JPH0610470B2 - 往復動式圧縮機とこの圧縮機を用いた逆スターリングサイクル式冷凍機 - Google Patents

往復動式圧縮機とこの圧縮機を用いた逆スターリングサイクル式冷凍機

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JPH0610470B2
JPH0610470B2 JP60051803A JP5180385A JPH0610470B2 JP H0610470 B2 JPH0610470 B2 JP H0610470B2 JP 60051803 A JP60051803 A JP 60051803A JP 5180385 A JP5180385 A JP 5180385A JP H0610470 B2 JPH0610470 B2 JP H0610470B2
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piston
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compressor
pistons
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▲あきら▼ 平本
慶一 小野寺
哲男 川崎
太 藤並
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Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】
この発明は、ピストンの往復動操作によって作動媒体の
圧縮を行う往復動式圧縮機およびこの圧縮機を用いた逆
スターリングサイクル式冷凍機の構成に関する。
【従来技術とその問題点】
この種の往復動式圧縮機は周知であり、冷凍機その他の
各種分野で広く一般に使用されている。ところでこの種
の往復動式圧縮機はピストンが直線的に往復動操作され
ることから、そのままでは運動に伴って脈動的な振動が
発生し、これがもとで騒音の発生,機械寿命の低下を来
す。このために従来より様々な防振対策が工夫されてい
る。かかる防振対策として、ピストンの駆動機構を機械
的なクランク機構の代わりに例えば電磁ソレノイドによ
る直線的な駆動方式を採用し、さらに加えて吸振器を装
備して振動の発生を抑制するようにした方式が知られて
いる。 次に上記した従来の往復動式圧縮機を第3図に示す。図
において、1は圧縮機のケースであり、ケース1内には
その内部に作動媒体の圧縮空間を形成したシリンダ2、
およびシリンダ2に挿入したピストン3が装備されてお
り、かつピストン3がソレノイド駆動式リニアモータ等
の駆動機構4を介してシリンダ内で往復動操作される。
また前記シリンダ2の圧縮空間に通じてケース1に開口
する作動媒体の吸込管5,吐出管6側にはそれぞれ吸込
弁7,吐出弁8が設置されている。かかる構成でピスト
ン3を往復動操作することによりそのストローク動作に
対応して圧縮空間の容積が増減変化し、これに伴って吸
込弁7を通じて吸い込まれた作動媒体が圧縮され、吐出
弁8を通じて外方に吐き出されることになる。かかる圧
縮機に対してピストン3と対向する反対側のケース側面
には質量9とスプリング10とを組合せた質量−スプリン
グ系で構成された吸振器11が設置されている。かかる吸
振器の動作原理はよく知られているところであり、質量
9とスプリング10のばね常数で決まる吸振器系の固有振
動数を撹乱力で加振される主質量の固有振動数に一致さ
せることにより、撹乱力で加振される主質量の振動振幅
を零にすることができる。しかしながら、かかる吸振器
による防振方式では前記した固有振動数を挟んでその前
後に振幅が大となる共振振動数領域が存在しており、吸
振器は吸振器系の固有振動数においてのみ有効に作用す
る。したがってこの吸振器は主質量へ加わる撹乱力の振
動数が一定不変の場合、つまり一定の周波数で運転され
る同期運転機器用としては適しているが、その他の可変
速度系の機器には適していない。また一定周波数で運転
される機器であっても、機器の起動の過程では前記した
共振振動数の領域を通過するために、この時に加わる共
振振動が機器に作用し、このことが要因となって騒音の
発生および機器の機械的寿命を短くする等の問題が派生
する。
【発明の目的】
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、圧
縮機の騒音駆動周波数が可変であっても常に振動発生を
確実に抑えることができ、これにより低,長寿命化が図
れるようにした往復動式圧縮機およびこの圧縮機を用い
た逆スターリングサイクル式冷凍機を提供することを目
的とする。
【発明の要点】
上記目的を構成するために、本発明によれば、往復動式
圧縮機を、胴内に作動媒体の圧縮空間を形成した両端開
放形のシリンダと、該シリンダに対し前記圧縮空間を挟
んでその両側に対向配置された一対のピストンと、前記
双方のピストンの相互間に180度の位相差を設定して
各ピストンを同期的に往復動操作する駆動機構とを具備
し、該駆動機構として、各ピストン毎にそのピストン軸
に連結支持されたソレノイドコイルと、該ソレノイドコ
イルを挟んでその内外周側に対向配置された磁路を構成
する内外二重の筒形ヨークおよび該ヨークの間に介装さ
れた永久磁石とからなる固定側の磁石装置との組合わせ
からなり、ソレノイドコイルへ供給された交流電流と磁
石装置側に生成された定方向磁界との相互作用による電
磁力でピストンをシリンダ内で往復動操作するソレノイ
ド駆動式リニアモータを用いると共に、前記シリンダ自
身をソレノイド駆動式リニアモータの内周側の筒形ヨー
クとして構成するものとする。 また、この圧縮機のシリンダ内圧縮空間と、この圧縮機
のピストン動作と所定の位相差を以て膨張シリンダ内を
往復動するディスプレーサとの間を連通して配管接続し
て、逆スターリングサイクル式冷凍機を構成するものと
する。 かかる構成により、対向し合う双方のピストン側でピス
トンを含む可動部の質量等の仕様を同一に設定しておく
ことにより、運転に際して各ピストン側で発生する力は
その大きさが等しく、かつその方向が正反対になること
から、圧縮機ケースに作用する反力もまた大きさが等し
くかつ方向が逆となり、双方の力は互いに相殺し合って
圧縮機の振動,および振動に伴って生じる騒音が防止さ
れることになる。 また、シリンダ自身をソレノイド駆動式リニアモータの
内周側の筒形ヨークとしたので、圧縮機のピストン移動
方向の寸法が短縮される。
【発明の実施例】
第1図および第2図はそれぞれこの発明の異なる実施例
の構成を示すものであり、第3図と同一部材には同じ符
号が付してある。 まず第1図の実施例において、ケース1内にはその胴内
に作動媒体の圧縮空間2aを形成したシリンダ2が設置
されており、このシリンダ2に対し前記の圧縮空間2a
を挟んでシリンダの左右両側には一対のピストン3Aと
3Bが対向配置されている。なおこのピストン3Aと3Bは
寸法,質量等の仕様が同一のものである。またシリンダ
2のシリンダ胴中央に通じてケース1には作動媒体の吸
込管5,吐出管6が開口し、ここに第3図と同様に吸込
弁7,吐出弁8が配置されている。一方、前記したピス
トン3A,3Bに対してはそれぞれのピストンを往復動操作
する次記のピストン駆動機構4A,4Bが付属構成されてい
る。すなわちピストン駆動機構は各ピストン3A,3Bごと
にそのピストン軸12上に設置の非磁性材スリーブ13に巻
装されたソレノイドコイル14A,14Bと、該ソレノイドコ
イルを挟んでその内外周対向位置する円筒状の磁路を構
成するヨーク15,16、およびヨーク15,16の間に介装さ
れた円筒状の永久磁石17とからなる磁石装置とで構成さ
れている。ここで、磁性材で作られたシリンダ2が内周
側のヨークを兼用している。なおこの永久磁石17はその
内外周面がN,S極に磁化されたものである。また前記
したソレノイドコイル14Aと14Bとは互いにコイルの巻方
向が逆になっており、リード線の接続端子18を介して
図示されていない交流電源に接続されている。またピス
トン3A,3Bとケース1の左右端板との間にはそれぞれ各
ピストン3A,3Bを圧縮機の運転休止状態で中立位置に復
帰させるためのばね19が介挿されている。 次に上記構成による圧縮機の運転動作に付いて説明す
る。まず前記した磁石装置側では、永久磁石17のN極か
らヨーク15,16を経て磁石のS極に戻る閉ループの磁路
の途中でヨーク15と16との間の空間に定方向の磁界が形
成されている。ここでソレノイドコイル14A,14Bに交流
電流を通流すると、フレミングの左手の法則により前記
した磁石装置で生成された定方向の磁界との相互作用で
軸方向の電磁力が働き、この電磁力によりピストン3A,
3Bはシリンダ2内で駆動される。またこの場合にソレノ
イドコイル14A,14Bに供給される電流は交流電流である
ことから、前記した電磁力は電源周波数に対応して力の
向きが交互に反転し、ピストンは左右交互に往復動する
ことになる。しかも前記のようにソレノイドコイル14A
と14Bとでは互いにコイルの巻方向が逆になっており、
したがってピストン3Aと3Bは互いに180度の位相差を
もって逆方向にストローク動作する。なおソレノイドコ
イル14A,14Bのコイル巻回方向を逆にするかわりに、コ
イル電流の方向を逆方向にしても同様にピストン3Aと3B
のストローク動作の間に180度の位相差を設定するこ
とができる。ここでピストン3Aが左側,ピストン3Bが右
側に移動すると、左右のピストンの間に挟まれたシリン
ダ2内の圧縮空間2aの容積が増すのでこの空間内圧力が
低下し、吸込弁7を通じて作動媒体がシリンダ内に流入
する。次の行程でピストンの移動が反転し、ピストン3A
が右側,ピストン3Bが左側に移動を開始すると、シリン
ダ内の圧縮空間の容積は縮減して空間内の圧力が上昇
し、作動媒体は加圧圧縮された状態で吐出弁8を通じて
外方へ吐出されることになる。しかも前記の動作説明で
明らかなように、ピストン3Aと3Bとは互いに180度の
位相差をもってストローク動作し、かつ各ピストンに加
わる駆動力も同じ大きさであることから、ケース1に作
用する反力もその大きさが等しく、かつ180度の位相
差から力の向きが逆となり、互いに相殺し合うことにな
る。しかもこの動作は圧縮機の電源周波数が可変であっ
ても,また圧縮機の起動時でもこれらに関係なく常に相
殺し合うように行われる。この結果、圧縮機全体の振動
したがって圧縮機の据付基礎,ケースを通じて外方へ伝
播する振動,騒音の発生が確実に防止できることにな
る。 次に上記した圧縮機を分離型の膨張シリンダ内に構成さ
れたディスプレーサと組合せて逆スターリングサイクル
冷凍機を構成した実施例を第2図に示す。第2図におい
て、圧縮機のケース1にはシリンダ2のシリンダ胴内圧
縮空間に通じて作動媒体通路20が引出し形成されてお
り、この通路20と膨張シリンダ21との間が途中に冷却器
22を装備した配管23で接続されている。一方、膨張シリ
ンダ21内には、上下端面に通気穴を開口した中空のフリ
ーピストン24に金綱等の積層体で構成された蓄冷体25を
内蔵してなるディスプレーサ26が収容されており、かつ
膨張シリンダ21の頂部には膨張ピストン25の端面との間
に作動媒体の膨張空間となるコールドステーション27が
形成さている。なお28は蓄冷体25を含む膨張ピストン24
とともに質量−ばね系を構成するスプリングであり、こ
の質量−ばね系の固有振動周波数を適宜に選定すること
により、圧縮機の運転により発生する系内作動媒体の圧
力脈動に連動して膨張ピストン24がピストンの動作と所
定の位相差をもって同期的に膨張シリンダ21内で矢印の
ように上下に往復運動するようになる。 上記のように圧縮機とディスプレーサとを組合せて圧縮
機を運転することにより、周知のように圧縮機側のシリ
ンダ内圧縮空間と膨張シリンダ21側の膨張空間との間で
作動媒体(ヘリウムガス等の冷媒ガス)が等容,等温変
化する逆スターリングサイクルが進行し、膨張シリンダ
21側のコールドステーション27で作動媒体が断熱膨張し
て冷凍を発生する。またこの第2図の実施例に示した圧
縮機は、構造的には第1図に示した圧縮機の吸込,吐出
弁を省略するとともに、その吸込,吐出口を一括統合す
るかないしはその一方を封止した構造となっており、そ
の他の構造は第1図のものと同様である。したがって圧
縮機の運転に際しての振動,騒音の発生を良好に防止で
き、かつスプリング28によるばね共振力を利用したフリ
ーピストン形のディスプレーサ26との組合せにより、設
備全体として振動,騒音の発生が殆ど無い無振動,無騒
音の冷凍機を得ることができる。
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、上記の構成を採用
した結果、下記の効果を奏する。 シリンダ内の圧縮空間を挟んで対向する一対のピスト
ンの往復動に伴って発生する振動が駆動周波数の可変変
動に関係なく常にピストンの相互間で相殺され、圧縮機
の無振動,無騒音化、ひいては冷凍機の無振動、無騒音
化が達成される。 ピストンの移動方向の寸法が短縮されるので、装置全
体が小型,軽量化される。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図はそれぞれこの発明に係る往復動式圧縮
機の異なる実施例の構成断面図、第3図は従来における
往復動式圧縮機の構成断面図である。図において、 1:圧縮機ケース、2:シリンダ、2a:圧縮空間、3A,
3B、ピストン、4A,4B:ピストン駆動機構、7:吸込
弁、8:吐出弁、12:ピストン軸、14A,14B:ソレノイ
ドコイル、15,16:磁路を構成するヨーク、17:永久磁
石、21:膨張シリンダ、26:ディスプレーサ。
フロントページの続き (72)発明者 川崎 哲男 神奈川県横須賀市長坂2丁目2番1号 株 式会社富士電機総合研究所内 (72)発明者 藤並 太 神奈川県横須賀市長坂2丁目2番1号 株 式会社富士電機総合研究所内 (56)参考文献 特公 昭32−7460(JP,B1) 実公 昭49−19447(JP,Y1)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】胴内に作動媒体の圧縮空間を形成した両端
    開放形のシリンダと、該シリンダに対し前記圧縮空間を
    挟んでその両側に対向配置された一対のピストンと、前
    記双方のピストンの相互間に180度の位相差を設定し
    て各ピストンを同期的に往復動操作する駆動機構とを具
    備し、該駆動機構として、各ピストン毎にそのピストン
    軸に連結支持されたソレノイドコイルと、該ソレノイド
    コイルを挟んでその内外周側に対向配置された磁路を構
    成する内外二重の筒形ヨークおよび該ヨークの間に介装
    された永久磁石とからなる固定側の磁石装置との組合わ
    せからなり、ソレノイドコイルへ供給された交流電流と
    磁石装置側に生成された定方向磁界との相互作用による
    電磁力でピストンをシリンダ内で往復動操作するソレノ
    イド駆動式リニアモータを用いると共に、前記シリンダ
    自身をソレノイド駆動式リニアモータの内周側の筒形ヨ
    ークとしたことを特徴とする往復動式圧縮機。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の往復動式圧縮
    機において、各ピストンに付属するソレノイド駆動式リ
    ニアモータは、その相互間でソレノイドコイルのコイル
    巻回方向ないし電流方向を逆向きに設定して同じ交流電
    源により同期運転されることを特徴とする往復動式圧縮
    機。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の往復動式圧縮
    機において、シリンダのシリンダ胴中央部に通じる吸込
    口,吐出口にそれぞれ作動媒体の吸込弁および吐出弁が
    設置されていることを特徴とする往復動式圧縮機。
  4. 【請求項4】胴内に作動媒体の圧縮空間を形成した両端
    開放形のシリンダと、該シリンダに対し前記圧縮空間を
    挟んでその両側に対向配置された一対のピストンと、前
    記双方のピストンの相互間に180度の位相差を設定し
    て各ピストンを同期的に往復動操作する駆動機構とを具
    備し、該駆動機構として、各ピストン毎にそのピストン
    軸に連結支持されたソレノイドコイルと、該ソレノイド
    コイルを挟んでその内外周側に対向配置された磁路を構
    成する内外二重の筒形ヨークおよび該ヨークの間に介装
    された永久磁石とからなる固定側の磁石装置との組合わ
    せからなり、ソレノイドコイルへ供給された交流電流と
    磁石装置側に生成された定方向磁界との相互作用により
    電磁力でピストンをシリンダ内で往復動操作するソレノ
    イド駆動式リニアモータを用いると共に、前記シリンダ
    自身をソレノイド駆動式リニアモータの内周側の筒形ヨ
    ークとした往復動式圧縮機、のシリンダ内圧縮空間と、
    該圧縮機のピストン動作と所定の位相差を以て膨張シリ
    ンダ内を往復動するディスプレーサとの間を連通して配
    管接続して成ることを特徴とする逆スターリングサイク
    ル式冷凍機。
JP60051803A 1985-03-15 1985-03-15 往復動式圧縮機とこの圧縮機を用いた逆スターリングサイクル式冷凍機 Expired - Lifetime JPH0610470B2 (ja)

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JPS61210276A JPS61210276A (ja) 1986-09-18
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0849387A (ja) * 1994-08-04 1996-02-20 Mitsubishi Material Kenzai Kk 中空外壁板の横張り目地構造

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CN109854477A (zh) * 2017-11-30 2019-06-07 章宪 一种电磁往复式压缩机

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