JPH0555030A - Linear actuator - Google Patents

Linear actuator

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JPH0555030A
JPH0555030A JP4018212A JP1821292A JPH0555030A JP H0555030 A JPH0555030 A JP H0555030A JP 4018212 A JP4018212 A JP 4018212A JP 1821292 A JP1821292 A JP 1821292A JP H0555030 A JPH0555030 A JP H0555030A
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JP
Japan
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core
housing
annular
pistons
compressor
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Application number
JP4018212A
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Japanese (ja)
Inventor
Wilfred J Gully
ウイルフレツド・ジエイ・ガリー
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Raytheon Co
Original Assignee
Hughes Aircraft Co
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain an inexpensive linear actuator compressor motor for a low-temperature cooling device by providing a specific core having a cylindrical hole formed along a vertical center axis, pistons, circular magnets, and coils. CONSTITUTION: This device is provided with a core 22 having a cylindrical hole 24 formed along a vertical center axis 26, and first and second parallel circular peripheral recessed parts 34 and 36 arranged coaxial to the center axis 26 for providing first and second cavities 38 and 40. Moreover, this device is provided with first and second pistons 28 and 30 arranged in the cylindrical hole 24, first and second circular magnets 46 and 48 arranged in the first and the second circular recessed parts 34 and 36, and first and second coils 51 and 52 arranged in the first and the second circular recessed parts 34 and 36. Then, this device includes a housing 14, constituted of a shell 16 which is integrally formed with the core 22.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は冷却システムに関する。
特に、本発明は低費用冷却システムにおいて使用される
圧縮器モータに関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to cooling systems.
In particular, the invention relates to compressor motors used in low cost cooling systems.

【０００２】本発明はここにおいて特定の適用に対する
実施例を参照して示されているが、本発明はそれに限定
されるものではないことが理解されるべきである。当業
者は本発明の技術的範囲および本発明が特に有効な付加
的な分野内において付加的な修正、適用および実施例を
認識するであろう。While the present invention is illustrated herein with reference to an embodiment for a particular application, it should be understood that the invention is not so limited. Those skilled in the art will recognize additional modifications, applications and embodiments within the scope of the present invention and additional areas in which the present invention is particularly useful.

【０００３】[0003]

【従来の技術】低温冷却装置は赤外線センサの冷却を含
む種々の用途に対して使用されている。低温冷却装置は
一般に熱の形態でエネルギを放出させる作用流体を圧縮
するモータによって駆動される圧縮器を具備している。
作用流体が膨脹することを可能にされたとき、それは熱
を吸収し、それによって冷却された装置または体積を冷
却させる。この適用は一般に低い損失で強力なモータに
よって駆動される圧縮器を必要とする。Cryogenic coolers are used for a variety of applications including cooling infrared sensors. Cryogenic coolers typically include a compressor driven by a motor that compresses a working fluid that releases energy in the form of heat.
When the working fluid is allowed to expand, it absorbs heat, thereby causing the cooled device or volume to cool. This application generally requires a compressor driven by a powerful motor with low loss.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】通常の低温冷却装置
は、複雑で磨耗の影響を受けやすいことが認められてい
る回転モータタイプの圧縮器を使用している。したがっ
て、構成が簡単で良好な磨耗特性を有する線形アクチュ
エータが開発された。線形アクチュエータは磁気および
電気回路の相互作用に応答して直線的な機械運動を行う
電磁装置である。Godkin氏他による米国特許第4,808,95
5 号明細書（1989年 2月28日）はインターリーブされた
磁気回路を備えた移動コイル線形アクチュエータを開示
している。インターリーブされた磁気構造は所定の体積
でパワーを増加させることができる。しかしながら、こ
の構造のものは複雑で高価である。A typical cryocooler uses a rotary motor type compressor, which has been found to be complex and susceptible to wear. Therefore, linear actuators have been developed that are simple in construction and have good wear characteristics. Linear actuators are electromagnetic devices that produce linear mechanical motion in response to the interaction of magnetic and electrical circuits. U.S. Pat. No. 4,808,95 by Godkin et al.
No. 5 (February 28, 1989) discloses a moving coil linear actuator with interleaved magnetic circuits. The interleaved magnetic structure can increase the power in a given volume. However, this structure is complicated and expensive.

【０００５】したがって、低温冷却装置用の安価な線形
アクチュエータ圧縮器モータが技術的に必要とされてい
る。Therefore, there is a technical need for an inexpensive linear actuator compressor motor for cryocoolers.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】このような技術的な必要
性は、縦方向の中心軸を通って形成された円筒形の孔を
有する特有のコアを含む本発明の線形アクチュエータに
よって示される。コアは第１および第２の空洞を提供す
るために中心軸に対して同軸的に配置された第１および
第２の平行な環状周辺凹部を具備している。線形アクチ
ュエータは孔内に配置された第１および第２のピストン
を具備している。第１および第２の環状磁石は第１およ
び第２の環状凹部内にそれぞれ配置されている。第１お
よび第２のコイルは第１および第２の環状凹部内にそれ
ぞれ配置されている。コイルが付勢されたとき、第１お
よび第２のピストンの内部運動を生じさせるように磁石
によって与えられた磁界と相互作用する磁界が生成され
る。Such a technical need is presented by the linear actuator of the present invention which includes a unique core having a cylindrical bore formed through a longitudinal central axis. The core comprises first and second parallel annular peripheral recesses coaxially arranged with respect to a central axis to provide first and second cavities. The linear actuator comprises first and second pistons located within the bore. The first and second annular magnets are arranged in the first and second annular recesses, respectively. The first and second coils are arranged in the first and second annular recesses, respectively. When the coil is energized, a magnetic field is created that interacts with the magnetic field provided by the magnet to cause internal movement of the first and second pistons.

【０００７】圧縮器中で構成されたとき、本発明は円筒
形のハウジングを含み、コアがハウジング内に配置され
る。コアは圧縮空間を提供するためにコアの軸方向の中
心を通って配置された円筒形の孔を具備している。流体
の流路は圧縮空間とバルブとの間に設けられている。ま
た、第１および第２の平行な環状の周囲の凹部は第１お
よび第２の空洞を提供するようにコアの縦軸を中心にし
てその周囲に同軸方向に配置されている。第１および第
２のピストンは圧縮空間の対向した側の孔内に位置され
ている。第１および第２の環状磁石、並びに第１および
第２のコイルは第１および第２の環状凹部内にそれぞれ
配置されている。第１および第２の端部キャップは圧縮
器を閉じるようにハウジングの開放端に取付けられてい
る。第１および第２のばねは第１および第２の端部キャ
ップと第１および第２のピストンとの間にそれぞれ位置
されている。また作用流体は圧縮空間中にハウジング内
に配置されている。この装置においても、コイルが付勢
されたとき、第１および第２のピストンの直線運動を生
じさせる磁石によって与えられる磁界と相互作用する磁
界が生成される。ピストンの運動は圧縮空間において作
用流体を圧縮するように作用する。When constructed in a compressor, the present invention includes a cylindrical housing with a core disposed within the housing. The core comprises a cylindrical bore located through the axial center of the core to provide a compression space. The fluid flow path is provided between the compression space and the valve. Also, the first and second parallel annular perimeter recesses are coaxially disposed about the longitudinal axis of the core to provide first and second cavities. The first and second pistons are located in holes on opposite sides of the compression space. The first and second annular magnets and the first and second coils are arranged in the first and second annular recesses, respectively. First and second end caps are attached to the open ends of the housing to close the compressor. First and second springs are located between the first and second end caps and the first and second pistons, respectively. Further, the working fluid is arranged in the housing in the compression space. Also in this device, when the coil is energized, a magnetic field is generated that interacts with the magnetic field provided by the magnets causing the linear movement of the first and second pistons. The movement of the piston acts to compress the working fluid in the compression space.

【０００８】したがって、本発明は低温冷却装置用の安
価な線形アクチュエータ圧縮モータを提供する。Accordingly, the present invention provides an inexpensive linear actuator compression motor for a cryocooler.

【０００９】[0009]

【実施例】図１に示されたように、圧縮器10はハウジン
グ14内に取付けられた本発明の線形アクチュエータ12を
具備している。ハウジング14は、第１および第２の端部
キャップ18および20によってそれぞれ各端部で閉じられ
た円筒形のシェル16によって構成されている。シェル16
並びに第１および第２の端部キャップ18および20は鋼鉄
その他の適切な材料から構成される。端部キャップはシ
ェル16にねじ込まれ、または溶接される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT As shown in FIG. 1, a compressor 10 includes a linear actuator 12 of the present invention mounted in a housing 14. The housing 14 is constituted by a cylindrical shell 16 which is closed at each end by first and second end caps 18 and 20, respectively. Shell 16
And the first and second end caps 18 and 20 are constructed of steel or other suitable material. The end cap is screwed or welded to the shell 16.

【００１０】線形アクチュエータ12は低温のロールされ
た磁性鋼鉄その他の磁気材料から構成された特有の固体
壁コア22、２つの対向したピストン、２つの整列された
環状磁石および二重の対向したコイルを含んでいる。コ
イルが配置されたエアギャップに磁束を伝達するために
使用されるコア22はシェル16と一体である。これは固定
された体積設計において容器により前に取られた半径方
向空間がモータに利用できるため有効であり、これが圧
縮器を強力でよりパワフルにする。さらにその設計は、
そうでなければ製造されなければならず、最適な適合の
ために制御されなければならない素子を一体にする。特
に、部品の問題のあるインターフェイス（ファスナ、ガ
スケット等）は完全に除去されない場合にでも軽減され
ることができる。さらに、チャージバルブシート、伝送
ラインシートおよび気密閉鎖および細部の溶接のような
機能は全て分離した部品ではなく、以下さらに詳細に論
じられたような磁気材料の単一バー上の機械加工された
特質である。The linear actuator 12 includes a unique solid wall core 22 constructed of cold rolled magnetic steel or other magnetic material, two opposed pistons, two aligned annular magnets and double opposed coils. Contains. The core 22 used to transfer magnetic flux to the air gap in which the coil is located is integral with the shell 16. This is effective in a fixed volume design because the radial space previously taken by the container is available to the motor, which makes the compressor more powerful and more powerful. Furthermore, the design is
Otherwise it incorporates elements that must be manufactured and must be controlled for optimum fit. In particular, problematic interfaces of parts (fasteners, gaskets, etc.) can be mitigated even if not completely removed. In addition, features such as charge valve seats, transmission line seats and hermetic sealing and welding of details are not all separate parts, but machined features on a single bar of magnetic material as discussed in more detail below. Is.

【００１１】円筒形の孔24は、第１および第２のピスト
ン28および30の往復運動のための通路を提供するように
縦方向の軸26に沿ってコア22の軸方向の中心を通して穿
孔される。第１および第２のピストン28および30は、気
体圧縮空間32がそれらの間に与えられるような対向した
関係で孔24内に位置される。第１および第２の平行な環
状の周囲の凹部34および36は第１および第２の空洞38お
よび40を提供するように周辺的に同軸的にコア22の縦方
向の軸26を中心にして切削される。さらに、流体の流路
42は圧縮空間32と気体ポート45との間に設けられる。第
１および第２の環状磁石46および48は第１および第２の
環状空洞38および40内にそれぞれ配置される。磁石46は
ネオジム・鉄・硼素またはその他の適切な材料から構成
される。磁石は同じ方向に整列される。すなわち、第１
の永久磁石46はコア22の凹部36と38との間の壁の別の側
上の第２の永久磁石48と同じ放射方向に極性を付けられ
る。磁石46および48はリング47および49（図２の詳細な
図にさらに明瞭に示されている）上に予め組立てられ
る。その後、リング47および49はエアギャップ50の外側
でコア22の各端部に組立てられる。これは磁石が漏洩磁
界を最小にすることが知られているエアギャップに配置
されることにおいて有効である。またエアギャップの外
側上の磁石の位置は長い磁石周囲を必要とし、もっと磁
気材料を含む傾向がある。これはもっと強力で効果的な
モータを生じると考えられる。エアギャップ50は、それ
がコイルの走行間隔を含んでいるためモータ中でディメ
ンション的に許容可能な位置である。この領域に磁石リ
ングを配置することによって、この部品の許容性はきび
しくない。また、磁石リングは簡単で開放した幾何学形
状である。これは磁石の配置および組立て並びに最終部
品の成形を容易にする。ピストン孔に対するリングの同
心性は最終的な組立て期間中に固定することによって与
えられる。A cylindrical bore 24 is drilled through the axial center of the core 22 along the longitudinal axis 26 to provide a passage for the reciprocating movement of the first and second pistons 28 and 30. It The first and second pistons 28 and 30 are positioned within the bore 24 in opposed relation such that a gas compression space 32 is provided therebetween. The first and second parallel annular circumferential recesses 34 and 36 are circumferentially coaxial about the longitudinal axis 26 of the core 22 to provide first and second cavities 38 and 40. To be cut. In addition, the fluid flow path
42 is provided between the compression space 32 and the gas port 45. First and second annular magnets 46 and 48 are disposed within the first and second annular cavities 38 and 40, respectively. Magnet 46 is constructed of neodymium, iron, boron or other suitable material. The magnets are aligned in the same direction. That is, the first
The permanent magnets 46 of FIG. 2 are polarized in the same radial direction as the second permanent magnets 48 on the other side of the wall between the recesses 36 and 38 of the core 22. Magnets 46 and 48 are preassembled on rings 47 and 49 (shown more clearly in the detailed view of FIG. 2). The rings 47 and 49 are then assembled at each end of the core 22 outside the air gap 50. This is useful in that the magnet is placed in the air gap which is known to minimize stray magnetic fields. Also, the position of the magnet on the outside of the air gap requires a long magnet circumference and tends to include more magnetic material. This is believed to result in a more powerful and effective motor. The air gap 50 is a dimensionally acceptable position in the motor because it contains the running distance of the coil. By placing the magnet ring in this area, the tolerance of this part is not critical. Also, the magnet ring is a simple and open geometric shape. This facilitates placement and assembly of the magnet and molding of the final part. The concentricity of the ring with respect to the piston bore is provided by fixing during final assembly.

【００１２】第１および第２のコイル51および52は、第
１および第２の環状磁石46，48の各内側の第１および第
２の環状空洞38および40内にそれぞれ配置される。コイ
ル51および52は対向して整列される。好ましい実施例に
おいて、コイルは簡単な構成のために短いソレノイドの
形状である。圧縮器の臨界的な整列は各コイルおよび対
応したピストンと同軸である。コイルおよびピストン
は、コイルおよびピストンが組立中に整列固定している
間に接着することによって同軸方向に整列されなければ
ならない。これは個々の部品上の正確な寸法制限に対す
る要求を緩和する。First and second coils 51 and 52 are disposed within first and second annular cavities 38 and 40, respectively, inside first and second annular magnets 46 and 48, respectively. Coils 51 and 52 are oppositely aligned. In the preferred embodiment, the coil is in the form of a short solenoid for simplicity of construction. The critical alignment of the compressor is coaxial with each coil and corresponding piston. The coil and piston must be coaxially aligned by gluing while the coil and piston are in alignment during assembly. This relaxes the requirement for exact dimensional limits on individual parts.

【００１３】第１および第２のばね54および56は、第１
および第２の端部キャップ18および20と第１および第２
のピストン28および30との間にそれぞれ配置されてい
る。The first and second springs 54 and 56 are
And second end caps 18 and 20 and first and second
Between the pistons 28 and 30, respectively.

【００１４】第１のばね54は帽子形の金属ワッシャ58と
帽子形のアーマチュアプレート60との間に配置されてい
る。アーマチュアプレートはタングステンまたはその他
の適切な材料から形成される。同様にして、第２のばね
56は第２の帽子形の金属ワッシャ62と帽子形のアーマチ
ュア64との間に配置される。ゴム製のワッシャ100 、し
たがってコイルピストン装置は停止部72および74に対し
てそれぞれワッシャを押す端部キャップ18および20によ
って圧縮器の各端部において位置を固定される。各ピス
トンは圧縮器10の縦方向の軸26と整列されたヘッドスク
リュー66（１つは破線で示され、他方は示されていな
い）によって関連されたアーマチュアプレートに固定さ
れている。The first spring 54 is located between a hat-shaped metal washer 58 and a hat-shaped armature plate 60. The armature plate is made of tungsten or other suitable material. Similarly, the second spring
56 is located between the second hat-shaped metal washer 62 and the hat-shaped armature 64. The rubber washer 100, and thus the coil piston device, is fixed in position at each end of the compressor by the end caps 18 and 20 that push the washer against the stops 72 and 74, respectively. Each piston is secured to an associated armature plate by a head screw 66 (one shown in dashed lines, the other not shown) aligned with the longitudinal axis 26 of the compressor 10.

【００１５】各コイルは、第１および第２のアーマチュ
アプレート60および64にそれぞれ固定されたアルミニウ
ム端子ブロック76および78に接続されたワイヤにより付
勢され、また端子ブロック76および78からそれぞれ延在
するワイヤ80および82によって外部電源（示されていな
い）に接続されている。圧縮器の一側から他方を通り、
外部電源にワイヤが貫通するために開口が設けられてい
る。Each coil is energized by wires connected to aluminum terminal blocks 76 and 78 secured to the first and second armature plates 60 and 64, respectively, and extending from the terminal blocks 76 and 78, respectively. Wires 80 and 82 connect to an external power source (not shown). From one side of the compressor to the other,
An opening is provided for the wire to penetrate the external power supply.

【００１６】タップ孔84は例えばヘリウム等の作用流体
によりエアギャップ50の背後の空気空間をチャージする
ために設けられている。タップ孔は充填バルブ86および
入り口ポート88と連絡している（図３を参照）。作用流
体は、平衡点に達するまでピストンに沿って圧縮空間32
中に流入する。コイルが付勢されたとき、第１および第
２のピストンの直線運動を生じさせるように磁石によっ
て与えられた磁界と相互作用する磁界が生成される。ピ
ストンの運動は圧縮空間において作用流体を圧縮するよ
うに作用する。振動は等しい振幅で同一のコイルピスト
ン装置をランすることによって消去される。漂遊磁界は
反対方向にコイルの方位付けすることによって抑制され
る。The tap hole 84 is provided to charge the air space behind the air gap 50 with a working fluid such as helium. The tap hole communicates with the fill valve 86 and the inlet port 88 (see Figure 3). The working fluid flows along the piston until the equilibrium point is reached.
Flows in. When the coil is energized, a magnetic field is created that interacts with the magnetic field provided by the magnet to cause linear movement of the first and second pistons. The movement of the piston acts to compress the working fluid in the compression space. The vibrations are eliminated by running the same coil piston arrangement with equal amplitude. Stray magnetic fields are suppressed by orienting the coils in opposite directions.

【００１７】したがって、本発明は低温冷却装置用の安
価な線形アクチュエータ圧縮器モータを提供する。Accordingly, the present invention provides an inexpensive linear actuator compressor motor for cryocoolers.

【００１８】以上、本発明はここにおいて特定の適用に
対する特定の実施例を参照して説明されてきた。当業者
は本発明の技術的範囲を逸脱することなく付加的な修
正、適用および実施例を認識するであろう。Thus, the present invention has been described herein with reference to a particular embodiment for a particular application. Those skilled in the art will recognize additional modifications, applications and embodiments without departing from the scope of the present invention.

【００１９】したがって、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなく添付された特許請求の範囲によって任意およ
び全てのこのような適用、修正および実施例をカバーす
ることが意図されている。It is therefore intended to cover any and all such applications, modifications and embodiments by the appended claims without departing from the scope of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】圧縮器構造中に組込まれた本発明の線形アクチ
ュエータの好ましい実施例の簡単な縦断面図。FIG. 1 is a simplified longitudinal cross-sectional view of a preferred embodiment of the linear actuator of the present invention incorporated into a compressor structure.

【図２】圧縮器構造中に組込まれた本発明の線形アクチ
ュエータの好ましい実施例の詳細な縦断面図。FIG. 2 is a detailed longitudinal sectional view of a preferred embodiment of the linear actuator of the present invention incorporated into a compressor structure.

【図３】圧縮器構造中に組込まれた本発明の線形アクチ
ュエータの好ましい実施例の詳細な横断面図。FIG. 3 is a detailed cross-sectional view of the preferred embodiment of the linear actuator of the present invention incorporated into a compressor structure.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 縦方向の中心軸に沿って形成された円筒
形の孔と、第１および第２の空洞を提供するように前記
中心軸に対して同軸的に配置された第１および第２の平
行な環状周辺凹部とを有するコアと、 前記円筒形の孔内に配置された第１および第２のピスト
ンと、 前記第１および第２の環状凹部内にそれぞれ配置された
第１および第２の環状磁石と、 前記第１および第２の環状凹部内にそれぞれ配置された
第１および第２のコイルとを具備していることを特徴と
するアクチュエータ。1. A cylindrical hole formed along a longitudinal center axis and first and first axes coaxially disposed with respect to the central axis to provide first and second cavities. A core having two parallel annular peripheral recesses, first and second pistons disposed within the cylindrical bore, and first and second pistons disposed within the first and second annular recesses, respectively. An actuator, comprising: a second annular magnet; and first and second coils arranged in the first and second annular recesses, respectively. 【請求項２】 前記コアが配置されているハウジングを
含んでいる請求項１記載の線形アクチュエータ。2. The linear actuator of claim 1, including a housing in which the core is located. 【請求項３】 前記ハウジングは前記コアと一体のシェ
ルによって構成されている請求項２記載のアクチュエー
タ。3. The actuator according to claim 2, wherein the housing is formed of a shell integral with the core. 【請求項４】 円筒形のハウジングと、 前記ハウジング内に配置され、圧縮空間を提供するよう
に縦方向の中心軸に沿って形成された円筒形の孔を有す
るコアと、 前記圧縮空間とバルブとの間の流体流路と、 第１および第２の空洞を提供するように前記コアの中心
軸に対して同軸的に配置された第１および第２の平行な
環状周辺凹部と、 前記圧縮空間の対向した側の前記孔内に配置された第１
および第２のピストンと、 前記第１および第２の環状凹部内にそれぞれ配置された
第１および第２の環状磁石と、 前記第１および第２の環状凹部内にそれぞれ配置された
第１および第２のコイルと、 前記ハウジングの開放端に取付けられた第１および第２
の端部キャップとを具備していることを特徴とする圧縮
器。4. A cylindrical housing, a core disposed in the housing, the core having a cylindrical hole formed along a longitudinal central axis to provide a compression space, the compression space and the valve. A first and second parallel annular peripheral recesses coaxially arranged with respect to a central axis of the core to provide first and second cavities; A first located in the hole on opposite sides of the space
And a second piston, first and second annular magnets respectively arranged in the first and second annular recesses, and first and second respectively arranged in the first and second annular recesses. A second coil and first and second coils mounted on the open end of the housing
And an end cap of the compressor. 【請求項５】 前記第１および第２の端部キャップと前
記第１および第２のピストンの各間に配置された第１お
よび第２のばねを具備している請求項４記載の圧縮器。5. The compressor of claim 4 including first and second springs disposed between each of the first and second end caps and the first and second pistons. .. 【請求項６】 前記ハウジング内に配置された作用流体
を含んでいる請求項５記載の圧縮器。6. The compressor of claim 5 including a working fluid disposed within said housing.
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