JP3357547B2 - 可動部への給電装置 - Google Patents

可動部への給電装置

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JP3357547B2 JP25885396A JP25885396A JP3357547B2 JP 3357547 B2 JP3357547 B2 JP 3357547B2 JP 25885396 A JP25885396 A JP 25885396A JP 25885396 A JP25885396 A JP 25885396A JP 3357547 B2 JP3357547 B2 JP 3357547B2
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恵司 大嶋
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可動部への給電装
置、特に、リニアモータのような筒状の固定部内にその
軸線方向に往復動自在に同心に配置された可動部に存在
する、コイル等の電気部品に前記固定部側から電力を供
給する給電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、かかるリニアモータ等の可動部へ
の給電装置としては、例えば、特開平6−257872
号公報に記載のものが知られている。
【0003】これは、シリンダ状部分を有する気密容器
と、前記シリンダ状部分内に配置されたディスプレーサ
と、前記気密容器と前記ディスプレーサとを接続し前記
ディスプレーサを中立位置に弾性的に付勢する一対の導
電性コイルバネとを備えている。そして、ディスプレー
サの軸線に対し同心に配置された、この一対の導電性コ
イルバネを介して磁界内に置かれたコイルに給電するよ
うにしている。
【0004】また、上記特開平6−257872号公報
には、他の実施例として、ディスプレーサの軸線方向に
離間した2カ所において、前記軸線に直角に平行に配置
した2つの板バネによってこのディスプレーサをシリン
ダに対して保持し、この板バネを介して磁界内に置かれ
たコイルに給電するようにした構成が簡単に示されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術におい
て、一対の導電性コイルバネを用いたものは、コイルバ
ネの材料として電導性が良く疲労強度の高い材料を用い
ることができるので、長い寿命を確保できるという利点
がある。
【0006】しかしながら、コイルバネの場合には、そ
れが収縮した状態でも一定の収容長さを要する。およ
び、横方向(軸線に直角な方向)の剛性が低いことか
ら、横方向への変位による導電性コイルバネの短絡また
は周囲部品への地絡を防止するための距離もしくは空間
を要する。特に、リニアモータが衛星搭載機に用いられ
るような場合には、打ち上げ時の振動等によりこの横方
向の変位は顕著である。この結果、給電部の小型化が困
難であるという問題があった。
【0007】一方、板バネの場合には、上述の横方向の
剛性に関してはそれ程問題はないが、従来例の場合、デ
ィスプレーサの軸線方向に離間した2カ所において、前
記軸線に直角に平行に配置した2つの板バネによってこ
のディスプレーサをシリンダに対して保持しているの
で、その軸線方向の長さの短縮にはそれ程寄与せず、ま
た、所定のストロークを得ようとすると板バネの長さを
長くしなければならず、結果的に、シリンダ径を大きく
しなければならない。従って、この場合も、給電部の小
型化が困難であるという問題があった。
【0008】本発明の目的は、かかる従来技術が有する
問題を解消し、収容容積が小さく小型化が可能な可動部
への給電装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の一形態は、筒状の固定部内にその軸
線方向に往復動自在に同心に配置された可動部に存在す
る電気部品に前記固定部側から電力を供給する給電装置
において、一対の薄板状の給電子を、その平面部が前記
軸線方向に直角に存するように配置し、前記一対の給電
子の一端を前記固定部に直径上に対向して配置すると共
に、他端を前記一対の給電子の各々が前記軸線を回り前
記直径を横切るよう前記軸線に関し回転対称に配置し、
前記一端を前記固定部の取付部に前記他端を前記可動部
の取付部に取り付けたことを特徴とする。
【0010】本発明の好ましい形態は、前記一対の給電
子の各々は、その平面部を含む平面内において湾曲形状
をなし、少なくともその中央部において、複数の曲率の
組合せで形成されていることを特徴とする。
【0011】本発明の好ましい形態は、前記固定部側の
取付部と前記可動部側の取付部とは、前記給電子の平面
部を含む平面内において、360°以内に収められてい
ることを特徴とする。
【0012】本発明のさらに好ましい形態は、前記固定
部側の取付部および前記可動部側の取付部は、それぞ
れ、固定部および可動部に設けられた取付ベース、端子
台、および押さえ具を備え、前記給電子は前記取付ベー
スとの相対関係が規制された端子台および押さえ具に挟
持されて取り付けられることを特徴とする。
【0013】本発明の好ましい形態は、前記給電子はそ
の少なくとも一端に取付用長孔を有することを特徴とす
る。
【0014】本発明の好ましい形態は、前記端子台と前
記給電子との係合部には、前記給電子の平面部を含む平
面内において隙間が設けられていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に記載された実
施の形態に基づき、本発明の好ましい実施の形態につき
詳細に説明する。なお、記載された説明および図面を通
して、同一機能部位には同一番号が用いられている。
【0016】図1に、本発明にかかる可動部への給電装
置を極低温の発生のために用いられる逆スターリングサ
イクル冷凍機に適用した実施の形態を示す。
【0017】図1において、1000は冷媒ガスの圧縮
部、2000は冷媒ガスの膨張部であり、これらの間が
接続管1500により連通され結合されている。これら
の圧縮部1000、膨張部2000および接続管150
0は外気から密閉されて、内部に、例えば、ヘリウムガ
ス等の冷媒ガスが封入されている。
【0018】圧縮部1000は、筒状の固定部としての
筒状のケーシング1100を有し、その内部に、圧縮シ
リンダ1202とこの圧縮シリンダ1202内を往復動
可能な可動部としての圧縮ピストン1204とからなる
圧縮機1200、および、前記圧縮ピストン1204を
往復駆動するリニアモータ1300を備えている。
【0019】リニアモータ1300は、圧縮シリンダ1
202の外周に設けられた円筒状の内側ヨーク1302
と、該内側ヨーク1302と同軸に設けられ内側ヨーク
との間に円環状の空隙1306を形成する円筒状の外側
ヨーク1304と、該円環状の空隙1306に設けられ
空隙1306に磁場を形成する円筒状の界磁用永久磁石
1308と、円環状の空隙1306に配置されその内部
を軸線方向に往復動自在な可動コイル1310とから構
成されている。そして可動コイル1310は上述の圧縮
ピストン1204に一体に形成された支持筒1206に
支持されている。
【0020】なお、圧縮ピストン1204の圧縮シリン
ダ1202と摺動する端部の反対側端部には、後述の給
電子を取り付けるための取付フランジ1208が形成さ
れている。また、ケーシング1100の内側には、その
直径上に配置される後述の給電子を取り付けるための取
付フランジ1110が形成されている。
【0021】1400は、後で詳述するように、可動部
側の取付フランジ1208と固定部側の取付フランジ1
110との間に取り付けられる給電子1410、給電子
1410の可動部側と可動コイル1310とを接続する
接続リード1404、および、ケーシング1100に設
けられ外部電源に接続された密封端子1120と給電子
1410の固定部側とを接続する接続リード1406を
含む給電装置である。
【0022】また、膨張部2000は膨張シリンダ21
00と、この膨張シリンダ2100内を往復動自在なデ
ィスプレーサ2200とを備えている。このディスプレ
ーサ2200はその内部に、例えば、ステンレス鋼製の
金網で作られた蓄冷器2300が設けられ、その一端は
膨張シリンダ2100内の膨張空間2400に他端は接
続管1500を介して圧縮部1000の圧縮シリンダ1
202の圧縮空間1203に連通されている。2600
はディスプレーサ2200の支持バネである。
【0023】ここで、理解を容易とするために、上記構
成になる逆スターリングサイクル冷凍機の作動原理につ
き概略説明しておく。
【0024】外部の電源より所定周波数の交流電流を可
動コイル1310に供給すると、この交流電流と円環状
空隙1306内の磁場との相互作用によって可動コイル
1310は空隙1306内を往復動し、この可動コイル
1310に連結された圧縮ピストン1204は圧縮シリ
ンダ1202内を往復動する。圧縮ピストン1204の
往復動によって生じた冷媒ガスの流れが、ディスプレー
サ2200の蓄冷器2300を通過するとき、その流体
抵抗で生じた力によってこのディスプレーサ2200は
膨張シリンダ2100内を往復動する。ディスプレーサ
2200の質量、蓄冷器2300の流体抵抗および支持
バネ2600の強さによって振動系が構成されており、
圧縮ピストン1204の往復動周期を適当に選定するこ
とにより、ディスプレーサ2200と圧縮ピストン12
04とは相互に異なった位相で同期的に往復動する。圧
縮ピストン1204とディスプレーサ2200とが相互
に異なった位相で同期的に往復動するとき、冷媒ガスは
交互に圧縮と膨張とを繰り返し、膨張の都度、膨張シリ
ンダ2100の膨張空間2400に低温が発生する。膨
張空間2400で膨張の都度発生する低温は蓄冷器23
00に蓄えられ、膨張シリンダ2100の端面の冷却部
2500に一定の低温を発生させる。
【0025】次に、給電装置1400の詳細につき図2
以下を参照して説明する。
【0026】図2は、図1のA−A断面を示す。給電子
1410は導電性および耐疲労性の高いバネ性を有する
材料で形成され、一対の薄板状の給電子1410が、そ
の平面部がケーシング1100の軸線方向に直角に存す
るようにして、その一端が固定部としてのケーシング1
100の取付フランジ1110の固定部側取付部142
0に、他端が可動部側の取付フランジ1208の可動部
側取付部1430に取り付けられている。
【0027】そして、上述のように、可動部としての圧
縮ピストン1204のストロークを確保しつつ、圧縮部
1000の小型化を図るために、一対の給電子1410
の前記一端が取り付けられた固定部側取付部1420は
前記ケーシング1100に直径上に対向して配置されて
いる。さらに、一対の給電子1410の前記他端が取り
付けられた可動部側取付部1430は前記一対の給電子
1410の各々がケーシング1100の軸線を回り前記
直径を横切るよう前記軸線に関し回転対称に配置されて
いる。そのために、一対の給電子1410の各々は、図
5を参照して後で詳細に説明するように、その平面部を
含む平面内において湾曲形状をなし、少なくともその中
央部において、複数の曲率の組合せで形成されている。
【0028】給電子1410は長寿命化を実現するため
に応力集中を避け、できるだけ等応力を実現できること
が望ましいことから、給電子1410は各断面における
発生応力がほぼ一定になるように、図5に示すように、
幾つかの曲率をつなぎ合わせた形状とする。すなわち、
図5に示す実施例では、可動部(圧縮ピストン120
4)の軸線を原点OとするX−Y座標を考えるとき、固
定部側取付部1420に取り付けられる給電子1410
の固定部側端部1410Sは、それぞれ、原点Oを中心
とする半径R24(24mm)、R30(30mm)の
円弧で形成され幅e(6mm)を有し、また、可動部側
取付部1430に取り付けられる給電子1410の可動
部側端部1410Mは、それぞれ、原点Oを中心とする
半径R10(10mm)、R16(16mm)の円弧で
形成され幅c(6mm)を有している。そして、給電子
1410の中央部においては、その外径がO1 (7、
1)を中心とする半径R23(23mm)の円弧、およ
び、その内径がO2 (7、4.5)を中心とする半径R
17.4(17.4mm)の円弧、すなわち、複数の曲
率で形成されている。さらに、本実施例では、固定部側
端部1410Sには2個の取付長孔1412が、可動部
側端部1410Mには2個の取付孔1414が穿設され
ている。
【0029】給電子1410の発生応力は材料の疲労強
度に対して余裕のある値となるようにし、同時に、可動
部の動作の直進性を維持するために、軸線方向のバネ定
数を小さく、半径方向のバネ定数が大きくなるようにす
る。上述の実施例の給電子を逆スターリングサイクル冷
凍機に適用した場合、両者の比が660〜680程度で
好適であった。また、可動部を2.5mm変位させたと
き、給電子1410の固定部側端部1410Sおよび可
動部側端部1410Mの付近における発生応力は63.
7MPa(6.5kgf/mm2 )、中央部付近におい
て、68.6MPa(7.0kgf/mm2 )と、ほぼ
均一であった。
【0030】また、給電子は給電用とリターン用との一
対を必要とするが、図2に示すように、本実施の形態で
は、固定部側の取付部1420と可動側の取付部143
0とは、給電子1410の平面部を含む平面内におい
て、360°以内に収められている。このようにするこ
とにより、給電子1410には予め絶縁処理が施されて
はいるものの、互いの接触を確実に防ぎ、短絡障害を物
理的に起こさないようにすることができる。
【0031】ところで、給電子1410を上述の形態に
形成しても、その両端を固定するとき変形が生じないよ
うにしなければ取付時の初期応力が大きくなり、疲労寿
命を低下させる虞がある。これを避けるべく、本発明の
さらに好ましい実施の形態では、前記固定部側の取付部
1420および前記可動側の取付部1430が、それぞ
れ、固定部および可動部に形成された取付ベース、端子
台、および押さえ具を備え、前記給電子1410は前記
取付ベースとの相対関係が規制された端子台および押さ
え具に挟持されて取り付けられている。
【0032】固定部側の取付部1420および可動部側
の取付部1430は、その基本的構成は同じであるか
ら、代表として可動部側の取付部1430の構造につき
図3、図4を参照して説明する。
【0033】取付ベース1440は可動部の取付フラン
ジ1208に取付または一体的に形成され、幅a×bの
突起1442を有し、その上面には2個の取付ねじ孔1
444が形成されている。
【0034】1450は絶縁材料で形成された端子台で
あり、その下側には、取付ベース1440の幅a×bの
突起1442に精度良く係合する幅aのガイド溝145
2および幅bのガイド溝1454が形成されている。ま
た、その上側には幅cのガイド溝1456および幅dの
突起1458が形成され、ガイド溝1456の底部には
それを貫通し、上述の取付ねじ孔1444と整合する関
係で取付孔1459が穿設されている。
【0035】1460は絶縁性を有する押さえ具であ
り、幅cのガイド溝1456に係合する幅cの突起14
62、幅dの突起1458に係合する幅dのガイド溝1
464、および、突起1462を貫通し、上述の取付孔
1459と整合する関係で取付孔1466が穿設されて
いる。
【0036】なお、1470は絶縁スリーブ、1480
は取付ねじである。
【0037】しかして、給電子1410は、取付ベース
1440の突起1442に端子台1450のガイド溝1
452、1454を係合させた後、端子台1450のガ
イド溝1456内に給電子1410の幅cの可動部側端
部1410Mを載せ、さらに、押さえ具1460の突起
1462、ガイド溝1464を端子台1450のガイド
溝1454、突起1458に係合する。そして、絶縁ス
リーブ1470を整列した取付孔1459、1414、
1466に挿通し、取付ねじ1480を取付ねじ孔14
44にねじ込み、給電子1410を可動部のフランジ1
208に固定する。なお、取付ねじ1480をねじ込む
際、押さえ具1460と取付ねじ1480との接触面に
おいて回転力が作用し、押さえ具1460を回転しよう
とするが、押さえ具1460は端子台1450および取
付ベース1440に順に係合し、相対関係が変化しない
ようにされているので、給電子1410には挟持力以外
に力が作用することがなく、取付時に余分な応力が発生
することはない。
【0038】なお、固定部側の取付部1420において
も、上述と同じ構成の取付ベース、端子台、および押さ
え具を用いて、同じ手順で、給電子1410の固定部側
端部1410Sの取付が行われる。しかし、固定部側端
部1410Sには取付長孔1412が穿設されており、
可動部側端部1410Mの固定により固定部側端部14
10Sに多少の位置誤差があったとしても、それを吸収
して固定することができる。
【0039】また、上述の実施の形態では、端子台14
50のガイド溝1456の幅を給電子1410の可動側
端部1410Mの幅cに等しく設定したが、端子台14
50のガイド溝1456の幅を給電子1410との間に
隙間ができる程度に広くすることもできる。この場合に
は、図6に示す如き治具を用い、給電子1410の両端
の取付孔を利用して取り付けることができる。
【0040】すなわち、図6に示す治具3000は、基
板3050の中央に中央ガイド軸3100、該ガイド軸
の中心を通る直線上の両端に端部ガイド軸3200、お
よび、同じくガイド軸の中心を通り前記直線とは所定角
度で交わる直線上の両側に形成された作業穴3300を
備えている。そして、中央ガイド軸3100は可動部
(圧縮ピストン1204)の中心に形成されたガイド穴
1205に嵌合可能に、また、端部ガイド軸3200は
給電子1410の固定部側端部1410Sに形成された
取付孔1412(この場合は長孔でなくてもよい)に係
合する大径部3202と、ケーシング1100の取付フ
ランジ1110の固定部側取付部1420における取付
ベース1440に形成された取付ねじ孔1444に係合
する小径部3204とを有している。
【0041】ここで、上述の治具3000を用いた取付
方法につき説明する。
【0042】まず、可動部側取付部1430に端子台1
450、給電子1410、押さえ具1460を絶縁スリ
ーブ1470と共に取付ねじ1480によって仮止めす
る。そして、治具3000の中央ガイド軸3100を可
動部のガイド穴1205に、端部ガイド軸3200の大
径部3202を給電子1410の取付穴1412に、か
つ、小径部3204を取付フランジ1110の取付ねじ
孔1444に挿入する。治具3000の基板3050は
水平の状態に維持されている。かかる状態で、一対の給
電子1410の可動部側の取付ねじ1480を、作業穴
3300を通して、均等に締め付ける。その後、治具3
000を外し、固定部側において端子台1450、給電
子1410、押さえ具1460を絶縁スリーブ1470
と共に取付ねじ1480によって締め付ける。この場
合、各係合部の加工精度を低くできるので、コストを低
減できる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
筒状の固定部内にその軸線方向に往復動自在に同心に配
置された可動部に存在する電気部品に前記固定部側から
電力を供給する給電装置において、一対の薄板状の給電
子を、その平面部が前記軸線方向に直角に存するように
配置し、前記一対の給電子の一端を前記固定部に直径上
に対向して配置すると共に、他端を前記一対の給電子の
各々が前記軸線を回り前記直径を横切るよう前記軸線に
関し回転対称に配置し、前記一端を前記固定部の取付部
に前記他端を前記可動部の取付部に取り付けるようにし
たので、軸線方向の余分なスペースを必要とせず、半径
方向のばね定数を高くでき横力による変位を小さくでき
る。従って、給電装置の小型化が可能である。
【0044】また、前記一対の給電子の各々は、その平
面部を含む平面内において湾曲形状をなし、少なくとも
その中央部において、複数の曲率の組合せで形成されて
いることにより、給電子の応力分布をほぼ一定にするこ
とが可能であり、給電装置の長寿命化を実現できる。
【0045】さらに、前記固定部側の取付部と前記可動
部側の取付部とは、前記給電子の平面部を含む平面内に
おいて、360°以内に収められているので、電源の給
電とリターンとが近接することを防止し、短絡の障害を
防ぐことができる。かくて、絶縁確保のために必要なス
ペースを縮小できる。
【0046】本発明のさらに好ましい形態によれば、前
記固定部側の取付部および前記可動部側の取付部は、そ
れぞれ、固定部および可動部に設けられた取付ベース、
端子台、および押さえ具を備え、前記給電子は前記取付
ベースとの相対関係が規制された端子台および押さえ具
に挟持されて取り付けられているので、給電子の取付の
際に初期応力を生じることがなく、長寿命化を達成でき
る。
【0047】また、前記給電子はその少なくとも一端に
取付用長孔を有するので、取付に際し位置誤差を吸収で
き取付が容易となる。
【0048】前記端子台と前記給電子との係合部には、
前記給電子の平面部を含む平面内において隙間が設けら
れている本発明の好ましい形態によれば、加工精度を低
くできるので、コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す縦断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態の図1におけるA−A線
に沿う横断面図である。
【図3】本発明の一実施の形態の取付部の分解斜視図で
ある。
【図4】本発明の一実施の形態の図2におけるB−B線
に沿う断面図である。
【図5】本発明の一実施の形態における給電子の一実施
例を示す平面図である。
【図6】本発明の他の実施の形態の取付方法およびそれ
に用いる治具を説明するための(A)平断面図および
(B)正面図である。
【符号の説明】
1000 圧縮部 1100 ケーシング(固定部) 1110 取付フランジ 1200 圧縮機 1202 圧縮シリンダ 1204 圧縮ピストン(可動部) 1208 取付フランジ 1300 リニアモータ 1310 可動コイル(電気部品) 1400 給電装置 1410 給電子 1420 固定部側取付部 1430 可動部側取付部 1440 取付ベース 1450 端子台 1460 押さえ具 1470 絶縁スリーブ 1480 取付ねじ 1500 接続管 2000 膨張部 2200 ディスプレーサ 3000 治具
フロントページの続き (72)発明者 西原 修 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1 番1号 富士通株式会社内 (72)発明者 亀井 啓二 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1 番1号 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−288419(JP,A) 実開 平5−69564(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 9/14 520

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状の固定部内にその軸線方向に往復動
    自在に同心に配置された可動部に存在する電気部品に前
    記固定部側から電力を供給する給電装置において、 一対の薄板状の給電子を、その平面部が前記軸線方向に
    直角に存するように配置し、前記一対の給電子の一端を
    前記固定部に直径上に対向して配置すると共に、他端を
    前記一対の給電子の各々が前記軸線を回り前記直径を横
    切るよう前記軸線に関し回転対称に配置し、前記一端を
    前記固定部の取付部に前記他端を前記可動部の取付部に
    取り付けたことを特徴とする可動部への給電装置。
  2. 【請求項2】 前記一対の給電子の各々は、その平面部
    を含む平面内において湾曲形状をなし、少なくともその
    中央部において、複数の曲率の組合せで形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の可動部への給電装
    置。
  3. 【請求項3】 前記固定部側の取付部と前記可動部側の
    取付部とは、前記給電子の平面部を含む平面内におい
    て、360°以内に収められていることを特徴とする請
    求項1または2に記載の可動部への給電装置。
  4. 【請求項4】 前記固定部側の取付部および前記可動部
    側の取付部は、それぞれ、固定部および可動部に設けら
    れた取付ベース、端子台、および押さえ具を備え、前記
    給電子は前記取付ベースとの相対関係が規制された端子
    台および押さえ具に挟持されて取り付けられることを特
    徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の可動部へ
    の給電装置。
  5. 【請求項5】 前記給電子はその少なくとも一端に取付
    用長孔を有することを特徴とする請求項4に記載の可動
    部への給電装置。
  6. 【請求項6】 前記端子台と前記給電子との係合部に
    は、前記給電子の平面部を含む平面内において隙間が設
    けられていることを特徴とする請求項4または5に記載
    の可動部への給電装置。
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