(57)【要約】【課題】フリーピストンスターリングエンジン全体の重量、体積を無駄に増加させることなく、パワーピストン及びディスプレーサピストンの往復運動に伴う振動の発生を抑制する。【解決手段】フリーピストンスターリングエンジン１０は、パワーシリンダ１５内に対向させて一対配置されたパワーピストン１１と、パワーシリンダ１５を挟んで対向させて配置された一対のディスプレーサシリンダ１６内に各々配置されたディスプレーサピストン１２と、を備える。【選択図】図１
2014234772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーシリンダ内に対向させて一対配置されたパワーピストンと、
前記パワーシリンダを挟んで対向させて配置された一対のディスプレーサシリンダ内に各々配置されたディスプレーサピストンと、
を備えることを特徴とするフリーピストンスターリングエンジン。
【請求項２】
前記ディスプレーサピストンの往復運動を前記パワーピストンに位相を反転させて伝達する位相反転機構と、
前記ディスプレーサピストンと前記位相反転機構との間又は前記パワーピストンと前記位相反転機構との間に設けられ、前記パワーピストンの位相が前記ディスプレーサピストンの位相よりも９０度遅れるように調整する位相調整ばねと、
をさらに備える請求項１に記載のフリーピストンスターリングエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリーピストンスターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
フリーピストンスターリングエンジンは、一般的に、パワーシリンダ内を往復運動するパワーピストン（出力ピストン）と、ディスプレーサシリンダ内を往復運動するディスプレーサピストン（ディスプレーサ）とを備える。同スターリングエンジンは、ばねマス系の単振動を利用して作動する。このため、スターリングエンジン全体が大きく振動してしまうので、カウンターウエイトを配置して振動の発生を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００５−５０９７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
カウンターウエイトを配置した従来品では、カウンターウエイトは少なくともパワーピストン及びディスプレーサピストンの質量と同程度の質量を必要とすると共に、カウンターウエイトを支持するばね等も必要となる。このため、スターリングエンジン全体の重量、体積が無駄に増加するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、フリーピストンスターリングエンジン全体の重量、体積を無駄に増加させることなく、パワーピストン及びディスプレーサピストンの往復運動に伴う振動の発生を抑制することができるフリーピストンスターリングエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を達成するために、本発明に係るフリーピストンスターリングエンジンは、パワーシリンダ内に対向させて一対配置されたパワーピストンと、前記パワーシリンダを挟んで対向させて配置された一対のディスプレーサシリンダ内に各々配置されたディスプレーサピストンと、を備えるものである。
【０００７】
前記フリーピストンスターリングエンジンは、前記ディスプレーサピストンの往復運動を前記パワーピストンに位相を反転させて伝達する位相反転機構と、前記ディスプレーサピストンと前記位相反転機構との間又は前記パワーピストンと前記位相反転機構との間に設けられ、前記パワーピストンの位相が前記ディスプレーサピストンの位相よりも９０度遅れるように調整する位相調整ばねと、をさらに備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フリーピストンスターリングエンジン全体の重量、体積を無駄に増加させることなく、パワーピストン及びディスプレーサピストンの往復運動に伴う振動の発生を抑制することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るフリーピストンスターリングエンジンの概略構成図である。
【図２】パワーピストンとディスプレーサピストンとの位相差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係るフリーピストンスターリングエンジン（以下、単にスターリングエンジンという）１０は、パワーピストン１１と、ディスプレーサピストン１２と、位相反転機構１３と、位相調整ばね１４とを備えている。
【００１２】
パワーピストン１１は、パワーシリンダ１５内を往復運動するものであり、パワーシリンダ１５内に対向させて一対配置されている。これら一対のパワーピストン１１は、互いに同じ質量、形状となるように設定されている。また、一対のパワーピストン１１は、同一の軸線Ｌａ上を往復運動するようにパワーシリンダ１５内に配置されている。本実施形態では、パワーピストン１１における後述する発電機３０側の端部は、円錐台形に形成されている。
【００１３】
ディスプレーサピストン１２は、パワーシリンダ１５の中間部を挟んで対向させて配置された一対のディスプレーサシリンダ１６内に各々配置されている。これら一対のディスプレーサピストン１２は、互いに同じ質量、形状となるように設定されている。また、一対のディスプレーサピストン１２は、同一の軸線Ｌｂ上を往復運動し、且つ、パワーピストン１１の往復運動方向と直交する方向に往復運動するように各ディスプレーサシリンダ１６内に配置されている。即ち、各ディスプレーサシリンダ１６は、その長手方向がパワーシリンダ１５の長手方向に対して直交するように配置されている。さらに、ディスプレーサピストン１２は後述する圧縮空間２３側の端部に設けられたロッド１７を有し、このロッド１７は、ディスプレーサシリンダ１６に設けられたガイド１８に支持され、圧縮空間２３内からパワーシリンダ１５内まで延出している。本実施形態では、ディスプレーサピストン１２における後述する膨張空間２２側の端部は、半球形に形成されている。
【００１４】
各ディスプレーサシリンダ１６は、一端部に設けられる加熱部（ヒータ）１９と、他端部に設けられる冷却部（クーラ）２０と、加熱部１９と冷却部２０との間に設けられるスタック（再生器）２１とを有する。各ディスプレーサシリンダ１６の内部は、ディスプレーサピストン１２により加熱部１９側の膨張空間２２と冷却部２０側の圧縮空間２３とに区画されており、膨張空間２２と圧縮空間２３とは、加熱部１９、スタック２１及び冷却部２０を介して連通されている。さらに、ディスプレーサシリンダ１６の圧縮空間２３は、ディスプレーサシリンダ１６に設けられた貫通孔２４、及びパワーシリンダ１５に設けられた貫通孔２５を介して、パワーシリンダ１５内の空間（一対のパワーピストン１１間に区画される空間）２６と連通されている。
【００１５】
位相反転機構１３は、ディスプレーサピストン１２の往復運動をパワーピストン１１に位相を反転させて伝達するものである。本実施形態では、位相反転機構１３は、一対のパワーピストン１１同士を連結する菱形の位相反転リンクであり、互いに長さが等しい四つのリンク部材１３ａから構成されている。また、位相反転機構１３は、パワーピストン１１におけるパワーシリンダ１５内の空間２６側の端部に設けられたスリット２７内においてパワーピストン１１に連結されている。なお、位相反転機構１３は、一対のディスプレーサピストン１２のロッド１７同士を連結するものであっても良い。
【００１６】
位相調整ばね１４は、ディスプレーサピストン１２と位相反転機構１３との間に設けられ、パワーピストン１１の位相がディスプレーサピストン１２の位相よりも９０度遅れるように調整するものである（図２参照）。本実施形態では、位相調整ばね１４は、板ばねであり、一端がディスプレーサピストン１２のロッド１７に連結され、他端が位相反転リンクにおけるパワーピストン１１の軸線Ｌａを挟んで当該ロッド１７とは反対側の連結点２８に連結されている。なお、位相反転機構１３が一対のディスプレーサピストン１２のロッド１７同士を連結するものである場合には、位相調整ばね１４はパワーピストン１１と位相反転機構１３との間に設けられる。
【００１７】
また、本実施形態に係るスターリングエンジン１０では、パワーシリンダ１５の両端部（図示例では、上端部及び下端部）に各々、発電機３０が配置されている。発電機３０は、直動発電機であり、コイル３１が装着された固定子３２と、永久磁石３３が装着された移動子３４と、移動子３４を往復運動方向の両側（図示例では、上下方向）から挟み込むスパイラルスプリング３５とを有する。
【００１８】
次に、本実施形態に係るスターリングエンジン１０による作用効果について説明する。
【００１９】
フリーピストンスターリングエンジンの基本的な動作原理は公知であるので、ここではパワーピストン１１及びディスプレーサピストン１２の動作のみについて説明する。
【００２０】
先ず、一対配置したディスプレーサピストン１２の内の図１中右側のディスプレーサピストン１２が左方に移動するときには、図１中左側のディスプレーサピストン１２は右方に移動する。また、一対配置したパワーピストン１１の内の図１中上側のパワーピストン１１はディスプレーサピストン１２に対して９０度の位相遅れを持って下方に移動され、図１中下側のパワーピストン１１はディスプレーサピストン１２に対して９０度の位相遅れを持って上方に移動される。
【００２１】
一方、一対配置したディスプレーサピストン１２の内の図１中右側のディスプレーサピストン１２が右方に移動するときには、図１中左側のディスプレーサピストン１２は左方に移動する。また、一対配置したパワーピストン１１の内の図１中上側のパワーピストン１１はディスプレーサピストン１２に対して９０度の位相遅れを持って上方に移動され、図１中下側のパワーピストン１１はディスプレーサピストン１２に対して９０度の位相遅れを持って下方に移動される。
【００２２】
本実施形態に係るスターリングエンジン１０では、パワーピストン１１同士を対向させて一対配置すると共に、ディスプレーサピストン１２同士を対向させて一対配置している。このため、パワーピストン１１同士によりパワーピストン１１の往復運動に伴う振動を打ち消すと共に、ディスプレーサピストン１２同士によりディスプレーサピストン１２の往復運動に伴う振動を打ち消すことができ、振動の発生を抑制することができる。また、本実施形態に係るスターリングエンジン１０は、二機分のパワーピストン１１及びディスプレーサピストン１２を備えるので、カウンターウエイトを配置した従来品と比較してスターリングエンジン１０の出力を向上させることもできる。
【００２３】
一方、カウンターウエイトを配置した従来品では、カウンターウエイトに振動抑制の機能しかないため、スターリングエンジン全体の重量が単に増加し、且つ、スターリングエンジンの出力も向上しない。
【００２４】
即ち、本実施形態に係るスターリングエンジン１０によれば、スターリングエンジン１０全体の重量、体積を無駄に増加させることなく、パワーピストン１１及びディスプレーサピストン１２の往復運動に伴う振動の発生を抑制することが可能である。
【００２５】
さらに、本実施形態に係るスターリングエンジン１０は位相反転機構１３及び位相調整ばね１４を備えるので、パワーピストン１１とディスプレーサピストン１２との位相差の調整が容易になる。パワーシリンダ１５内の空間２６のガスばねだけでは、パワーピストン１１とディスプレーサピストン１２との位相差を調整してスターリングエンジン１０を安定作動させることは難しいためである。
【００２６】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  フリーピストンスターリングエンジン
１１  パワーピストン
１２  ディスプレーサピストン
１３  位相反転機構
１４  位相調整ばね
１５  パワーシリンダ
１６  ディスプレーサシリンダ
【図１】
2014234772.tif 000003
【図２】
2014234772.tif 000004