DE60120478T2

DE60120478T2 - Stirling -kältemaschine

Info

Publication number: DE60120478T2
Application number: DE60120478T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Sakai-shi OGURA
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: KR100529263B1; BR0115111B1; US20040093873A1; ATE329212T1; KR20030042041A; JP2002139263A; US6886348B2; BR0115111A; DE60120478D1; WO2002037036A1; JP3566647B2; EP1347252A1; EP1347252A4; CN1227491C; EP1347252B1; CN1481492A

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Stirling-Kältemaschine, die zum Erzeugen niedriger Temperaturen verwendet wird, und genauer gesagt, betrifft sie eine Konstruktion eines Linearmotors zum Hin- und Herbewegen eines Kolbens, eine Konstruktion einer elastischen Kolben-Halteeinrichtung sowie eine Konstruktion einer elastischen Verdränger-Halteeinrichtung.
Hintergrundbildende Technik
Eine Stirling-Kältemaschine mit freiem Kolben zum Erzeugen von Kälte wird auch, hinsichtlich des Wärmezyklus, als Umkehr-Stirling-Kältemaschine bezeichnet. Diese Stirling-Kältemaschine verfügt über eine Konstruktion, wie sie unten unter Bezugnahme auf die 12 beschrieben ist.
Eine herkömmliche Stirling-Kältemaschine 100E verfügt über einen Zylinder 3 mit einem linear hin- und herlaufenden Kolben 1 und einem Verdränger 2. Der Kolben 1 und der Verdränger 2 sind koaxial strukturiert, und eine am Verdränger 2 ausgebildete Stange 2a läuft durch ein Verschiebeloch 1a, das in einem zentralen Teil in der axialen Richtung des Kolbens 1 vorhanden ist. Der Kolben 1 und der Verdränger 2 sind so vorhanden, dass sie entlang einer Innenumfangs-Gleitfläche 3a des Zylinders 3 gleichmäßig verschiebbar sind.
In einem oberen Teil (auf der rechten Seite in der 12) der am Verdränger 2 ausgebildeten Stange 2a sind jeweilige zentrale Teile einer Kolben-Haltefeder 5 und einer Verdränger-Haltefeder 6 befestigt. Die Kolben-Haltefeder 5 und die Verdränger-Haltefeder 6 liegen jeweils in der Form einer spiralartigen Platte vor.
Der Kolben 1 ist durch die Kolben-Haltefeder 5, die durch ein am Gehäuse 15 befestigtes Halteelement 31 gehalten ist, elastisch in Bezug auf das Gehäuse 15 fixiert. Der Verdränger 2 ist ebenfalls durch die durch ein Halteelement 31 gehaltene Verdränger-Haltefeder 6 elastisch in Bezug auf das Gehäuse 15 fixiert.
Der durch den Zylinder 3 gebildete Innenraum ist durch den Kolben 1 in zwei Räume unterteilt. Ein erster Raum ist ein Arbeitsraum 7, der auf der Seite des Verdrängers 2 in Bezug auf den Kolben 1 ausgebildet ist. Ein zweiter Raum ist ein hinterer Raum 8, der an der entgegengesetzten Seite des Verdrängers 2 in Bezug auf den Kolben 1 ausgebildet ist. Diese zwei Räume sind mit einem Arbeitsmedium wie Heliumgas auf hohem Druck gefüllt.
Ein Linearmotor 16 verfügt über ein am Zylinder 3 befestigtes Innenjoch 13, einen Außenjochkörper 9 aus einem Außenjoch 9b, das mit einem vorbestimmten Abstand zwischen sich und dem Innenjoch 13 platziert ist, um eine Spulenhalter/Spule-Einheit 9a zum umschließen, und einen am Kolben 1 angebrachten Permanentmagnet 12, der im Zwischenraum zwischen dem Innenjoch 13 und dem Außenjoch 9b platziert ist. Das Außenjoch 9b ist durch einen durch ein Halteelement 31 gehaltenen Positionierblock 30 am Gehäuse 15 befestigt.
Der Kolben 1 läuft durch die Wirkung des Linearmotor 16 axial mit vorbestimmten Zyklen hin und her. Die Hin-Her-Bewegung des Kolbens 1 sorgt dafür, dass das Arbeitsmedium wiederholt im Arbeitsraum 7 komprimiert und expandiert wird. Der Verdränger 2 wird durch eine Druckänderung des Arbeitsmediums, das im Arbeitsraum 7 komprimiert und expandiert wird, linear hin- und herbewegt. Der Kolben 1 und der Verdränger 2 sind so konfiguriert, dass sie mit denselben Zyklen hin- und herlaufen, wobei die wechselseitige Phasendifferenz ungefähr 90° beträgt.
Der Arbeitsraum 7 ist ferner durch den Verdränger 2 in zwei Räume unterteilt. Ein erster Arbeitsraum ist ein Kompressionsraum 7a zwischen dem Kolben 1 und dem Verdränger 2. Ein zweiter Arbeitsraum ist ein Expansionsraum 7b an der Oberseite des Zylinders 3. Der Kompressionsraum 7a und der Expansionsraum 7b sind über einen Regenerator 4 miteinander verbunden. Der Regenerator 4 ist beispielsweise als gitterförmiges Kupferelement ausgebildet.
Das Arbeitsmedium im Expansionsraum 7b erzeugt mittels des Kältekopfs 3c an der Oberseite des Zylinders 3 Kälte. Ein Stirling-Umkehrwärmezyklus, wie dieses Prinzip zur Kälteerzeugung, ist in der Technik gut bekannt, weswegen hier keine zugehörige Beschreibung angegeben wird.
Die Stirling-Kältemaschine 100E mit der oben erörterten Konstruktion zeigt jedoch die folgenden Probleme.
Erstens verfügen Komponente der Spule/Spulenhalter-Einheit 9a und des Außenjochs 9b über geringe Stabilität, und so müssen diese Komponenten beim Zusammenbau bei der Massenherstellung sorgfältig gehandhabt werden. Zweitens muss bei der in der 12 dargestellten Konstruktion mit der Kolben-Haltefeder 5 und der Verdränger-Haltefeder 6, die am Gehäuse 15 befestigt sind, das am Gehäuse 15 befestigte Halteelement 13 zur Position der Kolben-Haltefeder 5 und der Verdränger-Haltefeder 6 verlängert werden, was zu einer Größenzunahme der Außenform des Gehäuses 15 führt, was es erfordert, die Dicke des Materials für das Gehäuse 15 hinsichtlich der Festigkeit zu erhöhen.
In US-5 647 217A ist eine Stirling-Kältemaschine mit freiem Kolben dargestellt, bei der zwei Jochanordnungen axial nebeneinander platziert sind.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Stirling-Kältemaschine zu schaffen, bei der die Handhabung beim Zusammenbau bei der Massenherstellung einer Spule/Spulenhalter-Einheit und eines Außenjochs eines einen Linearmotor bildenden Außenjochkörpers erleichtert werden kann und die Außenformgröße eines Gehäuses verkleinert werden kann.
Ein Stirling-Kältemaschine gemäß der Erfindung ist im Anspruch 1 angegeben.
Das Paar ringförmiger Halteelemente kann demgemäß angebracht werden, um für eine integrale Konstruktion zu sorgen, die, zwischen den paarigen Halteelementen, die Spule/Spulenhalter-Einheit und das Außenjoch des den Linearmotor bildenden Außenjochkörpers hält. Demgemäß kann durch die Außenjochanordnung beim Zusammenbauen der Stirling-Kältemaschine eine integrale Festigkeit erzielt werden, was die Handhabung der Außenjochanordnung erleichtert.
Vorzugsweise verfügt die Stirling-Kältemaschine, gemäß der Erfindung, ferner über eine Verdränger-Halteeinrichtung zum elastischen Halten des Verdrängers, um ihn auf Hin-Her-Weise im Zylinder beweglich zu machen, wobei die Verdränger-Halteeinrichtung über ein mit dem Verdränger verbundenes elastisches Ele ment und eine Elastisches-Element-Halteeinrichtung zum Halten desselben, das an einem Ende in der axialen Richtung der Außenjochanordnung vorhanden ist, verfügt.
Vorzugsweise verfügt die Stirling-Kältemaschine, gemäß der Erfindung, ferner über eine Kolben-Halteeinrichtung zum elastischen Halten des Kolbens in Bezug auf das Gehäuse, um ihn auf Hin-Her-Weise im Zylinder beweglich zu machen, und eine Verdränger-Halteeinrichtung zum elastischen Halten des Verdrängers in Bezug auf das Gehäuse, um ihn auf Hin-Her-Weise im Zylinder beweglich zu machen. Die Kolben-Halteeinrichtung verfügt über ein erstes elastisches Element, das mit dem Kolben verbunden ist, und eine Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung zum Halten des ersten elastischen Elements, die an einem Ende in der axialen Richtung der Außenjochanordnung befestigt ist. Die Verdränger-Halteeinrichtung verfügt über ein mit dem Verdränger verbundenes zweites elastisches Element sowie eine Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung zum Halten des zweiten elastischen Elements, die in der axialen Richtung der Außenjochanordnung befestigt ist.
Diese Konstruktion kann dazu verwendet werden, die Elastisches-Element-Halteeinrichtung, die Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung und die Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung an der Oberseite des Linearmotors zu platzieren, um dadurch die Größe der Außenform des Gehäuses zu senken. Demgemäß kann, hinsichtlich der Festigkeit des Gehäuses, die Dicke desselben verringert werden, und so können das Gewicht und die Kosten der Stirling-Kältemaschine gesenkt werden.
Bei der herkömmlichen Konstruktion besteht die Halteeinrichtung aus einem langen Element, das entlang der Seite des Linearmotors verläuft, was zu einer versehentlichen Verformung des langen Elements beim Zusammenbauen der Stirling-Kältemaschine führt, was es erschwert, das Achsenzentrum jeder Komponente zu definieren. Gemäß der Erfindung kann eine derartige Situation vermieden werden.
Noch vorzugsweise sind, gemäß der Erfindung, das erste elastische Element und das zweite elastische Element im Wesentlichen scheibenförmig, und das erste elastische Element weist einen kleineren Außendurchmesser als das zweite elastische Element, und die erste Elastisches-Element-Halteeinrichtung ist auf einer Höhe unter derjenigen der Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung platziert.
Diese Konstruktion kann dazu verwendet werden, zu verhindern, dass eines der jeweiligen Befestigungsteile, mit denen die Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung und die Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung jeweils befestigt sind, das andere Befestigungsteil beeinflusst. Anders gesagt, lösen sich, da diese Komponenten unabhängig voneinander an der Elastisches-Element-Halteeinrichtung befestigt sind, die elastischen Elemente nie voneinander, und so kann die Zuverlässigkeit der Stirling-Kältemaschine verbessert werden.
Noch bevorzugt ist, gemäß der Erfindung, von der Elastisches-Element-Halteeinrichtung, der Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung und der Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung mindestens eine an einer ringförmigen Grundplatte vorhanden. Noch bevorzugter ist von der Elastisches-Element-Halteeinrichtung, der Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung und der Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung mindestens eine säulenförmig. Diese Konstruktion kann dazu verwendet werden, die Arbeitseffizienz bei der Befestigung jeweils des ersten elastischen Elements und des zweiten elastischen Elements zu verbessern.
Noch bevorzugt ist, gemäß der Erfindung, ein Halteelement der paarigen Halteelemente integral mit der ringförmigen Grundplatte vorhanden. Diese Konstruktion kann dazu verwendet werden, die Anzahl der Komponenten zu senken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Stirling-Kältemaschine 100A gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2A und 2B sind erste Zeichnungen, die die Konstruktion eines Außenjochkörpers 9 zeigen.
3A und 3B sind zweite Zeichnungen, die die Konstruktion des Außenjochkörpers 9 zeigen.
4A und 4B zeigen die Konstruktion einer Außenjochanordnung 11 und deren Zusammenbau.
5A und 5B zeigen die Konstruktion eines Kolbenhalte-Federhalteelements 14A.
6 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Stirling-Kältemaschine 100B gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
7A und 7B zeigen die Konstruktion eines Kolbenhalte-Federhalteelements 19C.
8 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Stirling-Kältemaschine 100C gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
9A und 9B zeigen die Konstruktion eines Kolbenhalte-Federhalteelements 14D.
10 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion einer Stirling-Kältemaschine 100D gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
11A und 11B zeigen die Konstruktion eines Kolbenhalte-Federhalteelements 14E.
12 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Konstruktion einer Stirling-Kältemaschine gemäß einer herkömmlichen Technik zeigt.
Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Konstruktion einer Stirling-Kältemaschine gemäß jeder Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass jede Komponente, die mit einer Komponente der im Zusammenhang mit der 12 beschriebenen herkömmlichen Technik übereinstimmt oder dieser entspricht mit derselben Bezugszahl gekennzeichnet ist, und dass die zugehörige Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
(Erste Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 1–5B wird die Konstruktion einer Stirling-Kältemaschine 100A gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Die 1 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion der Stirling-Kältemaschine 100A zeigt, die 2A–4B zeigen die Konstruktion einer Außenjochanordnung 11 und deren Zusammenbau und die 5A und 5B zeigen die Konstruktion eines Kolbenhalte-Federhalteelements 14A.
(Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100A)
Gemäß der 1 verfügt die Stirling-Kältemaschine 100A über eine Grundkonstruktion, die dieselbe wie die der im Zusammenhang mit der 12 beschriebenen Stirling-Kältemaschine 100E ist, und die charakteristische Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100A bei dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine Außenjochanordnung 11 als einen Linearmotor 16 aufbauendes Außenjoch vorhanden ist, und dass, um eine Kolben-Haltefeder 5 und eine Verdränger-Haltefeder 6 als erstes elastisches Element bzw. zweites elastisches Element zu befestigen, ein Kolbenhalte-Federhalteelement 14A und ein Verdrängerhalte-Federhalteelement 14B, gehalten durch die Außenjochanordnung 11, als Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung bzw. Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung verwendet sind.
(Konstruktion der Außenjochanordnung 11)
Unter Bezugnahme auf die 2A–4B wird nun die Konstruktion der Außenjochanordnung 11 beschrieben. Gemäß den 2A, 2B, 3A und 3B verfügt ein Außenjochkörper 9 über eine Spulenhalter/Spule-Einheit 9a in der Form eines Rings mit einem um einen Spulenhalter gewickelten Kupferdraht sowie ein Außenjoch 9b, das in mehrere Abschnitte unterteilt ist, von denen jeder aus laminierten Stahlplatten für das Joch besteht, wobei dieses Außenjoch 9b durch einen Kleber am Außenumfang der Spulenhalter/Spule-Einheit 9a befestigt ist.
Die 2A und 2B zeigen einen Zustand, bevor das Außenjoch 9b an den Außenumfang der ringförmigen Spulenhalter/Spule-Einheit 9a angesetzt ist, die 2A zeigt eine Konstruktion in Draufsicht, und die 2B zeigt eine geschnittene Konstruktion entlang der durch Pfeile IIB-IIB in der 2A ge kennzeichneten Ebene. Die 3A und 3B zeigen einen Zustand, bei dem das Außenjoch 9b an den Außenumfang der ringförmigen Spulenhalter/Spule-Einheit 9a angesetzt ist, die 3A zeigt eine Konstruktion in Draufsicht, und die 3B zeigt eine geschnittene Konstruktion entlang der durch die Pfeile IIIB-IIIB in der 3A gekennzeichneten Ebene. An der Oberseite und der Unterseite des Außenjochs 9b sind jeweilige Vorsprünge 90 vorhanden, um Positionen zu definieren, an denen eine obere Halteplatte 10a und eine untere Halteplatte 10b, die nachfolgend beschrieben werden, anzubringen sind.
Gemäß den 4A und 4B sind an der Oberseite und der Unterseite des Außenjochkörpers 9 die obere Halteplatte 10a und die untere Halteplatte 10b in der Form eines Rings aus einem Harzmaterial mit relativ hoher Steifigkeit befestigt, um dazwischen den Außenjochkörper 9 in der axialen Richtung zu halten, wodurch die Außenjochanordnung 11 fertiggestellt wird. Die obere Halteplatte 10a und die untere Halteplatte 10b verfügen über jeweilige Vertiefungen 31, in denen die am Außenjoch 9b vorhandenen Vorsprünge 90 jeweils passen. Die 4A zeigt eine geschnittene Konstruktion vor dem Befestigen der oberen Halteplatte 10a und der unteren Halteplatte 10b am Außenjochkörper 9, und die 4B zeigt eine geschnittene Konstruktion im Zustand, bei dem die obere Halteplatte 10a und die untere Halteplatte 10b am Außenjochkörper befestigt sind.
Gemäß erneuter Bezugnahme auf die 1 wird die auf die oben beschriebene Weise aufgebaute Außenjochanordnung 11 unter Verwendung von Schrauben (nicht dargestellt) auf solche Weise in Bezug auf den Zylinder 3 befestigt, dass das Zentrum der Achse desselben und diejenige der Außenjochanordnung 11 zusammenfallen. Damit das Zentrum der Achse des Zylinders 3 und dasjenige der Außenjochanordnung 11 zusammenfallen, wird eine Spanneinrichtung (nicht dargestellt) verwendet.
(Konstruktion des Kolbenhalte-Federhalteelements 14A und des Verdrängerhalte-Federhalteelements 14B)
Unter Bezugnahme auf die 5A und 5B wird die Konstruktion des Kolbenhalte-Federhalteelements 14A beschrieben. Die 5A zeigt die Konstruktion in Draufsicht, und die 5B zeigt eine geschnittene Konstruktion entlang der in der 5A durch Pfeile VB-VB gekennzeichneten Ebene. Das Kolbenhalte-Federhalteelement 14A besteht beispielsweise aus Messing oder einem Harz material, und es verfügt über einen Basisabschnitt 140 aus einer ringförmigen Grundplatte und einen die Kolben-Haltefeder 5 haltenden Halteabschnitt 141. Der Halteabschnitt 141 verfügt über mehrere Schraublöcher B1 zum Befestigen der Kolben-Haltefeder 5 und des unten beschriebenen Verdrängerhalte-Federhalteelements 14B.
Wie es in der 1 dargestellt ist, liegt das Verdrängerhalte-Federhalteelement 14B in der Form eines Rings mit gleichmäßiger Dicke aus beispielsweise Messing oder einem Harzmaterial, ähnlich dem Kolbenhalte-Federhalteelement 14A, vor.
Das Kolbenhalte-Federhalteelement 14A ist mit Schrauben (nicht dargestellt) in Bezug auf die obere Halteplatte 10a der Außenjochanordnung 11 befestigt. Um das Kolbenhalte-Federhalteelement 14A in Bezug auf die obere Halteplatte 10a zu befestigen, wird eine Spanneinrichtung (nicht dargestellt) verwendet. Das Verdrängerhalte-Federhalteelement 14B wird ebenfalls durch Schrauben in Bezug auf das Kolbenhalte-Federhalteelement 14A befestigt.
(Funktion und Wirkung)
Die Stirling-Kältemaschine gemäß dieser Ausführungsform verwendet eine integrale Konstruktion der Außenjochanordnung 11, die den Linearmotor 16 aufbaut und über eine Spule/Spulenhalter-Einheit 9a und ein Außenjoch verfügt, die zwischen der oberen Halteplatte 10a und der unteren Halteplatte 10b gehalten werden, um durch die Außenjochanordnung 11 eine integrale Festigkeit zu erzielen und die Handhabung dieser Außenjochanordnung 11 zu erleichtern.
Beim Befestigen der Außenjochanordnung 11 am Zylinder 3 wird dieselbe sicher in Bezug auf den Zylinder 3 positioniert, um es zu ermöglichen, die Spule/Spulenhalter-Einheit 9a, das Außenjoch 9b, das Kolbenhalte-Federhalteelement 14A und das Verdrängerhalte-Federhalteelement 14B gleichzeitig in Bezug auf den Zylinder 3 zu positionieren, wodurch die Zykluszeit zum Herstellen der Stirling-Kältemaschine verkürzt werden kann.
Das Kolbenhalte-Federhalteelement 14A und das Verdrängerhalte-Federhalteelement 14B werden entsprechend einem Ende in der axialen Richtung des Linearmotors 16 im oberen Teil platziert, und so kann die Größe der Außenform des Gehäuses 15 verkleinert werden. Demgemäß kann die Dicke des Ge häuses 15 in Bezug auf seine Festigkeit verringert werden, und so können das Gewicht und auch die Kosten der Stirling-Kältemaschine gesenkt werden.
Außerdem kann, während das Halteelement bei der herkömmlichen Konstruktion aus einem langen Element besteht, das entlang der Seite des Linearmotors 16 verläuft, was beim Zusammenbau der Stirling-Kältemaschine zu einer unbeabsichtigten Verformung des langen Elements führt, was es erschwert, das Zentrum der Achse jeder Komponente zu definieren, hier eine derartige Situation vermieden werden.
(Zweite Ausführungsform)
Unter Bezugnahme auf die 6, 7A und 7B wird die Konstruktion einer Stirling-Kältemaschine 100B gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. Die 6 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion der Stirling-Kältemaschine 100B zeigt, und die 7A und 7B zeigen die Konstruktion eines Haltefeder-Halteelements 14C.
(Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100B)
Im Vergleich zur Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100A gemäß der oben erörterten ersten Ausführungsform verfügt die Stirling-Kältemaschine 100B der zweiten Ausführungsform über ein Haltefeder-Halteelement 14C anstelle des Kolbenhalte-Federhalteelements 14A und des Verdrängerhalte-Federhalteelement 14B. Eine Außenjochanordnung 11 bei dieser Ausführungsform verfügt über dieselbe Konstruktion wie bei der Stirling-Kältemaschine 100A bei der ersten Ausführungsform.
(Konstruktion des Haltefeder-Halteelements 14C)
Gemäß dieser Ausführungsform verfügen eine Kolben-Haltefeder 5 und eine Verdränger-Haltefeder 6 über jeweils verschiedene Außenformen, und das Haltefeder-Halteelement 14C hält sowohl die Kolben-Haltefeder 5 als auch die Verdränger-Haltefeder 6. Gemäß den 7A und 7B verfügt das Haltefeder-Halteelement 14C über die unten beschriebene Konstruktion. Die 7A zeigt die Konstruktion in Draufsicht, und die 7B zeigt eine geschnittene Konstruktion entlang der durch Pfeile VIIB-VIIB in der 7A gekennzeichneten Ebene. Das Haltefeder-Halteelement 14C verfügt über einen Basisabschnitt 140 aus einer ringförmigen Grundplatte sowie einen die Kolben-Haltefeder 5 haltenden Halteabschnitt 141 und einen die Verdränger-Haltefeder 6 haltenden Halteabschnitt 142 mit jeweils voneinander verschiedenen Außenformen, die jeweils in verschiedenen Höhen befestigt sind. Das Haltefeder-Halteelement 14C besteht beispielsweise aus Messing oder einem Harzelement. Ferner verfügen die Halteabschnitte 141 und 142 über mehrere Schraublöcher B1 zum Befestigen der Kolben-Haltefeder 5 und der Verdränger-Haltefeder 6.
(Funktion und Wirkung)
Die Stirling-Kältemaschine gemäß der zweiten Ausführungsform erzielt ebenfalls eine Funktion und eine Wirkung ähnlich denen bei der oben erörterten ersten Ausführungsform. Darüber hinaus sind die Kolben-Haltefeder 5 und die Verdränger-Haltefeder 6 mit verschiedenen Außenformen ausgebildet, und sie sind an verschiedenen Positionen befestigt, so dass es nie auftritt, dass eines der Befestigungsteile, an denen die Kolben-Haltefeder 5 bzw. die Verdränger-Haltefeder 6 befestigt sind, das andere Befestigungsteil beeinflusst.
(Dritte Ausführungsform)
Gemäß den 8, 9A und 9B verfügt eine Stirling-Kältemaschine 100C gemäß einer dritten Ausführungsform über die unten beschriebene Konstruktion. Die 8 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion der Stirling-Kältemaschine 100C zeigt, und die 9A und 9B zeigen die Konstruktion eines Haltefeder-Halteelements 14D.
(Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100C)
Im Vergleich zur Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100B der oben erörterten zweiten Ausführungsform verfügt das Haltefeder-Halteelement 14D der Stirling-Kältemaschine 100C der dritten Ausführungsform über säulenförmige Halteabschnitte zum Halten einer Kolben-Haltefeder 5 und einer Verdränger-Haltefeder 6. Eine Außenjochanordnung 11 verfügt über dieselbe Konstruktion wie bei der Stirling-Kältemaschine 100A der ersten Ausführungsform.
(Konstruktion des Haltefeder-Halteelements 14D)
Gemäß den 9A und 9B verfügt das Haltefeder-Halteelement 14D über die unten beschriebene Konstruktion. Die 9A zeigt die Konstruktion in Draufsicht, und die 9B zeigt eine geschnittene Konstruktion entlang der durch Pfeile IXB-IXB in der 9A gekennzeichneten Ebene. Gemäß der dritten Ausführungsform sind, im Vergleich zum Haltefeder-Halteelement 14C der oben erörterten zweiten Ausführungsform, Halteabschnitte 141 und 142 für die Kolben-Haltefeder 5 und die Verdränger-Haltefeder 6 an säulenförmigen Abschnitten 143 vorhanden, die mit einer Schrittweite von 90° an vier Stellen vorhanden sind. Es sei darauf hingewiesen, dass für die Anzahl und die Platzierung der säulenförmigen Abschnitte 143 keine Einschränkung auf diejenigen gemäß der dritten Ausführungsform besteht, sondern dass sie hinsichtlich des Designs unter der Bedingung geeignet ausgewählt werden, dass die Kolben-Haltefeder 5 und die Verdränger-Haltefeder 6 auf stabile Weise gehalten werden können.
(Funktion und Wirkung)
Die Stirling-Kältemaschine gemäß der dritten Ausführungsform erzielt ebenfalls eine Funktion und eine Wirkung ähnlich denen bei den oben erörterten Ausführungsformen 1 und 2. Darüber hinaus kann, da die Halteabschnitte 141 und 142 an den säulenförmigen Abschnitten 143 vorhanden sind, die Arbeitseffizienz beim Befestigen der Kolben-Haltefeder 5 und der Verdränger-Haltefeder 6 verbessert werden. Ferner kann das Gewicht der Stirling-Kältemaschine gesenkt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Gemäß den 10, 11A und 11B verfügt eine Stirling-Kältemaschine 100D gemäß einer vierten Ausführungsform über die unten beschriebene Konstruktion. Die 10 ist eine Schnittansicht, die die Gesamtkonstruktion der Stirling-Kältemaschine 100D zeigt, und die 11 zeigt die Konstruktion eines Haltefeder-Halteelements 14E.
(Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100D)
Im Vergleich zur Konstruktion der Stirling-Kältemaschine 100C der oben erörterten dritten Ausführungsform verfügt die Stirling-Kältemaschine 100D der vierten Ausführungsform in ähnlicher Weise über säulenförmige Halteabschnitte zum Halten einer 5 100D der vierten Ausführungsform in ähnlicher Weise über säulenförmige Halteabschnitte zum Halten einer Kolben-Haltefeder 5 und einer Verdränger-Haltefeder 6, während eine eine Außenjochanordnung 11 aufbauende obere Halteplatte 10a an einer Basis 140 ausgebildet ist, die aus einer ringförmigen Grundplatte besteht.
(Konstruktion des Haltefeder-Halteelements 14E)
Gemäß den 11A und 11B verfügt das Haltefeder-Halteelement 14E über die unten beschriebene Konstruktion. Die 11A zeigt die Konstruktion in Draufsicht, und die 11B zeigt eine geschnittene Konstruktion entlang der durch Pfeile XIB-XIB in der 11A gekennzeichneten Ebene. Gemäß der vierten Ausführungsform dient, im Vergleich zum Haltefeder-Halteelement 14D der oben erörterten dritten Ausführungsform, die Basis 140 ferner als obere, die Außenjochanordnung 11 bildende Halteplatte 10a durch Ausbilden einer Vertiefung 91, in die ein an einem Außenjoch 9b vorhandener Vorsprung 90, integral mit der Basis 140, eingesetzt ist.
(Funktion und Wirkung)
Die Stirling-Kältemaschine gemäß der vierten Ausführungsform erzielt ebenfalls eine Funktion und eine Wirkung ähnlich denen bei den oben erörterten Ausführungsformen 1 bis 3. Darüber hinaus kann unter Verwendung der integralen Konstruktion, bei der die obere Halteplatte 10a integral mit dem Haltefeder-Halteelement 14E ausgebildet ist, die Anzahl der Komponenten verringert werden.
Die oben offenbarten Ausführungsformen sollen in jeder Hinsicht zur Veranschaulichung und als Beispiel aber nicht zur Einschränkung verwendet werden. Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht in der obigen Beschreibung definiert, sondern in den beigefügten Ansprüchen, und dieselbe soll alle Modifi zierungen und Variationen beinhalten, deren Bedeutung äquivalent ist und die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Stirling-Kältemaschine gemäß der Erfindung verfügt über ein Paar ringförmiger Halteelemente zum Erzielen einer integralen Konstruktion mit der Spule/Spulenhalter-Einheit und dem Außenjoch des einen Linearmotor aufbauenden Außenjochkörpers, die zwischen den Halteelementen festgehalten sind. Demgemäß kann beim Zusammenbauen der Stirling-Kältemaschine durch die Außenjochanordnung eine integrale Stabilität erzielt werden, um die Handhabung der Außenjochanordnung zu erleichtern.
Darüber hinaus können die Erstes-Elastisches-Element-Halteeinrichtung und die Zweites-Elastisches-Element-Halteeinrichtung in einem oberen Teil des Linearmotors platziert werden, um die Größe der Außenform des Gehäuses zu verringern. Hinsichtlich der Stabilität des Gehäuses kann so die Dicke desselben verringert werden, und es können das Gewicht und die Kosten der Stirling-Kältemaschine gesenkt werden.

Claims

Stirling-Kältemaschine mit: einem Gehäuse (15); einem im Gehäuse (15) vorhandenen Zylinder (3) mit einer Innenumfang-Kolbengleitfläche (3a) und einer Innenumfang-Verdrängergleitfläche (3b); einem Kolben (1), der innerhalb der Innenumfang-Kolbengleitfläche (3a) des Zylinders (3) so vorhanden ist, dass er in der axialen Richtung desselben hin- und herbeweglich ist; einem Verdränger (2), der innerhalb der Innenumfang-Verdrängergleitfläche (3b) des Zylinders (3) vorhanden ist, um zwischen ihm und dem Kolben (1) im Zylinder (3) einen Kompressionsraum zu bilden, wobei er in der axialen Richtung hin- und herbeweglich ist; und einem Linearmotor (16), der in einem Außenumfangsteil des Zylinders (3) und des Kolbens (1) vorhanden ist, um den Kolben (1) auf die hin- und herlaufende Weise zu bewegen; wobei der Linearmotor (16) Folgendes aufweist: ein Innenjoch (13), das an einer Außenfläche des Zylinders (3) vorhanden ist; eine Außenjochanordnung (9), die extern in Bezug auf das Innenjoch (13) so vorhanden ist, dass sie diesem zugewandt ist; und einen Permanentmagnet (12), der in einem Zwischenraum zwischen dem Innenjoch (13) und der Außenjochanordnung (9) platziert ist und mit dem Kolben (1) verbunden ist; wobei die Außenjochanordnung (9) Folgendes aufweist: eine Spulenhalter/Spule-Anordnung (9a), die so platziert ist, dass sie dem Innenjoch (13) zugewandt ist; ein Außenjoch (9b), das so vorhanden ist, dass es die Spulenhalter/Spule-Anordnung (9a) gegenüber dem Gehäuse und in der axialen Richtung abdeckt; und ein Paar ringförmiger Halteelemente (10a, 10b), die so vorhanden sind, dass sie das Außenjoch (9b) in der axialen Richtung zwischen sich halten.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruch 1, ferner mit einer Verdrängerhalteeinrichtung (6, 14B, 14C, 14D, 14E) zum elastischen Halten des Verdrängers (2) in solcher Weise, dass er auf hin- und herlaufende Weise im Zylinder (3) beweglich ist, wobei sie Folgendes aufweist: ein mit dem Verdränger (2) verbundenes elastisches Element (6) und eine Elastisches-Element-Halteeinrichtung (14B, 14C, 14D, 14E), die an einem Ende in der axialen Richtung in der Außenjochanordnung (9) vorhanden ist und zum Halten des elastischen Elements (6) dient.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruch 2, bei der die Elastisches-Element-Halteeinrichtung (14B) an einer ringförmigen Grundplatte (140) vorhanden ist.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruch 2, bei der die Elastisches-Element-Halteeinrichtung (14B) säulenförmig ist.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruch 1, ferner mit: einer Kolbenhalteeinrichtung (6, 14A, 14C, 14D, 14E) zum elastischen Halten des Kolbens (1) in solcher Weise, dass er auf hin- und herlaufende Weise im Zylinder (3) beweglich ist; und einer Verdrängerhalteeinrichtung (6, 14B, 14C, 14D, 14D) zum elastischen Halten des Verdrängers (2) in solcher Weise, dass er auf hin- und herlaufende Weise im Zylinder (3) beweglich ist; wobei die Kolbenhalteeinrichtung (5, 14A, 14C, 14D, 14E) Folgendes aufweist: ein mit dem Kolben (1) verbundenes erstes elastisches Element (5); und eine Halteeinrichtung (14A) für das erste elastische Element (5) zum Halten desselben, die an einem Ende in der axialen Richtung der Außenjochanordnung (9) vorhanden ist; und die Verdrängerhalteeinrichtung (6, 14B, 14C, 14D, 14E) Folgendes aufweist: ein mit dem Verdränger (2) verbundenes zweites elastisches Element (6); und eine Halteeinrichtung (14B, 14C, 14D, 14E) für das zweite elastische Element (6) zum Halten desselben, die an einem Ende in der axialen Richtung der Außenjochanordnung (9) vorhanden ist;
Stirling-Kältemaschine nach Anspruch 5, bei der das erste elastische Element (5) und das zweite elastische Element (6) im Wesentlichen scheibenförmig sind und das erste elastische Element (5) einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der des zweiten elastischen Elements (6) ist, und die Halteeinrichtung (14A) für das erste elastische Element auf einer Höhe unter der der Halteeinrichtung (14B) für das zweite elastische Element platziert ist.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruchs 5, bei der die Halteeinrichtung (14A) für das erste elastische Element und/oder die Halteeinrichtung (14B) für das zweite elastische Element an einer ringförmigen Grundplatte (140) vorhanden sind.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruch 7, bei der ein Halteelement (10a) der als Paar vorhandenen Halteelemente (10a, 10b) einstückig mit der ringförmigen Grundplatte (140) vorhanden ist.
Stirling-Kältemaschine nach Anspruchs 5, bei der die Halteeinrichtung (14A) für das erste elastische Element und/oder die Halteeinrichtung (14B) für das zweite elastische Element säulenförmig sind.