JP2008002452A - Linear compressor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機や蒸気圧縮式の冷凍機に適用されるリニア圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a linear compressor applied to a regenerative refrigerator such as a Stirling refrigerator or a pulse tube refrigerator or a vapor compression refrigerator.
ピストンをリニアモータで駆動するリニア圧縮機は、圧縮効率が高いことから、近年、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機等で用いられている。本発明に関する公知のリニア圧縮機が、後述の特許文献1に記載されている。 In recent years, linear compressors that drive pistons with linear motors have high compression efficiency, and have recently been used in Stirling refrigerators, pulse tube refrigerators, and the like. A known linear compressor relating to the present invention is described in Patent Document 1 described later.
図10は、特許文献1に記載のリニア圧縮機の模式図である。リニア圧縮機100は、一対のリニアモータ130で駆動される。各々のリニアモータ130は、第1電磁石131と、第2電磁石132と、可動部材120から構成されている。第1電磁石131及び第2電磁石132は、筒状の圧力容器110の外部に設けられている。可動部材120は、圧力容器110の内部に収納されている。可動部材120の長手方向一端側には、非磁性体からなるピストン部121が設けられる。ピストン部121は、圧力容器110の内壁上を摺動する。ピストン部121は、可動部材120と圧力容器110との間に作動ガスの圧縮室101を規定する。圧縮室101の流路102は、図示されていない蓄冷型冷凍機に接続される。可動部材120の長手方向他端側には、永久磁石122が固定(埋設)される非磁性材からなるプランジャ部123が設けられる。永久磁石122の両極側(N極・S極)には、ヨーク124が設けられる。可動部材120と、第1電磁石131と、第2電磁石132とで、磁気回路が形成される。なお、可動部材120は、複数の薄板バネ141から成る支持部材140によって支持される。支持部材140は、丸パイプ状に形成された支持ケース142に収納される。
FIG. 10 is a schematic diagram of a linear compressor described in Patent Document 1. The
可動部材120、支持部材140、及び圧力容器110内の作動ガスの弾性特性を考慮した振動系の固有振動数にほぼ近い周波数の交流電流を第1電磁石131、第2電磁石132に通電し、電磁石の極性を周期的に変化させることにより、第1電磁石131及び第2電磁石132と可動部材120に埋設された永久磁石122との間に発生する引力及び斥力の方向を周期的に反転させて可動部材120を往復運動させる。この往復運動によって、圧縮室101内の作動ガスの圧縮、膨張が行われる。
上述したリニア圧縮機100において、リニアモータ130の可動部材120は、圧力容器110の内壁上を摺動して作動ガスを圧縮するピストン部121(摺動部)と、第1電磁石131及び第2電磁石132と永久磁石122の磁界により可動部材120に推力を発生させるプランジャ部123(推力発生部)とが、圧力容器110の軸方向に並んで配置される。このため、圧力容器110の軸方向に関して、可動部材120の小型化を図り難く、ひいては、可動部材120を収容する圧力容器110、及びリニア圧縮機100全体の小型化が困難であった。
In the
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、小型化を実現できるリニア圧縮機を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a linear compressor that can realize downsizing.
上記課題を解決するために、本発明にて講じた技術的手段は、請求項1に記載の様に、筒状をなす圧力容器と、前記圧力容器の外側に設けられる電磁石と、該電磁石が発生させる磁界により該圧力容器の内部で該圧力容器の軸方向に往復運動する可動部材と、該電磁石の非通電時に該圧力容器における該可動部材の位置を保持する永久磁石とから構成されるリニアモータと、前記可動部材に設けられ、該可動部材が前記圧力容器内で往復運動する場合に該圧力容器の内周面上を摺動し、該可動部材と該圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、前記可動部材に設けられ、磁性材から成り前記電磁石及び前記永久磁石の磁界によって該可動部材に推力を発生させる推力発生部と、を備え、前記摺動部は、前記圧力容器の径方向に関して、前記推力発生部の外方に設けられる構成としたことである。 In order to solve the above-mentioned problem, the technical means taken in the present invention is, as described in claim 1, a cylindrical pressure vessel, an electromagnet provided outside the pressure vessel, and the electromagnet A linear member composed of a movable member that reciprocates in the axial direction of the pressure vessel inside the pressure vessel by a generated magnetic field, and a permanent magnet that holds the position of the movable member in the pressure vessel when the electromagnet is not energized. A motor and a movable gas provided on the movable member, which slides on the inner peripheral surface of the pressure vessel when the movable member reciprocates in the pressure vessel, and that operates between the movable member and the pressure vessel. And a sliding portion that defines a compression chamber for compressing the thrust member, and a thrust generating portion that is provided on the movable member and is made of a magnetic material and generates thrust on the movable member by the magnetic field of the electromagnet and the permanent magnet. , The sliding part is the pressure With respect to the radial direction of the vessel, it is that where the structure is provided on the outer side of the thrust generating unit.
好ましくは、請求項2に記載の様に、前記永久磁石が前記可動部材に設けられると良い。
Preferably, as described in
好ましくは、請求項3に記載の様に、前記永久磁石が前記圧力容器の外部に設けられるとい。
Preferably, as described in
好ましくは、請求項4に記載の様に、前記可動部材は、前記摺動部を介して前記圧力容器の内周面に摺動自在に支持され、前記圧縮室内の作動ガスを圧縮すべく前記電磁石及び前記永久磁石が発生させる磁界により該圧力容器内で往復運動すると良い。
Preferably, as described in
好ましくは、請求項5に記載の様に、前記圧力容器の内部に設けられ、前記可動部材が前記推力の発生範囲外に移動するのを前記可動部材と軸方向に接触することで規制する移動規制部材を備えると良い。この場合、移動規制部材は、圧力容器の鏡板近くに圧入固定されるのが良い。
Preferably, as described in
本発明によれば、リニアモータの可動部材には、可動部材が圧力容器内で往復運動する場合に圧力容器の内周面上を摺動し、可動部材と圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、磁性材から成り電磁石及び永久磁石の磁界によって可動部材に推力を発生させる推力発生部とが設けられている。可動部材において、摺動部は、圧力容器の径方向に関して、推力発生部の外方に設けられる。 According to the present invention, the movable member of the linear motor slides on the inner peripheral surface of the pressure vessel when the movable member reciprocates within the pressure vessel, and the working gas is supplied between the movable member and the pressure vessel. A sliding portion that defines a compression chamber for compression and a thrust generating portion that is made of a magnetic material and generates a thrust force on the movable member by the magnetic field of the electromagnet and the permanent magnet are provided. In the movable member, the sliding portion is provided outside the thrust generating portion with respect to the radial direction of the pressure vessel.
以上の構造によれば、リニアモータの可動部材において、作動ガスを圧縮するための部分(摺動部)と、電磁石及び永久磁石の磁界により推力を発生するための部分(推力発生部)とが、圧力容器の径方向に並んで配置される。したがって、これらの部分が圧力容器の軸方向に並んで配置される場合に比べて、可動部材の寸法を圧力容器の軸方向に関して小さくできる。その結果、可動部材を収容する圧力容器においても軸方向の寸法を小さくでき、リニア圧縮機全体の小型化が実現可能となる。 According to the above structure, in the movable member of the linear motor, the portion for compressing the working gas (sliding portion) and the portion for generating thrust by the magnetic field of the electromagnet and permanent magnet (thrust generating portion) are provided. These are arranged side by side in the radial direction of the pressure vessel. Therefore, the dimension of the movable member can be reduced with respect to the axial direction of the pressure vessel as compared with the case where these portions are arranged side by side in the axial direction of the pressure vessel. As a result, the axial dimension of the pressure vessel that houses the movable member can also be reduced, and the entire linear compressor can be downsized.
(第1実施例)
図1は、本発明に係るリニア圧縮機1の第1実施例を示す図、図2は、図1のMM断面を示す図である。図1に示す様に、リニア圧縮機1の圧縮室2は、圧力容器4内に設けられる。圧力容器4は、筒状のシリンダー部4aと、シリンダー部4aの両端部に固定された鏡板4bとから構成される。圧力容器4の内部には、バッファ室5が設けられている。2つのバッファ室5は、配管6を介してバッファタンク7に連通する。バッファタンク7は、圧力容器4の外側で、圧力容器4の軸方向(長手方向)の全長以内の範囲に設けられている。圧力容器4内の圧縮室2は、配管3を介してスターリングサイクルの低温発生部30の圧縮室31に接続される。リニア圧縮機1は、一対のリニアモータ20を駆動することにより、圧縮室2内の作動ガス(ヘリウムガス等)の圧縮、膨張を行う。
(First embodiment)
FIG. 1 is a view showing a first embodiment of a linear compressor 1 according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing a MM cross section of FIG. As shown in FIG. 1, the
リニアモータ20は、固定子である電磁石21と、ピストンの機能を有する円柱状の可動部材10とから構成される。
The
電磁石21は、圧力容器4の外部に設けられており、銅線の巻かれたコイル22と、磁性材からなるヨーク24、25とから構成される。ヨーク24、25は、外周部24a、25aと内周部24b、25bをそれぞれ有する。外周部24aと内周部24b、外周部25aと内周部25bは、A軸を通る断面が略コ字形状になるように、放射部24c、25cを介してそれぞれ接続される。内周部24b、25bのA軸方向の長さは、外周部24a、25aのA軸方向長さより短い。コイル22は、内周部24b、25bの外周側に銅線が巻かれるように、外ヨーク24と外ヨーク25で形成される空間に配置される。コイル22は、その通電時に磁束が外ヨーク24の内周部24bと外ヨーク25の内周部25bを流れるように配置される。
The
可動部材10は、圧力容器4に収容されており、電磁石21が発生させる磁界により、圧力容器4の内部でA軸方向に往復運動する。可動部材10は、推力発生部11と、永久磁石12と、調整部材13と、摺動部14とから構成される。推力発生部11は、磁性材からなる段付き円柱状のコア11aと、コア11aの小径部の端部に固着された磁性材からなるコア11bとから構成される。永久磁石12は、円筒状を成すもので、コア11aの小径部に挿入される。永久磁石12は、例えば、外周面がN極、内周面がS極に磁化される(外周がS極、内周がN極でもよい)。調整部材13は、非磁性材からなり、コア11bの端面に固定され、一対の可動部材10、10間のヘッドクリアランスを調整するために設けられている。尚、可動部材10と電磁石21の各々の軸方向長さと、電磁石21の軸方向の取り付け位置を正確に決めておけば、調整部材13は設けなくてもよい。
The
摺動部14は、圧力容器4の径方向に関して、推力発生部11の外方に設けられる。摺動部14は、可動部材10が圧力容器4内で往復運動する場合に圧力容器4の内周面4c上を摺動し、可動部材10と圧力容器4との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室2を規定する。摺動部14としては、例えば、PTFEに添加剤の入った樹脂材からなる摺動材14aをコア11aの大径部外周面とコア11bの外周面に接着したものや、焼付けやコーティング等をコア11aの大径部外周面とコア11bの外周面に施したものが適用可能である。本実施形態では、前者のものが図示されている。
The sliding
摺動部14の外径は、圧力容器4のシリンダー部4aの内径より僅かに小さく、摺動部14の外周面と圧力容器4の内周面4cとの間には、微小間隙が設けられる。この微小間隙は、圧縮部2における作動ガスの圧縮、膨張時の漏れを微少量に抑えるクリアランスシールの役割をはたすとともに、可動部材10を圧力容器4内でスムーズに摺動させる役割もはたす。
The outer diameter of the sliding
次に、電磁石21と推力発生部11との関係について説明する。
Next, the relationship between the
コイル22が通電されていない時(非通電時)は、永久磁石12の磁力により、外ヨーク24、25の内周部24b、25b間のA軸方向のほぼ中央と永久磁石12のA軸方向のほぼ中央とが一致する。この場合、図3(a)に示すように、永久磁石12の外周側がN、内周がS極とすると、永久磁石12の外周側(N極)から出た磁束は、外ヨーク24の内周部24b(25b)、推力発生部11のコア11aの大径部及び小径部を通って、永久磁石12の内周側(S極)に入り、閉ループB(閉ループC)を形成する。閉ループBの磁束と閉ループCの磁束の大きさと流れ方向は略等しく、推力発生部11に作用する磁力がバランスし、中立点に位置する。
When the
図3(a)の非通電状態でコイル22が通電されると、図3(b)に示すように、コイル22に発生する磁束は、永久磁石12が発生する磁束の影響を受け、推力発生部11のコア11aの小径部、永久磁石12、電磁石21の外ヨーク24の内周部24b、放射部24c、外周部24a、電磁石21の外ヨーク25の外周部25a、放射部25c、内周部25b、推力発生部11のコア11bを通って、コア11aの小径部に戻り、閉ループDを形成する。図3(a)に示した閉ループBの磁束は、コイル22が発生する磁束(閉ループD)の影響を受け、図3(b)に示すように、流れ方向は閉ループBと同一な閉ループB1のようになる。一方、図3(a)に示した閉ループCの磁束も、コイル22が発生する磁束(閉ループD)の影響を受け、流れ方向は閉ループCと同一な閉ループC1のようになる。
When the
推力発生部11と外ヨーク24、25の内周部24b、25bの間のギャップに生じる磁束の軸方向成分の方向が、推力発生部11に生じる推力の方向である。図3(b)から分かるように、磁束B1、磁束C1の外ヨーク24、25の内周部24b、25bのギャップ部の軸方向成分は略0であり、磁束Dの外ヨーク24、25の内周部24b、25bのギャップ部の軸方向成分は下死点方向であるので、推力発生部11には、下死点方向、即ち、圧縮室2から離れる方向の推力Rが発生する。
The direction of the axial component of the magnetic flux generated in the gap between the
図3(a)の非通電状態でコイル22に図3(b)とは反対方向に通電されると、図3(c)に示すように、コイル22に発生する磁束は、図3(b)に示した閉ループDとは反対方向の閉ループEを形成する。図3(a)における閉ループBと閉ループCの磁束は、図3(c)に示すように、図3(a)と流れ方向は同一な閉ループB2、閉ループC2のようになる。
When the
図3(c)から分かるように、磁束B2、磁束C2の外ヨーク24、25の内周部24b、25bのギャップ部の軸方向成分は、略0であり、磁束Eの外ヨーク24、25の内周部24b、25bのギャップ部の軸方向成分は、上死点方向であるので、推力発生部11には、上死点方向、即ち、圧縮室2に向かう方向の推力Sが発生する。
As can be seen from FIG. 3 (c), the axial components of the gap portions of the inner
従って、コイル22にプラスマイナスの交番電流を通電することにより、可動部材10が圧力容器4内で往復運動し、圧縮室2の作動ガスが圧縮、膨張される。
Accordingly, when a plus / minus alternating current is applied to the
次に、スターリングサイクルの低温発生部30について、図1を参照して説明する。
Next, the low
ディスプレーサ35の背面側に形成される圧縮室31は、順次、放熱器32、蓄冷器33、そして膨張室34に連通する。蓄冷器33の内周側にはディスプレーサ35が挿入されるシリンダー38が設けられ、シリンダー38の内周面とディスプレーサ35の外周面との間には、微少間隙が設けられる。この微少間隙は膨張室34と圧縮室31の作動ガスをシールする。ディスプレーサ35の背面側にはロッド36の一端が固着される。ロッド36はバネ39を収納しているケース40の内部に突き出ており、ケース40に設けられるロッドシール(図示していない)により、圧縮室31とケース40の作動ガスは、摺動可能にシールされる。ロッド36の他端は、バネ39の端面を受ける部材37が固着される。
The
リニア圧縮機1の圧縮室2とスターリングサイクルの低温発生部30の圧縮室31とにおいて、可動部材10とディスプレーサ35によって圧縮された作動ガスは、放熱器32によって冷却され蓄冷器33に流入するとそこで金網等の蓄冷材によって冷却され、膨張室34に流入し、ディスプレーサ35の下方向の移動によって作動ガスが略等温膨張し、さらに低い温度の冷凍を発生する。そしてディスプレーサ34の上方向の移動によって、膨張室34の作動ガスは蓄冷器33に流入し、そこで蓄冷材により加温され、昇温して放熱器32を通り、可動部材10とディスプレーサ35によって圧縮室2と圧縮室31に吸い込まれ1サイクルを完了する。
In the
ディスプレーサ35とバネ39とによる共振周波数は、リニア圧縮機1のリニアモータ20に通電する電流の周波数にほぼ一致するようディスプレーサ35の質量とバネ39のバネ定数とで調整する。これにより、ディスプレーサ35のストロークを大きく得ることが出来る。
The resonance frequency of the
リニアモータ20に通電する電流の周波数は、リニア圧縮機1の可動部材10、リニアモータ20の磁力による磁気バネ定数、そして圧力容器4内の作動ガスのガスバネ定数を考慮した振動系の固有振動数にほぼ近い周波数に設定する。この設定により、可動部材10は少ない電流で、大きなストロークを得ることができる。
The frequency of the current applied to the
一般的に、ガスバネ定数は磁気バネ定数より大きく、リニア圧縮機1の振動系の固有振動数は、ガスバネ定数と可動部材10の質量によってほぼ決まる。このガスバネ定数は、可動部材10に作用する圧縮室2の圧力変動幅とバッファ室5の圧力変動幅、そして可動部材10のストロークとによって決まる。バッファ室5は、配管6を介してバッファタンク7に連通しており、バッファタンク7の容積を変えるとバッファ室5の圧力変動幅も変化するので、ガスバネ定数を変えること出来る。即ち、バッファタンク7の容積を大きくするとバッファ室5の圧力変動幅が小さくなり、ガスバネ定数も小さくなり、リニア圧縮機1の振動系の固有振動数は小さくなる。バッファタンク7の容積を小さくするとバッファ室5の圧力変動幅が大きくなり、ガスバネ定数も大きくなり、リニア圧縮機1の振動系の固有振動数は大きくなる。従って、バッファタンク7は圧力容器4の外側に配備されるので、バッファタンク7の容積を変えることによって、リニア圧縮機1の振動系の固有振動数を簡単に変えられ、良好な運転周波数を簡単に調整することが出来る。
In general, the gas spring constant is larger than the magnetic spring constant, and the natural frequency of the vibration system of the linear compressor 1 is substantially determined by the gas spring constant and the mass of the
なお、図11に示す様に、可動部材10がリニアモータ20の推力範囲(可動部材10に推力が発生する範囲)外に移動するのを規制するため、圧力容器4の内部に移動規制部材4dを設けることも可能である。可動部材10は、圧力容器4の内部のうち、リニアモータ20の推力範囲内に位置する。移動規制部材4dは、樹脂材等より製作され、圧力容器4のシリンダー部4aの内周面4cに圧入固定される。圧入固定のため、接着材やネジ等の締結材や、複雑な締結構造をとる必要がなく、コストも抑えられる。移動規制部材4dは、圧力容器4への圧入時にシリンダー部4aに歪みを生じさせないように、鏡板4b近くで締結力が発生するような形状、例えば、鏡板4bに近い部分の径が他の部分よりも大きい形状に形成されている。
As shown in FIG. 11, in order to restrict the
図12は、移動規制部材4dの作用を説明するための模式図である。ガス置換、真空引き等が終了した段階で、可動部材10は、移動規制部材4dと軸方向に接触して停止している(復帰前の状態)。可動部材10はリニアモータ20の磁力範囲内にあるが、リニアモータ20に通電されない時は可動部材10を中央位置(基準位置、図11での可動部材10の位置)に戻す磁力(磁気バネ)が弱く、摩擦等の力も抵抗として働くので、自然に戻ってこられない。移動規制部材4dを中央位置にある可動部材10に対してより近い位置に設置すれば、可動部材10を磁力によって自然に中央位置に戻すことも可能である。しかし、リニア圧縮機1の通常運転時に可動部材10と移動規制部材4dとが接触する確率を少なくするため、移動規制部材4dを中央位置にある可動部材10に対してできるだけ遠くに設置した方が、低振動、低騒音の観点で有利である。
FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the operation of the
ここで、リニア圧縮機1を運転するためリニアモータ20に電流を印加すると、初期の数秒間は移動規制部材4dと可動部材10が接触するが、やがて、可動部材10はリニアモータ20の磁力によって動作し、中央位置を中心に振動するように復帰する(復帰後の状態)。
Here, when a current is applied to the
また、移動規制部材4dに樹脂材料を用いているため、ガス置換時、初期電流印加時に移動規制部材4dと可動部材10が接触する場合があっても、可動部材10に加わる衝撃は緩和される。
Further, since a resin material is used for the
上述した様に、移動規制部材4dが設けられた図11示のリニア圧縮機1では、可動部材10がリニアモータ20の推力範囲外に移動することがなくなるので、ガス置換、真空引き等に係る時間が大幅に短縮でき、これらの作業での生産性が向上する。また、リニア圧縮機1の故障の原因の一つがなくなり、リニア圧縮機1の信頼性が向上する。
As described above, in the linear compressor 1 shown in FIG. 11 in which the
(第2実施例)
図4は、本発明に係るリニア圧縮機1の第2実施例を示す図である。本実施例は、図1における可動部材10の変形例(可動部材45)である。図5(a)は、可動部材45の拡大図である。なお、第1実施例における部材と同一な構造・作用の部材には、同一の名称とし、同一の符号を付している。
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the linear compressor 1 according to the present invention. A present Example is a modification (movable member 45) of the
可動部材45は、圧力容器4に収容されており、電磁石21が発生させる磁界により、圧力容器4の内部で軸方向に往復運動する。可動部材45は、推力発生部46と、永久磁石12と、調整部材13と、摺動部23とから構成される。推力発生部46は、磁性材からなる段付き円柱状のコア46aと、コア46aの小径部の端部に固着された磁性材からなるコア46bとから構成される。永久磁石12及び調整部材13は、実施例1のものと同様な構造・作用を有する。
The
摺動部23は、圧力容器4の径方向に関して、推力発生部46の外方に設けられる。摺動部23は、可動部材45が圧力容器4内で往復運動する場合に圧力容器4の内周面4c上を摺動し、可動部材45と圧力容器4との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室2を規定する。
The sliding
摺動部23は、ピストンリング23aと、ライダーリング23bとから構成される。ピストンリング23aは、充填剤入りPTFE等の摺動材料からなり、例えばステップカット等が成されたリング状のものである。ピストンリング23aは、コア46aの大径側に形成された凹状の溝47aと、コア46bに形成された凹状の溝48aとにそれぞれ装着される(はめこまれる)。ピストンリング23aの外周面は、圧力容器4のシリンダー部4aの内周面に内接しているが、ピストンリング23aの内周面と溝47a、溝48aの底面との間にはスキマが設けられる。従って、ピストンリング23aは、作動ガスをシールする機能は有するが、可動部材45をシリンダー部4aの内周面に対して支持する機能はない。圧力容器4において、圧縮室2とバッファ室5との間のシール性は、ピストンリング23aによって保たれる。尚、本実施例では、ピストンリング23aが溝47aと溝48aの両方に装着されているが、これらのうち一方だけに装着してもよい。
The sliding
ライダーリング23bは、例えば、充填剤入りPTFE等の摺動材料からなるほぼ円筒状(リング状)のものである。ライダーリング23bは、コア46aの大径側に形成された凹状の溝47bとコア46bに形成された凹状の溝48bとにそれぞれ装着される(はめこまれる)。ライダーリング23bの内周面は、溝47b、溝48bの底面に外接し、ライダーリング23bの外周面と圧力容器4のシリンダー部4aの内周面4cとの間には微小間隙が設けられる。ライダーリング23bの外周面には、図5(b)に示すように、作動ガスが流れる溝(切り欠き)23cが設けられる。従って、ライダーリング23bは、可動部材45をシリンダー部4aの内周面4cに対して摺動自在に支持する軸受の機能を有するが、作動ガスをシールする機能はない。可動部材45は、摺動部23のライダーリング23bを介して、圧力容器4におけるシリンダー部4aの内周面4c上をスムーズに摺動する。
The
第2実施例の構成によれば、第1実施例における作用・効果に加え、リニア圧縮機1の長時間運転によってピストンリング23a及びライダーリング23bの外周面の摩耗量が大きくなった場合に、これらの部品を簡単に交換できるという効果がある。
According to the configuration of the second embodiment, in addition to the operations and effects of the first embodiment, when the wear amount of the outer peripheral surfaces of the
(第3実施例)
図6は、本発明に係るリニア圧縮機の第3実施例を示す図である。同図は、1つのリニアモータ20と、1つの電磁石21と、1つの可動部材10とから構成されたリニア圧縮機50を示す。なお、第1実施例における部材と同一な構造・作用の部材には、同一の名称とし、同一の符号を付している。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the linear compressor according to the present invention. The figure shows a
リニア圧縮機50において、リニアモータ20の電磁石21は、圧力容器54の外周面に固定され、リニアモータ20の可動部材10は、圧力容器54のシリンダー部54aの内周面に収納される。圧縮室52は、圧力容器54の一端側と可動部材10とで囲まれている。圧縮室52内の作動ガスのシール性は、可動部材10の摺動部14によって確保される。圧力容器54の他端側には、バッファ室5が設けられる。リニア圧縮機50の圧縮室52は、配管53を介してスターリングサイクルの低温発生部30の圧縮室31に接続される。バッファ室5は、配管6を介して、圧力容器54の外部にて圧力容器54の軸方向(長手方向)の全長以内の範囲に設けたバッファタンク7に連通される。
In the
(第4実施例)
図7は、本発明に係るリニア圧縮機の第4実施例(リニア圧縮機80)を示す図、図8は、図7のNN断面図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a view showing a fourth embodiment (linear compressor 80) of the linear compressor according to the present invention, and FIG. 8 is an NN cross-sectional view of FIG.
リニア圧縮機80において、リニアモータ90は、電磁石91と、永久磁石93a、93bと、永久磁石94a、94bと、可動部材96と、から構成される。電磁石91は、筒状の圧力容器81の外部に設けられている。電磁石91は、磁性材からなるヨーク92と、ヨーク92のティース部92a、92bにそれぞれ巻かれるコイル95a、95bと、から構成される。ティース部92a、92bの端面には、それぞれ永久磁石93a、93bと94a、94bが固着される。ティース部92aとティース部92bは、圧力容器81のA軸(図7に図示)に関して対称の位置に設けられ、永久磁石93a、94aと永久磁石93b、94bも、圧力容器81のA軸に関して対称の位置に設けられる。永久磁石93a、93bと永久磁石94a、94bは、圧力容器81の外部に設けられる。永久磁石93aと永久磁石94bは、外周側がN極、内周側がS極に磁化され、永久磁石94aと永久磁石93bは、外周側がS極、内周側がN極に磁化される。
In the
可動部材96は、圧力容器81に収容されており、電磁石91が発生させる磁界により、圧力容器81の内部でA軸方向に往復運動する。可動部材96は、推力発生部96aと、調整部材96bと、摺動部96cと、から構成される。推力発生部96aは、磁性材から成る円柱状の部材(コア96a)である。調整部材96bは、非磁性材からなり、コア96a(推力発生部96a)の圧縮室82側の端面に固定され、一対の可動部材96、96間のヘッドクリアランスを調整するために設けられる。第1実施例と同様に、可動部材96と電磁石91の各々の軸方向長さと、電磁石91の軸方向の取り付け位置を正確に決めておけば、調整部材96bは設けなくてもよい。
The
摺動部96cは、圧力容器81の径方向に関して、推力発生部96aの外方に設けられる。摺動部96cは、可動部材96が圧力容器81内で往復運動する場合に圧力容器81の内周面81b上を摺動し、可動部材96と圧力容器81との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室82を規定する。摺動部96cとしては、例えば、PTFEベースに添加剤の入った樹脂材からなる摺動材96dをコア96aの外周面に接着したものや、焼付けやコーティング等をコア96aの外周面に施したものが適用可能である。本実施形態では、前者のものが図示されている。
The sliding
摺動部96cの外周面と圧力容器81のシリンダー部81aの内周面81bとの間には、微少間隙が設けられる。したがって、第1実施例と同様の理由によって、摺動部96cは作動ガスのシール機能を果たすとともに、可動部材96を圧力容器81内でスムーズに摺動させる機能を果たす。
A minute gap is provided between the outer peripheral surface of the sliding
一対の電磁石91は、圧力容器81の圧縮室82を形成するシリンダー部81aに設けられる流路孔82aに対し、ほぼ対称の位置で、圧力容器81の外周側に固定される。これに対応して、一対の可動部材96は、シリンダー部81aに設けられる流路孔82aに対し対称の位置に互いに対向するように収納され、非通電時、一対の電磁石91に対応する位置で、永久磁石93a、94aと永久磁石93b、94bの磁力により、A軸方向に関して保持される。また、圧力容器81の径方向に関して、一対の可動部材96は、圧力容器81の内周面81bで支持される。
The pair of
前述の構成によれば、永久磁石93a、93bと94a、94bは圧力容器81の外周面に設けられるので、永久磁石93a、93bと94a、94bを可動部材96に設けた場合と比較して、永久磁石の厚み分、リニアモータ90のX軸に直交する方向の寸法が僅か増えるが、A軸方向に関してリニアモータ90の寸法は変わらず、永久磁石93a、93bと94a、94bの体積は大きくなるので、磁気エネルギーも大きくなる。従って、リニアモータ90が発生する推力が増大し、リニア圧縮機80の封入圧力を増大させることができ、冷凍発生部30で発生する冷凍量が増大する。また、リニア圧縮機80の占有体積の関点から見ると、永久磁石を可動部材96に設けた場合と比較して冷凍能力が増大するので、冷凍能力当りの圧縮機占有体積が小さくなり、リニア圧縮機80の小型化が実現できる。
According to the above-described configuration, since the
(第5実施例)
図9は、本発明に係るリニア圧縮機の第5実施例を示す図である。なお、第1実施例における部材と同一な構造・作用の部材には、同一の名称とし、同一の符号を付している。
(5th Example)
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the linear compressor according to the present invention. Members having the same structure and action as the members in the first embodiment have the same names and the same reference numerals.
リニア圧縮機60において、ほぼ円筒形状の可動部材70の内周面には、樹脂等の摺動材からなるロッド61が挿入され、ロッド61の外周面と可動部材70の内周面との間には、微少間隙が設けられる。この微少間隙は、圧縮室62内の作動ガスの漏れをシールする。ロッド61は、圧力容器64の両端に設けられた鏡板64bによって軸方向には動かず、軸に直交する方向のみ自在にスライド出来るように配設する。
In the
可動部材70は、圧力容器64に収容され、電磁石21が発生させる磁界により、圧力容器64の内部でA軸方向に往復運動する。可動部材70は、推力発生部71と、永久磁石72と、調整部材73と、摺動部74と、から構成される。推力発生部71は、磁性材からなる段付き円筒状のコア71aと、コア71aの小径側の端面に固着された磁性材からなる円筒状のコア71bと、から構成されている。コア71a、71bの中心部には、ロッド61が挿入される孔71c、71dが設けられている。コア71aの小径側の外周面には、円筒状を成す永久磁石72が挿入される。調整部材73は、非磁性材からなり、ロッド61が通る孔73aが設けられる。調整部材73は、第1実施例と同様に、一対の可動部材70、70間のヘッドクリアランスを調整するために設けられる。
The
摺動部74は、圧力容器64の径方向に関して、推力発生部71の外方に設けられる。摺動部74は、可動部材70が圧力容器64内で往復運動する場合に圧力容器64の内周面64c上を摺動し、可動部材70と圧力容器64との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室62を規定する。摺動部74としては、例えば、PTFEベースに添加剤の入った樹脂材からなる摺動材74aをコア71aの大径部外周面とコア71bの外周面に接着したものや、焼付けやコーティング等をコア71aの大径部外周面とコア71bの外周面にほどこしたものが適用可能である。本実施形態では、前者のものが図示されている。
The sliding
摺動部74の外周面と圧力容器64のシリンダー部64aの内周面64cとの間には、第1実施例と同様に微小間隙が設けられ、作動ガスのシール機能と可動部材70をシリンダー64aの内周面64c上でスムーズに摺動させる機能を有する。圧縮室62内の作動ガスは、摺動部74によって、バッファ室65に対してシールされる。可動部材70は、摺動部74を介して、圧力容器64のシリンダー64aの内周面64c上をスムーズに摺動する。
As in the first embodiment, a minute gap is provided between the outer peripheral surface of the sliding
上記の構成によれば、圧縮室62の最大容積と可動部材70のストロークを第1実施例と同一にすると、可動部材70の中心部にロッド61を配置しているので可動部材70の外径が第1実施例の可動部材10の外径より大きくなり、永久磁石72の外径も第1実施例より大きくなる。この結果、永久磁石72の体積、表面積が増大し、磁気エネルギーの増加と磁気抵抗の減少により、リニアモータ20の推力が大きくなり、リニア圧縮機60の封入圧力を高くすることができ、冷凍能力が増大する。
According to the above configuration, when the maximum volume of the
尚、第1実施例乃至第5実施例では、本発明のリニア圧縮機をスターリングサイクルの低温発生部に適用したが、蒸気圧縮式の冷凍機に適用しても良い。 In the first to fifth embodiments, the linear compressor of the present invention is applied to the low temperature generating part of the Stirling cycle. However, the linear compressor may be applied to a vapor compression refrigerator.
以上説明した様に、本発明のリニア圧縮機によれば(特にスターリングサイクルの低温発生部、パルス管冷凍機及び蒸気圧縮式の冷凍機に用いた場合)、リニアモータの可動部材には、可動部材が圧力容器内で往復運動する場合に圧力容器の内周面上を摺動し、可動部材と圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、磁性材から成り電磁石及び永久磁石の磁界によって可動部材に推力を発生させる推力発生部とが設けられている。リニアモータの可動部材において、摺動部は、圧力容器の径方向に関して、推力発生部の外方に設けられる。 As described above, according to the linear compressor of the present invention (especially when used in a low temperature generating part of a Stirling cycle, a pulse tube refrigerator, and a vapor compression refrigerator), the movable member of the linear motor is movable. When the member reciprocates in the pressure vessel, it slides on the inner peripheral surface of the pressure vessel, and a sliding part that defines a compression chamber for compressing the working gas between the movable member and the pressure vessel, and magnetic There is provided a thrust generating section that is made of a material and generates a thrust on the movable member by the magnetic field of the electromagnet and the permanent magnet. In the movable member of the linear motor, the sliding portion is provided outside the thrust generating portion with respect to the radial direction of the pressure vessel.
以上の構造によれば、リニアモータの可動部材において、作動ガスを圧縮するための部分(摺動部)と、電磁石及び永久磁石の磁界により推力を発生するための部分(推力発生部)とが、圧力容器の径方向に並んで配置される。したがって、これらの部分が圧力容器の軸方向に並んで配置される場合に比べて、可動部材の寸法を圧力容器の軸方向に関して小さくできる。その結果、可動部材を収容する圧力容器においても軸方向の寸法を小さくでき、リニア圧縮機全体の小型化が実現可能となる。 According to the above structure, in the movable member of the linear motor, the portion for compressing the working gas (sliding portion) and the portion for generating thrust by the magnetic field of the electromagnet and permanent magnet (thrust generating portion) are provided. These are arranged side by side in the radial direction of the pressure vessel. Therefore, the dimension of the movable member can be reduced with respect to the axial direction of the pressure vessel as compared with the case where these portions are arranged side by side in the axial direction of the pressure vessel. As a result, the axial dimension of the pressure vessel that accommodates the movable member can be reduced, and the entire linear compressor can be downsized.
また、移動規制部材を備えることにより、ガス置換等の時間が短縮でき、生産性が向上し、信頼性も向上する。 Moreover, by providing the movement restricting member, the time for gas replacement or the like can be shortened, productivity is improved, and reliability is improved.
1、80 リニア圧縮機
2、82 圧縮室
4、81 圧力容器
4c、81b 内周面
4d 移動規制部材
10、45、96 可動部材
11、46、96a 推力発生部
12 永久磁石
14、23、96c 摺動部
20、90 リニアモータ
21、91 電磁石
93a、93b 永久磁石
94a、94b 永久磁石
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧力容器の外側に設けられる電磁石と、該電磁石が発生させる磁界により該圧力容器の内部で該圧力容器の軸方向に往復運動する可動部材と、該電磁石の非通電時に該圧力容器における該可動部材の位置を保持する永久磁石とから構成されるリニアモータと、
前記可動部材に設けられ、該可動部材が前記圧力容器内で往復運動する場合に該圧力容器の内周面上を摺動し、該可動部材と該圧力容器との間に作動ガスを圧縮するための圧縮室を規定する摺動部と、
前記可動部材に設けられ、磁性材から成り前記電磁石及び前記永久磁石の磁界によって該可動部材に推力を発生させる推力発生部と、
を備え、
前記摺動部は、前記圧力容器の径方向に関して、前記推力発生部の外方に設けられることを特徴とするリニア圧縮機。 A cylindrical pressure vessel;
An electromagnet provided outside the pressure vessel; a movable member that reciprocates in the axial direction of the pressure vessel inside the pressure vessel by a magnetic field generated by the electromagnet; and the movable in the pressure vessel when the electromagnet is not energized. A linear motor composed of a permanent magnet that holds the position of the member;
Provided on the movable member, when the movable member reciprocates within the pressure vessel, it slides on the inner peripheral surface of the pressure vessel and compresses the working gas between the movable member and the pressure vessel. A sliding part defining a compression chamber for
A thrust generating section provided on the movable member, made of a magnetic material, and generating a thrust on the movable member by a magnetic field of the electromagnet and the permanent magnet;
With
The linear compressor according to claim 1, wherein the sliding portion is provided outside the thrust generating portion with respect to a radial direction of the pressure vessel.
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