JPH10115473A - リニアコンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル可動型リニアコンプレッサにおいて、
ピストン背面空間での不可逆圧縮ロスの発生を防止する
と共に、ピストンのストローク中心位置を一定にする。 【解決手段】 ハウジング１両側に圧縮室２、３を有す
るコイル可動型リニアコンプレッサにおいて、両端部が
第１、第２ピストン５、１０に固着されているピストン
シャフト１２と、該ピストンシャフト１２に一体固定さ
れた有底円筒状の可動体１３と、可動体１３を挟んで設
けられ、第１、第２ピストン５、１０がシリンダ６、９
内で往復動可能にハウジング１に対して弾性支持するコ
イルスプリング２０、２１と、を備え、前記第１ピスト
ン５、ピストンシャフト１２、第２ピストン１０の内部
を中空連通状態とし、第１ピストン５の背面空間３１と
第２ピストン１０の背面空間３３とを連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に嵌装
されたピストンをリニアモータによって往復運動させる
ことにより、ガスを圧縮して外部に供給するリニアコン
プレッサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍システムに於いて、冷媒ガス
を圧縮して供給する機構として、リニアコンプレッサが
開発されている。例えば図３に示す如く、有底円筒体の
ハウジング１０１と、そのハウジング１０１の上端開口
部に形成された低炭素鋼からなる磁気枠１０２と、この
磁気枠１０２の中心部に形成されたシリンダ１０３と、
シリンダ１０３内に往復可能に嵌装され、シリンダ１０
３内空間に圧縮室１０４を区画形成するピストン１０５
と、ピストン１０５を往復駆動する駆動源としてのリニ
アモータ１０６を備えている。

【０００３】そして、リニアモータ１０６には、環状の
永久磁石１０７がシリンダ１０３の同心外方に配置さ
れ、ハウジング１０１に固着されている。この磁石１０
７および磁気枠１０２からなる磁気回路によって、シリ
ンダ１０３の中心と同心の円筒状の間隙１０８に磁界Ｂ
を発生させる。間隙１０８には中心部にてピストン１０
５に一体固定された樹脂からなる有底円筒状の可動体１
０９が配設され、可動体１０９およびピストン１０５を
往復可能に弾性支持するためのコイルスプリング１１０
がハウジング１０１に固定されている。

【０００４】この可動体１０９の外周には、磁石１０７
と対向する位置に電磁コイル１１１が巻回されており、
リード線（図示せず）を介して所定周波数の交流電流を
通電することで、間隙１０８を通る磁界との作用により
コイル１１１および可動体１０９を駆動してピストン１
０５をシリンダ１０３内で往復移動させ、圧縮室１０４
で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。

【０００５】一方、代表的な冷凍システムとして、図４
に示す如く、リニアコンプレッサ１２１（圧縮機）、凝
縮器１２２、膨張弁１２３及び蒸発器１２４をガス流路
１２５にて接続した密閉式の冷凍システムが知られてお
り、リニアコンプレッサ１２１は、蒸発器１２４で気化
した冷媒ガスを、ガス流路１２５を通じて吸入して高圧
に圧縮し、高圧となった冷媒ガスをガス流路１２５を経
て凝縮器１２２に吐出する装置として使用されている。

【０００６】このため、図３に示すように、圧縮室１０
４には、シリンダ１０３の上端部に設けられた弁機構１
１２を介してハウジング１０１外部のガス流路１２５が
接続されている。弁機構１１２は、ガス流路１２５を介
して蒸発器１２４からの冷媒ガスの吸入のみを許容する
吸入弁１１２ａと、ガス流路１２５を介して凝縮器１２
２への冷媒ガスの吐出のみを許容する吐出弁１１２ｂと
から構成される。吸入弁１１２ａは、低圧側のガス流路
１２５と圧縮室１０４との冷媒ガスの圧力差によって、
圧縮室１０４方向にガスを流入させる弁である。又、吐
出弁１１２ｂは、圧縮室１０４内の冷媒ガス圧力が一定
圧力以上となると開放するように、圧縮室１０４と高圧
側のガス流路１２５との冷媒ガスの圧力差によって、高
圧側のガス流路１２５方向にガスを流出させる弁であ
る。尚、吸入弁１１２ａ及び吐出弁１１２ｂは、ともに
板バネによって付勢されている弁である。

【０００７】以上の構成により、従来装置では吸入弁１
１２ａから吸入された冷媒ガスを圧縮室１０４で高圧に
圧縮した後、吐出弁１１２ｂを介して凝縮器１２２に供
給している。

【０００８】また、最近では特開平２−１５４９５０号
公報等に開示のように、１個のリニアモータによって、
ハウジング内の両側に圧縮室を設け、交互に２個のピス
トンを動作させて効率を向上させるものが提案されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、斯かる従来技
術のものは上述した図３に示すコイル可動型ではなく、
磁石可動型のリニアモータ駆動方式を採用しているた
め、ピストン可動方向と垂直な方向に磁界による力がピ
ストンに加わるため、ピストン部分の摩耗が起こりやす
く長期使用には不向きであるという欠点を有していた。

【００１０】このため、長期使用のリニアコンプレッサ
においては、リニアモータの駆動方式を、ピストンの可
動方向と同一方向にしかリニアモータの磁界による力が
作用しないコイル可動型に変更することが考えられる。

【００１１】また、ピストンの背面空間部におけるガス
がピストンの往復動に伴って圧縮・膨張仕事を行い、こ
の結果、リニアコンプレッサ１２１において不可逆圧縮
ロスが発生する虞れがあった。

【００１２】更に、従来のリニアコンプレッサでは、ピ
ストンのストローク中心位置を一定に制御することが難
しく、高効率な運転ができなかった。本発明は斯かる点
に鑑みてなされたものであって、ハウジング内の両側に
圧縮室を有し、コイル可動型リニアモータの駆動により
ガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにお
いて、簡易な構成でピストン背面空間での不可逆圧縮ロ
スの発生を防止すると共に、ピストンのストローク中心
位置を一定としたリニアコンプレッサを提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮室内でガ
スを圧縮して外部に供給するリニアコンプレッサにおい
て、ハウジング内の両側に設けられた第１および第２シ
リンダと、該第１および第２シリンダ内に往復可能に嵌
装され、各シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する
第１および第２ピストンと、両端部が該第１および第２
ピストンに固着されているピストンシャフトと、該ピス
トンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動体が、
磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間
隙に配設され、該可動体の外周に巻回された電磁コイル
への所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動
するリニアモータと、可動体を挟んで設けられ、第１お
よび第２ピストンがそれぞれ第１および第２シリンダ内
で往復動可能に弾性支持するコイルスプリングと、を備
え、前記第１ピストン、ピストンシャフトおよび第２ピ
ストンの内部を中空連通状態とし、第１ピストンの背面
空間と第２ピストンの背面空間とが連通するように構成
したものである。

【００１４】この構成を用いることにより、第１ピスト
ンおよび第２ピストンの往復移動に伴って背面空間部の
ガスが第１ピストン、ピストンシャフトおよび第２ピス
トンを介して連通状態となるため、圧縮・膨張仕事が行
われることなく、不可逆圧縮ロスを発生することがな
い。また、ハウジング両側に圧縮室を有するリニアコン
プレッサにおいて、可動体を介して両側にコイルスプリ
ングを配設することにより、第１および第２ピストンの
ストローク中心位置を一定制御することが容易となると
共に、所定のバネ定数を得ることができる。

【００１５】さらに、具体的には、第１ピストンの背面
空間と第１ピストンの中空内部とを連通させる第１リー
ク孔を第１ピストンに設けると共に、第２ピストンの背
面空間と第２ピストンの中空内部とを連通させる第２リ
ーク孔を第２ピストンに設け、第１ピストンの背面空間
と第２ピストンの背面空間と連通状態としたものであ
る。

【００１６】この構成を用いることにより、簡易な構成
で不可逆圧縮ロスの発生を防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明のリ
ニアコンプレッサの一実施の形態について説明する。
尚、前述の従来装置と同じ構成については同一符号を付
して示しており、これらの部分の詳細な説明は省略す
る。

【００１８】本発明のリニアコンプレッサは、上記した
図４に示す如く、密閉形の冷凍システムの圧縮機として
用いられる。そして、そのリニアコンプレッサとして
は、図１に示す如く、外周が密閉円筒状のハウジング１
によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間とし
て保持している。このハウジング１は、その上部および
下部に圧縮室２、３を有している。

【００１９】そして、ハウジング１の上端部には低炭素
鋼からなる磁気枠（ヨーク）４が形成され、このヨーク
４の中心部には上下方向に延びるシリンダ嵌装孔５が貫
通形成され、このシリンダ嵌装孔５にはステンレス鋼か
らなる有底円筒状の第１シリンダ６が嵌合されている。

【００２０】第１シリンダ６内には、第１ピストン７が
摺動可能に嵌装されており、第１シリンダ６と第１ピス
トン７により冷媒ガスの圧縮空間となる上部圧縮室２が
区画形成される。そして、第１シリンダ６には外部のガ
ス流路１２５と接続するための第１弁機構８が形成され
ており、８ａはガス流路１２５を介して蒸発器１２４で
気化した冷媒ガスを吸入するための吸入弁であり、８ｂ
は上部圧縮室２で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路
１２５を介して凝縮器１２２に吐出するための吐出弁で
ある。

【００２１】一方、第１シリンダ６と反対側のハウジン
グ１の下部には、上下方向に延びる第２シリンダ９が設
けられており、その第２シリンダ９内には第２ピストン
１０が摺動可能に嵌装されており、第２シリンダ９と第
２ピストン１０により冷媒ガスの圧縮空間となる下部圧
縮室３が区画形成される。そして、上部圧縮室２と同様
に、第２シリンダ９には外部のガス流路１２５と接続す
るための第２弁機構１１が形成されており、１１ａはガ
ス流路１２５を介して蒸発器１２４で気化した冷媒ガス
を吸入するための吸入弁であり、１１ｂは下部圧縮室３
で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路１２５を介して
凝縮器１２２に吐出するための吐出弁である。

【００２２】そして、第１ピストン７および第２ピスト
ン１０は、ピストンシャフト１２で連結されており、第
１ピストン７側が開放された有底円筒状の可動体（ボビ
ン）１３がピストンシャフト１２の中心位置に一体固定
されている。尚、第１ピストン７および第２ピストン１
０の外周面にはピストンリングなどのガスシール部材１
４が設けられている。

【００２３】また、ヨーク４にはシリンダ嵌装孔５と同
心状に配置された環状の凹部１５が形成され、この凹部
１５の外側側面１５ａには環状の永久磁石１６が内側側
面１５ｂとの間に所定の間隙Ｓをあけて取り付けられて
おり、この磁石１６及びヨーク４によってリニアモータ
１７の磁気回路１８が構成され、この磁気回路１８によ
って磁石１６と凹部１５内側側面との間の間隙Ｓに所定
強度の磁界を発生させるようにしている。そして、ボビ
ン１３が磁石１６及びヨーク４からなる磁気回路１８の
一部に形成した間隙Ｓに配設され、ボビン１３の外周に
巻回された電磁コイル１９に所定周波数の交流電流を供
給することによって第１ピストン７および第２ピストン
１０をそれぞれ第１シリンダ６および第２シリンダ９内
で往復移動させ、上部圧縮室２および下部圧縮室３にお
いて所定周期のガス圧を発生させるようになされてい
る。

【００２４】また、ピストンシャフト１２には、第１ピ
ストン７および第２ピストン１０を往復可能に弾性支持
するための第１コイルスプリング２０および第２コイル
スプリング２１が設けられている。具体的には、第１コ
イルスプリング２０は、ピストンシャフト１２が挿通さ
れ、第１シリンダ６に設けられた第１スプリング受部２
２とボビン１３と間に押圧付勢すべく設けられており、
第２コイルスプリング２１は、ボビン１３を挟んで反対
側のピストンシャフト１２が掃通され、第２シリンダ９
上部に設けられた第２スプリング受部２３とボビン１３
と間に押圧付勢すべく設けられている。このように、両
側に圧縮室２、３を有するリニアコンプレッサにおい
て、ボビン１３を介して両側に第１コイルスプリング２
０および第２コイルスプリング２１を配設することによ
り、第１および第２ピストン７、１０のストローク中心
位置を一定制御することが容易となると共に、所定のバ
ネ定数を得ることができる。

【００２５】さらに、上記第１ピストン７、第２ピスト
ン１０およびピストンシャフト１２は、その内部が中空
形状となっており、第１ピストン７には、その背面空間
部３１のガスが漏出する第１リーク孔３２が設けられ、
第２ピストン１０には、その背面空間部３３のガスが漏
出する第２リーク孔３４が設けられている。このため、
図２に示すように、リニアモータ１７の駆動により第１
ピストン７および第２ピストン１０の往復移動に伴って
背面空間部３１、３３のガスが第１ピストン７、ピスト
ンシャフト１２および第２ピストン１０を介して連通状
態となるため、圧縮・膨張仕事が行われることなく、不
可逆圧縮ロスを発生することがない。従って、リニアコ
ンプレッサの高効率化を図ることができる。

【００２６】更に、ヨーク４には、ヨーク４、永久磁石
１６およびボビン１３によって形成される磁気回路空間
部分４１のガスを外部に漏出させる第３リーク孔４２
と、第３リーク孔４２に連通されたバッファ空間部４３
とを設け、ボビン１３の上下動に伴い磁気回路空間部分
４１でガスの圧縮・膨張仕事が行われないようにしてい
る。尚、本実施の形態では第３リーク孔４２として８個
設けている。

【００２７】一方、ボビン１３には、第１スプリング受
部２２とボビン１３の内面部分によって囲まれたボビン
内面空間部分４４を、第２コイルスプリング２１が設け
られたボビン背面空間部分４５と連通状態とする第４リ
ーク孔４６が複数個（本実施の形態では８個）設けられ
ており、ボビン１３の上下動に伴いボビン内面空間部分
４４でガスの圧縮・膨張仕事が行われないようにしてい
る。これにより、ヨーク４およびボビン１３の間隙、並
びに永久磁石１６および電磁コイル１９の間隙を極力小
さくしたとしても、磁気回路空間部分４１およびボビン
内面空間部分２４でガスの圧縮・膨張仕事が行われるこ
とがなく、不可逆圧縮ロスの発生を防止することができ
る。

【００２８】図２に、上部圧縮室２からのガス吐出時に
おける状態を示す断面図を示す。ここで、図中矢印はピ
ストン７、１０の変位方向と、そのピストン７、１０の
移動に伴うリニアコンプレッサ内のガスの流れを示して
いる。図からも明らかなように、第１ピストン７の上方
向への移動に伴って、ピストン背面空間３３のガスが、
第２リーク孔３４、第２ピストン１０、ピストンシャフ
ト１２、第１ピストン７および第１リーク孔３２を介し
て背面空間３１へ流れ込むので、この際に背面空間３３
での圧縮仕事および背面空間３１での膨張仕事が、とも
に行われることがない。

【００２９】また、第１ピストン７および第２ピストン
１０の往復移動に伴って、磁気回路空間部分４１、ボビ
ン内面空間部分４４のガスが、第３リーク孔４２および
第４リーク孔４６を介して、バッファ空間部４３および
ボビン背面空間部分４５へそれぞれリークされることと
なり、この際に圧縮・膨張仕事が行われることがない。

【００３０】尚、上記実施の形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、
特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可
能であることは勿論である。

【００３１】例えば、第１スプリング受部２２および第
２スプリング受部２３を軸受けとして使用しても良い。
この場合には、第１および第２ピストン７、１０の背面
空間部３１、３３でのガスによって発生する不可逆圧縮
ロスが大きくなる虞れがあるため、より効果的である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、簡易な
構成でピストン背面空間での不可逆圧縮ロスの発生を防
止すると共に、ピストンのストローク中心位置を一定制
御することが容易となる。

【００３３】従って、リニアコンプレッサの高効率化を
図ることができると共に、所定のバネ定数を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示すリニアコンプレッ
サの断面図である。

【図２】図１装置の動作を説明するための断面図であ
る。

【図３】従来のリニアコンプレッサの断面図である。

【図４】密閉型の冷凍システムの構成を示す概念図であ
る。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 上部圧縮室 ３ 下部圧縮室 ６ 第１シリンダ ７ 第１ピストン ９ 第２シリンダ １０ 第２ピストン １２ ピストンシャフト １３ 可動体（ボビン） ２０ 第１コイルスプリング ２１ 第２コイルスプリング ２２ 第１スプリング受部 ２３ 第２スプリング受部 ３１，３３ 背面空間部 ３２ 第１リーク孔 ３４ 第２リーク孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮室内でガスを圧縮して外部に供給する
   リニアコンプレッサにおいて、 ハウジング内の両側に設けられた第１および第２シリン
   ダと、 該第１および第２シリンダ内に往復可能に嵌装され、各
   シリンダ内に圧縮室をそれぞれ区画形成する第１および
   第２ピストンと、 両端部が該第１および第２ピストンに固着されているピ
   ストンシャフトと、 該ピストンシャフトに一体固定された有底円筒状の可動
   体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成
   した間隙に配設され、該可動体の外周に巻回された電磁
   コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往
   復駆動するリニアモータと、 可動体を挟んで設けられ、第１および第２ピストンがそ
   れぞれ第１および第２シリンダ内で往復動可能に弾性支
   持するコイルスプリングと、 前記第１ピストン、ピストンシャフトおよび第２ピスト
   ンの内部を中空連通状態とし、第１ピストンの背面空間
   と第２ピストンの背面空間とが連通するように構成した
   ことを特徴とするリニアコンプレッサ。
2. 【請求項２】第１ピストンの背面空間と第１ピストンの
   中空内部とを連通させる第１リーク孔を第１ピストンに
   設けると共に、第２ピストンの背面空間と第２ピストン
   の中空内部とを連通させる第２リーク孔を第２ピストン
   に設け、第１ピストンの背面空間と第２ピストンの背面
   空間と連通状態としたことを特徴とする請求項１記載の
   リニアコンプレッサ。