JPH06105074B2 - 電磁駆動式往復動圧縮機の励磁方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電磁力でピストンを往復動作する電磁駆動式
往復動圧縮機を対象とした、圧縮機の駆動子コイルの励
磁方式に関する。

〔従来の技術〕

往復動式圧縮機は、ピストンが直線的に往復動すること
から、運転に伴って脈動的な振動が発生し、これが騒
音，寿命低下の大きな原因となっている。このために従
来より様々な防振対策が採られており、その一対策とし
てピストンをリニアモータで電磁駆動する方式を採用
し、さらに構造面では、両端を開放した単一シリンダ内
に作動媒体の圧縮空間を挟んでその両側に一対のピスト
ンを対向配置するとともに、各ピストンに結合した駆動
子コイルを定磁界磁石装置の磁場内に配置し、かつ相互
に180度の位相差を与えて各駆動子コイルを交流励磁し
てピストンを電磁駆動するようにした電磁駆動式の往復
動圧縮機が同じ出願人より特開昭61-210276号としてす
でに提案されている。

上記提案の構成によれば、単一シリンダに対して一対の
ピストンが互いに同期して逆向きに往復動するので、各
ピストンの慣性力が相殺し合い、圧縮機全体での振動発
生を低く抑えることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記圧縮機では、シリンダとピストンとの間
の摺動摩擦を小さく抑えるために、一般にクリアランス
シール方式を採用している。このクリアランスシール方
式は、シリンダとピストンとの間の微少な隙間にシリン
ダの圧縮空間側から作動媒体であるガスを放流し、その
ガス流の粘性抵抗でガスをシールする方式である。この
場合に圧縮機の効率を高めるには、シールガスとして放
流されるガス量を抑えるように、シリンダとピストンの
嵌め合い隙間をできるだけ小さくする必要がある。

一方、ピストン，シリンダを機械加工する際には真円
度，円筒度の精度面での加工誤差を伴うため、この加工
誤差が基で圧縮機の運転時にはピストンとシリンダとが
局部的に接触しあってこの部分にいわゆる齧りが生じ、
この齧りがピストンの運動に摩擦抵抗力として作用する
ようになる。しかして、このような加工誤差に起因して
生成するピストンとシリンダとの齧り発生箇所はランダ
ム的であるため、前記のように単一シリンダに一対のピ
ストンを組合せた圧縮機では、双方のピストンの間で摩
擦抵抗に差異が生じる。しかも双方のピストンに対し個
別に作用する摩擦抵抗の差異はピストン駆動の際の加
速，減速にも大きく影響を及ぼし、このために運転時に
はピストン相互間で180度の位相差が維持できなくなっ
て厳密に同期が取れなくなる他、各ピストンの往復動の
ストローク振幅にも差異が生じるようになる。この結
果、圧縮機の有効吐出量の低下を来すほかに、ピストン
の慣性力の差によって大きな振動，騒音が発生すると言
った問題が発生する。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、ピス
トンに結合した駆動子コイルの励磁方式を改良すること
により、ピストンとシリンダとの間の摩擦力を低減させ
て圧縮機の性能維持，並びに発生振動の軽減化を図るよ
うにした電磁駆動式往復動圧縮機の励磁方式を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、前記した電磁駆
動式の往復動圧縮機を対象に、圧縮機の往復動作に対応
する周波数の基本波に、基本波よりも周波数が高く，か
つ振幅の小さな重畳波を重畳した交流電流で駆動子コイ
ルを励磁するようにしたものである。

〔作用〕

上記により、駆動子コイルと定磁界磁石装置との間に
は、基本波の周波数に対応してピストンを往復動させる
大きな交番電磁力の他に、基本波と比べて周波数が高い
重畳波による微少な交番電磁力（重畳波による電磁力は
圧縮機のピストン往復動作に影響を与えないよう低い値
に設定されている）が発生する。これにより、ピストン
は基本波に相応した周期でシリンダ内を往復動作される
と同時に、往復動行程におけるストロークエンドの上下
死点位置（この位置ではピストンの運動方向が反転する
ので動きが一時的に停止する）を含めて、ピストンには
常に重畳波の励磁による微少な加振力が加わるようにな
る。

したがって、先述のように製作時における機械加工誤差
が基でピストンとシリンダとが局部的に接触する齧り部
分が残っていたとしても、ピストンの往復行程における
ストローク上下死点位置では前記した重畳波による微少
な加振力が加わるので、ピストンとシリンダとの間には
静止摩擦が作用せず、常に動摩擦の状態に置かれる。

一方、周知のように動摩擦係数は静止摩擦係数と比べて
遥かに小さい。したがって、前記のように駆動子コイル
に与えた重畳波の励磁電流分でピストンに微少な加振力
を加え、ピストンとシリンダとの間の接触面に常に動摩
擦が働くようにして運転することにより、ピストンとシ
リンダとの間の摩擦抵抗が極少となり、かつシリンダに
装備した一対のピストンの相互間に生じる摩擦抵抗力の
差異も僅少となる。これにより圧縮機は安定よく運転動
作するようになる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例の構成図、第２図は励磁電流とし
て加える基本波と重畳波の波形図を示すものであり、ま
ず第１図により電磁駆動式往復動圧縮機の構成を説明す
る。

図において、ケース１内には、胴内に作動媒体の圧縮空
間2aを形成した単一シリンダ２が設置されており、この
シリンダ２に対し前記圧縮空間2aを挟んでシリンダの左
右両側には寸法，重量の仕様が同一な一対のピストン3
A,3Bが対向配備されている。また、シリンダ２の胴中央
に通じてケース１には作動媒体の吸込管5,吐出管６が開
口し、ここに吸込弁7,吐出弁８が設けてある。

また、前記ピストン3A,3Bには電磁駆動機構4A,4Bが付属
している。この電磁駆動機構4A,4Bは、ピストン軸９に
結合した非磁性材のスリーブ10に巻装した駆動子コイル
11A,11Bと、該駆動子コイルの内外周に対向配備した円
筒状の磁気ヨーク12,13（但し図示実施例ではシリンダ
２が内周側のヨーク12を兼ねている）と、およびヨーク
12と13の間に介装した永久磁石14からなる定磁界磁石装
置とで構成されている。また、前記の駆動子コイル11A
と11Bとは互いにコイルの巻回方向が逆であり、各駆動
子コイルより引出したリード線がケース１に設けた給電
端子15を介して外部の電源16に接続されている。なお、
17はピストン3A,3Bを停止状態でそれぞれ中立位置に保
持するためのばね部材である。

一方、電源16は基本波発生回路18,重畳波発生回路19,加
算増幅回路20を備えている。ここで、基本波発生回路18
は圧縮機の往復動周期に対応した周波数の基本波信号を
出力し、重畳波発生回路19は基本波と比べて周波数が高
くかつ振幅が極端に小さい重畳波信号を出力し、これら
基本波と重畳波の信号を加算増幅回路20で増幅して圧縮
機の駆動子コイル11A,11Bに給電して励磁する。なお、
前記の基本波と重畳波の波形を第２図に示す。

かかる構成において、電源16より駆動子コイル11A,11B
へ交流電流を給電して励磁すると、定磁界との間でフレ
ミング法則により交番電磁力が発生し、この電磁力を受
けてピストン3A,3Bが互いに180度の位相差をもってシリ
ンダ２の内部で逆方向に往復動する。なお、ピストンの
往復動作については先記した特開昭61-210276号公報に
記載されており、ここではその説明を省略する。

ところで、電源16からの給電による駆動子コイル11A,11
Bの励磁で発生する電磁力は、前記の基本波の周波数に
対応した大きな電磁力に、重畳波による高周波の微少な
加振力が重畳したものとなる。そして、ピストン3A,3B
は基本波の周波数に対応した周期でシリンダ２の内部を
往復動するように駆動されると同時に、往復動の上下死
点を含めたピストンの全ストローク行程では重畳波によ
る周波数の高い微少な加振力が加わるようになる。な
お、この加振力が圧縮機の基本的なピストン往復動に影
響を及ぼさないように、重畳波の振幅は基本波と比べて
十分小さく選定されている。

これにより、ピストンの往復動行程におけるストローク
エンドの上下死点位置でも、ピストン3A,3Bは完全静止
状態になることがなく、微動状態が継続する。したがっ
てシリンダ２とピストン3A,3Bとの間が機械的に触れ合
う箇所があっても、両者の間には静止摩擦力が加わら
ず、抵抗の微小さな動摩擦力のみが作用することにな
り、この結果として圧縮機の往復動に伴うピストン3A,3
Bとシリンダ２との間に作用する摩擦抵抗力が僅少に抑
えられる。また、このことにより一対のピストン3Aと3B
との間の摩擦力の差異を殆ど発生せず、双方のピストン
は所定の位相差（180度），ストローク振幅を保って安
定よく往復動作される。

なお、図示例は一般的なガス圧縮機を例示したが、この
圧縮機を分離型の膨張シリンダとしてなるディスプレー
サと組合せて構成した逆スターリングサイクル冷凍機に
も適用できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明による電磁駆動式往復動圧縮
機の励磁方式により次記の効果を奏する。

（１）ピストンの往復動行程におけるストロークエンド
の上下死点位置を含めて、ピストンとシリンダとの間に
働く摩擦を常に摩擦抵抗の小さな動摩擦状態に維持する
ことができる。

（２）これにより、単一シリンダに装備した一対のピス
トンに対するピストン相互間での摩擦力の差が僅少とな
り、圧縮機の運転動作の安定，性能維持、並びに発生振
動の軽減化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の構成図、第２図は励磁電流の基
本波，重畳波の波形図である。図において、 2:シリンダ、2a:圧縮空間、3A,3B:ピストン、4A,4B:電
磁駆動機構、11A,11B:駆動子コイル、14:永久磁石、16:
電源、18:基本波発生回路、19:重畳波発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】両端を開放した単一シリンダ内に作動媒体
   の圧縮空間を挟んでその両側に一対のピストンを対向配
   置するとともに、各ピストンに結合した駆動子コイルを
   定磁界磁石装置の磁場内に配置し、かつ相互に180度の
   位相差を与えて各駆動子コイルを交流励磁してピストン
   を駆動するようにした電磁駆動式の往復動圧縮機に対
   し、圧縮機の往復動作に対応する周波数の基本波に、基
   本波よりも周波数が高く，かつ振幅の小さな高周波を重
   畳した交流電流で前記駆動子コイルを励磁することを特
   徴とする電磁駆動式往復動圧縮機の励磁方式。