JP2009177973A - Linear motor, and stirling engine and stirling engine mounted apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニアモータおよびスターリング機関ならびにスターリング機関搭載機器に関し、特に、可動磁石部を軸方向に動かすリニアモータ、ならびにそれを備えたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器に関する。 The present invention relates to a linear motor, a Stirling engine, and a Stirling engine-equipped device, and more particularly to a linear motor that moves a movable magnet portion in an axial direction, and a Stirling engine and a Stirling engine-equipped device including the linear motor.
ピストンを駆動するリニアモータが従来から知られている。
たとえば、特開平8−200212号公報(特許文献1)には、リニアコンプレッサにおける電動要素を、固定子と、この固定子によって発生する磁界と永久磁石との作用によって往復動される振動子とから構成することが記載されている。ここで、振動子においては、極性の相異なる永久磁石をピストンの移動方向に並設する。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-200212 (Patent Document 1) discloses that an electric element in a linear compressor includes a stator and a vibrator that is reciprocated by the action of a magnetic field generated by the stator and a permanent magnet. The composition is described. Here, in the vibrator, permanent magnets having different polarities are arranged in parallel in the moving direction of the piston.
上記のような振動子を定常的に往復動させるためには、当該振動子にその変位量に応じた復元力を作用させる必要がある。 In order to constantly reciprocate the vibrator as described above, it is necessary to apply a restoring force corresponding to the displacement amount to the vibrator.
特許文献1に記載の電動要素では、永久磁石の両側に設けられたバネ部材によって振動子に復元力を作用させている。このようなバネ部材を設けることにより、部品点数が増大し、結果として、電動要素の製造コストが増大する。 In the electric element described in Patent Document 1, a restoring force is applied to the vibrator by spring members provided on both sides of the permanent magnet. By providing such a spring member, the number of parts increases, and as a result, the manufacturing cost of the electric element increases.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、製造コストが低減されたリニアモータならびに該リニアモータを備えたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a linear motor with reduced manufacturing costs, a Stirling engine equipped with the linear motor, and a Stirling engine-equipped device. It is in.
本発明に係るリニアモータは、リング状のアウターヨークと、アウターヨークに巻回されたコイルと、アウターヨークの内周側に設けられ、該アウターヨークと同じ軸長を有しアウターヨークと軸方向の位置を合わせて設けられたインナーヨークと、アウターヨークとインナーヨークとの間で軸方向に往復運動する可動磁石部とを備える。可動磁石部は、軸方向に並ぶ第1と第2磁石を含み、第1と第2磁石は、それぞれ一対の磁極が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられ、可動磁石部が振幅中心に位置するときに、第1と第2磁石の境界と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸方向中心とが一致し、第1磁石の軸長L1と、第2磁石の軸長L2と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸長Lと、可動磁石部の振幅Sとが、L1≧S+L/2、かつ、L2≧S+L/2の関係を満たす。 A linear motor according to the present invention is provided on a ring-shaped outer yoke, a coil wound around the outer yoke, and an inner peripheral side of the outer yoke, and has the same axial length as the outer yoke and the axial direction of the outer yoke. And an inner yoke provided with the same position, and a movable magnet portion that reciprocates in the axial direction between the outer yoke and the inner yoke. The movable magnet unit includes first and second magnets arranged in the axial direction. The first and second magnets are provided such that a pair of magnetic poles are arranged in the radial direction in the opposite order, and the movable magnet unit has an amplitude. When located at the center, the boundary between the first and second magnets coincides with the axial center of the outer yoke and the inner yoke, the axial length L1 of the first magnet, the axial length L2 of the second magnet, and the outer The axial length L of the yoke and inner yoke and the amplitude S of the movable magnet portion satisfy the relationship of L1 ≧ S + L / 2 and L2 ≧ S + L / 2.
上記構成によれば、可動磁石部の可動範囲の全域で可動磁石部の変位量に応じた大きさの磁力による復元力を可動磁石部に作用させることができるので、この復元力を生じさせるためのバネ部材を省略することができる。この結果、リニアモータの製造コストが低減される。 According to the above configuration, since the restoring force by the magnetic force having the magnitude corresponding to the displacement amount of the movable magnet portion can be applied to the movable magnet portion over the entire movable range of the movable magnet portion, the restoring force is generated. The spring member can be omitted. As a result, the manufacturing cost of the linear motor is reduced.
1つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、アウターヨークおよびインナーヨークは、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって形成される。 In one embodiment, in the linear motor, the outer yoke and the inner yoke are formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction.
1つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、第1磁石の軸長L1と、第2磁石の軸長L2とが、L1=L2の関係を満たす。 In one embodiment, in the linear motor, the axial length L1 of the first magnet and the axial length L2 of the second magnet satisfy the relationship L1 = L2.
1つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、第1磁石の軸長L1と、第2磁石の軸長L2と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸長Lと、可動磁石部の振幅Sとが、L1=L2=2S=Lの関係を満たす。 In one embodiment, in the linear motor, the axial length L1 of the first magnet, the axial length L2 of the second magnet, the axial length L of the outer yoke and the inner yoke, and the amplitude S of the movable magnet portion are L1. = L2 = 2S = L is satisfied.
1つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、アウターヨークは、該アウターヨークの内周面上でインナーヨークに向かって突出するように形成されたティース部を有し、コイルは、ティース部に巻回される。 In one embodiment, in the linear motor, the outer yoke has a tooth portion formed so as to protrude toward the inner yoke on the inner peripheral surface of the outer yoke, and the coil is wound around the tooth portion. Is done.
本発明に係るスターリング機関は、背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、ケーシング内に組付けられたシリンダと、背圧空間と作動空間との間に設けられ、シリンダ内を往復運動することで作動空間内の作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、圧縮空間と膨張空間との間に設けられ、ピストンによる圧力変動によりシリンダ内を往復運動するディスプレーサと、上述したリニアモータとを備え、上記リニアモータによってピストンを駆動している。また、本発明に係るスターリング機関搭載機器は、上述したスターリング機関を備える。 A Stirling engine according to the present invention has a back pressure space, a working space including a compression space and an expansion space, a casing in which a working medium is enclosed, a cylinder assembled in the casing, a back pressure space, and an operation. Is provided between the piston, which reciprocates in the cylinder and applies pressure fluctuations to the working medium in the working space, and between the compression space and the expansion space. A displacer that reciprocates and the linear motor described above are provided, and the piston is driven by the linear motor. A Stirling engine-equipped device according to the present invention includes the Stirling engine described above.
これにより、製造コストが低減されたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器が得られる。 As a result, a Stirling engine and a Stirling engine-equipped device with reduced manufacturing costs can be obtained.
本発明によれば、リニアモータのピストンに復元力を作用させるバネ部材を省略することができるので、リニアモータの製造コストを低減することができる。 According to the present invention, since the spring member that applies a restoring force to the piston of the linear motor can be omitted, the manufacturing cost of the linear motor can be reduced.
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below. Note that the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。 Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the following embodiments, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified. In addition, when there are a plurality of embodiments below, it is planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the embodiments unless otherwise specified.
(スターリング冷却庫の説明)
図1は、本発明の1つの実施の形態に係る「スターリング機関搭載機器」としてのスターリング冷却庫の配管系統図である。
(Description of Stirling refrigerator)
FIG. 1 is a piping system diagram of a Stirling refrigerator as a “Stirling engine-equipped device” according to one embodiment of the present invention.
図1を参照して、スターリング冷却庫1000は、低温部および高温部を有するスターリング冷凍機100(スターリング機関)と、上記低温部の冷熱を伝達するための冷媒回路である低温側循環回路200と、上記高温部の熱を伝達するための冷媒回路である第1高温側循環回路300および第2高温側循環回路400とを含んで構成される。
Referring to FIG. 1, a Stirling
低温側循環回路200は、低温側蒸発器210と、冷媒配管220,230と、スターリング冷凍機100の低温部に取り付けられた低温側凝縮器240と、ファン250とを含んで構成される。低温側循環回路200は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機100の低温部との熱交換を行なう。
The low temperature
低温側循環回路200内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器240において凝縮した冷媒は冷媒配管230(低温側導管)を流れて低温側蒸発器210に達する。低温側蒸発器210において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器210近傍に気流を生じさせるファン250が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、冷媒配管220(低温側戻り管)を介して低温側凝縮器240に戻る。低温側凝縮器240に流入し、凝縮した冷媒は、冷媒配管230に流入する。
In the low temperature
低温側循環回路200においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機100の低温部で発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器210が低温側凝縮器240より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
In the low-temperature
第1高温側循環回路300は、高温側凝縮器310と、冷媒配管320,330と、高温側蒸発器340とを含んで構成される。第1高温側循環回路300は、スターリング冷凍機100の高温部の冷却を行なう。
The first high temperature
第1高温側循環回路300内には水(H2O)などが冷媒として封入されている。高温
側蒸発器340において蒸発した冷媒は冷媒配管330(高温側導管)を流れて高温側凝縮器310に達する。高温側凝縮器310において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器310近傍に気流を生じさせるファン350が設けられている。凝縮した冷媒は、冷媒配管320(高温側戻り管)を流れて高温側蒸発器340に戻る。第1高温側循環回路300においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機100の高温部で発生した熱を伝達することができるように、高温側凝縮器310が高温側蒸発器340より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
Water (H 2 O) or the like is sealed in the first high temperature
第2高温側循環回路400は、冷媒配管410,430,450と、循環ポンプ420と、発露防止パイプ440とを含んで構成される。第2高温側循環回路400は、スターリング冷凍機100の高温部の熱を発露防止パイプ440に伝達する。
The second high temperature
冷媒配管410は、高温側蒸発器340の下部に接続されている。高温側蒸発器340から冷媒配管410に液相の冷媒が流入する。冷媒配管410に流入した冷媒は、スターリング冷凍機100よりも下方に設けられた循環ポンプ420に達する。循環ポンプ420から吐出された冷媒は、冷媒配管430を介して発露防止パイプ440に送られる。発露防止パイプ440内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機100の高温部から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ440を冷却庫の前面に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ440内を流れた冷媒は、冷媒配管450を介して高温側蒸発器340内に戻る。このように、第2高温側循環回路400においては、循環ポンプ420による強制循環が行なわれている。
The
スターリング冷凍機100を作動させると、該冷凍機100の高温部で発生した熱が、高温側凝縮器310を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機100の低温部で発生した冷熱は、低温側蒸発器210を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器210近傍に送られ、繰り返し冷却される。
When the
なお、図1の例では、スターリング冷凍機100における高温部と低温部とが水平方向に並ぶように(すなわち、横向きに)スターリング冷凍機100が設置されているが、スターリング冷凍機100における高温部と低温部とが鉛直方向に並ぶように(すなわち、縦向きに)、より具体的には、スターリング冷凍機100の高温部が当該スターリング冷凍機100の低温部の上側に位置するようにスターリング冷凍機100が設置されてもよい。
In the example of FIG. 1, the
(スターリング冷凍機の説明)
図2は、本発明の1つの実施の形態に係る「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機を示した側断面図である。図2を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷凍機100は、フリーピストン型のスターリング機関であって、高温部111および低温部112を含むケーシング110と、該ケーシング110に組付けられたシリンダ120(121,122)と、シリンダ121,122内でそれぞれ往復動するピストン130およびディスプレーサ140と、圧縮空間151および膨張空間152を含む作動空間150と、再生器160と、熱交換器161,162と、背圧空間170と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ180と、ディスプレーサスプリング190とを含んで構成される。
(Description of Stirling refrigerator)
FIG. 2 is a side sectional view showing a Stirling refrigerator as a “Stirling engine” according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2,
ケーシング110は、背圧空間170を規定する。ケーシング110には、シリンダ120、リニアモータ180をはじめとする種々の部品が組付けられる。ケーシング110の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
The
シリンダ121,122は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン130およびフリーピストンとしてのディスプレーサ140をそれぞれ往復動可能に受け入れる。シリンダ120内において、ピストン130とディスプレーサ140とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン130およびディスプレーサ140によって作動空間150が圧縮空間151と膨張空間152とに区画される。より詳しくは、作動空間150は、ピストン130におけるディスプレーサ140側の端面よりもディスプレーサ140側に位置する空間であり、ピストン130とディスプレーサ140との間に圧縮空間151が形成され、ディスプレーサ140と低温部112との間に膨張空間152が形成される。圧縮空間151は主に高温部111によって囲まれ、膨張空間152は主に低温部112によって囲まれている。
The
シリンダ122には、ロッド部材122Aが取り付けられ、ロッド部材122Aは、ディスプレーサ140の内部空間に達するようにディスプレーサ140に挿通されている。そして、ディスプレーサ140の内部空間に達したロッド部材122Aとディスプレーサ140の内面との間に、コイルスプリングからなるディスプレーサスプリング190が設けられている。ディスプレーサスプリング190は、ディスプレーサ140に弾性力を付与する。該ディスプレーサスプリング190による弾性力を付加することにより、シリンダ122内でディスプレーサ140をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。
A
圧縮空間151と膨張空間152との間には、所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器160が配設されており、この再生器160を介して圧縮空間151と膨張空間152とが連通する。それにより、スターリング冷凍機100内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン130およびディスプレーサ140の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現される。
Between the
高温部111、低温部112の内周面上には、それぞれ熱交換器161と熱交換器162とが設けられる。熱交換器161,162は、それぞれ、圧縮空間151、膨張空間152と高温部111、低温部112との間の熱交換を行なう。
On the inner peripheral surfaces of the
ピストン130に対しディスプレーサ140と反対側には、ケーシング110によって囲まれた背圧空間170が配設されている。この背圧空間170内にも、作動媒体が存在
する。
A
背圧空間170におけるシリンダ120の外側に位置する部分には、リニアモータ180が配設される。リニアモータ180は、コイルが巻回されたアウターヨーク181と、インナーヨーク182と、可動磁石部183とを含む。このリニアモータ180によって、シリンダ121の軸方向にピストン130が駆動される。
A
次に、このスターリング冷凍機100の動作について説明する。
本冷凍機は、いわゆる逆スターリングサイクルを利用して冷凍効果を得るものである。ピストン130はリニアモータ180により駆動されて正弦運動する。ピストン130の動きにより圧縮空間151内の作動媒体は正弦波状の圧力変化を示す。圧縮された作動媒体は高温部111で圧縮熱を放出し、シリンダ120外に設けられた再生器160を通過する際に予冷され、膨張空間152へと流入する。
Next, the operation of the
This refrigerator obtains a refrigeration effect using a so-called reverse Stirling cycle. The
ディスプレーサ140は、定常運転時にはピストン130と同周期で一定の位相差をもって正弦運動し、その位相差や振幅は、ディスプレーサスプリング190のバネ定数や、時々刻々と変化する圧縮空間151と膨張空間152との圧力差、ディスプレーサ140の質量、動作周波数等によって決まる。この位相差については、一般的には90度程度が最適条件であると言われている。
The
膨張空間152へと流入した作動媒体は、このディスプレーサ140の正弦運動により膨張し、これによって膨張空間152内の温度は著しく低下する。このとき発生した極低温(たとえば−50℃程度)を低温部112を介して冷却庫内へ伝達することにより、所望の冷却効果が得られる。
The working medium that has flowed into the
図3は、スターリング冷凍機100の変形例を示した側断面図である。図3を参照して、本変形例に係るスターリング冷凍機100においては、ディスプレーサ140の圧縮空間151側の軸方向端面から突出するディスプレーサロッド140Aが設けられ、ディスプレーサロッド140Aをピストン130のセンター穴に貫通させて背圧空間170にまで延ばし、背圧空間170内に設けられたディスプレーサスプリング190に連結している。このような構造のスターリング冷凍機100についても、図2に示すスターリング冷凍機100と同様に動作させることができる。
FIG. 3 is a side sectional view showing a modified example of the
図2,図3に示すスターリング冷凍機100の特徴は、ディスプレーサ140に弾性力を付与するディスプレーサスプリング190を設ける一方で、ピストン130に弾性力を付与するピストンスプリングを設けていない点である。このように、ピストンスプリングを設けていないにも拘らず、シリンダ121内でピストン130を安定して周期的に往復動させることができるのは、リニアモータ180に特徴的な構造を採用しているからである。以下では、ピストン130の往復動を安定させることが可能なリニアモータ180の構造について説明する。
The
(リニアモータの構造の説明)
ここでは、図4〜図7を用いて、本実施の形態に係るリニアモータの構造について説明する。なお、図4は、本実施の形態に係るリニアモータにおけるアウターヨークおよびインナーヨークを示す上面図であり、図5は、図4におけるV−V断面図である。また、図6,図7は、それぞれ、本実施の形態に係るリニアモータを示す上面図および縦断面図である。
(Description of linear motor structure)
Here, the structure of the linear motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4 is a top view showing an outer yoke and an inner yoke in the linear motor according to the present embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 6 and 7 are a top view and a longitudinal sectional view showing the linear motor according to the present embodiment, respectively.
図4〜図7を参照して、本実施の形態に係るリニアモータは、リング状のアウターヨーク181と、アウターヨーク181の内周側に設けられたインナーヨーク182と、アウターヨーク181とインナーヨーク182との間で軸方向に往復運動する可動磁石部183とを含んで構成される。
4 to 7, the linear motor according to the present embodiment includes a ring-shaped
図4,図6に示すように、アウターヨーク181は、ティース部181Tを有し、ティース部181Tにはコイル181Aが巻回される。また、図5,図7に示すように、インナーヨーク182は、アウターヨーク181と同じ軸長(L)を有し、アウターヨーク181と軸方向の位置を合わせて設けられる。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
図4を参照して、ティース部181Tは、アウターヨーク181の内周面から径方向内方に向かって突出するように設けられる。ティース部181Tは、アウターヨーク181の周方向に等間隔に並ぶように複数設けられる。
Referring to FIG. 4,
図5を参照して、アウターヨーク181およびインナーヨーク182は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって形成されている。アウターヨーク181を構成する電磁鋼板の厚みと、インナーヨーク182を構成する電磁鋼板の厚みとは、同じである。このようにすることで、アウターヨーク181を構成する電磁鋼板と、インナーヨーク182を構成する電磁鋼板とを1枚の電磁鋼板から1回のプレス処理で作製することができるので、リニアモータの製造コストを低減することができる。
Referring to FIG. 5,
図7を参照して、可動磁石部183は、第1磁石183Aと、第2磁石183Bと、第1と第2磁石183A,183Bを保持するホルダ183Cとを含んで構成される。軸方向に並ぶ第1と第2磁石183A,183Bは、それぞれ一対の磁極(N極/S極)が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられる。より具体的には、第1の磁石183Aは、N極が径方向内側、S極が径方向外側に位置するように設けられるのに対し、第2の磁石183Bは、S極が径方向内側、N極が径方向外側に位置するように設けられる。図7は、可動磁石部183が振幅中心に位置する状態を示している。第1と第2磁石183A,183Bの境界は、図7の状態でアウターヨーク181およびインナーヨーク182の軸方向中心と一致している。ホルダ183Cは、ピストン130に連結されている。ピストン130は、可動磁石部183とともに図7中の上下方向に往復動する。
Referring to FIG. 7,
可動磁石部183が図7の状態よりも若干上側にずれた状態で、コイル181Aに所定の方向の電流を流してアウターヨーク181からインナーヨーク182に磁束が流れるようにする(すなわち、アウターヨーク181にN極を形成し、インナーヨーク182にS極を形成する)と、第1磁石183Aの中心をアウターヨーク181およびインナーヨーク182の軸方向中心に向かって近づけ、他方、第2磁石183Bの中心をアウターヨーク181およびインナーヨーク182の軸方向中心から遠ざけるような磁力が可動磁石部183に作用する。すなわち、可動磁石部183が振幅中心から図7中の上側に移動した場合、可動磁石部183を振幅中心に戻そうとする下向きの復元力が可動磁石部183に作用する。上記の磁力は、可動磁石部183の図7中の上側への移動量に比例して大きくなる。すなわち、可動磁石部183が図7の状態よりも上側に移動した場合、可動磁石部183には、該可動磁石部183の変位量に応じた復元力が作用する。また、可動磁石部183が図7の状態よりも下側に移動した場合も、アウターヨーク181にS極を形成し、インナーヨーク182にN極を形成するような電流をコイル181Aに流すことにより、上記と同様に、可動磁石部183に該可動磁石部183の変位量に応じた復元力を作用させることができる。
In a state where the
本実施の形態では、第1磁石183Aの軸長L1と、第2磁石183Bの軸長L2と、アウターヨーク181およびインナーヨーク182の軸長Lと、可動磁石部183の振幅Sとが、L1=L2=2S=Lの関係を満たすように設定されている。このようにすることで、可動磁石部183の可動範囲の全域で可動磁石部183の変位量に応じた復元力を該可動磁石部183に作用させることができる。この結果、本実施の形態に係るリニアモータにおいて、可動磁石部183の変位量(=ピストン130の変位量)と可動磁石部183に作用する復元力(=ピストン130に作用する復元力)との関係は、図8に示されるとおりとなる。
In the present embodiment, the axial length L1 of the
図10は、比較例に係るリニアモータを示す縦断面図である。図10に示される比較例では、本実施の形態のように第2磁石部183Bは設けられず、N極(径方向内側)とS極(径方向外側)とが径方向に対向するように設けられた第1磁石183Aと、第1磁石183Aを保持するホルダ183Cとによって可動磁石部183が構成される。また、リング状のアウターヨーク181はC形の断面を有する。コイル181Aは、アウターヨーク181のC字の両端に位置する突極部にN極/S極を形成可能とするようにアウターヨーク181に巻回されている
図10に示されるリニアモータでは、コイル181Aに流される電流の方向を切換えることにより、N極/S極を切換え、可動磁石部183に上下方向の磁力を作用させて可動磁石部183とともにピストン130を往復動させている。より具体的には、図10中の上側の突極部にN極を形成し、下側の突極部にS極を形成すると、第1磁石183Aには上方向の磁力が作用し、可動磁石部183およびピストン130は、上方向に移動する。逆に、図10中の下側の突極部にN極を形成し、上側の突極部にS極を形成すると、第1磁石183Aには下方向の磁力が作用し、可動磁石部183およびピストン130は、下方向に移動する。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a linear motor according to a comparative example. In the comparative example shown in FIG. 10, the second magnet portion 183B is not provided as in the present embodiment, and the N pole (radially inner side) and the S pole (radially outer side) are opposed to each other in the radial direction. The
図10の比較例においては、磁力を利用して可動磁石部183およびピストン130を往復動させているものの、可動磁石部183の変位量に比例して増大して、該可動磁石部183を振幅中心に戻す磁力を発生させることはできない。したがって、図10の比較例では、可動磁石部183およびピストン130を定常的に往復動させるために、可動磁石部183およびピストン130にピストンスプリング130Aを取り付けている。ピストンスプリング130Aは、たとえば、板バネなどにより構成される。このようなピストンスプリング130Aを設けることにより、リニアモータ180の部品点数が増大し、結果として、リニアモータ180の製造コストが増大する。
In the comparative example of FIG. 10, although the
これに対し、本実施の形態に係るリニアモータでは、上述のように、可動磁石部183の可動範囲の全域で可動磁石部183の変位量に応じた磁力による復元力を該可動磁石部183に作用させることができるので、図10に示されるピストンスプリング130Aを省略することができる。この結果、リニアモータ180の製造コストが低減される。
On the other hand, in the linear motor according to the present embodiment, as described above, the restoring force by the magnetic force according to the displacement amount of the
また、本実施の形態のように、ピストンスプリングを省略することにより、コイル181Aに電気を導通させていないときに、ピストン130が予期せぬ動きをしないように保持できるかという問題が生じ得るが、コイル181Aに電流が流れていない場合には、磁力によって第1と第2磁石183A,183Bがアウターヨーク181またはインナーヨーク182に引き寄せられて付着するため、ピストン130が予期せぬ動きをすることは防止される。
Further, as in this embodiment, omitting the piston spring may cause a problem that the
また、本実施の形態に係るリニアモータと、図10に示す比較例に係るリニアモータとでは、動作時の磁束の向きが異なる。本実施の形態に係るリニアモータでは、上述したように、軸方向に複数の電磁鋼板を積層することによって渦電流損を低減することができる。結果として、本実施の形態に係るリニアモータにおける動作時の渦電流損は、図10に示す比較例に係るリニアモータと同程度となる。 Further, the direction of the magnetic flux during operation differs between the linear motor according to the present embodiment and the linear motor according to the comparative example shown in FIG. In the linear motor according to the present embodiment, as described above, eddy current loss can be reduced by stacking a plurality of electromagnetic steel plates in the axial direction. As a result, the eddy current loss during operation of the linear motor according to the present embodiment is approximately the same as that of the linear motor according to the comparative example shown in FIG.
なお、本実施の形態では、第1磁石の軸長L1と、第2磁石の軸長L2と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸長Lと、可動磁石部の振幅Sとが、L1=L2=2S=Lの関係を満たす例について説明したが、L1,L2,L,Sの関係は、これに限定されるものではなく、L1≧S+L/2、かつ、L2≧S+L/2の関係さえ満たせば、上記と同様に、可動磁石部183の可動範囲の全域で可動磁石部183の変位量に応じた復元力を該可動磁石部183に作用させることができる。
In the present embodiment, the axial length L1 of the first magnet, the axial length L2 of the second magnet, the axial length L of the outer yoke and the inner yoke, and the amplitude S of the movable magnet portion are L1 = L2 = Although the example satisfying the relationship of 2S = L has been described, the relationship of L1, L2, L, S is not limited to this, and the relationship of L1 ≧ S + L / 2 and even L2 ≧ S + L / 2 can be satisfied. In the same manner as described above, a restoring force corresponding to the amount of displacement of the
また、本実施の形態では、アウターヨーク181の内周面にティース部181Tを設ける例について説明したが、アウターヨーク181の形態は、これに限定されるものではない。たとえば、アウターヨーク181として、図9に示すように、軸方向に延びる孔部181Bと該孔部181Bを区画するブリッジ部181Cとを形成し、ブリッジ部181Cにコイルを巻回するものを用いることも可能である。
In the present embodiment, the example in which the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 スターリング冷凍機、110 ケーシング、111 高温部、112 低温部、120,121,122 シリンダ、122A ロッド部材、130 ピストン、130A ピストンスプリング、140 ディスプレーサ、140A ディスプレーサロッド、150 作動空間、151 圧縮空間、152 膨張空間、160 再生器、161,162 熱交換器、170 背圧空間、180 リニアモータ、181 アウターヨーク、181A コイル、181B 孔部、181C ブリッジ部、181T ティース部、182 インナーヨーク、183 可動磁石部、183A 第1磁石、183B 第2磁石、183C ホルダ、190 ディスプレーサスプリング、200 低温側循環回路、210 低温側蒸発器、220,230 冷媒配管、240 低温側凝縮器、250 ファン、300 第1高温側循環回路、310 高温側凝縮器、320,330 冷媒配管、340 高温側蒸発器、350 ファン、400 第2高温側循環回路、410,430,450 冷媒配管、420 循環ポンプ、440 発露防止パイプ、1000 スターリング冷却庫。 100 Stirling refrigerator, 110 casing, 111 high temperature part, 112 low temperature part, 120, 121, 122 cylinder, 122A rod member, 130 piston, 130A piston spring, 140 displacer, 140A displacer rod, 150 working space, 151 compression space, 152 Expansion space, 160 regenerator, 161, 162 heat exchanger, 170 back pressure space, 180 linear motor, 181 outer yoke, 181A coil, 181B hole, 181C bridge, 181T teeth, 182 inner yoke, 183 movable magnet , 183A first magnet, 183B second magnet, 183C holder, 190 displacer spring, 200 low temperature side circulation circuit, 210 low temperature side evaporator, 220, 230 refrigerant piping, 40 Low temperature side condenser, 250 fan, 300 First high temperature side circulation circuit, 310 High temperature side condenser, 320, 330 Refrigerant piping, 340 High temperature side evaporator, 350 fan, 400 Second high temperature side circulation circuit, 410, 430, 450 refrigerant piping, 420 circulation pump, 440 anti-condensation pipe, 1000 Stirling cooler.
Claims (7)
前記アウターヨークに巻回されたコイルと、
前記アウターヨークの内周側に設けられ、該アウターヨークと同じ軸長を有し前記アウターヨークと軸方向の位置を合わせて設けられたインナーヨークと、
前記アウターヨークと前記インナーヨークとの間で軸方向に往復運動する可動磁石部とを備え、
前記可動磁石部は、軸方向に並ぶ第1と第2磁石を含み、
前記第1と第2磁石は、それぞれ一対の磁極が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられ、
前記可動磁石部が振幅中心に位置するときに、前記第1と第2磁石の境界と、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークの軸方向中心とが一致し、
前記第1磁石の軸長L1と、前記第2磁石の軸長L2と、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークの軸長Lと、前記可動磁石部の振幅Sとが、
L1≧S+L/2、かつ、L2≧S+L/2の関係を満たす、リニアモータ。 A ring-shaped outer yoke;
A coil wound around the outer yoke;
An inner yoke that is provided on the inner peripheral side of the outer yoke, has the same axial length as the outer yoke, and is aligned with the axial position of the outer yoke;
A movable magnet portion reciprocating in the axial direction between the outer yoke and the inner yoke;
The movable magnet portion includes first and second magnets arranged in the axial direction,
The first and second magnets are provided such that a pair of magnetic poles are arranged in the radial direction in the opposite order,
When the movable magnet portion is located at the amplitude center, the boundary between the first and second magnets coincides with the axial center of the outer yoke and the inner yoke,
The axial length L1 of the first magnet, the axial length L2 of the second magnet, the axial length L of the outer yoke and the inner yoke, and the amplitude S of the movable magnet portion are:
A linear motor that satisfies the relationship of L1 ≧ S + L / 2 and L2 ≧ S + L / 2.
L1=L2の関係を満たす、請求項1または請求項2に記載のリニアモータ。 The axial length L1 of the first magnet and the axial length L2 of the second magnet are:
The linear motor according to claim 1, wherein the linear motor satisfies a relationship of L1 = L2.
L1=L2=2S=Lの関係を満たす、請求項1から請求項3のいずれかに記載のリニアモータ。 The axial length L1 of the first magnet, the axial length L2 of the second magnet, the axial length L of the outer yoke and the inner yoke, and the amplitude S of the movable magnet portion are:
The linear motor according to claim 1, wherein the linear motor satisfies a relationship of L1 = L2 = 2S = L.
前記コイルは、前記ティース部に巻回される、請求項1から請求項4のいずれかに記載のリニアモータ。 The outer yoke has a teeth portion formed so as to protrude toward the inner yoke on the inner peripheral surface of the outer yoke,
The linear motor according to claim 1, wherein the coil is wound around the teeth portion.
前記ケーシング内に組付けられたシリンダと、
前記背圧空間と前記作動空間との間に設けられ、前記シリンダ内を往復運動することで前記作動空間内の前記作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、
前記圧縮空間と前記膨張空間との間に設けられ、前記ピストンによる圧力変動により前記シリンダ内を往復運動するディスプレーサと、
請求項1から請求項5のいずれかに記載のリニアモータとを備え、
前記リニアモータによって前記ピストンを駆動する、スターリング機関。 A casing having a back pressure space and a working space including a compression space and an expansion space, and enclosing the working medium;
A cylinder assembled in the casing;
A piston that is provided between the back pressure space and the working space, and reciprocates in the cylinder to give pressure fluctuation to the working medium in the working space;
A displacer that is provided between the compression space and the expansion space and reciprocates in the cylinder by pressure fluctuations by the piston;
A linear motor according to any one of claims 1 to 5,
A Stirling engine that drives the piston by the linear motor.
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---|---|---|---|---|
JP2014093914A (en) * | 2012-11-06 | 2014-05-19 | Mitsuba Corp | Brushless motor |
CN108301937A (en) * | 2018-04-02 | 2018-07-20 | 宁波华斯特林电机制造有限公司 | A kind of Novel hung structure of Stirling motor |
-
2008
- 2008-01-25 JP JP2008014891A patent/JP2009177973A/en not_active Withdrawn
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