JP6367144B2 - Cylinder rod device - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダロッド装置に関する。 The present invention relates to a cylinder rod device.
従来のシリンダロッド装置として、スターリング冷凍機に備えられたシリンダロッド装置が知られている。(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載されたシリンダロッド装置は、シリンダと、ピストン(ロッド)と、ピストンに取り付けられた可動コイルと、磁気回路とを備えている。シリンダロッド装置の運転時においては、可動コイルを構成する導電線に交流電流が流れることによって、磁気回路が作る磁界の中を可動コイルと共にピストンが往復移動する。一方で、シリンダロッド装置の運転停止時においては、切換器によって導電線が短絡接続される。このため、外部から大きい振動が与えられた場合であっても、可動コイルに対して、振動が抑制される方向に力が作用する。これにより、外部からの振動に起因する部品の損傷が抑制される。 As a conventional cylinder rod device, a cylinder rod device provided in a Stirling refrigerator is known. (For example, refer to Patent Document 1). The cylinder rod device described in Patent Literature 1 includes a cylinder, a piston (rod), a movable coil attached to the piston, and a magnetic circuit. During the operation of the cylinder rod device, an alternating current flows through a conductive wire constituting the movable coil, so that the piston reciprocates together with the movable coil in the magnetic field created by the magnetic circuit. On the other hand, when the operation of the cylinder rod device is stopped, the conductive wire is short-circuited by the switch. For this reason, even when a large vibration is applied from the outside, a force acts on the movable coil in a direction in which the vibration is suppressed. Thereby, the damage of the components resulting from the vibration from the outside is suppressed.
上述したようなシリンダロッド装置では、導電線を短絡接続させるために切換器を必要としているため、より簡易な構成が求められている。 Since the cylinder rod device as described above requires a switching device to short-circuit the conductive wires, a simpler configuration is required.
本発明は、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができるシリンダロッド装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the cylinder rod apparatus which can suppress the damage of the components resulting from the vibration from the outside by simple structure.
本発明に係るシリンダロッド装置は、シリンダと、シリンダの内側を往復移動するロッドと、ロッドにおけるシリンダと反対側の端部に設けられたボビンと、ボビンに巻き付けられていると共に、ボビンの軸方向に隣り合う第1コイル巻線及び第2コイル巻線と、ボビンの周囲に配置され、第1コイル巻線及び第2コイル巻線と離間して対向する環状の磁石と、第1コイル巻線及び第2コイル巻線に電力を供給する電源と、を備え、第1コイル巻線及び第2コイル巻線は、同方向に巻き付けられていると共に、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されており、第2コイルの巻き数は、第1コイルの巻き数よりも少ない。 A cylinder rod device according to the present invention includes a cylinder, a rod that reciprocates inside the cylinder, a bobbin provided at an end of the rod opposite to the cylinder, and wound around the bobbin, and the axial direction of the bobbin A first coil winding and a second coil winding adjacent to each other, an annular magnet disposed around the bobbin and opposed to the first coil winding and the second coil winding, and a first coil winding And a power supply for supplying power to the second coil winding, the first coil winding and the second coil winding being wound in the same direction, and one end side of each other and the other end side of each other They are electrically connected to each other, and the number of turns of the second coil is smaller than the number of turns of the first coil.
本発明に係るシリンダロッド装置では、第1コイル巻線及び第2コイル巻線は、同方向に巻き付けられている。このため、装置の運転時において、第1コイル巻線及び第2コイル巻線は、1つのコイル巻線としてロッドの往復移動に寄与する。また、第1コイル巻線及び第2コイル巻線において、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されている。すなわち、第1コイル巻線及び第2コイル巻線は、短絡接続されている。このため、装置の運転停止時において、外部から振動が与えられた場合であっても、ロッドの振動が抑制される方向に力が作用する。なお、このとき、第1コイル巻線と第2コイル巻線とには、互いに反対向きの誘導電流が発生する。しかしながら、第2コイル巻線の巻き数が、第1コイル巻線の巻き数よりも少ないので、互いの誘導電流が完全に打ち消し合うことがなく、この結果、ロッドの振動が抑制される方向に力が作用する。このように、本発明に係るシリンダロッド装置においては、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができる。 In the cylinder rod device according to the present invention, the first coil winding and the second coil winding are wound in the same direction. For this reason, during operation of the apparatus, the first coil winding and the second coil winding contribute to the reciprocating movement of the rod as one coil winding. Further, in the first coil winding and the second coil winding, one end sides of each other and the other end sides of each other are electrically connected to each other. That is, the first coil winding and the second coil winding are short-circuited. For this reason, when the operation of the apparatus is stopped, a force acts in a direction in which the vibration of the rod is suppressed even when a vibration is applied from the outside. At this time, induced currents in opposite directions are generated in the first coil winding and the second coil winding. However, since the number of turns of the second coil winding is smaller than the number of turns of the first coil winding, the mutual induced currents do not cancel each other out, and as a result, the vibration of the rod is suppressed. Force acts. As described above, in the cylinder rod device according to the present invention, it is possible to suppress damage to parts due to vibration from the outside with a simple configuration.
本発明によれば、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができる。 According to the present invention, damage to parts due to external vibration can be suppressed with a simple configuration.
本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention and are not intended to limit the present invention to the following contents. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
図1は、シリンダロッド装置の一実施形態を備えたスターリング冷凍機の概略断面図である。図1に示されるように、スターリング冷凍機100は、コールドヘッド(コールドフィンガ)101と、圧縮機(シリンダロッド装置)1と、これらを連結する連結管102とを備えている。スターリング冷凍機100は、圧縮機1とコールドヘッド101との間でヘリウム等の作動ガスを往復移動させて、極低温レベルの寒冷を発生させる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a Stirling refrigerator provided with an embodiment of a cylinder rod device. As shown in FIG. 1, the Stirling
圧縮機1は、ハウジング2と、シリンダ3と、ロッド4と、ボビン5と、第1コイル巻線6と、第2コイル巻線7と、磁石8と、電源9と、を備えている。
The compressor 1 includes a
ハウジング2は、シリンダ3、ロッド4、ボビン5、第1コイル巻線6、第2コイル巻線7、及び磁石8を収容している。ハウジング2の上部は、連結管102と接続されている。ハウジング2の収容空間は、連結管102を介してコールドヘッド101と連通しており、互いの間で作動ガスが流通可能となっている。シリンダ3は、円筒状を呈しており、ハウジング2の上部に取り付けられている。ロッド4は、円柱状を呈しており、シリンダ3の内側に位置している。ロッド4は、シリンダ3の内側を往復移動する。
The
ボビン5は、ロッド4よりも外径の大きい円筒状を呈し、非磁性材料からなる。ボビン5は、ロッド4におけるシリンダ3と反対側の端部に設けられている。ボビン5とロッド4とは、同軸となっている。ボビン5は、ハウジング2の下部に取り付けられた支持バネ11と連結されている。ボビン5がハウジング2の上部側に移動させられた場合、ボビン5には、支持バネ11によってハウジング2の下部に向かう力が作用する。
The
第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、ボビン5に巻き付けられている。第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の詳細については後述する。磁石8は、環状を呈している。磁石8は、ボビン5の周囲に配置され、第1コイル巻線6及び前記第2コイル巻線7と周方向における外側へ離間して対向している。磁石8は、ハウジング2内に配置されたヨーク12と共に磁気回路を構成している。磁石8と第1コイル巻線6及び前記第2コイル巻線7との隙間Sには、ボビン5の軸方向と直交する面方向に永久磁界が存在する。
The first coil winding 6 and the second coil winding 7 are wound around the
電源9は、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7に電力(より具体的には、正弦波状の交流電流)を供給している。電源9は、ハウジング2の外側に配置されている。電源9は、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の各端部と各接続端子13,14を介して電気的に接続されている。
The
続いて、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7について詳細に説明する。図2は、図1に示す圧縮機の概略図である。なお、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7のそれぞれにおける巻き数は、図示の便宜上、実際よりも少ない巻き数としている。 Next, the first coil winding 6 and the second coil winding 7 will be described in detail. FIG. 2 is a schematic diagram of the compressor shown in FIG. The number of turns in each of the first coil winding 6 and the second coil winding 7 is set to be smaller than the actual number for convenience of illustration.
図2に示されるように、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、ボビン5の軸方向において隣り合うように位置している。第2コイル巻線7は、第1コイル巻線6よりもボビン5の軸方向におけるロッド4側に位置している。より具体的には、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、ボビン5の軸方向のロッド4側から見て、ロッド4側に向かって時計回りとなるようにボビン5に巻き付けられている。すなわち、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、ボビン5に同方向に巻き付けられている。
As shown in FIG. 2, the first coil winding 6 and the second coil winding 7 are located adjacent to each other in the axial direction of the
第2コイル巻線7の巻き数は、第1コイル巻線6の巻き数よりも少ない。第1コイル巻線6の巻き数と第2コイル巻線7の巻き数との比率が4:1であった場合、第1コイル巻線6の巻き数は、例えば80程度で、第1コイル巻線6の巻き数は、例えば20程度である。なお、第2コイル巻線7の巻き数が極端に少ない場合、第2コイル巻線7の電気抵抗が小さくなり過ぎ、許容電流を超えた電流が第2コイル巻線7に流れ得る。このため、上記に例示したような巻き数程度であることが望ましい。 The number of turns of the second coil winding 7 is smaller than the number of turns of the first coil winding 6. When the ratio of the number of turns of the first coil winding 6 and the number of turns of the second coil winding 7 is 4: 1, the number of turns of the first coil winding 6 is about 80, for example. The number of turns of the winding 6 is, for example, about 20. When the number of turns of the second coil winding 7 is extremely small, the electric resistance of the second coil winding 7 becomes too small, and a current exceeding the allowable current can flow to the second coil winding 7. For this reason, it is desirable that the number of windings is as exemplified above.
第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の互いの一端側同士は、電源9の接続端子13を介して電気的に接続されている。同様に、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の互いの他端側同士も、電源9の接続端子14を介して電気的に接続されている。すなわち、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、各接続端子13,14を介して短絡接続され、1つの閉ループを構成している。
One end sides of the first coil winding 6 and the second coil winding 7 are electrically connected via a
続いて、図3を用いて、圧縮機1の運転時における動作を説明する。まず、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7のそれぞれに対して、電源9から交流電源が印加される。第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7には、接続端子13側から接続端子14側に向かって電流A1,B1がそれぞれ流れる。電流A1,B1は、ロッド4側から第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7を見たときに、反時計回りに流れる。これにより、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7には、隙間Sの永久磁界との相互作用によりにロッド4側に向かうローレンツ力が作用する。
Then, the operation | movement at the time of the driving | operation of the compressor 1 is demonstrated using FIG. First, AC power is applied from the
より具体的には、第1コイル巻線6には、ロッド4側に向かうローレンツ力が作用する。同様に、第2コイル巻線7にも、ロッド4側に向かうローレンツ力が作用する。すなわち、第1コイル巻線6に作用するローレンツ力と第2コイル巻線に作用するローレンツ力との合力によって、ロッド4がシリンダ3側に向かって移動する。一方で、ハウジング2の上部側に到達したロッド4は、ローレンツ力が小さくなるため、支持バネ11によってハウジング2の下部側に引き戻される。このような移動の連続により、ロッド4は、シリンダ3の内部を往復移動する。
More specifically, the Lorentz force toward the
続いて、図4及び図5を用いて、圧縮機1の運転停止時における動作を説明する。この場合、電源9からの交流電源の印加は停止している。このため、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7には、電流が流れていない。この状態において、外部から振動が与えられると、ロッド4、ボビン5、第1コイル巻線6、及び第2コイル巻線7から構成される組立体が振動させられる。
Subsequently, the operation when the compressor 1 is stopped will be described with reference to FIGS. 4 and 5. In this case, the application of AC power from the
仮に、この組立体が振動によってロッド4と反対側に移動し始めた場合、図4に示されるように、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7のそれぞれには、接続端子13側から接続端子14側に向かって誘導電流A2,B2が発生する。すなわち、圧縮機1の運転時に流れる電流A1,B1と同方向の誘導電流A2,B2が、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7に流れる。
If this assembly starts to move to the side opposite to the
ここで、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、短絡接続されている。このため、例えば、第1コイル巻線6で発生した誘導電流A2は、接続端子13,14を介して第2コイル巻線7にも流れる。この場合、第2コイル巻線7上では、第2コイル巻線7で発生した誘導電流B2と、第1コイル巻線6で発生した誘導電流A2とは反対向きとなる。このため、互いの誘導電流A2,B2は、打ち消し合うこととなる。
Here, the first coil winding 6 and the second coil winding 7 are short-circuited. For this reason, for example, the induced current A <b> 2 generated in the first coil winding 6 flows also in the second coil winding 7 through the
ここで、第2コイル巻線7の巻き数は、第1コイル巻線6の巻き数よりも少ない。このため、互いの誘導電流A2,B2は、完全には打ち消し合わない。すなわち、巻き数の多い第1コイル巻線6で発生した誘導電流A2は、巻き数の少ない第2コイル巻線7で発生した誘導電流B2よりも大きい。したがって、図5に示されるように、第1コイル巻線6で発生した誘導電流A2のうち、第2コイル巻線7に打ち消されなかった誘導電流A3が残る。これにより、第1コイル巻線6には、接続端子13側から接続端子14側に向かって誘導電流A3が流れ、第2コイル巻線7には、接続端子14側から接続端子13側に向かって誘導電流A3が流れる。
Here, the number of turns of the second coil winding 7 is smaller than the number of turns of the first coil winding 6. For this reason, the mutual induction currents A2 and B2 do not completely cancel each other. That is, the induced current A2 generated in the first coil winding 6 having a large number of turns is larger than the induced current B2 generated in the second coil winding 7 having a small number of turns. Therefore, as shown in FIG. 5, among the induced current A <b> 2 generated in the first coil winding 6, the induced current A <b> 3 that has not been canceled by the second coil winding 7 remains. As a result, an induced current A3 flows in the first coil winding 6 from the
このとき、第1コイル巻線6には、ロッド4側に向かうローレンツ力が発生し、第2コイル巻線7には、ロッド4の反対側に向かうローレンツ力が発生する。しかしながら、第1コイル巻線6の巻き数が、第2コイル巻線7の巻き数よりも多いため、ロッド4の反対側に向かうローレンツ力が、ロッド4の反対側に向かうローレンツ力よりも大きくなり、この結果、ロッド4がシリンダ3側に向かって移動する。以上の原理によって、圧縮機1の運転停止時において、ロッド4の振動が抑制される方向にローレンツ力が作用する。
At this time, a Lorentz force directed toward the
以上、説明したように、圧縮機1では、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、同方向に巻き付けられている。このため、装置の運転時において、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、1つのコイル巻線としてロッド4の往復移動に寄与する。また、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7において、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されている。すなわち、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7は、短絡接続されている。このため、装置の運転停止時において、外部から振動が与えられた場合であっても、ロッド4の振動が抑制される方向に力が作用する。なお、このとき、第1コイル巻線6と第2コイル巻線7とには、互いに反対向きの誘導電流A2,B2が発生する。しかしながら、第2コイル巻線7の巻き数が、第1コイル巻線6の巻き数よりも少ないので、互いの誘導電流A2,B2が完全に打ち消し合うことがなく、この結果、ロッド4の振動が抑制される方向に力が作用する。このように、圧縮機1においては、簡易な構成によって、外部からの振動に起因する部品の損傷を抑制することができる。
As described above, in the compressor 1, the first coil winding 6 and the second coil winding 7 are wound in the same direction. For this reason, during the operation of the apparatus, the first coil winding 6 and the second coil winding 7 contribute to the reciprocating movement of the
以上、本実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although this embodiment was described, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の巻き方向は、逆巻きであってもよい。また、ボビン5の軸方向における第1コイル巻線6と第2コイル巻線7との位置が入れ替わってもよい。すなわち、圧縮機1の設計条件に応じて、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の構成及び配置を適宜変更してもよい。
For example, the winding direction of the first coil winding 6 and the second coil winding 7 may be reverse winding. Further, the positions of the first coil winding 6 and the second coil winding 7 in the axial direction of the
また、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の互いの一端側同士は、接続端子13を介さず、例えば、接続端子13よりもボビン5側の位置で互いに電気的に接続されていてもよい。同様に、第1コイル巻線6及び第2コイル巻線7の互いの他端側同士も、接続端子14を介さず、例えば、接続端子14よりもボビン5側の位置で互いに電気的に接続されていてもよい。
Further, the one end sides of the first coil winding 6 and the second coil winding 7 are electrically connected to each other at a position closer to the
また、上述したようなシリンダロッド装置は、スターリング冷凍機100のコールドヘッド101内に設けられたディスプレーサ及びシリンダ等に対しても適用することができる。また、シリンダロッド装置は、スターリング冷凍機に限らず、他の冷凍機、更には、シリンダロッド機構を有する他の装置に対して広く適用することができる。
The cylinder rod device as described above can also be applied to a displacer, a cylinder, and the like provided in the
3…シリンダ、4…ロッド、5…ボビン、6…第1コイル巻線、7…第2コイル巻線、8…磁石、9…電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Cylinder, 4 ... Rod, 5 ... Bobbin, 6 ... 1st coil winding, 7 ... 2nd coil winding, 8 ... Magnet, 9 ... Power supply.
Claims (1)
前記シリンダの内側を往復移動するロッドと、
前記ロッドにおける前記シリンダと反対側の端部に設けられたボビンと、
前記ボビンに巻き付けられていると共に、前記ボビンの軸方向に隣り合う第1コイル巻線及び第2コイル巻線と、
前記ボビンの周囲に配置され、前記第1コイル巻線及び前記第2コイル巻線と離間して対向する環状の磁石と、
前記第1コイル巻線及び前記第2コイル巻線に電力を供給する電源と、を備え、
前記第1コイル巻線及び前記第2コイル巻線は、同方向に巻き付けられていると共に、互いの一端側同士及び互いの他端側同士が電気的にそれぞれ接続されており、
前記第2コイル巻線の巻き数は、前記第1コイル巻線の巻き数よりも少ない、シリンダロッド装置。 A cylinder,
A rod that reciprocates inside the cylinder;
A bobbin provided at an end of the rod opposite to the cylinder;
A first coil winding and a second coil winding wound around the bobbin and adjacent in the axial direction of the bobbin;
An annular magnet disposed around the bobbin and opposed to the first coil winding and the second coil winding;
A power source for supplying power to the first coil winding and the second coil winding,
The first coil winding and the second coil winding are wound in the same direction, and one end side of each other and the other end side of each other are electrically connected to each other,
The cylinder rod device, wherein the number of turns of the second coil winding is smaller than the number of turns of the first coil winding.
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