JPH08219017A

JPH08219017A - リニアコンプレッサ

Info

Publication number: JPH08219017A
Application number: JP7025268A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kuwaki; 康之桑木; Takafumi Nakayama; 隆文中山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】可動体３の往復運動にバネ及びガスの共振現
象を一層有効に利用し、安定した駆動を行なうリニアコ
ンプレッサ１を提供する。【構成】リニアコンプレッサ１に於いて、可動体３の
移行路の中途にて該可動体３を気体の膨張する方向に付
勢する付勢手段を配設し、該付勢手段は、可動体３が往
復移動のストローク中心よりもシリンダ室13膨張側に移
動している時には作動せず、可動体３が往復移動ストロ
ーク中心よりもシリンダ室13の圧縮側にある時には、可
動体３を膨張側に付勢する。又、付勢手段は、可動体３
の圧縮方向への移動途上で、吐出弁52が開くときに可動
体３に作用し、可動体３をシリンダ室13の膨張方向に付
勢する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダ内に嵌合され
たピストンをリニアモータによって往復運動させること
により、ガスを圧縮して外部に供給するリニアコンプレ
ッサに関するものである。特に、ピストンの共振現象を
有効に利用するリニアコンプレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷凍システム(７)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(１)が開発されている。図６及び図７に示す如く、永
久磁石(21)を具えた固定子(２)とコイル(31)を具えた可
動体(３)とによってリニアモータ(11)を構成し、該リニ
アモータ(11)の可動体(３)にピストン(４)及びピストン
バネ(41)を直接配備して、電磁力と、ピストンバネ(41)
の復元力によってピストン(４)を直接摺動させるもので
ある。従って、動力源の回転運動をクランク機構等によ
ってピストンの往復運動に変換する回転式のコンプレッ
サに比べて、動力の運動方向の変換が行なわれないた
め、低振動、低騒音が実現される。又、リニアコンプレ
ッサ(１)では、動力伝達機構が不要となるため、機械的
ロスの減少及び部品点数の削減が図れる。

【０００３】又、代表的な冷凍システム(７)として、図
２に示す如く、リニアコンプレッサ(１)(圧縮機)、凝縮
器(71)、膨張弁(72)及び蒸発器(73)をガス流路(74)にて
接続した密閉式の冷凍システム(７)が知られている。以
下、図４、図６乃至図８中の上死点、振動中心及び下死
点は、それに対応したピストン(４)のヘッド(42)の位置
を示すものである。尚、振動中心は、ピストン(４)の往
復移動ストローク中心、即ち上死点と下死点の中点であ
る。

【０００４】図２は、リニアコンプレッサ(１)、凝縮器
(71)、膨張弁(72)及び膨張弁(72)をガス流路(74)にて接
続した密閉式の冷凍システム(７)であって、冷媒とし
て、冷凍システム(７)中で、気化及び液化を行なうこと
によって冷凍を発生する代替フロン等の冷媒が用いられ
る。図２に示す如く、前記冷凍サイクルは、ガス流路(7
4)にて、リニアコンプレッサ(１)、凝縮器(71)、膨張弁
(72)、蒸発器(73)が接続され、蒸発器(73)がリニアコン
プレッサ(１)に接続されて形成される。

【０００５】リニアコンプレッサ(１)は、蒸発器(73)で
気化した冷媒ガスを、ガス流路(74)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(74)を経
て凝縮器(71)に吐出する装置であって、構成は図６及び
以下に示す通りである。従来のリニアコンプレッサ(１)
は、外周がケーシング(12)によって包囲され、リニアコ
ンプレッサ(１)を密閉空間として保持している。ケーシ
ング(12)の内部には、円筒形のシリンダ壁(14)によって
形成され先端を開口したシリンダ室(13)が配備される。
シリンダ室(13)は、ケーシング(12)に設けられた弁機構
(５)(後述する)によって、ケーシング(12)外部のガス流
路(74)に接続される。円筒形のシリンダ壁(14)の外周に
は、可動体(３)と固定子(２)とからなるリニアモータ(1
1)が配備される。可動体(３)は、シリンダ壁(14)の外周
に嵌まって摺動可能な円筒形であって一端面が閉塞して
おり、円筒部にはコイル(31)が巻回されている。又、可
動体(３)の閉塞面(32)には、シリンダの内面に摺動可能
な円柱形のピストン(４)が突設されている。コイル(31)
には、該コイル(31)に交流電流を供給する給電機構(図
示せず)が接続される。該給電機構に接続された可動体
(３)のコイル(31)の外周部には、可動体(３)を摺動可能
とする内径を有する円筒形の永久磁石(21)で構成される
固定子(２)がケーシング(12)の内壁に固定して配備され
る。可動体(３)の閉塞面(32)のピストン(４)が配備され
ていない側の面には、ピストンバネ(41)の一端が接続さ
れ、該ピストンバネ(41)の他端は、ケーシング(12)に接
続されている。

【０００６】弁機構(５)は、ガス流路(74)を介して蒸発
器(73)からの冷媒ガスの吸入のみを許容する吸入弁(51)
と、ガス流路(74)を介して凝縮器(71)への冷媒ガスの吐
出のみを許容する吐出弁(52)とから構成される。吸入弁
(51)は、ガス流路(74)とシリンダ室(13)との冷媒ガスの
圧力差によって、シリンダ室(13)方向にガスを流入させ
る弁である。又、吐出弁(52)は、シリンダ室(13)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板バネ
によって付勢されている弁である。

【０００７】理想的なリニアコンプレッサ(１)、即ちピ
ストン(４)の共振を有効に利用できるリニアコンプレッ
サ(１)は、図７に示す如く、シリンダ室(13)が密閉され
ているリニアコンプレッサ(１)であって、常に気体であ
る冷媒が使用される。該リニアコンプレッサ(１)は、前
記従来のリニアコンプレッサ(１)のシリンダ室(13)の弁
機構(５)の部分を塞ぎ、シリンダ室(13)に冷媒ガスを充
填した構成として考えることが出来る。

【０００８】上記構成の理想的なリニアコンプレッサ
(１)の動作原理を以下に示す。固定子(２)の永久磁石(2
1)によって、リニアコンプレッサ(１)の永久磁石(21)か
らコイル(31)、シリンダ壁(14)及びケーシング(12)を通
る永久磁界が図７の矢印Ａ方向に形成されている。給電
機構によってリニアモータ(11)に電源を供給すると、可
動体(３)のコイル(31)には、円周方向に交流電流が流れ
る。コイル(31)に流れる電流は、永久磁界によって電磁
力を受け、コイル(31)を有する可動体(３)が運動を開始
する。交流電流をコイル(31)に供給しているため、コイ
ル(31)に流れる電流の向きが変化し、コイル(31)が受け
る電磁力の向きが図７の矢印Ｂ及び矢印Ｃ方向に変化す
る。この電磁力によって可動体(３)は、固定子(２)中を
摺動する。可動体(３)の摺動により、ピストン(４)がシ
リンダ室(13)内を摺動して、シリンダ室(13)内の冷媒ガ
スを圧縮又は膨張させる。リニアコンプレッサ(１)のピ
ストン(４)を摺動するために必要となる力は、冷媒ガス
による圧力と、ピストンバネ(41)の付勢力の和であっ
て、この和と、ピストン(４)の変位量の関係を示すグラ
フは、図８の如く示される。

【０００９】図８より、理想的なリニアコンプレッサ
(１)に於いて、ピストン(４)を摺動させるためにリニア
モータ(11)に必要な力と、ピストン(４)の変位量が略比
例関係であることが解る。リニアコンプレッサ(１)は、
可動体(３)(ピストン(４))が共振周波数付近で振動する
とき、稼働が最も効率がよいが、理想的なリニアコンプ
レッサ(１)は、リニアモータ(11)に必要な力と、ピスト
ン(４)の変位量が略比例関係であるため、共振を有効に
利用しており、稼働効率が良い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リニアコンプレッサ(１)は、シリンダ室(13)の冷媒ガス
の圧力変動が、弁機構(５)が配備されているために、理
想的なリニアコンプレッサ(１)とは異なる。従って、ピ
ストン(４)を駆動させるためにリニアモータ(11)に必要
な力も、理想的なリニアコンプレッサ(１)の場合(図８)
と異なる。従来のリニアコンプレッサ(１)のピストン
(４)の変位量と、ピストン(４)を駆動させるためにリニ
アモータ(11)に必要な力を測定し、図示すると、図４の
点線に示す通りとなる。点Ａから点Ｂを介して点Ｃに向
かう曲線は、ピストン(４)が圧縮方向に向かって移行し
ているときに、リニアモータに必要な力の変動を示して
いる。点Ａと点Ｂ間にてシリンダ室(13)の冷媒ガスが圧
縮され、点Ｂにて吐出弁(52)が開放し、シリンダ室(13)
の冷媒ガスが吐出弁(52)から凝縮器(71)に吐出される。
点Ｂから点Ｃ間では、ピストン(４)が更にシリンダ室(1
3)の容積を小さくする方向に移行するため、吐出弁(52)
は開放した状態で冷媒ガスの吐出が行なわれる。ピスト
ン(４)が上死点まで移行すると、吐出弁(52)は閉止し、
ピストン(４)はピストンバネ(41)及びリニアモータ(11)
の摺動によって膨張方向に移行する。ピストン(４)が膨
張方向に移行すると、シリンダ室(13)内の冷媒ガス圧力
が低下して、吸入弁(51)が開放する。このとき、吸入弁
(51)の開放によって、急激にシリンダ室(13)の圧力が低
下する。

【００１１】シリンダ室(13)の急激な圧力低下により、
リニアモータ(11)は、ピストン(４）を膨張方向に移行
させる力に、シリンダ室（１３）の冷媒ガスの圧力低下
差を加えた力が必要となるため、過大な負荷がかかる。
過大な負荷がピストン(４)に加わると、図４の点線に示
す如く、ピストン(４)を駆動させるためにリニアモータ
(11)に必要な力と、ピストン(４)の変位量が比例関係で
はなくなるため、リニアモータ(11)の可動体(３)の往復
運動にばらつきが生じ、共振現象を利用することが困難
となる。

【００１２】本発明の目的は、リニアコンプレッサ(１)
に於いて、可動体(３)の往復運動にバネ及びガスの共振
現象を一層有効に利用し、安定した駆動を行なうリニア
コンプレッサ(１)を提供することである。

【００１３】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明のリニアコンプレッサ(１)に於いては、可動
体(３)の移行路の中途にて該可動体(３)を気体の膨張す
る方向に付勢する付勢手段が配設されており、該付勢手
段は、可動体(３)が往復移動のストローク中心よりもシ
リンダ室(13)膨張側に移動している時には作動せず、可
動体(３)が往復移動ストローク中心よりもシリンダ室(1
3)の圧縮側にある時には、可動体(３)を膨張側に付勢す
る。

【００１４】又、付勢手段は、可動体(３)の圧縮方向へ
の移動途上で、吐出弁(52)が開くときに可動体(３)に作
用し、可動体(３)をシリンダ室(13)の膨張方向に付勢す
る。

【００１５】更に、付勢手段は、可動体(３)とケーシン
グ(12)の何れか一方に一端を取り付けたコイルバネ(６)
であって、該コイルバネ(６)の先端は可動体(３)が往復
移動ストロークの中心を越えてシリンダ室(13)に接近し
たときは相手に当接して可動体(３)に付勢力を及ぼす
が、可動体(３)が往復移動ストロークの中心を越えてシ
リンダ室(13)の膨張側にあるときは、相手から離れて可
動体(３)に付勢力は作用しない。又、付勢手段は、ケー
シング(12)へ、可動体(３)の移動方向と平行に埋設した
エアシリンダ(61)であって、該エアシリンダ(61)のシリ
ンダ又はピストンの一方をケーシング(12)へ固定し、他
方を可動体(３)に向けて突設し、可動体(３)へ向かう先
端は、可動体(３)が往復移動ストロークの中心を越えて
シリンダ室(13)に接近したときは相手に当接して可動体
(３)に付勢力を及ぼすが、可動体(３)が往復移動ストロ
ークの中心を越えてシリンダ室(13)の膨張側にあるとき
は、相手から離れて可動体に付勢力は作用しない。

【００１６】

【作用】上記構成のリニアコンプレッサ(１)に於いて、
固定子(２)の永久磁石(21)によって形成される永久磁界
と、可動体(３)のコイル(31)に流れる円周方向の交流電
流によって、コイル(31)は電磁力の作用を受け、コイル
(31)を有する可動体(３)が運動を開始する。可動体(３)
が圧縮方向へ移動をして、往復移動のストローク中心よ
りも圧縮方向に至ると、コイルバネ(６)、エアシリンダ
(61)等の付勢手段が、シリンダ室(13)の容積を大きくす
る方向即ち膨張側に付勢する(以下付勢手段によって付
勢の開始する位置を「付勢開始位置」と呼ぶ)。可動体
(３)の圧縮方向への移動は、可動体(３)がシリンダ室(1
3)を最も圧縮する位置(上死点)に到達するまで続けられ
るが、その間、付勢手段には、復元力が蓄えられる。

【００１７】可動体(３)がシリンダ室(13)を圧縮する途
上で、可動体(３)によってシリンダ室(13)内の気体の圧
力が高まり、一定値に達すると、吐出弁(52)が開放し
て、該吐出弁(52)から気体が流出する。吐出弁(52)は、
可動体(３)が上死点に到達するまで開放する。

【００１８】コイル(31)に流れる電流の向きが変化し
て、コイル(31)が永久磁界によって膨張方向の電磁力を
受けると、可動体(３)は、付勢手段の復元力、リニアモ
ータ(11)、ピストンバネ(41)の復元力及びガス弾力によ
って、シリンダ室(13)を膨張する方向に移動を開始す
る。このときシリンダ室(13)の冷媒ガスの圧力が低下
し、吐出弁(52)が閉止して、吸入弁(51)が開放する。可
動体(３)の膨張方向の移動により、可動体(３)が、膨張
方向に向かって付勢開始位置を通過するまで、付勢手段
は、可動体(３)に復元力による作用を可動体(３)の膨張
方向に及ぼし、可動体(３)の膨張方向の移動を補助す
る。

【００１９】可動体(３)が更に膨張方向へ移動して、付
勢開始位置を通過すると、付勢手段による付勢力(復元
力)は及ばず、可動体(３)は、リニアモータ(11)、ピス
トンバネ(41)及びガス弾力の作用により下死点方向に移
動する。

【００２０】可動体(３)がシリンダ室(13)を最も膨張さ
せる位置(下死点)に到達すると、リニアモータ(11)、ピ
ストンバネ(41)の復元力及びガス弾力の作用によって、
可動体(３)は、再度圧縮方向への移動を開始する。

【００２１】尚、付勢開始位置は、可動体(３)が圧縮方
向に移動して、吐出弁(52)が開放する位置とすることも
出来る。

【００２２】

【発明の効果】可動体(３)が上死点に達し、膨張方向へ
の移動を開始すると、吸入弁(51)が開放するため、シリ
ンダ室(13)の圧力が急激に低下する。従って、リニアモ
ータ(11)がこの圧力の低下に反して可動体(３)を膨張方
向に移動させるためには、大きな駆動力を必要とし、
又、可動体(３)の往復運動にもばらつきが生じる。しか
し、本発明によれば、可動体(３)を上死点から膨張方向
に移動した時の、シリンダ室(13)の冷媒ガス圧力低下分
を補うように付勢手段によって蓄えられた復元力が可動
体(３)にに作用するため、可動体(３)を駆動させるため
にリニアモータ(11)に必要な力と、ピストン(４)の変位
量の関係が比例関係に近づく。従って、可動体(３)が共
振を有効に利用することが出来、低振動で安定したリニ
アコンプレッサ(１)の駆動を行なうことが出来る。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。尚、以下の説明に於いて、付勢手段とし
て、コイルバネ(６)を用いた例を挙げる。又、図１、図
３及び図４中の上死点、振動中心及び下死点は、ピスト
ン(４)のヘッド(42)の位置を示すものである。尚、振動
中心は、ピストン(４)の往復移動ストローク中心、即ち
上死点と下死点の中点である。

【００２４】図２に示す如く、本発明のリニアコンプレ
ッサ(１)は、密閉形の冷凍システム(７)の圧縮器として
用いられる。リニアコンプレッサ(１)は、図１に示す如
く、外周がケーシング(12)によって包囲され、リニアコ
ンプレッサ(１)を密閉空間として保持している。ケーシ
ング(12)の内部には、円筒形のシリンダ壁(14)によって
シリンダ室(13)が形成される。シリンダ(13)は、ケーシ
ング(12)に設けられた弁機構(５)(後述する)によって、
ケーシング(12)外部のガス流路(74)に接続される。

【００２５】円筒形のシリンダ壁(14)の外周には、可動
体(３)と固定子(２)とからなるリニアモータ(11)が配備
される。可動体(３)は、シリンダ壁(14)の外周に摺動可
能な円筒形であって、一端面が閉塞しており、周面に
は、銅線を周方向に巻回したコイル(31)が配備されてい
る。又、可動体(３)の閉塞面(32)には、シリンダ室(13)
の内周面に摺動可能であって、断面積Ａ_pである円柱形
のピストン(４)が突設される。コイル(31)は、給電機構
(図示せず)に接続され、該給電機構により、コイル(31)
に公知の60Hzの交流電源が供給される。可動体(３)のコ
イル(31)の外周部に接近して、可動体(３)を摺動可能と
する内径を有する円筒形の永久磁石(21)で構成される固
定子(２)がケーシング(12)の内壁に固定して配備され
る。固定子(２)の永久磁石(21)は、内周側がＮ極、外周
側がＳ極として配置される。永久磁石(21)によって、リ
ニアコンプレッサ(１)には、図１の矢印Ａに示す如く、
永久磁石(21)のＮ極から、コイル(31)、シリンダ壁(1
4)、ケーシング(12)を通って、永久磁石(21)のＳ極に戻
る永久磁界が常に形成されている。以下、可動体(３)の
振動中心からの変位を圧縮方向側を正の方向としてｘと
し、振動中心からの可動体(３)の最大変位をｌとする。

【００２６】ケーシング(12)内部のシリンダ室(13)を除
く部分は、略密閉の空間であって、圧力変動は、殆どな
く一定である。この空間を背圧空間(15)とし、背圧空間
（１５）の圧力（背圧圧力)をＰ_backとする。

【００２７】可動体(３)の閉塞面(32)のピストン(４)が
配備されていない側の面には、バネ定数Ｋ_pであるピス
トンバネ(41)の一端が接続され、該ピストンバネ(41)の
他端は、ケーシング(12)に接続されている。ピストンバ
ネ(41)の自然長は、リニアコンプレッサ(１)の停止時
に、可動体(３)が、可動体(３)の振動中心位置に静止す
る様調整されている。従って、可動体(３)の振動に伴っ
てピストンバネ(41)が可動体(３)に及ぼす力は、Ｋ_p×
ｘである。

【００２８】弁機構(５)は、ガス流路(74)を介して蒸発
器(73)からの冷媒ガスの吸入のみを許容する吸入弁(51)
と、ガス流路(74)を介して凝縮器(71)への冷媒ガスの吐
出のみを許容する吐出弁(52)とから構成される。吸入弁
(51)は、ガス流路(74)とシリンダ室(13)との冷媒ガスの
圧力差によって、ガス流路(74)からシリンダ室(13)に向
けて開放する弁である。又、吐出弁(52)は、シリンダ室
(13)内の冷媒ガス圧力Ｐが圧力Ｐ_max以上となると開放
する様、板バネによって付勢されている。

【００２９】付勢手段を配備しない状態にてリニアコン
プレッサ(１)を冷凍システム(７)中で稼働させた時の、
リニアコンプレッサ(１)のピストン(４)を駆動させるた
めにリニアモータ(11)に必要な力Ｆと、ピストン(４)の
変位量の関係は、従来の技術で説明した図４の点線に示
す通りであって、Ｆは数１によって示される。

【００３０】

【数１】Ｆ＝(Ｐ−Ｐ_back)×Ａ_p＋Ｋ_p×ｘ

【００３１】前記構成のリニアコンプレッサ(１)に付勢
手段として４本のコイルバネ(６)を配備する。尚、４本
のコイルバネ(６)の総合したバネ定数をＫ_bとする。コ
イルバネ(６)は、夫々一端をシリンダ壁(14)の自由端に
固定して、ピストン(４)の摺動方向と略平行に立設され
る。又、コイルバネ(６)は、可動体(３)が圧縮方向に移
行して、吐出弁(52)が開放する位置で、可動体(３)の閉
塞面(32)と夫々のコイルバネ(６)の自由端が当接する長
さの自然長を有する。吐出弁(52)が開放した位置からピ
ストン(４)のヘッド(42)が上死点に移行するまでの距離
をＬとし、吐出弁(52)の開放した位置からの変位をＸと
する(Ｌ≦ｌ)と、変位Ｘは、Ｌ、ｌ、ｘを用いて数２で
示される。

【００３２】

【数２】Ｘ＝Ｌ−(ｌ−ｘ)

【００３３】前記コイルバネ(６)が可動体(３)を付勢し
ているとき、コイルバネ(６)により可動体(３)に加わる
付勢力は、Ｋ_b×Ｘとなり、可動体(３)の駆動に必要な
力Ｆ_pは、数３で表わされる。

【００３４】

【数３】Ｆ_p＝(Ｐ−Ｐ_back)×Ａ_p＋Ｋ_p×ｘ＋Ｋ_b×Ｘ

【００３５】従って、リニアモータ(11)が可動体(３)を
駆動させるために必要な力Ｆ_pは、数１及び数３より、
数４及び図４の実線で表わされる。

【００３６】

【数４】Ｆ_p＝(Ｐ−Ｐ_back)×Ａ_p＋Ｋ_p×ｘ
(−ｌ≦ｘ≦ｌ−Ｌ) Ｆ_p＝(Ｐ−Ｐ_back)×Ａ_p＋Ｋ_p×ｘ＋Ｋ_b×Ｘ (ｌ−Ｌ≦
ｘ≦ｌ)

【００３７】上記構成のリニアコンプレッサ(１)に給電
機構によって、交流電源を供給すると、以下の如く動作
する。

【００３８】給電機構から可動体(３)のコイル(31)に供
給される交流電流によって、コイル(31)の円周方向に電
流が流れる。コイル(31)の円周方向に流れる電流は、前
記永久磁界(図１の矢印Ａ)によって、電磁力を受ける。
電磁力の作用により、コイル(31)を具えた可動体(３)が
運動を開始する。例えば、コイル(31)に図１の矢印Ｂ方
向の電流が流れると、コイル(31)は、図１の矢印Ｃ方向
に電磁力の作用を受ける。該電磁力作用により、可動体
(３)のピストン(４)がシリンダ室(13)の容積を小さくす
る方向に移動する。ピストン(４)の移動によって、シリ
ンダ室(13)内の冷媒ガスが圧縮され、冷媒ガスの圧力が
上昇する。冷媒ガスの圧力がＰ_maxを越えると、吐出弁
(52)が開放する。このときの可動体(３)の位置を付勢開
始位置とする。

【００３９】吐出弁(52)が開放して、可動体(３)が付勢
開始位置に移動すると、コイルバネ(６)の自由端が可動
体(３)の閉塞面(32)と当接する。可動体(３)は、電磁力
作用によって更に圧縮方向(図１の矢印Ｃ方向)に移動す
る。従って、コイルバネ(６)は、縮小して、復元力を蓄
積する。

【００４０】給電機構から供給される交流電流の方向
が、逆転するまでに、付勢開始位置から、可動体(３)が
圧縮方向に前述の距離Ｌ移動して、ピストン(４)は、上
死点に到達する。ピストン(４)が上死点に到達したとき
に、４本のコイルバネ(６)に蓄積された復元力はＫ_b×
Ｌであって、可動体(３)を膨張方向に移動させるのに必
要な最大の力Ｆ_pmaxは、数４より、数５の様に示され
る。

【００４１】

【数５】Ｆ_pmax＝(Ｐ_max−Ｐ_back)×Ａ_p＋Ｋ_p×ｌ＋Ｋ_b×Ｌ

【００４２】コイル(31)に供給される電流の向きが逆転
して、コイル(31)に流れる電流の向きが図３の矢印Ｄ方
向に変化すると、永久磁界からコイル(31)が受ける電磁
力の向きが図１の矢印Ｃ方向から、図３の矢印Ｅ方向に
変化する。コイル(31)の受ける電磁力、ピストンバネ(4
1)と、コイルバネ(６)の復元力及びガス弾力によって、
ピストン(４)がシリンダ室(13)の容積を拡大する方向
(膨張方向)に、可動体(３)が上死点から移動を開始す
る。

【００４３】膨張方向に可動体(３)が移動を開始すると
同時に、シリンダ室(13)の圧力が急激に低下して、吐出
弁(52)が閉止し、吸入弁(51)が開放する。コイルバネ
(６)をリニアコンプレッサ(１)に配備していなければ、
シリンダ室(13)の圧力の急激な低下によって、可動体
(３)にかかる力は、図４の点線で示す通りとなって、可
動体(３)を駆動させるのにリニアモータ(11)に必要な力
が、最大値Ｆ_maxから、Ｆ_m _axとは反対方向のＦ_minに急
激に変化するため、リニアコンプレッサ(１)に過大な負
荷がかかり、リニアモータ(11)に必要な力と、ピストン
(４)の変位量が比例関係ではなく(図４のＤ近傍)、共振
を有効に利用することが出来ない。しかし、コイルバネ
(６)に蓄積された復元力Ｋ_b×Ｘが、可動体(３)に加わ
ることによって、可動体(３)にかかる力は、数５及び図
４の実線で示す通りとなる。従って、可動体(３)の駆動
に必要な力と、ピストン(４)の変位量の関係が、改善さ
れて比例関係に近づくため、共振を有効に利用すること
が出来る。

【００４４】膨張方向に可動体(３)が更に移動し、可動
体(３)が付勢開始位置よりも膨張方向に移動すると、コ
イルバネ(６)が可動体(３)の閉塞面(32)から離れ、可動
体(３)のコイルバネ(６)による付勢は消える。

【００４５】コイル(31)に流れる電流の向きが、再度逆
転すると、コイル(31)の受ける電磁力の向きも、図３の
矢印Ｅ方向から、図１の矢印Ｃ方向に変化する。このと
き、シリンダ室(13)内部の冷媒ガスの圧力Ｐと背圧圧力
Ｐ_backとの圧力差(ガス弾力)、及びピストンバネ(41)の
復元力によって、可動体(３)は、再度圧縮方向に移動を
開始する。可動体(３)が圧縮方向に移動を開始すると、
シリンダ室(13)の冷媒ガス圧力Ｐが上昇して、吸入弁(5
1)が閉止し、ピストン(４)を駆動させるためにリニアモ
ータに必要な力Ｆ_pは、前記数４及び図４の実線に示す
通り変化する。

【００４６】電流の流れる方向の変化によって上記の如
き可動体(３)の往復運動が、１秒間に60回繰り返され
る。

【００４７】上記実施例では、付勢手段として、４本の
コイルバネ(６)を用いたが、コイルバネ(６)の本数、取
付方法は、上記実施例に限定されず、又、付勢手段とし
て、コイルバネ(６)に代えて、図５に示す如く、ガスバ
ネを利用したエアシリンダ(61)をシリンダ室(13)外周の
シリンダ壁(14)等のケーシング(12)の一部に埋設する構
成とすることも出来る。更に、バネ定数の異なる２以上
のコイルバネを直列に接続して、可動体(３)とケーシン
グ(12)に夫々固定して配備することも出来る。

【００４８】又、付勢手段による付勢開始位置は、吐出
弁(52)が開放する位置が望ましいが、諸条件により、開
放位置の特定が困難であることも考えられる。しかし、
付勢開始位置を、可動体(３)の振動中心よりも圧縮方向
側とすることにより、付勢手段により可動体(３)にかか
る力を改善することが出来、共振を有効に利用すること
が出来る。

【００４９】上記実施例の説明は、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例に限らず、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。

【００５０】例えば、上記実施例では、可動体(３)にコ
イル(31)を巻回し、固定子(２)に永久磁石(21)を配備し
たが、固定子(２)にコイルを巻回し、可動体(３)に永久
磁石を具えてもよいし、永久磁石(21)の磁極の方向も上
記実施例に限定されない。又、コイル(31)に供給される
電源は、上記実施例に限定されず、交流電源を半波整流
したり、直流電源を供給することも出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニアコンプレッサの断面図である。

【図２】密閉系の冷凍システムの構成を示す図である。

【図３】可動体が下死点付近に移動した時のリニアコン
プレッサの断面図である。

【図４】リニアコンプレッサの可動体を駆動するのにリ
ニアモータに必要な力と、ピストンのヘッドの変位量と
の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の他の実施例を示す断面図である。

【図６】従来のリニアコンプレッサの断面図である。

【図７】理想的なリニアコンプレッサの断面図である。

【図８】理想的なリニアコンプレッサの可動体を駆動す
るのにリニアモータに必要な力と、ピストンヘッドの変
位量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

(１) リニアコンプレッサ (11) リニアモータ (13) シリンダ室 (２) 固定子 (３) 可動体 (31) コイル (４) ピストン (５) 弁機構 (６) コイルバネ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にシリンダ室(13)を設けたケーシン
グ(12)と、上記シリンダ室(13)に往復運動に嵌まったピ
ストン(４)を有する可動体(３)と、該可動体(３)とケー
シング(12)に配備された固定子(２)とから構成され、可
動体(３)及び固定子(２)の何れか一方が、永久磁石(21)
によって形成され、他方は該永久磁石(21)に対して吸引
或いは反発する磁界を発生する電磁コイル(31)であるリ
ニアモータ(11)と、ケーシング(12)と可動体(３)との間
に配備され、可動体(３)を付勢するピストンバネ(41)
と、シリンダ室(13)に設けられ外部から気体の流入のみ
を許容する吸入弁(51)及び外部への気体の流出のみを許
容する吐出弁(52)とを具えた弁機構(５)とから構成さ
れ、リニアモータ(11)の駆動によってシリンダ室(13)内
の気体を圧縮及び膨張させるリニアコンプレッサに於い
て、可動体(３)の移行路の中途にて該可動体(３)を気体
の膨張する方向に付勢する付勢手段が配設されており、
該付勢手段は、可動体(３)が往復移動のストローク中心
よりもシリンダ室(13)膨張側に移動している時には作動
せず、可動体(３)が往復移動ストローク中心よりもシリ
ンダ室(13)の圧縮側にある時には、可動体(３)を膨張側
に付勢することを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】付勢手段は、可動体(３)の圧縮方向への
移動途上で、吐出弁(52)が開くときに可動体(３)に作用
し、可動体(３)をシリンダ室(13)の膨張方向に付勢する
請求項１記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】付勢手段は、可動体(３)とケーシング(1
2)の何れか一方に一端を取り付けたコイルバネ(６)であ
って、該コイルバネ(６)の先端は可動体(３)が往復移動
ストロークの中心を越えてシリンダ室(13)に接近したと
きは相手に当接して可動体(３)に付勢力を及ぼすが、可
動体(３)が往復移動ストロークの中心を越えてシリンダ
室(13)の膨張側にあるときは、相手から離れて可動体に
付勢力は作用しない請求項１又は請求項２記載のリニア
コンプレッサ。
【請求項４】付勢手段は、ケーシング(12)へ、可動体
(３)の移動方向と平行に埋設したエアシリンダ(61)であ
って、該エアシリンダ(61)のシリンダ又はピストンの一
方をケーシング(12)へ固定し、他方を可動体(３)に向け
て突設し、可動体(３)へ向かう先端は、可動体(３)が往
復移動ストロークの中心を越えてシリンダ室(13)に接近
したときは相手に当接して可動体(３)に付勢力を及ぼす
が、可動体(３)が往復移動ストロークの中心を越えてシ
リンダ室(13)の膨張側にあるときは、相手から離れて可
動体に付勢力は作用しない請求項１又は請求項２記載の
リニアコンプレッサ。