(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダアッセンブリ及びピストンアッセンブリと、前記シリンダアッセンブリを前記ピストンアッセンブリに軸線に沿った移動を制限するように取り付けるための取り付け手段と、前記アッセンブリのうちの一方のアッセンブリに取り付けられており、エアギャップを形成する磁石手段と、前記アッセンブリのうちの他方のアッセンブリに取り付けられた、前記エアギャップ内で軸線方向に移動するように取り付けられたコイルを含むコイルアッセンブリとを含むリニアコンプレッサモータにおいて、
前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリは、前記コイルアッセンブリによって接合された第１部品及び第２部品を含み、前記取り付け手段は、軸線方向に離間された二つの連結要素を含み、これらの要素は、前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの前記第１部品を前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリに連結する第１要素、及び前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの前記第２部品を前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリに連結する第２要素である、ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記アッセンブリの各々は、シリンダアッセンブリでシリンダを構成し、ピストンアッセンブリでピストンを構成する同軸に位置決めされた円筒形部材を含み、コイルを賦勢した際の前記コイルと前記磁石手段との間の電磁相互作用により、前記ピストンと前記シリンダとの間で軸線方向往復運動を生ぜしめ、ポンプ作用を発生する、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの前記第１部品は、前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの円筒形部材を支持し、前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの前記第２部品は、前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリの前記円筒形部材にこの部材に沿って摺動自在であるように嵌着したカラーを支持する、請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記カラーは前記円筒形部材に遊び嵌めされている、請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記磁石手段は、環状磁石と関連した磁極片とを含み、この磁極片は、前記コイルとの電磁相互作用を可能にするような軸線方向位置で前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリの前記円筒形部材とともに移動するように取り付けられている請求項２、３、又は４に記載のモータ。
【請求項６】
前記環状磁石は二つ設けられており、これらの磁石は、前記軸線に関して軸線方向に離間されている、請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
前記磁石は、前記磁極片によって軸線方向に離間されており、かくして前記磁極片は両磁石に共通であり、前記磁石は互いに反対方向に軸線方向に磁化されている、請求項６に記載のモータ。
【請求項８】
前記磁石又は各磁石は永久磁石である、請求項６又は７に記載のモータ。
【請求項９】
前記磁石又は各磁石は電磁石である、請求項６又は７に記載のモータ。
【請求項１０】
前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリの前記円筒形部材は、この円筒形部材から半径方向に延びるフランジを支持し、このフランジは、略円筒形のハウジングを支持する、請求項２乃至９のうちのいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１１】
前記ハウジングの少なくとも一部が、磁石手段及びコイルを更に含む磁気回路の部分を形成するように位置決めされた磁性体で形成されている、請求項１０に記載のモータ。
【請求項１２】
前記第１及び第２の連結要素は、前記軸線に関して前記フランジの両側に夫々位置決めされている、請求項１０又は１１に記載のモータ。
【請求項１３】
前記フランジには通孔が形成されており、これらの通孔を、前記コイルアッセンブリの部分が、コイルアッセンブリとフランジとの間の相対的軸線方向移動を可能にする方法で通過している、請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
前記コイルアッセンブリの一方の軸線方向端部には、所定の角度だけ互いに離間されており且つ軸線方向に伸長した壁状の部分である複数のキャストレイション（２３）が形成されており、前記フランジには、当該キャストレイションが貫通できる対応する形状の所定の角度だけ互いに離間された通孔が形成されている、請求項１３に記載のモータ。
【請求項１５】
前記連結要素は一つ又はそれ以上の螺旋状ばねを各々含み、各螺旋状ばねは、螺旋状スロットを形成することによって螺旋状アームが切り出してある薄い材料でできた平らなディスクを含み、前記ばねによって互いに取り付けられるべき前記ピストンアッセンブリ及び前記シリンダアッセンブリは、前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリが前記アームの半径方向内端にある場合、及び前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリが前記アームの半径方向外端にある場合に取り付けられている、請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１６】
前記ディスクの前記スロットは、前記ディスクの部分を形成する外環状部及び前記ディスクの部分を形成する内環状部との間を延びる、請求項１５に記載のモータ。
【請求項１７】
前記ディスクの前記スロットの外端は、前記ディスクの前記外周まで延びており、かくしてアームの外端を分離する、請求項１６に記載のモータ。
【請求項１８】
前記コイルアッセンブリは、円筒形形状のコイルホルダを含む、請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１９】
前記コイルは、前記コイルホルダに形成されたスロットに巻き付けてある、請求項１８に記載のモータ。
【請求項２０】
前記スロットは、前記コイルホルダに前記外周面に形成されている、請求項１９に記載のモータ。
【請求項２１】
前記コイルホルダは、軸線方向に離間された二つの部品で形成されており、前記コイルは、前記二つの部品を分離する環状空間に巻き付けてあり、前記コイルは、コイルホルダの二つの部品を互いに接合できる自己支持性構造ユニットを構成するようになっている、請求項１８に記載のモータ。
【請求項２２】
自己支持性構造ユニットにする目的のため、コイルを注封し、コイル巻回部を単一のユニットとして互いに結合する、請求項２１に記載のモータ。
【請求項２３】
磁性体又は非磁性体でできた薄い層が、強化の目的のため、隣接したコイル巻線層間に配置してある、請求項２１又は２２に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
本発明は、リニアコンプレッサモータ（linear compressor motor）に関する。従来の電動式コンプレッサは、代表的には、往復動するピストン／シリンダアッセンブリをクランクシャフト又は等価のカム装置を介して駆動する電動モータを有する。最近、リニアコンプレッサにおける関心が示されてきた。これは、リニアコンプレッサが非常にコンパクトにつくることができ、寿命が非常に長く、摩耗を無視できるためであり、かくして、特別な用途、例えば冷凍の用途に適している。
周知の可動コイル型（moving coil）リニアコンプレッサモータを添付図面のうちの第１図に示す。この図面を参照する。
モータは、軸線１に沿って互いに関して移動自在の二つのアッセンブリを含む。これらの二つのアッセンブリは、シリンダアッセンブリ３及びピストンアッセンブリ２である。アッセンブリ３は、シリンダ４を含み、一方の端部５が閉鎖されており、アッセンブリ２の部分を形成するピストン６がその内部で往復動する。ピストンとシリンダとの間の半径方向隙間は、代表的には、５μｍ乃至１５μｍであり、これにより、ピストンに対するシリンダの往復動が効果的なポンプ作用を提供する。
シリンダ４からフランジ７が半径方向外方に延びている。フランジは外周縁のところで曲がっており、非磁性体製の円筒形コイルホルダ８がここに取り付けられている。かくして、コイルホルダ８は、シリンダ４に固定されており且つこのシリンダと同軸であるがシリンダから外方に離間されている。コイルホルダ８には、コイル９の多数のワイヤ巻回部が巻付けられている。ワイヤの端部は、必要な振動運動を提供するための適当な交流電源に接続されている。
ピストン６には円形の端キャップ１０が取り付けられている。端キャップは、軸線方向ボルト（図示せず）によって円筒形ハウジング１１に取り付けられている。環状磁石１３及び環状内磁極片１４が取り付けられたフランジ１２がハウジング１１から半径方向内方に延びている。ハウジング１１及びフランジ１２は少なくとも一部が磁性体でできており、かくして、磁石自体及び内磁極片１４を含む磁気回路を形成する。内磁極片１４とハウジング１１との間では、円筒形エアギャップ１５が磁気回路内に配置されているということは理解されよう。かくして、ハウジング１１は外磁極片を構成する。
実際には、ハウジング１１は、破線７０、７１のところで軸線方向で三つの別個の構成要素に分かれる。中央構成要素は、磁気回路で必要とされるため、磁性体でできており外磁極片を含む。左側（エアギャップと隣接している）では、磁束漏れを最少にするため、非磁性体が必要とされ、別体のスペーサ（代表的には、アルミニウム合金製である）が使用される。右側では、特別の必要はなく、外磁気回路を延長でき、又は別体の構成要素を使用できる。
アッセンブリ２及び３は、一対の螺旋状ばね１６、１７によって互いに軸線方向に移動するように取り付けられている。これらのばねの各々は、代表的には０．１mm乃至１mmの厚さのステンレス鋼又はベリリウム銅等の薄い材料でできた一枚又はそれ以上の円形の平らなディスクからつくられている。一枚のこのようなディスクの平面図を添付図面のうちの第２図に示す。この図では、斜線を付けた領域は、ばねが隣接した構成要素にクランプされる場所を示し、内側の領域は、シリンダ／コイルホルダアッセンブリ３にクランプされる場所を示し、外側の領域は、ピストン／磁石アッセンブリ２にクランプされる場所を示す。領域間では、ディスクにスロット１９を形成することによって、一連の６つの螺旋状アーム１８が形成されている。応力を解放するため、各スロットの各端には穴２０が設けられている。各ばねが１枚以上のディスクからなる場合には、個々のディスクは薄いシム（図示せず）によって軸線方向に離間されている。
軸線１の方向でのこれらのばねの剛性は極めて低いが、これに対し、半径方向剛性は非常に高い。かくして、軸線１に沿って互いに正確に移動するように、及びピストン６とシリンダ４との間で上述の精密な公差を得ることができるように、即ちこれらの二つの間で接触シールが必要でないように、二つのばね１６及び１７がアッセンブリ２、３を拘束する。
適当な交流電流を、通常は螺旋状ばね１６、１７を介してコイル９に供給することによってモータを賦勢する。これらのばねは、他の構成要素から適当に絶縁されている。かくして、コイル自体とギャップ１５を横切る磁界との間の電磁相互作用により、コイルに振動力が加わり、これによってコイルをピストン／磁石アッセンブリ２に関して振動移動させる。この移動は、ばね１６及び１７の作用によって、軸線１に沿って前後に上文中に説明したように拘束される。これによって、ピストン６をシリンダ４内で往復動させ、必要なポンプ作用を提供する。
本発明は、上文中に説明した種類のコンプレッサモータに関し、上文中に説明した構造よりも更にコンパクトにできる構造を提供しようとするものである。これは、コイルアッセンブリを構造部材にすることによって行われる。上文中に説明したモータでは、コイルアッセンブリは一端が支持されており、その役割は単に力を発生することである。本発明のモータでは、コイルアッセンブリは構造部材としての追加の役割を持つ。
本発明によれば、シリンダアッセンブリ及びピストンアッセンブリと、前記シリンダアッセンブリを前記ピストンアッセンブリに軸線に沿った移動を制限するように取り付けるための取り付け手段と、前記アッセンブリのうちの一方のアッセンブリに取り付けられており、エアギャップを構成する磁石手段と、前記アッセンブリのうちの他方のアッセンブリに取り付けられており、前記エアギャップ内で軸線方向に移動するように取り付けられたコイルを含むコイルアッセンブリとを有するリニアコンプレッサモータにおいて、前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリは、前記コイルアッセンブリによって接合された第１部分及び第２部分を含み、前記取り付け手段は、軸線方向に離間された二つの連結要素を含み、これらの要素は、前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの前記第１部品を前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリに連結する第１要素、及び前記アッセンブリのうちの前記他方のアッセンブリの前記第２部品を前記アッセンブリのうちの前記一方のアッセンブリに連結する第２要素である、ことを特徴とするリニアコンプレッサモータが提供される。
かくして、コイルアッセンブリは、前記他方のアッセンブリの第１部分と第２部分とを互いに接合する構造要素として役立つ。離間された一つの連結要素が構成する、二つのアッセンブリ間の十字形支持体が、前記他方のアッセンブリの場合、コイルアッセンブリを効果的に横切る。重要でないけれども、以下に説明する全ての実施例において、前記一方のアッセンブリ（このアッセンブリは磁石手段を支持する）はシリンダアッセンブリであり、前記他方のアッセンブリ（このアッセンブリはコイルアッセンブリを支持する）はピストンアッセンブリである。
コイルアッセンブリは、通常は、コイル自体及びそのホルダによって構成されているが、ホルダを持たない自己支持コイルがこの構成で役立たない理由はない。コイルホルダは、好ましくは全体に円筒形形状であり、その外周面の凹所にコイルが巻付けてある。別の態様では、コイルは、通しスロットに巻き付けることができ、この通しスロットは、コイルホルダを、スロットの幅によって軸線方向に離間された二つの部分に効果的に分割する。これらの二つの部分は、コイル自体によって物理的に接合されている。この場合、コイル自体が自己支持性でなければならず、この目的のため、コイル巻回部を互いに単一のユニットとして結合するのに適当な注封剤を使用できる。更に、コイルは、隣接したコイル巻線層間に配置した薄い非磁性体層によって強化できる。このような材料は、例えば、プラスチック材料又は織布材料又は不織布材料でできたシートであるのがよい。特定の例には、ケブラー又は炭素繊維が含まれる。
磁石手段は、磁石と、磁極片間に形成される上述のエアギャップとを含む完全な磁気回路の部分を形成する。第１図の従来技術のモータにおけるのと同様に、磁石は一つでよいが、一対の磁石によって、モータの全体としての大きさ（特定的には、通常は限界寸法である直径）をほとんど又は全く変えることなく、エアギャップを横切る磁界の強さを大きくできる。磁石は、好ましくは永久磁石であるが、電磁石であってもよい。都合の良いことには、磁石の形状は環状であり、モータの軸線を中心として取り付けられている。磁石は、特定の構造に応じて、半径方向又は軸線方向に磁化されているのがよい。説明する実施例の多くにおいて、磁石は軸線方向に磁化される。これは、このような磁石の方が製作が容易であるためである。前記エアギャップに磁束を供給する一対の磁石が設けられている場合には、これらの磁石は共通の磁極片を間に置いて軸線方向に離間されており、相互に反対方向に軸線方向に磁化されている。
二つのアッセンブリを互いに関して取り付ける作用をなす連結要素は、好ましくは、軸線に沿ったこれらのアッセンブリの相対的軸線方向移動を拘束する。上文中で第２図に関して説明した螺旋状ばねは、この目的に適しているが、本発明者は、同様の概念であるが更にコンパクトな設計であり、アームに更に均等な応力を加える別の態様のばねを設計している。この変形例の設計を以下に説明する。本発明を更に良好に理解するため、その幾つかの実施例を添付図面を参照して以下に単なる例として説明する。
第１図は、周知の構造のリニアコンプレッサモータの側断面図であり、
第２図は、第１図のコンプレッサモータで使用される周知の種類の螺旋状ばねの平面図であり、
第３図は、本発明に従って形成されたリニアコンプレッサモータの第１実施例の側断面図であり、
第４図は、左側部分が第３図のＡ−Ａ線での断面であり、右側部分が第３図のＢ−Ｂ線での断面である、第３図に示すリニアコンプレッサモータの二部分断面図であり、
第５図、第７図、第９図、第１１図、第１３図、第１５図、及び第１７図は、本発明の別の実施例を示す第３図と同様の図であり、
第６図、第８図、第１０図、第１２図、第１４図、及び第１６図は、第５図、第７図、第９図、第１１図、第１３図及び第１５図の夫々の断面を示す第４図と同様の図であり、
第１８図は、第１７図の１４−１４線での図であり、
第１９図は、第１７図の実施例で使用されたばねの平面図であり、第２０図は、第１７図の実施例の部分を形成するピストンアセンブリの端面図であり、
第２１図及び第２２図は、第３図の実施例で使用されたコイルアッセンブリの一実施例の側面図及び端断面図であり、第２１図は、第２２図の１７−１７線での図であり、第２２図は第２１図の１８−１８線での図であり、
第２３図は、第２１図及び第２２図のコイルアッセンブリの斜視図であり、
第２４図、第２５図、及び第２６図は、第２１図、第２２図、及び第２３図と夫々対応するが、第５図、第７図、第９図、第１１図、第１３図、第１５図、及び第１７図の実施例で使用するためのコイルアッセンブリの第２実施例を示す図であり、
第２７図、第２８図、及び第２９図は、コイルの三つの別々の巻回方法を示す、第２３図又は第２６図のコイルアッセンブリの部分の拡大図であり、
第３０図は、本発明の実施例で使用するための変形例の種類の螺旋状ばねの平面図である。
以下の説明において、適当な場合には、第１図及び第２図で使用されたのと同じ参照番号が使用されている。先ず最初に第３図及び第４図を参照すると、これらの図には本発明の第１実施例が示してある。第１図の構成に対する相違点を以下に説明する。
第３図の実施例では、外ハウジング１１及び端キャップ１０は、第１図におけるようにピストンアッセンブリでなく、シリンダアッセンブリ３の部分を構成する。同様に、フランジ１２を介してハウジング１１に取り付けられた永久磁石１３及び内磁極片１４もまたシリンダアッセンブリ３の部分である。フランジ１２には、１２０°離間された三つのスロット２０が形成されており、以下に説明するように、コイルホルダ８のキャストレイテッド区分（castellated section）がこれらのスロット内で移動する。
シリンダ４は、端キャップ１０の内側面と当接するその右端が固定されているが、主固定箇所は、シリンダの外面から外方に延びるフランジ２１によって任意の便利な手段でフランジ１２に固定されている。
ピストンアッセンブリ２はフランジ７を有し、このフランジの外端にはコイルホルダ８が取り付けられている。コイルホルダ８は、第２１図乃至第２３図に示すように形成されており、簡単な円筒形区分２２と、１２０°離間された三つのキャストレイション２３を持つキャストレイテッド区分とを含む。コイルホルダ８は、アルミニウム、ステンレス鋼、又はチタニウム合金等の非磁性体でつくられている。渦電流を減少する上で必要な場合には、適当に位置決めされたギャップを組み込むのがよい。コイルホルダは、別の態様では、非導電体、例えばＰＥＥＫ等の剛性プラスチック材料又はＧＲＰ等の複合材料でつくられているのがよい。
コイルホルダの簡単な円筒形区分２２の左端は、第２３図で見ると、上文中に説明したようにフランジ７に取り付けられている。各キャストレイションは、フランジ１２の夫々のスロット２０を隙間を伴って通過し、その端部がスパイダー部材２４に取り付けられる。スパイダー部材２４は、シリンダ４に遊び嵌めした円筒形ハブ２５を含み、１２０°離間された三つのウイング２６がハブ２５から半径方向に延びている。各ウイング２６は、その端部が夫々のキャストレイション２３の端部に取り付けられており、かくしてスパイダー部材をピストンアッセンブリ２の一部にする。
ピストンアッセンブリ２は、第１図及び第２図を参照して上文中に説明したように、一対の螺旋状ばね１６、１７によってシリンダアッセンブリ３に関して取り付けられている。ばねについての別の態様のディスク設計を第３０図に示す。第２図の設計に対する主な相違点は以下の通りである。
１）内径では、環状クランプリングが、ばねアーム１８の端部輪郭と一致する「歯付き」クランプリング２７に代えてある。この場合、円形の応力解放孔のスロット１９の開口部が「涙滴」形状２８になる。
２）外径では、複数のばねアーム１８に分離されている。環状クランプリングを各アームについての個々のクランプ２９に代える。これらのクランプの形状もまた、ばねアームの端部輪郭に合わせてある。分離することにより、応力解放孔に対する必要をなくす。
これらの変更の全体としての効果により、ばねをはるかにコンパクトに設計できる。更に、この幾何学的構成により、アーム１８に加わる応力が更に均等になり、そのため、ばねの性能が従来の設計のばねよりも改善されるということがわかっている。新たな設計の主な欠点は、ばねクランプの製造がはるかに複雑になることである。内クランプ及び外クランプに対する変更は別々の事項であり、従って、混成設計が可能である。
かくして、第３図の実施例の磁気回路は、磁石１３、フランジ１２（これは、ハウジング１１の中央構成要素と同様に磁性体でできている）、ハウジング１１の中央構成要素（これは、上文中に説明したように、外磁極片を形成する）、及び内磁極片１４を含む。かくして、内磁極片と外磁極片との間のギャップ１５には強力な磁束が存在する。
ピストン自体、フランジ７、及びスパイダー部材２４を含むピストンアッセンブリは、好ましくは、例えばアルミニウム合金、ステンレス鋼、剛性プラスチック材料又は複合材料等の非磁性体でつくられている。磁石以外の磁気回路構成要素は、好ましくは、以下の性質を持つ軟磁性体でつくられている。
（ｉ）飽和磁束が高い
（ｉｉ）残留磁気が低い
（ｉｉｉ）透磁性が高い
代表的な材料は、軟鉄及びコバルト鉄である。
第１図に示す設計では、磁石１３を軸線１の方向に磁化する。第５図及び第６図の実施例では、磁石１３は、ドーナッツ形状であるけれども、半径方向に磁化してある。
物理的構造は、第３図と非常に類似している。主な相違点は、第３図の磁石−内磁極片アッセンブリ１３／１４が、フランジ１２とこのフランジ１２と同様にハウジング１１の内面から内方に延びる別のフランジ３１との間に嵌着した軸線方向に延びる磁性体製コア部材３０に代えてあることである。組み立てを容易にするため、ハウジング１１は、図示のように、二つの部品で形成されている。フランジ１２のスロット２０はフランジ３１の鏡像をなしており、フランジ３１の各スロットは、フランジ１２の対応するスロットと整合している。コイルホルダ８は、第２４図乃至第２６図に示すように形成されている。この態様では、コイルホルダは、簡単な中央円筒形区分２２と、一方の端部で１２０°の角度で離間された三つのキャストレイション２３によって形成されたキャストレイテッド端区分と、他方の区分で１２０°の角度で離間された別の三つのキャストレイション３２によって形成されたキャストレイテッド端区分とを有する。かくして、組み立て時にキャストレイション２３がフランジ１２の夫々のスロット２０を通過し、キャストレイション３２がフランジ３１の夫々のスロット２０を通過する。更に、フランジ７はスパイダー部材２４と同様の形態をとる。換言すると、１２０°離間された三つのウイング３４が中央ハブ３３から半径方向外方に延びており、各ウイングが夫々のキャストレイション３２に取り付けられている。かくして、磁気回路は二つの経路を含む。磁石１３の磁束の半分は、コア部材３０、フランジ１２、及び上掲の態様と同様に外磁極片を形成するハウジング１１の中央構成要素を通過し、磁束の残りの半分は、コア部材３０、フランジ３１、及びハウジング１１の中央構成要素を通過する。更に、この実施例の磁石１３は、以下に説明する第７図の実施例の態様で軸線方向に離間された二つの構成要素に分けることができる。
第７図及び第８図は、第５図の実施例と類似しているが、エアギャップ１５での磁束を増大するため、軸線方向に磁化した一対の環状磁石２９、３５を使用する別の実施例を示す。この場合には、軸線１に沿って離間された上述の二つの磁石がフランジ１２とフランジ３１との間に取り付けられている。これらの磁石の間には、組み立てを容易にするために二つの部品でできた環状磁極片３６が設けられている。磁石は反対方向に磁化されているため、同じ磁極が内磁極片３６に亘って互いに対面している。かくして、下記の二つの磁気回路があることがわかる。
（ｉ）磁石２９−フランジ３１−ハウジング１１の中央構成要素、及び磁極片３６；
（ｉｉ）磁石３５−フランジ１２−ハウジング１１の中央構成要素、及び磁極片３６。
ハウジング１１（外磁極片を形成する）及び内磁極片３６が両回路に共通であるため、これらの間のエアギャップは両磁石から磁束を受け入れ、コイル９に加えられた所与のレベルの電流についてコイルホルダ８に加えられる力がはるかに大きくなる。更に、この構造により得られた閉磁気回路は、迷走磁束のレベルが非常に低い。
第９図乃至第１６図は、第７図及び第８図に示すモータを組み込んだ四つの異なるコンプレッサ設計を示す。
第９図及び第１０図の実施例では、端キャップ１０は、閉鎖体部材４０とともに二つの別々のチャンバ４１、４２を形成するような形状をなしている。チャンバ４１はガス出口オリフィス４３に連結されており、チャンバ４２はガス入口オリフィス４４に連結されている。通路４５、４６の各々は、チャンバ４１、４２からシリンダ４の内部４９内に延びている。チェックバルブ４７、４８は、例えば、硬質ステンレス鋼又はポリマー製のフラップバルブである。
作動方法は、当業者には明らかであろう。ピストン６がシリンダ４内で右から左に移動すると、ガスがオリフィス４４を通してチャンバ４２に引き込まれ、移動するピストンによって残されたシリンダの内部４９内の空間に通路４６を通して引き込まれる。この期間中、フラップバルブ４８は開放しており、フラップバルブ４７は閉鎖している。ピストン６が左から右に移動すると、ガスがシリンダの内部４９から通路４５及びチャンバ４１を通って出口オリフィス４３に放出される。ピストンとシリンダとの間の締まり嵌め（実際には、半径方向隙間は約１０μｍである）により、ピストンリングやシールを必要とせずに、効果的なポンプ作用が得られ、これにより、相対的に移動する部品間の摩耗がほとんど無視できる程減少する。
第１１図及び第１２図に示すコンプレッサは、第９図及び第１０図の実施例の両端態様である。左方又は右方を表示するため、第９図及び第１０図からの対応するガス流成分に添字Ｌ又はＲが附してある。左段及び右段は、直列に接続されていてもよいし、並列に接続されていてもよく、或いは、これらを互いに別々に接続できる。これらが直列に接続されている場合には、ユニットは二段コンプレッサとなり、これらが並列に接続されている場合には、ユニットは、本質的には、複動式単段コンプレッサとなる。
第１３図及び第１４図に示すコンプレッサは二段型であり、中間バルブ及びバッファ容積がピストンアッセンブリと一体化してある。第１３図及び第１４図に示すコンプレッサでは、ピストン６は、通路５１、５２が夫々の端部から延びる内部チャンバ５０を形成するように変更してある。通路５１及び５２を通る流れは、チェックバルブ５３、５４によって夫々制御されている。更に、モータの左端には、ピストン６の縮径区分５６が内部で移動する軸線方向ボアを備えた副シリンダ５５が嵌着してある。ピストン６の区分５６と副シリンダとの間の嵌着は、ピストン６及びシリンダ４の主部に関して上文中に説明したのと同様である。副シリンダ５５の左端には、出口オリフィス５９につながるチャンバ５８を構成する小さなハウジング５７が形成されている。チャンバ５８は、チェックバルブ６１によって制御される通路６０により副シリンダ５５の内部に連結されている。モータの右端では、チェックバルブ６３によって制御される通路６２が端プレートに形成されている。このチェックバルブ６３は、シリンダ４の外部から内部４９に導くものである。
第１圧縮段階は、シリンダ４の内部４９で行われ、第２圧縮段階は、シリンダ５５の内部６４で行われる。内部５０は、二つの圧縮段階の間で連結／リザーバ容積として作用する。
２段の実施例には、圧縮比を高くできるという利点がある。
複動式の実施例では、二つのコンプレッサは並列に作用し、位相が１８０°ずれている。以下の二つの利点が得られる。
（ｉ）同じ直径のモータについて行程容積が倍であり；
（ｉｉ）流れパルスが倍であり、送出が更に滑らかになる。
二段の実施例及び複動式の実施例は、両方とも、モータについての負荷のバランスが、第９図に示す単一の圧縮段よりも良好になるという利点がある。
第１５図及び第１６図に示すコンプレッサは、スターリングサイクル機械で使用できるバルブレス二重ピストン装置である。便宜的に、第１５図では、適当な場合には、第１１図と同じ参照番号が使用されている（参照番号４３は、入口／出口複合ポートについて使用されている）が、各場合において、圧縮空間４９Ｌ及び４９Ｒは別々のシステムを形成するということは理解されよう。即ち、実際には、共通のコンプレッサモータで作動する二つのスターリングサイクル機械があるのである。
第１１図及び第１２図の実施例、第１３図及び第１４図の実施例、及び第１５図及び第１６図の実施例の各々について、ピストン６の二つの端部の直径は、状況に従って、同じであってもよいし異なっていてもよい。
第１７図乃至第１９図は、第７図及び第８図の実施例と同様であるが、軸線方向で更にコンパクトな設計にするため、変形例の形態の螺旋状ばねを使用した実施例を示す。第１７図では、スパイダー部材は、三つのウイング２６、３４が、第１８図及び第２０図に示す夫々の螺旋状アームの形態をとるように変更してある。各螺旋状アームの端部は、上文中に説明したように、コイルホルダ８の夫々のキャストレイション２３／３２に取り付けられている。変形例のばねの形状を第１９図に示す。この図でわかるように、ばねは、スロット１９によって離間された三つの螺旋状アーム１８を有する。スロットは、スパイダー部材の螺旋状アーム２６、３４と重ならないように空間的に拡がっており、この特徴により、ばね１６、１７を内方にスパイダー部材とほぼ同じ平面まで移動させることができる。これは、ピストン６が前後に振動する際のばねの移動により、ばねが螺旋状アーム２６、３４をにからまないためである。
第２７図乃至第２９図は、コイル９自体を支持するコイルホルダ８の部分の拡大図である。幅広のスロットをホルダ８の外側面に切込み、コイル巻線をスロットから突出しないようにスロットに置く簡単な方法を第２８図に示す。第２７図及び第２９図では、コイルホルダは、実際には、二つの部品６５、６６で形成されている。これらの部品は、コイル巻線自体によって互いに保持されている。この目的のため、好ましくは、コイル巻線は注封される。部品６５、６６の向き合った端部を段状に形成することにより、アッセンブリを強化する。第２７図に示す構成では、磁性体又は非磁性体製の強化シート６７をコイル巻線に組み込んで強度を向上する。シート６７は、例えば、織布又は不織布であるのがよく、或いはプラスチックシートである。特定の例はケブラー又は炭素繊維である。一枚のシートを示すが、隣接した巻線層間に必要に応じて更に多数のシートを設けることができるということは勿論のことである。強化シートは、好ましくは、渦電流をなくすため、非導電体でできていなければならない。導電性である場合には、例えばスロットを設けるといった方法で不連続にされていなければならない。
第２７図乃至第２９図では、コイルは、円形のワイヤを巻き付けたものとして示してある。しかしながら、円形のワイヤを使用すると、隣接した巻回部間に空所が必然的に形成され、巻線のフィルファクターが低くなる。矩形断面のワイヤを使用すると、フィルファクターを改善でき、及び従って、モータの性能が改善される。リボンワイヤで平打巻したコイルが公知である。
本明細書中に説明したコンプレッサモータには多数の特別の用途があり、特に冷凍で使用される。例えばバルブレスの形態では、スターリングサイクルクーラー、ヒートポンプ、及びエンジン、及びパルスチューブクーラーで使用でき、バルブを備えた形態では、ＪＴ（ジュール  トンプソン）クーラー、ＧＭ（ギフォード  マクマホン）クーラー又は他の潤滑剤を必要としない用途で使用できる。
使用された構造は、相対的移動により摩耗を生じる部品が実際上ないということを意味する。ピストン６の外面には、シリンダの膨張率と一致する適当な膨張率を持つポリマースリーブがコーティングしてある。シリンダ４は、アルミニウム等の非磁性体でできており、シリンダとピストンとの間の隙間に入り込んだ小さな粒子による損傷に抵抗する硬質の耐摩耗面を形成するため、内側面に陽極処理が施してある。別の態様では、ピストン及びシリンダの両方を適当なセラミック等の硬質材料で製作できる。
第５図及び第７図に示す実施例等の磁気回路を二つ備えた実施例では、コイルを構造部材として使用することが特に有利である。これは、非常にコンパクトで丈夫な構造を可能にするためである。そうでない場合には、コイルホルダが長くなり、一方の支持スパイダーで片持ち梁式に支持しなければならず、機械的に満足のいくものであるかどうかは疑わしい。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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