超低温制冷机的制作方法
【专利说明】超低温制冷机
[0001]本申请主张基于2014年9月2日申请的日本专利申请第2014-177744号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
[0002]本发明涉及一种超低温制冷机，尤其涉及一种适合冷却超导线圈的超低温制冷机。
【背景技术】
[0003]作为产生超低温的制冷机已知有吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon ；GM)制冷机(参考专利文献1)和脉冲管制冷机。这些制冷机具备切换高压工作气体与低压工作气体的流动的阀及用于驱动该阀的马达。这种制冷机例如用于冷却产生强力磁场的超导线圈。
[0004]专利文献1:日本特开2013-2687号公报
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一在于提供一种减少超低温制冷机所具备的马达所承受的外部磁场的影响的技术。
[0006]为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的超低温制冷机包括:阀，切换低压制冷剂气体的流路与高压制冷剂气体的流路；及马达，驱动阀。马达具备:转子;定子，在径向内侧具备转子；及外壳，密闭地容纳转子和定子。定子具有:后磁轭；及磁性部件，配置在后磁轭的径向外侧且与后磁轭分开的位置，并且成为在外壳的外部产生的外部磁场的磁路。外壳密闭地容纳磁性部件。
[0007]根据本发明，能够提供一种减少超低温制冷机所具备的马达所承受的外部磁场的影响的技术。
【附图说明】
[0008]图1为本发明的一种实施方式的GM制冷机的剖视图。
[0009]图2为放大表不止转棒轭机构的分解立体图。
[0010]图3为放大表示回转阀的分解立体图。
[0011]图4为示意性地表示实施方式所涉及的马达的内部结构的图。
[0012]图5(a)及图5(b)为用于说明实施方式所涉及的马达内部的外部磁场的流动的图。
[0013]图6 (a)及图6(b)为用于说明实施方式的比较例所涉及的马达内部的磁场的流动的图。
[0014]图7为以表格形式表示存在低压制冷剂气体的部分的体积与制冷系数之间的关系的图。
[0015]图8(a)及图8(b)为表示实施方式的变形例所涉及的马达的图。
[0016]图中:1-压缩机，la-低压配管，lb-高压配管，2-缸体，3-壳体，4-密闭容器，5-马达容纳部，10-GM制冷机，11-高温侧缸体，12-低温侧缸体，13-高温侧置换器，14-低温侧置换器，15-高温侧内部空间，16-低温侧内部空间，17-高温侧蓄冷器，18-低温侧蓄冷器，19-高温侧冷却台，20-低温侧冷却台，21-高温侧膨胀空间，22-低温侧膨胀空间，23-上部室，31-马达，31a-驱动旋转轴，32-止转棒辄机构，33-曲柄，33b-曲柄销，34-止转棒轭，35-轭板，35a-横长窗，36、36a、36b-驱动轴，37-轴承，37a-孔，38a、38b-滑动轴承，40-回转阀，41-定子阀，42-转子阀，43-固定销，44-制冷剂气体供给孔，45-定子侧滑动面，46-圆弧状槽，47-吐出口，48-开口部，49-气体流路，50-转子侧滑动面，51-椭圆状槽，52-相反侧端面，53-圆弧状孔，60、61_轴承，62-转子阀轴承，70-转子，71-定子，71a-后磁轭，71b-齿，72-磁性部件，73-外壳，74-外部磁场，75-内部磁场，76-连接部件，77-区域。
【具体实施方式】
[0017]在超低温制冷机中通常使用马达来提供用于驱动阀的动力。这种超低温制冷机有时例如与利用超导的装置等一同使用，并且用于超导线圈的冷却。
[0018]在将超低温制冷机使用于超导线圈的冷却时，若使用永磁马达作为提供阀的驱动动力的马达，则马达的转矩有时会受到冷却对象(即超导线圈)所产生的磁场的影响而下降。其结果，有可能对GM制冷机的运行带来障碍。
[0019]因此，实施方式所涉及的超低温制冷机中，为了从外部磁场隔离马达的后磁轭而使用具备引导外部磁场的磁路的马达。
[0020]首先，对实施方式的超低温制冷机的整体结构进行说明。图1至图3为用于说明本发明的一种实施方式的超低温制冷机的图。本实施方式中，作为超低温制冷机举例说明吉福德-麦克马洪制冷机(以下，称为GM制冷机10)。然而，实施方式所涉及的超低温制冷机并不限于GM制冷机。只要是使用马达来驱动阀的超低温制冷机均可应用本发明，例如本发明也能够应用于脉冲管制冷机。
[0021]实施方式所涉及的GM制冷机10具有:压缩机1、缸体2、壳体3、马达容纳部5等。
[0022]压缩机1从连接有低压配管la的吸气侧回收低压制冷剂气体，并将其压缩之后向连接在吐出侧的高压配管lb供给高压制冷剂气体。作为制冷剂气体，例如可以使用氦气，但并不限于此。
[0023]实施方式所涉及的GM制冷机10为2级式GM制冷机。2级式GM制冷机10中，缸体2具有高温侧缸体11和低温侧缸体12这两个缸体。高温侧缸体11的内部插入有高温侧置换器13。并且，低温侧缸体12的内部插入有低温侧置换器14。
[0024]高温侧置换器13及低温侧置换器14彼此相连，并且构成为分别在高温侧缸体11及低温侧缸体12的内部能够沿各缸体的轴向往复移动。在高温侧置换器13及低温侧置换器14的内部分别形成有高温侧内部空间15和低温侧内部空间16。高温侧内部空间15及低温侧内部空间16内填充有蓄冷材料，并且分别作为高温侧蓄冷器17及低温侧蓄冷器18而发挥功能。
[0025]位于上部的高温侧置换器13连结于向上方(Z1方向)延伸的驱动轴36。该驱动轴36构成后述止转棒轭机构32的一部分。
[0026]并且，在高温侧置换器13的高温端侧(Z1方向侧端部)形成有气体流路L1。此夕卜，在高温侧置换器13的低温端侧(Z2方向侧端部)形成有使高温侧内部空间15与高温侧膨胀空间21连通的气体流路L2。
[0027]在高温侧缸体11的低温侧端部(图1中以箭头Z2表示的方向侧的端部)形成有高温侧膨胀空间21。并且，在高温侧缸体11的高温侧端部(图1中以箭头Z1表示的方向侧的端部)形成有上部室23。
[0028]并且，在低温侧缸体12内的低温侧端部(图1中以箭头Z2表示的方向侧的端部)形成有低温侧膨胀空间22。
[0029]低温侧置换器14通过未图示的连结机构安装于高温侧置换器13的下部。在该低温侧置换器14的高温侧端部(图1中以箭头Z1表示的方向侧的端部)形成有使高温侧膨胀空间21与低温侧内部空间16连通的气体流路L3。并且，在低温侧置换器14的低温侧端部(图1中以箭头Z2表示的方向侧的端部)形成有使低温侧内部空间16与低温侧膨胀空间22连通的气体流路L4。
[0030]高温侧冷却台19配设于高温侧缸体11的外周面上且与高温侧膨胀空间21对置的位置。并且，低温侧冷却台20配设于低温侧缸体12的外周面上且与低温侧膨胀空间22对置的位置。
[0031]上述高温侧置换器13及低温侧置换器14通过止转棒轭机构32在高温侧缸体11及低温侧缸体12内沿图中上下方向(箭头Z1、Z2方向)移动。
[0032]如图1所示，壳体3具有回转阀40等，且马达容纳部5中容纳有马达31。
[0033]马达31、驱动旋转轴31a及止转棒轭机构32构成驱动装置。马达31产生旋转驱动力，与马达31连接的旋转轴(以下，称为“驱动旋转轴31a”)将马达31的旋转运动传递至止转棒轭机构32。驱动旋转轴31a被轴承60支承。
[0034]图2放大表示止转棒轭机构32。止转棒轭机构32具有曲柄33和止转棒轭34等。例如能够通过马达31等驱动机构来驱动该止转棒轭机构32。
[0035]曲柄33固定于驱动旋转轴31a。曲柄33为从驱动旋转轴31a的安装位置偏心的位置上设置了曲柄销33b的结构。因此，若将曲柄33安装在驱动旋转轴31a，则曲柄销33b成为相对于驱动旋转轴31a偏心的状态。从这种意义来讲，曲柄销33b发挥偏心旋转体的功能。另外，驱动旋转轴31a也可以在其长度方向上的多个部位被支承为旋转自如。
[0036]止转棒轭34具有:驱动轴36a、驱动轴36b、轭板35、滚子轴承37等。壳体3内形成有容纳空间。该容纳空间成为容纳止转棒轭34及后述回转阀40的转子阀42等的具有密闭性的密闭容器。因此，以下在本说明书中，将壳体3内的容纳空间称为“密闭容器4”。密闭容器4经由低压配管la与压缩机1的吸气口连通。因此，密闭容器4始终维持低压。<