JP2006037942A - 往復動式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、固定子及びマグネットをシリンダに固定させて前記シリンダを稼動させることで、部品点数を減らし、製造作業性を向上し得る往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る往復動式圧縮機においては、ケーシングの内部に設置されてその内部に空間を有するシリンダと、該シリンダの内部に配置されるピストンと、前記シリンダの外周に固定されるインナー固定子と、該インナー固定子の外周に固定されるマグネットと、該マグネットと所定間隔に維持されるように配置されるアウター固定子と、を具備することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、往復動式圧縮機に係るもので、詳しくは、固定子及びマグネットをシリンダに固定させて、該シリンダを稼動し得る往復動式圧縮機に関するものである。

一般に、往復動式圧縮機は、ピストンがシリンダの内部で直線上に往復運動しながらガスを吸入圧縮して吐出する装置である。

従来の往復動式圧縮機は、図７に示したように、ガス吸入管１２及びガス吐出管１４を備えるケーシング１０と、該ケーシング１０の内部に配置されて駆動力を発生させる往復動式モータ３０と、該往復動式モータ３０の駆動力によりガスを吸入、圧縮、吐出させる圧縮ユニット４０と、前記往復動式モータ３０の往復運動により共振運動を誘導する共振スプリングユニット５０と、前記往復動式モータ３０、前記圧縮ユニット４０及び前記共振スプリングユニット５０をそれぞれ支持するフレームユニット２０と、を具備する。

前記往復動式モータ３０は、図８に示したように、巻線コイル３１ｂの外側に複数のシート（lamination sheet）３１ａが放射状に積層されて円筒状に形成されるアウター固定子３１と、該アウター固定子３１の内周と所定空隙が維持されるように配置されると共に複数のシート３２ａが放射状に積層されて円筒状に形成されるインナー固定子３２と、該インナー固定子３２の外周から一定の間隔（Ａ）が維持されるように配置されて直線上に往復運動をする稼動子３３と、を具備する。

また、前記稼動子３３は、前記アウター固定子３１と前記インナー固定子３２との間に配置されるマグネット３３ｂと、該マグネット３３ｂが固定される円筒状のマグネットフレーム３３ａと、を具備する。

また、前記圧縮ユニット４０は、内部空間を有するシリンダ４１と、該シリンダ４１の内側に配置されて前記往復動式モータ３０の稼動子３３と連結されて直線的に往復運動しながらシリンダの内部の圧縮空間（Ｐ）の容積を変化させるピストン４２と、該ピストン４２の前方側（以下、ガスの吸入される方向を後方側と称し、ガスが吐出される方向を前方側と称する）に装着されて前記圧縮空間（Ｐ）の内部の圧力によって動作しながらガスの吸入流路（Ｆ）を開閉する吸入バルブ４３と、前記シリンダ４１の前方側に設置されて圧縮されたガスの吐出流路を開閉する吐出バルブ４４と、該吐出バルブ４４を弾性的に支持するバルブスプリング４５と、前記吐出バルブ４４及び前記バルブスプリング４５を受容すると共に前記ガス吐出管１４と連結される吐出カバー４６と、を具備する。

また、前記フレームユニット２０は、前記往復動式モータ３０及び前記シリンダ４１の前方側に装着される第１フレーム２１と、該第１フレーム２１と連結されて該第１フレーム２１と共に前記往復動式モータ３０のアウター固定子３１を支持する第２フレーム２２と、該第２フレーム２２と連結されて前記第２フレーム２２と共に前記共振スプリングユニット５０を支持する第３フレーム２３と、を具備する。

また、前記共振スプリングユニット５０は、前記第２フレーム２２と前記第３フレーム２３との間に配置されると共に前記稼動子３３及び前記ピストン４２と連結されて直線的に往復運動するスプリングシートパネル５１と、前記第２フレーム２２と前記スプリングシートパネル５１との間に配置されて前記ピストン４２が前方側に移動する時に収縮されると共に後方に移動する時に伸長される第１スプリング５２と、前記第３フレーム２３と前記スプリングシートパネル５１との間に配置されて前記ピストン４２が前方に移動する時に伸長されると共に後方に移動する時に収縮される第２スプリング５３と、を具備する。

従来の往復動式圧縮機においては、図９に示したように、前記アウター固定子３１の巻線コイル３１ｂに電力が加えられると、前記アウター固定子３１と前記インナー固定子３２との間にフラックス（磁束）が形成され、前記稼動子３３が前記フラックスの方向に応じて直線的に往復運動する。これにより、該稼動子３３と連結される前記ピストン４２が前記圧縮空間（Ｐ）の体積を変化させるようになり、前記圧縮空間（Ｐ）の体積変化により該圧縮空間（Ｐ）にガスが吸入圧縮されて、吐出される。この時、前記第１スプリング５２及び第２スプリング５３により前記ピストン４２に共振運動が誘導されるため、前記ピストン４２の往復運動が円滑に行われる。そして、このような一連の過程が反復的に行われる。

しかしながら、上記のように構成された従来の往復動式圧縮機においては、前記アウター固定子３１と前記インナー固定子３２との間に前記稼動子３３を配置させて、該稼動子３３を前記ピストン４２及び前記スプリングシートパネル５１に連結させる過程により組立られるため、このような組立過程が複雑であるという不都合な点があった。

また、前記稼動子３３には、前記マグネット３３ｂを支持するマグネットフレーム３３ａが別途に備えられなければならないため、部品点数の増加による原価上昇を誘発するという不都合な点がった。

さらに、前記稼動子３３と前記インナー固定子３２との間には、所定間隔（Ａ）が維持されなければならないため、このような間隔（Ａ）により前記アウター固定子３１と前記インナー固定子３２との間で磁力の損失が発生し、往復動式モータ３０の効率が低下するという不都合な点があった。そして、前記稼動子３３と前記インナー固定子３２との間の間隔（Ａ）によって、前記稼動子３３及び圧縮機の外径が大きくなるため、前記マグネット３３ｂの使用量が増加するという不都合な点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、固定子及びマグネットをシリンダに固定させて前記シリンダを稼動させることで、部品点数を減らして製造作業性を向上し得る往復動式圧縮機を提供することを目的とする。

また、本発明の目的は固定子及びマグネットをシリンダに固定させて前記シリンダを稼動させることで、固定子等の間の空隙を小さくして作動効率を向上し得る往復動式圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機は、内部に空間を有するシリンダと、該シリンダの内部に配置されるピストンと、前記シリンダの外周に固定されるインナー固定子と、該インナー固定子の外周に固定されるマグネットと、該マグネットと所定間隔維持されるように配置されるアウター固定子と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る往復動式圧縮機においては、前記マグネット１３３が前記シリンダ１４１と連結されるインナー固定子１３２に連結されることで、従来のマグネットフレームのような部品を排除させ得るため、部品点数の減少によって製造費用を節減し得るという効果がある。

また、前記マグネット１３３が前記インナー固定子１３２に連結されることで、前記マグネット１３３と前記インナー固定子１３２との間に間隔が形成されることはなく、また、前記アウター固定子１３１と前記インナー固定子１３２との間の空隙（Ｔ）が小さくされるため、磁力の損失を防止して圧縮機の性能を向上し得るという効果がある。

また、前記アウター固定子１３１と前記インナー固定子１３２との間の空隙が小さくなることによって、前記マグネット１３３が形成する外径（Ｄ）が狭くなるため、前記マグネット１３３の使用量を減らして製造費用を節減し得るという効果がある。

さらに、前記インナー固定子１３２を軟質磁性粉末により製作する場合、加工が容易であるため、生産性を向上し得るという効果がある。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。

本発明に係る往復動式圧縮機は、図１に示したように、ガス吸入管１１２及びガス吐出管１１４を備えるケーシング１１０と、該ケーシング１１０の内部に配置されて駆動力を発生させる往復動式モータ１３０と、該往復動式モータ１３０の駆動力によりガスを吸入、圧縮、吐出させる圧縮ユニット１４０と、前記往復動式モータ１３０によって発生される往復運動により共振運動を誘導する共振スプリングユニット１５０と、前記往復動式モータ１３０、前記圧縮ユニット１４０及び前記共振スプリングユニット１５０をそれぞれ支持するフレームユニット１２０と、を具備する。

前記ガス吸入管１１２は前記圧縮ユニット１４０に直接連通されるように設置され、前記ガス吐出管１１４は前記ケーシング１１０の内部空間と連通されるように設置され、これにより前記ケーシング１１０の内部空間は高圧の雰囲気に維持される。

前記往復動式モータ１３０は、図２に示したように、巻線コイル１３１ｂの外側に複数のシート１３１ａが放射状に積層されて円筒状に形成されるアウター固定子１３１と、該アウター固定子１３１の内周と所定空隙が維持されるように配置される円筒状のインナー固定子１３２と、該インナー固定子１３２の外周に設置されるマグネット１３３と、を具備する。

前記アウター固定子１３１は、ほぼ「Ｌ」字状のシート１３１ａを前記巻線コイル１３１ｂの外周面に沿って一枚ずつ放射状に積層させるか、又は複数のシート１３１ａを一体に積層させて形成される円筒状のコアブロックを前記巻線コイル１３１ｂの外側に固定させる工程により形成される。

前記インナー固定子１３２は、絶縁コーティング剤を上塗りした軟質の磁性粉末材料を粉末冶金工法によって円筒状に加工することで製作され、後述するシリンダ１４１の外周に設置される。

前記マグネット１３３は、前記インナー固定子１３２の外周面上に円周方向に複数設置される。また、これに限定されることなく、図３に示したように、前記マグネット１３３は、円筒状に形成されて前記インナー固定子１３２の外周面上に設置することもできる。

図４に示したように、前記インナー固定子１３２の軸線方向である往復運動方向の幅（Ｗｉ）は、前記アウター固定子１３１の方向の幅（Ｗｏ）に比べて大きく形成されることが好ましい。

前記マグネット１３３の軸線方向の幅（Ｗｍ）は、前記アウター固定子１３１の軸線方向の幅（Ｗｏ）の半分の幅（Ｗｏ／２）に比べて大きく形成されることが効果的な磁力線を形成するのに有利である。

前記圧縮ユニット１４０は、内部に圧縮空間（Ｐ）を有し且つ前記インナー固定子１３２の内側に挿入されるように連結されて直線的に往復運動するシリンダ１４１と、該シリンダ１４１の内部に挿入され且つ前記フレームユニット１２０に固定されると共に内部にガスが吸入される吸入流路（Ｆ）が形成されるピストン１４２と、該ピストン１４２の前方側（以下、ガスの吸入される方向を後方側と称し、ガスが吐出される方向を前方側と称す）に装着されて前記圧縮空間（Ｐ）の内部の圧力によって動作しながらガスの吸入流路（Ｆ）を開閉する吸入バルブ１４３と、前記ピストン１４２の後方側に設置され且つ前記吸入管１１２と連通されると共に前記吸入流路（Ｆ）を覆蓋する吸入カバー１４７と、前記シリンダ１４１の前方側に設置されて圧縮されたガスの吐出流路を開閉する吐出バルブ１４４と、該吐出バルブ１４４を弾性的に支持するバルブスプリング１４５と、前記吐出バルブ１４４及び前記バルブスプリング１４５を受容すると共に圧縮されたガスが前記ケーシング１１０の内部に吐出される吐出口１４６ａを有する吐出カバー１４６と、を具備する。

前記シリンダ１４１は、非磁性体で形成されることが磁力の漏洩を遮断するのに効果的である。

前記フレームユニット１２０は、前記ピストン１４２が固定される第１フレーム１２１と、該第１フレーム１２１と連結されて前記第１フレーム１２１と共に前記往復動式モータ１３０のアウター固定子１３１を支持する第２フレーム１２２と、該第２フレーム１２２と連結されて該第２フレーム１２２と共に前記共振スプリングユニット１５０を支持する第３フレーム１２３と、を具備する。

前記共振スプリングユニット１５０は、前記第２フレーム１２２と前記第３フレーム１２３との間に配置されると共に前記シリンダ１４１と連結されて直線的に往復運動するスプリングシートパネル１５１と、前記第２フレーム１２２と前記スプリングシートパネル１５１との間に配置されて前記シリンダ１４１が前方側に移動する時に伸長されると共に後方に移動する時に収縮される第１スプリング１５２と、前記第３フレーム１２３と前記スプリングシートパネル１５１との間に配置されて前記シリンダ１４１が前方に移動する時に収縮されると共に後方に移動する時に伸長される第２スプリング１５３と、を具備する。

以下、上記のように構成される本発明に係る往復動式圧縮機の動作について説明する。

図５及び図６に示したように、前記往復動式モータ１３０のアウター固定子１３１に設置された巻線コイル１３１ｂに電力が加えられると、前記アウター固定子１３１と前記インナー固定子１３２との間にフラックスが形成されることで、前記マグネット１３３及び前記インナー固定子１３２が前記フラックスの方向に応じて直線的に往復運動する。従って、前記インナー固定子１３２と連結される前記シリンダ１４１が往復運動するようになることで、該シリンダ１４１と前記ピストン１４２とが画成する圧縮空間（Ｐ）の体積が変化せしめられる。

該圧縮空間（Ｐ）の体積変化により該圧縮空間（Ｐ）にガスが吸入圧縮されて、吐出される。この時、前記第１スプリング１５２及び第２スプリング１５３により前記シリンダ１４１に共振運動が誘導されるため、該シリンダ１４１の往復運動が円滑に行われる。

ここで、前記ガス吸入管１１２は、前記ケーシング１１０を貫通して前記吸入カバー１４７に直接連通されることで、ガスは前記ケーシング１１０の内部を通過しないで直ちに前記ピストン１４２内の吸入流路（Ｆ）に流入され、前記シリンダ１４１の内部の圧縮空間（Ｐ）で圧縮されたガスは、前記吐出カバー１４６の吐出口１４６ａを通って前記ケーシング１１０の内部に吐出された後、前記ガス吐出管１１４を通って圧縮機の外部に吐出される。

本発明に係る往復動式圧縮機が図示された断面図である。 図１のＶ−Ｖ線断面図である。 図１の往復動式圧縮機に備えられるマグネットの他の例が図示された断面図である。 図１の往復動式圧縮機に備えられる往復動式モータが図示された断面図である。 図１の往復動式圧縮機の動作状態が図示された断面図である。 図１の往復動式圧縮機の動作状態が図示された断面図である。 従来の往復動式圧縮機が図示された断面図である。 図７のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図７の往復動式圧縮機の動作状態が図示された断面図である。

符号の説明

１１０ ケーシング
１１２ ガス吸入管
１１４ ガス吐出管
１２０ フレームユニット
１２１ 第１フレーム
１２２ 第２フレーム
１２３ 第３フレーム
１３０ 往復動モータ
１３１ アウター固定子
１３１ａ シート
１３１ｂ 巻線コイル
１３２ インナー固定子
１３３ マグネット
１４０ 圧縮ユニット
１４１ シリンダ
１４２ ピストン
１４３ 吸入バルブ
１４４ 吐出バルブ
１４５ バルブスプリング
１４６ 吐出カバー
１４６ａ 吐出口
１４７ 吸入カバー
１５０ 共振スプリングユニット
１５１ スプリングシートパネル
１５２ 第１スプリング
１５３ 第２スプリング

Claims (13)

1. ケーシングの内部に設置されてその内部に空間を有するシリンダと、
   該シリンダの内部に配置されるピストンと、
   前記シリンダの外周に固定されるインナー固定子と、
   該インナー固定子の外周に固定されるマグネットと、
   該マグネットと所定間隔に維持されるように配置されるアウター固定子と、を具備することを特徴とする往復動式圧縮機。
2. 前記ピストンの内部にはガスが流入される吸入流路が形成され、
   前記ピストンの一方の側には前記吸入流路を開閉する吸入バルブが設置されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
3. 前記ピストンの吸入バルブが設置される側とは反対側には、前記ケーシングに貫通されるように設置されてガスが吸入される吸入管と連通されると共に前記吸入流路を覆蓋する吸入カバーが設置されることを特徴とする請求項２に記載の往復動式圧縮機。
4. 前記インナー固定子は、粉末冶金工法により軟質磁性粉末から形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
5. 前記マグネットは、前記インナー固定子の外周に円周方向に複数設置されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
6. 前記マグネットは円筒状に形成されて前記インナー固定子の外周に設置されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
7. 前記シリンダの一方の側に設置されて圧縮されたガスの吐出流路を開閉する吐出バルブと、
   該吐出バルブを弾性的に支持するバルブスプリングと、
   前記吐出バルブ及びバルブスプリングを受容する吐出カバーと、をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
8. 前記吐出カバーには、吐出ガスが前記ケーシングの内部に吐出される吐出口が形成されることを特徴とする請求項７に記載の往復動式圧縮機。
9. 前記シリンダと連結されて該シリンダの往復運動により共振運動を誘導する共振スプリングユニットをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
10. 前記共振スプリングユニットは、前記シリンダに固定されるスプリングシートパネルと、
    該スプリングシートパネルの両側に備えられる複数のスプリングと、を具備することを特徴とする請求項９に記載の往復動式圧縮機。
11. 前記インナー固定子の軸線方向の幅は、前記アウター固定子の軸線方向の幅より大きく形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
12. 前記マグネットの軸線方向の幅は、前記アウター固定子の軸線方向の幅の半分の幅に比べて大きく形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。
13. 前記シリンダは、非磁性体で形成されることを特徴とする請求項１に記載の往復動式圧縮機。

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