(57)【要約】リニアコンプレッサは、気密シェル８の内部に取り付けられており、シリンダ２を画定するブロックを含む要素を有する基準組立体と、ピストン１を支えるアクチュエータ４を含む要素を有する共振組立体と、シリンダ２の内部でピストン１を往復動させるアクチュエータを駆動するための磁石部材５とコイル６とを含むリニア電気モータとを含む。共振組立体１、４、５とシェル８の一端との間に取り付けられた第１弾性要素２０と、基準組立体２とシェル８の他端との間に取り付けられた第２弾性要素２１と、基準組立体２と共振組立体４との間に取り付けられた第３弾性要素２２とを含み、第１および第２弾性要素２０、２１は、ピストン１の往復動に応じて正反対の力をシェル８に加える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２）を画定するブロックを含む要素群で形成された基準組立体と、ピストン（１）を支えるアクチュエータ（４）を含む要素群で形成された共振組立体と、シリンダ（２）の内部でピストン（１）を往復動させるアクチュエータを駆動するための磁石部材（５）およびコイル（６）を含むリニア電気モータとを含む、気密シェル（８）の内部に取り付けられたリニアコンプレッサであって、前記共振組立体（１、４、５）と前記シェル（８）の一端部との間に取り付けられた第１弾性要素（２０）と、前記基準組立体（２）と前記シェル（８）の他端部との間に取り付けられた第２弾性要素（２１）と、前記基準組立体（２）と前記共振組立体（４）との間に取り付けられた第３弾性要素（２２）とを備え、これらの弾性要素が前記シェル（８）に伝達される振動を低減することを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】
前記共振組立体の前記要素が質量Ｍａを有し、前記基準組立体の前記要素が質量Ｍｂを有し、前記第１弾性要素（２１）はばね定数Ｋａを有し、前記第２弾性要素（２２）はばね定数Ｋｂを有し、これらのばね定数は、Ｍａ／Ｍｂ＝Ｋｂ／Ｋａの関係が得られるように決定されることを特徴とする請求項１に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】
前記第１弾性要素（２０）、前記第２弾性要素（２１）、及び前記第３弾性要素（２２）がそれぞれつる巻きばねの形をなすことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項４】
シリンダ（２）がその下端に環状凹部（２ｃ）を有し、第３弾性要素（２２）の一端部が前記環状凹部（２ｃ）に位置し、他端がアクチュエータ（４）の内部に位置していることを特徴とする請求項３に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項５】
環状インサート（２ｃ）が、前記シリンダ（２）の下端部において直径が小さくなったそれぞれの区画によって画定されていることを特徴とする請求項４に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項６】
第３弾性要素（２２）が、ピストン（１）の移動方向に撓む少なくとも１つの板ばねによって画定されていることを特徴とする請求項２に記載のリニアコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアコンプレッサに関し、より詳細には、コンプレッサの構成要素によって伝達される力を、コンプレッサが内部に取り付けられた気密シェルに分配するために小型冷凍システムにおいて一般に使用される形式のリニアコンプレッサの取付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイル要素または磁石要素の一方が固定部材に取り付けられて、その要素の他方が動作させられるべき部材に取り付けられているリニアモータは、よく知られている装置である。電流がコイルに加えられ、コイルは磁力線を発生させて磁石体と相互作用し、可動部材の直線運動を生じさせる。このようなリニアモータは、可動部材がコンプレッサのピストンによって画定されて磁石体が前記ピストンに取り付けられている、冷凍コンプレッサにおいて一般に使用されている。コイルはシリンダを形成するコンプレッサ構造体の外部分に取付け固定され、このシリンダの内部でピストンが往復動する。
【０００３】
図１に示すような、ある周知の形式のリニアコンプレッサでは、気体の圧縮は、垂直壁２ｂのある外部ブロック２ａを有するシリンダ２の内部でピストン１が軸方向に移動することによって生じる。シリンダはシリンダヘッド３によって閉じられ、このヘッドの上に弁板３ｄが取り付けられ、弁板の上に吸込み弁３ａと吐出し弁３ｂが位置する。吸込み弁と吐出し弁は、シリンダ２の中で圧縮される気体の流入と流出を調整する。これらの要素はすべて、一般的に円筒状の気密シェル８の内部に設けられている。吸込み弁３ａに導かれる低圧気体のためにシェル８を通過する通路を形成する入口導管３１と、吐出し弁３ｂから来てシェル８の外側に導かれる圧縮気体のためにシェル８を通過する通路を形成する出口導管３２がある。
【０００４】
ピストン１は、ピストン１のベースフランジ１ａに取り付けられた環状アクチュエータ４によって形成されたリニア電動機によって駆動される。アクチュエータ４の上端部は、トロイド形で通常複数の永久磁石体によって形成された磁石部材５を支持している。電線によって作られたトロイド形のコイル６は、リニアモータの固定子の積層スタックにおける内側積層６ａに取付け固定されている。電流がコイル６に加えられて磁力線を生じさせ、磁石部材５と相互作用し、アクチュエータ４とピストン１の線形往復動を起こさせ、磁石部材５は、コイル６とリニアモータの固定子の積層スタックにおける外側積層６ｂとの間を移動する。
【０００５】
ピストン１は、１セットの板ばね７の中央に連結された軸方向突出部１ｂを組み込んでおり、１セットのばね７の縁部は、シリンダの垂直壁２ｂに適当な連結具１０によって堅固に取り付けられている。板ばね７は、鋼板で作られており、ピストン１がリニアモータにより駆動されて線形往復動するのに従い上下運動する。
【０００６】
ピストン１、アクチュエータ４、磁石部材５、および１セットの板ばね７は、共にコンプレッサの共振または可動組立体を形成する。すなわち、前記の組立体はシリンダ２に対して移動する。シリンダ２、シリンダブロック２ａ、およびこれに付着したヘッド３などの各要素は定置している。
【０００７】
以下、これらの要素を基準または静止組立体と呼ぶ。
【０００８】
コンプレッサをシェルの上に取り付けることができるように、基準組立体の各要素は共振組立体の要素を支えている。図示するように、コンプレッサのすべての動作要素は、コイル形状のばね９の形で示されている複数の弾性懸架要素によって、シェル８の底壁に取り付けられている。必要なだけの数のばね９を設けることができ、さまざまなコンプレッサ構成要素の重量、または質量、およびこれらの要素が発生する力に関連して、これらのばねの寸法を適切に決めることができる。ばね９は、コンプレッサがピストンの往復動によって運転されるときに力を吸収するために、どのような適当な形状であってもよい。図１に示すコンプレッサで見ることができるように、動作中に生じるすべての力は主に、ばね９が取り付けられているシェルの一端に伝達する。
【０００９】
図２は、図１のコンプレッサの要素を示す概略線図である。図示されたこれらの要素において、
Ｍａ＝共振組立体（要素１、４、５、７）の質量
Ｍｂ＝基準組立体（要素２、２ａ、２ｂ、３）の質量
Ｋｒ＝共振組立体の板ばねセット（７）のばね定数
Ｋｓ＝懸架ばねセット（９）のばね定数
【００１０】
図１のコンプレッサにおいて、コンプレッサ要素の完全組立体をシェル８に取り付ける懸架ばね９は、ばね定数Ｋｓを有する。懸架ばね９の機能は、コンプレッサ自体（圧縮ポンプとして作用する移動ピストン）から気密シェル８への振動の伝達を最小限に抑えることである。ばねセット７のばね定数Ｋｒはコンプレッサの圧縮比に関係する。懸架ばねセット９のばね定数Ｋｓは通常、コンプレッサ要素の質量Ｍａ、Ｍｂの機械的共振振動数に影響を及ぼさないように、板ばねセット７のばね定数Ｋｒと比較して非常に小さい。
【００１１】
コンプレッサの運転中に、質量Ｍａを有する共振要素組立体は、リニアモータにより、質量Ｍｂを有する基準要素組立体に対して変位される。作用／反作用の原理によって、基準組立体は懸架ばね９上で、共振組立体の質量Ｍａと基準組立体の質量Ｍｂの比に比例して変位する。懸架ばね９によって支持された基準組立体の変位は、共振組立体が往復動すると、コンプレッサのシェル８に力を伝達し、シェル８を振動させる。このような振動は、特に住宅用冷凍システムにおいて使用する場合には、この形式のコンプレッサには望ましくない。したがって、この形式のリニアコンプレッサのためには、振動量を低減し、ならびに製造と組立てが簡単で安価な取付け装置を提供することが望ましいことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、コンプレッサの全体的な振動を低減するために、コンプレッサの作動時に力を気密シェルの反対端部に分散させるための弾力性のある取付け装置を有する気密シェルの内部にあるリニアコンプレッサを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、コンプレッサの各端部とシェルの対応端部との間にあるばねと、コンプレッサの基準組立体の要素とコンプレッサの共振組立体の要素との間のばねとによって、コンプレッサがシェルの内部に取り付けられている、リニアコンプレッサを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、シェルに伝達される振動を低減するために、上端部と下端の各々がシェルの対向端部と係合しているばねと、コンプレッサの固定要素と可動要素との間で作用するばねとを有する、シェルの中に垂直に取り付けられたリニアコンプレッサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、リニアコンプレッサは、気密シェルを有し、その内部にはコンプレッサ要素が取り付けられている。コンプレッサは、シリンダを形成するブロックを含む要素の基準または定置組立体を有する。シリンダ内部でピストンを往復動させるリニアモータによって駆動されるアクチュエータを含む要素の共振または可動組立体もある。アクチュエータはリニアモータの永久磁石を有する。つる巻きばねなどの第１弾性要素が、コンプレッサの一端における共振組立体のアクチュエータなどの一部分とシェルの一端との間に取り付けられている。つる巻きばねにすることもできる第２弾性要素が、コンプレッサの他の端部におけるシリンダブロックなどの基準組立体とシェルの他の端部との間に取り付けられている。第３弾性要素が、これもつる巻きばねであることが好ましいが、基準組立体と共振組立体との間に取り付けられている。好ましい一実施形態では、第３要素の取付けは、第３弾性要素の一端をシリンダの一端に係合させ、前記弾性要素の他の端部をアクチュエータに係合させることによって完成する。
【００１６】
ピストンがリニアモータによって駆動されてシリンダ内で往復動するとき、力が発生し、この力に対抗して第１および第２弾性要素が反作用する。換言すれば、シェルの一端における一弾性要素が圧縮されているときには、他端における弾性要素も圧縮されている。したがって、運転中に生じる力は同時にシェルの両端部に反対方向に伝達される。
【００１７】
基準組立体は質量Ｍｂを有し、共振組立体は質量Ｍａを有し、第１および第２弾性要素はそれぞれ、Ｍａ／Ｍｂ＝Ｋｂ／Ｋａになるように選択されたばね定数ＫａとＫｂとを有する。第３弾性要素のばね定数Ｋｃは、システムの振動を無くすかまたは少なくとも低減するように選択される。
【００１８】
本発明のその他の目的および利点は、下記の明細書および添付の図面を参照することによって更に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図３、４は、本発明によって作られたリニアコンプレッサの好ましい実施形態を示すもので、図１、２に示すものと同じ要素には同じ参照番号が使用されている。図３のコンプレッサは、内部でピストン１が滑動するシリンダがその下端で環状インサート２ｃを有するという点で、図１のものとは異なっている。図示された実施形態では、環状凹部２ｃは、シリンダ２の下端において直径が小さくなったそれぞれの部分によって画定されている。
【００２０】
図３では、共振組立体のアクチュエータ４とコンプレッサのシェル８との間に取り付けられた第１弾性要素２０がある。第１弾性要素２０は、共振組立体の質量に従って寸法決定された所望のばね定数Ｋａを有する、必要なサイズのつる巻きばねの形にすることができる。この第１弾性要素２０は、ピストン１が往復動すると上下動する。さらに第２弾性要素２１が設けられており、これは、基準組立体のシリンダヘッド３とシェル８との間に取り付けられて、基準組立体の質量の関数として大きさが決定されたばね定数Ｋｂを有するつる巻きばねにすることもできる。第２弾性要素２１もまた、ピストンがシリンダ中で往復動すると上下動する。一般に、コンプレッサの両端におけるばねは、ピストンの往復動に応じて同時に圧縮伸張される。
【００２１】
本解決策によればさらに第３弾性要素２２が設けられ、これもつる巻きばねとして示されており、その上端部は、基準組立体のシリンダ２の下端における環状凹部２ｃに位置する。第３弾性要素２２の下端部は、ピストン１の下端部に位置し、共振組立体のアクチュエータ４の内部にある。第３弾性要素２２は、コンプレッサの共振組立体と基準組立体との間の変位を決定する所望のばね定数Ｋｃを有し、これはピストン１がシリンダ２から遠ざかる向きに動くと圧縮され、ピストンがシリンダの中を動いて気体を圧縮すると伸張する。
【００２２】
図４は、図３のコンプレッサの概略図であり、２つの質量Ｍａ、Ｍｂによって形成された機械的共振システムを示している。質量Ｍａは、共振組立体の磁石部材５、アクチュエータ４、およびピストン１を含む。質量Ｍｂは、基準組立体のシリンダヘッド３、シリンダブロック２ａ、およびシリンダ２を含む。３つの弾性要素２０、２１、２２は、それぞれのばね定数Ｋａ、Ｋｂ、Ｋｃを有し、機械的共振システムの共振振動数に関与しており、すなわち、３つの弾性要素２０、２１、２２はすべて、ピストンが往復動すると同時に動く。
【００２３】
図３、４のコンプレッサでは、ピストン１がリニアモータによって駆動されて下向きに動くと、第１弾性要素２０は力を下向きにシェル８に伝達し、第２弾性要素２１は力を上向きにシェル８に伝達する。ピストンの反対方向の移動中に、第１および第２弾性要素によって同時に生じる力は、互いに正反対の方向を有する。
【００２４】
図４では、
Ｍａ＝共振組立体（要素１、４、５）の質量
Ｍｂ＝基準組立体（要素２、２ａ、２ｂ、３）の質量
Ｋａ＝共振組立体とシェル８の下端との間で作用する第１弾性要素２０のばね定数
Ｋｂ＝基準組立体とシェル８の上端部との間で作用する第２弾性要素２１のばね定数
Ｋｃ＝共振組立体と基準組立体との間で作用する第３弾性要素２２のばね定数
【００２５】
図３、４の取付けシステムを備えたコンプレッサは機械的固有振動数を有し、第１および第２弾性要素２０、２１は、これらがピストン１の変位に応答してそれぞれの質量ＭａおよびＭｂによって同時に圧縮伸張されるので、シェル８に加えられる力を無にする。
【００２６】
図３、４に図示する構造の目的は、振動を低減し最小限に抑えるために、シェル８の対向端部に伝達される力を均衡させることである。これを完遂するために、Ｍａ／Ｍｂ＝Ｋｂ／Ｋａの関係が質量とばね定数との間で決定される。第３弾性要素２２のための値Ｋｃは、リニアコンプレッサの共振ばねとして作動させるために、コンプレッサ要素の特定の設計にしたがって選択される。
【００２７】
垂直配向のコンプレッサによって正しく運転するために、弾性要素２０、２１、２２は、さまざまなコンプレッサ構成要素の重量（質量）を考慮して、シェルの内部に懸架されるコンプレッサを保持するために十分な強度と剛性を有する必要がある。
【００２８】
本発明は、シェルに伝達される力をより釣り合いのとれた方式で分散させるという利点を提供する。弾性構成要素がもっと大きくなることによって、コンプレッサからシェルへのノイズの伝達が増えることに起因するシステム内の欠点が生じる可能性もある。しかしながら、これは、シェル８と第１および第２弾性要素２０、２１の各々との間にノイズ吸収要素を設けることによって解決することができる。
【００２９】
本発明の特定の特徴を、単に便宜上１つまたは複数の図面に示した。各特徴は本発明による他の特徴と組み合わせることもできるからである。他の実施形態は、当業者には認識されるあろうし、特許請求の範囲に含まれることが意図されている。したがって、上記の説明は例示的なものであって、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲を限定するものではないと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来技術による一形式のリニアコンプレッサの縦断面図である。
【図２】図１のコンプレッサの概略図であり、そのコンプレッサ要素の質量とばね定数およびコンプレッサ要素の相互作用を図示する。
【図３】本発明の好ましい実施形態によって作られたリニアコンプレッサの縦断面図である。
【図４】図３のコンプレッサの概略図であり、そのコンプレッサ要素の質量とばね定数およびコンプレッサ要素の相互作用を図示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月22日(2003.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ（２）を画定するブロックを含む要素群で形成された基準組立体と、ピストン（１）を支えるアクチュエータ（４）を含む要素群で形成された共振組立体と、シリンダ（２）の内部でピストン（１）を往復動させるアクチュエータを駆動するための磁石部材（５）およびコイル（６）を含むリニア電気モータとを含む、気密シェル（８）の内部に取り付けられたリニアコンプレッサであって、前記共振組立体（１、４、５）と前記シェル（８）の一端部との間に取り付けられた第１弾性要素（２０）と、前記基準組立体（２）と前記シェル（８）の他端部との間に取り付けられた第２弾性要素（２１）と、前記基準組立体（２）と共振組立体（４）との間に取り付けられた第３弾性要素（２２）とを備え、これらの弾性要素が前記シェル（８）に伝達される振動を低減し、前記共振組立体の前記要素は質量Ｍａを有し、前記基準組立体の前記要素は質量Ｍｂを有し、前記第１弾性要素（２１）はばね定数Ｋａを有し、前記第２弾性要素（２２）はばね定数Ｋｂを有し、これらはＭａ／Ｍｂ＝Ｋｂ／Ｋａの関係が得られるように決定されることを特徴とするリニアコンプレッサ。
【請求項２】
前記第１弾性体（２０）、前記第２弾性体（２１）、前記第３弾性要素（２２）がそれぞれつる巻きばねの形をなすことを特徴とする請求項１に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項３】
シリンダ（２）がその下端に環状凹部（２ｃ）を有し、第３弾性要素（２２）の一端が前記環状凹部（２ｃ）に位置し、他端がアクチュエータ（４）の内部に位置していることを特徴とする請求項２に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項４】
環状インサート（２ｃ）が、前記シリンダ（２）の下端部において直径が小さくなったそれぞれの区画によって画定されていることを特徴とする請求項３に記載のリニアコンプレッサ。
【請求項５】
第３弾性要素（２２）が、ピストン（１）の移動方向に撓む少なくとも１つの板ばねによって画定されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアコンプレッサ。
【国際調査報告】
2004522051.tif 000023
2004522051.tif 000024
2004522051.tif 000025