(57)【要約】シェル１とモータコンプレッサアセンブリとを備え、モータコンプレッサアセンブリが、モータと、シリンダ２の内側で往復運動するピストン３と、ピストン３をモータに動作可能に連結する作動手段４と、共振ばね手段１０とを含んでいる、リニアモータを有する往復コンプレッサ。共振ばね手段１０は、一定に圧縮されており、対の少なくとも一方がばね手段１０および作動手段４の部分の一方と動作可能に結合された支持面部分４０の対を、対のそれぞれが前記部分の他方と動作可能に結合されている凸面部分５０のそれぞれの対と接して相互に着座させることによって、作動手段４に取り付けられる。凸面部分５０は、シリンダ２の軸に関して対称的で、かつ反対側にある。面支持部分４０と凸面部分５０とは、相互に着座し、かつばね手段１０および作動手段４のそれぞれの部分と動作可能に結合されており、これにより、相互に着座した面部分によって、前記部分に作用する対向軸力を、ピストン３のモーメントの出現を最小限に抑えるような強度で伝達することを目的とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルとモータコンプレッサアセンブリとを備え、モータコンプレッサアセンブリが、シェルの内側に固定され、かつモータとシリンダ（２）とによって形成された基準アセンブリと、シリンダ（２）の内側で往復運動するピストン（３）、およびピストン（３）をモータに動作可能に結合する作動手段（４）によって形成された共振アセンブリと、一定の圧縮力下で、共振アセンブリと基準アセンブリとに同時に取り付けられ、かつピストン（３）の変位方向で弾性的かつ軸方向に変形可能である共振ばね手段（１０）とを含んでいる、リニアモータを有する往復コンプレッサであって、
ばね手段（１０）が、一対の支持面部分（４０）の相互の着座によって作動手段（４）に取り付けられており、一対の支持面部分の少なくとも一方が、凸面部分（５０）の各対に接して、ばね手段（１０）の部分および作動手段（４）の部分の一方と動作可能に結合され、凸面部分（５０）のそれぞれが前記部分の他方と動作可能に結合され、凸面部分（５０）が、シリンダ（２）の軸に関して対称的で、かつ反対側にあり、支持面部分（４０）および凸面部分（５０）は、相互に着座し、かつばね手段（１０）および作動手段（４）の各部分と動作可能に結合され、これにより、ピストン（３）へのモーメントの出現を最小限に抑えるような強度を持ち、前記部分に作用する対向軸力を、相互に着座した面部分によって伝達することを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
支持面部分（４０）の対と凸面部分（５０）の対とが、各対毎に、同じ各部分と動作可能に結合されることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項３】
支持面部分（４０）の対および凸面部分（５０）の対の少なくとも一方が、作動手段（４）およびばね手段（１０）のそれぞれの部分に組み込まれることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項４】
シリンダ（２）の軸に直交する面に配置され、互いに軸方向に間隔をおいて位置する２つの座面（６１）を提供する少なくとも１つのスペーサ本体（６０）を含み、前記座面（６１）のそれぞれが、ばね手段（１０）および作動手段（４）の部分の一方に隣接するそれぞれの端面と対面し、前記座面（６１）の少なくとも一方が、凸面部分（５０）の対および支持面部分（４０）の対の一方を支持することを特徴とする請求項３に記載のコンプレッサ。
【請求項５】
スペーサ本体（６０）の各座面（６１）が、支持面部分（４０）および凸面部分（５０）の一方の各対を支持し、この対が、他の座面（６１）において支持された前記面の１つの対によって画定された位置合わせに直交して位置合わせして配置されることを特徴とする請求項４に記載のコンプレッサ。
【請求項６】
各座面（６１）が、凸面部分（５０）のそれぞれの対を組み込むことを特徴とする請求項５に記載のコンプレッサ。
【請求項７】
スペーサ本体（６０）が、湾曲リングであることを特徴とする請求項６に記載のコンプレッサ。
【請求項８】
少なくとも１つの支持リング（７０）を含み、それぞれが、ばね手段（１０）および作動手段（４）のそれぞれの部分の上に着座し、それぞれが、支持面部分（４０）のそれぞれの対を画定することを特徴とする請求項７に記載のコンプレッサ。
【請求項９】
凸面部分（５０）の対が、支持面部分（４０）の対に対するばね手段（１０）の第１接触部分に対して、角度Φをなして配置され、角度Φは、前記接触部分に対するばね手段（１０）の着座方向から取られ、かつばね手段（１０）の圧縮に反作用する力の集中の所定の割合に対応しており、これが、ピストン（３）に対する前記力の５０％よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項１０】
前記角度（Φ）が、ばね手段（１０）の最終コイルの着座方向から９０度および１８０度の間に画定されることを特徴とする請求項９に記載のコンプレッサ。
【請求項１１】
前記角度（Φ）が、好ましくは１１０度および１２０度の間にあることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサ。
【請求項１２】
前記角度（Φ）が、好ましくは１１５度および１１８度の間にあることを特徴とする請求項１１に記載のコンプレッサ。
【請求項１３】
凸面部分（５０）が、シリンダ（２）の軸に直交する軸を有する円筒面部分によって画定されることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項１４】
凸面部分（５０）が、球面部分によって画定されることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項１５】
支持面部分（４０）が、凸面によって画定されることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ。
【請求項１６】
ばね手段（１０）が、一対のらせんばねを備え、それぞれが、凸面部分（５０）および支持面部分（４０）の対によって、作動手段（４）の隣接面に接して取り付けられることを特徴とする請求項１２に記載のコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却（冷凍）システムに適用され、かつシリンダの内部で往復運動するピストンを提供する、リニアモータによって駆動される往復コンプレッサに関する。より具体的には、本発明は、ピストンと、それに結合された共振システムとの連結に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータによって駆動される往復コンプレッサでは、気体の圧縮および気体の吸入の動作は、シリンダの内部で往復運動する各ピストンの軸方向運動によって実施される。シリンダは、シリンダヘッドによって閉鎖され、気密シェルの内側に取り付けられている。シリンダヘッドには、シリンダに関して気体の吸入および吐出を制御する吐出吸入バルブが配置されている。ピストンは、作動手段によって駆動され、作動手段は、コンプレッサのシェルに固定されたリニアモータと動作可能に結合された磁気構成要素を担持している。
【０００３】
いくつかの知られている構成では、コンプレッサの気密シェルに固定された各ピストン作動手段アセンブリが、共振ばねに接続されており、これにより、ピストンの軸方向変位のガイドとして動作し、かつアセンブリ全体が、所定の周波数で同調して（共振的に）作動して、コンプレッサの動作中にエネルギーがコンプレッサに連続的に伝達されるように、リニアモータを適切に寸法決めすることを可能にすることを目的とする。
【０００４】
知られている構成では、２つのらせんばねが、圧縮されて、作動手段に接してその各側面上に取り付けられている。ピストンと、作動手段と、磁気構成要素とは、コンプレッサの共振アセンブリを形成する。このアセンブリは、リニアモータによって駆動され、往復線形運動を起こして、シリンダの内側でのピストンの運動により、吸入バルブによって吸入された気体が吐出バルブを通して高圧側に吐出されるまで、気体を圧縮する機能を有する。
【０００５】
圧縮されたらせんばねは、ピストンとの接触領域を形成する最終コイルの形状とは関係なく、接触力を助長する特性を有する。接触力は、画定された接触周方向延長部に沿って不均一に分布し、圧縮力は、最終コイルがピストンと接触し始める領域に集中する。
【０００６】
計算によれば、反力の８５％が、接触領域の最初の１０度に加えられ（図２の角度βによって示す）、反力の残り（１５％）は、接触領域の周方向延長部の余角に沿って分布する。その結果、ピストンは、主に静止位置から変位したとき、運動量の影響を受けることになり、これにより、前記ピストンがシリンダに対して位置合わせ不良の運動をして、ピストンが磨耗し、コンプレッサの寿命が短縮され、コンプレッサの動作中の雑音および振動の発生が増大することになる。
【０００７】
この影響は、各らせんばねが、アセンブリにおいてばねとして動作しているときに注目されるが、その理由は、前記ばねが一体的に作用し始めるとき、前記らせんばねがすべてのコイルに関して密着高さを達成する瞬間に、作動手段に対する圧縮力が、接触面に沿って一様にのみ分布するからである。前記らせんばねの最終コイルが、延長部の一部が平坦であることを提供する構成においてさえ、強度はより小さいが、運動量の発生が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、ばね手段が作動手段を一定に圧縮しているタイプで、構築が簡単であり、前記作動手段に対する圧縮力の集中的な影響と、ばね手段およびピストンに対する結果的なモーメントとを最小限に抑える、リニアモータを有する往復コンプレッサを提供することである。
【０００９】
この目的と他の目的とは、リニアモータを有する往復コンプレッサによって達成される。往復コンプレッサは、シェルとモータコンプレッサアセンブリとを備え、このアセンブリは、シェルの内側に固定され、かつモータとシリンダとによって形成された基準アセンブリと、シリンダの内側で往復運動するピストンと、ピストンをモータに動作可能に連結する作動手段とによって形成される共振アセンブリと、一定に圧縮されている共振ばね手段とを含む。共振ばね手段は、共振アセンブリと基準アセンブリとに同時に取り付けられ、ピストンの変位方向で、弾性的かつ軸方向に変形可能である。前記ばね手段は、一対の面支持部分を相互に着座させることによって作動手段に取り付けられ、対の少なくとも一方が、ばね手段および作動手段の部分の一方と動作可能に結合され、凸面部分のそれぞれの対に接し、対のそれぞれが前記部分の他方と動作可能に結合されている。凸面部分は、シリンダの軸に関して対称的で、かつ反対側にある。支持面部分と凸面部分とは、相互に着座し、ばね手段および作動手段のそれぞれの部分と動作可能に結合されており、これにより、相互に着座した面部分によって、前記部分に作用する対向軸力を、ピストンのモーメントの出現を最小限に抑えるような強度で伝達することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明について、添付の図面を参照して、以下で記述する。
【００１１】
リニアモータによって駆動される往復コンプレッサに関して本発明を記述する。往復コンプレッサは、冷却システムにおいて使用されるタイプであり、気密シェルを備え、気密シェルの内側には、モータコンプレッサアセンブリが取り付けられており、このモータコンプレッサアセンブリは、前記シェルの内側に固定され、かつリニアモータ１とシリンダ２とによって形成された基準アセンブリと、シリンダ２の内側で往復運動するピストン３と、シリンダ２の外部に提供され、かつ磁石５を支持している作動手段４とによって形成される共振アセンブリとを含む。作動手段４は、リニアモータ１に通電することによって軸方向に押しやられ、前記作動手段４は、ピストン３をリニアモータ１に動作可能に連結する。
【００１２】
図１に示したコンプレッサは、共振ばね手段１０をさらに含む。この共振ばね手段は、一定に圧縮されており、共振アセンブリと基準アセンブリとに同時に取り付けられ、ピストン３の変位方向で、弾性的かつ軸方向に変形可能である。ばね手段１０は、たとえば、それぞれが作動手段４の隣接面に接して取り付けられている一対のらせんばね１１を含む。
【００１３】
図１に示した実施形態では、シリンダ２は、ピストン３の先端およびバルブプレート６の間に画定された圧縮室２０とシリンダヘッド３０の各内側部分との間に選択的に流体を流すことを可能にする、吸入バルブ７および吐出バルブ８を備えたバルブプレート６によって閉鎖された端部を有しており、シリンダヘッド３０の各内側部分は、コンプレッサが連結される冷却（冷凍）システムの低圧側および高圧側との流体連絡がそれぞれ維持されたている。
【００１４】
図１に示した従来の技術の構造では、各らせんばね１１は、隣接する面作動手段４に接して着座する最終コイルを有するそれぞれの末端部分と、基準アセンブリを固定するための反対側の末端部分とを有する。この構成では、ピストン３の動作中、作動手段４に接した各らせんばね１１の接触および着座領域では、前記図１のＦＲによって示した圧縮反力が加えられる。この力は、ピストン３に伝達された運動量ＭＰにより生じ、ピストン３を位置合わせ不良にし、その結果、すでに議論したように、時間の経過と共に前記ピストン３は磨耗することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によれば、ばね手段１０は、一対の支持面部分４０（たとえば、凹または平坦な面部分の形態）を相互に着座させることによって作動手段４に取り付けられる。一対の支持面部分４０の少なくとも一方は、各対の凸面部分５０（たとえば、軸がシリンダ２の軸と直交する球または円筒）に接して、ばね手段１０および作動手段４の部分の一方と動作可能に結合されている。対の凸面部分５０の夫々は、前記部分の他方と動作可能に結合されている。凸表面部分５０は、シリンダ２の軸に関して対称的で、かつ反対側にあり、軸を含む面における位置合わせを画定する。支持面部分４０と凸面部分５０とは、相互に着座し、ばね手段１０および作動手段４の各部分と動作可能に結合されている。これにより、相互に着座した面部分によって、前記部分に作用する対向軸力を、ピストン３の運動量の出現を最小限に抑えるような強度で伝達する。示した構造では、前記相互に着座した部分に作用する対向軸力は、同じ強度を提供し、ピストン３に与えられる運動量はゼロになる。
【００１６】
本発明の例示した構造形態によれば、支持面部分４０の各対と凸面部分５０の各対とは、以下で記述するように、同じそれぞれの部分に動作可能に結合される。
【００１７】
図３〜図１４に示したような本発明の構造の変形形態では、支持面部分４０の対および凸面部分５０の対の少なくとも一方は、作動手段４およびばね手段１０のそれぞれの部分に組み込まれる。
【００１８】
支持面部分４０のそれぞれの対に対して作用する凸面部分５０の１つの対のみを提供する構造選択肢では、凸面部分５０の対によって画定される位置合わせは、ピストン３に作用する運動量が最小限、好ましくはゼロであるように、支持面部分４０の対に関して、ばね手段１０の第１接触部分に対して角度をなしている。この結果を獲得するために、凸面部分５０の対および支持面部分４０のそれぞれの対との位置合わせは、角度Φで行われる。この角度は、ばね手段１０から前記接触部分への着座方向から取られ、ばね手段１０の圧縮力に反作用する力の集中の所定の割合に対応する。この力は、前記圧縮力の値の５０％より大きく、前記角度Φは、具体的には、作動手段４上のばね手段１０の最後のコイルの着座方向から９０度および１８０度の間、好ましくは１１０度および１２０度の間、より好ましくは１１５度および１１８度の間で画定される。
【００１９】
たとえば図３〜図１３に示したような本発明の構造形態によれば、ばね手段１０のらせんばねの少なくとも１つと作動手段４との間には、たとえば平坦な、リングの形態のスペーサ本体６０が提供される。これは、シリンダ２の軸に直交する面上にあり、互いに軸方向に間隔をおいて配置された２つの座面６１を提供する。前記面のそれぞれは、ばね手段１０および作動手段４の部分の一方に隣接するそれぞれの端面と対面し、前記座面６１の少なくとも一方は、凸面部分５０の対および支持面部分４０の対の一方を支持し、前記面の他の対は、作動手段４およびばね手段１０の部分の一方において画定される。
【００２０】
図３〜図５および図７〜図１３に示した構造では、凸面部分５０の少なくとも１つの対が、スペーサ本体６０に画定され、支持面部分４０の対が、ばね手段１０および作動手段４の他の部分の一方において画定される。
【００２１】
この構造では、ばね手段１０の各らせんばねは、上述した着座角度に従って、スペーサ本体６０の座面６１に接して着座する。前記スペーサ本体６０は、前記スペーサ本体６０に提供された凸面部分５０の対を、作動手段４の隣接面上に画定された支持面部分４０のそれぞれの対の上に相互に着座させることによって、作動手段４に接して着座する。
【００２２】
図１４に示した構造では、凸面部分５０の対は、ばね手段１０のらせんばねの最終コイルにおいて画定され、支持部分４０の対は、たとえば、作動手段４の隣接面上において画定される。
【００２３】
図１３に示した構造では、スペーサ本体６０は、作動手段４の隣接面に接して、平坦座面６１によって着座する。前記スペーサ本体６０は、他の座面６１において、凸面部分５０の対を組み込んでいる。凸面部分５０は、以前に議論した着座角度に従って、たとえばばね手段１０のらせんばねの隣接末端コイルにおいて、前記末端コイルに提供された凹みの形態などで画定された支持面部分４０のそれぞれの対と接して着座する。
【００２４】
図６に示したスペーサ本体６０の構造は、各座面６１の上に凸面部分５０の対を提供する。凸面部分５０は、互いに直交し、前記スペーサ本体６０の外形（プロファイル）に関連して画定される。前記スペーサ本体は、この構造ではリングであり、互いに位置合わせされた２つの頂点部分を提示し、かつ前記凸面部分５０を画定するように湾曲されている。
【００２５】
図３〜５および７〜８に示した構造形態では、スペーサ本体６０は、たとえば凸面部分５０の２つの対を組み込むことによって支持している。各対は、作動手段４に接して配置された各らせんばねの振動支持を画定するために、前記スペーサ本体６０の座面６１の上に提供され、凸面部分５０の位置合わせは、他の座面６１の上に提供された凸面部分５０の位置合わせに対して直交して行われる。この構造の変形形態では、スペーサ本体６０は、支持面部分の対および凸面部分の対の一方を支持し、他の対は、ばね手段および作動手段４の一方または両方において提供することが可能である。
【００２６】
この構造選択肢の他の変形形態では、ばね手段１０のらせんばねの一方の端部の少なくとも１つの間には、少なくとも１つのばね本体６０が提供され、その座面６１の少なくとも一方は、支持面部分４０および凸面部分５０の少なくとも一方を支持する。
【００２７】
図示していないが、本発明の他の構造選択肢によれば、スペーサ本体６０の各座面６１は、座面部分４０および凸面部分５０の一方のそれぞれの対を支持する。この対は、他方の座面６１上で支持された前記面の１つの対によって画定された位置合わせに直交して位置合わせして配置される。
【００２８】
図４によれば、ばね手段１０のらせんばねの少なくとも一方の末端コイルの部分のそれぞれとスペーサ本体との間には、平坦ディスクの形態などの支持リング７０が着座し、座面部分４０のそれぞれの対を画定し、これに接して、凸面部分５０のそれぞれの対が着座する。
【００２９】
図４に示した構造では、スペーサ本体６０は、シリンダ２の軸と凸面部分５０の他の対とに直交する軸を有する凸面部分５０の各対を提供する。前記構造により、たとえば同じ強度を有する対向軸力が凸面部分５０の前記対に作用して、ピストン３にモーメントを伝達しないことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】リニアモータによって駆動されるタイプの気密コンプレッサの概略的な縦直径方向断面図であり、ピストンを往復リニアモータに連結する作動手段を圧縮するらせんばねを提供し、従来の技術により構築され、作動手段に対する反力（ＦＲ）とピストン上に存在する運動力（ＭＰ）とを示す図である。
【図２】本発明により構築された、ばね手段のばねの概略的な斜視図である。
【図３】図１に示したような気密コンプレッサの概略的な縦直径方向断面図であるが、本発明のばね手段の構造により獲得される、作動手段と、ピストンと、リニアモータとの連結を示す図である。
【図４】本発明の図３に示した構造選択肢の概略的かつ部分的な分解斜視図であり、支持リングを備え、ばね手段の末端部分の上に着座する、スペーサ本体を示す図である。
【図５ａ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の１つの概略的な前面図である。
【図５ｂ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の１つの概略的な上面図である。
【図５ｃ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の１つの概略的な横面図である。
【図６ａ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の他の１つの概略的な前面図である。
【図６ｂ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の他の１つの概略的な上面図である。
【図６ｃ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の他の１つの概略的な横面図である。
【図７ａ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の更に他の１つの概略的な前面図である。
【図７ｂ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の更に他の１つの概略的な上面図である。
【図７ｃ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の更に他の１つの概略的な横面図である。
【図８ａ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の更に他の１つの概略的な前面図である。
【図８ｂ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の更に他の１つの概略的な上面図である。
【図８ｃ】図３に示したスペーサ本体の様々な構造形態の更に他の１つの概略的な横面図である。
【図９】本発明の他の構造選択肢の概略的かつ部分的な分解斜視図であり、ばね手段の末端部分の上に着座するスペーサ本体を示す図である。
【図１０ａ】図９に示したタイプのスペーサ本体の他の異なる構造形態の概略的な前面図である。
【図１０ｂ】図９に示したタイプのスペーサ本体の他の異なる構造形態の概略的な横面図である。
【図１１ａ】図９に示したタイプのスペーサ本体の他の異なる構造形態の概略的な前面図である。
【図１１ｂ】図９に示したタイプのスペーサ本体の他の異なる構造形態の概略的な横面図である。
【図１２ａ】図９に示したタイプのスペーサ本体の他の異なる構造形態の概略的な前面図である。
【図１２ｂ】図９に示したタイプのスペーサ本体の他の異なる構築形態の概略的な横面図である。
【図１３】本発明の他の可能な構造形態の概略的な斜視図である。
【図１４】本発明の他の可能な構造形態の概略的な斜視図である。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０ａ】
2004520534.tif 000020
【図１０ｂ】
2004520534.tif 000021
【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際公開パンフレット】
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2004520534.tif 000048
2004520534.tif 000049
2004520534.tif 000050
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004520534.tif 000051
2004520534.tif 000052
【国際調査報告】
2004520534.tif 000053
2004520534.tif 000054