CN1481492A - 斯特林制冷机 - Google Patents

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Abstract

斯特林制冷机，设置有外侧轭铁组装体(11)，作为构成线性马达(16)的为侧轭铁。活塞支持弹簧(5)与驱气活塞支持弹簧(6)的固定，是通过设置由外侧轭铁组装体(11)支持的活塞支持弹簧支持部件(14A)及驱气活塞支持弹簧支持部件(14B)实现的。根据这种结构，能提供这样的斯特林制冷机：很容易进行构成线性马达的外侧轭铁本体的线圈/绕线管及外侧轭铁大量生产组装时的处理，同时，能够缩小壳体的外形。

Description

斯特林制冷机
技术领域
本发明涉及低温发生用的斯特林制冷机，特别是关于让活塞往复运动用的线性马达结构、用于支持活塞的活塞弹性支持装置的结构及用于保持驱气活塞的驱气活塞弹性支持装置的结构。
背景技术
以产生冷热为目的的自由活塞式斯特林制冷机，在热循环中，也称作逆斯特林循环制冷机。下面，参照图12说明这种斯特林制冷机的结构。
以往的斯特林制冷机100E，具有气缸3，气缸3包括作直线往复运动的活塞1和驱气活塞2。活塞1及驱气活塞2为同轴地构成，驱气活塞2上所形成的杆2a穿过活塞1轴向中心部所设置的滑动孔1a。活塞1及驱气活塞2设置成可通过气缸3内周滑动面3a圆滑地滑动的结构。
活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6的中心部固定在驱气活塞2上所形成的杆2a的上部(图12中的右侧)。活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6具有螺旋状的圆盘型板形状。
活塞1由活塞支持弹簧5相对壳体15弹性地固定着，活塞支持弹簧5由固定在壳体15上的支持部件31支持。同样，驱气活塞2由驱气活塞支持弹簧6相对壳体15弹性地固定着，驱气活塞支持弹簧6也由支持部件31支持。
通过气缸3形成的空间由活塞1分割为两个空间。第一空间是活塞1的在驱气活塞2侧所形成的工作空间7。第二空间是活塞1的在驱气活塞2侧的相反一侧的背面空间8。在高压状态下，给这两个空间中填充有高压氦气等工作介质。
线性马达16备有：固定在气缸3侧的内侧轭铁13；相对于内侧轭铁13以给定间隙设置的、由内包有绕线管/线圈9a外侧轭铁9b组成的外侧轭铁本体9及安装在活塞1上、配置在内侧轭铁13与外侧轭铁9b的间隙中的永久磁铁12。外侧轭铁9b由支持部件31所支持的定位决30固定在壳体15侧。
活塞1通过线性马达16的作用，以给定周期沿轴向作往复运动。借助于活塞1的往复运动，使工作介质在工作空间7内反复地压缩或膨胀。驱气活塞2根据工作空间7内的压缩或膨胀的工作介质的压力变化作直线往复运动。这时，活塞1与驱气活塞2设定成保持约90度的相位差，并以相同周期往复运动。
工作空间7由驱气活塞2进一步分割成两个空间。第一工作空间是活塞1和驱气活塞2夹持的压缩空间7a。第二工作空间是气缸3尖端部的膨胀空间7b。该压缩空间7a与膨胀空间7b通过再生器4连接，再生器4是由网眼形状的铜材料等形成。
借助于膨胀空间7b中的工作介质，在气缸3尖端部的冷头(端)3c中产生冷热(量)。关于该冷热的发生原理等的逆斯特林热循环，由于是公知技术，因此在这里省略了其说明。
然而，上述结构的斯特林制冷机100E，存在以下问题。
第一，由于线圈/绕线管9a及外侧轭铁9b的各部件的强度比较弱，所以，必须注意大量生产组装时的处理方法。第二，如图12所示，在将活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6固定在壳体15侧的结构中，需要将固定在壳体15上的支持部件13延长到活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6的位置，因此，壳体15的外形变大，从强度的观点出发，必然要使壳体15的材料壁厚增厚。
发明揭示
本发明的目的是提供一种使构成线性马达的外侧轭铁本体的线圈/绕线管及外侧轭铁的大量生产组装时的处理容易，同时能缩小壳体外形的斯特林制冷机。
基于本发明的斯特林制冷机，包括：壳体；设置在壳体内的气缸；设置在上述气缸内的、通过设置在上述气缸外周面上的线性马达可沿上述气缸的轴线方向往复运动的活塞；及设置在上述气缸内，在上述气缸内并在其与上述活塞之间形成压缩空间，可沿轴线方向往复运动的驱气活塞。其特征是，上述线性马达具有：设置在上述气缸外周面上的内侧轭铁；包围上述内侧轭铁安装着并设置在上述壳体侧的外侧轭铁组装体；及配置在上述内侧轭铁与上述外侧轭铁组装体的间隙中、并与上述活塞连接的永久磁铁。上述外侧轭铁组装体具有：相对于上述内侧轭铁对峙配置的绕线管/线圈；从上述壳体侧及轴线方向覆盖上述绕线管/线圈而设置的外侧轭铁；及从轴线方向夹持上述外侧轭铁而设置的环状的一对按押部件。
于是，由于设置有环状的一对按押部件，可用该按押部件夹持构成线性马达的外侧轭铁本体的线圈/绕线管及外侧轭铁，使其成为一体结构，因此，在斯特林制冷机的组装时，作为外侧轭铁组装体，可得到一体的强度，很容易处理外侧轭铁组装体。
在本发明中，最好是，斯特林制冷机还包括：将上述活塞相对上述壳体弹性支持的、使上述活塞可在上述气缸内往复运动的活塞支持装置；及将上述驱气活塞相对上述壳体弹性支持的、使上述驱气活塞可在上述气缸内往复运动的驱气活塞支持装置。上述活塞支持装置具有：与上述活塞连接的第一弹性部件；及支持上述第一弹性部件、固定在上述外侧轭铁组装体的轴向方向的端面侧的第一弹性部件支持装置。上述驱气活塞支持装置具有：与上述驱气活塞连接的第二弹性部件；及支持上述第二弹性部件、固定在上述外侧轭铁组装体的轴向方向的端面侧的第二弹性部件支持装置。
采用这种结构，由于第一弹性部件支持装置及第二弹性部件支持装置可配置在线性马达的上面一侧，能缩小壳体的外形。结果，也能提高壳体的强度，缩小壳体的壁厚，减轻斯特林制冷机的重量，并实现成本的降低。
在以往的结构中，由于支持部件由通过线性马达侧部的长尺寸部件构成，所以，在斯特林制冷机的组装时，不留意就会引起该长尺寸部件变形，也会产生规定各部件的轴心困难的情况，然而，在本发明中，这些缺陷都能得以避免。
在上述的发明中，最好是，上述第一弹性部件及第二弹性部件具有大致圆盘形状，上述第一弹性部件的外径设置成小上述第二弹性部件的外径，上述第一弹性部件支持装置的高度低于上述第二弹性部件支持装置的高度。
采用这种结构，第一弹性部件与第二弹性部件各自的紧固部分的影响不会波及另一方的紧固状态。即是说，由于各个弹性部件是独立的，并固定在弹性部件支持装置上，因此，弹性部件不会脱落，能提高斯特林制冷机的信赖性。
在上述的发明中，最好是，上述第一弹性部件支持装置及上述第二弹性部件支持装置设置在环状基板上。另外，在上述的发明中，最好是，上述第一弹性部件支持装置及上述第二弹性部件支持装置具有柱状形状。采用这种结构，可提高第一弹性部件与第二弹性部件各自安装时的作业性。
另外，在上述的发明中，最好是，在上述环状基板上，一体地设置着上述一对按押部件的其中一个按押部件。采用这种结构，能减少零部件的数目。
附图的简要说明
图1是实施形式1的斯特林制冷机100A全体构成的断面图。
图2A及2B是表示外侧轭铁9的结构的第一示意图。
图3A及3B是表示外侧轭铁9的结构的第二示意图。
图4A及4B是表示外侧轭铁组装体11的结构及组装的示意图。
图5A及5B是表示活塞支持弹簧支持部件14A结构的示意图。
图6是实施形式2的斯特林制冷机100B全体构成的断面图。
图7A及7B是表示活塞支持弹簧支持部件14C结构的示意图。
图8是实施形式3的斯特林制冷机100C全体构成的断面图。
图9A及9B是表示活塞支持弹簧支持部件14D结构的示意图。
图10是实施形式4的斯特林制冷机100D全体构成的断面图。
图11A及11B是表示活塞支持弹簧支持部件14E结构的示意图。
图12是以往技术的斯特林制冷机概略结构的断面图。
实施发明的最佳形式
以下，参照附图说明基于本发明的各实施形式的斯特林制冷机的结构。另外，与图12说明的以往技术相同或相当的部分，附有相同的参考符号，其详细说明省略。
实施形式1
参照图1～图5B，说明实施形式1的斯特林制冷机100A的结构。图1是斯特林制冷机100A全体构成的断面图，图2A～图4B是表示外侧轭铁组装体11的结构及组装的示意图，图5A及5B是表示活塞支持弹簧支持部件14A结构的示意图。
斯特林制冷机100A的结构
参照图1，斯特林制冷机100A的基本结构与用图12说明的斯特林制冷机100E相同，作为本实施形式的斯特林制冷机100A的特征结构在于下述几点，其一是，设置有外侧轭铁组装体11，作为构成线性马达16的外侧轭铁；其二是，关于作为第一弹性部件的活塞支持弹簧5与作为第二弹性部件的驱气活塞支持弹簧6的固定，是利用作为由外侧轭铁组装体11支持的第一弹性部件支持装置的活塞支持弹簧支持部件14A及作为第二弹性部件支持装置的驱气活塞支持弹簧支持部件14B实现的。
外侧轭铁组装体11的构成
下面，参照图2A～图4B，说明外侧轭铁组装体11的构成。首先，参照图2A、2B及图3A、3B，外侧轭铁本体9，在通过将铜线卷绕在绕线管上而制成的环状绕线管/线圈9a的外周面上，用粘结剂固定有分割成多个并分别通过重叠轭铁用钢板制成的外侧轭铁9b。
图2A及2B示出了外侧轭铁9b嵌合到环状绕线管/线圈9 a的外周面上之前的状态，图2A示出了平面结构，图2B示出了沿图2A中的IIB-IIB截面剖开的断面结构。另外，图3A及3B示出了外侧轭铁9b嵌合到环状绕线管/线圈9a的外周面上的状态，图3A示出了平面结构，图3B示出了沿图3A中的IIIB-IIIB截面剖开的断面结构。在外侧轭铁9b的上面一侧及下面一侧设置有凸部90，用于对后述的上侧按押板10a及下侧按押板10b进行安装定位。
参照图4A及图4B，在外侧轭铁本体9的上面一侧及下面一侧，从轴线方向夹持地安装分别由刚性比较高的树脂材料构成的环状上侧按押板10a及下侧按押板10b，借此，完成外侧轭铁组装体11。在上侧按押板10a及下侧按押板10b上，分别设置有凹部91，凹部91与设置于外侧轭铁9b上的凸部90嵌合。另外，图4A示出了上侧按押板10a及下侧按押板10b安装到外侧轭铁本体9上之前的断面结构，图4B示出了上侧按押板10a及下侧按押板10b安装到外侧轭铁本体9上的状态下的断面结构。
再参照图1，按照上述构成的外侧轭铁组装体11用螺栓(图中未示)相对于气缸3固定，使该外侧轭铁组装体11的轴心与气缸3的轴心一致。为了使外侧轭铁组装体11的轴心与气缸3的轴心一致，可使用夹具(图中省略)。
活塞支持弹簧支持部件14A及驱气活塞支持弹簧支持部件14B的构成
参照图5A及5B，说明活塞支持弹簧支持部件14A的结构。图5A是平面结构，图5B示出了沿着图5A中的VB-VB截面剖开的断面结构。活塞支持弹簧支持部件14A由黄铜或树脂部件等构成，具有环状基板构成的基座部140和用于支持活塞支持弹簧5的支持部141。在支持部141上设置有多个小螺钉孔B1，用于固定活塞支持弹簧5及后述的驱气活塞支持弹簧支持部件14B。
驱气活塞支持弹簧支持部件14B如图1所示，具有均等厚度组成的环形形状，与活塞支持弹簧支持部件14A同样地由黄铜或树脂部件等形成。
用螺栓(图中省略)，把活塞支持弹簧支持部件14A相对于外侧轭铁组装体11的上侧按押板10a固定。为了对活塞支持弹簧支持部件14A相对于上侧按押板10a定位，可使用夹具(图中省略)。另外，驱气活塞支持弹簧支持部件14B也是用螺栓相对于活塞支持弹簧支持部件14A固定的。
作用与效果
如上文所述，根据本实施形式的斯特林制冷机，由于构成线性马达16的线圈/绕线管9a及外侧轭铁9b采用了通过上侧按押板10a及下侧按押板10b夹持而成为外侧轭铁组装体11的一体结构，因此，作为外侧轭铁组装体11，可得到一体的强度，很容易处理外侧轭铁组装体11。
另外，将外侧轭铁组装体11安装到气缸3上时，由于能可靠地相对于气缸3对外侧轭铁组装体11定位，因此，可同时相对于气缸3，对于线圈/绕线管9a、外侧轭铁9b、活塞支持弹簧支持部件14A及驱气活塞支持弹簧支持部件14B进行定位，从而缩短了制造斯特林制冷机所要的生产节拍的时间。
进一步，通过将活塞支持弹簧支持部件14A及驱气活塞支持弹簧支持部件14B配置在线性马达16轴向端面侧的上部，可缩小壳体15的外形。结果，在壳体15的强度的基础上，可减少壳体15的壁厚，减轻斯特林制冷机的重量，实现成本的降低。
另外，在以往的结构中，由于支持部件由通过线性马达16侧部的长尺寸部件构成，所以，在斯特林制冷机的组装时，不留意就会引起该长尺寸部件变形，而这种缺陷在本实施形式中可得以避免。
实施形式2
下面，参照图6、图7A及图7B，说明实施形式2的斯特林制冷机100B的结构。另外，图6是表示斯特林制冷机100B全体构成的断面图，图7A及图7B是表示支持弹簧支持部件14C结构的示意图。
斯特林制冷机100B的结构
与上述实施形式1的斯特林制冷机100A的结构相比较，在这种情况下，本实施形式的斯特林制冷机100B的不同点是，使用支持弹簧支持部件14C代替上述活塞支持弹簧支持部件14A及驱气活塞支持弹簧支持部件14B。另外，外侧轭铁组装体11的构成与实施形式1的斯特林制冷机100A相同。
支持弹簧支持部件14C的结构
在本实施形式中，活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的外形不同，借助于支持弹簧支持部件14C将活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的双方支持着。参照图7A及7B，说明支持弹簧支持部件14C的结构。另外，图7A是平面结构，图7B示出了沿着图7A中的VIIB-VIIB截面剖开的断面结构。支持弹簧支持部件14C具有环状基板构成的基座部140，用于支持活塞支持弹簧5的支持部件141和用于支持驱气活塞支持弹簧6的支持部件142设置成将其外形与安装高度改变的结构。另外，支持弹簧支持部件14C由黄铜或树脂部件等构成。另外，在支持部141、142上设置有多个小螺钉孔B1，用于固定活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6。
作用与效果
如上文所述，根据本实施形式的斯特林制冷机，能得到与上述实施形式1同样的作用与效果，同时，由于活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6的外形不同，活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的固定位置是安装在不同的位置，所以，各自的紧固部分的影响在单方的紧固状态下不会影响到另一方。
实施形式3
下面，参照图8、图9A及图9B，说明实施形式3的斯特林制冷机100C的结构。另外，图8是表示斯特林制冷机100C全体构成的断面图，图9A及图9B是表示支持弹簧支持部件14D结构的示意图。
斯特林制冷机100C的结构
与上述实施形式2的斯特林制冷机100B的结构相比较，在这种情况下，本实施形式的斯特林制冷机100C的不同点是，在支持弹簧支持部件14D中，将活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的支持部做成柱状形状。另外，外侧轭铁组装体11的构成与实施形式1的斯特林制冷机100A相同。
支持弹簧支持部件14D的结构
参照图9A及9B，说明支持弹簧支持部件14D的结构。另外，图9A是平面结构，图9B示出了沿着图9A中的IXB-IXB截面剖开的断面结构。在本实施形式中，在与上述实施形式2的支持弹簧支持部件14C相比较的情况下，活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的支持部141、142设置在柱状部143上，该柱状部143以90°的间距设置在环状基板构成的基座部140上的4个位置处。此外，柱状部143的数量及配置位置并不限于本实施形式，可根据适当的设计进行选择，只要能在稳定状态下支持活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的结构，都是可行的。
作用与效果
如上文所述，根据本实施形式的斯特林制冷机，能得到与上述实施形式1及2同样的作用与效果，同时，由于支持部141、142设置在柱状部143上，所以，可提高活塞支持弹簧5及驱气活塞支持弹簧6安装时的作业性。并且，能实现斯特林制冷机的轻量化。
实施形式4
下面，参照图10、图11A及图11B，说明实施形式4的斯特林制冷机100D的结构。另外，图10是表示斯特林制冷机100D全体构成的断面图，图11是表示支持弹簧支持部件14E结构的示意图。
斯特林制冷机100D的结构
在与上述实施形式3的斯特林制冷机100C的结构相比较的情况下，本实施形式的斯特林制冷机100D，虽然在支持弹簧支持部件14E中，将活塞支持弹簧5与驱气活塞支持弹簧6的支持部做成柱状的这一点是相同的，但是，还有不同的点在于，在环状基板制成的基座部140上，形成有构成外侧轭铁组装体11的上侧按押板10a。
支持弹簧支持部件14E的结构
参照图11A及11B，说明支持弹簧支持部件14E的结构。另外，图11A是平面结构，图11B示出了沿着图11A中的XIB-XIB截面剖开的断面结构。在本实施形式中，在与上述实施形式3的支持弹簧支持部件14D相比较的情况下，由于基座140兼作构成外侧轭铁组装体11的上侧按押板10a，所以，与设置在外侧轭铁9b上的凸部嵌合的凹部91一体地设置在基座140上。
作用与效果
如上文所述，根据本实施形式的斯特林制冷机，能得到与上述实施形式1～3同样的作用与效果，同时，由于采用了在支持弹簧支持部件14E上一体地设置上侧按押板10a的结构，因此，可减少零部件数目。
在此揭示的实施形式，以所有的要点并以例示的方式进行，但是，并不限于此。本发明的范围不只是上述的说明，也包含根据权利要求的范围所示的、与权利要求的范围均等的含义及在这些范围内的全部的变更。
工业上的应用性
根据基于本发明的斯特林制冷机，由于设置有环状的一对按押部件，可用该按押部件夹持构成线性马达的外侧轭铁本体的线圈/绕线管及外侧轭铁，使其成为一体结构，因此，在斯特林制冷机的组装时，作为外侧轭铁组装体，可得到一体的强度，很容易处理外侧轭铁组装体。
另外，第一弹性部件支持装置及第二弹性部件支持装置可配置在线性马达的上面一侧，能缩小壳体的外形。结果，也能提高壳体的强度，缩小壳体的壁厚，减轻斯特林制冷机的重量，并实现成本的降低。

Claims (6)

1、一种斯特林制冷机，包括：
壳体(15)；
设置在壳体(15)内的气缸(3)；
设置在所述气缸(3)内的、通过设置在所述气缸(3)外周面上的线性马达(16)可沿所述气缸(3)的轴线方向往复运动的活塞(1)；及
设置在所述气缸(3)内，在所述气缸(3)内并在其与所述活塞(1)之间形成压缩空间，可沿轴线方向往复运动的驱气活塞(2)，
所述线性马达(16)具有：
设置在所述气缸(3)外周面上的内侧轭铁(13)；
包围所述内侧轭铁(13)安装着并设置在所述壳体(15)侧的外侧轭铁组装体(9)；及
配置在所述内侧轭铁(13)与所述外侧轭铁组装体(9)的间隙中、并与所述活塞(1)连接的永久磁铁(12)，
所述外侧轭铁组装体(9)具有：
相对于所述内侧轭铁(13)对峙配置的绕线管/线圈(9a)；
从所述壳体侧及轴线方向覆盖所述绕线管/线圈(9a)而设置的外侧轭铁(9b)；及
从轴线方向夹入所述外侧轭铁(9b)而设置的环状的一对按押部件(10a、10b)。
2、根据权利要求1记载的斯特林制冷机，其特征是，还包括：
将所述活塞(1)相对所述壳体(15)弹性支持的、使所述活塞(1)可在所述气缸(3)内往复运动的活塞支持装置(5、14A)；及
将所述驱气活塞(2)相对所述壳体(15)弹性支持的、使所述驱气活塞(2)可在所述气缸(3)内往复运动的驱气活塞支持装置(6、14B)，
所述活塞支持装置(5、14A)具有：
与所述活塞(1)连接的第一弹性部件(5)；及
支持所述第一弹性部件(5)、固定在所述外侧轭铁组装体(9)的轴向方向的端面侧的第一弹性部件支持装置(14A)，
所述驱气活塞支持装置(6、14B)具有：
与所述驱气活塞(2)连接的第二弹性部件(6)；及
支持所述第二弹性部件(6)、固定在所述外侧轭铁组装体(9)的轴向方向的端面侧的第二弹性部件支持装置(14B)。
3、根据权利要求2记载的斯特林制冷机，其特征是，所述第一弹性部件(5)及第二弹性部件(6)具有大致圆盘形状，
所述第一弹性部件(5)的外径设置成小所述第二弹性部件(6)的外径，所述第一弹性部件支持装置(14A)的高度低于所述第二弹性部件支持装置(14B)的高度。
4、根据权利要求3记载的斯特林制冷机，其特征是，所述第一弹性部件支持装置(14A)及所述第二弹性部件支持装置(14B)设置在环状基板(140)上。
5、根据权利要求4记载的斯特林制冷机，其特征是，所述第一弹性部件支持装置(14A)及所述第二弹性部件支持装置(14B)具有柱状形状。
6、根据权利要求4记载的斯特林制冷机，其特征是，在所述环状基板(140)上，一体地设置着所述一对按押部件(10a、10b)的其中一个按押部件(10a)。
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