(57)【要約】【課題】製造コストが低減されたリニアモータならびに該リニアモータを備えたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器を提供する。【解決手段】リニアモータは、アウターヨーク１８１と、アウターヨーク１８１の内周側に設けられたインナーヨーク１８２と、アウターヨーク１８１とインナーヨーク１８２との間で軸方向に往復運動する可動磁石部１８３とを備える。可動磁石部１８３は、軸方向に並ぶ第１と第２磁石１８３Ａ，１８３Ｂを含み、第１と第２磁石１８３Ａ，１８３Ｂは、それぞれ一対の磁極（Ｎ極／Ｓ極）が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられる。第１磁石１８３Ａの軸長Ｌ１と、第２磁石１８３Ｂの軸長Ｌ２と、アウターヨーク１８１およびインナーヨーク１８２の軸長Ｌと、可動磁石部１８３の振幅Ｓとが、Ｌ１≧Ｓ＋Ｌ／２、かつ、Ｌ２≧Ｓ＋Ｌ／２の関係を満たす。【選択図】図７
2009177973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状のアウターヨークと、
前記アウターヨークに巻回されたコイルと、
前記アウターヨークの内周側に設けられ、該アウターヨークと同じ軸長を有し前記アウターヨークと軸方向の位置を合わせて設けられたインナーヨークと、
前記アウターヨークと前記インナーヨークとの間で軸方向に往復運動する可動磁石部とを備え、
前記可動磁石部は、軸方向に並ぶ第１と第２磁石を含み、
前記第１と第２磁石は、それぞれ一対の磁極が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられ、
前記可動磁石部が振幅中心に位置するときに、前記第１と第２磁石の境界と、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークの軸方向中心とが一致し、
前記第１磁石の軸長Ｌ１と、前記第２磁石の軸長Ｌ２と、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークの軸長Ｌと、前記可動磁石部の振幅Ｓとが、
Ｌ１≧Ｓ＋Ｌ／２、かつ、Ｌ２≧Ｓ＋Ｌ／２の関係を満たす、リニアモータ。
【請求項２】
前記アウターヨークおよび前記インナーヨークは、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって形成された、請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記第１磁石の軸長Ｌ１と、前記第２磁石の軸長Ｌ２とが、
Ｌ１＝Ｌ２の関係を満たす、請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記第１磁石の軸長Ｌ１と、前記第２磁石の軸長Ｌ２と、前記アウターヨークおよび前記インナーヨークの軸長Ｌと、前記可動磁石部の振幅Ｓとが、
Ｌ１＝Ｌ２＝２Ｓ＝Ｌの関係を満たす、請求項１から請求項３のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記アウターヨークは、該アウターヨークの内周面上で前記インナーヨークに向かって突出するように形成されたティース部を有し、
前記コイルは、前記ティース部に巻回される、請求項１から請求項４のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項６】
背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、
前記ケーシング内に組付けられたシリンダと、
前記背圧空間と前記作動空間との間に設けられ、前記シリンダ内を往復運動することで前記作動空間内の前記作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、
前記圧縮空間と前記膨張空間との間に設けられ、前記ピストンによる圧力変動により前記シリンダ内を往復運動するディスプレーサと、
請求項１から請求項５のいずれかに記載のリニアモータとを備え、
前記リニアモータによって前記ピストンを駆動する、スターリング機関。
【請求項７】
請求項６に記載のスターリング機関を備えた、スターリング機関搭載機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータおよびスターリング機関ならびにスターリング機関搭載機器に関し、特に、可動磁石部を軸方向に動かすリニアモータ、ならびにそれを備えたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンを駆動するリニアモータが従来から知られている。
たとえば、特開平８−２００２１２号公報（特許文献１）には、リニアコンプレッサにおける電動要素を、固定子と、この固定子によって発生する磁界と永久磁石との作用によって往復動される振動子とから構成することが記載されている。ここで、振動子においては、極性の相異なる永久磁石をピストンの移動方向に並設する。
【特許文献１】特開平８−２００２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような振動子を定常的に往復動させるためには、当該振動子にその変位量に応じた復元力を作用させる必要がある。
【０００４】
特許文献１に記載の電動要素では、永久磁石の両側に設けられたバネ部材によって振動子に復元力を作用させている。このようなバネ部材を設けることにより、部品点数が増大し、結果として、電動要素の製造コストが増大する。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、製造コストが低減されたリニアモータならびに該リニアモータを備えたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るリニアモータは、リング状のアウターヨークと、アウターヨークに巻回されたコイルと、アウターヨークの内周側に設けられ、該アウターヨークと同じ軸長を有しアウターヨークと軸方向の位置を合わせて設けられたインナーヨークと、アウターヨークとインナーヨークとの間で軸方向に往復運動する可動磁石部とを備える。可動磁石部は、軸方向に並ぶ第１と第２磁石を含み、第１と第２磁石は、それぞれ一対の磁極が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられ、可動磁石部が振幅中心に位置するときに、第１と第２磁石の境界と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸方向中心とが一致し、第１磁石の軸長Ｌ１と、第２磁石の軸長Ｌ２と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸長Ｌと、可動磁石部の振幅Ｓとが、Ｌ１≧Ｓ＋Ｌ／２、かつ、Ｌ２≧Ｓ＋Ｌ／２の関係を満たす。
【０００７】
上記構成によれば、可動磁石部の可動範囲の全域で可動磁石部の変位量に応じた大きさの磁力による復元力を可動磁石部に作用させることができるので、この復元力を生じさせるためのバネ部材を省略することができる。この結果、リニアモータの製造コストが低減される。
【０００８】
１つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、アウターヨークおよびインナーヨークは、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって形成される。
【０００９】
１つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、第１磁石の軸長Ｌ１と、第２磁石の軸長Ｌ２とが、Ｌ１＝Ｌ２の関係を満たす。
【００１０】
１つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、第１磁石の軸長Ｌ１と、第２磁石の軸長Ｌ２と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸長Ｌと、可動磁石部の振幅Ｓとが、Ｌ１＝Ｌ２＝２Ｓ＝Ｌの関係を満たす。
【００１１】
１つの実施態様では、上記リニアモータにおいて、アウターヨークは、該アウターヨークの内周面上でインナーヨークに向かって突出するように形成されたティース部を有し、コイルは、ティース部に巻回される。
【００１２】
本発明に係るスターリング機関は、背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、ケーシング内に組付けられたシリンダと、背圧空間と作動空間との間に設けられ、シリンダ内を往復運動することで作動空間内の作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、圧縮空間と膨張空間との間に設けられ、ピストンによる圧力変動によりシリンダ内を往復運動するディスプレーサと、上述したリニアモータとを備え、上記リニアモータによってピストンを駆動している。また、本発明に係るスターリング機関搭載機器は、上述したスターリング機関を備える。
【００１３】
これにより、製造コストが低減されたスターリング機関およびスターリング機関搭載機器が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リニアモータのピストンに復元力を作用させるバネ部材を省略することができるので、リニアモータの製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１６】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００１７】
（スターリング冷却庫の説明）
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る「スターリング機関搭載機器」としてのスターリング冷却庫の配管系統図である。
【００１８】
図１を参照して、スターリング冷却庫１０００は、低温部および高温部を有するスターリング冷凍機１００（スターリング機関）と、上記低温部の冷熱を伝達するための冷媒回路である低温側循環回路２００と、上記高温部の熱を伝達するための冷媒回路である第１高温側循環回路３００および第２高温側循環回路４００とを含んで構成される。
【００１９】
低温側循環回路２００は、低温側蒸発器２１０と、冷媒配管２２０，２３０と、スターリング冷凍機１００の低温部に取り付けられた低温側凝縮器２４０と、ファン２５０とを含んで構成される。低温側循環回路２００は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機１００の低温部との熱交換を行なう。
【００２０】
低温側循環回路２００内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器２４０において凝縮した冷媒は冷媒配管２３０（低温側導管）を流れて低温側蒸発器２１０に達する。低温側蒸発器２１０において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器２１０近傍に気流を生じさせるファン２５０が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、冷媒配管２２０（低温側戻り管）を介して低温側凝縮器２４０に戻る。低温側凝縮器２４０に流入し、凝縮した冷媒は、冷媒配管２３０に流入する。
【００２１】
低温側循環回路２００においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機１００の低温部で発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器２１０が低温側凝縮器２４０より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００２２】
第１高温側循環回路３００は、高温側凝縮器３１０と、冷媒配管３２０，３３０と、高温側蒸発器３４０とを含んで構成される。第１高温側循環回路３００は、スターリング冷凍機１００の高温部の冷却を行なう。
【００２３】
第１高温側循環回路３００内には水（Ｈ2Ｏ）などが冷媒として封入されている。高温
側蒸発器３４０において蒸発した冷媒は冷媒配管３３０（高温側導管）を流れて高温側凝縮器３１０に達する。高温側凝縮器３１０において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器３１０近傍に気流を生じさせるファン３５０が設けられている。凝縮した冷媒は、冷媒配管３２０（高温側戻り管）を流れて高温側蒸発器３４０に戻る。第１高温側循環回路３００においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機１００の高温部で発生した熱を伝達することができるように、高温側凝縮器３１０が高温側蒸発器３４０より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００２４】
第２高温側循環回路４００は、冷媒配管４１０，４３０，４５０と、循環ポンプ４２０と、発露防止パイプ４４０とを含んで構成される。第２高温側循環回路４００は、スターリング冷凍機１００の高温部の熱を発露防止パイプ４４０に伝達する。
【００２５】
冷媒配管４１０は、高温側蒸発器３４０の下部に接続されている。高温側蒸発器３４０から冷媒配管４１０に液相の冷媒が流入する。冷媒配管４１０に流入した冷媒は、スターリング冷凍機１００よりも下方に設けられた循環ポンプ４２０に達する。循環ポンプ４２０から吐出された冷媒は、冷媒配管４３０を介して発露防止パイプ４４０に送られる。発露防止パイプ４４０内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機１００の高温部から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ４４０を冷却庫の前面に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ４４０内を流れた冷媒は、冷媒配管４５０を介して高温側蒸発器３４０内に戻る。このように、第２高温側循環回路４００においては、循環ポンプ４２０による強制循環が行なわれている。
【００２６】
スターリング冷凍機１００を作動させると、該冷凍機１００の高温部で発生した熱が、高温側凝縮器３１０を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機１００の低温部で発生した冷熱は、低温側蒸発器２１０を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器２１０近傍に送られ、繰り返し冷却される。
【００２７】
なお、図１の例では、スターリング冷凍機１００における高温部と低温部とが水平方向に並ぶように（すなわち、横向きに）スターリング冷凍機１００が設置されているが、スターリング冷凍機１００における高温部と低温部とが鉛直方向に並ぶように（すなわち、縦向きに）、より具体的には、スターリング冷凍機１００の高温部が当該スターリング冷凍機１００の低温部の上側に位置するようにスターリング冷凍機１００が設置されてもよい。
【００２８】
（スターリング冷凍機の説明）
図２は、本発明の１つの実施の形態に係る「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機を示した側断面図である。図２を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷凍機１００は、フリーピストン型のスターリング機関であって、高温部１１１および低温部１１２を含むケーシング１１０と、該ケーシング１１０に組付けられたシリンダ１２０（１２１，１２２）と、シリンダ１２１，１２２内でそれぞれ往復動するピストン１３０およびディスプレーサ１４０と、圧縮空間１５１および膨張空間１５２を含む作動空間１５０と、再生器１６０と、熱交換器１６１，１６２と、背圧空間１７０と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ１８０と、ディスプレーサスプリング１９０とを含んで構成される。
【００２９】
ケーシング１１０は、背圧空間１７０を規定する。ケーシング１１０には、シリンダ１２０、リニアモータ１８０をはじめとする種々の部品が組付けられる。ケーシング１１０の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００３０】
シリンダ１２１，１２２は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１３０およびフリーピストンとしてのディスプレーサ１４０をそれぞれ往復動可能に受け入れる。シリンダ１２０内において、ピストン１３０とディスプレーサ１４０とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン１３０およびディスプレーサ１４０によって作動空間１５０が圧縮空間１５１と膨張空間１５２とに区画される。より詳しくは、作動空間１５０は、ピストン１３０におけるディスプレーサ１４０側の端面よりもディスプレーサ１４０側に位置する空間であり、ピストン１３０とディスプレーサ１４０との間に圧縮空間１５１が形成され、ディスプレーサ１４０と低温部１１２との間に膨張空間１５２が形成される。圧縮空間１５１は主に高温部１１１によって囲まれ、膨張空間１５２は主に低温部１１２によって囲まれている。
【００３１】
シリンダ１２２には、ロッド部材１２２Ａが取り付けられ、ロッド部材１２２Ａは、ディスプレーサ１４０の内部空間に達するようにディスプレーサ１４０に挿通されている。そして、ディスプレーサ１４０の内部空間に達したロッド部材１２２Ａとディスプレーサ１４０の内面との間に、コイルスプリングからなるディスプレーサスプリング１９０が設けられている。ディスプレーサスプリング１９０は、ディスプレーサ１４０に弾性力を付与する。該ディスプレーサスプリング１９０による弾性力を付加することにより、シリンダ１２２内でディスプレーサ１４０をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。
【００３２】
圧縮空間１５１と膨張空間１５２との間には、所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器１６０が配設されており、この再生器１６０を介して圧縮空間１５１と膨張空間１５２とが連通する。それにより、スターリング冷凍機１００内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン１３０およびディスプレーサ１４０の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現される。
【００３３】
高温部１１１、低温部１１２の内周面上には、それぞれ熱交換器１６１と熱交換器１６２とが設けられる。熱交換器１６１，１６２は、それぞれ、圧縮空間１５１、膨張空間１５２と高温部１１１、低温部１１２との間の熱交換を行なう。
【００３４】
ピストン１３０に対しディスプレーサ１４０と反対側には、ケーシング１１０によって囲まれた背圧空間１７０が配設されている。この背圧空間１７０内にも、作動媒体が存在
する。
【００３５】
背圧空間１７０におけるシリンダ１２０の外側に位置する部分には、リニアモータ１８０が配設される。リニアモータ１８０は、コイルが巻回されたアウターヨーク１８１と、インナーヨーク１８２と、可動磁石部１８３とを含む。このリニアモータ１８０によって、シリンダ１２１の軸方向にピストン１３０が駆動される。
【００３６】
次に、このスターリング冷凍機１００の動作について説明する。
本冷凍機は、いわゆる逆スターリングサイクルを利用して冷凍効果を得るものである。ピストン１３０はリニアモータ１８０により駆動されて正弦運動する。ピストン１３０の動きにより圧縮空間１５１内の作動媒体は正弦波状の圧力変化を示す。圧縮された作動媒体は高温部１１１で圧縮熱を放出し、シリンダ１２０外に設けられた再生器１６０を通過する際に予冷され、膨張空間１５２へと流入する。
【００３７】
ディスプレーサ１４０は、定常運転時にはピストン１３０と同周期で一定の位相差をもって正弦運動し、その位相差や振幅は、ディスプレーサスプリング１９０のバネ定数や、時々刻々と変化する圧縮空間１５１と膨張空間１５２との圧力差、ディスプレーサ１４０の質量、動作周波数等によって決まる。この位相差については、一般的には９０度程度が最適条件であると言われている。
【００３８】
膨張空間１５２へと流入した作動媒体は、このディスプレーサ１４０の正弦運動により膨張し、これによって膨張空間１５２内の温度は著しく低下する。このとき発生した極低温（たとえば−５０℃程度）を低温部１１２を介して冷却庫内へ伝達することにより、所望の冷却効果が得られる。
【００３９】
図３は、スターリング冷凍機１００の変形例を示した側断面図である。図３を参照して、本変形例に係るスターリング冷凍機１００においては、ディスプレーサ１４０の圧縮空間１５１側の軸方向端面から突出するディスプレーサロッド１４０Ａが設けられ、ディスプレーサロッド１４０Ａをピストン１３０のセンター穴に貫通させて背圧空間１７０にまで延ばし、背圧空間１７０内に設けられたディスプレーサスプリング１９０に連結している。このような構造のスターリング冷凍機１００についても、図２に示すスターリング冷凍機１００と同様に動作させることができる。
【００４０】
図２，図３に示すスターリング冷凍機１００の特徴は、ディスプレーサ１４０に弾性力を付与するディスプレーサスプリング１９０を設ける一方で、ピストン１３０に弾性力を付与するピストンスプリングを設けていない点である。このように、ピストンスプリングを設けていないにも拘らず、シリンダ１２１内でピストン１３０を安定して周期的に往復動させることができるのは、リニアモータ１８０に特徴的な構造を採用しているからである。以下では、ピストン１３０の往復動を安定させることが可能なリニアモータ１８０の構造について説明する。
【００４１】
（リニアモータの構造の説明）
ここでは、図４〜図７を用いて、本実施の形態に係るリニアモータの構造について説明する。なお、図４は、本実施の形態に係るリニアモータにおけるアウターヨークおよびインナーヨークを示す上面図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ断面図である。また、図６，図７は、それぞれ、本実施の形態に係るリニアモータを示す上面図および縦断面図である。
【００４２】
図４〜図７を参照して、本実施の形態に係るリニアモータは、リング状のアウターヨーク１８１と、アウターヨーク１８１の内周側に設けられたインナーヨーク１８２と、アウターヨーク１８１とインナーヨーク１８２との間で軸方向に往復運動する可動磁石部１８３とを含んで構成される。
【００４３】
図４，図６に示すように、アウターヨーク１８１は、ティース部１８１Ｔを有し、ティース部１８１Ｔにはコイル１８１Ａが巻回される。また、図５，図７に示すように、インナーヨーク１８２は、アウターヨーク１８１と同じ軸長（Ｌ）を有し、アウターヨーク１８１と軸方向の位置を合わせて設けられる。
【００４４】
図４を参照して、ティース部１８１Ｔは、アウターヨーク１８１の内周面から径方向内方に向かって突出するように設けられる。ティース部１８１Ｔは、アウターヨーク１８１の周方向に等間隔に並ぶように複数設けられる。
【００４５】
図５を参照して、アウターヨーク１８１およびインナーヨーク１８２は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって形成されている。アウターヨーク１８１を構成する電磁鋼板の厚みと、インナーヨーク１８２を構成する電磁鋼板の厚みとは、同じである。このようにすることで、アウターヨーク１８１を構成する電磁鋼板と、インナーヨーク１８２を構成する電磁鋼板とを１枚の電磁鋼板から１回のプレス処理で作製することができるので、リニアモータの製造コストを低減することができる。
【００４６】
図７を参照して、可動磁石部１８３は、第１磁石１８３Ａと、第２磁石１８３Ｂと、第１と第２磁石１８３Ａ，１８３Ｂを保持するホルダ１８３Ｃとを含んで構成される。軸方向に並ぶ第１と第２磁石１８３Ａ，１８３Ｂは、それぞれ一対の磁極（Ｎ極／Ｓ極）が互いに逆の順序で径方向に並ぶように設けられる。より具体的には、第１の磁石１８３Ａは、Ｎ極が径方向内側、Ｓ極が径方向外側に位置するように設けられるのに対し、第２の磁石１８３Ｂは、Ｓ極が径方向内側、Ｎ極が径方向外側に位置するように設けられる。図７は、可動磁石部１８３が振幅中心に位置する状態を示している。第１と第２磁石１８３Ａ，１８３Ｂの境界は、図７の状態でアウターヨーク１８１およびインナーヨーク１８２の軸方向中心と一致している。ホルダ１８３Ｃは、ピストン１３０に連結されている。ピストン１３０は、可動磁石部１８３とともに図７中の上下方向に往復動する。
【００４７】
可動磁石部１８３が図７の状態よりも若干上側にずれた状態で、コイル１８１Ａに所定の方向の電流を流してアウターヨーク１８１からインナーヨーク１８２に磁束が流れるようにする（すなわち、アウターヨーク１８１にＮ極を形成し、インナーヨーク１８２にＳ極を形成する）と、第１磁石１８３Ａの中心をアウターヨーク１８１およびインナーヨーク１８２の軸方向中心に向かって近づけ、他方、第２磁石１８３Ｂの中心をアウターヨーク１８１およびインナーヨーク１８２の軸方向中心から遠ざけるような磁力が可動磁石部１８３に作用する。すなわち、可動磁石部１８３が振幅中心から図７中の上側に移動した場合、可動磁石部１８３を振幅中心に戻そうとする下向きの復元力が可動磁石部１８３に作用する。上記の磁力は、可動磁石部１８３の図７中の上側への移動量に比例して大きくなる。すなわち、可動磁石部１８３が図７の状態よりも上側に移動した場合、可動磁石部１８３には、該可動磁石部１８３の変位量に応じた復元力が作用する。また、可動磁石部１８３が図７の状態よりも下側に移動した場合も、アウターヨーク１８１にＳ極を形成し、インナーヨーク１８２にＮ極を形成するような電流をコイル１８１Ａに流すことにより、上記と同様に、可動磁石部１８３に該可動磁石部１８３の変位量に応じた復元力を作用させることができる。
【００４８】
本実施の形態では、第１磁石１８３Ａの軸長Ｌ１と、第２磁石１８３Ｂの軸長Ｌ２と、アウターヨーク１８１およびインナーヨーク１８２の軸長Ｌと、可動磁石部１８３の振幅Ｓとが、Ｌ１＝Ｌ２＝２Ｓ＝Ｌの関係を満たすように設定されている。このようにすることで、可動磁石部１８３の可動範囲の全域で可動磁石部１８３の変位量に応じた復元力を該可動磁石部１８３に作用させることができる。この結果、本実施の形態に係るリニアモータにおいて、可動磁石部１８３の変位量（＝ピストン１３０の変位量）と可動磁石部１８３に作用する復元力（＝ピストン１３０に作用する復元力）との関係は、図８に示されるとおりとなる。
【００４９】
図１０は、比較例に係るリニアモータを示す縦断面図である。図１０に示される比較例では、本実施の形態のように第２磁石部１８３Ｂは設けられず、Ｎ極（径方向内側）とＳ極（径方向外側）とが径方向に対向するように設けられた第１磁石１８３Ａと、第１磁石１８３Ａを保持するホルダ１８３Ｃとによって可動磁石部１８３が構成される。また、リング状のアウターヨーク１８１はＣ形の断面を有する。コイル１８１Ａは、アウターヨーク１８１のＣ字の両端に位置する突極部にＮ極／Ｓ極を形成可能とするようにアウターヨーク１８１に巻回されている
図１０に示されるリニアモータでは、コイル１８１Ａに流される電流の方向を切換えることにより、Ｎ極／Ｓ極を切換え、可動磁石部１８３に上下方向の磁力を作用させて可動磁石部１８３とともにピストン１３０を往復動させている。より具体的には、図１０中の上側の突極部にＮ極を形成し、下側の突極部にＳ極を形成すると、第１磁石１８３Ａには上方向の磁力が作用し、可動磁石部１８３およびピストン１３０は、上方向に移動する。逆に、図１０中の下側の突極部にＮ極を形成し、上側の突極部にＳ極を形成すると、第１磁石１８３Ａには下方向の磁力が作用し、可動磁石部１８３およびピストン１３０は、下方向に移動する。
【００５０】
図１０の比較例においては、磁力を利用して可動磁石部１８３およびピストン１３０を往復動させているものの、可動磁石部１８３の変位量に比例して増大して、該可動磁石部１８３を振幅中心に戻す磁力を発生させることはできない。したがって、図１０の比較例では、可動磁石部１８３およびピストン１３０を定常的に往復動させるために、可動磁石部１８３およびピストン１３０にピストンスプリング１３０Ａを取り付けている。ピストンスプリング１３０Ａは、たとえば、板バネなどにより構成される。このようなピストンスプリング１３０Ａを設けることにより、リニアモータ１８０の部品点数が増大し、結果として、リニアモータ１８０の製造コストが増大する。
【００５１】
これに対し、本実施の形態に係るリニアモータでは、上述のように、可動磁石部１８３の可動範囲の全域で可動磁石部１８３の変位量に応じた磁力による復元力を該可動磁石部１８３に作用させることができるので、図１０に示されるピストンスプリング１３０Ａを省略することができる。この結果、リニアモータ１８０の製造コストが低減される。
【００５２】
また、本実施の形態のように、ピストンスプリングを省略することにより、コイル１８１Ａに電気を導通させていないときに、ピストン１３０が予期せぬ動きをしないように保持できるかという問題が生じ得るが、コイル１８１Ａに電流が流れていない場合には、磁力によって第１と第２磁石１８３Ａ，１８３Ｂがアウターヨーク１８１またはインナーヨーク１８２に引き寄せられて付着するため、ピストン１３０が予期せぬ動きをすることは防止される。
【００５３】
また、本実施の形態に係るリニアモータと、図１０に示す比較例に係るリニアモータとでは、動作時の磁束の向きが異なる。本実施の形態に係るリニアモータでは、上述したように、軸方向に複数の電磁鋼板を積層することによって渦電流損を低減することができる。結果として、本実施の形態に係るリニアモータにおける動作時の渦電流損は、図１０に示す比較例に係るリニアモータと同程度となる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、第１磁石の軸長Ｌ１と、第２磁石の軸長Ｌ２と、アウターヨークおよびインナーヨークの軸長Ｌと、可動磁石部の振幅Ｓとが、Ｌ１＝Ｌ２＝２Ｓ＝Ｌの関係を満たす例について説明したが、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ，Ｓの関係は、これに限定されるものではなく、Ｌ１≧Ｓ＋Ｌ／２、かつ、Ｌ２≧Ｓ＋Ｌ／２の関係さえ満たせば、上記と同様に、可動磁石部１８３の可動範囲の全域で可動磁石部１８３の変位量に応じた復元力を該可動磁石部１８３に作用させることができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、アウターヨーク１８１の内周面にティース部１８１Ｔを設ける例について説明したが、アウターヨーク１８１の形態は、これに限定されるものではない。たとえば、アウターヨーク１８１として、図９に示すように、軸方向に延びる孔部１８１Ｂと該孔部１８１Ｂを区画するブリッジ部１８１Ｃとを形成し、ブリッジ部１８１Ｃにコイルを巻回するものを用いることも可能である。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関搭載機器としてのスターリング冷却庫の配管系統図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関としてのスターリング冷凍機を示す側断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関としてのスターリング冷凍機の変形例を示す側断面図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係るリニアモータにおけるアウターヨークおよびインナーヨークを示す上面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】本発明の１つの実施の形態に係るリニアモータを示す上面図である。
【図７】本発明の１つの実施の形態に係るリニアモータを示す縦断面図である。
【図８】本発明の１つの実施の形態に係るリニアモータにおけるピストンの変位量と該ピストンに作用する復元力との関係を示す図である。
【図９】本発明の１つの実施の形態に係るリニアモータにおけるアウターヨークの変形例を示す上面図である。
【図１０】比較例に係るリニアモータを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００  スターリング冷凍機、１１０  ケーシング、１１１  高温部、１１２  低温部、１２０，１２１，１２２  シリンダ、１２２Ａ  ロッド部材、１３０  ピストン、１３０Ａ  ピストンスプリング、１４０  ディスプレーサ、１４０Ａ  ディスプレーサロッド、１５０  作動空間、１５１  圧縮空間、１５２  膨張空間、１６０  再生器、１６１，１６２  熱交換器、１７０  背圧空間、１８０  リニアモータ、１８１  アウターヨーク、１８１Ａ  コイル、１８１Ｂ  孔部、１８１Ｃ  ブリッジ部、１８１Ｔ  ティース部、１８２  インナーヨーク、１８３  可動磁石部、１８３Ａ  第１磁石、１８３Ｂ  第２磁石、１８３Ｃ  ホルダ、１９０  ディスプレーサスプリング、２００  低温側循環回路、２１０  低温側蒸発器、２２０，２３０  冷媒配管、２４０  低温側凝縮器、２５０  ファン、３００  第１高温側循環回路、３１０  高温側凝縮器、３２０，３３０  冷媒配管、３４０  高温側蒸発器、３５０  ファン、４００  第２高温側循環回路、４１０，４３０，４５０  冷媒配管、４２０  循環ポンプ、４４０  発露防止パイプ、１０００  スターリング冷却庫。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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