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Dokumentenidentifikation DE69830935T2 20.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001344934
Titel Linearverdichter
Anmelder Matsushita Refrigeration Co., Kusatsu, Shiga, JP
Erfinder Morita, Ichiro, Fujisawa-shi, Kanagawa-ken 251-0861, JP;
Kobayashi, Masanori, Fujisawa-shi, Kanagawa-ken 251-0042, JP;
Inagaki, Koh, Fujisawa-shi, Kanagawa-ken 251-0861, JP;
Katayama, Makoto, Chigasaki-shi, JP
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69830935
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.10.1998
EP-Aktenzeichen 030131320
EP-Offenlegungsdatum 17.09.2003
EP date of grant 20.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.2006
IPC-Hauptklasse F04B 35/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingverdichter, wie vorzugsweise in einem Kühlschrank und einer Klimaanlage verwendet.

Verschiedene herkömmliche Schwingverdichter sind in den veröffentlichen Japanischen Patentanmeldungen Nr. Kokai-51-57009, Kokai 8-247025, Kokai 9-324764, Kokai 4-347460 und der US-A-3 937 600 offen gelegt.

Die Schwingverdichter umfassen im Prinzip ein bewegliches Element mit einem Kolben und ein feststehendes Element mit einem Zylinder, so dass Gas in eine durch den Kolben und den Zylinder definierte Verdichtungskammer eingeleitet und durch den Kolben, der sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt, verdichtet wird.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schwingverdichter bereitzustellen, der in der Lage ist, die Kolbenposition in Bezug auf die Zylinderposition unabhängig von geänderten Betriebsdruckbedingungen zu optimieren und dadurch das obere Spiel zu minimieren und einen effizienten Verdichterbetrieb zu realisieren.

In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Schwingverdichter bereit, der ein dicht verschlossenes Gehäuse mit einem Innenraum zur Aufnahme von Kühlgas, einen Block, der in dem dicht verschlossenen Gehäuse untergebracht ist, einen Motor, der einen Stator und eine Bewegungsvorrichtung umfasst, einen Kolben, der mit der Bewegungsvorrichtung des Motors verbunden ist, ein bewegliches Element, das die Bewegungsvorrichtung des Motors und den Kolben umfasst, ein feststehendes Element, das den Stator des Motors und den Block umfasst, ein elastisches Element mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element befestigt ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element befestigt ist, einen Zylinder, der in Bezug auf den Block verschiebbar ist, einen Zylinderkopf, der an dem Zylinder befestigt ist, Gegendruckkammern, die in dem Kühlgasraum gebildet sind und durch eine integrale Einheit luftdicht unterteilt sind, die den Zylinder und/oder den Zylinderkopf umfasst, und wobei mindestens eine der Gegendruckkammern auf einem niedrigen Druckniveau gehalten wird, und eine andere der Gegendruckkammern auf einem hohen Druckniveau gehalten wird, umfasst.

Es wird bevorzugt, dass dieser Schwingverdichter ferner ein elastisches Element umfasst, dessen eines Ende mit der integralen Einheit verbunden ist, die den Zylinder und/oder den Zylinderkopf umfasst, und dessen anderes Ende mit dem feststehenden Element verbunden ist, und ferner einen eine Zylinderposition detektierenden Sensor umfasst, der an dem feststehenden Element oder dem Zylinder befestigt ist.

Die oben stehenden und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen verständlich, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu betrachten sind, in denen:

1 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

4 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

5 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

6 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

7 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

8 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

9 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

10 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Betriebszustand des Schwingverdichters gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

11 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine Anordnung eines Schwingverdichters gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

12 ein Graph ist, der die Kennlinie des Schwingverdichters gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

13 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

14 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

15 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

16 ein Diagramm ist, das einen elektrischen Schaltkreis des Schwingverdichters gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

17 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

18 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

19 eine Draufsicht ist, die ein elastisches Element zeigt, das in dem Schwingverdichter gemäß der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

20 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

21 eine Draufsicht ist, die ein elastisches Element zeigt, das in dem Schwingverdichter gemäß der sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

22 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und

23 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die einen Schwingverdichter gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im größeren Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erklärt. Identische Teile sind in den Zeichnungen durchwegs mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Erste Ausführungsform

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Der Schwingverdichter umfasst ein dicht verschlossenes Gehäuse 1 mit einem Innenraum 1a zur Aufnahme von Kühlgas und einen Hauptkörper 2. Ein Motor 3 umfasst einen Stator 3a und eine Bewegungsvorrichtung 3b. Die Bewegungsvorrichtung 3b ist an einem Kolben 5 befestigt. Der Hauptkörper 2 besteht grob aus einem beweglichen Element 12 und einem feststehenden Element 13. Das bewegliche Element 12 umfasst die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5. Das feststehende Element 13 umfasst einen Zylinder 4, den Stator 3a des Motors 3 und einen Block 6. Der Hauptkörper 2 ist durch eine Tragfeder (nicht gezeigt) in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 elastisch getragen.

Ein elastisches Element 8 umfasst eine Vielzahl von elastischen Elementen 8a, die in einer axialen Richtung gestapelt oder mehrlagig und durch eingreifende radial äußere Abstandhalter 8d und radial innere Abstandhalter 8e beabstandet sind. Ein innerer zylindrischer Rand 8b eines jeden elastischen Elements 8 ist an den Kolben 5 befestigt. Ein äußerer zylindrischer Rand 8c des elastischen Elements 8 ist an dem Block 6 befestigt.

Der Zylinder 4 und das elastische Element 8 tragen zusammenwirkend den Kolben 5, so dass dieser verschiebbar ist und sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt. Der Zylinder 4 und der Kolben 5 definieren zusammenwirkend eine Verdichtungskammer 9.

Als Nächstes wird der Verdichtungsmechanismus des oben beschriebenen Schwingverdichters erklärt. Zunächst wird Wechselstrom einer Wechselstromquelle einweggleichgerichtet und dem Stator 3a zugeführt. Ein Magnetfeld, das durch den Stator 3a erzeugt wird, zieht die Bewegungsvorrichtung 3b, die an dem Kolben 5 befestigt ist, auf Basis des Prinzips magnetisch variablen Widerstandes an. Wenn die Bewegungsvorrichtung 3b sich in der axialen Richtung verschiebt, verformt sich das zwischen der Bewegungsvorrichtung 3b und dem Block 6 angeordnete elastische Element in Ansprechen auf die Verschiebebewegung des Kolbens 5 federnd und speichert in sich eine elastische Kraft. Wenn die in dem elastischen Element 8 gespeicherte elastische Kraft ausreichend erhöht ist, wird die Bewegungsvorrichtung 3b in die Ausgangsposition zurückgeschoben. Eine kontinuierliche Wiederholung dieses Zyklus bewegt den Kolben 5 in der axialen Richtung hin und her.

Kühlgas eines Kühlsystems (nicht gezeigt) wird in eine Niederdruckkammer 7a eines Zylinderkopfes 7 eingeleitet und gelangt dann über ein in dem Zylinderkopf 7 angeordnetes Einlassventil (nicht gezeigt) in die Verdichtungskammer 9 des Zylinders 4. Das in die Verdichtungskammer 9 eingeleitete Kühlgas wird durch den Kolben 5, der sich auf die oben beschriebene Art hin- und herbewegt, verdichtet.

Das verdichtete Kühlgas gelangt dann über ein Auslassventil (nicht gezeigt) in eine Hochdruckkammer 7b des Zylinderkopfes 7 und tritt dann aus dem Zylinderkopf 7 in das Kühlsystem aus.

Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Zylinder 4 integral mit dem Zylinderkopf 7 und in der axialen Richtung in Bezug auf den Block 6 verschiebbar, wenn er von einer Verschiebevorrichtung 16 angetrieben wird. Die Verschiebevorrichtung 16 umfasst eine an einer sich axial erstreckenden Fläche des Zylinders 4 vorgesehene Zahnstange 16a. Ein Zahnrad 16b, das auf dem feststehenden Element 13 wie z. B. auf dem Block 6 drehbar gelagert ist, greift in die Zahnstange 16a ein und bildet so einen Zahnstangen- und Zahnradmechanismus. Somit stellt die erste Ausführungsform die Verschiebevorrichtung 16 zur flexiblen Verschiebung des Kolbens 5 in der axialen Richtung in Bezug auf den Block 6 bereit.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der vorliegenden Erfindung wird hierin nachfolgend beschrieben.

Während eines Verdichtungsbetriebs des Verdichters kann die Kühlleistung reduziert werden, indem die an dem Motor 3 angelegte Spannung verringert wird, um den Hub des Kolbens 5 zu reduzieren.

In diesem Fall kann das obere Spiel des Kolbens 5 im Verhältnis zur Reduktion des Kolbenhubs zunehmen. Gemäß der ersten Ausführungsform kann die Verschiebevorrichtung 16 jedoch den Zylinder 4 in Richtung der Verdichtungskammer 9 verschieben, um so das Volumen der Verdichtungskammer 9 zu reduzieren, und dadurch das erhöhte obere Spiel ausgleichen und das obere Spiel bei einem konstanten Wert halten. Somit wird ein Reexpansionsverlust reduziert und der Wirkungsgrad kann entsprechend aufrechterhalten werden.

Des Weiteren wird, wenn eine erhöhte Kühlleistung benötigt wird, eine erhöhte Spannung an den Motor 3 angelegt, um den Hub des Kolbens 5 zu erhöhen. In diesem Fall nimmt das obere Spiel auf Grund des erhöhten Hubs des Kolbens 5 ab. Der Kolben 5 kann mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstoßen. Gemäß der ersten Ausführungsform kann die Verschiebevorrichtung 16 jedoch den Zylinder 4 von der Verdichtungskammer 9 weg verschieben, um so das Volumen der Verdichtungskammer 9 zu erhöhen und dadurch das reduzierte obere Spiel auszugleichen und zu verhindern, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstößt.

Wie oben stehend beschrieben, stellt die erste Ausführungsform den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1 mit dem Innenraum 1a zur Aufnahme von Kühlgas, den Block 6, der in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht ist, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, den Kolben 5, der mit der Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 verbunden ist, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Stator 3a des Motors 3 und den Block 6 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 8 befestigt ist, den Zylinder 4, der in Bezug auf den Block 6 in der axialen Richtung verschiebbar ist, und die Verschiebevorrichtung 16 zum Verschieben des Zylinders 4 in der axialen Richtung umfasst. Mit dieser Anordnung wird es möglich, das obere Spiel in Übereinstimmung mit einem gegebenen Kolbenhub entsprechend zu minimieren. Der Verdichter kann immer mit besseren Wirkungsgraden betrieben werden.

Zweite Ausführungsform

2 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 2 ist der Zylinder 4 zwischen zwei Anschlagvorsprüngen 17a und 17b, die an einer Innenfläche des Blocks 7 vorgesehen sind, angeordnet, so dass der Zylinder 4 sich in der axialen Richtung in Bezug auf den Block 7 in einem durch die Anschlagvorsprünge 17a und 17b eingeschränkten begrenzten Bereich verschieben kann. Zwei Gegendruckkammern 18a und 18b, die in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 ausgebildet und durch die integrale Einheit des Zylinders 4 und des Zylinderkopfes 7 luftdicht unterteilt sind, stehen mit der Außenseite über Gegendruckrohre 19a bzw. 19b in Verbindung. Ein Einlassrohr 20 erstreckt sich direkt von dem Zylinderkopf 7 zu der Außenseite des dicht verschlossenen Gehäuses 1.

Ein Drucksteuerungsmechanismus 21 ist zwischen den Gegendruckkammern 19a, 19b und den Einlass- und Auslassrohren 20 und 10 angeordnet. Im Spezielleren umfasst der Drucksteuerungsmechanismus 21 insgesamt vier Druckregelventile 21a, 21b, 21c, 21d. Verbindungsrohre 21e und 21f erstrecken sich von dem Einlassrohr 20 zu den Druckregelventilen 21a bzw. 21b. Verbindungsrohre 21g und 21h erstrecken sich von einem Auslassrohr 10 zu den Druckregelventilen 21c bzw. 21d. Ein Druckrohr 21i verbindet die Druckregelventile 21a und 21c mit dem Gegendruckrohr 19a. Ein Druckrohr 21j verbindet die Druckregelventile 21b und 21d mit dem Gegendruckrohr 19b.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der zweiten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Der Drucksteuerungsmechanismus 21 leitet das Gas mit niedrigem Druck aus dem Einlassrohr 20 und das Gas mit hohem Druck aus dem Auslassrohr 10 ein und stellt die Drücke der eingeleiteten Gase durch die Druckregelventile 21a, 21b, 21c und 21d ein, um eingestellte Gase mit beliebigen Drücken in einem Bereich von dem hohen Anfangsdruck zu dem niedrigen Anfangsdruck zu erzeugen. Die eingestellten Gase werden in die Gegendruckkammern 18a und 18b hinein zugeführt.

Wenn die Umgebungslufttemperatur hoch ist, wird eine erhöhte Kühlleistung benötigt. In einem solchen Fall wird das Druckregelventil 21c verschlossen, während das Druckregelventil 21a geöffnet wird. Somit wird die Gegendruckkammer 18a bei einem niedrigen Druckniveau gehalten.

In der Zwischenzeit wird das Druckregelventil 21d geöffnet und das Druckregelventil 21b wird verschlossen. Somit wird der Druck der Gegendruckkammer 18b auf ein hohes Niveau erhöht. Der Zylinder 4, der integral mit dem Zylinderkopf 7 ist, verschiebt sich auf Grund eines Druckungleichgewichts zwischen den Gegendruckkammern 18a und 18b in der axialen Richtung zu dem Anschlagvorsprung 17a.

In diesem Fall erhöht sich das obere Spiel des Kolbens 5 in Übereinstimmung mit der Verschiebebewegung des Zylinders 4. Das erhöhte obere Spiel kann jedoch durch Anlegen einer erhöhten Spannung an den Motor 3, um so den Kolbenhub zu erhöhen, ausgeglichen werden. Somit ermöglicht es die zweite Ausführungsform, das obere Spiel bei einem konstanten Wert zu halten.

Demgemäß wird es möglich, den Hub des Kolbens in Ansprechen auf eine hohe Umgebungslufttemperatur automatisch zu erhöhen, so dass die Kühlleistung selbst in solch einem Hochlastzustand ausreichend erhalten werden kann. Somit kann ein effizienter Verdichterbetrieb in Übereinstimmung mit den Antriebsbedingungen der Kühlvorrichtung ohne Verwendung zusätzlicher Detektions- und Steuervorrichtungen realisiert werden.

Als Nächstes wird, wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, eine verringerte Kühlleistung benötigt. In solch einem Fall wird das Druckregelventil 21a verschlossen, während das Druckregelventil 21c geöffnet wird. Somit wird der Druck der Gegendruckkammer 18a auf ein hohes Niveau erhöht.

In der Zwischenzeit wird das Druckregelventil 21b geöffnet und das Druckregelventil 21d wird verschlossen. Somit wird die Gegendruckkammer 18b bei einem verringerten niedrigen Druckniveau gehalten. Die integrale Einheit des Zylinders 4 und des Zylinderkopfes 7 verschiebt sich auf Grund eines umgekehrten Druckungleichgewichts zwischen den Gegendruckkammern 18a und 18b in der axialen Richtung zu dem Anschlagvorsprung 17b.

In diesem Fall verringert sich das obere Spiel des Kolbens 5 in Übereinstimmung mit der Verschiebebewegung des Zylinders 4. Das verringerte obere Spiel kann jedoch durch Anlegen einer verringerten Spannung an den Motor 3, um so den Kolbenhub zu verringern, ausgeglichen werden. Somit ermöglicht es die zweite Ausführungsform, das obere Spiel bei einem konstanten Wert zu halten.

Demgemäß wird es möglich, den Hub des Kolbens in Ansprechen auf eine niedrige Umgebungslufttemperatur automatisch zu verringern. Somit kann ein effizienter Verdichterbetrieb in Übereinstimmung mit den Antriebsbedingungen der Kühlvorrichtung ohne Verwendung zusätzlicher Detektions- und Steuervorrichtungen realisiert werden.

Wie oben stehend beschrieben stellt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1 mit dem Innenraum 1a zur Aufnahme von Kühlgas, den Block 6, der in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht ist, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, den Kolben 5, der mit der Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 verbunden ist, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Stator 3a des Motors 3 und den Block 6 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt 8b, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt 8c, der an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, den Zylinder 4, der in Bezug auf den Block 6 verschiebbar ist, den Zylinderkopf 7, der an dem Zylinder 4 befestigt ist, Gegendruckkammern 18a und 18b, die in dem Kühlgasraum 1a gebildet sind und durch eine integrale Einheit luftdicht unterteilt sind, die den Zylinder 4 und/oder den Zylinderkopf 7 umfasst, und wobei mindestens eine der Gegendruckkammern 18a, 18b auf einem niedrigen Druckniveau gehalten wird und die andere der Gegendruckkammern 18a, 18b auf einem hohen Druckniveau gehalten wird, umfasst. Mit dieser Anordnung wird es möglich, eine praktische Kühlvorrichtung wie z. B. einen Kühlschrank zu realisieren, die in der Lage ist, den Hub des Kolbens in Ansprechen auf eine hohe Umgebungslufttemperatur automatisch zu erhöhen, so dass die Kühlleistung selbst in dem Hochlastzustand ausreichend erhalten werden kann, und die auch in der Lage ist, den Hub des Kolbens in Ansprechen auf eine verringerte Umgebungslufttemperatur automatisch zu reduzieren. Somit kann ein effizienter Verdichterbetrieb in Übereinstimmung mit den Antriebsbedingungen der Kühlvorrichtung ohne Verwendung zusätzlicher Detektions- und Steuervorrichtungen realisiert werden.

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart den Drucksteuerungsmechanismus 21, der die Drücke in den Gegendruckkammern 18a und 18b steuert. Es ist jedoch nicht notwendig zu erwähnen, dass ähnliche Effekte erzielt werden können, auch wenn der Drucksteuerungsmechanismus 21 durch irgendeine andere vergleichbare Drucksteuerungsvorrichtung ersetzt ist.

Dritte Ausführungsform

3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Wie in 3 gezeigt, hält oder stützt ein elastisches Element 22 die integrale Einheit des Zylinders 4 und des Zylinderkopfs 7 federnd in der Mitte zwischen zwei Anschlagvorsprüngen 17a und 17b.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der vierten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Wenn eine hohe Spannung plötzlich an den Motor 3 angelegt wird, kann der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstoßen. Demgemäß wird während eines Anlaufbetriebes des Verdichters die an den Motor 3 angelegte Spannung schrittweise erhöht, um den Zusammenstoß des Kolbens 5 zu vermeiden. In diesem Fall verringert sich das obere Spiel des Kolbens schrittweise, während eine beträchtliche Zeit verstreicht, bis die Druckbedingungen des Systems die vorbestimmten Werte erreichen.

Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hält oder stützt jedoch das elastische Element 22 den Zylinder 4 federnd an einer Position näher dem oberen Totpunkt des Kolbens 5, wenn der Verdichter gestoppt wird. Somit kann das obere Spiel, selbst wenn der Verdichter mit einem geringeren Hub während des Anlaufbetriebs angetrieben wird, durch das elastische Element 22 bei einem geringeren Wert gehalten werden.

In der Folge steigt der Druck der verdichteten Luft an und der Kolbenhub erhöht sich in Ansprechen darauf. Der Zylinder 4 wird durch die Verdichtungskraft schrittweise in Richtung des Anschlagvorsprungs 17a geschoben, während das elastische Element 22 den Zylinder 4 federnd aufnimmt oder stützt, um so das obere Spiel bei einem konstanten Wert zu halten. Somit können die Druckbedingungen des Systems schnell die vorbestimmten optimalen Werte erreichen, wodurch ein effizienter Verdichterbetrieb realisiert ist.

Wenn der Verdichter stabil betrieben wird, kann der Zylinder 4 zusammen mit dem Kolben 5 schwingen. Das elastische Element 22 wirkt jedoch als ein Dämpfungsmittel, um die Schwingung des Zylinders 4 zu unterdrücken. Somit reduziert die dritte Ausführungsform die Fluktuation des oberen Spiels des Kolbens 5, die durch die gemeinsame Schwingung zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 hervorgerufen wird, und verhindert, dass die Kühlleistung sich verschlechtert. Des Weiteren kann die dritte Ausführungsform die Position des Zylinders 4 stabilisieren und die Vibration und den Lärm unterdrücken.

Wie oben stehend beschrieben, umfasst der Schwingverdichter gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der das elastische Element 22, dessen eines Ende mit der integralen Einheit des Zylinders 4 und des Zylinderkopfes 7 verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem feststehenden Element 13 verbunden ist. Mit dieser Anordnung wird es möglich, das obere Spiel des Kolbens 5 selbst in dem Anlaufbetrieb, bei dem der Kolben mit kurzen Hüben betrieben wird, zu unterdrücken und dadurch einen effizienten Verdichterbetrieb zu realisieren. Des Weiteren wird es möglich, die Zylinderposition während eines normalen Betriebes im Vergleich mit einem Fall, in dem die Zylinderposition durch ein Gasdruckungleichgewicht gesteuert wird, zu stabilisieren. Somit können Vibrationen und Lärm wirksam unterdrückt werden.

Vierte Ausführungsform

4 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 4 ist ein Sensor 23, der die Position des Kolbens 5 detektiert, an dem Block 6 befestigt. Ein weiterer Sensor 24, der die Position des Zylinders 4 detektiert, ist an dem Block 6 befestigt.

Eine Steuereinheit 26 empfängt die von den die Position detektierenden Sensoren 23 und 24 erzeugten Signale und steuert die Druckregelventile 21a, 21b, 21c und 21d.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der vierten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Wenn der Hub des Kolbens 5 in Ansprechen auf die geänderten Betriebsdruckbedingungen des Verdichters zunimmt, kann der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstoßen. In diesem Fall steuert die Steuereinheit 26 rückgekoppelt den Drucksteuerungsmechanismus 21 auf Basis der von den die Position detektierenden Sensoren 23 und 24 gesendeten Signale. Im Spezielleren wird das Druckregelventil 21c verschlossen, während das Druckregelventil 21a geöffnet wird. Somit wird die Gegendruckkammer 18a bei einem niedrigen Druckniveau gehalten.

In der Zwischenzeit wird das Druckregelventil 21d geöffnet und das Druckregelventil 21b wird verschlossen. Somit wird die Gegendruckkammer 18b bei einem erhöhten hohen Druckniveau gehalten. Die integrale Einheit des Zylinders 4 und des Zylinderkopfes 7, verschiebt sich auf Grund eines Druckungleichgewichts zwischen den Gegendruckkammern 18a und 18b in der axialen Richtung zu dem Anschlagvorsprung 17a.

In diesem Fall erhöht sich das obere Spiel des Kolbens 5 in Übereinstimmung mit der Verschiebebewegung des Zylinders 4, wodurch verhindert wird, dass der Kolben 5 mit dem Auslassventil zusammenstößt und Lärm eliminiert wird.

Der Hub des Kolbens 5 wird in Ansprechen auf die Betriebsdruckbedingungen des Verdichters verringert. In diesem Fall verschiebt sich das Schwingzentrum des Kolbens 5 in einer zu der Verdichtungskammer 9 entgegengesetzten Richtung. Im Ergebnis kann der Kolben 5 auf Grund der Verschiebung des Schwingzentrums den oberen Totpunkt nicht erreichen.

Die die Position detektierenden Sensoren 23 und 24 überwachen kontinuierlich die Positionen des Kolbens 5 bzw. des Zylinders 4. Wenn auf Basis der Signale der Position detektierenden Sensoren 23 und 24 ein erhöhtes oberes Spiel detektiert wird, schließt die Steuerung 26 das Druckregelventil 21a und öffnet das Druckregelventil 21a, um die Gegendruckkammer 18a bei einem erhöhten hohen Druckniveau zu halten.

In der Zwischenzeit öffnet die Steuerung 26 das Druckregelventil 21b und schließt das Druckregelventil 21d. Somit wird die Gegendruckkammer 18b bei einem verringerten niedrigen Druckniveau gehalten. Die integrale Einheit des Zylinders 4 und des Zylinderkopfes 7, verschiebt sich auf Grund eines Druckungleichgewichts zwischen den Gegendruckkammern 18a und 18b in der axialen Richtung zu dem Anschlagvorsprung 17b.

In diesem Fall verringert sich das obere Spiel des Kolbens 5 in Übereinstimmung mit der Verschiebebewegung des Zylinders 4. Somit wird die Kolbenposition in Bezug auf die Zylinderposition immer optimiert. Mit anderen Worten, es wird möglich, das obere Spiel zu minimieren und zu verhindern, dass die Kühlleistung sich auf Grund der Erhöhung des oberen Spiels verschlechtert. Ein effizienter Verdichterbetrieb kann realisiert werden.

Wie oben stehend beschrieben, umfasst gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schwingverdichter der vorliegenden Erfindung den die Zylinderposition detektierenden Sensor 24, der an dem feststehenden Element 13 und dem Zylinder 4 befestigt ist. Mit dieser Anordnung wird es möglich, die Kolbenposition in Bezug auf die Zylinderposition unabhängig von geänderten Betriebsdruckbedingungen zu optimieren und dadurch das obere Spiel zu minimieren und einen effizienten Verdichterbetrieb zu realisieren. Des Weiteren wird es möglich, zu verhindern, dass der Kolben mit dem Auslassventil zusammenstößt, wenn der Kolbenhub erhöht ist, und dadurch jegliche/n Beschädigung und Lärm zu eliminieren.

Gemäß der oben stehend beschriebenen vierten Ausführungsform steuert die Steuereinheit 26 rückgekoppelt den Drucksteuerungsmechanismus 21, um das obere Spiel auf Basis der Positionssignale des Kolbens 5 und des Zylinders 4 zu stabilisieren. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden können, auch wenn die Rückführsteuerung derart ausgeführt wird, dass der Hub des Kolbens 5 durch Ändern der an den Motor 3 angelegten Spannung auf Basis der Positionssignale des Kolbens 5 und des Zylinders 4 eingestellt wird.

Fünfte Ausführungsform

5 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 5 ist ein Zusatzauslassrohr 25, das in der axialen Richtung verschiebbar ist, mit dem Auslassrohr 10 gekoppelt.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der fünften Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Wenn der Kolben 5 sich in dem Zylinder 4 hin- und herbewegt, vibriert der Verdichter stark in der axialen Richtung. Die hervorgerufene Vibration, die auf das feststehende Element 13 des Verdichters übertragen wird, führt zu einer starken Vibration des Auslassrohres 10, das den Zylinderkopf 7 mit der Außenseite des dicht verschlossenen Gehäuses 1 verbindet.

Gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Zusatzauslassrohr 25 jedoch mit dem Auslassrohr 10 gekoppelt, und in der axialen Richtung verschiebbar, um eine hervorgerufene Vibration zu absorbieren. Somit wird keine Vibration von dem Kolben 5 auf das Auslassrohr 10 übertragen.

Demgemäß, da keine Vibration von dem sich hin- und herbewegenden Kolben 5 auf das Auslassrohr 10 übertragen wird, wird es möglich, die wiederholte auf das Auslassrohr 10 aufgebrachte Belastung zu reduzieren und dadurch zu verhindern, dass sich die Zuverlässigkeit auf Grund der Beschädigung des Auslassrohrs 10 verschlechtert.

Wie oben stehend beschrieben stellt die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1 mit dem Innenraum 1a zur Aufnahme von Kühlgas, den Block 6, der in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht ist, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, den Kolben 5, der mit der Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 verbunden ist, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Stator 3a des Motors 3 und den Block 6 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt 8b, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt 8c, der an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, den Zylinder 4, der an dem Block 6 befestigt oder in Bezug auf den Block 6 in der axialen Richtung verschiebbar ist, den Zylinderkopf 7, der an dem Zylinder 4 befestigt ist, das Zusatzrohr 25, dessen eines Ende in der axialen Richtung in Bezug auf das Auslassrohr 10 und das Einlassrohr 20 verschiebbar ist und dessen anderes Ende an dem Zylinder 4 oder dem Zylinderkopf 7 befestigt ist. Mit dieser Anordnung kann das Auslass- oder Einlassrohr sich in der axialen Richtung verschieben, selbst wenn eine starke Vibration in der axialen Richtung auftritt, wodurch die Belastung mit hoher Amplitude, die wiederholt auf das Auslass- oder Einlassrohr wirkt, reduziert wird. Es wird somit möglich zu verhindern, dass das Auslass- oder Einlassrohr beschädigt wird. Selbst wenn der Zylinder verschoben wird, wird es möglich zu verhindern, dass das Auslass- oder Einlassrohr beschädigt wird.

Die oben stehend beschriebene fünfte Ausführungsform offenbart das Zusatzauslassrohr 25, das in der axialen Richtung verschiebbar ist. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen auch dann erhalten werden können, wenn eine ähnliche Anordnung auf das Einlassrohr 20 angewendet wird.

Sechste Ausführungsform

6 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 6 umfasst der Schwingverdichter ein dicht verschlossenes Gehäuse 1 mit einem Innenraum, der als Kühlgasraum 1a dient, einen Hauptkörper 2, einen Motor 3, der einen Stator 3a und eine Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, einen Zylinder 122, einen Kolben 5, ein Joch 106, einen Zylinderkopf 7, eine Einlasskammer 7a, eine Auslasskammer 7b und ein elastisches Element 108. Ein Ende des Kolbens 5 ist in einer Bohrung des Zylinders 122 eingesetzt und das äußere Ende ist durch das Joch 106 gehalten, so dass er sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt. Eine Verdichtungskammer 9 ist durch den Zylinder 122, den Kolben 5 und den Zylinderkopf 7 definiert. Ein Auslassrohr 10 erstreckt sich von der Auslasskammer 7b, die in dem Zylinderkopf 7 gebildet ist, zu einem äußeren Kühlsystem (nicht gezeigt). Der Hauptkörper 2 besteht grob aus einem beweglichen Element 112 und einem feststehenden Element 121. Das bewegliche Element 112 umfasst die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5. Das feststehende Element 121 umfasst den Zylinder 122, den Stator 3a des Motors 3 und das Joch 106. Der Hauptkörper 2 ist durch eine Tragfeder (nicht gezeigt) in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 elastisch getragen. Ein Ende des elastischen Elements 108 ist an dem beweglichen Element 112 befestigt und das andere Ende ist an dem feststehenden Element 121 befestigt. Schmieröl 11 ist in dem unteren Abschnitt des dicht verschlossenen Gehäuses 1 aufgenommen.

Als Nächstes wird der Verdichtungsmechanismus des oben beschriebenen Schwingverdichters beschrieben. Zunächst wird Wechselstrom einer Wechselstromquelle einweggleichgerichtet und dem Stator 3a zugeführt.

Ein Magnetfeld, das durch den Stator 3a erzeugt wird, zieht die Bewegungsvorrichtung 3b, die an dem Kolben 5 befestigt ist, auf Basis des Prinzips magnetisch variablen Widerstandes an. Wenn die Bewegungsvorrichtung 3b sich in der axialen Richtung verschiebt, verformt sich das zwischen der Bewegungsvorrichtung 3b und dem Joch 106 angeordnete elastische Element 108 in Ansprechen auf die Verschiebebewegung des Kolbens 5 federnd und speichert in sich eine elastische Kraft. Wenn die in dem elastischen Element 8 gespeicherte elastische Kraft ausreichend erhöht ist, wird die Bewegungsvorrichtung 3b in die Ausgangsposition zurückgeschoben. Eine kontinuierliche Wiederholung dieses Zyklus bewegt den Kolben 5 in der axialen Richtung hin und her. In dieser Hin- und Herbewegung wird eine Position des Kolbens 5, die dem Zylinderkopf 7 am Nächsten ist, als oberer Totpunkt bezeichnet, während eine Position des Kolbens 5, die von dem Zylinderkopf 7 am Weitesten entfernt ist, als unterer Totpunkt bezeichnet wird.

Zunächst wird Kühlgas des Kühlsystems in den Kühlgasraum 1a in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 eingeleitet und dann in die Einlasskammer 7a, die in dem Zylinderkopf 7 gebildet ist, eingeleitet. Dann gelangt das Kühlgas über ein in dem Zylinderkopf 7 vorgesehenes Einlassventil (nicht gezeigt) in die Verdichtungskammer 9 in dem Zylinder 4. Das in die Verdichtungskammer 9 eingeleitete Kühlgas wird durch den Kolben 5, der sich auf die oben beschriebene Art hin- und herbewegt, verdichtet.

Das verdichtete Kühlgas gelangt über ein Auslassventil (nicht gezeigt), das in dem Zylinderkopf 7 vorgesehen ist, in die Auslasskammer 7b des Zylinderkopfs 7 und wird dann über das Auslassrohr 10 zu dem Kühlsystem ausgetragen.

Ein Teil des elastischen Elements 108 ist in das Schmieröl 11 eingetaucht. Das elastische Element 108, das auf den sich hin- und herbewegenden Kolben 5 anspricht, pumpt das Schmieröl 11 nach oben. Somit wird das Schmieröl 11 Gleitabschnitten des Kolbens 5 und des Jochs 106 zugeführt.

Der Kolben 5 nimmt eine Kraft auf, die sich aus einem Druckungleichgewicht zwischen der Verdichtungskammer 9 und der Rückfläche des Kolbens 5, zusätzlich zu einer Federkraft des elastischen Elements 108 und einer Antriebskraft des Motors 3 herleitet. Das Schwingzentrum des Kolbens 5 verschiebt sich in Ansprechen auf einen erhöhten Druck der Verdichtungskammer in Richtung des oberen Totpunktes. Die Schwingungsamplitude des Kolbens 5 wird erhöht.

In 6 bilden ein Block 120, der Stator 3a und das Joch 106 zusammenwirkend ein feststehendes Element 121. Der Zylinder 122 ist mit dem Block 120 gekoppelt, und entlang einer Innenwand des Blocks 120 verschiebbar, so dass er sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt. Ein umschlossener Raum 123 ist zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 gebildet. Der Kolben 5 ist mit dem Zylinder 122 gekoppelt und entlang einer in dem Zylinder 122 gebildeten Bohrungswand verschiebbar, so dass er sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt. Ein Ende eines Verbindungskanals 124, der in dem Zylinder 122 gebildet ist, ist mit der Auslasskammer 7b verbunden und das andere Ende ist mit dem verschlossenen Raum 123 verbunden. Eine Feder 125 ist zwischen dem Block 120 und dem Zylinder 122 angeordnet.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der sechsten Ausführungsform wird hierin nachfolgend erklärt.

Hochdruckkühlgas, das in der Verdichtungskammer 9 während des Verdichtungsbetriebs des Verdichters verdichtet wird, wird zu der Auslasskammer 7b geleitet und dann über das Auslassrohr 10 zu dem Kühlsystem ausgetragen. Gleichzeitig wird ein Teil des Druckkühlgases über den Verbindungskanal 124 in den verschlossenen Raum 123 eingeleitet. Der Zylinder 122 nimmt eine Kraft auf, die sich aus einem Druckungleichgewicht zwischen dem verschlossenen Raum 123 und dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 herleitet. Der Zylinder 122 verschiebt sich in Richtung des oberen Totpunktes und hält an einem Gleichgewichtspunkt an, wo die durch das Druckungleichgewicht hervorgerufene Kraft die Federkraft der Feder 125 kompensiert.

Wenn die Umgebungslufttemperatur hoch ist, steigt der Druck des verschlossenen Raumes 123 auf ein höheres Niveau an. Somit verschiebt sich der Zylinder 122 gegenüber der üblichen Position in Richtung des oberen Totpunktes. Durch Einstellen der Motorleistung wird das Volumen der Verdichtungskammer 9 an dem oberen Totpunkt bei demselben Wert gehalten. Die Position des oberen Totpunktes des Kolbens 5 verschiebt sich von der neutralen Position des elastischen Elements 108 weg. Demgemäß verschiebt sich die Position des unteren Totpunktes in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die neutrale Position des elastischen Elements 108. Im Ergebnis erhöht sich der Kolbenhub und die Auslassmenge des Kühlgases wird erhöht. Die Kühlleistung wird erhöht.

Des Weiteren kann die sechste Ausführungsform eine Fläche, die mit dem Hochdruckgas in Kontakt steht, im Vergleich mit einem Fall, bei dem der Zylinder sich in Ansprechen auf den hohen Druck, der auf der gesamten Rückfläche des Zylinders wirkt, reduzieren. Dies ist wirkungsvoll, um den Wärmeverlust zu reduzieren.

Des Weiteren ist es unter einer Bedingung, bei der der Zylinder auf seiner gesamten Rückfläche einen hohen Druck aufnimmt, unmöglich, Niederdruckschmieröl von dem Boden des dicht verschlossenen Gehäuses einem Hochdruckgleitabschnitt zuzuführen. Gemäß der sechsten Ausführungsform ist der Hochdruckabschnitt jedoch auf einen kleineren Raum begrenzt. Somit kann das Schmieröl durch die Bewegung des in dem Schmieröl eingetauchten elastischen Elements nach oben gepumpt und den Gleitabschnitten des Kolbens und des Jochs zugeführt werden.

Wie oben stehend beschrieben, stellt die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der den Block 120 und den Kolben 5, der in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht ist, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, das bewegliche Element 112, das die Bewegungsvorrichtung 3a und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element, das den Block 120 und den Stator 3a umfasst, das elastische Element 108 mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element 112 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 121 befestigt ist, den Zylinder 122, der den Kolben 5 unterbringt, so dass der Kolben 5 in der axialen Richtung beweglich ist, wobei der Zylinder 122 in dem Block 120 eingesetzt ist, so dass er sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt, wobei der verschlossene Raum 123 zwischen dem Block 120 und dem Zylinder 122 gebildet ist, den Zylinderkopf 7, der die Auslasskammer 7b umfasst und an dem Zylinder 122 angebracht ist, und den Verbindungskanal 124, der den verschlossenen Raum 123 und die Auslasskammer 7b verbindet, umfasst. Mit dieser Anordnung wird es möglich, den Kolbenhub zu erhöhen, indem bewirkt wird, dass der Zylinder sich in Ansprechen auf den erhöhten Druck des Raumes zu dem oberen Totpunkt verschiebt, wenn die Umgebungslufttemperatur hoch und daher die benötigte Kühlleistung hoch ist. Somit kann die Kühlleistung erhöht werden.

Des Weiteren kann diese Anordnung im Vergleich mit einem Fall, in dem der Zylinder sich in Ansprechen auf den hohen Druck, der auf der gesamten Rückfläche des Zylinders wirkt, eine Fläche reduzieren, die mit Hochdruckgas in Kontakt steht. Dies ist wirkungsvoll, um den Wärmeverlust zu reduzieren. Des Weiteren kann gemäß dieser Anordnung das in dem unteren Teil des dicht verschlossenen Gehäuses aufgenommene Schmieröl durch die Bewegung des beweglichen Elements nach oben gepumpt werden. Somit kann das Schmieröl mit reduziertem Gleitverlust und beseitigtem Verschleiß einfach den Gleitabschnitten zugeführt werden.

Gemäß der oben stehend beschriebenen sechsten Ausführungsform ist die Feder zwischen dem Zylinder und dem Block angeordnet. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden, wenn die Feder durch ein vergleichbares Element wie z. B. einen Magneten ersetzt ist, das in der Lage ist, eine Reaktionskraft zu erzeugen, um die Zylinderposition in Ansprechen auf den geänderten Druck des Raumes zu variieren.

Des Weiteren erfährt der Zylinder 122 eine variable Last in Übereinstimmung mit dem geänderten Druck der Verdichtungskammer 9 während eines Hubs. Diese variable Last kann den Zylinder 122 weit verschieben, das Volumen der Verdichtungskammer 9 an dem unteren Totpunkt reduzieren und die Kühlleistung verschlechtern. Daher wird bevorzugt, dass der Querschnitt des verschlossenen Raumes 122 ausreichend größer als der der Verdichtungskammer 9 ist. Des Weiteren, um den Betrag der Verschiebung des Zylinders während eines Hubs zu unterdrücken, wird es bevorzugt, dass die Feder 125 einen hohen Federkoeffizienten aufweist.

Siebte Ausführungsform

7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 7 erstreckt sich ein Auslassrohr 126 von dem verschlossenen Raum 123 zu dem Kühlsystem, das außerhalb des Verdichters angeordnet ist.

Die siebte Ausführungsform umfasst das Auslassrohr 126 zusätzlich zu der Anordnung der sechsten Ausführungsform. Gemäß der siebten Ausführungsform steht die Auslasskammer 7b mit dem Kühlsystem über den verschlossenen Raum 123 in Verbindung.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der siebten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Das Hochdruckkühlgas, das in der Verdichtungskammer 9 während des Verdichtungsbetriebs des Verdichters verdichtet wird, wird zu der Auslasskammer 7b geleitet und dann in den verschlossenen Raum 123 über den Verbindungskanal 124 ausgetragen. Der verschlossene Raum 123 wirkt als ein Dämpfer zur Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit des ausgetragenen Kühlgases. Das verlangsamte Kühlgas wird dann über das Auslassrohr 126 zu dem Kühlsystem geleitet.

Die aus der Verdichtungskammer 9 ausgetragene Menge von Kühlgas nimmt in Übereinstimmung mit einer erhöhten Umgebungslufttemperatur zu. Das Volumen des verschlossenen Raumes 123 nimmt jedoch in Ansprechen auf die erhöhte Abgasmenge zu, um die Pulsation in dem verschlossenen Raum 123 zu verringern und dadurch Lärm und Vibration zu verhindern.

Wie oben stehend beschrieben stellt die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der ferner das Auslassrohr 126, das den verschlossenen Raum 123 und das Kühlsystem verbindet, umfasst. Mit dieser Anordnung wird das in der Verdichtungskammer 9 verdichtete Kühlgas ein Mal in dem verschlossenen Raum 123 ausgedehnt und dann zu dem Kühlsystem ausgetragen. Demgemäß nimmt, wenn die Abgasmenge in Ansprechen auf einen erhöhten Hub zunimmt, das Volumen des verschlossenen Raumes 123 entsprechend zu, um so als ein Dämpfer zu wirken. Somit ist die Pulsation sicher verringert, während Lärm und Vibration unterdrückt werden können.

Achte Ausführungsform

8 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 8 ist ein sich radial erstreckender Kanal 128 in dem Block 120 vorgesehen. Ein radial äußeres Ende 128a des Kanals 128 ist mit dem unteren Teil des verschlossenen Raumes 123 verbunden. Ein radial inneres Ende 128b ist mit einer Ringnut 128c, die sich entlang der Gleitfläche zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 erstreckt, verbunden.

Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von der siebten Ausführungsform darin, dass der Kanal 128 zusätzlich vorgesehen ist.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der achten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Das Hochdruckkühlgas, das in der Verdichtungskammer 9 während des Verdichtungsbetriebs des Verdichters verdichtet wird, wird zu der Auslasskammer 7b geleitet und dann in den verschlossenen Raum 123 über den Verbindungskanal 124 ausgetragen. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgases wird in dem verschlossenen Raum 123 verringert, so dass der in dem verlangsamten Kühlgas enthaltene Schmierölnebel durch die Erdanziehung nach unten fällt und sich am Boden des verschlossenen Raumes 123 sammelt. Das so in dem unteren Teil des verschlossenen Raumes 123 aufgenommene Schmieröl wird über den sich radial erstreckenden Kanal 128 von dem einen Ende 128a zu dem anderen Ende 128b gepumpt und der Ringnut 128c zugeführt. Das zugeführte Schmieröl schmiert die gesamte Gleitfläche zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120. Somit wird der Zwischenraum zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 vollständig durch das Schmieröl abgedichtet, um so die Luftdichtigkeit zu verbessern. Somit wird es möglich, Leckverluste zu beseitigen. Des Weiteren verhindert die Ausbildung eines Ölfilms zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 jeglichen Verschleiß, der an der Gleitfläche zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 auftritt.

Wie oben stehend beschrieben, stellt die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der ferner den Kanal 128, der die Gleitfläche zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 und dem Boden des verschlossenen Raumes 123 verbindet, umfasst. Mit dieser Anordnung wird es möglich, Schmieröl von dem Boden des verschlossenen Raumes 123 der Gleitfläche zwischen dem Zylinder 122 und dem Block 120 über den Kanal 128 zuzuführen. Somit ist die Gleitfläche durch das zugeführte Schmieröl luftdicht abgedichtet. Es wird möglich, zu verhindern, dass Kühlgas aus dem verschlossenen Raum ausläuft. Das Zuführen des Schmieröls zu der Gleitfläche kann verhindern, dass der Zylinder und der Block verschleißen.

Neunte Ausführungsform

9 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 10 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Betriebszustand des Schwingverdichters gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In den 9 und 10 ist eine kombinierte Nut 130 an einer Gleitfläche des Zylinders 122 oder des Blocks 120 vorgesehen. Eine Nut 130a ist an dem Zylinder 122 vorgesehen und eine weitere Nut 130b ist an dem Block 120 vorgesehen. Ein Ende 131a eines Verbindungskanals 131 ist mit der Auslasskammer 7b des Zylinderkopfs 7 verbunden und ein anderes Ende 131b weist zu der Nut 130b, die an dem Zylinder 122 gebildet ist.

Die neunte Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform darin, dass der Verbindungskanal 124 weggelassen ist und die Nut 130 und der Verbindungskanal 131 zusätzlich vorgesehen sind.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der neunten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Das Hochdruckkühlgas, das in der Verdichtungskammer 9 während des Verdichtungsbetriebs des Verdichters verdichtet wird, wird zu der Auslasskammer 7b geleitet und dann über das Auslassrohr 10 zu dem verschlossenen Raum 123 ausgetragen. Gleichzeitig wird ein Teil des Druckkühlgases in den verschlossenen Raum 123 über den Verbindungskanal 131 und die Nut 130b eingeleitet. Wenn die Umgebungslufttemperatur ansteigt, steigt der Druck des verschlossenen Raumes 123 auf ein höheres Niveau an. Der Zylinder 122 nimmt einen erhöhten Druck des verschlossenen Raums 123 auf und verschiebt sich in Richtung des oberen Totpunktes. Der Kolben 5 weist einen vergrößerten seinen Hub auf.

Wenn das System sich jedoch in einem instabilen Startzustand befindet oder wenn die Umgebungslufttemperatur außergewöhnlich erhöht ist, kann der Auslassdruck außergewöhnlich ansteigen und den Zylinder 122 übermäßig in Richtung des oberen Totpunktes verschieben. Gemäß der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch, wenn der Zylinder 122 sich in Richtung des oberen Totpunktes verschiebt, das offene Ende 131b des Verbindungskanals 131 von der Nut 130b versetzt, um den verschlossenen Raum 123 von der Auslasskammer 7b zu trennen. Demgemäß wird die Einleitung des Hochdruckkühlgases in den verschlossenen Raum 123 gestoppt. Gleichzeitig steht der verschlossene Raum 123 mit dem Innenraum des dicht verschlossenen Gehäuses 1 über die Nut 130a in Verbindung, um so das Kühlgas aus dem verschlossenen Raum 123 auszutragen. Im Ergebnis wird das Druckniveau des verschlossenen Raumes 123 verringert. Die Bewegung des Zylinders 122, der sich in Richtung des oberen Totpunktes verschiebt, wird innerhalb eines vorbestimmten Bereiches unterdrückt. Somit wird es möglich zu verhindern, dass der Kolbenhub übermäßig zunimmt, während keine Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit des elastischen Elements oder dergleichen verursacht werden.

Wie oben stehend beschrieben, stellt die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der ferner die kombinierte Nut 130, die an der Gleitfläche des Zylinders 122 oder des Blocks 120 vorgesehen ist, umfasst. Mit dieser Anordnung wirkt die Nut 130, wenn der Zylinder 122 sich weit in Richtung des oberen Totpunktes verschiebt, als ein Mittel zum Austragen des Druckgases aus dem verschlossenen Raum 123, so dass der Kolbenhub innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten werden kann. Demgemäß wird es möglich zu verhindern, dass der Kolbenhub übermäßig zunimmt, während keine Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit des elastischen Elements oder dergleichen verursacht werden.

Zehnte Ausführungsform

11 ist eine Ansicht, die eine Anordnung eines Schwingverdichters gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 12 ist eine Ansicht, die die Kennlinie des Schwingverdichters gemäß der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 11 umfasst der Schwingverdichter ein dicht verschlossenes Gehäuse 1 und einen Hauptkörper 2. Das dicht verschlossene Gehäuse 1 weist einen Innenraum, der als Kühlgasraum 1a dient, auf. Ein Motor 3 umfasst einen Stator 3a und eine Bewegungsvorrichtung 3b. Die Bewegungsvorrichtung 3b ist an einem Kolben 5 befestigt. Der Hauptkörper 2 besteht grob aus einem beweglichen Element 12 und einem feststehenden Element 13. Das bewegliche Element 12 umfasst die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5. Das feststehende Element 13 umfasst einen Zylinder 4, den Stator 3a des Motors 3 und einen Block 6. Der Hauptkörper 2 ist durch eine Tragfeder (nicht gezeigt) in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 elastisch getragen. Schmieröl 11 ist in dem unteren Abschnitt des dicht verschlossenen Gehäuses 1 aufgenommen.

Der Zylinder 4 und ein elastisches Element 8 tragen zusammenwirkend den Kolben 5, so dass dieser in der axialen Richtung verschiebbar ist und sich hin- und herbewegt. Eine Verdichtungskammer 9 ist durch den Zylinder 4 und den Kolben 5 definiert.

Ein die Kolbenposition detektierender Sensor 214, der aus einem Differentialtransformator mit einer Spule 214a und einem Kern 214b besteht, detektiert die Position des Kolbens 5 und erzeugt ein analoges Signal, das diese darstellt. Dieses analoge Signal wird von einem A/D-Umwandler 215 in ein digitales Signal umgewandelt und dann einem Rechner 216 für eine obere Totpunktposition zugeführt. Ein Ausgang der Berechnungseinheit 216 für eine obere Totpunktposition wird dann einer in einer Amplitudensteuerung 18 vorgesehenen Steuerung 221 für eine Hin- und Herbewegung zugeführt. Ein Ausgang der Steuerung 221 für eine Hin- und Herbewegung wird dann an eine Basisansteuerungsschaltung 222 gesendet, die mit einer Stromquelle 217 verbunden ist.

Des Weiteren umfasst die Steuerung 221 für eine Hin- und Herbewegung einen Komparator 224, der das obere Totpunktpositionssignal, das von der Berechnungsvorrichtung 216 für eine obere Totpunktposition erzeugt wird, mit einem Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt, der in einem Speicher (nicht gezeigt) in der Amplitudensteuerung 218 gespeichert ist, und ein Verstärker 220 ändert die Amplitude einer Ausgangsspannung, die an eine Basisansteuerungsschaltung 222 gesendet wird.

Als Nächstes wird ein Verdichtungsmechanismus des oben beschriebenen Schwingverdichters beschrieben. Als Erstes wird ein Wechselstrom einer handelsüblichen Wechselstromquelle dem Motor über die Stromquelle 217 zugeführt. Ein von dem Stator 3a erzeugtes Magnetfeld zieht die Bewegungsvorrichtung 3b, die an dem Kolben 5 befestigt ist, auf Basis des Prinzips magnetisch variablen Widerstandes an. Wenn die Bewegungsvorrichtung 3b sich in der axialen Richtung verschiebt, verformt sich das zwischen der Bewegungsvorrichtung 3b und dem Block angeordnete elastische Element 8 in Ansprechen auf die Verschiebebewegung des Kolbens 5 federnd und speichert in sich eine elastische Kraft. Wenn die in dem elastischen Element 108 gespeicherte elastische Kraft ausreichend erhöht ist, wird die Bewegungsvorrichtung 3b in die Ausgangsposition zurückgeschoben. Eine kontinuierliche Wiederholung dieses Zyklus bewegt den Kolben 5 in der axialen Richtung hin und her.

Die Position des Kolbens 5, die durch den die Kolbenposition detektierenden Sensor 214 als ein analoges Signal detektiert wird, wird von dem A/D-Umwandler 215 in ein digitales Signal umgewandelt und der Berechnungsvorrichtung 216 für die obere Totpunktposition zugeführt, um eine obere Totpunktposition „A" zu erhalten. Die berechnete obere Totpunktposition „A" wird mit dem Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt verglichen. Der Verstärker 220 steuert die Amplitude der Ausgangsspannung, die der Basisansteuerungsschaltung 222 zugeführt wird, in Übereinstimmung mit einem Vergleichsergebnis, um die Differenz zwischen der berechneten oberen Totpunktposition „A" und dem Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt zu eliminieren. Demgemäß wiederholt der Kolben 5 kontinuierlich die Hin- und Herbewegung, während er eine konstante obere Totpunktposition hält.

Kühlgas eines Kühlsystems (nicht gezeigt) wird in eine Niederdruckkammer 7a eines Zylinderkopfes 7 eingeleitet und gelangt dann über ein in dem Zylinderkopf 7 angeordnetes Einlassventil (nicht gezeigt) in eine Verdichtungskammer 9 des Zylinders 4. Das in die Verdichtungskammer 9 eingeleitete Kühlgas wird durch den Kolben 5, der sich auf die oben beschriebene Art hin- und herbewegt, verdichtet.

Das verdichtete Kühlgas gelangt über ein in dem Zylinderkopf 7 angeordnetes Auslassventil (nicht gezeigt) in eine Hochdruckkammer 7b des Zylinderkopfes 7 und tritt dann aus dem Zylinderkopf 7 in das Kühlsystem aus.

Des Weiteren ist eine den Referenzwert für den oberen Totpunkt ändernde Vorrichtung 223 vorgesehen, um den Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt in Übereinstimmung mit einer geänderten Umgebungslufttemperatur und den Druck- und Lastzuständen eines Kühlsystems (nicht gezeigt) zu ändern.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der zehnten Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Während eines Verdichtungsbetriebs des Verdichters wird die Ausgangsspannung der Stromquelle 217 in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der gemessenen oberen Totpunktposition des Kolbens 5 und dem Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt, der in der Amplitudensteuerung 218 voreingestellt ist, rückgekoppelt gesteuert, um so die Differenz zu eliminieren und ein konstantes oberes Spiel aufrecht zu erhalten.

Die benötigte Kühlleistung verringert sich jedoch in Ansprechen auf geänderte äußere Bedingungen wie z. B. eine verringerte Umgebungslufttemperatur und eine verringerte thermische Belastung. In diesem Fall wählt die den Referenzwert für den oberen Totpunkt ändernde Vorrichtung 223 einen bevorzugten Wert aus einer Vielzahl von vorgespeicherten Referenzwerten für den oberen Totpunkt in Übereinstimmung mit der benötigten Kühlleistung. Somit ist die Kühlleistung in Übereinstimmung mit den geänderten äußeren Bedingungen in Bezug auf die Umgebungslufttemperatur, den Systemdruck, die Systemtemperatur etc. variierbar.

Somit erhöht die oben beschriebene zehnte Ausführungsform das obere Spiel, um die Kühlleistung des Verdichters zu unterdrücken. Dies macht es möglich, die Kühlleistung des Verdichters in Übereinstimmung mit der benötigten Leistung des Kühlsystems einzustellen um dadurch zu verhindern, dass die Kühlleistung übermäßig zunimmt, und einen effizienten Verdichterbetrieb zu realisieren.

12 ist ein Graph, der von den Erfindern erhaltene experimentelle Daten zeigt. Wie aus 12 ersichtlich, nimmt die Kühlleistung mit zunehmendem oberen Spiel des Kolbens 5, das dem erhöhten Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt entspricht, ab. Der Wirkungsgrad des Verdichters ist im Wesentlichen konstant, wenn ein Verhältnis des Volumens des oberen Spiels zu dem Zylindervolumen innerhalb von 10% liegt. Der Wirkungsgrad des Verdichters beginnt jedoch abzunehmen, wenn das Verhältnis des Volumens des oberen Spiels zu dem Zylindervolumen 10% übersteigt.

Wie aus den in 12 gezeigten experimentellen Daten ersichtlich, macht es die zehnte Ausführungsform möglich, die Kühlleistung auf ungefähr 50% zu reduzieren, ohne den Wirkungsgrad des Verdichters oder den Wirkungsgrad des Kühlsystems zu verschlechtern, wenn das Verhältnis des Volumens des oberen Spiels zu dem Zylindervolumen innerhalb von 10% liegt. Somit wird es möglich, den Verdichter in Übereinstimmung mit den äußeren Bedingungen mit einem optimierten Leistungspegel anzusteuern.

Wie oben stehend beschrieben, stellt die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1 mit einem Innenraum 1a zur Aufnahme von Kühlgas, den Zylinder 4, der in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht ist, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, den Kolben 5, der mit der Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 verbunden ist, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Stator 3a des Motors 3 und den Zylinder 4 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt 8b, dessen eines Ende an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und von dem ein anderer Abschnitt 8c an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, den die Kolbenposition detektierenden Sensor 214, der die Position des Kolbens 5 detektiert, das Berechnungsmittel 216 für die obere Totpunktposition zum Berechnen der oberen Totpunktposition des Kolbens 5 auf Basis des Kolbenpositionssignals, das von dem die Kolbenposition detektierenden Sensor 214 erhalten wird, das Amplitudensteuerungsmittel 218 zum Steuern der Amplitude der Bewegungsvorrichtung 3b in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen der oberen Totpunktposition und einem ausgewählten oberen Referenzwert 219 für den oberen Totpunkt und das den Referenzwert für den oberen Totpunkt ändernden Mittel 223 zum Ändern des Referenzwertes 219 für den oberen Totpunkt. Mit dieser Anordnung kann das obere Spiel des Kolbens 5 in Ansprechen auf eine verringerte Umgebungslufttemperatur oder reduzierte Last erhöht werden. Somit wird die Kühlleistung unterdrückt, ohne den Wirkungsgrad des Verdichters zu verschlechtern. Somit wird es möglich, einen effizienten Verdichterbetrieb in Übereinstimmung mit einer Änderung der Umgebungslufttemperatur oder einer Änderung der Last zu realisieren.

Gemäß der oben stehend beschriebenen zehnten Ausführungsform umfasst der Motor 3 den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden können, auch wenn der Motor 3 durch einen unterschiedlichen Motor ersetzt ist, der in der Lage ist zu bewirken, dass der Kolben 5 sich auf die selbe Art hin- und herbewegt.

Elfte Ausführungsform

13 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 13 ist eine bewegliche Statorplatte 227 an dem Stator 3a des Motors 3 befestigt. Die bewegliche Statorplatte 227 ist mit dem Block 6 gekoppelt und in der axialen Richtung in Bezug auf den Block 6 verschiebbar. Die bewegliche Statorplatte 227 und der Block 6 definieren zusammenwirkend zwei Gegendruckkammern 228a und 228b, die an beiden Enden der beweglichen Statorplatte 227 angeordnet sind und mit der Außenseite des dicht verschlossenen Gehäuses 1 verbunden sind. Die Gegendruckkammern 228a und 228b sind mit der Außenseite des dicht verschlossenen Gehäuses 1 über Gegendruckrohre 226a bzw. 226b verbunden. Ein Einlassrohr 20 erstreckt sich von der Außenseite des dicht verschlossenen Gehäuses 1 zu dem Zylinderkopf 7.

Ein Drucksteuerungsmechanismus 225 umfasst insgesamt vier Druckregelventile 225a, 225b, 225c und 225d. Verbindungsrohre 225e und 225f erstrecken sich von dem Einlassrohr 20 zu den Druckregelventilen 225a bzw. 225b. Verbindungsrohre 225g und 225h erstrecken sich von einem Auslassrohr 10 zu den Druckregelventilen 225c bzw. 225d. Ein Druckrohr 225i verbindet die Druckregelventile 225a und 225c mit dem Gegendruckrohr 226b. Ein Druckrohr 225j verbindet die Druckregelventile 225b und 225d mit dem Gegendruckrohr 226a.

Der Drucksteuerungsmechanismus 225 leitet das Gas mit niedrigem Druck aus dem Einlassrohr 20 und das Gas mit hohem Druck aus dem Auslassrohr 10 ein und stellt die eingeleiteten Gase mit hohem und niedrigem Druck durch die Druckregelventile 225a, 225b, 225c und 225d ein, um eingestellte Gase mit beliebigen Drücken in einem Bereich von dem eingeleiteten hohen Anfangsdruck zu dem eingeleiteten niedrigen Anfangsdruck zu erzeugen.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der elften Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Das Schwingzentrum des Kolbens 5 verschiebt sich in Ansprechen auf geänderte Betriebsdruckbedingungen wie z. B. eine verringerte Umgebungslufttemperatur und eine Verringerung des Gasdruckes in Richtung der Verdichtungskammer 9. Der Kolben 5 kann die obere Totpunktposition überschreiten und mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstoßen.

In diesem Fall wird das Druckregelventil 225d geöffnet und das Druckregelventil 225b wird verschlossen. Somit wird die Gegendruckkammer 228a bei dem hohen Druck gehalten. Des Weiteren wird das Druckregelventil 225c verschlossen und das Druckregelventil 225a wird geöffnet. Somit wird die Gegendruckkammer 228b bei einem niedrigen Druck gehalten.

Die bewegliche Statorplatte 227 und der Stator 3a verschieben sich zusammen in Richtung einer nicht-verdichtungsseitigen Fläche 6b des Blocks 6, d. h., in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verdichtungskammer 9, auf Grund eines Druckungleichgewichts zwischen den Gegendruckkammern 228a und 228b.

Demgemäß verschiebt sich das Schwingzentrum des Kolbens 5 in der Richtung entgegengesetzt zu der Verdichtungskammer 9 in Ansprechen auf die Verschiebebewegung des Stators 3a des Motors 3. Die obere Totpunktposition des Kolbens 5 verschiebt sich ebenfalls in der Richtung, die der Verdichtungskammer 9 entgegengesetzt ist. Somit wird es möglich zu verhindern, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstößt, um Vibration und Lärm zu eliminieren.

Wie oben stehend beschrieben stellt die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1 mit dem Innenraum 1a zur Aufnahme von Kühlgas, den Zylinder 4 und den Block 6, die in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht sind, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, den Kolben 5, der mit der Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 verbunden ist, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Stator 3a des Motors 3, den Zylinder 4 und den Block 6 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt 8b, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt 8c, der mit dem feststehenden Element 13 verbunden ist, den Stator 3a des Motors 3 oder eine mit dem Stator 3a verbundene bewegliche Statorplatte 227, die zum Teil mit dem feststehenden Element 13 gekoppelt ist, um sich in Ansprechen auf ein Druckungleichgewicht zwischen den Gegendruckkammern 228a und 228b, das zwischen diesen ausgebildet ist, in der axialen Richtung hin- und herzubewegen, und den Drucksteuerungsmechanismus 225 zum Steuern der Drücke der Gegendruckkammer 228a und 228b umfasst. Mit dieser Anordnung verschiebt sich der Stator des Motors in einer der Verdichtungskammer entgegengesetzten Richtung, wenn die obere Totpunktposition des Kolbens in Ansprechen auf geänderte Betriebsdruckbedingungen sich in Richtung des Zylinderkopfs verschiebt. Demgemäß verschiebt sich das Schwingzentrum des Kolbens in der der Verdichtungskammer entgegengesetzten Richtung. Somit wird es möglich zu verhindern, dass der Kolben mit dem Auslassventil zusammenstößt, und Vibration und Lärm zu eliminieren. Die oben stehend beschriebene elfte Ausführungsform offenbart den Drucksteuerungsmechanismus 225, der die Drücke der Gegendruckkammern 228a und 228b steuert. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden können, auch wenn der Drucksteuerungsmechanismus 225 durch irgend eine andere vergleichbare Drucksteuerungsvorrichtung oder einen vergleichbaren Mechanismus zum Verschieben der mit dem Stator 3a des Motors 3 integrierten beweglichen Statorplatte 227 ersetzt wird.

Gemäß der oben stehend beschriebenen elften Ausführungsform umfasst der Motor 3 den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden können, auch wenn der Motor 3 durch einen unterschiedlichen Motor ersetzt wird, der in der Lage ist zu bewirken, dass der Kolben 5 sich auf die selbe Art hin- und herbewegt.

Zwölfte Ausführungsform

14 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 14 ist zusätzlich zu der Anordnung der elften Ausführungsform ein Verschiebeelement 229 vorgesehen, um den Stator 3a in der axialen Richtung zu verschieben.

Der Betrieb des Schwingverdichters der zwölften Ausführungsform wird hierin nachfolgend beschrieben.

Wenn der Verdichter gestartet wird, bewirkt der Kolben 5 eine Hin- und Herbewegung in Übereinstimmung mit dem Strom, der dem Motor 3 zugeführt wird. Die Verdichtungskammer wird jedoch unmittelbar nach dem Anlaufbetrieb des Verdichters bei einem niedrigen Druck gehalten. Demgemäß ist der Gasdruck, der auf den Kolben 5 wirkt, so klein, dass sich der Kolben 5 nicht ausreichend in der der Verdichtungskammer 9 entgegengesetzten Richtung verschieben kann. In anderen Worten, das Schwingzentrum des Kolbens 5 wird in Richtung der Verdichtungskammer 9 versetzt. Dies kann bewirken, dass der Kolben 5 mit dem Auslassventil des Zylinderkopfes 7 zusammenstößt. Gemäß der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschiebt das Verschiebeelement 229 jedoch den Stator 3a des Motors 3 in der der Verdichtungskammer 9 entgegengesetzten Richtung. Somit kann während des Anlaufbetriebes des Verdichters das Schwingzentrum des Kolbens 5 ausreichend weit weg von der Verdichtungskammer 9 positioniert werden.

Demgemäß wird es möglich zu verhindern, dass der Kolben 5 während des Anlaufbetriebs des Verdichters mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstößt, wodurch verhindert wird, dass das Auslassventil beschädigt wird und Lärm und Vibration werden eliminiert.

Wie oben stehend beschrieben stellt die zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das Verschiebemittel 229 zum Verschieben des Stators 3a des Motors 3 in einer der Verdichtungskammer 9 entgegengesetzten Richtung, wenn der Verdichter gestoppt wird, umfasst. Mit dieser Anordnung verschiebt sich der Motorstator in der der Verdichtungskammer entgegengesetzten Richtung, wenn der Verdichter gestoppt wird. Da das Schwingzentrum des Kolbens während des Anlaufzustands im Vergleich mit dem normalen Antriebszustand von der Verdichtungskammer weit weg verschoben wird, wird es möglich zu verhindern, dass der Kolben während des Anlaufbetriebes mit dem Auslassventil zusammenstößt, und Vibration und Lärm werden eliminiert. Gemäß der zwölften Ausführungsform besteht das Verschiebeelement 229 aus einer Feder. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden können, auch wenn die Feder durch irgendein anderes vergleichbares Element ersetzt wird, das in der Lage ist, den Stator 3a in der axialen Richtung zu verschieben.

Dreizehnte Ausführungsform

15 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 16 ist ein Diagramm, das einen elektrischen Schaltkreis des Schwingverdichters gemäß der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In den 15 und 16 umfasst der Schwingverdichter einen Hauptkörper 301, einen Block 302, einen Motor 3 mit einem Magneten, der als ein Stator 3a dient, und einer Spule, die als eine Bewegungsvorrichtung 3b dient, einen Zylinder 4 und einen Kolben 5. Ein Zylinderkopf 7 umfasst ein Einlassventil 307a und ein Auslassventil 307b. Der Kolben 5 ist in dem Zylinder 4 untergebracht, so dass der Kolben 5 sich in einer axialen Richtung hin- und herbewegt. Der Zylinder 4, der Kolben 5 und der Zylinderkopf 7 definieren zusammenwirkend eine Verdichtungskammer 9. Die Verdichtungskammer 9 ist mit einem äußeren Kühlkreis (nicht gezeigt) über ein Einlassrohr 20 und ein Auslassrohr 10 verbunden.

Der Hauptkörper 301 besteht grob aus einem beweglichen Element 12 und einem feststehenden Element 13. Das bewegliche Element 12 umfasst den Kolben 5 und die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3. Das feststehende Element 13 umfasst den Zylinder 4 und den Stator 3 des Motors 3. Der Hauptkörper 301 ist durch eine Tragfeder (nicht gezeigt) in dem dicht verschlossenen Gehäuse (nicht gezeigt) elastisch getragen. Ein Ende eines jeden elastischen Elements 314 ist an dem beweglichen Element 12 befestigt, und das andere Ende ist an dem feststehenden Element 13 befestigt. Ein Verschiebungsdetektor 319 umfasst einen Kern 319a und eine Spule 319b. Der Kern 319a ist mit dem beweglichen Element 12 über ein Verbindungselement 315, das sich in der axialen Richtung erstreckt, verbunden. Die Spule 319b ist an dem feststehenden Element 13 befestigt und besitzt einen Innenraum, um den Kern 319a unterzubringen.

Kühlgas des Kühlsystems wird über das Einlassrohr 20 und das Einlassventil 307a in die Verdichtungskammer 9 eingeleitet. Das in die Verdichtungskammer 9 eingeleitete Kühlgas wird durch den Kolben 5, der sich auf die oben beschrieben Art hin- und herbewegt, verdichtet. Das verdichtete Kühlgas wird über das Auslassventil 307b und das Auslassrohr 10 zu dem Kühlsystem ausgetragen.

Als Nächstes wird der Verdichtungsmechanismus des oben stehend beschriebenen Schwingverdichters erklärt. Eine Wechselrichterschaltung 341 erzeugt einen Wechselstrom, der der Spule der an dem Kolben 5 befestigten Bewegungsvorrichtung 3b zugeführt wird. Eine angeregte Spule des Stators 3a erzeugt ein Magnetfeld. Während die Bewegungsvorrichtung 3b in einer Richtung, die das Magnetfeld kreuzt, angezogen wird, bewegt sie sich in der axialen Richtung hin und her. Das elastische Element 314 verformt sich in Ansprechen auf die Verschiebebewegung des beweglichen Elements 12 federnd und speichert in sich eine elastische Kraft. Wenn die in dem elastischen Element 314 gespeicherte elastische Kraft ausreichend erhöht ist, wird das bewegliche Element 12 in die Ausgangsposition zurückgeschoben. Eine kontinuierliche Wiederholung dieses Zyklus bewegt den Kolben 5 in der axialen Richtung hin und her.

Es wird bevorzugt, dass die Frequenz des durch die Wechselrichterschaltung 341 erzeugten Wechselstromes gleich der Resonanzfrequenz des Systems ist, die durch die Masse des beweglichen Elements 12 und einen Federkoeffizienten des elastischen Elements 314 bestimmt ist. Mit dieser Einstellung wird es möglich, die Federkraft des elastischen Elements 314 wirksam zu nutzen, um zu bewirken, dass das bewegliche Element 12 sich von selbst hin- und herbewegt.

Nur wenn der Kolben 5 in der Nähe des oberen Totpunktes positioniert ist, detektieren der Kern 319a und die Spule 319b zusammenwirkend eine Verschiebung. Somit detektiert der Verschiebungsdetektor 319 nur die obere Totpunktposition des Kolbens 5. Ein Detektor 320 für den oberen Totpunkt ist vorgesehen, um den oberen Totpunkt des Kolbens 5 auf Basis eines von dem Verschiebungsdetektor 319 erhaltenen Signals zu berechnen.

Ein Strom-/Spannungsdetektor 321 ist vorgesehen, um den über den Motor 3 fließenden Strom oder eine an den Motor 3 angelegte Spannung zu detektieren. Eine Spannungsquelle 322 ist vorgesehen, um die an den Motor 3 angelegte Spannung auf Basis von Ausgangssignalen des Detektors 320 für die obere Totpunktposition und den Strom-/Spannungsdetektor 321 zu ändern.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der dreizehnten Ausführungsform wird erklärt.

Das bewegliche Element 12 bewegt sich zusammen mit dem Kern 319a des Verschiebungsdetektors 319 hin und her. Der Kern 319a ist kurz, da der Detektionsbereich des Verschiebungsdetektors 319 auf die Nähe des oberen Totpunktes des Kolbens 5 begrenzt ist. Demgemäß wird ein Gesamtgewicht des beweglichen Elements 12, das den Kern 319a umfasst, reduziert, während die Resonanzfrequenz erhöht wird und daher eine erhöhte Kühlleistung erhalten wird. Des Weiteren ist die Gewichtsreduktion der sich hin- und herbewegenden Einheit, die das bewegliche Element 12 umfasst, wirksam, um die Vibration zu unterdrücken.

Des Weiteren ist die Begrenzung des Detektionsbereiches des Verschiebungsdetektors 319 auf die Nähe des oberen Totpunktes wirksam, um einen nachteiligen Einfluss von Fehlerfaktoren zu eliminieren und die Position des Kolbens 5 genau zu detektieren. Die Spannungsquelle 322 verringert die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 341, wenn die detektierte obere Totpunktposition größer als eine Referenzposition für den oberen Totpunkt ist, und erhöht den Ausgang, wenn die detektierte obere Totpunktposition kleiner als die Referenzposition für den oberen Totpunkt ist. Durch diese Rückführregelung kann die obere Totpunktposition des Kolbens 5 dem oberen Referenztotpunkt angeglichen werden. Da der Verschiebungsdetektor 319 eine hohe Detektionsgenauigkeit aufweist, wird es möglich, die Abweichung der oberen Totpunktposition in Bezug auf die Referenzposition für den oberen Totpunkt zu reduzieren und zu stabilisieren. Durch Einstellen einer entsprechenden Referenzposition für den oberen Totpunkt wird ein kleines oberes Spiel erhalten. Somit wird das Kühlvermögen erhöht. Die Fähigkeit, den oberen Totpunkt genau zu detektieren, macht es möglich zu verhindern, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 zusammenstößt. Somit wird es möglich, durch Zusammenstöße erzeugte Geräusche zu unterdrücken und zu verhindern, dass das Ventil beschädigt wird.

Des Weiteren überwacht der Strom-/Spannungsdetektor 321 einen Strom oder eine Spannung. Dies ermöglicht es, die Amplitude des Kolbens 5 auf Basis des/der überwachten Stroms oder Spannung zu berechnen. Darüber hinaus wird die untere Totpunktposition durch Addieren der berechneten Amplitude zu der durch den Detektor 320 für den oberen Totpunkt detektierten oberen Totpunktposition erhalten. Auf Basis dieses Ergebnisses verringert die Spannungsquelle 322 die an den Motor 3 angelegte Spannung, wenn die erhaltene Amplitude einen voreingestellten Wert übersteigt. Demgemäß wird es möglich zu verhindern, dass das bewegliche Element 12 mit einer übermäßig großen Amplitude schwingt, wodurch verhindert wird, dass das bewegliche Element 12 mit dem feststehenden Element 13 zusammenstößt und verhindert wird, dass das elastische Element 314 übermäßig verformt und beschädigt wird.

Wie oben stehend beschrieben stellt die dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der den Block 302 und den Kolben 5, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Block 302 und den Stator 3a umfasst, das elastische Element 314 mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, den Zylinder 4, der den Kolben 5 unterbringt, um zuzulassen, dass der Kolben 5 sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt, den Verschiebungsdetektor 319, der mit dem Kolben 5 in der axialen Richtung verbunden ist, um die Position nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens 5 zu detektieren, das Detektionsmittel 320 für die obere Totpunktposition, um die obere Totpunktposition des Kolbens 5 auf Basis des von dem Verschiebungsdetektor 319 empfangenen Signals zu erhalten, das Strom-/Spannungsdetektionsmittel 321 zum Detektieren des Strom- oder Spannungswertes des Motors 3, und das Spannungsquellenmittel 322 zum Ändern der an den Motor 3 angelegten Spannung auf Basis von Ausgangssignalen des Detektionsmittels 320 für die obere Totpunktposition und des Strom-/Spannungsdetektionsmittels 321 umfasst. Gemäß dieser Anordnung wird der Verschiebungsdetektor nur verwendet, um die Position nahe des oberen Totpunktes des Kolbens zu detektieren. Eine Verkleinerung des Verschiebungsdetektors ist einfach im Vergleich mit dem Fall, wo der Verschiebungsdetektor verwendet wird, um die gesamte Amplitude des Kolbens zu detektieren. Das bewegliche Element ist leicht. Die Resonanzfrequenz kann erhöht werden, während eine erhöhte Kühlleistung erhalten wird.

Überdies wird es möglich, da die Verwendung des Verschiebungsdetektors auf die Detektion der Position nahe des oberen Totpunktes des Kolbens begrenzt ist, den oberen Totpunkt im Vergleich mit dem Fall, wo der Verschiebungsdetektor verwendet wird, um die gesamte Amplitude zu detektieren, genau zu detektieren. Es wird möglich, die Fluktuation des oberen Spiels zu unterdrücken und dadurch ein reduziertes oberes Spiel bereitzustellen. Die Kühlleistung wird erhöht, während es möglich wird zu verhindern, dass der Kolben mit dem Zylinderkopf zusammenstößt. Darüber hinaus wird es möglich, da das bewegliche Element auf Grund des verkleinerten Verschiebungsdetektors leicht ist, die durch die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements verursachte Vibration zu unterdrücken. Die Kolbenamplitudendetektion wird durch Detektieren des Stroms oder der Spannung ausgeführt. Es wird möglich zu verhindern, dass der Kolben mit einer übermäßig großen Amplitude schwingt, während verhindert wird, dass das bewegliche Element mit dem feststehenden Element zusammenstößt. Die Zuverlässigkeit des elastischen Elements kann entsprechend aufrechterhalten werden, so dass es nicht durch die übermäßige Schwingung beschädigt wird.

Vierzehnte Ausführungsform

17 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In 17 ist ein Verschiebungsdetektor 325 innerhalb des Stators 3a des Motors 3 angeordnet. Ein zylindrischer Kern 325 ist in einer an einer Gleitfläche eines Kolbens 5 gebildeten Ausnehmung eingesetzt. Eine Spule 325b ist in einer an einer Gleitfläche eines Zylinders 4 gebildeten Ausnehmung eingesetzt.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der vierzehnten Ausführungsform wird beschrieben. Der Kern 325a des Verschiebungsdetektors 325 ist direkt an dem Kolben 5 des beweglichen Elements 12 befestigt. Mit anderen Worten, diese Anordnung benötigt keine Verbindungsteile, die verwendet werden, um den Verschiebungsdetektor 325 an dem beweglichen Element 12 zu befestigen. Somit ist das bewegliche Element 12 leicht. Die Resonanzfrequenz wird erhöht, während die Kühlleistung erhöht wird. Das gewichtreduzierte bewegliche Element eliminiert wirksam die durch die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements bewirkte Vibration.

Die vierzehnte Ausführungsform ordnet den Verschiebungsdetektor 325 in der Mitte auf jeder Gleitfläche des Kolbens 5 und des Zylinders 4 an. Es ist jedoch nicht nötig zu erwähnen, dass ähnliche Wirkungen erzielt werden, wenn der Verschiebungsdetektor an einem geeigneten Abschnitt radial innerhalb von dem Motor 3 angeordnet ist.

Wie oben stehend beschrieben stellt die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der den Block 302 und den Kolben 5, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Block 302 und den Stator 3b umfasst, das elastische Element 14 mit einem an dem beweglichen Element 12 befestigten Abschnitt und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, den Zylinder 4, der den Kolben 5 unterbringt, um zuzulassen, dass der Kolben 5 sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt, und den Verschiebungsdetektor 325, der an dem beweglichen Element 12 und dem feststehenden Element 13 an einem radial inneren Abschnitt in Bezug auf den Stator 3a des Motors 3 angebracht ist, umfasst. Diese Anordnung benötigt keine Verbindungsteile, die verwendet werden, um den Verschiebungsdetektor an dem beweglichen Element zu befestigen. Somit ist das bewegliche Element leicht. Die Resonanzfrequenz kann verbessert werden, während die Kühlleistung erhöht wird. Das gewichtsreduzierte bewegliche Element eliminiert die durch die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements bewirkte Vibration.

Fünfzehnte Ausführungsform

18 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine wesentliche Anordnung des Schwingverdichters gemäß der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In den 18 und 19 ist ein radial innerer Abschnitt 330a eines spiralförmigen elastischen Elements 330 an einem beweglichen Element 12 befestigt. Ein radial äußerer Abschnitt 330b des spiralförmigen elastischen Elements 330 ist zwischen Vorsprüngen 333a und 333b, die von einer inneren zylindrischen Wand eines Blocks 302 des feststehenden Elements 13 vorstehen, verschiebbar angeordnet. Somit ist das spiralförmige elastische Element 330 um eine Welle eines Kolbens 5 herum drehbar gelagert. Ein einen dynamischen Druck erzeugender Mechanismus 334, der eine Vielzahl von Ausnehmungen 334a umfasst, ist an einer Gleitfläche zwischen dem Kolben 5 und einem Zylinder 4 vorgesehen. Ein die Drehrichtung einschränkender Mechanismus 337 umfasst ein Sperrrad 337a, das entlang des radial äußeren Abschnitts 330b gebildet ist, und einen Sperrzahn 337b, der an der inneren zylindrischen Fläche des Blocks 302 auskragend befestigt ist, um eine Sperr-Antriebsanordnung zwischen dem Sperrrad 337a und dem Sperrzahn 337b zu bilden. Der die Drehrichtung einschränkende Mechanismus 337 begrenzt die Drehrichtung des elastischen Elements 330 gegen den Uhrzeigersinn.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der fünfzehnten Ausführungsform wird erklärt.

Während des Verdichtungsbetriebs des Verdichters verschiebt sich der radial innere Abschnitt 330a des elastischen Elements 330 in Ansprechen auf die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements 12 in der axialen Richtung des Kolbens 5. Inzwischen bewirkt die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements 12 eine beträchtliche Drehverschiebung zwischen dem radial inneren Abschnitt 330a und dem radial äußeren Abschnitt 330b auf Grund der spiralförmigen Ausbildung des elastischen Elements 330. Im Spezielleren bewirkt eine große Verschiebung des elastischen Elements 330 eine Drehverschiebung im Uhrzeigersinn, während eine kleine Verschiebung des elastischen Elements 330 eine Drehverschiebung gegen den Uhrzeigersinn bewirkt.

Wenn der radial innere Abschnitt 330a des elastischen Elements 330 sich im Uhrzeigersinn in Bezug auf den radial äußeren Abschnitt 330b dreht, verriegelt der die Drehrichtung einschränkende Mechanismus 337 den radial äußeren Abschnitt 330b durch einen Eingriff zwischen dem Sperrrad 337a und dem Sperrzahn 337b. Im Ergebnis dreht sich das bewegliche Element 12 integral mit dem radial inneren Abschnitt 330a des elastischen Elements 330 gegen den Uhrzeigersinn. Wenn andererseits der radial innere Abschnitt 330a des elastischen Elements 330 sich im Uhrzeigersinn in Bezug auf den radial äußeren Abschnitt 330b dreht, lässt der die Drehrichtung einschränkende Mechanismus 337 zu, dass der radial äußere Abschnitt 330b sich frei dreht. Im Ergebnis dreht sich der radial äußere Abschnitt 330b des elastischen Elements 330, der ein kleineres Trägheitsmoment aufweist als jenes des Kolbens 5, gegen den Uhrzeigersinn.

Demgemäß dreht sich der Kolben 5 des beweglichen Elements 12 immer gegen den Uhrzeigersinn.

Eine Vielzahl von dreieckigen Ausnehmungen 334a, die als der einen hydraulischen Druck erzeugende Mechanismus 334 dient, ist an einer Gleitfläche des Kolbens 5 gebildet. Wenn der Kolben 5 sich gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf den Zylinder 4 dreht, wird ein Fluid, das in jede Ausnehmung 334a gelangt, z. B. Schmieröl, in Übereinstimmung mit der Drehung des Kolbens 5, der den Druck im Verhältnis zu der Verringerung des dreieckigen Querschnitts gemäß dem Keileffekt erhöht, gezwungen, in Richtung des verengten Randabschnitts der dreieckigen Ausnehmung 334a zu strömen. Die Wirkung des erzeugten dynamischen Drucks ist an dem Abschnitt bemerkenswert, wo ein Spiel zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 klein ist. Demgemäß gleicht der erzeugte dynamische Druck die Achse des Kolbens 5 mit der Achse des Zylinders 4 ab und sorgt für ein gleichmäßiges Spiel zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4.

Demgemäß wird es möglich, den Kühlgasleckverlust durch eine Gleitfläche zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 zu reduzieren. Die Kühlleistung ist erhöht. Des Weiteren unterdrückt die Beseitigung der Versetzung oder Schrägstellung der Achsen des Kolbens 5 und des Zylinders 4 wirksam die Reibung an dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4. Somit kann der Gleitverlust reduziert werden und der Wirkungsgrad des Verdichters kann verbessert werden.

Wie oben stehend beschrieben stellt die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der den Block 302 und den Kolben 5, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, das bewegliche Element 12, das die Bewegungsvorrichtung 3b und den Kolben 5 umfasst, das feststehende Element 13, das den Block 302 und den Stator 3a umfasst, das elastische Element 330 mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, den die Drehrichtung einschränkenden Mechanismus 337 zum Begrenzen der Drehung des elastischen Elements 330 um die Welle des Kolbens 5 in einer einzigen Richtung, den Zylinder 4, der den Kolben 5 unterbringt, um zuzulassen, dass der Kolben 5 sich in der axialen Richtung hin- und herbewegt, und den einen dynamischen Druck erzeugenden Mechanismus 334, der zumindest an dem Kolben 5 oder dem Zylinder 4 vorgesehen ist, umfasst. Mit dieser Anordnung bewirkt das elastische Element eine Drehverschiebung in Ansprechen auf eine durch die Hin- und Herbewegung des beweglichen Elements verursachte Verformung des elastischen Elements. Da das elastische Element sich in eine einzige Richtung in Bezug auf das feststehende Element drehen kann, dreht der Kolben sich immer in derselben Richtung. Der einen dynamischen Druck erzeugende Mechanismus ist auf einer Gleitfläche des Kolbens und des Zylinders vorgesehen. Die Drehung des Kolbens bewirkt, dass der einen dynamischen Druck erzeugende Mechanismus einen dynamischen Druck erzeugt, der zwischen dem Kolben und dem Zylinder wirksam ist. Der erzeugte dynamische Druck gleicht die Achse des Kolbens mit der Achse des Zylinders ab und sorgt für einen gleichförmigen Zwischenraum zwischen dem Kolben und dem Zylinder. Somit wird es möglich, den Kühlgasleckverlust aus der Verdichtungskammer zu verhindern. Des Weiteren unterdrückt die Eliminierung der Versetzung oder Schrägstellung der Achsen des Zylinders und des Kolbens wirksam die Reibung an dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben und dem Zylinder. Somit kann der Gleitverlust reduziert werden und der Wirkungsgrad des Verdichters kann verbessert werden.

Die oben stehend beschriebene fünfzehnte Ausführungsform offenbart das spiralförmige elastische Element. Ähnliche Effekte werden jedoch erhalten, auch wenn dieses elastische Element durch irgendein anderes elastisches Element ersetzt wird, das in der Lage ist, eine Drehverschiebung in Ansprechen auf eine axiale Verschiebung zu bewirken.

Sechzehnte Ausführungsform

20 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die einen Schwingverdichter gemäß einer sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 21 ist eine Ansicht, die ein elastisches Element zeigt, das in dem Schwingverdichter gemäß der sechzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In den 20 und 21 umfasst der Schwingverdichter ein dicht verschlossenes Gehäuse 1 und einen Hauptkörper 2. Der Hauptkörper 2 umfasst einen Motor 3, einen Zylinder 4, einen Kolben 5, einen Block 6, einen Zylinderkopf 7 und ein elastisches Element 8. Der Hauptkörper 2 ist durch eine Tragfeder (nicht gezeigt) in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 elastisch getragen.

Der Motor 3 umfasst einen Stator 3a und eine Bewegungsvorrichtung 3b. Ein Permanentmagnet 3c ist an dem Stator 3a befestigt. Die Bewegungsvorrichtung 3b (Spule) ist mit dem Kolben 5 über ein die Bewegungsvorrichtung verbindendes Element 409 fix verbunden.

Der Kolben 5, die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 und das die Bewegungsvorrichtung verbindende Element 409 bilden zusammenwirkend ein bewegliches Element 12. Der Zylinder 4, der Stator 3a des Motors 3 und der Block 6 bilden zusammenwirkend ein feststehendes Element 13.

Das elastische Element 8 umfasst eine Vielzahl von gestapelten oder mehrlagigen elastischen Elementen 8a. Ein innerer zylindrischer Abschnitt 8b des elastischen Elements 8 ist an dem Kolben 5 befestigt. Ein äußerer zylindrischer Abschnitt 8c des elastischen Elements 8 ist an dem Block 6 befestigt. Jedes elastische Element 8a umfasst eine Vielzahl spiralförmiger Schlitze 8f, so dass es als eine Feder wirkt.

Der durch den Zylinder 4 und das elastische Element 8 gestützte Kolben 5 ist in der axialen Richtung verschiebbar. Der Zylinder 4 und der Kolben 5 definieren zusammenwirkend eine Verdichtungskammer 9.

Als Nächstes wird der Verdichtungsmechanismus des oben stehend beschriebenen Schwingverdichters erklärt. Wenn Wechselstrom der Bewegungsvorrichtung 3b (Spule) des Motors 3 zugeführt wird, erzeugt der Permanentmagnet 3c ein Magnetfeld. Eine Wechselwirkung der Bewegungsvorrichtung 3b mit diesem Magnetfeld erzeugt eine Kraft zum Hin- und Herbewegen der Bewegungsvorrichtung 3b in der axialen Richtung. Der Kolben 5, der über das die Bewegungsvorrichtung verbindende Element 409 mit der Bewegungsvorrichtung 3b verbunden ist, verformt das elastische Element 8. Unter Ausnutzung einer von dem elastischen Element 8 gegebenen Reaktionskraft wiederholt der Kolben 5 kontinuierlich die axiale Hin- und Herbewegung.

Ferner dreht sich der innere zylindrische Abschnitt 8b des elastischen Elements 8a, wenn der innere zylindrische Abschnitt 8b des elastischen Elements 8a sich normal zu der Ebene von 21 in Richtung nach oben und nach unten verschiebt, in einer durch einen in 21 gezeigten Pfeil angezeigten Richtung. Demgemäß dreht sich der an dem inneren zylindrischen Abschnitt 8b des elastischen Elements 8a befestigte Kolben 5 in Ansprechen auf die Verschiebung des elastischen Elements 8a. Der Kolben 5 dreht sich in geänderten Richtungen und bewegt sich weiter hin und her.

Kühlgas eines Kühlsystems (nicht gezeigt) wird in eine Niederdruckkammer 7a eines Zylinderkopfes 7 eingeleitet und gelangt dann über ein in dem Zylinderkopf 7 angeordnetes Einlassventil (nicht gezeigt) in die Verdichtungskammer 9 des Zylinders 4. Das in die Verdichtungskammer 9 eingeleitete Kühlgas wird durch den Kolben 5, der sich auf die oben beschriebene Art hin- und herbewegt, verdichtet. Das verdichtete Kühlgas gelangt über ein Auslassventil (nicht gezeigt) in eine Hochdruckkammer 7b, und tritt dann aus dem Zylinderkopf 7 in das Kühlsystem aus.

In 20 umfasst ein Stützmechanismus 413 feststehende Stützelemente 414a und 414b, die an dem feststehenden Element 13 befestigt sind, und bewegliche Stützelemente 415a und 415b, die an dem beweglichen Element 12 befestigt sind. Das feststehende Stützelement 414a ist näher an der Verdichtungskammer 9 angeordnet als das andere feststehende Stützelement 414b. Das bewegliche Stützelement 415a ist näher an der Verdichtungskammer 9 angeordnet als das andere bewegliche Stützelement 415b. Die beweglichen Stützelemente 415a und 415b sind zwischen den feststehenden Stützelementen 414a und 414b angeordnet, und axial einwärts weiter versetzt als die entsprechenden feststehenden Stützelemente 414a und 414b.

Der Betrieb des Schwingverdichters der sechzehnten Ausführungsform wird erklärt.

Während des Verdichtungsbetriebs des Verdichters bewegt sich der Kolben 5 in dem Zylinder 4 hin und her. Wenn der Kolben 5 sich näher zu der Verdichtungskammer 9 verschiebt als seine Anschlagposition, verformt sich das elastische Element 8 in Ansprechen auf eine Verschiebebewegung des Kolbens 5. Das elastische Element 8 weist eine Steifigkeit auf, die sich in Übereinstimmung mit dem Betrag seiner Verformung verringert.

In ähnlicher Weise verformt sich das elastische Element 8 in Ansprechen auf eine Verschiebebewegung des Kolbens 5, wenn der Kolben 5 sich von der Verdichtungskammer 9 über seine Anschlagposition hinaus verschiebt.

In dem Motor 3 ist ein Luftspalt, der zum Trennen der Bewegungsvorrichtung 3b von dem Stator 3a vorgesehen ist, nicht vollständig gleichförmig. Daher wird die Bewegungsvorrichtung 3b immer in einer bestimmten radialen Richtung zu dem Stator 3a angezogen.

Wenn der Kolben 5 nahe an seiner Anschlagposition positioniert ist, bewirkt das elastische Element 8 eine geringere Verformung. Die radiale Steifigkeit des elastischen Elements 8 ist ausreichend hoch. In diesem Fall kann das bewegliche Element 12 in der radialen Richtung mit dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 sowie dem elastischen Element 8 gestützt werden, selbst wenn die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 auf Grund des ungleichmäßigen Luftspalts radial angezogen wird. Kein lokaler Seitendruck wird auf den Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 wirken.

Wenn der Kolben 5 nahe dem oberen Totpunkt oder des unteren Totpunktes positioniert ist, verformt sich das elastische Element 8 stark mit verringerter radialer Steifigkeit. Somit kann das elastische Element 8 das bewegliche Element 12 nicht ausreichend in der radialen Richtung tragen.

Wenn der Kolben 5 jedoch nahe des oberen Totpunktes positioniert ist, gelangt das an dem feststehenden Element 13 befestigte feststehende Stützelement 414a mit dem an dem beweglichen Element 12 befestigten beweglichen Stützelement 415a in Eingriff, so dass das feststehende Stützelement 414a das bewegliche Stützelement 415a in der radialen Richtung im Wesentlichen stützt. Wenn der Kolben 5 nahe dem unteren Totpunkt positioniert ist, gelangt das an dem feststehenden Element 13 befestigte feststehende Stützelement 414b mit dem an dem beweglichen Element 12 befestigten beweglichen Stützelement 415b in Eingriff, so dass das feststehende Stützelement 414b das bewegliche Stützelement 415b in der radialen Richtung im Wesentlichen stützt.

Demgemäß wird es möglich, das bewegliche Element 12 zusätzlich zu dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 sowie dem elastischen Element 8 an dem Stützmechanismus 413 in der radialen Richtung zu stützen, selbst wenn der Kolben 5 nahe des oberen Totpunktes oder des unteren Totpunktes positioniert ist und das elastische Element 8 daher auf Grund verringerter Steifigkeit das bewegliche Element 12 in der radialen Richtung nicht ausreichend stützen kann. Somit eliminiert diese Ausführungsform den lokalen Seitendruck, der auf den Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 wirkt, während die Verschlechterung der Zuverlässigkeit wie z. B. eine Verringerung des Wirkungsgrads des Verdichters und der Verschleiß, der an dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 auftritt, verhindert wird.

Wie oben stehend beschrieben stellt die sechzehnte Ausführungsform er vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1, den Kolben 5 und den Zylinder 4, die in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht sind, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, das feststehende Element 13, das den Zylinder 4 und den Stator 3a des Motors 3 umfasst, das bewegliche Element 12, das den Kolben 5 und die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element 12 befestigt oder mit diesem verbunden ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 13 befestigt oder mit diesem verbunden ist, und den Stützmechanismus 413 zum Stützen des beweglichen Elements 12 in der radialen Richtung, wenn der Kolben 5 nahe der oberen Totpunktposition oder des unteren Totpunktes positioniert ist, umfasst. Diese Anordnung macht es möglich, das bewegliche Element 12 in der radialen Richtung an dem Stützmechanismus 413 zusätzlich zu dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 sowie dem elastischen Element 8 zu stützen, selbst wenn der Kolben 5 nahe des oberen Totpunktes oder des unteren Totpunktes positioniert ist und daher das elastische Element 8 auf Grund verringerter Steifigkeit das bewegliche Element 12 in der radialen Richtung nicht ausreichend stützen kann.

Somit eliminiert die sechzehnte Ausführungsform den lokalen Seitendruck, der auf den Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 wirkt, während die Verschlechterung der Zuverlässigkeit wie z. B. eine Verringerung des Wirkungsgrads des Verdichters und der Verschleiß, der an dem Gleitabschnitt zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 4 auftritt, verhindert wird.

Obwohl die oben stehend beschriebene sechzehnte Ausführungsform das elastische Element 8 offenbart, das eine Vielzahl von mehrlagigen elastischen Elementen 8a, jedes mit einer Vielzahl von Schlitzen 8f, umfasst, kann das elastische Element 8 aus einem beliebigen anderen vergleichbaren elastischen Element bestehen, das in der Lage ist, den Kolben 5 hin- und herzubewegen, und eine radiale Steifigkeit aufweist, die sich in Übereinstimmung mit seinem Betrag an Verformung verringert.

Obwohl die oben stehend beschriebene sechzehnte Ausführungsform den Motor 3 offenbart, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, kann jede beliebige andere Motoranordnung zum Hin- und Herbewegen des Kolbens 5 verwendet werden.

Obwohl die oben stehend beschriebene sechzehnte Ausführungsform das elastische Element 8 offenbart, das direkt an dem Kolben 5 befestigt ist, ist es möglich, ein Verbindungselement zum Befestigen des elastischen Elements 8 an dem Kolben 5 zu verwenden, oder es ist möglich, sie in der axialen Richtung zu verbinden.

Siebzehnte Ausführungsform

22 ist ein Schwingverdichter gemäß einer siebzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die siebzehnte Ausführungsform unterscheidet sich von der sechzehnten Ausführungsform darin, dass das bewegliche Element 12 mit einem Positionsänderungsmechanismus 416 ausgerüstet ist. Der Positionsänderungsmechanismus 416 kann eine axiale Position des beweglichen Elements 12 ändern. Der Positionsänderungsmechanismus 416 ist z. B. eine Formgedächtnis-Legierung, dessen axiale Länge kurz ist, wenn die Temperatur niedrig ist, und lang ist, wenn die Temperatur hoch ist.

Der Betrieb des Schwingverdichters der siebzehnten Ausführungsform wird erklärt.

Auf Grund einer unzureichenden Druckbeaufschlagung unmittelbar nach dem Anlaufen des Verdichters, oder wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, wird die Verdichtungskammer 9 bei einem niedrigeren Druck gehalten. Ein Gasdruck, der verfügbar ist, um den Kolben 5 von der Verdichtungskammer 9 weg zu verschieben, ist gering. Demgemäß wird das Schwingzentrum des Kolbens 5 so nahe an die Verdichtungskammer 9 versetzt, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 oder dem Auslassventil zusammenstoßen kann.

Bei solchen Betriebsbedingungen besitzt der Positionsänderungsmechanismus 416 jedoch auf Grund der niedrigen Temperatur der Verdichtungskammer eine kurze axiale Länge. Demgemäß ist die obere Totpunktposition des Kolbens 5 ausreichend weit von dem Zylinderkopf 7 und dem Auslassventil entfernt, so dass verhindert werden kann, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 und dem Auslassventil zusammenstößt. Dies verhindert, dass der Zylinderkopf 7 und das Auslassventil beschädigt werden. Lärm wird erzeugt.

Des Weiteren ist die erhaltene Druckbeaufschlagung ausreichend hoch, wenn die Verdichtertemperatur in Übereinstimmung mit einer verstrichenen Zeit ein höheres Niveau erreicht oder wenn die Umgebungslufttemperatur hoch ist. Bei solchen Betriebsbedingungen ist ein ausreichend hoher Gasdruck verfügbar, um den Kolben 5 in der der Verdichtungskammer 9 entgegengesetzten Richtung zu verschieben. Demgemäß wird das Schwingzentrum des Kolbens 5 von der Verdichtungskammer 9 weg versetzt, um den Kolben 5 ausreichend weit weg von dem Zylinderkopf 7 und dem Auslassventil zu trennen, so dass kein Zusammenstoß zwischen diesen verursacht wird.

Andererseits kann der Kolben 5 nicht den üblichen oberen Totpunkt erreichen. Das obere Spiel des Kolbens nimmt übermäßig zu, was eine deutliche Reduktion der Kühlleistung und des Wirkungsgrades des Verdichters bewirkt. Bei solchen Betriebsbedingungen besitzt der Positionsänderungsmechanismus 416 jedoch auf Grund der erhöhten Verdichtertemperatur eine lange axiale Länge. Somit versetzt der Positionsänderungsmechanismus 416 den oberen Totpunkt des Kolbens 5 in Richtung des Zylinderkopfs 7 und des Auslassventils. Somit wird es möglich zu verhindern, dass das obere Spiel des Kolbens 5 übermäßig zunimmt, und einen Normalbetrieb zu realisieren, der hinsichtlich der Kühlleistung wie auch des Wirkungsgrades des Verdichters zufrieden stellend ist.

Wie oben stehend beschrieben stellt die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der das dicht verschlossene Gehäuse 1, den Kolben 5 und den Zylinder 4, die in dem dicht verschlossenen Gehäuse 1 untergebracht sind, den Motor 3, der den Stator 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, das feststehende Element 13, das den Zylinder 4 und den Stator 3a des Motors 3 umfasst, das bewegliche Element 12, das den Kolben 5 und die Bewegungsvorrichtung 3b des Motors 3 umfasst, das elastische Element 8 mit einem Abschnitt, der an dem beweglichen Element 12 befestigt ist, und einem anderen Abschnitt, der an dem feststehenden Element 13 befestigt ist, und den Positionsänderungsmechanismus 416, der dem beweglichen Element 12 zugehörig ist, zum Ändern einer axialen Position des beweglichen Elements 12 umfasst. Mit dieser Anordnung wird es möglich zu verhindern, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 oder dem Auslassventil zusammenstößt, wenn das bewegliche Element 12, das den Kolben 5 umfasst, auf Grund der unzureichenden Druckbeaufschlagung, die unmittelbar nach dem Anlaufen des Verdichters oder wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, auftritt, in Richtung der Verdichtungskammer 9 versetzt wird. Somit verhindert die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass der Verdichter beschädigt wird, während die Zuverlässigkeit entsprechend aufrechterhalten wird. Lärm wird unterdrückt.

Des Weiteren ist die erzielte Druckbeaufschlagung ausreichend hoch, wenn die Verdichtertemperatur in Übereinstimmung mit einer verstrichenen Zeit ein höheres Niveau erreicht oder wenn die Umgebungslufttemperatur hoch ist. Bei solchen Betriebsbedingungen wird das bewegliche Element 12, das den Kolben 5 umfasst, von der Verdichtungskammer 9 weg versetzt. Die siebzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert jedoch, dass das obere Spiel des Kolbens 5 übermäßig zunimmt, und realisiert einen Normalbetrieb, der hinsichtlich der Kühlleistung wie auch des Wirkungsgrades des Verdichters zufrieden stellend ist.

Der in der oben stehend beschriebenen siebzehnten Ausführungsform offenbarte Positionsänderungsmechanismus 416 ist das wirksame Element, dessen axiale Länge in Ansprechen auf die Temperaturänderung variabel ist. Der Positionsänderungsmechanismus 416 kann jedoch auch aus einem beliebigen anderen vergleichbaren Element bestehen, das in der Lage ist, die axiale Position des beweglichen Elements 12 in Ansprechen auf geänderte äußere Temperatur- und Druckbedingungen zu ändern.

Obwohl die oben stehend beschriebene siebzehnte Ausführungsform den Motor 3 offenbart, der den Motor 3a und die Bewegungsvorrichtung 3b umfasst, kann jede beliebige andere Motoranordnung zum Hin- und Herbewegen des Kolbens 5 verwendet werden.

Achtzehnte Ausführungsform

23 ist ein Schwingverdichter gemäß einer achtzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die achtzehnte Ausführungsform unterscheidet sich von der siebzehnten Ausführungsform darin, dass ein Anschlag 417 vorgesehen ist, um einen axialen Verschiebungsbetrag des beweglichen Elements 12, der durch den Positionsänderungsmechanismus 416 geändert wird, zu begrenzen.

Der Betrieb des Schwingverdichters gemäß der achtzehnten Ausführungsform wird erklärt.

Auf Grund einer unzureichenden Druckbeaufschlagung unmittelbar nach dem Anlaufen des Verdichters oder wenn die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, wird die Verdichtungskammer 9 bei einem niedrigeren Druck gehalten. Ein Gasdruck, der verfügbar ist, um den Kolben 5 von der Verdichtungskammer 9 weg zu verschieben, ist gering. Demgemäß wird das Schwingzentrum des Kolbens 5 in Richtung der Verdichtungskammer 9 versetzt. Der Kolben 5 kann mit dem Zylinderkopf 7 oder dem Auslassventil zusammenstoßen.

Bei solchen Betriebsbedingungen besitzt der Positionsänderungsmechanismus 416 jedoch auf Grund der niedrigen Temperatur der Verdichtungskammer eine kurze axiale Länge. Demgemäß ist die obere Totpunktposition des Kolbens 5 ausreichend weit von dem Zylinderkopf 7 und dem Auslassventil entfernt, so dass verhindert werden kann, dass der Kolben 5 mit dem Zylinderkopf 7 und dem Auslassventil zusammenstößt. Dies verhindert, dass der Zylinderkopf 7 und das Auslassventil beschädigt werden. Lärm wird erzeugt.

Die axiale Länge des Positionsänderungsmechanismus 416 kann in Ansprechen auf extrem geänderte Betriebsbedingungen, die die plötzlichen Änderungen in der Umgebungslufttemperatur oder in der Druckbeaufschlagung umfassen, extrem verringert sein. Wenn die axiale Länge des Positionsänderungsmechanismus 416 jedoch kürzer als ein vorbestimmter Wert wird, wird eine Stirnfläche 417a des Anschlags 417 in Kontakt mit dem elastischen Element 8 gebracht. Somit beschränkt der Anschlag 417 die übermäßige Verschiebebewegung des beweglichen Elements 12 weg von der Verdichtungskammer 9.

Demgemäß wird es möglich zu verhindern, dass das obere Spiel des Kolbens übermäßig zunimmt, und einen Normalbetrieb zu realisieren, der hinsichtlich der Kühlleistung wie auch des Wirkungsgrades des Verdichters zufrieden stellend ist.

Wie oben stehend beschrieben stellt die achtzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Schwingverdichter bereit, der ferner den Anschlag 417 zum Begrenzen des Betrags der axialen Verschiebung des beweglichen Elements 12, der durch den Positionsänderungsmechanismus 416 geändert wird, umfasst. Mit dieser Anordnung wird es möglich zu verhindern, dass das bewegliche Element 12 sich in Ansprechen auf extrem geänderte Betriebsbedingungen, die die plötzlichen Änderungen in der Umgebungslufttemperatur oder in der Druckbeaufschlagung umfassen, übermäßig von der Verdichtungskammer 9 weg verschiebt, und dadurch eine Verschlechterung der Kühlleistung und einen Mangel an Verdichtung zu eliminieren.

Die Erfindung kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein, ohne von dem Geist ihrer wesentlichen Kennzeichen abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen wie beschrieben sind daher nur illustrativ und nicht einschränkend, da der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die diesen vorangegangene Beschreibung definiert ist. Alle Änderungen, die in den Umfang der Erfindung fallen, sind daher durch die Ansprüche umfasst.


Anspruch[de]
  1. Schwingverdichter, umfassend:

    ein dicht verschlossenes Gehäuse (1) mit einem Innenraum (1a) zur Aufnahme von Kühlgas;

    einen Block (6), der in dem dicht verschlossenen Gehäuse (1) untergebracht ist,

    einen Motor (3), der einen Stator (3a) und eine Bewegungsvorrichtung (3b) umfasst;

    einen Kolben (5), der mit der Bewegungsvorrichtung (3b) des Motors (3) verbunden ist;

    ein bewegliches Element (12), das die Bewegungsvorrichtung (3b) des Motors (3) und den Kolben (5) umfasst;

    ein feststehendes Element (13), das den Stator (3a) des Motors (3) und den Block (6) umfasst;

    ein elastisches Element (8) mit einem Abschnitt (8b), der an dem beweglichen Element (12) befestigt ist, und einen anderen Abschnitt (8c), der an dem feststehenden Element (13) befestigt ist;

    einen Zylinder (4);

    einen Zylinderkopf (7), der an dem Zylinder (4) befestigt ist;

    dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (4) in Bezug auf den Block (6) verschiebbar ist, und gekennzeichnet durch

    Gegendruckkammern (18a, 18b), die in dem Kühlgasraum (1a) gebildet sind und durch eine integrale Einheit luftdicht unterteilt sind, die den Zylinder (4) und/oder den Zylinderkopf (7) umfasst; und wobei

    mindestens eine der Gegendruckkammern (18a, 18b) auf einem niedrigen Druckniveau gehalten wird, und die andere der Gegendruckkammern (18a, 18b) auf einem hohen Druckniveau gehalten wird.
  2. Schwingverdichter nach Anspruch 1, der ferner ein elastisches Element (22) umfasst, dessen eines Ende mit der integralen Einheit verbunden ist, die den Zylinder (4) und/oder den Zylinderkopf (7) umfasst, und dessen anderes Ende mit dem feststehenden Element (13) verbunden ist.
  3. Schwingverdichter nach Anspruch 1 oder 2, der ferner einen die Zylinderposition detektierenden Sensor (24) umfasst, der an dem feststehenden Element (13) oder dem Zylinder (4) befestigt ist.
Es folgen 17 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

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