨーク51の左端側の間隙の磁束が右端側の間隙の磁束のより大きくなりA方向(図3)に可動体50が移動する。
3-5, at the left end side (BB cross section side) of FIG. 3 of the
コイル57a、57bを流れる電流の向きが逆方向になると、電流よって生じる磁束Φi1の方向は前述と逆の方向で、左端側の間隙の磁束はΦi1−Φm1となり弱まり、右端側の間隙の磁束は(Φi2+Φm2)となり強まる。結果、内部ヨーク51の左端側の間隙の磁束が右端側の間隙の磁束より小さくなり、図示のA方向の反対方向に可動体50が移動する。つまり、コイル57a、57bに交流電流を流すことで、内部ヨーク51右端側と左端側の間隙の磁束に偏りを生じ、内部ヨーク51、即ち可動体50が往復動する。
When the direction of the current flowing through the
図6〜図8においても図3〜図5と同じように、コイル57a、57bに交流電流を流すと、図7に示すようにリニアモータ65の左端側(DD断面側)の磁束が(電流による磁束Φi3+永久磁石52a、52cによる磁束Φm3)なり、図8に示すように右端側(EE断面側)の磁束は(電流による磁束Φi4−永久磁石52b、52dによる磁束Φm4)にる。電流の向きが変わると、左端側のギャップの磁束は(Φi3−磁束Φm3)、右端側のギャップの磁束は(Φi4+Φm4)になり、内部ヨーク71の右端側と左端側のギャップの磁束に偏りを生じ、内部ヨーク71、即ち可動体70が往復動する。
6 to 8, as in FIGS. 3 to 5, when an alternating current is passed through the
図6が図3と異なる点は、内部ヨーク71を流れる磁束が内部ヨーク71と内部固定74との間の磁気ギャップG2と、内部固定74を流れることである。即ち、図6の場合は内部ヨーク51と内部固定74との間の磁気ギャップG2があるが、図3では内部固定74がないのでこの磁気ギャップG2はないが、内部ヨーク51と内部固定74との間の間隙の幅は、微小であるので磁気ギャップG2の磁気抵抗は小さく磁気回路の磁束にはほとんど影響しない。
6 is different from FIG. 3 in that the magnetic flux flowing through the
図1と、図3の場合と同様に、図3のリニア圧縮機60と、図6のリニア圧縮機80は、それぞれ可動体50、70が圧縮空間15(図3、図6)のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、バッファ空間16(図3)、バッファ空間36(図6)のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、永久磁石52a、52b、52、52dの磁気バネとを合成した合成バネとにより振動系を形成し、それぞれ固有の共振周波数を持ち、可動体50、70の質量を変えるとこの共振周波数はそれぞれ変わる。
As in the case of FIG. 1 and FIG. 3, the
図1の蓄冷型冷凍機20aと同様の理由により、リニア圧縮機60の共振周波数を蓄冷型冷凍機60aの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせるように可動体50の質量を調整でき、蓄冷型冷凍機60aの高い冷凍効率が得られる運転周波数で高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機60を提供できる。
For the same reason as the cold storage type refrigerator 20a of FIG. 1, the mass of the movable body 50 can be adjusted so that the resonance frequency of the
図3の蓄冷型冷凍機60aの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機60の共振周波数より低い場合は、可動体50に調整部材54を配設することで、可動体50の質量が増加するので可動体50の共振周波数は低くなり、該共振周波数は蓄冷型冷凍機60aの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることができる。
When the operating frequency for increasing the refrigeration efficiency of the regenerator type refrigerator 60a of FIG. 3 is lower than the resonance frequency of the
図2の蓄冷型冷凍機40aと同様、図6の蓄冷型冷凍機80aの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機80の共振周波数より高い場合は、内部ヨーク71に設けた孔71bに対して、シリンダ部1に固定した磁性材の内部固定子74を微小な間隙を持って往復動可能に挿入する。従って、挿入することで、内部ヨーク71に設けた孔71bの質量分、可動体70の質量は減少し、リニア圧縮機80の共振周波数は内部ヨーク71に孔71bを設けない場合より高くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機80aの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることが出来る。従って、蓄冷型冷凍機80aの高い冷凍効率が得られる運転周波数で高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機80を提供できる。
As in the case of the regenerator type refrigerator 40a of FIG. 2, when the operating frequency for increasing the refrigerating efficiency of the regenerator type refrigerator 80a of FIG. On the other hand, an
図6に示すように、ピストン73の背面に空間73bを設けて、可動体70の質量を小さくして、リニア圧縮機80の共振周波数を調整しても良い。
As shown in FIG. 6, a space 73 b may be provided on the back surface of the
磁気回路の関点から見ると、永久磁石52a、52b、52c、52dと内部ヨーク51(図3)、71(図6)とは、それぞれのシリンダ2(図3、図6)と、シリンダ2と内部ヨーク51、71とのそれぞれの間隙とを介在して磁気回路が形成されており、シリンダ部1のシリンダ2の肉厚を薄くすること、シリンダ2と内部ヨーク51、71のそれぞれの間隙を小さくすることとで、外部ヨーク8と内部ヨーク51、71の間の磁気ギャップG1(図3、図6)は小さくなり、磁気ギャップG1は従来技術のコイル可動型のリニアモータのコイル配置によって生じる磁気ギャップより小さくなる。また、内部固定子74は磁性材であるのでリニアモータ65の磁束は、内部ヨーク71と内部固定子74の間隙と、内部固定子74とを通過し、磁束が飽和することはほとんど起こらない。また、内部ヨーク31と内部固定子34の間隙も微小であり、この間隙に基づく磁気ギャップG2による磁気抵抗も小さいので、磁気回路の磁束にはほとんど影響をおよばさない。従って、内部固定子74に孔71bがない場合と、孔71bがある場合のいずれの場合も、従来技術のコイル可動型のリニアモータより磁気回路の磁気抵抗が小さく、リニアモータ55および65の効率は向上し、効率の高いリニア圧縮機用のリニアモータ55、65を提供できる。
From the point of view of the magnetic circuit, the
また、永久磁石52a、52b、52c、52dはシリンダ2に挿嵌される外部固定子6に配備されるので、ファン(図示せず)などで強制的に冷却でき、永久磁石52a、52b、52c、52dの温度上昇による保持エネルギーの劣化を防げる。
Further, since the
調整部材54およびピストン53、73の少なくと一つが非磁性体であることにより、調整部材54およびピストン53、73の少なくと一つは磁束が流れ難く、無駄な漏れ磁束が少なくなるので、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機60、80の効率が高くなる。
Since at least one of the adjusting member 54 and the
1 シリンダ部
2 シリンダ
5、35、55、65 リニアモータ
6、56 外部固定子
7、57a、57b コイル
8、58 外部ヨーク
10、30、50、70 可動体
11、31、51、71 内部ヨーク
12、32、52a、52b、52c、52d 永久磁石
13、33、53、73 ピストン
14、54 調整部材
15 圧縮空間
16、36 バッファ空間
18 冷凍発生部
20、40、60、80 リニア圧縮機
20a、40a、60a、80a 蓄冷型冷凍機
31b、71b 孔
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記可動体が摺動可能に外接するとともに、前記外部固定子の内周面側に挿嵌される非磁性材のシリンダを備えるシリンダ部と、
前記シリンダ部と前記ピストンとによって形成される圧縮空間と、
前記ピストンに対して反対側の前記可動体とシリンダ部とによって形成されるバッファ空間と、を有する蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機であって、
前記リニア圧縮機は、前記蓄冷型冷凍機の冷凍発生部に接続され、
前記リニア圧縮機の共振周波数を可変とする調整部材を前記可動体に付加し、
前記内部ヨークに孔を形成し、前記蓄冷型冷凍機運転周波数が、前記共振周波数より高い場合、前記シリンダ部に固定した磁性材の内部固定子を前記孔に往復動可能に挿入する、ことを特徴とする蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機 An external stator having a coil on an external yoke of magnetic material, a movable body that reciprocates with respect to the external stator and having a piston on an internal yoke of magnetic material, and either the internal yoke or the external yoke. A linear motor comprising a permanent magnet;
A cylinder part including a cylinder of a non-magnetic material that is slidably circumscribed by the movable body and is fitted to the inner peripheral surface side of the external stator;
A compression space formed by the cylinder part and the piston;
A linear compressor for a regenerative refrigerating machine having a buffer space formed by the movable body and a cylinder portion opposite to the piston,
The linear compressor is connected to a refrigeration generator of the regenerator type refrigerator,
An adjustment member that makes the resonance frequency of the linear compressor variable is added to the movable body ,
A hole is formed in the internal yoke, and when the regenerative refrigerator operating frequency is higher than the resonance frequency, an internal stator made of a magnetic material fixed to the cylinder portion is removably inserted into the hole. Characteristic linear compressor for regenerative refrigerator
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