专利名称：斯特林冷冻机及其运行控制方法
技术领域：
本发明涉及一种斯特林冷冻机，特别是关于不采用机械驱动系统的自由活塞式斯特林冷冻机及其运行控制方法。
背景技术：
斯特林冷冻机是一种结构为利用已知的热力学循环作为逆斯特林循环，输出所希望的冷冻能力的冷冻系统。特别是，由于不采用机械驱动系统的自由活塞式斯特林冷冻机的设计比较容易，可发挥优良的能力，所以一直在进行实用化的开发。
图11为现有的斯特林冷冻机一例的剖视图。首先，对这种斯特林冷冻机的结构进行说明。在形成大致圆筒形的缸体3内同轴地配置有大致圆筒形的一对活塞1和置换器2。活塞1通过活塞支承弹簧5相对于压力容器4弹性支承。
另一方面，从置换器2的中心部向活塞1一侧延伸地设置的杆件2a插在沿轴向贯通活塞1的中心部的滑动孔1a中，通过加装在其前端和压力容器4之间的置换器支承弹簧6，置换器2相对于压力容器4弹性支承。另外，杆件2a和滑动孔1a之间的间隙确保了杆件2a不摩擦而仅能够顺利地滑动的间隙，但为了使工作气体难以通过而尽可能地制作得较小。
通过缸体3在压力容器4内形成的空间由活塞1分隔成两个空间。一个空间为在活塞1的置换器2一侧形成的工作空间7，另一个空间为与置换器2相反一侧的背面空间8。另外，工作空间7被活塞1和置换器2分隔成压缩空间9和膨胀空间10。而且，压缩、膨胀空间9、10之间通过配置有填充了金属丝网等填充材料(填充物)的再生器11的通路12连通连接，在压力容器4中密封有一定量的工作气体。
在活塞1的与置换器2相反一侧上连接有由非磁性材料构成的、截面为L字形的套筒14，在其前端上沿着活塞1的滑动方向安装有环状的永久磁铁15。而且，在内置驱动线圈16的截面为コ字形的外侧扼架17和嵌装在缸体3的外周上的内侧扼架18之间的间隙19中，永久磁铁15可与活塞1的往复运动联动地在缸体3的轴向上滑动。
驱动线圈16上连接有第1引线20和第2引线21，这些引线20、21通过耐压容器4的壁，经由第1电接点22和第2电接点23的连接与PWM输出部24连接。以上的环状永久磁铁15、驱动线圈16、引线20、21，以及扼架17、18作为整体构成线性马达13。而且，通过PWM输出部24，作为脉冲电压向线性马达13提供交流电流。
对上述结构的现有的冷冻机的动作进行说明。通过PWM输出部24，经由电接点22、23以及引线20、21向驱动线圈16提供交流电流时，在驱动线圈16上作用有两端的极性以交流的频率变化的磁场。在环状的永久磁铁15上，通过间隙19中上述极性变化的磁场的相互作用，吸引力以及反作用力在缸体3的轴向上起作用。其结果，安装有环状的永久磁铁15的活塞1沿着轴向在缸体3中移动。
当向驱动线圈16上提供正弦波的交流电流时，活塞1一边沿着缸体3的内壁面滑动一边往复运动。这样一来，工作气体在压缩空间9内被压缩，在通过再生器11时热量被回收，之后，向膨胀空间10一侧移动。流入膨胀空间10内的工作气体一边将置换器2下推一边膨胀。
而且，当置换器2在置换器支承弹簧6的复原力的作用下复原时，工作气体以和上述相反的朝向被挤出，通过再生器11时，在半个循环中承受再生器11回收的热量，并返回到压缩空间9一侧。
因此，由于工作空间7内压缩或膨胀的工作介质的压力变化，活塞1和置换器2分别根据活塞支承弹簧5和置换器支承弹簧6的弹簧常数，构成通常以约90°的相位差共振的逆斯特林循环。
但是，冷冻机的运行中，当产生工作气体的压力变化，气体平衡被破坏时，活塞1有可能高于设计上的振幅基准值，超过可动范围而动作，根据情况的不同，还有可能与以上述的相位差往复运动的置换器2碰撞，导致部件的损伤。
因此，在自由活塞式斯特林冷冻机运行时，为了使活塞1的振幅不超过基准值，要慎重地控制向线性马达13提供的交流电流。
而且，图12中示出现有的其他自由活塞式斯特林冷冻机的侧剖视图。
斯特林冷冻机115具有包含直线往复运动的活塞161和置换器162的缸体163。活塞161和置换器162配置在同轴上，形成在置换器162上的杆件162a贯通设置在活塞161的中心部上的滑动孔161a中，活塞161、置换器162可顺利地在缸体内周滑动面163a上滑动。而且，活塞161通过活塞支承弹簧165相对于压力容器1654弹性支承，置换器162通过置换器支承弹簧166相对于压力容器164弹性支承。
由缸体163形成的空间被活塞161分隔成两个空间。一个空间为活塞161的置换器162一侧的工作空间167，另一个空间为活塞161的与置换器162相反一侧的背面空间168。在这些空间中填充有高压氦气等工作气体。活塞161通过线性马达等未图示的活塞驱动体以规定的周期往复运动。因此，工作气体在工作空间167内压缩或膨胀。
而且，置换器162通过在工作空间167内压缩或膨胀的工作气体的压力变化而直线地往复运动。此时，活塞161和置换器162设定成以规定的相位差、相同的周期往复运动。在此，相位差在运行条件相同的情况下由置换器162的质量、置换器支承弹簧166的弹簧常数、以及活塞161的工作频率决定。
而且，工作空间167被置换器162进一步分隔成两个空间。一个空间为夹在活塞161和置换器162之间的压缩空间167a，另一个空间为缸体163前端部的膨胀空间167b。两个空间经由散热器170、再生器169、以及冷却器171连接在一起。通过膨胀空间167b中的工作气体，在缸体163前端的冷源172上产生寒冷。关于这种发生原理等的逆斯特林冷冻循环，由于是公知的，所以在此省略其说明。
在此，活塞滑动面161b和缸体滑动面163a，以及置换器滑动面162a和缸体滑动面163a的轴承机构中采用了气体轴承。这种气体轴承是通过活塞161的往复运动而被压缩的工作气体充满活塞161以及置换器162和缸体163之间的间隙，各滑动面之间不接触地滑动，从而获得气体轴承的效果。
而且，在特开平7-180919中公开了作为斯特林冷冻机一例的曲柄式斯特林冷冻机的启动运行方法。其中，从斯特林冷冻机的运行开始，通过线性地控制频率和电压，防止运行开始时过大的输出电流流动。
但是，在图12的自由活塞式斯特林冷冻机115的运行开始时，由于将置换器支承弹簧166的弹簧常数、置换器162和置换器支承弹簧166的质量设定成以最适于获得最大冷冻能力的谐振频率共振，所以在从预先设定了频率和电压的一定值开始运行时，将大大地偏离共振点，斯特林冷冻机115异常振动而破损。
而且，在例如设置采用了自由活塞式斯特林冷冻机115的冷冻冷藏库时，在库内温度为常温附近，因开始运行而在冷冻机上施加高负荷的情况下，当运行开始后为了高输出运行而施加过大的输入时，由于工作气体的压力未达到正常状态(斯特林冷冻机115的散热器170和冷却器171具有规定的温度差的状态)，所以活塞161和置换器162相互干涉，并有可能发生冲突。
而且，在使自由活塞式斯特林冷冻机115停止运行时，若电源立即降低，则斯特林冷冻机115急速地停止，所以工作气体的压力变化增大，活塞161和置换器162相互干扰，并有可能产生冲突。
而且，为了使自由活塞式斯特林冷冻机115的冷却能力变化，通常是使向活塞16外加的电压变化，但此时活塞161的最大振幅由冷冻机的结构预先决定。为了不超过其最大振幅，通常是通过微型机对电压进行控制，但在输入电压变动的情况下，将向活塞161外加最大额定值以上的电压。因此，活塞161的振幅为设计值以上，活塞161和置换器162有可能产生冲突。
另外，在采用了气体轴承的自由活塞式斯特林冷冻机115上，低速运行或小振幅运行等得不到气体轴承效果的运行动作产生活塞161和缸体163，以及置换器162和缸体163的滑动摩擦，将缩短斯特林冷冻机的寿命。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种在自由活塞式斯特林冷冻机的运行中，能够防止活塞和置换器冲突的自由活塞式斯特林冷冻机。而且，本发明的目的还在于提供一种斯特林冷冻机的运行控制方法，具有气体轴承的效果，并且防止了斯特林冷冻机的异常振动，或者因活塞和置换器的冲突所产生的破损。
为了达到上述目的，本发明的斯特林令冷冻机包括配置在圆筒状的缸体内、可在上述缸体的轴向上往复运动的活塞，上述活塞往复运动的驱动源，向上述驱动源提供输入的电源，以及在上述缸体内以和上述活塞具有规定的相位差往复运动的置换器，其特征是，具有配置在上述活塞可往复运动的范围之外的位置检测机构，以及在上述位置检测机构检测出上述活塞的动作超过了上述可动范围时、减小从上述电源向上述驱动源提供的输入的控制机构。
根据这种结构，当由位置检测机构检测出活塞超过了可动范围而往复运动时，因此通过控制机构使向活塞的驱动源提供的输入降低。因此，可抑制活塞大大超过可动范围而动作，能够防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
本发明的斯特林冷冻机包括配置在圆筒状的缸体内的活塞，安装在上述活塞上的永久磁铁，在上述永久磁铁的周围留有间隙地设置的驱动线圈，向上述驱动线圈提供交流电流的电源，以及在上述缸体内以和上述活塞具有规定的相位差往复运动的置换器，其特征是，具有在上述驱动线圈同轴的两侧或一侧上、配置在与上述活塞的往复运动联动的永久磁铁的可动范围之外的位置检测用的线圈，以及检测因上述永久磁铁超过上述可动范围地动作而在上述位置检测用的线圈上产生的电动势、改变向上述驱动线圈提供的上述交流电流的电压值的控制部。
根据这种结构，当与活塞的往复运动联动的永久磁铁超过可动范围地动作时，在该永久磁铁通过位置检测线圈时产生电动势。而且，与该电动势对应地，控制部改变向活塞驱动用的线圈提供的交流电流的电压值。因此，可抑制活塞大大超过可动范围而动作，能够防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
本发明的斯特林冷冻机的运行控制方法是具有配置在圆筒状的缸体内的活塞，安装在上述活塞上的永久磁铁，在上述永久磁铁的周围留有间隙地设置的驱动线圈，向上述驱动线圈提供交流电流的电源，以及在上述缸体内以和上述活塞具有规定的相位差往复运动的置换器的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，当在上述驱动线圈同轴的两侧或一侧上，配置在与上述活塞的往复运动联动的上述永久磁铁的可动范围之外的位置检测线圈上，因上述永久磁铁超过上述可动范围地动作而产生了电动势时，改变向上述驱动线圈提供的上述交流电流的电压值。
根据这种方法，当与活塞的往复运动联动的永久磁铁超过可动范围地动作时，在该永久磁铁通过位置检测线圈时产生电动势。而且，与该电动势对应地，控制部改变向活塞驱动用的线圈提供的交流电流的电压值。因此，可抑制活塞大大超过可动范围而动作，能够防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
本发明的斯特林冷冻机的运行控制方法是一种设置了具备一边利用气体轴承一边在缸体内往复运动的活塞、以及驱动上述活塞的驱动源的自由活塞式斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，在上述斯特林冷冻机开始运行时，至少在产生上述气体轴承的效果的低电压下使上述驱动源工作，并使电源逐渐上升到规定的电压。
这样，在斯特林冷冻机开始运行时，通过至少在产生气体轴承的效果的低电压下使斯特林冷冻机动作，并使电压逐渐上升到规定的电压，从而具有气体轴承的效果，并且可防止活塞和置换器共振而产生的斯特林冷冻机的异常振动，而且，能够防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
本发明的斯特林冷冻机的运行控制方法是一种设置了具备一边利用气体轴承一在缸体内往复运动的活塞、以及驱动上述活塞的驱动源的自由活塞式斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，在使上述斯特林冷冻机停止运行时，使向上述驱动源外加的电压逐渐降低到可维持上述气体轴承的效果的低电压，在达到上述低电压的时刻使上述外加电压为零。
这样，在使斯特林冷冻机停止运行时，通过使外加电压逐渐降低到可维持气体轴承的效果的低电压，在达到低电压的时刻使外加电压为零，从而具有气体轴承的效果，并且可防止活塞和置换器共振而产生的斯特林冷冻机的异常振动，而且，能够防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
本发明的斯特林冷冻机的运行控制方法是一种设置了具备产生寒冷的冷却器，产生温热的散热器，分别安装在上述冷却器和散热器上的温度检测机构，在缸体内往复运动的活塞，以及驱动上述活塞的驱动源的斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，上述温度检测机构检测停止中的上述斯特林冷冻机的上述冷却器和上述散热器的温度差，随着上述温度差的增大提高运行开始时向上述驱动源外加电压的上升速度。
这样，通过检测停止中的斯特林冷冻机的冷却器和散热器的温度差，随着该温度差的增大而增加运行开始时外加电压的上升速度，可防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
本发明的斯特林冷冻机的运行控制方法是一种设置了具备在缸体内往复运动的活塞，以及驱动该活塞的驱动源的斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，在输入电压为规定的电压以上的情况下，向上述驱动源提供降低到该规定电压的电压。
这样，在来自电源的输入电压为规定的电压以上的情况下，由于通过向上述驱动源通过降低到该规定电压的电压，可控制活塞超过最大振幅，所以可防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
图1为本发明的自由活塞式斯特林冷冻机一例的剖视图。
图2为本发明的自由活塞式斯特林冷冻机的控制装置的框图。
图3为本发明的自由活塞式斯特林冷冻机的控制方法一例的流程图。
图4为表示本发明的自由活塞式斯特林冷冻机的活塞从往复运动的中心位置的位移，和向驱动线圈提供的脉冲电压的波形的附图。
图5为表示本发明的自由活塞式斯特林冷冻机的活塞从往复运动的中心位置的位移，和向驱动线圈提供的脉冲电压的波形的附图。
图6为本发明的冷却装置运行控制部的框图。
图7为本发明的冷却装置的运行控制的流程图。
图8为本发明第3实施例的斯特林冷冻机的侧剖视图。
图9为本发明第3实施例的运行开始模式的流程图。
图10为本发明第4实施例的微型机的处理方法的流程图。
图11为现有的自由活塞式斯特林冷冻机的剖视图。
图12为现有的其他自由活塞式斯特林冷冻机的侧剖视图。
具体实施例方式
《第1实施方式》以下，参照附图对本发明的第1实施方式加以说明。图1为本发明的自由活塞式斯特林冷冻机一例的剖视图，图2为其冷冻机的控制装置的框图，图3为其冷冻机的控制方法一例的流程图，图4、图5为表示活塞从往复运动的中心位置的位移、和向驱动线圈提供的脉冲电压的波形的附图。另外，在图1和图2中，对与图11中所示的上述现有的自由活塞式斯特林冷冻机相同的部件赋予相同的附图标记，省略其详细说明。
参照图1和图2对第1实施方式的特征结构加以说明。在驱动线圈16两侧的环状永久磁铁15的可动范围之外设置有一对位置检测用的线圈28、28。另外，该位置检测用的线圈28只要是通过磁场的变化能够产生微弱的感应电动势即可，为了节省空间，圈数为1至2圈左右。
从位置检测用的线圈28、28的每一个上穿过耐压容器4引出的引线30、30经由放大器31连接在控制部32上。在控制部32内设置有接收来自位置检测用的线圈28的检测信号(感应电动势)、并存储其值的存储部33，将存储在该存储部33中的电压值与预先设定的基准值进行比较的比较部34，基于该比较结果决定适当的电压值、并向线性马达13提供交流电流的PWM输出部24。另外，PWM输出部24为输出以预先给定的多档的值为振幅的脉冲电压(参照图4)的装置。
以下，参照图1～图5对具备上述结构的自由活塞式斯特林冷冻机的控制方法的一例加以说明。在冷冻机正常运行时，往复运动的活塞1从中心位置的位移和从PWM输出部24向线性马达13提供的交流电压的振幅之间存在着图4那样一对一的对应关系。
但是，当产生突发的工作气体压力的变化或气体平衡破坏时，工作气体的波动为不规则的变化，因此，如图5所示，存在活塞1的振幅大于设计上的基准值，超过可动范围而动作的情况。在这种情况下，上述的对应关系被破坏，以相同的输出向线性马达13提供交流电流，一旦增大的活塞1的振幅则不能够复原。
而且，当活塞1的振幅增大时，在极端的情况下，活塞1和以与活塞1为大约90°的相位差往复运动的置换器2冲突，有可能导致部件的破损。当存在这种活塞1的振幅增加时，与活塞1的往复运动联动的环状永久磁铁15通过位置检测用的线圈28内，此时，在位置检测用的线圈28上产生感应电动势。
采用图3的流程图对此时的冷冻机的控制流程进行详细说明。在步骤S1中，从PWM输出部24向线性马达13提供一定周期、一定振幅的脉冲电压(参照图4)，使活塞1以所希望的振幅往复运动。此时，在步骤S2中，开始检测位置检测用的线圈28(图1)上产生的感应电动势，在通过放大器31将该电动势增幅后，在步骤S3中，存储于控制部32内的存储部33中。而且，在步骤S4，通过比较部34进行与规定的基准值的比较。
当在步骤S4中判定位置检测用的线圈28(图1)上产生的电动势超过了基准值(否定判定)时，在步骤S5中，将向线性马达13提供的脉冲电压的振幅定在降低一档的值，同时返回到步骤S1，经由PWM输出部24向线性马达13提供上述的振幅降低了一档的脉冲电压。因此，可将活塞1的往复运动的振幅在瞬间抑制到设计上的基准值以下。
另一方面，当在步骤S4中判断为基准值以下(否定判定)时，转移到步骤S6中，进行其感应电动势是否为零的判断。当在步骤S6中判断为电动势不为零时，在步骤S7中，使向线性马达13提供的脉冲电压的振幅不变地保持当前的值，同时返回到步骤S1，经由PWM输出部24向线性马达13提供上述的脉冲电压。在这种情况下，虽然活塞1超过可动范围而往复运动，但由于没有与置换器2冲突的可能性，所以不改变向线性马达13提供的脉冲电压的振幅。
另一方面，在步骤S6中，在判定存储的感应电动势为零、即未产生感应电动势的情况下，由于认为是活塞1的往复运动的振幅在设计上的基准值以下，所以在步骤S8中，将向线性马达13提供的脉冲电压的振幅定在增加一档的值上，同时返回到步骤S1，经由PWM输出部24向线性马达13提供上述振幅增加了一档的脉冲电压。在这种情况下，虽然活塞1在可动范围内往复运动，但由于某种原因，振幅与运行开始后相比降低了，所以暂时将向线性马达13提供的脉冲电压的振幅增加一档。
另外，在实施方式1中，对将一对位置检测用的线圈28、28设置在驱动线圈16的两侧的情况进行了说明，但只要是振幅的增大活塞1的往复运动的中心位置不变，则观察哪一侧都是一样的，所以即使仅在驱动线圈16的一侧上设置位置检测用的线圈28，也可以获得同样的效果。
根据第1实施方式，由于没有必要采用动力源驱动置换器，所以与在置换器的往复运动上需要能量的双缸式斯特林冷冻机相比，斯特林冷冻机的结构简单，并且实现了冷冻机运行时的运行成本降低。
《第2实施方式》以下，对本发明的第2实施方式加以说明。在此，斯特林冷冻机采用了与图12中所示的现有的冷冻机相同的结构。
图6中示出了具备斯特林冷冻机的冷却装置的运行控制部的框图。从电源110外加的电压通过输入电压检测部11，由微型机112控制，经由PWM(脉冲调幅)输出部113，外加到斯特林冷冻机115上。而且，斯特林冷冻机115的温度信息从温度检测部114赋予微型机112。
图7中示出了冷却装置的运行控制的流程图。首先，当接通冷却装置的电源时(步骤S20)，启动微型机112的运行开始模式，基于斯特林冷冻机115的温度信息等决定运行开始方法(步骤S21)，开始运行(步骤S22)。然后，当通过温度检测部114检测出冷却装置已达到规定的温度时(步骤S23)，启动微型机112的运行停止模式，通过预先设定的运行停止方法(步骤S24)，停止斯特林冷冻机115的运行(步骤S25)。而且，当从停止开始经过一定时间后，温度检测部114检测出冷却装置的温度上升了(步骤S26)，再次启动运行开始模式(步骤S21)，开始斯特林冷冻机115的运行。以下，对第2实施方式的实施例加以说明。
(实施例1)实施例1为对等2实施方式的图7的运行开始模式(步骤S21)的处理方法，即斯特林冷冻机115的运行开始方法进行实施的一例。在运行开始模式(步骤S21)中，提供下述的运行开始方法，从预先储存的最低的电压开始，即斯特林冷冻机115的活塞和置换器共振、同时开始产生气体轴承效果的电压开始，使活塞动作，使电压值例如阶段性地每一秒上升某一定值，作为规定的电压。在此，规定的电压是指由斯特林冷冻机115的结构决定的、产生活塞和置换器的最大振幅的电压为最大值，通常，为与设定温度相对应的电压。
另外，运行开始时的活塞的输入电压只要是产生气体轴承的效果的最低电压以上即可，没有特别的限制，但电压越高，则工作气体压力为处于正常状态所引起的、活塞和置换器的相互干涉所产生的冲突的可能性越大。
另外，运行开始方法的上升图形除了如上所述随时间的推移使电压值阶段性地上升某一定值，也可以具有一定梯度地逐渐上升。
另外，在冷却装置到达设定温度后，也可以不停止斯特林冷冻机115，而是通过将斯特林冷冻机115的输入电压降低若干而连续地运行，将冷却装置保持在设定温度。因此，由于减少了斯特林冷冻机115的运行、停止时施加的负荷的次数，所以提高了斯特林冷冻机115的寿命。
根据这种运行开始方法，具有气体轴承的效果，并且防止了因活塞和置换器共振而导致斯特林冷冻机的异常振动，而且，通过使电压逐渐地上升，可获得防止了因活塞和置换器冲突而产生破损的斯特林冷冻机。
(实施例2)实施例2为对第2实施方式的图7的运行停止模式(步骤S24)的处理方法，即斯特林冷冻机115的运行停止方法进行实施的一例。这种运行停止方法为一种是通过与实施例1的运行开始的顺序相反的顺序使斯特林冷冻机115停止的方法。即在运行停止模式(步骤S24)中，提供下述的运行开始方法，例如使电压值以每一秒下降某一定值，活塞和置换器共振、同时到达可维持气体轴承效果的时刻使电压为零。
另外，对于在使电压为零的时刻，只要是可维持气体轴承的效果的最低的电压以上，则没有特别的限制，但越是在高压下停止，工作气体的压力变化越大，活塞和置换器的相互干扰所产生的冲突的可能性越大。
另外，运行停止方法的电压降低图形除了如上所述随时间的推移使电压值阶段性地下降某一定值，也可以具有一定梯度地逐渐降低。
根据这种运行停止方法，具有气体轴承的效果，并且防止了因活塞和置换器共振而导致斯特林冷冻机的异常振动，而且，通过使电压逐渐地下降，可获得防止了因活塞和置换器冲突而产生破损的斯特林冷冻机。
(实施例3)实施例3为对第2实施方式中的图7中区分为赋予了温度上升(步骤S26)的信息时的运行开始模式(步骤S21)的处理方法、以及实施例1那样接通电源后的运行开始模式(步骤S21)的处理方法，分别赋予了最佳的运行开始条件的斯特林冷冻机115的运行开始方法进行实施的一例。
图8中示出了实施例3的斯特林冷冻机的侧剖视图，图9中示出了实施例3的运行开始模式的流程图。在图8中，对于与图12相同的结构部件赋予相同的附图标记。冷却器171和散热器170上分别安装有作为温度检测机构的温度传感器173、174，通过与未图示的微型机连接而检测斯特林冷冻机115停止中的冷却器171和散热器170的温度，将这些温度信息赋予运行开始模式(步骤S21)(步骤S40)。因此，计算出冷却器171和散热器170的温度差，根据其大小决定运行开始方法(步骤S41)。
在散热器170和冷却器171的温度差大的情况下，例如从运行停止起经过了短时间后，散热器170的温度为30℃，冷却器171的温度为-20℃的情况下，提供下述的运行开始方法，即，判断可快速启动，斯特林冷冻机115的活塞和置换器共振，同时在开始产生气体轴承的效果电压下使活塞动作，以短于实施例1的时间、即每0.25秒使电压值上升某一定值，将这种电压上升图形作为规定的电压(步骤S42)。
在散热器170和冷却器171的温度接近正常状态的温度的情况下，由于不必担心工作气体压力未达到正常状态而引起的、活塞和置换器的相互干涉所产生的冲突，所以可使电压尽快上升，能够在短时间内成为设定温度。
另一方面，在散热器170和冷却器171的温度差小的情况下，例如冷却装置的设置时或电压降低这种长时间停止时散热器170和冷却器171的温度均为20℃的情况下，判断为可进行正常启动，提供以与实施例1相同的方法使电压上升的运行开始方法(步骤S43)。
这样，在散热器170和冷却器171的温度接近常温的情况下，通过与实施例1同样地开始运行，可防止因工作气体的压力未达到正常状态而引起的活塞和置换器的冲突而产生的破损。
另外，散热器170和冷却器171的温度差大小的判断可设定成以一定的值、例如40℃的温度差为基准，在该值以上时判断为快速启动，在该值以下时判断为正常启动。
(实施例4)实施例4为对在第2实施方式的图6中，在输入电压检测部111检测出超过了活塞的最大振幅的输入电压时的微型机112的处理方法、即斯特林冷冻机115的运行控制方法进行实施的一例。详细地说，是一种在检测到的输入电压超过了最大额定电压的情况下使下降到该最大额定电压以下的电压作为活塞的输入电压的运行控制方法。
图10中示出了微型机112的处理方法的流程图。在此，计算输入电压超过了额定电压多少，根据该超过值，使电压值下降。例如，判断输入电压是否大于额定电压10V以上(步骤S50)，在大于额定电压10V以上的情况下，进一步判断输入电压是否大于额定电压15V以上(步骤S51)，在不到15V的情况下将输出电压降低一级(例如10V)(步骤S52)，另一方面，在15V以上的情况下将输出电压降低两级(例如20V)(步骤S53)。而且，当判断为输入电压为小于额定电压10V的高度时，保持输入电压不变地进行输出(步骤S54)。
另外，当高于额定电压若干伏时降低输出电压只要是在不超过最大额定电压的范围内设定，则没有特别的限定，而且，降低输出电压的步骤中，对其电压、级数也没有特别的限定。
而且，实施例4也可以是在输入电压超过了最大额定电压时，输出降低到最大额定电压的电压。
根据这种运行控制方法，由于可控制成活塞不超过最大振幅，所以可防止活塞和置换器的冲突所产生的破损。
(实施例5)实施例4是在微型机的输入电压为额定电压，或者超过最大额定的情况下电压降低输出电压的运行控制方法，但实施例5是通过由活塞的输入电压检测活塞的行程，以取代检测输入电压的变化，从而进行输出控制的方法。例如，在运行开始后，检测对应于活塞的行程的输出电压，在微型机112检测到考虑了活塞的最大振幅而预先设定的电压以上的情况下，微型机112将该电压判断为极限输出，控制电压上升到该值以上。
因此，由于可控制成活塞不超过最大振幅，所以可防止因活塞的置换器的冲突所产生的破损。
工业上的可应用性本发明的斯特林冷冻机可作为冷藏库、商品陈列橱、自动售货机等的冷却器加以利用。
权利要求
1.一种斯特林冷冻机，包括配置在圆筒状的缸体内、可在上述缸体的轴向上往复运动的活塞，上述活塞往复运动的驱动源，向上述驱动源提供输入的电源，以及在上述缸体内以和上述活塞具有规定的相位差往复运动的置换器，其特征是，具有配置在上述活塞可往复运动的范围之外的位置检测机构，以及在上述位置检测机构检测出上述活塞的动作超过了上述可动范围时、减小从上述电源向上述驱动源提供的输入的控制机构。
2.一种斯特林冷冻机，包括配置在圆筒状的缸体内、可在上述缸体的轴向上往复运动的活塞，安装在上述活塞上的永久磁铁，在上述永久磁铁的周围留有间隙地设置的驱动线圈，向上述驱动线圈提供交流电流的电源，以及在上述缸体内以和上述活塞具有规定的相位差往复运动的置换器，其特征是，具有在上述驱动线圈同轴的两侧或一侧上、配置在与上述活塞的往复运动联动的永久磁铁的可动范围之外的位置检测用的线圈，以及检测因上述永久磁铁超过上述可动范围地动作而在上述位置检测用的线圈上产生的电动势、改变向上述驱动线圈提供的上述交流电流的电压值的控制部。
3.一种斯特林冷冻机的运行控制方法，是具有配置在圆筒状的缸体内的活塞，安装在上述活塞上的永久磁铁，在上述永久磁铁的周围留有间隙地设置的驱动线圈，向上述驱动线圈提供交流电流的电源，以及在上述缸体内以和上述活塞具有规定的相位差往复运动的置换器的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，当在上述驱动线圈同轴的两侧或一侧上、配置在与上述活塞的往复运动联动的上述永久磁铁的可动范围之外的位置检测线圈上，因上述永久磁铁超过上述可动范围地动作而产生了电动势时，改变向上述驱动线圈提供的上述交流电流的电压值。
4.一种斯特林冷冻机的运行控制方法，是一种设置了具备一边利用气体轴承一边在缸体内往复运动的活塞、以及驱动上述活塞的驱动源的自由活塞式斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，在上述斯特林冷冻机开始运行时，至少在产生上述气体轴承的效果的低电压下使上述驱动源工作，并使电源逐渐上升到规定的电压。
5.一种斯特林冷冻机的运行控制方法，是一种设置了具备一边利用气体轴承一边在缸体内往复运动的活塞、以及驱动上述活塞的驱动源的自由活塞式斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，在使上述斯特林冷冻机停止运行时，使向上述驱动源外加的电压逐渐降低到可维持上述气体轴承的效果的低电压，在达到上述低电压的时刻使上述外加电压为零。
6.一种斯特林冷冻机的运行控制方法，是一种设置了具备产生寒冷的冷却器，产生温热的散热器，分别安装在上述冷却器和散热器上的温度检测机构，在缸体内往复运动的活塞，以及驱动上述活塞的驱动源的斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，上述温度检测机构检测停止中的上述斯特林冷冻机的上述冷却器和上述散热器的温度差，随着上述温度差的增大提高运行开始时向上述驱动源外加电压的上升速度。
7.一种斯特林冷冻机的运行控制方法，是一种设置了具备在缸体内往复运动的活塞，以及驱动该活塞的驱动源的斯特林冷冻机，通过向上述驱动源外加电压，使上述斯特林冷冻机运行的斯特林冷冻机的运行控制方法，其特征是，在输入电压为规定的电压以上的情况下，向上述驱动源提供降低到该规定电压的电压。
全文摘要
本发明提供一种斯特林冷冻机及其斯特林冷冻机的运行控制方法，其中，在运行开始或运行停止时，或者基于位置检测机构或温度检测机构的检测结果，通过适当地控制向活塞的驱动源提供的电压，可抑制活塞大大超过可动范围地动作，能够防止活塞和置换器的冲突所产生的部件破损。
文档编号F25B9/14GK1492988SQ0182289
公开日2004年4月28日 申请日期2001年12月25日 优先权日2000年12月27日
发明者清水克美, 西直纪 申请人:夏普公司