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JP2005524813A - リニアクーラのピストンのための駆動装置 - Google Patents

リニアクーラのピストンのための駆動装置 Download PDF

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JP2005524813A
JP2005524813A JP2003541116A JP2003541116A JP2005524813A JP 2005524813 A JP2005524813 A JP 2005524813A JP 2003541116 A JP2003541116 A JP 2003541116A JP 2003541116 A JP2003541116 A JP 2003541116A JP 2005524813 A JP2005524813 A JP 2005524813A
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フィードラー アンドレアス
フリック ゲルト
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Leybold Vakuum GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本発明は、リニアクーラのピストンのための駆動装置であって、磁石(6)と、リニアに振動するコイル(3)と、定置の支持体構成部材(1)から振動するコイル(3)に通じるフレキシブルな導線区分(11,21)を有するコイル(3)のための電力供給部とが設けられている形式のものに関する。可使時間を延長するために、導線区分(11)が金属製、殊に銅若しくは銅合金製の曲げられたバンドから成っているか、又は3つのコンポーネント、即ち金属心線、該心線を取り囲む絶縁チューブ及び該絶縁チューブを取り囲む支持ばねから成っているということを提案する。

Description

本発明は、請求項1の上位概念に記載の形式のリニアクーラのピストンのための駆動装置に関する。
例えばスターリングクーラ等の公知のリニアクーラは、3つのコンポーネント、即ちリニアコンプレッサ、低温フィンガ及び耐ヘリウム性の接続導管から成っている。リニアコンプレッサは鏡面対称的に構成されている。ダブルで構成された振動部分(ピストン+コイル)は、互いに180°位相をずらされて運動し、その結果、コンプレッサ振動及びノイズ発生は少なくなる。作動周波数は約52Hzである。これは、コンプレッサケーシング内に位置するばね質量系の共振周波数に相当する。コンプレッサの共振運転が、スターリングリニアクーラの比較的高い効率の主な理由である。定置の磁石と可動コイルとを備えた磁気回路から成るモータは、スピーカの駆動装置と同様に構成されている。フレキシブルな電気的な供給導線は、振動するコイルの給電に役立つ。コンプレッサ内で振動するピストンと、コールドフィンガ内に位置する1つ又は複数の振動するディスプレーサとには、PTFEコーティング部材ベースのギャップシールが設けられている。ディスプレーサの駆動のためには、モータ又は空圧式ピストンは不要である。Heガス流が、ディスプレーサに組み込まれた蓄冷器の通流時に、ディスプレーサ振動の励起に使用される絞り力を生ぜしめる。コンプレッサ及び低温フィンガ内のセンタリングばねは、振動の0位置の安定に役立ち、更に、振動するディスプレーサの振幅及び位相位置を規定する。
説明した形式のリニアクーラ、特にスターリングクーラにより、経済的に是認できるコストで、特に40〜100Kの範囲の温度が発生され得る。現在、スターリングクーラにおける振動コイルコンセプトが主に使用される軍事的なクーラは、4000hの耐用年数に関して適格にされ、主にサーモグラフの赤外線検知器の冷却に役立つ。このような形式のクーラは、移動無線ベースステーションのHTSLフィルタ用にも使用することができる。但し、この形式を適用する場合、4000hのクーラの耐用年数は受け容れられない。3〜5年のメンテナンスフリーの運転が達成されねばならない。
当該形式のクーラを用いたテストでは繰り返し、定置の支持体から振動コイルに通じる1つ若しくは複数のフレキシブルな導線区分が、クーラの耐用年数を制限する重要な要素であるということが判った。
本発明の課題は、当該形式のリニアクーラのピストンのための駆動装置において、振動するコイルへの電力供給を、信頼性、電流容量、電力損失及び価格に関して改善することである。
この課題は本発明の請求項記載の構成により解決される。
前記課題の第1の解決手段(請求項1〜8)では、定置の支持体構成部材を振動コイルに接続する導線区分が曲げられた金属バンド、有利には銅又は銅合金から成っている。このような形式の導線区分による電力供給部は、延展と比較可能な規定された運動を行う。個々の構成部材の局所的な移動及びこれに関連した摩擦学的な影響は生じない。フレキシブルな導線区分の構成が、該導線区分が完全に固有の剛性無しで加速された場合に得られる形にほぼ相当していることにより、極めて小さな付加的な負荷が運動中の加速に基づいて発生するにすぎない。導線区分の固有の質量は極めて小さく保持され得るので、加速力もやはり小さいままである。長時間テストにより、破断の危険は著しく低下されているということが判った。
導線区分は簡単且つ廉価なバンドから成っているので、電流容量は比較的大きく且つ電力損失及び価格は比較的低い。
前記課題の第2の解決手段(請求項9〜13)では、定置の支持体と振動コイルとの間の導線区分は3つのコンポーネント、即ち導電性材料から成る中心の心線、該心線を取り囲む、絶縁に役立つポリテトラフルオロエチレン(TEFLON)製のプラスチックチューブ及び該チューブを取り囲む支持部材から成っている。これらの手段は、以下の有利な作用を有している。即ち:
イ)ケーブルの局所的な過剰負荷(屈曲)を防止するために、ケーブルが全長にわたって一様に曲げられている;
ロ)(例えばテフロンから成る)ケーブル絶縁材が、取り囲んでいる構成部材とぶつかって損傷されない;
ハ)ケーブルのコンポーネント間に摩擦が生じない;
ニ)熱的に安定している;
ホ)材料の疲れ強さの範囲内でコンポーネントを負荷するという有利な作用を有している。
更に、当該解決手段は以下の利点を提供する。即ち:
ヘ)全長にわたってほぼ一定のケーブルの曲げ半径が保証されている。弾性的なケーブル変形は、ばね部材によって規定される。ケーブルの過剰負荷は、支持ばねを適当に設計すると不可能である。
ト)ケーブル絶縁体が保護されている。(例えばコンプレッサケーシングの振動によって)供給導線と別の構成部材との間にコンタクトが生ぜしめられても、比較的柔らかな絶縁体は保護され続ける。ばね鋼自体は、取り囲んでいるアルミニウム製の構成部材によって損傷される恐れはない。
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
図1には、定置の支持体構成部材が符号1で、振動ピストンが符号2で、振動コイルが符号3で、並びに振動ピストン2及び振動コイル3を支持する支持体構成部材が符号4で示されている。振動ピストン2を収容するシリンダ5及び振動コイル3に対応配置された磁石6は破線で示されている。
振動システムのガイド及びばね弾性的な支持には、定置の支持体構成部材1と結合されたスタブ7が役立ち、このスタブ7は振動ピストン2内で案内されている。この振動ピストン2内及びスタブ7において、コイルばね8が支持されている。
ピストン2は、シリンダ5内で振動リニア運動を行い、この振動リニア運動は低温を発生させる。逆向きに振動する2つのピストン2を配置することは公知である。このような形式の冷却システムの構成部材は、1つの共通の低温部分(図1には図示せず)を有する、図1に示したユニット2つである。
振動コイル3(若しくは2つの振動ピストンを備えた冷却システムの2つの各振動コイル)は、定置の支持体構成部材1から当該の振動コイル3に通じる2つの電気的な接続部を介した電力供給を必要とする。図1では図面を見やすくするために、前記両接続部の内の1つだけが、本発明により構成されたフレキシブルな導線区分11によって示されている。必要な第2の電気的な接続部は同様に形成されていてよい。しかしまた、コイル3とベース1との間の第2の接続部としてシリンダ5、ばね8及びスタブ7を使用する可能性もある。
フレキシブルな導線区分11は、曲げられた、有利には半円形に曲げられた銅バンドから成っている。この銅バンドには、半径方向外側に屈曲された端片12,13が設けられており、これらの端片12,13は、導線区分11の供給導線若しくは伝送導線(図示せず)との接続に役立つ。有利には、導線区分11は半円形に曲げられた形で静止位置を占めている。曲げ過程の後でやや戻り変形する材料の場合は、機械的な応力下での静止位置への組込みが有利であってよい。この静止位置では、導線区分11は対称的に形成されている。対称軸線は、符号14で示されている。
図1に示した駆動装置への導線区分11の組込みは、有利には、導線区分11の振動する端部が行うリニアな振動の方向が、対称軸線14に対してほぼ平行であり且つ振動の零交差中に導線区分11が静止位置を有するように選択されている。この状態は図1に示されている。支持体構成部材1,4に支持された適当な大きさの絶縁体15,16が所望の組込み位置を規定する。有利には、支持体構成部材1には、支持体構成部材4に設けられた孔に突入する少なくとも1つのピンが組み込まれており、これにより、運動されるユニットが極端に激しく回動する恐れはないので、場合によっては生じる短絡が防止される。
図2には、導線区分11が振動中に占める3つの位置が示されている。真ん中の位置は前記の静止位置に相当する。振幅の最大値に達すると、導線区分11はそれぞれ破線で示した位置を占める。
図3には、具体的な実施例が斜視図で示されている。銅バンドは、0.05〜0.2mm、有利には0.1mmの厚い銅板から製作されており、5〜10mm、有利には7.5mmの幅及び60〜70mmの長さを有している。この銅バンドは端部域で広がっている。屈曲された端片12,13は、比較的幅広の端部域の構成部材である。
図4に示した実施例では、振動コイル3のための支持体構成部材4が、2つの導線区分21を介して定置の支持体構成部材1と結合されている。前記導線区分21は、それぞれ約180°のアーチ形で、(コイルポジションに関連して約5°〜30°の範囲の)比較的小さな傾斜を以て、支持体構成部材1,4における固定点間に延在している。供給導線の曲げ半径の値は、振動コイルの直径の2分の1の範囲内にあり、この場合、振動コイルの直径のオーダは10cmである。アーチの対称軸線は、コイル3の振動方向と相俟って約90°の角度を形成している。固定点の領域では、導線区分の傾斜は支持体構成部材1,4の各平面に移行している。
図5に示したように、導線区分21は有利にはハイフレキシブルな編組銅から成る心線22を有している。テフロンチューブ23が心線22を取り囲んでおり且つ電気的な絶縁体を形成している。テフロンチューブ23自体は支持ばね24によって取り囲まれている。この支持ばね24は、有利には鋼製のコイルばねとして形成されている。支持ばね24の端部は、両導線区分21を支持体構成部材1,4に固定するためにも役立つ。
定置のキャリアと振動コイルとの間に設けられた、銅バンドとして形成された導線区分を備えた本発明に該当する形式の駆動装置の、本発明に関して重要な構成部材を示した図である。 図1に示した導線区分の運動状態を示した図である。 図1及び図2に示した電力供給部のための具体的な1実施例を示した図である。 定置のキャリアと振動コイルとの間に設けられた導線区分のための第2実施例を示した図である。 図4に示した導線区分の構成を示した図である。
符号の説明
1,4 支持体構成部材、 2 振動ピストン、 3 振動コイル、 5 シリンダ、 6 磁石、 7 スタブ、 8 コイルばね、 11,21 導線区分、 12,13 端片、 14 対称軸線、 15,16 絶縁体、 22 心線、 23 テフロンチューブ、 24 支持ばね

Claims (14)

  1. リニアクーラのピストンのための駆動装置であって、磁石(6)と、リニアに振動するコイル(3)と、定置の支持体構成部材(1)から振動するコイル(3)に通じるフレキシブルな導線区分(11,21)を有するコイル(3)のための電力供給部とが設けられている形式のものにおいて、
    導線区分(11)が金属製、殊に銅若しくは銅合金製の曲げられたバンドから成っていることを特徴とする、リニアクーラのピストンのための駆動装置。
  2. 導線区分(11)が、静止状態においてほぼ半円形を有している、請求項1記載の駆動装置。
  3. 導線区分(11)に、材料に適した曲げ半径で半径方向外側に屈曲された端片(12,13)が設けられている、請求項1又は2記載の駆動装置。
  4. 導線区分(11)が広がった端部域を有している、請求項1から3までのいずれか1項記載の駆動装置。
  5. 導線区分(11)の振動する端部(13)が行うリニアな振動が、導線区分の対称軸線(14)に対してほぼ平行に行われるように、導線区分(11)が駆動装置に組み込まれている、請求項1から4までのいずれか1項記載の駆動装置。
  6. 導線区分(11)が、振動の零交差中に静止位置を占めるように、駆動装置に組み込まれている、請求項1から5までのいずれか1項記載の駆動装置。
  7. 導線区分(11)の組込み位置を規定するために、支持体構成部材(1)及び振動システム(2,3,4)に絶縁体(15,16)が設けられている、請求項4又は5記載の駆動装置。
  8. 導線区分(11)のために銅・ベリリウム合金が使用される、請求項1から7までのいずれか1項記載の駆動装置。
  9. リニアクーラのピストンのための駆動装置であって、磁石(6)と、リニアに振動するコイル(3)と、定置の支持体構成部材(1)から振動するコイル(3)に通じるフレキシブルな導線区分(11,21)を有するコイル(3)のための電力供給部とが設けられている形式のものにおいて、
    導線区分(21)が、導電性材料から成る中心の心線(22)と、該心線(22)を取り囲む、絶縁に役立つプラスチックチューブ(23)と、該チューブ(23)を取り囲む支持部材(24)とから成っていることを特徴とする、リニアクーラのピストンのための駆動装置。
  10. 心線(22)がハイフレキシブルな編組銅から成っている、請求項9記載の駆動装置。
  11. 絶縁チューブ(23)がポリテトラフルオロエチレン(TEFLON)から成っている、請求項9又は10記載の駆動装置。
  12. 支持部材(24)がコイルばねである、請求項9から11までのいずれか1項記載の駆動装置。
  13. 導線区分(11,12)の曲げ半径が、振動コイル(3)の直径の約2分の1に相当しており、導線区分の傾斜が5°〜30°であり、導線区分が25%〜50%の円周にわたって延在している、請求項9から12までのいずれか1項記載の駆動装置。
  14. 可動ユニットに回転ロックが設けられている、請求項1から13までのいずれか1項記載の駆動装置。
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