JPH04335962A - Free-piston compressor - Google Patents
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- JPH04335962A JPH04335962A JP10551191A JP10551191A JPH04335962A JP H04335962 A JPH04335962 A JP H04335962A JP 10551191 A JP10551191 A JP 10551191A JP 10551191 A JP10551191 A JP 10551191A JP H04335962 A JPH04335962 A JP H04335962A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレーサの往復
動により寒冷を発生させる膨張機を有するスターリング
冷凍機において、膨張機に供給する冷媒を圧縮するフリ
ーピストンを有するフリーピストン圧縮機の改良に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a free piston compressor having a free piston for compressing refrigerant supplied to the expander in a Stirling refrigerator having an expander that generates refrigeration through reciprocating motion of a displacer.
【0002】0002
【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
、例えば図3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る。
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)内に往復動自在に嵌装され、シリ
ンダ(c)内空間に圧縮室(d)を区画形成するピスト
ン(e)と、該ピストン(e)を往復駆動する駆動源と
してのリニアモータ(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
固定された略カップ状の可動体(h)の円周部が往復動
可能に配設され、該可動体(h)の外周にはドライブコ
イル(i)が巻き付けられている。また、上記可動体(
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スプリングからなるピスト
ンスプリング(j)が架設されており、ドライブコイル
(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)及び可動体(h)
を駆動してピストン(e)をシリンダ(c)内で往復移
動させることにより、圧縮室(d)で所定周期のガス圧
を発生させるようになされている。2. Description of the Related Art Conventionally, a free displacer type Stirling refrigerator has been known as a type of small refrigerator that generates cryogenic cold. For example, as shown in FIG. 3, this refrigerator is a combination of a compressor (a) that compresses refrigerant gas and an expander (k) that expands the refrigerant gas discharged from the compressor (a). It is. The compressor (a) has a hermetic casing (b), for example.
and a cylinder (c) formed within the casing (b).
a piston (e) that is reciprocably fitted into the cylinder (c) and defines a compression chamber (d) in the space inside the cylinder (c); and a drive source that reciprocates the piston (e). It is equipped with a linear motor (f). This linear motor (f) has an annular permanent magnet (g) arranged around a cylinder (c), and this magnet (g) applies a magnetic field to a cylindrical gap concentric with the center of the cylinder (c). generate. A circumferential portion of a substantially cup-shaped movable body (h) integrally fixed to the piston (e) at the center is arranged in the gap so as to be able to reciprocate, and the outer periphery of the movable body (h) A drive coil (i) is wound thereon. In addition, the above movable body (
A piston spring (j) consisting of a coil spring for elastically supporting the piston (e) in a reciprocating manner is provided between the outer bottom surface of the piston (h) (the side opposite to the piston (e)) and the inner bottom surface of the casing (b). By applying an alternating current of a predetermined frequency to the drive coil (i), the coil (i) and the movable body (h) are
By driving the piston (e) to reciprocate within the cylinder (c), gas pressure is generated at a predetermined period in the compression chamber (d).
【0003】一方、上記膨張機(k)は、円筒状シリン
ダ(l)を有し、このシリンダ(l)内にはシリンダ(
l)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(o)が往復動自在に嵌装されて
いる。このディスプレーサ(o)は、内部に金属製蓄冷
材(o1 )(再生式熱交換器)を充填したもので、該
蓄冷材(o1 )を膨張室(m)及び作動室(n)にそ
れぞれ連通させる連通孔(o2 ),(o3 )が開口
されている。また、上記作動室(n)内には、ディスプ
レーサ(o)を往復動可能に弾性支持するコイルスプリ
ングからなるディスプレーサスプリング(p)が配設さ
れている。さらに、上記作動室(n)は上記連絡配管(
q)を介して上記圧縮機(a)の圧縮室(d)に接続さ
れており、圧縮機(a)からの冷媒ガス圧によりディス
プレーサ(o)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(l)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“Refrigerator for Cryoge
nic Sensors”,NASA Confere
nce Publication 2287等参照)。On the other hand, the expander (k) has a cylindrical cylinder (l), and inside this cylinder (l) is a cylinder (
l) A free displacer (o) that divides the inner space into an expansion chamber (m) and a working chamber (n) is fitted so as to be able to reciprocate. This displacer (o) is filled with a metal regenerator material (o1) (regenerative heat exchanger), and the regenerator material (o1) is communicated with the expansion chamber (m) and the working chamber (n), respectively. Communication holes (o2) and (o3) are opened. Further, a displacer spring (p) made of a coil spring that elastically supports the displacer (o) in a reciprocating manner is disposed within the working chamber (n). Furthermore, the working chamber (n) is connected to the connecting pipe (
The displacer (o) is reciprocated by the refrigerant gas pressure from the compressor (a), and the refrigerant gas is transferred to the expansion chamber (m) via the compressor (a). )
By inflating the cold head at the tip of the cylinder (l), cold is generated (for example, "Refrigerator for Cryoge").
nic Sensors”, NASA Conference
nce Publication 2287, etc.).
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のリニ
アモータ圧縮機(a)においては、ピストンスプリング
(j)によりピストン(e)が支持されているが、この
スプリング(j)ではピストン(e)をその往復動スト
ロークの中立位置に確実に保つのが難しいとともに、ス
プリング(j)の耐久性についても考慮する必要があり
、圧縮機(a)を長期間に亘り安定して作動させるのに
難がある。By the way, in the linear motor compressor (a) described above, the piston (e) is supported by the piston spring (j). It is difficult to reliably maintain the compressor (a) at the neutral position of its reciprocating stroke, and it is also necessary to consider the durability of the spring (j), making it difficult to operate the compressor (a) stably over a long period of time. There is.
【0005】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
、その目的は、ピストンを中立位置に保つ手段を改良す
ることで、ピストンの中立への維持を容易にし、かつ圧
縮機を長期間に亘り安定して作動させることにある。[0005] The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to improve the means for keeping the piston in the neutral position, thereby making it easier to maintain the piston in the neutral position, and allowing the compressor to operate for a long period of time. The purpose is to operate stably over a period of time.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
、この発明では、磁石の反発力によりピストンを中立維
持に保持するようにした。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention maintains the piston neutrally by the repulsive force of the magnet.
【0007】具体的には、請求項1の発明では、図1に
示すように、圧縮機は、ケーシング(1)と、該ケーシ
ング(1)内に設けられたシリンダ(4)と、該シリン
ダ(4)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ(4)内
空間に圧縮室(6)を区画形成するピストン(5)と、
該ピストン(5)を往復駆動する駆動源としてのリニア
モータ(9)と、上記ピストン(5)をシリンダ(4)
内で往復動可能にケーシング(1)に対し弾性支持する
支持手段(15)とを備えた構成とする。Specifically, in the invention of claim 1, as shown in FIG. 1, the compressor includes a casing (1), a cylinder (4) provided in the casing (1), and a cylinder (4) a piston (5) that is reciprocatably fitted into the cylinder (4) and defines a compression chamber (6) in the inner space of the cylinder (4);
A linear motor (9) as a drive source for reciprocating the piston (5), and a cylinder (4) for driving the piston (5) back and forth.
The support means (15) elastically supports the casing (1) in a reciprocating manner within the casing (1).
【0008】そして、上記支持手段(15)を、上記ケ
ーシング(1)にシリンダ(4)の軸心方向に所定間隔
をあけて対向して固定された第1及び第2の固定磁石(
19),(20)と、これら両固定磁石(19),(2
0)間に対向して配置され、上記ピストン(5)に連結
された可動磁石(21)とを有するものとし、上記可動
磁石(21)と固定磁石(19),(20)との対向面
を互いに同じ磁極として、両固定磁石(19),(20
)と可動磁石(21)との反発力によりピストン(5)
を往復動ストロークの中立位置に保持するように構成し
たことを特徴とする。[0008] The support means (15) is supported by first and second fixed magnets (1) which are fixed to the casing (1) facing each other at a predetermined distance in the axial direction of the cylinder (4).
19), (20), and both fixed magnets (19), (2
0) and a movable magnet (21) disposed facing each other and connected to the piston (5), and the movable magnet (21) and fixed magnets (19), (20) facing surfaces with the same magnetic poles, both fixed magnets (19) and (20
) and the movable magnet (21), the piston (5)
is characterized in that it is configured to be held at a neutral position of the reciprocating stroke.
【0009】請求項2の発明では、図2に示す如く、上
記支持手段(15′)を、ケーシング(1)に固定され
た固定磁石(22)と、この固定磁石(22)の両側に
シリンダ(4)の軸心方向に所定間隔をあけて対向配置
され、上記ピストン(5)に連結された第1及び第2の
可動磁石(23),(24)とを有するものとし、可動
磁石(23),(24)と固定磁石(22)との対向面
は互いに同じ磁極として、両可動磁石(23),(24
)と固定磁石(22)との反発力によりピストン(5)
を往復動ストロークの中立位置に保持するように構成す
る。In the invention as claimed in claim 2, as shown in FIG. It has first and second movable magnets (23) and (24) which are arranged facing each other at a predetermined interval in the axial direction of the piston (4) and are connected to the piston (5), and the movable magnet ( 23), (24) and the fixed magnet (22) have the same magnetic poles, so that both movable magnets (23), (24)
) and the fixed magnet (22), the piston (5)
is configured to maintain the reciprocating stroke in a neutral position.
【0010】0010
【作用】上記の構成により、請求項1の発明では、リニ
アモータ(9)に所定周波数の交流が通電されると、そ
の作動によりピストン(5)がシリンダ(4)内で往復
動し、このピストン(5)の往復動により圧縮室(6)
の容積が増減変化して、その内部の冷媒が所定周期で圧
縮される。上記ピストン(5)にはケーシング(1)側
の固定磁石(19),(20)間に配置された可動磁石
(21)が連結され、この可動磁石(21)及び固定磁
石(19),(20)間の磁力の反発によりピストン(
5)が中立位置に保持されているので、スプリングによ
る支持構造と比べピストン(5)を中立位置に確実に保
つことができる。しかも、この固定磁石(19),(2
0)と可動磁石(21)との反発力によるピストン(5
)の支持により、従来のスプリングは不要となり、耐久
性を高めて圧縮機を長期間に亘り安定して作動させるこ
とができる。[Operation] With the above structure, in the invention of claim 1, when the linear motor (9) is energized with an alternating current of a predetermined frequency, the piston (5) reciprocates within the cylinder (4) due to its operation. The compression chamber (6) is created by the reciprocating movement of the piston (5).
The volume of the refrigerant increases or decreases, and the refrigerant inside is compressed at a predetermined period. A movable magnet (21) arranged between fixed magnets (19) and (20) on the casing (1) side is connected to the piston (5), and this movable magnet (21) and fixed magnets (19), ( 20) Due to the repulsion of the magnetic force between the piston (
5) is held at the neutral position, the piston (5) can be more reliably maintained at the neutral position compared to a support structure using a spring. Moreover, these fixed magnets (19), (2
0) and the movable magnet (21) due to the repulsive force between the piston (5
) support eliminates the need for conventional springs, increases durability and allows the compressor to operate stably over long periods of time.
【0011】請求項2の発明では、ピストン(5)には
可動磁石(23),(24)が連結され、この両可動磁
石(23),(24)間にはケーシング(1)に固定し
た固定磁石(22)が配置され、この可動磁石(23)
,(24)及び固定磁石(22)間の磁力の反発により
ピストン(5)が中立位置に保持される。よって、この
発明でも請求項1の発明と同様の作用効果が得られる。In the invention of claim 2, movable magnets (23) and (24) are connected to the piston (5), and between these two movable magnets (23) and (24) there is a magnet fixed to the casing (1). A fixed magnet (22) is arranged, and this movable magnet (23)
, (24) and the fixed magnet (22), the piston (5) is held in a neutral position. Therefore, this invention also provides the same effects as the invention of claim 1.
【0012】0012
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained based on the drawings.
【0013】(実施例1)図1は本発明の実施例1に係
るフリーディスプレーサ型スターリング冷凍機用の圧縮
機(A)を示し、この圧縮機(A)を従来の構成の図外
の膨張機(図2参照)と組み合わせて冷凍機が構成され
る。圧縮機(A)は密閉円筒状のケーシング(1)を有
する。このケーシング(1)は非導電性の有底円筒体の
下端開口部を底壁(2)により封閉したもので、上記底
壁(2)の中心部には上下方向に延びる中心孔(3)が
貫通形成されている。この中心孔(3)には非磁性材料
としてのステンレス鋼からなる有底円筒状のシリンダ(
4)が密嵌合され、このシリンダ(4)の内部には上方
に開放された略有底円筒状のピストン(5)が摺動可能
に嵌装されており、このピストン(5)によりシリンダ
(4)内に囲まれた部分が圧縮室(6)とされている。
シリンダ(4)の底部には連通孔(7)が貫通形成され
、この連通孔(7)には上記圧縮室(6)と連通する連
絡配管(31)の一端が嵌合固定され、この連絡配管(
31)の他端は膨張機に接続されている。(Embodiment 1) FIG. 1 shows a compressor (A) for a free displacer type Stirling refrigerator according to Embodiment 1 of the present invention. A refrigerator is constructed in combination with the refrigerator (see Figure 2). The compressor (A) has a closed cylindrical casing (1). This casing (1) is a non-conductive bottomed cylinder whose lower end opening is sealed with a bottom wall (2), and in the center of the bottom wall (2) there is a center hole (3) extending vertically. is formed through it. This center hole (3) has a bottomed cylindrical cylinder made of stainless steel as a non-magnetic material (
4) are tightly fitted together, and a piston (5) in the shape of a substantially bottomed cylinder that is open upward is slidably fitted inside this cylinder (4). The portion surrounded by (4) is a compression chamber (6). A communication hole (7) is formed through the bottom of the cylinder (4), and one end of a communication pipe (31) communicating with the compression chamber (6) is fitted and fixed into this communication hole (7). Piping(
31) The other end is connected to an expander.
【0014】上記ピストン(5)はピストン(5)を往
復駆動する駆動源としてのリニアモータ(9)に駆動連
結されている。すなわち、上記ケーシング(1)の底壁
(2)上面(内面)には環状の凹部(8)が中心孔(3
)と同心状に配置されて形成され、この凹部(8)の外
側側面には環状の永久磁石(10)が内側側面との間に
所定の間隔をあけて取り付けられており、この磁石(1
0)により底壁(2)を継鉄として磁石(10)と凹部
(8)内側側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 piston (5) is drivingly connected to a linear motor (9) serving as a drive source for reciprocating the piston (5). That is, an annular recess (8) is formed on the upper surface (inner surface) of the bottom wall (2) of the casing (1), and the center hole (3)
), and an annular permanent magnet (10) is attached to the outer side surface of this recess (8) with a predetermined interval between it and the inner side surface.
0), a magnetic field of a predetermined strength is generated in the gap between the magnet (10) and the inner side surface of the recess (8) using the bottom wall (2) as a yoke.
【0015】そして、上記ピストン(5)における開口
側端部の外周には、ピストン(5)と同心状に延びかつ
先端部が上記磁石(10)とケーシング(1)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略有底
円筒状のボビン(11)が内向フランジ部(11a)に
て連結されている。このボビン(11)は非磁性材料と
しての薄肉ステンレス鋼からなり、その先端部の外周に
は外周面を所定幅に亘って切り欠いてなるコイル巻付け
部(11b)が上記磁石(10)に対応して形成され、
このコイル巻付け部(11b)にはコイル(12)が巻
き付けられている。そして、このリニアモータ(9)の
コイル(12)に所定周波数(例えば50Hz)の交流
を通電することにより、ピストン(5)を後述の支持機
構(15)等のばね定数で決まる周期で往復動させて、
圧縮室(6)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。[0015] The outer periphery of the open end of the piston (5) extends concentrically with the piston (5) and has a tip between the magnet (10) and the inner peripheral surface of the casing (1). A substantially bottomed cylindrical bobbin (11) disposed in the gap so as to be able to reciprocate in the left-right direction is connected to the bobbin at an inward flange (11a). This bobbin (11) is made of thin-walled stainless steel as a non-magnetic material, and a coil winding part (11b) formed by cutting out the outer circumferential surface over a predetermined width is attached to the magnet (10) on the outer periphery of its tip. correspondingly formed,
A coil (12) is wound around this coil winding portion (11b). Then, by applying an alternating current of a predetermined frequency (for example, 50 Hz) to the coil (12) of this linear motor (9), the piston (5) is reciprocated at a period determined by the spring constant of the support mechanism (15), etc., which will be described later. Let me,
The compression chamber (6) is configured to generate gas pressure at a predetermined period.
【0016】ケーシング(1)の内部には水平円板から
なる支持部材(13)が配設され、該支持部材(13)
はケーシング(1)の底壁(2)上面に立設した複数本
の取付ロッド(14),(14),…により底壁(2)
から所定高さ位置に位置するように固定されている。A support member (13) consisting of a horizontal disk is disposed inside the casing (1), and the support member (13)
The bottom wall (2) is connected to the bottom wall (2) by multiple mounting rods (14), (14), ... installed upright on the top surface of the bottom wall (2) of the casing (1).
It is fixed at a predetermined height position from the top.
【0017】上記ピストン(5)をシリンダ(4)内で
往復動可能にケーシング(1)に対し弾性支持するため
の支持機構(15)が設けられている。すなわち、上記
支持部材(13)の中心部には挿通孔(16)がシリン
ダ(4)と同心に貫通形成され、この挿通孔(16)に
は円筒状のブッシュ(17)が嵌合固定されている。こ
のブッシュ(17)にはロッド(18)が摺動可能に挿
通され、このロッド(18)の下端は上記ピストン(5
)の内底面中心に螺合締結されており、この構造により
ピストン(5)のシリンダ軸心からの揺れを抑制するよ
うにしている。A support mechanism (15) is provided for elastically supporting the piston (5) with respect to the casing (1) so that it can reciprocate within the cylinder (4). That is, an insertion hole (16) is formed in the center of the support member (13) so as to be concentric with the cylinder (4), and a cylindrical bush (17) is fitted and fixed in the insertion hole (16). ing. A rod (18) is slidably inserted into this bush (17), and the lower end of this rod (18) is connected to the piston (5).
) is screwed to the center of the inner bottom surface of the piston (5), and this structure suppresses the swinging of the piston (5) from the cylinder axis.
【0018】上記ケーシング(1)と一体の支持部材(
13)の下面には下方に開口する円筒部(13a)がシ
リンダ(4)と同心にかつ支持部材(13)と一体に突
設され、この円筒部(13a)内の奥部(図で上部)に
は円板状の第1の固定磁石(19)が、また開口側(図
で下部)には第2の固定磁石(20)がそれぞれ外周縁
部にて固定され、これら固定磁石(19),(20)は
シリンダ(4)の軸心方向に所定間隔をあけて対向配置
されている。両固定磁石(19),(20)は同一円板
状のもので、その中心部には上記ロッド(18)を挿通
せしめる中心孔(19a),(20a)が形成されてい
る。[0018] A supporting member (
13) A cylindrical part (13a) that opens downward is provided on the lower surface of the cylinder (13) and protrudes concentrically with the cylinder (4) and integrally with the support member (13). ) is fixed with a disk-shaped first fixed magnet (19), and a second fixed magnet (20) is fixed on the opening side (lower part in the figure) with the outer peripheral edge. ) and (20) are arranged facing each other at a predetermined interval in the axial direction of the cylinder (4). Both stationary magnets (19) and (20) have the same disc shape, and central holes (19a) and (20a) are formed in the center thereof, through which the rod (18) is inserted.
【0019】一方、上記ロッド(18)において上記第
1及び第2の固定磁石(19),(20)間に位置する
部分には円板状の可動磁石(21)が、両固定磁石(1
9),(20)と所定間隔をあけて上下に対向するよう
に移動一体に取り付けられている。つまり、この可動磁
石(21)はロッド(18)を介してピストン(5)に
連結されている。そして、上記可動磁石(21)の上面
とそれに対向する第1固定磁石(19)の下面は共に同
じ例えばN磁極とされ、また、可動磁石(21)の下面
とそれに対向する第2固定磁石(20)の上面は共に同
じS磁極とされており、この両固定磁石(19),(2
0)と可動磁石(21)との同磁極の反発力によりピス
トン(5)を往復動ストロークの中立位置に保持するよ
うになっている。On the other hand, a disc-shaped movable magnet (21) is located between the first and second fixed magnets (19) and (20) in the rod (18).
9) and (20) are movably attached so as to face each other vertically with a predetermined interval. That is, this movable magnet (21) is connected to the piston (5) via the rod (18). The top surface of the movable magnet (21) and the bottom surface of the first fixed magnet (19) facing it are both of the same N magnetic pole, for example, and the bottom surface of the movable magnet (21) and the bottom surface of the second fixed magnet (19) facing it ( The upper surfaces of both fixed magnets (19) and (20) have the same S magnetic pole.
The piston (5) is held at the neutral position of the reciprocating stroke by the repulsive force of the same magnetic poles of the movable magnet (21) and the movable magnet (21).
【0020】次に、上記実施例の作動について説明する
。冷凍機の運転開始に伴い、圧縮機(A)におけるリニ
アモータ(9)のコイル(12)に所定周波数の交流電
源が通電される。この通電に伴い、磁石(10)により
発生する磁界との作用によりコイル(12)及びピスト
ン(5)が往復動し、このピストン(5)のシリンダ(
4)内での往復動により圧縮室(6)の容積が増減変化
し、ピストン(5)が下降移動した際に圧縮室(6)内
部の冷媒が所定周期で圧縮されて圧縮室(6)内に所定
周期の圧力波が生じる。この圧縮室(6)は連絡配管(
31)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(6)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
。Next, the operation of the above embodiment will be explained. With the start of operation of the refrigerator, an AC power source of a predetermined frequency is applied to the coil (12) of the linear motor (9) in the compressor (A). With this energization, the coil (12) and the piston (5) reciprocate due to the action of the magnetic field generated by the magnet (10), and the cylinder (
4) The volume of the compression chamber (6) increases or decreases due to the reciprocating movement within the compression chamber (6), and when the piston (5) moves downward, the refrigerant inside the compression chamber (6) is compressed at a predetermined period, and the refrigerant is compressed into the compression chamber (6). A pressure wave with a predetermined period is generated within the chamber. This compression chamber (6) is connected to the connecting pipe (
31), the displacer in the expander reciprocates in the same cycle as the pressure waves in the compression chamber (6), and the expansion of the gas in the expansion chamber causes cooling. This repeated reciprocation of the displacer cools the cold head at the tip of the cylinder to an extremely low temperature level.
【0021】この場合、上記圧縮機(A)のピストン(
5)と移動一体のロッド(18)には可動磁石(21)
が固定され、この可動磁石(21)はケーシング(1)
側に固定した第1及び第2の固定磁石(19),(20
)間に配置され、可動磁石(21)と両固定磁石(19
),(20)との対向面の磁極は同じとされているため
、可動磁石(21)及び固定磁石(19),(20)間
の磁力の反発によりピストン(5)が中立位置に保持さ
れる。そして、リニアモータ(9)に交流が通電される
と、上記ピストン(5)は上記磁力の反発力に抗して中
立位置から上下に往復動する。このように磁力の反発に
よりピストン(5)が中立位置に保持されるので、ピス
トン(5)を中立位置に確実に保つことができるととも
に、磁石(19),(20),(21)の反発力による
ピストン(5)の支持により従来の如き中立位置保持用
のスプリングは不要となり、ピストン(5)が繰返し往
復動しても疲労による劣化等は生ぜず、よって耐久性を
高めて圧縮機(A)を長期間に亘り安定して作動させる
ことができる。In this case, the piston (
5) and the movable magnet (21) on the rod (18) that is integrated with the movable rod.
is fixed, and this movable magnet (21) is attached to the casing (1).
The first and second fixed magnets (19), (20
) between the movable magnet (21) and both fixed magnets (19).
) and (20), the piston (5) is held in the neutral position by the repulsion of the magnetic force between the movable magnet (21) and the fixed magnets (19) and (20). Ru. When alternating current is applied to the linear motor (9), the piston (5) reciprocates up and down from the neutral position against the repulsive force of the magnetic force. In this way, the piston (5) is held in the neutral position by the repulsion of the magnetic force, so the piston (5) can be reliably maintained in the neutral position, and the repulsion of the magnets (19), (20), and (21) Supporting the piston (5) by force eliminates the need for a conventional spring to maintain the neutral position, and even if the piston (5) repeatedly reciprocates, it does not deteriorate due to fatigue. A) can be operated stably for a long period of time.
【0022】しかも、ピストン(5)はロッド(18)
によってケーシング(1)に支持されているので、その
往復動方向と直交する水平方向の移動が規制される。そ
の結果、ピストン(5)外周面がシリンダ(4)の壁面
に摺接することはなくなり、両者間で摺動による磨耗は
生ぜず、圧縮室(6)のシール隙間が増大するのを防い
で、圧縮機(A)のガス圧縮効率を高めることができる
。[0022] Moreover, the piston (5) is a rod (18).
Since it is supported by the casing (1), its movement in the horizontal direction orthogonal to the reciprocating direction is restricted. As a result, the outer circumferential surface of the piston (5) no longer comes into sliding contact with the wall surface of the cylinder (4), and no wear occurs due to sliding between the two, which prevents the seal gap in the compression chamber (6) from increasing. The gas compression efficiency of the compressor (A) can be increased.
【0023】(実施例2)図2は実施例2を示し(尚、
図1と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な
説明は省略する)、可動磁石及び固定磁石の取付対象を
変えたものである。(Example 2) FIG. 2 shows Example 2 (in addition,
The same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals and detailed explanation thereof is omitted), and the objects to which the movable magnet and fixed magnet are attached are changed.
【0024】すなわち、この実施例では、支持部材(1
3)の円筒部(13a)の開口側(図で下部)には円板
状の固定磁石(22)が外周縁部にて固定され、この固
定磁石(22)の中心部にはロッド(18)を挿通せし
める中心孔(22a)が形成されている。That is, in this embodiment, the support member (1
A disk-shaped fixed magnet (22) is fixed at the outer peripheral edge to the opening side (lower part in the figure) of the cylindrical part (13a) of 3), and a rod (18) is fixed at the center of this fixed magnet (22). ) is formed into a central hole (22a) through which the hole (22a) is inserted.
【0025】一方、上記ロッド(18)において上記固
定磁石(22)の両側に位置する部分には円板状の第1
及び第2の可動磁石(23),(24)がシリンダ(4
)の軸心方向に所定間隔をあけて対向配置された状態で
移動一体に固定されており、この可動磁石(23),(
24)はロッド(18)を介してピストン(5)に連結
されている。そして、上記第1可動磁石(23)の下面
とそれに対向する固定磁石(22)の上面は共に同じ例
えばN磁極とされ、また、第2可動磁石(24)の上面
とそれに対向する固定磁石(22)下面は共に同じS磁
極とされており、この両可動磁石(23),(24)と
固定磁石(22)との同磁極の反発力によりピストン(
5)を往復動ストロークの中立位置に保持する。その他
は上記実施例1と同様の構成である。On the other hand, in the rod (18), a disk-shaped first
and the second movable magnets (23), (24) are connected to the cylinder (4).
The movable magnets (23), (
24) is connected to the piston (5) via a rod (18). The lower surface of the first movable magnet (23) and the upper surface of the fixed magnet (22) facing it are both of the same N magnetic pole, for example, and the upper surface of the second movable magnet (24) and the fixed magnet (22) facing it ( 22) Both the lower surfaces have the same S magnetic pole, and the piston (
5) is held in the neutral position of the reciprocating stroke. The rest of the structure is the same as that of the first embodiment.
【0026】したがって、この実施例でも、ピストン(
5)側には可動磁石(23),(24)が連結され、ケ
ーシング(1)側には両可動磁石(23),(24)間
に位置する固定磁石(22)が固定され、この可動磁石
(23),(24)及び固定磁石(22)間の磁力の反
発によりピストン(5)が中立位置に保持されることと
なり、よって実施例1の発明と同様の効果が得られる。Therefore, in this embodiment as well, the piston (
Movable magnets (23) and (24) are connected to the casing (1) side, and a fixed magnet (22) located between the two movable magnets (23) and (24) is fixed to the casing (1) side. The repulsion of the magnetic force between the magnets (23), (24) and the fixed magnet (22) causes the piston (5) to be held at the neutral position, so that the same effect as the invention of the first embodiment can be obtained.
【0027】尚、上記各実施例では、固定磁石(19)
,(20),(22)及び可動磁石(21),(23)
,(24)を円板状としたが、可動磁石及び両固定磁石
間で磁力の反発力が得られるのであれば、配置や形状等
を問わない。[0027] In each of the above embodiments, the fixed magnet (19)
, (20), (22) and movable magnets (21), (23)
, (24) are disk-shaped, but any arrangement or shape may be used as long as magnetic repulsion can be obtained between the movable magnet and both fixed magnets.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明で
は、スターリング冷凍機用のフリーピストン圧縮機にお
けるピストンをケーシングに対し、ピストンに一体に設
けられた可動磁石と、可動磁石を挟むように配置されて
ケーシングに固定された1対の固定磁石とを有する支持
手段により往復動可能に支持して、可動及び固定磁石間
の反発力によりピストンを中立位置に保持するようにし
た。また、請求項2の発明では、ピストンをケーシング
に対し、ピストンに一体に設けられた1対の可動磁石と
、この両可動磁石間に配置されてケーシングに固定され
た固定磁石とを有する支持手段により往復動可能に支持
して、可動及び固定磁石間の反発力によりピストンを中
立位置に保持するようにした。従って、これらの発明に
よると、ピストンを中立位置に確実に保つことができる
とともに、従来のスプリングを不要とし、圧縮機の耐久
性を高めて長期間に亘り安定して作動させることができ
る。As explained above, in the invention of claim 1, the piston in a free piston compressor for a Stirling refrigerator is provided with a movable magnet integrally provided with the piston, and a movable magnet that is sandwiched between the piston and the casing. The piston is supported reciprocally by a supporting means having a pair of fixed magnets arranged in the casing and fixed to the casing, so that the piston is held at a neutral position by the repulsive force between the movable and fixed magnets. Further, in the invention of claim 2, supporting means for supporting the piston with respect to the casing includes a pair of movable magnets integrally provided with the piston, and a fixed magnet disposed between the two movable magnets and fixed to the casing. The piston is supported so as to be reciprocally movable, and the piston is held at a neutral position by the repulsive force between the movable and fixed magnets. Therefore, according to these inventions, it is possible to reliably maintain the piston in the neutral position, eliminate the need for a conventional spring, increase the durability of the compressor, and enable stable operation over a long period of time.
【図1】本発明の実施例1に係る圧縮機の拡大断面図で
ある。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a compressor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例2に係る圧縮機の拡大断面図で
ある。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a compressor according to a second embodiment of the present invention.
【図3】スターリング冷凍機の従来例を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional example of a Stirling refrigerator.
(A)…圧縮機
(1)…ケーシング
(4)…シリンダ
(5)…ピストン
(6)…圧縮室
(9)…リニアモータ
(10)…磁石
(12)…コイル
(15),(15′)…支持機構(支持手段)(19)
…第1固定磁石
(20)…第2固定磁石
(21)…可動磁石
(22)…固定磁石
(23)…第1可動磁石
(24)…第2可動磁石(A)...Compressor (1)...Casing (4)...Cylinder (5)...Piston (6)...Compression chamber (9)...Linear motor (10)...Magnet (12)...Coil (15), (15' )…Support mechanism (support means) (19)
…First fixed magnet (20)…Second fixed magnet (21)…Movable magnet (22)…Fixed magnet (23)…First movable magnet (24)…Second movable magnet
Claims (2)
1)内に設けられたシリンダ(4)と、該シリンダ(4
)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ(4)内空間に
圧縮室(6)を区画形成するピストン(5)と、該ピス
トン(5)を往復駆動するリニアモータ(9)と、上記
ピストン(5)をシリンダ(4)内で往復動可能にケー
シング(1)に対し弾性支持する支持手段(15)とを
備えてなり、上記支持手段(15)は、上記ケーシング
(1)にシリンダ(4)の軸心方向に所定間隔をあけて
対向して固定された第1及び第2の固定磁石(19),
(20)と、上記第1及び第2の固定磁石(19),(
20)間に対向して配置され、上記ピストン(5)に連
結された可動磁石(21)とを有し、上記可動磁石(2
1)と固定磁石(19),(20)との対向面は互いに
同じ磁極とされていて、両固定磁石(19),(20)
と可動磁石(21)との反発力によりピストン(5)を
往復動ストロークの中立位置に保持するように構成され
ていることを特徴とするフリーピストン圧縮機。[Claim 1] A casing (1) and a casing (
1) a cylinder (4) provided in the cylinder (4);
), the piston (5) is reciprocably fitted in the cylinder (4) and defines a compression chamber (6) in the inner space of the cylinder (4); a linear motor (9) that reciprocates the piston (5); The support means (15) elastically supports the piston (5) with respect to the casing (1) so as to be reciprocally movable within the cylinder (4), and the support means (15) includes (4) first and second fixed magnets (19) fixed oppositely at a predetermined interval in the axial direction;
(20), and the first and second fixed magnets (19), (
a movable magnet (21) which is arranged to face each other between the movable magnet (20) and connected to the piston (5);
1) and the fixed magnets (19), (20) have the same magnetic poles on their opposing surfaces, and both the fixed magnets (19), (20)
A free piston compressor characterized in that the piston (5) is held in a neutral position of the reciprocating stroke by the repulsive force between the movable magnet (21) and the movable magnet (21).
1)内に設けられたシリンダ(4)と、該シリンダ(4
)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ(4)内空間に
圧縮室(6)を区画形成するピストン(5)と、該ピス
トン(5)を往復駆動するリニアモータ(9)と、上記
ピストン(5)をシリンダ(4)内で往復動可能にケー
シング(1)に対し弾性支持する支持手段(15)とを
備えてなり、上記支持手段(15′)は、上記ケーシン
グ(1)に固定された固定磁石(22)と、上記固定磁
石(22)の両側にシリンダ(4)の軸心方向に所定間
隔をあけて対向配置され、上記ピストン(5)に連結さ
れた第1及び第2の可動磁石(23),(24)とを有
し、上記可動磁石(23),(24)と固定磁石(22
)との対向面は互いに同じ磁極とされていて、両可動磁
石(23),(24)と固定磁石(22)との反発力に
よりピストン(5)を往復動ストロークの中立位置に保
持するように構成されていることを特徴とするフリーピ
ストン圧縮機。[Claim 2] A casing (1) and a casing (
1) a cylinder (4) provided in the cylinder (4);
), the piston (5) is reciprocably fitted in the cylinder (4) and defines a compression chamber (6) in the inner space of the cylinder (4); a linear motor (9) that reciprocates the piston (5); The support means (15) elastically supports the piston (5) against the casing (1) so as to be able to reciprocate within the cylinder (4), and the support means (15') A fixed fixed magnet (22), and first and second magnets arranged opposite to each other at a predetermined interval in the axial direction of the cylinder (4) on both sides of the fixed magnet (22) and connected to the piston (5). 2 movable magnets (23), (24), and the movable magnets (23), (24) and the fixed magnet (22
) have the same magnetic poles, and the piston (5) is held at the neutral position of the reciprocating stroke by the repulsive force between both movable magnets (23), (24) and the fixed magnet (22). A free piston compressor characterized by comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3105511A JP2541394B2 (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Free piston compressor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3105511A JP2541394B2 (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Free piston compressor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04335962A true JPH04335962A (en) | 1992-11-24 |
| JP2541394B2 JP2541394B2 (en) | 1996-10-09 |
Family
ID=14409629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3105511A Expired - Lifetime JP2541394B2 (en) | 1991-05-10 | 1991-05-10 | Free piston compressor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2541394B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6231310B1 (en) | 1996-07-09 | 2001-05-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
| US6886348B2 (en) | 2000-11-01 | 2005-05-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerating machine |
| JP2020530893A (en) * | 2017-08-14 | 2020-10-29 | レイセオン カンパニー | Ultra-high efficiency push-pull compressor for cryocoolers, etc. |
-
1991
- 1991-05-10 JP JP3105511A patent/JP2541394B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6231310B1 (en) | 1996-07-09 | 2001-05-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
| US6379125B1 (en) | 1996-07-09 | 2002-04-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
| US6886348B2 (en) | 2000-11-01 | 2005-05-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerating machine |
| JP2020530893A (en) * | 2017-08-14 | 2020-10-29 | レイセオン カンパニー | Ultra-high efficiency push-pull compressor for cryocoolers, etc. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2541394B2 (en) | 1996-10-09 |
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