JPH0737859B2 - Linear motor compressor for Stirling refrigerator - Google Patents
Linear motor compressor for Stirling refrigeratorInfo
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- JPH0737859B2 JPH0737859B2 JP20924389A JP20924389A JPH0737859B2 JP H0737859 B2 JPH0737859 B2 JP H0737859B2 JP 20924389 A JP20924389 A JP 20924389A JP 20924389 A JP20924389 A JP 20924389A JP H0737859 B2 JPH0737859 B2 JP H0737859B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ディスプレーサの往復動により寒冷を発生さ
せる膨張機を有するスターリング冷凍機において、膨張
機に供給する冷媒を圧縮するリニアモータ圧縮機の改良
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Stirling refrigerator having an expander that produces cold by the reciprocating motion of a displacer, and a linear motor compressor for compressing a refrigerant supplied to the expander. Regarding improvement.
(従来の技術) 従来より、このフリーディスプレーサ形スターリング冷
凍機は、極低温レベルの寒冷を発生させる小型冷凍機の
一種として知られている。この冷凍機は、例えば第3図
に示すように、冷媒ガスを圧縮する圧縮機(a)と、該
圧縮機(a)から吐出された冷媒ガスを膨張させる膨張
機(k)とを組み合わせたものであり、上記圧縮機
(a)は、例えば密閉状のハウジング(b)と、該ハウ
ジング(b)内に嵌装固定されたシリンダ(c)と、該
シリンダ(c)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ
(c)内空間に圧縮室(d)を区画形成するピストン
(e)と、該ピストン(e)を往復駆動する駆動源とし
てのリニアモータ(f)とを備えている。このリニアモ
ータ(f)はシリンダ(c)周りに配置された環状の永
久磁石(g)を有し、この磁石(g)により、シリンダ
(c)の中心と同心の円筒状の間隙に磁界を発生させ
る。上記間隙には中心部にて上記ピストン(e)に一体
固定された略カップ状の可動体(h)の円周部が往復動
可能に配設され、該可動体(h)の外周にはドライブコ
イル(i)が巻き付けられている。また、上記可動体
(h)の底面外側(ピストン(e)と反対側)とハウジ
ング(b)内底面との間にはピストン(e)を往復動可
能に弾性支持するためのコイルスプリングからなるピス
トンスプリング(j)が架設されており、ドライブコイ
ル(i)に所定周波数の交流を通電することで、間隙内
を通る磁界との作用によりコイル(i)及び可動体
(h)を駆動してピストン(e)をシリンダ(c)内で
往復移動させることにより、圧縮室(d)で所定周期の
ガス圧を発生させるようになされている。(Prior Art) Conventionally, this free displacer type Stirling refrigerator is known as a type of small refrigerator that generates cold at an extremely low temperature level. For example, as shown in FIG. 3, this refrigerator has a combination of a compressor (a) that compresses a refrigerant gas and an expander (k) that expands the refrigerant gas discharged from the compressor (a). The compressor (a) is, for example, a hermetically sealed housing (b), a cylinder (c) fitted and fixed in the housing (b), and reciprocally movable in the cylinder (c). And a linear motor (f) as a drive source that reciprocally drives the piston (e). The piston (e) is fitted into the cylinder (c) and defines the compression chamber (d) in the inner space of the cylinder (c). . This linear motor (f) has an annular permanent magnet (g) arranged around the cylinder (c), and this magnet (g) applies a magnetic field to a cylindrical gap concentric with the center of the cylinder (c). generate. A circumferential portion of a substantially cup-shaped movable body (h) integrally fixed to the piston (e) at the central portion is disposed in the gap so as to be reciprocally movable, and the movable body (h) has an outer periphery on the outer periphery thereof. The drive coil (i) is wound around. Further, a coil spring for elastically supporting the piston (e) so as to reciprocate is formed between an outer bottom surface of the movable body (h) (opposite side of the piston (e)) and an inner bottom surface of the housing (b). A piston spring (j) is installed, and by energizing the drive coil (i) with an alternating current of a predetermined frequency, the coil (i) and the movable body (h) are driven by the action of the magnetic field passing through the gap. By reciprocating the piston (e) in the cylinder (c), a gas pressure of a predetermined cycle is generated in the compression chamber (d).
一方、上記膨張機(k)は、円筒状シリンダ(l)を有
し、このシリンダ(l)内にはシリンダ(l)内空間を
膨張室(m)と作動室(n)とに区画するフリーディス
プレーサ(o)が往復動自在に嵌装されている。このデ
ィスプレーサ(o)は、内部に金属製蓄冷材(o1)(再
生式熱交換器)を充填したもので、該蓄冷材(o1)を膨
張室(m)及び作動室(n)にそれぞれ連通させる連通
孔(o2),(o3)が開口されている。また、上記作動室
(n)内には、ディスプレーサ(o)を往復動可能に弾
性支持するコイルスプリングからなるディスプレーサス
プリング(p)が配設されている。さらに、上記作動室
(n)は上記連絡配管(q)を介して上記圧縮機(a)
の圧縮室(d)に接続されており、圧縮機(a)からの
冷媒ガス圧によりディスプレーサ(o)を往復動させて
冷媒ガスを膨張室(m)で膨張させることにより、シリ
ンダ(l)先端のコールドヘッドに寒冷を発生させるよ
うになされている(例えば“Refrigerator for Cryogen
ic Sensors",NASA Conference Publication 2287等参
照)。On the other hand, the expander (k) has a cylindrical cylinder (1), and the inside space of the cylinder (l) is divided into an expansion chamber (m) and a working chamber (n) in the cylinder (l). A free displacer (o) is reciprocally fitted. This displacer (o) is filled with a metal regenerator material (o 1 ) (regenerative heat exchanger), and the regenerator material (o 1 ) is used as an expansion chamber (m) and a working chamber (n). Communication holes (o 2 ) and (o 3 ) are opened to communicate with each other. Further, in the working chamber (n), a displacer spring (p) including a coil spring elastically supporting the displacer (o) so as to reciprocate is disposed. Further, the working chamber (n) is connected to the compressor (a) through the communication pipe (q).
Connected to the compression chamber (d) of the cylinder (1) by reciprocating the displacer (o) by the refrigerant gas pressure from the compressor (a) to expand the refrigerant gas in the expansion chamber (m). It is designed to generate cold in the cold head of the tip (for example, “Refrigerator for Cryogen
ic Sensors ", NASA Conference Publication 2287 etc.).
(発明が解決しようとする課題) ところで、上記のリニアモータ圧縮機(a)において
は、シリンダ(c)とピストン(e)の間、ドライブコ
イル(i)外周面と継鉄との間、及びコイル(i)内周
面と継鉄との間の3箇所に微少間隙部が必要となるが、
これら微小間隙部の間隙は原理的に小さいほど圧縮機効
率を上げることができる。例えばシリンダ(c)とピス
トン(e)の間の間隙を微小にすると、圧縮室(d)か
らのガス洩れを防ぐことができ、圧縮機効率を高めるこ
とができる。また、ドライブコイル(i)内外周面と継
鉄との間の間隙を小さくすると、ピストン(e)の駆動
効率を上げることができ、圧縮機効率の向上に寄与する
ことができる。(Problems to be Solved by the Invention) In the above linear motor compressor (a), between the cylinder (c) and the piston (e), between the drive coil (i) outer peripheral surface and the yoke, and Micro gaps are required at three places between the inner peripheral surface of the coil (i) and the yoke,
In principle, the smaller the gap between these minute gaps, the higher the compressor efficiency. For example, if the gap between the cylinder (c) and the piston (e) is made small, gas leakage from the compression chamber (d) can be prevented and the compressor efficiency can be improved. Further, if the gap between the inner and outer peripheral surfaces of the drive coil (i) and the yoke is reduced, the drive efficiency of the piston (e) can be increased, which can contribute to the improvement of compressor efficiency.
しかしながら、上記ピストン(e)、シリンダ(c)、
コイル(i)、継鉄等をいずれも同心状態に配置する必
要があり、現実にはこの同心性を確保した上で上記3箇
所の間隙を小さくするのは製作組立上、限度があり、圧
縮機効率を高めるのは困難であった。However, the piston (e), cylinder (c),
It is necessary to arrange the coils (i), yokes, etc. in a concentric state. In reality, there is a limit in manufacturing and assembling to secure the concentricity and reduce the gaps in the above three places. It was difficult to improve machine efficiency.
本発明の目的とするところは、微小間隙部の箇所を減ず
ることにより、圧縮機効率を簡単な構成で高め得るよう
にすることにある。An object of the present invention is to reduce the number of minute gaps so that the compressor efficiency can be increased with a simple structure.
(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成すべく、請求項(1)に係る発明の解
決手段は、圧縮室をプランジャ内に形成し、プランジャ
の外周壁にコイルを一体的に配置する。(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above-mentioned object, a solution means of the invention according to claim (1) is to form a compression chamber in a plunger and integrally dispose a coil on an outer peripheral wall of the plunger. To do.
具体的には、この発明では、第1図に示すように、圧縮
機のハウジング(2)の壁部(3)を継鉄とし、この壁
部(3)の内面中心部にハウジング(2)内に突出する
円柱部(4)と、該円柱部(4)の周囲に環状の凹部
(5)とを形成し、上記円柱部(4)端部より壁部
(3)を介して外部に連通される連通孔(4a)を設け
る。上記ハウジング(2)の壁部(3)における円柱部
(4)に、円柱部(4)との間に圧縮室(11)を区画形
成する有底円筒状のプランジャ(6)を摺動可能に外嵌
合する。また、上記凹部(5)の少なくとも内周面に、
円柱部(4)外周との間に磁界を発生させる環状の磁石
(18)を円柱部(4)外周面と所定の間隔をあけて取り
付ける。さらに、上記プランジャ(6)の少なくとも外
周面に、交流の通電によりプランジャ(6)を往復動さ
せるコイル(19)を上記磁石(18)と対向して巻回す
る。Specifically, in the present invention, as shown in FIG. 1, a wall portion (3) of the housing (2) of the compressor is made of a yoke, and the housing (2) is provided at the center of the inner surface of the wall portion (3). A columnar part (4) protruding inward and an annular recess (5) are formed around the columnar part (4), and the end part of the columnar part (4) is exposed to the outside through the wall part (3). A communication hole (4a) for communication is provided. A cylindrical plunger (6) with a bottom, which defines a compression chamber (11) between the cylindrical portion (4) and the cylindrical portion (4) in the wall portion (3) of the housing (2), can slide. Mating outside. Further, at least on the inner peripheral surface of the recess (5),
An annular magnet (18) for generating a magnetic field is attached to the outer periphery of the columnar portion (4) with a predetermined distance from the outer peripheral surface of the columnar portion (4). Further, a coil (19) for reciprocating the plunger (6) by energizing alternating current is wound around at least the outer peripheral surface of the plunger (6) so as to face the magnet (18).
請求項(2)に係る発明では、圧縮機効率をさらに高く
するために、プランジャ(6)はその開放端部をハウジ
ング(2)の凹部(5)底面に、また底部をハウジング
(2)の壁部にそれぞれスプリング(15),(16)によ
って往復動可能に弾性支持する。In the invention according to claim (2), in order to further improve the compressor efficiency, the plunger (6) has an open end portion on the bottom surface of the recess (5) of the housing (2) and a bottom portion on the housing (2). The walls are elastically supported by springs (15) and (16) so that they can reciprocate.
また、請求項(3)に係る発明では、コイル(19)に通
電するための導線がプランジャ(6)の往復動に伴って
損傷するのをなくすために、コイル(19)をスプリング
(15),(16)によって通電されるように構成する。Further, in the invention according to claim (3), the coil (19) is prevented from being damaged by the reciprocating movement of the plunger (6), so that the coil (19) is prevented from being damaged by the spring (15). , (16) so that it is energized.
(作用) 上記の構成により、請求項(1)に係る発明では、コイ
ル(19)のプランジャ(6)の外周に巻回されて一体的
に取り付けられているため、該コイル(19)に所定周波
数の交流が通電されると、磁石(18)による磁界との作
用によりコイル(19)及びプランジャ(6)が往復動
し、このプランジャ(6)の往復動により圧縮室(11)
の容積が増減変化して、その内部の冷媒が所定周期で圧
縮される。この構造では、コイル(19)とプランジャ
(6)とが一体化されているので、微小間隙部は壁部
(3)の円柱部(4)外周とプランジャ(6)外周との
間、及びコイル(19)と磁石(18)との間の2箇所とな
り、その数が従来よりも減り、この減少により円柱部
(4)、プランジャ(6)、コイル(19)等の同心性を
確保して組立てを容易化しつつ、上記各微小間隙部の間
隙を小さくすることができ、よって圧縮機効率を簡単な
構成で向上させることができる。(Operation) With the above configuration, in the invention according to claim (1), since the coil (19) is wound around the outer periphery of the plunger (6) and integrally attached, the coil (19) has a predetermined size. When an alternating current having a frequency is applied, the coil (19) and the plunger (6) reciprocate due to the action of the magnetic field of the magnet (18), and the reciprocating motion of the plunger (6) causes the compression chamber (11).
The volume of is increased / decreased and the internal refrigerant is compressed in a predetermined cycle. In this structure, since the coil (19) and the plunger (6) are integrated, the minute gap portion is formed between the outer circumference of the cylindrical portion (4) of the wall portion (3) and the outer circumference of the plunger (6), and the coil. There are two places between the (19) and the magnet (18), the number of which is smaller than before, and this reduction ensures the concentricity of the cylinder (4), the plunger (6), the coil (19), etc. While facilitating the assembling, it is possible to reduce the gap of each of the minute gap portions, so that the compressor efficiency can be improved with a simple configuration.
また、請求項(2)に係る発明では、プランジャ(6)
がハウジング(2)に対しスプリング(15),(16)に
よって弾性支持されているので、プランジャ(6)が圧
縮仕事をした後に元に戻るときの仕事をスプリング(1
5),(16)の弾性エネルギーとして蓄え、それを次の
圧縮仕事に使用することができ、このことによってプラ
ンジャ(6)の駆動効率を上げて、圧縮機効率をさらに
向上させることができる。In the invention according to claim (2), the plunger (6)
Is elastically supported by the springs (15) and (16) with respect to the housing (2), the spring (1) does the work when the plunger (6) returns to its original position after performing the compression work.
The elastic energy of 5) and (16) can be stored and used for the next compression work, whereby the driving efficiency of the plunger (6) can be increased and the compressor efficiency can be further improved.
さらに、請求項(3)に係る発明では、スプリング(1
5),(16)はコイル(19)への通電のための導線を兼
ねているので、導線をハウジング(2)内でコイル(1
9)に掛け渡す場合のように、プランジャ(6)の往復
動に伴って導線が損傷することはなく、導線の耐久性を
向上させることができる。Further, in the invention according to claim (3), the spring (1
Since 5) and (16) also serve as conductors for energizing the coil (19), the conductors are connected to the coil (1) inside the housing (2).
The conductor wire is not damaged due to the reciprocating motion of the plunger (6) as in the case of being wound on the wire 9), and the durability of the conductor wire can be improved.
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described based on drawing.
第2図は本発明の実施例に係るフリーディスプレーサ型
スターリング冷凍機(A)の全体構成を示し、この冷凍
機(A)は圧縮機(1)と膨張機(21)とで構成されて
いる。第1図に拡大詳示するように、上記圧縮機(1)
は密閉円筒状のハウジング(2)を有する。このハウジ
ング(2)は非導電性の有底円筒体の下端開口部を、継
鉄を構成する底壁(3)により封閉したもので、上記底
壁(3)の内面中心部にはハウジング(2)内にその中
心線に沿って上下方向に延びる円柱部(4)が突設さ
れ、該円柱部(4)の周囲には円柱部(4)を内側側面
とする環状の凹部(5)が形成されている。FIG. 2 shows the entire structure of a free displacer type Stirling refrigerator (A) according to an embodiment of the present invention. This refrigerator (A) is composed of a compressor (1) and an expander (21). . As shown in enlarged detail in FIG. 1, the compressor (1)
Has a closed cylindrical housing (2). The housing (2) is formed by closing the lower end opening of a non-conductive bottomed cylindrical body with a bottom wall (3) that constitutes a yoke. The housing (2) is provided at the center of the inner surface of the bottom wall (3). A cylindrical portion (4) extending in the up-down direction along the center line is provided in the inside of 2), and an annular recess (5) having the cylindrical portion (4) as an inner side surface is provided around the cylindrical portion (4). Are formed.
上記底壁(3)の円柱部(4)には下方に開放された有
底円筒状のプランジャ(6)が摺動可能に外嵌合され、
このプランジャ(6)と円柱部(4)とにより囲まれた
部分が圧縮室(11)とされている。円柱部(4)の中心
部には上端が圧縮室(11)に開口する連通孔(4a)が貫
通形成され、この連通孔(4a)の下端開口には連絡配管
(12)の一端が嵌合固定されている。A bottomed cylindrical plunger (6) opened downward is slidably fitted to the cylindrical portion (4) of the bottom wall (3),
A portion surrounded by the plunger (6) and the columnar portion (4) is a compression chamber (11). A communication hole (4a) whose upper end opens into the compression chamber (11) is formed through the center of the columnar part (4), and one end of the communication pipe (12) is fitted into the lower end opening of this communication hole (4a). It is fixed.
上記プランジャ(6)は、薄肉円筒部(7)と、該円筒
部(7)の上下端にそれぞれ気密状に外嵌合されたリン
グ状の上側及び下側スプリング受け部(8),(9)
と、円筒部(7)の上端開口部に気密状に嵌合された閉
塞部(10)とからなり、上記上側及び下側スプリング受
け部(8),(9)の外周にはそれぞれスプリング嵌合
溝(8a),(9a)が形成されている。ハウジング(2)
の上壁内面には導電材料からなるスプリング受け(13)
が取り付けられ、このスプリング受け(13)の上端には
ハウジング(2)上壁を貫通してその外部に臨む電極
(14)が一体に形成されている。そして、上記プランジ
ャ(6)の上側スプリング受け部(8)とハウジング
(2)上壁のスプリング受け(13)との間にはコイルば
ねからなる上側スプリング(15)が、下側スプリング受
け部(9)と凹部(5)底面との間には同様の下側スプ
リング(16)がそれぞれ掛け渡されており、この2つの
スプリング(15),(16)により、プランジャ(6)は
開放端部が凹部(5)底面に、上底部がハウジング
(2)の上壁にそれぞれ往復動可能に弾性支持されてい
る。The plunger (6) includes a thin-walled cylindrical portion (7) and ring-shaped upper and lower spring receiving portions (8) and (9) fitted to the upper and lower ends of the cylindrical portion (7) in an airtight manner. )
And a closing portion (10) that is fitted in an airtight manner at the upper end opening of the cylindrical portion (7), and spring fittings are provided on the outer peripheries of the upper and lower spring receiving portions (8) and (9), respectively. Grooves (8a) and (9a) are formed. Housing (2)
Spring support made of conductive material on the inner surface of the upper wall (13)
The upper end of the spring receiver (13) is integrally formed with an electrode (14) which penetrates the upper wall of the housing (2) and faces the outside. An upper spring (15) formed of a coil spring is provided between the upper spring receiving portion (8) of the plunger (6) and the spring receiving portion (13) of the upper wall of the housing (2), and the lower spring receiving portion (15). Similar lower springs (16) are respectively hung between 9) and the bottom of the recess (5), and the two springs (15) and (16) cause the plunger (6) to have an open end. Is elastically supported by the bottom surface of the concave portion (5) and the upper bottom portion thereof is reciprocally supported by the upper wall of the housing (2).
さらに、上記プランジャ(6)を往復動させるためのリ
ニアモータ(17)が設けられている。このリニアモータ
(17)は上記ハウジング(2)の底壁(3)における凹
部(5)の外側内周面に円柱部(4)の外周面と所定の
間隔をあけて取り付けられた環状の永久磁石(18)を有
し、この磁石(18)により磁石(18)と円柱部(4)外
周との間の間隙に所定強度の磁界を発生させるようにし
ている。Further, a linear motor (17) for reciprocating the plunger (6) is provided. This linear motor (17) is an annular permanent member mounted on the outer inner peripheral surface of the recess (5) in the bottom wall (3) of the housing (2) at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the cylindrical portion (4). A magnet (18) is provided, and a magnetic field of a predetermined strength is generated by the magnet (18) in the gap between the magnet (18) and the outer circumference of the columnar portion (4).
また、上記プランジャ(6)の円筒部(7)外周には上
記磁石(18)と対向した位置にコイル(19)が巻回され
ている。このコイル(19)は図示しないが、その一端が
上記上側スプリング(15)に、他端が下側スプリング
(16)にそれぞれ導通されており、この両スプリング
(15),(16)によってコイル(19)に所定周波数の交
流を通電してプランジャ(6)を往復動させることによ
り、圧縮室(11)で所定周期のガス圧を発生させるよう
になされている。尚、(20)はハウジング(2)の底壁
(3)下面に取り付けられた他方の電極としてのアース
である。A coil (19) is wound around the outer circumference of the cylindrical portion (7) of the plunger (6) at a position facing the magnet (18). Although not shown, the coil (19) has one end electrically connected to the upper spring (15) and the other end electrically connected to the lower spring (16). A gas pressure of a predetermined cycle is generated in the compression chamber (11) by reciprocating the plunger (6) by supplying alternating current of a predetermined frequency to 19). Incidentally, (20) is a ground as the other electrode attached to the lower surface of the bottom wall (3) of the housing (2).
一方、上記膨張機(21)は、円筒状空洞部(23)が開口
されたハウジング(22)を有する。このハウジング(2
2)の空洞部(23)開口には円筒状シリンダ(24)が空
洞部(23)と同心状に基端部にて気密状に嵌合固定さ
れ、該シリンダ(24)の先端は閉塞されてコールドヘッ
ド(25)とされている。このシリンダ(24)内にはフリ
ーディスプレーサ(26)が往復動自在に嵌装され、ディ
スプレーサ(26)によりシリンダ(24)及びハウジング
(22)内の空洞部(23)がシリンダ(24)先端側の膨張
室(29)とハウジング(22)側(シリンダ(24)基端
側)の作動室(30)とに区画形成されている。このディ
スプレーサ(26)は、円筒体(27)内に金属製蓄冷材
(28)(再生式熱交換器)を充填したもので、上記円筒
体(27)にはその内部の空間を膨張室(29)及び作動室
(30)にそれぞれ連通させる連通孔(27a),(27b)が
開口されており、膨張室(29)で膨張した低温の冷媒ガ
スが作動室(30)に向かうときには、該冷媒ガスにより
蓄冷材(28)を冷却して蓄冷材(28)に冷熱を蓄え、逆
に常温の冷媒ガスが作動室(30)から膨張室(29)に向
かうときには、蓄冷材(28)によりガスを冷却するよう
になされている。また、上記作動室(30)内には、ディ
スプレーサ(26)を往復動可能に弾性支持するコイルス
プリングからなるディスプレーサスプリング(31)が配
設されている。さらに、上記作動室(30)は上記連絡配
管(12)を介して上記圧縮機(1)の圧縮室(11)に接
続されており、圧縮機(1)からの冷媒ガス圧によりデ
ィスプレーサ(26)を往復動させて冷媒ガスを膨張室
(29)で膨張させることにより、シリンダ(24)先端の
コールドヘッド(25)に寒冷を発生させるようになされ
ている。On the other hand, the expander (21) has a housing (22) in which a cylindrical hollow portion (23) is opened. This housing (2
The cylindrical cylinder (24) is concentrically fitted and fixed to the hollow portion (23) of the hollow portion (23) at the base end portion in a concentric manner with the hollow portion (23), and the tip end of the cylinder (24) is closed. It is said to be a cold head (25). A free displacer (26) is reciprocally fitted in the cylinder (24) so that the cavity (23) in the cylinder (24) and the housing (22) is attached to the front end of the cylinder (24) by the displacer (26). The expansion chamber (29) and the working chamber (30) on the housing (22) side (base end side of the cylinder (24)) are partitioned and formed. The displacer (26) is a cylindrical body (27) filled with a metal regenerator material (28) (regenerative heat exchanger), and the cylindrical body (27) has a space inside the expansion chamber (28). 29) and the working chamber (30) are provided with communication holes (27a) and (27b) for communicating with the working chamber (30) when the low-temperature refrigerant gas expanded in the expansion chamber (29) is directed to the working chamber (30). When the cold storage material (28) is cooled by the refrigerant gas to store cold heat in the cold storage material (28) and conversely the room temperature refrigerant gas goes from the working chamber (30) to the expansion chamber (29), the cold storage material (28) is used. It is designed to cool the gas. A displacer spring (31), which is a coil spring that elastically supports the displacer (26) in a reciprocating manner, is disposed in the working chamber (30). Further, the working chamber (30) is connected to the compression chamber (11) of the compressor (1) through the communication pipe (12), and the displacer (26) is driven by the refrigerant gas pressure from the compressor (1). ) Is reciprocated to expand the refrigerant gas in the expansion chamber (29) to generate cold in the cold head (25) at the tip of the cylinder (24).
次に、上記実施例の作動について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described.
冷凍機(A)の運転開始に伴い、圧縮機(1)における
ハウジング(2)上端の電極(14)と底壁(3)のアー
ス(20)との間に所定周波数の交流電流が印加されて、
リニアモータ(17)のコイル(19)に交流が通電され
る。この通電に伴い、磁石(18)により発生する磁界と
の作用によりコイル(19)及びプランジャ(6)が上側
及び下側の両スプリング(15),(16)を交互に伸縮さ
せながら往復動し、このプランジャ(6)の往復動によ
り膨張室(29)の容積が増減変化し、プランジャ(6)
が下降移動した際に圧縮室(11)内部の冷媒が所定周期
で圧縮されて圧縮室(11)内に所定周期の圧力波が生じ
る。この圧縮室(11)は連絡配管(12)を介して膨張機
(21)の作動室(30)に連通しているため、プランジャ
(6)が下降して圧縮室(11)の圧力が高くなったとき
には、加圧された冷媒ガスが作動室(30)に供給されて
該作動室(30)内の圧力が高くなる。この圧力の上昇に
より作動室(30)と膨張室(29)との間に差が生じ、こ
の圧力差によってディスプレーサ(26)がディスプレー
サスプリング(31)を伸長させながらシリンダ(24)先
端側に移動する。この作動室(30)はディスプレーサ
(26)内の空間を介して膨張室(29)に連通しているた
め、次の段階では作動室(30)のガスがディスプレーサ
(26)内を通って蓄冷材(28)により冷却されながら膨
張室(29)に流れ、両室(29),(30)の差圧がなくな
り、ディスプレーサ(26)はスプリング(31)の収縮力
によりシリンダ(24)基端側に移動して元の位置に戻
る。この後、直ちに、圧縮機(1)のプランジャ(6)
が上昇して圧縮室(11)の圧力が低下する。このため、
作動室(30)内の冷媒ガスが連絡配管(12)を介して圧
縮室(11)に戻り、作動室(30)内の圧力が膨張室(2
9)よりも低下する。この作動室(30)と膨張室(29)
との圧力差によってディスプレーサ(26)が今度はディ
スプレーサスプリング(31)を収縮させながらシリンダ
(24)基端側に移動し、膨張室(29)内の冷媒ガスが断
熱膨張して寒冷が発生する。次の段階では上記膨張後の
ガスが膨張室(29)からディスプレーサ(26)内を通っ
て蓄冷材(28)に冷熱を与えながら作動室(30)に流
れ、両室(29),(30)の差圧がなくなり、ディスプレ
ーサ(26)はスプリング(31)の伸長力によりシリンダ
(24)先端側に移動して元の位置に戻る。以上により1
サイクルが終了し、以後、同様のサイクルを繰り返すこ
とで、シリンダ(24)先端のコールドヘッド(25)が徐
々に極低温レベルまで冷却される。With the start of operation of the refrigerator (A), an alternating current of a predetermined frequency is applied between the electrode (14) at the upper end of the housing (2) and the ground (20) of the bottom wall (3) in the compressor (1). hand,
An alternating current is applied to the coil (19) of the linear motor (17). With this energization, the coil (19) and the plunger (6) reciprocate by alternately expanding and contracting the upper and lower springs (15) and (16) by the action of the magnetic field generated by the magnet (18). , The volume of the expansion chamber (29) increases or decreases due to the reciprocating movement of the plunger (6), and the plunger (6)
When is moved downward, the refrigerant inside the compression chamber (11) is compressed in a predetermined cycle to generate a pressure wave of a predetermined cycle in the compression chamber (11). Since the compression chamber (11) communicates with the working chamber (30) of the expander (21) through the communication pipe (12), the plunger (6) descends and the pressure in the compression chamber (11) increases. Then, the pressurized refrigerant gas is supplied to the working chamber (30) to increase the pressure in the working chamber (30). This increase in pressure causes a difference between the working chamber (30) and the expansion chamber (29), and the pressure difference causes the displacer (26) to move toward the tip of the cylinder (24) while extending the displacer spring (31). To do. Since the working chamber (30) communicates with the expansion chamber (29) through the space in the displacer (26), the gas in the working chamber (30) passes through the displacer (26) and cools down in the next stage. It flows into the expansion chamber (29) while being cooled by the material (28), the pressure difference between the two chambers (29) and (30) disappears, and the displacer (26) is compressed by the contracting force of the spring (31) to the base end of the cylinder (24). Move to the side and return to the original position. Immediately after this, the plunger (6) of the compressor (1)
Rises and the pressure in the compression chamber (11) drops. For this reason,
Refrigerant gas in the working chamber (30) returns to the compression chamber (11) through the communication pipe (12), and the pressure in the working chamber (30) increases.
It is lower than 9). This working chamber (30) and expansion chamber (29)
The displacer (26) moves to the base end side of the cylinder (24) while contracting the displacer spring (31) due to the pressure difference between and, and the refrigerant gas in the expansion chamber (29) adiabatically expands to generate cold. . In the next stage, the expanded gas flows from the expansion chamber (29) through the displacer (26) to the working chamber (30) while applying cold heat to the regenerator material (28), and both chambers (29), (30 ), The displacer (26) moves to the tip side of the cylinder (24) by the extension force of the spring (31) and returns to the original position. 1
After the cycle ends, the same cycle is repeated thereafter, whereby the cold head (25) at the tip of the cylinder (24) is gradually cooled to the cryogenic temperature level.
この場合、上記圧縮機(1)におけるリニアモータ(1
7)のコイル(19)はプランジャ(6)の円筒部(7)
外周に巻回されて一体的に取り付けられているため、微
小間隙部はハウジング(2)の底壁(3)の円柱部
(4)外周とプランジャ(6)の円筒部(7)内周との
間、及びコイル(19)外周と永久磁石(18)との間の2
箇所となり、微小間隙部の数が従来よりも減ることとな
る。この微小間隙部の減少により円柱部(4)、プラン
ジャ(6)、コイル(19)等の同心性を確保しその組立
てを容易化しつつ、各微小間隙部の間隙を小さく保つこ
とができる。よって圧縮機効率を簡単な構成で向上させ
ることができる。In this case, the linear motor (1
The coil (19) of 7) is the cylindrical part (7) of the plunger (6).
Since it is wound around the outer circumference and integrally attached, the minute gap portion is formed between the outer circumference of the cylindrical portion (4) of the bottom wall (3) of the housing (2) and the inner circumference of the cylindrical portion (7) of the plunger (6). 2 between the outer circumference of the coil (19) and the permanent magnet (18)
As a result, the number of minute gaps becomes smaller than in the conventional case. Due to the reduction of the minute gap portions, the concentricity of the columnar portion (4), the plunger (6), the coil (19) and the like can be secured and the assembling thereof can be facilitated, while the gaps of the respective minute gap portions can be kept small. Therefore, the compressor efficiency can be improved with a simple configuration.
また、プランジャ(6)がハウジング(2)に対し上側
及び下側のスプリング(15),(16)によって弾性支持
されているので、プランジャ(6)が下降移動により圧
縮仕事をした後、上昇して元に戻るときの仕事を両スプ
リング(15),(16)の弾性エネルギーとして蓄え、そ
れを次の圧縮仕事に使用することができ、このことによ
ってプランジャ(6)の駆動効率を上げて、圧縮機効率
をさらに向上させることができる。In addition, since the plunger (6) is elastically supported by the upper and lower springs (15) and (16) with respect to the housing (2), the plunger (6) moves downward and then performs compression work and then rises. The work of returning to the original state can be stored as elastic energy of both springs (15) and (16), and can be used for the next compression work, thereby increasing the driving efficiency of the plunger (6), The compressor efficiency can be further improved.
さらに、上記両スプリング(15),(16)はコイル通電
用の導線を兼ねているので、導線をハウジング(2)内
でコイル(19)に掛け渡した場合のように、プランジャ
(6)の往復動に伴って導線が損傷することはなく、導
線の耐久性を向上させることができる。Further, since both the springs (15) and (16) also serve as conductors for energizing the coil, the conductors of the plunger (6) can be arranged as if the conductors were hung over the coil (19) in the housing (2). The conductor wire is not damaged by the reciprocating motion, and the durability of the conductor wire can be improved.
(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)に係る発明による
と、スターリング冷凍機用のリニアモータ圧縮機におけ
る圧縮室をプランジャ内に形成し、コイルをプランジャ
の外周に巻回して一体的に取り付けたことにより、微小
間隙の数を2箇所に減らして、各部分の同心性を確保し
て組立てを容易化しつつ、各微小間隙部の間隙を小さく
することができ、よって圧縮機効率を簡単な構成で向上
させることができる。(Effect of the Invention) As described above, according to the invention of claim (1), the compression chamber in the linear motor compressor for the Stirling refrigerator is formed in the plunger, and the coil is wound around the outer periphery of the plunger. By integrally mounting, the number of the minute gaps can be reduced to two, the concentricity of each part can be secured, and the assembling can be facilitated, and the gaps of the minute gaps can be made small. Efficiency can be improved with a simple configuration.
また、請求項(2)に係る発明によると、プランジャを
その往復方向に沿って圧縮機ハウジングにスプリングに
よって弾性支持したことにより、プランジャの圧縮以外
の仕事をスプリングの弾性エネルギーとして蓄えて次の
圧縮仕事に使用することができ、プランジャの駆動効率
を上げて、圧縮機効率をさらに向上させることができ
る。According to the invention of claim (2), since the plunger is elastically supported by the spring in the compressor housing along the reciprocating direction, work other than the compression of the plunger is stored as elastic energy of the spring, and the next compression is performed. It can be used for work, the driving efficiency of the plunger can be increased, and the compressor efficiency can be further improved.
さらに、請求項(3)に係る発明によれば、上記コイル
をスプリングによって通電されるようにしたことによ
り、導線延いては圧縮機の耐久性を向上させることがで
きる。Further, according to the invention of claim (3), since the coil is energized by the spring, it is possible to improve the durability of the conductor and thus the compressor.
図面は本発明の実施例を示し、第1図は圧縮機の拡大断
面図、第2図はスターリング冷凍機の全体構成を示す断
面図である。第3図は従来例を示す第2図相当図であ
る。 (A)…冷凍機 (1)…圧縮機 (2)…ハウジング (3)…底壁(壁部) (4)…円柱部 (4a)…連通孔 (5)…凹部 (6)…プランジャ (11)…圧縮室 (15),(16)…スプリング (17)…リニアモータ (18)…磁石 (19)…コイル (21)…膨張機 (26)…ディスプレーサ (29)…膨張室The drawings show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a compressor, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the overall structure of a Stirling refrigerator. FIG. 3 is a view corresponding to FIG. 2 showing a conventional example. (A) ... Refrigerator (1) ... Compressor (2) ... Housing (3) ... Bottom wall (wall part) (4) ... Cylindrical part (4a) ... Communication hole (5) ... Recessed part (6) ... Plunger ( 11)… Compression chamber (15), (16)… Spring (17)… Linear motor (18)… Magnet (19)… Coil (21)… Expander (26)… Displacer (29)… Expansion chamber
Claims (3)
(3)の内面中心部に円柱部(4)及び該円柱部(4)
の周囲に環状の凹部(5)が形成され、該円柱部(4)
端部より壁部(3)を介して外部に連通される連通孔
(4a)を有するハウジング(2)と、該ハウジング
(2)の円柱部(4)に摺動可能に外嵌合され、円柱部
(4)との間に圧縮室(11)を区画形成する有底円筒状
のプランジャ(6)と、上記凹部(5)の少なくとも内
周面に円柱部(4)の外周面と所定の間隔をあけて取り
付けられ、円柱部(4)外周との間に磁界を発生させる
環状の磁石(18)と、上記プランジャ(6)の少なくと
も外周面に上記磁石(18)と対向して巻回され、交流の
通電によりプランジャ(6)を往復動させるコイル(1
9)とを備えたことを特徴とするスターリング冷凍機用
リニアモータ圧縮機。1. A wall portion (3) constituting a yoke, and a columnar portion (4) and the columnar portion (4) at the center of the inner surface of the wall portion (3).
An annular recess (5) is formed around the
A housing (2) having a communication hole (4a) communicated with the outside from the end portion through a wall portion (3), and a cylindrical portion (4) of the housing (2) are slidably fitted to the outside. A bottomed cylindrical plunger (6) that defines a compression chamber (11) between the columnar portion (4) and at least the inner peripheral surface of the recess (5) and the outer peripheral surface of the columnar portion (4). And an annular magnet (18) which is attached with a space between them and generates a magnetic field between the outer circumference of the columnar part (4) and at least the outer peripheral surface of the plunger (6) wound so as to face the magnet (18). The coil (1
9) A linear motor compressor for a Stirling refrigerator, which is provided with and.
(5)底面に、底部がハウジング(2)の壁部にそれぞ
れスプリング(15),(16)によって往復動可能に弾性
支持されていることを特徴とする請求項(1)記載のス
ターリング冷凍機用リニアモータ圧縮機。2. A plunger (6) is elastically supported by a spring (15) and (16) so that it can be reciprocated, with its open end on the bottom surface of the recess (5) and on the wall of the housing (2). The linear motor compressor for a Stirling refrigerator according to claim 1, wherein
によって通電されるように構成されていることを特徴と
する請求項(2)記載のスターリング冷凍機用リニアモ
ータ圧縮機。3. The coil (19) is a spring (15), (16).
The linear motor compressor for a Stirling refrigerator according to claim 2, wherein the linear motor compressor is configured to be energized by.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20924389A JPH0737859B2 (en) | 1989-08-12 | 1989-08-12 | Linear motor compressor for Stirling refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20924389A JPH0737859B2 (en) | 1989-08-12 | 1989-08-12 | Linear motor compressor for Stirling refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0375455A JPH0375455A (en) | 1991-03-29 |
| JPH0737859B2 true JPH0737859B2 (en) | 1995-04-26 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP20924389A Expired - Fee Related JPH0737859B2 (en) | 1989-08-12 | 1989-08-12 | Linear motor compressor for Stirling refrigerator |
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| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103972997A (en) * | 2014-04-30 | 2014-08-06 | 宁波华斯特林电机制造有限公司 | Magnet assembly of Stirling motor |
-
1989
- 1989-08-12 JP JP20924389A patent/JPH0737859B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH0375455A (en) | 1991-03-29 |
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