JPH0427776A - Linear motor compressor for stirling refrigerator - Google Patents

Linear motor compressor for stirling refrigerator

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JPH0427776A
JPH0427776A JP13297490A JP13297490A JPH0427776A JP H0427776 A JPH0427776 A JP H0427776A JP 13297490 A JP13297490 A JP 13297490A JP 13297490 A JP13297490 A JP 13297490A JP H0427776 A JPH0427776 A JP H0427776A
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JP
Japan
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piston
spring
cylinder
casing
coil
Prior art date
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Application number
JP13297490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Yamada
勝彦 山田
Makoto Hiroyasu
誠 廣保
Yoshikatsu Hiratsuka
善勝 平塚
Masao Ono
正雄 大野
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.)
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

Landscapes

  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To miniaturize a compressor while suppressing the fatigue failure of a coil spring by setting the resonance frequency of the spring mass system of a linear motor with an air spring, and holding a piston at the neutral point of the reciprocation with the coil spring. CONSTITUTION:A piston 7 is elastically supported by an air spring 17 arranged between its back face and a casing 2, and the spring constant is secured by the air spring 17. The piston 7 is held at the neutral position of the reciprocation by a coil spring 27. The piston 7 is supported by the air spring 17, and the coil spring 27 is used to hold the piston 7 at the neutral position. No fatigue failure occurs on the coil spring 27. The space of the coil spring 27 can be reduced, and a compressor 1 can be miniaturized.

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極低温レベル
の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リニアモー
タ圧縮機に関し、特に、リニアモータにより駆動される
ピストンの弾性支持構造に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a Stirling refrigerator that has an expander that generates cryogenic cold by the reciprocating motion of a displacer. The present invention relates to a motor compressor, and particularly to an elastic support structure for a piston driven by a linear motor.

(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2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、例えば密閉状のケーシング(b)と、該ケーシン
グ(b)内に形成されたシリンダ(C)と、該シリンダ
(C)内に往復動可能に嵌装され、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リニアモ
ータ(f)とを備えている。このリニアモータ(f)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述
カップ状のボビン(h)が往復動可能に配設され、該ボ
ビン(h)の外周にはドライブコイル(i)が巻き付け
られている。また、上記ボビン(h)の底面外側(ピス
トン(e)と反対側)とケーシング(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
コイルばね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(i)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(i)及びボビン(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。
(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. 2, 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 casing (b), a cylinder (C) formed in the casing (b), and a space inside the cylinder (c) that is fitted in the cylinder (C) so as to be reciprocally movable. The piston (e) defines a compression chamber (d), and a linear motor (f) serves as a drive source for reciprocating the piston (e). This linear motor (f) has an annular permanent magnet (g) placed around the cylinder (C).
The magnet (g) generates a magnetic field in a cylindrical gap concentric with the center of the cylinder (C). A cup-shaped bobbin (h) integrally fixed to the piston (e) at the center is arranged in the gap so as to be able to reciprocate, and a drive coil (i) is disposed on the outer periphery of the bobbin (h). is wrapped around it. Further, between the outer bottom surface of the bobbin (h) (opposite side to the piston (e)) and the inner bottom surface of the casing (b), a piston is formed of a coil spring for elastically supporting the piston <e> so as to be able to reciprocate. A spring (j) is installed, and by applying an alternating current of a predetermined frequency to the drive coil (i), the coil (i) and bobbin (h) are driven by the action of the magnetic field passing through the gap, and the piston ( By reciprocating the cylinder (e) within the cylinder (C), gas pressure is generated at a predetermined period in the compression chamber (d).

一方、上記膨張機(k)は、円筒状シリンダ(1)を有
し、このシリンダ<X>内にはシリンダ(J)内空間を
膨張室(m)と作動室(n)とに区画するフリーディス
プレーサ(0)が往復動可能に嵌装されている。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(ol)
を膨張室(m)及び作動室(n)にそれぞれ連通させる
連通孔(Ox ) 、  (03)が開口されている。
On the other hand, the expander (k) has a cylindrical cylinder (1), and inside this cylinder <X>, the space inside the cylinder (J) is divided into an expansion chamber (m) and a working chamber (n). A free displacer (0) is fitted so as to be reciprocally movable. This displacer (0) has a metal cold storage material (o+) inside (
It is filled with regenerative heat exchanger), and the cold storage material (OL)
Communication holes (Ox) and (03) are opened to communicate the expansion chamber (m) and the working chamber (n), respectively.

また、上記作動室(n)内には、ディスプレーサ(o)
を往復動可能に弾性支持するコイルばねからなるデイス
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)は上記結合配管(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(m)で膨張させることに
より、シリンダ(ff)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“Refrig
erator for Cryogenic 5ens
ors  、 NASA Conference Pu
b目catfon 22B7等参照)。
Furthermore, in the working chamber (n), there is a displacer (o).
A displacer spring (p) made of a coil spring is provided to elastically support the displacer spring so that it can reciprocate. moreover,
The working chamber (n) is connected to the compression chamber (d) of the compressor (a) via the coupling pipe (q), and the working chamber (n) is connected to the compression chamber (d) of the compressor (a).
By reciprocating the displacer (0) by the refrigerant gas pressure from a) and expanding the refrigerant gas in the expansion chamber (m), cold is generated in the cold head at the tip of the cylinder (ff). For example, “Refrig
erator for Cryogenic 5ens
ors, NASA Conference Pu
(See B-order catfon 22B7, etc.).

(発明が解決しようとする課題) ところで、上記圧縮機(a)においては、ピストン(e
)をリニアモータ(f)のばねマス系の共振周波数で振
動させることから、ピストンスプリング(j)の疲労破
壊を起こさないようにするためには、その径、長さ、巻
数等を十分に大きくする必要がある。しかし、その場合
には、スプリング(j)のスペースが大きくなり、その
分、圧縮機(a)の全長や全幅が大きくなって、その小
形化が難しいという問題がある。また、直列に配置され
た2つのピストンスプリング間でピストン(e)を中立
点に弾性保持する方法もあるが、その場合にあっては、
ピストン(e)を正確に中立点に保持するのが難しい。
(Problems to be Solved by the Invention) By the way, in the above compressor (a), the piston (e
) is vibrated at the resonant frequency of the spring mass system of the linear motor (f), so in order to prevent fatigue failure of the piston spring (j), its diameter, length, number of turns, etc. must be sufficiently large. There is a need to. However, in that case, the space for the spring (j) becomes large, and the overall length and width of the compressor (a) become correspondingly large, making it difficult to downsize the compressor (a). There is also a method of elastically holding the piston (e) at a neutral point between two piston springs arranged in series, but in that case,
It is difficult to hold the piston (e) accurately at the neutral point.

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は
、上記したリニアモータのピストンの弾性支持構造に改
良を加えることにより、ピストンを1つのばねで弾性支
持し、かつそのばねの疲労破壊を招くことなく圧縮機の
小形化を図ることにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to elastically support the piston with one spring and reduce fatigue of the spring by improving the elastic support structure of the piston of the linear motor described above. The objective is to downsize the compressor without causing damage.

(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)に係る発明では
、ピストンを主としてその背面の空気ばねで弾性支持し
、機械ばねについてはピストンを中立点に支持するため
に用いる。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, in the invention according to claim (1), the piston is mainly elastically supported by an air spring on its back surface, and the mechanical spring supports the piston at a neutral point. used for

具体的には、この発明の圧縮機は、第1図に示す如く、
ケーシング(2)と、該ケーシング(2)内に設けられ
たシリンダ(6)と、該シリンダ(6)内に往復動可能
に嵌装され、シリンダ(6)内空間に圧縮室(11)を
区画形成するピストン(7)と、該ピストン(7)の背
面及びケーシング(2)の間に設けられた密閉空間(1
7a)を有してなり、ピストン(7)をシリンダ(6)
内で往復動可能にケーシング(2)に対し弾性支持する
空気ばね(17)と、該空気ばね(17)に並設され、
ピストン(7)を往復動の中立位置に保持するコイルば
ね(27)と、磁石(15)及びコイル(16)を有し
、コイル(16)への所定周波数の交流の供給により上
記ピストン(7)を往復駆動するリニアモータ(13)
とを備えてなることを特徴としている。
Specifically, the compressor of the present invention, as shown in FIG.
A casing (2), a cylinder (6) provided in the casing (2), and a compression chamber (11) fitted in the cylinder (6) so as to be reciprocally movable. A closed space (1) provided between a piston (7) forming a partition, the back surface of the piston (7), and the casing (2).
7a), the piston (7) is connected to the cylinder (6).
an air spring (17) that elastically supports the casing (2) so as to be able to reciprocate within the casing;
It has a coil spring (27) that holds the piston (7) in a neutral position of reciprocating motion, a magnet (15) and a coil (16), and the piston (7) is moved by supplying alternating current of a predetermined frequency to the coil (16). ) reciprocating linear motor (13)
It is characterized by having the following.

また、請求項(2)に係る発明では、上記空気ばねのば
ね定数を可変とする。
Further, in the invention according to claim (2), the spring constant of the air spring is variable.

すなわち、この発明は、上記請求項(1)に係る発明の
構成に加え、空気ばね(17)の密閉空間(17a)の
容積を増減調整して空気ばね(17)のばね定数を可変
とするばね定数可変手段(28)を設ける。
That is, in addition to the structure of the invention according to claim (1), the present invention makes the spring constant of the air spring (17) variable by adjusting the volume of the closed space (17a) of the air spring (17). Spring constant variable means (28) is provided.

(作用) 上記の構成により、請求項(1)に係る発明では、ピス
トン(7)はその背面とケーシング(2)との間に配設
した空気ばね(17)により弾性支持され、この空気ば
ね(17)によりばね定数が確保される。また、ピスト
ン(7)はコイルばね(27)により往復動の中立位置
に保持される。
(Function) With the above configuration, in the invention according to claim (1), the piston (7) is elastically supported by the air spring (17) disposed between the back surface of the piston (7) and the casing (2). (17) ensures a spring constant. Further, the piston (7) is held at a neutral position of reciprocating motion by a coil spring (27).

このようにピストン(7)を空気ばね(17)で支持し
、コイルばね(27)はピストン(7)の中立位置の保
持のために使用されるので、コイルばね(27)の疲労
破壊は生じないとともに、そのスペースも小さくて済み
、圧縮機の小形化を図ることができる。
In this way, since the piston (7) is supported by the air spring (17) and the coil spring (27) is used to maintain the neutral position of the piston (7), fatigue failure of the coil spring (27) will not occur. In addition, the space required is small, and the compressor can be made smaller.

また、ピストン(7)は、ピストン(7)の背面及びケ
ーシング(2)の間に設けられた空気ばね(17)によ
り支持されているので、ピストン(7)はシリンダ(6
)内周面のみならず、密閉空間(17a)を形成するた
めの部材によっても支持され、その摺動面の面圧が分散
される。このため、ピストン(7)のシール部分の磨耗
を抑制でき、圧縮機の寿命を延長することができる。
Further, since the piston (7) is supported by an air spring (17) provided between the back surface of the piston (7) and the casing (2), the piston (7) is supported by the cylinder (6).
) It is supported not only by the inner peripheral surface but also by the member for forming the sealed space (17a), and the surface pressure on the sliding surface is dispersed. Therefore, wear of the seal portion of the piston (7) can be suppressed, and the life of the compressor can be extended.

請求項(2)に係る発明では、空気ばね(17)のばね
定数を変えるときには、ばね定数可変手段(28)によ
り、空気ばね(17)の密閉空間(17a)の容積を増
減調整すればよく、その容積の増大によりばね定数が低
くなり、一方、容積の減少によりばね定数が高くなる。
In the invention according to claim (2), when changing the spring constant of the air spring (17), it is sufficient to increase or decrease the volume of the closed space (17a) of the air spring (17) using the spring constant variable means (28). , an increase in its volume results in a lower spring constant, while a decrease in volume results in a higher spring constant.

こうすることでばね定数を容易にかつ簡単に変えること
ができる。
By doing so, the spring constant can be easily and simply changed.

(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1図は本発明の一実施例に係るスターリング冷凍機用
の圧縮機(1)を示す。この圧縮機(1)は図示しない
従来公知のフリーディスプレーサ型膨張機(第2図参照
)と組み合わされて冷凍機を構成する。圧縮機(1)は
円筒状のケーシング(2)を有し、このケーシング(2
)は、略同じ構成の左右1対の円筒状ケーシングアッセ
ンブリ(3)、  (3)を同心状に配置し、かつ両ケ
ーシングアッセンブリ(3)、  (3)間に円板状の
センタベース(4)を気密状に挟持してなり、両ケーシ
ングアッセンブリ(3)、  (3)及びセンタベース
(4)は純鉄で構成されている。上記センタベース(4
)の中心部にはシリンダ挿通孔(5)が貫通形成され、
該シリンダ挿通孔(5)には、両端が開放された非磁性
材料としてのステンレス鋼からなる円筒状のシリンダ(
6)が挿通支持されている。このシリンダ(6)内には
背面に有底の中心穴(7a)を有する円筒状の左右1対
のピストン(7)、  (7)がそれぞれ摺動可能に嵌
装され、このピストン(7)外周とシリンダ(6)内周
との間の間隙は薄肉円筒状のアウタシール(8)で気密
状に閉塞されており、この両ピストン(7)、  (7
)間でシリンダ(6)により囲まれた部分が圧縮室(1
1)とされている。上記センタベース(4)にはシリン
ダ挿通孔(5)から外周面まで半径方向に貫通するガス
通路(12)が形成され、該ガス通路(12)の内端は
上記シリンダ(6)の中央に貫通形成した孔(6a)を
介して上記圧縮室(11)に連通し、一方、ガス通路(
12)の外端は図示しない結合配管を介して図外の膨張
機に接続されている。
FIG. 1 shows a compressor (1) for a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention. This compressor (1) is combined with a conventionally known free displacer type expander (see FIG. 2), which is not shown, to constitute a refrigerator. The compressor (1) has a cylindrical casing (2).
) has a pair of left and right cylindrical casing assemblies (3), (3) of approximately the same configuration arranged concentrically, and a disc-shaped center base (4) between both casing assemblies (3), (3). ) are sandwiched in an airtight manner, and both casing assemblies (3), (3) and the center base (4) are made of pure iron. Above center base (4
) is formed with a cylinder insertion hole (5) in the center thereof,
A cylindrical cylinder (made of stainless steel as a non-magnetic material) with both ends open is inserted into the cylinder insertion hole (5).
6) is inserted and supported. A pair of left and right cylindrical pistons (7), (7) each having a bottomed center hole (7a) on the back surface are slidably fitted into this cylinder (6). The gap between the outer periphery and the inner periphery of the cylinder (6) is hermetically closed by a thin-walled cylindrical outer seal (8), and both pistons (7), (7)
) surrounded by the cylinder (6) is the compression chamber (1
1). A gas passage (12) is formed in the center base (4) that penetrates in the radial direction from the cylinder insertion hole (5) to the outer peripheral surface, and the inner end of the gas passage (12) is located at the center of the cylinder (6). It communicates with the compression chamber (11) through the hole (6a) formed through it, while the gas passage (
The outer end of 12) is connected to an expander (not shown) via a connecting pipe (not shown).

上記左右のピストン(7)、  (7)はそれぞれピス
トン(7)、  (7)を往復駆動する駆動源としての
リニアモータ(13)、  (13)に駆動連結されて
いる。すなわち、この各リニアモータ(13)は上記セ
ンタベース(4)に固定された純鉄からなる円筒部材(
14)を有し、この円筒部材(14)はシリンダ(6)
の外周にケーシングアッセンブリ(3)内周と所定の間
隙をあけるように嵌合されている。円筒部材(14)の
外周には環状の永久磁石(15)がケーシングアッセン
ブリ(3)の内周と所定の間隙をあけて固定されており
、この磁石(15)により純鉄からなる円筒部材(14
) 、センタベース(4)及びケーシングアッセンブリ
(3)を継鉄として磁石(15)とケーシングアッセン
ブリ(3)内周面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。
The left and right pistons (7), (7) are drivingly connected to linear motors (13), (13) serving as drive sources for reciprocating the pistons (7), (7), respectively. That is, each linear motor (13) is a cylindrical member (made of pure iron) fixed to the center base (4).
14), and this cylindrical member (14) is a cylinder (6).
The outer periphery of the casing assembly (3) is fitted to the inner periphery of the casing assembly (3) with a predetermined gap therebetween. An annular permanent magnet (15) is fixed to the outer periphery of the cylindrical member (14) with a predetermined gap from the inner periphery of the casing assembly (3). 14
), the center base (4) and the casing assembly (3) are used as yoke to generate a magnetic field of a predetermined strength in the gap between the magnet (15) and the inner peripheral surface of the casing assembly (3).

そして、上記各ピストン(7)はピストン(7)のシリ
ンダ(6)中央と反対側端部から半径方向外側に延びる
フランジ部(7b)を有し、該フランジ部(7b)の外
周には、ピストン(7)と同心状にシリンダ(6)中央
側に延びかつ先端部が上記磁石(15)とケーシングア
ッセンブリ(3)内周面との間の間隙に左右方向に往復
動可能に配置された円筒状のコイル巻付部としてのボビ
ン(10)が連結されている。
Each of the pistons (7) has a flange (7b) extending radially outward from the end opposite to the center of the cylinder (6) of the piston (7), and on the outer periphery of the flange (7b), It extends toward the center of the cylinder (6) concentrically with the piston (7), and its tip is disposed in the gap between the magnet (15) and the inner peripheral surface of the casing assembly (3) so as to be able to reciprocate in the left-right direction. A bobbin (10) serving as a cylindrical coil winding portion is connected.

このボビン(10)は、非磁性材料としての薄肉ステン
レス鋼からなる有底円筒状のボビン本体(10a)を有
し、該ボビン本体(10a)のシリンダ(6)中央側端
にはフランジ部(10b)が形成されている。さらに、
ボビン本体(10a)の外周にはシリンダ(6)中央側
の端部に環状の樹脂製のスペーサ(10c)が上記フラ
ンジ部(10b)により抜止めされている。また、ボビ
ン本体(10a)のシリンダ(6)中央と反対側の端部
には有底円筒状の樹脂製キャップ(10d)が底部をボ
ビン本体(10a)の底部に密着せし給で嵌装され、こ
のキャップ(10d)の外径は上記スペーサ(10c)
と同じとされている。キャップ(10d)とスペーサ(
10c)との間は上記磁石(15)と対向した位置に所
定間隔があけられており、このスペーサ(10c)とキ
ャップ(10d)との間のボビン本体(10a)にコイ
ル(16)が巻き付けられている。尚、上記スペーサ(
10c)及びキャップ(10d)はボビン本体(10a
)のシリンダ(6)中央と反対側端から嵌挿され、その
後に両者間にコイル(16)が巻き付けられる。
This bobbin (10) has a bottomed cylindrical bobbin body (10a) made of thin-walled stainless steel as a non-magnetic material, and a flange portion ( 10b) is formed. moreover,
On the outer periphery of the bobbin body (10a), an annular resin spacer (10c) is secured to the central end of the cylinder (6) by the flange (10b). In addition, a bottomed cylindrical resin cap (10d) is fitted to the end of the bobbin body (10a) opposite to the center of the cylinder (6) so that the bottom part is in close contact with the bottom of the bobbin body (10a). The outer diameter of this cap (10d) is the same as that of the spacer (10c).
It is said to be the same as Cap (10d) and spacer (
A coil (16) is wound around the bobbin body (10a) between the spacer (10c) and the cap (10d), and a predetermined interval is provided between the spacer (10c) and the cap (10d). It is being In addition, the above spacer (
10c) and cap (10d) are the bobbin body (10a
) of the cylinder (6) from the opposite end to the center, and then the coil (16) is wound between them.

そして、両リニアモータ(13)、  (13)のコイ
ル(16)、  (16)に同期して所定周波数の交流
を通電することにより、両ピストン(7)。
Both pistons (7) are energized by alternating current at a predetermined frequency in synchronization with the coils (16), (16) of both linear motors (13), (13).

(7)を後述の空気ばね(17)のばね定数で決まる周
期で互いに逆方向に往復動させて、圧縮室(11)で所
定周期のガス圧を発生させるように構成されている。
(7) are reciprocated in opposite directions at a period determined by the spring constant of an air spring (17), which will be described later, to generate gas pressure at a predetermined period in the compression chamber (11).

上記各ピストン(7)の背面には、ピストン(7)をシ
リンダ(6)内で往復動可能にケーシングに対し弾性支
持する空気ばね(17)が配設されている。すなわち、
各ケーシングアッセンブリ(3)の開口部における円周
方向の一部にはそれぞれスプリングアッセンブリ(21
)の外端が締結されている。このスプリングアッセンブ
リ(21)はケーシングアッセンブリ(3)の中心方向
に延び、その内端にはシリンダ(6)中央側にシリンダ
(6)と同心状に延びる薄肉円筒状のインナシリンダ(
18)が一体に形成され、このインナシリンダ(18)
の先半部はピストン(7)背面の中心穴(7a)に摺動
可能に嵌挿され、インナシリンダ(18)の外周とピス
トン(7)の内周との間の間隙は薄肉円筒状のインナシ
ール(19)により気密状に閉塞されている。また、上
記インナシリンダ(18)の外側(シリンダ(6)中央
と反対側)の開口部は閉塞部材(20)により気密状に
閉塞されており、上記ピストン(7)、インナシリンダ
(18)、インナシール(19)及び閉塞部材(20)
により囲まれた密閉空間(17a)を有する空気ばね(
17)が構成されている。
An air spring (17) is disposed on the back surface of each piston (7) to elastically support the piston (7) with respect to the casing so that the piston (7) can reciprocate within the cylinder (6). That is,
A spring assembly (21
) are fastened at the outer ends. This spring assembly (21) extends toward the center of the casing assembly (3), and at its inner end there is a thin-walled cylindrical inner cylinder (21) extending concentrically with the cylinder (6) toward the center of the cylinder (6).
18) is integrally formed, and this inner cylinder (18)
The front half of the piston (7) is slidably inserted into the center hole (7a) on the back surface of the piston (7), and the gap between the outer circumference of the inner cylinder (18) and the inner circumference of the piston (7) is a thin-walled cylindrical hole. It is airtightly closed by an inner seal (19). Further, the opening on the outside of the inner cylinder (18) (on the side opposite to the center of the cylinder (6)) is airtightly closed by a closing member (20), and the piston (7), the inner cylinder (18), Inner seal (19) and closing member (20)
An air spring (17a) having a closed space (17a) surrounded by
17) is configured.

また、上記閉塞部材(20)の内底面中心にはスプリン
グホルダアッパ(23)が螺合締結され、このスプリン
グホルダアッパ(23)の外周には螺旋状のスプリング
取付溝(24)が形成されている。一方、上記各ピスト
ン(7)の中心穴(7a)底面中心にはスプリングホル
ダロア(25)が螺合締結され、このスプリングホルダ
ロア(25)の外周には螺旋状のスプリング取付溝(2
6)が形成されている。そして、上記スプリングホルダ
アッパ(23)のスプリング取付溝(24)にはコイル
ばね(27)の一端か螺合により移動不能に取り付けら
れ、このコイルばね(27)の他端はスプリングホルダ
ロア(25)外周のスプリング取付溝(26)に移動不
能に取り付けられており、このコイルばね(27)によ
りピストン(7)を往復動の中立位置に保持するように
している。
Further, a spring holder upper (23) is screwed and fastened to the center of the inner bottom surface of the closing member (20), and a spiral spring mounting groove (24) is formed on the outer periphery of the spring holder upper (23). There is. On the other hand, a spring holder lower (25) is screwed into the center of the bottom surface of the center hole (7a) of each piston (7), and a spiral spring mounting groove (2) is formed on the outer periphery of this spring holder lower (25).
6) is formed. One end of a coil spring (27) is screwed into the spring mounting groove (24) of the spring holder upper (23) so as not to be movable, and the other end of the coil spring (27) is attached to the spring holder lower (25). ) It is immovably attached to a spring mounting groove (26) on the outer periphery, and this coil spring (27) holds the piston (7) in a neutral position of reciprocating motion.

さらに、上記スプリングホルダアッパ(23)のシリン
ダ(6)中央側面の中心には、空気ばね(17)のばね
定数を可変とするばね定数可変手段としてのボリューム
調整部材(28)が着脱可能に螺合締結されており、こ
の調整部材(28)を異なる体積のものと交換すること
で、空気ばね(17)の密閉空間(17a)の容積を増
減調整して空気ばね(17)のばね定数を変えるように
している。
Further, a volume adjusting member (28) as a spring constant variable means for varying the spring constant of the air spring (17) is removably screwed into the center of the central side surface of the cylinder (6) of the spring holder upper (23). By replacing this adjustment member (28) with one of a different volume, the volume of the closed space (17a) of the air spring (17) can be increased or decreased, and the spring constant of the air spring (17) can be adjusted. I'm trying to change it.

尚、上記スプリングアッセンブリ(21)におけるシリ
ンダ(6)中央側の面にはシリンダ軸線を中心とする環
状溝(29)が凹設されている。
In addition, an annular groove (29) centered on the cylinder axis is recessed in the surface of the spring assembly (21) on the center side of the cylinder (6).

また、上記ボビン(10)の底壁において上記スプリン
グアッセンブリ (21)と対向する面には環状溝(2
9)と対応して環状溝(30)が凹設されている。そし
て、これら両方の環状溝(29)(30)間にはリニア
モータ(13)のコイル(16)に電力を供給する2本
のリード線(31)(31)が架設されている。
Further, in the bottom wall of the bobbin (10), an annular groove (2) is formed on the surface facing the spring assembly (21).
An annular groove (30) is recessed corresponding to the groove 9). Two lead wires (31) (31) for supplying electric power to the coil (16) of the linear motor (13) are installed between both of these annular grooves (29) (30).

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.

冷凍機の運転開始に伴い、圧縮機(1)における両リニ
アモータ(13)、  (13)のコイル(16)、(
16)に所定周波数の交流電源が同期して通電される。
With the start of operation of the refrigerator, the coils (16) of both linear motors (13), (13) in the compressor (1),
16), an AC power source of a predetermined frequency is energized synchronously.

この通電に伴い、磁石(15)(]5)により発生する
磁界との作用によりコイル(16)   (16)及び
ピストン(7)。
With this energization, the coil (16) (16) and the piston (7) interact with the magnetic field generated by the magnet (15) (5).

(7)かそれぞれ空気ばね(17)、  (17)の容
積を増減しかつコイルばね(27)、  (27)を伸
縮させながら互いに逆向きに往復動し、この両ピストン
(7)、  (7)がシリンダ(6)内で互いに接離す
ることで圧縮室(11)の容積が増減変化し、圧縮室(
11)内に所定周期の圧力波が生じる。この圧縮室(1
1)は結合配管を介して膨張機に連通しているため、膨
張機ではディスプレーサが上記圧縮室(11)の圧力波
と同じ周期で往復動してその膨張室でのガスの膨張によ
り寒冷が生じ、このディスプレーサの往復動の繰返しに
よりシリンダ先端のコールドヘッドが極低温レベルに冷
却される。
Both pistons (7) and (7) reciprocate in opposite directions while increasing and decreasing the volumes of the air springs (17) and (17) and expanding and contracting the coil springs (27) and (27), respectively. ) move toward and away from each other within the cylinder (6), the volume of the compression chamber (11) increases or decreases, and the compression chamber (
11) A pressure wave of a predetermined period is generated within the range. This compression chamber (1
1) is connected to the expander via the connecting pipe, so in the expander the displacer reciprocates at the same frequency as the pressure wave in the compression chamber (11), and the expansion of the gas in the expansion chamber causes cold. The cold head at the tip of the cylinder is cooled to an extremely low temperature level by repeated reciprocating movements of the displacer.

そして、この実施例では、各ピストン(7)はその背面
の空気ばね(17)による共振周波数で往復動し、その
ピストン(7)の往復動の中立位置はコイルばね(27
)により設定される。このようにコイルばね(27)は
ピストン(7)の中立位置の保持のために使用されるの
で、その疲労破壊は生じない。しかも、コイルばね(2
7)のスペースは小さくて済むので、圧縮機(1)の小
形化を図ることができる。
In this embodiment, each piston (7) reciprocates at a resonant frequency due to the air spring (17) on its back surface, and the neutral position of the reciprocating motion of the piston (7) is set by the coil spring (27).
) is set by Since the coil spring (27) is thus used to maintain the neutral position of the piston (7), its fatigue failure does not occur. Moreover, the coil spring (2
Since the space required for 7) is small, it is possible to downsize the compressor (1).

また、上記各ピストン(7)は空気ばね(17)により
支持されているため、ピストン(7)の外周面はアウタ
シール(8)を介してシリンダ(6)内周面に、また中
心穴(7a)の内周面はインナシール(19)を介して
インナシリンダ(18)の外周面にそれぞれ支持される
。すなわち、ピストン(7)は外周面及び内周面の双方
で支持されるので、シリンダ(6)、インナシリンダ(
18)及びピストン(7)が互いに同心に配置されてい
る限り、ピストン(7)の摺動面の面圧が分散されるこ
ととなり、このため、ピストン(7)の摺動面の磨耗が
抑制されて圧縮機(1)の寿命を延ばすことができる。
Furthermore, since each piston (7) is supported by an air spring (17), the outer circumferential surface of the piston (7) is connected to the inner circumferential surface of the cylinder (6) via the outer seal (8), and to the center hole (7a). ) are respectively supported by the outer peripheral surface of the inner cylinder (18) via the inner seal (19). That is, since the piston (7) is supported on both the outer circumferential surface and the inner circumferential surface, the cylinder (6) and the inner cylinder (
As long as 18) and the piston (7) are arranged concentrically with each other, the surface pressure on the sliding surface of the piston (7) will be dispersed, thus suppressing wear on the sliding surface of the piston (7). This can extend the life of the compressor (1).

さらに、各空気ばね(17)の密閉空間(17a)には
ボリューム調整部材(28)が着脱可能に配設されてい
るので、空気ばね(17)のばね定数を変えるときには
、調整部材(28)を交換して密閉空間(17g)の容
積を増減調整する。
Furthermore, since a volume adjustment member (28) is removably disposed in the closed space (17a) of each air spring (17), when changing the spring constant of the air spring (17), the volume adjustment member (28) Adjust the volume of the closed space (17g) by replacing it.

例えば空気ばね(17)のばね定数を大きくするには、
長くて大きな体積の調整部材(28)を取り付けると、
密閉空間(17a)の容積が減少してばね定数が高くな
る。一方、ばね定数を小さくするには、短くて小さい体
積の調整部材(28)を取り付ければよく、密閉空間(
17a)の容積が増大してばね定数が低くなる。従って
、ばね定数を容易にかつ簡単に変えることができる。
For example, to increase the spring constant of the air spring (17),
When the long and large volume adjustment member (28) is attached,
The volume of the closed space (17a) decreases and the spring constant increases. On the other hand, in order to reduce the spring constant, it is sufficient to attach a short and small volume adjustment member (28), and the closed space (
The volume of 17a) increases and the spring constant decreases. Therefore, the spring constant can be changed easily and simply.

尚、上記実施例では、密閉空間(17a)の容積を変え
て空気ばね(17)のばね定数を変更するに当たり、ボ
リューム調整部材(28)を交換するようにしているが
、その他の構成を採用することもできる。例えば、調整
部材の密閉空間に対する突出量を連続的に変え得るよう
にしてもよい。
In the above embodiment, when changing the volume of the closed space (17a) to change the spring constant of the air spring (17), the volume adjusting member (28) is replaced, but other configurations may be adopted. You can also. For example, the amount of protrusion of the adjustment member relative to the closed space may be continuously changed.

また、上記実施例では、ピストン(7)、リニアモータ
(13)等を2つとしたが、本発明はこれらを1つ備え
た圧縮機にも適用することができる。
Further, in the above embodiment, there are two pistons (7), two linear motors (13), etc., but the present invention can also be applied to a compressor equipped with one of these.

(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リニアモータ圧縮機において
、ピストンを空気ばね及び機械式のコイルばねによりケ
ーシングに弾性支持し、空気ばねでリニアモータのばね
マス系の共振周波数を設定する一方、コイルばねにより
ピストンを往復動の中立点に保持するようにしたことに
より、コイルばねの疲労破壊を抑制しつつ、圧縮機の小
形化を図ることができる。また、ピストンはシリンダ及
び空気ばねの双方で支持されるので、その摺動面の分圧
を分散して、圧縮機の高寿命化を図ることができる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the invention according to claim (1), in a linear motor compressor for a Stirling refrigerator, the piston is elastically supported on the casing by an air spring and a mechanical coil spring, While the air spring sets the resonant frequency of the spring mass system of the linear motor, the coil spring holds the piston at the neutral point of reciprocating motion, thereby suppressing fatigue failure of the coil spring and reducing the size of the compressor. It is possible to aim for Further, since the piston is supported by both the cylinder and the air spring, the partial pressure on the sliding surface of the piston can be dispersed, thereby extending the life of the compressor.

請求項(aに係る発明によれば、空気ばねの密閉空間の
容積を変えてばね定数を可変調整するようにしたことで
、空気ばねのばね定数を容易にかつ簡単に変更すること
ができる。
According to the invention according to claim (a), the spring constant of the air spring can be easily and easily changed by variably adjusting the spring constant by changing the volume of the sealed space of the air spring.

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

第1図は本発明の一実施例に係る圧縮機の拡大断面図で
ある。第2図はスターリング冷凍機の従来例を示す断面
図である。 (1)・・・圧縮機 (2)・・・ケーシング (6)・・・シリンダ (7)・・・ピストン (11)・・・圧縮室 (13)・・・リニアモータ (15)・・・磁石 (16)・・・コイル (17)・・・空気ばね (17a)・・・密閉空間 (27)・・・コイルばね (28)・・・ボリューム調整部材 (ばね定数可変手段) 代 理 人
FIG. 1 is an enlarged sectional view of a compressor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a conventional example of a Stirling refrigerator. (1)...Compressor (2)...Casing (6)...Cylinder (7)...Piston (11)...Compression chamber (13)...Linear motor (15)...・Magnet (16)...Coil (17)...Air spring (17a)...Closed space (27)...Coil spring (28)...Volume adjustment member (spring constant variable means) Agent

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ケーシング(2)と、該ケーシング(2)内に設
けられたシリンダ(6)と、該シリンダ(6)内に往復
動可能に嵌装され、シリンダ(6)内空間に圧縮室(1
1)を区画形成するピストン(7)と、該ピストン(7
)の背面及びケーシング(2)の間に設けられた密閉空
間(17a)を有し、ピストン(7)をシリンダ(6)
内で往復動可能にケーシング(2)に対し弾性支持する
空気ばね(17)と、該空気ばね(17)に並設され、
ピストン(7)を往復動の中立位置に保持するコイルば
ね(27)と、磁石(15)及びコイル(16)を有し
、コイル(16)への所定周波数の交流の供給により上
記ピストン(7)を往復駆動するリニアモータ(13)
とを備えてなる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) A casing (2), a cylinder (6) provided in the casing (2), and a compression chamber (6) fitted in the cylinder (6) so as to be reciprocally movable in the cylinder (6). 1
1), a piston (7) defining a section;
) and the casing (2).
an air spring (17) that elastically supports the casing (2) so as to be able to reciprocate within the casing;
It has a coil spring (27) that holds the piston (7) in a neutral position of reciprocating motion, a magnet (15) and a coil (16), and the piston (7) is moved by supplying alternating current of a predetermined frequency to the coil (16). ) reciprocating linear motor (13)
A linear motor compressor for a Stirling refrigerator, comprising:
(2)ケーシング(2)と、該ケーシング(2)内に設
けられたシリンダ(6)と、該シリンダ(6)内に往復
動可能に嵌装され、シリンダ(6)内空間に圧縮室(1
1)を区画形成するピストン(7)と、該ピストン(7
)の背面及びケーシング(2)の間に設けられた密閉空
間(17a)を有し、ピストン(7)をシリンダ(6)
内で往復動可能にケーシング(2)に対し弾性支持する
空気ばね(17)と、該空気ばね(17)に並設され、
ピストン(7)を往復動の中立位置に保持するコイルば
ね(27)と、磁石(15)及びコイル(16)を有し
、コイル(16)への所定周波数の交流の供給により上
記ピストン(7)を往復駆動するリニアモータ(13)
とを備えてなり、 上記空気ばね(17)の密閉空間(17a)の容積を増
減調整して空気ばね(17)のばね定数を可変とするば
ね定数可変手段(28)が設けられていることを特徴と
するスターリング冷凍機用リニアモータ圧縮機。
(2) A casing (2), a cylinder (6) provided in the casing (2), and a compression chamber (6) fitted in the cylinder (6) so as to be reciprocally movable in the cylinder (6). 1
1), a piston (7) defining a section;
) and the casing (2).
an air spring (17) that elastically supports the casing (2) so as to be able to reciprocate within the casing;
It has a coil spring (27) that holds the piston (7) in a neutral position of reciprocating motion, a magnet (15) and a coil (16), and the piston (7) is moved by supplying alternating current of a predetermined frequency to the coil (16). ) reciprocating linear motor (13)
and a spring constant variable means (28) for varying the spring constant of the air spring (17) by increasing or decreasing the volume of the closed space (17a) of the air spring (17). A linear motor compressor for Stirling refrigerators featuring:
JP13297490A 1990-05-22 1990-05-22 Linear motor compressor for stirling refrigerator Pending JPH0427776A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08205507A (en) * 1995-01-20 1996-08-09 Techno Takatsuki:Kk Core, pole piece and diaphragm pump using them
KR101065851B1 (en) * 2011-06-01 2011-09-19 안기석 Compressor using a linear motor

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