JPH1037856A - リニアコンプレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動体が往復移動する際の磁気回路内での間
隙を極力小さくし、且つ、不可逆圧縮ロスの発生を防止
して、装置の高効率化を実現したリニアコンプレッサを
提供する。 【解決手段】 圧縮室６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、可動体８および／又
は磁気枠２にガス漏出手段２２，２３，２６，２７を設
ける。

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４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５
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４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】

【発明が解決しようとする課題】そして、従来のリニア
コンプレッサ１２１では、リニアモータ１０６の駆動に
よりシリンダ１０３内をピストン１０５が上下動する
が、同様に可動体１０９も上下動することとなるため、
磁気回路を形成する磁気枠１０２、永久磁石１０７およ
び可動体１０９によって形成される磁気回路空間部分
や、可動体１０９の内面部分によって囲まれたピストン
１０５の背面側の可動体内面空間部分におけるガスが可
動体１０９の上下動に伴って圧縮・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。

【０００９】この対策として、間隙１０８を大きく設定
して、磁気枠１０２および可動体１０９の間隙、並びに
永久磁石１０７および電磁コイル１１１の間隙が充分得
られるようにすることが考えられるが、この場合にはリ
ニアモータ１０６の推力が小さくなり、リニアコンプレ
ッサ１２１としての運転効率が低下することになる。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あって、可動体が往復移動する際の磁気回路内での間隙
を極力小さくし、且つ、不可逆圧縮ロスの発生を防止し
て、装置の高効率化を実現したリニアコンプレッサを提
供するものである。

【００１１】

【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、可動体および／又は磁気枠にガス漏出手段を設けた
ものである。

【００１２】この構成を用いることにより、可動体の往
復移動に伴う不可逆圧縮ロスの発生を防止することがで
きる。その具体的構成として、ガス漏出手段は、磁気枠
に設けられたガス漏出用の第１リーク孔と、該第１リー
ク孔に連通されたバッファ空間部と、可動体に設けられ
たガス漏出用の第２リーク孔と、を備えている。

【００１３】この構成を用いることにより、可動体の往
復移動に伴って、磁気枠、永久磁石および可動体によっ
て形成される磁気回路空間部分と、ピストンの背面側と
可動体の内面部分によって囲まれた可動体内面空間部分
でのガスの圧縮・膨張仕事が行われることがない。

【００１４】更に、好ましくは、ピストン及び可動体間
に設けられたピストンシャフトと、該ピストンシャフト
が往復移動可能に貫装され、ピストン背面側のシリンダ
に設けられたスプリング受部と、ピストンシャフトに巻
装され、スプリング受部および可動体間に設けられた第
１コイルスプリングと、ハウジング底面および可動体間
に設けられた第２コイルスプリングと、ピストンの背面
空間部分と、第１コイルスプリングが巻装された可動体
内面空間部分とを連通させるガス漏出用の第３リーク孔
と、を備えている。

【００１５】この構成を用いることにより、可動体を介
して両側に第１および第２コイルスプリングを配設する
ことにより、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、同一装置寸法内でのバネ
定数設定を従来より大きくすることができる。また、ピ
ストンの上下動に伴いピストン背面空間でガスの圧縮・
膨張仕事が行われることがない。

【００１６】

【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。

【００１７】本発明のリニアコンプレッサは、上記した
図５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は有底円筒体であ
り、その上端側に低炭素鋼からなる磁気枠（ヨーク）２
が形成されている。そして、このヨーク２の中心部には
上下方向に延びるシリンダ嵌装孔３が貫通形成され、こ
のシリンダ嵌装孔３にはステンレス鋼からなる有底円筒
状のシリンダ４が嵌合されている。

【００１８】シリンダ４内には、ピストン５が摺動可能
に嵌装されており、シリンダ４とピストン５により冷媒
ガスの圧縮空間となる圧縮室６が区画形成される。そし
て、シリンダ４には外部のガス流路１２５と接続するた
めの弁機構７が形成されており、７ａ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、７ｂは圧縮室６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。

【００１９】上記ピストン５には、軽量な非磁性材料で
ある樹脂から構成され、ピストン５側が開放された有底
円筒状の可動体（ボビン）８が、ピストン５のピストン
シャフト９に一体固定されており、そのボビン８及びピ
ストン５を往復可能に弾性支持するための第１および第
２コイルスプリング１０、１１が設けられている。そし
て、第１コイルスプリング１０は、ピストンシャフト９
に巻装され、その一端がボビン８に当接すると共に、他
端がシリンダ４に設けられたスプリング受部１２に当接
している。また、第２コイルスプリング１１は、ハウジ
ング１底面の中心部とボビン８との間に固着されてい
る。このように、ボビン８を介して両側に第１および第
２コイルスプリング１０、１１を配設することにより、
ピストン５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、バネ定数を大きくすることができ装
置の小型化を図ることができる。

【００２０】そして、ピストン５及びボビン８は、両者
を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ１３に駆動
接続されている。ヨーク２にはシリンダ嵌装孔３と同心
状に配置された環状の凹部１４が形成され、この凹部１
４の外側側面１４ａには環状の永久磁石１５が内側側面
１４ｂ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１５及びヨーク２によってリニアモータ１
３の磁気回路１６が構成されている。この磁気回路１６
によって磁石１５と凹部１４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。

【００２１】そして、上記ボビン８が間隙Ｓにおいて往
復動可能に配設されており、このボビン８の外周部に
は、磁石１５と対向する位置に電磁コイル１７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
（本実施の形態では６０Ｈｚ）の交流電流を通電するこ
とにより、間隙Ｓを通る磁界との作用によってコイル１
７及びボビン８を駆動してピストン５をシリンダ４内で
往復移動させ、圧縮室６で所定周期のガス圧を発生させ
るようになされている。

【００２２】更に、ヨーク２には、ヨーク２、永久磁石
１５およびボビン８によって形成される磁気回路空間部
分２１のガスを外部に漏出させる第１リーク孔２２と、
第１リーク孔２２に連通されたバッファ空間部２３とを
設け、ボビン８の上下動に伴い磁気回路空間部分２１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１リーク孔２２として８個設け
ている。

【００２３】一方、ボビン８には、ピストン５の背面側
のスプリング受部１２とボビン８の内面部分によって囲
まれたボビン内面空間部分２４を、ピストンスプリング
１１が設けられたボビン背面空間部分２５と連通状態と
する第２リーク孔２６が複数個（本実施の形態では８
個）設けられており、ボビン８の上下動に伴いボビン内
面空間部分２４でガスの圧縮・膨張仕事が行われないよ
うにしている。また、スプリング受部１２にも、第３リ
ーク孔２７が複数個（本実施の形態では６個）設けられ
ており、ピストン５の上下動に伴うピストン５の背面空
間２８でガスの圧縮・膨張仕事が行われないようにして
いる。

【００２４】図２に、圧縮室６からのガス吐出時におけ
る状態を示す断面図を、図３に圧縮室６へのガス吸入時
における状態を示す断面図をそれぞれ示す。図からも明
らかなように、ピストン５の上下動に伴って、磁気回路
空間部分２１、ボビン内面空間部分２４、ピストン背面
空間２８のガスが圧縮・膨張仕事を行わないように、バ
ッファ空間部２３、ボビン背面空間部分２５へそれぞれ
リークされることになる。

【００２５】従って、ヨーク２およびボビン８の間隙、
並びに永久磁石１５および電磁コイル１７の間隙を極力
小さくしたとしても、磁気回路空間部分２１、ボビン内
面空間部分２４およびピストン５の背面空間２８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。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】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。

【００２７】例えば、ピストン５及びボビン８を別体で
形成する場合について説明したが、同一体で構成しても
よく、永久磁石１５をヨーク２の内側側面に固着する構
成にしてもよい。加えて、ハウジング１、ヨーク２及び
シリンダ４を同一体で構成してもかまわない。但し、こ
の場合には、磁気回路１３を形成させるために、ヨーク
２と同一物で構成する必要がある。

【００２８】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、可動体
が往復移動する際の磁気回路内での間隙を極力小さくし
たとしても、可動体の往復移動に伴う不可逆圧縮ロスの
発生を防止することができ、リニアコンプレッサの高効
率化を図ることができる。

【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リニアコンプレッサのガス吐出時の状態を
示す断面図である。

【図３】図１リニアコンプレッサのガス吸入時の状態を
示す断面図である。

【図４】従来のリニアコンプレッサの断面図である。

【図５】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 ヨーク（磁気枠） ３ シリンダ嵌装孔 ４ シリンダ ５ ピストン ６ 圧縮室 ７ 弁機構 ８ 可動体（ボビン） ９ ピストンシャフト １０ 第１コイルスプリング １１ 第２コイルスプリング １２ スプリング受部 １３ リニアモータ １４ 凹部 １５ 永久磁石 １６ 磁気回路 １７ 電磁コイル ２１ 磁気回路空間部分 ２２ 第１リーク孔 ２３ バッファ空間部 ２４ ボビン内面空間部分 ２５ ボビン背面空間部分 ２６ 第２リーク孔 ２７ 第３リーク孔 ２８ 背面空間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング内に設けられたシリンダと、 該シリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮
   室を区画形成するピストンと、 中心部にてピストン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、を有し、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、 可動体および／又は磁気枠にガス漏出手段を設けたこと
   を特徴とするリニアコンプレッサ。
2. 【請求項２】ガス漏出手段は、磁気枠に設けられたガス
   漏出用の第１リーク孔と、該第１リーク孔に連通された
   バッファ空間部と、可動体に設けられたガス漏出用の第
   ２リーク孔と、を備えていることを特徴とする請求項１
   記載のリニアコンプレッサ。
3. 【請求項３】ピストン及び可動体間に設けられたピスト
   ンシャフトと、 該ピストンシャフトが往復移動可能に貫装され、ピスト
   ン背面側のシリンダに設けられたスプリング受部と、 ピストンシャフトに巻装され、スプリング受部および可
   動体間に設けられた第１コイルスプリングと、 ハウジング底面および可動体間に設けられた第２コイル
   スプリングと、 ピストンの背面空間部分と、第１コイルスプリングが巻
   装された可動体内面空間部分とを連通させるガス漏出用
   の第３リーク孔と、を備えていることを特徴とする請求
   項２記載のリニアコンプレッサ。