JP5596698B6 - 気体圧縮機の進入弁における作動システム - Google Patents
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Description
本発明は、気体圧縮機の進入弁における作動システムに関する。より詳細には、本発明は、気体圧縮機内の気体の吸込圧力(入力)および吐出圧力(出力)が等化されていない条件下での始動を可能にする作動システムに関する。
現在、電気モータにより駆動されるピストン(プランジャ)およびシリンダからなるセットを例えば冷凍機器の気体圧縮機、例えば工業用/商業用/家庭用冷蔵庫、冷凍庫および空調装置に応用するために使用するのが一般的である。
これらのタイプの圧縮機において、電気モータはピストンを駆動し、このピストンは次いで軸線方向における(前後の)往復運動によりシリンダの内部を移動して、気体を圧縮または減圧する。通常は、このシリンダのヘッダ内に、気体の吸込用の弁および吐出用の弁が配置され、これら弁はそれぞれ、低圧の気体の流入および高圧の気体のシリンダ内部からの流出を調節する。圧縮機のシリンダ内部におけるピストンの軸線方向の運動は、吸込弁によって進入可能にされた気体を圧縮してその圧力を上昇させ、その気体を吐出弁に通して高圧領域へと吐出する。或いは、吸込弁がピストンそれ自体に配置された圧縮機の構成も存在する。
図1は、気体圧縮機の流入圧力(吸込)と流出圧力(吐出)とを関連付けたグラフを示しており、曲線ERは冷凍機器の標準曲線を表し、曲線Cは、あらゆる冷凍機器または冷凍システムから隔離されて動作する圧縮機の標準曲線を表す。曲線ERが、圧縮機のプルダウン期間(冷凍機器の内部温度が予め設定された温度に達するまで低下するための時間、または圧縮機の始動からレジームの状況に到達するまでの経過時間)における冷凍機器の挙動を示している点に注目すべきである。
直線Pは、気体カーゴおよび室温を考慮したシステムの等化圧力を表す。直線Pにおいて、吸込圧力(入力)と吐出圧力(出力)とが同じである点に注目すべきである。したがって、吸込圧力と吐出圧力との間の関係が圧縮機の始動時点で直線Pと整合しない場合は、それは回転子がブロックされた状態にあり、すなわち圧縮機は動力付与されても始動できず、その結果、冷凍機器は期待されたように動作しない。
曲線ERにおいて、吐出圧力が約1.1メガパスカル(約11バール)に到達するまで急速に増大するとともに、吸込圧力は約0.35メガパスカル(約3.5バール)までより低速で減少することが認められる。この点(曲線の第1の変曲点)から、吐出圧力はおよそ1.4メガパスカル(およそ14バール)の最大値(第2変曲点)までより低速で増大して、次いで(第3の変曲点)永続レジームの値までゆっくりと減少する。この期間において、吸込圧力は、約0.13メガパスカル(約1.3バール)の値まで急速に減少し始め、約0.19メガパスカル(約1.9バール)のピークに至るまで吐出圧力と一緒にゆっくりと増大し、そこから平衡条件(レジーム)が達成されるまで穏やかに減少する。
曲線ERが曲線Cを遮る条件においては、ひとたび電気モータが圧縮機の適切な動作をもたらすのに充分なトルクを有しなくなって、圧縮機が逆転する場合に望ましくない状況が存在する。この遮断(交差)は、圧縮機が始動する時点と曲線ERの第1の変曲点との間で発生しうる。逆転動作の後、モータは作動停止し、吸込圧力と吐出圧力との関係は直線Pに従わなくなり、したがってモータの回転子がブロックされて圧縮機を始動できなくなる。圧縮機の始動は、吸込圧力と吐出圧力とが等化された場合、すなわちこれら圧力間の関係が直線Pに合致している場合にのみ可能である。
したがって、圧縮機の電気モータにおいて共通して留意される問題は、これら圧縮機がプルダウンしてからいつ逆転するかという点にある。さらに、この回転子がブロックされた状態では、電気モータの熱保護器の使用が要求され、これは明らかに望ましくない状況である。
また、圧縮機に対する電力供給が直ちに中断されると、吸込圧力は吐出圧力と等化されなくなり(直線Pにより確立される条件)、その結果、圧縮機は始動できなくなる。このため、電気モータの熱保護器の使用が要求され、吸込圧力と吐出圧力とが等化されるように所定時間待機することが必要になる。
したがって、前述した問題全てを考慮し、圧縮機用の電気モータは現在、過大に寸法決めされており、曲線Cが曲線ERから離れたところに設定されて、それら圧縮機の運転が損なわれないようになっている。したがって、より容量が大きくかつより高価であるとともにより大きい空間を占めるモータ(曲線Cと曲線ERとの間の交差を回避するように過大に寸法決めされたモータ)を使用することが必要である。
さらに、圧縮機が通常バネに配置されることを考えると、ひとたび停止が必要になった場合でも、慣性力に起因してピストンの運動は直ちに停止せずに気体を圧縮し続けようとするために、オフ切替え(停止)時にモータがケーシングに及ぼす衝撃から主としてもたらされる、圧縮機の過度の振動および高レベルのノイズが観察されることは一般的なことである。しかしながら、所定時間の後、この慣性力は弁の開閉動作をもたらすのに充分なものではなくなる。このようにして、気体がシリンダ内部に保持され、したがって気体の圧縮が適切かつ緩やかに行われず、圧縮機を望ましくないほどに振動させる。このような理由から、多くの圧縮機は、過大に寸法決めされた外部寸法を有するケーシングを備えており、それらケーシングはモータからできるだけ離れて設置され、それらケーシングに対する衝撃を防止している。しかしながら、この過大に寸法決めされたケーシングは、圧縮機を冷凍機器内部に設置するためにより大きな空間を必要とするだけでなく、圧縮機の輸送を困難にしている。さらに、ケーシングとモータとの間に形成される空間によって、圧縮機の内部部品、パーツおよびコンポーネントが輸送時により破損し易くなる。
特許文献1は、ソレノイドを有する電磁アクチュエータを備えた弁を開示する。ソレノイドは、「E」字形状のコアまたは「U」字形状のコアである、少なくとも1つのコアと、アンカプレートとを備えている。ソレノイドは、コア内部に配置された少なくとも一つのコイルをさらに備えており、このコイルは、コイルに電流を供給するための電力電子機器のセットに接続されている。アクチュエータは、アンカプレートに連結されたプランジャと、プランジャをガイドするように構成された少なくとも一つのバネとをさらに備えている。弁の開閉動作はコイルを通過する電流によって制御され、弁は圧縮機において用いられる。
特許文献2は密閉型圧縮機を開示しており、この密閉型圧縮機は、シリンダを有するシリンダブロックを備え、ピストンがシリンダ内を往復運動するようになっており、さらに、シリンダブロックに連結されてシリンダを封止するシリンダヘッドを備えており、このシリンダヘッドには流入孔が形成されるとともに、隔壁によって流出路として作用する第1の吐出室と第2の吐出室とが分割形成されている。シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に弁組立体が形成されており、この弁組立体が、シリンダの内部と外部とで異なる冷媒圧力に応じて、シリンダへの冷媒の流出と、シリンダからの冷媒の流入とを制御している。
本発明の1つの目的は、冷凍機器の気体圧縮機の進入弁において作動して気体の圧縮および減圧を防止または解除し、それによりそのモータを過大に寸法決めする必要性を回避できる作動システムを提供することにある(圧縮機プロジェクトの焦点を第3の変曲点以降の曲線ERの領域に合わせてもよい)。
本発明の別の目的は、圧縮機がプルダウン期間中に逆転するのを防止できる作動システムを提供することにある。
また、本発明の別の目的は、電気モータの回転子がブロックされる状態を回避して、圧縮機を始動可能にするとともに、前記モータの熱保護器を要求する頻度を減少できる作動システムを提供することにある。
また、ケーシングを過大に寸法決めする必要なく、圧縮機を穏やかに停止させて、振動、望ましくないノイズおよび内部コンポーネントに対する損傷を防止できる作動システムを提供することも本発明の目的である。
これら本発明の目的は、気体圧縮機の進入弁における作動システムにおいて、気体圧縮機が、シリンダおよびピストンによって形成される1つのセットと、前記セットに関連付けられていて、シリンダ内部の気体を圧縮するようにピストンを軸線方向に移動させうる、1つの電気モータとを備え、進入弁は、ピストンが第1の軸線方向へ軸線方向に移動するとシリンダ内部への気体の流入を可能にするように構成されており、さらに、ピストンが第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動するとシリンダ内部からの気体の流出を可能にするように構成された、1つの吐出弁を少なくとも備えた、作動システムを提供することによって達成される。この作動システムは、進入弁に関連付けられた少なくとも1つのアクチュエータ要素を備えている。また、この作動システムは、電気モータの回転子に関連付けられた少なくとも1つの第1の主要可動要素を備えている。さらに、この作動システムは、第1の主要可動要素およびアクチュエータ要素に関連付けられた少なくとも1つの第2の主要可動要素を備えている。第1の主要可動要素と第2の主要可動要素との間の相互作用は、電気モータの停止時および始動時に進入弁を開放したままに維持できるとともに、さらに電気モータの動作レジームに際して進入弁の開閉動作を可能にする。第1の主要可動要素および第2の主要可動要素は互いに相互作用するように構成されていて、電気モータの停止時および始動時に進入弁を開放したままに維持できるとともに、さらに電気モータの動作レジームに際して進入弁の開閉動作を可能にする。
本発明の好ましい実施形態において、作動システムは、第1の端部および第2の端部を有する少なくとも1つの弾性要素(第1の主要可動要素)を備え、該弾性要素の第1の端部は二次シャフトに関連付けられており、二次シャフトは電気モータのシャフトまたは回転子に関連付けられており、弾性要素は、電気モータの動作レジームに際して伸長しうるとともに、電気モータの停止時または始動時に圧縮されうるようになっている。また、作動システムは、弾性要素の第2の端部に関連付けられた少なくとも1つの半アーチ要素(第2の主要可動要素)を備え、該半アーチ要素は、弾性要素が伸長すると、第1の角度方向へ角度方向に移動できるとともに、弾性要素が圧縮されると、第1の角度方向とは反対方向の第2の角度方向へ角度方向に移動できる。作動システムは、半アーチ要素およびアクチュエータ要素に関連付けられた1つの補助要素を少なくとも備え、第2の補助要素は、半アーチ要素が第1の角度方向へ移動すると、第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素を引張るとともに、半アーチ要素が第2の角度方向に移動すると、第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素を押圧する。
本発明の代替的な好ましい実施形態において、作動システムは、電気モータの回転子に関連付けられた少なくとも1つの第1の引張用磁気要素(第1の主要可動要素)を備え、該第1の引張用磁気要素は、電気モータの動作レジームに際して第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるとともに、電気モータの回転子が停止すると、第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できる。作動システムは、第1の引張用磁気要素およびアクチュエータ要素に関連付けられた少なくとも1つの可動アーム(第2の主要可動要素)を備え、該可動アームは、第1の引張用磁気要素が第1の軸線方向に変位すると第1の角度方向へ角度方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素を引張るとともに、第1の引張用磁気要素が第2の軸線方向に変位すると、第1の角度方向とは反対方向の第2の角度方向へ角度方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素を押圧する。
本発明の代替的な好ましい実施形態において、作動システムは、第2の電気駆動要素および前記電気モータの回転子に関連付けられた少なくとも1つの第2の引張用磁気要素(第1の主要可動要素)を備え、該第2の引張用磁気要素は、電気モータの動作レジームに際して第1の方向へ軸線方向に移動できるようになり、第2の電気駆動要素を励起するとともに、電気モータの回転子が停止すると第1の軸線方向とは反対方向の第2の方向に軸線方向に移動できるようになり、第2の電気駆動要素の励起を停止する。作動システムは、第2の電気駆動要素およびアクチュエータ要素に関連付けられた少なくとも1つの第2の電気機械的要素(第2の主要可動要素)を備え、第2の電気駆動要素が励起されると第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素を引張るとともに、第2の電気駆動要素の励起が停止されると第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素を押圧する。
添付図面を参照して、本発明をより詳細にさらに説明する。
モータにより駆動されるピストンおよびシリンダのセット
図2は、本発明に係る気体圧縮機1の内方部分の部分概略図を示す。気体圧縮機1は、電気モータ4に関連付けられたシリンダ2およびピストン3によって形成されたセットを備えており、電気モータ4はピストン3を軸線方向に移動させ、以てシリンダ2内部での気体の圧縮を可能にする。
図2は、本発明に係る気体圧縮機1の内方部分の部分概略図を示す。気体圧縮機1は、電気モータ4に関連付けられたシリンダ2およびピストン3によって形成されたセットを備えており、電気モータ4はピストン3を軸線方向に移動させ、以てシリンダ2内部での気体の圧縮を可能にする。
好ましくは、この気体は、冷却液、例えば製造業者デュポン(Dupont)によって生産されているSUVA MP66またはSUVA MP39から構成されている。シリンダ2およびピストン3からなるセットの他の応用においては、他のタイプの流体、例えば水を用いて動作させてもよい。気体圧縮機は、プランジャタイプ(例えば直線状行程)、スピンタイプまたはその応用に適した他の任意のタイプのものでありうる。
電気モータ4は、少なくとも1つの回転子25、1本のシャフト33および1つのコイルを備えており、これらは互いに関連付けられている。電気モータ4のコイルは、給電されたときに、回転子25ひいてはシャフト33の駆動(回転)作用をもたらすことができる。回転子25のこの回転によって、シリンダ2の内部におけるピストンの軸線方向の変位が可能になる。
シリンダ2は、その上端部にヘッダ34とも称されるプレートを備えており、このプレートは、ピストン3が第1の軸線方向へ軸線方向に移動すると、低圧の気体をシリンダ2の内部に流入できるように構成された進入弁5を有している。好ましくは、進入弁5は、第1の孔35および第1のプレート36によって形成されたセットから構成される。この第1のプレート36は、ピストン3が第1の軸線方向へ軸線方向に移動すると、第1の孔35に到達するように向かって(図2に示された矢印rの方向)移動できるとともに、ピストン3が第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向の運動により軸線方向に移動すると、第1の孔35から離れるように移動できる。したがって、第1のプレート36は、第1の孔35を開閉してシリンダ2内部への気体の進入(吸込または通過)を防止するかまたは可能にする役割をそれぞれ果たす。
また、ヘッダ34は、ピストン3が第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動すると、高圧の気体をシリンダ2の内部から流出させられるように構成された吐出弁6をも有している。また、吐出弁6は、第2の孔42および第2のプレート37により形成されたセットから構成されるのが好ましい。
応用するのに適しているのであれば、任意に、他のタイプまたは他の構成的配列の弁を採用してもよい。
このようにして、ピストン3は、往復(前後)運動によりシリンダ2の内部を移動し、この気体を吐出弁6に通して高圧側へと吐出できる個所に至るまで、進入弁5によりシリンダ2内部に進入可能にされた気体を圧縮する。
気体圧縮機1の動作は、以下の3つの主要な段階を含む:
i)始動:電気モータ4が駆動されると、回転子25の回転は、それが動作回転数に到達するまで徐々に加速する。
ii)動作レジーム:気体圧縮機2が概ね安定した状態(レジーム)で運転するときである。好ましくはこの状態では、回転子25およびシャフト33は約3000RPMで回転する。
iii)停止:電気モータ4を動作停止させると、回転子25の回転はゼロになるまで徐々に減速する。
i)始動:電気モータ4が駆動されると、回転子25の回転は、それが動作回転数に到達するまで徐々に加速する。
ii)動作レジーム:気体圧縮機2が概ね安定した状態(レジーム)で運転するときである。好ましくはこの状態では、回転子25およびシャフト33は約3000RPMで回転する。
iii)停止:電気モータ4を動作停止させると、回転子25の回転はゼロになるまで徐々に減速する。
本発明の対象である、気体圧縮機の進入弁における作動システムは、段階i)および段階iii)において、すなわち気体圧縮機1の始動時または停止時に能動的に稼働する(気体の圧縮作用および減圧作用のブロック)。段階ii)において、作動システムは受動的に稼働して、気体圧縮機1の通常の動作/機能を可能にする(気体の圧縮作用および減圧作用の解放)。
このような作動システムは、進入弁5に関連付けられた少なくとも1つのアクチュエータ要素7を備えている。アクチュエータ要素7は、電気モータ4の停止時および始動時に進入弁5を開放したままに維持できる。さらに、アクチュエータ要素7は、電気モータ4の動作レジームに際して進入弁5の開閉動作を可能にする。
好ましくは、アクチュエータ要素7は、第1のプレート36が第1の孔35に到達するように向かって移動できるように、または第1の孔35から離れて移動できるように、それぞれ引張可能または押圧可能な(直線若しくは曲線の、または湾曲した)ロッドから構成される。
こうして、圧縮機が通常のレジーム(動作レジーム)下にある場合、そのモータにより要求されるトルクは、通常の動作回転数(例えば約3,500RPM)に対応する正常な動作トルクである。しかしながら、プルダウンの際またはより大きいトルクが要求される他のあらゆる臨界条件下においては、圧縮機のモータの回転は、通常の動作回転数と比べて減速する。この回転数が、逆転トルク値に対応する所定の値(例えば約3,000RPM)まで減速した場合、圧縮機は逆転(停止)する傾向にある。したがって、本発明の作動システムは、モータの回転が逆転トルクに対応するこの状況で作動して、圧縮機にその通常の動作回転数(動作レジーム)を再開させ、それによりこの臨界条件を克服できるように構成されている。このようにして、本発明によって提案される作動システムは、圧縮機が逆転するのを防止する。すなわち、この作動システムは、圧縮機がこれらの臨界条件においても正常に機能できるようにする。このような理由から、圧縮機のモータを過大に寸法決めする必要もない。
さらに、この作動システムは、回転子がブロックされる状態がひとたび回避されるとともに、電力供給が直ちに中断されてモータの焼き付きが防止されると、気体圧縮機1のモータの熱保護器に対する要求の頻度が低下する。
さらに、この作動システムは、進入弁5が気体圧縮機1の停止中において開放されたままである理由から、気体はもはやシリンダ2の内部に保持も格納もされないので、気体圧縮機の振動、望ましくないノイズおよび内部コンポーネントに対する損傷を回避するように、気体圧縮機1の穏やかな停止を提供する。
次に、本発明の目的を満足するようにアクチュエータ要素7を制御する、幾つかの好ましい方法を説明する。
第1の好ましい実施形態
図3〜図7から分かるように、この第1の好ましい実施形態において、作動システムはさらに、少なくとも1つの弾性要素8(第1の主要可動要素)、1つの半アーチ要素9(第2の主要可動要素)および1つの補助要素18を備えており、これらは全て関連付けられている。補助要素18は、アクチュエータ要素7にも関連付けられている。
図3〜図7から分かるように、この第1の好ましい実施形態において、作動システムはさらに、少なくとも1つの弾性要素8(第1の主要可動要素)、1つの半アーチ要素9(第2の主要可動要素)および1つの補助要素18を備えており、これらは全て関連付けられている。補助要素18は、アクチュエータ要素7にも関連付けられている。
図7から分かるように、弾性要素8、半アーチ要素9および補助要素18は、これら要素を支持可能な支持プレート19に配列されている。
弾性要素8は、二次シャフト21に関連付けられた1つの第1の端部43を有し、この二次シャフトはそれ自体、電気モータ4の回転子25またはシャフト33に関連付けられている。二次シャフト21は、支持プレート19に形成される孔を越えて延びている。好ましくは、弾性要素8はこの応用に適する標準規格の弾性定数を有する、バネから構成されている。
図4から分かるように、補助要素18は、開口部10、第1の側壁11および第2の側壁12を含む「U」字形状のキャビティを有する。補助要素18は、例えばプラスチック材料から構成されうる。
また、図4によると、半アーチ要素9は、開口部10を介して補助要素18に関連付けられうる、少なくとも1つの直交突出部13を有する。図7によると、半アーチ要素9は、第1の端部22と、支持プレート19に接合(ヒンジ留め)可能な第2の端部23とを有する。
また、弾性要素8は、半アーチ要素9に関連付けられた第2の端部44を有する。したがって、弾性要素8は回転子25の回転速度に応じて伸長し、または圧縮され、第2の端部44により半アーチ要素9を押圧し、または引張り、半アーチ要素9もまた回転子25の回転動作に起因して角度方向に運動する(図7の矢印tは、回転子25の回転方向を示す)。このようにして、半アーチ要素9は、電気モータ4が駆動されたときに2つの運動、すなわち、(回転子25の回転による)スピン運動と、(弾性要素8の伸長作用/圧縮作用による)軸線方向半径方向運動とを同時に行うことができ、その結果、弾性要素8の伸長時における二次シャフト21から離れる角度方向の運動、または弾性要素8の圧縮時における二次シャフト21に近づく角度方向の運動がもたらされる。この理由から、この第1の実施形態は遠心力の原理に基づいている。
より具体的には、弾性要素8は、電気モータ4の動作レジーム時において伸長して、第1の角度方向における半アーチ要素9の移動を可能にし、半アーチ要素9を二次シャフト21から離すことができる。第1の角度方向における半アーチ要素9のこの移動により、補助要素18が第1の軸線方向へ軸線方向に変位できるようになり(図4の矢印sは変位の第1の軸線方向を示している)、アクチュエータ要素7を引張る。この状況において、半アーチ要素9の直交突出部13は、補助要素18の第1の側壁11に圧力を加える(力または張力を付与する)。こうして、この条件下で進入弁5は作動システムにより解放され、ピストン3の往復(前後)運動に応じて動作可能になる。
一方で、弾性要素8は、電気モータ4が停止すると圧縮され、半アーチ要素9が第1の角度方向とは反対方向の第2の角度方向に移動できるようになる。第2の角度方向への半アーチ要素9のこの移動によって、補助要素18が第1の方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に変位できるようになり、アクチュエータ要素7を押圧する。この状況において、半アーチ要素9の直交突出部13は、補助要素18の第2の側壁12に圧力を加える(力または張力を付与する)。こうして、この条件下で、進入弁5は開放されたままになり(第1のプレート36は第1の孔35から離れる方向に加圧される)、以て気体がシリンダ2の内部に進入可能になり、気体圧縮機1における高圧高温状態が回避される。
弾性要素8は、モータの始動が必要になるまで圧縮されたままであり、モータの始動時においてのみ伸長する点に注目すべきである。
また、この作動システムは、図4および図5に示される、補助要素18およびアクチュエータ要素7に関連付けられた双安定装置14をも備えている。このような双方向装置14は、補助要素18とアクチュエータ要素7との間に配列され、
− 1つの第1の制限要素15と、
− 第1の制限要素15に対して概ね平行に配列された1つの第2の制限要素16とを少なくとも備え、好ましくは、第1の制限要素15および第2の制限要素16は、単一部品として成形された金属シート/金属プレートを一体化しており、
さらに、
− 第1の制限要素15および第2の制限要素16に関連付けられうる1つの双安定磁気要素17を少なくとも備えており、この双安定磁気要素17は、好ましくは永久磁石から構成されている。
− 1つの第1の制限要素15と、
− 第1の制限要素15に対して概ね平行に配列された1つの第2の制限要素16とを少なくとも備え、好ましくは、第1の制限要素15および第2の制限要素16は、単一部品として成形された金属シート/金属プレートを一体化しており、
さらに、
− 第1の制限要素15および第2の制限要素16に関連付けられうる1つの双安定磁気要素17を少なくとも備えており、この双安定磁気要素17は、好ましくは永久磁石から構成されている。
双安定磁気要素17は、第1の軸線方向における補助要素18の変位動作の端点を確定するように第1の制限要素15に安定的に関連付けられうる。一方、この双安定磁気要素17は、第2の軸線方向における補助要素18の変位動作の端点を確定するように第2の制限要素16に安定的に関連付けられうる。いずれの状況においても、弾性要素8、半アーチ要素9および補助要素18によって形成されるセットは、安定したままである。
したがって、双安定装置14の主要な役割は、アクチュエータ要素7(ロッド)の変動を回避して作動システムの安定性を維持し、以て進入弁5が不適切なときに開閉してその性能および効率が損なわれないようにすることである。
また、この作動システムは、支持プレート19に配列された少なくとも1つのバンパー要素20をも備えている。このようなバンパー要素20は、第2の角度方向における半アーチ要素9の角度方向の運動の端点を確定するように半アーチ要素9の第1の端部22に関連付けられうる。
第2の好ましい実施形態
図8〜図13から分かるように、この第2の好ましい実施形態において、作動システムは、少なくとも1つの第1の引張用磁気要素24(第1の主要可動要素)および可動アーム26(第2の主要可動要素)をも備えており、これらは互いに関連付けられている。また、可動アーム26は、連結ロッド48を介してアクチュエータ要素7に関連付けられている。第1の引張用磁気要素24は、好ましくは永久磁石から構成されている。
図8〜図13から分かるように、この第2の好ましい実施形態において、作動システムは、少なくとも1つの第1の引張用磁気要素24(第1の主要可動要素)および可動アーム26(第2の主要可動要素)をも備えており、これらは互いに関連付けられている。また、可動アーム26は、連結ロッド48を介してアクチュエータ要素7に関連付けられている。第1の引張用磁気要素24は、好ましくは永久磁石から構成されている。
より具体的には、可動アーム26は、第1の引張用磁気要素24に関連付けられた第1の端部27を有しており、第1の引張用磁気要素24は、この第1の端部27に圧力を加えられる。また、可動アーム26は、アクチュエータ要素7に関連付けられた第2の端部28をも有しており、この第2の端部28は、アクチュエータ要素7に圧力を加えられる(力または張力を付与できる)。
電気モータ4の回転子25に関連付けられた第1の引張用磁気要素24は、電気モータ4の動作レジームに際して第1の軸線方向へ(図13の矢印vは変位動作の第1の軸線方向を示す)軸線方向に移動できる(図12の矢印uは回転子25の回転方向を示す)。第1の軸線方向における第1の引張用磁気要素24のこの変位によって、可動アーム26が第1の角度方向へ角度方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素7を引張る。こうして、この条件下で進入弁5が作動システムにより解放され、ピストン3の往復(前後)運動に応じて動作可能になる。
一方で、第1の引張用磁気要素24は、電気モータ4の回転子25が停止すると第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できる。第2の軸線方向における第1の引張用磁気要素24のこの変位によって、可動アーム26が第1の角度方向とは反対方向の第2の角度方向へ角度方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素7を押圧する。こうして、この条件下で、進入弁5は開放されたままになり(第1のプレート36は第1の孔35から離れる方向に加圧される)、以て気体がシリンダ2の内部に戻る(進入する)のを可能にし、気体圧縮機1における高圧高温が回避される。
したがって、可動アーム26の第2の端部28は、第1の引張用磁気要素24が第1または第2の軸線方向に変位すると、可動アーム26の第1の端部27が移動するのとは反対方向へ軸線方向に移動する。
気体圧縮機1が始動するのに際して、第1の引張用磁気要素24、可動アーム26およびアクチュエータ要素7の構成は、停止時と同じである点に注目すべきであり、それはなぜなら回転子25が静止したままであり、それによりアクチュエータ要素7が押圧されたままだからである。
また、この作動システムは、第1の引張用磁気要素24と可動アーム26との間に配列された第1の単安定装置29を備えている。第1の単安定装置29は、少なくとも1つの第1の上限リミッタ30および1つの第1の磁気単安定要素31を備えており、これらは互いに関連付けられうる。第1の上限リミッタ30は金属シートまたは金属プレートから構成されている。
この第1の磁気単安定要素31は、第1の軸線方向における第1の引張用磁気要素24の変位動作の端点を確定するように、第1の上限リミッタ30に安定的に関連付けられうる。
同様に、第1の単安定装置31の主要な役割は、第1の好ましい実施形態の双安定装置14と同じである。すなわち、アクチュエータ要素7(ロッド)の変動を回避して作動システムの安定性を維持し、以て進入弁4が不適切なときに開閉してその性能および効率が損なわれないようにすることである。
さらに、任意に、本発明の第1の好ましい実施形態において説明したものと類似の双安定装置を採用してもよい。
第3の好ましい実施形態
図14〜図19から分かるように、この第3の好ましい実施形態では、作動システムは、第1の電気駆動要素(図中には示さず)およびアクチュエータ要素7に関連付けられうる、少なくとも1つの第1の電気機械的要素32をも備えている。
図14〜図19から分かるように、この第3の好ましい実施形態では、作動システムは、第1の電気駆動要素(図中には示さず)およびアクチュエータ要素7に関連付けられうる、少なくとも1つの第1の電気機械的要素32をも備えている。
好ましくは、第1の電気機械的要素32は、電流が付与されたときに、磁場の発生(磁気効果)に起因して移動できる電磁石から構成されている。この移動によって、アクチュエータ要素7に対して所望の方向に圧力を加えられる(力または張力を付与できる)。
第1の電気駆動要素は、電力源により提供される電流の通過を可能にする継電器またはスイッチで構成されるのが好ましい。この継電器は、デジタル電気回路、アナログ電気回路を介して、さらにはプログラマブルユニット、例えばマイクロコントローラ/マイクロプロセッサによっても制御可能である。
電力源はバッテリ、電気モータ4の給電部の派生体(例えばモータ固定子)、または第1の電気機械的要素32(電磁石)を励起/励起停止するのに充分な電圧/電流を提供できる、この応用に適した他の任意のタイプの給電源でありうる。
第1の電気機械的要素32は、第1の電気駆動要素の励起を停止すると(継電器開放)、第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり(図16の矢印xは、変位動作の第1の軸線方向を示す)、アクチュエータ要素7を引張る。こうしてこの条件下では、進入弁5は作動システムによって解放され、ピストン3の往復(前後)運動に応じて動作可能になる。
一方、第1の電気機械的要素32は、第1の電気駆動要素が励起されると(継電器閉鎖)、第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、アクチュエータ要素7を押圧する。こうして、この条件下で、進入弁5は開放されたままであり(第1のプレート36は第1の孔35から離れる方向に加圧される)、以て気体をシリンダ2内部に進入可能にして、気体圧縮機1における高圧高温を回避する。
第4の好ましい実施形態
一般的に、第4の好ましい実施形態は、前述した第2および第3の好ましい実施形態を組合せたものから構成される。
一般的に、第4の好ましい実施形態は、前述した第2および第3の好ましい実施形態を組合せたものから構成される。
このようにして、図20〜図25に表されたこの第4の好ましい実施形態において、作動システムは、少なくとも1つの第2の引張用磁気要素38(第1の主要可動要素)、1つの第2の電気駆動要素47および1つの第2の電気機械的要素39(第2の主要可動要素)をも備えており、これらは全て互いに関連付けられている。さらに、第2の引張用磁気要素38は電気モータ4の回転子25に関連付けられている。また、第2の電気機械的要素39はアクチュエータ要素7に関連付けられている。第2の引張用磁気要素38は、好ましくは永久磁石から構成されている。
第2の電気機械的要素39は、電流が付与されたとき、磁場の発生に起因して移動できる電磁石から構成されるのが好ましい。この移動によって、アクチュエータ要素7に対して所望の方向に圧力を加えられる(力または張力を付与できる)。
第2の電気駆動要素47は好ましくは、電力源により提供される電流の通過を可能にする継電器またはスイッチから構成されている。この継電器は、デジタル電気回路、アナログ電気回路を介して、さらにはプログラマブルユニット、例えばマイクロコントローラ/マイクロプロセッサによっても制御可能である。
電源はバッテリ、電気モータ4の給電部の派生体(例えばモータ固定子)、または第2の電気機械的要素39(電磁石)を励起/励起停止するのに充分な電位/電流を提供できる、この応用に適した他の任意のタイプの給電源でありうる。
第2の引張用磁気要素38は、電気モータ4の動作レジームに際して第1の軸線方向へ軸線方向に移動可能になり(図25の矢印yは回転子25の回転方向を示す)、第2の電気駆動要素を励起する(継電器を閉じる)。この第2の電気駆動要素47の励起によって、第2の電気機械的要素39が第1の軸線方向へ軸線方向に変位し(図22の矢印zは変位動作の第1の軸線方向を示す)、アクチュエータ要素7を引張れるようになる。こうしてこの条件下では、進入弁5がこの作動システムによって解放され、ピストン3の往復(前後)運動に応じて動作可能になる。
一方で、第2の引張用磁気要素38は、電気モータ4の回転子25が停止すると、第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動可能になり、第2の電気駆動要素47の励起を停止する(継電器を開放する)。第2の電気駆動要素47のこの励起停止によって、第2の電気機械的要素39が第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に変位可能になり、アクチュエータ要素7を押圧する。こうして、この条件下で、進入弁5は開放されたままになり(第1のプレート36は第1の孔35から離れる方向に加圧される)、以て気体がシリンダ2の内部に進入可能になり、気体圧縮機1における高圧高温が回避される。
気体圧縮機1の始動時における第2の引張用磁気要素38、第2の電気機械的要素39およびアクチュエータ要素7の構成は、ひとたび回転子25が静止したままであるとともに、アクチュエータ要素7が押圧されたままであると、気体圧縮機1の停止時と同じである点に注目すべきである。
このようにして、第2の電気駆動要素47は、前述した第3の好ましい実施形態の第1の電気駆動要素とは逆に動作する。すなわち、第3の好ましい実施形態のアクチュエータ要素7(ロッド)は、第1の駆動要素が励起されると押圧されるのに対し、第4の好ましい実施形態のアクチュエータ要素7(ロッド)は、第2の電気駆動要素47の励起が停止されると押圧される。
また、この作動システムは、第2の引張用磁気要素38と第2の電気機械的要素39との間に配列された第2の単安定装置45を備えていてもよい。この第2の単安定装置は、少なくとも1つの第2の上限リミッタ46と、1つの第2の磁気単安定装置(図示されていないが第1の単安定装置に類似する)とを有しており、これらは互いに関連付けられうる。第2の上限リミッタ46は金属シートまたは金属プレートから構成されている。
この第2の磁気単安定要素は、第1の軸線方向における第2の引張用磁気要素38の変位動作の端点を確定するように、第2の上限リミッタ46に安定的に関連付けられうる。
単安定装置31の主要な役割は、第1の好ましい実施形態の双安定装置14と同じである。すなわち、アクチュエータ要素7(ロッド)の変動を回避して作動システムの安定性を維持し、それにより進入弁4が不適切なときに開閉してその性能および効率が損なわれないようにすることである。
任意に、本発明の第1の好ましい実施形態において説明したものに類似する双安定装置を採用してもよい。
本発明の別の対象は、前述した作動システムを備えた気体圧縮機1である。
また、本発明の別の対象は、前述した作動システムを備えた気体圧縮機1を有する冷凍機器である。この冷凍機器は、例えば、工業用/商業用/家庭用冷蔵庫、冷凍庫または空調装置から構成されている。
好ましい実施形態の実施例を説明したものの、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲の内容のみを以て限定され、考えられうる均等物を含めた他の考えられうる変形物をも包含すると理解されるべきである。
Claims (11)
- 気体圧縮機(1)の進入弁(5)における作動システムにおいて、気体圧縮機(1)が、
− シリンダ(2)およびピストン(3)によって形成される1つのセットと、
− 前記セットに関連付けられていて、前記シリンダ(2)内部の気体を圧縮するように前記ピストン(3)を軸線方向に移動させうる、1つの電気モータ(4)とを少なくとも備え、前記進入弁(5)は、前記ピストン(3)が第1の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部への気体の流入を可能にするように構成されており、
さらに、
− 前記ピストン(3)が前記第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部からの気体の流出を可能にするように構成された、1つの吐出弁(6)と、
− 前記進入弁(5)に関連付けられた少なくとも1つのアクチュエータ要素(7)とを少なくとも備えた作動システムであって、
− 前記電気モータ(4)の回転子(25)に関連付けられた1つの第1の主要可動要素(8,24,38)と、
− 前記第1の主要可動要素(8,24,38)および前記アクチュエータ要素(7)に関連付けられた1つの第2の主要可動要素(9,26,39)とを少なくともさらに備え、
前記第1の主要可動要素(8,24,38)および前記第2の主要可動要素(9,26,39)が互いに相互作用するように構成されていて、前記電気モータ(4)の停止時および始動時に前記進入弁(5)を開放したままに維持できるとともに、さらに前記電気モータ(4)の動作レジームに際して前記進入弁(5)の開閉動作を可能にすることを特徴とする、作動システム。 - 気体圧縮機(1)の進入弁(5)における作動システムにおいて、気体圧縮機(1)が、
− シリンダ(2)およびピストン(3)によって形成される1つのセットと、
− 前記セットに関連付けられていて、前記シリンダ(2)内部の気体を圧縮するように前記ピストン(3)を軸線方向に移動させうる、1つの電気モータ(4)とを少なくとも備え、前記進入弁(5)は、前記ピストン(3)が第1の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部への気体の流入を可能にするように構成されており、
さらに、
− 前記ピストン(3)が前記第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部からの気体の流出を可能にするように構成された、1つの吐出弁(6)と、
− 前記進入弁(5)に関連付けられた少なくとも1つのアクチュエータ要素(7)とを少なくとも備え、該アクチュエータ要素(7)は前記電気モータ(4)の停止時および始動時に前記進入弁(5)を開放したままに維持でき、さらに前記アクチュエータ要素(7)は前記電気モータ(4)の動作レジームに際して前記進入弁(5)の開閉動作を可能にする、作動システムであって、
− 第1の端部(43)および第2の端部(44)を有する1つの弾性要素(8)を少なくとも備え、該弾性要素(8)の前記第1の端部(43)は二次シャフト(21)に関連付けられており、前記二次シャフト(21)は前記電気モータ(4)のシャフト(33)または回転子(25)に関連付けられており、前記弾性要素(8)は、前記電気モータ(4)の動作レジームに際して伸長しうるとともに、前記電気モータ(4)の停止時または始動時に圧縮されうるようになっており、
さらに、
− 前記弾性要素(8)の前記第2の端部(44)に関連付けられた1つの半アーチ要素(9)を少なくとも備え、該半アーチ要素(9)は、前記弾性要素(8)が伸長すると、第1の角度方向へ角度方向に移動できるとともに、前記弾性要素(8)が圧縮されると、前記第1の角度方向とは反対方向の第2の角度方向へ角度方向に移動でき、
さらに、
− 前記半アーチ要素(9)および前記アクチュエータ要素(7)に関連付けられた1つの補助要素(18)を少なくとも備え、該補助要素(18)は、前記半アーチ要素(9)が前記第1の角度方向へ移動すると、前記第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、前記アクチュエータ要素(7)を引張るとともに、前記半アーチ要素(9)が第2の角度方向に移動すると、前記第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、前記アクチュエータ要素(7)を押圧することを特徴とする、作動システム。 - − 前記補助要素(18)が、開口部(10)、第1の側壁(11)および第2の側壁(12)を含む「U」字形状のキャビティを有し、
− 前記半アーチ要素(9)が、前記開口部(10)により前記補助要素(18)に関連付けられうる少なくとも1つの直交突出部を有し、
前記直交突出部(13)は、前記半アーチ要素(9)が第1の角度方向に移動すると前記第1の側壁(11)に圧力を加え、前記半アーチ要素(9)が第2の角度方向に移動すると前記第2の側壁(12)に圧力を加えることを特徴とする、請求項2に記載の作動システム。 - 前記補助要素(18)および前記アクチュエータ要素(7)に関連付けられた双安定装置(14)を備え、該双安定装置(14)が前記補助要素(18)と前記アクチュエータ要素(7)との間に配列され、前記双安定装置(14)が、
− 1つの第1の制限要素(15)と、
− 前記第1の制限要素(15)に対して平行に配列された1つの第2の制限要素(16)と、
− 前記第1の制限要素(15)および前記第2の制限要素(16)に関連付けられうる1つの双安定磁気要素(17)とを少なくとも備え、
前記双安定磁気要素(17)が、第1の軸線方向における前記補助要素(18)の変位動作の端点を確定するように前記第1の制限要素(15)に安定的に関連付けられうるとともに、前記双安定磁気要素(17)が、第2の軸線方向における前記補助要素(18)の変位動作の端点を確定するように前記第2の制限要素(16)に安定的に関連付けられうることを特徴とする、請求項2または3に記載の作動システム。 - 前記弾性要素(8)、前記半アーチ要素(9)および前記補助要素(18)が、前記電気モータ(4)に配置された支持プレート(19)に配列されており、前記支持プレート(19)には、前記二次シャフト(21)の通過を可能にする孔が形成されることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載の作動システム。
- 前記支持プレート(19)上に配列された少なくとも1つのバンパー要素(20)を備え、該バンパー要素(20)が、第2の方向における前記半アーチ要素(9)の角度方向の運動の端点を確定するように前記半アーチ要素(9)の前記第1の端部(22)に関連付けられうるとともに、前記半アーチ要素(9)が、前記支持プレート(19)に接合可能な第2の端部(23)をも備えることを特徴とする、請求項5に記載の作動システム。
- 気体圧縮機(1)の進入弁(5)における作動システムにおいて、気体圧縮機(1)が、
− シリンダ(2)およびピストン(3)によって形成される1つのセットと、
− 前記セットに関連付けられていて、前記シリンダ(2)内部の気体を圧縮するように前記ピストン(3)を軸線方向に移動させうる、1つの電気モータ(4)とを少なくとも備え、前記進入弁(5)は、前記ピストン(3)が第1の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部への気体の流入を可能にするように構成されており、
さらに、
− 前記ピストン(3)が前記第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部からの気体の流出を可能にするように構成された、1つの吐出弁(6)と、
− 前記進入弁(5)に関連付けられた少なくとも1つのアクチュエータ要素(7)とを少なくとも備え、該アクチュエータ要素(7)は前記電気モータ(4)の停止時および始動時に前記進入弁(5)を開放したままに維持でき、さらに前記アクチュエータ要素(7)は前記電気モータ(4)の動作レジームに際して前記進入弁(5)の開閉動作を可能にする、作動システムであって、
− 前記電気モータ(4)の回転子(25)に関連付けられた1つの第1の引張用磁気要素(24)を少なくとも備え、該第1の引張用磁気要素(24)は、前記電気モータ(4)の動作レジームに際して第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるとともに、前記電気モータ(4)の回転子(25)が停止すると、前記第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動でき、
さらに、
− 前記第1の引張用磁気要素(24)および前記アクチュエータ要素(7)に関連付けられた1つの可動アーム(26)を少なくとも備え、該可動アーム(26)は、前記第1の引張用磁気要素(24)が第1の軸線方向に変位すると第1の角度方向へ角度方向に移動できるようになり、前記アクチュエータ要素(7)を引張るとともに、前記第1の引張用磁気要素(24)が第2の軸線方向に変位すると、第1の角度方向とは反対方向の第2の角度方向へ角度方向に移動できるようになり、前記アクチュエータ要素(7)を押圧することを特徴とする、作動システム。 - 前記可動アーム(26)が第1の端部(27)および第2の端部(28)を有し、前記可動アーム(26)の前記第1の端部(27)が前記第1の引張用磁気要素(24)に関連付けられており、前記第1の引張用磁気要素が前記可動アーム(26)の前記第1の端部(27)に圧力を加えることができるとともに、前記可動アーム(26)の前記第2の端部(28)が前記アクチュエータ要素(7)に関連付けられており、前記可動アーム(26)の前記第2の端部(28)が前記アクチュエータ要素(7)に圧力を加えることができ、前記可動アーム(26)の前記第2の端部(28)は、前記第1の引張用磁気要素(24)が変位すると前記可動アーム(26)の第1の端部(27)が移動するのとは反対方向へ軸線方向に移動することを特徴とする、請求項7に記載の作動システム。
- 前記第1の引張用磁気要素(24)と前記可動アーム(26)との間に配列された第1の単安定装置(29)を含み、該第1の単安定装置(29)が、
− 1つの第1の上限リミッタ(30)と、
− 該第1の上限リミッタ(30)に関連付けられうる1つの第1の磁気単安定要素(31)とを少なくとも備え、
前記第1の磁気単安定要素(31)が、第1の軸線方向における前記第1の引張用磁気要素(24)の変位動作の端点を確定するように、前記第1の上限リミッタ(30)に安定的に関連付けられうることを特徴とする、請求項7または8に記載の作動システム。 - 気体圧縮機(1)の進入弁(5)における作動システムにおいて、気体圧縮機(1)が、
− シリンダ(2)およびピストン(3)によって形成される1つのセットと、
− 前記セットに関連付けられていて、前記シリンダ(2)内部の気体を圧縮するように前記ピストン(3)を軸線方向に移動させうる、1つの電気モータ(4)とを少なくとも備え、前記進入弁(5)は、前記ピストン(3)が第1の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部への気体の流入を可能にするように構成されており、
さらに、
− 前記ピストン(3)が前記第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動すると、前記シリンダ(2)内部からの気体の流出を可能にするように構成された、1つの吐出弁(6)と、
− 前記進入弁(5)に関連付けられた少なくとも1つのアクチュエータ要素(7)とを少なくとも備え、該アクチュエータ要素(7)は前記電気モータ(4)の停止時および始動時に前記進入弁(5)を開放したままに維持でき、さらに前記アクチュエータ要素(7)は前記電気モータ(4)の動作レジームに際して前記進入弁(5)の開閉動作を可能にする、作動システムであって、
− 第2の電気駆動要素(47)および前記電気モータ(4)の回転子(25)に関連付けられた1つの第2の引張用磁気要素(38)を少なくとも備え、該第2の引張用磁気要素(38)は、前記電気モータ(4)の動作レジームに際して第1の方向へ軸線方向に移動できるようになり、前記第2の電気駆動要素(47)を励起するとともに、前記電気モータ(4)の回転子(25)が停止すると第1の軸線方向とは反対方向の第2の方向に軸線方向に移動できるようになり、前記第2の電気駆動要素(47)の励起を停止し、
さらに、
− 前記第2の電気駆動要素(47)および前記アクチュエータ要素(7)に関連付けられた1つの第2の電気機械的要素(39)を少なくとも備え、前記第2の電気駆動要素(47)が励起されると第1の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、前記アクチュエータ要素(7)を引張るとともに、前記第2の電気駆動要素(47)の励起が停止されると第1の軸線方向とは反対方向の第2の軸線方向へ軸線方向に移動できるようになり、前記アクチュエータ要素(7)を押圧することを特徴とする、作動システム。 - 前記第2の引張用磁気要素(38)および前記第2の電気機械的要素(39)に配列された第2の単安定装置(45)を備え、該第2の単安定装置(45)は、
− 1つの第2の上限リミッタ(46)と、
− 第2の上限リミッタ(46)に関連付けられうる1つの第2の磁気単安定要素とを少なくとも備え、前記第2の磁気単安定要素が、第1の軸線方向における前記第2の引張用磁気要素(38)の変位動作の端点を確定するように、前記第2の上限リミッタ(46)に安定的に関連付けられうることを特徴とする、請求項10に記載の作動システム。
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