JPS59208360A - Method of controlling refrigerator - Google Patents

Method of controlling refrigerator

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JPS59208360A
JPS59208360A JP8255883A JP8255883A JPS59208360A JP S59208360 A JPS59208360 A JP S59208360A JP 8255883 A JP8255883 A JP 8255883A JP 8255883 A JP8255883 A JP 8255883A JP S59208360 A JPS59208360 A JP S59208360A
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JP
Japan
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piston
expansion
motor
compression
expansion piston
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JP8255883A
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嘉宏 石崎
龍夫 井上
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

述すれば、ff.縮ピストン(パワーピストンともi゛
う)とt++ kピストン(ディスプレーサ、浮動ビス
I・ンとも言う)と?機械的に連結せず、それぞ九独立
の往復動機構により作動流体(ヘリウム、7に素など)
の容積及び圧力変化が式れる圧縮空間と膨張空間との間
に導管、熱交換器、蓄冷器など介して導通させ、膨張ピ
ストンを圧縮ピストンとは異なる任意の回転位相で駆動
させて低温既生成する冷凍機の制御法に関するものでろ
る。。 2つの等容過程と等温過程とからなるスタ−リングザイ
クルを応用した冷凍機の膨張ピストンと圧縮ピストンと
を独立の往復動機構で動作させることは、特公昭47−
13588号公報、同5 ]、 −8255号公報、同
d、 7−16591号公報に開示されている。これら
従来技術は、それぞれの往復動機構のスイッチオン部一
点を調整することで位相差を得ているので、安定した冷
凍出力を得ることに雌点があった。 この発明に1、前述した従来技術の不具合を解消するこ
とを意図したもので、基ン1(的(、(14゜膨張およ
び圧縮ピストンを往復動でぜるモータを回転軸位置検出
センサに連細し、両センザからの信号によって両ピスト
ン間に任意の位相差を与える技術手段を用いる。このよ
うな技術手段の採用により、膨張ピストンの加減速を制
御できるので、極低温度を効皐よく生成し、安定した冷
凍温度および冷凍出力をもち、被冷却体にも極力機械振
動を力えない効果が得られる。 この発明の実施例ケ鹸イゴ図面を参照して説明する。 数気圧から10数気圧の作東り流体〔以後、流体と言う
〕が封入ざfLグこ圧部シリング1内の圧縮空気2(は
、圧縮ピストン3、ピストンロッド4、クランクケース
壁間81/9よりの油で圧縮91rrJ内の原体がよご
されるの全p)ぐダイアララム5、ガイドピストン6、
連接棒7、センサ11〔回転軸位置、回転速度などの検
出用、flIえば光学式上ンコーダ〕付きクランクケー
スF9に介し杉赦変侯町舵、回転数変化可能、ギヤ伺き
等の電動機jo〔以後、主モータと言う〕、lたに一定
回転の王モータ10により、容積変化させる。こfl−
Kより圧縮を間2内の流体は、センタ30 (1’W転
軸位置1、回転速度などの検出用」伺きクランクシャツ
l−28、連接棒27、ガイドピストン26、ピストン
ロッド25を介し、制御モータ29(ACまたはI) 
C駆動〕により、圧縮ピストン3よりおよぞ45度〜l
 25 #[i瓜常約60度であるが、導管130死容
積や圧力損失、冷凍温度により異る。膨張ピストンが圧
縮ピストンと同一のクランクシャントで往復動される冷
凍機では90度〜120vの範囲である〕進んだ位相で
往復動じている小径膨張ピストン18が一体化された膨
張ピストン22で答積変化芒汎る第1膨張空間20及び
第2膨張空nfi i 6との間を、熱又換器12、柔
軟構造の導管13、流体の出入口14、蓄冷器出入1]
42、蓄冷器4 ? 、4 (’ y、 ’r= r”
aj出入口43.39に介し、その圧力がほぼ正弦波的
に変化しながら往復がくシかえ婆7Lる。向、空m]2
3の容積は、鵠1及Q4第2膨張空間20、i6の容積
がそれぞfL最犬のとき零、15は図示しない被冷却体
を冷凍するコールドヘッドで、冷凍温度が絶対@度で1
0〜30K VCなる。19ば15と同目的で60〜1
20Kになる。17は/」・径部ルぢ1晟シリンダ、2
1は大径部膨張シリングであり、膨張ピストン22は、
凸型になる。コールドヘッドを3カ所必袂のときは、小
径膨張ピストン18の上にさらに細いj膨張ピストンを
蓄冷器を内包し流体の出入りをつけ接続し、膨張シリン
ダもそれにあわせた形とする。又コールドヘッドが1カ
所のとき膨張ピストン&j1.22と大径部に睡シリン
ダ21のみとなる。尚、コールドヘッドおよび膨張シリ
ンダは図示し7ない真壁ケース内にある。スタンフィン
ボックス24、流体の精製器33は圧縮及び杉脹空間と
の間で移動を吹着シ返しながら低温を生成する流体の純
度を當喝高く維持する為と、クランフケ−233,3i
内の潤滑油その他が流体に入るの全完全に防ぐダイアフ
ラノ、5の両面から受ける流体の圧力差(4二よる疲労
劣化を防ぐたり1.バッファーQ 間35.36とクラ
ンクケース31.38円〔流体と同一の気?=13、油
その他で汚染づれたヘリウムなと〕の圧力を同−lごず
ノ)戊自客する。圧力flil−i御器32、弁44、
で、精製器33、バッファー空間35.36よpの高純
度気体で流体の動作UE力?最適にする。又、34はピ
ストンリング、39ベアリング、50主モータ駆動装置
、51位相差検出系、52位相差設定値入力系、53比
較演算糸、54信条変換糸、55駆動信号出力系、2よ
ひ56が9j1]御モータノ↓必勤装置ケ示す。 本発明の各ピストンの動きを膨張ピストン22が圧縮ピ
ストン3より90度進んだ位相で往復動して低温全生成
する方法を説明する。 次いで、制@1法の詳細を第2図、第3図を用いて述べ
る。 膨張ピストンは、設定値入力系52で例えば90度に設
定されると、主モータ昼勤装置50 irC,1ニジ回
転される主モータ1’lに述超された圧縮ピストン3の
動き(でともない後て゛述べる位相差制御系によって、
圧rトビストンより當に90ルニ進んで往復動する。今
、膨張ピストン22か上死点に近−J” < R1圧縮
空間2内の流体は90匙遅ハだ圧縮ピストンが」二比点
に向かうことにより、熱交換器12、像、管13で放熱
[〜ながら等温的に圧縮さお、一部が空間出入口14よ
り空間23 V(入る(等温圧縮過程)。圧縮ピストン
3が上死点に近付き、膨張ピストン22が下死点に向か
いだすと、圧縮空間内2及び空間23の流体は4管13
内に一部のこるが蓄冷器出入口42より蓄冷器41、’
TOで冷却きれながら空間出入口43.39よ多流体の
容積がほぼ一定の壕ま(流体の圧力は下がる)、第1膨
服空間20、第2膨張空m」16にそれぞれ入る(等谷
過程)。 次江冷却さnた各膨張空[H]の流体は膨張ピストン2
2が下死点に近刊くためコールドヘッド19.15より
図示しない伎冷却体から熱を吸収しながら等温的に膨張
する(等温膨張過程)。このとき、流体の膨張仕事は多
少、膨張ピストン22でクランクシャフト28を廻す仕
事をするが、その殆どは導管13よシ圧縮ピストン3の
戻るのに消費される。最後に膨張空間20.16の流体
は、膨張ピストン22が上死点に、圧縮ピストンか下死
点にそれぞれ向かうため、空間出入口43.39より蓄
冷器+1.40で冷熱を回収されながら蓄冷器出入口4
2、空間23、空間出入口14、導管13、熱交換器1
2よシ再び圧縮空気2にほぼ常温度で戻り1ブイクルが
終わる(等容過程)。 低温生成は理想的に(ワ、等温圧縮、等容、等温膨張、
等容の4過程から成るが、実際は膨張及び圧縮ピストン
の往復動作がスムースにおこなわれ、圧縮−膨張に伴う
流体の圧力変動比は約1.8で、めまυ高くない。圧縮
に伴う圧縮ピストンが発生させる機械的振動も膿朕ビス
]・ン往復動樵栴部とは機械的((接続されず、さらに
、流体或いは電気的接続で膨張ピストンの往復動が制御
され、膨張ピストン自自身も殆ど仕事をしないため、コ
ールドヘッド19、i5での機械振動(d極度に低い(
±1.0ミクロンメートル以下)。 制御モータ29の出力を小さくシ、匍」御システノ・も
含めて低価格化したいとき1ば、膨張ピストンを往復動
部ぜる制a′」1モークの負荷を小さくするため膨張ピ
ストンに少し膨張仕事音発生させたらよい。部ちスタッ
フインボックス24中心を往復動する膨張ピストンとピ
ストンロッド25の接続部を太く1〜、膨張ピストンの
断面積に対し、ピストンロッドの断面積金増やせば膨張
ピストンが下方への仕事をする。従って、被冷却対象に
対し本発明の機器肩成七制御法では設計の自由度は太さ
い。 被冷却体が圧縮ピストン駆動系の電磁ノイズや機械振動
の影響を受は易く膨張どストン系を遠くにU:なしたい
とき、導管13が長くなって尋管内の死容積が増し、圧
縮比が低下することにより冷凍出力が低下し冷凍温度も
不安定になるのが通例であるが、本発明の冷凍機の制御
法では、第2図、第3図ケもちいて後述するように位相
差全任意に調整できる為、このような欠点はない。すな
わち、位相差を位相差設定値入力系52で例えば、90
度よシ小さい60度、55#などとしていけば最適な運
転条件が見料かる。 第2図は、本発明に用いられる制御系のブロツク図で圧
縮ピストン3と)KM4ビストノ22とを當に設定した
位相差で往復動させるためのモータ駆動制御であり、以
下その制御方法を説明する。 圧縮ピストン往復動用モーフ(主モータ)1 (1、L
−工ひ膨張ピストン往復聾b f■jモータ(制御)モ
ータ)29のそノ1−ぞ!しのクランク小山9.28に
は軸位置とよひ回転迷既検呂センサ(例えば、回転式光
学エンコーダなと)11.30が直結さ肛、これらよし
・:・Σ!1位相イζ示すパルスと速度に比例する周波
j′支のパフ・・ス系列が出力される。これらのハノ
In other words, ff. What is the compression piston (also called the power piston) and the t++ k piston (also called the displacer or floating screw I/n)? The working fluid (helium, helium, etc.) is controlled by nine independent reciprocating mechanisms without mechanical connection.
The compression space and the expansion space, where the volume and pressure changes are expressed, are communicated through a conduit, a heat exchanger, a regenerator, etc., and the expansion piston is driven at an arbitrary rotational phase different from that of the compression piston. This is related to the control method for refrigerators. . The idea of operating the expansion piston and compression piston of a refrigerator using an independent reciprocating mechanism using the Stirling cycle, which consists of two isovolumic processes and an isothermal process, was proposed in Japanese Patent Publication No. 1973-
No. 13588, No. 5], No. 8255, No. d, and No. 7-16591. These conventional techniques obtain a phase difference by adjusting a single point on the switch-on portion of each reciprocating mechanism, and therefore have difficulty in obtaining a stable refrigerating output. This invention is intended to solve the above-mentioned problems of the prior art. A technical means is used to create an arbitrary phase difference between both pistons using signals from both sensors. By adopting such a technical means, the acceleration and deceleration of the expansion piston can be controlled, making it possible to effectively handle extremely low temperatures. It has a stable refrigeration temperature and refrigeration output, and has the effect of minimizing mechanical vibrations on the object to be cooled.Examples of the present invention will be explained with reference to the drawings.From several atmospheres to 10 Compressed air 2 (hereinafter referred to as "fluid") in the cylinder 1 is filled with several atmospheres of fluid (hereinafter referred to as "fluid"). The raw material in the compressed 91rrJ is contaminated with the dial ram 5, guide piston 6,
Connecting rod 7, sensor 11 [for detecting rotational axis position, rotational speed, etc., for example, optical encoder] attached to the crankcase F9, the electric motor is connected to the electric motor, which can change the rotation speed, has a gear drive, etc. [Hereinafter, referred to as the main motor] The volume is changed by the main motor 10 which rotates at a constant speed. This fl-
The fluid in the compressor 2 is compressed by the center 30 (1'W for detecting rotational axis position 1, rotational speed, etc.) through the crankshaft l-28, the connecting rod 27, the guide piston 26, and the piston rod 25. , control motor 29 (AC or I)
C drive], it is approximately 45 degrees to l from the compression piston 3.
25 # [i Melon temperature is usually about 60 degrees, but it varies depending on the dead volume of the conduit 130, pressure loss, and freezing temperature. In a refrigerator where the expansion piston is reciprocated by the same crank shunt as the compression piston, the range is from 90 degrees to 120 V.] The expansion piston 22 is integrated with the small diameter expansion piston 18 that reciprocates in an advanced phase. A heat exchanger 12, a flexible conduit 13, a fluid inlet/outlet 14, a regenerator inlet/outlet 1]
42.Regenerator 4? , 4 (' y, 'r= r"
The pressure changes approximately sinusoidally through the inlet/outlet 43. direction, sky m]2
The volume of 3 is zero when the volumes of the second expansion spaces 20 and i6 of Q1 and Q4 are respectively at fL, and 15 is a cold head that freezes an object (not shown) to be cooled, and the freezing temperature is 1 in absolute degrees.
0 to 30K VC. 60-1 for the same purpose as 19ba15
It will be 20K. 17 is/''・diameter portion Ruji1晟cylinder, 2
1 is a large diameter expansion sill, and the expansion piston 22 is
Becomes convex. When three cold heads are required, an even thinner J expansion piston is connected to the small diameter expansion piston 18 by incorporating a regenerator and allowing fluid to flow in and out, and the expansion cylinder is also shaped accordingly. Also, when there is only one cold head, there is only the expansion piston &j1.22 and the cold cylinder 21 in the large diameter part. Incidentally, the cold head and the expansion cylinder are located in a wall case (not shown). The stamp fin box 24 and the fluid purifier 33 are used to maintain a high purity of the fluid that generates the low temperature while blowing and recirculating the movement between the compressor and the cedar expansion space.
The diaphragm completely prevents lubricating oil and other fluids from entering the fluid, and prevents fatigue deterioration due to the pressure difference between the fluids received from both sides of the 5. The pressure of the same air as the fluid (13, helium contaminated with oil or other substances) is reduced. Pressure flil-i controller 32, valve 44,
So, what is the operating force of the fluid in the purifier 33 and the buffer space 35, 36 with high purity gas? Optimize. Further, 34 is a piston ring, 39 bearing, 50 main motor drive device, 51 phase difference detection system, 52 phase difference setting value input system, 53 comparison calculation thread, 54 belief conversion thread, 55 drive signal output system, 2 yohi 56 9j1] Show the required equipment. A method of generating low-temperature heat by reciprocating the movement of each piston according to the present invention with the expansion piston 22 being 90 degrees ahead of the compression piston 3 will be described. Next, details of the system@1 method will be described using Figures 2 and 3. When the expansion piston is set to, for example, 90 degrees by the set value input system 52, the main motor day shift device 50 irC, the movement of the compression piston 3 (not By the phase difference control system described later,
It moves back and forth 90 luni ahead of the pressure r toviston. Now, when the expansion piston 22 is close to the top dead center - J'' Heat dissipation [...] Part of the compression rod enters the space 23 V (isothermal compression process) from the space entrance/exit 14 (isothermal compression process). When the compression piston 3 approaches the top dead center and the expansion piston 22 begins to move toward the bottom dead center , the fluid in the compression space 2 and the space 23 is in four pipes 13
There is a part of the inside of the regenerator 41 from the regenerator entrance/exit 42,'
While being completely cooled by TO, the fluid enters the first expansion space 20 and the second expansion space 16 through the space entrance/exit 43.39, where the volume of the fluid is almost constant (the pressure of the fluid decreases) (equal valley process). ). The fluid in each expansion air [H] cooled by the expansion piston 2
2 is about to reach bottom dead center, the cold head 19.15 expands isothermally while absorbing heat from a cooling body (not shown) (isothermal expansion process). At this time, some of the work of expanding the fluid is done by the expansion piston 22 to rotate the crankshaft 28, but most of it is consumed by the return of the compression piston 3 through the conduit 13. Finally, the fluid in the expansion space 20.16 moves toward the top dead center of the expansion piston 22 and the bottom dead center of the compression piston, so that the cold energy is recovered by the regenerator +1.40 from the space inlet/outlet 43.39. Entrance/exit 4
2, space 23, space entrance/exit 14, conduit 13, heat exchanger 1
2, the compressed air 2 is returned to the compressed air 2 again at almost room temperature, completing one bucycle (isovolumic process). Low temperature generation is ideal (wa, isothermal compression, isovolume, isothermal expansion,
Although it consists of four processes of equal volume, in reality, the reciprocating movements of the expansion and compression pistons occur smoothly, and the fluid pressure fluctuation ratio accompanying the compression-expansion is approximately 1.8, which is not dizzyingly high. The mechanical vibrations generated by the compression piston due to compression are also mechanical vibrations. Since the expansion piston itself does almost no work, the mechanical vibration (d extremely low) in the cold head 19, i5 is
±1.0 micrometer or less). If you want to reduce the output of the control motor 29 and reduce the cost, including the control system, 1) control the reciprocating part of the expansion piston, 1) expand the expansion piston a little to reduce the motor load. It would be good to generate work sounds. If the connecting part between the expansion piston that reciprocates around the center of the stuff-in box 24 and the piston rod 25 is made thicker, the cross-sectional area of the piston rod is increased relative to the cross-sectional area of the expansion piston, so that the expansion piston does more work downward. . Therefore, the degree of freedom in design of the object to be cooled is large in the equipment shoulder control method of the present invention. The object to be cooled is easily affected by electromagnetic noise and mechanical vibration of the compression piston drive system, and when it is desired to move the expanding piston system far away, the conduit 13 becomes longer, the dead volume inside the piston increases, and the compression ratio increases. Normally, the refrigeration output decreases and the refrigeration temperature becomes unstable. However, in the refrigerator control method of the present invention, as will be described later with reference to FIGS. 2 and 3, the phase difference is completely eliminated. Since it can be adjusted arbitrarily, there is no such drawback. That is, the phase difference is inputted by the phase difference setting value input system 52, for example, 90
If you use a smaller angle, such as 60 degrees or 55#, you can find the optimum operating conditions. FIG. 2 is a block diagram of the control system used in the present invention, which shows motor drive control for reciprocating the compression piston 3 and the KM4 biston 22 with a precisely set phase difference.The control method will be explained below. do. Compression piston reciprocating morph (main motor) 1 (1, L
-Engineer expansion piston reciprocating deafb f■j motor (control) motor) Part 1 of 29! The shaft position and rotation sensor (for example, a rotary optical encoder) 11.30 is directly connected to the crank small mountain 9.28, so these are good...:・Σ! A pulse representing one phase Iζ and a puff sequence having a frequency j' proportional to the speed are output. these hano


・ス(佳各々のカウンタ57.5Bに入力さ扛、刻々の
各クランク軸の位相および回転速度にカウントvとして
検出される。一方センサシ′iプ・・ち出力された速度
信号パルスは、バルン周)7.−’7’(変換回路54
にて周波数が変えられ、7T!1速11周期、減速用に
周波数の異なるいくつかの駆動用パルス列として用意さ
れる。 カウンタ57.58で検出された各クランク軸の位相(
は減算器51でそれらの差をとられ、実際の位相差とし
てJL枚器530八入力に入力源れる。一方、外部より
1勿えはテイジタルスイッチなど52で入力場れた設定
位相差(弓、比較器53のB入力として入り、そのA、
、Hの比較が行われる。A>B、、A=B、A<Bに応
じて刀I速、周期、減速の′1゛ト号が、前述のパルス
周波数変換回路54へ入力ちれ、制御モータ29への速
度制御信号として適切な周波数のパルス列が出力さ]1
−る。このパルス信号から制御モータの紘動力式に適す
る駆1゛h信号への変換を、信号y換器55で行ったの
ち、駆mh装置56へ入力する。この制御法で膨張ピス
トンのクランク軸全H二&’iピストンのクランク軸に
當に設定値に等しい位相差金保たせながら追従回転させ
ることが可能である。尚、膨張ピストンの回転数は常に
圧縮ピストンと同じで、位相差のみを、第2図の制御法
ブロック図により任倉に変えて追従させることができる
か、主モータの回転数は、極数変換、入力電源周波数変
換、ギア比変換などで変える。 位相差制御の具体例としで、制御モータ29にパルスモ
ータ全使用した男合jl′Cついて述べる。 パルスモータは、その動作原理から、入力パルスに確実
に追従し、歩進的に回転することが特徴てあシ、41v
、象、回i=速度制御が万一プンループで行え、制御系
の構成が簡単になる。第3図Vこその具体的な1h]」
飾糸のブロック図を示す。パルスモータとしてし5、′
!11えば200 ハルフッ回転のものを用いると、王
モータのクランク軸位置構出センブ゛11として、20
0パルス/回転のインク7メントハルス出力の回転型エ
ンコーダを用いることになる。 このエンコーダrよ、上V己インクレメントパルスのほ
かVこ回転彰1の基緒位飯お示すjパルス/回転の10
信号パルスも出力烙れ、このゼロ信号パルスによシ、ガ
ウンタCOIをクリアしてインクレメントパルス葡計数
することで、主モータ10のクランク軸のある基準A(
ゼロ信号パルス発1生位置)力、らの位相角が検出きれ
る。このインクレメントバA・ス(200パルス/回!
−% ) ri単安定マルチバイブ[/−タMMI、八
iM2の2仏で2倍のA波数の400パルス/回転、ぼ
た、フリップフロップ回路FFで1/2に分周され、1
00パルス/′回転のパルス列が作られ乙。これ(弓、
パルスモータの刀[J減速駆動用パルスとLt用魚でれ
2〕。一方、パルスモー′夕の方からtJl、ゼロ信号
パルスのみエンコーダから捨い、主・トークのインクレ
メントパルスに相当するもの(・ユ、パルスモータ駆動
用パルスを利用しカウンタC(’)2VC人力する。C
O21i)パルスモータのゼロ信号パルスでクリアされ
るようにする。 2つのカウンタCOI、CO2?:i、そ才1.ぞれ両
モータの基準点からの位相を常にa1数していること(
、゛こなる。こ扛らのカウンタの差音とるために、CO
lの方は、インバータINを通して全力fiJf t+
+? F A I K入力する。にIIぢ全加算器テ(
[:p: (C02〕値)−(co+の値)を行わせる
のであるが、前述のように各ゼロ信号)ZルスでCOI
、CO2はクリアされるので、CO2がクリアされてか
ら、C01かクリアされる丑での曲に、この差に負の仙
になる。こしを防ぐためVC,差が負の間(C[、この
差IFl、外部力\ラテイジタルスイッチDSI vc
よる1回転分のカウント200を全加算器F’A2にお
いて加え、常に正の位相差が出力づれ6ようにする。 この位相差Aと外部からディジタ刀・スイッチDS2で
入力された設〆値Bとの比奴を次の比較器cpて行う。 A1 B両者の大小で CPからは、A > B XA
 = B 、、 A < Bのζ号が出力さlしる。こ
の3つの出力か、前記の加速、周ル1(等速)、減速用
の駆動ノくルスに対するゲートAN2、AN3、AN4
となり、でら((この3者でOR2によ−12X論理牙
r1ケとることで、設定値と、実@甲の位相差との大小
π応じた適切な駆動用パルスが、〕くルスモータJ九動
装置に送られることになる。この方法で、主モータとパ
ルスモータの位相差は、常に設定値に等しく制御され、
何らかの原因でずれが生じても、加速パルスと周期パル
ス及び周期パルスと減速パルスの周波数の比が2にしで
あるので、i80度以内の位相値の修正は1回転以内に
行われる。 @+j御モータ29としてパルスモータ以外のモータ、
例えば直流ザーボモータ、父流(周期)モータなどを用
いる場合でも基本的な制御法は同じであるが、使用モー
タの速度制御方式(例えば亀圧制御へM1’を諒周波数
制御型など)K応じた駆動信号への変換糸55が、駆動
装置56の前段に必要になる。′=!たプンーキ特性の
あまり良くないモータに対しては機械的め4.いは電気
的な制動機構の付加が必要になる。 本発明の実験例について述べる。主モータ全4極、6極
の極数変換のギヤ付きモータとし、流体〔ヘリウム〕2
0気圧、導管の長さ15メートル、設定位相差55度、
運転開始時(7) 回転a、約36 ORPM C4極
、60H2゜115ギヤ〕で実鹸した。約20分で2ケ
所のコールドヘッドはそれぞtL 】OK、70Kに到
達した。定當運転時に極数を6極〔示り240 RPM
 ]、位相差63此にしたところ、− コールドヘッドでの振動は−1,0ミクロンメートル以
−トて、冷却温度変動:!二O,lKでめった。 この発明の重機について、次に、例言己する。 イ)圧縮ピストンと膨張ピストン往復心υノ幾行ケがそ
ノtぞれ独立の為、コーA・ドヘッドでの振動は極端に
低く、又それぞれの距曹グ・長くなっても、位相差の調
整が任意に11“l gfる為、冷凍機効率は余p低ヰ
しない。 口)ダイア72人が高純度の流体金油等勿含むクランク
ケース内の気体〔流体と同一〕から隔離し、精製器かそ
の間全接続している為、冷凍機の運転が始捷漫蓄冷器が
冷え、流体圧力が下りだすとクランクケース内の気体が
精製器で精製さn高純度気体になって流体にはいり、運
転が停止さgると逆邑蓄冷器力S温度上昇して流体圧力
が高くなるため流体は精製器内の不純物を取りな〃二ら
クランクケース内に戻る。したがって寸前製器が汚れず
長期間使用できる。メタ“イアフラムの両面間にあまり
圧力差〔0,2気圧り、下〕音生じ〃い」二つな機器構
成の為、疲労劣化が2こらず、オ′々製器と同様、長期
++−41使用可能。はらに、yj111体に油が入ら
ない機著鰺構成であシ、ピストン往復動機構に2山75
1積極的に使えるので冷凍機としての信頼性力;向上す
る。 位相差制御系がディジタル制御なので、マイクロコンビ
コー−りとの組合せ〃9容易にテキ、振動センサやコー
ルドヘッドの温度センサなどから諸栄件の情報を二取り
込みながら、予め設定したブロク゛ラムに従ったj里転
条件(位相差、回転数、冷凍温度など)の自動制御が可
能である(但しアブーログ宙(」御も勿論可能)。
[
・S (input to each counter 57.5B and detected as a count v for the phase and rotational speed of each crankshaft moment by moment.Meanwhile, the output speed signal pulse from the sensor input is input to each counter 57.5B. Zhou)7. -'7' (conversion circuit 54
The frequency was changed to 7T! Several drive pulse trains with different frequencies are prepared for 11 cycles for the first speed and for deceleration. The phase of each crankshaft detected by counters 57 and 58 (
The subtracter 51 takes the difference between them, and inputs the actual phase difference to the input of the JL unit 5308. On the other hand, the set phase difference (bow) inputted from the outside by a digital switch 52 is input as the B input of the comparator 53, and its A,
, H is compared. According to A>B, , A=B, and A<B, the sword I speed, period, and deceleration '1' are input to the pulse frequency conversion circuit 54 mentioned above, and a speed control signal to the control motor 29 is input. A pulse train with an appropriate frequency is output as]1
-ru. This pulse signal is converted into a drive 1-h signal suitable for the control motor's power system by a signal Y converter 55, and then input to a drive-mh device 56. With this control method, it is possible to cause all the crankshafts of the expansion pistons to follow each other while maintaining a phase difference equal to the set value. The rotation speed of the expansion piston is always the same as that of the compression piston, and can only the phase difference be changed to follow the control method using the control method block diagram in Figure 2.The rotation speed of the main motor is determined by the number of poles. Conversion, input power frequency conversion, gear ratio conversion, etc. As a specific example of phase difference control, we will describe a male case jl'C in which all pulse motors are used as the control motor 29. Due to its operating principle, a pulse motor reliably follows input pulses and rotates step by step.
, rotation i = speed control can be performed in a loop, simplifying the configuration of the control system. Figure 3 V is the specific 1h]
A block diagram of decorative thread is shown. As a pulse motor5,'
! 11, for example, 200 If a half-rotation type is used, the crankshaft position configuration assembly 11 of the king motor will be 200.
A rotary encoder with an increment of 0 pulses/rotation and a 7-ment Hals output will be used. This encoder, in addition to the upper V increment pulse, also shows the basic position of the V rotation of 1, which is 10 j pulses/revolution.
The signal pulse is also output, and by this zero signal pulse, by clearing the counter COI and counting the increment pulse, the reference A (with the crankshaft of the main motor 10) is
The zero signal pulse generation position, force, and phase angle can be detected. This increment bus (200 pulses/times!
-%) ri monostable multivib [/-ta MMI, 400 pulses/rotation with twice the A wave number in 8 iM2, frequency divided by 1/2 with flip-flop circuit FF, 1
A pulse train of 00 pulses/'revolution is created. This (bow,
Pulse motor sword [Pulse for J deceleration drive and Uodere 2 for Lt]. On the other hand, from the pulse motor's side, tJl, only the zero signal pulse is discarded from the encoder, and the one corresponding to the main/talk increment pulse (YU, counter C(')2VC is manually generated using the pulse motor drive pulse. .C.
O21i) Cleared by zero signal pulse of pulse motor. Two counters COI, CO2? :i, that talent 1. The phase from the reference point of both motors is always a1 number (
, ゛Konaru. In order to eliminate the difference between these counters, CO
For l, full power fiJf t+ is applied through the inverter IN.
+? Enter FAIK. II Full adder (
[:p: (C02] value) - (value of co+) is performed, but as mentioned above, COI at each zero signal)
, CO2 is cleared, so after CO2 is cleared, this difference becomes negative for the song in the ox where C01 is cleared. To prevent distortion, VC, while the difference is negative (C[, this difference IFl, external force \ lateral switch DSI vc
A count of 200 for one rotation is added in the full adder F'A2, so that the output always has a positive phase difference of 6. The next comparator CP compares this phase difference A with the set value B input from the outside via the digital switch DS2. Based on the size of both A1 and B, from CP, A > B XA
= B, ζ number with A < B is output. These three outputs are the gates AN2, AN3, and AN4 for the acceleration, loop 1 (uniform velocity), and deceleration drive loops mentioned above.
Then, ((By taking -12X logical fan r1 by OR2 with these three, an appropriate driving pulse according to the size π between the set value and the actual phase difference is generated) In this way, the phase difference between the main motor and the pulse motor is always controlled to be equal to the set value.
Even if a deviation occurs for some reason, the ratio of the frequencies of the acceleration pulse to the periodic pulse and the periodic pulse to the deceleration pulse is 2, so the phase value within i80 degrees can be corrected within one rotation. @+j As the control motor 29, a motor other than a pulse motor,
For example, the basic control method is the same when using a DC servo motor, a father-flow (periodic) motor, etc., but depending on the speed control method of the motor used (for example, switching M1' to tortoise pressure control, frequency control type, etc.) A conversion string 55 to a drive signal is required upstream of the drive device 56. ′=! For motors with poor mechanical characteristics, mechanical measures 4. Otherwise, it is necessary to add an electric braking mechanism. An experimental example of the present invention will be described. The main motor is a geared motor with a change in the number of poles (4 poles, 6 poles), and the fluid [helium] 2
0 atmospheric pressure, conduit length 15 meters, set phase difference 55 degrees,
At the start of operation (7), it was actually heated at rotation a, approximately 36 ORPM C4 pole, 60H2゜115 gear]. In about 20 minutes, the two cold heads reached 70K. During constant operation, the number of poles is 6 (indication: 240 RPM)
], the phase difference is 63. The vibration in the cold head is -1.0 micrometers or more, and the cooling temperature fluctuation:! It was rare at 2O, 1K. Next, an example will be given of the heavy machinery of this invention. b) Since the compression piston and expansion piston reciprocating centers υ are independent, the vibration at the cord head is extremely low, and even if the distance between the two pistons becomes long, the phase difference Since the adjustment of 11"lgf can be made arbitrarily, the efficiency of the refrigerator does not decrease much. 72 Dia. Since the purifier and all the other parts are connected, when the refrigerator starts operating, the regenerator cools down and the fluid pressure begins to drop, the gas in the crankcase is purified by the purifier and becomes a high-purity gas, which then flows into the fluid. When the operation is stopped, the temperature of the regenerator rises and the fluid pressure increases, so the fluid returns to the crankcase without removing impurities from the purifier. It can be used for a long time without getting dirty. Because it has a two-piece equipment configuration, there is no pressure difference between the two sides of the iaphragm (0.2 atmospheres or less), so there is no noise, so there is no fatigue deterioration. Like the container, it can be used for a long period of ++-41. In addition, the YJ111 body has a special structure that prevents oil from entering, and the piston reciprocating mechanism has two threads 75
1. Improves reliability as a refrigerator because it can be used actively. Since the phase difference control system is digitally controlled, it can be easily combined with the microcombicoord.9 It can easily follow the preset block diagram while taking in information on various conditions from the vibration sensor, cold head temperature sensor, etc. It is possible to automatically control the rotation conditions (phase difference, rotation speed, freezing temperature, etc.) (however, it is also possible to control the rotation conditions).

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

第1図はこの発明の一例を実施する冷凍機の断面図、第
2図は制御例留水すブロック図あ−よび第3図はパルス
モータを用いた制御例のブロック図である。 図中:3・・・圧縮ピストン、  10・・主モータ、
  11・・・センサ、  10.22・・・膨張ピス
トン、  29・・・制御モータ、  30・・・セン
サ、  51・・・減算器、  52・・比較器、54
・・・パルス周波数変換回路、  55・・・信号変換
器。
FIG. 1 is a sectional view of a refrigerator embodying an example of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a control example of water retention, and FIG. 3 is a block diagram of a control example using a pulse motor. In the diagram: 3... Compression piston, 10... Main motor,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Sensor, 10.22... Expansion piston, 29... Control motor, 30... Sensor, 51... Subtractor, 52... Comparator, 54
...Pulse frequency conversion circuit, 55...Signal converter.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  膨張ピストンおよび圧縮ピストンの往復動(
殻構をそれぞれ独立させ、膨張空間と圧縮空間とを、熱
交換器、蓄冷器、導管等を介して導通させた機器構成よ
構成る冷凍機の制御法にかいて、制御モータで往復され
る膨張ピストン糸のクランクシ倉・フトに回転軸位置検
出センサを連結し、ざらに、モータで往復動される圧縮
ピストン系のクランク/ギフトに回転刷j位置検田セン
サを連結し、両センサからの信号により圧縮ピストンと
膨張ピストンと全設定した位相是で往復動させ冷凍を発
生させるようにしたことを特徴とする冷凍(六〇制句j
法。
(1) Reciprocating motion of the expansion piston and compression piston (
A control method for a refrigerator consists of an equipment configuration in which the shell structures are independent, and the expansion space and compression space are connected via a heat exchanger, regenerator, conduit, etc., and the refrigerator is reciprocated by a control motor. A rotary shaft position detection sensor is connected to the crankshaft of the expansion piston thread, and a rotary shaft position detection sensor is connected to the crank/gift of the compression piston system, which is reciprocated by a motor. A refrigeration system characterized by causing a compression piston and an expansion piston to reciprocate in accordance with a signal to generate refrigeration.
Law.
(2)第(1)項の制御法にかいて、圧縮ピストン系及
び膨張ピストン系のそれぞnのクランクンヤフトに連結
でれる2つの回転軸位置及び速度検量センVぞ7’して
ILからのディジタル信号を計数し、それらの値からI
C加算器によ力計測きれた位相差角と、外部からディジ
タル的に入力された任意の設定値との比較を行い、その
大小に応じた加減速を膨張ピストン往復動用の制何1モ
ータに行わせ冷凍を発生させるようにしたことtq+徴
とする冷凍機の制御法。
(2) According to the control method in paragraph (1), two rotary shaft position and speed calibration sensors V7' connected to the crankshafts of the compression piston system and the expansion piston system, respectively, are , and from those values I
The phase difference angle whose force has been measured by the C adder is compared with an arbitrary setting value input digitally from the outside, and acceleration/deceleration is applied to the expansion piston reciprocating motor 1 according to the magnitude of the difference. A method for controlling a refrigerator in which tq+ characteristics are caused to cause refrigeration.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61153348A (en) * 1984-12-26 1986-07-12 株式会社日立製作所 Free piston type starling refrigerator
JPS6256747A (en) * 1985-09-05 1987-03-12 三菱電機株式会社 Impurity removing device
JP2014214946A (en) * 2013-04-24 2014-11-17 住友重機械工業株式会社 Cryogenic refrigerator
JP2017525923A (en) * 2014-08-11 2017-09-07 レイセオン カンパニー Temperature control of multistage cryocooler with load shift capability

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