JP2666453B2 - Stirling refrigerator - Google Patents
Stirling refrigeratorInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
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- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
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- F02G2243/34—Regenerative displacers having their cylinders at right angle, e.g. "Robinson" engines
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、簡易な構成で極低温を達成するスターリン
グ冷凍機に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Stirling refrigerator that achieves cryogenic temperature with a simple configuration.
［従来の技術］ 小型スターリング冷凍機では、クランクケース内に少
なくともピストンを連結したクランクを配し、該クラン
クに外付けの電動モータを接続するようにしている。そ
して、電動モータで発生するトルクでクランクを回転駆
動し、ピストンロッドを経てピストンの進退動作に変換
するようにしている。[Related Art] In a small Stirling refrigerator, a crank having at least a piston connected thereto is arranged in a crankcase, and an external electric motor is connected to the crank. Then, the crank is rotationally driven by the torque generated by the electric motor, and is converted into an advance / retreat operation of the piston via the piston rod.
［発明が解決しようとする課題］ ところで、汎用の電動モータはコイルに流れる電流に
よって磁場を発生させトルクを得るものである。このた
め、冷却対象としてSQUID等の磁気センサや超電導マグ
ネットを考えた場合、モータにおいて発生する磁場が、
センサが捕える磁場に外乱に与えたり、超電導マグネッ
トの強力な磁場と干渉して逆にモータの作動不安定を引
き起こす等の原因となる問題がある。また、このような
電動モータにおいて、超小型スターリングサイクルを実
現するためにモータを小型化すると、該モータを高速回
転させなければならなくなるので、減速のためのギャ等
が必要になって結果的に冷凍機の小型化が達成されない
という課題を残している。[Problems to be Solved by the Invention] By the way, a general-purpose electric motor obtains a torque by generating a magnetic field by a current flowing through a coil. Therefore, when a magnetic sensor such as a SQUID or a superconducting magnet is considered as a cooling target, the magnetic field generated in the motor is
There are problems such as giving disturbance to the magnetic field captured by the sensor, or causing interference with a strong magnetic field of the superconducting magnet and causing unstable operation of the motor. Further, in such an electric motor, if the motor is downsized to realize a microminiature Stirling cycle, the motor must be rotated at a high speed. There remains a problem that miniaturization of a refrigerator cannot be achieved.
本発明は、このような問題点を着目してなされたもの
であって、外部の磁場との干渉をなくし、同時に小型化
を促進したスターリング冷凍機を実現することを目的と
している。The present invention has been made in view of such a problem, and has as its object to realize a Stirling refrigerating machine that eliminates interference with an external magnetic field and also promotes miniaturization.
［課題を解決するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、次のような
構成を採用したものである。[Means for Solving the Problems] The present invention employs the following configuration in order to achieve the object.
すなわち、本発明のスターリング冷凍機は、少なくと
もピストンを連結したクランクと、このクランクを回転
駆動し得る超音波モータとをクランクケース内に一体に
組み込んで構成したことを特徴としている。That is, the Stirling refrigerator of the present invention is characterized in that at least a crank connected with a piston and an ultrasonic motor capable of rotating the crank are integrally incorporated in a crankcase.
［作用］ このような構成であれば、超音波モータに用いられる
圧電素子は磁場を発生せず、冷凍機自体を非磁性にする
ことができるので、モータがセンサ等に磁場の影響を与
えたり、センサ等の磁場によって逆にモータに不都合が
生じたりするようなことがなくなる。しかも、圧電素子
は非常に軽薄短小であるため、従来のモータに比してク
ランクケース内にコンパクトに収容することが可能とな
る。[Operation] With such a configuration, the piezoelectric element used in the ultrasonic motor does not generate a magnetic field, and the refrigerator itself can be made non-magnetic. In addition, it is possible to prevent the motor from being adversely affected by the magnetic field of the sensor or the like. In addition, since the piezoelectric element is very light and thin, it can be housed more compactly in the crankcase than a conventional motor.
［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施例のスターリング冷凍機は、第１図および第
２図に示すように、筐形をなすクランクケース１の直交
位置にシリンダ２、３を突設しており、シリンダ２内に
ピストン４を、シリンダ３内にディスプレーサ５をそれ
ぞれ進退可能に嵌入している。そして、ピストン４とシ
リンダ２との間に形成される空間を圧縮室６となし、デ
ィスプレーサ５とシリンダ３との間に形成される空間を
膨脹室７となしている。また、前記ディスプレーサ５に
は内部にリジェネレータ８が収容してあり、このリジェ
ネレータ８を通じて、ディスプレーサ５の基端近傍部に
開口したポート部９を膨脹室７に連通させている。ま
た、ポート部９と圧縮室６とは放熱機能を有した連結チ
ューブ10によって連通させてある。In the Stirling refrigerator of this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, cylinders 2 and 3 are protruded at orthogonal positions of a crankcase 1 forming a housing, and a piston 4 is provided in the cylinder 2. The displacer 5 is fitted in the cylinder 3 so as to be able to advance and retreat. A space formed between the piston 4 and the cylinder 2 is defined as a compression chamber 6, and a space formed between the displacer 5 and the cylinder 3 is defined as an expansion chamber 7. A regenerator 8 is accommodated in the displacer 5, and a port 9 opened near the base end of the displacer 5 is communicated with the expansion chamber 7 through the regenerator 8. The port 9 and the compression chamber 6 are communicated by a connecting tube 10 having a heat radiation function.
一方、クランクケース１内には一定距離を隔てた対向
位置に対をなす円盤状のロータ11、12がラジアルベアリ
ング24によって回転可能に配設されており、両ロータ1
1、12の回転中心ｍから偏位した部位に保持孔11a、12a
を設けて支軸13を軸着している。そして、この支軸13
に、前記ピストン４から延出したピストンロッド14の基
端ボス部と前記ディスプレーサ５から延出したディスプ
レーサロッド15の基端ボス部とを回動可能に外嵌してい
る。すなわち、支軸13は一般的なクランクピンに相当
し、ロータ11、12はクランクアームに相当しており、こ
れらが回転動力を直交方向の進退動力に変換し得るクラ
ンク16をなしている。On the other hand, in the crankcase 1, disk-shaped rotors 11 and 12 forming a pair at opposite positions separated by a predetermined distance are rotatably disposed by radial bearings 24.
The holding holes 11a, 12a are located at positions deviated from the rotation center m of 1, 12.
And the support shaft 13 is mounted on the support shaft 13. And this spindle 13
A base boss of a piston rod 14 extending from the piston 4 and a base boss of a displacer rod 15 extending from the displacer 5 are rotatably fitted to the outside. That is, the support shaft 13 corresponds to a general crank pin, and the rotors 11 and 12 correspond to crank arms, which form a crank 16 that can convert rotational power into forward and backward power in the orthogonal direction.
そして、このクランク16を回転駆動するために、前記
ロータ11を出力端となす超音波モータ17を構成してい
る。超音波モータ17は、ロータ11の一側面に該ロータ11
の回転中心ｍと軸心を一致させて当接させた円環状の弾
性リング18と、この弾性リング18の背面に該弾性リング
18と略同円状に取着した円環状の圧電素子19とからなっ
ており、圧電素子19に図外から適宜駆動電圧を印加する
ことによって、前記弾性リング18の表面18aに進行波を
発生させ、これによって前記ロータ11を回転駆動するこ
とができるようになっている。In order to rotationally drive the crank 16, an ultrasonic motor 17 having the rotor 11 as an output end is configured. The ultrasonic motor 17 is provided on one side of the rotor 11.
An annular elastic ring 18 which is brought into contact with the center of rotation m of the shaft so as to coincide with the axis thereof;
18 and an annular piezoelectric element 19 attached substantially in the same circular shape, and a traveling wave is generated on the surface 18a of the elastic ring 18 by appropriately applying a drive voltage to the piezoelectric element 19 from outside the figure. Thus, the rotor 11 can be driven to rotate.
なお、前記弾性リング18をその一部に有したディスク
20は全体がクランクケース１の側板をなしており、内部
の気密性を保持するとともに、超音波モータ17における
発熱を直接クランクケース１外に伝達して外部に放出し
得る役割を果たしている。また、ロータ12に対しては、
前記支軸13をロータ11との間で挾持するために、その側
面にスラストベアリング21を介してスプリング22に弾接
された押圧部材23が当接させてあり、この押圧部材23に
よって前記ロータ12を支軸13方向に弾性付勢している。
また、この付勢力がロータ11を弾性リング18の表面18a
に好適に圧接する役割もなしてる。251、252はコロ軸
受、261〜264はシールである。A disk having the elastic ring 18 as a part thereof
Reference numeral 20 designates a side plate of the crankcase 1 as a whole, which has a function of maintaining the airtightness of the inside and transmitting heat generated by the ultrasonic motor 17 directly to the outside of the crankcase 1 and releasing the heat to the outside. Also, for the rotor 12,
In order to clamp the support shaft 13 with the rotor 11, a pressing member 23 elastically contacted with a spring 22 via a thrust bearing 21 is in contact with a side surface of the support shaft 13, and the pressing member 23 Are elastically biased in the direction of the support shaft 13.
Further, this urging force causes the rotor 11 to move on the surface 18a of the elastic ring 18.
It also plays the role of suitably pressing. 25 1, 25 2 roller bearings, 26 1-26 4 is sealed.
ここで、このスターリング冷凍機の作動について略述
すると、ピストン４とディスプレーサ５は位相が90゜ず
れているので、内部に封入してあるHe等のガスは圧縮室
６で圧縮された後、連結チューブ10によってポート部９
に導かれ、リジェネレータ８を通って膨脹室７に入り断
熱膨脹される。冷却されたHeガスはリネジェレータ８を
冷却しつつ、連結チューブ10によって再び圧縮室６に還
流される。このような冷却サイクルが繰り返されること
により、膨脹室７のシリンダ端2aの極低温のコールドヘ
ッドが生起される。Here, the operation of the Stirling refrigerator will be briefly described. Since the phase of the piston 4 and the displacer 5 are shifted by 90 °, the gas such as He sealed inside is compressed in the compression chamber 6 and then connected. Port 9 by tube 10
To the expansion chamber 7 through the regenerator 8 and is adiabatically expanded. The cooled He gas is returned to the compression chamber 6 by the connecting tube 10 while cooling the liner generator 8. By repeating such a cooling cycle, a cryogenic cold head at the cylinder end 2a of the expansion chamber 7 is generated.
しかして、このような冷凍機であると、圧電素子19は
磁界を発生せずに作動でき、クランクケース１全体が非
磁性となるため、磁気シールド等を設けずとも、モータ
がセンサ等に磁場の影響を与えたり、センサ等の磁場に
よって逆にモータに不都合が生じたりしていた従来の問
題点を確実に解消することができる。Thus, in such a refrigerator, the piezoelectric element 19 can be operated without generating a magnetic field, and the entire crankcase 1 is non-magnetic. , And the conventional problem that the motor is adversely affected by the magnetic field of the sensor or the like can be surely solved.
そして、このような圧電素子19は非常に小型軽量なも
のであるので、従来の汎用モータを用いる場合に比べて
該モータ17をクランクケース１内に極めてコンパクトに
組み込むことができる。これにより、冷凍機の超小型化
も比較的容易に実現することが可能となる。しかも、圧
電素子19であれば通電のしかた次第でロータ回転数を低
く抑えることができるので、減速機構を設ける必要がな
く、小型化についての阻害要因も除去することができ
る。この際、ディスク20はそれ自体がクランクケース１
の一部をなしているので、コンパクトな構成でクランク
ケース１の気密性が保たれ、超音波モータ17での発熱も
直接外部に放出することが可能となっている。また、ロ
ータ11、12に支軸13を直接軸着してクランク16を構成し
ており、しかもロータ11は超音波モータ17の出力端とし
て利用されているので、図示冷凍機は集約的なコンパク
ト化の効果も同時に達成しているものである。Since such a piezoelectric element 19 is very small and lightweight, the motor 17 can be incorporated into the crankcase 1 in a very compact manner as compared with the case where a conventional general-purpose motor is used. This makes it possible to relatively easily realize the miniaturization of the refrigerator. In addition, since the piezoelectric element 19 can reduce the number of rotations of the rotor depending on the way of energization, there is no need to provide a speed reduction mechanism, and it is possible to eliminate the obstacles to downsizing. At this time, the disk 20 itself is the crankcase 1
, The airtightness of the crankcase 1 is maintained in a compact configuration, and the heat generated by the ultrasonic motor 17 can be directly discharged to the outside. Further, a crank 16 is formed by directly attaching a support shaft 13 to the rotors 11 and 12, and the rotor 11 is used as an output end of an ultrasonic motor 17, so that the illustrated refrigerator is an intensive compact The effect of the conversion is also achieved at the same time.
以上、本発明の一実施例について説明したが、各部の
構成は図示のものに限定されない。例えば、この発明は
スプリット形のスターリング冷凍機に適用することも勿
論可能であり、また、圧電素子も進行波形に限らず、ね
じり振動形で構成することもできる。その他にも、本発
明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。As mentioned above, although one Example of this invention was described, the structure of each part is not limited to what is shown. For example, the present invention can of course be applied to a split-type Stirling refrigerator, and the piezoelectric element is not limited to a traveling waveform, but may be a torsional vibration type. In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成により、外部の磁場との
干渉をなくしてSQUID等の冷却も不都合なく行うことが
できるとともに、超小型化を更に促進したスターリング
冷凍機を提供できるものである。[Effects of the Invention] The present invention provides a Stirling refrigerating machine which has the above-described configuration, can eliminate the interference with an external magnetic field, can cool a SQUID or the like without any inconvenience, and further promotes ultra-miniaturization. You can do it.
図面は本発明の一実施例を示し、第１図は正断面図、第
２図は第１図中II−II線に沿う階段断面図である。 １……クランクケース ４……ピストン 16……クランク 17……超音波モータ1 shows an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a front sectional view, and FIG. 2 is a step sectional view along line II-II in FIG. 1 ... Crankcase 4 ... Piston 16 ... Crank 17 ... Ultrasonic motor
Claims (1)
と、このクランクを回転駆動し得る超音波モータとをク
ランクケース内に一体に組み込んで構成したことを特徴
とするスターリング冷凍機。1. A Stirling refrigerator wherein at least a crank having a piston connected thereto and an ultrasonic motor capable of rotating the crank are integrated into a crankcase.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013563A JP2666453B2 (en) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Stirling refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013563A JP2666453B2 (en) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Stirling refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02195157A JPH02195157A (en) | 1990-08-01 |
| JP2666453B2 true JP2666453B2 (en) | 1997-10-22 |
Family
ID=11836640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1013563A Expired - Lifetime JP2666453B2 (en) | 1989-01-23 | 1989-01-23 | Stirling refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666453B2 (en) |
-
1989
- 1989-01-23 JP JP1013563A patent/JP2666453B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02195157A (en) | 1990-08-01 |
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