WO2011027713A1 - リニア電動式圧縮機 - Google Patents

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WO2011027713A1
WO2011027713A1 PCT/JP2010/064526 JP2010064526W WO2011027713A1 WO 2011027713 A1 WO2011027713 A1 WO 2011027713A1 JP 2010064526 W JP2010064526 W JP 2010064526W WO 2011027713 A1 WO2011027713 A1 WO 2011027713A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
cylinder bore
spacer
permanent magnet
chamber
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/064526
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伸明 星野
真広 川口
雅樹 太田
良夫 木本
徹 大西
Original Assignee
株式会社 豊田自動織機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 豊田自動織機 filed Critical 株式会社 豊田自動織機
Publication of WO2011027713A1 publication Critical patent/WO2011027713A1/ja

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
    • F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids

Definitions

  • the present invention relates to a linear electric compressor.
  • Patent Document 1 discloses a conventional linear electric compressor.
  • This linear electric compressor includes a cylinder block and an end plate joined to one end of the cylinder block.
  • the cylinder block is provided with a cylinder bore extending along the axial direction of the cylinder block.
  • a valve unit is provided between the cylinder bore and the end plate.
  • a piston is accommodated in the cylinder bore so as to be able to reciprocate.
  • a compression chamber is formed between the piston and the valve unit.
  • the end plate and the valve unit form a discharge chamber and a suction chamber between each other.
  • the linear electric compressor also cooperates with the spring so as to reciprocate the piston by a spring having an urging force for reciprocating the piston in the cylinder bore, a coil provided in the cylinder block, and an electromagnetic force generated by the coil. It has a permanent magnet that works.
  • the piston includes a piston rod and a piston head that is integrally provided at one end of the piston rod and slidably contacts the inside of the cylinder bore.
  • the permanent magnet is provided on the piston rod, and the coil is provided around the piston rod.
  • the linear electric compressor by periodically supplying power to the coil, an electromagnetic force that periodically changes around the coil is generated, and the permanent magnet of the piston is attracted to the coil by the electromagnetic force or separated from the coil. Or for this reason, the piston reciprocates in the cylinder bore. At this time, the piston reciprocates also by resonance due to the natural frequency of the spring. By the reciprocation of the piston, the suction refrigerant that is the suction pressure refrigerant is sucked from the suction chamber into the compression chamber. Then, the refrigerant is compressed in the compression chamber and then discharged into the discharge chamber.
  • the linear electric compressor can be used as an air conditioner for an electric vehicle or the like because the refrigerant can be compressed by electric control.
  • the permanent magnet is provided on the outer peripheral surface of the piston and close to the coil so that a large thrust is generated in the piston by the electromagnetic force.
  • the cylinder block is made of a magnetic material such as iron
  • the permanent magnet is magnetically attached to the inner surface of the cylinder bore, so that a large vertical drag acts on the piston.
  • the cylinder block is made of a non-magnetic material such as aluminum
  • the permanent magnet does not adhere to the inner surface of the cylinder bore, but the permanent magnet adheres closely to the inner surface of the cylinder bore due to the presence of the coil. Drag acts.
  • the piston receives a large frictional resistance when reciprocating in the cylinder bore, and there is a concern that the compression efficiency is lowered.
  • a linear electric compressor including a housing, a piston, an end plate, a valve unit, a coil, and a permanent magnet.
  • the housing has a cylinder bore extending along the axial direction.
  • the piston is accommodated in the cylinder bore so as to be able to reciprocate.
  • the end plate is joined to the end of the housing.
  • the valve unit is provided between the cylinder bore and the end plate.
  • a discharge chamber and / or a suction chamber is formed between the valve unit and the end plate.
  • the cylinder bore forms a compression chamber between the valve unit and the piston.
  • the coil is provided in the housing.
  • the permanent magnet is provided on the piston.
  • the permanent magnet reciprocates the piston within the cylinder bore by electromagnetic force generated by the coil.
  • the permanent magnet is fixed to the outer peripheral surface of the piston.
  • the piston has a spacer that separates the outer peripheral surface of the permanent magnet from the inner surface of the cylinder bore.
  • the permanent magnet is fixed to the outer peripheral surface of the piston, the permanent magnet is located near the coil, and a large thrust is generated by the electromagnetic force.
  • the piston has a spacer, and the spacer separates the outer peripheral surface of the permanent magnet from the inner surface of the cylinder bore. For this reason, even if the housing forming the cylinder bore is a magnetic body, the permanent magnet of the piston is not magnetically attached to the inner surface of the cylinder bore. Further, when the housing forming the cylinder bore is a non-magnetic material, the permanent magnet of the piston does not adhere to the inner surface of the cylinder bore even when an electromagnetic force is generated by the coil.
  • the linear electric compressor of the present invention has high compression efficiency and can exhibit excellent durability.
  • the spacer is made of a magnetic material.
  • the magnetic flux density of the permanent magnet can be increased.
  • the thrust at the time of the reciprocating motion of the piston by electromagnetic force can be increased, and compression efficiency can be improved.
  • a spacer comprised with a magnetic body a various thing can be employ
  • iron or nickel alloy can be employed.
  • the spacer is made of a nonmagnetic material.
  • the spacer is not magnetically attached to the inner surface of the cylinder bore.
  • the spacer is not attracted to the inner surface of the cylinder bore due to the electromagnetic force of the coil.
  • the frictional resistance when the piston reciprocates in the cylinder bore can be further reduced.
  • a spacer comprised with a nonmagnetic material a various thing can be employ
  • aluminum or an aluminum alloy can be used.
  • the spacer may be made of a fluororesin such as PTFE. When the spacer is made of fluororesin, the piston slides suitably in the cylinder bore.
  • the linear electric compressor of the present invention may be one in which a compression chamber is formed only at one end of a piston, or one in which a compression chamber is formed at both ends of a piston.
  • the piston includes a piston rod and a piston head.
  • the piston head is integrally provided at the end of the piston rod.
  • the piston head is in sliding contact with the cylinder bore.
  • the piston head has the permanent magnet.
  • the piston head includes a head main body having an outer peripheral surface to which the permanent magnet is fixed, and the spacer provided integrally with the head main body.
  • the piston head has a head body and a spacer. For this reason, since the electromagnetic force acts not on the piston rod far from the compression chamber but on the piston head close to the compression chamber, the piston hardly swings in the radial direction during the reciprocating motion.
  • the end plates are a pair of end plates respectively joined to both ends of the housing.
  • the valve unit is a pair of valve units provided between the cylinder bore and both end plates.
  • the piston heads are a pair of piston heads that are integrally provided at both ends of the piston rod.
  • the housing includes an intermediate chamber communicating with a space formed around the piston rod. The intermediate chamber functions as the suction chamber.
  • the discharge chamber is formed between the both valve units and the both end plates. Both piston heads are provided with a suction valve mechanism for guiding the refrigerant in the suction chamber to the corresponding compression chamber.
  • the linear electric compressor has compression chambers formed at both ends of the piston.
  • a discharge chamber is formed on each end plate side, and a suction chamber is formed in the housing.
  • the spacer includes a first spacer and a second spacer fixed to the head body.
  • the permanent magnet is provided between the first spacer and the second spacer.
  • first spacer and the second spacer separate the outer peripheral surface of the permanent magnet from the inner surface of the cylinder bore on both sides, magnetic adhesion between the inner surface of the cylinder bore and the permanent magnet can be reliably prevented.
  • the piston has a single head that forms a single compression chamber, it is preferable to employ the first spacer and the second spacer in order to prevent the piston from swinging in the radial direction.
  • the suction valve mechanism has a suction passage penetrating through the piston rod to communicate the intermediate chamber with the compression chamber, and a valve body for opening and closing the suction passage by pressure in the compression chamber.
  • the first spacer located at the tip of the piston head holds the valve body.
  • the valve body may be a float type or a lead type.
  • a biasing member having a biasing force for reciprocating the piston in the cylinder bore is further provided.
  • the urging member can reciprocate the piston by resonance at the natural frequency.
  • the urging member may be provided at both ends of the piston, or may be provided in the piston.
  • a coil spring having an urging force for reciprocating the piston in the cylinder bore is further provided.
  • the piston rod has a smaller diameter than the two piston heads.
  • the housing has a spring seat between the piston heads. The coil spring is disposed around the piston rod between the spring seat and the piston heads.
  • the housing includes a cylinder block in which the cylinder bore is provided, and a shell that is provided outside the cylinder block and holds the coil between the cylinder block.
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of a vehicle air conditioner using the compressor of FIG. 1.
  • Sectional drawing which expands and shows a part of compressor of FIG.
  • Explanatory drawing which shows the coil and permanent magnet in the compressor of FIG.
  • the expanded sectional view which shows the positional relationship of the cylinder bore and permanent magnet in the compressor of FIG.
  • Explanatory drawing which shows the positional relationship of the cylinder bore and piston head in the compressor of FIG.
  • Explanatory drawing which shows the positional relationship of the cylinder bore and permanent magnet in the linear electric compressor of a comparative example.
  • Explanatory drawing which shows the positional relationship of the cylinder bore and piston head in the linear electric compressor of the comparative example.
  • Example 1 A linear electric compressor 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is employed as an air conditioner for a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the linear electric compressor 100 includes a housing 9 including first and second cylinder blocks 1 and 3, a shell 5 and a center housing 7.
  • a first cylinder bore 1 a is provided through the first cylinder block 1 along the axial direction of the first cylinder block 1, and a second cylinder bore is provided along the axial direction of the second cylinder block 3 in the second cylinder block 3. 3a is penetrated.
  • the first and second cylinder bores 1a and 3a are designed to be coaxial and have the same diameter.
  • the first and second cylinder blocks 1 and 3 have flanges 1b and 3b located on the radially outer sides of the first and second cylinder bores 1a and 3a, and the inside of the shell 5 so that the flanges 1b and 3b are located at both ends. It is stored in.
  • a center housing 7 is provided between the first and second cylinder blocks 1 and 3.
  • the center housing 7 is provided with a receiving hole 7a that is coaxial with and has the same diameter as the first and second cylinder bores 1a and 3a.
  • the first and second cylinder blocks 1 and 3 are made of a magnetic material.
  • First and second end plates 11 and 13 are joined to both ends of the shell 5 via first and second gaskets 10 and 12, respectively.
  • the first and second end plates 11 and 13 are formed with first and second discharge chambers 11a and 13a.
  • a first valve plate 15 is sandwiched between the first gasket 10 and the first end plate 11,
  • a second valve plate 17 is sandwiched between the second gasket 12 and the second end plate 13.
  • the first and second end plates 11 and 13 are provided with first and second discharge ports 11b and 13b communicating with the first and second discharge chambers 11a and 13a.
  • the first discharge chamber 11a is connected to the pipe 101 shown in FIG. 2 by the first discharge port 11b
  • the second discharge chamber 13a is connected to the pipe 102 by the second discharge port 13b.
  • the first valve plate 15 is provided with a discharge port 15a. Also, on the surface of the first valve plate 15 facing the first discharge port 11b, a lead type discharge valve 19 capable of opening and closing the discharge port 15a and a retainer 21 for regulating the opening degree of the discharge valve 19 are rivets 23. Is attached by.
  • the first valve plate 15, the discharge valve 19, the retainer 21, and the rivet 23 constitute a first valve unit 25.
  • the second valve unit including the second valve plate 17 also has the same configuration as the first valve unit 25.
  • a piston 27 is accommodated in the first and second cylinder bores 1a, 3a and the accommodation hole 7a so as to be able to reciprocate.
  • the piston 27 is provided integrally with the piston rod 29, one end of the piston rod 29, the first piston head 31 slidably contacting the inside of the first cylinder bore 1a, and the other end of the piston rod 29.
  • a second piston head 33 in sliding contact with the cylinder bore 3a.
  • the first piston head 31 is provided integrally with the head main body 39 having an outer peripheral surface to which the permanent magnets 35 and 37 are fixed, and the head main body 39.
  • the first and second spacers 41 and 43 that separate the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 35 and 37 from the inner surface are provided.
  • Permanent magnets 35 and 37 are cylindrical.
  • the permanent magnets 35 and 37 are made of rare earth magnets.
  • the permanent magnet 35 has an outer part that functions as an N pole and an inner part that functions as an S pole
  • the permanent magnet 37 has an outer part that functions as an S pole and an inner part that functions as an N pole.
  • the permanent magnet 35 may have an outer portion that functions as an S pole and an inner portion that functions as an N pole
  • the permanent magnet 37 has an outer portion that functions as an N pole and an inner portion that functions as an S pole. You may have.
  • the second spacer 43 is press-fitted into the head main body 39, then the permanent magnets 37 and 35 are inserted into the head main body 39, and then the first spacer 41 is press-fitted into the head main body 39, so that the permanent magnets 35 and 37 become the head main body. 39 is sandwiched between first and second spacers 41 and 43.
  • a compression chamber 45 is formed between the first spacer 41 of the first piston head 31 and the first valve plate 15 in the first cylinder bore 1a.
  • the outer diameter of the first and second spacers 41 and 43 is larger than the outer diameter of the permanent magnets 35 and 37. More specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the outer peripheral surfaces of the first and second spacers 41 and 43 are raised in the axially central portion toward the radially outer side. That is, the cross-sectional shape of the outer peripheral surfaces of the first and second spacers 41 and 43 has an arc shape.
  • the dimension t which is half the difference between the outer diameter of the first and second spacers 41 and 43 and the outer diameter of the permanent magnets 35 and 37, that is, the first and second spacers 41 and 41,
  • the difference t between the radius of 43 and the radius of the permanent magnets 35 and 37 is set to about 0.05 mm to about 0.1 mm.
  • the first and second spacers 41 and 43 are made of a nonmagnetic material.
  • the head body 39 is formed with a suction port 39 a that opens toward the compression chamber 45.
  • the first spacer 41 is formed with a valve port 41a communicating with the suction port 39a, and a float type suction valve 47 is accommodated in the valve port 41a.
  • the valve port 41a has a locking piece 41b on the compression chamber 45 side.
  • On the outer peripheral edge of the suction valve 47 there are formed a plurality of locking pieces 47a that come into contact with the locking pieces 41b when the suction valve 47 opens the suction port 39a, and notches 47b are formed between the locking pieces 47a. It is said that.
  • the first piston head 31 and the second piston head 33 are press-fitted into both ends of the piston rod 29.
  • the piston rod 29 has a smaller diameter than the first and second piston heads 31 and 33.
  • a suction passage 29a that opens in the radial direction at the center in the axial direction and extends in the axial direction.
  • the suction passage 29 a communicates with the suction port 39 a of the first piston head 31.
  • the suction passage 29a, the suction port 39a, the suction valve 47, and the first spacer 41 constitute a suction valve mechanism 50.
  • the second piston head 33 side is also configured in the same manner as the first piston head 31 described above.
  • a spring seat 7b is formed in the center housing 7 in a shape protruding from the end face of the first and second cylinder blocks 1 and 3 at a central position that is the same distance from each other. ing.
  • a space between the inner surface of the center housing 7 and the outer peripheral surface of the piston rod 29 forming the housing hole 7a functions as a spring chamber 7c.
  • First and second coil springs 49 and 51 as urging members are accommodated in the spring chamber 7c.
  • the first coil spring 49 has one end in contact with the spring seat 7 b and the other end in contact with the second spacer 43 of the first piston head 31.
  • the second coil spring 51 is in a pre-compressed state, and has one end abutting against the spring seat 7 b and the other end abutting against a second spacer (no symbol) of the second piston head 33.
  • An intermediate chamber 53 is formed between the center housing 7 and the shell 5.
  • the center housing 7 has a communication hole 7d penetrating the intermediate chamber 53 and the spring chamber 7c.
  • the intermediate chamber 53 and the spring chamber 7 c correspond to the suction chamber 55.
  • the shell 5 is provided with a suction port 5 a that communicates with the suction chamber 55.
  • the suction port 5a is connected to the pipe 103 shown in FIG.
  • a cover 57 for closing the intermediate chamber 53 is also fixed to the shell 5, and terminals (not shown) connected to coils 63 a, 63 b, 65 a, 65 b described later are fixed to the cover 57.
  • coils 63a, 63b, 65a, 65b are provided between the first and second cylinder blocks 1, 3 and the shell 5, coils 63a, 63b, 65a, 65b are provided while being held by the first and second holding members 59, 61.
  • the coils 63a, 63b, 65a, 65b are provided around the first and second piston heads 31, 33.
  • the first and second cylinder blocks 1 and 3 and the first and second holding members 59 and 61 are made of a magnetic material.
  • the pipe 101 and the pipe 102 are connected to the pipe 104, and the pipe 104 is connected to the condenser 105.
  • the condenser 105 is connected to the expansion valve 107 and the evaporator 108 by a pipe 106, and the evaporator 108 is connected to the pipe 103.
  • the terminal in the intermediate chamber 53 is connected to the power feeding device 110 by a lead wire 109.
  • the power feeding device 110 is electrically controlled.
  • the power feeding device 110 periodically feeds the coils 63a, 63b, 65a, and 65b, thereby periodically around the coils 63a, 63b, 65a, and 65b. Produces changing electromagnetic force.
  • the coil 63 a attracts the permanent magnet 35
  • the coil 63 b attempts to pull away the permanent magnet 37 of the first piston head 31.
  • the coil 63a pulls the permanent magnet 35 away
  • the coil 63b tries to attract the permanent magnet 37.
  • the permanent magnets 35 and 37 are rare earth magnets, the thrust is large while being small.
  • the permanent magnets 35 and 37 of the piston 27 (only the permanent magnet of the first piston head 31 is indicated by a symbol) have an attractive force and a repulsive force based on the electromagnetic force generated by the coils 63a, 63b, 65a, and 65b. Receive alternately. For this reason, the piston 27 reciprocates in the first and second cylinder bores 1a and 3a. At this time, the piston 27 reciprocates also by resonance due to the natural frequency of the first and second coil springs 49 and 51.
  • the reciprocating motion of the piston 27 performs the respective steps of refrigerant suction, compression, and discharge.
  • the operation of the first piston head 31 will be described in detail.
  • FIG. 3 when the first piston head 31 is in the suction stroke in which the first piston head 31 moves from the top dead center toward the bottom dead center, the pressure in the compression chamber 45 becomes low, and the suction valve 47 moves in the valve port 41.
  • the suction port 39a is opened.
  • the refrigerant in the suction chamber 55 passes through the gap between the notch 47b of the suction valve 47 and the locking piece 41b from the suction port 39a and is sucked into the compression chamber 45.
  • the discharge port 15 a is closed by the discharge valve 19.
  • the suction valve 47 moves in the valve port 41a due to the pressure in the compression chamber 45, and the suction port 39a is closed. And when the pressure in the compression chamber 45 rises, the discharge valve 19 is opened. That is, the first piston head 31 moves to the discharge stroke.
  • the refrigerant compressed in the compression chamber 45 is discharged to the discharge chamber 11a through the discharge port 15a.
  • the gasket 10 exists between the first end plate 11 and the first cylinder block 1, and the piston 27 is not in direct contact with the discharge chamber 11a. For this reason, the piston 27 is hardly heated by the refrigerant in the discharge chambers 11a and 13a.
  • the second piston head 33 side also performs the same operation as the first piston head 31.
  • the refrigerant circulates as follows to air-condition the passenger compartment. That is, the refrigerant discharged from the evaporator 108 to the pipe 103 is sucked into the compression chamber 45 from the suction chamber 55, compressed in the compression chamber 45, and then discharged into the first and second discharge chambers 11a and 13a.
  • the refrigerant in the first and second discharge chambers 11 a and 13 a reaches the condenser 105, the expansion valve 107 and the evaporator 108 through the pipes 101 and 102. Since this linear electric compressor 100 can perform a refrigerant compression action by electric control, it can be suitably used for an air conditioner such as an electric vehicle. For example, even if the vehicle is equipped with a hybrid engine and the engine is stopped while the vehicle is stopped, the linear electric compressor 100 can provide suitable air conditioning.
  • the first and second piston heads 31 and 33 are provided with permanent magnets 35 and 37, respectively. Therefore, the first piston head 31 will be described as an example. Since the permanent magnets 35 and 37 are close to the coils 63a and 63b, the piston 27 is likely to be operated by the electromagnetic force generated by the coils 63a and 63b.
  • the first piston head 31 has a head body 39 and first and second spacers 41 and 43.
  • Permanent magnets 35 and 37 are fixed to the outer peripheral surface of the head main body 39.
  • the first and second spacers 41 and 43 are provided integrally with the head main body 39, and the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 35 and 37 are approximately 0.05 mm to approximately 0.1 mm away from the inner surface of the first cylinder bore 1a. It is separated.
  • permanent magnets 35 and 37 are provided between the first and second spacers 41 and 43.
  • first and second spacers 41 and 43 separate the outer peripheral surfaces of the permanent magnets 35 and 37 from the inner surface of the first cylinder bore 1a on both axial sides of the permanent magnets 35 and 37, the first and second spacers 41 and 43 are separated from the inner surface of the first cylinder bore 1a. Magnetic attachment with the permanent magnets 35 and 37 can be reliably prevented.
  • a clearance of about 0.05 mm to about 0.1 mm is formed between the permanent magnets 35 and 37 and the inner surface of the first cylinder bore 1a. This maintains the clearance. Therefore, in this linear electric compressor 100, when the electromagnetic force is generated by the coils 63a and 63b, the first piston head 31 is maintained in a state where it is disposed substantially coaxially with the first cylinder bore 1a. It reciprocates in one cylinder bore 1a.
  • this linear electric compressor 100 when the piston 27 reciprocates in the cylinder bore 1a as compared with the linear electric compressor in which the permanent magnets 35 and 37 are magnetically attached to the inner surface of the cylinder bore 1a.
  • the frictional resistance can be reduced.
  • the second piston head 33 reciprocates in the second cylinder bore 3a while maintaining a state of being arranged substantially coaxially with the second cylinder bore 3a, so that the piston 27 moves in the cylinder bore 3a.
  • the frictional resistance when reciprocating can be reduced. For this reason, in this linear electric compressor 100, compression efficiency becomes high.
  • first and second spacers 41 and 43 are non-magnetic materials, the frictional resistance force when the piston 27 reciprocates in the first and second cylinder bores 1a and 3a can be further reduced.
  • this linear electric compressor 100 since the outer peripheral surfaces of the first and second spacers 41 and 43 are raised in a circular arc shape, the contact area with the inner surfaces of the first and second cylinder bores 1a and 3a is reduced. . For this reason, the frictional resistance when the piston 27 reciprocates in the first and second cylinder bores 1a and 3a can be further reduced, and the compression efficiency can be further increased.
  • the linear electric compressor 100 of the first embodiment can realize high compression efficiency and excellent durability as compared with the linear electric compressor of the comparative example. Further, if this linear electric compressor 100 is employed in an air conditioner for a vehicle, wear powder that becomes a foreign object is less likely to occur, so that the air conditioner can also exhibit excellent durability.
  • the first and second piston heads 31 and 33 have the head main body 39 and the first and second spacers 41 and 43, and electromagnetic force is applied to the compression chamber 45. Since it acts on the first and second piston heads 31 and 33 that are close to each other, the piston 27 is unlikely to swing in the radial direction when the piston 27 reciprocates in the first and second cylinder bores 1a and 3a.
  • first and second end plates 11 and 13 are joined to both ends of the shell 5, and a first valve plate 15 is provided between the first gasket 10 and the first end plate 11.
  • the second valve plate 17 is sandwiched between the second gasket 12 and the second end plate 13.
  • the linear electric compressor 100 includes a first piston head 31 provided integrally with one end of the piston rod 29 and a second piston head 33 provided integrally with the other end of the piston rod 29. Yes.
  • An intermediate chamber 53 is formed between the first and second cylinder blocks 1, 3 and the shell 5, and a space between each valve unit 25 and the first and second end plates 11, 13 is defined as the first, second discharge chamber 11a, 13a, and the first and second piston heads 31 and 33 are provided with a suction valve mechanism 50.
  • this linear electric compressor 100 the compression chambers 45 are formed at both axial ends of the piston 27. Further, the discharge chambers 11 a and 13 a are formed between the valve units 25 and the end plates 11 and 13, so that the spring chamber 7 c which is a part of the suction chamber 55 and the suction passage 29 a are formed in the piston 27. Will be formed. For this reason, while maintaining the compression efficiency of a refrigerant
  • the suction valve mechanism 50 includes a suction passage 29 a penetrating the piston rod 29 and communicating the intermediate chamber 53 and the compression chamber 45, and a suction passage by the pressure of the compression chamber 45. And a suction valve 47 for opening and closing 29a.
  • a first spacer 41 (only the first spacer of the first piston head 31 is indicated by a symbol) located at the tip of the first and second piston heads 31 and 33 holds the suction valve 47. For this reason, the refrigerant sent to the intermediate chamber 53 is sucked into the compression chamber 45 through the suction passage 29a. For this reason, this linear electric compressor 100 can be further reduced in size.
  • the permanent magnets 35 and 37 can be effectively cooled.
  • the piston rod 29 has a smaller diameter than the first and second piston heads 31 and 33.
  • the center housing 7 has a spring seat 7 b, and first and second coil springs 49 and 51 are provided between the spring seat 7 b and the first and second piston heads 31 and 33. For this reason, since it is not necessary to provide an urging member in the compression chamber 45, a large compression chamber 45 can be secured. Further, the first and second coil springs 49 and 51 do not have a larger diameter than the first and second piston heads 31 and 33. For this reason, the linear electric compressor 100 can maintain a high compression efficiency of the refrigerant while being small in size.
  • the linear electric compressor 100 since the housing 9 includes the first and second cylinder blocks 1, 3 and the shell 5, the linear electric compressor 100 is provided between the first and second cylinder blocks 1, 3 and the shell 5.
  • the coils 63a, 63b, 65a, and 65b can be easily provided and can be easily manufactured.
  • the linear electric compressor of the present invention may be used in combination with another compressor in addition to the case where the linear electric compressor is used alone.
  • only one of the first and second spacers 41 and 43 may be made larger than the outer diameter of the permanent magnets 35 and 37.
  • first and second spacers 41 and 43 can be made of a fluororesin such as PTFE.
  • the piston 27 preferably slides in the first and second cylinder bores 1a and 3a.
  • suction valve mechanism 50 may employ a lead type suction valve.
  • a suction chamber 55 may be formed between the first valve unit 25 and the first end plate 11.
  • a suction chamber 55 may be formed between the second valve unit and the second end plate 13.
  • First piston head, 33 ... Second piston head 39... Head body, 41, 43 .. spacer (41... First spacer, 43... Second spacer), 100... Linear electric compressor, 50. 9a ... suction passage, 47 ... valve (intake valve), 49, 51 ... urging member (49 ... first coil spring, 51 ... second coil spring) 7b ... Spring seat.

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Abstract

ピストンの摩擦抵抗力を低減し、及び、永久磁石の摩耗の発生を防止することで、圧縮効率が高く、かつ優れた耐久性を発揮可能なリニア電動式圧縮機を提供する。ハウジング、ピストン、エンドプレート、弁ユニット、コイル及び永久磁石を備えるリニア電動式圧縮機が開示される。前記ハウジングは軸方向に沿って延びるシリンダボアを有する。弁ユニットは、前記シリンダボアと前記エンドプレートとの間に設けられる。前記弁ユニットと前記エンドプレートとの間には吐出室が形成される。前記シリンダボアは前記弁ユニットと前記ピストンとの間に圧縮室を形成する。前記永久磁石は前記コイルによって生じる電磁力によって前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる。前記永久磁石は、前記ピストンの外周面に固定される。前記ピストンは、前記シリンダボアの内面に対して該永久磁石の外周面を離間させる第１、第２スペーサを有する。

Description

リニア電動式圧縮機
　本発明は、リニア電動式圧縮機に関する。
　特許文献１に従来のリニア電動式圧縮機が開示されている。このリニア電動式圧縮機は、シリンダブロックと、シリンダブロックの一端に接合されるエンドプレートとを備えている。前記シリンダブロックには該シリンダブロックの軸方向に沿って延びるシリンダボアが貫設されている。シリンダボアとエンドプレートとの間には弁ユニットが設けられている。シリンダボア内にはピストンが往復動可能に収容されている。前記シリンダボア内において、前記ピストンと前記弁ユニットとの間には圧縮室が形成されている。前記エンドプレートと前記弁ユニットとは互いの間に吐出室及び吸入室を形成する。前記リニア電動式圧縮機はまた、シリンダボア内でピストンを往復動させる付勢力を有するばねと、シリンダブロックに設けられたコイルと、コイルによって生じる電磁力によってピストンを往復動させるように前記ばねと協働する永久磁石とを備えている。前記ピストンは、ピストンロッドと、ピストンロッドの一端に一体に設けられてシリンダボア内を摺接するピストンヘッドとを含む。永久磁石はピストンロッドに設けられ、コイルはピストンロッドの周りに設けられている。
　このリニア電動式圧縮機では、コイルに周期的な給電を行うことでコイルの周りに周期的に変化する電磁力を生じ、ピストンの永久磁石がその電磁力によってコイルに引き付けられたり、コイルから引き離されたりする。このため、ピストンはシリンダボア内で往復動する。この際、ばねの固有振動数による共振によってもピストンが往復動する。このピストンの往復動により、吸入圧力の冷媒である吸入冷媒は、吸入室から圧縮室に吸入される。そして、その冷媒は、圧縮室で圧縮された後、吐出室へ吐出される。このように、リニア電動式圧縮機は、電気制御によって冷媒の圧縮作用を行うことができることから、電気自動車等の空調装置として採用可能である。
特開平９－１９５９２８号公報
　ところで、上記従来のリニア電動式圧縮機では、前記電磁力によってピストンに大きな推力が生じるように、永久磁石を、同ピストンの外周面上であって、かつコイルの近くに設けている。この場合、シリンダブロックが鉄等の磁性体で構成されていれば、永久磁石がシリンダボアの内面と磁着するため、ピストンに大きな垂直抗力が作用する。また、シリンダブロックがアルミニウム等の非磁性体で構成されていれば、永久磁石がシリンダボアの内面と磁着はしないものの、コイルの存在によって永久磁石がシリンダボアの内面に密着するため、ピストンに大きな垂直抗力が作用する。このため、このリニア電動式圧縮機では、ピストンはシリンダボア内で往復動するのに際して大きな摩擦抵抗力を受け、圧縮効率が低下する懸念がある。
　また、大きな電磁力によりピストンをシリンダボア内で往復動させれば、永久磁石がシリンダボアの内面との摩擦によって摩耗してしまう。このため、リニア電動式圧縮機自体の耐久性が損なわれる。また、リニア電動式圧縮機が車両の空調装置に採用されれば、永久磁石の摩耗によって生じた粉が異物となって空調装置の耐久性も損なわれてしまう。
　本発明の目的は、圧縮効率が高く、かつ優れた耐久性を発揮可能なリニア電動式圧縮機を提供することである。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様では、ハウジング、ピストン、エンドプレート、弁ユニット、コイル及び永久磁石を備えるリニア電動式圧縮機が開示される。前記ハウジングは軸方向に沿って延びるシリンダボアを有する。前記ピストンは前記シリンダボア内に往復動可能に収容される。前記エンドプレートは前記ハウジングの端部に接合される。弁ユニットは、前記シリンダボアと前記エンドプレートとの間に設けられる。前記弁ユニットと前記エンドプレートとの間には吐出室及び／又は吸入室が形成される。前記シリンダボアは前記弁ユニットと前記ピストンとの間に圧縮室を形成する。前記コイルは前記ハウジングに設けられる。前記永久磁石は、前記ピストンに設けられる。前記永久磁石は前記コイルによって生じる電磁力によって前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる。前記永久磁石は、前記ピストンの外周面に固定される。前記ピストンは、前記シリンダボアの内面に対して該永久磁石の外周面を離間させるスペーサを有する。
　本発明のリニア電動式圧縮機では、ピストンの外周面に永久磁石が固定されていることから、永久磁石がコイルの近くに位置し、電磁力によって大きな推力が生じる。そして、このリニア電動式圧縮機では、ピストンがスペーサを有し、スペーサがシリンダボアの内面に対して永久磁石の外周面を離間する。このため、シリンダボアを形成するハウジングが磁性体であっても、ピストンの永久磁石がシリンダボアの内面に磁着しない。また、シリンダボアを形成するハウジングが非磁性体である場合には、コイルで電磁力を発生させても、ピストンの永久磁石がシリンダボアの内面に密着しない。
　このため、ピストンがシリンダボア内を往復動する際の摩擦抵抗力は小さく、給電による圧縮効率は高い。
　また、この状態でピストンを往復動させても、永久磁石が摩擦によって摩耗することもない。このため、リニア電動式圧縮機自体の耐久性は損なわれない。また、このリニア電動式圧縮機が車両の空調装置に採用されれば、摩耗粉が異物となって空調装置の耐久性が損なわれることもない。
　したがって、本発明のリニア電動式圧縮機は、圧縮効率が高く、かつ優れた耐久性を発揮することが可能である。
　好ましくは、前記スペーサは磁性体で構成されている。
　この場合には、永久磁石の磁束密度を高めることができる。このため、電磁力によるピストンの往復動の際の推力を高めることができ、圧縮効率を向上させることができる。なお、磁性体で構成されるスペーサとしては、永久磁石の磁束密度を高めることができる材料のものであれば、種々のものが採用され得る。例えば、鉄又はニッケル合金を採用することが可能である。
　好ましくは、前記スペーサは非磁性体で構成されている。
　この場合には、シリンダボアを形成するハウジングが磁性体であっても、スペーサがシリンダボアの内面に磁着することがない。また、非磁性体のハウジングを採用した際に、コイルの電磁力に引き寄せられて、スペーサがシリンダボアの内面に密着することもない。これらのため、ピストンがシリンダボア内を往復動する際の摩擦抵抗力を一層小さくすることができる。なお、非磁性体で構成されるスペーサとしては、シリンダボア内を好適に摺動できる材料のものであれば種々のものが採用され得る。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金を採用することが可能である。スペーサがＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなることも可能である。スペーサがフッ素樹脂である場合には、ピストンがシリンダボア内で好適に摺動する。
　本発明のリニア電動式圧縮機は、ピストンの一端のみに圧縮室を形成するものでもよく、ピストンの両端に圧縮室を形成するものでもよい。
　好ましくは、前記ピストンは、ピストンロッドとピストンヘッドとを含む。前記ピストンヘッドは前記ピストンロッドの端部に一体に設けられている。前記ピストンヘッドは前記シリンダボア内を摺接する。前記ピストンヘッドは前記永久磁石を有する。前記ピストンヘッドは、前記永久磁石が固定される外周面を有するヘッド本体と、該ヘッド本体と一体的に設けられた前記スペーサとを有する。
　この場合、ピストンヘッドがヘッド本体とスペーサとを有している。このため、電磁力が圧縮室から遠いピストンロッドではなく、圧縮室に近いピストンヘッドに作用するため、ピストンが往復動の際に径方向に振れ難い。
　好ましくは、前記エンドプレートは、前記ハウジングの両端にそれぞれ接合される一対のエンドプレートである。前記弁ユニットは、前記シリンダボアと両エンドプレートとの間にそれぞれ設けられる一対の弁ユニットである。前記ピストンヘッドは、前記ピストンロッドの両端にそれぞれ一体に設けられる一対のピストンヘッドである。前記ハウジングは、前記ピストンロッドの周りに形成された空間に連通する中間室を有する。中間室は前記吸入室として機能する。前記吐出室は、前記両弁ユニットと前記両エンドプレートとの間にそれぞれ形成される。両ピストンヘッドには、前記吸入室内の冷媒を対応する前記圧縮室に導くための吸入弁機構が設けられている。
　この場合、リニア電動式圧縮機は、ピストンの両端に圧縮室が形成される。また、各エンドプレート側に吐出室が形成され、ハウジング内に吸入室が形成される。このため、冷媒の圧縮効率を高く維持するとともに、リニア電動式圧縮機を小型化することができる。また、ピストン内に吸入された冷媒の温度が低いことを利用して、ピストンを冷却することができるため、永久磁石の加熱による磁力低下を防止することもできる。
　好ましくは、前記スペーサは、前記ヘッド本体に固定された第１スペーサ及び第２スペーサを含む。前記第１スペーサと前記第２スペーサとの間に前記永久磁石が設けられている。
　この場合、第１スペーサと第２スペーサとが両側で永久磁石の外周面をシリンダボアの内面に対して離間するため、シリンダボアの内面と永久磁石との磁着を確実に防止することができる。ピストンが単一の圧縮室を形成する片頭のものであれば、ピストンの径方向の振れを防止するためには第１スペーサ及び第２スペーサを採用することが好ましい。
　好ましくは、前記吸入弁機構は、前記ピストンロッドに貫設されて前記中間室を前記圧縮室に連通させる吸入通路と、前記圧縮室内の圧力によって該吸入通路を開閉する弁体とを有する。前記ピストンヘッドの先端に位置する前記第１スペーサは該弁体を保持している。
　この場合には、ピストン内の中間室に送られた冷媒は、吸入通路を経て圧縮室に吸入される。このため、リニア電動式圧縮機をより小型化することができる。また、永久磁石を効果的に冷却することもできる。なお、弁体は、フロート式でもよく、リード式でもよい。
　好ましくは、前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる付勢力を有する付勢部材をさらに備える。
　この場合、前記付勢部材は、固有振動数による共振によってピストンを往復動させることが可能である。前記付勢部材は、ピストンの両端に設けられてもよく、ピストン内に設けられてもよい。
　好ましくは、前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる付勢力を有するコイルばねをさらに備える。前記ピストンロッドは前記両ピストンヘッドより小径である。前記ハウジングは前記両ピストンヘッド間にばね座を有する。前記コイルばねは、前記ばね座と前記両ピストンヘッドとの間において、前記ピストンロッドの周りに配置される。
　この場合、圧縮室内に付勢部材を設ける必要がないため、圧縮室を大きく確保することができる。また、コイルばねがピストンヘッドよりも大径にならない。このため、リニア電動式圧縮機を小型化しつつ、冷媒の圧縮効率を高く維持することができる。
　好ましくは、前記ハウジングは、前記シリンダボアが貫設されたシリンダブロックと、該シリンダブロックの外側に設けられて該シリンダブロックとの間に前記コイルを保持するシェルとを有する。
　この場合、シリンダブロックとシェルとの間に容易にコイルを設けることが可能になり、リニア電動式圧縮機の製造を容易にすることができる。
本発明の実施例１に係るリニア電動式圧縮機の断面図。 図１の圧縮機を用いた車両用空調装置の摸式構造図。 図１の圧縮機の一部を拡大して示す断面図。 図１の圧縮機におけるコイル及び永久磁石を示す説明図。 図１の圧縮機におけるシリンダボア及び永久磁石の位置関係を示す拡大断面図。 図１の圧縮機における第２スペーサの拡大断面図。 図１の圧縮機における第１スペーサの拡大断面図。 図１の圧縮機におけるシリンダボアとピストンヘッドとの位置関係を示す説明図。 比較例のリニア電動式圧縮機におけるシリンダボア及び永久磁石の位置関係を示す説明図。 比較例のリニア電動式圧縮機におけるシリンダボアとピストンヘッドとの位置関係を示す説明図。
　以下、本発明を具体化した実施例１、２を、図面を参照しつつ説明する。
（実施例１）
　図１に示す実施例１のリニア電動式圧縮機１００は、ハイブリッド車や電気自動車等の空調装置として採用されている。
　実施例１のリニア電動式圧縮機１００は、第１、２シリンダブロック１、３、シェル５及びセンターハウジング７によって構成されるハウジング９を備えている。第１シリンダブロック１には同第１シリンダブロック１の軸方向に沿って第１シリンダボア１ａが貫設され、第２シリンダブロック３には同第２シリンダブロック３の軸方向に沿って第２シリンダボア３ａが貫設されている。第１、２シリンダボア１ａ、３ａは設計上互いに同軸かつ同径である。
　第１、２シリンダブロック１、３は、第１、２シリンダボア１ａ、３ａの径方向外側に位置するフランジ１ｂ、３ｂを有しており、フランジ１ｂ、３ｂが両端に位置するようにシェル５内に収納されている。シェル５内では、第１、２シリンダブロック１、３間にセンターハウジング７が設けられている。センターハウジング７には第１、２シリンダボア１ａ、３ａと設計上同軸かつ同径の収納孔７ａが貫設されている。なお、第１、２シリンダブロック１、３は磁性体からなる。
　シェル５の両端には第１、２ガスケット１０、１２を介して第１、２エンドプレート１１、１３が接合されている。第１、２エンドプレート１１、１３には第１、２吐出室１１ａ、１３ａが形成されており、第１ガスケット１０と第１エンドプレート１１との間には第１弁板１５が挟持され、第２ガスケット１２と第２エンドプレート１３との間には第２弁板１７が挟持されている。第１、２エンドプレート１１、１３には、第１、２吐出室１１ａ、１３ａと連通する第１、２吐出ポート１１ｂ、１３ｂが貫設されている。第１吐出室１１ａは第１吐出ポート１１ｂによって図２に示す配管１０１に接続され、第２吐出室１３ａは第２吐出ポート１３ｂによって配管１０２に接続されている。
　図３に示すように、第１弁板１５には吐出口１５ａが貫設されている。また、第１弁板１５の第１吐出ポート１１ｂに対向する面には、吐出口１５ａを開閉可能なリード式の吐出弁１９と、吐出弁１９の開度を規制するリテーナ２１とがリベット２３によって取り付けられている。第１弁板１５、吐出弁１９、リテーナ２１及びリベット２３が第１弁ユニット２５を構成する。第２弁板１７を含む第２弁ユニットも第１弁ユニット２５と同様の構成を有する。
　図１に示すように、第１、２シリンダボア１ａ、３ａ及び収納孔７ａ内には往復動可能にピストン２７が収納されている。ピストン２７は、ピストンロッド２９と、このピストンロッド２９の一端に一体に設けられ、第１シリンダボア１ａ内を摺接する第１ピストンヘッド３１と、ピストンロッド２９の他端に一体に設けられ、第２シリンダボア３ａ内を摺接する第２ピストンヘッド３３とを含む。
　第１ピストンヘッド３１は、図３及び図４に示すように、永久磁石３５、３７が固定される外周面を有するヘッド本体３９と、ヘッド本体３９と一体的に設けられ、第１シリンダボア１ａの内面に対して永久磁石３５、３７の外周面を離間する第１、第２スペーサ４１、４３とを有している。
　永久磁石３５、３７は筒状をなしている。永久磁石３５、３７は希土類磁石からなる。永久磁石３５はＮ極として機能する外側部分と、Ｓ極として機能する内側部分とを有し、永久磁石３７はＳ極として機能する外側部分と、Ｎ極として機能する内側部分とを有する。なお、永久磁石３５はＳ極として機能する外側部分と、Ｎ極として機能する内側部分を有していてもよく、永久磁石３７はＮ極として機能する外側部分と、Ｓ極として機能する内側部分とを有していてもよい。
　ヘッド本体３９に第２スペーサ４３が圧入され、次いで永久磁石３７、３５がヘッド本体３９に挿入され、次いでヘッド本体３９に第１スペーサ４１が圧入されることにより、永久磁石３５、３７はヘッド本体３９上で第１、２スペーサ４１、４３に挟持されている。第１シリンダボア１ａ内において、第１ピストンヘッド３１の第１スペーサ４１と第１弁板１５との間に圧縮室４５が形成される。
　図５に示すように、第１、２スペーサ４１、４３の外径寸法は、永久磁石３５、３７の外径寸法よりも大きい。より詳細には、図６及び図７に示すように、第１、２スペーサ４１、４３の外周面は軸方向中央部分が径方向外方に向かって盛り上がっている。つまり、第１、２スペーサ４１、４３の外周面の断面形状は円弧状をなす。このリニア電動式圧縮機１００では、第１、２スペーサ４１、４３の外径寸法と、永久磁石３５、３７の外径寸法との差の半分の寸法ｔ、すなわち、第１、２スペーサ４１、４３の半径と永久磁石３５、３７の半径との差ｔが約０．０５ｍｍ～約０．１ｍｍに設定されている。第１、２スペーサ４１、４３は非磁性体からなる。
　図７に示すように、ヘッド本体３９には圧縮室４５に向かって開く吸入口３９ａが形成されている。第１スペーサ４１には吸入口３９ａと連通する弁口４１ａが形成されており、弁口４１ａ内にはフロート式の吸入弁４７が収納されている。弁口４１ａは圧縮室４５側に係止片４１ｂを有している。吸入弁４７の外周縁には、同吸入弁４７が吸入口３９ａを開いた時に係止片４１ｂと当接する複数の係止片４７ａが形成されており、各係止片４７ａ間は切欠き４７ｂとされている。
　図１に示すように、ピストンロッド２９の両端に第１ピストンヘッド３１と第２ピストンヘッド３３とが圧入されている。ピストンロッド２９は第１、２ピストンヘッド３１、３３よりも小径である。ピストンロッド２９内には、軸方向中央で径方向に開くとともに、軸方向に延びる吸入通路２９ａが形成されている。吸入通路２９ａは、図３に示すように、第１ピストンヘッド３１の吸入口３９ａと連通している。吸入通路２９ａ、吸入口３９ａ、吸入弁４７及び第１スペーサ４１が吸入弁機構５０を構成している。なお、第２ピストンヘッド３３側も上記した第１ピストンヘッド３１と同様に構成されている。
　図１に示すように、センターハウジング７には、第１、２シリンダブロック１、３の端面から互いに同一の距離をなす中央位置に、ばね座７ｂが収納孔７ａ内に突出する形状で形成されている。収納孔７ａを形成するセンターハウジング７の内面とピストンロッド２９の外周面との間の空間はばね室７ｃとして機能する。ばね室７ｃ内には付勢部材としての第１、２コイルばね４９、５１が収納されている。
　第１コイルばね４９は、予圧縮された状態で、一端がばね座７ｂに当接し、他端が第１ピストンヘッド３１の第２スペーサ４３に当接している。第２コイルばね５１は、同様に予圧縮された状態で、一端がばね座７ｂに当接し、他端が第２ピストンヘッド３３の第２スペーサ（符号なし）に当接している。
　センターハウジング７とシェル５との間には中間室５３が形成されている。センターハウジング７には、中間室５３とばね室７ｃとを連通する連通孔７ｄが貫設されている。中間室５３及びばね室７ｃが吸入室５５に相当する。シェル５には吸入室５５と連通する吸入ポート５ａが貫設されている。吸入ポート５ａは図２に示す配管１０３に接続されている。シェル５には中間室５３を閉鎖するカバー５７も固定されており、カバー５７には後述するコイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂと接続される図示しない端子が固定されている。
　第１、２シリンダブロック１、３とシェル５との間には第１、２保持部材５９、６１に保持された状態でコイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂが設けられている。コイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂは第１、２ピストンヘッド３１、３３の周りに設けられている。第１、２シリンダブロック１、３及び第１、２保持部材５９、６１は磁性体からなる。
　図２に示すように、配管１０１及び配管１０２は配管１０４に接続され、配管１０４は凝縮器１０５に接続されている。凝縮器１０５は配管１０６によって膨張弁１０７及び蒸発器１０８に接続され、蒸発器１０８は配管１０３に接続されている。また、中間室５３内の端子はリード線１０９によって給電装置１１０に接続されている。給電装置１１０は電気制御されるようになっている。
　以上のように構成されたリニア電動式圧縮機１００では、給電装置１１０によってコイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂに周期的な給電を行うことでコイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂの周りに周期的に変化する電磁力を生じる。この際、図４に示すように、コイル６３ａが永久磁石３５を引き付ければ、コイル６３ｂが第１ピストンヘッド３１の永久磁石３７を引き離そうとする。逆に、コイル６３ａが永久磁石３５を引き離せば、コイル６３ｂが永久磁石３７を引き付けようとする。このため、このリニア電動式圧縮機１００では、大きな推力でピストン２７を往復動させることが可能になっている。特に、このリニア電動式圧縮機１００では、永久磁石３５、３７が希土類磁石であるため、小型でありながら、推力が大きい。
　このように、ピストン２７の永久磁石３５、３７（第１ピストンヘッド３１の永久磁石のみ符号で示す。）は、コイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂによって生じる電磁力に基づく吸引力と反発力とを交互に受ける。このため、ピストン２７は第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内で往復動する。この際、第１、２コイルばね４９、５１の固有振動数による共振によってもピストン２７は往復動する。
　このピストン２７の往復動により、冷媒の吸入、圧縮及び吐出のそれぞれの行程が行われる。第１ピストンヘッド３１の動作を詳細に説明する。図３に示すように、第１ピストンヘッド３１が上死点から下死点に向かって移動する吸入行程にあるとき、圧縮室４５内が低圧となり、吸入弁４７が弁口４１内を移動し、吸入口３９ａが開かれる。このため、吸入室５５内の冷媒は、吸入口３９ａから吸入弁４７の切欠き４７ｂと係止片４１ｂとの間隙を通過して圧縮室４５内へ吸入される。この時、吐出口１５ａは吐出弁１９によって閉じられている。
　第１ピストンヘッド３１が下死点から上死点に向かって移動する圧縮行程に移行すると、圧縮室４５内の圧力により吸入弁４７が弁口４１ａ内を移動し、吸入口３９ａが閉じられる。そして、圧縮室４５内の圧力が上昇することにより、吐出弁１９が開かれる。すなわち、第１ピストンヘッド３１が吐出行程に移行する。こうして、圧縮室４５内において圧縮された冷媒は、吐出口１５ａを経て吐出室１１ａへ吐出される。吐出室１１ａ内の冷媒は高温であるが、第１エンドプレート１１と第１シリンダブロック１との間にはガスケット１０が存在し、ピストン２７は吐出室１１ａとは直接接触していない。このため、ピストン２７は吐出室１１ａ、１３ａ内の冷媒によっては加熱され難い。なお、第２ピストンヘッド３３側も第１ピストンヘッド３１と同様な動作を行う。
　こうして、冷媒は以下のように循環して車室内の空調を行う。すなわち、蒸発器１０８から配管１０３に出た冷媒は、吸入室５５から圧縮室４５に吸入され、圧縮室４５で圧縮された後、第１、２吐出室１１ａ、１３ａへ吐出される。第１、２吐出室１１ａ、１３ａ内の冷媒は配管１０１、１０２を経て凝縮器１０５、膨張弁１０７及び蒸発器１０８に至る。このリニア電動式圧縮機１００は、電気制御によって冷媒の圧縮作用を行うことができることから、電気自動車等の空調装置に好適に利用し得る。例えば、車両がハイブリッドエンジンを搭載しており、停車している間にそのエンジンが停止していても、このリニア電動式圧縮機１００によって好適な空調が可能である。
　また、このリニア電動式圧縮機１００では、ピストン２７が一往復する間に冷媒を２回圧縮することが可能であるため、ピストンの一端のみに圧縮室を形成するリニア電動式圧縮機に比べ、単位時間当たりの冷媒の圧縮効率を高くすることができる。
　さらに、このリニア電動式圧縮機１００では、第１、２ピストンヘッド３１、３３に永久磁石３５、３７が設けられている。このため、第１ピストンヘッド３１を例に説明すると、コイル６３ａ、６３ｂに永久磁石３５、３７が近いため、コイル６３ａ、６３ｂによって生じる電磁力によってピストン２７が動作を生じやすい。
　そして、このリニア電動式圧縮機１００では、第１ピストンヘッド３１はヘッド本体３９と第１、２スペーサ４１、４３とを有している。ヘッド本体３９の外周面には永久磁石３５、３７が固定されている。第１、２スペーサ４１、４３は、ヘッド本体３９と一体的に設けられ、第１シリンダボア１ａの内面に対して永久磁石３５、３７の外周面は約０．０５ｍｍ～約０．１ｍｍの距離で離間している。特に、このリニア電動式圧縮機１００では、第１、２スペーサ４１、４３間に永久磁石３５、３７が設けられている。第１、２スペーサ４１、４３が永久磁石３５、３７の軸方向両側で永久磁石３５、３７の外周面を第１シリンダボア１ａの内面に対して離間させているため、第１シリンダボア１ａの内面と永久磁石３５、３７との磁着を確実に防止することができる。
　すなわち、図８に示すように、永久磁石３５、３７と第１シリンダボア１ａの内面との間には、約０．０５ｍｍ～約０．１ｍｍのクリアランスが形成され、第１、２スペーサ４１、４３によりこのクリアランスが維持される。このため、このリニア電動式圧縮機１００では、コイル６３ａ、６３ｂで電磁力を発生させた場合、第１ピストンヘッド３１は、第１シリンダボア１ａとほぼ同軸上に配置された状態を維持しながら第１シリンダボア１ａ内を往復動する。
　このため、このリニア電動式圧縮機１００では、シリンダボア１ａの内面に永久磁石３５、３７が磁着してしまうリニア電動式圧縮機と比較して、ピストン２７がシリンダボア１ａ内を往復動する際の摩擦抵抗力を低減することができる。第２ピストンヘッド３３も第１ピストンヘッド３１と同様に、第２シリンダボア３ａとほぼ同軸上に配置された状態を維持しながら第２シリンダボア３ａ内を往復動するため、ピストン２７がシリンダボア３ａ内を往復動する際の摩擦抵抗力を低減することができる。このため、このリニア電動式圧縮機１００では、圧縮効率が高くなる。
　また、第１、２スペーサ４１、４３が非磁性体であるため、ピストン２７が第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内を往復動する際の摩擦抵抗力を一層小さくすることができる。特に、このリニア電動式圧縮機１００では、第１、２スペーサ４１、４３の外周面が断面円弧状に盛り上がっているため、第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内面との接触面積が小さくなっている。このため、ピストン２７が第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内を往復動する際の摩擦抵抗力を一層低減することができて、圧縮効率を一層高くすることができる。
　また、このリニア電動式圧縮機１００では、第１ピストンヘッド３１が第１シリンダボア１ａ内を往復動しても、第１シリンダボア１ａの内面と永久磁石３５、３７とが摩擦によって摩耗することがない。第２ピストンヘッド３３も第１ピストンヘッド３１と同様の構成であるため、同様の利点を有する。
　図９に示すように、外径寸法が永久磁石３５、３７の外径寸法と同程度又はより小さい第１、２スペーサ４１ｃ、４３ｃを備えた比較例としてのリニア電動式圧縮機においては、シリンダボア１ａの内面に永久磁石３５、３７が磁着してしまい、シリンダボア１ａと永久磁石３５、３７との間のクリアランスが維持されない。すなわち、図１０に示すように、第１ピストンヘッド３１は、第１シリンダボア１ａに対する同軸配置を維持することができない。このため、ピストン２７がシリンダボア１ａ内を往復動する際の摩擦抵抗力は大きく、圧縮効率は低い。この状態で第１ピストンヘッド３１が往復動すると、第１シリンダボア１ａの内面と永久磁石３５、３７とが摩擦によって摩耗する。第２ピストンヘッド３３についても同様である。
　したがって、実施例１のリニア電動式圧縮機１００は、比較例のリニア電動式圧縮機と比べ、高い圧縮効率を実現できるとともに、優れた耐久性を発揮することができる。また、このリニア電動式圧縮機１００が車両の空調装置に採用されれば、異物となる摩耗粉が生じ難いので、空調装置も優れた耐久性を発揮することができる。
　また、実施例１のリニア電動式圧縮機１００では、第１、２ピストンヘッド３１、３３がヘッド本体３９と第１、２スペーサ４１、４３とを有しており、電磁力が圧縮室４５に近い第１、２ピストンヘッド３１、３３に作用するため、ピストン２７が第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内を往復動の際にピストン２７が径方向に振れ難い。
　さらに、このリニア電動式圧縮機１００では、シェル５の両端に第１、２エンドプレート１１、１３が接合され、第１ガスケット１０と第１エンドプレート１１との間には第１弁板１５が挟持され、第２ガスケット１２と第２エンドプレート１３との間には第２弁板１７が挟持されている。また、リニア電動式圧縮機１００では、ピストンロッド２９の一端に一体に設けられた第１ピストンヘッド３１と、ピストンロッド２９の他端に一体に設けられた第２ピストンヘッド３３とを有している。第１、２シリンダブロック１、３及びシェル５間には中間室５３が形成され、各弁ユニット２５と第１、２エンドプレート１１、１３との間の空間を第１、２吐出室１１ａ、１３ａとし、第１、２ピストンヘッド３１、３３に吸入弁機構５０が設けられている。このため、このリニア電動式圧縮機１００では、ピストン２７の軸方向両端に圧縮室４５が形成される。また、各弁ユニット２５と各エンドプレート１１、１３との間に吐出室１１ａ、１３ａが形成されることで、ピストン２７内に吸入室５５の一部であるばね室７ｃと吸入通路２９ａとが形成されることとなる。このため、冷媒の圧縮効率を高く維持するとともに、このリニア電動式圧縮機１００を小型化することができる。また、ばね室７ｃ及び吸入通路２９ａ内に吸入された冷媒の温度が低いことを利用して、ピストン２７を冷却することができるため、永久磁石３５、３７の加熱による磁力低下を防止することもできる。
　また、このリニア電動式圧縮機１００では、吸入弁機構５０は、ピストンロッド２９に貫設されるとともに中間室５３と圧縮室４５とを連通する吸入通路２９ａと、圧縮室４５の圧力によって吸入通路２９ａを開閉する吸入弁４７とを有している。そして、第１、２ピストンヘッド３１、３３の先端に位置する第１スペーサ４１（第１ピストンヘッド３１の第１スペーサのみ符号で示す。)は吸入弁４７を保持している。このため、中間室５３に送られた冷媒は、吸入通路２９ａを経て圧縮室４５に吸入される。このため、このリニア電動式圧縮機１００をより小型化することができる。また、永久磁石３５、３７を効果的に冷却することもできる。
　さらに、このリニア電動式圧縮機１００では、ピストンロッド２９が第１、２ピストンヘッド３１、３３より小径である。また、センターハウジング７がばね座７ｂを有し、ばね座７ｂと第１、２ピストンヘッド３１、３３との間に第１、２コイルばね４９、５１が設けられている。このため、圧縮室４５内に付勢部材を設ける必要がないため、圧縮室４５を大きく確保することができる。また、第１、２コイルばね４９、５１が第１、２ピストンヘッド３１、３３よりも大径にならない。このため、このリニア電動式圧縮機１００は、小型でありながら、冷媒の圧縮効率を高く維持することができる。
　また、このリニア電動式圧縮機１００は、ハウジング９が第１、２シリンダブロック１、３とシェル５とを有しているため、第１、２シリンダブロック１、３とシェル５との間に容易にコイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂを設けることが可能であり、容易に製造が可能である。
　なお、このリニア電動式圧縮機１００では、第１、２シリンダブロック１、３を非磁性体とした場合でも、ピストン２７が第１、２シリンダボア１、３内を往復動する際の摩擦抵抗力が大きくなるという問題は当然に防止できる。
（実施例２）
　実施例２のリニア電動式圧縮機は、第１、２スペーサ４１、４３を磁性体で構成している。その他の構成は実施例１と同様である。
　このリニア電動式圧縮機では、コイル６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂで発生させた電磁力と第１、２スペーサ４１、４３との間の磁束密度を高めることができる。このため、電磁力によるピストンの往復動の際の推力を高めることができ、圧縮効率を向上させることができる。
　以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
　例えば、本発明のリニア電動式圧縮機は、単体で用いられる場合の他、他の圧縮機と組み合わせて用いられてもよい。
　また、両頭のピストンであれば、永久磁石３５、３７の外径寸法よりも大きくするのは、第１、２スペーサ４１、４３のいずれか一方のみでもよい。
　また、第１、２スペーサ４１、４３はＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなることも可能である。この場合には、ピストン２７が第１、２シリンダボア１ａ、３ａ内で好適に摺動する。
　さらに、吸入弁機構５０は、リード式の吸入弁を採用することも可能である。
　第１弁ユニット２５と第１エンドプレート１１との間に吸入室５５が形成されていてもよい。同様に、第２弁ユニットと第２エンドプレート１３との間に吸入室５５が形成されていてもよい。
１ａ、３ａ…シリンダボア、９…ハウジング（１…第１シリンダブロック、３…第２シリンダブロック、５…シェル、７…センターハウジング）、１１、１３…エンドプレート（１１…第１エンドプレート、１３…第２エンドプレート）、４５…圧縮室、１１ａ、１３ａ…吐出室（１１ａ…第１吐出室、１３ａ…第２吐出室）、５５…吸入室（７ｃ…ばね室、５３…中間室）、２５…弁ユニット、２７…ピストン、６３ａ、６３ｂ、６５ａ、６５ｂ…コイル、３５、３７…永久磁石、２９…ピストンロッド、３１、３３…ピストンヘッド（３１…第１ピストンヘッド、３３…第２ピストンヘッド）、３９…ヘッド本体、４１、４３…スペーサ（４１…第１スペーサ、４３…第２スペーサ）、１００…リニア電動式圧縮機、５０…吸入弁機構、２９ａ…吸入通路、４７…弁体（吸入弁）、４９、５１…付勢部材（４９…第１コイルばね、５１…第２コイルばね）
７ｂ…ばね座。

Claims (10)

  1. 　軸方向に沿って延びるシリンダボアを有するハウジングと、
    　前記シリンダボア内に往復動可能に収容されるピストンと、
    　前記ハウジングの端部に接合されるエンドプレートと、
    　前記シリンダボアと前記エンドプレートとの間に設けられる弁ユニットであって、前記弁ユニットと前記エンドプレートとの間には吐出室及び／又は吸入室が形成され、前記シリンダボアは前記弁ユニットと前記ピストンとの間に圧縮室を形成する、弁ユニットと、
    　前記ハウジングに設けられるコイルと、
    　前記ピストンに設けられ、前記コイルによって生じる電磁力によって前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる永久磁石と
    を備えるリニア電動式圧縮機であって、
    　前記永久磁石は、前記ピストンの外周面に固定され、
    　前記ピストンは、前記シリンダボアの内面に対して該永久磁石の外周面を離間させるスペーサを有する、圧縮機。
  2. 　前記スペーサは磁性体で構成されている、請求項１記載の圧縮機。
  3. 　前記スペーサは非磁性体で構成されている、請求項１記載の圧縮機。
  4. 　前記ピストンは、ピストンロッドと、該ピストンロッドの端部に一体に設けられて前記シリンダボア内を摺接するとともに前記永久磁石を有するピストンヘッドとを含み、
    　前記ピストンヘッドは、前記永久磁石が固定される外周面を有するヘッド本体と、該ヘッド本体と一体的に設けられた前記スペーサとを有する、請求項１乃至３のいずれか１項記載の圧縮機。
  5. 　前記エンドプレートは、前記ハウジングの両端にそれぞれ接合される一対のエンドプレートであり、
    　前記弁ユニットは、前記シリンダボアと両エンドプレートとの間にそれぞれ設けられる一対の弁ユニットであり、
    　前記ピストンヘッドは、前記ピストンロッドの両端にそれぞれ一体に設けられる一対のピストンヘッドであり、
    　前記ハウジングは、前記ピストンロッドの周りに形成された空間に連通する中間室を有し、該中間室は前記吸入室として機能し、
    　前記吐出室は、前記両弁ユニットと前記両エンドプレートとの間にそれぞれ形成され、
    　両ピストンヘッドには、前記吸入室内の冷媒を対応する前記圧縮室に導くための吸入弁機構が設けられている、請求項４記載の圧縮機。
  6. 　前記スペーサは、前記ヘッド本体に固定された第１スペーサ及び第２スペーサを含み、
    　前記第１スペーサと前記第２スペーサとの間に前記永久磁石が設けられている、請求項５記載の圧縮機。
  7. 　前記吸入弁機構は、前記ピストンロッドに貫設されて前記中間室を前記圧縮室に連通させる吸入通路と、前記圧縮室内の圧力によって該吸入通路を開閉する弁体とを有し、
    　前記ピストンヘッドの先端に位置する前記第１スペーサは該弁体を保持している、請求項６記載の圧縮機。
  8. 　前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる付勢力を有する付勢部材をさらに備える、請求項１乃至７のいずれか１項記載の圧縮機。
  9. 　前記シリンダボア内で前記ピストンを往復動させる付勢力を有するコイルばねをさらに備え、
    　前記ピストンロッドは前記両ピストンヘッドより小径であり、
    　前記ハウジングは前記両ピストンヘッド間にばね座を有し、
    　前記コイルばねは、前記ばね座と前記両ピストンヘッドとの間において、前記ピストンロッドの周りに配置される、請求項５乃至７のいずれか１項記載の圧縮機。
  10. 　前記ハウジングは、前記シリンダボアが貫設されたシリンダブロックと、該シリンダブロックの外側に設けられて該シリンダブロックとの間に前記コイルを保持するシェルとを有する、請求項１乃至９のいずれか１項記載の圧縮機。
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