JPH0763162A

JPH0763162A - リニアコンプレッサ

Info

Publication number: JPH0763162A
Application number: JP20667893A
Authority: JP
Inventors: Hideto Kubo; 秀人久保; Hirohisa Kato; 裕久加藤; Nobuo Fujita; 信雄藤田; Hiroyuki Mitsui; 宏之三井
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1995-03-07
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JP2931184B2

Abstract

(57)【要約】【目的】リークした爆発性ガスに対する安全性を向上し
たリニアコンプレッサを提供する。【構成】リニアモータ機構の一部をなす固定子コイル６
の外周面は、固定子コアの一部をなすヨーク１に形成さ
れた連通孔１８を通じて外気に開放されている。したが
って、例えば固定子コイル６を巻装した樹脂ボビン４な
どにクラックが生じたりして固定子コイル６の部位に爆
発性ガスが侵入しても、固定子コイル６の外周面から速
やかに外気に拡散し、その結果として爆発性ガスが固定
子コイル６内部に滞留して濃度が爆発限界濃度を超えて
増大することがなく、爆発発生を防止することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、爆発性ガスを圧縮する
リニアコンプレッサに関する。

【０００２】

【従来技術】従来よりリニアコンプレッサが知られてい
る。このリニアコンプレッサは、少なくとも一端部が爆
発性ガス圧縮用の圧縮室となるシリンダボアが形成され
たシリンダと、シリンダボアに摺動自在に嵌入されたピ
ストンと、圧縮室へのガス吸入及びガス吐出を制御する
吸入弁及び吐出弁と、ピストンを往復動させるリニアモ
ータ機構とを備え、リニアモータ機構は、ピストンの外
周部に嵌着された永久磁石と、シリンダを兼ねるか又は
シリンダに固定された軟磁性体からなる固定子コアと、
固定子コアに巻装されて永久磁石を軸方向を往復動させ
る交番磁界を形成する固定子コイルとを備えている。

【０００３】シリンダボアの片側に圧縮室が形成される
形式は単頭型と呼ばれ、シリンダボアの両側に圧縮室が
形成される形式は両頭型と呼ばれる。両頭型は種々の理
由から小型大出力化に有利である。リニアモータ機構と
して各種のリニアモータ原理を採用することができる。
最も単純な方式としては、固定子コアのエアギャップ間
に永久磁石又は軟磁性体を有するピストンをシリンダボ
アに嵌合し、この永久磁石又は軟磁性体を固定子コアの
エアギャップ間に配置することである。固定子コアに巻
装した固定子コイルに交流電流又は断続電流を通電する
と、エアギャップを挟む固定子コアの両端部が互いに反
対磁極に励磁され、それによりピストン側の永久磁石又
は軟磁性体が付勢される。例えば、永久磁石の場合に
は、磁気吸引力により往動し、磁気反発力により復動す
る。また、軟磁性体の場合には、磁気吸引力によりエア
ギャップ消滅方向に往動し、スプリングにより復動す
る。

【０００４】その他、各種モータ駆動原理を応用したリ
ニアモータ機構も採用することができる。両頭ピストン
型リニアコンプレッサの従来例として、特開平２−１５
４９５０号公報は、ハウジング内に固定子コア、固定子
コイル、永久磁石付の回転子コア（継鉄）を密封した構
成を開示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】上記した従来のリニ
アコンプレッサでは、例えば上記公報が開示するよう
に、固定子コイルをハウジング内に密閉して収容してい
る。しかし、水素ガスなどの爆発性ガスを圧縮する場合
ピストンリングからリニアモータ機構側の空間部分（以
下、駆動室という）に水素ガスがリークするのは不可避
である。

【０００６】その結果、固定子コイルを被覆する樹脂層
や樹脂ボビンにクラックなどが生じ、コイル絶縁不良な
どにより固定子コイルの巻線間で放電が生じると、ガス
が爆発する可能性が考えられる。本発明は、上記問題点
に鑑みなされたものであり、リークした爆発性ガスに対
する安全性を向上したリニアコンプレッサを提供するこ
とを、その解決すべき課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のリニアコンプレ
ッサは、少なくとも一端部が爆発性ガス圧縮用の圧縮室
となるシリンダボアが形成されたシリンダと、前記シリ
ンダボアに摺動自在に嵌入されたピストンと、前記圧縮
室へのガス吸入及びガス吐出を制御する吸入弁及び吐出
弁と、前記ピストンを往復動させるリニアモータ機構と
を備え、前記リニアモータ機構は、前記ピストンの外周
部に嵌着された永久磁石又は軟磁性体と、前記シリンダ
を兼ねるか又は前記シリンダに固定された軟磁性体から
なる固定子コアと、前記固定子コアに巻装されて前記永
久磁石を軸方向を往復動させる交番磁界を形成する固定
子コイルとを備えるリニアコンプレッサにおいて、前記
固定子コイルの外周面は、前記固定子コアに形成された
連通孔を通じて外気に開放されていることを特徴として
いる。

【０００８】

【作用及び発明の効果】リニアモータ機構の固定子コイ
ルの外周面は、固定子コアに形成された連通孔を通じて
外気に開放されている。したがって、例えば固定子コイ
ルを巻装した樹脂ボビンなどにクラックが生じたりして
固定子コイルの部位に爆発性ガスが侵入しても、固定子
コイルの外周面から速やかに外気に拡散し、その結果と
して爆発性ガスが固定子コイル内部に滞留して濃度が爆
発限界濃度を超えて増大することがなく、爆発発生を防
止することができる。

【０００９】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。（実施例１）本発明のリニアコンプレッサの一実施例を
図１を参照して説明する。このリニアコンプレッサは、
両端が開口された軟鉄円筒からなるヨーク（継鉄）１を
有し、ヨーク１内の貫通孔には一端側から順に、弁部
２、磁極コア３、樹脂ボビン４、磁極コア３、弁部２が
順に嵌入され、シリンダヘッド５がヨーク１の貫通孔の
両端部に個別に螺入されている。

【００１０】樹脂ボビン４には、固定子コイル６が巻装
されており、樹脂ボビン４はその両端部に鍔部４１を有
している。鍔部４１の外周はヨーク１の内周面に接して
いる。固定子コイル６は交流電源６０から交流電圧を印
加される。６１は固定子コイル６の無効電流成分をキャ
ンセルするためのコンデンサである。磁極コア３は、両
端が開口された軟鉄円筒からなり本発明でいうシリンダ
を構成している。両磁極コア３の外径は樹脂ボビン４の
鍔部４１の外径に等しく、両磁極コア３の内径は樹脂ボ
ビン４の内径に等しくされており、両磁極コア３の孔部
は互いに連通してシリンダボアを構成している。

【００１１】樹脂ボビン４及び両磁極コア３の孔部に
は、アルミ合金からなる両頭ピストン７が摺動自在に嵌
挿されており、両頭ピストン７の両端部には磁極コア３
の内周面に摺接してピストンリング７０が嵌着されてい
る。両頭ピストン７は、径小な右端部に円筒状の永久磁
石８が嵌着された左半部７１と、右半部７２とを螺合し
てなり、両頭ピストン７の両端面には後述するボルト２
９の頭部との干渉を回避するための円筒形凹部７３が形
成されている。永久磁石８は図１中、左端部がＮ極、右
端部がＳ極に磁化されている。

【００１２】弁部２は、例えばステンレスなどの非磁性
金属からなる短軸円柱からなるバルブプレート２１と、
バルブプレート２１の両端面に個別に密着された吸入弁
Ｖ１、吐出弁Ｖ２からなり、ピストン側の吸入弁Ｖ１及
びシリンダヘッド側の吐出弁Ｖ２にはそれぞれリード
（図示せず）が切り込み形成されている。これら吸入弁
Ｖ１及び吐出弁Ｖ２は、バルブプレート２１の中央部に
貫入されたボルト２９及びナット２８によりバルブプレ
ート２１に固定されている。バルブプレート２１には、
吸入弁のリードにより開閉可能な吸入孔２２が軸方向へ
貫設され、更に吐出弁のリードにより開閉可能に吐出孔
２３が軸方向へ貫設されている。

【００１３】シリンダヘッド５は、アルミ合金からなる
短軸円柱からなり、その内端面には、吸入孔２２に連通
する吸入室５２と、吐出孔２３に連通する吐出室５３と
が凹設されている。５４は吸入室５２に外部から水素ガ
スを導入する吸入管であり、５５は吐出室５３から外部
へ水素ガスを吐出する吐出管であり、シリンダヘッド５
の外端面に接続されている。

【００１４】この結果、両頭ピストン７はシリンダボア
の両端部に圧縮室を区画形成する。ヨーク１、磁極コア
３、樹脂ボビン４、後述の固定子コイル６、永久磁石８
は本発明でいうリニアモータ機構を構成している。ま
た、ヨーク１及び磁極コア３は本発明でいう固定子コア
を構成している。本実施例は、以上説明したリニアコン
プレッサにおいて、特に、ヨーク１に連通孔１８を設け
た点を特徴とする。

【００１５】この連通孔１８は、固定子コイル６の外周
面を外部空間に露出するものであって、ヨーク１の軸方
向中央部に位置して、周方向へ複数個、等間隔に開口さ
れている。以下、このリニアコンプレッサの動作を説明
する。交流電源６０より、固定子コイル６に所定周波数
の交流電流を印加すると、左右の磁極コア３、３が交互
にＮ極及びＳ極に磁化される。左端部がＮ極に磁化され
ている永久磁石８は、左側の磁極コア３がＳ極に磁化さ
れる場合には吸引されて左方向へ、左側の磁極コア３が
Ｎ極に磁化される場合には反発されて右方向へ付勢さ
れ、これにより両頭ピストン７は往復運動を行う。

【００１６】すると、圧縮室の容積増加時に水素ガスが
吸入弁体を構成する上記舌部を押し開いて圧縮室に流入
し、圧縮室の容積減少時に圧縮室内の加圧水素ガスは吐
出弁体を構成する上記舌部を押し開いて吐出される。以
下、この実施例の特徴をなす作用について説明する。ま
ず、この連通孔１８が無い場合について考える。

【００１７】この場合には、圧縮室で加圧された水素ガ
スはピストンリング７０を越えて樹脂ボビン４の内周面
側へリークする。ここでもし、樹脂ボビン４の筒体にク
ラックが生じたりするとこのクラックから固定子コイル
６の内部に水素ガスが流入する。その結果、固定子コイ
ル６の内部又は周辺に空気（酸素ガス）が残留すると、
水素ガスが爆発濃度となる危険が生じる。同様に、樹脂
ボビン４の鍔部４１の外周とヨーク１の内周面との間の
隙間から固定子コイル６の外周面側に水素ガスは不可避
的にリークし、固定子コイル６の外周面近傍において同
様の危険が生じる。

【００１８】これに対し、連通孔１８が有る場合には、
固定子コイル６の内部や内周面部分に水素ガスが侵入し
ても、それらは固定子コイル６内部の微小空隙や、固定
子コイル６と樹脂ボビン４との間の隙間を通じて固定子
コイル６の外周面に達し、連通孔１８を通じて速やかに
外部に拡散する。固定子コイル６の外周面近傍に水素ガ
スが侵入しても、同様である。

【００１９】その結果、固定子コイル６の周辺に水素ガ
スがリークしてきても、水素ガスが爆発濃度となること
がなく、例えば火花放電の発生などにより水素ガスが爆
発することが回避できる。したがって、上記した連通孔
１８の形状及び大きさは、水素ガスリーク可能であれば
自由であり、また個数も自由である。ただ、樹脂ボビン
４の鍔部４１の外周面とヨーク１の内周面との間の隙間
からのリークが多いことを考えると、鍔部４１に近接し
て開口することが好ましい。（実施例２）他の実施例のリニアコンプレッサについ
て、その要部拡大断面図である図２を参照して説明す
る。

【００２０】この実施例では、弁部２及びシリンダヘッ
ド５の構造は実施例１と同じであり、図示を省略する。
この実施例では、単一の磁極コア３がヨーク１の軸方向
中央部に嵌挿されており、この磁極コア３と両弁部２と
の間にアルミ合金円筒からなるシリンダ部９が嵌挿され
ている。

【００２１】磁極コア３の内周面には軸方向へ等間隔に
て環溝からなるスロット３９が穿設され、これらスロッ
ト３９にはそれぞれ各相の固定子コイル６が収容されて
いる。なお、固定子コイル６は、左端側のスロット３９
から右側のスロット３９へ順番にＵ相コイル、Ｖ相コイ
ル、Ｗ相コイルとなっている。したがって、各スロット
３９の間の歯部がこの実施例では磁極となる。

【００２２】ピストン７の中央部に嵌着された永久磁石
８には上記磁極の軸方向ピッチに等しいピッチにて、Ｎ
極、Ｓ極が着磁されている。このリニアモータ機構の動
作を説明すると、この駆動機構はいわゆる３相同期モー
タと同一原理であって、固定子コイル６のＵ相コイル、
Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに３相交流電圧を印加すること
により、ピストン７が往復駆動される。なお、ピストン
７の位置を検出するセンサを設け、その出力により固定
子コイル６のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの電
圧切り換えを行うことも周知事項である。また、永久磁
石８の代わりに軟鉄円筒をピストン７に嵌挿し、この軟
鉄円筒に軸方向へ等間隔にて円周溝からなるスロットを
穿設し、これらスロットにそれぞれ導体リングを埋め込
んで、いわゆる誘導モータ形式のリニアモータ機構を採
用することも当然可能である。

【００２３】この実施例においては、ヨーク１に開口さ
れた連通孔１８と、連通孔１８とスロット３９の外周と
を連通する連通孔３８とにより、固定子コイル６の外周
面は外気と連通し、これにより実施例１と同じ効果を奏
することができる。（変形例）図３に、実施例１の交流電源６０の代わりに
直流電源Ｅを用いる態様を示す。

【００２４】固定子コイル６には、ＭＯＳ電力スイッチ
１０１〜１０４からなる単相インバータ回路の断続によ
り交流電圧が印加される。図４に、実施例２のリニアモ
ータ機構の駆動に直流電源Ｅを用いる態様を示す。固定
子コイル６のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルにに
は、ＭＯＳ電力スイッチ２０１〜２０６からなる３相イ
ンバータ回路の断続により３相交流電圧の各相電圧が個
別に印加される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニアコンプレッサの一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明のリニアコンプレッサの他の実施例を示
す断面図である。

【図３】図１の交流電源の変形態様を示す回路図であ
る。

【図４】図２の交流電源を示す回路図である。

【符号の説明】

１はヨーク、２は弁部、３は磁極コア、４は樹脂ボビ
ン、５はシリンダヘッド、６は固定子コイル、７はピス
トン、８は永久磁石、１８は連通孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保秀人愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者加藤裕久愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地株式会社豊田自動織機製作所内 (72)発明者藤田信雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者三井宏之愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一端部が爆発性ガス圧縮用の圧
縮室となるシリンダボアが形成されたシリンダと、前記
シリンダボアに摺動自在に嵌入されたピストンと、前記
圧縮室へのガス吸入及びガス吐出を制御する吸入弁及び
吐出弁と、前記ピストンを往復動させるリニアモータ機
構とを備え、前記リニアモータ機構は、前記ピストンの
外周部に嵌着された永久磁石又は軟磁性体と、前記シリ
ンダを兼ねるか又は前記シリンダに固定された軟磁性体
からなる固定子コアと、前記固定子コアに巻装されて前
記永久磁石を軸方向を往復動させる交番磁界を形成する
固定子コイルとを備えるリニアコンプレッサにおいて、前記固定子コイルの外周面は、前記固定子コアに形成さ
れた連通孔を通じて外気に開放されていることを特徴と
するリニアコンプレッサ。