JP2000097152A

JP2000097152A - リニアコンプレッサ

Info

Publication number: JP2000097152A
Application number: JP10267937A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kuwaki; 康之桑木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、装置の小型化及び部品点数の削減
を図ると共に、装置の高効率化及び長寿命化を実現した
リニアコンプレッサを提供する。【解決手段】ハウジング１内の両側に設けられた円柱
状の第１及び第２シリンダ２、３と、該第１及び第２シ
リンダ２、３の外周面に嵌装され、第１及び第２圧縮室
４、５を区画形成するための中壁部８を有する円筒状の
ピストン６と、所定周波数の交流電圧を印加して該ピス
トン６を往復駆動するリニアモータ１３と、を備え、ピ
ストン６を往復移動させることにより、第１及び第２圧
縮室４、５内で交互にガスを圧縮して外部に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮ガスを生成す
るための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及び磁気枠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１０５
に一体固定された樹脂からなる有底円筒状の可動体１０
９が配設され、可動体１０９及びピストン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及び可動体１０９を駆動してピストン１０
５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
配管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、ガス流路配管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配
管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外部のガス流路配管１２
５が接続されている。弁機構１１２は、ガス流路配管１
２５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、ガス流路配管１２５を介し
て凝縮器１２２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
側のガス流路配管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配管１２５との冷媒ガス
の圧力差によって、高圧側のガス流路配管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、最近では図６に示すように、１個の
リニアモータ６２によって、ハウジング６１内の両側に
圧縮室６３、６４を設け、交互に２個のピストン６５、
６６を動作させて装置の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】しかしながら、従来の
図６装置では、２個のピストン６５、６６をピストンシ
ャフト６７によって連結しているため、コンプレッサが
大型化するという問題があった。

【００１０】また、ピストン６５、６６はリニアモータ
６２の駆動によりシリンダ６８、６９内を摺接しながら
往復移動することになり、ピストン−シリンダ間で一種
の滑り軸受が構成されている。しかし、ピストンシャフ
ト６７の長さが長くなると、加工精度の問題や電磁コイ
ルの電磁力のゆがみにより、ピストン可動方向と垂直な
方向への力（ラジカル力）が発生し、そのラジカル力が
大きい場合には摩擦損失による運転効率の低下や、ピス
トン６５、６６に設けられたガスシール部の摩耗による
装置寿命の低下、摩耗粉による冷媒の汚染などを引き起
こす虞れがあった。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あって、装置の小型化及び部品点数の削減を図ると共
に、装置の高効率化及び長寿命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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジング内
の両側に設けられた円柱状の第１及び第２シリンダと、
該第１及び第２シリンダの外周面に嵌装され、第１及び
第２圧縮室を区画形成するための中壁部を有する円筒状
のピストンと、所定周波数の交流電圧を印加して該ピス
トンを往復駆動するリニアモータと、を備え、前記ピス
トンを往復移動させることにより、前記第１及び第２圧
縮室内で交互にガスを圧縮して外部に供給することを特
徴とするリニアコンプレッサである。

【００１３】この構成を用いることにより、ピストンシ
ャフトを無くし、１個のピストンの往復動によって第１
及び第２圧縮室でのガス圧縮を行い得るので、装置の外
形寸法を従来より小さくすることができると共に、部品
点数を削減することができる。

【００１４】また、前記リニアモータは、ハウジングに
設けられた磁石及び磁気枠からなる磁気回路と、該磁気
回路の一部に形成した間隙に配設されるように前記ピス
トンの外周に巻回された電磁コイルと、を有し、該電磁
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
復駆動させるものである。

【００１５】この構成を用いることにより、従来必要で
あった可動体の役割をピストンによって兼用することが
でき、可動体を省略することができる。

【００１６】そして具体的には、前記ピストンは、その
縦断面が略Ｈ形状である。また、ピストンの移動軸方向
の位置規制を行う軸受部を有している。

【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。

【００１８】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には、その両側に円
柱状の第１シリンダ２、第２シリンダ３がそれぞれ設け
られており、このシリンダ２、３の外周面に嵌装され、
第１圧縮室４、第２圧縮室５を区画形成するピストン６
が設けられている。

【００１９】このピストン６は、円筒状の非磁性部材７
から構成され、その円筒状部材の中央内部には第１圧縮
室４、第２圧縮室５を区画形成するための中壁部８が設
けられ、その縦断面が略Ｈ形状となっている。尚、本実
施形態例では非磁性部材７として、アルミ合金を使用し
ているが、この他の非磁性部材、例えばＰＥＥＫやＰＰ
Ｓなどのエンジニアプラスチックを使用しても構わな
い。

【００２０】そして、ハウジング１及び第１、第２シリ
ンダ２、３は一体形成され、低炭素鋼からなる磁気枠
（ヨーク）が形成されている。このハウジング１と、第
１、第２シリンダ２、３との間に形成される環状の凹部
の外側側面１１には環状の永久磁石１０が内側側面（シ
リンダ外周面）１２との間に所定の間隙をあけて取り付
けられており、この磁石１０及びヨークによってリニア
モータ１３の磁気回路１４が構成され、この磁気回路１
４によって磁石１０と内側側面１２との間の間隙に所定
強度の磁界を発生させるようにしている。そして、ピス
トン６が磁石１０及びヨークからなる磁気回路１４の一
部に形成した間隙に配設され、ピストン６の外周に巻回
された電磁コイル９に所定周波数の交流電流を供給する
ことによってピストン６を第１シリンダ２及び第２シリ
ンダ３内で往復移動させ、第１圧縮室４及び第２圧縮室
５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。ここで、ピストン６の往復移動時の共振周波数
は、ピストン６の重量と、ピストン６とハウジング１間
のガスばねのバネ定数によって決定される。尚、本実施
形態例では機械バネを設けていないが、必要によっては
ピストン６とハウジング１間に、第１及び第２シリンダ
２、３の外方に位置させたコイルスプリングなどを配置
しても構わない。

【００２１】また、第１及び第２圧縮室４、５には、第
１及び第２シリンダ２、３の上端部にそれぞれ設けられ
た弁機構１５、１６を介してハウジング１外部のガス流
路配管１２５が接続されている。弁機構１５、１６は、
ガス流路配管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１５ａ、１６ａと、ガス
流路配管１２５を介して凝縮器１２２への冷媒ガスの吐
出のみを許容する吐出弁１５ｂ、１６ｂとから構成さ
れ、ともに板バネによって付勢されている弁である。

【００２２】第１シリンダ２には、吸入弁１５ａ及び吐
出弁１５ｂと、ガス流路配管１２５とを連通させ、冷媒
ガスの通過を許容する連通孔１７ａ、１７ｂが開設され
ており、第２シリンダ３には、吸入弁１６ａ及び吐出弁
１６ｂと、ガス流路配管１２５とを連通させ、冷媒ガス
の通過を許容する連通孔１８ａ、１８ｂが開設されてい
る。

【００２３】さらに、シリンダ２、３と摺接するピスト
ン６の対向部分に低摩擦係数の材料が被覆されており、
ピストン６の往復移動時の軸方向規制を行う軸受部を構
成している。これにより、ピストン６の軸ぶれを防止し
ている。尚、本実施形態例ではこの被覆材料として、ホ
ワイトメタルやケルメットなどの軸受合金材料を使用し
ている。

【００２４】次に、図２及び図３に、第１圧縮室４及び
第２圧縮室５からのガス吐出時における状態をそれぞれ
示す断面図を示す。ここで、図中矢印はピストン６の移
動に伴う第１圧縮室４及び第２圧縮室５の冷媒ガスの流
れを示している。

【００２５】図からも明らかなように、ピストン６の第
１シリンダ２側の上死点近傍への移動に伴って、第１圧
縮室４の圧縮ガスの一部が、吐出弁１５ｂを介して連通
路１７ｂを通って外部に吐出されると共に、連通路１８
ａを通って冷媒ガスの一部が、吸入弁１６ａを介して第
２圧縮室５に供給される（図２参照）。逆に、ピストン
６の第２シリンダ３側の上死点近傍への移動に伴って、
第２圧縮室５の圧縮ガスの一部が、吐出弁１６ｂを介し
て連通路１８ｂを通って外部に吐出されると共に、連通
路１７ａを通って冷媒ガスの一部が、吸入弁１５ａを介
して第１圧縮室４に供給される（図３参照）。

【００２６】このように、従来必要となっていたピスト
ンシャフト及び可動体を無くし、１個のピストン６の往
復動によって第１及び第２圧縮室４、５でのガス圧縮を
行うことができる。

【００２７】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。

【００２８】例えば、上記実施の形態の説明では、ハウ
ジング１、磁気枠及びシリンダ２、３を同一体で構成し
た場合について説明したが、別体で構成してもかまわな
い。

【００２９】

【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、ピスト
ンシャフトを無くし、１個のピストンの往復動によって
第１及び第２圧縮室でのガス圧縮を行い得るので、装置
の小型化及び部品点数の削減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装置のピストン６の第１シリンダ２側の上
死点近傍への移動による動作の内容を説明するための断
面図である。

【図３】図１装置のピストン６の第２シリンダ３側の上
死点近傍への移動による動作の内容を説明するための断
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。

【図６】従来の２ピストン型リニアコンプレッサの断面
図である。

【符号の説明】

１ハウジング２第１シリンダ３第２シリンダ４第１圧縮室５第２圧縮室６ピストン７非磁性部材８中壁部９電磁コイル１０永久磁石１３リニアモータ１４磁気回路１５、１６弁機構１７、１８連通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮ガスを生成するためのリニアコンプ
レッサであって、ハウジング内の両側に設けられた円柱状の第１及び第２
シリンダと、該第１及び第２シリンダの外周面に嵌装され、第１及び
第２圧縮室を区画形成するための中壁部を有する円筒状
のピストンと、所定周波数の交流電圧を印加して該ピストンを往復駆動
するリニアモータと、を備え、前記ピストンを往復移動させることにより、前記第１及
び第２圧縮室内で交互にガスを圧縮して外部に供給する
ことを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】前記リニアモータは、ハウジングに設け
られた磁石及び磁気枠からなる磁気回路と、該磁気回路
の一部に形成した間隙に配設されるように前記ピストン
の外周に巻回された電磁コイルと、を有し、該電磁コイ
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
動させ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。
【請求項３】前記ピストンは、その縦断面が略Ｈ形状
であることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニア
コンプレッサ。
【請求項４】前記ピストンは、該ピストンの移動軸方
向の位置規制を行う軸受部を有していることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載のリニアコンプレッ
サ。