JPH01281370A - 冷却機 - Google Patents

冷却機

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Publication number
JPH01281370A
JPH01281370A JP11131888A JP11131888A JPH01281370A JP H01281370 A JPH01281370 A JP H01281370A JP 11131888 A JP11131888 A JP 11131888A JP 11131888 A JP11131888 A JP 11131888A JP H01281370 A JPH01281370 A JP H01281370A
Authority
JP
Japan
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cold finger
displacer
vibration
cylinder
vibration damping
Prior art date
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Pending
Application number
JP11131888A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshio Furuishi
古石 喜郎
Yoshio Kazumoto
数本 芳男
Kazuo Kashiwamura
和生 柏村
Takuya Suganami
菅波 拓也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP11131888A priority Critical patent/JPH01281370A/ja
Publication of JPH01281370A publication Critical patent/JPH01281370A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、スターリング冷却機のように、赤外線素子
の冷却、空気液化機等に用いられるガス冷却機に関する
ものである。
[従来の技術] 部 第5図は、例えば持分1/154−28980号公報に
開示された従来のスターリング型ガス冷却機の概略構成
を示す断面側面図である9図において、lはシリンダで
あり、このシリンダーの内部でピストン2が往復運動を
行う。3はコールドフィンガであり、作動ガスの圧力変
動によって往復運動するディスプレーサ4を内包すると
共に、その下部は連通管5によりシリンダーと連通して
いる。
ディスプレーサ4の上部の作動表面4bは膨張空間6の
境界をなしており、この膨張空間6はデイスプレーサ4
の下部作動表面4aと連通管5の間の第一圧縮空間7、
ピストン2の上部の作動表面2aと連通管5の間の第二
空間8、ディスプレーサ4内に備えた蓄熱機9及び連通
管5内の空間等とともに作動空間を構成している。蓄熱
機9は下方の中心孔10を経てその下側の作動ガスに通
ずると共に、また上方の中心孔11と半径方向流通ダク
ト12を経て上側の作動ガスに通ずることができる。ま
た、この機械では膨張させられた冷作動ガスと冷却すべ
き物体の間の熱交換のための熱交換器としてフリーザ1
3を備えている。
ピストン2とシリンダ1の壁の間にはシールI4が配置
され、ピストン2の下側に存在するバッファ空間15と
前記作動空間との間の作動ガスの流れを防止している。
また、ディスプレーサ4とコールドフィンガ3の間には
シール16を備え、膨張空間6と第一圧縮空間7の間の
作動ガスの流れが蓄熱機9内を流れるよう強制している
ピストン2とその下側のバッファ空間15中に、アルミ
ニウム等の非磁性及び非磁化材料から成る軽量のスリー
ブI7を備える。スリーブ17には導電体を巻き付けて
コイル18を形成し、このコイルI8はシリンダニの壁
を通すリード線19゜20に接続され、これらのリード
線19.20はシリンダ1の外部でそれぞれ電気端子2
1.22に接続されている。コイル18はピストン2の
軸線方向に環状間隙23内で往復運動でき、この環状間
隙23内には電機子磁界が存在している。この電機子磁
界の力線はコイル18の移動方向を横切る半径方向に延
びている。この場合、永久磁界は上側と下側に磁極を持
つ環状永久磁石24、軟鉄環状ディスク25、軟鉄シリ
ンダ26及び軟鉄円形ディスク27を用いて得られる。
環状永久磁石24と軟鉄環状ディスク25、軟鉄シリン
ダ26及び軟鉄円形ディスク27は一体となって閉磁気
回路を構成し、すなわち閉磁力線回路をを構成する0以
上述べたスリーブ17、コイル18、リード線19,2
0、環状間隙23、環状永久磁石24、軟鉄環状ディス
ク25、軟鉄シリンダ26及び軟鉄円形ディスク27は
全体としてピストン駆動用のりニアモータ28を構成し
ている。また、ピストン2及びディスプレーサ4はそれ
ぞれピストン用弾性部材29とディスプレーサ用弾性部
材30を介してシリンダ1及びコールドフィンガ3内に
往復動可能に係合され、ピストン2及びディスプレーサ
4の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を定めてい
る。
次に、前記従来のスターリング型ガス冷却機の動作につ
いて説明する。電気端子21.22に系の共振周波数に
等しい交流電源(図示しない)を接続すると、環状間隙
23の半径方向の永久磁界の影響を受けてコイル18に
は軸方向の周期的なローレンツ力が働き、その結果、ピ
ストン2、スリーブ17及びコイル18から構成される
組立体とピストン用弾性部材29から成る系は共振状態
となり、上記組立体は軸方向に振動する。ピストン2の
振動は、膨張空間6、第一圧縮空間7、第二圧縮空間8
、連通管5、蓄熱機9、中心孔10、中心孔11、半径
方向流通ダクト12及びフリーザ13から成る作動空間
内に封入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたらす
と共に、蓄熱機9を通過するガスの流量変化によりディ
スプレーサ4に周期的な軸方向の交番振動力を生じせし
める。
このようにして蓄熱機9を含むディスプレーサ4はピス
トン2と同じ周波数で、かつ異なった位相でコールドフ
ィンガ3内を軸方向に往復運動することになる。
ピストン2及びディスプレーサ4が適当な位相差を保っ
て運動するとき、上記作動空間内に封入された作動ガス
は「逆スターリングサイクル」として既知の熱力学的サ
イクルを構成し、主として膨張空間6及びフリーザ13
に冷熱を発生する。
前記[逆スターリングサイクル」と、その冷熱発生の原
理については、文献rcryocoolers 」(G
Walker、 Plenum Press、 New
 york、 1983. PP、177〜123)に
詳細に説明されている9以下にその原理について簡単に
説明する。
ピストン2により圧縮された第二圧縮空間8内のガスは
連通管5を経て流れる間に圧縮熱が冷却され、第一圧縮
空間7、中心孔10、蓄熱機9に流れ込む、蓄熱機9で
は半サイクル前に蓄えられた冷熱により予冷され、作動
ガスは、さらに中心孔11、半径方向流通ダクト12及
びフリーザ13を通って膨張空間6内に入る。そして、
大部分の作動ガスが膨張空間6内に入ると膨張が始まり
、膨張空間6内に冷熱を発生する0作動ガスは、次に逆
の順序で蓄熱機9に冷熱を放出しなから流路を戻り、第
二圧縮空間8内に入る。この時、フリーザ13内で外部
から熱を奪い、その外部を冷却する。しかして、大部分
の作動ガスが第二圧縮空間8内に戻ると再び圧縮が始ま
り、次のサイクルに移行する0以上のようなプロセスに
より、前記「逆スターリングサイクル」が完成して冷熱
が発生する。
[発明が解決しようとする課題] 従来の冷却機は以上のように構成されており、ディスプ
レーサ4やピストン2は往復運動するため、これらの質
量に基づく慣性不平衡力が発生する。冷却能力を増大さ
せるためには、前記可動部の質量を大きくする、あるい
は駆動周波数を高くするなどの手段がとられるが、これ
によって、慣性不平衡力が極めて大きくなり、冷却材自
体の振動が大きくなるなどの問題点があった。特にディ
スプレーサ4の外周に存在するコールドフィンガ3は冷
熱発生箇所であり、冷却物が精密な電子機器であるよう
なものでは該コールドフィンガ3の振動を極力低減させ
る必要があった。
この発明は前記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ディスプレーサの往復運動に基づく慣性不平
衡力を相殺しディスプレーサの振動を軽減し、低振動の
冷却機を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係る冷却機は、コールドフィンガを連通管を
介してシリンダから機械的に分離し別の取付フレームに
取付け、ディスプレーサに対向して取付フレームの裏側
に制振アクチュエータを取付ける。前記ディスプレーサ
の往復動に起因する振動は振動センサにより検出し、検
出された振動信号を制御回路により制御信号に変換し、
この制御信号によって駆動回路により前記アクチュエー
タを駆動する。このアクチュエータは、可動質量部と、
この可動質量部を弾性支持するばねと、前記駆動回路か
らの電流により可動t1部を振動させるリニアモータと
、から構成される。
[作  用] コールドフィンガを連通管を介してシリンダから機械的
に分離することにより、振動を制動する部分がコールド
フィンガのみとなり制動しやすくなる。また別の振動体
であるシリンダから切り離すことにより、制動そのもの
が容易となる。分離したコールドフィンガを別の取付フ
レームに取付けることにより、前記コールドフィンガに
内包され往復動するディスプレーサに対向して制振アク
チュエータを取付けることができる構造となる。
[実施例] 以下、この発明一実施例を第1図〜第4図にしたがって
説明する。
第1図において従来例を示す第5図と同一符号の部分は
同一部分であるので説明は省略する。
第1図において、31はコールドフィンガ3が装着され
る取付フレームであり、取付フレーム31の下側の32
は、コールドフィンガ3に対向して取付けられる制振ア
クチュエータである。第1圧縮空間7と第2圧縮空間8
とは長い連通管5に連通させる。
第2図は制振アクチュエータ32の一実施例の断面構造
図である。この制振アクチュエータ32は動電形リニア
アクチュエータを採用したもので、図において、33は
永久磁石、34は円筒状のヨーク、35はコイル、36
はコイル35を支持するサポート、37は前記ヨーク3
4の上下両端に配設しヨーク34を支持する弾性体(ば
ね)、38はガイド棒、39はヨーク34の上下端に固
着した直動輪受でありガイド棒38に沿って摺動し、よ
ってヨーク34が上下方向に駆動される。40はケーシ
ングである。
前記制振アクチュエータの動作について説明する。まず
、永久磁石33は半径方向に着磁され、ヨーク34に固
着されて磁気回路を形成し、コイル35が挿入される空
隙では所定の磁束密度を生じさせる0次にコイル35に
電流が供給されるとコイル35と永久磁石33との間に
生じた電磁力が発生する。このときコイル35に生じた
電磁力はサポート36を介して取付フレーム31に伝達
される。一方、永久磁石33に作用する電磁力は、ヨー
ク34を支持する弾性体37の復元力とヨーク34と永
久磁石33の慣性力の和と釣り合う。
これらの力学的モデルを第3図に示す。図において、4
1はヨーク34と永久磁石33とを合わせた可動質量部
である。Uは第2図のコイル35と永久磁石33との間
で働く電磁力である。
第4図は、この発明の制振アクチュエータの制御を示す
ブロック図である。このブロック図により振動の低減シ
ステムを説明する0図において、42は振動センサで、
取付フレーム31に設置される。43は制御回路、44
は駆動回路で、コイル35に電流を供給するものである
。振動センサ42で検出されたディスプレーサ4の往復
運動に基づく慣性不平衡力は、電気信号として取り出さ
れ、制御回路43に入力される。制御回路43は所定の
ティン、位相特性をもつ回路で、電気信号のゲイン、位
相を調整してつぎの駆動回路44に伝送する。駆動回路
44は制振アクチュエータ32を駆動するもので、この
制振アクチュエータ32の発生する制御力をディスプレ
ーサ4の慣性不平衡力を相殺するように印加させる。こ
のような構成によりコールドフィンガ3が振動を積極的
に低減でき、低振動化が計れる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、コールドフィンガを
シリンダから機械的に分離することにより、制振の対象
をコールドフィンガのみとすることができ、制振対象の
質量を軽くでき、制振が容易となる。また別の振動体で
あるシリンダから分離することにより制振の対象となる
振動が小さくなり、制動自体が容易となる。
また分離したコールドフィンガを別の取付フレームに取
付けることにより、コールドフィンガに内包され往復動
するディスプレーサに対向して、取付フレームの裏側に
制振アクチュエータを取付けることができる構造となる
このようにして制振アクチュエータの駆動力が、ディス
プレーサの往復動に起因する慣性不平衡力を相殺し振動
を低減することができる。これにより、コールドフィン
ガ部の振動が有効に抑制される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る冷却機を示す構造断
面図、第2図はこの発明の一実施例による制振アクチュ
エータの構造断面図、第3図は制振アクチュエータの力
学的モデル図、第4図はこの発明での制御システムブロ
ック図、第5図は従来の冷却機を示す断面図である。 l・・・シリンダ、2・・・ピストン、2a、4a。 4b・・・作動表面、3・・・コールドフィンガ、4・
・・ディスプレーサ、5・・・連通管、6・・・膨張空
間、7・・・第一圧縮空間、8・・・第二圧縮空間、9
・・・蓄熱機、10・・・中心孔、11・・・中心孔、
12・・・半径方向流通ダクト、13・・・フリーザ、
14・・・シール、15・・・バッファ空間、16・・
・シール、17・・・スリーブ、18・・・コイル、1
9.20・・・リード線、21,22・・・電気端子、
23・・・環状間隙、24・・・環状永久磁石、25・
・・軟鉄環状ディスク、26・・・軟鉄シリンダ、27
・・・軟鉄円形ディスク、28・・・リニアモータ、2
9・・・ピストン用弾性部材、30・・・ディスプレー
サ用弾性部材。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人  大岩 増l11(ばか2名)第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、前記
    シリンダに連通管を介して連通するコールドフィンガと
    、このコールドフィンガ内に内包されるディスプレーサ
    とを備え、前記ピストンの働きによって作動ガスが前記
    コールドフィンガ内で圧縮、膨張し、前記ディスプレー
    サを往復運動させる冷却機において、 前記コールドフィンガを、連通管を介して前記シリンダ
    から機械的に分離して取付けるための別の取付フレーム
    と、前記ディスプレーサに対向して該取付フレームの裏
    側に取付けられる制振アクチュエータと、前記ディスプ
    レーサの往復動に起因する振動を検出する振動センサと
    、検出された振動信号を制御信号に変換する制御回路と
    、この制御信号によって前記制振アクチュエータを駆動
    する駆動回路と、を有し、前記制振アクチュエータは可
    動質量部と該可動質量部を弾性支持するばねと前記駆動
    回路からの電流により該可動質量部を振動させるリニア
    モータとから構成される冷却機。
JP11131888A 1988-05-07 1988-05-07 冷却機 Pending JPH01281370A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0579720A (ja) * 1991-09-20 1993-03-30 Mitsubishi Electric Corp 冷凍機
US20190074117A1 (en) * 2013-04-24 2019-03-07 Siemens Plc Assembly comprising a two-stage cryogenic refrigerator and associated mounting arrangement

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61265457A (ja) * 1985-05-17 1986-11-25 三菱電機株式会社 冷凍機

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