(57)【要約】【課題】構成サイズ及び電流消費の低減に関する公知の要求が改善されるにもかかわらず、液圧式の逆流制御と同様の高い操作力を、高い運動動特性において提供することができる、電気的に運転される逆流制御を行う往復圧縮機を提供する。【解決手段】リフト装置（３）が、駆動装置として電動モータ（５）を有しており、該電動モータ（５）の被動部材（６）が、回転方向で傾いて延びるガイド軌道（７）を、低摩擦の転動部材（８）のために有しており、該転動部材（８）が他方では、リフトグリッパ（２）に結合される回り止めされたリフト部材（１０）に設けられた、傾いて延びる相手側ガイド（９）と協働するようにした。【選択図】図１
2010084771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出し量制御を行う往復圧縮機であって、当該圧縮機の少なくとも１つの自動の吸入弁（１）に配置されるリフトグリッパ（２）を備え、該リフトグリッパ（２）が、電気的に運転されるリフト装置（３）により、前記吸入弁（１）の少なくとも１つのシール部材（４）を当該圧縮機の作業サイクルの一部にわたって開放する形式のものにおいて、前記リフト装置（３）が、駆動装置として電動モータ（５）を有しており、該電動モータ（５）の被動部材（６）が、回転方向で傾いて延びるガイド軌道（７）を、低摩擦の転動部材（８）のために有しており、該転動部材（８）が他方では、前記リフトグリッパ（２）に結合される回り止めされたリフト部材（１０）に設けられた、傾いて延びる相手側ガイド（９）と協働することを特徴とする往復圧縮機。
【請求項２】
前記電動モータ（５）の被動部材（６）が、回り止めされた前記リフト部材（１０）、及び前記被動部材（６）と前記リフト部材（１０）との間に配置された前記転動部材（８）と共に、玉循環型スピンドル駆動装置を形成する、請求項１記載の圧縮機。
【請求項３】
前記電動モータ（５）の被動部材（６）が、回り止めされた前記リフト部材（１０）、及び前記被動部材（６）と前記リフト部材（１０）との間に配置された前記転動部材（８）と共に、制限された角度の回動だけを許可する斜板カム駆動装置を形成する、請求項１記載の圧縮機。
【請求項４】
前記電動モータ（５）が、表面に装着されバンド掛けされた永久磁石（１２）を備えるブラシレスの直流モータとして形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧縮機。
【請求項５】
前記電動モータ（５）が中空軸回転子（１３）を有しており、該中空軸回転子（１３）内に前記玉循環型スピンドル駆動装置のナット（１４）が組み込まれている、請求項２、又は請求項２を引用する請求項４記載の圧縮機。
【請求項６】
前記中空軸回転子（１３）が、３０〜５０ｍｍの範囲の直径を有しており、前記玉循環型スピンドル駆動装置のピッチが、有利には６〜１２ｍｍの範囲にある、請求項５記載の圧縮機。
【請求項７】
転動対偶の要素（６〜１０）が、少なくとも部分的にセラミックからなる、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧縮機。
【請求項８】
前記リフト装置（３）の運動の加速及び制動の少なくとも一方のために、付加的なばね部材（１８）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の圧縮機。
【請求項９】
前記電動モータ（５）の電気的な制御装置（１９）に、発電を伴う制動、並びにこの制動から回生された電気的なエネルギの貯蔵及び再利用のための回路素子（２０）が設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記電動モータ（５）の電気的な制御装置（１９）に、該電動モータ（５）の通電を制御することによって、前記リフト装置の開放力をその都度作用する逆流力に適合させるための回路素子（２１）が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の圧縮機。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の往復圧縮機における吐出し量を制御する方法において、前記リフト装置（３）の駆動装置を制動するために加えなければならない制動エネルギを、電動モータ（５）の、発電を伴う制動によって生成し、かつ制動時に発生する電流を貯蔵し、かつ再利用することを特徴とする、往復圧縮機における吐出し量を制御する方法。
【請求項１２】
前記リフト装置（３）の開放力を、前記電動モータ（５）の通電を制御することによって、その都度作用する逆流力に適合させる、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出し量制御を行う往復圧縮機であって、当該圧縮機の少なくとも１つの自動の吸入弁に配置されるリフトグリッパを備え、該リフトグリッパが、電気的に運転されるリフト装置により、前記吸入弁の少なくとも１つのシール部材を当該圧縮機の作業サイクルの一部にわたって開放する形式のものに関する。さらに本発明は、この種の往復圧縮機における吐出し量を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有利には一定の回転数で動作する往復圧縮機の吐出し量制御のために、しばしば、「逆流制御」が行われる。逆流制御では、シリンダ毎に少なくとも１つの吸入弁が、圧縮行程の所定の範囲にわたって開放される。開放された吸入弁を介して押し戻されるガスの押圧力あるいは流動力は、それぞれの吸入弁の閉鎖部材を、ピストンストロークの所定の部分を克服した後に初めて閉鎖可能である。それというのも、この閉鎖部材は、反対側から、所望の吐出し量減少に応じて設定された対抗力で負荷されるからである。この対抗力が大きければ大きいほど、それぞれの吸入弁は圧縮行程中より遅くに閉弁する。これにより、吐出し量は減少する。一定の対抗力が過度に大きく設定されると、吸入弁はいずれ一切閉弁しなくなるので、この形態の圧縮機制御における制御範囲の下限は、その間の圧縮機のアイドル運転と、これに由来するすべての問題とを回避するために、制限されねばならない。この吐出し量制御において、開弁すべき吸入弁のための負荷装置が簡単に液圧式又は空気圧式に予め付勢されており、適当な付勢圧の変更によって吐出し量に対して影響を及ぼすことができる構成が公知である。
【０００３】
さらに、例えばＥＰ６９４６９３Ａ１から公知の往復圧縮機のための逆流制御では、制御部材を介して行程サイクル中周期的に圧力媒体により負荷及び放圧可能な液圧式の制御シリンダが、行程方向で、開弁すべき吸入弁の閉鎖部材に作用するようになっている。これにより、液圧によるリフト力は、所定のピストン角度で急激に減少して、吸入弁の確実かつ迅速な閉弁を導入する。ＥＰ１４００６９２Ａ１から公知の、空気圧式の操作を行う類似の吐出し量制御は、操作圧が直接往復圧縮機自体により導出可能であるという利点を有する。しかしながら、圧縮されるガスの比較的高い圧縮性に基づいて、排気すべき体積及び排気時間に関する、正確に規定すべき条件が遵守されねばならない。
【０００４】
さらに、古くから、冒頭で述べた形式の、電気的に運転される逆流制御を行う往復圧縮機も公知である。例えばＤＥ１２５１１２１Ａ又はＤＥ８４９７３９Ｂや、類似の、一部では既に先の世紀の３０年代にまで遡る刊行物においては、吸入弁のシール部材に作用するリフトグリッパが、弁キャップに取り付けられた電磁石を介して動かされ、この電磁石の周期的な励磁が例えば、圧縮機のクランク軸と同期して回転するコレクタにより行われる。吸入弁のシール部材において作用する、部分的に極めて大きな逆流力に基づいて、相応に大きな電流消費を伴う大きな電磁石が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ６９４６９３Ａ１
【特許文献２】ＥＰ１４００６９２Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１２５１１２１Ａ
【特許文献４】ＤＥ８４９７３９Ｂ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、構成サイズ及び電流消費の低減に関する上記公知の要求が改善されるにもかかわらず、上記液圧式の逆流制御と同様の高い操作力を、高い運動動特性において提供することができる、電気的に運転される逆流制御を行う往復圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る、吐出し量制御を行う往復圧縮機では、前記リフト装置が、駆動装置として電動モータを有しており、該電動モータの被動部材が、回転方向で傾いて延びるガイド軌道を、低摩擦の転動部材のために有しており、該転動部材が他方では、前記リフトグリッパに結合される回り止めされたリフト部材に設けられた、傾いて延びる相手側ガイドと協働するようにした。
【０００８】
有利な実施の形態は、従属請求項に係る発明である。
【０００９】
好ましくは、前記電動モータの被動部材が、回り止めされた前記リフト部材、及び前記被動部材と前記リフト部材との間に配置された前記転動部材と共に、玉循環型スピンドル駆動装置を形成する。
【００１０】
好ましくは、前記電動モータの被動部材が、回り止めされた前記リフト部材、及び前記被動部材と前記リフト部材との間に配置された前記転動部材と共に、制限された角度の回動だけを許可する斜板カム駆動装置を形成する。
【００１１】
好ましくは、前記電動モータが、表面に装着されバンド掛けされた永久磁石を備えるブラシレスの直流モータとして形成されている。
【００１２】
好ましくは、前記電動モータが中空軸回転子を有しており、該中空軸回転子内に前記玉循環型スピンドル駆動装置のナットが組み込まれている。
【００１３】
好ましくは、前記中空軸回転子が、３０〜５０ｍｍの範囲の直径を有しており、前記玉循環型スピンドル駆動装置のピッチが、有利には６〜１２ｍｍの範囲にある。
【００１４】
好ましくは、転動対偶の要素が、少なくとも部分的にセラミックからなる。
【００１５】
好ましくは、前記リフト装置の運動の加速及び制動の少なくとも一方のために、付加的なばね部材が設けられている。
【００１６】
好ましくは、前記電動モータの電気的な制御装置に、発電を伴う制動、並びにこの制動から回生された電気的なエネルギの貯蔵及び再利用のための回路素子が設けられている。
【００１７】
好ましくは、前記電動モータの電気的な制御装置に、該電動モータの通電を制御することによって、前記リフト装置の開放力をその都度作用する逆流力に適合させるための回路素子が設けられている。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明に係る、上記往復圧縮機における吐出し量を制御する方法では、前記リフト装置の駆動装置を制動するために加えなければならない制動エネルギを、電動モータの、発電を伴う制動によって生成し、かつ制動時に発生する電流を貯蔵し、かつ再利用するようにした。
【００１９】
有利な実施の形態は、従属請求項に係る発明である。
【００２０】
好ましくは、前記リフト装置の開放力を、前記電動モータの通電を制御することによって、その都度作用する逆流力に適合させる。
【発明の効果】
【００２１】
このように構成したことにより、比較的小型の電動モータが使用可能であり、この電動モータの回転運動を、傾いて延びる転動対偶を介して簡単に、並びに高い操作力及び高い運動動特性で、リフトグリッパに作用する必要な開放力あるいは開放運動へと変換可能である。
【００２２】
特に有利であるのは、前記電動モータの被動部材が、回り止めされた前記リフト部材、及び前記被動部材と前記リフト部材との間に配置された前記転動部材と共に、玉循環型スピンドル駆動装置を形成するようにした本発明の一形態である。この種の駆動装置は、公知であり、さまざまな関連でほぼ摩擦フリーのリニア駆動装置として使用されており、電動モータの回転の、長さ及びピッチによってのみ制限される回転数を、その結果としての直動に変換することを介して、操作力及び動特性に対して比較的広範な影響を及ぼすことを可能にする。
【００２３】
構造的により簡単であるが、バリエーションの多様性に乏しいのは、前記電動モータの被動部材が、回り止めされた前記リフト部材、及び前記被動部材と前記リフト部材との間に配置された前記転動部材と共に、制限された角度の回動だけを許可する斜板カム駆動装置を形成するようにした本発明の別の有利な形態である。これにより、電動モータの一回転の一部だけが、直動の発生のために利用可能であるが、遥かに小さな構造的な手間と、転動体として球の代わりに、操作力がより高い場合に有意義な柱状、円錐台状又は樽状のものが使用される可能性とを有する。
【００２４】
本発明の別の有利な形態では、前記電動モータが、表面に装着されバンド掛けされた永久磁石を備えるブラシレスの直流モータとして形成されている。このことは、小さな構造形式で、高い動特性を可能にする。この関連で特に有利なのは、前記電動モータを、前記玉循環型スピンドル駆動装置のナットが組み込まれている中空軸回転子を備えて形成することである。このことは、回転子あるいは回転駆動装置の慣性を全体として減少させる。
【００２５】
別の有利な形態において、前記中空軸回転子が、３０〜５０ｍｍの範囲の直径を有しており、前記玉循環型スピンドル駆動装置のピッチが、有利には６〜１２ｍｍの範囲にあると、この種の本発明における逆流制御の通常の使用分野にとって特に有利であることが判っている。これにより、高い操作力にとって特に良好に適合された関係と同時に、リフト制御の高い動特性が生じる。
【００２６】
本発明の別の形態では、転動対偶の要素が、少なくとも部分的にセラミックからなる。電動モータ式の駆動装置の、特定の状況下で発生する極端に高い加速モーメント及び制動モーメントは、転動部材がそのガイド軌道の運動に直接従動することができなくなって、支承軌道におけるスリップ、ひいては摩耗が発生する事態に至らしめる場合がある。この問題は、セラミック転動体及び適当なプリロードを有するセラミック支承装置又はハイブリッド支承装置の使用により解決可能である。
【００２７】
前記リフト装置の運動の加速及び制動の少なくとも一方のために、付加的なばね部材が設けられてもよい。このことは、適当に調整されていると、電動モータ式の駆動装置の負荷軽減を可能にする。
【００２８】
本発明の別の有利な形態では、前記電動モータの電気的な制御装置に、発電を伴う制動、並びにこの制動から回生された電気的なエネルギの貯蔵及び再利用のための回路素子が設けられていてもよい。貯蔵は有利にはキャパシタで行われることができる。発生され貯蔵された電流は、同じ弁又は圧縮機の別の吸入弁における次の操作プロセスのために使用可能である。これにより、リフトグリッパを操作するためのエネルギ消費が大幅に低下すると同時に、システム内に発生する排熱も僅かとなる。これにより、熱負荷は減じられ、リフト装置における冷却の問題は回避され得る。
【００２９】
やはり、リフト装置の不必要な温度上昇を減じるためには、目下のリフト力が逆流力の経過に適合される本発明の別の有利な形態が役立つ。吸入弁の開弁中、逆流力のレベルは、例えばクランク角センサを介して既知又は検出可能な目下のピストン速度に依存する。必要な開放力を発生させるモータの通電は、それに応じて適合可能である。
【００３０】
以下に、本発明について、図面に概略的に示した実施の形態を基に詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る吐出し量制御を行う往復圧縮機の吸入弁の領域の断面図である。
【図２】本発明に係る吐出し量制御を行う往復圧縮機のための、電気的に運転されるリフト装置の択一的な形態の部分的な概略断面図である。
【図３】この種の圧縮機のためのリフト装置の駆動装置の別の択一的な形態の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示すように、図示を省いた往復圧縮機あるいは往復動形ピストンコンプレッサは、圧縮機の自動の吸入弁１に配置されるリフトグリッパ２を有する。リフトグリッパ２は、電気的に運転されるリフト装置３により、吸入弁１の２つのリング状のシール部材４を、圧縮機の作業サイクルの制御可能な一部にわたって開放する。リフト装置３は、この目的のために、駆動装置として電動モータ５を有する。電動モータ５の被動部材６（本実施の形態では中央の軸として形成されている。）は、回転方向で傾いて延びる、低摩擦の転動部材８のためのガイド軌道７（本実施の形態では取り巻くように延びる螺旋溝として形成されている。）を有する。転動部材８はその一方で、回り止めされたリフト部材１０に設けられた、傾いて延びる相手側ガイド９と協働する。リフト部材１０は、リフトグリッパ２に結合されている。
【００３３】
電動モータ５が通電されるとすぐに、電動モータ５の被動部材６は回転する。被動部材６は、回り止めされたリフト部材１０、及び被動部材６とリフト部材１０との間に配置された転動部材８と相俟って、本実施の形態ではボールねじ状の玉循環型スピンドル駆動装置（Ｋｕｇｅｌｕｍｌａｕｆｓｐｉｎｄｅｌ−Ａｎｔｒｉｅｂ）を形成する。これにより、リフト部材１０、あるいはリフト部材１０の操作プランジャ１１は、図１で見て上方又は下方に運動する。これにより、リフトグリッパ２も、上方又は下方に運動して、シール部材４の、さもなければ自由な可動性に干渉する。これにより、シール部材４は、さもなければ純粋に吸入弁１の前後の圧力比を介して実施される自動的な作動に抗って、圧縮機の圧縮行程の制御可能な一部にわたって開放され得る。このことは、公知の形式で、「逆流制御（Ｒｕｅｃｋｓｔｒｏｅｍｒｅｇｅｌｕｎｇ）」を介した、一定の回転数で動作する圧縮機の吐出し量の制御を許可する。
【００３４】
図２に示すように、有利には表面に装着されバンド掛けされた永久磁石（ｏｂｅｒｆｌａｅｃｈｅｎｍｏｎｔｉｅｒｔｅｒ  ｂａｎｄａｇｉｅｒｔｅｒ  Ｄａｕｅｒｍａｇｎｅｔ）１２を備えるブラシレスの直流モータとして構成される電動モータ５は、中空軸回転子１３を被動部材６として有する。中空軸回転子１３内には、玉循環型スピンドル駆動装置のナット１４が組み込まれている。中空軸回転子１３は、有利には約３０〜５０ｍｍの範囲の直径を有する。ナット１４、転動部材８及び回り止めされたリフト部材１０により形成される玉循環型スピンドル駆動装置のピッチは、有利には６〜１２ｍｍの範囲にある。中空軸回転子１３は、固定子ハウジング１５に軸受１６を介して支承されている。バンド掛けされた永久磁石１２と協働する固定子には、符号１７を付した。
【００３５】
図３に示すように、電動モータ５の被動部材６は、回り止めされたリフト部材１０と、被動部材６とリフト部材１０との間に配置された転動部材８と相俟って、制限された角度の回動のみを許可する、傾斜したランプを備える斜板カム駆動装置（Ｓｃｈｒａｅｇｒａｍｐｅｎ−Ａｎｔｒｉｅｂ）を形成する。このことは、例えば柱状、円錐台状又は樽状の転動部材８の使用も可能にする。柱状、円錐台状又は樽状の転動部材８は、より大きな軸方向力を伝達することができる。
【００３６】
玉循環型スピンドル駆動装置あるいは斜板カム駆動装置の転動対偶の要素６，７，８，９，１０は、少なくとも部分的にセラミックからなっていてもよい。このことは、駆動装置の適当なプリロードと相俟って、高動的な操作時の転動体８のすべり、ひいてはこれに由来する転動体ガイドの損傷の危険を回避する。
【００３７】
リフト装置２の運動の加速及び／又は制動のために、ここでは図１に概略的にのみ示すような、付加的なばね部材１８が設けられていてもよい。
【００３８】
電動モータ５の電気的な制御装置１９には、図１に概略的にのみ示すように、発電を伴う制動、並びに制動から回生された電気的なエネルギの貯蔵及び再利用のための回路素子２０が設けられていてもよい。このことは、リフト装置の不必要な温度上昇あるいは付加的な冷却の必要性を回避する。さらに制御装置１９には、電動モータ５の通電を制御することによって、リフト装置３の開放力をその都度作用する逆流力に適合させるための別の回路素子２１が設けられていてもよい。このことも、不必要な損失熱を減じるために役立つ。
【符号の説明】
【００３９】
１  吸入弁
２  リフトグリッパ
３  リフト装置
４  シール部材
５  電動モータ
６  被動部材
７  ガイド軌道
８  転動部材
９  相手側ガイド
１０  リフト部材
１１  操作プランジャ
１２  永久磁石
１３  中空軸回転子
１４  ナット
１５  固定子ハウジング
１６  軸受
１７  固定子
１８  ばね部材
１９  制御装置
２０  回路素子
２１  回路素子
【図１】
2010084771.tif 000003
【図２】
2010084771.tif 000004
【図３】
2010084771.tif 000005