JP2563275Y2 - Small refrigerator - Google Patents

Small refrigerator

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JP2563275Y2
JP2563275Y2 JP1993009902U JP990293U JP2563275Y2 JP 2563275 Y2 JP2563275 Y2 JP 2563275Y2 JP 1993009902 U JP1993009902 U JP 1993009902U JP 990293 U JP990293 U JP 990293U JP 2563275 Y2 JP2563275 Y2 JP 2563275Y2
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piston
cylinder
gap
position control
coil
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憲一 金尾
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、小型冷凍機に関し、特
にリニアモータ駆動式のピストンを備えた小型冷凍機に
適用するのに好適なピストン軸受を有する小型冷凍機に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small refrigerator having a piston bearing suitable for being applied to a small refrigerator having a linear motor driven piston.

【0002】[0002]

【従来の技術】小型で100K程度以下の低温を発生さ
せることのできる冷凍機としてスターリング冷凍機、ヴ
ェルミエ冷凍機、ギフォードマクマホン冷凍機等が知ら
れている。以下、制限的な意味を有することなく、スタ
ーリング冷凍機について説明する。
2. Description of the Related Art Stirling refrigerators, Vermier refrigerators, Gifford McMahon refrigerators and the like are known as small refrigerators capable of generating a low temperature of about 100 K or less. Hereinafter, the Stirling refrigerator will be described without having a restrictive meaning.

【0003】スターリング冷凍機は、逆スターリングサ
イクルを利用した冷凍機で、理論的には熱効率がカルノ
ーサイクルに等しく効率が高く、バルブを使用しないの
で構造が簡単になり、小型化が容易である。
A Stirling refrigerating machine is a refrigerating machine using an inverted Stirling cycle. Theoretically, the thermal efficiency is as high as that of a Carnot cycle, and the efficiency is high.

【0004】図3(A)にスターリングサイクルを概略
的に示す。図中横軸は容積を示し、縦軸は圧力を示す。
スターリングサイクルは、曲線PQで示される等温圧
縮、曲線QRで示される等容移送、曲線RSで示される
等温膨張、曲線SPで示される等容移送の4工程を含
む。この4工程を矢印の方向に進むとき、冷凍サイクル
が実現され、逆方向に進めば加熱サイクルが実現され
る。
FIG. 3A schematically shows a Stirling cycle. In the figure, the horizontal axis indicates the volume, and the vertical axis indicates the pressure.
The Stirling cycle includes four steps of isothermal compression indicated by a curve PQ, isostatic transfer indicated by a curve QR, isothermal expansion indicated by a curve RS, and isostatic transfer indicated by a curve SP. The refrigeration cycle is realized when these four steps are performed in the direction of the arrow, and the heating cycle is realized when the steps are performed in the opposite directions.

【0005】図3(A)に示すようなスターリングサイ
クルを行なわせるため、スターリング冷凍機は圧縮機と
膨張機およびそれらの間の配管を含む。図3(B)に、
スターリング冷凍機の動作を概略的に示す。図中左側に
膨張機(コールドヘッド)、右側に圧縮機、その間に配
管を示す。圧縮機は、圧縮シリンダを含み、圧縮シリン
ダによって圧縮された作動ガスは配管を介してコールド
ヘッドに移送される。コールドヘッド内には、ディスプ
レーサが設けられており、作動ガスはディスプレーサ内
を通って移動することができる。ディスプレーサ内に
は、蓄冷器が充填される。
In order to perform a Stirling cycle as shown in FIG. 3A, a Stirling refrigerator includes a compressor, an expander and piping between them. In FIG. 3 (B),
1 schematically illustrates the operation of a Stirling refrigerator. In the drawing, the expander (cold head) is shown on the left side, the compressor is shown on the right side, and piping is shown between them. The compressor includes a compression cylinder, and the working gas compressed by the compression cylinder is transferred to a cold head via piping. A displacer is provided in the cold head, and the working gas can move through the displacer. A regenerator is filled in the displacer.

【0006】圧縮機においては、図3(B)1段目から
3段目の状態において圧縮行程が行なわれ、3段目から
4段目を介して1段目に戻る間において膨張行程が行な
われる。
In the compressor, the compression stroke is performed in the first to third stages in FIG. 3B, and the expansion stroke is performed while returning to the first stage through the third to fourth stages. It is.

【0007】コールドヘッド内においては、ディスプレ
ーサが圧縮シリンダとは約90°位相をずらせて往復運
動を行なう。1段目から2段目にかけて主に等容移送が
行なわれ、2段目から3段目にかけて主に等温圧縮が行
なわれる。3段目から4段目にかけては主に等容移送が
行なわれ、4段目から1段目に戻る際に主に等温膨張が
行なわれる。
[0007] In the cold head, the displacer reciprocates about 90 ° out of phase with the compression cylinder. From the first stage to the second stage, mainly equal volume transfer is performed, and from the second stage to the third stage, isothermal compression is mainly performed. From the third stage to the fourth stage, the isosteric transfer is mainly performed, and when returning from the fourth stage to the first stage, the isothermal expansion is mainly performed.

【0008】このようなスターリングサイクルにより、
コールドヘッド先端に冷凍が発生し、人工衛星、放射線
危険区域等、メンテナンスフリーが要求される場所等に
おいて、赤外線検出装置等の冷却対象物が冷却される。
By such a Stirling cycle,
Freezing occurs at the tip of the cold head, and the object to be cooled, such as an infrared detection device, is cooled in a place requiring maintenance free, such as an artificial satellite, a radiation hazard area, or the like.

【0009】図4に、従来技術によるスターリング冷凍
機の構成例を示す。図4(A)は、スターリング冷凍機
の全体構成を概略的に示す。圧縮機51とコールドヘッ
ド52とは配管53で接続され、分離型構造を構成して
いる。
FIG. 4 shows an example of the configuration of a conventional Stirling refrigerator. FIG. 4A schematically shows the entire configuration of the Stirling refrigerator. The compressor 51 and the cold head 52 are connected by a pipe 53 to form a separated type structure.

【0010】圧縮機51においては、シリンダ56の中
にピストン57が挿入され、その間に圧縮空間60を画
定している。シリンダ56の外側に、磁気ギャップ58
を有する磁気回路が構成され、磁気ギャップ58内にピ
ストン57と結合したリニアモータの往復運動用コイル
59が挿入されている。なお、圧縮機51は2つの圧縮
ピストンを対向して配置し、その中間から共通に圧縮ガ
スを配管53に接続している。
In the compressor 51, a piston 57 is inserted into a cylinder 56, and a compression space 60 is defined therebetween. Outside the cylinder 56, a magnetic gap 58
A reciprocating coil 59 of a linear motor coupled to a piston 57 is inserted into a magnetic gap 58. In the compressor 51, two compression pistons are arranged to face each other, and a compressed gas is commonly connected to the pipe 53 from the middle.

【0011】ディスプレーサ52においては、シリンダ
61内にディスプレーサ62が配置され、ディスプレー
サ62内には鉛粒、銅金網等の蓄冷器63が配置されて
いる。ディスプレーサ62とシリンダ61の間に膨張空
間65が画定され、冷凍を発生する。膨張空間65に隣
接して、冷却対象70が配置されている。
In the displacer 52, a displacer 62 is disposed in a cylinder 61, and a regenerator 63 such as a lead particle or a copper wire mesh is disposed in the displacer 62. An expansion space 65 is defined between the displacer 62 and the cylinder 61 to generate refrigeration. A cooling target 70 is arranged adjacent to the expansion space 65.

【0012】図4(B)は、圧縮機の構成例を拡大して
示す。シリンダ56内に挿入されるピストン57は、2
つのコイルばね74、75によって軸方向の中立位置に
保持される。なお、これらの2つのばね74、75はリ
ニアモータのコイル59に対する電流供給端子も兼用す
る。
FIG. 4B is an enlarged view of a configuration example of the compressor. The piston 57 inserted into the cylinder 56
It is held in a neutral position in the axial direction by two coil springs 74 and 75. The two springs 74 and 75 also serve as current supply terminals for the coil 59 of the linear motor.

【0013】シリンダ56の外側に磁気ギャップ58を
有する磁気回路が結合されている。磁気ギャップ58中
に往復運動用リニアモータのコイル59が配置され、ピ
ストン57に結合されている。なお、72は作動ガス充
填用の配管を示す。
A magnetic circuit having a magnetic gap 58 outside the cylinder 56 is connected. A coil 59 of a reciprocating linear motor is arranged in the magnetic gap 58 and connected to the piston 57. Numeral 72 indicates a pipe for charging the working gas.

【0014】このような冷凍機の圧縮機、もしくはコー
ルドヘッドにおいて、シリンダとピストンの間は気密に
保たれねばならない。このため、たとえばピストン表面
にフッ素樹脂を貼付けて、気密シール兼摺動材として用
いている。ピストンとシリンダの間には10μm程度の
間隙があり、クリアランスシールを構成している。
In such a compressor or cold head of a refrigerator, the space between the cylinder and the piston must be kept airtight. For this reason, for example, a fluororesin is adhered to the piston surface and used as an airtight seal and sliding material. There is a gap of about 10 μm between the piston and the cylinder, forming a clearance seal.

【0015】[0015]

【考案が解決しようとする課題】気密を保たせるための
シール材と、ピストンをシリンダ内で運動させるための
摺動材とが同一部材によって兼用されていると、長時間
の運転の後にはシール兼摺動材が摩耗してしまう。する
と、ピストンとシリンダ間の間隙が拡がってしまい、シ
ール性が低下する。シール性の低下は、冷凍機の性能劣
化を招く。
When the same member is used for both the sealing member for maintaining airtightness and the sliding member for moving the piston in the cylinder, the sealing member is required after a long operation. In addition, the sliding material is worn. Then, the gap between the piston and the cylinder is widened, and the sealing performance is reduced. A decrease in sealing performance causes deterioration of the performance of the refrigerator.

【0016】また、摩耗によって摩耗粉が発生し、冷凍
機内に飛び散り、作動ガスの流れを阻害したり、運動部
材の運動を阻害する。この結果も、冷凍機の性能低下に
なって表れる。このように、冷凍機の寿命はシール材の
摩耗によって制限されている。
Further, abrasion powder is generated by the abrasion and scatters in the refrigerator, thereby impeding the flow of the working gas and impeding the movement of the moving member. This result also appears as a decrease in the performance of the refrigerator. Thus, the life of the refrigerator is limited by the wear of the sealing material.

【0017】本考案の目的は、ピストンとシリンダの接
触を低減することのできる小型冷凍機を提供することで
ある。
An object of the present invention is to provide a small refrigerator capable of reducing the contact between a piston and a cylinder.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本考案の小型冷凍機は、
内壁で中空状空間を画定するシリンダ(14)と、前記
シリンダ中に挿入されたピストン(13)と、前記シリ
ンダの内壁と前記ピストンとの間隙の大きさを検出する
すき間センサ(5)と、前記シリンダと結合され、磁気
ギャップ(8)を有する磁気回路(9、12、15)
と、前記ピストンと結合され、前記磁気ギャップ中に挿
入された位置制御用コイル(7)と、前記すき間センサ
の検出出力に基づいて制御された電流を前記位置制御用
コイルに供給するコントローラ(6)と、前記ピストン
に結合され、前記磁気ギャップ中に挿入され、円周方向
に電流を流す往復動用コイル(19)とを有する。
The small refrigerator of the present invention is:
A cylinder (14) defining a hollow space with an inner wall, a piston (13) inserted into the cylinder, a gap sensor (5) for detecting a size of a gap between the inner wall of the cylinder and the piston, Magnetic circuit (9, 12, 15) coupled to the cylinder and having a magnetic gap (8)
A position control coil (7) coupled to the piston and inserted into the magnetic gap; and a controller (6) for supplying a current controlled based on a detection output of the gap sensor to the position control coil. ) And the piston
And inserted into the magnetic gap, in the circumferential direction
And a reciprocating coil (19) for supplying a current to the coil .

【0019】[0019]

【作用】磁気ギャップ内にピストンと結合された位置制
御用コイルが配置され、ピストンの半径方向位置を制御
することができる。シリンダとピストンとの間隙をすき
間センサによって検出し、コントローラから位置制御用
コイルへ制御した電流を供給することにより、シリンダ
とピストンとの間に適正な間隙を常に保つことが可能と
なる。このようにして、シリンダとピストンとの接触が
低減する。
The position control coil connected to the piston is disposed in the magnetic gap, and the position of the piston in the radial direction can be controlled. By detecting the gap between the cylinder and the piston by the gap sensor and supplying a controlled current from the controller to the position control coil, it is possible to always maintain an appropriate gap between the cylinder and the piston. In this way, contact between the cylinder and the piston is reduced.

【0020】[0020]

【実施例】図1に、本考案の実施例によるスターリング
冷凍機を示す。図1(A)は、全体の構成を概略的に示
し、図1(B)は、リニアモータと位置制御機能の部分
を拡大して示し、図1(C)は、磁気回路における動作
概念を概略的に示す。
FIG. 1 shows a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention. 1A schematically shows the entire configuration, FIG. 1B shows an enlarged view of a linear motor and a position control function, and FIG. 1C shows an operation concept in a magnetic circuit. Shown schematically.

【0021】図1(A)において、圧縮機1とコールド
ヘッド3とは配管2によって接続されている。圧縮機1
においては、シリンダ14内にピストン13が配置され
ている。ピストン13とシリンダ14の内壁との間の間
隙は、10μm程度である。
In FIG. 1A, a compressor 1 and a cold head 3 are connected by a pipe 2. Compressor 1
, The piston 13 is arranged in the cylinder 14. The gap between the piston 13 and the inner wall of the cylinder 14 is about 10 μm.

【0022】シリンダ14の内周面に、少なくとも2つ
のすき間センサ5が埋め込まれており、シリンダ14の
内壁とピストン13との間隙を検出し、検出信号をコン
トローラ6に送出する。シリンダ14は、磁性体で形成
され、磁気ヨークを兼用する基部12に連続している。
At least two gap sensors 5 are embedded in the inner peripheral surface of the cylinder 14, detect a gap between the inner wall of the cylinder 14 and the piston 13, and send a detection signal to the controller 6. The cylinder 14 is formed of a magnetic material and is continuous with the base 12 which also serves as a magnetic yoke.

【0023】基部12には、永久磁石15が接続され、
永久磁石15の他端はポールピース9に接続されてい
る。ポールピース9は、シリンダ14と磁気ギャップ8
を介して対向する。
A permanent magnet 15 is connected to the base 12,
The other end of the permanent magnet 15 is connected to the pole piece 9. The pole piece 9 includes the cylinder 14 and the magnetic gap 8.
Face each other.

【0024】なお、図示の構成においては、永久磁石1
5は軸方向に磁化されており、ポールピース9において
磁束は軸方向から半径方向に曲げられ、磁気ギャップ8
において半径方向の磁束が発生する。
In the illustrated configuration, the permanent magnet 1
5 is magnetized in the axial direction, and the magnetic flux is bent in the pole piece 9 from the axial direction to the radial direction.
Generates a magnetic flux in the radial direction.

【0025】磁気ギャップ8内に、ピストン13と結合
したリニアモータのコイル19が配置されている。コイ
ル19は、ピストン13から延びるアーム20に結合さ
れている。
In the magnetic gap 8 a coil 19 of a linear motor connected to the piston 13 is arranged. The coil 19 is connected to an arm 20 extending from the piston 13.

【0026】さらに、リニアモータ用コイル19の内側
に、少なくとも2つの位置制御用コイル7が配置され、
コントローラ6からの駆動信号を受ける。位置制御用コ
イル7は、好ましくは対称的に4個配置される。
Further, at least two position control coils 7 are arranged inside the linear motor coil 19,
It receives a drive signal from the controller 6. Preferably, four position control coils 7 are symmetrically arranged.

【0027】ピストン13の後端は、2つのコイルばね
18、23に結合されている。これら2つのコイルばね
18、23は、ピストン13を中立位置に保持する役目
と、リニアモータ用コイル19に対する電流供給の役割
を果たす。なお、これらのコイルの他、図示しない導線
が配置され、位置制御用コイル7に対する電流供給を行
なう。
The rear end of the piston 13 is connected to two coil springs 18,23. These two coil springs 18 and 23 serve to hold the piston 13 at the neutral position and to supply current to the linear motor coil 19. In addition to these coils, a conducting wire (not shown) is arranged to supply current to the position control coil 7.

【0028】コイルばね18、23の他端は、圧縮機1
の内側ケース16に固定されている。内側ケース16を
覆って、外側ケース11が配置されている。なお、これ
ら2つのケースを通ってコイルばね18、23に対する
電流供給リードが設けられている。
The other ends of the coil springs 18 and 23 are connected to the compressor 1
Is fixed to the inner case 16. The outer case 11 is arranged so as to cover the inner case 16. A current supply lead for the coil springs 18 and 23 is provided through these two cases.

【0029】なお、図1においては、圧縮機1の右側部
分のみが図示されているが、左側にも対称的な構造が配
置されている。これら左右の部分によって対向型圧縮機
を構成する。
Although only the right side of the compressor 1 is shown in FIG. 1, a symmetrical structure is arranged on the left side. These left and right parts constitute an opposed compressor.

【0030】コールドヘッド3においては、シリンダ3
7内にディスプレーサ34が配置され、ディスプレーサ
34はその内部に銅金網、鉛球等の蓄冷器36を含む。
シリンダ37とディスプレーサ34との間に、膨張空間
35が画定される。
In the cold head 3, the cylinder 3
Displacer 34 is arranged in 7, and displacer 34 includes a regenerator 36 such as a copper wire mesh, a lead ball or the like therein.
An expansion space 35 is defined between the cylinder 37 and the displacer 34.

【0031】ディスプレーサ34の後端は、コイルばね
38によってハウジング31に結合されている。なお、
ディスプレーサ34とシリンダ37との間の気密性を保
持するためにシール部材33が設けられている。
The rear end of the displacer 34 is connected to the housing 31 by a coil spring 38. In addition,
A seal member 33 is provided to maintain airtightness between the displacer 34 and the cylinder 37.

【0032】このような構成の圧縮機1とコールドヘッ
ド3とが約90°の位相ずれをもって動作することによ
り、コールドヘッドの膨張空間35において冷凍が発生
する。この冷凍により、冷却対象40が冷却される。
When the compressor 1 and the cold head 3 having such a configuration operate with a phase shift of about 90 °, refrigeration occurs in the expansion space 35 of the cold head. By this freezing, the cooling target 40 is cooled.

【0033】図1(B)は、ポールピース9、リニアモ
ータ用コイル19、位置制御用コイル7の部分を拡大し
て示す。ポールピース9は、円筒状空間を画定し、その
中にリニアモータ用コイル19および位置制御用コイル
7を収容する。
FIG. 1B is an enlarged view of the pole piece 9, the linear motor coil 19, and the position control coil 7. As shown in FIG. The pole piece 9 defines a cylindrical space, and accommodates the linear motor coil 19 and the position control coil 7 therein.

【0034】ポールピース9からは半径方向に磁束が発
生する。リニアモータ用コイル19は、円周方向に巻回
されている。位置制御用コイル7は、鞍形の形状を有
し、半径方向に磁束を発生させることができる。
A magnetic flux is generated from the pole piece 9 in the radial direction. The linear motor coil 19 is wound in the circumferential direction. The position control coil 7 has a saddle shape and can generate a magnetic flux in the radial direction.

【0035】図1(C)は、リニアモータ用コイル19
および位置制御用コイル7においてどのような力が作用
するかを示す概念図である。ポールピース9からは半径
方向の磁束B1が発生する。この磁束B1内にリニアモ
ータ用コイル19が配置され、円周方向に電流を流す。
磁束に対してほぼ直角に電荷が移動するため、ローレン
ツ力が発生し、リニアモータ用コイル19は軸方向の力
を受ける。
FIG. 1C shows a linear motor coil 19.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing what kind of force acts on the position control coil 7. A magnetic flux B1 in the radial direction is generated from the pole piece 9. The linear motor coil 19 is arranged in the magnetic flux B1, and a current flows in the circumferential direction.
Since the electric charge moves almost at right angles to the magnetic flux, Lorentz force is generated, and the linear motor coil 19 receives an axial force.

【0036】これに対して位置制御用コイル7において
は、円周面の一部領域を囲んでコイルが形成され、半径
方向に磁束B2aまたはB2bを発生する。磁束B2の
方向がポールピース9から発生する磁束B1と反対方向
であれば斥力が発生し、同一方向であれば引力が発生す
る。これらの力は磁束B1と同一の方向、すなわち半径
方向に生じる。
On the other hand, in the position control coil 7, a coil is formed so as to surround a part of the circumferential surface, and generates a magnetic flux B2a or B2b in the radial direction. If the direction of the magnetic flux B2 is opposite to the direction of the magnetic flux B1 generated from the pole piece 9, a repulsive force is generated, and if the direction is the same, an attractive force is generated. These forces are generated in the same direction as the magnetic flux B1, that is, in the radial direction.

【0037】リニアモータ用コイル19に電流を流す
と、軸方向の力が発生し、ピストン13を軸方向に駆動
する。位置制御用コイル7に電流を流すと、半径方向に
磁束B2が発生し、ピストン13を半径方向に駆動す
る。なお、半径方向の力と軸方向の力とはほぼ直角に配
置されているため、相互の干渉は少ない。たとえば、ポ
ールピースから発生する磁束密度B1は5000ガウス
程度、位置制御用コイル7が発生する磁束密度はB1に
比べて無視できる程度とする。
When a current is applied to the linear motor coil 19, an axial force is generated to drive the piston 13 in the axial direction. When a current flows through the position control coil 7, a magnetic flux B2 is generated in the radial direction, and the piston 13 is driven in the radial direction. Since the radial force and the axial force are arranged at substantially right angles, mutual interference is small. For example, the magnetic flux density B1 generated from the pole piece is about 5000 gauss, and the magnetic flux density generated by the position control coil 7 is negligible compared to B1.

【0038】ピストン13の半径方向位置を固定するた
めには、少なくとも2軸方向の制御を行なうことが必要
であり、少なくとも2つの位置制御用コイルを用いるこ
とが必要である。位置制御用コイル7を3つ以上使用す
れば、引力を用いず、斥力のみによってピストン13の
位置を制御することが可能となる。4つの位置制御用コ
イルを用いれば、直交成分のみで斥力によってピストン
13の位置を制御することが可能となる。
In order to fix the position of the piston 13 in the radial direction, it is necessary to perform control in at least two axial directions, and it is necessary to use at least two position control coils. If three or more position control coils 7 are used, the position of the piston 13 can be controlled only by repulsion without using attraction. If four position control coils are used, it is possible to control the position of the piston 13 by repulsion using only orthogonal components.

【0039】図2は、ピストンの半径方向位置の制御を
説明するための図である。図2(A)は、圧縮機の半径
方向の概略断面図を示す。中心にピストン13が配置さ
れており、その周囲にシリンダ14が配置されている。
FIG. 2 is a diagram for explaining the control of the radial position of the piston. FIG. 2A shows a schematic cross-sectional view in the radial direction of the compressor. A piston 13 is arranged at the center, and a cylinder 14 is arranged around the piston 13.

【0040】シリンダ14の内周面には直交する位置に
x方向のすき間センサ5xとy方向のすき間センサ5y
が埋め込まれている。シリンダ14の外側には、磁気ギ
ャップを介してポールピース9が配置されている。
The gap sensor 5x in the x direction and the gap sensor 5y in the y direction are located on the inner peripheral surface of the cylinder 14 at positions orthogonal to each other.
Is embedded. The pole piece 9 is disposed outside the cylinder 14 via a magnetic gap.

【0041】磁気ギャップ内には外側に円周方向に巻線
が巻回されたリニアモータ用コイル19、その内側にそ
れぞれ鞍形の4つの位置制御用コイル7xa、7xy、
7ya、7ybが配置されている。コイル7xaと7x
bはx方向で対向し、コイル7yaと7ybはy方向で
対向する。
Inside the magnetic gap, a linear motor coil 19 having windings wound in the circumferential direction on the outside, and four saddle-shaped position control coils 7xa, 7xy,
7ya and 7yb are arranged. Coils 7xa and 7x
b faces in the x direction, and the coils 7ya and 7yb face in the y direction.

【0042】図2(B)は、すき間センサ5と位置制御
用コイル7との間の電気的結線の様子を示す。すき間セ
ンサ5x、5yは、シリンダ14とピストン13の間の
間隙をx方向およびy方向について検出する。
FIG. 2B shows the electrical connection between the gap sensor 5 and the position control coil 7. The gap sensors 5x and 5y detect the gap between the cylinder 14 and the piston 13 in the x direction and the y direction.

【0043】検出された間隙を表す電気的信号は、コン
トローラ6に送られ、位置修正用電気信号が発生する。
これら位置制御用電気信号は、位置制御用コイル7x、
7yに送られる。なお、図にはx方向の位置制御用コイ
ル7xa、7xbのみを図示したが、直交する関係に7
ya、7ybも配置される。
An electric signal representing the detected gap is sent to the controller 6 to generate a position correcting electric signal.
These electric signals for position control include the position control coils 7x,
7y. Although only the position control coils 7xa and 7xb in the x direction are shown in FIG.
ya, 7yb are also arranged.

【0044】すき間センサ5xで検出されたx方向の間
隙に応じた電気的信号は、x方向用の位置制御用コイル
7xa、7xbのいずれかに供給され、ピストン13の
x方向位置を修正する。
An electric signal corresponding to the gap in the x direction detected by the gap sensor 5x is supplied to one of the position control coils 7xa and 7xb for the x direction to correct the position of the piston 13 in the x direction.

【0045】同様、すき間センサ5iによって検出され
た電気信号に基づく制御電流は、y方向用の位置制御用
コイル7ya、7ybのいずれかに送られ、ピストン1
3のy方向位置を修正する。
Similarly, a control current based on the electric signal detected by the gap sensor 5i is sent to one of the y-direction position control coils 7ya and 7yb, and the piston 1
3 is corrected in the y direction.

【0046】このような構成により、ピストン13の半
径方向位置を常にすき間センサによってモニタし、位置
制御用コイル7の発生する力によってピストン13の半
径方向位置が修正される。ピストン13を常にシリンダ
14の内壁が画定する円筒状空間の中心近傍に配置する
ことにより、ピストンとシリンダとの衝突が回避され
る。
With such a configuration, the radial position of the piston 13 is constantly monitored by the gap sensor, and the radial position of the piston 13 is corrected by the force generated by the position control coil 7. By always arranging the piston 13 near the center of the cylindrical space defined by the inner wall of the cylinder 14, collision between the piston and the cylinder is avoided.

【0047】衝撃等の外界からの激しい擾乱に対して
は、位置制御用コイルの発生する力のみでは対向しきれ
ないが、ピストン13の位置のふらつきによるピストン
とシリンダとの接触等に対しては、位置制御用コイルの
発生する力が十分な力を発揮し、衝突は大幅に低減す
る。このため、冷凍機の耐久性を格段に向上することが
できる。
A strong disturbance from the outside such as an impact cannot be completely opposed only by the force generated by the position control coil, but a contact between the piston and the cylinder due to the fluctuation of the position of the piston 13 cannot be prevented. In addition, the force generated by the position control coil exerts a sufficient force, and the collision is greatly reduced. For this reason, the durability of the refrigerator can be significantly improved.

【0048】なお、軸方向に着磁した永久磁石を用いて
磁気回路を構成する場合を説明したが、半径方向に着磁
した永久磁石を用い、同様の構成を実現することもでき
る。永久磁石の代わりに、電磁石を用いることも可能で
ある。
Although a case has been described in which a magnetic circuit is formed using permanent magnets magnetized in the axial direction, a similar structure can be realized using permanent magnets magnetized in the radial direction. Instead of permanent magnets, it is also possible to use electromagnets.

【0049】また、位置制御用コイルを4つ配置する構
成を図示したが、3つ以上の位置制御用コイルを用いれ
ば、シリンダの面内位置を制御することができることは
当業者に自明であろう。また、すき間センサも2個に限
らず、3個以上を用いることも可能である。
Although the configuration in which four position control coils are arranged is shown, it is obvious to those skilled in the art that the in-plane position of the cylinder can be controlled by using three or more position control coils. Would. The number of gap sensors is not limited to two, and three or more gap sensors can be used.

【0050】なお、同様の構成は、シリンダ内を往復運
動するピストンの半径方向位置制御に有効であり、圧縮
機に限らず、コールドヘッドにも利用することができ
る。以上実施例に沿って本考案を説明したが、本考案は
これらに制限されるものではない。たとえば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。
The same configuration is effective for controlling the position of the piston reciprocating in the cylinder in the radial direction, and can be used not only for the compressor but also for the cold head. Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0051】[0051]

【考案の効果】ピストンとシリンダとの間の衝突が低減
するため、小型冷凍機の寿命を大幅に向上することがで
きる。
Advantages of the Invention Since the collision between the piston and the cylinder is reduced, the life of the small refrigerator can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案の実施例によるスターリング冷凍機を示
す。図1(A)は断面図、図1(B)は一部破断斜視
図、図1(C)は概念図である。
FIG. 1 shows a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention. 1A is a sectional view, FIG. 1B is a partially cutaway perspective view, and FIG. 1C is a conceptual view.

【図2】図1の圧縮機におけるピストンの半径方向位置
の制御を説明するための図である。図2(A)は半径方
向の断面図、図2(B)は回路ブロック図である。
FIG. 2 is a view for explaining control of a radial position of a piston in the compressor of FIG. 1; 2A is a sectional view in the radial direction, and FIG. 2B is a circuit block diagram.

【図3】スターリングサイクルを説明するための図であ
る。図3(A)はスターリングサイクルにおける圧力対
容積の関係を示すグラフ、図3(B)はスターリング冷
凍機における膨張機と圧縮機の相対的関係を示す概念図
である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a Stirling cycle. FIG. 3A is a graph showing a relationship between pressure and volume in a Stirling cycle, and FIG. 3B is a conceptual diagram showing a relative relationship between an expander and a compressor in a Stirling refrigerator.

【図4】従来の技術によるスターリング冷凍機の構成例
を示す。図4(A)は全体を概略的に示す断面図、図4
(B)は圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。
FIG. 4 shows a configuration example of a Stirling refrigerator according to a conventional technique. FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing the entire structure.
(B) is an enlarged sectional view showing a part of the compressor.

【符号の説明】 1 圧縮機 2 配管 3 膨張機(コールドヘッド) 5 すき間センサ 6 コントローラ 7 位置制御用コイル 8 磁気ギャップ 9 ポールピース 12 基部(ヨーク) 13 ピストン 14 シリンダ 15 永久磁石 19 リニアモータ用コイル[Description of Signs] 1 Compressor 2 Piping 3 Expander (cold head) 5 Gap sensor 6 Controller 7 Position control coil 8 Magnetic gap 9 Pole piece 12 Base (yoke) 13 Piston 14 Cylinder 15 Permanent magnet 19 Linear motor coil

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 内壁で中空状空間を画定するシリンダ
(14)と、 前記シリンダ中に挿入されたピストン(13)と、 前記シリンダの内壁と前記ピストンとの間隙の大きさを
検出するすき間センサ(5)と、 前記シリンダと結合され、磁気ギャップ(8)を有する
磁気回路(9、12、15)と、 前記ピストンと結合され、前記磁気ギャップ中に挿入さ
れた位置制御用コイル(7)と、 前記すき間センサの検出出力に基づいて制御された電流
を前記位置制御用コイルに供給するコントローラ(6)
前記ピストンに結合され、前記磁気ギャップ中に挿入さ
れ、円周方向に電流を流す往復動用コイル(19)と
有する小型冷凍機。
1. A cylinder (14) defining a hollow space with an inner wall, a piston (13) inserted into the cylinder, and a gap sensor for detecting a size of a gap between the inner wall of the cylinder and the piston. (5) a magnetic circuit (9, 12, 15) coupled to the cylinder and having a magnetic gap (8); and a position control coil (7) coupled to the piston and inserted into the magnetic gap. And a controller (6) for supplying a current controlled based on a detection output of the gap sensor to the position control coil.
When coupled to the piston, it is inserted into the magnetic gap
And a reciprocating coil (19) for flowing current in a circumferential direction .
【請求項2】 前記磁気回路が永久磁石(15)を含
み、前記磁気ギャップにおいてピストンの駆動軸に対す
る半径方向に磁束を発生させ、前記位置制御用コイルは
前記半径方向に少なくとも2つの独立に制御できる磁束
を発生させることができる請求項1記載の小型冷凍機。
2. The magnetic circuit includes a permanent magnet (15) for generating magnetic flux in the magnetic gap in a radial direction with respect to a drive shaft of a piston, wherein the position control coil controls at least two independently in the radial direction. The small refrigerator according to claim 1, which can generate a magnetic flux that can be generated.
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