JPH0375455A - Linear-motor compressor for stirling refrigerator - Google Patents

Linear-motor compressor for stirling refrigerator

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JPH0375455A
JPH0375455A JP20924389A JP20924389A JPH0375455A JP H0375455 A JPH0375455 A JP H0375455A JP 20924389 A JP20924389 A JP 20924389A JP 20924389 A JP20924389 A JP 20924389A JP H0375455 A JPH0375455 A JP H0375455A
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JP
Japan
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plunger
coil
compressor
magnet
housing
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JP20924389A
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Inventor
Makoto Hiroyasu
誠 廣保
Masao Ono
正雄 大野
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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    • 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
    • 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

Abstract

PURPOSE:To improve the efficiency of a compressor by a simple structural constitution forming clearances at a reduced number of spots, attaching a circular magnet to the inner circumferential surface of a hollow part with a specified clearance from the outer circumferential surface of a column and providing a coil to the outer circumferential surface of a plunger for reciprocating the plunger by application of an AC current. CONSTITUTION:A coil 19 is wound on the outer circumference of a plunger 6 as an integral part. When an AC current of a specific frequency is passed through the coil 19, the magnetic field of a magnet 18 acts to make the coil 19 and the plunger 6 move in reciprocating motion so that the reciprocation of the plunger 6 making the capacity of a compression chamber 11 change alternately causes refrigarant inside it to be compressed at a specific frequency. In this constitution clearances are formed at two spots, one clearance between the outer circumference of a column 4 of a wall part 3 and the inner circumference the plunger 6 and the other clearance between the coil 19 and the magnet 18. The reduction in number of clearances as compared with convertional model helps to secure connectricity of the column 4, plunger 6, coil 19, and the like and thus facilitates the assembly. Consequently, each of the clearances can be made narrower and an improvement of the efficiency of the compressor can be achieved by a simple structural constitution.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ディスプレーサの往復動により寒冷を発生さ
せる膨張機を有するスターリング冷凍機において、膨張
機に供給する冷媒を圧縮するりニアモータ圧縮機の改良
に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention is a Stirling refrigerator that has an expander that generates cold by reciprocating motion of a displacer. Regarding improvements.

(従来の技術) 従来より、このフリーディスプレーサ型スターリング冷
凍機は、極低温レベルの寒冷を発生させる小型冷凍機の
一種として知られている。この冷凍機は、例えば第3図
に示すように、冷媒ガスを圧縮する圧縮機(a)と、該
圧縮機(a)から吐出された冷媒ガスを膨張させる膨張
機(k)とを組み合わせたものであり、上記圧縮機(a
)は、例えば密閉状のハウジング(b)と、該ハウジン
グ(b)内に嵌装固定されたシリンダ(C)と、該シリ
ンダ(C)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ(c)
内空間に圧縮室(d)を区画形成するピストン(e)と
、該ピストン(e)を往復駆動する駆動源としてのりニ
アモータ(f’)とを備えている。このリニアモータ(
r)はシリンダ(C)周りに配置された環状の永久磁石
(g)を有し、この磁石(g)により、シリンダ(c)
の中心と同心の円筒状の間隙に磁界を発生させる。上記
間隙には中心部にて上記ピストン(e)に一体固定され
た略カップ状の可動体(h)の円周部が往復動可能に配
設され、該可動体(h)の外周にはドライブコイル(1
)が巻き付けられている。
(Prior Art) This free displacer type Stirling refrigerator has been known as a type of small refrigerator that generates cryogenic cold. For example, as shown in FIG. 3, this refrigerator combines a compressor (a) that compresses refrigerant gas and an expander (k) that expands the refrigerant gas discharged from the compressor (a). The above compressor (a
) includes, for example, a sealed housing (b), a cylinder (C) fitted and fixed in the housing (b), and a cylinder (c) fitted in the cylinder (C) so as to be able to reciprocate.
It includes a piston (e) defining a compression chamber (d) in an inner space, and a linear motor (f') serving as a drive source for reciprocating the piston (e). This linear motor (
r) has an annular permanent magnet (g) arranged around the cylinder (C), and this magnet (g) causes the cylinder (c) to
A magnetic field is generated in a cylindrical gap concentric with the center of the A circumferential portion of a substantially cup-shaped movable body (h) integrally fixed to the piston (e) at the center is arranged in the gap so as to be able to reciprocate, and the outer periphery of the movable body (h) Drive coil (1
) is wrapped around it.

また、上記可動体(h)の底面外側(ピストン(e)と
反対側)とハウジング(b)内底面との間にはピストン
(e)を往復動可能に弾性支持するためのコイルスプリ
ングからなるピストンスプリング(j)が架設されてお
り、ドライブコイル(1)に所定周波数の交流を通電す
ることで、間隙内を通る磁界との作用によりコイル(1
)及び可動体(h)を駆動してピストン(e)をシリン
ダ(C)内で往復移動させることにより、圧縮室(d)
で所定周期のガス圧を発生させるようになされている。
Further, between the outer bottom surface of the movable body (h) (opposite side to the piston (e)) and the inner bottom surface of the housing (b), there is a coil spring for elastically supporting the piston (e) so as to be able to reciprocate. A piston spring (j) is installed, and by applying an alternating current of a predetermined frequency to the drive coil (1), the coil (1) is activated by the action of the magnetic field passing through the gap.
) and the movable body (h) to reciprocate the piston (e) within the cylinder (C), the compression chamber (d)
The gas pressure is generated at a predetermined period.

一方、上記膨張機(k)は、円筒状シリンダ(g)を有
し、このシリンダ<n>内にば、シリンダ(g)内空間
を膨張室(n+)と作動室(n)とに区画するフリーデ
ィスプレーサ(0)が往復動自在に嵌装されている。こ
のディスプレーサ(0)は、内部に金属製蓄冷材(o+
)(再生式熱交換器)を充填したもので、該蓄冷材(0
1)を膨張室(Ill)及び作動室(n)にそれぞれ連
通させる連通孔(o2) 、 (03)が開口されてい
る。また、上記作動室(n)内には、ディスプレーサ(
0)を往復動可能に弾性支持するコイルスプリングから
なるデイスプレーサスプリング(p)が配設されている
。さらに、上記作動室(n)は上記連絡配管(q)を介
して上記圧縮機(a)の圧縮室(d)に接続されており
、圧縮機(a)からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ
(0)を往復動させて冷媒ガスを膨張室(+1)で膨張
させることにより、シリンダ<n>先端のコールドヘッ
ドに寒冷を発生させるようになされている(例えば“R
ef’rigerator f’or Cryogen
lc 5ensors  、 NASAConfere
nce Publica11on 2287等参照)。
On the other hand, the expander (k) has a cylindrical cylinder (g), and inside this cylinder <n>, the space inside the cylinder (g) is divided into an expansion chamber (n+) and a working chamber (n). A free displacer (0) is fitted so as to be able to reciprocate. This displacer (0) has a metal cold storage material (o+
) (regenerative heat exchanger), and the cold storage material (0
Communication holes (o2) and (03) are opened to allow the air pump 1) to communicate with the expansion chamber (Ill) and the working chamber (n), respectively. In addition, in the working chamber (n), there is a displacer (
A displacer spring (p) made of a coil spring that elastically supports the reciprocally movable displacer spring (p) is provided. Further, the working chamber (n) is connected to the compression chamber (d) of the compressor (a) via the connecting pipe (q), and the refrigerant gas pressure from the compressor (a) causes the displacer (0 ) is reciprocated to expand the refrigerant gas in the expansion chamber (+1), thereby generating cold in the cold head at the tip of the cylinder <n> (for example, "R").
ef'rigerator f'or Cryogen
lc5ensors, NASAConfere
nce Publica 11 on 2287, etc.).

(発明が解決しようとする課8) ところで、上記のりニアモータ圧縮機(a)においては
、シリンダ(e)とピストン(e)の間、ドライブコイ
ル(1)外周面と継鉄との間、及びコイル(i)内周面
と継鉄との間の3箇所に微小間隙部が必要となるが、こ
れら微小間隙部の間隙は原理的に小さいほど圧縮機効率
を上げることができる。
(Problem 8 to be solved by the invention) By the way, in the above linear motor compressor (a), there is a gap between the cylinder (e) and the piston (e), between the outer peripheral surface of the drive coil (1) and the yoke, and Micro gaps are required at three locations between the inner circumferential surface of the coil (i) and the yoke, but in principle, the smaller the gaps between these micro gaps, the higher the compressor efficiency can be.

例えばシリンダ(C)とピストン(e)の間の間隙を微
小にすると、圧縮室(d)からのガス洩れを防ぐことが
でき、圧縮機効率を高めることができる。
For example, if the gap between the cylinder (C) and the piston (e) is made minute, gas leakage from the compression chamber (d) can be prevented and compressor efficiency can be increased.

また、ドライブコイル(1)内外周面と継鉄との間の間
隙を小さくすると、ピストン(e)の駆動効率を上げる
ことができ、圧縮機効率の向上に寄与することができる
Further, by reducing the gap between the inner and outer circumferential surfaces of the drive coil (1) and the yoke, the driving efficiency of the piston (e) can be increased, which can contribute to improving compressor efficiency.

しかしながら、上記ピストン〈e)、シリンダ(C)、
コイル(1)、継鉄等をいずれも同心状態に配置する必
要があり、現実にはこの同心性を確保した上で上記3箇
所の間隙を小さくするのは製作組立上、限度があり、圧
縮機効率を高めるのは困難であった。
However, the piston <e), cylinder (C),
It is necessary to arrange the coil (1), yoke, etc. all concentrically, and in reality, there is a limit to manufacturing and assembling how to reduce the gaps at the three points above while ensuring this concentricity, and compression It was difficult to increase machine efficiency.

本発明の目的とするところは、微小間隙部の箇所を減す
ることにより、圧縮機効率を簡単な構成で高め得るよう
にすることにある。
An object of the present invention is to increase compressor efficiency with a simple configuration by reducing the number of minute gaps.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成すべく、請求項(1)に係る発明の解
決手段は、圧縮室をプランジャ内に形成し、プランジャ
の外周壁にコイルを一体的に配置する。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the solving means of the invention according to claim (1) is such that a compression chamber is formed in the plunger, and a coil is integrally arranged on the outer peripheral wall of the plunger. do.

具体的には、この発明では、第1図に示すように、圧縮
機のハウジング(2〉の壁部(3〉を継鉄とし、この壁
部(3〉の内面中心部にハウジング(2)内に突出する
円柱部(4)と、該円柱部(4)の周囲に環状の凹部(
5)とを形威し、上記円柱部(4)端部より壁部(3〉
を介して外部に連通される連通孔(4a)を設ける。上
記ハウジング(2)の壁部(3)における円柱部(4)
に、円柱部(4)との間に圧縮室(11)を区画形成す
る有底円筒状のプランジャ(6)を摺動可能に外嵌合す
る。また、上記凹部(5)の少なくとも内周面に、円柱
部(4)外周との間に磁界を発生させる環状の磁石(1
8)を円柱部(4)外周面と所定の間隔をあけて取り付
ける。さらに、上記プランジャ(6)の少なくとも外周
面に、交流の通電によりプランジャ(6〉を往復動させ
るコイル(19)を上記磁石(18)と対向して巻回す
る。
Specifically, in this invention, as shown in FIG. A cylindrical part (4) protruding inward, and an annular recess (4) around the cylindrical part (4).
5), from the end of the columnar part (4) to the wall part (3>
A communication hole (4a) is provided which communicates with the outside through the hole. Cylindrical portion (4) in the wall portion (3) of the housing (2)
A bottomed cylindrical plunger (6) defining a compression chamber (11) between the cylinder part (4) and the cylinder part (4) is slidably fitted to the outside. Further, an annular magnet (1) is provided on at least the inner circumferential surface of the recess (5) and generates a magnetic field between it and the outer circumference of the cylindrical portion (4).
8) is attached to the outer peripheral surface of the cylindrical portion (4) with a predetermined distance therebetween. Furthermore, a coil (19) for reciprocating the plunger (6>) by applying alternating current is wound around at least the outer peripheral surface of the plunger (6), facing the magnet (18).

請求項(′2Jに係る発明では、圧縮機効率をさらに高
くするために、プランジャ〈6〉はその開放端部をハウ
ジング(2〉の凹部(5)底面に、また底部をハウジン
グ(2〉の壁部にそれぞれスプリング(15)。
In the invention according to claim '2J, in order to further increase the compressor efficiency, the plunger <6> has its open end connected to the bottom of the recess (5) of the housing (2>), and its bottom to the bottom of the recess (5) of the housing (2>). Spring (15) on each wall.

(16)によって往復動可能に弾性支持する。(16) to elastically support it so that it can reciprocate.

また、請求項(3)に係る発明では、コイル(19〉に
通電するための導線がプランジャ(6〉の往復動に伴っ
て損傷するのをなくすために、コイル(19〉をスプリ
ング(15)、  (1B)によって通電されるように
構成する。
In addition, in the invention according to claim (3), in order to prevent the conductive wire for energizing the coil (19> from being damaged due to the reciprocating movement of the plunger (6>), the coil (19>) is connected to the spring (15). , (1B).

(作用) 上記の構成により、請求項(1)に係る発明では、コイ
ル(19)はプランジャ(6〉の外周に巻回されて一体
的に取り付けられているため、該コイル(19)に所定
周波数の交流が通電されると、磁石(18)による磁界
との作用によりコイル(19〉及びプランジャ(6)が
往復動じ、このプランジャ(6〉の往復動により圧縮室
(11)の容積が増減変化して、その内部の冷媒が所定
周期で圧縮される。この構造では、コイル(19)とプ
ランジャ(6)とが一体化されているので、微小間隙部
は壁部(3)の円柱部(4)外周とプランジャ(8)外
周との間、及びコイル(19)と磁石(18〉との間の
2箇所となり、その数が従来よりも減り、この減少によ
り円柱部(4)、プランジャ(6)、コイル(19〉等
の同心性を確保して組立てを容易化しつつ、上記各微小
間隙部の間隙を小さくすることができ、よって圧縮機効
率を簡単な構成で向上させることができる。
(Function) With the above configuration, in the invention according to claim (1), the coil (19) is wound around the outer periphery of the plunger (6> and is integrally attached), so that the coil (19) has a predetermined When a frequency alternating current is applied, the coil (19> and plunger (6) reciprocate due to the action of the magnetic field from the magnet (18), and the volume of the compression chamber (11) increases or decreases due to the reciprocating movement of the plunger (6>). The refrigerant inside the refrigerant is compressed at a predetermined period.In this structure, the coil (19) and plunger (6) are integrated, so the minute gap is formed by the cylindrical part of the wall (3). (4) There are two locations: between the outer periphery and the outer periphery of the plunger (8) and between the coil (19) and the magnet (18>), and the number of locations is reduced compared to the conventional one. (6) The concentricity of the coil (19) etc. is ensured to facilitate assembly, while the gaps in each of the minute gaps described above can be made smaller, thus improving compressor efficiency with a simple configuration. .

また、請求項(′2Jに係る発明では、プランジャ(6
)がハウジング(2)に対しスプリング(15)、  
(1B)によって弾性支持されているので、プランジャ
(6)が圧縮仕事をした後に元に戻るときの仕事をスプ
リング(15)、 (18)の弾性エネルギーとして蓄
え、それを次の圧縮仕事に使用することができ、このこ
とによってプランジャ(6)の駆動効率を上げて、圧縮
機効率をさらに向上させることができる。
In addition, in the invention according to claim ('2J), the plunger (6
) is the spring (15) against the housing (2),
(1B), the work when the plunger (6) returns after performing compression work is stored as elastic energy in the springs (15) and (18), and used for the next compression work. This can increase the driving efficiency of the plunger (6) and further improve the compressor efficiency.

さらに、請求項(3)に係る発明では、スプリング(1
5)、 (1B)はコイル(19)への通電のための導
線を兼ネているので、導線をハウジング(2)内でコイ
ル〈19〉に掛は渡す場合のように、プランジャ(6)
の往復動に伴って導線が損傷することはなく、導線の耐
久性を向上させることができる。
Furthermore, in the invention according to claim (3), the spring (1
5), (1B) also serves as a conducting wire for energizing the coil (19), so when passing the conducting wire to the coil <19> in the housing (2), it is necessary to connect it to the plunger (6).
The conductive wire is not damaged due to the reciprocating movement of the conductive wire, and the durability of the conductive wire can be improved.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第2図は本発明の実施例に係るフリーディスプレーサ型
スターリング冷凍機(A)の全体構成を示し、この冷凍
機(A)は圧縮機(1)と膨張機(2)〉とで構成され
ている。第1図に拡大詳示するように、上記圧縮機(L
)は密閉円筒状のハウジング(2)を有する。このハウ
ジング(2〉は非導電性の有底円筒体の下端開口部を、
継鉄を構成する底壁(3)により封閉したもので、上記
底壁(3)の内面中心部にはハウジング(2〉内にその
中心線に沿って上下方向に延びる円柱部(4)が突設さ
れ、該円柱部(4)の周囲には円柱部(4)を内側側面
とする環状の四部(5)が形成されている。
FIG. 2 shows the overall configuration of a free displacer type Stirling refrigerator (A) according to an embodiment of the present invention, and this refrigerator (A) is composed of a compressor (1) and an expander (2). There is. As shown in enlarged detail in FIG.
) has a closed cylindrical housing (2). This housing (2) has a lower end opening of a non-conductive bottomed cylinder,
It is sealed by a bottom wall (3) constituting the yoke, and in the center of the inner surface of the bottom wall (3), there is a cylindrical part (4) extending vertically along the center line of the housing (2). Four annular portions (5) are formed around the cylindrical portion (4) and have the cylindrical portion (4) as an inner side surface.

上記底壁(3)の円柱部(4)には下方に開放された有
底円筒状のプランジャ(6〉が摺動可能に外嵌合され、
このプランジャ(6)と円柱部(4)とにより囲まれた
部分が圧縮室(11)とされている。円柱部(4)の中
心部には上端が圧縮室(11)に開口する連通孔(4a
)が貫通形成され、この連通孔(4a)の下端開口には
連絡配管(12)の一端が嵌合固定されている。
A bottomed cylindrical plunger (6) that is open downward is slidably fitted onto the columnar part (4) of the bottom wall (3),
A portion surrounded by the plunger (6) and the cylindrical portion (4) is a compression chamber (11). A communication hole (4a) whose upper end opens into the compression chamber (11) is provided in the center of the cylindrical portion (4).
) is formed through the communication hole (4a), and one end of a communication pipe (12) is fitted and fixed to the lower end opening of the communication hole (4a).

上記プランジャ(6)は、薄肉円筒部(7〉と、該円筒
部(7〉の上下端にそれぞれ気密状に外嵌合されたリン
グ状の上側及び下側スプリング受は部(8)、(9)と
、円筒部(7)の上端開口部に気密状に嵌合された閉塞
部(10)とからなり、上記上側及び下側スプリング受
は部(8) 、 (9)の外周にはそれぞれスプリング
嵌合i’+1(8a)、  (9a)が形成されている
。ハウジング(2)の上壁内面には導電材料からなるス
プリング受け〈13〉が取り付けられ、このスプリング
受け(13〉の上端にはハウジング(2)土壁を貫通し
てその外部に臨む電極(i4)が一体に形成されている
。そして、上記プランジャ〈6〉の上側スプリング受は
部(8〉とハウジング(2〉土壁のスプリング受け(1
3)との間にはコイルばねからなる上側スプリング(1
5)が、下側スプリング受は部(9〉と凹部(5)底面
との間には同様の下側スプリング〈16)がそれぞれ掛
は渡されており、この2つのスプリング(15)、 (
16)により、プランジャ〈6〉は開放端部が凹部(5
)底面に、上底部がハウジング〈2〉の土壁にそれぞれ
往復動可能に弾性支持されている。
The plunger (6) has a thin cylindrical portion (7), ring-shaped upper and lower spring bearing portions (8) which are externally fitted to the upper and lower ends of the cylindrical portion (7) in an airtight manner, respectively. 9), and a closing part (10) that is airtightly fitted into the upper end opening of the cylindrical part (7), and the upper and lower spring receivers have parts (8) and (9) on their outer peripheries. Spring fittings i'+1 (8a) and (9a) are formed respectively.A spring receiver <13> made of a conductive material is attached to the inner surface of the upper wall of the housing (2). An electrode (i4) penetrating the earthen wall of the housing (2) and facing the outside is integrally formed at the upper end.The upper spring holder of the plunger <6> is connected to the part (8>) and the housing (2>). Earthen wall spring receiver (1
There is an upper spring (1) made of a coil spring between the
5), but similar lower springs (16) are hooked between the lower spring receiver (9) and the bottom of the recess (5), and these two springs (15), (
16), the plunger <6> has an open end with a recess (5
) The bottom surface and the upper bottom portion are elastically supported by the earthen wall of the housing <2> so as to be able to reciprocate.

さらに、上記プランジャ(6)を往復動させるためのり
ニアモータ(17〉が設けられている。このリニアモー
タ(17〉は上記ハウジング(2)の底壁(3)におけ
る凹部(5)の外側内周面に円柱部(4)の外周面と所
定の間隔をあけて取り付けられた環状の永久磁石08)
を有し、この磁石08)により磁石(18〉と■柱部(
4)外周との間の間隙に所定強度の磁界を発生させるよ
うにしている。
Furthermore, a linear motor (17>) is provided for reciprocating the plunger (6). An annular permanent magnet 08) attached to the surface at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the cylindrical part (4)
, and this magnet 08) connects the magnet (18〉) and the ■ pillar part (
4) A magnetic field of a predetermined strength is generated in the gap between the outer periphery and the outer periphery.

また、上記プランジャ(6〉の円筒部(7〉外周には上
記磁石(18)と対向した位置にコイル(19〉が巻回
されている。このコイル(i9〉は図示しないが、その
一端が上記上側スプリング(15)に、他端が下側スプ
リング(I6)にそれぞれ導通されており、この両スプ
リング(15)、  (1B)によってコイル(19)
に所定周波数の交流を通電してプランジャ(6〉を往復
動させることにより、圧縮室(11)で所定周期のガス
圧を発生させるようになされている。尚、(20)はハ
ウジング(2)の底壁(3〉下面に取り付けられた他方
の電極としてのアースである。
Further, a coil (19) is wound around the outer periphery of the cylindrical portion (7) of the plunger (6) at a position facing the magnet (18). Although this coil (i9) is not shown, one end of the coil (i9) is The upper spring (15) is electrically connected to the lower spring (I6) at the other end, and the coil (19) is connected to the coil (19) by both springs (15) and (1B).
Gas pressure of a predetermined period is generated in the compression chamber (11) by applying an alternating current of a predetermined frequency to the housing (2) and reciprocating the plunger (6>). The bottom wall (3) is the ground as the other electrode attached to the bottom surface.

一方、上記膨張機(2)〉は、円筒状空洞部(23〉が
開口されたハウジング(22)を有する。このハウジン
グ(22〉の空洞部(23)開口には円筒状シリンダ(
24)が空洞部(23)と同心状に基端部にて気密状に
嵌合固定され、該シリンダ(24)の先端は閉塞されて
コールドヘッド(25)とされている。このシリンダ(
24)内にはフリーディスプレーサ(26)が往復動自
在に嵌装され、ディスプレーサ(2B)によりシリンダ
(24)及びハウジング(22)内の空洞部(23)が
シリンダ(24)先端側の膨張室(29)とハウジング
(22)側(シリンダ(24)基端側)の作動室〈30
〉とに区画形成されている。このディスプレーサ(26
)は、円筒体(27)内に金属製蓄冷材(28) (再
生式熱交換器)を充填したもので、上記円筒体(27)
にはその内部の空間を膨張室(29)及び作動室(30
)にそれぞれ連通させる連通孔(27a) 、 (27
b)が開口されており、膨張室(29〉で膨張した低温
の冷媒ガスが作動室(30〉に向かうときには、該冷媒
ガスにより蓄冷材(28)を冷却して蓄冷材(28)に
冷熱を蓄え、逆に常温の冷媒ガスが作動室(30)から
膨張室(29)に向かうときには、蓄冷材(28)によ
りガスを冷却するようになされている。また、上記作動
室(30)内には、ディスプレーサ(26)を往復動可
能に弾性支持するコイルスプリングからなるデイスプレ
ーサスプリング(31)が配設されている。さらに、上
記作動室(30〉は上記連絡配管(12〉を介して上記
圧縮機(1)の圧縮室(11〉に接続されており、圧縮
機(1)からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ(26
〉を往復動させて冷媒ガスを膨張室(29〉で膨張させ
ることにより、シリンダ(24)先端のコールドヘッド
(25)に寒冷を発生させるようになされている。
On the other hand, the expander (2)> has a housing (22) in which a cylindrical cavity (23) is opened.The opening of the cavity (23) of this housing (22>
24) is fitted and fixed concentrically with the cavity (23) at its proximal end in an airtight manner, and the distal end of the cylinder (24) is closed to form a cold head (25). This cylinder (
A free displacer (26) is fitted in the interior of the cylinder (24) so as to be able to freely reciprocate, and the displacer (2B) causes the cylinder (24) and the cavity (23) in the housing (22) to become an expansion chamber on the distal end side of the cylinder (24). (29) and the working chamber on the housing (22) side (base end side of the cylinder (24)) <30
〉 This displacer (26
) is a cylindrical body (27) filled with a metal cold storage material (28) (regenerative heat exchanger).
The internal space is divided into an expansion chamber (29) and an operation chamber (30).
) communicating holes (27a) and (27
b) is opened, and when the low-temperature refrigerant gas expanded in the expansion chamber (29> heads toward the working chamber (30>), the refrigerant gas cools the cold storage material (28) and transfers cold heat to the cold storage material (28). conversely, when the refrigerant gas at room temperature goes from the working chamber (30) to the expansion chamber (29), the gas is cooled by the cold storage material (28). is provided with a displacer spring (31) made of a coil spring that elastically supports the displacer (26) in a reciprocating manner.Furthermore, the working chamber (30> is connected to the connecting pipe (12>) through the connecting pipe (12>). The refrigerant gas pressure from the compressor (1) causes the displacer (26) to be connected to the compression chamber (11) of the compressor (1).
By reciprocating the refrigerant gas in the expansion chamber (29), cold is generated in the cold head (25) at the tip of the cylinder (24).

次に、上記実施例の作動について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be explained.

冷凍機(A)の運転開始に伴い、圧縮機(1)における
ハウジング(2)上端の電極(14)と底壁(3〉のア
ース(20)との間に所定周波数の交流電源が印加され
て、リニアモータ(17)のコイル(19)に交流が通
電される。この通電に伴い、磁石(18)により発生す
る磁界との作用によりコイル(19)及びプランジャ(
6)が上側及び下側の両スプリング(15)、 (16
)を交互に伸縮させながら往復動し、このプランジャ(
6)の往復動により膨張室(29)の容積が増減変化し
、プランジャ(6)が下降移動した際に圧縮室<11)
内部の冷媒が所定周期で圧縮されて圧縮室(11)内に
所定周期の圧力波が生じる。この圧縮室(U)は連絡配
管(12〉を介して膨張機(2))の作動室(30〉に
連通しているため、プランジャ(6)が下降して圧縮室
(11)の圧力が高くなったときには、加圧された冷媒
ガスが作動室(30〉に供給されて該作動室(30)内
の圧力が高くなる。この圧力の上昇により作動室(30
〉と膨張室(29)との間に差が生じ、この圧力差によ
ってディスプレーサ(26)がデイスプレーサスプリン
グ(31)を伸長させながらシリンダ(24)先端側に
移動する。この作動室(30)はディスプレーサ(26
)内の空間を介して膨張室(29)に連通しているため
、次の段階では作動室(30)のガスがディスプレーサ
(2B)内を通って蓄冷材(28)により冷却されなが
ら膨張室(29)に流れ、両室(29)。
When the refrigerator (A) starts operating, an AC power source of a predetermined frequency is applied between the electrode (14) at the upper end of the housing (2) of the compressor (1) and the ground (20) of the bottom wall (3). Then, the coil (19) of the linear motor (17) is energized with alternating current. With this energization, the coil (19) and the plunger (
6) are both upper and lower springs (15), (16)
) is reciprocated while alternately expanding and contracting, and this plunger (
6), the volume of the expansion chamber (29) increases or decreases, and when the plunger (6) moves downward, the compression chamber <11)
The internal refrigerant is compressed at a predetermined period, and pressure waves at a predetermined period are generated within the compression chamber (11). This compression chamber (U) communicates with the working chamber (30> of the expander (2)) via the connecting pipe (12>), so the plunger (6) descends and the pressure in the compression chamber (11) decreases. When the pressure rises, pressurized refrigerant gas is supplied to the working chamber (30>) and the pressure in the working chamber (30) increases.This increase in pressure causes the working chamber (30>
> and the expansion chamber (29), and this pressure difference causes the displacer (26) to move toward the tip of the cylinder (24) while expanding the displacer spring (31). This working chamber (30) is a displacer (26
), so in the next step the gas in the working chamber (30) passes through the displacer (2B) and is cooled by the regenerator material (28) until it enters the expansion chamber. Flows into (29), both chambers (29).

(30)の差圧がなくなり、ディスプレーサ(26)は
スプリング(31)の収縮力によりシリンダ(24) 
W端側に移動して元の位置に戻る。この後、直ちに、圧
縮機(1〉のプランジャ(6)が上昇して圧縮室(11
)の圧力が低下する。このため、作動室(30)内の冷
媒ガスが連絡配管(12)を介して圧縮室りl【)に戻
り、作動室(30)内の圧力が膨張室(29)よりも低
下する。
(30) disappears, and the displacer (26) moves toward the cylinder (24) due to the contraction force of the spring (31).
Move to the W end and return to the original position. Immediately thereafter, the plunger (6) of the compressor (1>) rises and the compression chamber (11)
) pressure decreases. Therefore, the refrigerant gas in the working chamber (30) returns to the compression chamber l[) via the connecting pipe (12), and the pressure in the working chamber (30) becomes lower than that in the expansion chamber (29).

この作動室(30)と膨張室(29)との圧力差によっ
てディスプレーサ(2B)が今度はデイスプレーサスプ
リング(31)を収縮させながらシリンダ(24)基端
側に移動し、膨張室(29)内の冷媒ガスが断熱膨張し
て寒冷が発生する。次の段階では上記膨張後のガスが膨
張室〈29)からディスプレーサ(2B)内を通って蓄
冷材(28〉に冷熱を与えながら作動室(30)に流れ
、両室(29)、 (30)の差圧がなくなり、ディス
プレーサ(26)はスプリング(31〉の伸長力により
シリンダ(24)先端側に移動して元の位置に戻る。以
上により1サイクルが終了し、以後、同様のサイクルを
繰り返すことで、シリンダ(24)先端のコールドヘッ
ド(25)が徐々に極低温レベルまで冷却される。
This pressure difference between the working chamber (30) and the expansion chamber (29) causes the displacer (2B) to move toward the proximal end of the cylinder (24) while contracting the displacer spring (31). ) The refrigerant gas within ) expands adiabatically and generates cold. In the next step, the expanded gas flows from the expansion chamber (29) through the displacer (2B) to the working chamber (30) while imparting cold heat to the cold storage material (28), and both chambers (29), (30) ) disappears, and the displacer (26) moves toward the tip of the cylinder (24) due to the stretching force of the spring (31>) and returns to its original position.This completes one cycle, and the same cycle is repeated thereafter. By repeating this process, the cold head (25) at the tip of the cylinder (24) is gradually cooled down to an extremely low temperature level.

この場合、上記圧縮機(1)におけるリニアモータ(1
7)のコイル(19)はプランジャ〈6〉の円筒部(7
)外周に巻回されて一体的に取り付けられているため、
微小間隙部はハウジング(2〉の底壁(3)の円柱部(
4)外周とプランジャ(6)の円筒部(7)内周との間
、及びコイル(19)外周と永久磁石(18)との間の
2tl所となり、微小間隙部の数が従来よりも減ること
となる。この微小間隙部の減少により円柱部(4)、プ
ランジャ(6〉、コイル(19)等の同心性を確保しそ
の組立てを容易化しつつ、各微小間隙部の間隙を小さく
保つことができる。よって圧縮機効率を簡単な構成で向
上させることができる。
In this case, the linear motor (1) in the compressor (1)
The coil (19) of 7) is attached to the cylindrical part (7) of the plunger <6>.
) Since it is wrapped around the outer circumference and attached integrally,
The minute gap is formed by the cylindrical part (3) of the bottom wall (3) of the housing (2).
4) There are 2TL spaces between the outer circumference and the inner circumference of the cylindrical part (7) of the plunger (6), and between the outer circumference of the coil (19) and the permanent magnet (18), reducing the number of minute gaps compared to the conventional one. That will happen. This reduction in the micro-gap portion ensures concentricity of the columnar portion (4), plunger (6〉, coil (19), etc.) and facilitates assembly, while keeping the gap between each micro-gap portion small. Compressor efficiency can be improved with a simple configuration.

また、プランジャ(6)がハウジング(2)に対し上側
及び下側のスプリング(15)、 (113)によって
弾性支持されているので、プランジャ(8)が下降移動
により圧縮仕事をした後、上昇して元に戻るときの仕事
を両スプリング(15)、 (1B)の弾性エネルギー
として蓄え、それを次の圧縮仕事に使用することができ
、このことによってプランジャ(6)の駆動効率を上げ
て、圧縮機効率をさらに向上させることができる。
Further, since the plunger (6) is elastically supported by the upper and lower springs (15) and (113) with respect to the housing (2), the plunger (8) moves upward after performing compression work by moving downward. The work of returning to the original position can be stored as elastic energy in both springs (15) and (1B), and it can be used for the next compression work, thereby increasing the driving efficiency of the plunger (6). Compressor efficiency can be further improved.

さらに、上記両スプリング(15)、 (1B)はコイ
ル通電用の導線を兼ねているので、導線をハウジング(
2)内でコイル(19)に掛は渡した場合のように、プ
ランジャ(6)の往復動に伴って導線が損傷することは
なく、導線の耐久性を向上させることができる。
Furthermore, since the above springs (15) and (1B) also serve as conductors for energizing the coil, the conductors can be connected to the housing (
2) The conductor wire is not damaged due to the reciprocating movement of the plunger (6) unlike in the case where it is passed over the coil (19) in the coil (19), and the durability of the conductor wire can be improved.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)に係る発明によると
、スターリング冷凍機用のりニアモータ圧縮機における
圧縮室をプランジャ内に形成し、コイルをプランジャの
外周に巻回して一体的に取り付けたことにより、微小間
隙部の数を2箇所に減らして、各部分の同心性を確保し
て組立てを容易化しつつ、各微小間隙部の間隙を小さく
することができ、よって圧縮機効率を簡単な構成で向上
させることができる。
(Effect of the invention) As explained above, according to the invention according to claim (1), the compression chamber in the linear motor compressor for a Stirling refrigerator is formed inside the plunger, and the coil is wound around the outer circumference of the plunger to form an integral part. By attaching them to the same position, the number of minute gaps can be reduced to two, ensuring concentricity of each part and making assembly easier, and the gap between each minute gap can be made smaller. Efficiency can be improved with a simple configuration.

また、請求項(2)に係る発明によると、プランジャを
その往復方向に沿って圧縮機ハウジングにスプリングに
よって弾性支持したことにより、プランジャの圧縮以外
の仕事をスプリングの弾性エネルギーとして蓄えて次の
圧縮仕事に使用することができ、プランジャの駆動効率
を上げて、圧縮機効率をさらに向上させることができる
Further, according to the invention according to claim (2), the plunger is elastically supported by a spring in the compressor housing along the reciprocating direction, so that work other than compression of the plunger is stored as elastic energy of the spring, and the work for the next compression is stored as elastic energy of the spring. It can be used for work, increasing the driving efficiency of the plunger and further improving the compressor efficiency.

さらに、請求項(3)に係る発明によれば、上記コイル
をスプリングによって通電されるようにしたことにより
、導線延いては圧縮機の耐久性を向上させることができ
る。
Furthermore, according to the invention according to claim (3), since the coil is energized by a spring, the durability of the conductor and the compressor can be improved.

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

図面は本発明の実施例を示し、第1図は圧縮機の拡大断
面図、第2図はスターリング冷凍機の全体構成を示す断
面図である。第3図は従来例を示す第2図相当図である
。 (A)・・・冷凍機 (1)・・・圧縮機 (2)・・・ハウジング (3)・・・底壁(壁部) (4)・・・円柱部 (4a)・・・連通孔 (5)・・・凹部 (6)・・・プランジャ (11)・・・圧縮室 (15)、 (18)・・・スプリング(17〉・・・
リニアモータ (18〉・・・磁石 (19)・・・コイル 〈2))・・・膨張機 (2B〉・・・ディスプレーサ (29〉・・・膨張室 (A) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (11) (15) (17) (18) 〈19〉 (2)) (26) (29) 冷凍機 圧縮機 ハウジング 底壁(壁部) 円柱部 凹部 プランジャ 圧縮室 (16)・・・スプリング ・・リニアモータ ・・磁石 ・・コイル ・・膨張機 ・・ディスプレーサ ・・膨張室
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is an enlarged sectional view of a compressor, and FIG. 2 is a sectional view showing the overall configuration of a Stirling refrigerator. FIG. 3 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing a conventional example. (A)... Refrigerator (1)... Compressor (2)... Housing (3)... Bottom wall (wall) (4)... Cylindrical part (4a)... Communication Hole (5)...Recess (6)...Plunger (11)...Compression chamber (15), (18)...Spring (17>...
Linear motor (18>... Magnet (19)... Coil <2))... Expander (2B>... Displacer (29>... Expansion chamber (A) (1) (2) ( 3) (4) (5) (6) (11) (15) (17) (18) <19> (2)) (26) (29) Refrigerator compressor housing bottom wall (wall) Cylindrical recess Plunger compression chamber (16)... Spring... Linear motor... Magnet... Coil... Expander... Displacer... Expansion chamber

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)継鉄を構成する壁部(3)を有し、該壁部(3)
の内面中心部に円柱部(4)及び該円柱部(4)の周囲
に環状の凹部(5)が形成され、該円柱部(4)端部よ
り壁部(3)を介して外部に連通される連通孔(4a)
を有するハウジング(2)と、該ハウジング(2)の円
柱部(4)に摺動可能に外嵌合され、円柱部(4)との
間に圧縮室(11)を区画形成する有底円筒状のプラン
ジャ(6)と、上記凹部(5)の少なくとも内周面に円
柱部(4)の外周面と所定の間隔をあけて取り付けられ
、円柱部(4)外周との間に磁界を発生させる環状の磁
石(18)と、上記プランジャ(6)の少なくとも外周
面に上記磁石(18)と対向して巻回され、交流の通電
によりプランジャ(6)を往復動させるコイル(19)
とを備えたことを特徴とするスターリング冷凍機用リニ
アモータ圧縮機。
(1) It has a wall portion (3) that constitutes a yoke, and the wall portion (3)
A cylindrical part (4) is formed at the center of the inner surface of the cylinder, and an annular recess (5) is formed around the cylindrical part (4), which communicates with the outside through the wall part (3) from the end of the cylindrical part (4). Communication hole (4a)
a bottomed cylinder that is slidably fitted externally to the cylindrical part (4) of the housing (2) and defines a compression chamber (11) between the cylindrical part (4) and the cylindrical part (4); A shaped plunger (6) is attached to at least the inner peripheral surface of the recess (5) at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the cylindrical portion (4), and generates a magnetic field between the outer periphery of the cylindrical portion (4) and the outer periphery of the cylindrical portion (4). a ring-shaped magnet (18), and a coil (19) that is wound around at least the outer peripheral surface of the plunger (6) facing the magnet (18), and that causes the plunger (6) to reciprocate when energized with alternating current.
A linear motor compressor for a Stirling refrigerator, characterized by comprising:
(2)プランジャ(6)は、開放端部が凹部(5)底面
に、底部がハウジング(2)の壁部にそれぞれスプリン
グ(15)、(16)によって往復動可能に弾性支持さ
れていることを特徴とする請求項(1)記載のスターリ
ング冷凍機用リニアモータ圧縮機。
(2) The plunger (6) is elastically supported at its open end on the bottom of the recess (5) and on the wall of the housing (2) by springs (15) and (16), respectively, so as to be able to reciprocate. The linear motor compressor for a Stirling refrigerator according to claim (1), characterized in that:
(3)コイル(19)はスプリング(15)、(16)
によって通電されるように構成されていることを特徴と
する請求項(2)記載のスターリング冷凍機用リニアモ
ータ圧縮機。
(3) The coil (19) has springs (15) and (16)
3. The linear motor compressor for a Stirling refrigerator according to claim 2, wherein the linear motor compressor is configured to be energized by.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103972997A (en) * 2014-04-30 2014-08-06 宁波华斯特林电机制造有限公司 Magnet assembly of Stirling motor

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