(57)【要約】  パワーピストン（４）のためのオーバーストローク防止機構を有するリニアフリーピストンスターリング装置を提供する。パワーピストンの変位が所定のレベルを超えるときにパワーピストン４と接触する弾性部材（１２，２１）がケーシングに固定されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に往復動可能に装着されたディスプレーサピストンおよびパワーピストンと、使用時にパワーピストンと電磁結合されるオルタネータと、ケーシングに対して固定され且つ少なくとも１つの弾性部材を備えるオーバーストローク防止機構とを備え、パワーピストンの変位が所定のレベルを超えると、パワーピストンがオーバーストローク防止機構と接触するリニアフリーピストンスターリング装置。
【請求項２】
パワーピストンの変位がパワーピストンの往復の両方向で所定のレベルを超えると、パワーピストンがオーバーストローク防止機構と接触する、請求項１に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
【請求項３】
オーバーストローク防止機構が１つの弾性部材を備え、パワーピストンには、パワーピストンの変位が第１の方向で所定のレベルを超える場合に弾性部材と接触するようになっている第１の部分と、パワーピストンの変位が第２の方向で所定のレベルを超える場合に弾性部材と接触するようになっている第２の部分とが設けられている、請求項２に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
【請求項４】
第１の部分および第２の部分がパワーピストン内の溝の中に設けられている、請求項３に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
【請求項５】
第１の部分および第２の部分がパワーピストンから突出する別個の部品上にある、請求項３に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
【請求項６】
オーバーストローク防止機構が、パワーピストンの変位が第１の方向で所定のレベルを超える場合にパワーピストンと接触するようになっている第１の弾性部材と、パワーピストンの変位が第２の方向で所定のレベルを超える場合にパワーピストンと接触するようになっている第２の弾性部材とを備えている、請求項３に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアフリーピストンスターリング装置に関する。かかる装置は、例えば家庭用熱電併給システムで使用できるエンジンであってもよく、あるいは、冷蔵システムのための冷却器であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
フリーピストン装置内のディスプレーサピストンおよびパワーピストンは、独立に往復動する機械的なばね質量−ダンパー共振器として同調される。フレキシブルロッドの下端は、装置の下側ドーム内に位置された平ばねに固定されて、ピストンの中心を貫通し、ディスプレーサの下側部分に接続される。
【０００３】
スターリングエンジン内でピストンが往復動すると、このピストンに接続されたマグネットドラムがオルタネータのコイルを貫通して移動するため、電気が生成される。
【０００４】
設計の物理的限界内でパワーピストンの往復動の振幅を維持するとともに、各ストロークの終わりで衝突を避けるために、様々な手法が採用されてきた。例えば、米国特許第５，１４８，０６６号に記載されるように、主フィールドマグネットに加えて、マグネットドラム上に２列の二次マグネットが組み込まれた。二次マグネットは、所要の限界内で往復の振幅を維持する磁気ばねを形成する。しかしながら、マグネットを含ませると、ばねマグネットの上下で延びるフリンジングフィールドにより引き起こされる、フィールドマグネットにより形成される磁束の密度の減少により、システムの効率が低下する。
【０００５】
英国特許第２１３６０８７号において採用される他の手法は、往復動する本体に取り付けられるばねを使用することである。これは、往復動される質量が増大するという欠点を有している。
【０００６】
更なる手法は、独国特許第１  ９５３  ８４２２号および日本国特許第４０４７１５０号に示されるようにガススプリングを使用して緩衝効果を与えることである。しかしながら、これらは、衝突を防止するための十分な力を及ぼすためにガススプリング力がオーバーストロークの危険がない点で作用し始めなければならないため、エンジンの効率を下げてしまう。エンジンのこの不必要な支出は、設計の効率を低下させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、往復動される質量を増大させず、また、エンジンが通常の限界内で往復動されるときに寄生的な電力損を引き起こさないオーバーストローク防止機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、ケーシング内に往復動可能に装着されたディスプレーサピストンおよびパワーピストンと、使用時にパワーピストンと電磁結合されるオルタネータと、ケーシングに対して固定され且つ少なくとも１つの弾性部材を備えるオーバーストローク防止機構とを備え、パワーピストンの変位が所定のレベルを超えると、パワーピストンがオーバーストローク防止機構と接触するリニアフリーピストンスターリング装置が提供される。
【０００９】
ケーシングに取り付けられた弾性部材の形態を成すオーバーストローク防止機構を設けることにより、往復動する質量が増大しない。また、ピストンの変位が所定のレベルを超えるときにピストンが防止機構と接触するように防止機構を位置決めすることにより、通常の動作中に電力損失が引き起こされない。弾性部材は、その短い動作範囲にわたって大きな効果を有することができるため、ガススプリングの場合のように通常の動作領域内で動作し始める必要がない。
【００１０】
最も広い意味において、オーバーストローク防止機構は、一方向でのみオーバーストロークを防止するために使用できる。これは、特定の状況においてはそれで十分な場合があるからである。あるいは、幾つかの異なるオーバーストローク防止機構を使用して反対方向でオーバーストロークを防止することができる。しかしながら、パワーピストンの変位がパワーピストンの往復の両方向で所定のレベルを超えるときに、パワーピストンがオーバーストローク防止機構と接触することが好ましい。そのような構成は、いずれの方向でもオーバーストロークを防止できる。
【００１１】
これを実施する１つの方法は、オーバーストローク防止機構が１つの弾性部材を備え、パワーピストンに、パワーピストンの変位が第１の方向で所定のレベルを超える場合に弾性部材と接触するようになっている第１の部分と、パワーピストンの変位が第２の方向で所定のレベルを超える場合に弾性部材と接触するようになっている第２の部分とが設けられていることである。１つの弾性部材または一群の弾性部材が両方向でオーバーストロークを防止すると効果的である。これは、パワーピストン内の溝の中に第１の部分および第２の部分を設けることにより、あるいは、パワーピストンから突出する別個の部品上に第１の部分および第２の部分を設けることにより達成されてもよい。
【００１２】
あるいは、オーバーストローク防止機構は、パワーピストンの変位が第１の方向で所定のレベルを超える場合にパワーピストンと接触するようになっている第１の弾性部材と、パワーピストンの変位が第２の方向で所定のレベルを超える場合にパワーピストンと接触するようになっている第２の弾性部材とを備えていてもよい。これにより、２つの方向でオーバーストロークを防止するための異なる弾性部材が効果的に得られる。そのような機構は、１つの弾性部材または一群の弾性部材に関して前述した機構よりも複雑である。しかしながら、これが好ましい選択肢となる状況がある可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るスターリング装置の実施形態について説明する。
【００１４】
リニアフリーピストンスターリング装置の構造および動作は、当分野では周知であるため、本明細書では詳しく説明しない。
【００１５】
周知のように、本装置の軸線２に沿って延びる図１に示されるフレキシブルロッド１にはディスプレーサピストン（図示せず）が接続されている。図１には右側が示されていないが、一般に、装置は軸線２に関して対称である。フレキシブルロッド１の下端は、ディスプレーサに対して復元力を与える一対の平ばね３に接続されている。ロッド１は、図１にその左側部分が示されているパワーピストン４の中心を貫通して延びている。マグネット６が取り付けられたマグネットドラム５は、パワーピストンと共に往復動するように取り付けられている。マグネット６は、装置ハウジングに対して固定されたオルタネータパック８内の隙間７の中で往復動する。
【００１６】
オーバーストローク機構は、図２に詳しく示される弾性部材１０である。これは、環状形態を成しており、装置ケーシングに装着するための多数の装着穴１１を有している。多数の弾性舌部１２が径方向内側に突出しており、これらの舌部には穴１３が設けられている。図１に示されるように、ばね接点ペグ１４は、これらの各穴１３を貫通して突出している。ばね接点ペグ１４には、下側フランジ１５および上側フランジ１６が設けられている。図２に示されるように、弾性舌部１２間には多くの更なる弾性舌部１７が設けられており、これらの舌部は非常一方向ストッパを形成している。４つのばね接点ペグ１４が検討され、これが最適な数である。しかしながら、この実施形態は、パワーピストンが正確に位置合わせされる限り、弾性部材１０の両側に位置された２つのペグだけと共に機能するように構成することができる。また、この実施形態は、１２０°の間隔で離間する３つのばね接点ペグ１４と共に合理的に機能することもできる。
【００１７】
パワーピストン４がその通常の行程を上方向で越えると、各舌部の下側フランジ１５が弾性舌部１２と接触し、それにより、直ちに抑制力がパワーピストンに加わる。同様に、パワーピストン４がその通常の行程を下方向で越えると、上側フランジ１６が弾性舌部１２と接触し、再び抑制力が加わる。パワーピストン４がその通常の行程を更に越える場合には、パワーピストンの底部が更なる弾性舌部１７に突き当たって、抑制力が更に大きくなる。
【００１８】
他の構成が図３および図４に示されている。この場合には、ピストン４がオルタネータ８内にあるため、装置の右側から断面がとられている。図１のばね接点ペグ・弾性舌部の構成が、軸線方向に延びるピストン４の凹部２０およびばねプラグ２１に取って代えられている。図３に示されるように、ばねプラグ２１がオルタネータ８内に装着されている場合には、ばねプラグ２１が溝２０内に突出する。図４にはばねプラグが更に詳しく示されており、図示のように、ばねプラグは、拡大頭部２２と、テーパ部２３と、弾性を与える更に細いステム２４とを有している。ステム２４は、シリンダ壁２６に捩じ込まれた固定ボルト２５内に強固に圧入されている。他の同じ構成が装置の反対側に設けられている。
【００１９】
ピストン４が両方向でその許容変位を超える場合には、ばねプラグ２１が溝２０の端部と接触して抑制力を加える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】スターリング装置（左側のみ）のベース内の様々な部品の概略図である。
【図２】図１の弾性部材の平面図である。
【図３】第２の実施形態の弾性機構を組み込むスターリングエンジンの一部を示している。
【図４】図３の弾性機構の更に詳細な概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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