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[Gebiet der Erfindung]
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stirling-Kreislaufmaschinen
wie beispielsweise Stirling-Kreislauf-Kühlmaschinen oder
kraftproduzierende Maschinen.
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[Hintergrund der Erfindung]
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Konventionell,
wie bei dieser Art von Stirling-Kreislaufmaschinen, wird eine Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine
mit einem Kolben, der gleitfähig innerhalb eines Zylinders
eingeführt ist und mit einer Antriebsvorrichtung (diese
entspricht einem elektromagnetischem Mechanismus der vorliegenden
Erfindung), die an einer äußeren peripheren Seite
eines entfernten Endes des Zylinders zum Antreiben des Kolbens in
einer Hin- und Herbewegung angeordnet ist, ausgestattet und ist
an sich bekannt (z. B. in der
japanischen
Patentveröffentlichung mit der Nr. 3769751 ). Die
Antriebsvorrichtung weist auf: Einen Läufer, der mit einem
nahe gelegenem Ende des Kolbens verbunden ist, wobei der Läufer
ein kurzes, zylindrisch geformtes Unterstützungsbauteil,
das sich koaxial von der äußeren Peripherie an
einem nahe gelegenem Ende des Zylinders erstreckt, und einen Permanentmagnet,
der an dem Unterstützungsbauteil befestigt ist, umfasst;
und einen Stator, der eine kreisförmige elektromagnetische
Spule und einen elektromagnetischen Kern umfasst, welche in der Umgebung
eines äußeren Umfangs des Permanentmagnets und
eines magnetisch laufenden Teil (dies entspricht dem inneren Joch
bei der vorliegenden Erfindung) in der Nähe eines inneren
Umfangs des Permanentmagnets angeordnet sind. Normalerweise, wie
in
13 gezeigt, ist der magnetisch leitende Teil so
angeordnet, dass er als Ganzes eine zylindrische Form aufweist,
in dem Stahlblätter, die in vorher festgelegten Formen
in einer radialen Ausrichtung, d. h. in einer Ausrichtung, in welcher
die seitliche Richtung jedes Stahlblatts radial von der zentralen
Achse angeordnet ist, angeordnet sind. Ein weiterer Typ eines Freikolben-Stirling-Kühlaggregats
ist ebenso bekannt, welcher einen Bügel, der mit einem
beweglichen Joch (dieses entspricht dem inneren Joch der vorliegenden
Erfindung) ausgestattet ist, umfasst, wobei der Bügel einen
elektrischen Antriebsmechanismus für ein Freikolben-Stirling-Kühlaggregat
begrenzt (dies entspricht dem elektromagnetischen Mechanismus der
vorliegenden Erfindung) wobei ein Permanentmagnet an dem beweglichen
Joch befestigt ist (z. B. in der
nicht
geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr.
2004-180377 ). Durch das Befestigen des Permanentmagnet
an dem beweglichen Joch gibt es keinen Spalt zwischen dem inneren Joch
und dem Permanentmagnet, und dies führt dazu, dass verhindert
wird, dass die magnetische Flussdichte verringert wird, und somit
kann die Energiedichte des elektromagnetischen Antriebsmechanismus
erhöht werden.
- [Referenz 1] Eingetragene Patentveröffentlichung
Nr. 3769751
- [Referenz 2] Nicht geprüfte Patentveröffentlichung Nr.
2004-180377
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[Offenbarung der vorliegenden Erfindung]
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[Probleme, die durch die vorliegende Erfindung
gelöst werden]
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Konventionelle
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschinen hatten ein Problem, dass
der äußere Durchmesser der gesamten Stirling-Kreislaufmaschine
größer wird, weil der Läufer der Antriebsvorrichtung
an der äußeren Umfangsseite des Kolbens angeordnet
ist und darüber hinaus ein Stator der Antriebsvorrichtung
außerhalb des Läufers angeordnet ist. Wenn eine
Stirling-Kreislaufmaschine einen großen äußeren
Durchmesser aufweist, sollte das Gehäuse dementsprechend
verdickt werden, um den inneren Druck auszuhalten, und dann wird
die Stirling-Kreislaufmaschine schwerer und die Herstellungskosten
steigen ebenso. Es ist möglich, das Kupfervolumen zu verringern,
indem die Anzahl der Windungen der elektromagnetischen Spule reduziert wird,
um den äußeren Durchmesser des Stators zu verringern,
aber dies verursacht das Problem, dass die Leistung des elektromagnetischen
Mechanismus (Abgabe von mechanischer Leistung einer Antriebsvorrichtung
oder Erzeugung von elektrischer Leistung aus mechanischer Leistung
einer leistungserzeugenden Vorrichtung) verringert wird, weil das
magnetische Feld, das durch die Spule erzeugt wird, schwach wird.
Es ist ebenso möglich, den Draht, der die elektromagnetische
Spule bildet, schlanker zu machen, um die Anzahl von Windungen der
elektromagnetischen Spule zu gewährleisten und gleichzeitig
den äußeren Durchmesser des Stators kleiner auszuformen,
aber dies wird ebenso eine Verringerung der Effizienz verursachen,
weil das Verschlanken der Drähte eine Erhöhung
der Kupferverluste verursacht.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten
Probleme zu lösen und eine weniger teure und effiziente
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine mit einem äußeren
Durchmesser der gesamten Maschine, der relativ kleiner ist, zur
Verfügung zu stellen.
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[Mittel zur Lösung des Problems]
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Eine
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine, wie sie in Anspruch 1 der
vorliegenden Erfindung beschrieben ist, weist auf: Einen Zylinder,
einen Kolben, der hin- und her beweglich in dem Zylinder angeordnet
ist, und einen elektromagnetischen Mechanismus, der einen Stator
und einen Läufer aufweist, wobei der Läufer ein
inneres Joch, das aus Material hergestellt ist, das magnetischen
Fluss leitet, und einen Permanentmagnet, der außerhalb
des inneren Jochs angeordnet ist, aufweist, und der Läufer
des elektromagnetischen Mechanismus und der Kolben in axialer Anordnung
angeordnet sind, und der Stator des elektromagnetischen Mechanismus
und der Zylinder in axialer Ausrichtung angeordnet sind.
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Eine
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine wie in Anspruch 2 beschrieben
ist eine Stirling-Kreislaufmaschine nach Anspruch 1, wobei der Permanentmagnet
des Läufers durch den Kolben und einen Basisteil des Läufers,
der den Läufer begrenzt, geklemmt und gehalten wird.
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Eine
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine wie in Anspruch 3 beschrieben
ist eine Stirling-Kreislaufmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der Läufer dazu ausgebildet ist, einen äußeren
Durchmesser aufzuweisen, der gleich oder kleiner als der äußere
Durchmesser des Kolbens ist.
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Eine
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine wie in Anspruch 4 beschrieben
ist eine Stirling-Kreislaufmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der Stator dazu ausgebildet ist, einen inneren Durchmesser aufzuweisen,
der gleich oder größer als der innere Durchmesser
des Zylinders ist.
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Eine
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine wie in Anspruch 5 beschrieben
ist eine Stirling-Kreislaufmaschine nach einem der Ansprüche
1 bis 4, wobei wenigstens die Läuferseite des Kolbens aus
einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist.
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Eine
Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine wie Anspruch 6 beschrieben
ist eine Stirling-Kreislaufmaschine nach einem der Ansprüche
1 bis 5, wobei das innere Joch aus Drähten gebildet ist
und diese Drähte im Wesentlichen parallel mit einer axialen Richtung
des Läufers und des Kolbens angeordnet sind.
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[Wirkung der Erfindung]
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Gemäß der
Stirling-Kreislaufmaschine, die in Anspruch 1 beschrieben ist, kann,
indem eine Stirling-Kreislaufmaschine wie oben erklärt
gebaut wird, der äußere Durchmesser des elektromagnetischen Mechanismus
verringert werden im Vergleich zu dem von konventionellen Konstruktionen,
so dass er einfach dem äußeren Durchmesser des
Kolbens entspricht. Durch diese Anordnung werden die inneren und äußeren
Durchmesser des Stators des elektromagnetischen Mechanismus, der
außerhalb des Läufers angeordnet ist, für
die gesamte Stirling-Kreislaufmaschine verringert. Außerdem
kann die Länge des Spulendrahts verglichen mit konventionellen
Bauweisen bei gleicher Dicke und Anzahl der Windungen des Drahts,
aus dem die Spule besteht, wie bei denen konventioneller Bauweisen
ebenso reduziert werden, wenn die inneren und äußeren Durchmesser
des Stator des elektromagnetischen Mechanismus außerhalb
des Läufers angeordnet und daher verringert sind. Mit anderen
Worten, wenn die Querschnittsfläche der elektrischen Spule
die gleiche wie die bei konventionellen elektromagnetischen Mechanismen
ist, wird weniger Kupfer in der vorgeschlagenen Erfindung genutzt,
weil der durchschnittliche Spulendurchmesser kleiner ist. Dementsprechend
wird nicht nur die Menge des Kupfers reduziert, sondern der Kupferverlust
wird ebenso reduziert und die Effizienz des elektromagnetischen
Mechanismus kann in dieser Hinsicht verbessert werden.
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Durch
das Klemmen und Halten des Permanentmagneten des Läufers
sowohl durch den Kolben und durch den Läuferbasisteil können
der Kolben und der Läufer integriert werden, so dass der
Kolben und der Läufer einfach montiert werden können
und die Erstreckung der Dimensionen der Stirling-Kreislaufmaschine
in axialer Richtung minimiert werden kann.
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Außerdem
wird der Läufer daran gehindert, an den Zylinder anzustoßen,
selbst wenn der Läufer sich zusammen mit dem Kolben zu
dem Zylinder bewegt, indem der äußere Durchmesser
des Läufers gleich oder kleiner als der äußere
Durchmesser des Zylinders gebildet wird.
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Weiterhin
wird der Kolben daran gehindert, an den Stator anzustoßen,
selbst wenn der Kolben sich zusammen mit dem Läufer zu
dem Stator bewegt, indem der innere Durchmesser des Stators gleich
oder größer als der innere Durchmesser des Zylinders
gebildet wird.
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Zusätzlich
wird durch das Ausbilden wenigstens der Läuferseite des
Kolbens mit elektrisch-isolierendem Material kein Wirbelstrom in
dem Kolben erzeugt, so dass die Wirbelstromverluste auf einem niedrigeren
Niveau gehalten werden können. Dies realisiert die Verhinderung
von Effizienzverminderung des elektromagnetischen Mechanismus.
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Da
das innere Joch aus Drähten besteht und diese Drähte
in im Wesentlichen paralleler Anordnung in axialer Richtung des
Läufers und Kolbens angeordnet sind, kann die Packdichte
des inneren Jochs erhöht werden und die magnetische Flussaufnahmefähigkeit
des elektromagnetischen Mechanismus kann, verglichen mit konventionellen
inneren Jochen, welche Stahlblätter, die in zylindrischer
und radialer Anordnung angeordnet sind, aufweisen, ebenso verbessert
werden. Mit anderen Worten, wenn die Querschnittsfläche
des inneren Jochs gleich wie die Querschnittsfläche eines
konventionellen inneren Jochs ist, kann der äußere
oder innere Durchmesser des inneren Jochs verglichen mit einer konventionellen
Bauweise, bei der Stahlblätter genutzt werden, verringert
werden. Dementsprechend kann der äußere Durchmesser
des Läufers, der innere und äußere Durchmesser
des Stators, der außerhalb des Läufers angeordnet
ist, und schlussendlich der äußere Durchmesser
der gesamten Stirling-Kreislaufmaschine reduziert werden.
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[Bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung]
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Nachfolgend
ist eine Erläuterung einer ersten Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5 gegeben.
Zu dieser Ausführungsform wird eine Erklärung
durchgeführt, indem eine Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine
des Freikolbentyps als Beispiel von Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschinen
genutzt wird. Richtungen in der nachfolgenden Erklärung
werden mit Bezug auf 1 angegeben, welche als Standardposition
angenommen wird. In 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein
Gehäuse. Dieses Gehäuse besteht aus: Einem oberen
Gehäuse 2, das einen zylinderischen Teil 2A aufweist,
der im Wesentlichen zylindrisch im Bezug auf die zentrale Achse
z gebildet ist, und einen scheibenförmigen Teil 2B,
der am unteren Ende des zylindrischen Teils 2A gebildet
ist, und ein unteres Gehäuse 3, das einen Gehäuseteil
einer Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine bildet. Das obere
Gehäuse 2 ist beispielsweise aus rostfreiem Stahl
hergestellt. Ein nahe gelegener Teil 4, ein Zwischenteil 5 und
ein entfernter Teil 6 des zylindrischen Teils 2A und
des scheibenförmigen Teils 2B sind integral miteinander
gebildet.
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Innerhalb
des Gehäuses 1 ist ein Zylinder 7 koaxial
mit der zentralen Achse Z angeordnet. Der Zylinder 7 ist
integral mit einem flanschförmigen Montageteil 8 und
einem Verbindungsarm 9 aus Aluminium oder Ähnlichem
gebildet. Der Montageteil 8 ist integral mit dem Zylinder 7 in
der Nähe eines unteren Endes des Zylinders 7 gebildet.
Der Montageteil 8 nutzt eine Struktur, so dass eine Seitenoberfläche 8A davon
einen Montageteil 2C berührt, der auf einer unteren
Oberfläche des scheibenförmigen Teils 2B des oberen
Gehäuses 2 gebildet ist. Der Montageteil 8 wird
an dem Montageteil 2C durch Schrauben befestigt, während
die andere Seitenoberfläche 8B davon ein oberes Ende
eines äußeren Jochs 38 berührt, das
aus einem Stator 35 eines elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19,
der manchmal als „Linearmotor" (wird später erklärt)
bezeichnet wird, besteht. Außerdem erstreckt sich an dem
Montageteil 8 eine Mehrzahl von Verbindungsarmen 9 abwärts
und im Wesentlichen parallel mit einer axialen Richtung des Zylinders 7 von
dem Montageteil 8 zum Zylinder 7, und Gewindebohrungen
sind an ihren entfernten Enden (unteren Enden) gebildet. An einer
entfernten Endteilseite 6 des Zylinders 7 ist
ein verlängerter Zylinder 10, der getrennt vom
Zylinder 7 ist, koaxial mit der zentralen Achse Z mit dem
entfernten Ende des Zylinders 7 anliegend an den entfernten
Teil 6 verbunden. Am entfernten Ende des Zylinders 7 und
innerhalb des verlängerten Zylinders 10 ist ein
Verdränger 11 gleitfähig entlang der
zentralen Achse Z aufgenommen. Darüber hinaus ist eine
Expansionskammer E am entfernten Ende des Verdrängers 11 und
dem entfernten Ende 6 des Zylinderteils 2 angeordnet,
während das innere und das äußere des
verlängerten Zylinders 10 über die Arbeitsöffnung 12 miteinander
in Verbindung stehen. In dem Zwischenteil 7 ist ein Regenerator 13 zwischen
einem inneren Umfang des zylinderischen Teils 2 und einem äußeren
Umfang des verlängerten Zylinders 10 angeordnet.
Im nahe gelegenen Teil 4 ist eine Verbindungsöffnung 14 auf
dem Zylinder 7 selbst gebildet, um eine Verbindung von
dem Inneren des Zylinders 7 mit dem Äußeren
zu ermöglichen. Wärmeübertragene Lamellen 15 sind
als Wärmeaufnehmer zwischen dem inneren Umfang des entfernten
Endes 6 des zylindrischen Teils 2 und dem äußerem
Umfang des entfernten Endes des verlängerten Zylinders 10 angeordnet,
während wärmeübertragende Lamellen 16 als
Wärmeabgeber zwischen dem inneren Umfang des zylindrischen
Teils 2 und dem äußeren Umfang des Zylinders 7 zwischen
dem Regenerator 13 und der Verbindungsöffnung 14 angeordnet
sind. Darüber hinaus ist ein Weg gebildet, welcher sich
von dem inneren entfernten Ende des verlängerten Zylinders 10 durch
die Arbeitsöffnung 12, die wärmeübertragenden
Lamellen 15, den Regenerator 13, die wärmeübertrageneden
Lamellen 16 und die Verbindungsöffnung 14 erstreckt,
um die Kompressionskammer C zu erreichen, die innerhalb des Zylinders 7 angeordnet
ist.
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Innerhalb
des nahen Teils 4 des oberen Gehäuses 2 und
des unteren Gehäuses 3 ist eine Läufer-Baugruppe 17 eingeschlossen.
Die Läufer- Baugruppe 17 weist auf: Einen im Wesentlichen
zylindrischen Kolben 18, der an einer oberen Seite angeordnet
ist; und einen Läufer 20 des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19,
der an der unteren Seite des Kolbens 18 angeordnet ist.
Der Kolben 18 ist koaxial mit und oberhalb des Läufers 20 bezogen
auf die zentrale Achse Z verbunden. Weiterhin ist eine Stabdurchgangsbohrung 21 koaxial
im Kolben 18 ausgebildet, während ein Verdrängerstab 31 (wird später
beschrieben) durch die Stabdurchgangsbohrung 21 eingeführt
wird. Andererseits weist der Läufer 20 auf: Einen
Hauptbasiskörper 22, der einen Läuferbasisteil 22,
der einen Läuferbasisteil begrenzt; ein inneres Joch 23,
das auf einen äußeren Umfang des Hauptbasiskörpers 22 montiert
ist; Permanentmagnete 24, die auf einer äußeren
Umfangsfläche des inneren Jochs 23 montiert sind,
Abstandshalter für das Positionieren der Permanentmagneten 24 in
einer axialen Richtung und ein Befestigungsbauteil 26,
das den Läuferbasisteil begrenzt und für den Zweck
der Befestigung des inneren Jochs 23 am Hauptbasiskörper 22 angeordnet
ist. Am Zentrum des Hauptbasiskörpers 22 ist eine
Stabdurchgangsbohrung 27 gebildet, die mit der Stabdurchgangsbohrung 21 korrespondiert.
Wie in 4 gezeigt, sind der Kolben 18 und der
Läufer 20 koaxial bezüglich der zentralen
Z-Achse verbunden und in axialer Richtung aneinander angeordnet,
indem eine Schraube 28, die an dem Befestigungsbauteil 26 gebildet
ist und an der oberen Endseite des Läufers 20 angeordnet
ist, vom unteren Ende des Kolbens 18 in den Kolben 18 eingeführt
wird und dann die Schraube 28 in eine Gewindebohrung 29 geschraubt
wird, die auf einer inneren Seite des Kolbens 18 gebildet
ist. Die Permanentmagneten 24 werden geklemmt und gehalten
durch den Kolben 18 und den Hauptbasiskörper 22 (der
Läuferbasisteil), indirekt durch das innere Joch 23 und
den Abstandhalter 25, indem die Schraube 28 des
Befestigungsbauteils 26 in die Gewindebohrung 29 des
Kolbens 18 geschraubt wird. Wie oben beschrieben, können
die Permanentmagneten 24 einfach durch den Läufer 20 gehalten
werden, indem die Permanentmagneten 24 zwischen dem Kolben 18 und
dem Hauptbasiskörper 22 geklemmt und gehalten
werden, wodurch die Läufer-Baugruppe 17 nicht
nur einfach zusammengesetzt werden kann, sondern auch die Erstreckung
der Dimensionen der Läufer-Baugruppe 17 in axialer Richtung
minimiert werden kann, weil der Kolben 18 und der Läufer 20 aneinander
anliegend in axialer Richtung positioniert sind. Der äußere
Durchmesser Rp des Kolbens 18 ist etwas größer
ausgebildet als der äußere Durchmesser Rm des
Läufers 20.
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Darüber
hinaus ist der Abstandhalter 25 aus elektrisch isolierendem
Material hergestellt. Der Abstandhalter 25 ist ebenfalls
aus elektrisch isolierendem Material hergestellt. Der Abstandhalter 25 kann aus
dem gleichen Material wie der Kolben 18 hergestellt sein.
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Am
Hauptbasiskörper 22 ist ein zentraler Teil der
ersten flachen Feder 30 zur Steuerung des Betriebs des
Kolbens 18 und des Läufers 20 befestigt. Weiterhin
ist ein Ende des Verdrängerstabs 31 zur Steuerung
des Betriebs des Verdrängers 11 mit der nahe gelegenen
Seite des Verdrängers 11 verbunden, während
das andere Ende des Verdrängerstabs 31 mit einem
zentralen Teil der zweiten flachen Feder 32 verbunden ist.
Der Verdrängerstab 31 erstreckt sich in einer
Art und Weise, dass er die Läufer-Baugruppe 17 durch
die Stabdurchgangsbohrung 21 des Kolbens 18 und
die Stabdurchgangsbohrung 27 des Hauptbasiskörpers 22 durchdringt.
Der äußere Umfangsteil der ersten flachen Feder 30 ist
an den entfernten Enden der Verbindungsarme 9 befestigt.
Der zylindrische Abstandhalter 33 ist zwischen einem äußeren
Umfangsteil der ersten flachen Feder 30 und einem äußerem
Umfangsteil der zweiten flachen Feder 32 angeordnet. Indem
die Bolzen 34, welche sich durch die zweite flache Feder 32 die
Abstandhalter 33 und die erste flache Feder 30 erstrecken,
in die Gewindebohrungen 9A der Verbindungsarme 9 geschraubt
werden, wird die erste flache Feder 30 und die zweite flache
Feder 32 an den Verbindungsarmen 9 in einer Lage
befestigt, in der die erste flache Feder 30 und die zweite
flache Feder 32 voneinander beabstandet sind. Daher ist
die erste flache Feder 30 in der unteren Gehäusehälfte 3 um
die Länge des Abstandshalters 33 näher
zu nahe gelegenen Endseite des Zylinders 7 positioniert
als die zweite flache Feder 32.
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Das
Bezugszeichen 35 bezeichnet einen Stator des elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 19. Dieser Stator 35 weist
auf: Eine elektromagnetische Spule 37, die auf eine Trommel 36 gewickelt ist;
und äußere Joche 38 und 39,
die in einer Art und Weise montiert sind, dass die äußeren
Joche 38 und 39 die elektromagnetische Spule 37 von
der oberen und der unteren Seite her klemmen. Die äußeren
Joche 38 und 39 sind mit den Ausschnitten 38A und 39A in
einer Weise gebildet, dass die Ausschnitte 38A und 39A nicht
im Kontakt mit den Verbindungsstäben 9 stehen.
Der Stator 35 ist zwischen dem Montageteil 8 und
dem Befestigungsring 40 angeordnet, und Bolzen 41,
welche sich durch den Befestigungsring 40 erstrecken, sind
durch Einfädeln mit Schrauben (nicht gezeichnet) verbunden,
die auf dem Montageteil 8 gebildet sind. Auf diese Art
und Weise ist der Stator 35 an dem Montageteil 8 befestigt
und schlussendlich der Zylinder 7 integral mit dem Montageteil 8 gebildet.
Ausschnitte (nicht gezeichnet) sind auf den äußeren
Jochen 38 und 39 des Stators 35 in einer
Art und Weise gebildet, dass diese Ausschnitte nicht in Kontakt
mit den Bolzen 41 stehen. Unter diesen Bedingungen sind
der Zylinder 7 und der Stator 35 koaxial im Bezug
auf die zentrale Achse Z in axialer Richtung angeordnet, wie in 3 gezeigt.
Weiterhin ist der innere Durchmesser Rc des Zylinders 7 etwas
kleiner als der innere Durchmesser Rs des Stators 35 gebildet.
Der Kolben 18 der Läufer-Baugruppe 17 ist
gleitfähig in den Zylinder 7 eingeführt
und der Läufer 20 der Läufer-Baugruppe 17 ist
innerhalb des Stators 35 positioniert.
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Das
untere Gehäuse Teil 3 ist mit einem Anschluss 42 zur
Versorgung der elektromagnetischen Spule des Stators 35 des
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 mit Energie
ausgestattet.
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Nachfolgend
ist eine Erklärung der Wirkung der vorliegenden Ausführungsform
gegeben. Zunächst wird ein Spannungsversorgungskabel (nicht gezeigt)
mit dem Anschluss 42 verbunden. Dann wird Wechselstrom
einer festgelegten Frequenz auf die elektromagnetische Spule 37 des
Stators 35 des elektromagnetischen Mechanismus 19 von
einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) außerhalb des Gehäuses 1 durch
einen Antriebskreis (nicht gezeigt) und das Netzanschlusskabel aufgebracht.
Wie oben beschrieben wird durch Aufbringen des Wechselstroms auf
die elektromagnetische Spule ein wechselndes Magnetfeld durch die
elektromagnetische Spule 37 erzeugt und um die äußeren
Joche 38 und 39 konzentriert. Durch das erzeugte
wechselnde Magnetfeld wird dann eine Kraft erzeugt, die es den Permanentmagneten 24 erlaubt,
sich entlang der axialen Richtung des Zylinders 7 hin-
und her zu bewegen. Aufgrund dieser Kraft beginnt der Kolben 18,
der mit dem Läufer 20 einschließlich
der Permanentmagnete 24 und des inneren Jochs 23 verbunden
ist, entlang der axialen Richtung des Zylinders 7 im Zylinder 7 eine
Hin- und Herbewegung. Wenn der Kolben 18 sich zum Verdrängen 11 bewegt,
wird das Gas oberhalb des Kolbens 18 komprimiert. Das komprimierte Gas
weist einen höheren Druck als der Druck auf der anderen
Seite des Kolbens 18 auf, so dass eine Kraft auf den Verdrängerstab 31 erzeugt
wird und somit der Verdrängen 11 dazu gezwungen
wird, sich zu bewegen, um das Gas zu bewegen. Das wärmere
Gas in der Kompressionskammer C fließt dann in Richtung
der Expansionskammer E, die zwischen dem entfernten Ende des Verdrängers 11 und
dem entfernten Teil 6 des zylindrischen Teils 2A gelegen
ist, durch das Verbindungsloch 14, die wärmeübertragenden
Lamellen 16, den Regenerator 13, die wärmeübertragenden
Lamellen 15 und die Blende 12. Auf der anderen
Seite wird das Gas oberhalb des Kolbens 18 reduziertem
Druck ausgesetzt, wenn sich der Kolben 18 vom Verdrängen 11 wegbewegt
und der Verdränger 11 bewegt sich in umgekehrter
Art und Weise und Gas in der Expansionskammer E fließt
Richtung Kompressionskammer C durch die Blende 12, die
wärmeübertragenden Lamellen 15, den Regenerator 13,
die wärmeübertragenden Lamellen 16 und
die Verbindungsöffnung 14. Während dieser
Prozesse wird ein reversibler Kreislauf, der aus zwei nahezu isothermen
Zustandsänderungen und zwei nahezu volumenkonstanten Zustandsänderungen
besteht, durchgeführt, so dass der anliegende Teil der
Kompressionskammer E in einen Niedrig-Temperatur-Zustand gebracht
wird, während der anliegende Teil der Kompressionskammer
C in einen Hoch-Temperatur-Zustand gebracht wird.
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Wie
oben beschrieben, kann bei der vorliegenden Erfindung ein äußerer
Durchmesser Rm des Läufers 20 verglichen mit konventionellen
Konstruktionen, welche im Wesentlichen eine koaxiale Anordnung der
Komponenten von innen nach außen aufweisen, d. h. am meisten
einwärts ist ein Kolben 18' positioniert, dann
folgt ein Zylinder 7', ein inneres Joch 23' (dies
ist bei einer konventionellen Struktur in einem Stator 35' beinhaltet),
ein Läufer 20' und am meisten auswärts
wird ein Stator 35' positioniert, da der Kolben 18 und
der Läufer 20 des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 aneinander
anliegend in axialer Richtung positioniert sind und der Zylinder 7 und
der Stator 35 des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 aneinander
anliegend in axialer Richtung angeordnet sind, verringert werden. Gemäß der
oben beschriebenen Anordnung, kann ein innerer Durchmesser Rs und
ein äußerer Durchmesser des Stators 35,
der außerhalb des Läufers 20 positioniert
ist, ebenso verringert werden und schlussendlich kann der Durchmesser
des zylindrischen Körperteils einer Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine ebenso
reduziert werden. Mit anderen Worten, wenn der äußere
Durchmesser Rp des Kolbens 18 und der innere Durchmesser
Rc des Zylinders 7 jeweils gleich zum äußeren
Durchmesser Rp' des Kolbens 18' und dem inneren Durchmesser
Rc' des Zylinders 7' bei einer konventionellen Konstruktion
(Rp = Rp', Rc = Rc') ist, kann die Länge der inneren Durchmesser
Rs des Stators 35 um die Gesamtdicke des Zylinders 7',
des inneren Jochs 23' und des Läufers 20' bei
einer konventionellen Konstruktion verringert werden verglichen
mit dem inneren Durchmesser Rs' des Stators 35' bei einer
konventionellen Konstruktion. (Die verringerte Dimension des inneren
Durchmessers Rs des Stators bei der vorliegenden Erfindung, namentlich
die Differenz zwischen dem inneren Durchmesser Rs des Stators 35 und
dem inneren Durchmesser Rs' des Stators 35' bei einer konventionellen
Konstruktion ändert sich beispielsweise gemäß den
Spalten zwischen den Bauteilen einer konventionellen Konstruktion
oder der Differenz zwischen dem äußeren Durchmesser
Rc des Zylinders 7 und dem inneren Durchmesser Rs des Stators 35.)
Da die Länge des inneren Durchmessers Rs und des äußeren Durchmessers
des Stator 35 verglichen mit einer konventionellen Konstruktion
reduziert werden kann, kann die Länge des elektrischen
Drahts, der die elektrische Spule 37 aufbaut, verglichen
mit einer konventionellen Konstruktion, bei der die Dicke und die Anzahl
der Windungen, in denen der Draht, der die elektromagnetische Spule 37 aufbaut,
auf den Stator 35 gewickelt wird, ebenso reduziert werden.
Durch diese Konstruktion kann der Kupferverlust verringert und schlussendlich
die elektrische Effizienz ebenso verbessert und die Masse ebenso
reduziert werden. Wie oben beschrieben besteht die Möglichkeit,
dass die axiale Dimension einer Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine
aufgrund der axialen Ausrichtung des Kolbens 18 und des
Läufers 20 des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 und
der axialen Ausrichtung des Zylinders 7 und des Stators 35 des
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 größer
werden kann. Da der Kolben 18 und der Läufer 20 aneinander
anliegend positioniert sind und der Zylinder 7 und der
Stator 35 aneinander anliegend positioniert sind kann eine
Verlängerung der Dimensionen in der axialen Richtung der
Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine minimiert werden.
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Wie
oben beschrieben sind die Permanentmagneten 24 des Läufers 20 daran
gehindert, die innere Oberfläche des Zylinders 7 zu
berühren und der Kolben 18 ist ebenso daran gehindert,
die innere Oberfläche der äußeren Joche 38 und 39 des
Stators 35 zu berühren, da der innere Durchmesser
Rc des Zylinders 7 etwas kleiner als der innere Durchmesser Rs
des Stators 35 und der äußere Durchmesser
Rp des Kolbens 18 etwas größer als der äußere
Durchmesser Rm des Läufers 20 geformt ist. Dementsprechend
kann der Kolben 18 davor geschützt werden, dass
er durch Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren
Joche 38 und 39 beschädigt wird, falls
sich der Kolben 18 oder der Läufer 20 aus
irgendwelchen Gründen oder während der Herstellung über
den festgelegten Hub hinaus bewegt. Darüber hinaus kann
der Zylinder 7 oder die Permanentmagneten 24 davor
geschützt werden, durch einen Kontakt der Permanentmagneten 24 mit
der inneren Oberfläche des Zylinders 7 beschädigt
zu werden.
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Darüber
hinaus wird kein Wirbelstrom im Kolben 18 erzeugt, selbst
wenn der sich hin- und her bewegende Kolben 18 in das magnetische
Feld, das durch den Stator 35 erzeugt wird, eintritt, da
der Kolben 18 aus einem elektrisch isolierendem Material gebildet
ist. Somit können die Wirbelstromverluste auf einem niedrigeren
Niveau gehalten werden und dadurch die Effizienz des elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 19 verbessert werden.
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Wie
oben beschrieben bezieht sich die erste Ausführungsform
auf eine Freikolben-Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine, da
die Stirling-Kreislaufmaschine einen Zylinder 7, einen
Kolben 18, der hin- und her beweglich in dem Zylinder 7 angeordnet
ist, und einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 zum
hin- und her bewegen des Kolbens 18 aufweist, wobei der
Läufer 20 so geformt ist, dass die Permanentmagneten 24 außerhalb
des inneren Jochs 23, das aus magnetisch leitfähigen
Material hergestellt ist, angeordnet sind, und der Läufer 20,
der den elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 begrenzt, und
der Kolben 18 axial aneinander anliegend in Bezug auf die
zentrale Achse Z angeordnet sind und der Stator 35, der
den elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 begrenzt
und der Zylinder 7 axial aneinander anliegend angeordnet
sind, so dass der äußere Durchmesser Rm des Läufers 20 des
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 reduziert werden
kann. Dementsprechend kann der äußere Durchmesser
des Stators 35, der außerhalb des Läufers 20 angeordnet
ist, und schlussendlich der äußere Durchmesser
der gesamten Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine ebenso reduziert
werden. Da der innere Durchmesser Rs und der äußere
Durchmesser des Stators 35, der außerhalb des
Läufers 20 angeordnet ist, reduziert wird, kann
die Länge des Spulendrahts gekürzt werden ohne
die Dicke und die Anzahl der Windungen des Drahts, der die elektromagnetische
Spule 37 bildet, zu ändern, mit anderen Worten,
ohne die Querschnittsfläche der elektromagnetischen Spule 37 verglichen
mit einer konventionellen Konstruktion zu ändern, wodurch
die Effizienz des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 19 verbessert
werden kann, indem der Kupferverlust auf einen niedrigerem Niveau
gehalten wird.
-
Darüber
hinaus kann in der ersten Ausführungsform der Kolben 18 und
der Läufer 20 integriert werden, so dass der Kolben 18 und
der Läufer 20 einfach in die Läufer-Baugruppe 17 zusammengesetzt werden
können, durch Klemmen und Halten der Permanentmagneten 24,
die den Läufer 20 begrenzten durch sowohl den
Kolben 18 und den Hauptbasiskörper 22,
der den Basisteil des Läufers 20 begrenzt. Darüber
hinaus sind der Kolben 18 und der Läufer 20 aneinander
anliegend angeordnet, da der Kolben 18 direkt am Läufer 20 gesichert
ist. Dementsprechend können die Dimensionen der Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine
in axialer Richtung minimiert werden.
-
Weiterhin
kann der Läufer 20 oder der Zylinder 7 bei
der ersten Ausführungsform davor geschützt werden,
beschädigt zu werden aufgrund von Berührungen
des Läufers 20 mit dem Zylinder 7, selbst
wenn der Läufer 20 zusammen mit dem Kolben 18 in
den Zylinder 7 eintritt, in dem der äußere Durchmesser
Rm des Läufers 20 gleich oder kleiner als der äußere
Durchmesser Rp des Kolbens 18 (Rm ≤ Rp) gebildet
wird, vorzugsweise indem der äußere Durchmesser
Rm des Läufers 20 kleiner als der äußere
Durchmesser Rp des Kolbens 18 (Rm < Rp) gebildet wird.
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Darüber
hinaus kann bei der ersten Ausführungsform der Stator 35 oder
der Kolben 18 davor geschützt werden, aufgrund
von Berührungen des Kolbens 18 mit dem Stator 35 beschädigt
zu werden, selbst wenn der Kolben 18 zusammen mit dem Läufer 20 in
den Stator 35 eintritt, in dem der innere Durchmesser Rs
des Stators 35 gleich oder größer als
der innere Durchmesser Rc des Zylinders 7 (Rs ≥ Rc)
gebildet wird, vorzugsweise in dem der innere Durchmesser Rs des
Stators 35 größer als der innere Durchmesser
Rc des Zylinders (Rs > Rc)
gebildet wird.
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Darüber
hinaus wird bei der ersten Ausführungsform kein Wirbelstrom
im Kolben 18 erzeugt, auch wenn der hin- und her bewegende
Kolben 18 das magnetische Feld, das durch den Stator 35 erzeugt
wird, eintritt, da der Kolben 18 aus einem elektrisch isolierendem
Material gebildet ist. Somit können die Wirbelstromverluste
auf einem niedrigeren Niveau gehalten werden und dadurch die Effizienz des
elektromagnetischen Antriebsmechanismus verbessert werden.
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Nachfolgend
ist eine Erläuterung einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6. Es wird
angemerkt, dass gemeinsame Aufbauten und/oder Auswirkungen zwischen der
ersten und der zweiten Ausführungsform ausgelassen werden,
z. B. sind beiden Ausführungsformen die Aufbauten außer
der Läufer-Baugruppe 50 und die Auswirkungen gemein.
Die Läufer-Baugruppe 50 besteht aus: Einem im
Wesentlichen zylinderischen Kolben 18, der an der oberen
Seite angeordnet ist; und einem Läufer 52 eines
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 51, der auf der
unteren Seite des Kolbens 18 angeordnet ist. Der Kolben 18 ist
koaxial mit Bezug auf den Läufer 52 verbunden.
Auf der anderen Seite besteht der Läufer 52 aus:
Einem Hauptbasiskörper 53, der ein Läuferbasisteil
begrenzt; Einem inneren Joch 54, das auf einen äußeren
Umfang des Hauptbasiskörpers 53 montiert ist;
Permanentmagneten 24, die auf einem äußeren
Umfang des inneren Jochs 54 montiert sind; einen Abstandshalter 55 zur
Anordnung der Permanentmagneten 24 in einer axialen Ausrichtung;
und einem Befestigungsbauteil 26, das den Läuferbasisteil
begrenzt und für den Zweck der Befestigung des inneren
Jochs 54 am Hauptbasiskörper 53 angeordnet
ist. Der Abstandshalter 55 ist aus einem elektrisch isolierenden
Material ähnlich dem Kolben 18 hergestellt. Im
Zentrum des Hauptbasiskörpers 53 ist eine Stabdurchgangsbohrung 56 korrespondierend
zu der Stabdurchgangsbohrung 21 des Kolbens 18 gebildet.
Der Kolben 18 und der Läufer 52 sind
koaxial verbunden und in axialer Richtung aneinander anliegend ausgerichtet,
in dem eine Schraube 28, die auf dem Befestigungsbauteil 26 gebildet
ist und an einer oberen Seite des Läufers 52 angeordnet
ist, in den Kolben 18 am unteren Ende des Kolbens 18 eingeführt
wird und dann die Schraube 28 in eine Gewindebohrung 29, die
auf einer inneren Seite des Kolbens 18 gebildet ist, gedreht
wird. Die Permanentmagneten 24 werden durch den Kolben 18 und
den Hauptbasiskörper 53 (Läuferbasisteil)
indirekt durch den Abstandshalter 55 geklemmt und gehalten,
in dem die Schraube 28 der Befestigungsbauteile 26 in
die Gewindebohrung 29 des Kolbens 18 gedreht wird.
Wie oben beschrieben, können die Permanentmagneten 24 einfach
durch den Läufer 52 gehalten werden, indem die Permanentmagneten 24 zwischen
dem Kolben 18 und dem Hauptbasiskörper 53 geklemmt
und gehalten werden, so dass nicht nur die Läufer-Baugruppe 50 einfach
zusammengesetzt werden kann, sondern auch eine Erstreckung der Dimensionen
der Läufer-Baugruppe 50 in axialer Richtung minimiert
werden kann, weil der Kolben 18 und der Läufer 52 in
axialer Richtung aneinander anliegend positioniert sind. Der äußere
Durchmesser Rp des Kolbens 18 ist etwas größer
als der äußere Durchmesser Rm des Läufers 52 gebildet.
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Nachfolgend
ist eine Erläuterung einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 7. Es wird
angemerkt, dass gemeinsame Aufbauten und/oder Auswirkungen zwischen der
dritten Ausführungsform und den oben beschriebenen Ausführungsformen
ausgelassen werden, z. B. sind beiden Ausführungsformen
die Aufbauten mit Ausnahme der Läufer-Baugruppe 60 und
die Auswirkungen gemein. Die Läufer-Baugruppe 60 weist
folgendes auf: Einen im Wesentlichen zylindrischen Kolben 18,
der an einer oberen Seite angeordnet ist; und einen Läufer 62 eines
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 61, der an einer
unteren Seite des Kolbens 18 angeordnet ist. Der Kolben 18 ist
koaxial mit Bezug auf den Läufer 62 verbunden.
Auf der anderen Seite weist der Läufer 62 folgendes
auf: Einen Hauptbasiskörper 63, der einen Läuferbasisteil begrenzt;
ein inneres Joch 54, das auf einen äußeren Umfang
des Hauptbasiskörpers 63 montiert ist; Permanentmagneten 24,
die auf einem äußeren Umfang des inneren Jochs 54 montiert
sind; und ein Befestigungsbauteil 26, das den Läuferbasisteil
begrenzt und zum Zweck der Befestigung des inneren Jochs 54 am
Hauptbasiskörper 63 angeordnet ist. Der Hauptbasiskörper 63 ist
aus einem elektrisch isolierenden Material ähnlich dem
Kolben 18 hergestellt. Im Zentrum des Hauptbasiskörpers 63 ist
eine Stabdurchgangsbohrung 65 korrespondierend zur Stabdurchgangsbohrung 21 des
Kolbens 18 gebildet. Der Kolben 18 und der Läufer 62 sind
koaxial verbunden und in axialer Richtung aneinander anliegend angeordnet,
in dem eine Schraube 28, die auf dem Befestigungsbauteil 26 gebildet
und am oberen Ende des Läufers 62 angeordnet ist,
in den Kolben 18 am unteren Ende des Kolbens 18 eingeführt
wird und dann die Schraube 28 in die Gewindebohrung 29,
die auf einer inneren Seite des Kolbens 18 gebildet ist,
gedreht wird. Die Permanentmagneten 24 werden von dem Kolben 18 und
dem Hauptbasiskörper 63 (Läuferbasisteil)
geklemmt und gehalten, in dem die Schraube 28 des Befestigungsbauteils 26 in
die Gewindebohrung 29 des Kolbens 18 gedreht wird.
Wie oben beschrieben können die Permanentmagneten 24 einfach
durch den Läufer 62 gehalten werden, in dem die
Permanentmagneten 24 zwischen dem Kolben 18 und
dem Hauptbasiskörper 63 geklemmt und gehalten
werden, wodurch nicht nur die Läufer-Baugruppe 60 einfach
zusammengesetzt werden kann, sondern auch die Erstreckung der Dimensionen
in axialer Richtung der Läufer-Baugruppe 60 minimiert werden
kann, weil der Kolben 18 und der Läufer 62 in axialer
Richtung anliegend aneinander positioniert sind. Darüber
hinaus kann kein Wirbelstrom im Hauptbasiskörper 63 erzeugt
werden, selbst wenn ein Teil, der eine Außenseite und eine
untere Seite des inneren Jochs 54 in den Hauptbasisteil 63 bedeckt,
in ein Magnetfeld, das durch den Stator 35 erzeugt wird,
eintritt, da der Hauptbasiskörper 63 aus einem
elektrisch isolierendem Material hergestellt ist. Somit können
die Wirbelstromverluste auf einem niedrigen Niveau gehalten werden
und dadurch die Effizienz des elektromagnetischen Antriebsmechanismus 61 erhöht
werden. Der äußere Durchmesser Rp des Kolbens 18 ist
etwas größer als der äußere Durchmesser
Rm des Läufers 62 gebildet.
-
Nachfolgend
ist eine Erläuterung zu einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 8 und 12. Es
wird angemerkt, dass gemeinsame Aufbauten und/oder Wirkungen zwischen
der vierten Ausführungsform und den oben beschriebenen
Ausführungsformen ausgelassen werden, z. B. sind diesen
Ausführungsformen Aufbauten mit Ausnahme der der Läufer-Baugruppe 70 gemein
und die Wirkungen in diesen Ausführungsformen sind teilweise
ebenfalls gemeinsam. Die Läufer-Baugruppe 70 weist
folgendes auf: Ein im Wesentlichen zylindrischer Kolben 18,
der an einer oberen Seite angeordnet ist; und ein Läufer 72 eines elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 71, der an der unteren Seite des Kolbens 18 angeordnet
ist. Der Kolben 18 ist mit Bezug auf den Läufer 72 koaxial verbunden.
Auf der anderen Seite weist der Läufer 72 folgendes
auf: einen Hauptbasiskörper 73, der einen Läuferbasisteil
begrenzt; ein inneres Joch 74, das auf einem äußeren
Umfang des Hauptbasiskörpers 73 angeordnet ist;
Permanentmagneten 24, die auf einem äußeren
Umfang des inneren Jochs 74 montiert sind; einen Abstandshalter 55 zum
Anordnen der Permanentmagneten 24 in einer axialen Richtung; und
ein Befestigungsbauteil 76, das den Läuferbasisteil
begrenzt und für den Zweck der Befestigung des inneren
Jochs 74 an dem Hauptbasiskörper 73 mittels
des Abstandshalters 75 angeordnet ist. Die Abstandshalter 55 und 75 sind
aus einem elektrisch isolierenden Material ähnlich dem
Kolben 18 hergestellt. Am Zentrum des Hauptbasiskörpers 73 ist
ein Stabdurchgangsbohrung 77 gebildet, die mit einer Stabdurchgangsbohrung 21 des
Kobens 18 korrespondiert. Das innere Joch 74 wird
aufgebaut, in dem eine Anzahl von geraden Drähten 74A,
die auf eine vorbestimmte Länge abgelenkt sind, als Gesamtes
in eine zylindrische Anordnung angeordnet werden. Diese geraden
Drähte 74A sind aus magnetischen Stählen (Siliziumstähle
oder Ähnliches) mit elektrisch isolierenden Schichten,
die auf ihrer Oberfläche gebildet sind (typischer Weise
lediglich eine Oxydschicht) hergestellt, und können einen
runden Querschnitt oder einen hexagonalen Querschnitt für
höhere Packungsdichte oder einen anderen Querschnitt, der
für gute Packungseigenschaften hergestellt ist, aufweisen
und sind parallel mit den axialen Richtungen des Kolbens 18 und
des Läufers 72 angeordnet. Zum Beispiel kann die
Querschnittsfläche des Drahts (74B, 74C, 74D)
hexagonal, tetragonal oder dreiecksförmig sein, wie in
den 10, 11 bzw. 12 dargestellt.
Die lineare Dimension der Querschnittsfläche der Drähte 74A wird
so ausgewählt, dass Wirbelstromverluste minimiert werden.
Der Kolben 18 und der Läufer 72 sind
koaxial verbunden und in axialer Richtung aneinander anliegend angeordnet,
indem eine Schraube 78, die auf dem Befestigungsbauteil 76 gebildet
und an einem oberen Ende des Läufers 72 angeordnet
ist, von einem unteren Ende des Kolbens 18 in den Kolben 18 eingeführt
wird und dann die Schraube 78 in eine Gewindebohrung 29,
die auf einer inneren Seite des Kolbens 18 gebildet ist,
gedreht wird. Die Permanentmagneten 24 werden durch den
Kolben 18 und den Hauptbasiskörper 73 (der
Läuferbasisteil) indirekt über den unteren Abstandhalter 55 geklemmt
und gehalten, indem die Schraube 78 des Befestigungsbauteils 76 in
die Gewindebohrung 29 auf dem Kolben 18 gedreht
wird. Wie oben beschrieben, können die Permanentmagneten 24 einfach
durch den Läufer 72 gehalten werden, in dem die
Permanentmagneten 24 zwischen dem Kolben 18 und
dem Hauptbasiskörper 73 geklemmt und gehalten
werden, so dass die Läufer-Baugruppe 70 nicht
nur einfach zusammengebaut werden kann, sondern die Erstreckung
der Dimensionen der Läufer-Baugruppe 70 in axialer
Richtung minimiert werden können, weil der Kolben 18 und
der Läufer 72 in axialer Richtung aneinander anliegend
positioniert werden. Der äußere Durchmesser Rp
des Kolbens 18 wird etwas größer als
der äußere Durchmesser Rm des Läufers 72 ausgebildet.
-
Nachfolgend
ist eine Erläuterung der Wirkungen der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
ist das innere Joch 74 aus geraden Drähten 74A wie
oben beschrieben hergestellt und die Drähte 74A sind
im Wesentlichen parallel bezüglich der axialen Richtung des
Läufers 72 und des Kolben 18 angeordnet.
Durch diese Anordnung kann die Effizienz des elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 71 erhöht werden, indem die
Gesamtquerschnittsfläche der Drähte 74A im
Bezug auf die Querschnittsfläche, die durch das gesamte
innere Joch 74 eingenommen wird (Packungsdichte) verglichen
mit einem konventionellen inneren Joch, bei dem Stahlblätter
zylindrisch und radial angeordnet sind. Anders gesagt, wenn die
Gesamtquerschnittsfläche der Drähte 74A,
die das innere Joch 74 bilden, gleich einer Gesamtquerschnittsfläche
von Stahlblättern ist, welche ein inneres Joch einer konventionellen
Konstruktion bilden, kann der äußere Durchmesser
des inneren Jochs 74 verglichen mit dem äußeren
Durchmesser des inneren Jochs einer konventionellen Konstruktion
reduziert werden, und somit der äußere Durchmesser
Rm des Läufers 72, der innere Durchmesser Rs und
der äußere Durchmesser des Stators 35,
der außerhalb des Läufers 72 angeordnet
ist, und schlussendlich der äußere Durchmesser
der gesamten Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine reduziert
werden. (Es wird angemerkt, dass die „Querschnittsfläche"
des inneren Jochs 74 in diesem Falle die Querschnittsfläche
des inneren Jochs meint, die durch Schneiden des inneren Jochs 74 in
einer orthogonal kreuzenden Richtung mit Bezug auf die zentrale
Achse Z des Kolbens 18 und des Läufers 72 meint.)
Die Erläuterung von weiteren Wirkungen dieser Ausführungsform
wird ausgelassen, weil sie mit den Wirkungen der vorangehenden anderen
Ausführungsformen gemein sind.
-
Es
wird angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben
genannten Ausführungsformen beschränkt ist, und
dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung
durchgeführt werden können, insbesondere durch
den Fachmann. Bei den oben aufgeführten Ausführungsformen
ist eine Freikolben-Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine, die
den so genannten umgedrehten Stirling-Kreislauf nutzt, als Beispiel
für eine Stirling-Kreislaufmaschine verwendet, aber die
vorliegende Erfindung kann ebenso auf eine Stirling-Kreislaufarbeitsmaschine
(Energieerzeuger oder „Kraftmaschine") angewendet werden,
die den energieerzeugenden Stirling-Kreislauf nutzt (in diesem Fall korrespondiert
der elektromagnetische Mechanismus in dieser Erfindung mit einem
Generator, der manchmal „linearer Wechselstromgenerator"
genannt wird, anstelle des elektromagnetischen Antriebsmechanismus
wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen). Eine
weitere Anwendung kann einen linearen Kompressor oder jede andere
Vorrichtung mit linearer Bewegung beinhalten, weiterhin kann ein
Abstandhalter zwischen Kolben und Läufer angeordnet werden
anstelle der Anordnung in den oben beschriebenen Ausführungsformen,
in denen der Kolben und der Läufer aneinander anliegend
positioniert sind, denn was wichtig ist, ist dass der Kolben und
der Läufer in axialer Richtung koaxial angeordnet sind.
In gleicher Weise kann ein Abstandshalter zwischen dem Zylinder
und Stator angeordnet sein, anstelle der Anordnung in den oben beschriebenen
Ausführungsformen, in welchen der Zylinder und der Stator
aneinander anliegend positioniert sind, denn das, was wichtig ist,
ist dass der Zylinder und Stator in axialer Richtung koaxial angeordnet
sind. Weiterhin kann der Hauptbasisteil in der dritten Ausführungsform
aus Metall gebildet sein, wenn es keine Möglichkeiten gibt,
dass ein Teil des Hauptbasiskörpers, der sowohl eine äußere
als auch eine untere Seite des inneren Jochs überdeckt,
in ein magnetisches Feld eintritt. Weiterhin ist in den oben beschriebenen
Ausführungsformen der gesamte Kolben aus einem elektrisch
isolierenden Material gebildet, es könnte aber auch lediglich
der Läuferseitenteil des Kolbens, bei dem die Möglichkeit
besteht, in ein magnetisches Feld einzutreten, das durch den Stator
erzeugt wird, aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet
sein, denn was wichtig ist, ist die Vermeidung von Wirbelströmen.
-
[Kurze Erläuterung der Figuren]
-
1 ist
eine Querschnittsdarstellung einer Freikolben-Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine,
welche die erste Ausführungsform nach der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
2 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung des Hauptteils
einer Freikolben-Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine, die die
erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
3 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung einer
Freikolben-Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine in einem Zustand,
in dem ein Stator eines elektrischen Antriebsmechanismus an einem
Zylinder befestigt ist, die eine erste Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
4 ist
eine vergrößerte Darstellung einer Feikolben-Stirling-Kreislauf-Kühlmaschine
in einem Zustand, in dem ein Läufer eines elektromagnetischen
Antriebsmechanismus an einem Kolben befestigt ist, die eine erste
Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
-
5 ist
eine erläuternde Darstellung, die die erste Ausführungsform
und eine konventionelle Konstruktion vergleicht, wobei (a) die Konstruktion gemäß der
ersten Ausführungsform und (b) die konventionelle Konstruktion
ist.
-
6 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Hauptteils einer Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine, welche die
zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
7 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Hauptteils einer Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine, welche die
dritte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung
zeigt.
-
8 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Hauptteils einer Freikolben-Stirling-Kreislaufmaschine, welche die
vierte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung
zeigt.
-
9 ist
eine stärke vergrößerte Querschnittsdarstellung
eines Läufers, die entlang einer Linie orthogonal zur axialen
Richtung genommen ist, welche die vierte Ausführungsform
nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
10 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Läufers, die entlang einer Linie orthogonal zur axialen
Richtung genommen ist, wobei die Querschnittsfläche des
Drahts hexagonal ist.
-
11 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Läufers, die entlang der Linie orthogonal zur axialen Richtung
genommen ist, wobei die Querschnittsfläche des Drahts tetragonal
ist.
-
12 ist
eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines
Läufers, die entlang der Linie orthogonal zur axialen Richtung
genommen ist, wobei die Querschnittsfläche des Drahts dreieckig
ist.
-
13 ist
eine Querschnittsdarstellung eines konventionellen inneren Jochs.
-
- 7
- Zylinder
- 17,
50, 60, 70
- Läufer-Baugruppe
- 18
- Kolben
- 19,
51, 61, 71
- elektromagnetischer
Antriebsmechanismus (elektromagnetischer Mechanismus)
- 20,
52, 62, 72
- Läufer
- 22,
53, 63, 73
- Hauptbasiskörper
(Läuferbasisteil)
- 23,
54, 64, 74
- inneres
Joch
- 24
- Permanentmagnet
- 26,
76
- Befestigungsbauteile
(Läuferbasisteil)
- 35
- Stator
- 74A,
74B, 74C, 74D
- Drähte
- Rp
- Äußerer
Durchmesser eines Kolbens
- Rm
- Äußerer
Durchmesser eines Läufers
- Rc
- Innerer
Durchmesser eines Zylinders
- Rs
- Innerer
Durchmesser eines Stators
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 3769751 [0002]
- - JP 2004-180377 [0002]