專利名稱：線性壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及用線性電動機驅動嵌裝于氣缸內的活塞作往復運動，壓縮氣體并將壓縮的氣體供到外部的線性壓縮機。
背景技術：
近年來，作為冷凍系統中壓縮并供給制冷劑的機構，已經開發的有線性壓縮機，例如如圖26所示，該線性壓縮機設有有底圓筒體的殼體101、在該殼體101上端開口部形成的由低炭素鋼制成的磁框102、在該磁框102中心部形成的氣缸103、可往復地嵌裝在氣缸103內并將氣缸103的內部空間隔成壓縮室104的活塞105以及作為驅動該活塞105作往復運動的驅動源的線性電動機106。
在線性電動機106中，在氣缸103的外方同軸地配置有環狀永久磁鐵107，該永久磁鐵107固定在殼體101上。磁鐵107和磁框102構成了磁回路，該磁回路在與氣缸103的中心同心的圓筒狀空間108內產生磁場B。在空間108中的中心部位配設有與活塞105固定成一體的由樹脂制成的有底圓筒狀可動體109。螺旋彈簧110固定在殼體101上，彈性支撐著可往復運動的可動體109及活塞105。
在可動體109的外周，在與磁鐵107對峙的位置卷擾著電磁線圈111。通過導線(圖中未示)將預定頻率的交流電流供給該電磁線圈111使其通電，借助于通過空間108的磁場的作用，驅動電磁線圈111及可動體109，由此使活塞105在氣缸103內作往復運動，在壓縮室104中產生預定周期的氣體壓力。
另一方面，作為典型的冷凍系統，公知的有如圖27所示的密閉式冷凍系統，該冷凍系統利用氣體流路配管125將線性壓縮機121(壓縮機)、冷凝器122、膨脹閥123及蒸發器124連接在一起。線性壓縮機121的作用是把在蒸發器124中汽化的制冷劑氣體經過氣體流路配管125吸入并壓縮成高壓、再把變成高壓的制冷劑氣體經過氣體流路配管125排到冷凝器122中。
為此，如圖26所示，殼體101外部的氣體流路配管125通過氣缸103上端部所設置的閥機構112連接到壓縮室104上。閥機構112由吸入閥112a和排出閥112b組成。吸入閥112a只允許通過氣體流路配管125吸入來自蒸發器124的制冷劑氣體，而排出閥112b只允許通過氣體流路配管125將制冷劑氣體排到冷凝器122中。吸入閥112a是借助于低壓側氣體流路配管125與壓縮室104的制冷劑氣體的壓力差使氣體朝壓縮室104方向流入的閥。
排出閥112b是當壓縮室104內的制冷劑氣體壓力到達一定壓力以上時打開、并借助于壓縮室104與高壓側氣體流路配管125的制冷劑氣體的壓力差使氣體朝高壓側氣體流路配管125的方向流出的一種閥。另外，吸入閥112a及排出閥112b都是由板簧施力的閥。
根據以上結構，在以往的裝置中，由吸入閥112a吸入的制冷劑氣體在壓縮室104中壓縮成高壓后，通過排出閥112b供給冷凝器122。
此外，最近又發表了一種如日本特開平2-154950號公報等所揭示的方案，該方案在殼體內兩側設置有壓縮室，利用一個線性電動機使兩個活塞交替動作，提高了效率。
再者，關于線性壓縮機，有如日本特愿平8-179492號公報所揭示的線圈可動式線性壓縮機和特愿平8-108908號公報所揭示的磁鐵可動式線性壓縮機。無論哪一種結構，都是利用從線性電動機所得到的驅動力來驅動活塞作往復運動，并在壓縮室中產生壓縮氣體的結構。
但是，在上述線性壓縮機中存在著下述各種問題。
問題1在以往的單活塞式線性壓縮機中，隨著氣體的吸入、壓縮、排出，壓縮室內所產生的非線性力的影響比較大，不能實現電動機推力的線性化，提高效率很困難。
此外，隨著啟動等時的負載的變動，活塞的中立點也發生變動，因而不易控制活塞的沖程。
問題2在以往的線性壓縮機121中，通過線性電動機106的驅動，使活塞105在氣缸103內上下移動，同樣，可動體109也上下移動，但是，在構成磁回路的磁框102、永久磁鐵107及可動體109所形成的磁回路空間部分，以及在可動體109的里面部分所包圍的活塞105背面側的可動體里面的空間部分，氣體隨著可動體109的上下移動而壓縮、膨脹作功，結果，在線性壓縮機121中產生不可逆的壓縮損失。
針對上述問題，已經考慮了把空間108設定得大一些，以便能充分得到磁框102與可動體109之間的間隙以及永久磁鐵107與電磁線圈111之間的間隙，然而，在這種場合，會導致線性電動機106的推力變小，線性壓縮機121的運轉效率降低。
問題3在上述線性壓縮機121中，通過線性電動機106的驅動使活塞105在氣缸103中邊滑動接觸邊上下移動，活塞和氣缸之間構成一種滑動軸承結構。
但是，在上述以往的結構中，由于加工精度問題以及電磁線圈111電磁力的應變，在與活塞運動方向垂直的方向上產生了力(游離的力)，該游離力大時，因摩擦損失會降低運轉效率，并使活塞105上所設置的氣體密封部件發生磨損，降低了裝置的壽命，而且磨耗粉也會引起制冷劑的污染等問題發生。
問題4上述特開平2-154950號公報所揭示的線性壓縮機，不是先前敘述的圖26所示的線圈可動式結構，而是采用了磁鐵可動式線性電動機驅動的方式，與活塞運動方向垂直的方向上的磁力所產生的力作用在活塞上，很容易在活塞上引起磨耗，在使用中也會出現上述的缺陷。
因此，對于長期使用的線性壓縮機來說，可以考慮把線性電動機的驅動方式變更成線圈可動式，使得由線性電動機的磁場所產生的力只作用在與活塞的移動方向相同的方向上。
此外，在活塞背面的空間中的氣體隨著活塞的往復運動進行壓縮或膨脹作功，結果，在線性壓縮機121中產生不可逆壓縮損失。
再者，在以往的線性壓縮機中，很難對活塞沖程的中心位置進行一定的控制，因而，不能高效率地運轉。
問題5在上述的冷凍系統中，從線性壓縮機的壓縮室所得到的壓縮氣體由排出閥112b經過氣體流路配管125供給冷凝器122，排出閥112b開閉時的氣體脈動會在配管中產生振動噪音及閥操作噪音，因此，必須在排出閥112b下游側的配管途中設置防止噪音用排出消聲器131。
這樣，在上述雙活塞的線性壓縮機的情況下，就必須設置兩個防止噪音用排出消聲器，而且，在冷凝器122前面還要連接兩根排出配管，導致裝置整體大型化。
問題6在上述的冷凍系統中，為了使活塞可在氣缸內往復運動，以螺旋彈簧作為一端設在殼體上的彈性支撐部件來使用的場合比較多，然而，近年來，又提出了一種在耐久性及可運動方向的位置限制等方面比以往的螺旋彈簧性能優良的板狀活塞彈簧，并對其改進進行了種種探討(參見春山富義等，第48章，1992年度秋季的低溫工程學·超導學會講演概要集B2-4，P166)。
這種板狀活塞彈簧一般來說稱作懸簧，其形狀如圖28所示，在圓板狀的板簧920a中，朝中心部位均等地設置有數個螺旋狀切槽部920b。
這種板狀的懸簧920用作上述的活塞彈簧，由此，可使構成簡單、活塞沖程的中心位置一定。
但是，在采用這種板狀的懸簧920的場合，在彈簧伸長的活塞的上下支點附近，不能限制活塞的軸振動，其結果是，不論是何種原因都會引起活塞和氣缸的不完全接觸，引起活塞部分磨耗。
問題7在特愿平8-108908號公報所揭示的磁鐵可動式線性壓縮機的情況下，其優點是整體形狀緊湊，但是，由于利用磁力的吸引力作為線性電動機的驅動力，使活塞上下移動，因而，很容易在與活塞上下運動方向垂直的方向上產生力。由此導致活塞與氣缸之間的摩擦以及由支撐活塞的軸的軸承部分的摩擦所引起的驅動力損失，使效率劣化。結果，必須在支撐活塞的軸的軸承部使用價格昂貴的氣體軸承等。
另一方面，在特愿平8-179492號公報所揭示的線圈可動式線性壓縮機的場合，由于使用勞倫茲力作為線性電動機的驅動力，與磁鐵可動式線性壓縮機相比較，不容易產生軸振動，但是，如果要得到與磁鐵可動式線性壓縮機相同的輸出，一般來說，會出現裝置大型化的問題。
因此，本發明的第1目的是，提供一種容易控制活塞沖程的高效率的線性壓縮機。
本發明的第2目的是，提供一種能盡量縮小可動體往復運動時磁回路內的間隙、防止不可逆壓縮損失的產生、實現裝置高效率化的線性壓縮機。
本發明的第3目的是，提供一種能實現裝置高效率化及長壽命化的線性壓縮機。
本發明的第4目的是，提供一種線性壓縮機，該線性壓縮機設有設置在殼體內兩側的壓縮室，借助于線圈可動式線性電動機的驅動壓縮氣體并將該氣體供到外部，該線性壓縮機利用簡單的結構避免活塞背面空間中不可逆壓縮損失的發生，而且，把活塞沖程的中心位置保持在一定位置。
本發明的第5目的是，提供一種線性壓縮機，該線性壓縮機設有設置在殼體內兩側的壓縮室，借助于線圈可動式線性電動機的驅動壓縮氣體并將該氣體供到外部，該線性壓縮機利用簡單的結構把活塞沖程的中心位置保持在一定位置，而且，使活塞往復驅動時活塞的軸振動受到限制，避免活塞部分的磨損，實現裝置長壽命化。
本發明的第6目的是，提供一種能夠避免因活塞與氣缸之間的摩擦及支持活塞的軸的軸承部摩擦所引起的動力損失并能實現裝置小型化的線性壓縮機。
發明的公開本發明線性壓縮機的第1種形式，是一種能產生壓縮氣體的線性壓縮機。該線性壓縮機設有以彼此相反的方向同軸設置的兩組活塞及氣缸；所述活塞分別設置于其兩端的軸；與軸結合并使離開中立點的活塞回到中立點的彈性部件；以及使軸沿軸向往復運動并使兩組活塞及氣缸交替產生壓縮氣體的線性電動機。
由這種結構，可以把壓縮氣體作用在活塞上的非線性力分成相位相反的兩部分。結果，與只設置一個活塞的以往結構相比，可達到縮小電動機推力并使該推力線性化以提高效率的目的。還能使裝置小型化，減少振動及噪音。此外，由于即使負載發生變動，活塞的中立點位置也不變，因此，只要控制線性電動機的驅動電流，就能容易地控制活塞的沖程。
具體地，包括兩個活塞、軸及彈性部件的振動部具有預定的共振頻率，線性電動機以該共振頻率驅動軸作往復運動。
由此，線性電動機能以共振部的共振頻率使軸作往復運動，進一步提高了效率。
更具體地，是將使離開中立點的活塞回到中立點的彈性部件的回復力設定成大于壓縮氣體作用到活塞上的力。
由此，可將壓縮氣體作用到活塞上的非線性力的影響抑制到最小的程度，可進一步提高電動機推力的線性化。
在本發明線性壓縮機的第2種形式中，該線性壓縮機設有設置在殼體內的氣缸、可往復地嵌裝在氣缸內并將氣缸內部隔成壓縮室的活塞、以及線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有中心部與活塞固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動活塞作往復運動；該線性壓縮機在壓縮室內壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部；其中，在該線性壓縮機中，可動體和/或磁框上設有氣體泄漏裝置。
這樣，通過在可動體和/或磁框上設計氣體泄漏裝置，可以防止隨著可動體往復運動的不可逆壓縮損失的產生。
作為具體的結構，氣體泄漏裝置包括設置在磁框上的用于泄漏氣體的第1泄漏孔、與第1泄漏孔連通的緩沖空間、以及設置在可動體上的用于泄漏氣體的第2泄漏孔。
通過采用這種結構，隨著可動體的往復移動，在由磁框、永久磁鐵與可動體所形成的磁回路空間部分，以及在由活塞背面側與可動體里面部分所包圍的可動體里面空間部分，不進行氣體的壓縮·膨脹作功。
進一步，在上述第2種形式中，最好還設有設置在活塞及可動體之間的活塞軸、可往復移動地嵌裝該活塞軸的、設置在活塞背面側的氣缸上的彈簧座、嵌裝在活塞軸上并置于彈簧座與可動體之間的第1螺旋彈簧、設置在殼體底面與可動體之間的第2螺旋彈簧、以及將活塞的背面空間與卷裝有第1螺旋彈簧的可動體里面空間部分連通的用于泄漏氣體的第3泄漏孔。
采用這種結構，通過在可動體的兩側配設第1及第2螺旋彈簧，可很容易地將活塞的沖程中心位置控制在一定位置，并能將在同一裝置尺寸內的彈簧常數設定成大于以往技術的常數。此外，隨著活塞的上下移動不在活塞背面空間中進行氣體的壓縮·膨脹作功。
在本發明線性壓縮機的第3種形式中，該線性壓縮機設有設置在殼體內的氣缸；通過微小間隙可往復地自由插裝在氣缸內并將氣缸內部劃分成壓縮室的活塞；一端固定在活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在可動體外周的電磁線圈，驅動活塞作往復運動；以及內周面上設有滾動軸承并將活塞軸可自由滑動地保持在該滾動軸承上的導向部。
通過采用這種結構，由于用滾動軸承直接支撐活塞軸，限定了活塞的直動方向，所以在活塞與氣缸之間可實現間隙密封。
具體構成是，上述微小間隙設定在隨著活塞的往復運動、在活塞與氣缸之間可形成氣體密封的范圍內，并且該微小間隙最好設定在5μm以下。
上述導向部由設置在活塞背面側的氣缸上的第1導向部和設置在殼體底面上的第2導向部構成，并包括設置在第1導向部與可動體之間的第1螺旋彈簧以及設置在第2導向部與可動體之間的第2螺旋彈簧。
通過采用這種結構，可以很容易地把活塞的沖程中心位置控制在一定位置，并能在同一裝置尺寸內設定大于以往技術的彈簧常數。
在本發明線性壓縮機的第4種形式中，該線性壓縮機設有設置在殼體內的氣缸、可往復地嵌裝在氣缸內并將氣缸內部隔成壓縮室的活塞、一端固定在活塞上的活塞軸、以及線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在可動體外周的電磁線圈，以驅動活塞作往復運動；該壓縮機在壓縮室內壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部；其中，在該線性壓縮機中，氣缸或活塞上設有滾動軸承，活塞通過該滾動軸承沿氣缸往復運動。
通過采用這種結構，可使活塞能通過滾動軸承沿氣缸滑動，不需要在活塞上設置氣體密封部件，并能阻止因活塞往復運動時活塞與氣缸間的摩擦損失所引起的運轉效率的降低等。
作為具體的構成，還包括可往復移動地嵌裝活塞軸的設置在活塞背面側的氣缸上的彈簧座、以及設置在彈簧座與可動體之間的第1螺旋彈簧和設置在殼體底面與可動體之間的第2螺旋彈簧。
通過采用這種結構，可以很容易地把活塞的沖程中心位置控制在一定位置，并能在同一裝置尺寸內設定大于以往技術的彈簧常數。
在本發明線性壓縮機的第5種形式中，該線性壓縮機在壓縮室中壓縮氣體并將該壓縮氣體供到外部。在該線性壓縮機中，設有設置在殼體內兩側的第1氣缸及第2氣缸；分別可往復地嵌裝在第1氣缸及第2氣缸內的并將第1氣缸及第2氣缸的內部隔成壓縮室的第1活塞及第2活塞；兩端部固定在第1活塞及第2活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在可動體外周的電磁線圈，驅動活塞作往復運動；以及隔著可動體而設置的分別將第1活塞及第2活塞可往復驅動地彈性支撐在第1氣缸及第2氣缸內的螺旋彈簧。上述第1活塞、活塞軸及第2活塞的內部為中空連通狀態，將第1活塞的背面空間與第2活塞的背面空間連通。
通過采用這種結構，由于隨著第1活塞及第2活塞的往復運動，背面空間部的氣體，通過第1活塞、活塞軸及第2活塞成為連通狀態，因此，不進行壓縮·膨脹作功，避免了不可逆壓縮損失的產生。此外，在殼體兩側有壓縮室的線性壓縮機中，通過在可動體兩側配設螺旋彈簧，能很容易地把第1活塞及第2活塞的沖程中心位置控制在一定位置，得到規定的彈簧常數。
具體說，在第1活塞上設有將第1活塞的背面空間與第1活塞的中空內部連通的第1泄漏孔，同時在第2活塞上設有將第2活塞的背面空間與第2活塞的中空內部連通的第2泄漏孔，使第1活塞的背面空間與第2活塞的背面空間成為連通狀態。
通過采用這種結構，能利用簡單的構成避免不可逆壓縮損失的產生。
在本發明線性壓縮機的第6種形式中，該壓縮機設有設置在殼體內兩側的第1氣缸及第2氣缸；分別可往復地嵌裝在第1氣缸及第2氣缸內的、并分別將第1氣缸及第2氣缸的內部隔成壓縮室的第1活塞及第2活塞；兩端部固定在第1活塞及第2活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在可動體外周的電磁線圈，驅動活塞作往復運動；以及隔著可動體而設置的分別將第1活塞及第2活塞可往復驅動地彈性支撐在第1氣缸及第2氣缸內的螺旋彈簧。所述第1活塞、活塞軸及第2活塞的內部為中空連通狀態，把來自第1氣缸內的壓縮室的壓縮氣體通過第1活塞及活塞軸的中空部供給外部，同時，把來自第2氣缸內的壓縮室的壓縮氣體通過第2活塞及活塞軸的中空部供給外部。
通過采用這種結構，由于在可動體兩側設置螺旋彈簧，所以，可以很容易地把第1及第2活塞的沖程中心位置控制在一定位置，并能得到規定的彈簧常數。
此外，由壓縮氣體排出時所產生的氣體脈動引起的振動音等噪音被遮在殼體內，因而沒有必要重新設置防噪音用的排出消聲器。
更具體地說，在第1及第2活塞上分別設置有把壓縮氣體排向第1及第2活塞的中空部的第1及第2排出閥，來自壓縮室的壓縮氣體經過第1或第2活塞的中空部、活塞軸的中空部、可動體內所形成的中空的可動體空間部、以及設置在該可動體空間部端側與本體殼體之間的有伸縮性的連通管而供給外部。并且，連通管是波紋狀管或螺旋狀管。
通過采用這種結構，能利用簡易的結構把噪音遮在殼體內部，進一步使裝置整體小型化。
在本發明線性壓縮機的第7種形式中，該壓縮機設有設置在殼體內兩側的第1氣缸及第2氣缸；分別將可往復地嵌裝在第1氣缸及第2氣缸內的、分別第1氣缸及第2氣缸的內部隔成壓縮室的第1活塞及第2活塞；兩端部固定在第1活塞及第2活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在可動體外周的電磁線圈，驅動活塞作往復運動；設置在殼體與活塞軸之間的、分別將第1活塞及第2活塞可往復驅動地彈性支撐在第1氣缸及第2氣缸內的板狀活塞彈簧；以及把來自第1氣缸及第2氣缸內的壓縮室的壓縮氣體的一部分噴出并對第1活塞及第2活塞的軸向位置進行限制的氣體軸承。
通過采用這種結構，當第1活塞及第2活塞位于中立點附近時，板狀活塞彈簧對第1活塞及第2活塞的軸向位置進行限制，另一方面，當第1活塞及第2活塞位于上下支點附近時，氣體軸承對第1活塞及第2活塞的軸向位置進行限制。因此，能夠利用簡單的結構把第1及第2活塞的沖程中心位置控制在一定位置，并能限制第1及第2活塞往復驅動時活塞的軸振動，避免活塞部分的磨損，延長了裝置的壽命。
作為具體的結構，還設有將來自第1氣缸內壓縮室的壓縮氣體供給氣體軸承的第1連通通路及將來自第2氣缸內壓縮室的壓縮氣體供給氣體軸承的第2連通通路。
通過采用這種結構，利用來自壓縮室的一部分壓縮氣體對氣體軸承供氣，因而不需要另外設置氣體供給手段，可使裝置小型化。
最好是，第1連通通路在第1活塞及活塞軸內形成，第2連通通路在第2活塞及活塞軸內形成。
通過采用這種結構，能把氣體從活塞軸一側噴向軸承側，與相反的場合相比較，可使裝置整體結構簡單化。
此外，上述氣體軸承也可由設置在第1活塞背面側的第1氣缸上并對第1活塞的軸向位置進行限制的第1氣體軸承部和設置在第2活塞背面側的第2氣缸上并對第2活塞的軸向位置進行限制的第2氣體軸承部構成。
通過采用這種結構，第1氣體軸承部限制了第1活塞位于上下支點附近位置時的軸振動，第2氣體軸承部限制了第2活塞位于上下支點附近位置時的軸振動。
進一步，第1活塞及第2活塞分別通過微小間隙可往復地嵌裝在第1氣缸及第2氣缸內，具體地說，上述微小間隙設定在10μm以下。
通過采用這種結構，隨著活塞的往復運動，在氣缸與活塞之間形成氣體密封，不需要在活塞周側面上設置其他的氣體密封部件。
因此，可消除活塞與氣缸之間的不完全接觸，實現間隙密封，能避免活塞往復運動時活塞與氣缸之間的摩擦損失所引起的運轉效率的降低等。
在本發明線性壓縮機的第8種形式中，該壓縮機設有設有活塞的軸；具有可容納活塞的壓縮室的氣缸；與氣缸設置成一體并用于安裝上述軸的殼體；使活塞往復運動并在上述壓縮室中產生壓縮氣體的、將上述軸與殼體結合在一起的線性電動機；與上述軸結合并使離開中立點的活塞回到中立點的第1彈性部件；以及與上述軸結合并用于防上述軸的軸振動的第2彈性部件。
最好是，包括上述活塞、軸、第1彈性部件、第2彈性部件以及壓縮氣體的振動部具有規定的共振頻率，上述線性電動機以該共振頻率驅動軸作往復運動。
最好是，上述線性電動機設有設置在殼體上的線圈和設置在上述軸上的永久磁鐵，上述第1彈性部件收容在上述永久磁鐵上所設置的內部空間中。
最好是，上述第1彈性部件是螺旋彈簧，第2彈性部件是懸簧。
如以上所述，在該第8種形式的線性電動機中，采用了用于使活塞回復到中立點的第1彈性部件以及用于防止軸的軸振動的第2彈性部件。
結果，在采用如磁鐵可動式線性壓縮機的場合，第2彈性部件能防止活塞的軸振動，可以在高效率下進行制冷劑氣體的壓縮。
此外，在采用磁鐵可動式線性壓縮機的場合，采用了把第1彈性部件收容在軸上設置的永久磁鐵內所設內部空間的結構，因此可有效地利用線性壓縮機的內部空間，達到使線性壓縮機小型化的目的。
圖面的簡單說明
圖1是用于說明本發明實施例1的線性壓縮機原理的波形圖。
圖2是本發明實施例1的線性壓縮機結構的斷面圖。
圖3是圖2所示線性壓縮機驅動裝置結構的方框圖。
圖4是圖2所示控制裝置725結構的方框圖。
圖5是圖2所示控制裝置725動作的流程圖。
圖6是用于說明圖1～圖5所示線性壓縮機及其驅動裝置效果的波形圖。
圖7是用于說明圖1～圖5所示的線性壓縮機及其驅動裝置效果的另一種波形圖。
圖8是用于說明圖1～圖5所示的線性壓縮機及其驅動裝置效果的又一種波形圖。
圖9是本發明實施例2的線性壓縮機的斷面圖。
圖10是圖9所示線性壓縮機的氣體排出時的狀態的斷面圖。
圖11是圖9所示線性壓縮機的氣體吸入時的狀態的斷面圖。
圖12是本發明實施例3的線性壓縮機的斷面圖。
圖13是本發明實施例4的線性壓縮機的斷面圖。
圖14是本發明實施例5的線性壓縮機的斷面圖。
圖15是用于說明圖14所示線性壓縮機動作的斷面圖。
圖16是本發明實施例6的線性壓縮機的斷面圖。
圖17是用于說明圖16所示線性壓縮機動作的斷面圖。
圖18是用于說明圖16所示線性壓縮機動作的斷面圖。
圖19是本發明實施例7的線性壓縮機的斷面圖。
圖20是用于說明圖19所示線性壓縮機的第1活塞407向上支點附近移動所引起的動作內容的斷面圖。
圖21是用于說明圖19所示線性壓縮機的第2活塞410向上支點附近移動所引起的動作內容的斷面圖。
圖22是表示本發明實施例8的線性壓縮機結構的斷面圖。
圖23是表示本發明實施例8的線性壓縮機再膨脹·吸入沖程的斷面圖。
圖24是表示本發明實施例8的線性壓縮機壓縮·排出沖程的斷面圖。
圖25是本發明實施例9的線性壓縮機結構的縱斷面圖。
圖26是以往線性壓縮機的斷面圖。
圖27是表示密閉式冷凍系統結構的簡圖。
圖28是表示懸簧形狀的俯視圖。
實施發明的最佳形式下文參照附圖敘述本發明線性壓縮機的各實施例。此外，與圖26敘述的以往的線性壓縮機相同結構部分用同一符號表示，其詳細說明省略。
實施例1首先，在敘述本實施例線性壓縮機的結構之前，先說明該實施例線性壓縮機的原理。
線性壓縮機的數學模型，可用推力常數A結合電系統數學模型與機械系統數學模型的下式表示E＝A·dx/dt+(L·dI/dt+R·I) (1)A·I＝m·d2x/dt2+c·dx/dt+k·x+F+S(Pw-Pb)(2)其中，E是驅動電壓，A是推力常數(發電常數)，I是驅動電流，L是線圈電感，R是線圈電阻，m是可動部重量，c是粘性阻尼系數(機械、氣體)，k是機械彈簧常數，F是固體摩擦阻尼力，S是活塞斷面面積，Pw是活塞外側壓力，Pb是活塞里側壓力，x是活塞位置。
這里，由于固體摩擦阻尼力F及粘性阻尼力c·dx/dt與其他力相比很小，因此，式(2)可以變成下式A·I＝m·d2x/dt2+k·x+S(Pw-Pb)(2’)該式(2’)表示了“電動機推力A·I由慣性力m·d2x/dt2、回復力k·x及與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)的總和來決定”的這一關系。
此外，活塞外側壓力Pw是指氣缸的內部壓力，而活塞里側壓力Pb是指壓縮機的內部壓力(在線性壓縮機的場合是指吸入壓力)。在稱作壓縮·排出·再膨脹·吸入的氣體壓縮過程中，活塞里側壓力Pb基本恒定，而活塞外側壓力Pw發生非線性變化，因而，與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)為非線性。該非線性通過式(2’)導致電動機推力A·I的非線性(驅動電流I的應變)。
因此，為了使線性壓縮機高效率化，必須采用以下措施。
(i)縮小與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)，以減少電動機推力A·I。
(ii)縮小與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)的非線性成分，以便減少電動機推力A·I的非線性成分。
換言之，要使正弦波上的慣性力m·d2x/dt2、回復力k·x(但是相位互相錯開180°)以及非線性的與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)的總和，即電動機推力A·I變小，同時，使其為正弦波形狀。
因此，在一根軸的兩端設置活塞，軸每往復一次，產生兩次氣體壓縮過程，并使其相互交錯進行，由此，如圖1所示，與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)分為兩部分，并且其相位相反，這樣可以縮小電動機推力A·I，使其成為正弦波形狀。
由于電動機推力A·I是慣性力m·d2x/dt2、回復力k·x以及與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)的總和，回復力k·x和與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)同相，所以，與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)相對回復力k’x的比例越小，電動機推力A·I的線性性能越好。
但是，在圖1中，由于表示與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)的曲線和時間軸之間的面積為冷卻能力，該冷卻能力不能縮小，此外，回復力k·x，即機械彈簧常數k的增大也有限。因此，最好將回復力k·x的值設定成大于與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)。
此外，即使負載變動，也能在裝置結構上保證把活塞的中立點保持在一定位置，因此，只要限制驅動電流I，就能很容易地控制活塞沖程。
以下，根據附圖詳細敘述本發明。
圖2是適用于上述原理的線性壓縮機601結構的斷面圖。參照圖2，線性壓縮機601設有圓筒狀殼體602、一根軸603、兩個線性球軸承604a、604b、兩個螺旋彈簧605a、605b、以及固定裝置606。線性球軸承604a、604b分別與殼體602同軸地設置在殼體602的上部及下部。軸603依次插入線性球軸承604a、螺旋彈簧605a、固定裝置606、螺旋彈簧605b以及線性球軸承604b中。固定裝置606固定在軸603的中央部，并可上下自由運動地支撐著軸603。
此外，該線性壓縮機601還設有兩組氣缸607a、607b，活塞608a、608b，吸入閥609a、609b以及排出閥610a、610b。氣缸607a、607b分別與軸603同軸地設置在殼體602的上部及下部。活塞608a、608b分別設置在軸603的一端部和另一端部并嵌裝于氣缸607a、607b中。利用活塞608a、608b的頭部與氣缸607a、607b的內壁分別形成壓縮室611a、611b。閥609a、610a、609b、610b分別根據壓縮室611a、611b內的氣體壓力而開閉。在活塞608a、608b的頭部里側與氣缸607a、607b的內壁所形成的空間中，形成用于防止不可逆性壓縮的氣體泄漏孔612a、612b。軸603上下運動時，在上下壓縮室611a、611b中交替產生壓縮氣體。
進一步，該線性壓縮機還備有使軸603及活塞608a、608b上下運動的線性電動機613。該線性電動機613是控制性能好的音圈電動機，具有包括扼鐵部602a與永久磁鐵614的固定部和包括線圈615與圓筒狀支撐部件616的可動部。軛鐵部602a構成殼體602的一部分。永久磁鐵614設置在扼鐵部602a的內周壁上，支撐部件616的一端可上下自由運動地插入永久磁鐵614與氣缸607b的外周部之間，另一端通過固定裝置606固定在軸603的中央部。線圈615與永久磁鐵614對峙地設置在支撐部件616的上述一端。該線圈615通過螺旋彈簧狀的電線617與電源連接。
該線性壓縮機601的共振頻率決定于軸603、固定裝置606、活塞608a與608b、線圈615及支撐部件616的質量，以及壓縮室611a、611b內的氣體彈簧常數，和螺旋彈簧605a、605b的彈簧常數。用該共振頻率驅動線性電動機613，可以高效率地在上下兩個壓縮室611a、611b中產生壓縮氣體。
下面敘述使該雙活塞式線性壓縮機601從控制方面實現高效率化的方法。電動機的輸入(有效電力)Pi及電動機的輸出Po分別用下式表示Pi＝E·I·cosθ (3)Po＝A·I·dx/dt·cosφ(4)其中，θ表示驅動電壓E與驅動電流I的相位差，φ表示驅動電流I與活塞速度dx/dt的相位差。
在這里，為了維持冷凍能力而降低輸入電力，就需要維持電動機的輸出Po而降低其輸入Pi。也就是說，必須從控制方面實現下述目的(i)要縮小驅動電流I與活塞速度dx/dt的相位差φ，以達到維持電動機的輸出Po而降低驅動電流I；(ii)提高功率周數cosθ，以降低驅動電壓E與驅動電流I。
另一方面，從實驗得出10mb左右的線圈電感，可使驅動電壓E與活塞速度dx/dt的相位基本一致。
因此，對驅動電流I與活塞速度dx/dt的相位進行控制，讓其相位差φ差為0，就可以提高功率周數cosθ、cosφ，降低電動機的輸入Pi，同時維持共振狀態。
圖3是表示根據這種考察得出的線性壓縮機601的驅動裝置620構成的方框圖。
參照圖3，驅動裝置620包括電源621、電流傳感器622、位置傳感器624及控制裝置625。電源621把驅動電流I供給線性壓縮機601的線性電動機613的線圈615。電流傳感器622檢測電源621輸出電流的當前值Inow。位置傳感器624直接地或間接地檢測線性壓縮機601的活塞位置當前值Pnow。控制裝置625根據電流傳感器622所檢測的電流當前值Inow和位置傳感器624所檢測的活塞位置當前值Pnow，對電源621輸出控制信號φc，控制電源621的輸出電流I。
如圖4所示，控制裝置625包括P-V變換部630、位置指令部631、3個減法器632、634、636、位置控制部633、速度控制部635、電流控制部637以及相位控制部638。P-V變換部630對位置傳感器624所檢測的位置當前值Pnow進行微分，求出速度當前值Vnow。位置指令部631根據數學式Pref＝B×sinωt(其中B是振幅，ω是角頻率)把位置指令值Pref輸送給減法器632。為了控制上述活塞608a、608b的沖程，最好是控制該振幅B。減法器632對位置指令部631輸送的位置指令值Pref與位置傳感器624所檢測的位置當前值Pnow之差Pref-Pnow進行演算，并將演算結果Pref-Pnow輸送給位置控制部633。
位置控制部633根據數學式Vref＝Gv×(Pref-Pnow)(其中Gv是控制增益)演算速度指令值Vref，并將演算結果Vref輸送給減法器634。減法器634對位置控制部633輸送的速度指令值Vref與P-V變換部630所生成的速度當前值Vnow之差Vref-Vnow進行演算，并將演算結果Vref-Vnow輸給速度控制部635。
速度控制部635根據數學式Iref＝Gi×(Vref-Vnow)(其中Gi是控制增益)演算電流指令值Iref，并將演算結果Iref輸送給減法器636。減法器636根據對速度控制部636輸送的電流指令值Iref與電流傳感器622所檢測的電流當前值Inow之差Iref-Inow進行演算，并將演算結果Iref-Inow輸送給電流控制部637。
電流控制部637把減法器636的輸出Iref-Inow變為0的控制信號φc輸送給電源621，并對電源621的輸出電流I進行控制。電源621的輸出電流I的控制以諸如PWM方式或PAM方式進行控制。
相位控制部638檢測出P-V變換部630所生成的速度當前值Vnow和速度控制部635所生成的電流指令值Iref之間的相位差，并調整位置指令部631所使用的數學式Pref＝B×sinωt的角頻率ω與速度控制部635所使用的數學式Iref＝Gi×(Vref-Vnow)的控制增益Gi，以便消除上述相位差。
圖5是表示圖4所示控制裝置625動作的流程圖。根據該流程圖對圖1～圖4所示線性壓縮機601及其驅動裝置620的動作進行簡單的說明。
首先，在步驟S1，由位置指令部631生成位置指令值Pref，由位置控制部633生成速度指令值Vref，由速度控制部635生成電流指令值Iref。當把電流供給線性電動機613的線圈615時，線性電動機613的可動部開始往復運動，由此開始產生壓縮氣體。
在步驟S2，由位置傳感器624檢測出位置當前值Pnow，將該檢測出的位置當前值Pnow輸送給減法器632及P-V變換部630。在步驟S3中，由位置控制部633演算速度指令值Vref＝Gv×(Pref-Pnow)；在步驟S4中，由P-V變換部630將位置當前值Pnow變換成速度當前值Vnow。將速度當前值Vnow輸送給減法器634及相位控制部638。
在步驟S5中，由速度控制部635對電流指令值Iref＝Gi×(Vref-Vnow)進行演算，并將該演算值Iref輸送給減法器636和相位控制部638。電流控制部637控制電源621，使電流當前值Inow與電流指令值Iref一致。
在步驟S6中，由相位控制部638檢測出速度當前值Vnow與電流指令值Iref的相位差。在步驟S7中，相位控制部638調整位置指令值Pref的角頻率ω及控制增益Gi，使速度當前值Vnow與電流指令值Iref之間沒有相位差。
接著，反復進行步驟S1～S7，使線性壓縮機601的運轉狀態迅速穩定。此外，即使啟動后負載變動時，也能隨著這種控制一起直接且適當地對線性電動機613的推力即電流值I進行控制，以得到高效率。
圖6是表示上述線性壓縮機601由上述驅動裝置620在共振狀態下驅動時的驅動電壓E、電流指令值Iref、速度當前值Vnow及位置當前值Pnow之間關系的波形圖，圖7是表示此時的慣性力m·d2x/dt2、回復力k·x、與氣體壓縮有關的力S(Pw-Pb)以及電動機推力A·Iref之間關系的波形圖。其中，圖7的電動機推力A·Iref的振幅是其他力的8倍。
在共振狀態下，確認驅動電壓E、電流指令值Iref與速度當前值Vnow的相位一致，電動機推力A·Iref變小，并成為正弦波。這時的功率周數為0.99，電動機的效率為91.2％。
圖8是表示以往的單活塞式線性壓縮機正常運轉時的慣性力、回復力、與氣體有關的力及電動機推力之間關系的波形圖。其中，圖8中的電動機推力的振幅是其他力的兩倍。
與圖7所示的本發明的線性壓縮機601相比較，電動機的推力變大，并且其波形產生大的應變。
實施例2本實施例的線性壓縮機，可用作如前述圖26所示的密閉式冷凍系統的壓縮機。該線性壓縮機如圖9所示，用密閉圓筒狀殼體1包圍著其外周，把線性壓縮機保持在密閉空間中。該殼體1是有底圓筒體，其上端側形成由低炭素鋼制成的磁框2(軛鐵)。在該軛鐵2的中心部貫通形成沿上下方向延伸的氣缸嵌裝孔3，在該氣缸嵌裝孔3內嵌合有由不銹鋼制成的有底圓筒狀氣缸4。
活塞5可滑動地嵌裝在氣缸4內，氣缸4與活塞5構成作為制冷劑氣體壓縮空間的壓縮室6。在氣缸4上形成與外部氣體流路125連接的閥機構7。其中7a是吸入閥，通過氣體流路125吸入在蒸發器124中汽化的制冷劑氣體。7b是排出閥，把在壓縮室6內壓縮的高壓制冷劑氣體經過氣體流路125排到冷凝器122中。
在活塞5上，把由輕質的非磁性材料如樹脂構成的朝活塞5的一側敞開的有底圓筒狀可動體8(線圈架)與活塞5的活塞軸9固定成一體，并設置有第1及第2螺旋彈簧10、11。第1及第2螺旋彈簧10、11可往復地彈性支撐著該線圈架8和活塞5。
第1螺旋彈簧10卷裝在活塞軸9上，其一端與線圈架8接觸，另一端與氣缸4上所設置的彈簧座12接觸。另外。第2螺旋彈簧11固定在殼體1的底面中心部與線圈架8之間。這樣，通過將第1及第2螺旋彈簧10、11設置在該線圈架8的兩側，既能很容易地把活塞5的沖程中心位置控制在一定位置，又能使彈簧常數變大，使裝置小型化。
活塞5及線圈架8與驅動這兩者往復運動的驅動源即線性電動機13驅動連接。
在軛鐵2上形成與氣缸嵌裝孔3同心配置的環狀凹部14，在環狀凹部14的外側側面14a上安裝環狀永久磁鐵15，使環狀永久磁鐵15與凹部14的內側側面14b之間具有預定間隙S。磁鐵15及軛鐵2構成線性電動機13的磁回路16。磁回路16在磁鐵15與凹部14的內側側面之間的間隙S中產生規定強度的磁場。
線圈架8可往復運動地配設在間隙S中，在線圈架8的外周部，在與磁鐵15對峙的位置卷繞著電磁線圈7。通過導線(圖中未示)將規定頻率(在本實施例中是60Hz)的交流電流供給電磁線圈7，使其通電，這樣，借助于通過間隙S的磁場的作用驅動電磁線圈7及線圈架8，使活塞5在氣缸4內往復運動，在壓縮室6中產生規定周期的氣體壓力。
進一步，在軛鐵2上設置第1泄漏孔22和緩沖空間23。第1泄漏孔22將軛鐵2、永久磁鐵15和線圈架8所形成的磁回路空間部分21的氣體泄漏到外部，而緩沖空間23與第1泄漏孔22連通，這樣，隨著線圈架8的上下運動，可使磁回路空間部分21中不進行氣體的壓縮·膨脹作功。在本實施例中設置8個第1泄漏孔22。
另一方面，在線圈架8上設置數個(本實施例為8個)第2泄漏孔26。第2泄漏孔26使活塞5背面側的彈簧座12與線圈架8的里面部分所包圍的里面空間部分24和設有活塞彈簧11的線圈架背面空間部分25成為連通狀態，這樣，隨著線圈架8的上下運動，不在線圈架里面空間部分24中進行氣體的壓縮·膨脹作功。此外，在彈簧座12上也開設有數個(本實施例為6個)第3泄漏孔27，這樣，隨著活塞5的上下運動，不在活塞5的背面空間28進行氣體的壓縮·膨脹作功。
圖10是表示從壓縮室6排出氣體時的狀態的斷面圖。圖11是表示向壓縮室6吸入氣體時的狀態的斷面圖。從圖10及圖11兩個圖可以看出，隨著活塞5的上下運動，在磁回路空間部分21、線圈架里面空間部分24、活塞背面空間28中沒有進行氣體的壓縮·膨脹作功，而是將氣體分別泄漏到緩沖空間23及線圈架背面空間部分25中。
因此，可使軛鐵2與線圈架8的間隙、永久磁鐵15與電磁線圈7的間隙很小，又不會在磁回路空間部分21、線圈架里面空間部分24及活塞5背面空間28中進行氣體的壓縮·膨脹作功，從而能夠防止不可逆壓縮損失的發生。結果，提高了線性壓縮機的效率。
另外，在本實施例中，雖然敘述的是活塞5與線圈架8用單獨體形成的情況，但是，也可以將兩者做成一體，還可以把永久磁鐵15固定在軛鐵2的內側側面上。除此之外，還可以把殼體1、軛鐵2及氣缸4構成一體。但是，在這種情況下，為了形成磁回路13必須采用與軛鐵2同一的物質構成。
實施例3本實施例的線性壓縮機，可用作如前述圖26所示的密閉式冷凍系統的壓縮機。該線性壓縮機如圖12所示，用密閉圓筒狀殼體101包圍著其外周，把線性壓縮機保持在密閉空間中。該殼體101是有底圓筒體，其上端側形成由低炭素鋼制成的磁框(軛鐵)102。在該軛鐵102的中心部貫通地形成沿上下方向延伸的氣缸嵌裝孔103，在該氣缸嵌裝孔103內嵌裝有由不銹鋼制成的有底圓筒狀氣缸104。
活塞105通過微小間隔可往復移動地自由插入氣缸104內，氣缸104與活塞105共同形成作為制冷劑氣體壓縮空間的壓縮室106。這里的微小間隔設定在隨著活塞105的往復運動，在活塞與氣缸104之間能形成氣體密封的范圍內，具體地說，設定在5μm以下。在本實施例設定成5μm。
在氣缸104上形成與外部氣體流路125連接的閥機構107。其中107a是吸入閥，通過氣體流路125吸入在蒸發器124中汽化的制冷劑氣體。107b是排出閥，把在壓縮室106內壓縮的高壓制冷劑氣體經過氣體流路125排到冷凝器122中。
在活塞105上設置有由輕質的非磁性材料如樹脂構成的朝活塞105的一側敞開的有底圓筒狀可動體108(線圈架)，該可動體108與活塞105的活塞軸109固定成一體，在活塞105上還設置有第1及第2螺旋彈簧110、111第1及第2螺旋彈簧110、111可往復地彈性支撐著該線圈架108和活塞105。第1螺旋彈簧110卷裝在活塞軸109上，其一端與線圈架108接觸，另一端與氣缸104上所設置的第1導向部112接觸。另外。第2螺旋彈簧111固定在殼體101的底面中心部上所設置的第2導向部113與線圈架108之間。
活塞105及線圈架108與驅動這兩者往復運動的驅動源即線性電動機114驅動連接。
在軛鐵102上形成與氣缸嵌裝孔103同心配置的環狀凹部115，在環狀凹部115的外側側面115a上安裝環狀永久磁鐵116，使環狀永久磁鐵116與凹部115的內側側面115b之間具有設定間隙S。磁鐵116及軛鐵102構成線性電動機114的磁回路117。磁回路117在磁鐵116與凹部115的內側側面之間的間隙S中產生規定強度的磁場。
線圈架108可往復運動地配設在間隙S中，在線圈架108的外周部，在與磁鐵116對峙的位置卷繞著電磁線圈118，并通過導線(圖中未示)接通規定頻率(在本實施例中是60Hz)的交流電流，這樣，借助于通過間隙S的磁場的作用驅動電磁線圈118及線圈架108，使活塞105在氣缸104內往復運動，在壓縮室106中產生規定周期的氣體壓力。
此外，第1導向部112及第2導向部113在其內周面分別設有滾動軸承121、122，將活塞軸109沿上下方向自由滑動地保持著。在這里，滾動軸承121、122是直動式，在本實施例中采用IKO公司制造的滾珠花鍵LSAG8。但是，使用直動式滾動軸承只是一個例子，也可以采用其他形式的滾珠花鍵或滑動套筒。由此，可以把活塞軸109直動地支撐在摩擦系數(μ＝0.001～0.006)小于以往滾動軸承的摩擦系數(μ＝0.01～0.1)的滾動軸承上。
如上文所述，通過線圈架8將第1及第2螺旋彈簧110、111設置在該線圈架8的兩側，由此，可以很容易地把活塞105的沖程中心位置控制在一定位置上，同時，可以加大彈簧常數，使裝置小型化。
此外，由于活塞軸109直接由滾動軸承121、122支撐著，限制了活塞105的直動方向，因而，如上所述那樣活塞與氣缸之間具有微小間隙，并能實現間隙密封。結果，可以避免由活塞105往復運動時的摩擦損失所引起的運轉效率的降低以及由設置在活塞105上的氣體密封部件的磨損所引起的裝置壽命的降低，消除了磨耗粉引起的制冷劑的污染等。
實施例4下面參照圖13說明本實施例的線性壓縮機。在這里，本實施例與上述圖12所示實施例3的不同點是，在氣缸104上設置滾動軸承131，活塞105通過該滾動軸承131沿氣缸104往復移動，以此代替活塞軸109可自由滑動地由第1導向部112、第2導向部113的滾動軸承121、122保持的結構。
第1螺旋彈簧110設置在活塞105背面側的氣缸104上所設置的彈簧座132與線圈架108之間，第2螺旋彈簧111設置在殼體101底面中心部與線圈架108之間。另外，與上述實施例2相同的結構用同一符號表示，其詳細說明省略。
在這種結構中，滾動軸承131采用與上述圖12的實施例3的情況相同的滾珠花鍵或滑動套筒型直動式滾動軸承。但是，所使用的滾動軸承131應配置在活塞105的沖程中心附近，使壓縮室106內的氣體不會因活塞105的往復運動而經過滾動軸承泄漏出去。
因此，由于不象以往那樣使活塞105通過滑動軸承沿氣缸104滑動，而是可通過滾動軸承使活塞105沿氣缸104滑動，從而避免了由活塞105往復運動時的摩擦損失所引起的運轉效率的降低以及由設置在活塞105上的氣體密封部件的磨損所引起的裝置壽命的降低，消除了磨耗粉引起的制冷劑的污染等。此外，與實施例2的情況相同，可以很容易地把活塞105的沖程中心位置控制在一定位置，并增大彈簧常數，使裝置小型化。
此外，在本實施例中，雖然說明的是在氣缸104上設置滾動軸承131的情況，但是，也可以采用在活塞105周面上設置滾動軸承的結構。
并且，上述實施例3及實施例4與實施例2一樣，雖然只敘述了活塞105及線圈架108單獨形成的情況，但是也可以構成一體，還可以把永久磁鐵116固定在軛鐵102的內側側面上。除此之外，還可以把殼體101、軛鐵102及氣缸104構成一體。但是，在這種場合，為了形成磁回路114，必須用與軛鐵102同一的物質構成。
實施例5本實施例的線性壓縮機，可用作上述圖26所示的密閉式冷凍系統的壓縮機。該線性壓縮機如圖14所示，用密閉圓筒狀殼體201包圍其外周，把線性壓縮機保持在密閉空間中。殼體201的上部及下部設有壓縮室202、203。
在殼體201的上端部形成由低炭素鋼制成的磁框204(軛鐵)。在該軛鐵204的中心部貫通地形成沿上下方向延伸的氣缸嵌裝孔205，在該氣缸嵌裝孔205內嵌裝有由不銹鋼制成的有底圓筒狀第1氣缸206。
第1活塞207可滑動地嵌裝在第1氣缸206內，第1氣缸206與第1活塞207劃分形成作為制冷劑氣體壓縮空間的上部壓縮室202。在第1氣缸206上形成與外部氣體流路125連接的第1閥機構208。其中，208a是吸入閥，通過氣體流路125吸入在蒸發器124中汽化的制冷劑氣體；208b是排出閥，把在上部壓縮室202內壓縮的高壓制冷劑氣體經過氣體流路125排到冷凝器122中。
另一方面，在第1氣缸206的相反一側的殼體201的下部，設置沿上下方向延伸的第2氣缸209。在第2氣缸209內可滑動地嵌裝第2活塞210。第2氣缸209與第2活塞210共同形成作為制冷劑氣體壓縮空間的下部壓縮室203。與上部壓縮室202同樣，在第2氣缸209上形成與外部氣體流路125連接的第2閥機構211。其中，211a是吸入閥，通過氣體流路125吸入在蒸發器124中汽化的制冷劑氣體；211b是排出閥，把在下部壓縮室203內壓縮的高壓制冷劑氣體經過氣體流路125排到冷凝器122中。
第1活塞207及第2活塞210用活塞軸212連接，朝第1活塞207側敞開的有底圓筒狀可動體213(線圈架)一體地固定在活塞軸212的中心位置。并且在第1活塞207及第2活塞210外周面上設置活塞環等氣體密封部件214。
在軛鐵204上形成與氣缸嵌裝孔205同心配置的環狀凹部215，在環狀凹部215的外側側面215a上安裝環狀永久磁鐵216，使環狀永久磁鐵216與凹部215的內側側面215b之間具有預定間隙S。磁鐵216及軛鐵204構成線性電動機217的磁回路218。磁回路218在磁鐵216與凹部215的內側側面之間的間隙S中產生規定強度的磁場。
線圈架213配設在由磁鐵216與軛鐵204組成的磁回路218的一部分上所形成的間隙S中。通過把規定頻率的交流電流供給卷繞在線圈架213外周的電磁線圈219，便可以使第1活塞207與第2活塞210分別在第1氣缸206與第2氣缸209內往復運動，在上部壓縮室202及下部壓縮室203中產生規定周期的氣體壓力。
此外，在活塞軸212上設置有用于可往復運動地彈性支撐第1活塞207與第2活塞210的第1螺旋彈簧220及第2螺旋彈簧221。具體地說，第1螺旋彈簧220套在活塞軸212上，設置該第1螺旋彈簧220的目的是為了在第1氣缸206上所設置的第1彈簧座222與線圈架213之間產生推壓力，第2螺旋彈簧221套在活塞軸212上的隔著線圈架213的相反一側，設置該第2螺旋彈簧221的目的是為了在第2氣缸209上所設置的第2彈簧座223與線圈架213之間產生推壓力。
這樣，在兩側設有壓縮室202、203的線性壓縮機中，把第1及第2螺旋彈簧220、221設置在線圈架213的兩側，由此，既能很容易地把第1活塞207及第2活塞210的沖程中心位置控制在一定位置，又能得到規定的彈簧常數。
進一步，將1活塞207、第2活塞210及活塞軸212的內部設為中空狀。在第1活塞207上設有用于將其背面空間部231的氣體漏出的第1泄漏孔232，在第2活塞210上設有用于將其背面空間部233的氣體漏出的第2泄漏孔234。這樣，如圖15所示，隨著線性電動機217的驅動使第1活塞207及第2活塞210作往復運動時，背面空間部231、233的氣體通過第1活塞207、活塞軸212及第2活塞210成為連通狀態，因此，不進行壓縮·膨脹作功，避免了不可逆壓縮損失的產生。結果，可使線性壓縮機高效率化。
再者，在軛鐵204上設置第3泄漏孔242和緩沖空間243。第3泄漏孔242將軛鐵204、永久磁鐵216和線圈架213所形成的磁回路空間部分241的氣體泄漏到外部，緩沖空間243與第3泄漏孔242連通，這樣，隨著線圈架213的上下運動，在磁回路空間部分241中不進行氣體的壓縮·膨脹作功。在本實施例中設置8個第3泄漏孔242。
另一方面，在線圈架213上設置數個(本實施例為8個)第4泄漏孔246。第4泄漏孔246使由第1彈簧座223與線圈架213的里面部分所包圍的線圈架里面空間部分244和設有第2螺旋彈簧221的線圈架背面空間部分245成為連通狀態，這樣，隨著線圈架213的上下運動，不在線圈架里面空間部分244中進行氣體的壓縮·膨脹作功。由此，即使軛鐵204與線圈架213之間的間隙以及永久磁鐵216與電磁線圈219間的間隙很小，也不會在磁回路空間部分241以及線圈架里面空間部分244進行壓縮·膨脹作功，可以避免不可逆壓縮損失的產生。
圖15是表示從上部壓縮室202排出氣體時的狀態的斷面圖。這里，圖中箭頭表示的是活塞207、210的變位方向以及隨著活塞207、210的移動在線性壓縮機內的氣體流動。從圖中可以看出，隨著第1活塞207的上下運動，背面空間233的氣體經過第2泄漏孔234、第2活塞210、活塞軸212、第1活塞207及第1泄漏孔232流入背面空間231中，這時，在背面空間233中不進行壓縮作功，在背面空間231也不進行膨脹作功。
此外，隨著第1活塞207及第2活塞210的往復運動，磁回路空間部分241、線圈架里面空間部分244的氣體經過第3泄漏孔242及第4泄漏孔246分別向緩沖空間243及線圈架背面空間部分245泄漏，此時，不進行壓縮·膨脹作功。
并且，在上述結構中，第1彈簧座222及第2彈簧座223也可以作為軸承使用。在這種場合，消除了由第1及第2活塞207、210的背面空間部分231、233的氣體所產生的不可逆壓縮損失，達到了更好的效果。
實施例6本實施例的線性壓縮機，可用作上述圖26所示的密閉式冷凍系統的壓縮機。該線性壓縮機如圖16所示，用密閉圓筒狀殼體301包圍其外周，把線性壓縮機保持在密閉空間中。殼體301的上部及下部設有壓縮室302、303。
在殼體301的下端部形成由低炭素鋼制成的磁框(軛鐵)304。在該軛鐵304的中心部貫通地形成沿上下方向延伸的氣缸嵌裝孔305，在該氣缸嵌裝孔305內嵌裝有由不銹鋼制成的有底圓筒狀第1氣缸306。
第1活塞307可滑動地嵌裝在第1氣缸306內，第1氣缸306與第1活塞307共同形成作為制冷劑氣體壓縮空間的下部壓縮室302。在第1氣缸306上設置有與外部氣體流路配管125連接的用于把蒸發器124中汽化的制冷劑氣體吸入的第1吸入閥308a。
另一方面，在第1氣缸306的相反一側的殼體301的上部，設置沿上下方向延伸的第2氣缸309；在第2氣缸309內可滑動地嵌裝第2活塞310。第2氣缸309與第2活塞310共同形成作為制冷劑氣體壓縮空間的上部壓縮室303。與下部壓縮室302同樣，在第2氣缸309上設置與外部氣體流路配管125連接的用于把蒸發器124中汽化的制冷劑氣體吸入的第2吸入閥311a。
第1活塞307及第2活塞310用活塞軸312連接，朝第1活塞307側敞開的有底圓筒狀可動體313(線圈架)一體地固定在活塞軸312的中心位置。并且在第1活塞307及第2活塞310外周面上設置活塞環等氣體密封部件314(圖中未示)。
在軛鐵304上形成與氣缸嵌裝孔305同心配置的環狀凹部315，在環狀凹部315的外側側面315a上安裝環狀永久磁鐵316，使環狀永久磁鐵316與凹部315的內側側面315b之間具有預定間隙S。磁鐵316及軛鐵304構成線性電動機317的磁回路318。磁回路318在磁鐵316與凹部315的內側側面之間的間隙S中產生規定強度的磁場。
線圈架313配設在由磁鐵316與軛鐵304組成的磁回路318的一部分上所形成的間隙S中。通過把規定頻率的交流電流供給卷繞在線圈架313外周的電磁線圈319，便可以使第1活塞307與第2活塞310分別在第1氣缸306與第2氣缸309內往復運動，在下部壓縮室302及上部壓縮室303中產生規定周期的氣體壓力。
此外，在活塞軸312上設置有用于可往復運動地彈性支撐第1活塞307與第2活塞310的第1螺旋彈簧320及第2螺旋彈簧321。具體地說，第1螺旋彈簧320套在活塞軸312上，設置該第1螺旋彈簧320的目的是為了在第1氣缸306上所設置的第1彈簧座322與線圈架313之間產生推壓力，第2螺旋彈簧321套在活塞軸312上的隔著線圈架313的相反一側，設置該第2螺旋彈簧321的目的是為了在第2氣缸309上所設置的第2彈簧座323與線圈架313之間產生推壓力。這樣，在兩側設有壓縮室302、303的線性壓縮機中，通過線圈架313把第1及第2螺旋彈簧320、321設置在該線圈架313的兩側，由此，既能很容易地把第1活塞307及第2活塞310的沖程中心位置控制在一定位置，又能得到規定的彈簧常數。
進一步，將第1活塞307、第2活塞310及活塞軸312的內部設為中空狀。在第1活塞307上設有第1排出閥308b。該第1排出閥308b為了把下部壓縮室302中壓縮的高壓制冷劑氣體供給冷凝器122，而把該高壓制冷劑氣體排向第1活塞307的中空部307a。而且該第1排出閥308b與上述第1吸入閥308a一體構成第1閥機構308。
此外，在第2活塞310上設有第2排出閥311b。該第2排出閥311b為了把在上部壓縮室303中壓縮的高壓制冷劑氣體供給冷凝器122，而把該高壓制冷劑氣體排向第2活塞310的中空部310a。而且該第2排出閥311b與上述第2吸入閥311a一體構成第2閥機構311。
在線圈架313內形成一端與活塞軸312的中空部312a成為連通狀態而連接的可動體空間部313a，在可動體空間部313a的另一端和本體殼體301之間安裝有可隨線圈架313的上下運動而伸縮的連通管331。這里，連通管331可以是有伸縮性的部件，例如波紋管、螺旋狀管等。
根據以上結構，來自下部壓縮室302的壓縮氣體通過第1排出閥308b排出到第1活塞307的中空部307a中，再經過活塞軸312的中空部312a、線圈架313的可動體空間部313a、連通管331及氣體流路配管125供給冷凝器122。同樣，來自上部壓縮室303的壓縮氣體通過第2排出閥311b排出到第2活塞310的中空部310a中，再經過活塞軸312的中空部312a、線圈架313的可動體空間部313a、連通管331及氣體流路配管125供給冷凝器122。
圖17及圖18是分別表示來自下部壓縮室302和上部壓縮室303的氣體排出狀態的斷面圖。在該圖中，箭頭表示活塞307、310的變位方向及隨該活塞307、310移動的下部壓縮室302的壓縮氣體的流動。
從上述兩圖中可以看出，隨著第1活塞307的上下運動，下部壓縮室302的壓縮氣體通過第1排出閥308b、第1活塞307的中空部307a、活塞軸312的中空部312a、線圈架313的可動體空間部313a、連通管331及氣體流路配管125供給冷凝器122(參照圖17)。相反，隨著第2活塞310的上下運動，上部壓縮室303的壓縮氣體通過第2排出閥311b、第2活塞310的中空部310a、活塞軸312的中空部312a、線圈架313的可動體空間部313a、連通管331及氣體流路配管125供給冷凝器122(參照圖18)。
這樣，由于在殼體301內的第1活塞307及第2活塞310上分別設置第1排出閥308b及第2排出閥311b，排出空間部分在殼體的本體內部通過模鑄構成，因此，可以將氣體脈動所引起的配管中的振動噪音及閥操作噪音遮在殼體301內，不需要重新設置防噪音用的排出消聲器。
此外，由于來自下部壓縮室302及上部壓縮室303的壓縮氣體從同一連通管331向殼體301的外部排出，因此，不需要在殼體301的外部把兩根氣體流路配管125連接在一起。
另外，也可采用將第1彈簧座322及第2彈簧座323作為軸承的設想，能獲得同樣的效果。
實施例7本實施例的線性壓縮機，可用作上述圖26所示的密閉式冷凍系統的壓縮機。該線性壓縮機如圖19所示，用密閉圓筒狀殼體401包圍其外周，把線性壓縮機保持在密閉空間中。殼體401的上部及下部設有壓縮室402、403。
在殼體401的上部形成由低炭素鋼制成的磁框404(軛鐵)。在該軛鐵404的中心部貫通地形成沿上下方向延伸的氣缸嵌裝孔405，在該氣缸嵌裝孔405內嵌裝有由不銹鋼制成的有底圓筒狀第1氣缸406。
第1活塞407通過微小間隙可滑動地嵌裝在第1氣缸406內，第1氣缸406與第1活塞407共同形成作為制冷劑氣體壓縮空間的上部壓縮室402。在第1氣缸406上形成與外部氣體流路配管125連接的用于把蒸發器124汽化的制冷劑氣體吸入的第1吸入閥408a。
另一方面，在第1氣缸406的相反一側的殼體401的下部，設置沿上下方向延伸的第2氣缸409。第2活塞410以微小間隙可往復運動地嵌裝在第2氣缸409內。第2氣缸409與第2活塞410共同形成作為制冷劑氣體壓縮空間的下部壓縮室403。與上部壓縮室402同樣，在第2氣缸409上設置與外部氣體流路配管125連接并用于把蒸發器124汽化的制冷劑氣體吸入的第2吸入閥411a。
第1活塞407及第2活塞410用活塞軸412連接，朝第1活塞407側敞開的有底圓筒狀可動體(線圈架)413一體地固定在活塞軸412的中心位置。
在軛鐵404上形成與氣缸嵌裝孔405同心配置的環狀凹部415，在環狀凹部415的外側側面415a上安裝環狀永久磁鐵416，使環狀永久磁鐵416與凹部415的內側側面415b之間具有預定間隙S。磁鐵416及軛鐵404構成線性電動機417的磁回路418。磁回路418在磁鐵416與凹部415的內側側面之間的間隙S中產生規定強度的磁場。
線圈架413配設在由磁鐵416與軛鐵404組成的磁回路418的一部分上所形成的間隙S中。通過把規定頻率的交流電流供給卷繞在線圈架413外周的電磁線圈419，便可以使第1活塞407與第2活塞410分別在第1氣缸406與第2氣缸409內往復運動，在上部壓縮室402及下部壓縮室403中產生規定周期的氣體壓力。
此外，在活塞軸412上設置有用于可往復地彈性支撐第1活塞407與第2活塞410的板狀懸簧420。懸簧420的中心部一體地固定在活塞軸412的中心位置，其外周固定在殼體401上，可往復運動地彈性支撐著第1活塞407及第2活塞410。并且，懸簧420由彈簧鋼構成，其具體形狀與圖28所描述的形狀相同，因此，其詳細說明省略。
這樣，在兩側設有壓縮室402、403的線性壓縮機中，通過把懸簧420配設在活塞軸412的中心位置，由此，能很容易地把第1活塞407及第2活塞410的沖程中心位置控制在一定位置。
進一步，在第1活塞407及活塞軸412上設有第1連通通路451，該第1連通通路451用于把來自第1氣缸406內的上部壓縮室402的壓縮氣體供給后述的第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442。此外，在第2活塞410及活塞軸412上設有第2連通通路452，該第2連通通路452用于把來自第2氣缸409內的下部壓縮室403的壓縮氣體供給后述的第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442。
在第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442上，在第1活塞407位于上支點附近的壓縮過程中，來自第1氣缸406內上部壓縮室402的壓縮氣體的一部分通過第1連通通路451從活塞軸412噴向軸承側；另一方面，在第2活塞410位于上支點附近的壓縮過程中，來自第2氣缸409內下部壓縮室403的壓縮氣體的一部分通過第2連通通路452從活塞軸412噴向軸承側。
由此，由于第1活塞407及第2活塞410位于上下支點附近時，懸簧420呈伸展狀態，所以，不能利用懸簧420充分控制活塞軸的振動，但是，取而代之，通過第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442能可靠地防止第1活塞407及第2活塞410的軸振動。
根據以上結構，在第1活塞407位于上支點附近的位置期間，上部壓縮室402與氣體軸承部441、442的壓力差變大，來自上部壓縮室402的壓縮氣體的一部分通過第1連通通路451供給第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442，使壓縮氣體從活塞軸412噴向軸承側。
此外，在第2活塞410位于上支點附近的位置期間，下部壓縮室403與氣體軸承部441、442的壓力差變大，來自下部壓縮室403的壓縮氣體的一部分通過第2連通通路452供給第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442，使壓縮氣體從活塞軸412噴向軸承側。
圖20及圖21是分別表示從上部壓縮室402及下部壓縮室403排出氣體時的狀態的斷面圖。在這些圖中，箭頭表示的是活塞407、410的變位方向以及隨著活塞407、410的移動、上部壓縮室402及下部壓縮室403的壓縮氣體的流動。
從該兩個圖中可以看出，隨著第1活塞407向上支點附近的移動，上部壓縮室402的壓縮氣體經過第1連通通路451供給第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442(參照圖20)。相反，隨著第2活塞410向上支點附近的移動，下部壓縮室403的壓縮氣體的一部分經過第2連通通路452供給第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442(參照圖21)。
此外，當第1活塞407及第2活塞410位于中立點位置附近時，壓縮室402、403與氣體軸承部441、442的壓力差變小，所以壓縮氣體不會從活塞軸412噴向軸承側，不能期待氣體軸承部441、442上有良好的效果，但是，在這種場合，借助于懸簧420可以限制第1活塞407及第2活塞410的軸向位置。因此，可盡量抑制由來自壓縮室402、403的壓縮氣體供給而引起的裝置的效率惡化。
這樣，當第1活塞407及第2活塞410位于中立點位置附近時，借助于懸簧420可以限制第1活塞407及第2活塞410的軸向位置，另一方面，當第1活塞407及第2活塞410位于上支點位置附近時，借助于上述第1氣體軸承部441及第2氣體軸承部442限制第1活塞407及第2活塞410的軸向位置，從而以簡單的構成把活塞407、410的沖程中心位置保持在一定位置，同時，可限制活塞407、410往復運動驅動時活塞407、410的軸振動，從而防止活塞部分的磨損，延長了裝置的壽命。
上文對于在第1活塞407、第2活塞410及活塞軸412上設置第1連通通路451及第2連通通路452的情況進行了說明，但除此之外，也可以在第1氣缸406、第2氣缸409及殼體401內設置這些連通通路451、452，從氣缸406、409側把壓縮氣體噴向活塞軸412側。
實施例8下文參照附圖敘述本實施例的線性壓縮機的結構。
首先，參照圖22說明本實施例的線性壓縮機501的結構。圖22是磁鐵可動式線性壓縮機501的斷面圖，示出了活塞位于中立點的情況。
該線性壓縮機501把帶有壓縮室514的氣缸505a和圓筒狀殼體505b做成一體。在壓縮室514中配設有用于壓縮制冷劑氣體的活塞502a，在活塞502a上嵌裝有軸。在壓縮室514的上方，設置有吸入消聲器508與排氣消聲器509。
在軸502b上安裝有縱斷面形狀大致為H狀的磁性座507。在磁性座的外側安裝有上下兩段永久磁鐵504a、504b。上段永久磁鐵504a的外側為S極，下段永久磁鐵504b的外側為N極。
此外，在與永久磁鐵504a、504b對峙的殼體505b中，分別配設有包圍著永久磁鐵504a的線圈503a以及包圍著永久磁鐵504b的線圈503b。由永久磁鐵504a、504b、線圈503a、503b構成使活塞502a上下運動的線性電動機。
在軸502b的上下位置安裝有用于防止軸502b軸振動的由薄板構成的懸簧510、511該懸簧510、511的平面形狀可以選擇成各種形狀，諸如采用渦卷狀、十字狀等的形狀。
此外，在軸502b的由線圈座507限定的內部空間中，設有螺旋彈簧506a、506b。該螺旋彈簧506a、506b使離開中立點的活塞502a始終回到中立點。各螺旋彈簧506a、506b的一端由線圈座507支撐著，另一端由支架512、513分別支撐著。
在這里，線性壓縮機501具有由活塞502a、軸502b的重量、懸簧510、511的彈簧常數、螺旋彈簧506a、506b的彈簧常數以及壓縮氣體的彈性成分等確定的共振頻率。因此，以該共振頻率驅動線性電動機，便可以有效地產生壓縮氣體。
下文參照圖23及圖24敘述由上述結構構成的線性壓縮機501的動作。圖23示出了再膨脹·吸入沖程，圖24示出了壓縮·排出沖程。
首先，如圖23所示，把從活塞502a一側看為反時針方向流動的電流供給線圈503a，而把從活塞502a一側看為順時針方向流動的電流供給線圈503b。由此，在線圈503a中產生如圖中箭頭A1方向的磁場，在線圈503b中產生如圖中箭頭A2方向的磁場。結果，分別把向下的力(圖中箭頭D所示方向)施加給永久磁鐵504a、504b，使活塞502a向下方移動。
接著，如圖24所示，把從活塞502a一側看為順時針方向流動的電流供給線圈503a，而把從活塞502a一側看為反時針方向流動的電流供給線圈503b。由此，在線圈503a中產生如圖中箭頭A3方向的磁場，在線圈503b中產生如圖中箭頭A4方向的磁場。結果，分別把向下的力(圖中箭頭U所示方向)施加給永久磁鐵504a、504b，使活塞502a向上方移動。
這樣，通過依次反復進行圖23及圖24所示的過程，可以在壓縮室514中生成壓縮氣體。
如上所述，在由圖22所示結構構成的線性壓縮機中，在采用磁鐵可動式線性電動機的場合，通過在軸502b的上下位置設置用于防止軸502b軸振動的懸簧510、511，可以防止軸502b的軸振動。從而，避免了活塞502a與氣缸505a之間因摩擦引起的驅動力損失，提高了效率。
并且，由于用于線性電動機的磁性座507的縱斷面形狀為H形，因而采用了將螺旋彈簧506a、506b收在由磁性座507形成的內部空間內的構成形式。其結果，是可有效地利用線性壓縮機中的內部空間，實現了線性壓縮機的小型化。
此外，也可考慮由懸簧510、511兼負螺旋彈簧506a、506b的功能，而采用只設懸簧510、511的結構，但假若懸簧510、511的彈簧常數比較大，則由金屬疲勞引起的破壞危險性就比較高。因此，最好考慮采用上述的螺旋彈簧506a、506b與懸簧510、511并用的結構。
實施例9在上述實施例8中，敘述了采用一個氣缸的情況，但是，如圖25所示，也可以在下端部再設置帶有壓縮室515的氣缸505b，在軸502b的下端側設置活塞502c，由此可以構成雙活塞式線性壓縮機，并能得到與上述單活塞式線性壓縮機同樣的作用和效果。此外，把上述結構用于線圈可動式線性壓縮機中也能得到同樣的作用和效果。
以上所揭示的實施例，只是為了說明而在各方面舉的例子，并不構成對本發明的限定，在不脫離本發明的權利要求書所揭示的范圍內，可以作出與權利要求范圍均等的以及包括在其范圍內的各種變更。
工業上的可實施性如上文所述，本發明的線性壓縮機，可用作密閉式冷凍系統中的線性壓縮機。
權利要求書按照條約第19條的修改1.一種用于產生壓縮氣體的線性壓縮機，設有氣缸、將氣缸內隔成壓縮室的活塞以及一端設置有所述活塞的軸；與所述軸結合并使離開中立點的活塞回復到中立點的彈性部件；以及使所述軸沿軸向往復運動并產生壓縮氣體的線性電動機；并且可對驅動電流與活塞的速度進行控制，使用于驅動所述線性電動機的驅動電流與活塞速度的相位大致相同。
2.根據權利要求1所述的線性壓縮機，其特征是，所述活塞與氣缸是朝彼此相反的方向設置在所述軸兩端部的同軸的兩組活塞與氣缸；并由上述兩組活塞和氣缸交替產生上述壓縮氣體的線性電動機。
3.根據權利要求1或2所述的線性壓縮機，其特征是，所述彈性部件采用螺旋彈簧；包括所述活塞、軸及彈性部件的振動部具有由該振動部的重量、壓縮室內壓縮氣體的彈簧常數及彈簧所確定的共振頻率；所述線性電動機以該共振頻率驅動軸往復運動。
4.一種線性壓縮機，設有設置在殼體內的氣缸；可往復地嵌裝在氣缸內并將氣缸內部隔成壓縮室的活塞；以及線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有中心部與活塞固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動，所述彈性部件安裝在所述活塞與有底圓筒狀可動體之間；線性壓縮機在所述壓縮室內壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部，其特征是，所述可動體和/或所述磁框上設有把除壓縮室內的氣體之外的氣體泄出的氣體泄漏裝置。
5.根據權利要求4所述的線性壓縮機，其特征是，所述氣體泄漏裝置包括設置在所述磁框上的用于泄漏氣體的第1泄漏孔、與第1泄漏孔連通的緩沖空間、以及設置在可動體上的用于泄漏氣體的第2泄漏孔。
6.根據權利要求5所述的線性壓縮機，其特征是，還設有設置在所述活塞及可動體之間的活塞軸、可往復移動地嵌裝該活塞軸的設置在活塞背面側的氣缸上的彈簧座、卷裝在所述活塞軸上并置于所述彈簧座與可動體之間的第1螺旋彈簧、設置在所述殼體底面與可動體之間的第2螺
27.根據權利要求25或26所述的線性壓縮機，其特征是，所述線性電動機設有設置在殼體上的線圈和設置在軸上的永久磁鐵；所述第1彈性部件收容在永久磁鐵上所設置的內部空間中。
28.根據權利要求25～27中任一所述的線性壓縮機，其特征是，所述第1彈性部件是螺旋彈簧，所述第2彈性部件是懸簧。
29.根據權利要求1～3中任一所述的線性壓縮機，其特征是，使離開中立點的活塞回到中立點的所述彈性部件的回復力設定成大于壓縮氣體作用到活塞上的力。
30.根據權利要求4所述的線性壓縮機，其特征是，設置在所述磁框上的氣體泄漏裝置將所述磁框、磁鐵與可動體所形成的磁回路空間部分的氣體泄漏到外部；設置在所述可動體上的氣體泄漏裝置把所述活塞的背面側與所述可動體的里面部分所包圍的可動體里面部分的氣體泄漏到外部。
權利要求
1.一種用于產生壓縮氣體的線性壓縮機，設有朝彼此相反的方向設置在同一軸上的兩組活塞及氣缸；兩端分別設置有所述活塞的軸；與所述軸結合并使離開中立點的活塞回到中立點的彈性部件；以及使所述軸沿軸向往復運動并使所述兩組活塞及氣缸交替地產生上述壓縮氣體的線性電動機。
2.根據權利要求1所述的線性壓縮機，其特征是，包括所述兩個活塞、軸及彈性部件的振動部具有預定的共振頻率，所述線性電動機以該共振頻率驅動所述軸作往復運動。
3.根據權利要求1或2所述的線性壓縮機，其特征是，使離開中立點的活塞回到中立點的所述彈性部件的回復力設定成大于壓縮氣體作用到活塞上的力。
4.一種線性壓縮機，設有設置在殼體內的氣缸；可往復地嵌裝在氣缸內并將氣缸內部隔成壓縮室的活塞；以及線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有中心部與活塞固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動，該線性壓縮機在所述壓縮室內壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部，其特征是，所述可動體和/或所述磁框上設有氣體泄漏裝置。
5.根據權利要求4所述的線性壓縮機，其特征是，所述氣體泄漏裝置包括設置在所述磁框上的用于泄漏氣體的第1泄漏孔、與第1泄漏孔連通的緩沖空間、以及設置在可動體上的用于泄漏氣體的第2泄漏孔。
6.根據權利要求5所述的線性壓縮機，其特征是，還設有設置在所述活塞及可動體之間的活塞軸、可往復移動地嵌裝該活塞軸的設置在活塞背面側的氣缸上的彈簧座、卷裝在所述活塞軸上并置于所述彈簧座與可動體之間的第1螺旋彈簧、設置在所述殼體底面與可動體之間的第2螺旋彈簧、將所述活塞的背面空間與卷裝有所述第1螺旋彈簧的可動體里面空間部分連通的用于泄漏氣體的第3泄漏孔。
7.一種線性壓縮機，其特征是，設有設置在殼體內的氣缸；以微小間隙可往復地嵌裝在氣缸內并將氣缸內部隔成壓縮室的活塞；一端固定在所述活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動；以及內周面上設有滾動軸承并將所述活塞軸可自由滑動地保持在該滾動軸承上的導向部。
8.根據權利要求7所述的線性壓縮機，其特征是，所述微小間隙設定在隨著所述活塞的往復運動、在活塞與氣缸之間可形成氣體密封的范圍內。
9.根據權利要求8所述的線性壓縮機，其特征是，所述微小間隙設定在5μm以下。
10.根據權利要求7～9任一項所述的線性壓縮機，其特征是，所述導向部由設置在活塞背面側的氣缸上的第1導向部和設置在殼體底面上的第2導向部構成，所述導向部還包括設置在第1導向部與可動體之間的第1螺旋彈簧以及設置在第2導向部與可動體之間的第2螺旋彈簧。
11.一種線性壓縮機，設有設置在殼體內的氣缸；可往復地嵌裝在氣缸內并將氣缸內部隔成壓縮室的活塞；一端固定在活塞上的活塞軸；以及線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動，該壓縮機在壓縮室內壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部，其特征是，在所述氣缸或活塞上設有滾動軸承，所述活塞通過該滾動軸承沿氣缸往復運動。
12.根據權利要求11所述的線性壓縮機，其特征是，還包括可往復移動地嵌裝所述活塞軸的設置在活塞背面側的氣缸上的彈簧座、設置在所述彈簧座與可動體之間的第1螺旋彈簧以及設置在所述殼體底面與可動體之間的第2螺旋彈簧。
13.一種線性壓縮機，在壓縮室中壓縮氣體并將該壓縮氣體供到外部，其特征是，設有設置在殼體內兩側的第1氣缸及第2氣缸；分別可往復地嵌裝在所述第1氣缸及第2氣缸內的并將第1氣缸及第2氣缸的內部隔成壓縮室的第1活塞及第2活塞；兩端固定在第1活塞及第2活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動；以及隔著所述可動體而設置的分別將第1活塞及第2活塞可往復驅動地彈性支撐在第1氣缸及第2氣缸內的螺旋彈簧；所述第1活塞、活塞軸及第2活塞的內部為中空連通狀態，將第1活塞的背面空間與第2活塞的背面空間連通。
14.根據權利要求13所述的線性壓縮機，其特征是，在所述第1活塞上設有將第1活塞的背面空間與第1活塞的中空內部連通的第1泄漏孔，同時在所述第2活塞上設有將第2活塞的背面空間與第2活塞的中空內部連通的第2泄漏孔，并使第1活塞的背面空間與第2活塞的背面空間成為連通狀態。
15.一種線性壓縮機，在壓縮室中壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部，其特征是，設有設置在殼體內兩側的第1氣缸及第2氣缸；分別可往復地嵌裝在所述第1氣缸及第2氣缸內的并將第1氣缸及第2氣缸的內部隔成壓縮室的第1活塞及第2活塞；兩端固定在第1活塞及第2活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動；以及隔著所述可動體而設置的分別將第1活塞及第2活塞可往復驅動地彈性支撐在第1氣缸及第2氣缸內的螺旋彈簧；所述第1活塞、活塞軸及第2活塞的內部為中空連通狀態，把來自第1氣缸內的壓縮室的壓縮氣體通過第1活塞及活塞軸的中空部供給外部，并且，把來自第2氣缸內的壓縮室的壓縮氣體通過第2活塞及活塞軸的中空部供給外部。
16.根據權利要求15所述的線性壓縮機，其特征是，在所述第1活塞上設置有把來自第1氣缸內壓縮室的壓縮氣體向第1活塞的中空部排出的第1排出閥，并且，在所述第2活塞上設置有把來自第2氣缸內壓縮室的壓縮氣體向第2活塞的中空部排出的第2排出閥。
17.根據權利要求16所述的線性壓縮機，其特征是，還設有在可動體內部形成的一端在連通狀態下與活塞軸的中空部連接的中空可動體空間部以及設置在可動體空間部另一端與所述本體殼體之間的具有伸縮性的連通管，該連通管將壓縮氣體排到外部。
18.根據權利要求17所述的線性壓縮機，其特征是，所述連通管是波紋狀管或螺旋狀管。
19.一種線性壓縮機，在壓縮室中壓縮氣體，并將該壓縮氣體供到外部，其特征是，設有設置在殼體內兩側的第1氣缸及第2氣缸；分別可往復地嵌裝在所述第1氣缸及第2氣缸內的并將第1氣缸及第2氣缸的內部隔成壓縮室的第1活塞及第2活塞；兩端固定在第1活塞及第2活塞上的活塞軸；線性電動機，該線性電動機在由磁鐵及磁框組成的磁回路的一部分上所形成的間隙中，配設有與活塞軸固定成一體的有底圓筒狀可動體，并通過把規定頻率的交流電供給卷繞在所述可動體外周的電磁線圈，驅動所述活塞作往復運動；設置在所述殼體與活塞軸之間的分別將第1活塞及第2活塞可往復驅動地彈性支撐在第1氣缸及第2氣缸內的板狀活塞彈簧；以及把來自第1氣缸及第2氣缸內的壓縮室的壓縮氣體的一部分噴出并對第1活塞及第2活塞的軸向位置進行限制的氣體軸承。
20.根據權利要求19所述的線性壓縮機，其特征是，還設有將來自第1氣缸內的壓縮室的壓縮氣體供給氣體軸承的第1連通通路及將來自第2氣缸內的壓縮室的壓縮氣體供給氣體軸承的第2連通通路。
21.根據權利要求20所述的線性壓縮機，其特征是，所述第1連通通路在第1活塞及活塞軸內形成，所述第2連通通路在第2活塞及活塞軸內形成。
22.根據權利要求19～21中任一所述的線性壓縮機，其特征是，所述氣體軸承由設置在所述第1活塞背面側的第1氣缸上并對第1活塞的軸向位置進行限制的第1氣體軸承部和設置在所述第2活塞背面側的第2氣缸上并對第2活塞的軸向位置進行限制的第2氣體軸承部構成。
23.根據權利要求19～22中任一所述的線性壓縮機，其特征是，所述第1活塞及第2活塞分別以微小間隙可往復地嵌裝在所述第1氣缸及第2氣缸內。
24.根據權利要求23所述的線性壓縮機，其特征是，所述微小間隙設定為10μm以下。
25.一種用于產生壓縮氣體的線性壓縮機，設有設有活塞的活塞軸；具有可容納所述活塞的壓縮室的氣缸；與所述氣缸設置成一體并用于安裝所述軸的殼體；使所述活塞往復運動并在壓縮室中產生壓縮氣體的、將所述軸與殼體結合在一起的線性電動機；與所述軸結合并使離開中立點的活塞回復到中立點的第1彈性部件；以及與所述軸結合并用于防止所述軸的軸振動的第2彈性部件。
26.根據權利要求25所述的線性壓縮機，其特征是，包括所述活塞、軸、第1彈性部件、第2彈性部件以及壓縮氣體的振動部具有規定的共振頻率，所述線性電動機以該共振頻率驅動所述軸作往復運動。
27.根據權利要求25或26所述的線性壓縮機，其特征是，所述線性電動機設有設置在殼體上的線圈和設置在軸上的永久磁鐵；所述第1彈性部件收容在永久磁鐵上所設置的內部空間中。
28.根據權利要求25～27中任一所述的線性壓縮機，其特征是，所述第1彈性部件是螺旋彈簧，所述第2彈性部件是懸簧。
全文摘要
一種用于產生壓縮氣體的線性壓縮機,設有:朝彼此相反的方向同軸設置的兩組活塞608a、608b及氣缸607a、607b;兩端分別設置有所述活塞608a、608b的軸603;與軸603結合并使離開中立點的活塞回復到中立點的螺旋彈簧605a、605b以及使軸603沿軸向往復運動并在兩個壓縮室611a、611b中交替地產生壓縮氣體的線性電動機613。由這種結構,可以把壓縮氣體作用在活塞上的非線性力分成相位相反的兩部分。結果,與以往只一個活塞的結構相比,能達到減小電動機推力并使該推力線性化以提高效率的目的。還能使裝置小型化,減少振動及噪音。
文檔編號F04B35/00GK1200789SQ97191217
公開日1998年12月2日 申請日期1997年7月8日 優先權日1996年7月9日
發明者東條直人, 松村新一, 桑木康之, 中山隆文, 高岡大造 申請人:三洋電機株式會社