超低溫制冷機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】超低溫制冷機(jī)
[0001]本申請(qǐng)主張基于2014年9月2日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2014-177744號(hào)的優(yōu)先權(quán)。該日本申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考援用于本說(shuō)明書(shū)中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種超低溫制冷機(jī)，尤其涉及一種適合冷卻超導(dǎo)線圈的超低溫制冷機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]作為產(chǎn)生超低溫的制冷機(jī)已知有吉福德-麥克馬洪(Gifford-McMahon ；GM)制冷機(jī)(參考專利文獻(xiàn)1)和脈沖管制冷機(jī)。這些制冷機(jī)具備切換高壓工作氣體與低壓工作氣體的流動(dòng)的閥及用于驅(qū)動(dòng)該閥的馬達(dá)。這種制冷機(jī)例如用于冷卻產(chǎn)生強(qiáng)力磁場(chǎng)的超導(dǎo)線圈。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2013-2687號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供一種減少超低溫制冷機(jī)所具備的馬達(dá)所承受的外部磁場(chǎng)的影響的技術(shù)。
[0006]為了解決上述課題，本發(fā)明的一種實(shí)施方式的超低溫制冷機(jī)包括:閥，切換低壓制冷劑氣體的流路與高壓制冷劑氣體的流路；及馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)閥。馬達(dá)具備:轉(zhuǎn)子;定子，在徑向內(nèi)側(cè)具備轉(zhuǎn)子；及外殼，密閉地容納轉(zhuǎn)子和定子。定子具有:后磁軛；及磁性部件，配置在后磁軛的徑向外側(cè)且與后磁軛分開(kāi)的位置，并且成為在外殼的外部產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)的磁路。外殼密閉地容納磁性部件。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種減少超低溫制冷機(jī)所具備的馬達(dá)所承受的外部磁場(chǎng)的影響的技術(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的剖視圖。
[0009]圖2為放大表不止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的分解立體圖。
[0010]圖3為放大表示回轉(zhuǎn)閥的分解立體圖。
[0011]圖4為示意性地表示實(shí)施方式所涉及的馬達(dá)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
[0012]圖5(a)及圖5(b)為用于說(shuō)明實(shí)施方式所涉及的馬達(dá)內(nèi)部的外部磁場(chǎng)的流動(dòng)的圖。
[0013]圖6 (a)及圖6(b)為用于說(shuō)明實(shí)施方式的比較例所涉及的馬達(dá)內(nèi)部的磁場(chǎng)的流動(dòng)的圖。
[0014]圖7為以表格形式表示存在低壓制冷劑氣體的部分的體積與制冷系數(shù)之間的關(guān)系的圖。
[0015]圖8(a)及圖8(b)為表示實(shí)施方式的變形例所涉及的馬達(dá)的圖。
[0016]圖中:1-壓縮機(jī)，la-低壓配管，lb-高壓配管，2-缸體，3-殼體，4-密閉容器，5-馬達(dá)容納部，10-GM制冷機(jī)，11-高溫側(cè)缸體，12-低溫側(cè)缸體，13-高溫側(cè)置換器，14-低溫側(cè)置換器，15-高溫側(cè)內(nèi)部空間，16-低溫側(cè)內(nèi)部空間，17-高溫側(cè)蓄冷器，18-低溫側(cè)蓄冷器，19-高溫側(cè)冷卻臺(tái)，20-低溫側(cè)冷卻臺(tái)，21-高溫側(cè)膨脹空間，22-低溫側(cè)膨脹空間，23-上部室，31-馬達(dá)，31a-驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸，32-止轉(zhuǎn)棒輒機(jī)構(gòu)，33-曲柄，33b-曲柄銷，34-止轉(zhuǎn)棒軛，35-軛板，35a-橫長(zhǎng)窗，36、36a、36b-驅(qū)動(dòng)軸，37-軸承，37a-孔，38a、38b-滑動(dòng)軸承，40-回轉(zhuǎn)閥，41-定子閥，42-轉(zhuǎn)子閥，43-固定銷，44-制冷劑氣體供給孔，45-定子側(cè)滑動(dòng)面，46-圓弧狀槽，47-吐出口，48-開(kāi)口部，49-氣體流路，50-轉(zhuǎn)子側(cè)滑動(dòng)面，51-橢圓狀槽，52-相反側(cè)端面，53-圓弧狀孔，60、61_軸承，62-轉(zhuǎn)子閥軸承，70-轉(zhuǎn)子，71-定子，71a-后磁軛，71b-齒，72-磁性部件，73-外殼，74-外部磁場(chǎng)，75-內(nèi)部磁場(chǎng)，76-連接部件，77-區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在超低溫制冷機(jī)中通常使用馬達(dá)來(lái)提供用于驅(qū)動(dòng)閥的動(dòng)力。這種超低溫制冷機(jī)有時(shí)例如與利用超導(dǎo)的裝置等一同使用，并且用于超導(dǎo)線圈的冷卻。
[0018]在將超低溫制冷機(jī)使用于超導(dǎo)線圈的冷卻時(shí)，若使用永磁馬達(dá)作為提供閥的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的馬達(dá)，則馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩有時(shí)會(huì)受到冷卻對(duì)象(即超導(dǎo)線圈)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響而下降。其結(jié)果，有可能對(duì)GM制冷機(jī)的運(yùn)行帶來(lái)障礙。
[0019]因此，實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)中，為了從外部磁場(chǎng)隔離馬達(dá)的后磁軛而使用具備引導(dǎo)外部磁場(chǎng)的磁路的馬達(dá)。
[0020]首先，對(duì)實(shí)施方式的超低溫制冷機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖1至圖3為用于說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式的超低溫制冷機(jī)的圖。本實(shí)施方式中，作為超低溫制冷機(jī)舉例說(shuō)明吉福德-麥克馬洪制冷機(jī)(以下，稱為GM制冷機(jī)10)。然而，實(shí)施方式所涉及的超低溫制冷機(jī)并不限于GM制冷機(jī)。只要是使用馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)閥的超低溫制冷機(jī)均可應(yīng)用本發(fā)明，例如本發(fā)明也能夠應(yīng)用于脈沖管制冷機(jī)。
[0021]實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)10具有:壓縮機(jī)1、缸體2、殼體3、馬達(dá)容納部5等。
[0022]壓縮機(jī)1從連接有低壓配管la的吸氣側(cè)回收低壓制冷劑氣體，并將其壓縮之后向連接在吐出側(cè)的高壓配管lb供給高壓制冷劑氣體。作為制冷劑氣體，例如可以使用氦氣，但并不限于此。
[0023]實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)10為2級(jí)式GM制冷機(jī)。2級(jí)式GM制冷機(jī)10中，缸體2具有高溫側(cè)缸體11和低溫側(cè)缸體12這兩個(gè)缸體。高溫側(cè)缸體11的內(nèi)部插入有高溫側(cè)置換器13。并且，低溫側(cè)缸體12的內(nèi)部插入有低溫側(cè)置換器14。
[0024]高溫側(cè)置換器13及低溫側(cè)置換器14彼此相連，并且構(gòu)成為分別在高溫側(cè)缸體11及低溫側(cè)缸體12的內(nèi)部能夠沿各缸體的軸向往復(fù)移動(dòng)。在高溫側(cè)置換器13及低溫側(cè)置換器14的內(nèi)部分別形成有高溫側(cè)內(nèi)部空間15和低溫側(cè)內(nèi)部空間16。高溫側(cè)內(nèi)部空間15及低溫側(cè)內(nèi)部空間16內(nèi)填充有蓄冷材料，并且分別作為高溫側(cè)蓄冷器17及低溫側(cè)蓄冷器18而發(fā)揮功能。
[0025]位于上部的高溫側(cè)置換器13連結(jié)于向上方(Z1方向)延伸的驅(qū)動(dòng)軸36。該驅(qū)動(dòng)軸36構(gòu)成后述止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32的一部分。
[0026]并且，在高溫側(cè)置換器13的高溫端側(cè)(Z1方向側(cè)端部)形成有氣體流路L1。此夕卜，在高溫側(cè)置換器13的低溫端側(cè)(Z2方向側(cè)端部)形成有使高溫側(cè)內(nèi)部空間15與高溫側(cè)膨脹空間21連通的氣體流路L2。
[0027]在高溫側(cè)缸體11的低溫側(cè)端部(圖1中以箭頭Z2表示的方向側(cè)的端部)形成有高溫側(cè)膨脹空間21。并且，在高溫側(cè)缸體11的高溫側(cè)端部(圖1中以箭頭Z1表示的方向側(cè)的端部)形成有上部室23。
[0028]并且，在低溫側(cè)缸體12內(nèi)的低溫側(cè)端部(圖1中以箭頭Z2表示的方向側(cè)的端部)形成有低溫側(cè)膨脹空間22。
[0029]低溫側(cè)置換器14通過(guò)未圖示的連結(jié)機(jī)構(gòu)安裝于高溫側(cè)置換器13的下部。在該低溫側(cè)置換器14的高溫側(cè)端部(圖1中以箭頭Z1表示的方向側(cè)的端部)形成有使高溫側(cè)膨脹空間21與低溫側(cè)內(nèi)部空間16連通的氣體流路L3。并且，在低溫側(cè)置換器14的低溫側(cè)端部(圖1中以箭頭Z2表示的方向側(cè)的端部)形成有使低溫側(cè)內(nèi)部空間16與低溫側(cè)膨脹空間22連通的氣體流路L4。
[0030]高溫側(cè)冷卻臺(tái)19配設(shè)于高溫側(cè)缸體11的外周面上且與高溫側(cè)膨脹空間21對(duì)置的位置。并且，低溫側(cè)冷卻臺(tái)20配設(shè)于低溫側(cè)缸體12的外周面上且與低溫側(cè)膨脹空間22對(duì)置的位置。
[0031]上述高溫側(cè)置換器13及低溫側(cè)置換器14通過(guò)止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32在高溫側(cè)缸體11及低溫側(cè)缸體12內(nèi)沿圖中上下方向(箭頭Z1、Z2方向)移動(dòng)。
[0032]如圖1所示，殼體3具有回轉(zhuǎn)閥40等，且馬達(dá)容納部5中容納有馬達(dá)31。
[0033]馬達(dá)31、驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a及止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置。馬達(dá)31產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力，與馬達(dá)31連接的旋轉(zhuǎn)軸(以下，稱為“驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a”)將馬達(dá)31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞至止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32。驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a被軸承60支承。
[0034]圖2放大表示止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32。止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32具有曲柄33和止轉(zhuǎn)棒軛34等。例如能夠通過(guò)馬達(dá)31等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)驅(qū)動(dòng)該止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)32。
[0035]曲柄33固定于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a。曲柄33為從驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a的安裝位置偏心的位置上設(shè)置了曲柄銷33b的結(jié)構(gòu)。因此，若將曲柄33安裝在驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a，則曲柄銷33b成為相對(duì)于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a偏心的狀態(tài)。從這種意義來(lái)講，曲柄銷33b發(fā)揮偏心旋轉(zhuǎn)體的功能。另外，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸31a也可以在其長(zhǎng)度方向上的多個(gè)部位被支承為旋轉(zhuǎn)自如。
[0036]止轉(zhuǎn)棒軛34具有:驅(qū)動(dòng)軸36a、驅(qū)動(dòng)軸36b、軛板35、滾子軸承37等。殼體3內(nèi)形成有容納空間。該容納空間成為容納止轉(zhuǎn)棒軛34及后述回轉(zhuǎn)閥40的轉(zhuǎn)子閥42等的具有密閉性的密閉容器。因此，以下在本說(shuō)明書(shū)中，將殼體3內(nèi)的容納空間稱為“密閉容器4”。密閉容器4經(jīng)由低壓配管la與壓縮機(jī)1的吸氣口連通。因此，密閉容器4始終維持低壓。<