(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に配置されるディスプレーサピストンと、前記ディスプレーサピストンの下方に配置されるパワーピストンと、前記パワーピストンの外周面に固定されるインナーヨークと、前記インナーヨークの外周部に所定のギャップを持って配置されるアウターヨークと、前記パワーピストン、前記インナーヨーク、及び前記アウターヨークを収容する容器とを備えたスターリングエンジンであって、
前記容器には、前記パワーピストンの一端側の外周面が摺動する第１の軸受部と、前記パワーピストンの他端側の内周面が摺動する第２の軸受部とを有し、前記アウターヨークを前記容器の内周部に設けることを特徴とするスターリングエンジン。
【請求項２】
前記シリンダには、ヒータ、再生器、及び冷却器を備え、前記ヒータを前記シリンダの一端側に配置し、前記冷却器を前記シリンダの他端側に配置し、前記再生器を前記ヒータと前記冷却器の間に配置し、
前記シリンダと前記容器とを連結部材を介して締結することを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項３】
前記シリンダには、ヒータ、再生器、及び冷却器を備え、前記ヒータを前記シリンダの一端側に配置し、前記冷却器を前記シリンダの他端側に配置し、前記再生器を前記ヒータと前記冷却器の間に配置し、前記シリンダの他端側にフランジ面を形成し、前記フランジ面と前記容器の端面とを当接させて連結することを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項４】
前記容器を筒状部材で構成し、前記容器の一端側に前記シリンダを、前記容器の他端側に封止部材を配置し、
前記第１の軸受部を、前記容器の一端側の内周面で位置決め固定し、
前記第２の軸受部を、前記容器の他端側の内周面で位置決め固定し、
前記アウターヨークを、前記容器の内周面で位置決め固定することを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項５】
前記第１の軸受部を、前記パワーピストンが摺動する第１の円筒部と、前記第１の円筒部の一端に形成した第１のフランジ部とで構成し、
前記第２の軸受部を、前記パワーピストンが摺動する第２の円筒部と、前記第２の円筒部の一端に形成した第２のフランジ部とで構成し、
前記第１の軸受部を、前記第１の円筒部の外周面で前記容器に位置決め固定し、
前記第２の軸受部を、前記第２のフランジ部の外周面で前記容器に位置決め固定することを特徴とする請求項４に記載のスターリングエンジン。
【請求項６】
前記パワーピストンを、ヘッド部とスカート部で構成し、
前記ヘッド部の外周面を前記第１の軸受部との摺動面とし、
前記スカート部の内周面を前記第２の軸受部との摺動面とし、
前記スカート部の外周面に前記インナーヨークを位置決め固定することを特徴とする請求項５に記載のスターリングエンジン。
【請求項７】
前記インナーヨーク及び前記パワーピストンを含む可動部重心を、前記第２の軸受部内に位置させたことを特徴とする請求項６に記載のスターリングエンジン。
【請求項８】
前記ヘッド部の中心に第１の貫通孔を形成し、
前記第２の円筒部の中心に第２の貫通孔を形成し、
前記第２の軸受部と前記封止部材との間に、板バネを配置し、
前記ディスプレーサピストンと前記板バネとをロッドによって連結し、
前記ロッドの一端側を大径ロッド、前記ロッドの他端側を小径ロッドで構成し、
前記第１の貫通孔に前記大径ロッドを、前記第２の貫通孔に前記小径ロッドを配置し、
前記第１の貫通孔の内周面に軸受部を形成することを特徴とする請求項６に記載のスターリングエンジン。
【請求項９】
前記第１の円筒部の内周面に第１の滑り軸受を設け、前記スカート部の内周面に第２の滑り軸受を設けたことを特徴とする請求項６に記載のスターリングエンジン。
【請求項１０】
前記ヘッド部の外周面にピストンリングを設け、前記スカート部の内周面にリニア軸受を設けたことを特徴とする請求項６に記載のスターリングエンジン。
【請求項１１】
前記第１の円筒部の内周面に第１の滑り軸受を設け、前記スカート部の内周面にリニア軸受を設けたことを特徴とする請求項６に記載のスターリングエンジン。
【請求項１２】
前記インナーヨークを、複数の磁性板を周方向に配列して構成し、前記磁性板を、前記インナーヨークを構成した状態で磁石が配置されるヨーク本体部と、前記ヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、前記ヨーク突出部にエンボスを形成したことを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン。
【請求項１３】
前記アウターヨークを、複数の磁性板を周方向に配列して構成し、前記磁性板を、前記アウターヨークを構成した状態でコイルが配置されるヨーク本体部と、前記ヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、前記ヨーク本体部にエンボスを形成したことを特徴とする請求項１に記載の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、燃焼ガスや廃熱やバイオマスなどの多様な熱源を活用できるスターリングエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼ガスや廃熱やバイオマスなどの熱源を有効に活用することは、環境問題及びエネルギー問題の解決に繋がる。スターリングエンジンは熱源を選ばず、温度差があれば運転できるという特徴を持つことから、それら熱源の有効活用に適している。
本発明者は、既に、固定子と、それに対向して軸方向に直線的に往復移動する可動子との協働作用により発電機や電動機を構成するリニアアクチュエータを提案している。（特許文献１、特許文献２）。
特許文献１によれば、補助ヨークによって効率が向上し、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することができる。また、永久磁石とヨークとを連結して可動子とすることで、可動子と固定子とのエアギャップを１つにすることにより、アクチュエータを小型化することができる。
また特許文献２によれば、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することができるとともに、第１のヨークのコ字型ヨーク先端部にメイン磁石に対向させて設けたスプリング磁石によって、所定の出力を維持した上で、可動子が固定子の端部にある場合でも固定子から抜けることを防止することができる。
【特許文献１】特開２００５−１５１７５０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８８０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スターリングエンジンは、低い温度の熱源を利用することから、その目標性能を達成するにはピストンシールや機構の摩擦に起因する機械損失の軽減が重要である。
【０００４】
そこで、本発明は、特許文献１及び特許文献２で提案した小型で高性能なアクチュエータをスターリングエンジンに適用する場合のピストンシールや機構の摩擦に起因する機械損失の軽減を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明のスターリングエンジンは、シリンダ内に配置されるディスプレーサピストンと、前記ディスプレーサピストンの下方に配置されるパワーピストンと、前記パワーピストンの外周面に固定されるインナーヨークと、前記インナーヨークの外周部に所定のギャップを持って配置されるアウターヨークと、前記パワーピストン、前記インナーヨーク、及び前記アウターヨークを収容する容器とを備えたスターリングエンジンであって、前記容器には、前記パワーピストンの一端側の外周面が摺動する第１の軸受部と、前記パワーピストンの他端側の内周面が摺動する第２の軸受部とを有し、前記アウターヨークを前記容器の内周部に設けることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載のスターリングエンジンにおいて、前記シリンダには、ヒータ、再生器、及び冷却器を備え、前記ヒータを前記シリンダの一端側に配置し、前記冷却器を前記シリンダの他端側に配置し、前記再生器を前記ヒータと前記冷却器の間に配置し、前記シリンダと前記容器とを連結部材を介して締結することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１に記載のスターリングエンジンにおいて、前記シリンダには、ヒータ、再生器、及び冷却器を備え、前記ヒータを前記シリンダの一端側に配置し、前記冷却器を前記シリンダの他端側に配置し、前記再生器を前記ヒータと前記冷却器の間に配置し、前記シリンダの他端側にフランジ面を形成し、前記フランジ面と前記容器の端面とを当接させて連結することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載のスターリングエンジンにおいて、前記容器を筒状部材で構成し、前記容器の一端側に前記シリンダを、前記容器の他端側に封止部材を配置し、前記第１の軸受部を、前記容器の一端側の内周面で位置決め固定し、前記第２の軸受部を、前記容器の他端側の内周面で位置決め固定し、前記アウターヨークを、前記容器の内周面で位置決め固定することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載のスターリングエンジンにおいて、前記第１の軸受部を、前記パワーピストンが摺動する第１の円筒部と、前記第１の円筒部の一端に形成した第１のフランジ部とで構成し、前記第２の軸受部を、前記パワーピストンが摺動する第２の円筒部と、前記第２の円筒部の一端に形成した第２のフランジ部とで構成し、前記第１の軸受部を、前記第１の円筒部の外周面で前記容器に位置決め固定し、前記第２の軸受部を、前記第２のフランジ部の外周面で前記容器に位置決め固定することを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載のスターリングエンジンにおいて、前記パワーピストンを、ヘッド部とスカート部で構成し、前記ヘッド部の外周面を前記第１の軸受部との摺動面とし、前記スカート部の内周面を前記第２の軸受部との摺動面とし、前記スカート部の外周面に前記インナーヨークを位置決め固定することを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項６に記載のスターリングエンジンにおいて、前記インナーヨーク及び前記パワーピストンを含む可動部重心を、前記第２の軸受部内に位置させたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項６に記載のスターリングエンジンにおいて、前記ヘッド部の中心に第１の貫通孔を形成し、前記第２の円筒部の中心に第２の貫通孔を形成し、前記第２の軸受部と前記封止部材との間に、板バネを配置し、前記ディスプレーサピストンと前記板バネとをロッドによって連結し、前記ロッドの一端側を大径ロッド、前記ロッドの他端側を小径ロッドで構成し、前記第１の貫通孔に前記大径ロッドを、前記第２の貫通孔に前記小径ロッドを配置し、前記第１の貫通孔の内周面に軸受部を形成することを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項６に記載のスターリングエンジンにおいて、前記第１の円筒部の内周面に第１の滑り軸受を設け、前記スカート部の内周面に第２の滑り軸受を設けたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明は、請求項６に記載のスターリングエンジンにおいて、前記ヘッド部の外周面にピストンリングを設け、前記スカート部の内周面にリニア軸受を設けたことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明は、請求項６に記載のスターリングエンジンにおいて、前記第１の円筒部の内周面に第１の滑り軸受を設け、前記スカート部の内周面にリニア軸受を設けたことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明は、請求項１に記載のスターリングエンジンにおいて、前記インナーヨークを、複数の磁性板を周方向に配列して構成し、前記磁性板を、前記インナーヨークを構成した状態で磁石が配置されるヨーク本体部と、前記ヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、前記ヨーク突出部にエンボスを形成したことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明は、請求項１に記載のスターリングエンジンにおいて、前記アウターヨークを、複数の磁性板を周方向に配列して構成し、前記磁性板を、前記アウターヨークを構成した状態でコイルが配置されるヨーク本体部と、前記ヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、前記ヨーク本体部にエンボスを形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、パワーピストンとアウターヨークとの隙間寸法を精度良く組み立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態によるスターリングエンジンは、容器には、パワーピストンの一端側の外周面が摺動する第１の軸受部と、パワーピストンの他端側の内周面が摺動する第２の軸受部とを有し、アウターヨークを容器の内周部に設けるものである。本実施の形態によれば、パワーピストンの摺動面を形成する第１の軸受部と第２の軸受部とを容器に有するとともにアウターヨークを容器の内周部に設けることで、パワーピストンがアウターヨークに対して、傾き及び芯ずれ状態で組み付けられることを抑制し、パワーピストンとアウターヨークとの隙間寸法を精度良く組み立てることができる。そのため、パワーピストンが傾きや芯ずれによって発生する機械損失（摺動損失）を低減することができる。さらに、第１の軸受部だけでパワーピストンを支持する場合には、高さ方向に長くなるが、アウターヨーク内周面内に第２の軸受部を形成することで、可動部内周面を有効に軸受部として形成することができるため、スターリングエンジンをコンパクトに構成できる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、シリンダには、ヒータ、再生器、及び冷却器を備え、ヒータをシリンダの一端側に配置し、冷却器をシリンダの他端側に配置し、冷却器をヒータと冷却器の間に配置し、シリンダと容器とを連結部材を介して締結するものである。本実施の形態によれば、スターリングエンジンを構成する部材を、シリンダと容器とにそれぞれ配置するとともに、シリンダと容器とを締結することで、同一シリンダ内周面を基準にディスプレーサピストンとパワーピストンとを組み付けられるため、ディスプレーサピストンとパワーピストンとの位置調整を精度良く行うことができる。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、シリンダには、ヒータ、再生器、及び冷却器を備え、ヒータをシリンダの一端側に配置し、冷却器をシリンダの他端側に配置し、再生器をヒータと冷却器の間に配置し、シリンダの他端側にフランジ面を形成し、フランジ面と容器の端面とを当接させて連結するものである。本実施の形態によれば、スターリングエンジンを構成する部材を、シリンダと容器とにそれぞれ配置するとともに、シリンダと容器とを締結することで、同一シリンダ内周面を基準にディスプレーサピストンとパワーピストンとを組み付けられるため、ディスプレーサピストンとパワーピストンとの位置調整を精度良く行うことができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、容器を筒状部材で構成し、容器の一端側にシリンダを、容器の他端側に封止部材を配置し、第１の軸受部を、容器の一端側の内周面で位置決め固定し、第２の軸受部を、容器の他端側の内周面で位置決め固定し、アウターヨークを、容器の内周面で位置決め固定するものである。本実施の形態によれば、インナーヨークとアウターヨークとの組み立て誤差を少なくすることができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、第１の軸受部を、パワーピストンが摺動する第１の円筒部と、第１の円筒部の一端に形成した第１のフランジ部とで構成し、第２の軸受部を、パワーピストンが摺動する第２の円筒部と、第２の円筒部の一端に形成した第２のフランジ部とで構成し、第１の軸受部を、第１の円筒部の外周面で容器に位置決め固定し、第２の軸受部を、第２のフランジ部の外周面で容器に位置決め固定するものである。本実施の形態によれば、第１の軸受部と第２の軸受部との組み立て誤差を少なくすることができる。
本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、パワーピストンを、ヘッド部とスカート部で構成し、ヘッド部の外周面を第１の軸受部との摺動面とし、スカート部の内周面を第２の軸受部との摺動面とし、スカート部の外周面にインナーヨークを位置決め固定するものである。本実施の形態によれば、インナーヨークとアウターヨークとの位置調整を精度良く行うことができる。
本発明の第７の実施の形態は、第６の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、インナーヨーク及びパワーピストンを含む可動部重心を、第２の軸受部内に位置させたものである。本実施の形態によれば、第２の軸受部内に可動部重心を位置させることで、可動部の挙動を安定させ、第１の軸受部での片当りを低減し、機械損失を低減し、信頼性を高めることができる。
本発明の第８の実施の形態は、第６の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、ヘッド部の中心に第１の貫通孔を形成し、第２の円筒部の中心に第２の貫通孔を形成し、第２の軸受部と封止部材との間に、板バネを配置し、ディスプレーサピストンと板バネとをロッドによって連結し、ロッドの一端側を大径ロッド、ロッドの他端側を小径ロッドで構成し、第１の貫通孔に大径ロッドを、第２の貫通孔に小径ロッドを配置し、第１の貫通孔の内周面に軸受部を形成するものである。本実施の形態によれば、ディスプレーサピストンとパワーピストンの気密性を保ち、板バネ中心とディスプレーサ及び大径ロッドの中心との芯ずれによって発生する大径ロッド外周部及びディスプレーサ外周面での抗力を、小径ロッドの微少たわみで緩和し、機械損失を低減することができる。
本発明の第９の実施の形態は、第６の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、第１の円筒部の内周面に第１の滑り軸受を設け、スカート部の内周面に第２の滑り軸受を設けたものである。本実施の形態によれば、パワーピストンの両端を滑り軸受で受けることで、パワーピストンの往復駆動の挙動を安定させ、エンジンの信頼性を高めることができる。
本発明の第１０の実施の形態は、第６の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、ヘッド部の外周面にピストンリングを設け、スカート部の内周面にリニア軸受を設けたものである。本実施の形態によれば、リニア軸受によって、パワーピストンで発生する摺動損失を低減する。さらに、リニア軸受が持つ径方向の隙間によって、パワーピストンの稼働中に発生する横触れにも、パワーピストンに配置したピストンリングが追従することにより、シリンダとパワーピストンとの間にできる空間の気密性を保つことができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第６の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、第１の円筒部の内周面に第１の滑り軸受を設け、スカート部の内周面にリニア軸受を設けたものである。本実施の形態によれば、パワーピストンの一端を滑り軸受で受け、他端をリニア軸受で受けることで、パワーピストンで発生する摺動損失を低減する。
本発明の第１２の実施の形態は、第１の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、インナーヨークを、複数の磁性板を周方向に配列して構成し、磁性板を、インナーヨークを構成した状態で磁石が配置されるヨーク本体部と、ヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、ヨーク突出部にエンボスを形成したものである。本実施の形態によれば、インナーヨークのヨーク突出部にエンボスを設けることで、外周側のギャップを確実に確保することができる。
本発明の第１３の実施の形態は、第１の実施の形態によるスターリングエンジンにおいて、アウターヨークを、複数の磁性板を周方向に配列して構成し、磁性板を、アウターヨークを構成した状態でコイルが配置されるヨーク本体部と、ヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、ヨーク本体部にエンボスを形成したものである。本実施の形態によれば、アウターヨークのヨーク本体部にエンボスを設けることで、外周側のギャップを確実に確保することができる。
【実施例】
【０００８】
以下本発明の一実施例について図面とともに詳細に説明する。
図１は本実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図である。
図１において、シリンダ１内にディスプレーサピストン２が配置され、ディスプレーサピストン２の下方にはパワーピストン３が配置されている。パワーピストン３の外周には、パワーピストン３とともに往復動作するインナーヨーク４が配置されている。インナーヨーク４は、円筒状に構成され、その外周には磁石５が配置される。
インナーヨーク４の外周部には、円筒状のアウターヨーク６がインナーヨーク４と所定のギャップを持って配置される。アウターヨーク６の内周側にはコイル７が、磁石５と対向するように配置されている。磁石５を有するインナーヨーク４と、コイル７を有するアウターヨーク６によって発電機が構成される。
シリンダ１には、ヒータ９、再生器１０、及び冷却器１１を備えている。ヒータ９はシリンダ１の一端側に配置し、冷却器１１はシリンダ１の他端側に配置し、再生器１０はヒータ９と冷却器１１との間に配置している。再生器１０と冷却器１１は、ともに円筒状に構成されており、シリンダ１の他端側から挿入固定される。
ロッド１２の一端側は大径ロッド１２ａ、ロッド１２の他端側は小径ロッド１２ｂで構成され、大径ロッド１２ａはディスプレーサピストン２に固定され、小径ロッド１２ｂは板バネ１３に連結されている。
【０００９】
容器１４は筒状部材で構成され、パワーピストン３、インナーヨーク４、アウターヨーク５を内部に収容する。
容器１４には、パワーピストン３の一端側の外周面が摺動する第１の軸受部１５と、パワーピストン３の他端側の内周面が摺動する第２の軸受部１６とを有している。第１の軸受部１５は、パワーピストン３が摺動する第１の円筒部１５ａと、第１の円筒部１５ａの一端に形成した第１のフランジ部１５ｂとで構成され、第２の軸受部１６は、パワーピストン３が摺動する第２の円筒部１６ａと、第２の円筒部１６ａの一端に形成した第２のフランジ部１６ｂとで構成される。第１の円筒部１５ａの内周面には第１の滑り軸受１５ｃを設けている。第２の円筒部１６ａの中心には第２の貫通孔１６ｃを形成している。第１の軸受部１５は、第１の円筒部１５ａの外周面と容器１４の一端側の内周面で位置決め固定され、第２の軸受部１６は、第２のフランジ部１６ｂの外周面と容器１４の他端側の内周面で位置決め固定される。
アウターヨーク６は容器１４の内周面で位置決め固定される。
容器１４の一端側にはシリンダ１が配置され、シリンダ１と容器１４とは連結部材１７を介して締結する。連結部材１７は、リング状の連結板１７ａと、シリンダ１側から挿入されるボルト１７ｂから構成される。
容器１４の他端側には封止部材１８が配置される。
【００１０】
パワーピストン３は、ヘッド部３ａとスカート部３ｂで構成し、ヘッド部３ａの外周面を第１の軸受部１５との摺動面とし、スカート部３ｂの内周面を第２の軸受部１６との摺動面としている。なお、スカート部３ｂの外周面にインナーヨーク４は位置決め固定される。ヘッド部３ａの中心には第１の貫通孔３ｃを形成している。第１の貫通孔３ｃの内周面には軸受部３ｄを形成する。スカート部３ｂの内周面には第２の滑り軸受３ｅを設けている。
板バネ１３は、第２の軸受部１６と封止部材１８との間に配置される。
ディスプレーサピストン２と板バネ１３とを連結するロッド１２は、大径ロッド１２ａを第１の貫通孔３ｃに配置し、小径ロッド１２ｂを第２の貫通孔１６ｃに配置している。
【００１１】
本実施例によれば、パワーピストン３の摺動面を形成する第１の軸受部１５と第２の軸受部１６とを容器１４に有するとともにアウターヨーク６を容器の内周部に設けることで、パワーピストン３がアウターヨーク６に対して、傾き及び芯ずれ状態で組み付けられることを抑制し、パワーピストン３とアウターヨーク６との隙間寸法を精度良く組み立てることができる。そのため、パワーピストン３が傾きや芯ずれによって発生する機械損失（摺動損失）を低減することができる。さらに、第１の軸受部１５だけで、パワーピストン３を支持する場合には、高さ方向に長くなるが、アウターヨーク６内周面内に第２の軸受部１６を形成することで、可動部内周面を有効に軸受部として形成することができるため、スターリングエンジンをコンパクトに構成できる。
また本実施例によれば、スターリングエンジンを構成する部材を、シリンダ１と容器１４とにそれぞれ配置するとともに、シリンダ１と容器１４とを締結することで、特にディスプレーサピストン２とパワーピストン３との位置調整を精度良く行うことができる。
また本実施例によれば、アウターヨーク６を、容器１４の内周面で位置決め固定するため、インナーヨーク４とアウターヨーク６との組み立て誤差を少なくすることができる。
また本実施例によれば、第１の軸受部１５を、第１の円筒部１５ａの外周面で容器１４に位置決め固定し、第２の軸受部１６を、第２のフランジ部１６ｂの外周面で容器１４に位置決め固定するため、第１の軸受部１５と第２の軸受部１６との組み立て誤差を少なくすることができる。
また本実施例によれば、パワーピストン３を、ヘッド部３ａとスカート部３ｂで構成し、ヘッド部３ａの外周面を第１の軸受部１５との摺動面とし、スカート部３ｂの内周面を第２の軸受部１６との摺動面とし、スカート部３ｂの外周面にインナーヨーク４を位置決め固定するため、インナーヨーク４とアウターヨーク６との位置調整を精度良く行うことができる。
また本実施例によれば、第１の貫通孔３ｃに大径ロッド１２ａを配置し、第１の貫通孔３ｃの内周面に軸受部３ｄを形成するため、ディスプレーサピストン２とパワーピストン３との間にできる空間の気密性を高めることができる。
また本実施例によれば、パワーピストン３の両端を滑り軸受で受けることでパワーピストンの往復駆動の挙動を安定させ、エンジンの信頼性を高めることができる。
【００１２】
上記構成において、ヒータ９での加熱によって、封入されている気体が膨張してディスプレーサピストン２を下方へ移動させる。ディスプレーサピストン２の下方への移動によって、ディスプレーサピストン２とパワーピストン３との間の空間にあるガスが圧縮されてパワーピストン３を下方へ移動させる。パワーピストン３の下方への移動によって、気体はディスプレーサピストン２の上部から、ヒータ９、再生器１０、及び冷却器１１を通過してディスプレーサピストン２の下部に移動する。そしてディスプレーサピストン２の上方への移動によってディスプレーサピストン２とパワーピストン３との間の空間が低圧になることで、パワーピストン３は上方へ移動する。ディスプレーサピストン２の下部に移動した気体は、パワーピストン３の上方への移動によって、冷却器１１、再生器１０、及びヒータ９を通過して、ディスプレーサピストン２の上部に移動する。
このように、ヒータ９での加熱と冷却器１１での冷却によって、気体は膨張収縮を行いながらディスプレーサピストン２の上部と下部を往復することで、ディスプレーサピストン２を移動させるとともに、パワーピストン３を移動させる。そして、パワーピストン３の移動によって発電を行うことができる。
可動部重心Ｇは、パワーピストン３、磁石５を有するインナーヨーク４、及び第２の滑り軸受３ｅを含む可動部の重心位置を示す。
図中Ｘ−Ｘ線は、第２の滑り軸受３ｅの軸線方向長さの二等分線であり、Ｙ−Ｙ線は、可動部重心Ｇの駆動範囲である。この場合において、可動部重心Ｇの駆動中心を二等分線Ｘ−Ｘ線上と一致させることが好ましい。
本実施例では、第２の滑り軸受３ｅ内に可動部重心Ｇを位置させることで、可動部の挙動を安定させ、第１の軸受部１６での片当りを低減し、機械損失を低減し、信頼性を高めることができる。
【００１３】
図２は、図１の要部斜視図であり、インナーヨーク４と磁石５を示している。
また、図３は、本実施例によるインナーヨークを構成する磁性板の平面図である。
図２に示すように、インナーヨーク４の外周には、複数の円弧状の磁石５が配置され、このインナーヨーク４は、図３に示すように、複数の磁性板４１を周方向に配列して構成している。
磁性板４１は、配列した状態で磁石が配置されるヨーク本体部と、このヨーク本体部の両端に設けたヨーク突出部とで構成し、一方のヨーク突出部には第１のエンボス４１Ａを形成し、他方のヨーク突出部には第２のエンボス４１Ｂを形成し、第１のエンボス４１Ａと第２のエンボス４１Ｂとを非対称に設けている。図においては、第１のエンボス４１Ａは、２つのエンボスで構成し、第２のエンボス４１Ｂは１つのエンボスで構成した場合を示している。
図３に示すように、磁性板４１は、表面と表面、裏面と裏面が重なるように、交互に配列する。従って、隣り合う磁性板４１は、第１のエンボス４１Ａと第２のエンボス４１Ｂとが隣り合う状態となり、仮に第１のエンボス４１Ａと第２のエンボス４１Ｂとが、凹部が形成されるようなエンボス加工であったとしても、凸部が凹部にはまりこむことを防止することができる。
【００１４】
図４は、図１の要部斜視図であり、アウターヨーク６とコイル７を示している。
また、図５は、本実施例によるアウターヨークを構成する磁性板の平面図、図６は、本実施例によるアウターヨークの一部斜視図である。
図４に示すように、本実施例では、アウターヨーク６は、コイル７を挟み込むように第１のヨーク部６Ａと第２のヨーク部６Ｂで構成している。
第１のヨーク部６Ａと第２のヨーク部６Ｂを構成する磁性板６０は、ヨークを構成した状態でコイル７が配置されるヨーク本体部と、ヨーク本体部の一端に設けたヨーク突出部とで構成し、ヨーク本体部にエンボス加工を施している。
第１のヨーク部６Ａと第２のヨーク部６Ｂは、それぞれ図５に示すように、少なくとも２種類の磁性板６０を用い、第１の磁性板６１には第１のエンボス６１Ａを形成し、第２の磁性板６２には第２のエンボス６２Ａを形成し、第１のエンボス６１Ａと第２のエンボス６２Ａとを異ならせている。図においては、第１のエンボス６１Ａは、３つのエンボスで構成し、第２のエンボス６２Ａは２つのエンボスで構成した場合を示している。
第１のヨーク部６Ａと第２のヨーク部６Ｂとは、第１の磁性板６１と第２の磁性板６２とを交互に周方向に配列して構成している。隣り合う第１の磁性板６１と第２の極性板６２とは、第１のエンボス６１Ａと第２のエンボス６２Ａとが隣り合う状態となり、仮に第１のエンボス６１Ａと第２のエンボス６２Ａとが、凹部が形成されるようなエンボス加工であったとしても、凸部が凹部にはまりこむことを防止することができる。
図７は、本実施例によるインナーヨークとアウターヨークを示す要部斜視図である。
同図に示すように、インナーヨーク４とアウターヨーク６とは、同心円上に配置され、インナーヨーク４がアウターヨーク６に対して摺動移動する。
【００１５】
図８から図１２は、それぞれ本発明の他の実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図である。なお、上記実施例と同一機能を有する部材には同一符号を付して説明を省略する。
図８は、図１における第１の滑り軸受１５ｃに代えて、ヘッド部３ａの外周面にピストンリング３１を設けるとともに、図１における第２の滑り軸受３ｅに代えて、スカート部３ｂの内周面にリニア軸受３２を設けたものである。本実施例によれば、リニア軸受３２によって、パワーピストン３で発生する摺動損失を低減する。さらに、リニア軸受３２が持つ径方向の隙間によって、パワーピストン３の稼働中に発生する横ぶれにも、パワーピストン３に配置したピストンリング３１が追従することにより、シリンダ１とパワーピストン３との間にできる空間の気密性を保つことができる。
図９は、図１における第２の滑り軸受３ｅに代えて、スカート部３ｂの内周面にリニア軸受３２を設けたものである。本実施例によれば、パワーピストン３の一端を滑り軸受１５ｃで受け、他端をリニア軸受３２で受けることでパワーピストンで発生する摺動損失を低減することができる。なお、特にリニア軸受３２の場合には、径方向の隙間を有するため、パワーピストン３の稼働中には横ぶれが発生する。従って、パワーピストン３のヘッド部３ａの外周面をクラウニング形状とすることにより、ヘッド部３ａは第１の滑り軸受１５ｃの内周面に追従し、気密性を確保することができる。
図１０は、図１における第１の滑り軸受１５ｃに代えて、ヘッド部３ａの外周面にピストンリング３１を設けたものである。本実施例によれば、滑り軸受３ｅの同軸度と第１の軸受部１５の第１の円筒部１５ａ内周面の同軸度が、部品精度や組み付け精度等によって、ずれが生じた場合においても、第１の円筒部１５ａ内周部のパワーピストン３に配置したピストンリング３１が追従することにより、シリンダ１とパワーピストン３との間にできる空間の気密性を保つことができる。
図１１は、図１における連結板１７ａを設けることなく、シリンダ１の他端側にフランジ面を形成し、このフランジ面と容器１４の端面とを当接させて連結するものである。本実施例によれば、スターリングエンジンを構成する部材を、シリンダ１と容器１４とにそれぞれ配置するとともに、シリンダ１と容器１４とを締結することで、同一シリンダ内周面を基準にディスプレーサピストン２とパワーピストン３とを組み付けられるため、ディスプレーサピストン２とパワーピストン３との位置調整を精度良く行うことができる。
図１２は、図１における連結板１７ａ及びボルト１７ｂを設けることなく、シリンダ１の他端側にフランジ面を形成し、このフランジ面と容器１４の端面とを当接させて溶接によって連結するものである。本実施例によれば、スターリングエンジンを構成する部材を、シリンダ１と容器１４とにそれぞれ配置するとともに、シリンダ１と容器１４とを締結することで、同一シリンダ内周面を基準にディスプレーサピストン２とパワーピストン３とを組み付けられるため、ディスプレーサピストン２とパワーピストン３との位置調整を精度良く行うことができる。
なお、上記図１１及び図１２の実施例で説明した構成は、図１の実施例を元に説明したが、図２又は図９の実施例に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明のスターリングエンジンは、廃熱やバイオマスなどの熱源ガスを活用した発電装置や動力装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図
【図２】図１の要部斜視図
【図３】本実施例によるインナーヨークを構成する磁性板の平面図
【図４】図１の要部分解斜視図
【図５】本実施例によるアウターヨークを構成する磁性板の平面図
【図６】本実施例によるアウターヨークの一部斜視図
【図７】本実施例によるインナーヨークとアウターヨークを示す要部斜視図
【図８】本発明の他の実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図
【図９】本発明の他の実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図
【図１０】本発明の他の実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図
【図１１】本発明の他の実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図
【図１２】本発明の他の実施例によるスターリングエンジンの側断面概略図
【符号の説明】
【００１８】
１    シリンダ
２    ディスプレーサピストン
３    パワーピストン
４    インナーヨーク
５    磁石
６    アウターヨーク
７    コイル
９    ヒータ
１０    再生器
１１    冷却器
１４    容器
１５    第１の軸受部
１６    第２の軸受部
【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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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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【図１１】
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【図１２】
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