JP7143272B2 - フリーピストン型スターリング冷凍機 - Google Patents

フリーピストン型スターリング冷凍機 Download PDF

Info

Publication number
JP7143272B2
JP7143272B2 JP2019232614A JP2019232614A JP7143272B2 JP 7143272 B2 JP7143272 B2 JP 7143272B2 JP 2019232614 A JP2019232614 A JP 2019232614A JP 2019232614 A JP2019232614 A JP 2019232614A JP 7143272 B2 JP7143272 B2 JP 7143272B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
current
waveform
detected
alternating current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019232614A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021101135A (ja
Inventor
峰幸 井上
和也 辻
淳 駒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Twinbird Corp
Original Assignee
Twinbird Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Twinbird Corp filed Critical Twinbird Corp
Priority to JP2019232614A priority Critical patent/JP7143272B2/ja
Priority to CN202011455147.1A priority patent/CN113028673A/zh
Priority to US17/123,590 priority patent/US11255581B2/en
Publication of JP2021101135A publication Critical patent/JP2021101135A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7143272B2 publication Critical patent/JP7143272B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • 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
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
    • 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
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/045—Controlling
    • 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
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • 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
    • F02G2275/00—Controls
    • 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
    • F02G2280/00—Output delivery
    • F02G2280/10—Linear generators
    • 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
    • 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
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15—Power, e.g. by voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/026—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power fluctuation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

本発明は、フリーピストン型スターリング冷凍機に関するものであり、特に、ピストンとディスプレイサーとが圧縮室を隔てて直接対向して配されているフリーピストン型スターリング冷凍機に関するものである。
従来、この種のフリーピストン型スターリング冷凍機としては、ケーシングと、このケーシング内に設けられるシリンダと、このシリンダ内を往復動可能に設けられるピストンと、このピストンを往復動させるリニアモータと、前記ピストンの往復動に伴って前記シリンダ内を往復動するディスプレイサーと、前記リニアモータの動作を制御する制御手段とを有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。このようなフリーピストン型スターリング冷凍機は、前記ピストンの振幅が定まっておらず、前記リニアモータに供給される電力等によって振幅が変動する。同様に、前記ディスプレイサーの振幅も定まっておらず、前記リニアモータに供給される電力等によって振幅が変動する。なお、前記ピストン及びディスプレイサーの振幅は、吸熱部や排熱部の温度等によっても変動する。このため、特許文献１では、吸熱部及び排熱部の温度に基づいて前記リニアモータに供給される電力を制御し、前記ピストンとディスプレイサーの相互の衝突或いは前記ピストン及び／又はディスプレイサーと他の部位との衝突（以下、「ヒッティング」とする。）を抑止している。また、特許文献２では、ピストン及びディスプレイサーの位置を連続的に演算で求め、この演算結果に基づいて前記リニアモータに供給される電力を制御し、ヒッティングを抑止している。なお、特許文献２において、ピストン及びディスプレイサーの位置を連続的に演算で求めるため、電流及び電圧検知手段、又は静電容量を検知する手段、又は光学センサ等が必要となる。
特開２００５－３３７５５１号公報 特開２００３－１４３２２号公報
しかしながら、これらのようなフリーピストン型スターリング冷凍機では、制御のための物理量を検出する手段が必要になったり、演算が複雑になったりする問題があった。そして、このため、フリーピストン型スターリング冷凍機のシステムが複雑になったり高価になったりするという問題があった。
本発明は以上の問題点を解決し、単純で安価な手段でヒッティングを抑制することができるフリーピストン型スターリング冷凍機を提供することを目的とする。
本発明の請求項１に記載のフリーピストン型スターリング冷凍機は、ケーシングと、このケーシング内に設けられるシリンダと、このシリンダ内を往復動可能に設けられるピストンと、このピストンを往復動させるリニアモータと、前記ピストンの往復動に伴って前記シリンダ内を往復動するディスプレイサーと、前記リニアモータの動作を制御する制御手段とを有するフリーピストン型スターリング冷凍機において、前記制御手段が、所定の周波数の交流電流を作って前記リニアモータへ供給するインバータ回路と、このインバータ回路から出力される電流を検知する検流回路と、この検流回路が検知した電流の波形面積又は振幅の乱れに基づいて前記インバータ回路からの出力を制御する制御回路とを有し、この制御回路が、ｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して１サイクル分の基準波形を算出するものであると共に、前記制御回路が、前記インバータ回路が出力した交流電流の１サイクル毎に、前記検流回路が検出した検出波形と基準波形とを比較して差分値を算出し、この差分値を電流の乱れの判断基準とするものである。
また、本発明の請求項２に記載のフリーピストン型スターリング冷凍機は、請求項１において、前記制御回路が、算出された基準波形を算出元になったｎサイクル分の交流電流に続く次のｎサイクル分の交流電流の検出波形と比較すると共に、次のｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して次の基準波形を算出するものである。
本発明の請求項１に記載のフリーピストン型スターリング冷凍機は、以上のように構成することにより、検流手段によって検知された電流の波形面積又は振幅の乱れに基づいて前記リニアモータへの出力が制御されるので、安価な構成で且つ単純な制御によりヒッティングを抑制することができる。
なお、前記制御回路が、前記インバータ回路が出力した交流電流の１サイクル毎に、前記検流回路が検出した検出波形と基準波形とを比較して差分値を算出し、この差分値を電流の乱れの判断基準とすることで、単純な演算でヒッティングを抑制することができる。
また、前記制御回路が、ｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して１サイクル分の基準波形を算出することで、運転強度や周囲の温度等によって安定条件が異なる場合でも、同様に安定してヒッティングを抑制することができる。
更に、前記制御回路が、算出された基準波形を算出元になったｎサイクル分の交流電流に続く次のｎサイクル分の交流電流の検出波形と比較すると共に、次のｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して次の基準波形を算出することで、運転強度を調節したり周囲の温度等が変動したりすることによって安定条件が変動する場合でも、同様に安定してヒッティングを抑制することができる。
本発明の一実施形態を示すフリーピストン型スターリング冷凍機の断面図である。 同、制御回路のブロック図である。 同、理想的な状態における電流波形とその乱れを示す説明図であり、（ａ）は電流波形、（ｂ）は電流波形の乱れを示す。 同、乱れが比較的軽度な場合の電流波形と、それに基づくデータ処理を示す説明図である。 同、図４の波形に基づく電流の乱れを示す説明図である。 同、乱れが比較的重度な場合の電流波形と、それに基づくデータ処理を示す説明図である。 同、図６の波形に基づく電流の乱れを示す説明図である。
以下、本発明の実施形態について、図１乃至図７に基づいて説明する。１は本発明のフリーピストン型スターリング冷凍機である。このスターリング冷凍機１は、金属製のケーシング２を有する。そして、このケーシング２は、第一ケーシング体３と第二ケーシング体４とを有する。前記第一ケーシング体３は、小径円筒状に形成された円筒部５と、基端が開放した大径部６とを有して一体に形成される。そして、前記円筒部５は、閉塞された先端部７と、中間部８と、基部９とを有する。また、前記大径部６は、略円形の突曲面状に形成された一端面部１０と、短円筒状の側面部１１とを有する。同様に、前記第二ケーシング体４は、円筒状の側面部１２と、略円形の突曲面状に形成された他端面部１３とを有する。そして、前記大径部６と前記第二ケーシング体４とで、円筒状の胴部１４が形成される。
前記円筒部５の内部には、前記胴部１４の内部まで延びるシリンダ１５が、前記円筒部５に対して同軸的に挿入されて設けられる。即ち、前記シリンダ１５の中心軸線Ｘは、前記円筒部５の中心軸線Ｘと一致する。そして、前記シリンダ１５は金属を用いて成形される。そして、前記シリンダ１５の先端側の内側には、ディスプレイサー１６が中心軸線Ｘ方向に摺動可能に収容される。また、このディスプレイサー１６の先端と前記円筒部５の先端部７の間には膨張室Ｅが形成され、隙間１７によって前記シリンダ１５の内外が連通される。また、前記中間部８において、前記円筒部５の内周と前記シリンダ１５の外周との間に再生器１８が設けられると共に、前記基部９において、前記シリンダ１５の内外を連通する連通孔１９が前記シリンダ１５自体に形成される。また、前記円筒部５の先端部７の内周と前記シリンダ１５の先端外周との間には、吸熱フィン２０が設けられると共に、前記再生器１８と連通孔１９の間において、前記円筒部５の内周と前記シリンダ１５の外周との間に排熱フィン２１が設けられる。そして、前記シリンダ１５の内部先端から隙間１７、吸熱フィン２０、再生器１８、排熱フィン２１、連通孔１９を通って前記シリンダ１５内の圧縮室Ｃに至る経路２２が形成される。更に、前記胴部４内において、前記シリンダ１５の基部側の内側には、ピストン２３が中心軸線Ｘ方向に摺動可能に収容される。そして、このピストン２３の基端部は、リニアモータ２４に対して同軸的に連結される。なお、このリニアモータ２４は、接続体２５によって前記ピストン２３の基端に接続されて前記シリンダ１５の基端側の外周に同軸状に延設された短筒状の枠２６と、この枠２６の一端に固定された円筒状の永久磁石２７と、この永久磁石２７の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル２８とを有して構成される。
また前記ピストン２３に枠２６を接続させる接続体２５には、前記ピストン２３の動作を制御するための第一の板バネ２９が接続される。さらに、前記ディスプレイサー１６の基端側に、このディスプレイサー１６の動作を制御するためのロッド３０の一端が接続されると共に、このロッド３０の他端に、第二の板バネ３１が接続される。なお、前記ロッド３０は、前記ピストン２３の中心を貫通して中心軸線Ｘ方向に延びる。また、前記第一及び第二の板バネ２９，３１は、前記胴部１４内において前記シリンダ１５の基端側の外部に配置されると共に、前記第一の板バネ２９よりも第二の板バネ３１が前記シリンダ１５の基端側から離れた位置に配置される。
なお、図１における３２は、前記第二ケーシング体４の他端面部１３に設けられた振動吸収ユニットであり、前記シリンダ１５の中心軸線Ｘと同軸となるように配置された取付部３３及びこの取付部３３に接続される接続部３４を介して、同軸状に板バネ３５とバランスウエイト３６が重なるように配置される。
図２は前記スターリング冷凍機１の電気系統の簡単なブロック図である。この電気系統は、電源３７と制御手段３８とを有する。前記電源３７は、直流電源である。なお、この直流電源は、電池等であっても良く、また、交流電源と整流回路であってもよい。また、前記制御手段３８は、インバータ回路３９と、検流回路４０と、制御回路４１とを有する。前記インバータ回路３９は、前記電源３７からの直流電流を所定の周波数の交流電流に変換して前記リニアモータ２４の電磁コイル２８に供給するものである。また、前記検流回路４０は、前記インバータ回路３９から出力される電流を検知するものである。更に、前記制御回路４１は、前記検流回路４０が検知した電流の波形又は振幅の乱れに基づいて前記インバータ回路３９からの出力を制御するものである。
そして、前記構成により、前記インバータ回路３９が形成した交流電流を前記電磁コイル２８に流すと、この電磁コイル２８から交番磁界が発生し、この交番磁界によって、前記永久磁石２７を中心軸線Ｘ方向に往復動させる力が生じる。この力によって、前記永久磁石２７を固定した枠２６に接続されたピストン２３が、前記シリンダ１５内を中心軸線Ｘ方向に往復動する。このため、前記ピストン２３が前記ディスプレイサー１６に近づく方向に移動すると、前記ピストン２３とディスプレイサー１６との間に形成された圧縮室Ｃ内の気体が圧縮されて、前記連通孔１９、排熱フィン２１、再生器１８、吸熱フィン２０、隙間１７を通り、前記ディスプレイサー１６の先端と円筒部５の先端部７の間に形成された膨張室Ｅに至ることで、前記ディスプレイサー１６が前記ピストン２３に対して所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストン２３が前記ディスプレイサー１６から遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室Ｃの内部が負圧となり、前記膨張室Ｅ内の気体が前記膨張室Ｅから前記隙間１７、吸熱フィン２０、再生器１８、排熱フィン２１、連通孔１９を通って前記圧縮室Ｃに還流することで、前記ディスプレイサー１６が前記ピストン２３に対して所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室Ｅの近傍は低温となり、一方、前記圧縮室Ｃの近傍は高温となる。
前記インバータ回路３９から前記リニアモータ２４の電磁コイル２８に供給される交流電流は、前記検流回路４０によって検知される。前記スターリング冷凍機１の動作が安定していれば、前記インバータ回路３９が出力する交流電流の前記検流回路４０による検出波形は、図３（ａ）に示すように、同じ形状の正弦波が続くことになる。そして、この場合、全ての正弦波の大きさ、形状が同じであるので、図３（ｂ）に示すように、検出波形の乱れはない。
一方、実際に前記検流回路４０が検知する交流電流は、図４又は図６に示すように、多少の乱れがある。本出願人は、ヒッティングの危険性が高くなると電流波形の乱れが大きくなり、ヒッティングが始まると電流波形の乱れが更に大きくなることを見いだした。電流波形の乱れは、基準となる波形と検出された波形とを比較して導き出された差分値ΔＩにより定義される。なお、ここで言う差分値ΔＩは、波形の面積の差分であってもよく、また、単純に振幅の差分であってもよい。何れの場合であっても、差分値ΔＩの算出は、簡単なプログラムで極めて容易に行うことができる。そして、この現象を利用すれば、様々な物理量を測定するためのセンサ類を設けたり、前記ピストン２３やディスプレイサー１６の位置を算出したりすることなく、ヒッティングを抑制することができる。
なお、前記スターリング冷凍機１が安定動作する状態の電流波形は、運転強度や周囲の温度条件等により変化する。このため、予め基準波形を設定しておくのではなく、ほぼ安定動作している状態の電流波形を平均することで算出するのが望ましい。また、前記スターリング冷凍機１を作動させ続けることで周囲の温度条件等が変化したり、前記スターリング冷凍機１の運転強度を調節したりすると、前記検流回路４０が検出する波形が変化する。従って、定期的に基準波形を算出するのが望ましい。
前記スターリング冷凍機１の動作がほぼ安定した状態で、前記制御回路４１は、前記検流回路４０が検知した交流電流のｎサイクル分Ｃｎ１の波形を平均した１サイクル分の基準波形Ｗｓ１を算出する。なお、ここではｎ＝５とする。そして、前記制御回路４１は、次の５サイクルの交流電流Ｃｎ２の波形を一つずつ前記基準波形Ｗｓ１と比較し、その差分を算出する。同時に、前記制御回路４１は、次の５サイクルの交流電流Ｃｎ２の波形を平均した１サイクル分の基準波形Ｗｓ２を算出する。そして、前記制御回路４１は、更に次の５サイクルの交流電流Ｃｎ３の波形を一つずつ前記基準波形Ｗｓ２と比較し、その差分を算出する。同時に、前記制御回路４１は、更に次の５サイクルの交流電流Ｃｎ３の波形を平均した１サイクル分の基準波形Ｗｓ３を算出する。これらを繰り返すことで、図５又は図７に示すような、電流の乱れを得ることができる。
図５に示すように、検出された電流波形の乱れ（差分値ΔＩ）が基準値＋Ｂから－Ｂの範囲に収まっていれば、一応安定していると見なす。一方、図７に示すように、検出された電流波形の乱れ（差分値ΔＩ）が基準値＋Ｂから－Ｂの範囲から逸脱すれば、その度合いに応じて前記制御回路４１は前記インバータ回路３９の出力を抑制する。
以上のように本発明は、ケーシング２と、このケーシング２内に設けられるシリンダ１５と、このシリンダ１５内を往復動可能に設けられるピストン２３と、このピストン２３を往復動させるリニアモータ２４と、前記ピストン２３の往復動に伴って前記シリンダ１５内を往復動するディスプレイサー１６と、前記リニアモータ２４の動作を制御する制御手段３８とを有するフリーピストン型スターリング冷凍機１において、前記制御手段３８が、所定の周波数の交流電流を作って前記リニアモータ２４へ供給するインバータ回路３９と、このインバータ回路３９から出力される電流を検知する検流回路４０と、この検流回路４０が検知した電流の乱れに基づいて前記インバータ回路３９からの出力を制御する制御回路４１とを有することで、安価な構成で且つ単純な制御によりヒッティングを抑制することができるものである。
また、本発明は、前記制御回路４１が、前記インバータ回路３９が出力した交流電流の１サイクル毎に、前記検流回路４０が検出した検出波形と基準波形とを比較して差分値ΔＩを算出し、この差分値ΔＩを電流の乱れの判断基準とすることで、単純な演算でヒッティングを抑制することができるものである。
また、本発明は、前記制御回路４１が、ｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して１サイクル分の基準波形を算出することで、運転強度や周囲の温度等によって安定条件が異なる場合でも、同様に安定してヒッティングを抑制することができるものである。
更に、本発明は、前記制御回路４１が、算出された基準波形Ｗｓ１を算出元になったｎサイクル分の交流電流Ｃｎ１に続く次のｎサイクル分の交流電流Ｃｎ２の検出波形と比較すると共に、次のｎサイクル分の交流電流Ｃｎ２の検出波形を平均して次の基準波形Ｗｓ２を算出することで、運転強度を調節したり周囲の温度等が変動したりすることによって安定条件が変動する場合でも、同様に安定してヒッティングを抑制することができるものである。
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態では、電流の乱れを判定する基準値が単一であるが、この基準値を複数段階にしてもよい。
１ フリーピストン型スターリング冷凍機
２ ケーシング
１５ シリンダ
１６ ディスプレイサー
２３ ピストン
２４ リニアモータ
３８ 制御手段
３９ インバータ回路
４０ 検流回路
４１ 制御回路
Ｗｓ１～Ｗｓ７ 基準波形
Ｃｎ１～Ｃｎ７ ｎサイクル分の検出波形

Claims (2)

  1. ケーシングと、このケーシング内に設けられるシリンダと、このシリンダ内を往復動可能に設けられるピストンと、このピストンを往復動させるリニアモータと、前記ピストンの往復動に伴って前記シリンダ内を往復動するディスプレイサーと、前記リニアモータの動作を制御する制御手段とを有するフリーピストン型スターリング冷凍機において、
    前記制御手段が、所定の周波数の交流電流を作って前記リニアモータへ供給するインバータ回路と、このインバータ回路から出力される電流を検知する検流回路と、この検流回路が検知した電流の波形面積又は振幅の乱れに基づいて前記インバータ回路からの出力を制御する制御回路とを有し、この制御回路が、ｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して１サイクル分の基準波形を算出するものであると共に、前記制御回路が、前記インバータ回路が出力した交流電流の１サイクル毎に、前記検流回路が検出した検出波形と基準波形とを比較して差分値を算出し、この差分値を電流の乱れの判断基準とするものであることを特徴とするフリーピストン型スターリング冷凍機。
  2. 前記制御回路が、算出された基準波形を算出元になったｎサイクル分の交流電流に続く次のｎサイクル分の交流電流の検出波形と比較すると共に、次のｎサイクル分の交流電流の検出波形を平均して次の基準波形を算出するものであることを特徴とする請求項１記載のフリーピストン型スターリング冷凍機。
JP2019232614A 2019-12-24 2019-12-24 フリーピストン型スターリング冷凍機 Active JP7143272B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019232614A JP7143272B2 (ja) 2019-12-24 2019-12-24 フリーピストン型スターリング冷凍機
CN202011455147.1A CN113028673A (zh) 2019-12-24 2020-12-10 自由活塞式斯特林制冷机
US17/123,590 US11255581B2 (en) 2019-12-24 2020-12-16 Free piston Stirling refrigerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019232614A JP7143272B2 (ja) 2019-12-24 2019-12-24 フリーピストン型スターリング冷凍機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021101135A JP2021101135A (ja) 2021-07-08
JP7143272B2 true JP7143272B2 (ja) 2022-09-28

Family

ID=76437959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019232614A Active JP7143272B2 (ja) 2019-12-24 2019-12-24 フリーピストン型スターリング冷凍機

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11255581B2 (ja)
JP (1) JP7143272B2 (ja)
CN (1) CN113028673A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7143272B2 (ja) * 2019-12-24 2022-09-28 ツインバード工業株式会社 フリーピストン型スターリング冷凍機

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002285958A (ja) 2001-03-28 2002-10-03 Matsushita Refrig Co Ltd リニアコンプレッサの制御装置
JP2003014322A (ja) 2001-06-29 2003-01-15 Sharp Corp フリーピストン型スターリング冷凍機
JP2017169444A (ja) 2013-04-26 2017-09-21 富士電機株式会社 共振抑制装置

Family Cites Families (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3540287A (en) * 1968-09-27 1970-11-17 Us Navy Boundary wave vector filter
JPS56139084A (en) * 1980-03-31 1981-10-30 Toshiba Corp Control system of ac/dc converter
JPS6059979A (ja) * 1983-09-12 1985-04-06 Fuji Electric Co Ltd 同期信号検出回路
EP0181511B1 (en) * 1984-10-19 1990-08-22 Kollmorgen Corporation Servomotor control systems
US4678971A (en) * 1985-01-14 1987-07-07 Hitachi, Ltd. Linear motor and control method thereof
US4862695A (en) * 1986-11-05 1989-09-05 Ice Cryogenic Engineering Ltd. Split sterling cryogenic cooler
JPH0744875B2 (ja) * 1986-11-12 1995-05-15 株式会社東芝 電動機駆動装置
US4765150A (en) * 1987-02-09 1988-08-23 Margaux Controls, Inc. Continuously variable capacity refrigeration system
USRE33620E (en) * 1987-02-09 1991-06-25 Margaux, Inc. Continuously variable capacity refrigeration system
US4953109A (en) * 1989-10-16 1990-08-28 Design-Rite, Inc. Automated trash compactor system
JPH0788985B2 (ja) * 1990-01-17 1995-09-27 三菱電機株式会社 冷凍機
DE69429963D1 (de) * 1993-10-08 2002-04-04 Sawafuji Electric Co Ltd Stromversorgung für vibrierende Kompressoren
JPH09260099A (ja) * 1996-03-15 1997-10-03 Toshiba Corp 粒子加速電源装置
US5929538A (en) * 1997-06-27 1999-07-27 Abacus Controls Inc. Multimode power processor
US5893275A (en) * 1997-09-04 1999-04-13 In-X Corporation Compact small volume liquid oxygen production system
EP1057234A4 (en) * 1997-11-24 2007-10-31 Robert H Wills PROCESS FOR AVOIDING THE ISLAND OPERATION AND DEVICE FOR PRODUCING DISTRIBUTED ENERGY
JP2003176788A (ja) * 2001-12-10 2003-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd リニアコンプレッサの駆動装置
AU2002362164A1 (en) * 2001-12-26 2003-07-15 Sharp Kabushiki Kaisha Stirling engine
KR100831793B1 (ko) * 2002-02-04 2008-05-28 엘지전자 주식회사 쿨러
JP3540311B2 (ja) * 2002-05-31 2004-07-07 松下電器産業株式会社 モータ駆動制御装置
JP4126598B2 (ja) * 2002-09-12 2008-07-30 富士電機システムズ株式会社 振動圧縮機の運転制御装置
JP4069420B2 (ja) * 2002-11-27 2008-04-02 富士電機システムズ株式会社 電力変換装置の制御装置
KR101223966B1 (ko) * 2003-07-02 2013-01-18 티악스 엘엘씨 자유 피스톤 스털링 엔진 제어
KR100941422B1 (ko) * 2003-08-04 2010-02-10 삼성전자주식회사 리니어 압축기 및 그 제어 장치
KR100539756B1 (ko) * 2003-12-01 2006-01-10 엘지전자 주식회사 극저온 냉동기
US7137259B2 (en) * 2003-12-05 2006-11-21 Superconductor Technologies Inc. Cryocooler housing assembly apparatus and method
JP2005337551A (ja) 2004-05-25 2005-12-08 Twinbird Corp フリーピストン型スターリング冷凍機及びその制御方法
JP2006149110A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Sharp Corp 交流電力生成装置、ならびに、それが用いられたリニアモータ、スターリング冷凍機、およびリニア圧縮機
KR100761268B1 (ko) * 2006-01-06 2007-09-28 엘지전자 주식회사 왕복동식 압축기의 운전제어장치 및 방법
US20070256428A1 (en) * 2006-05-05 2007-11-08 Sunpower, Inc. Vibration control of free piston machines through frequency adjustment
US8559197B2 (en) * 2008-10-13 2013-10-15 Infinia Corporation Electrical control circuits for an energy converting apparatus
WO2010049976A1 (ja) * 2008-10-31 2010-05-06 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN103329413B (zh) * 2011-01-18 2016-04-27 大金工业株式会社 功率转换装置
US8093858B1 (en) * 2011-03-01 2012-01-10 International Controls And Measurements Corp. AC line voltage conditioner and controller
US20140091622A1 (en) * 2011-04-15 2014-04-03 Deka Products Limited Partnership Modular Power Conversion System
US9068901B1 (en) * 2012-04-25 2015-06-30 Dynamic Solutions Llc Multi-phase power amplifier
WO2013168206A1 (ja) * 2012-05-11 2013-11-14 キヤノンアネルバ株式会社 冷凍機、冷却トラップ
US8896251B2 (en) * 2012-10-29 2014-11-25 Calnetix Technologies, Llc Self-diagnostics within power electronics
US20140202172A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Sunpower, Inc. Cold Finger For Cryocoolers
US9799779B2 (en) * 2013-11-08 2017-10-24 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Systems and methods for photovoltaic string protection
US20160181809A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Grid system conducive to enhancement of power supply performance
JP2016161140A (ja) * 2015-02-26 2016-09-05 ツインバード工業株式会社 スターリング冷凍機
JP6414513B2 (ja) * 2015-06-05 2018-10-31 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 回転電機制御装置
US20170051590A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Baker Hughes Incorporated Systems and Methods for Determining Forces on a Linear Permanent Magnet Motor Using Instantaneous Current Vectors
WO2017077579A1 (ja) * 2015-11-02 2017-05-11 三菱電機株式会社 モータ駆動装置、電気掃除機およびハンドドライヤー
KR20170062303A (ko) * 2015-11-27 2017-06-07 엘지전자 주식회사 압축기 및 압축기의 제어 방법
KR102331103B1 (ko) * 2015-11-27 2021-11-26 엘지전자 주식회사 압축기 및 압축기의 제어 방법
US10090788B2 (en) * 2016-03-03 2018-10-02 Robert Bosch Gmbh Optimal torque ripple reduction through current shaping
IL244428B (en) * 2016-03-03 2020-08-31 Semi Conductor Devices An Elbit Systems Rafael Partnership Cryogenic cooling system with vibration damping
US20210157312A1 (en) * 2016-05-09 2021-05-27 Strong Force Iot Portfolio 2016, Llc Intelligent vibration digital twin systems and methods for industrial environments
US20200225655A1 (en) * 2016-05-09 2020-07-16 Strong Force Iot Portfolio 2016, Llc Methods, systems, kits and apparatuses for monitoring and managing industrial settings in an industrial internet of things data collection environment
KR20180085316A (ko) * 2017-01-18 2018-07-26 엘지전자 주식회사 리니어 압축기의 제어 장치
EP3695174B1 (en) * 2017-10-11 2022-09-14 Teledyne FLIR Commercial Systems, Inc. Cryocooler controller systems and methods
US11128248B2 (en) * 2018-02-21 2021-09-21 The Universitv of Akron DC input current ripple reduction in SRM drive for high volumetric power density applications
WO2020051557A1 (en) * 2018-09-06 2020-03-12 Cornell University High power density power converter and uninterruptible power supply circuit and methods
EP3647797A1 (en) * 2018-11-05 2020-05-06 ABB Schweiz AG An inverter comprising means for detecting arcing faults in the dc section of a photovoltaic plant
US11209192B2 (en) * 2019-07-29 2021-12-28 Cryo Tech Ltd. Cryogenic Stirling refrigerator with a pneumatic expander
JP7143272B2 (ja) * 2019-12-24 2022-09-28 ツインバード工業株式会社 フリーピストン型スターリング冷凍機

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002285958A (ja) 2001-03-28 2002-10-03 Matsushita Refrig Co Ltd リニアコンプレッサの制御装置
JP2003014322A (ja) 2001-06-29 2003-01-15 Sharp Corp フリーピストン型スターリング冷凍機
JP2017169444A (ja) 2013-04-26 2017-09-21 富士電機株式会社 共振抑制装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11255581B2 (en) 2022-02-22
CN113028673A (zh) 2021-06-25
JP2021101135A (ja) 2021-07-08
US20210190387A1 (en) 2021-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6309582B2 (ja) 振動溶接システム
KR100493797B1 (ko) 선형 컴프레서 구동 장치
JP4580268B2 (ja) フリーピストンの位置計測装置およびフリーピストンの制御装置
KR100474330B1 (ko) 냉장고용 왕복동식 압축기의 운전제어장치
KR20030091716A (ko) 리니어 모터의 구동장치
WO2003056257A1 (fr) Moteur stirling
JP7143272B2 (ja) フリーピストン型スターリング冷凍機
KR20090042160A (ko) 왕복동식 압축기
AU2004269283B2 (en) Linear motor controller improvements
WO2018070339A1 (ja) リニアモータ制御装置及びこれを搭載した圧縮機
JP7174490B2 (ja) フリーピストン型スターリング冷凍機
JP4703243B2 (ja) リニアモータ制御システムおよびスターリング冷凍システム
JP2007298219A (ja) スターリング冷凍機
JPH11336661A (ja) リニアモータ駆動往復機構の制御装置
JP2008196320A (ja) リニア圧縮機の制御方法
JP2009017755A (ja) リニアモータ制御装置およびスターリング機関
JP6833881B2 (ja) 往復運動機関
JP2007303721A (ja) スターリング冷凍機
JP2008005633A (ja) リニアモータ制御システムならびにそれが用いられたスターリング冷凍機制御システムおよびリニア圧縮機制御システム
JP2005337551A (ja) フリーピストン型スターリング冷凍機及びその制御方法
WO2006035540A1 (ja) 交流電力生成装置およびそれが用いられたスターリング冷凍機
JP2005009353A (ja) スターリング機関
JP3881998B2 (ja) スターリング冷凍システム

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191226

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210617

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220616

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220909

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220914

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7143272

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350