JP3540727B2

JP3540727B2 - リニアコンプレッサ

Info

Publication number: JP3540727B2
Application number: JP2000219003A
Authority: JP
Inventors: 三木夫北條
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2020-07-19
Also published as: JP2002031054A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はリニアコンプレッサに関し、特にたとえばシリンダに挿入されたピストンをリニアモータにより往復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。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種リニアコンプレッサは、シリンダ内に圧縮室を形成するように往復動可能に嵌挿されたピストンと、シリンダ及びピストンをピストンがシリンダ内で往復動するように相対移動させるリニアモータとを備え、このリニアモータの駆動によるピストンの往復動により、例えば、圧縮室に吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出するようにしたものである（例えば、特開２０００−１１０７１８Ａ公報に開示の第２実施例参照）。
【０００３】
ところで、シリンダ内でピストンが往復動して圧縮室でガスが圧縮される際には、圧縮熱が生じこの熱がシリンダを含む周辺部に悪影響を及ぼすことになる。また、リニアモータにおいては、例えば、可動体が移動する固定子鉄心の空隙部においてもこの可動体の往復動に伴い空気が圧縮作用を受けて熱が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、リニアコンプレッサにおいて圧縮動作に伴い各所で熱が発生するような状態では、永久磁石の配設部分の雰囲気温度が高くなってこの永久磁石の減磁を招きリニアモータの性能が低下しそれに伴いコンプレッサの性能も低下するという問題がある。
【０００５】
また、上述の各熱の影響によってコンプレッサの各構成部品が熱膨張し、特に、高いクリアランス精度が要求されるシリンダとピストンとの間のクリアランスが変化してしまいピストンの円滑な往復動が行えなくなり圧縮室のガス漏れが発生して圧縮効率が低下することになる。
【０００６】
そのための対策としては、例えば特開平６−１５９８３７号公報に開示されるように、シリンダに通気孔や放熱フィンを一体形成したりあるいは別途に送風機構を設けたりしているが、構造が複雑になりまたコスト的にも高くなる。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構成によりコンプレッサ内の各部において発生する熱によるモータ部に対する悪影響の抑制を図ることができるリニアコンプレッサを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ピストンシャフトを軸方向に駆動せしめる可動部を有するモータユニット、このモータユニットの軸方向外部においてピストンシャフトに固着されるピストン、固定部に固定されかつピストンを受け入れて圧縮室を形成するシリンダ、およびこのシリンダの周囲に配置されて一端が可動部に固着されかつ他端が固定部に固定される板ばねを備える、リニアコンプレッサである。
【０００９】
【作用】
リニアモータによりピストンがシリンダ内を往復動して圧縮作用を行うことに伴いシリンダを取り囲む周囲温度が上昇しようとするが、その周囲に配置された板ばねがモータユニットの可動部により駆動される。その結果板ばねが振動し、この振動により周辺の空気が煽られて空気流が発生する。また、シリンダの外周面に設けた軸方向のオイル供給溝より滴下するオイル等の冷却も容易に行うことができる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明によれば、リニアコンプレッサの圧縮効率が向上すると共に、熱の発生を抑制することができるためコンプレッサの各構成部品の熱膨張が抑制され、リニアコンプレッサの小型化を図ることができる。
【００１１】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴及び利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明により一層明らかとなろう。
【００１２】
【実施例】
図１及び図２に示されるように、この発明の一実施例であるリニアコンプレッサ１０は、ピストンシャフト１２を軸方向に駆動せしめるリニア可動部１４を有するモータユニット１６、このモータユニット１６の軸方向外部においてピストンシャフト１２に連結されるピストン１８を受け入れて圧縮室２０を形成する円筒状シリンダ２２を有するコンプレッサユニット２４を含む。
【００１３】
モータユニット１６は内側ヨーク２６とこの内側ヨーク２６との間に空隙部２８を有する外側ヨーク３０とで形成される一方が開放する有底環状の固定子鉄心（磁気枠）３２、内側ヨーク２６の内側面に装着される環状の永久磁石３４を含む。
【００１４】
そして、永久磁石３４と固定子鉄心３２とによりリニアモータとしての磁気回路が構成され、この磁気回路により永久磁石３４と外側ヨーク３０の内面側との間の空隙部２８に所定強度の磁界を発生させるようにしている。なお、この固定子鉄心３２の有底側は円筒状ハウジング３６に固定されている。
【００１５】
また、リニア可動部１４はピストンシャフト１２にピストン１８側に設けた円板部３８ａの中心が固定されかつ環状スカート部３８ｂが固定子鉄心３２に設けられた挿通孔（図示されず）を貫通して空隙部２８に位置する合成樹脂から構成される有底円筒状の可動体３８と、この可動体３８の環状スカート部３８ｂに永久磁石３４と対向位置して固定される電磁コイル４０を含む。
【００１６】
コンプレッサユニット２４を構成する円筒状シリンダ２２の端面には吸入弁４２と吐出弁４４を備えた弁板４６を介してシリンダヘッド４８が円筒状ハウジング３６より延びる支柱５０に螺子止めされて装着している。このシリンダヘッド４８には吸入弁４２及び吐出弁４４を介して圧縮室２０と適宜連通する吸入室５２と吐出室５４が一体形成され、これら両室に冷却作用を行う図示されない外部冷却回路が接続される。
【００１７】
さて、可動体３８の円板部３８ａとシリンダヘッド４８の間に形成される空間部５６には円筒状シリンダ２２を包囲するように５枚の環状板ばね５８，５８、…が軸方向間隙（例えば、３ｍｍ）を隔てて配置されている。そして、これらの環状板ばね５８の内縁部５８ａは連結部材６０で連結されて可動体３８の円板部３８ａに螺子止め固定されると共に外縁部５８ｂは円筒状ハウジング３６に固定されている。この環状板ばね５８によりピストン１８はピストンシャフト１２を介して往復動自在に支持される。
【００１８】
この環状板ばね５８は、例えば厚さ２ｍｍのステンレス鋼板をリング状に打ち抜いて形成されると共に必要に応じてより弾力性を持たすために複数本、例えば３本程度の渦巻状スリット溝を形成してもよい。
【００１９】
また、図２に示されるように円筒状シリンダ２２の上面側に断面略Ｕ字状オイル供給溝６２を軸方向に形成すると共に可動体３８の円板部３８ａには８個の通気孔６４，６４、…を形成している。
【００２０】
次に、上述の構成における動作の概要について説明する。
【００２１】
先ず、電磁コイル４０に図示されないリード線を介して所定周波数（例えば、６０Ｈｚ）の交流電流を通電すると、固定子鉄心３２の空隙部２８を通る磁界との作用により電磁コイル４０及び可動体３８を駆動する。その結果ピストンシャフト１２を介してピストン１８を円筒状シリンダ２２内で往復動させ、シリンダヘッド４８の吸入室５２及び吸入弁４２等を経由して圧縮室２０に吸入された冷媒ガス等が圧縮されて高圧冷媒ガスとなり、吐出弁４４及びシリンダヘッド４８の吐出室５４等を経由して外部冷却回路に吐出される。なお、環状板ばね５８によりピストンシャフト１２及びピストン１８はねじれることなく安定した往復動を行うことができる。
【００２２】
一方、ピストンシャフト１２の往復動により、可動体３８の円板部３８ａに固定された５枚の環状板ばね５８は左右に往復振動を行い、円筒状シリンダ２２を包囲する空間部５６の空気は環状板ばね５８の往復振動により煽られて図示矢印で示すように可動体３８の円板部３８ａに設けた８個の通気孔６４を通りピストンシャフト１２が配置される固定子鉄心３２の中空円筒部６６を流れる。その結果、円筒状シリンダ２２及び固定子鉄心３２は環状板ばね５８の往復振動による空気流の発生で放熱が良好に行われて冷却されることになる。
【００２３】
また、可動体３８に設けられた電磁コイル４０が配置されている固定子鉄心３２の空隙部２８も一端が開放されると共に挿通孔の存在により、この空隙部２８でも空気の流通が円滑に行われて温度上昇を来たすことはなく、永久磁石３４の減磁を生じない。
【００２４】
さらに、円筒状シリンダ２２の外周面に設けた軸方向のオイル供給溝６２に供給されたオイルはピストン１８の外周面に滴下されて環状板ばね５８の間隙を通り図示されないオイル槽に溜まり、その後は図示されないオイルポンプによりオイル供給溝６２に再度供給されて前述の経路で循環する。このオイルの冷却も上述の空気流通により良好に行われる。
【００２５】
上述の実施例はモータユニット１６の片側に圧縮作用を行うコンプレッサユニット２４を設けたものであるが、図３に示す他の実施例は２シリンダ型リニアコンプレッサ１０で、このリニアコンプレッサ１０においてはモータユニット１６の両側、すなわちピストンシャフト１２の両端にピストン１８とこのピストン１８を受け入れて圧縮室２０を形成する円筒状シリンダ２２を設けている。そして、この実施例においても、円筒状シリンダ２２の周囲には図１の実施例で説明した環状板ばね５８を配置すると共にシリンダ２２の外周面に軸方向のオイル供給溝６２を設けている。なお、ピストンシャフト１２の両側に設けられるコンプレッサユニット２４及び２４はいずれも同じ構成につき対応部分に同じ番号を付してその説明は省略する。また、この場合は両コンプレッサユニット２４及び２４には図示されない共通の外部冷却回路が接続される。
【００２６】
そして、図３の実施例ではピストンシャフト１２の左側に配置されているコンプレッサユニット２４は圧縮状態（高圧状態）を示し、ピストンシャフト１２の右側に配置されているコンプレッサユニット２４は吸入状態（低圧状態）を示している。
【００２７】
なお、図３に示す２シリンダ型リニアコンプレッサ１０において、例えば、ピストンシャフト１２の一方に配置される右側のコンプレッサユニット２４を無くして環状板ばね５８をそのまま存続させた第３の実施例も存在する。この場合は、図１で示される第１の実施例よりも通気性は更に向上する。
【００２８】
また、上述の各実施例における環状板ばね５８の使用枚数はたとえば必要なばね定数に応じて適宜選択することができ、１枚でもよい。ただし、いずれの場合も、板ばね５８の形状は、実施例の「環状」以外の形状が考えられてもよい。
【００２９】
以上説明したように、この発明によるリニアコンプレッサは、ピストンシャフトを軸方向に駆動せしめる可動部を有するモータユニット、このモータユニットの軸方向外部においてピストンシャフトに固着されるピストン、固定部に固定されかつこのピストンを受け入れて圧縮室を形成する円筒状シリンダ、およびこのシリンダの周囲に配置されて一端が可動部に固着されかつ他端が固定部に固定される板ばねを備えるものであるから、モータユニットの駆動により可動部及びピストンシャフトが往復動すると、可動部に一端が固着された板ばねも往復振動し、この往復振動により円筒状シリンダの周囲の空気が煽られて空気流が生じる。この空気流によりシリンダおよびモータユニットの放熱が促進されリニアコンプレッサの圧縮効率は向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すリニアコンプレッサの要部断面せる図解図である。
【図２】図１におけるコンプレッサユニット側から見た要部の図解図である。
【図３】図１に相当する他の実施例を示す２シリンダ型リニアコンプレッサの要部断面せる図解図である。
【符号の説明】
１０ …リニアコンプレッサ
１２ …ピストンシャフト
１４ …リニア可動部
１６ …モータユニット
１８ …ピストン
２０ …圧縮室
２２ …円筒状シリンダ
２８ …空隙部
３２ …固定子鉄心
３４ …永久磁石
３８ …可動体
４０ …電磁コイル
５８ …環状板ばね
６２ …オイル供給溝

Claims

ピストンシャフトを軸方向に駆動せしめる可動部を有するモータユニット、
前記モータユニットの軸方向外部において前記シャフトに固着されるピストン、
固定部に固定されかつ前記ピストンを受け入れて圧縮室を形成するシリンダ、および
前記シリンダの周囲に配置されて一端が前記可動部に固着されかつ他端が前記固定部に固定される板ばねを備える、リニアコンプレッサ。
前記シリンダの外周面には軸方向にオイル供給溝を設けている、請求項１記載のリニアコンプレッサ。
複数の前記板ばねが軸方向に間隙を隔てて設けられる、請求項１または２記載のリニアコンプレッサ。
前記可動部には通気孔が設けられている、請求項１ないし３のいずれかに記載のリニアコンプレッサ。