JP2009041791A - 蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】
蓄冷型冷凍機の高い冷凍効率が得られる運転周波数が得ることが出来る、リニア圧縮機を提供すること。
【解決手段】
蓄冷型冷凍機２０a用のリニア圧縮機２０は、内部ヨーク１１にピストン１３を備えシリンダ部１に摺動可能に配設した可動体１０を有するリニアモータ５で駆動される。リニア圧縮機２０は、蓄冷型冷凍機２０aの冷凍発生部１８に接続され、可動体１０の質量を増減することにより、リニア圧縮機２０の共振周波数を調整し、蓄冷型冷凍機２０aの冷凍効率を高くする運転周波数に合ようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータによって駆動されるピストンでガスを圧縮する蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に関するものである。

従来技術のリニア圧縮機は、機内部に往復動可能なピストンを備えた固定体と、固定体を継鉄部として磁気回路を形成する磁石と、ピストンに設けられ磁気回路の磁界内に配置されたコイルとを備えたリニアモータ圧縮機であって、固定体は、コイルの一側面に対向する第１の継鉄部分と、コイルの他側面に対向する第２の継鉄部分とを備えており、磁石は、第１の継鉄部分に設けられ第１の継鉄部分からコイルの一側面に向って突出する第１磁石と、第２の継鉄部分に設けられ第２の継鉄部分からコイルの他側面に向って突出する第２磁石とを備えている（例えば、特許文献１。）。

また、圧縮空間と膨張空間の間で作動ガスを移動させるディスプレーサと、リニアアクチュエータ（リニアモータ）によってシリンダ内を往復運動せしめるピストンとを備え、ピストンが往復運動することによりディスプレーサも往復運動して作動ガスの移動が生じるようにしたスターリング機関おいて、１本のシャフトの両端部にディスプレーサを１個ずつ固定するとともに、これらのディスプレーサの間にピストンを置き、このピストンが両側のディスプレーサに作用を及ぼすようにしたスターリング機関がある（例えば、特許文献２。）。
特許第２６２６３６４号公報 公開２００５−３６６８２号公報

しかしながら、特許文献１によれば、第１の磁石と、コイルと、第２の磁石と、第２の継鉄部と、連結部と、第１の継鉄部から形成される磁気回路において、コイルが第１の磁石と第２の磁石との間にコイルを配置するため、第１の磁石と第２の磁石との間はコイルの厚さと、コイルが巻かれるボビンの厚さの両方を加えた厚さより大きな間隙を設けなければならず、この間隙が磁気回路の磁気抵抗となってリニアモータの効率を低下させて圧縮機の効率が低下する問題がある。

また、特許文献２によれば、蓄冷型冷凍機の効率は、ガスの圧力損失やメカロスの少ない低い周波数で運転することが望ましい。一方、リニアアクチュエータは小さな力で多くの仕事をなさなければならないため、例えば６０Ｈｚと高い周波数で運転せざる得なく、冷凍機の効率が犠牲となる問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、蓄冷型冷凍機の高い冷凍効率が得られる運転周波数で、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
磁性材の外部ヨークにコイルを備える外部固定子と、前記外部固定子に対し往復動し、磁性材の内部ヨークにピストンを備える可動体と、前記内部ヨークまたは前記外部ヨークのいずれかに備えられる永久磁石と、を備えるリニアモータと、
前記可動体が摺動可能に外接するとともに、前記外部固定子の内周面側に挿嵌される非磁性材のシリンダを備えるシリンダ部と、
前記シリンダ部と前記ピストンとによって形成される圧縮空間と、
前記ピストンに対して反対側の前記可動体とシリンダ部とによって形成されるバッファ空間と、を有する蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機であって、
前記リニア圧縮機は、前記蓄冷型冷凍機の冷凍発生部に接続され、
前記リニア圧縮機の共振周波数を可変とする調整部材を前記可動体に付加した、ことを特徴とする蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供する。

また、請求項２に記載の発明は、蓄冷型冷凍機の運転時の運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より低い場合、可動体には調整部材が付加されるようにした。

また、請求項３に記載の発明は、蓄冷型冷凍機の運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合、内部ヨークに設けられた孔に、シリンダ部に固定した磁性材の内部固定子を孔に往復動可能に挿入するようにした。

更に、請求項４の発明は、調整部材およびピストンの少なくとも一つを非磁性体とした。

請求項１に記載の発明では、永久磁石を備えるリニアモータのコイルに交流電流を通電し、ピストンを備えた可動体を往復動させ、圧縮空間でガスを圧縮することにより、ピストンの往復動により生じる圧縮空間のガスバネと、バッファ空間のガスバネと、リニアモータによって生じる磁気バネとで合成される合成バネと、可動体の質量とが作用し合い振動系が形成される。このリニア圧縮機のバネ・質量の振動系は固有の共振周波数をもち、この共振周波数の近傍で運転すると可動体のストロークが大きくなり高い効率でガスを圧縮する。可動体の質量を増減するとリニア圧縮機の共振周波数は変わる。従って、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の周波数に合わせるように可動体の質量を増減でき、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供できる。

また、外部ヨークと内部ヨークおよび外部ヨークと永久磁石とは、シリンダと、該シリンダと可動体との間隙とを介在し磁気回路が形成されており、シリンダのシリンダ肉厚を薄くすること、前記間隙の幅を微小にすることとで、外部ヨークと内部ヨークの間の磁気ギャップおよび外部ヨークと永久磁石の間の磁気ギャップは小さくでき、これらの磁気ギャップは従来技術のコイル可動型のリニアモータのコイル配置によって生じる磁気ギャップより小さくなり、従来技術のコイル可動型のリニアモータよりも効率が向上し、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機の効率が高くなる。

請求項２に記載の発明では、蓄冷型冷凍機の運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より低い場合、可動体は調整部材を備えることで、可動体の質量が増加し、前述のリニア圧縮機の共振周波数は低くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることができる。従って、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供できる。

請求項３に記載の発明では、蓄冷型冷凍機の運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合、内部ヨークに設けた孔に対して、シリンダ部に固定した磁性材の内部固定子を微小な間隙を持って往復動可能に挿入することで、内部ヨークに設けた孔の質量分、可動体の質量は減少し、リニア圧縮機の共振周波数は内部ヨークに孔を設けない場合より高くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機の運転周波数に合わせることが出来る。従って、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機を提供できる。

内部固定子は磁性材であるのでリニアモータの磁束は、内部ヨークと内部固定子との間の間隙と、内部固定子とを通過し、磁気飽和を起すようなことはほとんどない。シリンダのシリンダ肉厚を薄くすること、シリンダと可動体との間隙の幅を微小にすることとで、請求項１と同じ理由で外部固定子と可動体の間の磁気抵抗は小さくなり、また内部ヨークと内部固定子の間隙を微小にすることにより、該間隙による磁気抵抗も小さくなり、従来技術のコイル可動型のリニアモータよりも効率が向上し、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機の効率が高くなる。

また、請求項６に記載の発明では、調整部材およびピストンの少なくと一つが非磁性体あることにより、調整部材およびピストンの少なくとも一つは磁束が流れ難く、無駄な漏れ磁束が少なくなるので、蓄冷冷凍機用のリニア圧縮機の効率が高くなる。

以下に本発明の実施例の図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が内部ヨークに設けられる場合を示す。詳しくは、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせる調整を示す図である。

蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より低い場合に対応する共振周波数の調整を示す図である。

蓄冷型冷凍機２０ａは、リニア圧縮機２０に冷凍発生部１８が接続され、リニア圧縮機２０は、シリンダ部１と、シリンダ部１に外嵌するリニアモータ５の外部固定子６と、シリンダ部１に摺動可能に挿入されるリニアモータ５の可動体１０とから構成される。

シリンダ部１は、円筒状のシリンダ２と、円筒状のシリンダ２の両端にそれぞれ気密に固着されるヘッド３と、キャップ４とから構成され、ヘッド３はガスが流動する流路孔３ａを備える。

リニアモータ５の外部固定子６は、磁性材の外ヨーク８とコイル７を備える。外ヨーク８は、断面が略コの字状の形状をしており、外ヨーク８がシリンダ２の外周面にリング形状に外嵌固定される。コイル７は、シリンダ２の軸周りに導線が巻かれ、外ヨーク８の略コの字状の溝に装着される。尚、上記したリニアモータ５の外部固定子６においては、磁性材の外ヨーク８を径軸方向に２分割しても良い。

リニアモータ５の可動体１０は、略円柱形状の磁性材の内部ヨーク１１と、内部ヨーク１１の中央外周に設けた溝に接着された円筒状の永久磁石１２と、内部ヨーク１１に配備されるピストン１３と、調整部材１４とが設けられる。永久磁石１２は、径方向に、例えば外周面側がＮ極、内周面側がＳ極に磁化される。内部ヨーク１１の両端の凸部には、それぞれ非磁性材のピストンと非磁性材の調整部材１４が篏合固定される。また、内部ヨーク１１の両端側の外周面には樹脂摺動材のライダリング１１ａが接着され、ライダリング１１ａの外周面は、シリンダ２の内周面に対し微小な間隙（例えば略０．０２ｍｍ）を持って挿入されスムーズに摺動できるとともに、内部ヨーク１１と、永久磁石１２と、ピストン１３と、調整部材１４のそれぞれの外周面がシリンダ２の内周面に接触するの防ぐ。

ピストン１３は、樹脂摺動材のピストンリング１３ａが設けられ、ピストン１３と、ピストンリング１３ａと、シリンダ部１とから圧縮空間１５が形成される。また、シリンダ部１と、調整部材１４を備えた可動体１０と、ピストンリング１３ａとからバッファ空間１６が形成される。

圧縮空間１５は、ヘッド３の流路孔３ａから配管１７を介して、例えば、スターリング冷凍機やパルス冷凍機などの蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍発生部１８に接続され、シリンダ部１内にはヘリウムが充填される。

図２は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が内部ヨークに設けられる場合を示す。詳しくは、蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合に対応する共振周波数の調整を示す図である。図２において、外部固定子、シリンダ部およびその構成部材は、図１と同じであるので、図１と同一の符号を付す。

図２に示される蓄冷型冷凍機４０ａのリニア圧縮機４０が図１のリニア圧縮機２０と異なる点は、リニアモータ３５の可動体３０の構造が異なることと、新たに内部固定子３４が設けられたことである。即ち、磁性材の内部ヨーク３１は、貫通する孔３１ｂが設けられ、孔３１ｂの内周面に対し微小な間隙（例えば、略０．０５ｍｍ）を持って磁性材の内部固定子３４が挿入され、内部固定子３４はキャップ４の凹部に固定される。

内部ヨーク３１の一端側の凸には、非磁性材のピストン３３が篏合固定され、ピストン３３には樹脂摺動材のピストンリング３３ａが設けられる。また、内部ヨーク３１の外周側には、図１の内部ヨーク１１と同様に２つ割りで同じよに磁化された永久磁石３２と、樹脂摺動材のライダリング３１ａが接着される。このようにして可動体３０は、ライダリング３１ａを備えた内部ヨーク３１と、永久磁石３２と、ピストンリング３３ａを備えたピストン３３とから構成される。

ピストン３３とヘッド３側のシリンダ部１との間に圧縮空間１５が形成され、キャップ４側のシリンダ部１と、可動体３０の内部ヨーク３１と、内部固定子３４との間にバッファ空間３６が形成される。

尚、内部固定子３４のピストン３３側の端面が図２の２点鎖線で示されるように短く、且つ可動体３０がフルストローク移動してもピストン３３の背面に当らない場合は、ピストン３３の背部の空間３３ｂを設けなくてもよい。

次に、実施例１の作用と効果について説明する。

図１においてコイル７が無通電の場合、可動体１０は、永久磁石１２により図示の中立位置に保持される。コイル７に電流を流すと、図示の太線の閉じた磁束が生じ、可動体１０は矢印Ａ方向に移動する。電流の流れ方向を反対にすると、磁束の方向も変わり、矢印Ａと反対の方向に移動する。つまりコイル７に交流電流を通電すると、可動体１０が往復動し、圧縮空間１５でヘリウムが圧縮、膨張され、圧縮空間１５のヘリウムは配管１７を介して蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍発生部１８へ往復流動を繰り返し、冷凍発生部１８で冷凍を発生する。

可動体１０は、圧縮空間１５のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、バッファ空間１６のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、永久磁石１２の磁気バネとを合成した合成バネとにより振動系を形成し、固有の共振周波数を持つ。

図２のリニア圧縮機４０も図１のリニア圧縮機２０と同様に、コイル７に交流電流を通電すると、可動体３０が往復動し、蓄冷型冷凍機４０ａの冷凍発生部１８で冷凍を発生する。また、可動体３０も、圧縮空間１５で生じるガスバネと、バッファ空間３６で生じるガスバネと、永久磁石３２の磁気バネとを合成した合成バネとにより振動系を形成し、固有の共振周波数を持つ。

リニア圧縮機２０、４０は共に、共振周波数の近傍で稼動すると可動体１０、３０のストロークが大きくなり、圧縮効率が高くなり、可動体１０、３０の質量を変えるとリニア圧縮機２０、４０の共振周波数はそれぞれ変わる。

蓄冷型冷凍機２０ａ、４０ａの冷凍発生部１８の冷凍効率を高くする運転周波数は、必ずしもリニア圧縮機２０、４０の効率を高くする共振周波数とが合うとは限らず、リニア圧縮機２０、４０の共振周波数を高い冷凍効率が得られる冷凍機の運転周波数に合わせるとリニア圧縮機２０、４０の消費電力が少なく、蓄冷型冷凍機２０ａ、４０ａの冷凍発生部１８で発生する冷凍量は大きくなる。

従って、蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機２０の共振周波数より低い場合は、可動体１０の調整部材１４を配設したり、調整部材１４の質量を大きくすることで、可動体１０の質量が増加でき、可動体１０の共振周波数は低くなり、該共振周波数は蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍効率を高くする運転周波数に合うとともに、リニア圧縮機の圧縮効率が高くなる。

蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機２０の共振周波数より高い場合は、可動体１０に調整部材１４の質量を小さくしたり、調整部材１４を取除いたり、あるいはピストン５３の背面に空間を配備してピストン５３の質量を小さくすることにより、可動体１０の質量が減少でき、可動体１０の共振周波数は高くなり、該共振周波数は蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍効率を高くする運転周波数に合うとともに、リニア圧縮機の圧縮効率が高くなる。

以上により、リニア圧縮機２０の共振周波数を蓄冷型冷凍機２０ａの冷凍効率を高くする周波数に合わせるように可動体１０の質量を調整でき、蓄冷型冷凍機２０ａの高い冷凍効率が得られる運転周波数で、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機２０を提供する。

また、蓄冷型冷凍機４０ａの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機４０の共振周波数より高い場合は、内部ヨーク３１に設けた孔３１ｂに対して、シリンダ部１に固定した磁性材の内部固定子３４を微小な間隙を持って往復動可能に挿入する。従って、挿入することで、内部ヨーク３１に設けた孔３１ｂの質量分、可動体３０の質量は減少し、リニア圧縮機４０の共振周波数は内部ヨーク３１に孔３１ｂを設けない場合より高くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機４０ａの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることが出来る。従って、蓄冷型冷凍機４０ａの高い冷凍効率が得られる運転周波数で、高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機４０を提供できる。

図２に示すように、ピストン３３の背面に空間３３ｂを設けて、可動体３０の質量を小さくして、リニア圧縮機４０の共振周波数を調整しても良い。

磁気回路の観点から見ると、外部ヨーク８と内部ヨーク１１（図１）、３１（図２）と、外部ヨーク８と永久磁石１２（図１）、３２（図２）とは、シリンダ２と、シリンダ２と可動体１０（図２）、３０（図３）とのそれぞれの間隙とを介在して磁気回路が形成されており、シリンダ部１のシリンダ２の肉厚を薄くすること、シリンダ２と可動体１０（図１）、３０（図２）との間のそれぞれの間隙を小さくすることで、外部ヨーク８と内部ヨーク１１、３１のそれぞれ磁気ギャップＧ１（図１、図２）、外部ヨーク８と永久磁石１２、３２の磁気ギャップＧ１（図１、図２）は小さくなり、磁気ギャップＧ１は従来技術のコイル可動型のリニアモータのコイル配置によって生じる磁気ギャップより小さくなる。また、内部固定子３４は磁性材であるのでリニアモータ３５の磁束は、内部ヨーク３１と内部固定子３４の間隙と、内部固定子３４とを通過し、磁束が飽和することはほとんど起こらない。内部ヨーク３１と内部固定子３４の間隙も微小であり、この間隙に基づく磁気ギャップＧ２（図２）による磁気抵抗も小さいので、この場合の磁気回路の磁気抵抗は内部固定子３４に孔３１ｂがない場合とほぼ同じある。従って、内部固定子３４に孔３１ｂがない場合と、孔３１ｂがある場合のいずれの場合も、従来技術のコイル可動型のリニアモータより磁気回路の磁気抵抗が小さく、リニアモータ５、３５の効率は従来技術より高くなる。

また、永久磁石１２、３２がシリンダ部１の内部の可動体１０、３０に配備されるのでリニアモータ５、３５が小型になる。

調整部材１４およびピストン１３、３３の少なくと一つが非磁性体であることにより、調整部材１４およびピストン１３、３の少なくと一つは磁束が流れ難く、無駄な漏れ磁束が少なくなるので、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機２０、４０の効率が高くなる。

尚、ピストン１３、３３にはピストンリング１３ａ、３３ａを設けてガスをシールするが、ピストンリング１３ａ、３３ａを設けずピストン１３、３３に樹脂摺動部材のリング（図示せず）を接着し、リングの外周面とシリンダ２の内周面の間隙を微小にしたクリアランスシール方式でガスをシールしてもよい。この場合、内部ヨーク１１、３１のピストン側に設けたライダリング１１ａ、３１ａは設けなくてもよい。

また、バッファ空間１６、３６側の可動体１０、３０の端部をシリンダ部１に固定された板バネ（図示せず）で可動体１０，３０とシリンダ２が同心になるように支持してもよい。この場合、前述の合成バネは、新たに板バネが加わり、板バネと、圧縮空間１５のガスバネと、バッファ空間１６、３６のガスバネと、磁気バネとを合成したものになる。また、可動体１０、３０は、ガスシールをクリアランスシールにし、支持を板バネで支持することで、内部ヨーク１１、３１に接着したライダリング１１ａ、３１ａを設けないように構成してもよい。

（実施例２）
図３は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が外部ヨークに設けられた場合を示す。詳しくは、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせる調整を示す図である。

図４は図３のＢＢ断面を示し、図５は図３のＣＣ断面を示す。

図３の蓄冷型冷凍機６０ａが図１の蓄冷型冷凍機２０ａと異なる点は、リニア圧縮機６０のリニアモータ５５の永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを外部ヨーク５８に設けたことであり、図１と異なる構成について図３、図４、図５を参照しつつ説明する。図１と同じ形状の部位は、図１の符号と同じ符号を付す。

リニアモータ５５は、シリンダ２に挿嵌された外部固定子５６と、シリンダ２に摺動可能に外接する可動体５０とを備える。

外部固定子５６は、外形が四角で内側に突出し互いに対向するティース部５８ａ（図４）、５８ｂ（図４）を有する磁性材の磁性鋼板を多数枚積層した外部ヨーク５８と、外部ヨーク５８のティース部５８ａ、５８ｂにそれぞれ巻かれたコイル５７ａ、５７ｂと、ティース部５８ａの端部に設けられた円弧状の永久磁石５２ａ、５２ｂと、ティース部５８ｂの端部に設けられた永久磁石５２ｃ、５２ｄとから構成される。永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの外周面は、それぞれティース部５８ａ、５８ｂに接着材などで固定され、内周面もシリンダ２の外周面に接着材などで固定される。永久磁石５２ａ、５２ｂの外周面はそれぞれＳ極、Ｎ極に、そして内周面はそれぞれＮ極、Ｓ極に磁化され、永久磁石５２ｃ、５２ｄの外周面はそれぞれＮ極、Ｓ極に、そして内周面はそれぞれＳ極、Ｎ極に磁化される。

外部固定子５６の軸方向の内周側の両端には、外部固定子５６の位置を固定するストッパ５９がシリンダ２の外周面に点溶接などで固定される。

可動体５０は、磁性材の円柱状の内部ヨーク５１と、内部ヨーク５１の両端の凸部に篏合固定した非磁性材のピストン５３と、可動体５０の質量を調整する非磁性材の調整部材５４と、内部ヨーク５１の両端側の外周面に接着される樹脂摺動材のライダリング５１ａと、ピストン５３に設けられる樹脂摺動材のピストンリング５３ａとから構成される。可動体５０は、シリンダ２の内周面をスムーズに摺動するようにシリンダ２とライダリング５１ａとは微小な間隙（例えば、略０．０２ｍｍ）を持って挿入される。

図６は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で、永久磁石が外部ヨークに設けられた場合を示す。詳しくは、蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合に対応する共振周波数の調整を示す図である。

図７は図６のＤＤ断面を示し、図８は図６のＥＥ断面を示す。

図６の蓄冷型冷凍機８０ａが図３の蓄冷型冷凍機６０ａと異なる点は、リニア圧縮機６０のリニアモータ６５の可動体７０の構造が異なることと、新たに内部固定子７４が設けられたことである。図３と異なる構成について図６、図７、図８を参照しつつ説明する。図３と同じ形状の部位は、図３の符号と同じ符号を付す。

磁性材の内部ヨーク７１は、貫通する孔７１ｂが篏合固定され、孔７１ｂの内周面に対し微小な間隙（例えば、略０．０５ｍｍ）を持って磁性材の内部固定子７４が挿入され、内部固定子７４はキャップ４の凹部に固定される。

内部ヨーク７１の一端側の凸には、非磁性材のピストン７３が設けられ、ピストン７３の外周面には樹脂摺動部材のピストンリング７３ａが設けられ．また、内部ヨーク７１の外周側には、図３の内部ヨーク１１と同様に樹脂摺動部材のライダリング７１ａが接着される。このようにして可動体７０は、ライダリング７１ａを備えた内部ヨーク７１と、ピストンリング７３ａを備えたピストン７３とから構成される。

尚、内部固定子７４のピストン７３側の端面が図６の２点鎖線で示されるように短く、且つ可動体７０がフルストローク移動してもピストン７３の背面に当らない場合は、ピストン７３の背部の空間７３ｂを設けなくてもよい。

次に、実施例２の作用と効果について説明する。

図３〜図５において、内部ヨーク５１の図３の左端側（ＢＢ断面側）と永久磁石５２ａ、５２ｃでは、図４に示すようにコイル５７ａ、５７ｂを流れる電流よって生じる磁束Φｉ１の方向が永久磁石５２ａ、５２ｃの磁束Φｍ２の方向と同じであると左端側の間隙の磁束はΦｉ１＋Φｍ１となり強まる。一方、内部ヨーク５１の図３の右端側（ＣＣ断面側）と永久磁石５２ｂ、５２ｄでは、図５に示すようにコイル５７ａ、５７ｂを流れる電流よって生じる磁束Φｉ２の方向は永久磁石５２ｂ、５２ｄの磁束Φｍ２の方向に対し反対方向であるので、右端側の間隙の磁束は（Φｉ２−Φｍ２）となり弱まる。この結果、内部ヨーク５１の左端側の間隙の磁束が右端側の間隙の磁束のより大きくなりＡ方向（図３）に可動体５０が移動する。

コイル５７ａ、５７ｂを流れる電流の向きが逆方向になると、電流よって生じる磁束Φｉ１の方向は前述と逆の方向で、左端側の間隙の磁束はΦｉ１−Φｍ１となり弱まり、右端側の間隙の磁束は（Φｉ２＋Φｍ２）となり強まる。結果、内部ヨーク５１の左端側の間隙の磁束が右端側の間隙の磁束より小さくなり、図示のＡ方向の反対方向に可動体５０が移動する。つまり、コイル５７ａ、５７ｂに交流電流を流すことで、内部ヨーク５１右端側と左端側の間隙の磁束に偏りを生じ、内部ヨーク５１、即ち可動体５０が往復動する。

図６〜図８においても図３〜図５と同じように、コイル５７ａ、５７ｂに交流電流を流すと、図７に示すようにリニアモータ６５の左端側（ＤＤ断面側）の磁束が（電流による磁束Φｉ３＋永久磁石５２ａ、５２ｃによる磁束Φｍ３）なり、図８に示すように右端側（ＥＥ断面側）の磁束は（電流による磁束Φｉ４−永久磁石５２ｂ、５２ｄによる磁束Φｍ４）にる。電流の向きが変わると、左端側のギャップの磁束は（Φｉ３−磁束Φｍ３）、右端側のギャップの磁束は（Φｉ４＋Φｍ４）になり、内部ヨーク７１の右端側と左端側のギャップの磁束に偏りを生じ、内部ヨーク７１、即ち可動体７０が往復動する。

図６が図３と異なる点は、内部ヨーク７１を流れる磁束が内部ヨーク７１と内部固定７４との間の磁気ギャップＧ２と、内部固定７４を流れることである。即ち、図６の場合は内部ヨーク５１と内部固定７４との間の磁気ギャップＧ２があるが、図３では内部固定７４がないのでこの磁気ギャップＧ２はないが、内部ヨーク５１と内部固定７４との間の間隙の幅は、微小であるので磁気ギャップＧ２の磁気抵抗は小さく磁気回路の磁束にはほとんど影響しない。

図１と、図３の場合と同様に、図３のリニア圧縮機６０と、図６のリニア圧縮機８０は、それぞれ可動体５０、７０が圧縮空間１５（図３、図６）のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、バッファ空間１６（図３）、バッファ空間３６（図６）のヘリウムの圧縮、膨張によって生じるガスバネと、永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２、５２ｄの磁気バネとを合成した合成バネとにより振動系を形成し、それぞれ固有の共振周波数を持ち、可動体５０、７０の質量を変えるとこの共振周波数はそれぞれ変わる。

図１の蓄冷型冷凍機２０ａと同様の理由により、リニア圧縮機６０の共振周波数を蓄冷型冷凍機６０ａの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせるように可動体５０の質量を調整でき、蓄冷型冷凍機６０ａの高い冷凍効率が得られる運転周波数で高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機６０を提供できる。

図３の蓄冷型冷凍機６０ａの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機６０の共振周波数より低い場合は、可動体５０に調整部材５４を配設することで、可動体５０の質量が増加するので可動体５０の共振周波数は低くなり、該共振周波数は蓄冷型冷凍機６０ａの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることができる。

図２の蓄冷型冷凍機４０ａと同様、図６の蓄冷型冷凍機８０ａの冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機８０の共振周波数より高い場合は、内部ヨーク７１に設けた孔７１ｂに対して、シリンダ部１に固定した磁性材の内部固定子７４を微小な間隙を持って往復動可能に挿入する。従って、挿入することで、内部ヨーク７１に設けた孔７１ｂの質量分、可動体７０の質量は減少し、リニア圧縮機８０の共振周波数は内部ヨーク７１に孔７１ｂを設けない場合より高くなり、該共振周波数を蓄冷型冷凍機８０ａの冷凍効率を高くする運転周波数に合わせることが出来る。従って、蓄冷型冷凍機８０ａの高い冷凍効率が得られる運転周波数で高い効率で駆動される蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機８０を提供できる。

図６に示すように、ピストン７３の背面に空間７３ｂを設けて、可動体７０の質量を小さくして、リニア圧縮機８０の共振周波数を調整しても良い。

磁気回路の関点から見ると、永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと内部ヨーク５１（図３）、７１（図６）とは、それぞれのシリンダ２（図３、図６）と、シリンダ２と内部ヨーク５１、７１とのそれぞれの間隙とを介在して磁気回路が形成されており、シリンダ部１のシリンダ２の肉厚を薄くすること、シリンダ２と内部ヨーク５１、７１のそれぞれの間隙を小さくすることとで、外部ヨーク８と内部ヨーク５１、７１の間の磁気ギャップＧ１（図３、図６）は小さくなり、磁気ギャップＧ１は従来技術のコイル可動型のリニアモータのコイル配置によって生じる磁気ギャップより小さくなる。また、内部固定子７４は磁性材であるのでリニアモータ６５の磁束は、内部ヨーク７１と内部固定子７４の間隙と、内部固定子７４とを通過し、磁束が飽和することはほとんど起こらない。また、内部ヨーク３１と内部固定子３４の間隙も微小であり、この間隙に基づく磁気ギャップＧ２による磁気抵抗も小さいので、磁気回路の磁束にはほとんど影響をおよばさない。従って、内部固定子７４に孔７１ｂがない場合と、孔７１ｂがある場合のいずれの場合も、従来技術のコイル可動型のリニアモータより磁気回路の磁気抵抗が小さく、リニアモータ５５および６５の効率は向上し、効率の高いリニア圧縮機用のリニアモータ５５、６５を提供できる。

また、永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄはシリンダ２に挿嵌される外部固定子６に配備されるので、ファン（図示せず）などで強制的に冷却でき、永久磁石５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの温度上昇による保持エネルギーの劣化を防げる。

調整部材５４およびピストン５３、７３の少なくと一つが非磁性体であることにより、調整部材５４およびピストン５３、７３の少なくと一つは磁束が流れ難く、無駄な漏れ磁束が少なくなるので、蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機６０、８０の効率が高くなる。

本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で永久磁石が内部ヨークに設けられた場合を示し、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせる調整を示す図である。 本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で永久磁石が内部ヨークに設けられた場合を示し、蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合の調整を示す図である。 本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で永久磁石が外部ヨークに設けられた場合を示し、リニア圧縮機の共振周波数を蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数に合わせる調整を示す図である。 図３のＢ―Ｂ断面を示す。 図３のＣ―Ｃ断面を示す。 本発明に係わる蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機に冷凍発生部を接続した断面図で永久磁石が外部ヨークに設けられた場合を示し、蓄冷型冷凍機の冷凍効率を高くする運転周波数が、リニア圧縮機の共振周波数より高い場合の調整を示す図である。 図６のＤ―Ｄ断面を示す。 図６のＥ―Ｅ断面を示す。

符号の説明

１ シリンダ部
２ シリンダ
５、３５、５５、６５ リニアモータ
６、５６ 外部固定子
７、５７ａ、５７ｂ コイル
８、５８ 外部ヨーク
１０、３０、５０、７０ 可動体
１１、３１、５１、７１ 内部ヨーク
１２、３２、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ 永久磁石
１３、３３、５３、７３ ピストン
１４、５４ 調整部材
１５ 圧縮空間
１６、３６ バッファ空間
１８ 冷凍発生部
２０、４０、６０、８０ リニア圧縮機
２０ａ、４０ａ、６０ａ、８０ａ 蓄冷型冷凍機
３１ｂ、７１ｂ 孔

Claims (4)

1. 磁性材の外部ヨークにコイルを備える外部固定子と、前記外部固定子に対し往復動し、磁性材の内部ヨークにピストンを備える可動体と、前記内部ヨークまたは前記外部ヨークのいずれかに備えられる永久磁石と、を備えるリニアモータと、
   前記可動体が摺動可能に外接するとともに、前記外部固定子の内周面側に挿嵌される非磁性材のシリンダを備えるシリンダ部と、
   前記シリンダ部と前記ピストンとによって形成される圧縮空間と、
   前記ピストンに対して反対側の前記可動体とシリンダ部とによって形成されるバッファ空間と、を有する蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機であって、
   前記リニア圧縮機は、前記蓄冷型冷凍機の冷凍発生部に接続され、
   前記リニア圧縮機の共振周波数を可変とする調整部材を前記可動体に付加した、ことを特徴とする蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機。
2. 前記蓄冷型冷凍機の運転時の運転周波数が、前記共振周波数より低い場合に、前記調整部材が付加される、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機。
3. 前記内部ヨークに孔を形成し、前記蓄冷型冷凍機運転周波数が、前記共振周波数より高い場合、前記シリンダ部に固定した磁性材の内部固定子を前記孔に往復動可能に挿入する、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機。
4. 前記調整部材および前記ピストンの少なくとも一つが非磁性体である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の蓄冷型冷凍機用のリニア圧縮機。

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