(57)【要約】【課題】  小型で低コストな往復動式圧縮機を提供する。【解決手段】  圧縮要素６と、往復駆動する複数の電動要素５とを備える往復動式圧縮機であって、前記圧縮要素６の軸芯に対し、前記複数の電動要素５を対称配置した、すなわち、等距離に、かつ等分割角度に配置したことを特徴とする。圧縮要素６は、ピストン２５とシリンダ１３を備え、電動要素５は、固定子５２と可動子５１を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮要素と、往復駆動する複数の電動要素とを備える往復動式圧縮機であって、
前記圧縮要素の軸芯に対し、前記複数の電動要素を対称配置したことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の往復動式圧縮機において、
前記圧縮要素の軸芯に対し、前記複数の電動要素を等距離に、かつ等分割角度に配置したことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の往復動式圧縮機において、
前記複数の電動要素を３組で構成したことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の往復動式圧縮機において、
前記複数の電動要素を２組で構成し、
前記圧縮要素の両側に、前記電動要素を配置したことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１つに記載の往復動式圧縮機において、
前記圧縮要素と前記複数の電動要素が、実質的に同一平面上に配置されていることを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１つに記載の往復動式圧縮機において、
前記圧縮要素は、シリンダとピストンを備え、
前記ピストンに接続されたばねホルダに共振ばねが接続されていることを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項７】
請求項６に記載の往復動式圧縮機において、
前記電動要素は、固定子と可動子を備え、
前記可動子は前記ばねホルダに接続されていることを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項８】
請求項７に記載の往復動式圧縮機において、
前記可動子は、前記ピストンと前記シリンダをリニアガイドとして支持されていることを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１つに記載の往復動式圧縮機において、
前記電動要素に含まれる可動子を、前記圧縮要素の軸芯を中心とした円弧形状に構成すると共に、
前記電動要素に含まれる固定子の磁気ギャップ部を同様な円弧形状に構成したことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１つに記載の往復動式圧縮機において、
前記複数の電動要素を同期して運転させることを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の往復動式圧縮機において、
前記電動要素の位置ずれがある場合に、それぞれの電動要素に印加する電流周期λｎのピーク位置をずらすことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項１２】
請求項１〜９の何れか１つに記載の往復動式圧縮機において、
前記電動要素に等配分となるように、それぞれの電動要素の駆動タイミングをずらすことを特徴とする往復動式圧縮機。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２の何れか１つに記載の往復動式圧縮機を用いた冷蔵・冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵・冷凍装置に用いられる密閉型の往復動式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術として、特許文献１（特開２００２−２６６７５５号公報）がある。特許文献１には、動力損失を最小化して、発生騒音を減少させ、且つ、構造を簡単にして組立精度を向上し得る往復動式圧縮機を提供するため、 密閉容器３０の内部に弾性体により支持された基準フレーム４０と、該基準フレーム４０の一方側に装着されて直線往復駆動力を発生する駆動モータ５０と、前記基準フレーム４０に貫通して設けられた連結型磁石ホールダー６０と、該連結型磁石ホールダー６０とピストン１００とを締結する締結手段と、ガスを吐出させる吐出バルブ組立体９０と、を包含して往復動式圧縮機を構成する、と記載されている（要約参照）。特許文献１の図面を、図１１に示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２６６７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の往復動式圧縮機では、ピストンの往復動する方向に、直列に往復可動部であるマグネットホルダすなわちリニアモータを構成しているため、圧縮機が圧縮要素方向に大きくなり、搭載される冷蔵庫の庫内容積が少なくなってしまうという課題がある。
【０００５】
本発明は、例えば冷蔵庫の庫内容積を最大限にすることが可能な、小型でかつ低コストな往復動式圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明の往復動式圧縮機の一例をあげるならば、圧縮要素と、往復駆動する複数の電動要素とを備える往復動式圧縮機であって、前記圧縮要素の軸芯に対し、前記複数の電動要素を対称配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の往復動式圧縮機によれば、圧縮機を従来よりも大幅に小型化することが可能であるため、本発明の圧縮機を搭載する冷蔵庫や冷凍庫、ショーケースなどの庫内容積を最大にすることが可能である。また、圧縮機を小形化できるため、用いる素材を最小限に留めることが可能となり、往復動式圧縮機のコストを低く抑えることが可能となる。
【０００８】
また、複数組用いる電動要素間で磁気推力のバランスをとることで、駆動要素の往復動ガイド部材が不要となるため、摺動部分を無くして構成することが可能であるため、摺動損失の少ない高効率な圧縮機を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態の往復動式圧縮機の縦断面図。
【図２】図１の往復動式圧縮機のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１の往復動式圧縮機要部の斜視俯瞰図。
【図４】図１の往復動式圧縮機要部の組立分解図。
【図５】本発明の第２実施形態の往復動式圧縮機の縦断面図。
【図６】図５の往復動式圧縮機のＡ−Ａ断面図。
【図７】図５の往復動式圧縮機要部の斜視俯瞰図。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例を示す圧縮機要部の斜視俯瞰図。
【図９】本発明の第１実施形態の電動要素の運転制御例を示す説明図。
【図１０】本発明の第１実施形態の電動要素の別の運転制御例の説明図。
【図１１】特許文献１に記載の従来の往復動式圧縮機の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、実施の形態を説明するための各図において、同一の機能を有する要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
【第１実施形態】
【００１１】
本発明の第１実施形態のレシプロ式の往復動式圧縮機を、図１から図４、図９，１０を用いて説明する。本実施形態の往復動式圧縮機は、冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース等の冷蔵・冷凍装置に適用可能であるが、以下の説明では、冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルに用いられる場合について説明する。
【００１２】
まず、本実施形態の密閉形圧縮機の全体構成に関して図１〜４を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の密閉型の往復動式圧縮機の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ部の断面図である。図３は本実施形態の圧縮要部の斜視概観図である。図４は本実施形態の組立分解図である。図９、１０は運転制御例の説明図である。
【００１３】
密閉容器１内には、圧縮要素６と、電動要素５と、フレーム７と、潤滑油２とが主要構成要素として収容されている。密閉容器１の側面に吸込管（図示せず）が接続され、密閉容器１内に開口されている。この吸込管は冷凍サイクルの蒸発器に連通されている。密閉容器１の側面に吐出管３２が接続されている、吐出管３２の一側はシリンダヘッド１５に接続され、吐出管３２の他側は冷凍サイクルの凝縮器に連通されている。これらによって、密閉容器１内が運転中に吸込み圧力となる低圧チャンバ方式となっている。密閉容器１内底部には、潤滑油２が貯留されている。
【００１４】
圧縮要素６は、水平に延びるシリンダ室６ａを設けたシリンダ１３と、このシリンダ１３の一側に配置されたバルブシート及びシリンダヘッド１５と、ヘッドカバー１６と、シリンダ室６ａを往復動するピストン２５と、ピストン２５に嵌合されたばねホルダ２６とを備えている。シリンダ１３は、フレーム７と一体に固定されている。ばねホルダ２６はフレーム７とシリンダ１３との間に共振ばね３１を介し、ピストン２５の圧縮方向に往復動可能に構成されている。また、電動要素５は、ピストン２５ならびにシリンダ１３の軸芯に対し等分割角度で３式配置させている。３式の電動要素５は、可動子５１とピストン２５の軸芯からの距離を等距離に配置させている。圧縮要素６と複数の電動要素５は、圧縮要素６の軸心に垂直な同一平面上に配置されている。
【００１５】
シリンダ室６ａは水平方向の両側が開口されており、その一側はピストン２５で閉塞され、その他側はバルブシート（図示せず）及びシリンダヘッド１５で閉塞されている。バルブシート及びシリンダヘッド１５は、シリンダ１３の圧縮側にボルト等により固定されている。シリンダヘッド１５は、吸入穴、吸入バルブ、吐出穴、吐出バルブ（何れも図示せず）を備えている。ヘッドカバー１６は、内部を吸入室、吐出室（何れも図示せず）に区割りしている。
【００１６】
リニアアクチュエータなどの電動要素５は、電機子鉄心５２及び巻き線５３からなる固定子と、この固定子内に圧縮方向に往復動可能に配置された可動子５１とを備えている。そして、可動子５１は、ピストン２５とシリンダ１３をリニアガイドとしてばねホルダ２６を介し支持されている。
【００１７】
以上のように構成された密閉形圧縮機の基本的動作について、以下に説明する。
電動要素５の巻線５３に電流を印加させ磁気推力を発生させると、これに伴って可動子５１に内包される磁石が磁気推力により吸引され、冷媒の吸い込み方向すなわち、図面右方向に駆動する。このとき吸い込みバルブが開口され、吸い込み孔から低圧の冷媒をシリンダ６ａ内に吸い込む。このとき、共振ばね３１はばねホルダ２６を介して、圧縮され、共振ばねに運動エネルギを蓄える。次に電動要素の電流を遮断、あるいは電流の向きを反転させることで、共振ばね３１の反力及び電動要素５の磁気推力でピストン２５が反対方向、すなわち冷媒の圧縮方向に移動し、ほぼ同時に吸い込みバルブが閉じてシリンダ６ａの中に吸い込まれている冷媒を圧縮する。そのまま連続的に、ピストンが圧縮方向に移動することで、シリンダ内の冷媒は圧力を高められ、吐出バルブの開口とともに、圧縮された冷媒を吐出孔から吐き出される。このような一連の動きを繰り返すことにより、本発明の圧縮機は冷媒を圧縮する。
【００１８】
ピストンをこのように動作させるため、３式の電動要素は図９、１０に示したように制御される。図９は電動要素の位置ずれがある場合の制御の例を示している。各電動要素５ａ〜５ｃは部品の精度や、組み立ての影響で図９の模式図に示したように磁区中心がΔａｂ、Δｂｃだけずれた場合を想定する。このようなずれ生じた場合、それぞれの電動要素に印加する電流周期λｎのピーク位置をＴａｂ、Ｔｂｃだけずらすことで、複数の電動要素を同期して運転させることができる。また、図１０に示したように、用いる電動要素に等配分となるように、それぞれの電動要素の駆動タイミングをずらすことで、なめらかな駆動が可能となる。このような制御例は一例であって、他にも複数の電動要素を完全に同期させることで、最大推力を得ることも可能である。また、冷蔵庫のような閉空間の温調に用いる場合では、省エネのために、たとえば夜間は電動要素一つだけで運転するような制御も可能である。
【００１９】
共振ばね３１は、この一連の圧縮動作により伸縮を繰り返す。共振ばね３１はピストン２５、及びピストン２５に一体固定されているばねホルダ２６と、電動要素５の一部を構成する可動子５１を合わせた本圧縮機の可動部の合計重量、圧縮される冷媒からの反力、ならびに電動要素５で発生させる磁気推力に応じて、共振するようなばね乗数に設定されている。本発明の圧縮機は上述の圧縮動作に伴って、共振ばね３１が共振する周波数で運転するため、磁気推力を印加するのは、圧縮開始時と摺動部の摩擦損失、及び共振ばね内で減衰するエネルギ分だけで連続運転することが可能である。
【００２０】
このように動作される本発明の往復動式圧縮機は、用いる電動要素を圧縮要素の軸芯に対し対称に配置させているため、圧縮機の往復動方向に短く構成することができる。本発明のように構成することで、往復動式の圧縮機を小形にすることができる。また、複数の電動要素を圧縮要素６の往復動方向に対して、対称に配置することで、電動要素５の可動子５１の往復動を支えるための、リニアガイドを設ける必要がない。従って、可動子５１と固定子５２との間の摩擦損失も削減でき、結果、高効率な圧縮機を構成可能となる。
【００２１】
なお、図８に示すように、可動子５１を圧縮要素の軸芯を中心とした円弧形状とし、合わせて、固定子５２の磁気ギャップ部も同様な円弧形状に構成することで、複数ある各電動要素６で発生する磁気推力を安定化することも可能である。
【第２実施形態】
【００２２】
次に、本発明の第２実施形態について、図５〜７を用いて説明する。図５は本発明の第２実施形態の密閉型の往復動式圧縮機の縦断面図、図６は図５のＡ−Ａ部の断面図である。図７は本実施形態の圧縮要部の斜視概観図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００２３】
この第２実施形態では、圧縮要素６の軸芯に対して、圧縮要素の両側に、対称に２組の電動要素を配置し構成したものである。この構成によれば、圧縮機の圧縮方向の大きさだけでなく、圧縮機の高さも小さくすることが可能となる。小形の冷蔵庫等に用いる出力の小さい圧縮機の場合、本第２実施形態のように電動要素を減らして構成させることで、さらなる圧縮機の小型化、低コスト化が可能となる。なお、大きい出力を必要とする大型の冷蔵庫や、冷凍ショーケースに用いる場合は、逆に電動要素を増やして対応することが可能である。さらに、本実施例の変形例として、採用する冷蔵庫やショーケースの設置部分の形状に応じ、並列に配置するだけでなく、直列にも配置可能であり、例えば薄くて長い形の圧縮機とすることも可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１  密閉容器
２  潤滑油
５  電動要素
６  圧縮要素
７  フレーム
１３  シリンダ
１５  シリンダヘッド
１６  ヘッドカバー
２５  ピストン
２６  ばねホルダ
３１  共振ばね
５１  可動子
５２  固定子
５３  固定子巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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