CN102985692A - 线性压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性压缩机，该线性压缩机改变线性电机的结构，因此能够防止漏磁，并且，由于改变线性电机结构，考虑磁性弹簧常数将机械弹簧常数设计成小的值，因此能缩小在往复直线运动的方向上支撑活塞的弹簧的大小，而且能去除支撑弹簧的部件，因此，能实现小型化、轻量化，并且从线性电机的结构特性来看，缩小冲程的扩散影响，此外，易于与负载相对应地扩大压缩容量。

Description

线性压缩机
技术领域
本发明涉及不辜负低压缩容量及小型设置空间的要求且能够担保高效率的线性压缩机及适用于该线性压缩机的线性电机，特别是，涉及既能防止漏磁，也能利用磁性弹簧常数（magnetic spring constant）的线性压缩机及适用于该线性压缩机的线性电机。
背景技术
一般来说,往复式压缩机是在活塞（piston）和气缸（cylinder）之间形成吸入、排出运行气体的压缩空间，以使活塞在气缸内部进行直线往复运动并压缩制冷剂。
最近，现有的往复式压缩机（reciprocal compressor）为了把驱动电机的回转力转换为活塞的往复直线运动力，包括曲柄轴等构成部件，因此，存在大大产生运动转换所带来的机械性损失的问题。为了解决此类问题，正研发很多线性压缩机。
此类线性压缩机，特别地，活塞直接连接到进行往复直线运动的线性电机上，从而不存在运动转换所带来的机械性损失，因此不仅提高压缩效率，而且结构简单，通过控制向此类线性电机输入的电源能够控制其工作，所以与其他压缩机相比具有较小的噪音，广泛适用于在室内使用的冰箱等家电产品。
图1是示出了现有技术的线性压缩机一例的俯视剖面图，图2是示出了适用于现有技术的线性压缩机的线性电机一例的一部分的侧视剖面图。
现有的线性压缩机如图1所示，在密封容器1的内侧弹性支撑如下结构体，该结构体由框架2、气缸3、活塞4、吸入阀5、排出阀组件6、电机盖7、支架8、后盖9、***组件10、8个弹簧20及线性电机30构成。当然，密封容器1具有吸入制冷剂的吸入管1a及排出被压缩的制冷剂的排出管1b。
这些弹簧20被设置成在轴方向上弹性支撑活塞4，4个第一弹簧21设置于电机盖7和支架8之间，4个第二弹簧22设置于支架8和后盖9之间。因此，在活塞4向压缩制冷剂的方向移动时，这些第一弹簧21随之压缩，从而对活塞4进行弹性支撑，相反，在活塞4向吸入制冷剂的方向移动时，这些第二弹簧22随之压缩，从而对活塞4进行弹性支撑。
线性电机30如图1及图2所示，在内定子31和外定子32之间保持间隙（Air-gap），在间隙之间以能进行往复直线运动的方式设置永久磁铁33，而永久磁铁33通过连接部件34与活塞4相连，从而往复驱动活塞4。内定子31形成为薄片沿着圆周方向层叠而成的圆桶形状，内定子31的轴方向的一端与框架2的一面相接触，内定子31的轴方向的另一端通过固定环（未图示）固定在气缸3的外周面。外定子32被设置为：在线圈绕体32A的圆周方向上，多个磁心32B、32B’以一定间隔与该线圈绕体32A相结合，而磁心32B、32B’被形成为一对砌块32B、32B’，并在线圈绕体32A的轴方向上围绕线圈绕体32A的外周面，磁心32B、32B’具有一对磁极（pole）32a、32b以围绕线圈绕体32A的内周面的一部分。当然，外定子32设置成与内定子31的外周面保持间隙，外定子32在轴方向上与框架2和电机盖7相接触地安装后，随着电机盖7与框架2进行螺栓连接而被固定。永久磁铁33拥有N-S极，其被设置成各个极（N-S）分别位于与内定子31面对面的一面以及与外定子32面对面的一面，并且通过连接部件34与活塞4连接。因此，在内定子31、外定子32与永久磁铁33之间，通过相互的电磁力，使永久磁铁33进行往复直线运动，从而使活塞4工作。
因此，由活塞4和永久磁铁33构成的移动部件相对于由气缸3和定子31、32构成的固定部件，以直线运动方向为基准，在两侧依靠机械弹簧20得以支撑，因此，计算出根据移动部件的质量（mass：M）和支撑该移动部件的弹簧的弹簧常数（spring constant：K）定义的M-K共振频率，并将施加到线性电机30的电源频率设置成追随M-K共振频率，从而能够使线性压缩机的效率最优化。
察看如上述结构的现有技术的动作如下。
向线圈绕体32A输入电源时，N/S极交替形成在内定子31和外定子32上，位于它们之间的永久磁铁33随着内定子31和外定子32的极变化，依靠引力或斥力移动，从而进行往复直线运动。此时，永久磁铁33的中心脱离外定子32的两个磁极32a、32b的端部时，引力达不到永久磁铁33或电磁场的外部发散增加，因此会导致永久磁铁33从内定子31与外定子32之间脱离或向外发散的电磁场使密封容器1或密封容器1内的其他组成部件磁性化，使运行可靠性降低，为了防止此类问题，对活塞4的冲程即永久磁铁33的移动距离进行严格控制，使永久磁铁33的中心位于外定子32的两个磁极32a、32b的端部之间，为此，由高刚性的弹簧钢制造的多个机械弹簧20如图1所示地使用于对移动部件的弹性支撑。
像这样，线性电机30工作时，活塞3及与其相连的***组件10进行往复直线运动，随着压缩空间P的压力可变，吸入阀5及排出阀组件6开始工作，而通过这样的工作，制冷剂经由密封容器1的吸入管1a、后盖9的开口部、***组件10及活塞3的吸入口吸入到压缩空间P并被压缩，之后通过排出阀组件6、环状管（未图示）及密封容器1的排出管1b向外排出。
最近研发的线性压缩机既能容易适用于低容量，也能容易设置于狭小空间。但是，现有的线性压缩机及适用于该现有线性压缩机的线性电机由于上述的理由，对于活塞4的冲程长度，严格控制其距离，在永久磁铁33进行往复直线运动时使其中心在外定子32的两个磁极32a、32b之间，为此使用多个弹簧20，所以不适合使用于低容量的单纯结构上。
发明内容
技术课题
本发明的目的在于，提供一种线性压缩机，通过改变线性电机的结构，使结构部件一体化或进行删除来实现轻量化或小型化。
并且，本发明的目的在于，提供一种线性压缩机及用于该线性压缩机的线性电机，通过改变线性电机的结构，利用磁性弹簧常数Kmagnet，能够使效率最优化。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供一种线性压缩机，其包括：包括：固定部件，其包括气缸、内定子及外定子，在上述气缸的内部具有压缩空间，上述内定子设置于气缸的外部，上述外定子在与内定子之间的间隙形成磁极；可动部件，其包括活塞及永久磁铁，上述活塞向气缸的压缩空间进行往复直线运动，从而对向压缩空间导入的工作流体进行压缩，上述永久磁铁与活塞一同进行往复直线运动，上述永久磁铁在内定子和外定子之间的间隙，借助相互电磁力进行往复直线运动；沿着往复直线运动方向排列有多个永久磁铁，各个永久磁铁的N极及S极与内定子及外定子对置。
优选地，沿着往复直线运动方向排列的多个永久磁铁排列成相互不同的极相接触。
相反地，优选沿着往复直线运动方向排列的多个永久磁铁排列成相互不同的极相邻接。
并且，包括机械弹簧，该机械弹簧从往复直线运动方向的两侧弹性支撑可动部件，使可动部件弹性支撑在固定部件上；随着一个以上的永久磁铁的中心在往复直线运动方向上远离外定子的磁极的中心，在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生电磁复原力，该电磁复原力的方向与被压缩的方向的机械弹簧的复原力的方向相同。
在此，从在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生且与被压缩的方向的机械弹簧的复原力的方向相同的方向的最大电磁复原力，获得能够与机械弹簧常数Kmechanical互换的磁性弹簧常数Kmagnet。
在此情况下，根据可动部件的质量M、机械弹簧常数Kmechanical、气体弹簧常数Kgas及磁性弹簧常数Kmagnet获得共振频率fo，上述机械弹簧常数Kmechanical是根据机械弹簧的复原力来获得的机械弹簧常数，上述气体弹簧常数Kgas是根据向压缩空间的内部流入的工作流体的压力来获得并定义的气体弹簧常数。
在此情况下，优选地，磁性弹簧常数Kmagnet与根据磁通密度B及线圈长度l计算出的电机特性值α成正比，可动部件的冲程S与电机特性值α成反比，并且，可动部件的冲程S与磁性弹簧常数Kmagnet成正比。
并且，优选地，内定子及外定子在一侧相接触，仅在另一侧具有一个磁极。
并且，内定子沿着往复直线运动方向安装于气缸的外周面，该内定子的长度方向与往复直线运动方向相同；外定子位于内定子的外周面，并具有与内定子的轴方向的一端相连接的连接部及与内定子的轴方向的另一端保持间隙空间部的磁极；多个永久磁铁位于内定子和外定子的磁极之间，借助相互电磁力进行往复直线运动。
并且，还包括框架，该框架与气缸形成为一体，沿着往复直线运动方向支撑内定子和外定子相连接的部分。
并且，优选地，还包括电机盖，该电机盖沿着轴方向支撑外定子，并使外定子与框架螺栓连接；内定子借助外定子得以固定。
此时，优选地，机械弹簧是在往复直线运动方向的两侧对活塞进行支撑的第一弹簧及第二弹簧。
并且，还包括后盖，该后盖在轴方向上与活塞保持间隔；第一弹簧设置于活塞的凸缘和后盖之间；第二弹簧设置于气缸和活塞的凸缘之间。
与此同时，本发明提供线性压缩机，其包括：固定部件，其包括气缸、内定子及外定子，在上述气缸的内部具有压缩空间，上述内定子设置于气缸的外部，上述外定子在一侧与内定子相接触，而在另一侧，在与内定子的间隙形成磁极；可动部件，其包括活塞及永久磁铁部，上述活塞向气缸的压缩空间进行往复直线运动，从而对向压缩空间导入的工作流体进行压缩，上述永久磁铁部与活塞一同进行往复直线运动，上述永久磁铁部在内定子和外定子之间的间隙，借助相互电磁力进行往复直线运动，并且沿着往复直线运动方向排列有多个永久磁铁，多个永久磁铁的相互不同的极相接触，且各个永久磁铁的N极及S极与内定子及外定子对置；机械弹簧，其从往复直线运动方向的两侧弹性支撑可动部件，使可动部件弹性支撑在固定部件上；随着一个以上的永久磁铁的中心在往复直线运动方向上远离外定子的磁极的中心，在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生电磁复原力，该电磁复原力的方向与被压缩的方向的机械弹簧的复原力的方向相同。
在此，优选地，从在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生且与被压缩的方向的机械弹簧的复原力的方向相同的方向的最大电磁复原力，获得能够与机械弹簧常数Kmechanical互换的磁性弹簧常数Kmagnet，磁性弹簧常数Kmagnet与根据磁通密度B及线圈长度l计算出的电机特性值α成正比，可动部件的冲程S与电机特性值α成反比，并且，可动部件的冲程S与磁性弹簧常数Kmagnet成正比。
发明的效果
如上所述构成的本发明的线性电机在内定子和外定子的一个磁极之间，沿着运动方向连接的两个永久磁铁进行往复直线运动，因此，既能提高磁性弹簧常数，也能缩短永久磁铁的移动距离，而采用这种线性电机的压缩机考虑磁性弹簧常数Kmagnet来设计与现有的共振频率相同的共振频率，因此能够将机械弹簧常数Kmechanical设计成较小的值，因此，能够仅设置两个弹簧来支撑活塞，并且两个弹簧对活塞直接进行弹性支撑，从而能够省略支架或简化电机盖的形状，因此具有能够实现低容量化、轻量化、小型化的优点。
并且，本发明的线性压缩机随着线性电机的结构的变化，在整体弹簧常数k上考虑机械弹簧常数Kmechanical和气体弹簧常数Kgas的同时，还要考虑磁性弹簧常数Kmagnet，而由于制冷力根据磁性弹簧常数Kmagnet及电机特性值α决定，因此，磁性弹簧常数Kmagnet能够抵消电机特性值α的影响，具有能够减少决定制冷力的冲程S的扩散的优点。
并且，本发明的线性压缩机仅在定子的一个磁极上产生电磁力，因此，随着冲程S变大，电机特性值α及磁性弹簧常数Kmagnet急剧减小，根据负载，受到气体弹簧Kgas的影响，产生活塞的被推动量Δx，从而使冲程S增大，而若冲程S增大，则磁性弹簧常数Kmagnet减小，整体弹簧常数k也会减小，随之活塞的被推动量Δx变大，整个冲程S也会增大，因此具有容易扩大与负载对应的压缩容量的优点。
附图说明
图1是示出了现有技术的线性压缩机一例的俯视剖面图。
图2是示出了适用于现有技术的线性压缩机的线性电机一例的一部分的侧视剖面图。
图3是示出了本发明的线性压缩机一例的俯视剖面图。
图4是示出了本发明的线性压缩机的结构体一例的侧视剖面图。
图5是示出了适用于本发明的线性压缩机的线性电机一例的一部分的侧视剖面图。
图6是示出了适用于本发明的线性压缩机的内定子及外定子一例的立体图。
图7至图8是示出了适用于本发明的线性压缩机的线性电机的运转一例的图。
图9是将本发明的线性压缩机中的活塞的初始位置、被推动量、上止点TDC及下止点BDC与现有的线性压缩机进行比较的图表。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。
图3是示出了本发明的线性压缩机一例的俯视剖面图，图4是示出了本发明的线性压缩机的结构体一例的侧视剖面图。
如图3及图4所示，本发明的线性压缩机被设置为在密封容器101的内侧弹性支撑由框架102、气缸103、活塞104、吸入阀105、排出阀组件106、电机盖107、后盖108、吸入***110、两个弹簧120（121、122）及线性电机130构成的结构体，该密封容器101具有吸入/排出制冷剂的吸入管101a及排出管101b。
框架102和气缸103制造成一体，从本发明的线性电机130的特性来看，由磁性材质形成也无妨。即，在现有的线性压缩机中，如上所述，在线性电机上存在两个磁极，由于气缸一侧的磁极上存在的间隙，磁束泄漏，使框架磁化，因此不可避免地将框架、气缸及活塞中的一个以上制造成如铝之类的非磁性体。但是，本发明的线性电机130如同后述，在框架102及气缸103一侧，线性电机130的内定子131和外定子132相接触，从而在它们之间形成闭环，因此不存在向外漏磁的可能性，因此，框架102、气缸103没必要形成为非磁性体，也能用铸铁等把框架102和气缸103铸造成一体。
气缸103形成为能够具有压缩空间P的圆筒形状，由于与现有的线性压缩机相比活塞的冲程长度短，因此，与现有的气缸相比，在轴方向上更短，并且形成为比在以下所要说明的线性电机130的定子131、132的轴方向的长度更短。
活塞104由头部104a和凸缘部104b构成，头部104a设置于圆筒形的堵塞的一端，具有向压缩空间P吸入制冷剂的吸入口103h；凸缘部104b形成在圆筒形的开放的另一端，其被形成为向半径方向扩张，在线性电机130，为了防止漏磁，一部分可用非磁性材质制造。这是因为如同后述本发明的线性电机130中也在活塞104的凸缘部104b一侧存在磁极，通过此磁极的间隙泄漏的磁通对其附近的磁性体部件进行磁化。此时，活塞104的头部104a设置成***到气缸103的内侧，活塞104的凸缘部104b设置成与以下要说明的线性电机130的磁铁部133相连接，并通过两个弹簧120（121、122）在轴方向上被弹性支撑。
当然，活塞104的头部104a上安装有吸入阀105，在气缸103的压缩空间P的一端安装有排出阀组件106，并根据压缩空间P的压力变化来进行开/关。
电机盖107将以下要说明的线性电机103固定在框架102上，使线性电机130的轴方向的一端支撑于框架102上，并把线性电机130的轴方向的另一端用电机盖107盖住后，将电机盖107与框架102进行螺栓连接。此时，线性电机130的外定子132实际固定在框架102和电机盖107之间，对线性电机130的外定子132进行固定的同时能够对内定子131也一同进行固定，对其例子，在下面进行详细说明。
后盖108是将平板弯折成能够收容活塞104的凸缘部104b及吸入***110的形状而成的，而且以前端位于线性电机130的反方向的方式与电机盖107螺栓连接。在后盖108的后方突出有追加性的帽108a，以安装弹簧122，而虽然也能够具有追加性的阻塞物（stopper），但是优选地将后盖108的帽108a形成为圆形或将棱角部分形成为圆形，使得即使结构体震动，后盖108的帽108a与密封容器101冲突而起到阻塞物作用。当然，在后盖108的帽108a上具有使制冷剂向吸入***110流入的开口部108h，优选与密封容器101的吸入管101a位于一条直线上。
吸入***110固定于活塞104的凸缘部104b，具有各种消音空间及消音管，从而引导制冷剂吸入至活塞104的头部104a的同时，减小吸入阀105的开/关噪音。当然，为了防止线性电机130的漏磁，吸入***110的一部分或整体可由非磁性材质形成。
这些弹簧120由被气缸103的端部和活塞104的凸缘104b支撑的第一弹簧121以及被活塞104的凸缘104b和后盖108的帽108a支撑的第二弹簧122构成。第一弹簧121在活塞104向压缩制冷剂的方向移动时被压缩，相反，第二弹簧122在活塞104向吸入制冷剂的方向移动时被压缩，第一弹簧121和第二弹簧122进行相反的运动。以下要说明的线性电机130与现有的线性电机不同，使磁性弹簧常数Kmagnet的值具有意义，因此能够使机械弹簧常数Kmechanical值相对地变小，因此，能减小整体弹簧的弹簧常数，即，能减少整体弹簧的数量或减小个别弹簧的弹簧常数，即，能够设计成减小个别弹簧的直径D、线径d及长度l。因此，能够仅使用两个弹簧120（121、122），而且为了将现有的很多弹簧设置于更为有效的空间而具备的支架也能够省略，或设置在电机盖上的弹簧支撑部也能够省略，因此能够实现压缩机的小型化、轻量化。
图5是示出了适用于本发明的线性压缩机的线性电机一例的一部分的侧视剖面图，图6是示出了适用于本发明的线性压缩机的内定子及外定子一例的立体图。
适用于本发明的线性压缩机的线性电机如图5至图6所示，内定子131及外定子132的轴方向的一端相连，除此之外的部分设置成保持间隙，磁铁部133位于内定子131和外定子132的间隙之间，通过相互电磁力能够进行往复直线运动。
与现有技术一样，内定子131能够以沿着圆周方向层叠薄片的方式制作，为了能与外定子132连接，在轴方向的一端的外周面具有向半径方向扩张的连接部131a，为了提高电磁力，具有轴方向的一端的外周面向轴方向扩张而成的突出部131b。此时，由于内定子131比气缸103（图4中图示）的轴方向上的长度更长，因此，跟现有的线性压缩机一样，难以使内定子固定于气缸的外周面，为了弥补这一点，使内定子131通过外定子132得以固定，以下对其进行详细说明。
外定子132由沿着圆周方向缠绕线圈而成的线圈绕体132A和多个磁心132B构成，该多个磁芯132B在线圈绕体132A的圆周方向上以一定间隔围绕线圈绕体132A的内周面以外的部分，磁心132B是侧剖面为
Figure BDA00002722656600091
形状的薄片沿着圆周方向层叠一部分而成的。此时，磁心132B具有与内定子131的连接部131a及突出部131b面对面的两个端部，在磁心132B的一个端部具有向内定子131方向突出的连接部132a，其与内定子131的连接部131a重叠，在磁心132B的另一端部具有与内钉子131的外周面及突出部131b之间形成间隙的磁极132b。进而，磁心132B的连接部132a被形成为与内定子131的连接部131a的形状匹配或与其熔接，或通过轴方向的紧固力（fasteningforce）按压内定子131，而不管是用哪一方式连接，内定子131和外定子132的一端部相连并形成闭环，因此，不存在在定子131、132的连接部分磁通泄漏的可能性。磁心132B的磁极132b为了扩大与内定子131面对面的一面的面积，优选形成向轴方向上的两侧都扩张的突出部132b’，从而与内定子131的突出部131b一样地提高电磁力。
当然，适用于现有的外定子的磁心具有两个磁极，为了提高电磁力，使与内定子面对面的磁极的面积向轴方向扩张，并为了将具有这种形状的磁极的磁心组装在线圈绕体上，形成侧剖面形状为
Figure BDA00002722656600101
和的薄片分别层叠而成的两个磁心砌块，并通过复杂的结合部件、结合方法将两个磁心砌块与线圈绕体进行结合使用，但适用于本发明的外定子132的磁心132B只具有一个磁极132b，因此，形成侧剖面形状为
Figure BDA00002722656600103
的薄片层叠而成的一个磁心砌块，能直接结合于线圈绕体132A上，使得制造工序更加简单。
磁铁部133由与内定子131和外定子132面对面的、具有N-S极的第一永久磁铁133a和第二永久磁铁133b构成，而第一永久磁铁133a和第二永久磁铁133b优选排列成在轴方向即往复直线运动方向上相互不同的极相接触或邻接。即，由于内定子131和外定子132的一端在轴方向上相连，因此，仅在内定子131和外定子132的磁极132b之间形成电磁力，即使仅在外定子132的一个磁极132b其极性发生变化，为了使磁铁部133进行往复直线运动，以两个永久磁铁133a和133b在轴方向上相连的方式构成磁铁部133自身，而优选两个永久磁铁133a和133b的相互不同的极相连。
当然，为了使线性电机130具有以下要说明的磁性弹簧常数Kmagnet，通过调整永久磁铁的排列、数量等，以多样的方式形成位于内定子131和外定子132之间的磁铁部133。作为一例，第一永久磁铁133a和第二永久磁铁133b分别被构成为8个永久磁铁沿着圆周方向以一定间隔排列，在轴方向上，8个第一永久磁铁133a和8个第二永久磁铁133b的相互不同的极相接触，或就算将8个第一永久磁铁133a和8个第二永久磁铁133b在轴方向上排列，为了使相互不同的极相邻，使第二永久磁铁133b位于第一永久磁铁133a之间。进而，磁铁部133除了第一永久磁铁133a和第二永久磁铁133b以外，还能追加包括在轴方向上排列的永久磁铁。
参照图4至图6，如上构成的线性电机的结合过程如下。
内定子131外插在气缸103的外周面，并且以内定子131的轴方向上的一端与框架102相接触的方式相结合，外定子132外插在内定子131的外周面，外定子132的连接部132a与内定子131的连接部131a重叠，并且以外定子132的磁极132b与内定子131的外周面之间保持间隙的方式相结合。使电机盖107在轴方向上以覆盖外定子132的轴方向的一端的外周面的方式与外定子132结合，然后，将电机盖107和框架102进行螺栓连接。当然，螺栓贯通外定子132的各个磁心132B之间的空间来对框架102和电机盖107进行结合，在框架102和电机盖107之间固定外定子132，并通过作用于外定子132的紧固力，外定子132的连接部132b向框架102的方向按压内定子131的连接部131a，从而能够容易固定内定子131。
这样，由于内定子131和外定子132相连的部分形成闭环，即使内定子131和外定子132与框架102相接触，也不会发生向框架102漏磁的顾虑，因此，框架102及气缸103没必要利用类似铝之类的非磁性体通过注塑成型等方法制造，作为磁性材质的一例，用铸铁能够容易铸造成一体。
图7至图8是表示适用于本发明的线性压缩机的线性电机的运转的一例的图。
如图7至图8所示，随着向线圈绕体132A输入电源，内定子131和外定子132的磁极132b相互交替地显示N-S极。因此，如图7所示，外定子132的磁极132b显示N极时，吸引磁铁部133的S极的同时，排斥磁铁部133的N极（同样，内定子131显示S极，因此吸引磁铁部133的N极的同时，排斥磁铁部133的S极），因此，与第一弹簧121的复原力一起向右推动第二永久磁铁133b，使磁铁部133向轴方向上的一侧（图7中的右侧）移动，移动至第一永久磁铁133a的中心不脱离外定子132的外侧突出部132b’的末端的范围（BDC点）。结果，第二永久磁铁133b随着脱离外定子132的外侧突出部末端132b’，完全脱离内定子131和外定子132的磁极132b之间的间隙空间部。相反，如图8所示，若外定子133的磁极132b显示S极，则吸引磁铁部133的N极的同时，排斥磁铁部133的S极（同样，内定子131显示N极，因此吸引磁铁部133的S极的同时，排斥磁铁部133的N极），因此，与第二弹簧122的复原力一起向左推动第一永久磁铁133a，使磁铁部133向反方向（左侧）移动，同样移动至第二永久磁铁133b的中心不脱离外定子132的内侧突出部132b’末端的范围（TDC点）。结果，第一永久磁铁133a随着脱离外定子132的内侧突出部末端132b’，完全脱离内定子131和外定子132的磁极132b之间的间隙空间部。也就是说，磁铁部133的移动距离即活塞104的冲程可视为从第一永久磁铁133a的中心位于外定子132的外侧突出部132b’的末端时的位置到第二永久磁铁133b的中心位于外定子132的内侧突出部132b’的末端时的位置之间的移动距离。
但是，如上的本发明的线性电机中，具有永久磁铁133a和永久磁铁133b的磁铁部133进行往返直线运动时，其他复原力作用于线性电机的磁铁部133。如图7及图8所示，磁铁部133中的一个永久磁铁在内定子的突出部131b和外定子的磁极132b之间经过，随着磁铁部133中的一个永久磁铁脱离具有不同极的外定子132的磁极132b中心，由于电磁力，使磁铁部重新返回到外定子132的磁极132b中心，这种使磁铁部重新返回到外定子132的磁极132b中心的电磁复原力就是上述其他复原力。即，图7中，存在使第一永久磁铁133a位于内定子131和外定子132的磁极132b之间的复原力，图8中，存在使第二永久磁铁133b位于内定子131和外定子132的磁极132b之间的复原力。
由于这种电磁复原力的方向与支撑由活塞104和磁铁部133构成的移动部件的弹簧120（121、122）的复原力的方向相同，因此，在本发明中将此定义为磁性弹簧（magnet spring），并将由此得到的弹簧常数表示为磁性弹簧常数（magnet spring constant:Kmagnet）。这种磁性弹簧常数Kmagnet与在往复直线运动方向的两侧对可动部件进行弹性支撑的机械弹簧常数Ktmechanical的单位相同，能够进行互换。这种复原力从磁铁部133中的一个永久磁铁中心位于具有不同极的外定子132的磁极132b中心的时候开始起作用，到达外定子132的磁极132b的末端时变得最大，之后急剧减小。即，与第二弹簧122的复原力具有相同方向的磁性弹簧的复原力（电磁复原力）在第一永久磁铁133a的中心位于外定子132的外侧突出部132b’末端时（图7的情况）变得最大，而与第一弹簧121的复原力具有相同方向的磁性弹簧的复原力（电磁复原力）在第二永久磁铁133b的中心位于外定子132的内侧突出部末端时（图8的情况）变得最大。根据位于以上位置时的电磁复原力（最大电磁复原力），能够获得磁性弹簧常数。
因此，在采用本发明的线性电机的线性压缩机中，考虑到磁性弹簧常数kmagnet，能够将机械弹簧常数Ktmechanical设计得相对小一些，因此，具有能够缩小弹簧刚性（包括弹簧的数量、直径、长度、线径等）的效果。更详细地说明的话，为了使线性压缩机最高效率地运行，将电源频率f设计成与共振频率相匹配，而从本发明的线性电机的特性来看，设计本发明的线性压缩机的情况下，优选地，与以下数学式一样考虑磁性弹簧常数Kmagnet来进行共振设计。
数学式1
f o = 1 2 π K mechanical + K gas + K magnet M
即，决定向线性电机供给的电源频率f后，为了使电源频率f与共振点匹配，可调节由活塞及永久磁铁构成的移动部件的质量M、由在轴方向的两侧支撑活塞的机械弹簧的复原力定义的机械弹簧常数Kmechanical、由吸入至压缩空间内的气体的压力来定义的弹簧常数Kgas、由如上所述地随着永久磁铁的中心脱离定子的磁极中心而作用的复原力定义的磁性弹簧常数Kmagnet。此时，移动部件的质量M可视为根据产品而定的常数值，气体弹簧常数Kgas根据制冷剂的种类及负载而变，但为了共振设计，有必要采取另行措施，使气体弹簧值在运行范围内为常数，为此，增加移动部件的质量M来降低气体弹簧的影响，或增加机械弹簧的刚性，来减少气体弹簧的相对影响力。以往，为了增加机械弹簧的刚性，不可避免地并联连接多个机械弹簧，因此，会增加压缩机体积的同时，还需要用于并列地支撑多个机械弹簧的类似支架活塞的其他支撑结构。但是，在本发明中，在机械弹簧的基础上还可以考虑提供与机械弹簧相同方向的复原力的磁性弹簧，所以，能够相对地减小机械弹簧的刚性或机械弹簧常数。因此，设计时可以缩小在轴方向上的两侧支撑进行往复直线运动的活塞的弹簧的数量n、直径D、线径d及长度l，也能省略支撑弹簧的部件，因此能够实现轻量化、小型化。
并且，采用本发明线性电机的线性压缩机具有缩小冲程扩散（strokespreading）影响的效果。即，磁性弹簧常数Kmagnet与电机特性值α成正比（Kmagnet∝α），利用此特性，能够降低根据不同压缩机模型而不同的电机特性值α带来的冲程扩散的影响度。更详细地说明的话，首先，制冷力与冲程S成正比（制冷力∝S），用α表示的线性电机的特性值是在反电动势（counterelectromotive force）中根据磁通密度B及线圈长度l能够计算出的值，而根据线性电机的模型，磁通密度B及线圈长度l不同，随之，每个模型将具有固有的电机特性值α。但是，这种电机特性值α与磁性弹簧成正比（Kmagnet∝α），冲程S与电机特性值α成反比（S∝1/α）而与磁性弹簧成正比（S∝Kmagnet）。
即，在采用大的电机特性值α的线性压缩机中，由于相对大的电机特性值α，虽然冲程S变小，但是相对大的电机特性值α会带来相对大的磁性弹簧常数值，而这又带来大的冲程S，因此，可以用磁性弹簧常数值的增加所带来的冲程的增加来抵消电机特性值α相对增加而产生的冲程的减少，从而能够使根据线性电机的模型而不同的电机特性值所带来的冲程的扩散及据此产生的制冷力扩散（cooling capacity spreading）的影响最小化。
相反地，在采用小的电机特性值α的线性压缩机中，由于相对小的电机特性值α，虽然冲程S变大，但是相对小的电机特性值α会带来相对小的磁性弹簧常数值，而这又带来小的冲程S，因此，可以用磁性弹簧常数值的减小所带来的冲程的减少来抵消电机特性值α相对减小而产生的冲程的增加，从而能够使根据线性电机的模型而不同的电机特性值所带来的冲程的扩散及据此产生的制冷力扩散的影响最小化。
并且，在本发明的线性电机中，机械弹簧的刚性比现有的刚性降低，因此，根据负载，气体弹簧的影响可能相对增大，但同时还具有根据负载能够容易扩大容量的优点。对此进行详细说明的话，现有的线性电机在定子的两个磁极（2pole）上产生电磁力，相反，本发明的线性电机仅在定子的一个磁极（1pole）上产生电磁力，因此，本发明的线性电机与现有的线性电机相比，随着冲程S的增大，磁通密度B急剧变小，随之，受磁通密度B的影响的电机特性值α也会变小。即，在采用本发明的线性电机的线性压缩机中，随着冲程S的增大，电机特性值α更为敏感地减小，而在一个线性电机内，电机特性值α和磁性弹性常数Kmagnet如上所述地显示成正比的特性。即，图示于图9左侧的现有技术的情况下，制冷剂导入至压缩空间时，由于气体弹簧，活塞104的初始位置XO向下止点方向推动规定的被推动量Δx，以如此地被推动后的活塞104的初始位置XO’为中心，活塞104在上止点（top dead center:TDC）及下止点（bottom dead center:BDC）之间进行冲程S的往复直线运动，不受磁性弹簧的影响，因此仅根据机械弹簧及气体弹簧来形成冲程S。相反，图示于图9右侧的本发明的情况下，如上述所提到的特性那样，由于磁性弹簧的影响，可以将机械弹簧常数值设计成较小的值，因此即使与图示于图9左侧的现有的情况相同压力的制冷剂导入至压缩空间，从活塞104的初始位置XO向下止点方向推动的被推动量Δx’变大，而且冲程S越大，电机特性值α越小，与其成正比的磁性弹簧常数Kmagnet值也随之变小，因此，整体的弹簧常数K值减小，活塞104能够以被推动后的初始位置XO”为中心，在比现有的情况更长的冲程S1进行往复直线运动。结果，更容易地扩大压缩容量。
以上，本发明以本发明的实施例及附图为基础，举例进行了详细说明。但是，本发明的范围不会由以上的实施例及附图限定，本发明的范围只由后述的权利要求书中所记载的内容限定。

Claims (15)

1.一种线性压缩机，其特征在于，
包括：
固定部件，其包括气缸、内定子及外定子，在上述气缸的内部具有压缩空间，上述内定子设置于气缸的外部，上述外定子在与内定子之间的间隙形成磁极，
可动部件，其包括活塞及永久磁铁，上述活塞向气缸的压缩空间进行往复直线运动，从而对向压缩空间导入的工作流体进行压缩，上述永久磁铁与活塞一同进行往复直线运动，上述永久磁铁在内定子和外定子之间的间隙，借助相互电磁力进行往复直线运动；
沿着往复直线运动方向排列有多个永久磁铁，各个永久磁铁的N极及S极与内定子及外定子对置。
2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，
沿着往复直线运动方向排列的多个永久磁铁排列成相互不同的极相接触。
3.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，
沿着往复直线运动方向排列的多个永久磁铁排列成相互不同的极相邻接。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的线性压缩机，其特征在于，
包括机械弹簧，该机械弹簧从往复直线运动方向的两侧弹性支撑可动部件，使可动部件弹性支撑在固定部件上；
随着一个以上的永久磁铁的中心在往复直线运动方向上远离外定子的磁极的中心，在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生电磁复原力，该电磁复原力的方向与被压缩的机械弹簧的复原力的方向相同。
5.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，
从在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生且与被压缩的机械弹簧的复原力的方向相同的方向的最大电磁复原力，获得能够与机械弹簧常数Kmechanical互换的磁性弹簧常数Kmagnet。
6.根据权利要求5所述的线性压缩机，其特征在于，
根据可动部件的质量M、机械弹簧常数Kmechanical、气体弹簧常数Kgas及磁性弹簧常数Kmagnet获得共振频率fo，上述机械弹簧常数Kmechanical是根据机械弹簧的复原力来获得的机械弹簧常数，上述气体弹簧常数Kgas是根据向压缩空间的内部流入的工作流体的压力来获得并定义的气体弹簧常数。
7.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，
磁性弹簧常数Kmagnet与根据磁通密度B及线圈长度l计算出的电机特性值α成正比，可动部件的冲程S与电机特性值α成反比，并且，可动部件的冲程S与磁性弹簧常数Kmagnet成正比。
8.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，
内定子及外定子在一侧相接触，仅在另一侧具有一个磁极。
9.根据权利要求8所述的线性压缩机，其特征在于，
内定子沿着往复直线运动方向安装于气缸的外周面，该内定子的长度方向与往复直线运动方向相同；
外定子位于内定子的外周面，并具有与内定子的轴方向的一端相连接的连接部及与内定子的轴方向的另一端保持间隙空间部的磁极；
多个永久磁铁位于内定子和外定子的磁极之间，借助相互电磁力进行往复直线运动。
10.根据权利要求9所述的线性压缩机，其特征在于，
还包括框架，该框架与气缸形成为一体，沿着往复直线运动方向支撑内定子和外定子相连接的部分。
11.根据权利要求10所述的线性压缩机，其特征在于，
还包括电机盖，该电机盖沿着轴方向支撑外定子，并使外定子与框架螺栓连接；
内定子借助外定子得以固定。
12.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于，
机械弹簧是从往复直线运动方向的两侧对活塞进行支撑的第一弹簧及第二弹簧。
13.根据权利要求12所述的线性压缩机，其特征在于，
还包括后盖，该后盖在轴方向上与活塞保持间隔；
第一弹簧设置于活塞的凸缘和后盖之间；
第二弹簧设置于气缸和活塞的凸缘之间。
14.一种线性压缩机，其特征在于，
包括：
固定部件，其包括气缸、内定子及外定子，在上述气缸的内部具有压缩空间，上述内定子设置于气缸的外部，上述外定子在一侧与内定子相接触，而在另一侧，在与内定子的间隙形成磁极，
可动部件，其包括活塞及永久磁铁部，上述活塞向气缸的压缩空间进行往复直线运动，从而对向压缩空间导入的工作流体进行压缩，上述永久磁铁部与活塞一同进行往复直线运动，上述永久磁铁部在内定子和外定子之间的间隙，借助相互电磁力进行往复直线运动，并且沿着往复直线运动方向排列有多个永久磁铁，多个永久磁铁的相互不同的极相接触，且各个永久磁铁的N极及S极与内定子及外定子对置，
机械弹簧，其从往复直线运动方向的两侧弹性支撑可动部件，使可动部件弹性支撑在固定部件上；
随着一个以上的永久磁铁的中心在往复直线运动方向上远离外定子的磁极的中心，在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生电磁复原力，该电磁复原力的方向与被压缩的机械弹簧的复原力的方向相同。
15.根据权利要求14所述的线性压缩机，其特征在于，
从在内定子及外定子和一个以上的永久磁铁之间发生且与被压缩的机械弹簧的复原力的方向相同的方向的最大电磁复原力，获得能够与机械弹簧常数Kmechanical互换的磁性弹簧常数Kmagnet，磁性弹簧常数Kmagnet与根据磁通密度B及线圈长度l计算出的电机特性值α成正比，可动部件的冲程S与电机特性值α成反比，并且，可动部件的冲程S与磁性弹簧常数Kmagnet成正比。
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