(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に設けられたシリンダと、該シリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、
中心部にてピストンに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、該可動体の外周に巻回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動するリニアモータと、
前記電磁コイルに駆動電力を供給する電源装置と、
前記ピストンをシリンダ内で往復動可能にハウジングに対して弾性支持するピストンスプリングと、
前記ピストンが上死点側へ設定最大範囲以上移動したときに、前記可動体と当接して該ピストンの下死点側への付勢力を与えると共に、該可動体との接触を検知する異常変位検知手段と、
該異常変位検知手段からの当接検知信号に基づいて、前記電源装置の供給出力を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】
前記可動体は樹脂で構成され、前記異常変位検知手段との当接部分に円環状の金属板が固着されており、
前記異常変位検知手段は、前記可動体と当接してピストンの下死点側への付勢力を与える電気伝導体と、該電気伝導体が前記金属板に接触時に、電気的な閉回路を形成して前記可動体との接触を検知する当接検知回路と、を有することを特徴とする、請求項１記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】
前記制御手段は、前記異常変位検知手段からの当接検知信号に基づいて、前記電源装置からの駆動電力の供給を停止させることを特徴とする、請求項１または２記載のリニアコンプレッサ。
【請求項４】
前記電気伝導体は金属製のコイルスプリングで構成されていることを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載のリニアコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に嵌装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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷凍システムに於いて、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が開発されている。例えば図２に示す如く、密閉状のハウジング１０１と、そのハウジング１０１内に形成されたシリンダ１０２と、シリンダ１０２内に往復可能に嵌装され、シリンダ１０２内空間に圧縮室１０３を区画形成するピストン１０４と、ピストン１０４を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ１０５を備えている。尚、図２ではハウジング１０１とシリンダ１０２が一体形成され、磁気枠として低炭素鋼で構成さている。そして、リニアモータ１０５には、環状の永久磁石１０６がシリンダ１０２の同心外方に配置され、ハウジング１０１に固着されている。この磁石１０６およびハウジング１０１、シリンダ１０２の磁気枠からなる磁気回路によって、シリンダ１０２の中心と同心の円筒状の間隙１０７に磁界Ｂを発生させる。間隙１０７には中心部にてピストン１０４に一体固定された樹脂からなる有底円筒状の可動体１０８が配設され、可動体１０８およびピストン１０４を往復可能に弾性支持するためのコイルスプリングからなるピストンスプリング１０９がハウジング１０１に固定されている。
【０００３】
この可動体１０８の外周には、磁石１０６と対向する位置に電磁コイル１１０が巻回されており、リード線１１１を介して所定周波数の交流電流を通電することで、間隙１０７を通る磁界との作用によりコイル１１０および可動体１０８を駆動してピストン１０４をシリンダ１０２内で往復移動させ、圧縮室１０３で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。
【０００４】
一方、代表的な冷凍システムとして、図３に示す如く、リニアコンプレッサ１２１（圧縮機）、凝縮器１２２、膨張弁１２３及び蒸発器１２４をガス流路１２５にて接続した密閉式の冷凍システムが知られており、リニアコンプレッサ１２１は、蒸発器１２４で気化した冷媒ガスを、ガス流路１２５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１２５を経て凝縮器１２２に吐出する装置として使用されている。
【０００５】
このため、図２に示すように、圧縮室１０３には、ハウジング１０１に設けられた弁機構１１２を介してハウジング１０１外部のガス流路１２５が接続されている。弁機構１１２は、ガス流路１２５を介して蒸発器１２４からの冷媒ガスの吸入のみを許容する吸入弁１１２ａと、ガス流路１２５を介して凝縮器１２２への冷媒ガスの吐出のみを許容する吐出弁１１２ｂとから構成される。吸入弁１１２ａは、低圧側のガス流路１２５と圧縮室１０３との冷媒ガスの圧力差によって、圧縮室１０３方向にガスを流入させる弁である。又、吐出弁１１２ｂは、圧縮室１０３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に、圧縮室１０３と高圧側のガス流路１２５との冷媒ガスの圧力差によって、高圧側のガス流路１２５方向にガスを流出させる弁である。尚、吸入弁１１２ａ及び吐出弁１１２ｂは、ともに板バネによって付勢されている弁である。
【０００６】
以上の構成により、従来装置では吸入弁１１２ａから吸入された冷媒ガスを圧縮室１０３で高圧に圧縮した後、吐出弁１１２ｂを介して凝縮器１２２に供給している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そして、従来のリニアコンプレッサ１２１では、ピストンの最大振幅範囲を設定し、できるだけ圧縮効率が良くなるようにピストン１０４の上死点位置がシリンダ１０２の上壁に近接するように設計されている。しかしながら、リニアコンプレッサ１２１は上述のようにピストンスプリング１０９のみによりハウジング１０１に対して弾性支持されているだけであるため、突発的な負荷変動によりピストン１０４が上死点側へ設定最大範囲以上へ移動し、シリンダ１０２の上壁に衝突したり、可動体１０８が磁気枠に衝突することが度々発生していた。
【０００８】
この結果、衝突により可動体１０８及び弁１１２ａ、１１２ｂが壊れたり、リード線１１１が断線したりする虞れがあった。
この対策として、ピストン１０４の異常変位発生時に、電磁コイル１１０への供給電流を停止させることが考えられるが、慣性によって供給電流を停止しても即座にピストン１０４の移動を停止させることができず、上記課題を依然として有していた。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであって、ピストンの異常変位の発生による装置の破壊や故障発生を防止し、装置の信頼性及び耐久性を向上させたリニアコンプレッサを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハウジング内に設けられたシリンダと、該シリンダ内に往復可能に嵌装され、シリンダ内に圧縮室を区画形成するピストンと、中心部にてピストンに一体固定された有底円筒状の可動体が、磁石および磁気枠からなる磁気回路の一部に形成した間隙に配設され、該可動体の外周に巻回された電磁コイルへの所定周波数の交流の供給によりピストンを往復駆動するリニアモータと、前記電磁コイルに駆動電力を供給する電源装置と、前記ピストンをシリンダ内で往復動可能にハウジングに対して弾性支持するピストンスプリングと、前記ピストンが上死点側へ設定最大範囲以上移動したときに、前記可動体と当接して該ピストンの下死点側への付勢力を与えると共に、該可動体との接触を検知する異常変位検知手段と、該異常変位検知手段からの当接検知信号に基づいて、前記電源装置の供給出力を制御する制御手段と、を備えたリニアコンプレッサである。
【００１１】
この構成を用いることにより、ピストンの異常変位発生時には、電磁コイルへの駆動電力を即座に制御すると共に、ピストン及び可動体のピストン上死点側への変位力を吸収するため、ピストンがシリンダに衝突して弁などを破壊したり、可動体が磁気枠に衝突して破壊されることがない。
【００１２】
また、好ましくは、前記可動体は樹脂で構成され、前記異常変位検知手段との当接部分に円環状の金属板が固着されており、前記異常変位検知手段は、前記可動体と当接してピストンの下死点側への付勢力を与える電気伝導体と、該電気伝導体が前記金属板に接触時に、電気的な閉回路を形成して前記可動体との接触を検知する当接検知回路と、を有している。
【００１３】
この構成を用いることにより、可動体の構造的補強が図られると共に、異常変位検知手段と可動体との接触を確実に検知することができる。
更に、前記制御手段は、前記異常変位検知手段からの当接検知信号に基づいて、前記電源装置からの駆動電力の供給を停止させる。
【００１４】
この構成を用いることにより、電磁コイルへの駆動電力供給が停止され、ピストン及び可動体の変位力を慣性力のみにすることができる。
加えて、前記電気伝導体は金属製のコイルスプリングで構成されている。
【００１５】
この構成を用いることにより、前記異常変位検知手段を簡易な構成とすることができ、リニアコンプレッサの小型、軽量化を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のリニアコンプレッサの一実施の形態について説明する。尚、前述の従来装置と同じ構成については同一符号を付して示しており、これらの部分の詳細な説明は省略する。
【００１７】
本発明のリニアコンプレッサは、上記した図３に示す如く、密閉形の冷凍システムの圧縮機として用いられる。そして、そのリニアコンプレッサとしては、図１に示す如く、外周が密閉円筒状のハウジング１によって包囲され、リニアコンプレッサを密閉空間として保持している。このハウジング１は非磁性の有底円筒体であり、その上端開口部に磁気枠（ヨーク）としての低炭素鋼からなる上壁２が形成されている。そして、このヨーク２の中心部には上下方向に延びるシリンダ嵌装孔３が貫通形成され、このシリンダ嵌装孔３には非磁性材料としてのステンレス鋼からなる有底円筒状のシリンダ４が嵌合されている。
【００１８】
シリンダ４内には、ピストン５が摺動可能に嵌装されており、シリンダ４とピストン５により冷媒ガスの圧縮空間となる圧縮室６が区画形成される。そして、シリンダ４には外部のガス流路１２５と接続するための弁機構７が形成されており、７ａはガス流路１２５を介して蒸発器１２４で気化した冷媒ガスを吸入するための吸入弁であり、７ｂは圧縮室６で圧縮された高圧の冷媒ガスをガス流路１２５を介して凝縮器１２２に吐出するための吐出弁である。
【００１９】
上記ピストン５には、軽量な非磁性材料である樹脂から構成され、ピストン５側が開放された有底円筒状の可動体（ボビン）８が、ピストン５の支持ロッド９に一体固定されており、そのボビン８及びピストン５を往復可能に弾性支持するためのコイルスプリングからなるピストンスプリング１０が、ハウジング１底面の中心部と支持ロッド９との間に固着されている。また、ボビン８のヨーク２対向面には、円環状の金属板８１が固着されている。
【００２０】
そして、ピストン５及びボビン８は、両者を往復駆動する駆動源としてのリニアモータ１１に駆動接続されている。
ヨーク２にはシリンダ嵌装孔３と同心状に配置された環状の凹部１２が形成され、この凹部１２の外側側面１２ａには環状の永久磁石１３が内側側面１２ｂとの間に所定の間隙Ｓをあけて取り付けられており、この磁石１３及びヨーク２によってリニアモータ１１の磁気回路１４が構成されている。この磁気回路１４によって磁石１３と凹部１２内側側面との間の間隙Ｓに所定強度の磁界を発生させるようにしている。
【００２１】
そして、上記ボビン８が間隙Ｓにおいて往復動可能に配設されており、このボビン８の外周部には、磁石１３と対向する位置に電磁コイル１５が巻回されており、リード線１６を介して所定周波数（本実施例では６０Ｈｚ）の交流電流を電源装置１７から通電することにより、間隙Ｓを通る磁界との作用によってコイル１５及びボビン８を駆動してピストン５をシリンダ４内で往復移動させ、圧縮室６で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。電源装置１７は、その駆動電力を制御する制御回路（制御手段）１８からの制御指令に基づいて所定の駆動電流を電磁コイル１５へ供給している。
【００２２】
一方、ヨーク２のボビン８対向面には、ピストン５が上死点側へ設定最大範囲以上へ移動したときにボビン８と当接して、ピストン５及びボビン８をピストン５の下死点側への付勢力を与える電気伝導体としての金属製のコイルスプリング２１が複数個（本実施の形態では等間隔に４個配設）設けられており、このコイルスプリング２１にボビン８の金属板８１が当接した時に電気的な閉回路を形成して、コイルスプリング２１へのボビン８の接触を検知する当接検知回路２２が設けられている。ここで、当接検知回路２２は、いずれかのコイルスプリング２１が金属板８１に当接した場合に電気的な閉回路が形成されるように、金属板８１との接続がなされている（図示せず）。但し、全てのコイルスプリング２１が金属板８１に当接した場合に電気的な閉回路が形成されるように構成させても構わない。そして、このコイルスプリング２１及び当接検知回路２２によって、異常変位検知手段２３が構成されている。
【００２３】
当接検知回路２２において、コイルスプリング２１へのボビン８の接触を検知した場合には、その検知信号が制御回路１８に供給され、制御回路１８では電磁コイル１５への供給駆動電流の指令値を０とし、電源装置１７から電磁コイル１５への駆動電力の供給を停止させている。
【００２４】
これにより、ピストン５の異常変位発生時には、電磁コイル１５への駆動電流供給を即座に停止させると共に、ピストン５及びボビン８のピストン上死点側への変位力を吸収するため、ピストン５が弁７ａ、７ｂに衝突して弁７ａ、７ｂを破壊したり、ボビン８がヨーク２に衝突して破壊されることがない。また、ボビン８のヨーク２対向面には、円環状の金属板８１が固着されているため、ボビン８の構造的補強が図られる。従って、リニアコンプレッサの破壊や故障発生を防止し、装置の信頼性及び耐久性が向上する。
【００２５】
尚、上記実施の形態の説明は、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の形態に限らず、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。
【００２６】
例えば、上記実施の形態の説明では、電気伝導体２１としてのコイルスプリングで構成する場合について説明したが、板状スプリングで構成させても構わない。
【００２７】
また、制御回路１８では、ピストンの異常変位発生時に、電磁コイルへの駆動電流供給を即座に停止させているが、この他に駆動電流が減少させたり、或いは逆電流を供給させたりしても構わない。
【００２８】
さらに、ピストン５及びボビン８を別体で形成する場合について説明したが、同一体で構成してもよく、永久磁石１３をヨーク２の内側側面に固着する構成にしてもよい。加えて、ハウジング１、ヨーク２及びシリンダ４を同一体で構成してもかまわない。但し、この場合には、磁気回路１３を形成させるために、ヨーク２と同一物で構成する必要がある。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べた通り本発明によれば、ピストンの異常変位発生時には、電磁コイルへの駆動電力を即座に制御すると共に、ピストン及び可動体のピストン上死点側への変位力を吸収するため、ピストンがシリンダに衝突して弁などを破壊したり、可動体が磁気枠に衝突して破壊されることがない。このため、リニアコンプレッサの破壊や故障発生を防止し、リニアコンプレッサの長寿命化及び高信頼性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すリニアコンプレッサの断面図である。
【図２】従来のリニアコンプレッサの断面図である。
【図３】密閉型の冷凍システムの構成を示す概念図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  ヨーク（磁気枠）
３  シリンダ嵌装孔
４  シリンダ
５  ピストン
６  圧縮室
７  弁機構
８  可動体（ボビン）
９  支持ロッド
１０  ピストンスプリング
１１  リニアモータ
１２  凹部
１３  永久磁石
１４  磁気回路
１５  電磁コイル
１６  リード線
１７  電源装置
１８  制御回路（制御手段）
２１  コイルスプリング（電気伝導体）
２２  当接検知回路
２３  異常変位検知手段
８１  金属板
Ｓ  間隙
【図１】
0003702028.tif 000002
【図２】
0003702028.tif 000003
【図３】
0003702028.tif 000004