下面参照附图,对本发明的线性电动机和线性压缩机的实施方式 进行说明。另外,在各实施方式中,针对相同的组成,采用同一标号, 省略具体的说明。
(第1实施方式)
图1为本发明的第1实施方式的线性电动机的侧面剖视图。图2 为表示板簧的相对位置的示意图,图3为从板簧42A侧,立体地观看 活动件31、定子35、板簧42B的图。图3为表示线性电动机的组装状 态的分解立体图,图4为表示线性电动机的动作原理的示意图,图5 为表示线性电动机的电流流动方向的示意图。
基本呈圆筒状的定子25具有呈环状卷绕的两根磁导线26A,26B, 固定铁心27,以及支承固定铁心27的外周的支架28。该固定铁心27 收纳磁导线26A,26B,并且在其内周形成三个磁极29A,29B,29C。
该固定铁心27按照下述方式形成,即,从磁性方面来说是无方向 的,并且透磁率较高,比如,将以JIS C2552的无向性电磁
钢带作为代 表的硅钢片(图中未示出)相对圆筒的轴心呈
辐射状而排列。该固定 铁心27按照在内周面形成有磁极29A,29B,29C,夹持预先呈环状缠 绕的磁导线26A,26B的方式装配。
该磁导线26A,26B的绕组的端部26C,26D,26E,26F在固定 铁心27中的、呈辐射状设置的钢板的间隙被引出。另外,象图5所示 的那样,端部26C,26D,26E,26F按照电流绕轴流动的方向与磁导 线26A,26B是彼此逆向的方式连接。另外,端部26G,26H利用实现 电绝缘处理的导线(图中未示出),引出到固定铁心27的外侧。
活动件31呈与定子25同轴心的基本圆筒状,按照可在轴心方向 自由摆动的方式收纳于定子25的内侧。该活动件31具有活动铁心34, 磁铁35A,35B。活动铁心34由铁系材料形成的轴32,以及以轴心为 中心而呈辐射状地、将透磁率较高的硅钢片排列于轴32的外周的薄板 部33成一体形成。该薄板部33与构成固定铁心27的硅钢片相同,比 如,由以JIS C2552的无方向性电磁钢带为代表的硅钢片形成。磁铁 35A,35B按照与定子25的内周保持一定空隙的方式,通过粘接剂固 定于活动铁心34的外周,沿轴向分离为两个部分。磁铁35A,35B在 与固定铁心27面对的主面上,具有各自不同的磁极。磁铁35A,35B 采用包括稀土类元素,具有强磁场的磁铁。
端板36为安装于定子25的固定铁心27的两个端面上的环状的板。 端板36使形成固定铁心27的呈辐射状排列的硅钢片的强度提高。另 外,端板36由
不锈钢等的非磁性材料形成,由此,防止磁通从定子25 的硅钢片
泄漏等的情况,电动机效率提高。另外,为了简化起见,在 图3未示出端板36。
板簧42A,42B设置于活动件31的轴向的两侧。该板簧42A,42B 由具有弹性且富有柔性的板状的金属材料形成,具体来说,由
弹簧钢、 工具钢、不锈钢等的铁系材料形成。在板簧42A,42B中,中心部42C 和涡旋状的两个臂的前端42D,42E这三个部位开设有通孔。中心部 42C通过
螺栓与活动件31的轴32连接,前端42D,42E通过螺栓与定 子25的支架28连接。板簧42A,42B构成弹性部件。
板簧42A按照从中心部42C延伸到前端42D,42E的臂部42F, 42G从图3的板簧42A侧观看,沿逆
时针方向旋转的方式安装。此外, 板簧42B也同样地安装。另外,象图3所示的那样,板簧42A相对支 架28的安装角度为相对板簧42B的支架28的安装角度大致旋转90度 的方向。由此,臂部42F,42G的位置在线性电动机43的两侧不一致。
通过板簧42A,42B,活动件31在与定子25的磁极29A,29B保 持一定空隙的同时,实现相对,按照可沿轴心方向自由摆动的方式支 承。象这样,活动件31和定子25等构成线性电动机43。
下面主要参照图4,对象上述那样构成的线性电动机43的动作进 行说明。
如果电流流过磁导线26A,26B,则象箭头所示的那样,产生经过 固定铁心27、空隙、磁铁35A、活动铁心34、磁铁35A、空隙、固定 铁心27的闭合的磁通Φ。另外,产生经过固定铁心27、空隙、磁铁 35B、活动铁心34、磁铁35B、空隙、固定铁心27的闭合的磁通Φ。 通过该磁通Φ,分别将各磁极29A,29B,29C磁化为N极、S极、N 极。分别将磁铁35A,35B的外表面磁化为S极,N极,在各磁极和 各磁铁之间,产生由空白箭头表示的吸引、排斥的力。由此,沿箭头X 表示的方向,驱动活动件31。
接着,如果反向的电流流过磁导线26A,26B,则产生与上述相反 的动作,活动件31沿与箭头X相反的方向驱动。按照交替地切换电流 的方向和大小的方式进行控制,由此,活动件31进行往复动作。
磁铁35A,35B固定于活动铁心34的外周上。由此,与现有的活 动铁心型的线性电动机相比较,磁铁35A,35B与活动铁心34之间不 产生空隙,由此,磁通环中的空隙小。其结果是,由于磁
阻变小,故 磁通与现有的线性电动机相比较,更容易流动。于是,可减小为了获 得必要推力,向产生一定磁通的磁导线26A,26B付与的电流,可提 高效率,或降低磁铁量。
在活动件31中,由于磁铁35A,35B与活动铁心34粘接,故结 构牢固,外径尺寸的精度提高容易。另外,对较脆的磁铁本身的强度 进行补偿。其结果是,可减小由高价的稀土类形成的磁铁的厚度,大 幅度地降低成本,并且活动部的重量变轻,效率提高。
此外,活动件31通过板簧42A,42B支承于定子25上,但是板 簧42A,42B的半径方向的刚性高于轴向的弹性常数。由此,在活动 件31和定子25之间,即使在作用有活动件31的自重的荷载或磁吸力 的不平衡等的情况下,活动件31和定子25之间的空隙的变化极小。 于是,防止活动件31变形、产生噪音或活动件31和定子25碰撞的情 况。
由于板簧42A,42B具有一边沿同一方向旋转一边延伸的多个臂 部42F,42G,故与内径相比具有较长的臂部。由此,在弹性范围内的 摆动幅度较大,减缓弹簧的
应力增加。
另外,板簧42A,42B均按照从图3的板簧42A侧观看,沿逆时 针方向旋转的方式安装。另外,臂部42F,42G的旋转方向相同。由此, 因伴随两个弹簧的往复运动的弹簧的微小的扭转而产生的旋转方向相 同。由此,通过圆筒形的活动件31稍微旋转,可防止约束扭转时产生 的应力增加,可靠性增加。
在活动件31通过板簧42A,42B而固定于定子25上时,必须在 活动件31和定子25之间,插入多
块宽度较小的薄板状的测厚规,确 保均匀的空隙。但是,如果在线性电动机43的两端面上,设置板簧42A, 42B,则活动件31和定子25之间的空隙隐藏在板簧42A,42B后面。 由此,露出的空隙如图2所示的那样减少。但是,在本实施方式中, 按照板簧42A,42B的安装角度在活动件31的两侧相互错开90度的 方式设置。由此,通过从电动机的两侧插入测厚规,可在几乎全周插 入测厚规。于是,在插入测厚规后,活动件31和定子25通过板簧42A, 42B连接,由此,确保均匀的空隙。其结果是,防止由于磁吸力的不 平衡而产生扭力的情况,减小滑动损耗的发生,防止磨耗。
另外,固定铁心27在包括磁导线26A,26B的收纳部分的截面, 沿轴向分割为3块。由此,通过以夹持预先呈环状而卷绕的磁导线26A, 26B的方式插入,可进行组装,获得较高的生产效率。
此外,在本实施方式中,定子25的磁极数为三个,沿轴向设置2 个活动件31的磁铁,但是,即使在定子的磁极数为2个,或4个以上 的情况下,仍可形成电动机。即,可在定子上设置多个磁极,在活动 件上,沿轴向设置比定子的磁极数少1个的磁铁。
对于固定铁心27的磁通的流动,在磁极29A,29B,29C,与磁导 线26A,26B的外周侧,改变约90度方向。但是,固定铁心27采用 无向性电磁钢带。由此,无论磁通向哪个方向流动,透磁性仍没有方 向性。于是,不产生显著的效率降低。
(第2实施方式)
图6为本发明的第2实施方式的线性压缩机的侧面剖视图,图7 为图6的水平剖视图。密闭外壳(在下面称为“外壳”)41收纳包括 线性电动机43的压缩机主体53。
在与线性电动机43的定子25连接的汽缸51中,以往复运动的方 式插入有与线性电动机43的活动件31连接的活塞52。在该汽缸51的 端面上,安装有汽
汽缸盖54、吸入消声器55。汽缸盖54、吸入消声器 55、汽缸51、定子25等形成固定部57。
活动部58由活塞52、活动件31等构成。在活动件31的轴32的 前端,安装有活塞52,轴32和活塞52通过球窝接头61,以可旋转的 方式连接。板簧42A,42B的相应中心部安装于活动部58,两个前端 部安装于固定部57,构成共振弹簧59。汽缸51安装于线性电动机43 的定子25的支架28上,活塞52以可自由摆动的方式插入圆筒状的汽 缸51的内面51A上。
压缩机主体53按照线性电动机43的往复方向基本处于水平状态 的方式通过悬簧64弹性地支承于外壳41的内部。毛细管66的一端浸 泡于贮存于外壳41的底部的润滑油44中,另一端开口于吸入消声器 55的管部55A的内部。
下面对象上述那样构成的线性压缩机的动作进行说明。如果电流 流过线性电动机43,则伴随活动件31的往复运动,安装于其上的活塞 52在汽缸51的内部往复运动,进行压缩机的动作。此时,电流的
频率 在由固定部57、活动部58的
质量和共振弹簧59的弹性常数确定的共 振频率的附近,由此,通过共振作用,线性电动机43的能量损耗少, 以良好的效率往复运动。
制冷气体通过吸入消声器55被吸入到压缩室48中,但是,此时, 从毛细管66供给润滑油44,对活塞52和汽缸51的滑动部等进行润滑。 由于作用于活动件31和定子25之间的荷载由板簧42A,42B承受, 故在活塞52和汽缸51的滑动部,几乎不作用侧向的力。另外,活塞 52和活动件31通过球窝接头61连接。由此,由于即使在因部件的尺 寸、组装精度的影响,使得线性电动机43的摆动方向和汽缸51的轴 微小地错位的情况下,球窝接头61仍旋转,故防止活塞52和汽缸51 的扭转。于是,防止滑动损耗的增加造成的效率降低,以及摩擦造成 的可靠性降低。
另外,在本实施方式的线性压缩机中,按照汽缸51、板簧42B、 电动机43、板簧42A的顺序,这些部件沿轴向直线排列。即,令活动 件31的摆动方向基本沿水平方向构成。由此,与在电动机的内部设置 有汽缸的现有的线性压缩机相比较,直径较小。通过按照轴心沿水平 方向的方式设置这样的线性压缩机,整体高度小于现有的压缩机。其 结果是,在装载于
冰箱中时,收纳压缩机的机械室的容积变小,冷藏 室的室内容积增加。
此外,由于活动部58确实通过板簧42A,42B支承,故即使在横 向设置压缩机的情况下,活动部58的重量仍不会作为活塞52和汽缸 51的接触荷载而作用。由此,防止滑动损耗的增加造成的效率降低, 以及摩擦造成的可靠性降低。
(第3实施方式)
图8为本发明的第3实施方式的线性压缩机的剖视图。活塞71和 活动件31通过可歪倒杆(在下面称为“杆”)72连接。其以外的组成 与第2实施方式的相同。
杆72由直径较小的棒状的弹性体构成,以便获得能沿轴向承受载 荷的刚性,同时具有沿横向的柔性和弹性。具体来说,由不锈钢、弹 簧钢等具有弹力性和刚性的金属材料形成。即,杆72可沿与活塞71 的轴平行的方向移动,并且可沿旋转方向发生变形。由此,即使在活 动件31的轴32和汽缸51的轴心稍稍错位的情况下,仍防止活塞71 和汽缸51的扭转,防止摩擦、磨耗。
(第4实施方式)。
图9为本发明的第4实施方式的线性压缩机的剖视图。在汽缸81 中,设置有气体通路81B,该气体通路81B从汽缸盖54的高压室54A, 连通到内面81A中的与活塞52面对的位置,形成
气体轴承82。另外, 在本实施方式中,由于不需要润滑油,故不设置图6所示的润滑油44 和毛细管66。其以外的组成与第2实施方式的图6相同。
在气体轴承82中,通过从汽缸盖54的高压室54A供给的高压的 制冷气体,活塞52处于相对汽缸81上浮的状态。通常,由于气体轴 承防止固体之间的接触,故摩擦非常少。但是,为了承受较大的荷载, 必须使大量的气体流动,在用于压缩机的活塞52和汽缸81之间时, 气体的泄漏造成损耗。在本实施方式中,由于活动件31通过板簧42A, 42B支承,故在气体轴承82上,仅仅作用较小的荷载。由此,供给气 体轴承82的气体量较少。但是,球窝接头61防止活塞52和汽缸81 的倾斜。由此,滑动损耗和泄漏损耗这两者变小。由此,压缩机的效 率提高,并且防止摩擦造成的可靠性的降低。
此外,由于不采用润滑油,故润滑油不附着于冷却系统的热交换 器的
传热面上,由此,改善与制冷剂的热传递,改善冷却系统的效率。 另外,由于制冷剂在润滑油中不溶解,故可减小冷却系统所采用的制 冷剂量,不仅价格低,而且冷却系统的热交换的效率提高,冷却系统 的整体的效率提高。此外,在采用自然制冷剂,可燃性制冷剂时,由 于可减小制冷剂的使用量,故万一制冷剂泄漏时的着火、爆炸的可能 性降低,安全性提高。
(第5实施方式)
图10为本发明的第5实施方式的线性压缩机的剖视图。汽缸91 由本身具有润滑性的材料构成。具体来说,在滑动面上,设置与金刚 石类似的
碳膜。另外,在本实施方式中,未设置气体轴承82。其以外 的组成与第4实施方式的图9相同。
活塞52和汽缸91的滑动部的荷载较小。另外,由于汽缸91的表 面91A本身具有润滑性,故即使在不采用润滑油的情况下,仍防止磨 耗,确保滑动部的可靠性。象这样,本实施方式实现与第4实施方式 相同的效果。
此外,在本实施方式中,汽缸91采用与金刚石类似的碳膜,但是 即使在除此以外,采用添加了碳等本身具有润滑性的材料或PTFE等材 料的情况下,仍获得相同的效果。
还有,在本实施方式中,本身具有润滑性的材料用于汽缸91,但 是,即使在用于活塞52的情况下,仍获得相同的效果。
(第6实施方式)
图11为本发明的第6实施方式的线性压缩机的剖视图。活塞96 由陶瓷类的材料,具体来说,由在表面上设置碳化钨的表面膜的部件 构成。其以外的组成与第5实施方式的图10相同。
由于在活塞96的表面上,设置耐磨耗性较高的碳化钨表面膜,故 即使在不采用润滑油的情况下,仍防止磨耗,确保滑动部的可靠性。 另外,由于不采用润滑油,故在粘性摩擦降低等方面与第5实施方式 具有相同的效果。
另外,在本实施方式中,陶瓷类的材料采用碳化钨,但是,即使 在采用其它的
氧化锆等的陶瓷类材料的情况下,可靠性仍提高。
此外,即使代替活塞96,在汽缸51中采用陶瓷类的材料的情况下, 仍获得相同的效果。
(第7实施方式)
图12为本发明的第7实施方式的线性电动机的侧面剖视图,图13 为沿图12中的A-A线的剖视图,图14为弹性轴承的平面图。本实施 方式的活动件121具有由芯部121A和薄板部121B形成一体而构成的 活动铁心124;固定于芯部121A上,沿摆动方向伸出的活动轴126A, 126B。另外,分别设置于活动件121的摆动方向的两侧的弹性轴承 128A,128B保持活动轴126A,126B,可自由摆动地支承活动件121。 其以外的组成与第1实施方式相同。此外,在本实施方式中,未设置 通过图1而说明的端板36,但是也可与第1实施方式相同,设置端板 36。
芯部121A由铁系材料形成,呈中空圆筒状。薄板部121B是将透 磁率较高的,比如,JIS C2552的无向性电磁钢带为代表的硅钢片,以 活动件121的轴心为中心地呈辐射状排列于芯部121A的外周而形成。 活动轴126A,126B均由其
电阻比铁足够大的、非磁性的不锈钢材料 等形成。
弹性轴承128A,128B分别具有通过在板状的弹性件上设置较窄 的槽的方式形成的八个臂128C,128D,128E,128F,128G,128H, 128J,128K。
弹性轴承128A,128B的外周部分别与支架28连接固定,其内周 部与活动轴126A,126B连接固定。该弹性轴承128A,128B构成弹性 部件。虽然该弹性轴承128A,128B的半径方向的刚性极大,但是作 为弹性部件的轴向(摆动方向)的刚性与半径方向相比较非常小。于 是,弹性轴承128A,128B用作按照可沿轴向往复运动的方式支承活 动件121的轴承。半径方向、轴向的刚性随臂的形状、排列、材料、 材料厚度等的设计因素而变化。弹性轴承128A,128B承受至少通过 磁吸力而将活动件121吸引到定子25上的力,活动件121和定子25 具有遍及全周,确保一定间隙的半径方向的刚性。
磁铁35A,35B与磁极29A,29B,29C按照即使在活动件121摆 动时的情况下,磁铁35A仍与磁极29A,29B面对,磁铁35B与磁极 29B,29C面对的方式设置。另外,活动件121按照在摆动时,不从定 子25的内部向外部露出这样的长度构成,其与定子25的长度的差基 本与活动件121的最大振幅一致。
下面对象这样构成的线性电动机的动作进行说明。使电流流过磁 导线26A,26B,按照与第1实施方式的图4相同的方式,驱动活动件 121。接着,如果使电流的方向相反,则驱动活动件121被沿反向驱动。 按照交替地切换电流的方向和大小的方式进行控制,由此,活动件121 进行往复动作。
同样在本实施方式中,与第1实施方式相同,磁铁35A,35B和 活动铁心124形成一体。由此,磁通环中包含的空隙变小,磁阻减小。 由此,可通过小而少的磁铁,产生必要的磁力,并且减小承受与活动 件121的往复运动方向相垂直的方向的扭力和重力的支承机构的损耗。
在这里,在弹性轴承128A,128B上,伴随活动件121的往复运 动,产生微小的旋转扭力。在这里,活动件121和定子25的形状呈与 活动件121的摆动方向的轴心相同的基本圆筒状,由此,将旋转扭力 吸收。
由此,活动件121即使在旋转的情况下,仍与定子25保持一定的 空间距离。即,防止活动件121和定子25接触或碰撞而造成的效率降 低,噪音的增加等的问题。
另外,活动件121和定子25的位置关系可仅仅使相互的轴心对准。 即,与活动件121的表面为平面的情况相比较,容易按照使空隙保持 一定的方式组装。其结果是,几乎没有作用于活动件121和定子25之 间的磁铁35A,35B的磁吸力的偏置,这样,几乎不产生沿半径方向 的荷载。
此外,由于沿半径方向的荷载由弹性轴承128A,128B承受,故 与采用
滑动轴承等的支承机构的情况相比较,没有伴随活动件121的 摆动而产生的滑动损耗。另外,几乎不产生侧向的荷载。由此,支承 活动件121所必需的弹性轴承128A,128B的半径方向的刚性较小即 可。即,可实现减少该弹性轴承128A,128B的个数,减小厚度,减 小臂的数量等的低刚性设计。由此,将弹性轴承128A,128B沿摆动 方向变形时的滞后损耗抑制在最小程度,获得较高效率。此外,该滞 后损耗在以弹簧为实例进行说明时,是指将弹簧压缩,积累于内部的 能量不作为弹簧伸长的反力而完全排出,此时产生的损耗。
还有,活动件121的活动铁心124和定子25的固定铁心27均由 以轴向为中心呈辐射状设置的薄板构成。由此,由于薄板的延展方向 和磁通方向一致,故透磁率增加,并且抑制在铁心内部产生的感应电 流,损耗减少。
再有,在本实施方式中,支承活动件121的活动轴126A,126B、 支承定子25的外周的支架28、弹性轴承128A,128B由作为非磁性体 的不锈钢构成。由此,防止从固定铁心27通过支架28、弹性轴承128A, 128B,绕过活动轴126A,126B的磁通的泄漏。由此,防止泄漏磁通 造成的感应电流的发生,防止电动机的效率降低。另外,即使在塑料 等不锈钢以外的非磁性材料用于这些部分的情况下,仍获得相同的效 果。
由于活动件121的活动铁心124设置以圆筒状的芯部121A为轴, 在周围呈辐射状具有相同宽度的薄板,故可容易按照圆筒形状形成。
另外,由于活动件121的芯部121A由铁系材料形成,故用作磁通 闭环的磁路的一部分,这样可减轻活动件121的重量,同时可提高效 率。
此外,由于作为结构体的强度及作为磁通环的磁路的贡献较小的 芯部121A的中心附近是中空的,故减轻活动件121的重量。
还有,活动件121的往复距离的最大值大致与活动件121与定子 25的长度的差值一致。由此,防止由于活动件121的磁铁35A,35B 飞出到定子25的外侧,拉回磁吸力作用在定子25内部引起的电动机 推力降低的情况。
再有,本实施方式的弹性轴承在板状的弹性体上具有螺旋状的臂, 但是也可为其它的形状。
另外,本实施方式的组成是作为线性电动机而说明的,但是,也 可用作通过完全相同的结构,将往复运动转换为电流的发
电机。
此外,将呈环状卷绕的磁导线26A,26B
串联,但是也可将它们 并联。
(第8实施方式)
图15为本发明的第8实施方式的线性电动机的剖视图。具有基本 呈圆弧状截面形状的磁铁129A,129B,129C,129D与设置于活动铁 心124的内部的活动件122成一体。其以外的组成与第7实施方式相 同。
本实施方式实现与第7实施方式相同的效果。另外,由于磁铁 129A,129B,129C,129D不在活动件121的表面露出,故与磁性体 的吸力变小。由此,与磁性体的装配容易,处理容易,批量生产性, 生产率大幅度地提高。该方案也可与第1实施方式组合。
(第9实施方式)
图16为本发明的第9实施方式的线性电动机的剖视图。
螺旋弹簧(在下面称为“弹簧”)130A,130B的一端分别与连接 在活动件121上的活动轴126A,126B固定,另一端分别与固定于支 架28上的弹簧保持件(在下面称为“保持件”)131A,131B固定。 弹簧130A,130B的组装时的长度(L)小于自然长度(H),其压缩 尺寸(H-L)在活动件121的摆动距离,即行程(S)的1/2以上。即, 活动件121被弹簧130A,130B从两侧按压。
弹簧130A,130B作为与弹性轴承128A,128B组合的总弹性常数 的,确定由与活动件121的质量关系决定的共振频率。
往复运动的活动件121、活动轴126A,126B、弹簧130A,130B、 定子25等所有组成部件收纳于由支架28和保持件131A,131B构成 的大致密闭的空间(在下面称为“空间”)131C的内部。
下面对象以上那样构成的线性电动机的动作进行说明。
如果交流电流流过环状的磁导线26A,26B,则按照与第7实施方 式同样的原理,活动件121往复动作。比如,在活动件121沿箭头Y 方向移动时,弹簧130A挠曲,第1反力积蓄于弹簧130A中。接着, 电流的流动方向改变,活动件121沿箭头Z的方向移动时,第1反力 被从弹簧130A释放出,作为活动件121的速度而回收。同时,弹簧 130B挠曲,第2反力积蓄于弹簧130B中。在活动件121再次沿箭头 Y方向移动时,第2反力被从弹簧130B释放出,作为活动件121的速 度而回收。
该动作为所谓的共振作用,与不采用弹簧130A,130B时相比较, 可以较小的电流,进行行程较大的往复运动。此时的电源的频率与下 述的共振频率一致,该共振频率是根据活动件121、定子25的质量和 弹性轴承128A,128B、弹簧130A,130B的弹性常数而求出。于是, 活动件121和作为共振弹簧的弹簧130A,130B的
加速度的周期是同 步的。其结果是,将能量损耗抑制在较小值,活动件121有效地往复 运动。
为了提高该共振频率,必须减少活动件121的重量,或增加弹簧 130A,130B、弹性轴承128A,128B的弹性常数。但是,活动件121 的重量减少具有作为电动机的设计极限。由此,实际上多数情况是容 易增加弹性常数。如果为了增加该弹性常数,增加弹性轴承128A,128B 的弹性常数,则滞后损耗增加,效率降低。具体来说,进行增加该弹 性轴承128A,128B的厚度,或将它们多个重合等操作。另一方面, 弹簧130A,130B基本上没有滞后损耗。由此,通过仅仅增加弹簧130A, 130B的弹性常数,在提高共振频率的设计上,滞后损耗小,可确保较 高的效率。
此外,弹簧130A,130B的组装时的长度(L)小于自然长度(H), 其压缩尺寸(H-L)在活动件121的摆动距离,即,行程(S)的1/2 以上。由此,即使在活动件121沿箭头Y方向移动最大程度的情况下, 弹簧130B的长度(Lb)小于自然长度(H),即,弹簧130B处于必 然从自然长度(H)压缩的状态。同样,即使在活动件121沿箭头Z 的方向移动最大程度的情况下,弹簧130A的长度(La)小于自然长度 (H)。即,弹簧130A处于必然从自然长度(H)压缩的状态。
于是,即使在活动件121往复运动的情况下,在平时,弹簧130A, 130B处于从自然长度压缩的状态。由此,通过因其变形而积蓄的能量, 弹簧130A,130B以挠曲的状态固定于活动轴126A,126B与保持件 131A,131B之间。其结果是,线性电动机常时反复进行效率良好的共 振运动。另外,弹簧130A,130B即使在不采用特殊的固定部的情况 下,也不脱落。
还有,往复运动的活动件121、活动轴126A,126B、弹簧130A、 130B、定子25等所有组成部件收纳于空间131C的内部。由此,伴随 活动件121、活动轴126A,126B,弹簧130A,130B的运动而产生的 噪音限制于空间131C的内部。即,减少噪音传递到外部的情况,获得
隔音效果。
再有,活动件121的活动铁心124和定子25的固定铁心27均由 以轴向为中心呈辐射状而设置的薄板形成。由此,组成部件振动,由 此,还具有振动造成的来自薄板等的噪音的情况,但是还将该噪音隔 绝。
另外,在本实施方式中,弹簧130A、130B为相同弹性常数的弹 簧,但是,即使在将弹性常数、尺寸不同的螺旋弹簧组合的情况下, 仍可同样地实施。也可将采用第1实施方式的板簧的线性电动机和本 实施方式的螺旋弹簧组合,构成共振弹簧。
(第10实施方式)
图17为本发明的第10实施方式的线性压缩机的剖视图。弹性轴 承128A,128B的外周部通过弹簧保持件(在下面称为“保持件”) 131A,131B,支承定子25的支架28夹持而固定。另外,该弹性轴承 128A,128B的内周部与连接在活动件121的活动轴126A,126B和弹 簧转接件(在下面称为“转接件”)132A,132B固定。
螺旋弹簧(在下面称为“弹簧”)130A,130B夹持由活动件121 和定子25形成的线性电动机137而设置于两端面侧。另外,弹簧130A, 130B以挠曲状态固定于转接件132A,132B和保持件131A,131B之 间,不采用特殊的固定部。但是,在转接件132A,132B和保持件131A, 131B中间的弹簧130A,130B的接触面上,设置稍小的台阶,以便固 定弹簧130A,130B。
汽缸51固定于保持件131B上,汽缸盖134固定于汽缸51上,转 接件132B通过球窝接头61,与活塞52连接。活塞52可相对弹簧转 接件132B,自由地倾斜、旋转。压缩室48由活塞52和汽缸51构成。
下面对象上述那样构成的线性压缩机的动作进行说明。
如果交流电流流过线性电动机137的磁导线26A,26B,则活动件 121相对定子25往复运动。其驱动力通过活动轴126B,转接件132B, 球窝接头61,传递给活塞52,该活塞52与活动件121成一体地往复 运动。另外,通过该活塞52的往复运动,依次对吸入到压缩室48内 的制冷气体进行压缩,将其排出到外部的制冻循环。
此时,如通过第9实施方式而说明的那样,优选使向线性电动机 137通电的电源频率与下述的共振频率一致,该共振频率通过活动件 121、定子25的质量、弹簧130A,130B、弹性轴承128A,128B的弹 性常数求出。由此,活动件121和作为共振弹簧的弹簧130A,130B 的加速度的周期是同步的。其结果是,将能量损耗抑制在较小程度, 活动件121有效地往复运动。
另外,由于弹性轴承128A,128B支承活动件121的两侧,故与 采用滑动轴承等的支承机构时的情况相比较,不产生伴随活动件121 的摆动而产生的滑动损耗。另外,由于沿弹性轴承128A,128B的半 径方向所需要的刚性较小,可按照减少弹性轴承、减小厚度、减小臂 数量等的低刚性的设计。由此,将弹性轴承128A,128B变形时的滞 后损耗抑制在最小限,获得较高的效率。
还有,弹性轴承128A,128B在两侧完全地承受活动件121在半 径方向作用的磁吸力。由此,在活动件121和定子25之间产生的磁吸 力不作为活塞52和汽缸51的侧压而作用,不产生滑动损耗。该磁性 吸力指相对于定子25将活动件121向半径方向拉近的力。由此,使滑 动损耗降低,压缩机的效率提高,并且滑动部的可靠性也大幅度地提 高。另外,即使在转接件132B和活塞52之间设置球窝接头61的情况 下,仍对活塞52进行支承,将活动件121的往复运动传递给活塞52。 由此,当活塞52在汽缸51的内部往复运动时,在相对于汽缸51轴几 乎没有倾斜的状态下摆动,从而活塞52通过球窝接头61而倾斜。
于是,即使在按照活动件121与汽缸51的轴心偏离,或轴倾斜的 方式组装的情况下,球窝接头61吸收轴错位或轴倾斜,从而活塞52 和汽缸51的轴心对准。由此,不使部件、部件组装精度提高,因汽缸 51和活塞52之间的侧压降低,使滑动损耗减少,获得高效率的压缩机。
另外,在本实施方式中,大致水平地构成活动件121的摆动方向。 由此,按照与第2实施方式相同的方式,与在电动机的内部设置汽缸 的现有的线性压缩机相比较,直径变小。
(第11实施方式)
图18为本发明的第11实施方式的线性压缩机的主要部分的剖视 图。本实施方式针对第10实施方式的方案,采用在第3实施方式中说 明的可歪倒杆(在下面称为“杆”)72,以代替球窝接头,采用通过 第4实施方式说明的气体轴承82。
杆72从强度等的方面来说,由不锈钢、
铝等的材料形成,具有截 面形状为圆形的较细的部位。由于具有较细的部位,杆72可沿相对轴 向倾斜的方向,在弹性变形的范围内歪倒。
排出到汽缸盖134内的高压室134A中的大部分制冷气体,通过D 线141排到压缩机之外。其一部分通过设置于汽缸142A内的多个气体 通路81B,送到活塞139A和汽缸142A的滑动部,形成气体轴承82。 由此,按照与第4实施方式相同的方式,不采用润滑油。
在高压室134A的内部,设置有排出阀机构(在下面称为“阀”) 144,以及将阀144靠压到汽缸142A的排出弹簧(在下面称为“弹簧”) 145。
第2吸入管146的一端146A在弹簧保持件131B的内部,开口于 汽缸142A的压缩室相反侧的附近,另一端146B开口于密闭外壳41 的内部。该吸入通路139B设置于活塞139A的内部,吸入阀机构(在 下面称为“阀”)139C安装于活塞139A的压缩室48侧。
下面对象上述那样构成的线性压缩机的动作进行说明。
弹性轴承128A,128B从两侧完全地承受作用在活动件121的半 径方向的磁吸力。由此,将活动件121的往复运动传递给活塞139A的 部件不必承受磁吸力,仅仅要求轴向的刚性,半径方向的刚性可较小。 由此,活塞139A和活动件121的连接可采用可歪倒杆72。由此,即 使在活动件121和汽缸142A的轴心错位或倾斜的情况下,杆72倾斜 或挠曲,从而处于活塞139A和汽缸142A的轴心对准,也没有轴倾斜 的状态。由此,抵消部件精度或部件组装精度不良的情况。
于是,在不提高部件或部件组装精度的情况下,减少汽缸142A和 活塞139A之间的侧压,活动损耗减少。由此,获得高效率的压缩机, 并且滑动部的可靠性也进一步提高。
此外,杆72与球窝接头机构等相比较,结构简单,并且由于象球 窝接头机构那样,连较小的滑动部也没有,故滑动损耗也减小,并且 作为连接机构的可靠性也较高。
另外,排到高压室134A中的制冷气体的一部分通过设置于汽缸 142A的内部的多个气体通路81B,传送到活塞139A和汽缸142A的滑 动部的微小间隙。由此,形成气体膜,构成气体轴承82,活塞139A 和汽缸142A处于非接触状态。
一般,对气体轴承82按照怎样少的气体量,怎样低的气体压力实 现非接触的情况进行评价。另一方面,伴随气体通路81B的形状、尺 寸、设置位置等因素,气体轴承82的性能发生较大变化。于是,优选 至少在气体通路81B的一部分,设置相当于φ30μm~φ200μm程度 的截面积的微小截面积部。在该构成中,如果存在润滑油,则上述微 小截面积部被润滑油堵塞,制冷气体不流动,气体轴承82不发挥作用。 由此,在本实施方式的情况下,不采用润滑油,而仅仅采用气体轴承 82。
象上述那样,可使活塞139A和汽缸142A处于非接触状态,由此, 使活塞139A和汽缸142A之间的滑动损耗大致减小到零。另外,显著 地减小滑动部的磨耗,可靠性大幅度地提高。越是运转频率高,滑动 损耗大的压缩机,采用该结构的效果越大。
另外,由于在本实施方式中,形成不采用润滑油的无油的构成, 故实现与第4实施方式相同的效果。
象上述那样,将滑动损耗大致减小到零。另一方面,由于将制冷 气体送到活塞139A和汽缸142A的滑动部,故滑动部的泄漏损耗增加, 另外由于将已压缩的高压气体用作气体轴承82,故压缩损耗也增加。 但是,以上述的气体轴承82的设计诀窍等为
基础,该损耗的减小也可 构成设计要素。
(第12实施方式)
图19为本发明的第12实施方式的线性压缩机的主要部分的剖视 图。本实施方式是在第11实施方式的构成中,代替气体轴承,将在第 5实施方式中说明的具有本身润滑性的材料和在第6实施方式中说明的 陶瓷材料分别用于活塞和汽缸。即,活塞139D采用具有本身润滑性的 材料147A,汽缸142B采用陶瓷类材料147B。由此,根据本身润滑性 的效果以及陶瓷类材料147B的耐磨耗性,即使在不采用润滑油的情况 下,仍防止滑动部的磨耗,确保可靠性。
另外,吸入到密闭外壳41内的制冷气体通过第2吸入管146,送 到汽缸142B中的压缩室相反侧的附近。接着,制冷气体通过设置于汽 缸142B中的压缩室相反侧、汽缸142B中的活塞139D相反侧、活塞 139D中的吸入通路139A和吸入阀机构139B,流入到压缩室48的内 部。
通过压缩室48压缩的制冷气体克服将排出阀机构(在下面称为 “阀”)144压靠到汽缸142B的排出弹簧145的压靠力,打开阀144, 将其排向高压室134A。
但是,在冰箱等的冷却系统的过度运转时,必然有运转压力变化, 在这样的情况下,产生活塞139D超过规定的行程而往复运动的情况。 另外,在对压缩机的运转电流、运转
电压等进行控制的情况下,还由 于控制精度、干扰对应精度等因素,产生活塞139D超过规定的行程而 往复运动的情况。
在本实施方式中,活塞139D可将阀144压回,实现摆动。由此, 即使在这样的情况下,与无法压回的排出阀机构相比较,减轻作用于 活塞139D上的冲突的冲击力。于是,减少活塞139D的冲突时的噪音, 并且阀144、活塞139D的可靠性提高。
(第13实施方式)
图20为本发明的第13实施方式的线性压缩机的剖视图。在密闭 外壳(在下面称为“外壳”)41的内部,按照活动件121的摆动方向 与重力方向一致的方式纵向地设置有压缩机构部149。另外,压缩机构 部149被多个悬簧(在下面称为“弹簧”)150、上端簧(在下面称为 “弹簧”)151内部悬挂并支承。
动吸振器152由重块153、弹簧154、保持件155构成,形成于外 壳48内的顶部空间。该重块153由一个或多个形成,其形状为沿外壳 41内侧的基本环状或基本圆弧状。弹簧154由弹簧154A,154B构成。
在组装的状态,或线性压缩机停止的状态下,弹簧154A,154B 均处于比自然长度短,受到压缩的状态。由此,重块153在与活塞139A 的摆动方向相同的方向,通过弹簧154A,154B的弹力而夹持,安装 于保持件155上。该保持件155的形状也呈基本环状,或基本圆弧状。
弹簧154可伴随重块153的移动,沿活塞139A的摆动方向而发生 弹性变形。另外,重块153的重量与弹簧154的活塞139A摆动方向的 弹性常数的总和按照由它们确定的共振频率与线性压缩机的运转频率 一致的方式选择。
此外,汽缸142A中的至少一部分以插入方式设置于螺旋弹簧(下 面称为“弹簧”)130B的内部。
在本实施方式中,按照活动件121的摆动方向与重力方向一致的 方式纵向地设置。由此,沿活动件121的半径方向作用的力仅仅为作 用于活动件121和定子25之间的磁铁35A,35B的磁吸力,未作用有 活动件121的重力。于是,由于未作用有活动件121的重力,故支承 活动件121且承受磁吸力的弹性轴承128A,128B的半径方向的刚性 可减小。由此,可实现比如,低价格的材料选择,板厚的减小,形状 的简化,整体尺寸减小。
并且,同样由于在汽缸142A和活塞139A的滑动部上未作用有活 塞139A的重力导致的侧压,故使滑动损耗减小。
下面对动吸振器52的振动减小情况进行说明。
在压缩机构部149中,活动件121相对定子25,往复运动而进行 压缩,但是,此时,定子25因活动件121的往复运动的反作用等,沿 活塞139A的往复运动方向振动。压缩机构部149通过弹簧150,弹性 地悬架于外壳41内,压缩机构部149的振动通过弹簧50,作为激振力 而传递给外壳41。通过传递给外壳41的激振力,对由重块153和弹簧 154形成的共振部进行激励,重块153沿活塞139A的往复运动方向而 振动。此时,从弹簧150传递给外壳41的激振力,与重块153的振动 引起的作用力大小基本相等,并且
相位相反。由此,通过来自动吸振 器152的作用力,来抵消来自压缩机构部149的激振力。
此外,外壳41的振动频率与线性压缩机的驱动频率一致。由此, 通过使线性压缩机的驱动频率与动吸振器152的重块153的摆动频率 一致,最大限度地发挥出动吸振器152的效果,最大限度地减小外壳 41的振动。共振频率通过外壳41和重块153的质量以及弹簧154的弹 性常数确定。于是,按照与线性压缩机的驱动频率一致的方式,有选 择地设计重块153的质量和弹簧154的弹性常数,由此,最大程度地 减小外壳41的振动。
还有,在不采用动吸振器152的情况下,由于纵向地设置,故活 动件121的摆动方向和弹簧150的伸缩方向均与重力方向一致。由此, 外壳41的振动方向也构成重力方向。于是,通过减小弹簧150的刚性 的简单的方法,使压缩机构部149朝向外壳41的振动传递减少。即, 与活塞139A的往复运动方向为水平方向的横向设置相比较,使外壳 41的振动大幅度地减小。
再有,动吸振器152形成于外壳41的顶部空间。压缩机构部149 中的半径方向尺寸最大,决定半径方向的尺寸的是线性压缩机137,但 是,线性压缩机137不设置于外壳41的顶部空间。由此,相对外壳41 的半径方向的尺寸,在顶部空间和底部空间,形成无效的空间。由于 将动吸振器152设置于该空间,故不增加外壳41的尺寸,在外壳41 的内部,以紧凑的尺寸设置动吸振器152,使振动减小。
特别是,优选与线性压缩机137的圆形形状、外壳41的圆形形状 相同,动吸振器152的形状为沿外壳41的内侧的大致环状,或大致圆 弧形状。由此,在不增加外壳41的情况下,将动吸振器152以紧凑的 方式设置在该外壳41的内部。另外,可增加动吸振器152的重块153 的尺寸,即增加其重量,由外壳41和重块153的质量与弹簧154的弹 性常数确定的共振频率的设计幅度增加。由此,可通过动吸振器152 而减小外壳41的振动的驱动频率的幅度扩大,按低振动的方式驱动的 线性压缩机的运转频率幅度增加。
此外,将汽缸142A的至少一部分以插入方式设置于弹簧130B的 内部。由此,与将汽缸142A设置于弹簧130B之外的情况相比较, 可减小活动件121的摆动方向的尺寸。由此,可减小作为线性压缩机 的外壳41的整体尺寸,特别是可在活动件121的摆动方向上使整体 尺寸减小。
还有,在本实施方式中,在外壳41内的顶部空间形成动吸振器 152,但是,即使在形成于外壳41内的底部空间的情况下,仍获得相 同的效果。
再有,在本实施方式中,线性电动机设置于重力方向的上方,但 是即使在线性电动机设置于重力方向的下方的情况下,同样仍可实 施。
另外,上面说明的实施方式的特征可在可能范围内进行组合,这 样的形式属于本发明的范围。
产业上利用可能性
本发明的线性电动机包括具有固定铁心和磁导线的定子;具有活 动铁心和磁铁的活动件;在摆动方向上自由摆动地支承活动件的板状 弹性部件。通过该构成,不需要支承活动件的滑动部,故可减小伴随 活动件的往复运动而产生的损耗。另外,采用该线性电动机的线性压 缩机的效率高,可靠性也较高。