JP3173492B2 - リニア圧縮機 - Google Patents
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- 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
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
- F04B35/04—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric
- F04B35/045—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for the means being electric using solenoids
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
- F25B2309/14241—Pulse tubes with basic schematic including an orifice reservoir multiple inlet pulse tube
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、畜冷器内で作動流
体を膨張圧縮させることにより被冷却体を冷却するパル
ス管冷凍機やスターリング冷凍機等の畜冷器式冷凍機に
適用されるリニア圧縮機に関するものである。
体を膨張圧縮させることにより被冷却体を冷却するパル
ス管冷凍機やスターリング冷凍機等の畜冷器式冷凍機に
適用されるリニア圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】畜冷器式冷凍機用のリニア圧縮機とし
て、永久磁石（マグネット）が埋設された可動部材に対
して複数個の電磁石（励磁コイル）を放射状に配設した
星形リニア圧縮機が知られている。
て、永久磁石（マグネット）が埋設された可動部材に対
して複数個の電磁石（励磁コイル）を放射状に配設した
星形リニア圧縮機が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したリニ
ア圧縮機では、圧縮機の部品が全て圧力容器の中に入っ
ているため、推力を増大させるべくアクチュエータの寸
法を拡大すると、圧力容器や他の接続部品の体積（重
量）が大きくなるという問題がある。また、コイル部が
圧力容器内部にあるため、コイル放熱性が悪いという問
題がある。
ア圧縮機では、圧縮機の部品が全て圧力容器の中に入っ
ているため、推力を増大させるべくアクチュエータの寸
法を拡大すると、圧力容器や他の接続部品の体積（重
量）が大きくなるという問題がある。また、コイル部が
圧力容器内部にあるため、コイル放熱性が悪いという問
題がある。
【０００４】本発明は、上記点に鑑み、リニア圧縮機の
小型軽量化及び放熱性の改善を図ることを目的とする。
小型軽量化及び放熱性の改善を図ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
２に記載の発明では、畜冷器（２００）内と連通するパ
イプ状の圧力容器（１１０）と、圧力容器（１１０）内
で往復運動して作動流体を膨張圧縮するとともに、磁界
を誘起する永久磁石（１２２）を有する可動部材（１２
０）と、圧力容器（１１０）外に位置して固定され、通
電することにより磁界を誘起する複数個の電磁石（１３
０）とを備え、複数個の電磁石（１３０）により誘起さ
れた磁界の極性を周期的に変化させることにより前記可
動部材（１２０）を往復運動させ、さらに、複数個の電
磁石（１３０）は、圧力容器（１１０）の長手方向に並
んで配設されており、可動部材（１２０）は、板状の支
持部材（１５０）により変位可能に支持され、支持部材
（１５０）は、圧力容器（１１０）の長手方向と垂直方
向の大きさが圧力容器（１１０）より大きい支持部材ケ
ース（１６０）内に収納されていることを特徴とする。
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜
２に記載の発明では、畜冷器（２００）内と連通するパ
イプ状の圧力容器（１１０）と、圧力容器（１１０）内
で往復運動して作動流体を膨張圧縮するとともに、磁界
を誘起する永久磁石（１２２）を有する可動部材（１２
０）と、圧力容器（１１０）外に位置して固定され、通
電することにより磁界を誘起する複数個の電磁石（１３
０）とを備え、複数個の電磁石（１３０）により誘起さ
れた磁界の極性を周期的に変化させることにより前記可
動部材（１２０）を往復運動させ、さらに、複数個の電
磁石（１３０）は、圧力容器（１１０）の長手方向に並
んで配設されており、可動部材（１２０）は、板状の支
持部材（１５０）により変位可能に支持され、支持部材
（１５０）は、圧力容器（１１０）の長手方向と垂直方
向の大きさが圧力容器（１１０）より大きい支持部材ケ
ース（１６０）内に収納されていることを特徴とする。
【０００６】これにより、圧力容器（１１０）の最大断
面寸法を拡大することなく、電磁石（１３０）の個数を
増やすことができるので、圧力容器（１１０）の肉厚を
拡大することなく、電磁石（１３０）の個数を増やすこ
とができる。したがって、リニア圧縮機の軽量化を図り
つつ、リニア圧縮機を小型にすることができる。
面寸法を拡大することなく、電磁石（１３０）の個数を
増やすことができるので、圧力容器（１１０）の肉厚を
拡大することなく、電磁石（１３０）の個数を増やすこ
とができる。したがって、リニア圧縮機の軽量化を図り
つつ、リニア圧縮機を小型にすることができる。
【０００７】また、複数個の電磁石（１３０）を圧力容
器（１１０）外に配置しているので、電磁石を圧力容器
（１１０）の内部に配設したものに比べて、圧力容器
（１１０）や他の接続部品を小さくすることができ、リ
ニア圧縮機の軽量化を図ることができるとともに、通電
により発熱する電磁石（１３０）の放熱性を改善するこ
とができる。さらに、可動部材（１２０）に永久磁石
（１２２）が配設されているので、可動部材（１２０）
に発生する推力は、永久磁石（１２２）の磁力と電磁石
（１３１、１３２）の磁力との和に応じた大きさとな
る。したがって、電磁石のみによって推力を得る場合に
比べて、リニア圧縮機に投入する電力（エネルギ）を小
さくすることができる。
器（１１０）外に配置しているので、電磁石を圧力容器
（１１０）の内部に配設したものに比べて、圧力容器
（１１０）や他の接続部品を小さくすることができ、リ
ニア圧縮機の軽量化を図ることができるとともに、通電
により発熱する電磁石（１３０）の放熱性を改善するこ
とができる。さらに、可動部材（１２０）に永久磁石
（１２２）が配設されているので、可動部材（１２０）
に発生する推力は、永久磁石（１２２）の磁力と電磁石
（１３１、１３２）の磁力との和に応じた大きさとな
る。したがって、電磁石のみによって推力を得る場合に
比べて、リニア圧縮機に投入する電力（エネルギ）を小
さくすることができる。
【０００８】
【０００９】請求項３、４に記載の発明では、畜冷器
（２００）内と連通する丸パイプ状の圧力容器（１１
０）と、圧力容器（１１０）内で往復運動して作動流体
を膨張圧縮するとともに、永久磁石（１２２）が固定さ
れた円柱状の可動部材（１２０）と、圧力容器（１１
０）の外部空間に固定され、磁界を誘起する複数個の電
磁石（１３０）とを備え、複数個の電磁石（１３０）に
より誘起された磁界の極性を周期的に変化させることに
より可動部材（１２０）を往復運動させ、さらに、複数
個の電磁石（１３０）は、圧力容器（１１０）を挟んで
対向するするように配置された状態で、圧力容器（１１
０）の長手方向に並んで配設されており、 可動部材（１
２０）は、板状の支持部材（１５０）により変位可能に
支持され、支持部材（１５０）は、圧力容器（１１０）
の長手方向と垂直方向の大きさが圧力容器（１１０）よ
り大きい支持部材ケース（１６０）内に収納されている
ことを特徴とする。
（２００）内と連通する丸パイプ状の圧力容器（１１
０）と、圧力容器（１１０）内で往復運動して作動流体
を膨張圧縮するとともに、永久磁石（１２２）が固定さ
れた円柱状の可動部材（１２０）と、圧力容器（１１
０）の外部空間に固定され、磁界を誘起する複数個の電
磁石（１３０）とを備え、複数個の電磁石（１３０）に
より誘起された磁界の極性を周期的に変化させることに
より可動部材（１２０）を往復運動させ、さらに、複数
個の電磁石（１３０）は、圧力容器（１１０）を挟んで
対向するするように配置された状態で、圧力容器（１１
０）の長手方向に並んで配設されており、 可動部材（１
２０）は、板状の支持部材（１５０）により変位可能に
支持され、支持部材（１５０）は、圧力容器（１１０）
の長手方向と垂直方向の大きさが圧力容器（１１０）よ
り大きい支持部材ケース（１６０）内に収納されている
ことを特徴とする。
【００１０】これにより、請求項１に記載の発明と同様
に、リニア圧縮機の軽量化を図りつつ、リニア圧縮機を
小型にすることができる。また、複数個の電磁石（１３
０）は、圧力容器（１１０）を挟んで対向するするよう
に配置されているので、磁気ギャップが２カ所となり、
磁気抵抗が過度に増大することを防止できる。
に、リニア圧縮機の軽量化を図りつつ、リニア圧縮機を
小型にすることができる。また、複数個の電磁石（１３
０）は、圧力容器（１１０）を挟んで対向するするよう
に配置されているので、磁気ギャップが２カ所となり、
磁気抵抗が過度に増大することを防止できる。
【００１１】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
【００１２】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係るリニア圧縮機（以下、圧縮機と略す。）を
パルス管冷凍機に適用したものであって、図１はパルス
管冷凍機のである。なお、パルス管冷凍機全体としての
作動は、特許第２６９９９５７号に記載の発明と同様で
あるので、本明細書では、パルス管冷凍機そのものの作
動説明は省略する。
本発明に係るリニア圧縮機（以下、圧縮機と略す。）を
パルス管冷凍機に適用したものであって、図１はパルス
管冷凍機のである。なお、パルス管冷凍機全体としての
作動は、特許第２６９９９５７号に記載の発明と同様で
あるので、本明細書では、パルス管冷凍機そのものの作
動説明は省略する。
【００１３】１００は本実施形態に係る圧縮機（流体駆
動装置）であり、この圧縮機１００により後述する畜冷
器２００内で作動流体（具体的には、Ｈe 、Ｎ2 、Ｈ
2、Ａｒ、Ｎｅ等）を膨張圧縮（定在波成分を発生）さ
せるとともに、作動流体に変位（進行波成分）を与え
る。なお、圧縮機１００の詳細構造は、後述する。２０
０は作動流体との間で熱の授受を行う蓄冷器であり、こ
の蓄冷器２００は、その内部を流通する作動流体の圧縮
時においては、作動流体から熱を速やかに吸収するとと
もに、膨張時においては、その吸熱した熱を速やかに作
動流体に与える必要があることから、作動流体より十分
に熱容量が大きく、かつ、熱伝導率の比較的高い材料に
て構成されている。
動装置）であり、この圧縮機１００により後述する畜冷
器２００内で作動流体（具体的には、Ｈe 、Ｎ2 、Ｈ
2、Ａｒ、Ｎｅ等）を膨張圧縮（定在波成分を発生）さ
せるとともに、作動流体に変位（進行波成分）を与え
る。なお、圧縮機１００の詳細構造は、後述する。２０
０は作動流体との間で熱の授受を行う蓄冷器であり、こ
の蓄冷器２００は、その内部を流通する作動流体の圧縮
時においては、作動流体から熱を速やかに吸収するとと
もに、膨張時においては、その吸熱した熱を速やかに作
動流体に与える必要があることから、作動流体より十分
に熱容量が大きく、かつ、熱伝導率の比較的高い材料に
て構成されている。
【００１４】具体的には、ステンレス、銅、銅合金等か
らなる金属網状体（金属メッシュ）を積層するか、若し
くはステンレス・鉛等の金属球等を密閉容器内に封入し
たものである。このとき、圧縮機１００から蓄冷器２０
０を経て後述する冷却部２１０に熱が伝導すると、冷却
部２１０の冷却能力が低下するので、蓄冷器２００での
熱伝導を極力抑制する必要がある。このため、金属網状
体にて畜冷器２００を構成するときは、金属網状態の積
層方向を作動流体の変位方向（蓄冷器２００の軸方向）
に設定することが好ましい。
らなる金属網状体（金属メッシュ）を積層するか、若し
くはステンレス・鉛等の金属球等を密閉容器内に封入し
たものである。このとき、圧縮機１００から蓄冷器２０
０を経て後述する冷却部２１０に熱が伝導すると、冷却
部２１０の冷却能力が低下するので、蓄冷器２００での
熱伝導を極力抑制する必要がある。このため、金属網状
体にて畜冷器２００を構成するときは、金属網状態の積
層方向を作動流体の変位方向（蓄冷器２００の軸方向）
に設定することが好ましい。
【００１５】また、蓄冷器２００の端部には被冷却体
（超伝導体や赤外線センサ等）を直接接触させて冷却す
る冷却部２１０が設けられており、この冷却部２１０
は、銅、インジウム等の熱伝導率の高い金属にて形成さ
れている。３００は冷却部２１０に隣接して蓄冷器２０
０内空間と連通するように配置されたパルス管であり、
このパルス管３００はステンレス、チタン、チタン合金
等からなる薄肉金属パイプで構成されている。
（超伝導体や赤外線センサ等）を直接接触させて冷却す
る冷却部２１０が設けられており、この冷却部２１０
は、銅、インジウム等の熱伝導率の高い金属にて形成さ
れている。３００は冷却部２１０に隣接して蓄冷器２０
０内空間と連通するように配置されたパルス管であり、
このパルス管３００はステンレス、チタン、チタン合金
等からなる薄肉金属パイプで構成されている。
【００１６】４００はパルス管３００内から変位した作
動流体を一時的に蓄えるバッファタンクで、このバッフ
ァタンク４００とパルス管３００との間には、パルス管
３００とバッファタンク４００との圧力差が所定値に達
したとき開くように構成された第１リリーフバルブ５０
０及び第２リリーフバルブ６００（流体変位制御弁装
置）が配置されている。
動流体を一時的に蓄えるバッファタンクで、このバッフ
ァタンク４００とパルス管３００との間には、パルス管
３００とバッファタンク４００との圧力差が所定値に達
したとき開くように構成された第１リリーフバルブ５０
０及び第２リリーフバルブ６００（流体変位制御弁装
置）が配置されている。
【００１７】さらに、第１リリーフバルブ５００はパル
ス管３００からバッファタンク４００へと変位する作動
流体を閉止するように構成されており、第２リリーフバ
ルブ６００はバッファタンク４００からパルス管３００
へと変位する作動流体を閉止するように構成されてい
る。なお、圧縮機１００、蓄冷器２００、冷却部２１
０、パルス管３００、両リリーフバルブ５００、６００
及びバッファタンク４００は、（一次元モデルにおい
て）作動流体の変位方向に直列に配置されており、蓄冷
器２００、冷却部２１０及びパルス管３００（図１の２
点鎖線で囲まれて構成部）は、外部との断熱のため、図
示しない真空容器の内部に配設されている。
ス管３００からバッファタンク４００へと変位する作動
流体を閉止するように構成されており、第２リリーフバ
ルブ６００はバッファタンク４００からパルス管３００
へと変位する作動流体を閉止するように構成されてい
る。なお、圧縮機１００、蓄冷器２００、冷却部２１
０、パルス管３００、両リリーフバルブ５００、６００
及びバッファタンク４００は、（一次元モデルにおい
て）作動流体の変位方向に直列に配置されており、蓄冷
器２００、冷却部２１０及びパルス管３００（図１の２
点鎖線で囲まれて構成部）は、外部との断熱のため、図
示しない真空容器の内部に配設されている。
【００１８】７００は蓄冷器２００を迂回してパルス管
３００のバッファタンク４００側と圧縮機１００とを結
ぶダブルインレットパイプ（管）で、このダブルインレ
ットパイプ７００により圧縮機１００によって作動流体
に与えられた圧力は、パルス管３００のバッファタンク
４００側からパルス管３００内に入力される。また、ダ
ブルインレットパイプ７００には電磁弁（流体圧縮制御
弁装置）８００が配置されており、この電磁弁８００を
開閉することによりダブルインレットパイプ７００の連
通状態を制御している。
３００のバッファタンク４００側と圧縮機１００とを結
ぶダブルインレットパイプ（管）で、このダブルインレ
ットパイプ７００により圧縮機１００によって作動流体
に与えられた圧力は、パルス管３００のバッファタンク
４００側からパルス管３００内に入力される。また、ダ
ブルインレットパイプ７００には電磁弁（流体圧縮制御
弁装置）８００が配置されており、この電磁弁８００を
開閉することによりダブルインレットパイプ７００の連
通状態を制御している。
【００１９】次に、圧縮機１００について述べる。図２
（ａ）は圧縮１００の模式図であり、この圧縮機１００
は、畜冷器２００と圧縮機１００の吐出口１１１とを接
続する配管９００を挟んで対称となるような構造（対向
ピストン型構造）となっている。１１０は配管９００を
介して畜冷器２００内に連通する丸パイプ状に形成され
たステンレス製の圧力容器であり、この圧力容器１１０
内には、圧力容器１１０の長手方向に往復運動する略円
柱状の可動部材１２０が配設されている。
（ａ）は圧縮１００の模式図であり、この圧縮機１００
は、畜冷器２００と圧縮機１００の吐出口１１１とを接
続する配管９００を挟んで対称となるような構造（対向
ピストン型構造）となっている。１１０は配管９００を
介して畜冷器２００内に連通する丸パイプ状に形成され
たステンレス製の圧力容器であり、この圧力容器１１０
内には、圧力容器１１０の長手方向に往復運動する略円
柱状の可動部材１２０が配設されている。
【００２０】そして、可動部材１２０の長手方向一端側
（吐出口１１１側）には、圧力容器１１０の内壁に対し
て微少な隙間を有して位置する円柱状のピストン部１２
１が設けられており、このピストン部１２１が可動部材
１２０と一体に往復運動することにより作動流体が膨張
圧縮される。因みに、圧力容器１１０のうちピストン部
１２１が往復稼働する部位を特にシリンダと呼び、この
シリンダは、ピストン部１２１と略等しい線膨張係数を
有する材質にて形成されている。
（吐出口１１１側）には、圧力容器１１０の内壁に対し
て微少な隙間を有して位置する円柱状のピストン部１２
１が設けられており、このピストン部１２１が可動部材
１２０と一体に往復運動することにより作動流体が膨張
圧縮される。因みに、圧力容器１１０のうちピストン部
１２１が往復稼働する部位を特にシリンダと呼び、この
シリンダは、ピストン部１２１と略等しい線膨張係数を
有する材質にて形成されている。
【００２１】また、可動部材１２０のうちピストン部１
２１より長手方向他端側には、盤状の永久磁石（第１磁
界発生手段）１２２が固定（埋設）されたプランジャ部
１２３が設けられており、このプランジャ部１２３とピ
ストン部１２１とは、ねじ結合されている。なお、永久
磁石１２２の両極側（Ｎ極・Ｓ極側）には、永久磁石１
２２にて誘起された磁束を両極側に集合させて両極にお
ける磁束密度を高めるべく、強磁性体からなるヨーク１
２４が設けらており、可動部材１２０のうちヨーク１２
４及び永久磁石１２２以外の部位（ピストン部１２１を
含む。）は、非磁性材にて構成されている。
２１より長手方向他端側には、盤状の永久磁石（第１磁
界発生手段）１２２が固定（埋設）されたプランジャ部
１２３が設けられており、このプランジャ部１２３とピ
ストン部１２１とは、ねじ結合されている。なお、永久
磁石１２２の両極側（Ｎ極・Ｓ極側）には、永久磁石１
２２にて誘起された磁束を両極側に集合させて両極にお
ける磁束密度を高めるべく、強磁性体からなるヨーク１
２４が設けらており、可動部材１２０のうちヨーク１２
４及び永久磁石１２２以外の部位（ピストン部１２１を
含む。）は、非磁性材にて構成されている。
【００２２】具体的には、ピストン部１２１及びプラン
ジャ部１２３はアルミニウム製であり、ヨーク１２４は
炭素含有量の小さい鉄系金属製である。一方、永久磁石
１２２により誘起された磁界（磁場）のうち圧力容器１
１０の外部空間には、圧力容器１１０を挟んで対向する
ように配置された第１、２電磁石（第２磁界発生手段）
１３１、１３２を１組（以下、この第１、２電磁石１３
１、１３２を電磁石１３０と呼ぶ。）として、複数組
（本実施形態では２×２組）の電磁石１３０が圧力容器
１１０の長手方向に並んで、圧力容器１１０と共に台座
１４０に固定されている。
ジャ部１２３はアルミニウム製であり、ヨーク１２４は
炭素含有量の小さい鉄系金属製である。一方、永久磁石
１２２により誘起された磁界（磁場）のうち圧力容器１
１０の外部空間には、圧力容器１１０を挟んで対向する
ように配置された第１、２電磁石（第２磁界発生手段）
１３１、１３２を１組（以下、この第１、２電磁石１３
１、１３２を電磁石１３０と呼ぶ。）として、複数組
（本実施形態では２×２組）の電磁石１３０が圧力容器
１１０の長手方向に並んで、圧力容器１１０と共に台座
１４０に固定されている。
【００２３】因みに、電磁石１３０は、図３に示すよう
に、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａ及び両励磁
コイル１３１ａ、１３２ａにより誘起された磁束の磁路
を構成するヨーク１３３から構成されており、ヨーク１
３３は、ヨーク１３３内で渦電流が発生することを抑制
すべく、電磁鋼板又はけい素鋼板を積層することによっ
て形成されている。
に、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａ及び両励磁
コイル１３１ａ、１３２ａにより誘起された磁束の磁路
を構成するヨーク１３３から構成されており、ヨーク１
３３は、ヨーク１３３内で渦電流が発生することを抑制
すべく、電磁鋼板又はけい素鋼板を積層することによっ
て形成されている。
【００２４】ところで、可動部材１２０は、図２（ａ）
に示すように、ピストン部１２１及びプランジャ部１２
３が圧力容器１１０の内壁に接触することがないよう
に、その長手方向両端側にて、薄帯板状の板バネ１５１
を積層した支持部材１５０により支持されており、この
支持部材１５０は、丸パイプ状に形成されたステンレス
製の支持部材ケース１６０内に収納されている。
に示すように、ピストン部１２１及びプランジャ部１２
３が圧力容器１１０の内壁に接触することがないよう
に、その長手方向両端側にて、薄帯板状の板バネ１５１
を積層した支持部材１５０により支持されており、この
支持部材１５０は、丸パイプ状に形成されたステンレス
製の支持部材ケース１６０内に収納されている。
【００２５】そして、支持部材１５０の各板バネ１５１
は、図４に示すように、板バネ１５１の長手方向各部位
における最大応力が略等しくなるように、中央部で細く
くびれた形状に成形されている。因みに、図４中、斜線
部は各板バネ１５１を支持部材ケース１６０に固定する
ための固定部である。ところで、本実施形態では、ピス
トン部１２１には、ピストンリング等の摺動しながら気
密性を保持するシール手段を設けず、ピストン部１２１
と圧力容器１１０の内壁との隙間を微少とすることで、
一種のメカニカルシールを構成して気密性を保持してい
るので、圧力容器１１０のうちプランジャ１２３側の空
間にも内圧が作用する。このため、支持部材ケース１６
０は、圧力容器１１０に連通しているため、圧力容器１
１０と共に内圧が作用する圧力容器として機能する。
は、図４に示すように、板バネ１５１の長手方向各部位
における最大応力が略等しくなるように、中央部で細く
くびれた形状に成形されている。因みに、図４中、斜線
部は各板バネ１５１を支持部材ケース１６０に固定する
ための固定部である。ところで、本実施形態では、ピス
トン部１２１には、ピストンリング等の摺動しながら気
密性を保持するシール手段を設けず、ピストン部１２１
と圧力容器１１０の内壁との隙間を微少とすることで、
一種のメカニカルシールを構成して気密性を保持してい
るので、圧力容器１１０のうちプランジャ１２３側の空
間にも内圧が作用する。このため、支持部材ケース１６
０は、圧力容器１１０に連通しているため、圧力容器１
１０と共に内圧が作用する圧力容器として機能する。
【００２６】因みに、可動部材１２０（ピストン部１２
１及びプランジャ部１２３）は、圧力容器１１０の内壁
に接触することなく往復運動するが、外部からの振動等
により可動部材１２０が振動した際には、圧力容器１１
０との隙間（クリアランス）が小さいピストン部１２１
は、圧力容器１１０内壁に接触する可能性がある。そこ
で、本実施形態では、ピストン部１２１の外周壁に樹脂
を被覆してピストン部１２１及び圧力容器１１０の内壁
を保護している。
１及びプランジャ部１２３）は、圧力容器１１０の内壁
に接触することなく往復運動するが、外部からの振動等
により可動部材１２０が振動した際には、圧力容器１１
０との隙間（クリアランス）が小さいピストン部１２１
は、圧力容器１１０内壁に接触する可能性がある。そこ
で、本実施形態では、ピストン部１２１の外周壁に樹脂
を被覆してピストン部１２１及び圧力容器１１０の内壁
を保護している。
【００２７】ところで、圧縮機１００（電磁石１３０）
は、コントローラ（電子制御装置）９００によって制御
されており、コントローラ９００は、可動部材１２０、
支持部材１５０及び圧力容器１１０内の作動流体の弾性
特性を考慮した振動系の固有振動数と等しい周波数の交
流電流を電磁石１３０に通電して電磁石１３０の極性を
周期的に変化させることにより、電磁石１３０と可動部
材１２０に埋設された永久磁石１２２との間に発生する
引力及び斥力の向きを周期的に反転させて可動部材１２
０を往復運動させている。
は、コントローラ（電子制御装置）９００によって制御
されており、コントローラ９００は、可動部材１２０、
支持部材１５０及び圧力容器１１０内の作動流体の弾性
特性を考慮した振動系の固有振動数と等しい周波数の交
流電流を電磁石１３０に通電して電磁石１３０の極性を
周期的に変化させることにより、電磁石１３０と可動部
材１２０に埋設された永久磁石１２２との間に発生する
引力及び斥力の向きを周期的に反転させて可動部材１２
０を往復運動させている。
【００２８】なお、本実施形態に係る圧縮機では、可動
部材１２０が上死点（ピストン部１２１が吐出口１１１
に最も近づいた時）と下死点（ピストン部１２１が吐出
口１１１に最も離れた時）との中間位置に到達した時
（以下、この時の可動部材１２０の位置を振幅の中心と
呼ぶ。）において、永久磁石１２２と電磁石１３０との
間のパーミアンスの変化率が最大となるように、永久磁
石１２２及び電磁石１３０が配置されている。このた
め、本実施形態に係る圧縮機では、図５に示すように、
可動部材１２０に作用する推力は、振幅の中心にて最大
となる。
部材１２０が上死点（ピストン部１２１が吐出口１１１
に最も近づいた時）と下死点（ピストン部１２１が吐出
口１１１に最も離れた時）との中間位置に到達した時
（以下、この時の可動部材１２０の位置を振幅の中心と
呼ぶ。）において、永久磁石１２２と電磁石１３０との
間のパーミアンスの変化率が最大となるように、永久磁
石１２２及び電磁石１３０が配置されている。このた
め、本実施形態に係る圧縮機では、図５に示すように、
可動部材１２０に作用する推力は、振幅の中心にて最大
となる。
【００２９】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態によれば、複数組の電磁石１３０が圧力容器１１０
の長手方向に並んで配置されているので、圧力容器１１
０の径寸法を拡大することなく、電磁石１３０の個数を
増やすことができる。したがって、圧力容器１１０の肉
厚を拡大することなく、電磁石１３０の個数を増やせる
ので、圧縮機１００の軽量化を図りつつ、圧縮機１００
を小型にすることができる。
形態によれば、複数組の電磁石１３０が圧力容器１１０
の長手方向に並んで配置されているので、圧力容器１１
０の径寸法を拡大することなく、電磁石１３０の個数を
増やすことができる。したがって、圧力容器１１０の肉
厚を拡大することなく、電磁石１３０の個数を増やせる
ので、圧縮機１００の軽量化を図りつつ、圧縮機１００
を小型にすることができる。
【００３０】また、複数個の電磁石１３０を圧力容器１
１０外に配置しているので、磁界を誘起する磁界発生手
段を圧力容器１１０の内部に配設したものに比べて、圧
力容器１１０や他の接続部品を小さくすることができ、
圧縮機１００の軽量化を図ることができるとともに、放
熱性を改善することができる。また、支持部材１５０
は、耐圧性に優れた丸パイプ状の支持部材ケース１６０
内に収納されているので、支持部材ケース１６０の小型
軽量化を図ることができる。延いては、圧縮機１００の
小型軽量化を図ることができる。
１０外に配置しているので、磁界を誘起する磁界発生手
段を圧力容器１１０の内部に配設したものに比べて、圧
力容器１１０や他の接続部品を小さくすることができ、
圧縮機１００の軽量化を図ることができるとともに、放
熱性を改善することができる。また、支持部材１５０
は、耐圧性に優れた丸パイプ状の支持部材ケース１６０
内に収納されているので、支持部材ケース１６０の小型
軽量化を図ることができる。延いては、圧縮機１００の
小型軽量化を図ることができる。
【００３１】ところで、圧力容器１１０内には作動流体
が充満しているので、可動部材１２０は、作動流体から
の粘性抵抗を受けながら往復運動することとなる。この
ため、可動部材１２０には、可動部材１２０の早さが最
大となる振幅の中心にて最も大きな粘性抵抗が作用す
る。これに対して、本実施形態に係る圧縮機では、振幅
の中心にて可動部材１２０の推力が最大となるので、圧
縮機１００を効率よく稼働させることができる。
が充満しているので、可動部材１２０は、作動流体から
の粘性抵抗を受けながら往復運動することとなる。この
ため、可動部材１２０には、可動部材１２０の早さが最
大となる振幅の中心にて最も大きな粘性抵抗が作用す
る。これに対して、本実施形態に係る圧縮機では、振幅
の中心にて可動部材１２０の推力が最大となるので、圧
縮機１００を効率よく稼働させることができる。
【００３２】また、複数個の電磁石１３０が圧力容器１
１０を挟んで対向するするように配置されているので、
磁気ギャップが２カ所となり、磁気抵抗が過度に増大す
ることを防止できる。また、ピストン部１２１及びプラ
ンジャ部１２３が圧力容器１１０の内壁に接触すること
がないように、その長手方向両端側にて、薄帯板状の板
バネ１５１を積層した支持部材１５０により支持されて
いるので、円盤状の板バネ等によりピストン部１２１及
びプランジャ部１２３を指示する場合に比べて、圧縮機
１００の小型化を図ることができる。
１０を挟んで対向するするように配置されているので、
磁気ギャップが２カ所となり、磁気抵抗が過度に増大す
ることを防止できる。また、ピストン部１２１及びプラ
ンジャ部１２３が圧力容器１１０の内壁に接触すること
がないように、その長手方向両端側にて、薄帯板状の板
バネ１５１を積層した支持部材１５０により支持されて
いるので、円盤状の板バネ等によりピストン部１２１及
びプランジャ部１２３を指示する場合に比べて、圧縮機
１００の小型化を図ることができる。
【００３３】（第２実施形態）本実施形態は、可動部材
１２０の推力は、永久磁石１２２と電磁石１３０との間
のパーミアンスの変化率に比例して大きくなることに着
目してなされたものである。具体的には、図６に示すよ
うに、ヨーク１３３のうち第１、２励磁コイル１３１
ａ、１３２ａを貫通して永久磁石１２２と対向する部位
に、永久磁石１２２側に向かって突出する複数個（本実
施形態では３個）の凸部１３３ａを形成したものであ
る。
１２０の推力は、永久磁石１２２と電磁石１３０との間
のパーミアンスの変化率に比例して大きくなることに着
目してなされたものである。具体的には、図６に示すよ
うに、ヨーク１３３のうち第１、２励磁コイル１３１
ａ、１３２ａを貫通して永久磁石１２２と対向する部位
に、永久磁石１２２側に向かって突出する複数個（本実
施形態では３個）の凸部１３３ａを形成したものであ
る。
【００３４】これにより、磁束密度が大きくなり、パー
ミアンスの変化率を大きくするこができるので、可動部
材１２０の推力を増大させることができる。 （第３実施形態）本実施形態は、図７に示すように、ヨ
ーク１３３のうち永久磁石１２２と対向する部位（以
下、この部位をヨーク１３３の極と呼ぶ。）を増やすこ
とにより、可動部材１２０の推力を増大させたものであ
る。
ミアンスの変化率を大きくするこができるので、可動部
材１２０の推力を増大させることができる。 （第３実施形態）本実施形態は、図７に示すように、ヨ
ーク１３３のうち永久磁石１２２と対向する部位（以
下、この部位をヨーク１３３の極と呼ぶ。）を増やすこ
とにより、可動部材１２０の推力を増大させたものであ
る。
【００３５】なお、この実施形態では、可動部材１２０
の軸芯を中心に、四方向からヨーク１３３の極を永久磁
石１２２に対向させているので、各ヨーク１３３の極と
永久磁石１２２の極との間で磁力の不釣り合いが生じな
いように、可動部材１２０を上述の実施形態に対してそ
の軸芯周りに（本実施形態では、反時計回りに４５°）
回転させた位置にて支持している。
の軸芯を中心に、四方向からヨーク１３３の極を永久磁
石１２２に対向させているので、各ヨーク１３３の極と
永久磁石１２２の極との間で磁力の不釣り合いが生じな
いように、可動部材１２０を上述の実施形態に対してそ
の軸芯周りに（本実施形態では、反時計回りに４５°）
回転させた位置にて支持している。
【００３６】（第４実施形態）本実施形態は、第３実施
形態において、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａ
にて誘起された磁束の流れ規制することにより、永久磁
石１２２の極に対してヨーク１３３の極にて発生する磁
極（Ｎ極・Ｓ極）が適切になるようにしたものである。
形態において、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａ
にて誘起された磁束の流れ規制することにより、永久磁
石１２２の極に対してヨーク１３３の極にて発生する磁
極（Ｎ極・Ｓ極）が適切になるようにしたものである。
【００３７】すなわち、可動部材１２０は、前述のごと
く、永久磁石１２２と電磁石１３０との引力及び斥力を
利用して往復運動するものであるので、圧力容器１１０
を挟んで対向するヨーク１３３の極の磁極は、異なった
磁極でなければならない。しかし、第３実施形態では、
第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａ内を流れる磁束
が、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａから出た
後、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａの軸線に対
して対称的にヨーク１３３内を流れると、圧力容器１１
０を挟んで対向するヨーク１３３の極の磁極が、等しく
なる可能性がある。
く、永久磁石１２２と電磁石１３０との引力及び斥力を
利用して往復運動するものであるので、圧力容器１１０
を挟んで対向するヨーク１３３の極の磁極は、異なった
磁極でなければならない。しかし、第３実施形態では、
第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａ内を流れる磁束
が、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａから出た
後、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａの軸線に対
して対称的にヨーク１３３内を流れると、圧力容器１１
０を挟んで対向するヨーク１３３の極の磁極が、等しく
なる可能性がある。
【００３８】そこで、本実施形態では、図８に示すよう
に、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａの軸線に対
して一方側のヨーク１３３のみ磁束が流れるように、軸
線に対して他方側の部位（網掛け部分）を非磁性体とし
て、軸線に対して一方側の部位のみをヨーク１３３とし
たものである。これにより、圧力容器１１０を挟んで対
向するヨーク１３３の極の磁極を確実に異なった磁極と
することができるので、可動部材１２０の推力を確実に
増大さえることができる。
に、第１、２励磁コイル１３１ａ、１３２ａの軸線に対
して一方側のヨーク１３３のみ磁束が流れるように、軸
線に対して他方側の部位（網掛け部分）を非磁性体とし
て、軸線に対して一方側の部位のみをヨーク１３３とし
たものである。これにより、圧力容器１１０を挟んで対
向するヨーク１３３の極の磁極を確実に異なった磁極と
することができるので、可動部材１２０の推力を確実に
増大さえることができる。
【００３９】（第５実施形態）本実施形態は、図９に示
すように、ヨーク１３３の極の数だけ励磁コイル１３１
ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂを配設することによ
り、圧力容器１１０を挟んで対向するヨーク１３３の極
の磁極を確実に異なった磁極として、可動部材１２０の
推力を確実に増大させたものである。
すように、ヨーク１３３の極の数だけ励磁コイル１３１
ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂを配設することによ
り、圧力容器１１０を挟んで対向するヨーク１３３の極
の磁極を確実に異なった磁極として、可動部材１２０の
推力を確実に増大させたものである。
【００４０】ところで、上述の実施形態では、２×２組
の電磁石１３０を有する圧縮機１００であったが、本発
明はこれに限定されるものではなく、図９に示すよう
に、３×２組以上としてもよい。また、本発明に係るリ
ニア圧縮機は、パルス管冷凍機にその適用が限定される
ものではなく、スターリング冷凍機に対しても適用する
ことができる。
の電磁石１３０を有する圧縮機１００であったが、本発
明はこれに限定されるものではなく、図９に示すよう
に、３×２組以上としてもよい。また、本発明に係るリ
ニア圧縮機は、パルス管冷凍機にその適用が限定される
ものではなく、スターリング冷凍機に対しても適用する
ことができる。
【００４１】また、上述の実施形態では、圧力容器１１
０及び支持部材ケース１６０は、丸パイプ状であった
が、各パイプ状等その他の形状であってもよい。また、
上述の実施形態では、可動部材１２０には、永久磁石１
２２が埋設されていたが、永久磁石１２２に代えて電磁
石として、この電磁石に交流電流を通電してもよい。な
お、この場合、圧力容器１１０の外部に配設された電磁
石１３０に直流電流を通電するか、又は可動部材１２０
に設けた電磁石と電磁石１３０に通電する交流電流の位
相をずらすか、又は電磁石１３０に代えて永久磁石とす
る必要がある。
０及び支持部材ケース１６０は、丸パイプ状であった
が、各パイプ状等その他の形状であってもよい。また、
上述の実施形態では、可動部材１２０には、永久磁石１
２２が埋設されていたが、永久磁石１２２に代えて電磁
石として、この電磁石に交流電流を通電してもよい。な
お、この場合、圧力容器１１０の外部に配設された電磁
石１３０に直流電流を通電するか、又は可動部材１２０
に設けた電磁石と電磁石１３０に通電する交流電流の位
相をずらすか、又は電磁石１３０に代えて永久磁石とす
る必要がある。
【図１】パルス管冷凍機の模式図である。
【図２】（ａ）は圧縮機の模式図であり、（ｂ）は
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図４】板バネの正面図である。
【図５】可動部材の位置と推力との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図６】図２（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面におけ
る第２実施形態に係る圧縮機の断面図である。
る第２実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図７】図２（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面におけ
る第３実施形態に係る圧縮機の断面図である。
る第３実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図８】図２（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面におけ
る第４実施形態に係る圧縮機の断面図である。
る第４実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図９】図２（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面におけ
る第５実施形態に係る圧縮機の断面図である。
る第５実施形態に係る圧縮機の断面図である。
【図１０】本発明の変形例を示す模式図である。
１１０…シリンダ、１２０…可動部材、１２１…ピスト
ン部、１２２…永久磁石（第１磁界発生手段）、１３０
…電磁石（第２磁界発生手段）、１５０…支持部材、１
６０…支持部材ケース。
ン部、１２２…永久磁石（第１磁界発生手段）、１３０
…電磁石（第２磁界発生手段）、１５０…支持部材、１
６０…支持部材ケース。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04B 35/04
Claims (4)
- 【請求項１】 作動流体との間で熱の授受を行う蓄冷器
（２００）を有し、前記畜冷器（２００）内で作動流体
を膨張圧縮させることにより被冷却体を冷却する畜冷器
式冷凍機に適用さるリニア圧縮機であって、 前記畜冷器（２００）内と連通する圧力容器（１１０）
と、 前記圧力容器（１１０）内で往復運動して作動流体を膨
張圧縮させるとともに、磁界を誘起する永久磁石（１２
２）を有する可動部材（１２０）と、 前記圧力容器（１１０）外に位置して固定され、通電す
ることにより磁界を誘起する複数個の電磁石（１３０）
とを備え、 前記複数個の電磁石（１３０）により誘起された磁界の
極性を周期的に変化させることにより前記可動部材（１
２０）を往復運動させ、 さらに、前記複数個の電磁石（１３０）は、前記圧力容
器（１１０）の長手方向に並んで配設されており、 前記可動部材（１２０）は、板状の支持部材（１５０）
により変位可能に支持され、前記支持部材（１５０）
は、前記圧力容器（１１０）の長手方向と垂直方向の大
きさが前記圧力容器（１１０）より大きい支持部材ケー
ス（１６０）内に収納されている ことを特徴とするリニ
ア圧縮機。 - 【請求項２】 前記圧力容器（１１０）は、円状の断面
を有する丸パイプ状であることを特徴とする請求項１に
記載のリニア圧縮機。 - 【請求項３】 作動流体との間で熱の授受を行う蓄冷器
（２００）を有し、前記畜冷器（２００）内で作動流体
を膨張圧縮させることにより被冷却体を冷却する畜冷器
式冷凍機に適用されるリニア圧縮機であって、 前記畜冷器（２００）内と連通する丸パイプ状の圧力容
器（１１０）と、 前記圧力容器（１１０）内で往復運動して作動流体を膨
張圧縮するとともに、永久磁石（１２２）が固定された
略円柱状の可動部材（１２０）と、 前記圧力容器（１１０）の外部空間に固定され、磁界を
誘起する複数個の電磁石（１３０）とを備え、 前記複数個の電磁石（１３０）により誘起された磁界の
極性を周期的に変化させることにより前記可動部材（１
２０）を往復運動させ、 さらに、前記複数個の電磁石（１３０）は、前記圧力容
器（１１０）を挟んで対向するように配置された状態
で、前記圧力容器（１１０）の長手方向に並んで配設さ
れており、 前記可動部材（１２０）は、板状の支持部材（１５０）
により変位可能に支持され、前記支持部材（１５０）
は、前記圧力容器（１１０）の長手方向と垂直方向の大
きさが前記圧力容器（１１０）より大きい支持部材ケー
ス（１６０）内に収納されている ことを特徴とするリニ
ア圧縮機。 - 【請求項４】 前記電磁石（１３１ａ、１３２ａ）は、
励磁コイル（１３１ａ、１３２ａ）及び前記励磁コイル
（１３１ａ、１３２ａ）により誘起された磁束の磁路を
構成するヨーク（１３３）から構成されており、前記ヨ
ーク（１３３）のうち前記励磁コイル（１３１ａ、１３
２ａ）を貫通して前記永久磁石（１２２）と対向する部
位には、前記永久磁石（１２２）側に向かって突出する
複数個の凸部（１３３ａ）が形成されていることを特徴
とする請求項３に記載のリニア圧縮機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02904099A JP3173492B2 (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | リニア圧縮機 |
| US09/266,808 US6138459A (en) | 1999-02-05 | 1999-03-12 | Linear compressor for regenerative refrigerator |
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