JPH0996276A - リニアコンプレッサの励磁コイル給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力の効率が良好で、発熱の少ない励磁
コイルの給電装置を提供することにある。 【解決手段】 チョッパ回路３５、３６が同時にオンさ
れたとすると、励磁コイル４には直流電源３１およびコ
ンデンサ３３からの電流が重畳して、矢印ｂ方向に流れ
る。この結果、励磁コイル４に流れる電流は、急峻に立
ち上がる。一方、チョッパ回路３５、３６が同時にオフ
されたとすると、励磁コイル４に逆起電圧が発生して、
ダイオード３４→コンデンサ３３→ダイオード３７→励
磁コイル４の経路で電流が流れ、励磁コイル４内のエネ
ルギは、全てコンデンサ３３に蓄えられる。この結果、
コンデンサ３３の両端電圧は上昇する。次いで、再びチ
ョッパ回路３５、３６が同時にオンされると、コンデン
サ３３からの電流が直流電源３１からの電流に重畳して
励磁コイル４に流れ込む。この結果、エネルギの無駄が
なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はリニアコンプレッ
サの励磁コイル給電装置に関し、特に、圧縮機、真空コ
ンプレッサ等に使用するリニアコンプレッサのピストン
を駆動する励磁コイルの給電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のフリーピストン式のリニアコンプ
レッサの一例を、図８を参照して説明する。図８は、従
来のリニアコンプレッサ（以下、単に「コンプレッサ」
という）の断面図を示している。電磁吸引作用によって
ピストン機構を往復動させる形式のコンプレッサは、磁
気発生部、ピストン機構、流体の吸入・吐出方向を制御
するための弁機構、ならびにこれらを覆うケーシング等
の要素から構成されている。同図において、前部ケーシ
ング１および後部ケーシング２ならびにこれらの間に配
置された励磁鉄心３は、ねじ部品等の適当な締結要素で
一体的に組付けられている。前記励磁鉄心３は図示しな
い磁極を有していて、該磁極には励磁コイル４が巻回さ
れている。前記前部ケーシング１はヘッドカバー５によ
って密閉されている。なお、前記前部および後部ケーシ
ング１，２には脚１ａ，２ａが取り付けられている。

【０００３】前記前部ケーシング１の内方に張出してい
る部材６の前方（図面上で左方向）にはシリンダ７が嵌
合され、後方にはボルト８によって固定されたサポート
９が配置されている。コンプレッサの中心部分にはピス
トン１０が配置され、該ピストン１０は、その中央部分
に可動鉄心１１を有するとともに、その一端にはフラン
ジ１２が形成され、該フランジ１２の外周は前記シリン
ダ７の内面に対して摺動自在になっている。一方、ピス
トン１０の他端は前記サポート９の内面に嵌挿された円
筒ガイド１３に対して摺動自在に支持されている。ま
た、ピストン１０の前記他端に形成された凹部１４には
コイルばね１５が収容され、該コイルばね１５の一端は
該凹部１４の底部に当接し、他端はばね受１６を介して
前記サポート９に嵌挿された球１７によって支持されて
いる。

【０００４】前記フランジ１２はカップ状に形成されて
おり、該カップ底部には流体の通孔１８が形成され、該
通孔１８には前記カップの内側方向に開く吸入弁１９が
設けられている。一方、前記シリンダ７に、フランジ１
２の外周面つまり摺動面と対向する適宜の位置に流体の
通孔２０が形成され、該通孔２０にはシリンダ７の外方
向に開く吐出弁２１が設けられている。

【０００５】前記ヘッドカバー５には環状の凹部２２が
形成されている。該凹部２２はキャップ２３で覆われ、
内部には環状のフィルタ２４が充填されている。前記凹
部２２には、フィルタ２４と対向する位置に流体の吸入
孔となる横孔２５が設けられている。一方、図示しない
流体の吐出孔は、ヘッドカバー５に設けられ、前記シリ
ンダ７の外周に形成された空間２６とつながるように配
置される。なお、該空間２６と流体の吸入経路の一部と
なる空間２７とは、図示しない隔壁によって仕切られ
る。

【０００６】また、前記前部ケーシング１には、前記励
磁コイル４に電流を供給するコード２８を該前部ケーシ
ング１に固定するためのコードブッシュ２９が嵌挿され
ている。該コードブッシュ２９はその一部に形成された
溝で前部ケーシング１の端面を挟み込み、他の一部が励
磁鉄心３に押圧された状態で固定されている。

【０００７】以上の構成により、該コンプレッサは、以
下のように動作する。励磁コイル４に給電されて励磁鉄
心３が励磁されると、可動鉄心１１に働く電磁吸引力に
より、コイルばね１５の弾発力に抗してピストン１０は
図面右方に動く。このピストン１０の動作によって前記
フランジ１２で形成されるカップ状空間の圧力が下が
り、吸入弁１９が開いて流体が通孔１８から該カップ状
空間に流入する。なお、流体は吸入孔２５からフィルタ
２４を通って空間２７に流入し、該コンプレッサの内部
を満たしている。

【０００８】また、励磁コイル４に対する給電が絶たれ
ると、ピストン１０はコイルばね１５の弾発力で押し戻
され、前記カップ状空間の圧力が上昇して吐出弁２１が
開き、通孔２０を通って空間２６に流体が排出され、前
記図示しない吐出孔から外部の該流体の消費機器に吐出
される。

【０００９】以上の動作を繰り返すことにより、流体が
空気であって、かつ前記吐出孔が閉塞された空間に接続
されている場合は、該コンプレッサはその空間の圧力を
上昇させる圧縮機として機能する。一方、吸入孔２５が
閉塞空間に接続されていれば、該コンプレッサはその空
間を真空にひく真空コンプレッサとなる。

【００１０】次に、図９の回路図を参照して、前記コー
ド２８を介して前記励磁コイル４に電流を供給する給電
装置の一例を説明する。直流電源５１には、励磁コイル
４とチョッパ回路５５が接続されており、励磁コイル４
には、チョッパ回路５５がオフになった時に励磁コイル
４に発生する逆起電圧を吸収するためのスナバ回路が接
続されている。このスナバ回路は、抵抗５２、コンデン
サ５３およびダイオード５４から構成されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記スナバ回路を用い
た給電装置では、チョッパ回路５５がオフになった時に
励磁コイル４に発生する逆起電圧により、図示のａ方向
に電流が流れ、逆起電圧を吸収することができる。しか
しながら、励磁コイル４内のエネルギは、全て抵抗５２
の発熱により消費されるので、消費電力の効率が悪いと
いう問題があった。また、この発熱により、他の部品が
悪影響を受けるという問題があった。さらに、該スナバ
回路はチョッパ回路５５がオンになった時には、励磁コ
イル４の励磁に何らの寄与をしないという問題があっ
た。

【００１２】この発明の目的は、前記した従来技術の問
題点を除去し、消費電力の効率が良好で、発熱の少ない
励磁コイルの給電装置を提供することにある。また、他
の目的は、チョッパ回路がオンになった時にも、励磁コ
イルの励磁に寄与し、もってリニアコンプレッサの性能
を向上させることのできる励磁コイル給電装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、励磁コイルによって惹起される電磁吸引
力をオン、オフすることによってピストンを往復動さ
せ、空気の吸入および圧縮を行うリニアコンプレッサの
励磁コイル給電装置であって、前記励磁コイルの印加電
圧をオフにした時に発生する逆起電圧によって該励磁コ
イル内に得られるエネルギをコンデンサに蓄電し、該励
磁コイルの印加電圧をオンにした時に該コンデンサに蓄
電したエネルギを該励磁コイルに放出することにより、
該励磁コイルの励磁電流の立ち上げを急峻にした点に特
徴がある。

【００１４】本発明によれば、励磁コイルの逆起電圧に
よって励磁コイル内に発生したエネルギは、従来のよう
に抵抗で消費されることなくコンデンサに蓄電されかつ
励磁コイルの励磁電流に重畳されるので、高効率でかつ
発熱の少ない励磁コイルの給電装置を提供することがで
きる。また、該給電装置により、リニアコンプレッサの
励磁コイルを励磁させると、リニアコンプレッサのピス
トンのストロークを大きくさせることができ、性能の良
いリニアコンプレッサを提供することができるようにな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図１は本発明のリニアコンプレッサ
の励磁コイル給電装置の一実施形態を示す回路図であ
る。直流電源３１は電圧Ｅの電源であり、該直流電源３
１には、ダイオード３２とコンデンサ３３が直列に接続
されている。また、該コンデンサ３３の両端には、ダイ
オード３４、３７、チョッパ回路３５、３６、および励
磁コイル４からなるブリッジ型の励磁回路が接続されて
いる。

【００１６】次に、上記のような構成の励磁コイル給電
装置の動作を、図２を参照して説明する。図２は、図１
の要部の電圧または電流波形のタイミングチャートを示
す。時間ｔ1 に、チョッパ回路３５、３６が同時にオン
されたとすると、励磁コイル４には直流電源３１および
コンデンサ３３からの電流が重畳して、矢印ｂ方向に流
れる。この結果、励磁コイル４に流れる電流波形は、実
線ｄで示されているように、時間ｔ1 〜ｔ2 で急峻に立
ち上がり、時間ｔ2 〜ｔ3 で直流電源３１によって決定
される電流まで増加する。なお、図中の点線ｅは従来の
励磁コイル給電装置（図９参照）の励磁コイル４に流れ
る電流波形を示している。

【００１７】次に、時間ｔ3 において、チョッパ回路３
５、３６が同時にオフされたとすると、励磁コイル４に
逆起電圧が発生して、ダイオード３４→コンデンサ３３
→ダイオード３７→励磁コイル４の経路で電流が流れ、
励磁コイル４内のエネルギは、全てコンデンサ３３に蓄
えられる。この結果、コンデンサ３３の両端電圧は、時
間ｔ3 〜ｔ4 の間、Ｅ´に上昇する。次いで、時間ｔ4
で、再びチョッパ回路３５、３６が同時にオンされる
と、コンデンサ３３からの電流が直流電源３１からの電
流に重畳して励磁コイル４に流れ込み、該励磁コイル４
の電流は、時間ｔ4 〜ｔ5 で急峻に立ち上がる。以後
は、前記と同様の動作が繰り返される。

【００１８】したがって、本実施の形態によれば、チョ
ッパ回路３５、３６をオフにした時に励磁コイル４に発
生するエネルギは、抵抗により消費されることなく、コ
ンデンサ３３に蓄えられることになる。また、このコン
デンサ３３に蓄えられたエネルギは、チョッパ回路３
５、３６がオンにされた時に、励磁コイル４に供給され
ることになるので、エネルギの無駄がなくなる。この結
果、消費電力の効率が良好で、発熱の少ない励磁コイル
の給電装置を提供することができるようになる。

【００１９】また、励磁コイル４によって惹起される電
磁吸引力が急激に立ち上がり、かつ空気吸入期間（時間
ｔ1 〜ｔ3 、ｔ4 〜ｔ6 、…）に励磁コイル４に流れる
電流値は、従来のものに比べて大きくなる。この結果、
可動鉄心１１に働く電磁吸引力は従来のものに比べて大
きくなり、ピストン１０のストローク、すなわち、図８
においてピストン１０がコイルばね１５の弾発力に抗し
て右方に動く距離は、従来の場合に比べて大きくなる。
このため、シリンダとピストンにより形成される閉塞空
間は大きくなり、該コンプレッサを流れる空気の流量は
多くなり、高効率のコンプレッサを提供することができ
るようになる。

【００２０】ちなみに、本発明者が、同一のリニアコン
プレッサ用い、給電装置のみを図５の従来のものと、図
１の本発明のものとに交換して実験したところ、図３の
ような結果が得られた。この実験値から、コンプレッサ
を流れる空気の流量は従来のものに比べて増大し、かつ
消費電力は低減したことがわかる。

【００２１】次に、本発明の励磁コイル給電装置の第２
の実施形態を、図４および図５を参照して説明する。図
において、４１、４７はダイオード、４２は光信号でト
リガされるサイリスタ（ＳＣＲ）、４３、４５はコンデ
ンサ、４４は抵抗、４６は発光ダイオードであり、他の
符号は図１の同符号と同一または同等物を示す。なお、
前記抵抗４４とコンデンサ４５は微分回路を形成してい
る。

【００２２】次に、上記のような構成の励磁コイル給電
装置の動作を説明する。チョッパ回路３６がオフの時、
例えば図５の時間ｔ1 以前においては、ＳＣＲ４２はオ
フになっているので、直流電源３１→ダイオード３２→
励磁コイル４→ダイオード４１→コンデンサ４３→直流
電源３１の閉回路が成立し、コンデンサ４３に後述する
励磁コイル４のエネルギが重畳されて、該コンデンサ４
３はＥ´に上昇する。

【００２３】さて、時間ｔ1 において、チョッパ回路３
６がオンにされると、直流電源３１→ダイオード３２→
励磁コイル４→チョッパ回路３６→直流電源３１の経路
で電流が流れ始めて励磁コイル４の励磁が開始されると
共に、抵抗４４→コンデンサ４５→発光ダイオード４６
→ダイオード４７にも電流が流れ始める。該抵抗４４お
よびコンデンサ４５からなる微分回路に電流が流れる
と、発光ダイオード４６にはチョッパ回路３６がオンに
なった時だけ電流が流れ、該発光ダイオード４６は図５
に示されているような光信号ＶG を出力する。この光信
号ＶG はＳＣＲ４２をトリガし、該ＳＣＲ４２はオンに
なる。この結果、コンデンサ４３はＳＣＲ４２→励磁コ
イル４→チョッパ回路３６→コンデンサ４３の経路で放
電し、励磁コイル４には直流電源３１から供給される電
流にコンデンサ４３の放電電流が加算される。この結
果、コンデンサ４３の電圧がＥになるまでの時間ｔ1 〜
ｔ2 の間は、図５の実線ｄに示されているように急峻に
立ち上がる。ＳＣＲ４２はコンデンサ４３の放電が進み
該コンデンサ４３の電圧がＥになると逆バイアスにな
り、オフになる。時間ｔ2 を過ぎると、励磁コイル４に
は直流電源３１からのみの電流が供給されるようにな
り、図５の実線ｄに示されているように緩やかに増加す
る。

【００２４】さて、時間ｔ3 となりチョッパ回路３６が
オフにされると、励磁コイル４に逆起電圧が発生して、
直流電源３１→ダイオード３２→励磁コイル４→ダイオ
ード４１→コンデンサ４３→直流電源３１の経路で電流
が流れ、励磁コイル４内のエネルギは、全てコンデンサ
４３に蓄えられる。この結果、コンデンサ４３の両端電
圧は、時間ｔ3 〜ｔ4 の間、Ｅ´に上昇する。次いで、
時間ｔ4 で、再びチョッパ回路３６がオンされると、前
記のようにしてＳＣＲ４２はオンとなり、コンデンサ４
３からの電流が直流電源３１からの電流に重畳して励磁
コイル４に流れ込み、該励磁コイル４の電流は、時間ｔ
4 〜ｔ5 で急峻に立ち上がる。以後は、前記と同様の動
作が繰り返される。

【００２５】したがって、本実施の形態によれば、前記
第１の実施形態と同様に、チョッパ回路３６をオフにし
た時に励磁コイル４に発生するエネルギは、抵抗により
消費されることなく、コンデンサ４３に蓄えられること
になる。また、このコンデンサ４３に蓄えられたエネル
ギは、チョッパ回路３６がオンにされた時に、励磁コイ
ル４に供給されることになるので、エネルギの無駄がな
くなる。この結果、消費電力の効率が良好で、発熱の少
ない励磁コイルの給電装置を提供することができるよう
になる。

【００２６】また、励磁コイル４によって惹起される電
磁吸引力が急激に立ち上がり、かつ空気吸入期間（時間
ｔ1 〜ｔ3 、ｔ4 〜ｔ6 、…）に励磁コイル４に流れる
電流値は、従来のものに比べて大きくなる。この結果、
可動鉄心１１に働く電磁吸引力は従来のものに比べて大
きくなり、ピストン１０のストローク、すなわち、図８
においてピストン１０がコイルばね１５の弾発力に抗し
て右方に動く距離は、従来の場合に比べて大きくなる。
このため、シリンダとピストンにより形成される閉塞空
間は大きくなり、該コンプレッサを流れる空気の流量は
多くなり、高効率のコンプレッサを提供することができ
るようになる。

【００２７】また、この実施形態では、高耐圧のチョッ
パ回路３６を１個だけ使用しているので、これを２個使
用している図１のものに比べて、安価に作成することが
できる。なお、図４では、発光ダイオード４６と光信号
でトリガされるＳＣＲ４２を用いたが、本発明はこれに
限定されず、例えば発光ダイオードを除去し、コンデン
サ４５の一方の電極と電気信号で作動するサイリスタの
ゲート端子とを接続し、抵抗４４とコンデンサ４５から
なる微分回路の出力で該サイリスタをオンにするように
してもよい。

【００２８】次に、本発明の励磁コイル給電装置の第３
の実施形態を、図６および図７を参照して説明する。図
において、６１はトランジスタ、６２は抵抗、６３はダ
イオードを示し、他の符号は図４と同一または同等物を
示す。この実施形態は、図４のサイリスタ４２に代えて
トランジスタ６１を用いたものである。

【００２９】トランジスタ６１は図７に示すように、時
間ｔ1 〜ｔ3 ，ｔ4 〜ｔ6 の間オンになり、第１、第２
の実施形態と同様に、チョッパ回路３６をオフにした時
に励磁コイル４に発生するエネルギは、抵抗により消費
されることなく、コンデンサ４３に蓄えられることにな
る。また、このコンデンサ４３に蓄えられたエネルギ
は、チョッパ回路３６がオンにされた時に、励磁コイル
４に供給されることになるので、エネルギの無駄がなく
なる。また、高耐圧のチョッパ回路３６を１個だけ使用
しているので、これを２個使用している図１のものに比
べて、安価に作成することができる。

【００３０】なお、前記第２、第３の実施形態では、サ
イリスタ４２やトランジスタ６１等のスイッチング素子
を用いたが、ＦＥＴ等の他のスイッチング素子を用いて
も本発明を実現することができるのは明らかである。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次のような効果がある。 (1) チョッパ回路をオフにした時に励磁コイルに発生す
るエネルギは、従来装置のように、抵抗によって消費さ
れることなく、コンデンサに蓄えられることになる。ま
た、このコンデンサに蓄えられたエネルギは、チョッパ
回路がオンにされた時に、励磁コイルに供給されること
になる。この結果、励磁コイル内に発生するエネルギの
無駄がなくなり、高効率の、発熱の少ない励磁コイルの
給電装置を提供することができるようになる。

【００３２】(2) 本発明の給電装置を用いてリニアコン
プレッサの励磁コイルを励磁すると、コンプレッサの空
気吸入期間に、該励磁コイルを流れる電流値は、従来の
ものに比べて増大するので、該コンプレッサのピストン
のストロークは大きくなる。この結果、該コンプレッサ
の空気の流量は増大し、効率の良いリニアコンプレッサ
を提供することができるようになる。

【００３３】(3) 請求項３の発明によれば、高耐圧のチ
ョッパ回路素子が１個で済むので、励磁コイルの給電装
置を安価に製造することができ、実用上の効果は極めて
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態の給電装置の回路図であ
る。

【図２】 図１の回路の主要部分の電圧、電流の波形を
示すタイミングチャートである。

【図３】 実験データの一例を示す図である。

【図４】 本発明の第２の実施形態の給電装置の回路図
である。

【図５】 図４の回路の主要部分の電圧、電流の波形を
示すタイミングチャートである。

【図６】 本発明の第３の実施形態の給電装置の回路図
である。

【図７】 図６の回路の主要部分の電圧、電流の波形を
示すタイミングチャートである。

【図８】 リニアコンプレッサ構成を示す断面図であ
る。

【図９】 従来のスナバ回路を用いた給電装置の回路図
である。

【符号の説明】

４…励磁コイル、１０…ピストン、１１…可動鉄心、１
５…コイルばね、１６…ばね受、１７…球、１８、２０
…通孔、１９…吸入弁、２１…吐出弁、２８…コード、
２９…コードブッシュ、３１…直流電源、３２、３４、
３７…ダイオード、３５、３６…チョッパ回路、３３、
４３…コンデンサ、４２…サイリスタ、４６…発光ダイ
オード、６１…トランジスタ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルによって惹起される電磁吸引
   力をオン、オフすることによってピストンを往復動さ
   せ、空気の吸入および圧縮を行うリニアコンプレッサの
   励磁コイル給電装置であって、 前記励磁コイルの印加電圧をオフにした時に発生する逆
   起電圧によって該励磁コイル内に得られるエネルギをコ
   ンデンサに蓄電し、該励磁コイルの印加電圧をオンにし
   た時に該コンデンサに蓄電したエネルギを該励磁コイル
   に放出することにより、該励磁コイルの励磁電流の立ち
   上げを急峻にしたことを特徴とするリニアコンプレッサ
   の励磁コイル給電装置。
2. 【請求項２】 励磁コイルによって惹起される電磁吸引
   力をオン、オフすることによってピストンを往復動さ
   せ、空気の吸入および圧縮を行うリニアコンプレッサの
   励磁コイル給電装置であって、 前記励磁コイルの印加電圧をオン、オフするチョッパ手
   段と、該チョッパ手段をオフにした時に、該励磁コイル
   に発生する逆起電圧を印加されるコンデンサと、前記チ
   ョッパ手段をオンにした時に該コンデンサの放電電流を
   前記励磁コイルに重畳する手段とを具備したことを特徴
   とするリニアコンプレッサの励磁コイル給電装置。
3. 【請求項３】 励磁コイルによって惹起される電磁吸引
   力をオン、オフすることによってピストンを往復動さ
   せ、空気の吸入および圧縮を行うリニアコンプレッサの
   励磁コイル給電装置であって、 前記励磁コイルに接続され該励磁コイルの印加電圧をオ
   ン、オフするチョッパ手段と、 該チョッパ手段をオフにした時に、該励磁コイルに発生
   する逆起電圧を一方向通電素子を介して印加されるコン
   デンサと、 前記チョッパ手段をオンにした時に該コンデンサの放電
   電流をスイッチング素子を介して前記励磁コイルに重畳
   する手段と、 前記チョッパ手段をオンにした時に該スイッチング素子
   をトリガする手段とを具備したことを特徴とするリニア
   コンプレッサの励磁コイル給電装置。