JPH08285396A - Piston driving mechanism for gas compressor - Google Patents
Piston driving mechanism for gas compressorInfo
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- JPH08285396A JPH08285396A JP9235495A JP9235495A JPH08285396A JP H08285396 A JPH08285396 A JP H08285396A JP 9235495 A JP9235495 A JP 9235495A JP 9235495 A JP9235495 A JP 9235495A JP H08285396 A JPH08285396 A JP H08285396A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ピストン及び/又はデ
ィスプレーサの摺動によって冷凍を発生させるスターリ
ング冷凍機等のガス圧縮器であって、特にピストンを円
滑に摺動させるガス圧縮器のピストン駆動機構に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas compressor for a Stirling refrigerator or the like which produces refrigeration by sliding a piston and / or a displacer, and in particular, a piston drive of the gas compressor for smoothly sliding the piston. It is related to the mechanism.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、密閉空間に充填されたヘリウム、
窒素等の冷媒ガスを圧縮及び膨張させて冷凍を発生させ
る装置が知られている。該装置としては、スターリング
冷凍機が挙げられる。前記冷凍機は、超低温を発生させ
ることが出来、各種赤外線センサー、超伝導デバイス等
の冷却用、バイオメディカル用のフリーザー等に利用さ
れつつある。ガス圧縮器は、前記冷凍機に適用され、冷
媒ガスを圧縮及び膨張させる。2. Description of the Related Art Conventionally, helium filled in a closed space,
2. Description of the Related Art There is known a device that compresses and expands a refrigerant gas such as nitrogen to generate freezing. Examples of the device include a Stirling refrigerator. The refrigerator is capable of generating ultra-low temperature, and is being used for various infrared sensors, cooling of superconducting devices, freezer for biomedical, and the like. The gas compressor is applied to the refrigerator and compresses and expands the refrigerant gas.
【0003】図19は、1ピストン1ディスプレーサ型
のスターリング冷凍機(1)であって、クランク軸(61)の
回転によって、ディスプレーサ(31)及びピストン(21)
が、90°の位相差で摺動する。ピストン(21)の摺動によ
って、ケーシング(11)内部に充填されたヘリウムガス等
の冷媒ガスが圧縮室(24)で圧縮、膨張され、ディスプレ
ーサ(31)の摺動によって、ディスプレーサ室(3)の膨張
室(34)及びディスプレーサ側下方空間(35)を連結するガ
ス流通路(14)及びガス流通路(14)中に配備された再生熱
交換器(15)を介して移動し、膨張室(34)で超低温の冷凍
を発生し、圧縮室(24)で高温を発生する。膨張室(34)で
発生した超低温の冷凍によって、上記センサー等の冷却
を行なう。FIG. 19 shows a one-piston, one-displacer type Stirling refrigerator (1), in which the displacer (31) and the piston (21) are rotated by the rotation of the crankshaft (61).
, But they slide with a phase difference of 90 °. Refrigerant gas such as helium gas filled in the casing (11) is compressed and expanded in the compression chamber (24) by sliding the piston (21), and displacer chamber (3) is moved by sliding the displacer (31). Of the expansion chamber (34) and the displacer-side lower space (35) are connected to each other through the gas flow passage (14) and the regenerative heat exchanger (15) arranged in the gas flow passage (14), Ultra-low temperature freezing is generated in (34) and high temperature is generated in the compression chamber (24). The ultra-low temperature freezing generated in the expansion chamber (34) cools the sensor and the like.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ピストン(21)をクラン
ク機構によって摺動させて冷媒ガスを圧縮、膨張させる
冷凍機に於いて、ピストン(21)の位相と、クランク機構
を駆動する動力源に要求されるトルクは、夫々図8及び
図7の破線に示す如き波形を描く。ディスプレーサ(31)
は、ガス流通路(14)によって膨張室(34)とディスプレー
サ側下方空間(35)を連通しているから両室の冷媒ガス圧
力が同一に保たれており、ディスプレーサ(31)は、冷媒
ガス圧力に左右されず摺動する。定常状態、即ち発生す
る冷凍及び高温が一定となるようにスターリング冷凍機
(1)が運転されている場合に、動力源の負荷は、ピスト
ン(21)の位相に依存する。In a refrigerator in which a piston (21) is slid by a crank mechanism to compress and expand refrigerant gas, the phase of the piston (21) and the power source for driving the crank mechanism are used. The required torque draws a waveform as shown by the broken lines in FIGS. 8 and 7, respectively. Displacer (31)
Since the expansion chamber (34) and the lower space (35) on the displacer side are communicated by the gas flow passage (14), the refrigerant gas pressure in both chambers is kept the same, and the displacer (31) is It slides regardless of pressure. Stirling refrigerator so that the steady state, that is, the generated refrigeration and high temperature are constant
When (1) is running, the load on the power source depends on the phase of the piston (21).
【0005】冷凍機の動力源の選定を行なう際に、動力
源に加わる負荷トルクの最大値が重要となる。つまり、
負荷トルクの最大値が大きいと、該最大値に適合した駆
動力を有する動力源を選定する必要があり、動力源が大
型化する。又、負荷トルクの最大値と最小値との差が大
きい場合、動力源を回転駆動させた際に振動、騒音が発
生する。When selecting the power source of the refrigerator, the maximum value of the load torque applied to the power source is important. That is,
If the maximum value of the load torque is large, it is necessary to select a power source having a driving force that matches the maximum value, and the power source becomes large. Further, when the difference between the maximum value and the minimum value of the load torque is large, vibration and noise are generated when the power source is rotationally driven.
【0006】発明者は、動力源に加わる負荷の最大値を
下げることによって、負荷トルクの最大値と最小値との
差を小さくし、又動力源に要求される駆動力の最大値を
下げることによって、動力源の回転駆動の際に発生する
振動、騒音を低減し、且つ動力源を小形化することが出
来ると考えた。The inventor reduces the maximum value of the load applied to the power source to reduce the difference between the maximum value and the minimum value of the load torque, and to reduce the maximum value of the driving force required for the power source. It is considered that the vibration source can reduce vibration and noise generated when the power source is rotationally driven, and can reduce the size of the power source.
【0007】本発明の目的は、ピストンを摺動させるク
ランク機構に連繋している動力源の負荷の最大値を下げ
ることによって、負荷トルクの変動を小さくし、動力源
の回転駆動の際に発生する振動、騒音を低減することで
ある。The object of the present invention is to reduce the fluctuation of the load torque by lowering the maximum value of the load of the power source linked to the crank mechanism for sliding the piston, and to generate when the power source is rotationally driven. Vibration and noise.
【0008】[0008]
【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明のガス圧縮器のピストン駆動機構に於いて
は、ピストン(21)のピストンロッド(22)には、磁性材料
又は永久磁石によって形成される駆動補助体(5)を具
え、ピストン(21)が上死点に到達したときに駆動補助体
(5)が接近する位置に第1電磁コイル(51)を具え、ピス
トン(21)が下死点に到達したときに駆動補助体(5)が接
近する位置に第2電磁コイル(52)を具え、各電磁コイル
にスイッチ(53)を接続する。スイッチ(53)は、ピストン
(21)が上死点に接近方向移動中に第1電磁コイル(51)に
通電し、ピストン(21)が上死点に到達すると第1電磁コ
イル(51)への通電を止め、ピストン(21)が下死点に接近
方向移動中に第2電磁コイル(52)に通電し、ピストン(2
1)が下死点に到達すると第2電磁コイル(52)への通電を
止める。通電によって駆動補助体(5)を往復移動させ
る。In order to solve the above problems, in the piston drive mechanism of the gas compressor of the present invention, the piston rod (22) of the piston (21) has a magnetic material or a permanent magnet. Drive assisting body (5) formed by, when the piston (21) reaches the top dead center
The first electromagnetic coil (51) is provided at a position where (5) approaches, and the second electromagnetic coil (52) is provided at a position where the drive assisting body (5) approaches when the piston (21) reaches the bottom dead center. A switch (53) is connected to each electromagnetic coil. The switch (53) is a piston
The first electromagnetic coil (51) is energized while (21) is moving toward the top dead center, and when the piston (21) reaches the top dead center, the energization to the first electromagnetic coil (51) is stopped and the piston ( 21) energizes the second electromagnetic coil (52) while moving toward the bottom dead center, and the piston (2
When 1) reaches the bottom dead center, the power supply to the second electromagnetic coil (52) is stopped. The drive assist body (5) is reciprocated by energization.
【0009】駆動補助体(5)を磁性材料にて形成した場
合は、第1及び第2電磁コイル(51)(52)に通じる電源
は、交流又は直流の何れでもよい。又、駆動補助体(5)
を永久磁石にて形成した場合は、第1電磁コイル(51)及
び第2電磁コイル(52)に通じる電源は直流とする。When the drive assisting body (5) is made of a magnetic material, the power source communicating with the first and second electromagnetic coils (51) and (52) may be alternating current or direct current. In addition, drive assist body (5)
When is formed by a permanent magnet, the power supply to the first electromagnetic coil (51) and the second electromagnetic coil (52) is DC.
【0010】[0010]
【作用】動力源(4)に接続されたクランク機構の回転に
よって、ピストン(21)が上死点に接近する方向に移動を
行なう過程で、スイッチ(53)によって、第1電磁コイル
(51)に通電する。通電することにより、第1電磁コイル
(51)に磁束が発生し、駆動補助体(5)が上死点に向う方
向に吸引される。ピストン(21)が上死点に達すると、ス
イッチ(53)によって、第1電磁コイル(51)への電源の供
給を止める。In the process in which the piston (21) moves toward the top dead center by the rotation of the crank mechanism connected to the power source (4), the switch (53) causes the first electromagnetic coil to move.
Energize (51). By energizing, the first electromagnetic coil
Magnetic flux is generated in (51), and the drive assisting body (5) is attracted toward the top dead center. When the piston (21) reaches the top dead center, the switch (53) stops the power supply to the first electromagnetic coil (51).
【0011】クランク機構が更に回転することによっ
て、ピストン(21)が下死点に接近する方向に移動を行な
う過程で、スイッチ(53)によって、第2電磁コイル(52)
に通電すると、第2電磁コイル(52)に磁束が発生し、駆
動補助体(5)が下死点に向う方向に吸引される。ピスト
ン(21)が下死点に達すると、スイッチ(53)によって、第
2電磁コイル(52)への電源の供給が止まり、駆動補助体
(5)への吸引力は消える。When the crank mechanism rotates further, the piston (21) moves in the direction of approaching the bottom dead center, and the switch (53) causes the second electromagnetic coil (52) to move.
When the current is energized, a magnetic flux is generated in the second electromagnetic coil (52), and the drive assisting body (5) is attracted toward the bottom dead center. When the piston (21) reaches the bottom dead center, the switch (53) stops the supply of power to the second electromagnetic coil (52), and the drive assist body
The suction force to (5) disappears.
【0012】第1又は第2電磁コイル(52)に通電する
と、電磁コイルが駆動補助体(5)を吸引するため、動力
源(4)がクランク機構を介してピストン(21)を上死点又
は下死点方向へ移動させる負荷が小さくなる。ピストン
(21)が上死点又は下死点に到達してから、中点に向って
移動を開始する初期段階に於いては、冷媒ガスが封入圧
力に戻ろうとする方向に体積を減少又は増加させること
によって、動力源(4)のトルクを減少させる方向に仕事
をするため、動力源(4)には負の負荷が作用する。従っ
て、膨張及び/又は圧縮の初期段階に於いては、駆動補
助体(5)による補助を行なう必要がないため、スイッチ
(53)によって電磁コイルへの電源の供給を止めている。When the first or second electromagnetic coil (52) is energized, the electromagnetic coil attracts the drive assisting body (5), so that the power source (4) moves the piston (21) to the top dead center via the crank mechanism. Alternatively, the load to move toward the bottom dead center becomes smaller. piston
After (21) reaches the top dead center or the bottom dead center, in the initial stage of starting to move toward the midpoint, the volume of the refrigerant gas is decreased or increased in the direction of returning to the filled pressure. As a result, since the work is performed in the direction of reducing the torque of the power source (4), a negative load acts on the power source (4). Therefore, in the initial stage of expansion and / or compression, it is not necessary to assist with the drive assisting body (5), so that the switch
The power supply to the electromagnetic coil is stopped by (53).
【0013】[0013]
【発明の効果】電磁コイル(51)(52)と駆動補助体(5)と
の間に働く磁力によって、動力源(4)に加わる負荷の最
大値が小さくなることにより、従来よりも小型、低出力
の動力源(4)を用いることが出来る。又、駆動源の負荷
トルクの最大値と最小値の差が小さくなるため、動力源
(4)の回転むらが小さくなり、低振動、低騒音で動力源
(4)を駆動することが出来る。The maximum value of the load applied to the power source (4) is reduced by the magnetic force acting between the electromagnetic coils (51) and (52) and the drive assisting body (5). A low power source (4) can be used. Also, because the difference between the maximum and minimum load torque of the drive source becomes small, the power source
(4) Rotational unevenness is small, low vibration, low noise and power source
(4) can be driven.
【0014】[0014]
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図1は、1ピストン1ディスプレーサ型の
スターリング冷凍機であり、図6は、図1のスターリン
グ冷凍機(1)を線X−Xに沿って断面して矢印方向に視
た図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a 1-piston 1-displacer type Stirling refrigerator, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the Stirling refrigerator (1) of FIG. 1 taken along line XX and viewed in the direction of the arrow.
【0015】スターリング冷凍機(1)は、密閉されたケ
ーシング(11)内部に、クランク機構を具えたクランク室
(6)と、クランク機構によって摺動するディスプレーサ
(31)を具えたディスプレーサ室(3)、クランク機構によ
って摺動するピストン(21)を具えたシリンダ室(2)を具
えている。シリンダ室(2)とディスプレーサ室(3)は、
クランク機構のクランク軸(61)に対して、90°ずれて配
備される。The Stirling refrigerator (1) has a crank chamber provided with a crank mechanism inside a closed casing (11).
(6) and a displacer that slides by the crank mechanism
It has a displacer chamber (3) equipped with (31) and a cylinder chamber (2) equipped with a piston (21) that slides by a crank mechanism. The cylinder chamber (2) and displacer chamber (3) are
The crank mechanism is arranged at a 90 ° angle with respect to the crank shaft (61) of the crank mechanism.
【0016】クランク室(6)と、ディスプレーサ室(3)
及びシリンダ室(2)は、オイルシールを具えた仕切壁(1
6)によって仕切られ、クランク室(6)から背圧空間(25)
(35)への冷媒ガス及び潤滑オイル(17)の侵入を防止す
る。クランク室(6)の内部には、クランク軸(61)が配備
され、該クランク軸(61)の2本のクランクアーム(62)間
を接続するクランクピン(63)に、後述するピストン(21)
及びディスプレーサ(31)のコネクティングロッド(23)(3
3)が接続される。クランク軸(61)の一端に、電動機、内
燃機関等の動力源(4)が接続され、該動力源(4)の回転
駆動によってクランク軸(61)は回転する。クランク軸(6
1)の他端は、ケーシング(11)に回転自由に支持される。
クランク室(6)の底面には、潤滑オイル(17)が充たされ
ており、該潤滑オイル(17)は、クランク軸(61)に配備さ
れたオイルスプラッシャー(18)等によって、クランク機
構にはね掛けられる。Crank chamber (6) and displacer chamber (3)
Also, the cylinder chamber (2) has a partition wall (1
Partitioned by 6), crank chamber (6) to back pressure space (25)
Prevent the refrigerant gas and the lubricating oil (17) from entering the (35). A crank shaft (61) is provided inside the crank chamber (6), and a crank pin (63) connecting between two crank arms (62) of the crank shaft (61) has a piston (21) described later. )
And the connecting rod (23) (3) of the displacer (31)
3) is connected. A power source (4) such as an electric motor or an internal combustion engine is connected to one end of the crankshaft (61), and the crankshaft (61) is rotated by rotationally driving the power source (4). Crankshaft (6
The other end of 1) is rotatably supported by the casing 11.
The bottom surface of the crank chamber (6) is filled with lubricating oil (17), and the lubricating oil (17) is applied to the crank mechanism by an oil splasher (18) arranged on the crankshaft (61). Can be splashed.
【0017】シリンダ室(2)は、ピストン(21)によって
仕切られ、クランク室(6)に近い方を背圧空間(25)、遠
い方を圧縮室(24)とする。ピストン(21)は、ピストンロ
ッド(22)に接続される。該ピストンロッド(22)には、後
述する駆動補助体(5)が付けられており、背圧空間(25)
を往復移動する。ピストンロッド(22)及び背圧空間(25)
の長さ及び容積は、駆動補助体(5)が往復運動したと
き、ピストン(21)の摺動路及び背圧空間(25)のオイルシ
ール(16)と重複及び当接しない様に形成される。尚、詳
細については後述する。ピストンロッド(22)は、前記オ
イルシール(16)の略中央部に開設された貫通孔(19)を通
って、コネクティングロッド(23)と接続され、該コネク
ティングロッド(23)が前記クランク軸(61)のクランクピ
ン(63)に接続される。ピストン(21)の外周面には、Oリ
ング(21a)が嵌められており、圧縮室(24)と背圧空間(2
5)との間をシールしている。圧縮室(24)は、後述するデ
ィスプレーサ室(3)のディスプレーサ側下方空間(35)と
ガス流路(13)によって接続される。背圧空間(25)内部の
前記駆動補助体(5)の移行路両端には、後述する第1及
び第2電磁コイル(51)(52)が配備される。The cylinder chamber (2) is partitioned by a piston (21), and the side closer to the crank chamber (6) is a back pressure space (25) and the far side is a compression chamber (24). The piston (21) is connected to the piston rod (22). A drive assisting body (5) described later is attached to the piston rod (22), and the back pressure space (25)
Move back and forth. Piston rod (22) and back pressure space (25)
The length and volume of the drive auxiliary body (5) do not overlap or come into contact with the sliding path of the piston (21) and the oil seal (16) of the back pressure space (25) when the drive assisting body (5) reciprocates. It The details will be described later. The piston rod (22) is connected to a connecting rod (23) through a through hole (19) opened at a substantially central portion of the oil seal (16), and the connecting rod (23) is connected to the crankshaft (23). It is connected to the crank pin (63) of 61). An O-ring (21a) is fitted on the outer peripheral surface of the piston (21), and the compression chamber (24) and the back pressure space (2
There is a seal between 5). The compression chamber (24) is connected to a displacer-side lower space (35) of a displacer chamber (3) described later by a gas flow path (13). First and second electromagnetic coils (51) and (52) described later are provided at both ends of the transition path of the drive assisting body (5) inside the back pressure space (25).
【0018】ディスプレーサ室(3)は、摺動するディス
プレーサ(31)によって仕切られ、クランク室(6)に近い
方をディスプレーサ側下方空間(35)、遠い方を膨張室(3
4)とする。ディスプレーサ(31)は、ピストンロッド(32)
に接続され、該ピストンロッド(32)は、前記オイルシー
ル(16)の略中央部に開設された貫通孔(19)を通って、コ
ネクティングロッド(33)と接続され、該コネクティング
ロッド(33)が前記ピストン(21)のコネクティングロッド
(23)が接続されたクランクピン(63)に接続される。従っ
て、クランク軸(61)が図1の紙面に向って反時計周りに
回転すると、ディスプレーサ(31)はピストン(21)よりも
90°進んだ位相で摺動する。ディスプレーサ(31)の外周
面には、Oリング(31a)が嵌められており、膨張室(34)
とディスプレーサ側下方空間(35)との間をシールしてい
る。シリンダ室(2)の圧縮室(24)と、ディスプレーサ室
(3)のディスプレーサ側下方空間(35)とは、前記ガス流
路(13)にて連結されている。ディスプレーサ側下方空間
(35)と膨張室(34)は、ガス流通路(14)を介して連結され
ており、該ガス流通路(14)中には、金属メッシュを積層
した再生熱交換器(15)が配備されている。The displacer chamber (3) is partitioned by a sliding displacer (31). One closer to the crank chamber (6) is a lower space (35) on the displacer side, and the farther one is an expansion chamber (3).
4) Displacer (31) is fitted with piston rod (32)
The piston rod (32) is connected to a connecting rod (33) through a through hole (19) opened in the approximate center of the oil seal (16), and the connecting rod (33) Is the connecting rod of the piston (21)
(23) is connected to the connected crank pin (63). Therefore, when the crankshaft (61) rotates counterclockwise toward the plane of FIG. 1, the displacer (31) will move more than the piston (21).
It slides in the phase advanced by 90 °. An O-ring (31a) is fitted on the outer peripheral surface of the displacer (31), and the expansion chamber (34)
And a space (35) below the displacer side is sealed. The compression chamber (24) of the cylinder chamber (2) and the displacer chamber
The lower space (35) on the displacer side (3) is connected by the gas flow path (13). Space below the displacer
(35) and the expansion chamber (34) are connected via a gas flow passage (14), in the gas flow passage (14), a regenerative heat exchanger (15) in which metal mesh is laminated is provided. Has been done.
【0019】駆動補助体(5)及び電磁コイル(51)(52)に
ついて、以下詳述する。駆動補助体(5)は、炭素鋼板、
珪素鋼板等の磁気抵抗が小さい鉄系磁性材料を円盤状に
加工して構成され、ピストンロッド(22)に係合して固定
される。駆動補助体(5)は、ピストンロッド(22)に一体
に取り付けられているから、ピストン(21)と同じストロ
ーク長を往復動する。ピストン(21)に近い側の駆動補助
体(5)の面を上面、他方を下面とする。又、ピストン(2
1)及び駆動補助体(5)が往復移動した際に、クランク室
(6)から最も離れた位置を上死点、最も近づいた位置を
下死点とする。The drive assisting body (5) and the electromagnetic coils (51) (52) will be described in detail below. The drive assist body (5) is a carbon steel plate,
It is formed by processing an iron-based magnetic material having a low magnetic resistance, such as a silicon steel plate, into a disk shape, and is engaged and fixed to the piston rod (22). Since the drive assisting body (5) is integrally attached to the piston rod (22), it reciprocates for the same stroke length as the piston (21). The surface of the drive assisting body (5) near the piston (21) is the upper surface and the other is the lower surface. In addition, the piston (2
When the 1) and the driving auxiliary body (5) reciprocate, the crank chamber
The position farthest from (6) is the top dead center, and the position closest to it is the bottom dead center.
【0020】本実施例では、第1及び第2電磁コイル(5
1)(52)を夫々ピストンロッド(22)の周囲に各3つ配置し
て構成した例について説明する。又、供給する電源(54)
として直流電源を用いるが、電磁コイルの個数、形状は
これに限定されるものではない。In this embodiment, the first and second electromagnetic coils (5
An example in which three (1) and (52) are arranged around the piston rod (22) will be described. Power supply (54)
However, the number and shape of the electromagnetic coils are not limited to this.
【0021】電磁コイルは、夫々3個の第1電磁コイル
(51)と3個の第2電磁コイル(52)とからなり、図5に示
す如く、各コイル(51)(52)は、スイッチ(53)を介して直
流電源(54)に接続される。配置については後述する。各
電磁コイル(51)(52)は、鉄芯(51a)(52a)に銅線を巻回し
て形成される。スイッチ(53)の切り替えにより、第1
電磁コイル(51)のみへの通電、第2電磁コイル(52)の
みへの通電、何れの電磁コイル(51)(52)にも通電しな
いという状態の何れかを選択することが出来る。各電磁
コイル(51)(52)に通電を行なうと、夫々のコイルに直流
電流が流れ、鉄芯(51a)(52a)から磁束が発生し、通電を
止めると、鉄芯(51a)(52a)からの磁束の発生が停止す
る。スイッチ(53)の切り替えは、クランク軸(61)の回転
角度に同期して、後述するタイミングで行なわれる。The electromagnetic coils are three first electromagnetic coils, respectively.
(51) and three second electromagnetic coils (52). As shown in FIG. 5, each coil (51) (52) is connected to the DC power supply (54) via the switch (53). . The arrangement will be described later. Each of the electromagnetic coils (51) (52) is formed by winding a copper wire around the iron cores (51a) (52a). By switching the switch (53), the first
It is possible to select any one of a state in which only the electromagnetic coil (51) is energized, only the second electromagnetic coil (52) is energized, and no electromagnetic coil (51) (52) is energized. When energizing each electromagnetic coil (51) (52), a direct current flows through each coil, magnetic flux is generated from the iron cores (51a) (52a), and when the energization is stopped, the iron cores (51a) (52a ) Stops the generation of magnetic flux. The switch (53) is switched at a timing described later in synchronization with the rotation angle of the crankshaft (61).
【0022】第1電磁コイル(51)は、駆動補助体(5)が
移動して上死点に達したときに、駆動補助体(5)の上面
と対向する位置に配置する。又、第2電磁コイル(52)
は、駆動補助体(5)が移動して下死点に到達したとき
に、駆動補助体(5)の下面と対向する位置に配置する。
第1及び第2電磁コイル(51)(52)は、夫々ピストンロッ
ド(22)を中心として、120°の間隔で配備される。ここ
で、背圧空間(25)の長さと、ピストンロッド(22)の長さ
について説明する。背圧空間(25)は、駆動補助体(5)の
移動方向に、少なくとも駆動補助体(5)のストローク
(図1のA)と、駆動補助体(5)の厚さ(図1のB)、及び
電磁コイル(51)(52)の設置スペース(図1のC、C’)を
確保できる長さを有している。又、ピストン(21)が同じ
ストローク長さを摺動した際に、ピストン(21)が第1電
磁コイル(51)と当接しないようにピストンロッド(22)の
長さは調節される。The first electromagnetic coil (51) is arranged at a position facing the upper surface of the drive assisting body (5) when the drive assisting body (5) reaches the top dead center by moving. The second electromagnetic coil (52)
Is arranged at a position facing the lower surface of the drive assisting body (5) when the drive assisting body (5) moves and reaches the bottom dead center.
The first and second electromagnetic coils (51) and (52) are arranged at intervals of 120 ° about the piston rod (22). Here, the length of the back pressure space (25) and the length of the piston rod (22) will be described. The back pressure space (25) is at least the stroke of the drive assisting body (5) in the moving direction of the drive assisting body (5).
(A in FIG. 1), the thickness of the drive assisting body (5) (B in FIG. 1), and the installation space (C, C ′ in FIG. 1) for the electromagnetic coils (51) and (52) can be secured. have. The length of the piston rod (22) is adjusted so that the piston (21) does not come into contact with the first electromagnetic coil (51) when the piston (21) slides over the same stroke length.
【0023】以下、スターリング冷凍機(1)のピストン
(21)とディスプレーサ(31)の摺動による容積変化と、本
発明のピストン(21)の駆動補助体(5)、電磁コイル及び
スイッチ(53)の動作について、図1乃至図4、図7乃至
図9に沿って説明する。尚、図1は、ピストン(21)が下
死点に、ディスプレーサ(31)が中点にある場合であっ
て、以下「第1段階」とする。図2は、ピストン(21)が
中点に、ディスプレーサ(31)が上死点にある場合であっ
て、以下「第2段階」とする。図3は、ピストン(21)が
上死点に、ディスプレーサ(31)が中点にある場合であっ
て、以下「第3段階」とする。図4は、ピストン(21)が
中点に、ディスプレーサ(31)が下死点にある場合であっ
て、以下「第4段階」とする。又、図7は、動力源(4)
の負荷トルク、図8は、ピストン(21)の位相、図9は、
電磁コイルへの印加電圧を夫々示すグラフである。Below, the piston of the Stirling refrigerator (1)
1 to FIG. 4 and FIG. 7 regarding the volume change due to the sliding of the (21) and the displacer (31) and the operation of the drive assisting body (5) of the piston (21), the electromagnetic coil and the switch (53) of the present invention. It will be described with reference to FIG. It should be noted that FIG. 1 shows the case where the piston (21) is at the bottom dead center and the displacer (31) is at the middle point, and will be referred to as “first stage” hereinafter. FIG. 2 shows the case where the piston (21) is at the midpoint and the displacer (31) is at the top dead center, and will be referred to as "second stage" hereinafter. FIG. 3 shows the case where the piston (21) is at the top dead center and the displacer (31) is at the midpoint, and will be referred to as "third stage" hereinafter. FIG. 4 shows the case where the piston (21) is at the midpoint and the displacer (31) is at the bottom dead center, and will be referred to as "fourth stage" hereinafter. Further, FIG. 7 shows a power source (4)
Load torque, Fig. 8 is the phase of the piston (21), Fig. 9 is
It is a graph which shows the applied voltage to an electromagnetic coil, respectively.
【0024】動力源(4)を回転駆動することによって、
クランク軸(61)が図1の紙面に対して反時計周りに回転
し、上記第1段階から第2、第3、第4段階を経て第1
段階に戻るサイクルが反復される。スターリング冷凍機
(1)の超低温の発生のメカニズムについて簡単に説明す
る。第1段階→第2段階は、等容行程であって、圧縮室
(24)の冷媒ガスがガス流路(13)を通ってディスプレーサ
室(3)のディスプレーサ側下方空間(35)に移動する。
又、ディスプレーサ室(3)では、膨張室(34)からガス流
通路(14)及び再生熱交換器(15)を通って、ディスプレー
サ側下方空間(35)に冷媒ガスが流入する。後述する膨張
行程にて超低温に冷却された膨張室(34)の冷媒ガスは、
再生熱交換器(15)を冷却する。By rotating the power source (4),
The crankshaft (61) rotates counterclockwise with respect to the paper surface of FIG. 1, and the first, second, third, and fourth stages are followed to the first stage.
The cycle of returning to the stage is repeated. Stirling refrigerator
The mechanism of (1) generation of ultra-low temperature will be briefly described. The first stage → the second stage is the equal volume stroke, the compression chamber
The refrigerant gas (24) moves through the gas flow path (13) to the displacer-side lower space (35) of the displacer chamber (3).
In the displacer chamber (3), refrigerant gas flows from the expansion chamber (34) into the lower space (35) on the displacer side through the gas flow passage (14) and the regenerative heat exchanger (15). The refrigerant gas in the expansion chamber (34) cooled to an ultralow temperature in the expansion stroke described later,
Cool the regenerative heat exchanger (15).
【0025】第2段階→第3段階は、圧縮行程である。
該行程では、圧縮室(24)、ガス流路(13)、ディスプレー
サ側下方空間(35)、ガス流通路(14)、再生熱交換器(15)
及び膨張室(34)が占める空間(以下「表圧空間」)の冷媒
ガスが圧縮される。冷媒ガスの圧縮による圧縮熱は、圧
縮室(24)を形成するケーシング(11)外周に配備された熱
交換器(図示せず)によって放出されるため、圧縮行程
は、等温的に行なわれる。第3段階→第4段階は、等容
行程であって、ディスプレーサ側下方空間(35)の冷媒ガ
スがガス流路(13)を通って圧縮室(24)に流入する。この
とき、冷媒ガスの一部は、ディスプレーサ側下方空間(3
5)からガス流通路(14)及び再生熱交換器(15)を通って冷
却され、膨張室(34)に移動する。The second stage → the third stage is a compression stroke.
In the process, the compression chamber (24), the gas passage (13), the displacer-side lower space (35), the gas flow passage (14), the regenerative heat exchanger (15).
Also, the refrigerant gas in the space occupied by the expansion chamber (34) (hereinafter referred to as “surface pressure space”) is compressed. Since the heat of compression due to the compression of the refrigerant gas is released by the heat exchanger (not shown) arranged on the outer periphery of the casing (11) forming the compression chamber (24), the compression stroke is performed isothermally. The third stage to the fourth stage are equal volume strokes, in which the refrigerant gas in the displacer-side lower space (35) flows into the compression chamber (24) through the gas flow path (13). At this time, a part of the refrigerant gas is partially discharged into the lower space (3
It is cooled from 5) through the gas flow passage (14) and the regenerative heat exchanger (15) and moves to the expansion chamber (34).
【0026】第4段階→第1段階は、膨張行程であっ
て、表圧空間の冷媒ガスが膨張される。膨張によって、
冷媒ガスの温度が低下するが、この行程は、等温的に行
なわれるため、膨張室(34)を形成するケーシング(11)の
外周に配備された熱交換器(図示せず)から熱を吸収す
る。この熱の吸収が冷却能力に相当する。The fourth step → first step is an expansion stroke in which the refrigerant gas in the surface pressure space is expanded. By expansion,
Although the temperature of the refrigerant gas decreases, this process is carried out isothermally, so that heat is absorbed from a heat exchanger (not shown) arranged on the outer periphery of the casing (11) forming the expansion chamber (34). To do. This absorption of heat corresponds to the cooling capacity.
【0027】ディスプレーサ室(3)は、前記各段階にお
いて、膨張室(34)とディスプレーサ側下方空間(35)の夫
々の容積は変化するが、膨張室(34)とディスプレーサ側
下方空間(35)の容積の和は、常に一定であるため、表圧
空間の圧力変動を左右するのは、圧縮室(24)の容積、即
ち図8に示すピストン(21)の位相である。In the displacer chamber (3), the volumes of the expansion chamber (34) and the displacer-side lower space (35) change at each stage, but the expansion chamber (34) and the displacer-side lower space (35) change. Since the sum of the volumes of (1) and (2) is always constant, it is the volume of the compression chamber (24), that is, the phase of the piston (21) shown in FIG. 8, that influences the pressure fluctuation of the surface pressure space.
【0028】先ず、スイッチ(53)について説明する。ス
イッチ(53)は、図1、図5及び図6に示す如くクランク
室(6)を形成するケーシング(11)の内面に取り付けられ
た4個のセンサー(53a)(53b)(53c)(53d)と該センサーか
らの検知信号に基づいて作動する切替回路(53e)とから
構成される。センサーは、クランクアーム(62)の回転移
行路に接近して配備され、ピストン(21)が下死点に位置
するときのクランクアーム(62)を検知するセンサー(53
a)を基準として、反時計周りに90°毎にセンサー(53b)
(53c)(53d)が順に配置される。各センサーがクランクア
ーム(62)の通過を検知すると、検知信号を切替回路(53
e)に送信する。スイッチ(53)の状態は、クランク軸(61)
の回転角度が第1段階から第2段階であるとき、つまり
センサー(53a)が検知信号を発し、センサー(53b)が検知
信号を発していないとき、何れの電磁コイル(51)(52)に
も通電しない状態(上記)に位置する。又、第2段階か
ら第3段階であるとき、つまりセンサー(53b)が検知信
号を発し、センサー(53c)が検知信号を発していないと
き、スイッチ(53)の接点が第1電磁コイル(51)側に切り
替えられて(上記)、第1電磁コイル(51)に通電する。
クランク軸(61)が第3段階に到達する、つまりセンサー
(53c)が検知信号を発し、センサー(53d)が検知信号を発
していないとき、スイッチ(53)の接点が再度の状態に
切り替わる。更に、第4段階から第2段階であるとき、
つまりセンサー(53d)が検知信号を発し、センサー(53a)
が検知信号を発していないとき、スイッチ(53)の接点が
第2電磁コイル(52)側に切り替えられて(上記)、第2
電磁コイル(52)に通電する。First, the switch (53) will be described. The switch (53) has four sensors (53a) (53b) (53c) (53d) mounted on the inner surface of the casing (11) forming the crank chamber (6) as shown in FIGS. 1, 5 and 6. ) And a switching circuit (53e) that operates based on a detection signal from the sensor. The sensor is arranged close to the rotation transition path of the crank arm (62) and detects the crank arm (62) when the piston (21) is located at the bottom dead center (53).
Sensor (53b) every 90 ° counterclockwise with reference to a)
(53c) and (53d) are arranged in order. When each sensor detects the passage of the crank arm (62), it switches the detection signal to the switching circuit (53
Send to e). The state of the switch (53) is the crankshaft (61).
When the rotation angle of is from the first stage to the second stage, that is, when the sensor (53a) emits a detection signal and the sensor (53b) does not emit a detection signal, whichever electromagnetic coil (51) (52) It is located in the state where no electricity is supplied (above). When the second stage to the third stage, that is, when the sensor (53b) emits the detection signal and the sensor (53c) does not emit the detection signal, the contact of the switch (53) is the first electromagnetic coil (51). ) Side (above) and the first electromagnetic coil (51) is energized.
The crankshaft (61) reaches the third stage, the sensor
When (53c) emits a detection signal and the sensor (53d) does not emit a detection signal, the contact of the switch (53) is switched to the state again. Furthermore, when the fourth stage to the second stage,
That is, the sensor (53d) emits a detection signal, and the sensor (53a)
Is not issuing a detection signal, the contact of the switch (53) is switched to the second electromagnetic coil (52) side (above), and the second
Energize the electromagnetic coil (52).
【0029】第1段階から第2段階、第3段階に移行す
る過程(図8の区間A)で、ピストン(21)は、下死点から
上死点に向って移動する。ピストン(21)の下死点から中
点までの移動は、後述する第4段階から第1段階への過
程で膨張された冷媒ガスが封入圧力に戻ろうとする作用
によって、冷媒ガスがピストン(21)に表圧空間を縮小さ
せる方向の仕事を行なう。従って、動力源(4)に必要と
される負荷は小さい。しかしながら、中点から上死点へ
の移動は、動力源(4)が冷媒ガスに仕事を行なって、冷
媒ガスを圧縮させるため、動力源(4)に必要とされる負
荷は、ピストン(21)が上死点に近づく程大きくなる。そ
こで、ピストン(21)が中点から上死点に移行する過程
で、第1電磁コイル(51)に通電するよう切替回路(53e)
によってスイッチ(53)を切り替える。第1電磁コイル(5
1)に図9に示す如く直流電源を接続すると、該コイルか
ら磁束が発生して、駆動補助体(5)を上死点方向に吸引
する。この吸引によって生じるトルクによって、動力源
(4)に必要とされるトルクが図7の実線に示す如く減少
する。ピストン(21)が上死点に到達すると、ピストン(2
1)が下死点方向に移動を開始するので、第1電磁コイル
(51)によって、駆動補助体(5)を上死点方向に吸引する
必要はないため、第1電磁コイル(51)への通電を止める
よう切替回路(53e)によってスイッチ(53)を切り替え
る。In the process of shifting from the first stage to the second stage and the third stage (section A in FIG. 8), the piston (21) moves from the bottom dead center to the top dead center. The movement of the piston (21) from the bottom dead center to the middle point is caused by the action of the refrigerant gas expanded in the process from the fourth stage to the first stage, which will be described later, to return to the filled pressure, so that the refrigerant gas is transferred to the piston (21 ) To reduce the surface pressure space. Therefore, the load required on the power source (4) is small. However, in the movement from the midpoint to the top dead center, the power source (4) works on the refrigerant gas to compress the refrigerant gas, so that the load required for the power source (4) is the piston (21). ) Becomes larger as it approaches the top dead center. Therefore, the switching circuit (53e) is configured to energize the first electromagnetic coil (51) in the process of the piston (21) shifting from the middle point to the top dead center.
Switch the switch (53) with. First electromagnetic coil (5
When a DC power source is connected to 1) as shown in FIG. 9, a magnetic flux is generated from the coil to attract the drive assisting body (5) toward the top dead center. The torque generated by this suction causes the power source
The torque required for (4) decreases as shown by the solid line in FIG. When the piston (21) reaches the top dead center, the piston (2
1) starts moving toward the bottom dead center, so the first electromagnetic coil
Since it is not necessary to suck the drive assisting body (5) toward the top dead center by (51), the switch (53) is switched by the switching circuit (53e) so as to stop energizing the first electromagnetic coil (51).
【0030】第3段階から第4段階、第1段階に移行す
る過程(図8の区間B)で、ピストン(21)は、上死点から
下死点に向って移動する。ピストン(21)の上死点から中
点までの移動は、前記第2段階から第3段階への過程で
圧縮された冷媒ガスが封入圧力に戻ろうとする作用によ
って、冷媒ガスがピストン(21)に表圧空間を拡大させる
方向の仕事を行なう。従って、動力源(4)に必要とされ
る負荷は小さい。しかしながら、中点から下死点への移
動は、動力源(4)が冷媒ガスに仕事を行なって、冷媒ガ
スを膨張させるため、動力源(4)に必要とされるトルク
は、ピストン(21)が下死点に近づくほど大きくなる。そ
こで、ピストン(21)が中点から下死点に移動する過程
で、第2電磁コイル(52)に通電するよう切替回路(53e)
によってスイッチ(53)を切り替える。第2電磁コイル(5
2)に図9に示す如く直流電源を接続すると、該コイルか
ら磁束が発生して、駆動補助体(5)を下死点方向に吸引
する。この吸引によって生じるトルクによって、動力源
(4)に必要とされるトルクが図7の実線に示す如く減少
する。ピストン(21)が下死点に到達すると、ピストン(2
1)が上死点方向に移動を開始するので、第2電磁コイル
(52)によって、駆動補助体(5)を下死点方向に吸引して
おく必要はないため、第2電磁コイル(52)への通電を止
めるよう切替回路(53e)によってスイッチ(53)を切り替
える。In the process of transitioning from the third stage to the fourth stage and the first stage (section B in FIG. 8), the piston (21) moves from the top dead center to the bottom dead center. The movement of the piston (21) from the top dead center to the middle point is such that the refrigerant gas compressed in the process from the second stage to the third stage tries to return to the filled pressure, so that the refrigerant gas is transferred to the piston (21). Perform work to expand the surface pressure space. Therefore, the load required on the power source (4) is small. However, the movement from the midpoint to the bottom dead center causes the power source (4) to work on the refrigerant gas and expand the refrigerant gas. Therefore, the torque required for the power source (4) is ) Becomes larger as it approaches the bottom dead center. Therefore, the switching circuit (53e) is configured to energize the second electromagnetic coil (52) while the piston (21) moves from the middle point to the bottom dead center.
Switch the switch (53) with. Second electromagnetic coil (5
When a DC power source is connected to 2) as shown in FIG. 9, a magnetic flux is generated from the coil to attract the drive assisting body (5) toward the bottom dead center. The torque generated by this suction causes the power source
The torque required for (4) decreases as shown by the solid line in FIG. When the piston (21) reaches bottom dead center, the piston (2
Since 1) starts moving toward the top dead center, the second electromagnetic coil
Since it is not necessary to suck the drive assisting body (5) toward the bottom dead center by (52), the switch (53) switches the switch (53) to stop energizing the second electromagnetic coil (52). Switch.
【0031】スイッチ(53)の切り替えによるコイルへの
通電開始のタイミングは、ピストン(21)が下死点から上
死点に移動する行程で第1電磁コイル(51)に通電がなさ
れ、上死点から下死点に移動する行程で第2電磁コイル
(52)に通電がなされればよい。しかしながら、電磁コイ
ル(51)(52)に発生する磁束は、距離の二乗に反比例する
ため、駆動補助体(5)と磁束を発生しているコイルとの
距離が離れていると、磁束による吸引作用が薄い。従っ
て、通電開始のタイミングは、夫々中点を通過した後で
あることが望ましい。The timing of starting the energization of the coil by switching the switch (53) is such that the first electromagnetic coil (51) is energized in the process of the piston (21) moving from the bottom dead center to the top dead center. The second electromagnetic coil in the process of moving from the point to the bottom dead center
It is only necessary to energize (52). However, since the magnetic flux generated in the electromagnetic coils (51) (52) is inversely proportional to the square of the distance, if the distance between the drive assisting body (5) and the coil generating the magnetic flux is large, the magnetic flux attracts the magnetic flux. The action is weak. Therefore, it is desirable that the timing of starting energization be after passing through the respective midpoints.
【0032】上記の如く、ピストン(21)の移動を補助す
る駆動補助体(5)及び電磁コイルをスターリング冷凍機
(1)に配備することによって、図7に示す如く動力源
(4)に必要とされる負荷の最大値が小さくなるため、出
力の小さい動力源(4)をスターリング冷凍機(1)の駆動
源として選定することが出来る。又、最大値と最小値と
の差が小さくなることによって、スターリング冷凍機
(1)の駆動時の振動、騒音が低減される。As described above, the drive assisting body (5) and the electromagnetic coil for assisting the movement of the piston (21) are installed in the Stirling refrigerator.
By deploying in (1), the power source as shown in FIG.
Since the maximum load required for (4) becomes small, a power source (4) with a small output can be selected as a drive source for the Stirling refrigerator (1). In addition, the difference between the maximum value and the minimum value is reduced, so that the Stirling refrigerator is
Vibration and noise during driving of (1) are reduced.
【0033】上記実施例では、電磁コイル(51)(52)に直
流電源(54)を接続したが、直流電源(54)に替えて交流電
源を接続することも出来る。又、直流電源を接続する場
合、駆動補助体(5)は、磁性材料だけでなく永久磁石と
することも出来る。図17は、電磁コイル(51)(52)に三
相交流電源(54a)を接続した例である。直流電源に接続
した場合と同様、センサー(53a)(53b)(53c)(53d)と該セ
ンサーからの検知信号に基づいて作動する切替回路(53
e)及び切替回路(53e)によって切り替えられるスイッチ
を具えている。第1電磁コイル及び第2電磁コイルの各
コイルは、スイッチ(53)の切り替えにより三相交流電源
(54a)の各相に接続され、図18に示す如き三相交流電
圧が供給される。スイッチの切り替えについては上記実
施例と同様であるため省略する。In the above embodiment, the DC power source (54) is connected to the electromagnetic coils (51) (52), but an AC power source can be connected instead of the DC power source (54). Further, when a DC power source is connected, the driving auxiliary body (5) can be not only a magnetic material but also a permanent magnet. FIG. 17 shows an example in which a three-phase AC power source (54a) is connected to the electromagnetic coils (51) (52). Similar to the case of connecting to a DC power supply, the switching circuit (53a) (53b) (53c) (53d) and the switching circuit that operates based on the detection signal from the sensor (53
e) and a switch that can be switched by the switching circuit (53e). Each coil of the first electromagnetic coil and the second electromagnetic coil is a three-phase AC power source by switching the switch (53).
It is connected to each phase of (54a) and a three-phase AC voltage as shown in FIG. 18 is supplied. The switching of the switches is the same as in the above-described embodiment, and will be omitted.
【0034】図10は、本発明の他の実施例であって、
電磁コイル(51)(52)に代えて、リニアモータを利用して
いる。又、図11は、リニアモータ部分の拡大断面図で
ある。リニアモータは、ピストンロッド(22)に一体に取
り付けられた可動体(50a)と、背圧空間(25)を形成する
ケーシング(11)の内周に配備された固定子(50)とから構
成される。以下では、可動体(50a)にコイル(55)を具
え、固定子(50)に永久磁石(56)を具えた例について説明
するが、この配置は逆でもよい。又、スターリング冷凍
機(1)の超低温の発生メカニズムについては上記と同様
であるため省略する。FIG. 10 shows another embodiment of the present invention,
A linear motor is used instead of the electromagnetic coils (51) (52). Further, FIG. 11 is an enlarged cross-sectional view of the linear motor portion. The linear motor is composed of a movable body (50a) integrally attached to the piston rod (22) and a stator (50) arranged on the inner circumference of a casing (11) forming a back pressure space (25). To be done. In the following, an example in which the movable body (50a) is provided with the coil (55) and the stator (50) is provided with the permanent magnet (56) will be described, but this arrangement may be reversed. The mechanism of generation of ultra-low temperature in the Stirling refrigerator (1) is the same as above, and will not be described.
【0035】スターリング冷凍機(1)の動力源(4)は、
図12に示す如く、交流電流にて回転するモータであっ
て、インバータ(57)を介して交流電源(54)に接続され
る。The power source (4) of the Stirling refrigerator (1) is
As shown in FIG. 12, it is a motor that rotates with an alternating current, and is connected to an alternating current power source (54) via an inverter (57).
【0036】可動体(50a)は、円筒形の筒体(58)によっ
て構成されており、該筒体(58)の一端の円盤(58a)をピ
ストンロッド(22)に固定し、筒体(58)の周面方向に沿っ
て巻かれたコイル(55)と、該コイル(55)に電流を供給す
る給電手段とから構成される。給電手段は、図12に示
す如く、インバータ(57)と交流電源(54)とから構成され
る。インバータ(57)によって、動力源(4)に供給される
交流電源の電圧とコイルに供給される交流電源の電圧の
位相を同期させる。図14及び図15は、供給される交
流電源の電圧の位相を示すグラフである。The movable body (50a) is composed of a cylindrical tubular body (58), and the disc (58a) at one end of the tubular body (58) is fixed to the piston rod (22), It is composed of a coil (55) wound along the circumferential surface of (58) and a power feeding means for supplying a current to the coil (55). As shown in FIG. 12, the power feeding means is composed of an inverter (57) and an AC power source (54). The inverter (57) synchronizes the phases of the voltage of the AC power supply supplied to the power source (4) and the voltage of the AC power supply supplied to the coil. 14 and 15 are graphs showing the phase of the voltage of the supplied AC power supply.
【0037】固定子(50)は、前記コイル(55)の移行路と
対向するケーシング(11)の内周に配備された円筒形の永
久磁石(56)によって構成される。該永久磁石(56)は、内
周面と外周面が磁極となるように配置される。尚、本実
施例では、内周面がN極、外周面がS極となるよう配置
している。又、円筒形のヨーク(59)がケーシング(11)内
部に、ケーシング(11)の内周と磁気的に接続して形成さ
れる。該ヨーク(59)の外周は、前記可動体(50a)の筒体
(58)の内周に接近して配備され、ヨーク(59)の内周は、
ピストンロッド(22)と当接しないように配備される。ヨ
ーク(59)、ケーシング(11)及び永久磁石(56)を通って、
可動体(50a)を貫通する閉磁気回路が形成される。磁界
は、図11の矢印Aに示す方向に発生する。The stator (50) is composed of a cylindrical permanent magnet (56) arranged on the inner circumference of the casing (11) facing the transition path of the coil (55). The permanent magnet (56) is arranged so that the inner and outer peripheral surfaces thereof form magnetic poles. In the present embodiment, the inner peripheral surface is arranged so as to have the N pole and the outer peripheral surface is arranged for the S pole. Further, a cylindrical yoke (59) is formed inside the casing (11) so as to be magnetically connected to the inner circumference of the casing (11). The outer periphery of the yoke (59) is the cylindrical body of the movable body (50a).
It is deployed close to the inner circumference of (58), and the inner circumference of the yoke (59) is
The piston rod (22) is arranged so as not to come into contact with it. Through the yoke (59), casing (11) and permanent magnet (56),
A closed magnetic circuit that penetrates the movable body (50a) is formed. The magnetic field is generated in the direction indicated by arrow A in FIG.
【0038】前記可動体(50a)と固定子(50)とから構成
されるリニアモータのコイル(55)にインバータ(57)を介
して動力源(4)と同位相の交流電源を接続する。コイル
に図11の矢印B方向の電流を流すと、コイル(55)に流
れる電流が磁界から矢印B’方向の電磁力を受ける。
又、コイル(55)に供給される電源の向きが入れ替わる
と、コイル(55)に矢印C方向の電流が流れ、永久磁界か
ら矢印C’方向の電磁力を受ける。コイル(55)が受ける
電磁力作用によって、ピストン(21)の摺動が補助され
る。An AC power source having the same phase as the power source (4) is connected to a coil (55) of a linear motor composed of the movable body (50a) and the stator (50) via an inverter (57). When a current in the direction of arrow B in FIG. 11 is passed through the coil, the current flowing in the coil (55) receives an electromagnetic force in the direction of arrow B'from the magnetic field.
When the direction of the power supplied to the coil (55) is changed, a current in the direction of arrow C flows through the coil (55) and an electromagnetic force in the direction of arrow C'is received from the permanent magnetic field. The electromagnetic force applied to the coil (55) assists the sliding of the piston (21).
【0039】コイル(55)に発生する電磁力と動力源(4)
の位相とが一致する、即ちコイル(55)に矢印B’方向の
電磁力が発生しているときに、ピストン(21)が上死点に
向って移行し、コイルに矢印C’方向の電磁力が発生し
ているときに、ピストン(21)が下死点に向って移行する
ように動力源(4)とリニアモータの位相を同期させるこ
とにより、リニアモータが動力源(4)に必要なトルクを
減少させる。Electromagnetic force generated in the coil (55) and power source (4)
Phase, that is, when an electromagnetic force in the direction of arrow B'is being generated in the coil (55), the piston (21) moves toward top dead center and the coil is moved in the direction of arrow C '. A linear motor is required for the power source (4) by synchronizing the phase of the power source (4) and the linear motor so that the piston (21) moves toward the bottom dead center when force is generated. Torque is reduced.
【0040】コイル(55)に動力源(4)と同期した交流電
源を接続することによって、図16に示す如く、図13
に示す如くピストン(21)を摺動させるために動力源(4)
に必要なトルクの最大値が、図16に示す如く小さくな
るため、前記と同様、スターリング冷凍機(1)に出力最
大値の小さい動力源(4)を選定することが出来る。As shown in FIG. 16, by connecting the coil (55) with an AC power source which is synchronized with the power source (4), as shown in FIG.
Power source (4) to slide piston (21) as shown in
Since the maximum value of the torque required for the above is small as shown in FIG. 16, it is possible to select the power source (4) having a small maximum output value for the Stirling refrigerator (1) as described above.
【0041】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。The above description of the embodiments is for explaining the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or limiting the scope. The configuration of each part of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
【0042】又、上記実施例は、1ピストン1ディスプ
レーサ型のスターリング冷凍機について説明したが、2
ピストン型のスターリング冷凍機等にも適用することが
出来る。In the above embodiment, the one piston, one displacer type Stirling refrigerator is explained.
It can also be applied to piston type Stirling refrigerators and the like.
【図1】本発明のピストン駆動機構を具えたスターリン
グ冷凍機の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a Stirling refrigerator having a piston drive mechanism of the present invention.
【図2】本発明のピストン駆動機構を具えたスターリン
グ冷凍機の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a Stirling refrigerator equipped with the piston drive mechanism of the present invention.
【図3】本発明のピストン駆動機構を具えたスターリン
グ冷凍機の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a Stirling refrigerator having a piston drive mechanism of the present invention.
【図4】本発明のピストン駆動機構を具えたスターリン
グ冷凍機の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a Stirling refrigerator having a piston drive mechanism of the present invention.
【図5】本発明の実施例の電気回路を示す回路図であ
る。FIG. 5 is a circuit diagram showing an electric circuit according to an embodiment of the present invention.
【図6】図1の装置の線X−Xに沿う矢視断面図であ
る。6 is a sectional view of the device of FIG. 1 taken along the line XX.
【図7】本発明及び従来例の動力源の負荷トルクを示す
グラフである。FIG. 7 is a graph showing load torques of power sources of the present invention and a conventional example.
【図8】ピストンの位相を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a phase of a piston.
【図9】第1コイル及び第2コイルへの印加電圧を示す
グラフである。FIG. 9 is a graph showing applied voltages to a first coil and a second coil.
【図10】本発明の他の実施例を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図11】リニアモータ部分の拡大断面図である。FIG. 11 is an enlarged sectional view of a linear motor portion.
【図12】他の実施例の電気回路を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing an electric circuit of another embodiment.
【図13】他の実施例のピストンの位相を示すグラフで
ある。FIG. 13 is a graph showing a phase of a piston of another embodiment.
【図14】コイルへの印加電圧を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing a voltage applied to a coil.
【図15】動力源への印加電圧を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing a voltage applied to a power source.
【図16】動力源の負荷トルクを示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing load torque of a power source.
【図17】図5の電源を三相交流電源とした場合の回路
図である。FIG. 17 is a circuit diagram when the power supply of FIG. 5 is a three-phase AC power supply.
【図18】三相交流電源の印加電圧を示すグラフであ
る。FIG. 18 is a graph showing a voltage applied to a three-phase AC power supply.
【図19】従来のスターリング冷凍機の断面図である。FIG. 19 is a sectional view of a conventional Stirling refrigerator.
(1) スターリング冷凍機 (21) ピストン (24) 圧縮室 (25) 背圧空間 (31) ディスプレーサ (34) 膨張室 (35) ディスプレーサ側下方空間 (4) 動力源 (5) 駆動補助体 (51) 第1電磁コイル (52) 第2電磁コイル (55) コイル (56) 永久磁石 (61) クランク軸 (1) Stirling refrigerator (21) Piston (24) Compression chamber (25) Back pressure space (31) Displacer (34) Expansion chamber (35) Displacer side lower space (4) Power source (5) Drive auxiliary (51) ) 1st electromagnetic coil (52) 2nd electromagnetic coil (55) Coil (56) Permanent magnet (61) Crankshaft
Claims (2)
ガスが充填された空間に、ピストン(21)が摺動可能に嵌
められるシリンダ室(2)と、該シリンダ室(2)から区画
され、クランク機構が配備されるクランク室(6)を具
え、クランク機構によってピストン(21)を摺動させるガ
ス圧縮器のピストン駆動機構に於いて、ピストン(21)の
ピストンロッド(22)には、磁性材料又は永久磁石にて形
成される駆動補助体(5)を具え、ピストン(21)が上死点
に到達したときに駆動補助体(5)が接近する位置に第1
電磁コイル(51)を具え、ピストン(21)が下死点に到達し
たときに駆動補助体(5)が接近する位置に第2電磁コイ
ル(52)を具え、各電磁コイルはスイッチ(53)に接続し
て、該スイッチ(53)は、ピストン(21)が上死点に接近方
向移動中に第1電磁コイル(51)に通電され、ピストン(2
1)が上死点に到達すると第1電磁コイル(51)への通電を
止め、ピストン(21)が下死点に接近方向移動中に第2電
磁コイル(52)に通電し、ピストン(21)が下死点に到達す
ると第2電磁コイル(52)への通電を止めることを特徴と
するガス圧縮器のピストン駆動機構。1. A cylinder chamber (2) in which a piston (21) is slidably fitted in a space sealed with a casing (11) and filled with a refrigerant gas, and the cylinder chamber (2) is partitioned. In a piston drive mechanism of a gas compressor that has a crank chamber (6) in which a crank mechanism is arranged and slides a piston (21) by the crank mechanism, the piston rod (22) of the piston (21) has a magnetic field. A drive assisting body (5) made of a material or a permanent magnet is provided, and when the piston (21) reaches the top dead center, the drive assisting body (5) approaches the first position.
An electromagnetic coil (51) is provided, and a second electromagnetic coil (52) is provided at a position where the drive assisting body (5) approaches when the piston (21) reaches the bottom dead center, and each electromagnetic coil is a switch (53). The switch (53) is connected to the first electromagnetic coil (51) while the piston (21) is moving toward the top dead center, and the piston (2)
When 1) reaches the top dead center, the energization of the first electromagnetic coil (51) is stopped, and the second electromagnetic coil (52) is energized while the piston (21) is moving toward the bottom dead center. ) Reaches the bottom dead center, the energization of the second electromagnetic coil (52) is stopped, and the piston drive mechanism of the gas compressor.
ガスが充填された空間にピストン(21)が摺動可能に嵌め
られるシリンダ室(2)と、クランク機構が配備されるク
ランク室(6)とに仕切られて構成され、クランク機構に
よってピストン(21)を摺動させるガス圧縮器のピストン
駆動機構に於いて、ピストン(21)のピストンロッド(22)
又は、ケーシング(11)内部の一方にはコイル(55)を具
え、他方には永久磁石(56)を具え、クランク機構の動力
源(4)及びコイル(55)に交流電源を接続することを特徴
とするガス圧縮器のピストン駆動機構。2. A cylinder chamber (2) in which a piston (21) is slidably fitted in a space filled with a refrigerant gas and sealed by a casing (11), and a crank chamber (6) in which a crank mechanism is arranged. In the piston drive mechanism of the gas compressor, which is configured by being divided into and and the piston (21) slides by the crank mechanism, the piston rod (22) of the piston (21)
Alternatively, a coil (55) is provided on one side of the casing (11) and a permanent magnet (56) is provided on the other side, and an AC power source is connected to the power source (4) and the coil (55) of the crank mechanism. Characteristic gas compressor piston drive mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9235495A JPH08285396A (en) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | Piston driving mechanism for gas compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9235495A JPH08285396A (en) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | Piston driving mechanism for gas compressor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08285396A true JPH08285396A (en) | 1996-11-01 |
Family
ID=14052072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9235495A Withdrawn JPH08285396A (en) | 1995-04-18 | 1995-04-18 | Piston driving mechanism for gas compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08285396A (en) |
-
1995
- 1995-04-18 JP JP9235495A patent/JPH08285396A/en not_active Withdrawn
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