JP3624109B2 - 極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイル - Google Patents
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は極低温冷凍機用コンプレッサに係り、特にスターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機等の小型冷凍機に好適する極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、極低温を生成するためのガスサイクル機関として可動コイルを２組設け、これらを互いに対向して往復運動させるように構成したものが知られている。
【０００３】
この装置は、ピストン、スリーブ、可動コイルからなる組立系および永久磁石、環状ディスク、軟鉄シリンダ、円形ディスクからなる閉磁気回路をそれぞれ２組設けるとともに、これらを互いに対向して配置し、かつ第１の可動コイルが挿入された第１の間隙の磁界の向きを内径側から外径側へ、第２の可動コイルが挿入された第２の間隙の磁界の向きを内径側から外径側へ向かうように永久磁石を配置した構造を有する。即ち、この装置は対向型単極でそれぞれのＶＣＭは同極である。
【０００４】
このような構成とすることにより、この装置においては、２つの組立系が互いに同位相、同振幅で逆方向に往復運動することにより、お互い振動を打ち消しあって低振動となり、また、永久磁石をその磁束の方向が第１の間隙と第２の間隙で同じ向きとなるように配置される。
【０００５】
また、従来、小型冷凍機に用いられているコンプレッサの構造は、通常１つの円筒状（あるいは分割構造）の永久磁石と１つのコイルにより磁気回路が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた単極ＶＣＭを使用したコンプレッサにおいては、駆動電流の方向の変化でコイルから発生するフラックスの向きが変り、推力変動が発生するためコントロールが困難となり、また、駆動電流の大きさでコイルから発生するフラックスの大きさが変り、推力が駆動電流に比例しなくなるためコントロールが困難となり、また駆動電流の周波数が大きくなるにつれ、コイルから発生するフラックスにより、鉄損が生じコンプレッサ効率が悪くなり、またコイルから発生するフラックスがマグネットから発生するフラックスに付加される場合が生ずるため、そのフラックス量も含めてヨークが飽和しないように、そして、単極型の特徴としてヨークの断面積が大きくなる事も考慮し、その断面積を決定する必要がある。即ち、ヨークが飽和している場合には、漏洩磁束が増加して可動部にサイドフォースを与えたり、電流に対する推力の増加が頭打ちになるため、ヨークの断面積を大きくしなけれならず、その結果コンプレッサ自体が大型化するという欠点があった。
また、２極ＶＣＭを使用したコンプレッサにおいては、隣接するコイルの結線部分がコイルボビンから突出するため、磁気回路の総磁束の低下を生じ、効率が低下する。また、結線部分の突出部と永久磁石の切込み部が運転中又は輸送中に噛み込むことによるトラブルが発生するという問題がある。さらに、隣接するコイルの結線部分の半田付け作業が必要となる。
【０００７】
本発明は、以上の欠点を解消するためになされたもので、多極ＶＣＭを使用し小型化が可能で、かつ効率及び熱的に優れた極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイルを提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、内筒ヨークおよび内筒ヨークと一体的に構成された外筒ヨークにそれぞれ固定され軸方向に隔置された少なくとも二対の実質的に環状型の永久磁石と、外筒ヨークと永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石と外筒ヨークと内筒ヨークとで磁気回路を形成し、一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容して構成される。
【０００９】
この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、一対の永久磁石に、永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石が固着されている。
【００１０】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、外筒ヨークに固定され軸方向に隔置された少なくとも一対の実質的に環状型の永久磁石と、外筒ヨークと一体的に構成された内筒ヨークと永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石と外筒ヨークと内筒ヨークとで磁気回路を形成し、一対の電機子コイ ルの結線部分をコイルボビン内に収容し、一対の永久磁石に、永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石が固着されている。
【００１１】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、内筒ヨークに固定され軸方向に隔置された少なくとも一対の実質的に環状型の永久磁石と、内筒ヨークと一体的に構成された外筒ヨークと永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石と外筒ヨークと内筒ヨークとで磁気回路を形成し、一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容し、一対の永久磁石に、永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石が固着されている。
【００１２】
さらに、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向のいずれか一方の側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）から導出するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と円筒体の内側又は外側に設けられた溝部（Ｃ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）及び溝部（Ｃ）から導出するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向のいずれか一方の側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、コイル部の巻数を偶数層とするとともに、隣接するコイル部の巻線方向を逆方向に巻回し、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）から導出するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と円筒体の内側又は外側に設けられた溝部（Ｃ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、コイル部の巻数を奇数層とするとともに、隣接するコイル部の巻線方向を逆方向に巻回し、隣接するコイル間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）及び溝部（Ｃ）から導出するようにしたものである。
【００１６】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と円筒体に設けられたスリット部（Ｄ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）及びスリット部（Ｄ）から導出するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）と円筒体の外側に設けられ溝部から円筒体の一端まで軸方向に設けられコイル端末を導出するための溝部（Ｅ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介して隣接するコイル部のコイル端末を溝部（Ｅ）から導出するようにしたものである。
【００１８】
上記のいずれの電機子コイルの場合においても、単一の線材で複数のコイル部を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイルの好ましい実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの断面を示したもので、１はシリンダ、２はハウジング、３は外筒ヨーク、４は環状型永久磁石、５はシリンダ１によって構成される内筒ヨーク、６はピストン、７は電機子コイルである。
【００２１】
ハウジング２にはフリーディスプレーサ１２が収容され、ピストン６の作動によりピストンと同じ周波数で、かつ異なる位相で往復運動する点は従来の装置と同様である。
【００２２】
一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂは外筒ヨーク３に軸方向に隔置されて固定され、この外筒ヨーク３は内筒ヨーク５と一体的に構成されている。
【００２３】
一対の電機子コイル７は、電機子コイル７ａと７ｂで構成され、内筒ヨーク５と永久磁石４間に永久磁石４と対向して介在され、内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定されている。
【００２４】
図４に示すように、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、環状型永久磁石４０を構成する一対の環状型永久磁石４０ａ、４０ｂが内筒ヨーク５に固定され軸方向に隔置されて配置してもよい。一対の電機子コイル７０は、電機子コイル７０ａと７０ｂで構成され、外筒ヨーク３と永久磁石４０間に永久磁石４０と対向して介在され、内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定されている。
【００２５】
図５に示すように、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、環状型永久磁石４１を構成する二対の環状型永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが内筒ヨーク５および内筒ヨーク５と一体的に構成された外筒ヨーク３にそれぞれ固定され軸方向に隔置されて配置されてもよい。一対の電機子コイル７１は、電機子コイル７１ａと７１ｂで構成され、外筒ヨーク３に固定された環状型永久磁石４１ａ、４１ｂと内筒ヨーク５に固定された環状型永久磁石４１ｃ、４１ｄ間に二対の環状型永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと対向して介在され、内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定されている。
【００２６】
これらの環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄはリング状に一体的に形成された永久磁石で構成することができるが、個別の永久磁石をリング状に組み合わせて形成された実質的に環状型の永久磁石で構成することもできる。
【００２７】
この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、少なくとも一対の永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは半径方向に対して互いに逆極となるように配置され、一対の永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにそれぞれ対置する１対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは軸方向にローレンツ力が発生するように巻線方向／通電方向が決定される。即ち、一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの巻線方向は互いに逆巻とし、それぞれの電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの通電方向は同方向としてもよく、又は一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの巻線方向は互いに同巻とし、それぞれの電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの通電方向は逆方向としてもよいものである。
【００２８】
図６に示すように、この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、一対の永久磁石４ａ、４ｂに、永久磁石４ａ、４ｂからの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石７２ａ、７２ｂが固着されている。
【００２９】
この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに対して電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが決定される。即ち、図１に示すように、永久磁石４ａ、４ｂに対して電機子コイル７ａ、７ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが短長に設定される。また、図７に示すように、永久磁石４ａ、４ｂに対して電機子コイル７ａ、７ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが長く設定される。
さらに、図８に示すように、永久磁石４ａ、４ｂに対して電機子コイル７ａ、７ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが同長に設定される。
【００３０】
このようにして少なくとも一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと、外筒ヨーク３と一体的に構成された内筒ヨーク５と永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂとからなる一対のコンプレッサアッセンブリが対向して配置される。
【００３１】
それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと外筒ヨーク３と内筒ヨーク５とで磁気回路（鎖線で示す）が形成される。
【００３２】
以上の構成のコンプレッサにおいては、それぞれのコンプレッサアッセンブリの電流供給端子８ａ、８ｂ及びコイル端末９ａ、９ｂより電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂに正弦波電流を供給すると、電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂには一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと外筒ヨーク３及び内筒ヨーク５とで形成される磁気回路との相互作用により、軸方向にローレンツ力が作用し、電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂに固定されたピストン６がその軸方向に往復運動する。
【００３３】
この場合、一対のコンプレッサアッセンブリは対象的に作動する。即ち、同位相、同振幅の正弦波電流を各電流供給端子８ａ、８ｂに供給すると、各コンプレッサアッセンブリにおける磁界の方向が対象であるため、各ピストン６は互いに逆方向に振動し、圧縮空間１０の体積が周期的に変化する。
【００３４】
その結果、作動空間内のガスの圧縮、膨脹によりガス圧が変動し、従前と同様に、フリーディスプレーサ１２がピストン６と同じ周波数で、かつ異なる位相で往復運動する。
【００３５】
尚、上記のピストン６には、磁気回路との相互作用による推力と共振させるためにバネ１１が接続されている。
これらの一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは、以下に示すようにその結線部分をコイルボビン２０内に収容して構成される。
即ち、図２は、上記の電機子コイル７の一例を示したもので、コイルボビン２０はその軸方向断面において断面凹状の２ケ所の巻線部２１ａ、２１ｂが形成されており、巻線部２１ａ、２１ｂとの間には巻線部を連通する溝部（Ａ）が、また一方の大径部にはコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）が形成されている。
上記の巻線部２１ａ、２１ｂには、隣接するコイル２２ａ、２２ｂの巻線方向を逆方向とし、かつその巻数が偶数層となるように線材が巻回されており、このコイル２２ａ、２２ｂ間を溝部（Ａ）で接続するとともに、コイル端末２３を溝部（Ｂ）から導出するようにしたものである。
【００３６】
以上の電機子コイル７、７０、７１は、接続部を形成することなく、コイルボビン２０と単一の線材で構成することが可能となる。
【００３７】
即ち、コイル部の全層数をｎとすると、コイル端末２３を溝部（Ｂ）から導入し、巻線部２１ａに線材を左巻にｎ−１層巻回する。この巻終端を溝部（Ａ）から巻線部２１ｂに導入し、線材を右巻にｎ層巻回した後、巻終端で巻き返して巻線部２１ａに左巻のｎ層目を巻回した後、溝部（Ｂ）からコイル端末の他端を導出して電機子コイル７、７０、７１を形成することができる。また、他の偶数層の巻数を有するコイルも同様の方法により形成することが可能である。
図９は、上記の電機子コイル７、７０、７１の一例を示したもので、コイルボビン２０はその軸方向断面において断面凹状の２ケ所の巻線部２１ａ、２１ｂが形成されており、巻線部２１ａ、２１ｂとの間には巻線部２１ａ、２１ｂを連通する溝部（Ａ）が、また一方の大径部にはコイル端末を導出するための溝部（Ｅ）が形成されている。
上記の巻線部２１ａ、２１ｂには、隣接するコイル２２ａ、２２ｂの巻線方向を逆方向とし、かつその巻数が偶数層となるように線材が巻回されており、このコイル２２ａ、２２ｂ間を連続線材２３ａで溝部（Ａ）で接続するとともに、コイル端末２３を溝部（Ｅ）から導出する（Ｅ）から導出するようにし又は溝部（Ｅ）に丸状、角状、膜状の導体を取付け、それにコイル端末を接続したものである。
【００３８】
以上の電機子コイル７、７０、７１は、接続部を形成することなく、コイルボビン２０と単一の線材で構成することが可能となる。
【００３９】
即ち、コイル部の全層数をｎとすると、コイル端末２３を溝部（Ｅ）から導入し、巻線部２１ｂに線材を左巻にｎ層巻回する。この巻終端を溝部（Ａ）から巻線部２１ａに導入し、線材を右巻にｎ層巻回した後、この巻終端を溝部（Ｅ）からコイル端末の他端を導出して電機子コイル７を形成することができる。また、他の偶数層の巻数を有するコイルも同様の方法により形成することが可能である。
【００４０】
図３は、上記の電機子コイル７´の他の一例を示したもので、コイルボビン３０はその軸方向断面において断面凹状の２ケ所の巻線部３１ａ、３１ｂが形成されており、巻線部３１ａ、３１ｂとの間には巻線部を連通する溝部（Ａ）が、また一方の大径部にはコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）が形成されるとともに、コイルボビン３０の内側に溝部（Ｃ）が設けられている。
上記の巻線部３１ａ、３１ｂには、隣接するコイル３２ａ、３２ｂの巻線方向を逆方向とし、かつその巻数が奇数層となるように線材が巻回されており、このコイル３２ａ、３２ｂ間を溝部（Ａ）で接続するとともに、コイル端末３３の一端を溝部（Ｂ）から、またコイル端末の他端３４を溝部（Ｃ）から導出するようにし又は溝部（Ｃ）に丸状、角状、膜状の導体を取付け、それにコイル端末を接続するようにしたものである。
【００４１】
以上の電機子コイル７´は、接続部を形成することなく、コイルボビン３０と単一の線材で構成することが可能となる。
【００４２】
即ち、コイル部の全層数をｎとすると、コイル端末３３を溝部（Ｂ）から導入し、巻線部３１ａに線材を左巻にｎ層巻回する。この巻終端を溝部（Ａ）から巻線部３１ｂに導入し、線材を右巻にｎ層巻回した後、コイル端末の他端３４を溝部（Ｃ）から導出して電機子コイル７´を形成することができる。また、他の奇数層の巻数を有するコイルも同様の方法により形成することが可能である。
【００４３】
尚、上記のコイルボビン３０の内側の溝部（Ｃ）の代わりに渦電流防止用のスリット部（Ｄ）を利用してコイル端末の他端３４を導出することもできる。
【００４４】
さらに、巻線部の巻き方向を限定することなくそれぞれ別個に巻線部を形成し、所望の電流方向を有するように溝部（Ａ）で接続することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、以下のような効果を奏する。
【００４６】
イ）同一の磁場強さ、面積であっても従来のヨークに比較してその断面積を半分にすることができる。
【００４７】
ロ）ヨークの断面積の減少が可能となることにより、導体面積を大きくすることができ、同一巻数であっても導体径を大きくできる結果、ジュール損を大幅に減少させてその効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
ハ）それぞれのコイルから発生する磁束が相殺され、鉄損が減少する結果、効率が向上する。
ニ）それぞれのコイルから発生する磁束が相殺されるため、電流の向きによる推力のヒステリシスが無くなり制御が簡単である。
ホ）それぞれのコイルから発生する磁束が相殺さるため、電流―推力特性がリニアであり、制御が簡単である。
ヘ）ヨークの断面積の減少が可能となることにより、磁石を厚くでき、このためコイルに流す電流も小さくなるため、熱的に有利となり、本体の温度上昇が抑制される結果、冷却が不要となる。
ト）コイルの電流による磁束でヨークが飽和することがなくなる。
チ）磁気回路間の円形ディスクを磁経路として使用しないため必要最小限に薄くすることが出来る。
【００４９】
また、本発明の電機子コイルによれば、以下のような利点をもたらすものである。
【００５０】
リ）隣接するコイルの結線部分がコイルボビンから突出することがないため、磁気回路のギャップを小さくでき、このため、総磁束の低下を防止することができ効率が向上する。
【００５１】
ヌ）結線部分の突出部と永久磁石の切込み部が運転中又は輸送中に噛み込みことによるトラブルの発生がなくなる。
【００５２】
ル）隣接するコイルの結線部分の半田付け作業が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの一実施例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルの一実施例を示す概略図である。
【図３】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルの他の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルの他の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１………シリンダ
２………ハウジング
３………外筒ヨーク
４、４ａ、４ｂ、４０、４０ａ、４０ｂ、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ………環状型永久磁石
５………内筒ヨーク
６………ピストン
７、７ａ、７ｂ、７０、７０ａ、７０ｂ、７１、７１ａ、７１ｂ………電機子コイル
８ａ、８ｂ………電流供給端子
９ａ、９ｂ、２３、３３………コイル端末
１０………圧縮空間
１１………バネ
２０、３０………コイルボビン
２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ………巻線部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ………溝部
Ｄ………スリット部
２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ………コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は極低温冷凍機用コンプレッサに係り、特にスターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機等の小型冷凍機に好適する極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、極低温を生成するためのガスサイクル機関として可動コイルを２組設け、これらを互いに対向して往復運動させるように構成したものが知られている。
【０００３】
この装置は、ピストン、スリーブ、可動コイルからなる組立系および永久磁石、環状ディスク、軟鉄シリンダ、円形ディスクからなる閉磁気回路をそれぞれ２組設けるとともに、これらを互いに対向して配置し、かつ第１の可動コイルが挿入された第１の間隙の磁界の向きを内径側から外径側へ、第２の可動コイルが挿入された第２の間隙の磁界の向きを内径側から外径側へ向かうように永久磁石を配置した構造を有する。即ち、この装置は対向型単極でそれぞれのＶＣＭは同極である。
【０００４】
このような構成とすることにより、この装置においては、２つの組立系が互いに同位相、同振幅で逆方向に往復運動することにより、お互い振動を打ち消しあって低振動となり、また、永久磁石をその磁束の方向が第１の間隙と第２の間隙で同じ向きとなるように配置される。
【０００５】
また、従来、小型冷凍機に用いられているコンプレッサの構造は、通常１つの円筒状（あるいは分割構造）の永久磁石と１つのコイルにより磁気回路が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた単極ＶＣＭを使用したコンプレッサにおいては、駆動電流の方向の変化でコイルから発生するフラックスの向きが変り、推力変動が発生するためコントロールが困難となり、また、駆動電流の大きさでコイルから発生するフラックスの大きさが変り、推力が駆動電流に比例しなくなるためコントロールが困難となり、また駆動電流の周波数が大きくなるにつれ、コイルから発生するフラックスにより、鉄損が生じコンプレッサ効率が悪くなり、またコイルから発生するフラックスがマグネットから発生するフラックスに付加される場合が生ずるため、そのフラックス量も含めてヨークが飽和しないように、そして、単極型の特徴としてヨークの断面積が大きくなる事も考慮し、その断面積を決定する必要がある。即ち、ヨークが飽和している場合には、漏洩磁束が増加して可動部にサイドフォースを与えたり、電流に対する推力の増加が頭打ちになるため、ヨークの断面積を大きくしなけれならず、その結果コンプレッサ自体が大型化するという欠点があった。
また、２極ＶＣＭを使用したコンプレッサにおいては、隣接するコイルの結線部分がコイルボビンから突出するため、磁気回路の総磁束の低下を生じ、効率が低下する。また、結線部分の突出部と永久磁石の切込み部が運転中又は輸送中に噛み込むことによるトラブルが発生するという問題がある。さらに、隣接するコイルの結線部分の半田付け作業が必要となる。
【０００７】
本発明は、以上の欠点を解消するためになされたもので、多極ＶＣＭを使用し小型化が可能で、かつ効率及び熱的に優れた極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイルを提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、内筒ヨークおよび内筒ヨークと一体的に構成された外筒ヨークにそれぞれ固定され軸方向に隔置された少なくとも二対の実質的に環状型の永久磁石と、外筒ヨークと永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石と外筒ヨークと内筒ヨークとで磁気回路を形成し、一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容して構成される。
【０００９】
この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、一対の永久磁石に、永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石が固着されている。
【００１０】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、外筒ヨークに固定され軸方向に隔置された少なくとも一対の実質的に環状型の永久磁石と、外筒ヨークと一体的に構成された内筒ヨークと永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石と外筒ヨークと内筒ヨークとで磁気回路を形成し、一対の電機子コイ ルの結線部分をコイルボビン内に収容し、一対の永久磁石に、永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石が固着されている。
【００１１】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、内筒ヨークに固定され軸方向に隔置された少なくとも一対の実質的に環状型の永久磁石と、内筒ヨークと一体的に構成された外筒ヨークと永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石と外筒ヨークと内筒ヨークとで磁気回路を形成し、一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容し、一対の永久磁石に、永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石が固着されている。
【００１２】
さらに、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向のいずれか一方の側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）から導出するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と円筒体の内側又は外側に設けられた溝部（Ｃ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）及び溝部（Ｃ）から導出するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向のいずれか一方の側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、コイル部の巻数を偶数層とするとともに、隣接するコイル部の巻線方向を逆方向に巻回し、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）から導出するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と円筒体の内側又は外側に設けられた溝部（Ｃ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、コイル部の巻数を奇数層とするとともに、隣接するコイル部の巻線方向を逆方向に巻回し、隣接するコイル間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）及び溝部（Ｃ）から導出するようにしたものである。
【００１６】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と円筒体に設けられたスリット部（Ｄ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）及びスリット部（Ｄ）から導出するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルは、軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）と円筒体の外側に設けられ溝部から円筒体の一端まで軸方向に設けられコイル端末を導出するための溝部（Ｅ）とを備えたコイルボビンと、複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、隣接するコイル部間を溝部（Ａ）を介して隣接するコイル部のコイル端末を溝部（Ｅ）から導出するようにしたものである。
【００１８】
上記のいずれの電機子コイルの場合においても、単一の線材で複数のコイル部を形成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による極低温冷凍機用コンプレッサ及びそれに使用される電機子コイルの好ましい実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの断面を示したもので、１はシリンダ、２はハウジング、３は外筒ヨーク、４は環状型永久磁石、５はシリンダ１によって構成される内筒ヨーク、６はピストン、７は電機子コイルである。
【００２１】
ハウジング２にはフリーディスプレーサ１２が収容され、ピストン６の作動によりピストンと同じ周波数で、かつ異なる位相で往復運動する点は従来の装置と同様である。
【００２２】
一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂは外筒ヨーク３に軸方向に隔置されて固定され、この外筒ヨーク３は内筒ヨーク５と一体的に構成されている。
【００２３】
一対の電機子コイル７は、電機子コイル７ａと７ｂで構成され、内筒ヨーク５と永久磁石４間に永久磁石４と対向して介在され、内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定されている。
【００２４】
図４に示すように、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、環状型永久磁石４０を構成する一対の環状型永久磁石４０ａ、４０ｂが内筒ヨーク５に固定され軸方向に隔置されて配置してもよい。一対の電機子コイル７０は、電機子コイル７０ａと７０ｂで構成され、外筒ヨーク３と永久磁石４０間に永久磁石４０と対向して介在され、内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定されている。
【００２５】
図５に示すように、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、環状型永久磁石４１を構成する二対の環状型永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが内筒ヨーク５および内筒ヨーク５と一体的に構成された外筒ヨーク３にそれぞれ固定され軸方向に隔置されて配置されてもよい。一対の電機子コイル７１は、電機子コイル７１ａと７１ｂで構成され、外筒ヨーク３に固定された環状型永久磁石４１ａ、４１ｂと内筒ヨーク５に固定された環状型永久磁石４１ｃ、４１ｄ間に二対の環状型永久磁石４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと対向して介在され、内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定されている。
【００２６】
これらの環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄはリング状に一体的に形成された永久磁石で構成することができるが、個別の永久磁石をリング状に組み合わせて形成された実質的に環状型の永久磁石で構成することもできる。
【００２７】
この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、少なくとも一対の永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは半径方向に対して互いに逆極となるように配置され、一対の永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄにそれぞれ対置する１対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは軸方向にローレンツ力が発生するように巻線方向／通電方向が決定される。即ち、一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの巻線方向は互いに逆巻とし、それぞれの電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの通電方向は同方向としてもよく、又は一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの巻線方向は互いに同巻とし、それぞれの電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの通電方向は逆方向としてもよいものである。
【００２８】
図６に示すように、この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、一対の永久磁石４ａ、４ｂに、永久磁石４ａ、４ｂからの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石７２ａ、７２ｂが固着されている。
【００２９】
この極低温冷凍機用コンプレッサにおいて、永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄに対して電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが決定される。即ち、図１に示すように、永久磁石４ａ、４ｂに対して電機子コイル７ａ、７ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが短長に設定される。また、図７に示すように、永久磁石４ａ、４ｂに対して電機子コイル７ａ、７ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが長く設定される。
さらに、図８に示すように、永久磁石４ａ、４ｂに対して電機子コイル７ａ、７ｂは、その所望の有効ストロークに応じて軸方向長さが同長に設定される。
【００３０】
このようにして少なくとも一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと、外筒ヨーク３と一体的に構成された内筒ヨーク５と永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ間に介在され交流電流を通電することにより内筒ヨーク５内で摺動するピストン６に固定され軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂとからなる一対のコンプレッサアッセンブリが対向して配置される。
【００３１】
それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの半径方向に対して逆となるように一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと外筒ヨーク３と内筒ヨーク５とで磁気回路（鎖線で示す）が形成される。
【００３２】
以上の構成のコンプレッサにおいては、それぞれのコンプレッサアッセンブリの電流供給端子８ａ、８ｂ及びコイル端末９ａ、９ｂより電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂに正弦波電流を供給すると、電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂには一対の環状型永久磁石４ａ、４ｂ、４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと外筒ヨーク３及び内筒ヨーク５とで形成される磁気回路との相互作用により、軸方向にローレンツ力が作用し、電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂに固定されたピストン６がその軸方向に往復運動する。
【００３３】
この場合、一対のコンプレッサアッセンブリは対象的に作動する。即ち、同位相、同振幅の正弦波電流を各電流供給端子８ａ、８ｂに供給すると、各コンプレッサアッセンブリにおける磁界の方向が対象であるため、各ピストン６は互いに逆方向に振動し、圧縮空間１０の体積が周期的に変化する。
【００３４】
その結果、作動空間内のガスの圧縮、膨脹によりガス圧が変動し、従前と同様に、フリーディスプレーサ１２がピストン６と同じ周波数で、かつ異なる位相で往復運動する。
【００３５】
尚、上記のピストン６には、磁気回路との相互作用による推力と共振させるためにバネ１１が接続されている。
これらの一対の電機子コイル７ａ、７ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂは、以下に示すようにその結線部分をコイルボビン２０内に収容して構成される。
即ち、図２は、上記の電機子コイル７の一例を示したもので、コイルボビン２０はその軸方向断面において断面凹状の２ケ所の巻線部２１ａ、２１ｂが形成されており、巻線部２１ａ、２１ｂとの間には巻線部を連通する溝部（Ａ）が、また一方の大径部にはコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）が形成されている。
上記の巻線部２１ａ、２１ｂには、隣接するコイル２２ａ、２２ｂの巻線方向を逆方向とし、かつその巻数が偶数層となるように線材が巻回されており、このコイル２２ａ、２２ｂ間を溝部（Ａ）で接続するとともに、コイル端末２３を溝部（Ｂ）から導出するようにしたものである。
【００３６】
以上の電機子コイル７、７０、７１は、接続部を形成することなく、コイルボビン２０と単一の線材で構成することが可能となる。
【００３７】
即ち、コイル部の全層数をｎとすると、コイル端末２３を溝部（Ｂ）から導入し、巻線部２１ａに線材を左巻にｎ−１層巻回する。この巻終端を溝部（Ａ）から巻線部２１ｂに導入し、線材を右巻にｎ層巻回した後、巻終端で巻き返して巻線部２１ａに左巻のｎ層目を巻回した後、溝部（Ｂ）からコイル端末の他端を導出して電機子コイル７、７０、７１を形成することができる。また、他の偶数層の巻数を有するコイルも同様の方法により形成することが可能である。
図９は、上記の電機子コイル７、７０、７１の一例を示したもので、コイルボビン２０はその軸方向断面において断面凹状の２ケ所の巻線部２１ａ、２１ｂが形成されており、巻線部２１ａ、２１ｂとの間には巻線部２１ａ、２１ｂを連通する溝部（Ａ）が、また一方の大径部にはコイル端末を導出するための溝部（Ｅ）が形成されている。
上記の巻線部２１ａ、２１ｂには、隣接するコイル２２ａ、２２ｂの巻線方向を逆方向とし、かつその巻数が偶数層となるように線材が巻回されており、このコイル２２ａ、２２ｂ間を連続線材２３ａで溝部（Ａ）で接続するとともに、コイル端末２３を溝部（Ｅ）から導出する（Ｅ）から導出するようにし又は溝部（Ｅ）に丸状、角状、膜状の導体を取付け、それにコイル端末を接続したものである。
【００３８】
以上の電機子コイル７、７０、７１は、接続部を形成することなく、コイルボビン２０と単一の線材で構成することが可能となる。
【００３９】
即ち、コイル部の全層数をｎとすると、コイル端末２３を溝部（Ｅ）から導入し、巻線部２１ｂに線材を左巻にｎ層巻回する。この巻終端を溝部（Ａ）から巻線部２１ａに導入し、線材を右巻にｎ層巻回した後、この巻終端を溝部（Ｅ）からコイル端末の他端を導出して電機子コイル７を形成することができる。また、他の偶数層の巻数を有するコイルも同様の方法により形成することが可能である。
【００４０】
図３は、上記の電機子コイル７´の他の一例を示したもので、コイルボビン３０はその軸方向断面において断面凹状の２ケ所の巻線部３１ａ、３１ｂが形成されており、巻線部３１ａ、３１ｂとの間には巻線部を連通する溝部（Ａ）が、また一方の大径部にはコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）が形成されるとともに、コイルボビン３０の内側に溝部（Ｃ）が設けられている。
上記の巻線部３１ａ、３１ｂには、隣接するコイル３２ａ、３２ｂの巻線方向を逆方向とし、かつその巻数が奇数層となるように線材が巻回されており、このコイル３２ａ、３２ｂ間を溝部（Ａ）で接続するとともに、コイル端末３３の一端を溝部（Ｂ）から、またコイル端末の他端３４を溝部（Ｃ）から導出するようにし又は溝部（Ｃ）に丸状、角状、膜状の導体を取付け、それにコイル端末を接続するようにしたものである。
【００４１】
以上の電機子コイル７´は、接続部を形成することなく、コイルボビン３０と単一の線材で構成することが可能となる。
【００４２】
即ち、コイル部の全層数をｎとすると、コイル端末３３を溝部（Ｂ）から導入し、巻線部３１ａに線材を左巻にｎ層巻回する。この巻終端を溝部（Ａ）から巻線部３１ｂに導入し、線材を右巻にｎ層巻回した後、コイル端末の他端３４を溝部（Ｃ）から導出して電機子コイル７´を形成することができる。また、他の奇数層の巻数を有するコイルも同様の方法により形成することが可能である。
【００４３】
尚、上記のコイルボビン３０の内側の溝部（Ｃ）の代わりに渦電流防止用のスリット部（Ｄ）を利用してコイル端末の他端３４を導出することもできる。
【００４４】
さらに、巻線部の巻き方向を限定することなくそれぞれ別個に巻線部を形成し、所望の電流方向を有するように溝部（Ａ）で接続することもできる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の極低温冷凍機用コンプレッサは、以下のような効果を奏する。
【００４６】
イ）同一の磁場強さ、面積であっても従来のヨークに比較してその断面積を半分にすることができる。
【００４７】
ロ）ヨークの断面積の減少が可能となることにより、導体面積を大きくすることができ、同一巻数であっても導体径を大きくできる結果、ジュール損を大幅に減少させてその効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
ハ）それぞれのコイルから発生する磁束が相殺され、鉄損が減少する結果、効率が向上する。
ニ）それぞれのコイルから発生する磁束が相殺されるため、電流の向きによる推力のヒステリシスが無くなり制御が簡単である。
ホ）それぞれのコイルから発生する磁束が相殺さるため、電流―推力特性がリニアであり、制御が簡単である。
ヘ）ヨークの断面積の減少が可能となることにより、磁石を厚くでき、このためコイルに流す電流も小さくなるため、熱的に有利となり、本体の温度上昇が抑制される結果、冷却が不要となる。
ト）コイルの電流による磁束でヨークが飽和することがなくなる。
チ）磁気回路間の円形ディスクを磁経路として使用しないため必要最小限に薄くすることが出来る。
【００４９】
また、本発明の電機子コイルによれば、以下のような利点をもたらすものである。
【００５０】
リ）隣接するコイルの結線部分がコイルボビンから突出することがないため、磁気回路のギャップを小さくでき、このため、総磁束の低下を防止することができ効率が向上する。
【００５１】
ヌ）結線部分の突出部と永久磁石の切込み部が運転中又は輸送中に噛み込みことによるトラブルの発生がなくなる。
【００５２】
ル）隣接するコイルの結線部分の半田付け作業が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの一実施例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルの一実施例を示す概略図である。
【図３】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルの他の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサの他の実施例を示す概略断面図である。
【図９】本発明の極低温冷凍機用コンプレッサに使用される電機子コイルの他の実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１………シリンダ
２………ハウジング
３………外筒ヨーク
４、４ａ、４ｂ、４０、４０ａ、４０ｂ、４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ………環状型永久磁石
５………内筒ヨーク
６………ピストン
７、７ａ、７ｂ、７０、７０ａ、７０ｂ、７１、７１ａ、７１ｂ………電機子コイル
８ａ、８ｂ………電流供給端子
９ａ、９ｂ、２３、３３………コイル端末
１０………圧縮空間
１１………バネ
２０、３０………コイルボビン
２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂ………巻線部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ………溝部
Ｄ………スリット部
２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ………コイル
Claims (10)
- 内筒ヨークおよび前記内筒ヨークと一体的に構成された外筒ヨークにそれぞれ固定され軸方向に隔置された少なくとも二対の実質的に環状型の永久磁石と、前記外筒ヨークと前記永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより前記内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され前記軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが前記一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように前記一対の環状型永久磁石と前記外筒ヨークと前記内筒ヨークとで磁気回路を形成し、前記一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容したことを特徴とする極低温冷凍機用コンプレッサ。
- 外筒ヨークに固定され軸方向に隔置された少なくとも一対の実質的に環状型の永久磁石と、前記外筒ヨークと一体的に構成された内筒ヨークと前記永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより前記内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され前記軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが前記一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように前記一対の環状型永久磁石と前記外筒ヨークと前記内筒ヨークとで磁気回路を形成し、前記一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容し、前記一対の永久磁石に、前記永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石を固着させたことを特徴とする極低温冷凍機用コンプレッサ。
- 内筒ヨークに固定され軸方向に隔置された少なくとも一対の実質的に環状型の永久磁石と、前記内筒ヨークと一体的に構成された外筒ヨークと前記永久磁石間に介在され交流電流を通電することにより前記内筒ヨーク内で摺動するピストンに固定され前記軸方向に往復運動する少なくとも一対の電機子コイルとからなる一対のコンプレッサアッセンブリを対向して配置するとともに、それぞれのコンプレッサアッセンブリにおける磁束の向きが前記一対の電機子コイルの半径方向に対して逆となるように前記一対の環状型永久磁石と前記外筒ヨークと前記内筒ヨークとで磁気回路を形成し、前記一対の電機子コイルの結線部分をコイルボビン内に収容し、前記一対の永久磁石に、前記永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石を固着させたことを特徴とする極低温冷凍機用コンプレッサ。
- 前記一対の永久磁石に、前記永久磁石からの磁束を半径方向に並列させるための軸方向に極性が配置された補助磁石を固着させたことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機用コンプレッサ。
- 軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向のいずれか一方の側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）とを備えたコイルボビンと、前記複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、前記隣接するコイル部間を前記溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）から導出するようにしたことを特徴とする電機子コイル。
- 軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と前記円筒体の内側又は外側に設けられた溝部（Ｃ）とを備えたコイルボビンと、前記複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、前記隣接するコイル部間を前記溝部（Ａ）を介してコイル端末を前記溝部（Ｂ）及び前記溝部（Ｃ）から導出するようにしたことを特徴とする電機子コイル。
- 軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向のいずれか一方の側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）とを備えたコイルボビンと、前記複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、前記コイル部の巻数を偶数層とするとともに、隣接するコイル部の巻線方向を逆方向に巻回し、前記隣接するコイル部間を前記溝部（Ａ）を介してコイル端末を溝部（Ｂ）から導出するようにしたことを特徴とする電機子コイル。
- 軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と前記円筒体の内側又は外側に設けられた溝部（Ｃ）とを備えたコイルボビンと、前記複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、前記コイル部の巻数を奇数層とするとともに、隣接するコイル部の巻線方向を逆方向に巻回し、前記隣接するコイル間を前記溝部（Ａ）を介してコイル端末を前記溝部（Ｂ）及び前記溝部（Ｃ）から導出するようにしたことを特徴とする電機子コイル。
- 軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）とその軸方向の両側に設けられたコイル端末を導出するための溝部（Ｂ）と前記円筒体に設けられたスリット部（Ｄ）とを備えたコイルボビンと、前記複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、前記隣接するコイル部間を前記溝部（Ａ）を介してコイル端末を前記溝部（Ｂ）及び前記スリット部（Ｄ）から導出するようにしたことを特徴とする電機子コイル。
- 軸方向断面において複数の断面凹状の巻線部を有する円筒体と、この円筒体の隣接する巻線部を連通する溝部（Ａ）と前記円筒体の外側に設けられ前記溝部から前記円筒体の一端まで軸方向に設けられコイル端末を導出するための溝部（Ｅ）とを備えたコイルボビンと、前記複数の巻線部に線材を巻回して形成したコイル部とを備え、前記隣接するコイル部間を前記溝部（Ａ）を介して前記隣接するコイル部のコイル端末を前記溝部（Ｅ）から導出するようにしたことを特徴とする電機子コイル。
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