JPH02146470A - Stirling refrigerator - Google Patents

Stirling refrigerator

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Publication number
JPH02146470A
JPH02146470A JP29933388A JP29933388A JPH02146470A JP H02146470 A JPH02146470 A JP H02146470A JP 29933388 A JP29933388 A JP 29933388A JP 29933388 A JP29933388 A JP 29933388A JP H02146470 A JPH02146470 A JP H02146470A
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JP
Japan
Prior art keywords
crankcase
rotor
crank case
motor
housed
Prior art date
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Pending
Application number
JP29933388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidefumi Saito
英文 斎藤
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.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
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Publication of JPH02146470A publication Critical patent/JPH02146470A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/85Crankshafts

Landscapes

  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

PURPOSE:To certainly prevent the working gas from leaking without complicating the construction by a method wherein a brushless type motor is employed, its rotor is housed in a crank case or in a displacement part connecting to the crank case, and its winding is arranged outside the crank case. CONSTITUTION:A motor 2 is of a brushless type, its rotor 21 is housed in a crank case 1, and its winding 22 is arranged outside the crank case 1. The rotor 21 is connected to a crank shaft 109 directly or through a speed reducer. The rotor 21 is housed inside the crank case 1 and connected to the crank shaft 109 without a dynamic seal. The winding 22 is placed outside the crank case 1 and directly cooled by the outside air sent by a thin type fan 27.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は、極低温の発生に好適に利用されるスターリン
グ冷凍機に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a Stirling refrigerator that is suitably used to generate extremely low temperatures.

[従来の技術] スターリング冷凍機は、一般にHeを作動ガスとし、そ
の断熱膨張を利用して極低温を得るものである。概略的
な構成および原理について第5図をもとに説明すると、
同図中太線で示されるクランクケース101内にピスト
ン102、ディスプレーサ103およびこれらに動力を
直交分配するためのクランクシャフト109を収容して
いる。
[Prior Art] A Stirling refrigerator generally uses He as a working gas and uses its adiabatic expansion to obtain extremely low temperatures. The schematic configuration and principle will be explained based on Fig. 5.
A piston 102, a displacer 103, and a crankshaft 109 for orthogonally distributing power to these are housed in a crankcase 101 indicated by a thick line in the figure.

ピストン102の作動端とクランクケース101との間
には圧縮室104が形成され、ディスブレサ103の作
動端とクランクケース101との間には膨張室105が
形成されている。また、圧縮室104と膨張室105と
を、リジェネレータ106を介設したガス移送系路10
7によって接続している。そして、これら圧縮室104
、膨張室105およびガス移送系路107によって密閉
される空間内にHeガスを封入し、それをピストン10
2で圧縮した後に膨張室105に送り込んでディスプレ
ーサ103で断熱膨張させ、膨脂後に圧縮室104に送
り返して再度圧縮に供する。
A compression chamber 104 is formed between the working end of the piston 102 and the crankcase 101, and an expansion chamber 105 is formed between the working end of the dispressor 103 and the crankcase 101. Further, the compression chamber 104 and the expansion chamber 105 are connected to each other by a gas transfer line 10 with a regenerator 106 interposed therebetween.
Connected by 7. And these compression chambers 104
, He gas is sealed in a space sealed by the expansion chamber 105 and the gas transfer line 107, and it is transferred to the piston 10.
After being compressed in step 2, it is fed into the expansion chamber 105 and adiabatically expanded in the displacer 103, and after swelling, it is sent back to the compression chamber 104 and subjected to compression again.

このような周知のスターリングサイクルを営ましめるこ
とによって、膨張室105を形成するケス端に極低温の
コールドヘッド108が生起される。
By operating such a well-known Stirling cycle, an extremely low temperature cold head 108 is generated at the casing end forming the expansion chamber 105.

なお、クランクシャフト109が収容されている機械室
110と前述した圧縮室104および膨張室105とは
、シール111.112によって区画されており、He
ガスの漏れを防止するようにしている。しかし、これら
のシール111.112は摺動抵抗を小さくしなければ
ならない上に、オイル分が作動ガス流によって低温部に
侵入し固化することのないようにオイルフリーとしなけ
ればならず、あまり高いシール効果を上げることは難し
い。特に、膨張室104ではガス圧が一時的に高くなっ
た際にシール111を通じて漏れが生じ易い。このため
、従来ではクランクケース101全体を密閉性のものに
し、機械室110内にもHeガスを充填して圧縮室10
4や膨張室105との差圧の低減を図り、また、漏れた
Heガスが多少なりとも還流することを期して、漏れに
よる冷凍能力の低下を防ぐようにしている。
Note that the machine chamber 110 in which the crankshaft 109 is housed and the compression chamber 104 and expansion chamber 105 described above are separated by seals 111 and 112, and He
This is to prevent gas leaks. However, these seals 111 and 112 must have low sliding resistance and must be oil-free so that the oil does not enter the low-temperature part and solidify due to the working gas flow, so they are too expensive. It is difficult to improve the sealing effect. In particular, in the expansion chamber 104, leakage is likely to occur through the seal 111 when the gas pressure temporarily increases. For this reason, in the past, the entire crankcase 101 was made airtight, and the machine chamber 110 was also filled with He gas.
4 and the expansion chamber 105, and also to ensure that some of the leaked He gas is refluxed to prevent a decrease in the refrigerating capacity due to leakage.

[発明が解決しようとする課題] しかし、このような構成を採用しても、従来のクランク
ケース101は密閉性が万全でないため、遅速、充填し
たHeガスが抜けて効果が半減されてしまう。すなわち
、同図に示すように、一般的なスターリング冷凍機は既
存のモータ113が別体に外付けされており、このモー
タ113はクランクケース101を貫通して内部のクラ
ンクシャフト109と接続される。このため、クランク
ケース101の貫通部分101aに軸シールとしてダイ
ナミックシールを設けなければならず、このダイナミッ
クシールから漏れが生じることをある程度以上防ぎよう
がない。
[Problems to be Solved by the Invention] However, even if such a configuration is adopted, the conventional crankcase 101 does not have perfect airtightness, so the filled He gas escapes slowly and the effect is halved. That is, as shown in the figure, in a typical Stirling refrigerator, an existing motor 113 is separately attached to the outside, and this motor 113 passes through the crankcase 101 and is connected to the internal crankshaft 109. . For this reason, it is necessary to provide a dynamic seal as a shaft seal in the penetrating portion 101a of the crankcase 101, and there is no way to prevent leakage from occurring from this dynamic seal beyond a certain level.

一方、このような不具合を解決するために、第6図に示
すように、モータ113全体を収容してダイナミックシ
ールを不要にしたクランクケース121も考えられてい
る。しかし、この場合は、クランクケース121の密閉
性は万全となるものの、モータ113内において巻線か
ら出る発熱をクランクケース113外に除去しなければ
ならない。このため、モータ113内に冷却水を導入す
るための冷却水管114を設けたり、巻線部と外部との
間を伝熱性の良い材料で接続する(図示省略)等の加工
が必要になり、モータ構造が複雑になる不都合を生じる
On the other hand, in order to solve this problem, a crankcase 121 has been considered that houses the entire motor 113 and eliminates the need for a dynamic seal, as shown in FIG. However, in this case, although the crankcase 121 is completely sealed, the heat generated from the windings within the motor 113 must be removed to the outside of the crankcase 113. For this reason, it is necessary to perform processing such as providing a cooling water pipe 114 for introducing cooling water into the motor 113 and connecting the winding part with the outside using a material with good heat conductivity (not shown). This results in the disadvantage that the motor structure becomes complicated.

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので
あって、構造の複雑化を招くことなく、作動ガスの漏れ
を確実に防ぐことのできる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 was made in view of these problems, and aims to realize a Stirling refrigerator that can reliably prevent leakage of working gas without complicating the structure. There is.

[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] In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.

すなわち、本発明のスターリング冷凍機は、作動ガスを
封入したクランクケース内に少なくともピストン、ディ
スプレーサおよびクランクシャフトを収容し、ピストン
とディスプレーサとをクランクシャフトを介して共通の
モータによって同期駆動するようにしたものにおいて、
前記モータをブラシレス式のものにし、そのロータをク
ランクケース内又はこれと連続する容積部分に収容する
とともに、その巻線をクランクケース外に配設して構成
したことを特徴としている。
That is, in the Stirling refrigerator of the present invention, at least a piston, a displacer, and a crankshaft are housed in a crankcase filled with working gas, and the piston and the displacer are driven synchronously by a common motor via the crankshaft. In things,
The motor is characterized in that the motor is of a brushless type, the rotor is housed within the crankcase or a volume portion continuous thereto, and the windings thereof are disposed outside the crankcase.

[作用] このような構成により、クランクケースを密閉した場合
、ロータはクランクケース内に収容されるのでダイナミ
ックシールなしでクランクシャフトと接続することがで
き、巻線はクランクケース外に配設されるので冷却手段
をクランクケース内に持込む必要がなくなる。したがっ
て、このものは、クランクケースの密閉性を損ねずに動
力の導入を行うことができ、しかも、外気等を利用した
簡単な冷却手段を構成するだけで巻線の冷却を好適に行
い得るものとなる。
[Function] With this configuration, when the crankcase is sealed, the rotor is housed inside the crankcase, so it can be connected to the crankshaft without a dynamic seal, and the windings are arranged outside the crankcase. Therefore, there is no need to bring cooling means into the crankcase. Therefore, this device allows power to be introduced without impairing the airtightness of the crankcase, and can also suitably cool the windings simply by configuring a simple cooling means that uses outside air, etc. becomes.

[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。[Example] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本実施例に係るスターリング冷凍機を示して
おり、クランクケース1およびモータ2以外の部位は従
来と同様の構成による。このため、共通する部分には同
一符号を付し、その説明を省略している。しかして、モ
ータ2はブラシレス式のもので、ロータ21をクランク
ケース1内に収容し、巻線22をクランクケース1外に
配設して構成している。
FIG. 1 shows a Stirling refrigerator according to this embodiment, and the parts other than the crankcase 1 and motor 2 have the same structure as the conventional one. Therefore, common parts are given the same reference numerals and their explanations are omitted. The motor 2 is of a brushless type, and has a rotor 21 housed within the crankcase 1 and a winding 22 disposed outside the crankcase 1.

具体的に説明すると、第2図および第3図に示すように
、ロータ21は第1図に示したクランクシャフト109
に直接又は減速機構を介して接続されている。また、こ
のロータ2の外周は、周方向に連接した横断面凸状をな
す多数の磁極23によって包囲されている。これらの磁
極23は中空円筒状をなすヨーク24の内周に一体に取
着しである。また、各磁極23間には封止部材25が詰
め込まれており、これらの磁極23と封止部材25とに
よって連ねられる内周面全体が、第1図に模式的に示す
ようにステータをなす筒体11を形成している。そして
、その筒体11の一端をクランクケース1の本体12と
接続し、他端にカバー13を蓋着して、該筒体11の内
周空間を前記クランクケース本体12内と連通させであ
る。すなわち、クランクケース本体12、筒体11およ
びカバー13は一体となってクランクケース1を形成し
、内部の密閉性を担保している。そして、該クランクケ
ース1内に、圧縮室104や膨張室105に封入される
と同様のHeガスを充填している。
Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the rotor 21 is connected to the crankshaft 109 shown in FIG.
directly or via a speed reduction mechanism. Further, the outer periphery of the rotor 2 is surrounded by a large number of magnetic poles 23 that are connected in the circumferential direction and have a convex cross section. These magnetic poles 23 are integrally attached to the inner circumference of a yoke 24 having a hollow cylindrical shape. Further, a sealing member 25 is packed between each magnetic pole 23, and the entire inner peripheral surface connected by these magnetic poles 23 and sealing member 25 forms a stator as schematically shown in FIG. A cylindrical body 11 is formed. One end of the cylindrical body 11 is connected to the main body 12 of the crankcase 1, and a cover 13 is attached to the other end to communicate the inner peripheral space of the cylindrical body 11 with the inside of the crankcase main body 12. . That is, the crankcase main body 12, the cylindrical body 11, and the cover 13 integrally form the crankcase 1 to ensure internal airtightness. Then, the crankcase 1 is filled with He gas, which is the same as that sealed in the compression chamber 104 and the expansion chamber 105.

また、前記各磁極23に本来的機能を付与するために、
磁極23とヨーク24との間に形成される空間26を利
用して各磁極23にそれぞれ巻線22を巻着し、この巻
線22に図外から適宜、前記ロータ21に回転動力を付
与するための通電を行うことができるようになっている
。この際、巻線22に通電するとジュール熱等により多
量の熱が発生するので、前述したカバー13の外壁に回
転可能に薄形ファン27を設け、モータ2の一端側から
前記空間26内に外気を導入して、第1図に矢印Xで示
すような空気流を発生させ、巻線22から熱を奪って、
モータ2の他端側から外部へ放出することができるよう
にしている。
In addition, in order to provide each magnetic pole 23 with its original function,
A winding 22 is wound around each magnetic pole 23 using the space 26 formed between the magnetic pole 23 and the yoke 24, and rotational power is applied to the rotor 21 from outside the figure to the winding 22 as appropriate. It is now possible to energize for this purpose. At this time, when the winding 22 is energized, a large amount of heat is generated due to Joule heat, etc., so a thin fan 27 is rotatably provided on the outer wall of the cover 13 described above, and outside air is drawn into the space 26 from one end of the motor 2. is introduced to generate an air flow as shown by the arrow X in FIG. 1, and removes heat from the winding 22.
It is arranged so that it can be discharged from the other end of the motor 2 to the outside.

なお、封止部材25に金属を用いた場合、磁極23の周
りを囲むようにうず電流が発生することがあるので、こ
れを防止するために所要箇所に絶縁部材28を介設しで
ある。
Note that when metal is used for the sealing member 25, eddy current may occur surrounding the magnetic pole 23, so insulating members 28 are interposed at required locations to prevent this.

しかして、このような構成であると、ロータ21はクラ
ンクケース1内に収容されてダイナミックシールなしで
クランクシャフト109と接続され、巻線22はクラン
クケース1外に配設されて薄形ファン27から送風され
る外気によって直接冷却することが可能となる。このた
め、クランクケース1は第1図に太線で示すように完全
に密閉された状態にでき、冷却手段も簡易な薄形ファン
27を設けるだけで済んでいるものである。
With such a configuration, the rotor 21 is housed within the crankcase 1 and connected to the crankshaft 109 without a dynamic seal, and the winding 22 is disposed outside the crankcase 1 and connected to the thin fan 27. Direct cooling can be achieved using outside air blown from the outside. Therefore, the crankcase 1 can be completely sealed as shown by the thick line in FIG. 1, and the cooling means only needs to be provided with a simple thin fan 27.

なお、第4図に示すように、磁極23の内面よりもさら
に内周に殻状の密閉部材29を設けるようにしてもよい
。このようにすれば、封止部材25が不要になるととも
に、より高い密閉効果を上げることができる。
Note that, as shown in FIG. 4, a shell-shaped sealing member 29 may be provided further inside the inner surface of the magnetic pole 23. In this way, the sealing member 25 becomes unnecessary and a higher sealing effect can be achieved.

以上、本発明の一実施例について説明したが、各部の断
面形状等は図示実施例のものに限定されるものではなく
、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。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the cross-sectional shape of each part is not limited to that of the illustrated embodiment, and 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、モータ構造の複雑
化を招くことなく、作動ガスのガス漏れ対策を万全にし
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] With the above-described configuration, the present invention can provide a Stirling refrigerator with perfect measures against leakage of working gas without complicating the motor structure.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図〜第4図は本発明の実施例を示し、第1図は模式
的な構成説明図、第2図は一部を具体的に拡大して示す
部分側断面図、第3図は第2図中■−■線に沿う断面図
、第4図は変形実施例を示す側断面図である。また、第
5図および第6図はそれぞれ別異の従来例を示す第1図
相当の構成説明図である。 1・・・クランクケース 2・−・モータ 21・・・ロータ 22・・・巻線 102・・・ピストン 103・・・ディスプレーサ 109・・・クランクシャフト
Figures 1 to 4 show examples of the present invention, with Figure 1 being a schematic explanatory view of the configuration, Figure 2 being a partially enlarged side sectional view, and Figure 3 being a partially enlarged side sectional view. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 2, and FIG. 4 is a side cross-sectional view showing a modified embodiment. Further, FIGS. 5 and 6 are explanatory diagrams corresponding to FIG. 1, respectively, showing different conventional examples. 1... Crank case 2... Motor 21... Rotor 22... Winding 102... Piston 103... Displacer 109... Crankshaft

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 作動ガスを封入したクランクケース内に少なくともピス
トン、ディスプレーサおよびクランクシャフトを収容し
、ピストンとディスプレーサとをクランクシャフトを介
して共通のモータによって同期駆動するようにしたもの
において、前記モータをブラシレス式のものにし、その
ロータをクランクケース内に収容するとともに、その巻
線をクランクケース外に配設して構成したことを特徴と
するスターリング冷凍機。
At least a piston, a displacer, and a crankshaft are housed in a crankcase filled with working gas, and the piston and displacer are driven synchronously by a common motor via the crankshaft, wherein the motor is a brushless type. A Stirling refrigerator characterized in that the rotor is housed in a crankcase and the windings are arranged outside the crankcase.
JP29933388A 1988-11-26 1988-11-26 Stirling refrigerator Pending JPH02146470A (en)

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CN102425893A (en) * 2010-12-23 2012-04-25 哈尔滨翔凯科技发展有限公司 Zero leakage type refrigerator
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