JPH0674588A - フリーピストン形スターリング冷却機 - Google Patents
フリーピストン形スターリング冷却機Info
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- JPH0674588A JPH0674588A JP22374192A JP22374192A JPH0674588A JP H0674588 A JPH0674588 A JP H0674588A JP 22374192 A JP22374192 A JP 22374192A JP 22374192 A JP22374192 A JP 22374192A JP H0674588 A JPH0674588 A JP H0674588A
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- linear motor
- damper
- stirling cooler
- piston
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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
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- 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
- F25B2500/00—Problems to be solved
- F25B2500/13—Vibrations
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】非冷却体に悪影響を与える振動の発生を低減さ
せたフーピストン形スターリング冷却機を提供すること
にある。 【構成】フリーピストン形スターリング冷却機30に、ば
ね要素10で支持された負荷質量9及び、これを可動部と
して振動させるリニアモータ11を取り付けたアクティブ
ダンパ４０を接続した構成とする。 【効果】冷却機30の運転状態が変化し振動の周波数が変
化した場合、アクティブダンパ40に印加する電流を調整
し、ダンパ40の振動系の共振周波数を冷却機振動の周波
数と常に一致させることで、振動を低減することができ
るようになった。
せたフーピストン形スターリング冷却機を提供すること
にある。 【構成】フリーピストン形スターリング冷却機30に、ば
ね要素10で支持された負荷質量9及び、これを可動部と
して振動させるリニアモータ11を取り付けたアクティブ
ダンパ４０を接続した構成とする。 【効果】冷却機30の運転状態が変化し振動の周波数が変
化した場合、アクティブダンパ40に印加する電流を調整
し、ダンパ40の振動系の共振周波数を冷却機振動の周波
数と常に一致させることで、振動を低減することができ
るようになった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は被冷却体を極低温に冷却
するために用いられるフリーピストン形スターリング冷
却機に関するものであり、特に、低振動が要求される被
冷却体の冷却に好適な振動防止機構を備えたフリーピス
トン形スターリング冷却機に関する。
するために用いられるフリーピストン形スターリング冷
却機に関するものであり、特に、低振動が要求される被
冷却体の冷却に好適な振動防止機構を備えたフリーピス
トン形スターリング冷却機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のフリーピストン形スターリング冷
却機の振動防止機構として、いわゆるダイナミックダン
パを用いることは良く知られている。このダイナミック
ダンパについては、レフリジレーション・フォー・クラ
イオジェニックス・センサーズ・アンド・エレクトロニ
ック・システムズ（１９８１年）第１０３頁から第１１
５頁（Refrigeration for Cryogenics Sensors and Ele
ctronic Systems）において論じられている。本機構
は、冷却機にばねを介して質量が取り付けられている、
振動学で論じられているところのダイナミックダンパで
あり、冷却機の運転条件が、ピストン及びディスプレー
サの運動が変化しない定常の状態においてのみ、質量及
びこれを支持するばねの定数を適値に選定することによ
り、効果的な振動防止機構となる。
却機の振動防止機構として、いわゆるダイナミックダン
パを用いることは良く知られている。このダイナミック
ダンパについては、レフリジレーション・フォー・クラ
イオジェニックス・センサーズ・アンド・エレクトロニ
ック・システムズ（１９８１年）第１０３頁から第１１
５頁（Refrigeration for Cryogenics Sensors and Ele
ctronic Systems）において論じられている。本機構
は、冷却機にばねを介して質量が取り付けられている、
振動学で論じられているところのダイナミックダンパで
あり、冷却機の運転条件が、ピストン及びディスプレー
サの運動が変化しない定常の状態においてのみ、質量及
びこれを支持するばねの定数を適値に選定することによ
り、効果的な振動防止機構となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来のダイナミックダンパでは、冷却機とダンパ
で構成される振動系の特性に合致した運転条件での振動
防止は期待できるが、ピストンやディスプレーサの動き
が一様でない状態で生じる非定常振動を防止することは
できなかった。すなわち、ダイナミックダンパは、後で
詳述するが、振動を防止できる振動周波数域は非常に狭
く、ピストン等、可動体の周波数が変動する運転条件で
は効果的な振動防止は期待できない。
ような従来のダイナミックダンパでは、冷却機とダンパ
で構成される振動系の特性に合致した運転条件での振動
防止は期待できるが、ピストンやディスプレーサの動き
が一様でない状態で生じる非定常振動を防止することは
できなかった。すなわち、ダイナミックダンパは、後で
詳述するが、振動を防止できる振動周波数域は非常に狭
く、ピストン等、可動体の周波数が変動する運転条件で
は効果的な振動防止は期待できない。
【０００４】フリーピストン形スターリング冷却機の振
動系は、衆知の通り、ピストン部分についてはピストン
と圧縮・膨張空間で構成されるガスばね（非線形ばね）
が支配的である。一方、ディスプレーサ部分については
蓄冷器を通過する際のガスの圧力損失がばね系や粘性減
衰系に影響を及ぼす。
動系は、衆知の通り、ピストン部分についてはピストン
と圧縮・膨張空間で構成されるガスばね（非線形ばね）
が支配的である。一方、ディスプレーサ部分については
蓄冷器を通過する際のガスの圧力損失がばね系や粘性減
衰系に影響を及ぼす。
【０００５】以上のように、冷却機全体の振動系は封入
ガス圧力や各部分の質量等、初期設定仕様のみならず、
可動部の振動振幅や圧縮空間、膨張空間の温度等によっ
ても影響を受ける。すなわち、スターリングサイクル一
周期のなかでも振動系が変化すると言っても過言ではな
い。
ガス圧力や各部分の質量等、初期設定仕様のみならず、
可動部の振動振幅や圧縮空間、膨張空間の温度等によっ
ても影響を受ける。すなわち、スターリングサイクル一
周期のなかでも振動系が変化すると言っても過言ではな
い。
【０００６】本発明の目的は上記問題点に鑑み、運転中
の外的あるいは内的変化に伴う振動系の非定常的変動が
生じた場合においても、本変動に追従し、精度の高い振
動防止が行えるような機構を備えたフリーピストン形ス
ターリング冷却機を提供することにある。
の外的あるいは内的変化に伴う振動系の非定常的変動が
生じた場合においても、本変動に追従し、精度の高い振
動防止が行えるような機構を備えたフリーピストン形ス
ターリング冷却機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、付設するダ
イナミックダンパの振動系を冷却機の運転条件に見合っ
た最適な系に逐次変えていく機能を有する構成とするこ
とにより達成される。すなわち、本発明の特徴とすると
ころは、ダイナミックダンパの振動系を構成する質量及
びばね要素のうち、冷却機の振動状態に合わせてばね要
素の特性を能動的に変えようとするものであり、従来の
ダイナミックダンパに代えてアクティブダンパとしたと
ころにある。
イナミックダンパの振動系を冷却機の運転条件に見合っ
た最適な系に逐次変えていく機能を有する構成とするこ
とにより達成される。すなわち、本発明の特徴とすると
ころは、ダイナミックダンパの振動系を構成する質量及
びばね要素のうち、冷却機の振動状態に合わせてばね要
素の特性を能動的に変えようとするものであり、従来の
ダイナミックダンパに代えてアクティブダンパとしたと
ころにある。
【０００８】ばねの特性を変える手段としてはいくつか
ある。例えば、ピストンとシリンダで構成されるガスば
ねのように、封入圧力を適宜変えてやればばね定数を変
化させることは可能である。しかしながら先にも示した
通り、ガスばねは非線形ばねであり、また、圧力の増減
には、ピストンの運動に対し無視できない時間遅れが生
じるため、きめ細かな制御は期待できない。そのため電
気的にばね系を変える方法が望ましい。
ある。例えば、ピストンとシリンダで構成されるガスば
ねのように、封入圧力を適宜変えてやればばね定数を変
化させることは可能である。しかしながら先にも示した
通り、ガスばねは非線形ばねであり、また、圧力の増減
には、ピストンの運動に対し無視できない時間遅れが生
じるため、きめ細かな制御は期待できない。そのため電
気的にばね系を変える方法が望ましい。
【０００９】したがって、本発明では、ダイナミックダ
ンパにリニアモータを適用する。リニアモータを適用し
た場合の作用については次項で示すものとし、ここでは
先ず、その構成について説明する。すなわち、本発明で
適用されるコイル固定−永久磁石可動形、永久磁石固定
−コイル可動形リニアモータ、もしくは可動鉄片形リニ
アモータは電流により推力が得られる構造であり、可動
部がばねで支えられた状態でコイルに交番電流を通電す
ると質量−ばね系に強制力が作用する一次元強制振動系
が形成されることになる。コイルに通電されない場合は
ダイナミックダンパであり、ダイナミックダンパとして
動作している時に、質量の変位方向と同じ方向の推力を
作用させれば、あたかもばね定数が低くなったように、
また、逆方向の推力を作用させればばね定数が高くなっ
たように動作する。したがって、ダイナミックダンパと
してリニアモータを適用すれば入力電流を制御すること
により冷却機の振動を抑えるに最適なダンパ振動系を構
成することが可能となる。
ンパにリニアモータを適用する。リニアモータを適用し
た場合の作用については次項で示すものとし、ここでは
先ず、その構成について説明する。すなわち、本発明で
適用されるコイル固定−永久磁石可動形、永久磁石固定
−コイル可動形リニアモータ、もしくは可動鉄片形リニ
アモータは電流により推力が得られる構造であり、可動
部がばねで支えられた状態でコイルに交番電流を通電す
ると質量−ばね系に強制力が作用する一次元強制振動系
が形成されることになる。コイルに通電されない場合は
ダイナミックダンパであり、ダイナミックダンパとして
動作している時に、質量の変位方向と同じ方向の推力を
作用させれば、あたかもばね定数が低くなったように、
また、逆方向の推力を作用させればばね定数が高くなっ
たように動作する。したがって、ダイナミックダンパと
してリニアモータを適用すれば入力電流を制御すること
により冷却機の振動を抑えるに最適なダンパ振動系を構
成することが可能となる。
【００１０】ここで本発明の具体的な目的達成手段につ
いて例示すると以下の通りである。上記本発明の目的
は、ピストン、ディスプレーサ、これらの二者を囲むシ
リンダ及び前記ピストン、ディスプレーサにそれぞ接続
されたリニアモータを主要構成要素とする冷却機と、ダ
ンパとを具備して成るフリーピストン形スターリング冷
却機であって、前記ダンパを、前記冷却機にばね要素及
び粘性減衰要素を介して可動部分が接続されたリニアモ
ータを配設してなるアクティブダンパで構成して成るフ
リーピストン形スターリング冷却機により、達成され
る。
いて例示すると以下の通りである。上記本発明の目的
は、ピストン、ディスプレーサ、これらの二者を囲むシ
リンダ及び前記ピストン、ディスプレーサにそれぞ接続
されたリニアモータを主要構成要素とする冷却機と、ダ
ンパとを具備して成るフリーピストン形スターリング冷
却機であって、前記ダンパを、前記冷却機にばね要素及
び粘性減衰要素を介して可動部分が接続されたリニアモ
ータを配設してなるアクティブダンパで構成して成るフ
リーピストン形スターリング冷却機により、達成され
る。
【００１１】上記ダンパに配設されたリニアモータは、
コイル固定−永久磁石可動形リニアモータ、永久磁石固
定−コイル可動形リニアモータもしくは可動鉄片形リニ
アモータの何れでもよい。そして好ましくは、上記ピス
トン及びディスプレーサにそれぞれ接続された２基のリ
ニアモータ及び上記ダンパに配設されたリニアモータの
可動部、もしくはピストンに接続されたリニアモータ及
びダンパに配設されたリニアモータの可動部の可動方向
が同一線上になるように配設することである。また、前
記冷却機には、ピストン及びディスプレーサにそれぞれ
接続されたリニアモータの可動部の可動方向と同一方向
の振動変位を検出する少なくとも一つの変位検出手段を
設けることが望ましい。この変位検出手段の代わりに加
速度検出手段を設けることもできる。また、上記ダンパ
に配設されたリニアモータの可動部質量を増減可能な構
成にすることもできる。
コイル固定−永久磁石可動形リニアモータ、永久磁石固
定−コイル可動形リニアモータもしくは可動鉄片形リニ
アモータの何れでもよい。そして好ましくは、上記ピス
トン及びディスプレーサにそれぞれ接続された２基のリ
ニアモータ及び上記ダンパに配設されたリニアモータの
可動部、もしくはピストンに接続されたリニアモータ及
びダンパに配設されたリニアモータの可動部の可動方向
が同一線上になるように配設することである。また、前
記冷却機には、ピストン及びディスプレーサにそれぞれ
接続されたリニアモータの可動部の可動方向と同一方向
の振動変位を検出する少なくとも一つの変位検出手段を
設けることが望ましい。この変位検出手段の代わりに加
速度検出手段を設けることもできる。また、上記ダンパ
に配設されたリニアモータの可動部質量を増減可能な構
成にすることもできる。
【００１２】さらにまた、上記変位検出手段、もしくは
加速度検出手段からの信号に基づいて上記ダンパに配設
されたリニアモータに供給する電気入力のうち交番電流
振幅もしくは電流位相を制御する手段を設けることがで
きる。また、上記変位検出手段もしくは加速度検出手段
からの信号に基づいて、上記ダンパに配設されたリニア
モータを駆動するための入力電流の振幅及び位相を決め
る演算機能を有する制御器を設けることが望ましい。
加速度検出手段からの信号に基づいて上記ダンパに配設
されたリニアモータに供給する電気入力のうち交番電流
振幅もしくは電流位相を制御する手段を設けることがで
きる。また、上記変位検出手段もしくは加速度検出手段
からの信号に基づいて、上記ダンパに配設されたリニア
モータを駆動するための入力電流の振幅及び位相を決め
る演算機能を有する制御器を設けることが望ましい。
【００１３】
【作用】本発明のダンパに設けられるコイル固定−永久
磁石可動形、永久磁石固定−コイル可動形リニアモー
タ、もしくは可動鉄片形リニアモータ（以下、リニアモ
ータと称す）は、永久磁石により形成される磁界の中に
置かれたコイルに通電することによりフレミング則で示
されるところの推力がコイルに作用する。永久磁石が可
動するタイプでは、反力として永久磁石が動くことにな
る。
磁石可動形、永久磁石固定−コイル可動形リニアモー
タ、もしくは可動鉄片形リニアモータ（以下、リニアモ
ータと称す）は、永久磁石により形成される磁界の中に
置かれたコイルに通電することによりフレミング則で示
されるところの推力がコイルに作用する。永久磁石が可
動するタイプでは、反力として永久磁石が動くことにな
る。
【００１４】いま、コイルに通電していない状態で、ダ
イナミックダンパとしてリニアモータの可動部が冷却機
の駆動周波数と同一周波数で振動している場合を考え
る。すなわち、この時は冷却機本体を加振する力がダン
パ可動部を加振する力に変換され、冷却機の振動低減効
果として現れる。外的もしくは内的条件の変化によりダ
イナミックダンパとしての最適条件がずれ、冷却機本体
の振動として現れた場合、ダンパ質量を支えるばねの特
性を本条件での最適値に調整すれば再び冷却機本体の振
動を低減させることが可能となる。
イナミックダンパとしてリニアモータの可動部が冷却機
の駆動周波数と同一周波数で振動している場合を考え
る。すなわち、この時は冷却機本体を加振する力がダン
パ可動部を加振する力に変換され、冷却機の振動低減効
果として現れる。外的もしくは内的条件の変化によりダ
イナミックダンパとしての最適条件がずれ、冷却機本体
の振動として現れた場合、ダンパ質量を支えるばねの特
性を本条件での最適値に調整すれば再び冷却機本体の振
動を低減させることが可能となる。
【００１５】ダンパを構成するばねの特性を、リニアモ
ータのコイルに通電する電流により調整する。最適条件
が高ダンパ固有振動数側にある場合、すなわち、支持す
るばねのばね定数を大きくする場合はダンパ可動部の変
位とは逆方向に推力を作用させれば良い。一方、低域側
にある場合、すなわち、ばね定数を小さくする場合は可
動部変位と同方向に推力を作用させれば良いことにな
る。なお、ダンパ質量の変位が時間に対して正弦波状で
あり、また、支持ばね特性が線形であれば、当然、ばね
力は正弦波状であるから、推力も正弦波状の特性とす
る。すなわち、正弦波状の電流をコイルに作用させれば
良い。また、電流と推力の位相差を把握しておけば、変
位と推力が同位相もしくは逆位相になるように供給電流
の位相を設定することによりばね定数の調整が可能とな
る。
ータのコイルに通電する電流により調整する。最適条件
が高ダンパ固有振動数側にある場合、すなわち、支持す
るばねのばね定数を大きくする場合はダンパ可動部の変
位とは逆方向に推力を作用させれば良い。一方、低域側
にある場合、すなわち、ばね定数を小さくする場合は可
動部変位と同方向に推力を作用させれば良いことにな
る。なお、ダンパ質量の変位が時間に対して正弦波状で
あり、また、支持ばね特性が線形であれば、当然、ばね
力は正弦波状であるから、推力も正弦波状の特性とす
る。すなわち、正弦波状の電流をコイルに作用させれば
良い。また、電流と推力の位相差を把握しておけば、変
位と推力が同位相もしくは逆位相になるように供給電流
の位相を設定することによりばね定数の調整が可能とな
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。 〈実施例１〉図１はダンパ４０にコイル固定−永久磁石
可動形リニアモータ１１を配設した装置の全体構成を示
す断面である。同図に示すように、ピストン２、ディス
プレーサ１、これら二者を囲むシリンダ８及びピストン
２、ディスプレーサ１に各々接続されたリニアモータ
４、５を主要構成要素とするフリーピストン形スターリ
ング冷却機３０に、ばね要素１０に支持された負荷質量
９及びこれを可動部として振動させるコイル固定−永久
磁石可動形リニアモータ１１を主要構成要素とするアク
ティブダンパ４０が付設されている。
る。 〈実施例１〉図１はダンパ４０にコイル固定−永久磁石
可動形リニアモータ１１を配設した装置の全体構成を示
す断面である。同図に示すように、ピストン２、ディス
プレーサ１、これら二者を囲むシリンダ８及びピストン
２、ディスプレーサ１に各々接続されたリニアモータ
４、５を主要構成要素とするフリーピストン形スターリ
ング冷却機３０に、ばね要素１０に支持された負荷質量
９及びこれを可動部として振動させるコイル固定−永久
磁石可動形リニアモータ１１を主要構成要素とするアク
ティブダンパ４０が付設されている。
【００１７】電気接点１６、１７より交流電流を加えリ
ニアモータ４及び５を駆動させることで、作動流体を圧
縮空間７、蓄冷器３、膨張空間６の間を移動させ、スタ
ーリングサイクルを構成し膨張空間６で冷却効果を得
る。この際にリニアモータ４及び５の駆動により発生す
る振動を低減させるため、シリンダ８に取付けられた変
位検出手段１４により振動の変位を検出し、さらにダン
パ４０の負荷質量９の変位を変位検出手段２０により検
出し、演算、制御装置１５において、ダンパのコイル固
定−永久磁石可動形リニアモータ１１を制御する。
ニアモータ４及び５を駆動させることで、作動流体を圧
縮空間７、蓄冷器３、膨張空間６の間を移動させ、スタ
ーリングサイクルを構成し膨張空間６で冷却効果を得
る。この際にリニアモータ４及び５の駆動により発生す
る振動を低減させるため、シリンダ８に取付けられた変
位検出手段１４により振動の変位を検出し、さらにダン
パ４０の負荷質量９の変位を変位検出手段２０により検
出し、演算、制御装置１５において、ダンパのコイル固
定−永久磁石可動形リニアモータ１１を制御する。
【００１８】以下、図２に示した制御フロー図にしたが
って制御の一例を説明する。制御はまず、ダンパ４０の
コイル固定−永久磁石可動形リニアモータ１１に加える
電流等の初期値を設定する（ステップ100）。Ａ0は、シ
リンダ８の振動の振幅値、Ｂはダンパ４０に印加する電
流の振幅値である。システム運用中は、変位検出手段１
４の入力を基に振動の振幅Ａを求め（ステップ300）振
幅Ａが許容値ＡTより大きいかどうかを判断する（ステ
ップ400）。小さい場合は、各設定値を変更せずその状
態を保持し（ステップ410）、大きい場合は、振幅Ａが
時間に対して増加しているか減少しているかを直前の振
幅値Ａ0と比較することで判断する（ステップ500）。振
幅Ａが増加している場合は、その直前にダンパ４０のコ
イル固定−永久磁石可動形リニアモータ１１への供給電
流の振幅値Ｂを大きくしたのか、小さくしたのかを判別
し（ステップ510）大きくした場合は、供給電流の振幅
値ＢをＢ0として記憶した後Ｂの値を一定値αだけ減す
る（ステップ511）。小さくしていた場合は、供給電流
の振幅値ＢをＢ0として記憶した後、Ｂの値に一定値α
を加える（ステップ512）。
って制御の一例を説明する。制御はまず、ダンパ４０の
コイル固定−永久磁石可動形リニアモータ１１に加える
電流等の初期値を設定する（ステップ100）。Ａ0は、シ
リンダ８の振動の振幅値、Ｂはダンパ４０に印加する電
流の振幅値である。システム運用中は、変位検出手段１
４の入力を基に振動の振幅Ａを求め（ステップ300）振
幅Ａが許容値ＡTより大きいかどうかを判断する（ステ
ップ400）。小さい場合は、各設定値を変更せずその状
態を保持し（ステップ410）、大きい場合は、振幅Ａが
時間に対して増加しているか減少しているかを直前の振
幅値Ａ0と比較することで判断する（ステップ500）。振
幅Ａが増加している場合は、その直前にダンパ４０のコ
イル固定−永久磁石可動形リニアモータ１１への供給電
流の振幅値Ｂを大きくしたのか、小さくしたのかを判別
し（ステップ510）大きくした場合は、供給電流の振幅
値ＢをＢ0として記憶した後Ｂの値を一定値αだけ減す
る（ステップ511）。小さくしていた場合は、供給電流
の振幅値ＢをＢ0として記憶した後、Ｂの値に一定値α
を加える（ステップ512）。
【００１９】一方、振幅Ａが時間に対して減少している
場合、または変化しない場合は、その直前にダンパ４０
のコイル固定−永久磁石可動形リニアモータ１１への供
給電流の振幅値Ｂを大きくしたのか、小さくしたのかを
判別し（ステップ520）、大きくした場合は、供給電流
の振幅値ＢをＢ0として記憶した後Ｂの値に一定値αを
加える（ステップ521）。小さくしていた場合は、供給
電流の振幅値ＢをＢ0として記憶した後、Ｂの値を一定
値αだけ減する（ステップ522）。このようにダンパ４
０の供給電流の振幅Ｂを設定した後に、変位検出手段１
４より得られた振動の振幅ＡをＡ0として記憶させる
（ステップ700）。最後に、変位検出手段２０より、ダ
ンパの負荷質量９の振動波形を検出し（ステップ800）
これをもとに、ダンパ４０のリニアモータ１１に電流を
供給する（ステップ900）。
場合、または変化しない場合は、その直前にダンパ４０
のコイル固定−永久磁石可動形リニアモータ１１への供
給電流の振幅値Ｂを大きくしたのか、小さくしたのかを
判別し（ステップ520）、大きくした場合は、供給電流
の振幅値ＢをＢ0として記憶した後Ｂの値に一定値αを
加える（ステップ521）。小さくしていた場合は、供給
電流の振幅値ＢをＢ0として記憶した後、Ｂの値を一定
値αだけ減する（ステップ522）。このようにダンパ４
０の供給電流の振幅Ｂを設定した後に、変位検出手段１
４より得られた振動の振幅ＡをＡ0として記憶させる
（ステップ700）。最後に、変位検出手段２０より、ダ
ンパの負荷質量９の振動波形を検出し（ステップ800）
これをもとに、ダンパ４０のリニアモータ１１に電流を
供給する（ステップ900）。
【００２０】なお、変位検出手段１４より入力した変位
の振動が正弦波であれば、ダンパの変位も正弦波とな
り、この変位に比例した電流をダンパ４０のコイル固定
−永久磁石可動形リニアモータ１１に加えることでダン
パのばね定数を変化させることができ、これにより、シ
リンダ８の振動の周波数にダンパの共振点を一致させる
ことができ、全体の振動を低減することができる。
の振動が正弦波であれば、ダンパの変位も正弦波とな
り、この変位に比例した電流をダンパ４０のコイル固定
−永久磁石可動形リニアモータ１１に加えることでダン
パのばね定数を変化させることができ、これにより、シ
リンダ８の振動の周波数にダンパの共振点を一致させる
ことができ、全体の振動を低減することができる。
【００２１】また、変位検出手段１４で得られたシリン
ダ８の振動と変位検出手段２０で得られるダンパ４０の
負荷質量９の振動の位相差をあらかじめ調べておけば、
変位検出手段２０のかわりに変位検出手段１４を用い同
様の効果が得られる。
ダ８の振動と変位検出手段２０で得られるダンパ４０の
負荷質量９の振動の位相差をあらかじめ調べておけば、
変位検出手段２０のかわりに変位検出手段１４を用い同
様の効果が得られる。
【００２２】〈実施例２〉図３はダンパ４０のリニアモ
ータに可動鉄片形リニアモータ１３を用いた場合であ
り、磁性体１８でできたケーシング１２の中央部に非磁
性体１９を配置し、両端に設置されたリニアモータ１３
のコイルに交互に電流を印加することで、ばね要素１０
に支持された負荷質量９が振動する。この構成において
も実施例１と同様に振動の低減を図ることができる。
ータに可動鉄片形リニアモータ１３を用いた場合であ
り、磁性体１８でできたケーシング１２の中央部に非磁
性体１９を配置し、両端に設置されたリニアモータ１３
のコイルに交互に電流を印加することで、ばね要素１０
に支持された負荷質量９が振動する。この構成において
も実施例１と同様に振動の低減を図ることができる。
【００２３】〈実施例３〉また、実施例１の図１に示し
たダンパ４０のコイル固定−永久磁石可動形リニアモー
タ１１の代わりに永久磁石固定−コイル可動形リニアモ
ータを用いても同様の効果が得られる。また、変位検出
手段１４の代わりに速度検出手段、もしくは加速度検出
手段を用いても同様の効果が得られる。さらにまた、変
位検出手段２０の代わりに速度検出手段、もしくは加速
度検出手段を用いても同様の効果が得られる。
たダンパ４０のコイル固定−永久磁石可動形リニアモー
タ１１の代わりに永久磁石固定−コイル可動形リニアモ
ータを用いても同様の効果が得られる。また、変位検出
手段１４の代わりに速度検出手段、もしくは加速度検出
手段を用いても同様の効果が得られる。さらにまた、変
位検出手段２０の代わりに速度検出手段、もしくは加速
度検出手段を用いても同様の効果が得られる。
【００２４】〈実施例４〉上記実施例は、冷却機膨張部
３１と冷却機圧縮部３２とを一体構造としたインテグラ
ル型に適用した例であるが、冷却機膨張部３１と冷却機
圧縮部３２とを分離して両者を配管で接続する構成のス
プリット型においても、冷却機膨張部３１と冷却機圧縮
部３２とに個別に上記例に示すアクティブダンパ４０を
接続することで、同様の効果を得ることができる。
３１と冷却機圧縮部３２とを一体構造としたインテグラ
ル型に適用した例であるが、冷却機膨張部３１と冷却機
圧縮部３２とを分離して両者を配管で接続する構成のス
プリット型においても、冷却機膨張部３１と冷却機圧縮
部３２とに個別に上記例に示すアクティブダンパ４０を
接続することで、同様の効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、フリーピストン形スタ
ーリング冷却機の振動防止構造としてリニアモータを適
用したダイナミックダンパを用いることにより、冷却機
が一定状態で駆動している時はもとより、内的あるいは
外的要因により振動状態が変化した場合においても、リ
ニアモータの推力を支持ばねのばね力に対し重ね合わせ
ることにより、ダンパ系のばね定数を最適値に調整する
ことが出来るから、常に低振動状態で冷却機を作動させ
ることが出来る。
ーリング冷却機の振動防止構造としてリニアモータを適
用したダイナミックダンパを用いることにより、冷却機
が一定状態で駆動している時はもとより、内的あるいは
外的要因により振動状態が変化した場合においても、リ
ニアモータの推力を支持ばねのばね力に対し重ね合わせ
ることにより、ダンパ系のばね定数を最適値に調整する
ことが出来るから、常に低振動状態で冷却機を作動させ
ることが出来る。
【図１】本発明の一実施例のフリーピストン形スターリ
ング冷却機の全体構成を示す断面構造図。
ング冷却機の全体構成を示す断面構造図。
【図２】ダンパ４０の制御フロー図。
【図３】本発明の他の一実施例となるフリーピストン形
スターリング冷却機の全体構成を示す断面構造図。
スターリング冷却機の全体構成を示す断面構造図。
１…ディスプレーサ、 ２…ピスト
ン、３…蓄冷器、 ４及び５…リニ
アモータ、６…膨張空間、 ７
…圧縮空間、８…シリンダ、
９…負荷質量、１０…ばね要素、１１…コイル固定−永
久磁石可動形リニアモータ、１２…ケーシング、
１４…変位検出手段、１５…演算・制御装
置、 １６及び１７…電気接点、１３…可動鉄片形
リニアモータ、 １８…磁性体、１９…非磁性体、
２０…変位検出手段、３０…冷却
機、 ３１…冷却機膨張部、３２
…冷却機圧縮部、 ４０…ダンパ。
ン、３…蓄冷器、 ４及び５…リニ
アモータ、６…膨張空間、 ７
…圧縮空間、８…シリンダ、
９…負荷質量、１０…ばね要素、１１…コイル固定−永
久磁石可動形リニアモータ、１２…ケーシング、
１４…変位検出手段、１５…演算・制御装
置、 １６及び１７…電気接点、１３…可動鉄片形
リニアモータ、 １８…磁性体、１９…非磁性体、
２０…変位検出手段、３０…冷却
機、 ３１…冷却機膨張部、３２
…冷却機圧縮部、 ４０…ダンパ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 正 茨城県つくば市千現二丁目１番地の１宇宙 開発事業団筑波宇宙センター内 (72)発明者 古川 正夫 茨城県つくば市千現二丁目１番地の１宇宙 開発事業団筑波宇宙センター内
Claims (9)
- 【請求項１】ピストン、ディスプレーサ、これらの二者
を囲むシリンダ及び前記ピストン、ディスプレーサにそ
れぞ接続されたリニアモータを主要構成要素とする冷却
機と、ダンパとを具備して成るフリーピストン形スター
リング冷却機であって、前記ダンパを、前記冷却機にば
ね要素及び粘性減衰要素を介して可動部分が接続された
リニアモータを配設してなるアクティブダンパで構成し
て成るフリーピストン形スターリング冷却機。 - 【請求項２】請求項１記載のフリーピストン形スターリ
ング冷却機において、上記ダンパに配設されたリニアモ
ータを、コイル固定−永久磁石可動形リニアモータ、永
久磁石固定−コイル可動形リニアモータもしくは可動鉄
片形リニアモータの何れかで構成して成るフリーピスト
ン形スターリング冷却機。 - 【請求項３】請求項１もしくは２記載のフリーピストン
形スターリング冷却機において、上記ピストン及びディ
スプレーサにそれぞれ接続された２基のリニアモータ及
び上記ダンパに配設されたリニアモータの可動部、もし
くはピストンに接続されたリニアモータ及びダンパに配
設されたリニアモータの可動部の可動方向が同一線上に
なるように配設されて成るフリーピストン形スターリン
グ冷却機。 - 【請求項４】請求項１もしくは２記載のフリーピストン
形スターリング冷却機において、前記冷却機のピストン
及びディスプレーサにそれぞれ接続されたリニアモータ
の可動部の可動方向と同一方向の振動変位を検出する少
なくとも一つの変位検出手段を具備して成るフリーピス
トン形スターリング冷却機。 - 【請求項５】請求項１もしくは２記載のフリーピストン
形スターリング冷却機において、前記冷却機のピストン
及びディスプレーサにそれぞれ接続されたリニアモータ
の可動部の可動方向と同一方向の振動加速度を検出する
少なくとも一つの加速度検出手段を具備して成るフリー
ピストン形スターリング冷却機。 - 【請求項６】請求項１もしくは２記載のフリーピストン
形スターリング冷却機において、上記ダンパに配設され
たリニアモータの可動部質量を増減可能な構成にして成
るフリーピストン形スターリング冷却機。 - 【請求項７】請求項４記載のフリーピストン形スターリ
ング冷却機において、上記変位検出手段からの信号に基
づいて上記ダンパに配設されたリニアモータに供給する
電気入力のうち交番電流振幅もしくは電流位相を制御す
る手段を有して成るフリーピストン形スターリング冷却
機。 - 【請求項８】請求項５記載のフリーピストン形スターリ
ング冷却機において、上記加速度検出手段からの信号に
基づいて上記ダンパに配設されたリニアモータに供給す
る電気入力のうち交番電流振幅もしくは電流位相を制御
する手段を有して成るフリーピストン形スターリング冷
却機。 - 【請求項９】請求項７もしくは８記載のフリーピストン
形スターリング冷却機において、上記変位検出手段もし
くは加速度検出手段からの信号に基づいて上記ダンパに
配設されたリニアモータを駆動するための入力電流の振
幅及び位相を決める演算機能を有する制御器を具備して
成るフリーピストン形スターリング冷却機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22374192A JPH0674588A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | フリーピストン形スターリング冷却機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22374192A JPH0674588A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | フリーピストン形スターリング冷却機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674588A true JPH0674588A (ja) | 1994-03-15 |
Family
ID=16802971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22374192A Pending JPH0674588A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | フリーピストン形スターリング冷却機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0674588A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020007500A (ko) * | 2000-07-14 | 2002-01-29 | 구자홍 | 극저온 냉동기의 진동 저감구조 |
| WO2002053991A1 (en) * | 2000-12-27 | 2002-07-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerator and method of controlling operation of the refrigerator |
| KR100374824B1 (ko) * | 2000-07-28 | 2003-03-04 | 엘지전자 주식회사 | 극저온 냉동기의 진동 흡수장치 |
| WO2003056257A1 (en) * | 2001-12-26 | 2003-07-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling engine |
| WO2004090441A1 (ja) * | 2003-04-10 | 2004-10-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | 共振周波数調整方法及びスターリング機関 |
| EP1762795A3 (en) * | 2005-09-09 | 2009-02-18 | Raytheon Company | Low vibration cryocooler |
| CN104848575A (zh) * | 2014-02-17 | 2015-08-19 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷机 |
| CN109510378A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-22 | 浙江荣捷特科技有限公司 | 一种斯特林电机减振系统 |
| JP2024510764A (ja) * | 2021-03-15 | 2024-03-11 | ブルカー バイオスピン コーポレイション | スターリングクーラを有するｎｍｒ磁石システム |
| CN118462427A (zh) * | 2024-07-12 | 2024-08-09 | 湖南大学 | 一种自由活塞式斯特林发电机混合减振系统及其方法 |
-
1992
- 1992-08-24 JP JP22374192A patent/JPH0674588A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020007500A (ko) * | 2000-07-14 | 2002-01-29 | 구자홍 | 극저온 냉동기의 진동 저감구조 |
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| US7121099B2 (en) | 2000-12-27 | 2006-10-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerator and method of controlling operation of the refrigerator |
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| EP1467159A4 (en) * | 2001-12-26 | 2006-06-07 | Sharp Kk | STIRLING ENGINE |
| US7257949B2 (en) | 2001-12-26 | 2007-08-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling engine |
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| JP2024510764A (ja) * | 2021-03-15 | 2024-03-11 | ブルカー バイオスピン コーポレイション | スターリングクーラを有するｎｍｒ磁石システム |
| CN118462427A (zh) * | 2024-07-12 | 2024-08-09 | 湖南大学 | 一种自由活塞式斯特林发电机混合减振系统及其方法 |
| CN118462427B (zh) * | 2024-07-12 | 2024-09-24 | 湖南大学 | 一种自由活塞式斯特林发电机混合减振系统及其方法 |
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