JP2000205681A - 圧縮機及び冷凍機及び圧縮機の設計方法 - Google Patents
圧縮機及び冷凍機及び圧縮機の設計方法Info
- Publication number
- JP2000205681A JP2000205681A JP11007623A JP762399A JP2000205681A JP 2000205681 A JP2000205681 A JP 2000205681A JP 11007623 A JP11007623 A JP 11007623A JP 762399 A JP762399 A JP 762399A JP 2000205681 A JP2000205681 A JP 2000205681A
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- length
- magnet
- coil
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- Pending
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 効率的な運転が行える圧縮機を提供する。
【解決手段】 圧縮ピストン２３のストロークＬｓと、
マグネット２６のストローク方向の長さＬｍと、可動コ
イル２５のストローク方向の長さＬｃとの間に、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ という関係が成立するように、圧縮機１１を設計、製造
する。
マグネット２６のストローク方向の長さＬｍと、可動コ
イル２５のストローク方向の長さＬｃとの間に、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ という関係が成立するように、圧縮機１１を設計、製造
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータを備
えた圧縮機およびその設計方法と、当該圧縮機を備え
た、例えば、スターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍
機のような冷凍機に関する。
えた圧縮機およびその設計方法と、当該圧縮機を備え
た、例えば、スターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍
機のような冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷凍機の一種として、スターリングサイ
クル（逆スターリングサイクル、カークサイクルとも称
される）を利用したスターリング冷凍機と呼ばれる冷凍
機が知られている。スターリング冷凍機は、圧縮機とコ
ールドヘッドとがクランク機構で連結されたものと、連
結されていないものに大別され、冷却すべき対象物が振
動を嫌うものであった場合等には、後者の形態のスター
リング冷凍機（スプリット式スターリング冷凍機と呼ば
れている）が用いられている。
クル（逆スターリングサイクル、カークサイクルとも称
される）を利用したスターリング冷凍機と呼ばれる冷凍
機が知られている。スターリング冷凍機は、圧縮機とコ
ールドヘッドとがクランク機構で連結されたものと、連
結されていないものに大別され、冷却すべき対象物が振
動を嫌うものであった場合等には、後者の形態のスター
リング冷凍機（スプリット式スターリング冷凍機と呼ば
れている）が用いられている。
【０００３】スプリット式スターリング冷凍機で用いら
れる圧縮機は、通常、そのピストンを駆動するためにリ
ニアモータが使用されている。すなわち、通常、圧縮機
は、筐体側に、固定子として機能するマグネットを設
け、当該マグネットの近傍に、走行子として機能する、
ピストンに相対的に固定された可動コイルを設けた構成
を有している。従来、このリニアモータ部分は、例え
ば、マグネット長とコイル長をほぼ同じ長さとするとい
ったように、半ば経験的に設計、製造されていた。
れる圧縮機は、通常、そのピストンを駆動するためにリ
ニアモータが使用されている。すなわち、通常、圧縮機
は、筐体側に、固定子として機能するマグネットを設
け、当該マグネットの近傍に、走行子として機能する、
ピストンに相対的に固定された可動コイルを設けた構成
を有している。従来、このリニアモータ部分は、例え
ば、マグネット長とコイル長をほぼ同じ長さとするとい
ったように、半ば経験的に設計、製造されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、より優
れた圧縮機を得るために鋭意研究を行った結果、従来の
圧縮機は、リニアモータ部分が経験的に設計、製造され
ているが故に、効率が悪い装置となっていることを見出
した。
れた圧縮機を得るために鋭意研究を行った結果、従来の
圧縮機は、リニアモータ部分が経験的に設計、製造され
ているが故に、効率が悪い装置となっていることを見出
した。
【０００５】そこで、本発明の課題は、より効率よく運
転できる圧縮機、冷凍機を提供することにある。
転できる圧縮機、冷凍機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、ピストンを往復駆動するための、コイ
ルとマグネットとを含むリニアモータを備える圧縮機
を、前記ピストンのストロークＬｓと、前記マグネット
の前記ストローク方向の長さＬｍと、前記コイルの前記
ストローク方向の長さＬｃとの間に、０．８ ＜ Ｌｍ
／（Ｌｃ＋Ｌｓ）＜１．５という関係、より好ましく
は、０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ）＜１．１という
関係が成立するように設計、製造する。
に、本発明では、ピストンを往復駆動するための、コイ
ルとマグネットとを含むリニアモータを備える圧縮機
を、前記ピストンのストロークＬｓと、前記マグネット
の前記ストローク方向の長さＬｍと、前記コイルの前記
ストローク方向の長さＬｃとの間に、０．８ ＜ Ｌｍ
／（Ｌｃ＋Ｌｓ）＜１．５という関係、より好ましく
は、０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ）＜１．１という
関係が成立するように設計、製造する。
【０００７】このように設計、製造された圧縮機は、リ
ニアモータが効率良く駆動されるので、全体としての効
率が高い状態で運転できるものとなる。そして、本発明
の圧縮機を利用して、スプリット式スターリング冷凍機
やパルスチューブ冷凍機を構成すれば、効率良く冷凍が
行える冷凍機が実現できることになる。
ニアモータが効率良く駆動されるので、全体としての効
率が高い状態で運転できるものとなる。そして、本発明
の圧縮機を利用して、スプリット式スターリング冷凍機
やパルスチューブ冷凍機を構成すれば、効率良く冷凍が
行える冷凍機が実現できることになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して具体的に説明する。まず、図１を用いて、本
発明の一実施形態に係る圧縮機の構成、使用形態を説明
する。
を参照して具体的に説明する。まず、図１を用いて、本
発明の一実施形態に係る圧縮機の構成、使用形態を説明
する。
【０００９】図から明らかなように、実施形態の圧縮機
１１は、キャピラリチューブ１３によってコールドヘッ
ド１２に接続されて使用されるスプリット式スターリン
グ冷凍機用の圧縮機となっている。
１１は、キャピラリチューブ１３によってコールドヘッ
ド１２に接続されて使用されるスプリット式スターリン
グ冷凍機用の圧縮機となっている。
【００１０】コールドヘッド１２は、その内部空間がシ
リンダとして機能するハウジング部３１と、熱交換のた
めの蓄冷材（金網など）を収納したディスプレーサであ
るディスプレーサ蓄冷器３２と、ディスプレーサ蓄冷器
３２を中立点に保つためのディスプレーサ制御スプリン
グ３３を備える。
リンダとして機能するハウジング部３１と、熱交換のた
めの蓄冷材（金網など）を収納したディスプレーサであ
るディスプレーサ蓄冷器３２と、ディスプレーサ蓄冷器
３２を中立点に保つためのディスプレーサ制御スプリン
グ３３を備える。
【００１１】圧縮機１１は、ヨーク２１と保圧容器２２
と圧縮ピストン２３とピストン制御スプリング２４とを
含む。ヨーク２１は、図示してあるように、圧縮ピスト
ン２３のシリンダとして機能するような構造を有してお
り、圧縮ピストン２３に対して固定された可動コイル２
５が挿入される環状の溝と、当該溝の外側内壁をなすよ
うに埋め込まれたマグネット２６とを備えている。
と圧縮ピストン２３とピストン制御スプリング２４とを
含む。ヨーク２１は、図示してあるように、圧縮ピスト
ン２３のシリンダとして機能するような構造を有してお
り、圧縮ピストン２３に対して固定された可動コイル２
５が挿入される環状の溝と、当該溝の外側内壁をなすよ
うに埋め込まれたマグネット２６とを備えている。
【００１２】保圧容器２２は、ヨーク２１に固定されて
おり、圧縮ピストン２３が収容される空間であって、ヘ
リウムなどの不活性ガスが充填される空間である保圧空
間を形成している。また、図示は省略してあるが、保圧
容器２２には、気密電源端子が設けられており、可動コ
イル２５は、当該機密電源端子を介して外部電源と接続
される。ピストン制御スプリング２４は、圧縮ピストン
２３と保圧容器２２とを連結するように（圧縮ピストン
２３を中立点に保てるように）、圧縮ピストン２３と保
圧容器２２に固定されている。
おり、圧縮ピストン２３が収容される空間であって、ヘ
リウムなどの不活性ガスが充填される空間である保圧空
間を形成している。また、図示は省略してあるが、保圧
容器２２には、気密電源端子が設けられており、可動コ
イル２５は、当該機密電源端子を介して外部電源と接続
される。ピストン制御スプリング２４は、圧縮ピストン
２３と保圧容器２２とを連結するように（圧縮ピストン
２３を中立点に保てるように）、圧縮ピストン２３と保
圧容器２２に固定されている。
【００１３】この圧縮機１１は、気密電源端子を介した
可動コイル２５への交番電流の供給により、圧縮ピスト
ン２３が往復動（図において左右方向の動き）をするよ
うに制御される。そして、その往復動の結果として、ス
プリット式スターリング冷凍機の圧縮空間２８と膨張空
間３４と無効空間とからなるシステム空間内で、等温圧
縮、等容移送，等温膨張、等容移送といった４行程から
なるサイクルが繰り返され、コールドヘッド１２に取り
付けられた、例えば、赤外線検出素子などの熱負荷の冷
却が行われる。
可動コイル２５への交番電流の供給により、圧縮ピスト
ン２３が往復動（図において左右方向の動き）をするよ
うに制御される。そして、その往復動の結果として、ス
プリット式スターリング冷凍機の圧縮空間２８と膨張空
間３４と無効空間とからなるシステム空間内で、等温圧
縮、等容移送，等温膨張、等容移送といった４行程から
なるサイクルが繰り返され、コールドヘッド１２に取り
付けられた、例えば、赤外線検出素子などの熱負荷の冷
却が行われる。
【００１４】このように、実施形態に係る圧縮機１１の
基本的な構造、使用形態は、従来の圧縮機と同様のもの
となっている。ただし、圧縮機１１は、図２に示したよ
うに、圧縮ピストン２３のストロークをＬｓ、マグネッ
ト２６の長さをＬｍ、可動コイル２５の長さをＬｃとし
たときに、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ 特に、 ０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．１ が成立するように設計、製造されたものとなっている。
基本的な構造、使用形態は、従来の圧縮機と同様のもの
となっている。ただし、圧縮機１１は、図２に示したよ
うに、圧縮ピストン２３のストロークをＬｓ、マグネッ
ト２６の長さをＬｍ、可動コイル２５の長さをＬｃとし
たときに、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ 特に、 ０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．１ が成立するように設計、製造されたものとなっている。
【００１５】すなわち、マグネット長Ｌｍと、コイル長
とストロークの和“Ｌｃ＋Ｌｓ”がマグネット長Ｌｍに
比して過度に大きい（“Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ）”が過度
に小さい）と、可動コイル２５の両端部分が、マグネッ
ト２６による磁界が弱い部分にまで移動することになる
ので、効率が悪くなる。一方、コイル長とストロークの
和“Ｌｃ＋Ｌｓ”がマグネット長Ｌｍに比して過度に小
さい場合には、効率は高いものとなるが、その状態を形
成するためには、長いマグネットが必要とされる。
とストロークの和“Ｌｃ＋Ｌｓ”がマグネット長Ｌｍに
比して過度に大きい（“Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ）”が過度
に小さい）と、可動コイル２５の両端部分が、マグネッ
ト２６による磁界が弱い部分にまで移動することになる
ので、効率が悪くなる。一方、コイル長とストロークの
和“Ｌｃ＋Ｌｓ”がマグネット長Ｌｍに比して過度に小
さい場合には、効率は高いものとなるが、その状態を形
成するためには、長いマグネットが必要とされる。
【００１６】従って、Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ）には、適当
な範囲が存在することになる。
な範囲が存在することになる。
【００１７】図３に、その範囲を定めるために行った各
種のシミュレーション計算結果の一例を示す。なお、こ
の図は、マグネット長Ｌｍ、ストロークＬｓを、それぞ
れ、２０ｍｍ、１０ｍｍに固定し、コイル長Ｌｃを変化
させたときのリニアモータ効率（“有効仕事／コイル入
力電力”）の計算結果を、“マグネット長／（コイル長
＋ストローク長）”に対してプロットしたグラフであ
る。
種のシミュレーション計算結果の一例を示す。なお、こ
の図は、マグネット長Ｌｍ、ストロークＬｓを、それぞ
れ、２０ｍｍ、１０ｍｍに固定し、コイル長Ｌｃを変化
させたときのリニアモータ効率（“有効仕事／コイル入
力電力”）の計算結果を、“マグネット長／（コイル長
＋ストローク長）”に対してプロットしたグラフであ
る。
【００１８】図から明らかなように、“マグネット長／
（コイル長＋ストローク長）”が、８０％（＝０．８）
以上の範囲では、６０％を超える効率が得られている。
また、効率は、“マグネット長／（コイル長＋ストロー
ク長）”の増大に伴い向上しているが、“マグネット長
／（コイル長＋ストローク長）”が９０％以上の範囲で
は効率がほぼ一定値をとっている。そして、小型な圧縮
機を得るためには、マグネット長が短い方が良いので、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ 特に、 ０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．１ が成立するように、実施形態に係る圧縮機は設計、製造
されているのである。
（コイル長＋ストローク長）”が、８０％（＝０．８）
以上の範囲では、６０％を超える効率が得られている。
また、効率は、“マグネット長／（コイル長＋ストロー
ク長）”の増大に伴い向上しているが、“マグネット長
／（コイル長＋ストローク長）”が９０％以上の範囲で
は効率がほぼ一定値をとっている。そして、小型な圧縮
機を得るためには、マグネット長が短い方が良いので、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ 特に、 ０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．１ が成立するように、実施形態に係る圧縮機は設計、製造
されているのである。
【００１９】なお、実施形態として説明した圧縮機は、
スプリット式スターリング冷凍機用のものであったが、
本技術は、リニアモータが利用されたものであれば、ど
のような冷凍機用の圧縮機にも適用することができる。
スプリット式スターリング冷凍機用のものであったが、
本技術は、リニアモータが利用されたものであれば、ど
のような冷凍機用の圧縮機にも適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、リニアモータが効率良
く駆動される圧縮機、すなわち、全体としての効率が高
い状態で運転可能な圧縮機を得ることができる。従っ
て、本発明の圧縮機を利用して、スプリット式スターリ
ング冷凍機やパルスチューブ冷凍機を構成すれば、効率
良く冷凍が行える冷凍機が実現できることになる。
く駆動される圧縮機、すなわち、全体としての効率が高
い状態で運転可能な圧縮機を得ることができる。従っ
て、本発明の圧縮機を利用して、スプリット式スターリ
ング冷凍機やパルスチューブ冷凍機を構成すれば、効率
良く冷凍が行える冷凍機が実現できることになる。
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧縮機を備えたス
プリット式スターリング冷凍機の構成図である。
プリット式スターリング冷凍機の構成図である。
【図２】実施形態の圧縮機の要部断面図である。
【図３】リニアモータ効率の“マグネット長／（コイル
長＋ストローク長）”依存性を示したグラフである。
長＋ストローク長）”依存性を示したグラフである。
１１ 圧縮機 １２ コールドヘッド １３ キャピラリチューブ ２１ ヨーク ２２ 保圧容器 ２３ 圧縮ピストン ２４ ピストン制御スプリング ２５ 可動コイル ２６ マグネット ２８ 圧縮空間 ３１ ハウジング部 ３２ ディスプレーサ蓄冷器 ３３ ディスプレーサ制御スプリング ３４ 膨張空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 芳人 東京都田無市谷戸町二丁目１番１号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内 (72)発明者 内田 年雄 東京都田無市谷戸町二丁目１番１号 住友 重機械工業株式会社田無製造所内
Claims (5)
- 【請求項１】 ピストンを往復駆動するための、コイル
とマグネットとを含むリニアモータを備える圧縮機にお
いて、前記ピストンのストロークＬｓと、前記マグネッ
トの前記ストローク方向の長さＬｍと、前記コイルの前
記ストローク方向の長さＬｃとの間に、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ という関係が成立していることを特徴とする圧縮機。 - 【請求項２】 ピストンを往復駆動するための、コイル
とマグネットとを含むリニアモータを備える圧縮機にお
いて、前記ピストンのストロークＬｓと、前記マグネッ
トの前記ストローク方向の長さＬｍと、前記コイルの前
記ストローク方向の長さＬｃとの間に、 ０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．１ という関係が成立していることを特徴とする圧縮機。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の圧縮機を
備えたことを特徴とする冷凍機。 - 【請求項４】 ピストンを往復駆動するための、コイル
とマグネットとを含むリニアモータを備える圧縮機の設
計方法において、前記ピストンのストロークＬｓと、前
記マグネットの前記ストローク方向の長さＬｍと、前記
コイルの前記ストローク方向の長さＬｃとの間に、 ０．８ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．５ という関係が成立するように各部のサイズを定めること
を特徴とする圧縮機の設計方法。 - 【請求項５】 ピストンを往復駆動するための、コイル
とマグネットとを含むリニアモータを備える圧縮機の設
計方法において、前記ピストンのストロークＬｓと、前
記マグネットの前記ストローク方向の長さＬｍと、前記
コイルの前記ストローク方向の長さＬｃとの間に、 ０．９ ＜ Ｌｍ／（Ｌｃ＋Ｌｓ） ＜１．１ という関係が成立するように各部のサイズを定めること
を特徴とする圧縮機の設計方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11007623A JP2000205681A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 圧縮機及び冷凍機及び圧縮機の設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11007623A JP2000205681A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 圧縮機及び冷凍機及び圧縮機の設計方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000205681A true JP2000205681A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11670958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11007623A Pending JP2000205681A (ja) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | 圧縮機及び冷凍機及び圧縮機の設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000205681A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011143862A1 (zh) * | 2010-05-18 | 2011-11-24 | 武汉高德红外股份有限公司 | 集成式斯特林制冷机 |
-
1999
- 1999-01-14 JP JP11007623A patent/JP2000205681A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011143862A1 (zh) * | 2010-05-18 | 2011-11-24 | 武汉高德红外股份有限公司 | 集成式斯特林制冷机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040316 |