JP4900957B2 - Stirling engine - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a Stirling engine that can utilize various heat sources such as combustion gas, waste heat, and biomass.
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。
The present inventor has already proposed a linear actuator that constitutes a generator or an electric motor by the cooperative action of a stator and a movable element that linearly reciprocates in opposition to the stator. (Patent Document 1, Patent Document 2).
According to Patent Document 1, the efficiency is improved by the auxiliary yoke, and the amount of permanent magnets to be used can be reduced while maintaining a predetermined capacity. Further, by connecting the permanent magnet and the yoke to form a mover, the air gap between the mover and the stator is made one, so that the actuator can be reduced in size.
According to Patent Document 2, while maintaining a predetermined capacity, the amount of permanent magnets used can be reduced, and the U-shaped yoke tip of the first yoke is provided facing the main magnet. With the spring magnet, it is possible to prevent the mover from coming out of the stator even when the mover is at the end of the stator while maintaining a predetermined output.
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。 Since a Stirling engine uses a low-temperature heat source, it is important to reduce mechanical loss due to friction of piston seals and mechanisms in order to achieve the target performance.
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。 Therefore, the present invention aims to reduce the mechanical loss due to friction of piston seals and mechanisms when the small and high performance actuator proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 is applied to a Stirling engine. .
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。
The Stirling engine according to the first aspect of the present invention includes a displacer piston disposed in a cylinder, a power piston disposed below the displacer piston, an inner yoke fixed to an outer peripheral surface of the power piston, A Stirling engine comprising an outer yoke disposed with a predetermined gap on an outer peripheral portion of the inner yoke, and a container for housing the power piston, the inner yoke, and the outer yoke, A first bearing portion on which an outer peripheral surface on one end side of the power piston slides; and a second bearing portion on which an inner peripheral surface on the other end side of the power piston slides; It is provided in the inner peripheral part of a container, It is characterized by the above-mentioned.
According to a second aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the first aspect, the cylinder includes a heater, a regenerator, and a cooler, the heater is disposed on one end side of the cylinder, and the cooler Is disposed on the other end side of the cylinder, the regenerator is disposed between the heater and the cooler, and the cylinder and the container are fastened via a connecting member.
According to a third aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the first aspect, the cylinder includes a heater, a regenerator, and a cooler, the heater is disposed on one end side of the cylinder, and the cooler Is disposed on the other end side of the cylinder, the regenerator is disposed between the heater and the cooler, a flange surface is formed on the other end side of the cylinder, and the flange surface and the end surface of the container are disposed. They are connected by abutting.
According to a fourth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the first aspect, the container is formed of a cylindrical member, the cylinder is provided on one end side of the container, and the sealing member is provided on the other end side of the container. And positioning and fixing the first bearing portion on the inner peripheral surface on one end side of the container, positioning and fixing the second bearing portion on the inner peripheral surface on the other end side of the container, The yoke is positioned and fixed on the inner peripheral surface of the container.
According to a fifth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the fourth aspect, the first bearing portion is connected to a first cylindrical portion on which the power piston slides and one end of the first cylindrical portion. A second flange portion formed on one end of the second cylindrical portion, and a second cylindrical portion on which the power piston slides. The first bearing portion is positioned and fixed to the container at the outer peripheral surface of the first cylindrical portion, and the second bearing portion is fixed to the container at the outer peripheral surface of the second flange portion. It is characterized by being fixed to the position.
According to a sixth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the fifth aspect, the power piston is constituted by a head portion and a skirt portion, and an outer peripheral surface of the head portion slides with the first bearing portion. The inner yoke is positioned and fixed on the outer peripheral surface of the skirt portion, and the inner peripheral surface of the skirt portion is a sliding surface with the second bearing portion.
According to a seventh aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the sixth aspect, the center of gravity of the movable part including the inner yoke and the power piston is located in the second bearing part.
The present invention according to claim 8 is the Stirling engine according to claim 6, wherein the first through hole is formed at the center of the head portion and the second through hole is formed at the center of the second cylindrical portion. A plate spring is disposed between the second bearing portion and the sealing member, the displacer piston and the plate spring are connected by a rod, and one end side of the rod is a large-diameter rod, the rod The other end side is configured with a small diameter rod, the large diameter rod is disposed in the first through hole, the small diameter rod is disposed in the second through hole, and a bearing is provided on an inner peripheral surface of the first through hole. Forming a portion.
According to a ninth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the sixth aspect, a first sliding bearing is provided on the inner peripheral surface of the first cylindrical portion, and a second sliding bearing is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion. A bearing is provided.
According to a tenth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the sixth aspect, a piston ring is provided on the outer peripheral surface of the head portion, and a linear bearing is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion.
The present invention according to claim 11 is the Stirling engine according to claim 6, wherein the first cylindrical bearing is provided on the inner peripheral surface of the first cylindrical portion, and the linear bearing is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion. It is characterized by that.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the first aspect, the inner yoke is configured by arranging a plurality of magnetic plates in the circumferential direction, and the magnetic plate is configured by the inner yoke. And a yoke body provided with magnets and yoke protrusions provided at both ends of the yoke body, and embosses are formed on the yoke protrusions.
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the Stirling engine according to the first aspect, the outer yoke is configured by arranging a plurality of magnetic plates in a circumferential direction, and the magnetic plate is configured by the outer yoke. The yoke main body portion in which the coil is disposed and the yoke protruding portions provided at both ends of the yoke main body portion, and embosses are formed in the yoke main body portion.
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。 According to the present invention, the gap dimension between the power piston and the outer yoke can be assembled with high accuracy.
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。
In the Stirling engine according to the first embodiment of the present invention, the container has a first bearing portion on which the outer peripheral surface on one end side of the power piston slides, and an inner peripheral surface on the other end side of the power piston slides on the container. And an outer yoke is provided on the inner peripheral part of the container. According to the present embodiment, the power piston is provided by having the first bearing portion and the second bearing portion forming the sliding surface of the power piston in the container and providing the outer yoke on the inner peripheral portion of the container. It is possible to prevent the outer yoke from being assembled in an inclined and misaligned state, and to accurately assemble the gap dimension between the power piston and the outer yoke. Therefore, it is possible to reduce mechanical loss (sliding loss) caused by tilting or misalignment of the power piston. Furthermore, when the power piston is supported only by the first bearing portion, it becomes longer in the height direction, but the inner peripheral surface of the movable portion is made effective by forming the second bearing portion in the outer peripheral surface of the outer yoke. Therefore, the Stirling engine can be configured compactly.
According to a second embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the first embodiment, the cylinder includes a heater, a regenerator, and a cooler, the heater is disposed on one end side of the cylinder, and the cooler is provided. It arrange | positions at the other end side of a cylinder, arrange | positions a cooler between a heater and a cooler, and fastens a cylinder and a container via a connection member. According to the present embodiment, the members constituting the Stirling engine are arranged in the cylinder and the container, respectively, and the cylinder and the container are fastened, so that the displacer piston and the power piston are based on the inner peripheral surface of the same cylinder. Therefore, the position adjustment between the displacer piston and the power piston can be performed with high accuracy.
According to a third embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the first embodiment, the cylinder includes a heater, a regenerator, and a cooler, the heater is disposed on one end side of the cylinder, and the cooler is provided. It is arranged on the other end of the cylinder, the regenerator is arranged between the heater and the cooler, a flange surface is formed on the other end of the cylinder, and the flange surface and the end surface of the container are brought into contact with each other and connected. is there. According to the present embodiment, the members constituting the Stirling engine are arranged in the cylinder and the container, respectively, and the cylinder and the container are fastened, so that the displacer piston and the power piston are based on the inner peripheral surface of the same cylinder. Therefore, the position adjustment between the displacer piston and the power piston can be performed with high accuracy.
According to a fourth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the first embodiment, the container is configured by a cylindrical member, the cylinder is disposed on one end side of the container, and the sealing member is disposed on the other end side of the container. The first bearing portion is positioned and fixed on the inner peripheral surface on one end side of the container, the second bearing portion is positioned and fixed on the inner peripheral surface on the other end side of the container, and the outer yoke is It is positioned and fixed on the peripheral surface. According to the present embodiment, an assembly error between the inner yoke and the outer yoke can be reduced.
According to a fifth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the fourth embodiment, the first bearing portion is connected to the first cylindrical portion on which the power piston slides and one end of the first cylindrical portion. The first flange portion is formed, and the second bearing portion is composed of a second cylindrical portion on which the power piston slides and a second flange portion formed at one end of the second cylindrical portion. Then, the first bearing portion is positioned and fixed to the container at the outer peripheral surface of the first cylindrical portion, and the second bearing portion is positioned and fixed to the container at the outer peripheral surface of the second flange portion. According to the present embodiment, an assembly error between the first bearing portion and the second bearing portion can be reduced.
According to a sixth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the fifth embodiment, the power piston is composed of a head portion and a skirt portion, and the outer peripheral surface of the head portion slides with the first bearing portion. And the inner peripheral surface of the skirt portion is a sliding surface with the second bearing portion, and the inner yoke is positioned and fixed on the outer peripheral surface of the skirt portion. According to the present embodiment, the position adjustment between the inner yoke and the outer yoke can be performed with high accuracy.
In the Stirling engine according to the sixth embodiment, the seventh embodiment of the present invention is such that the center of gravity of the movable part including the inner yoke and the power piston is located in the second bearing part. According to the present embodiment, by positioning the center of gravity of the movable part in the second bearing part, the behavior of the movable part is stabilized, the one-side contact at the first bearing part is reduced, the mechanical loss is reduced, Reliability can be increased.
According to an eighth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the sixth embodiment, the first through hole is formed at the center of the head portion, and the second through hole is formed at the center of the second cylindrical portion. A plate spring is disposed between the second bearing portion and the sealing member, the displacer piston and the plate spring are connected by a rod, one end of the rod is a large-diameter rod, and the other end of the rod is A small-diameter rod is used, a large-diameter rod is disposed in the first through hole, a small-diameter rod is disposed in the second through-hole, and a bearing portion is formed on the inner peripheral surface of the first through-hole. According to this embodiment, the displacer piston and the power piston are kept airtight, and the drag on the outer periphery of the large-diameter rod and the outer surface of the displacer caused by the misalignment between the center of the leaf spring and the center of the displacer and large-diameter rod is reduced. It is possible to reduce the mechanical loss by reducing the small deflection of the small-diameter rod.
According to a ninth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the sixth embodiment, a first sliding bearing is provided on the inner peripheral surface of the first cylindrical portion, and the second peripheral surface is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion. A slide bearing is provided. According to the present embodiment, by receiving both ends of the power piston with the sliding bearing, the behavior of the reciprocating drive of the power piston can be stabilized and the reliability of the engine can be improved.
In the Stirling engine according to the sixth embodiment, a tenth embodiment of the present invention is provided with a piston ring on the outer peripheral surface of the head portion and a linear bearing on the inner peripheral surface of the skirt portion. According to the present embodiment, the sliding loss generated in the power piston is reduced by the linear bearing. Furthermore, due to the radial clearance of the linear bearing, the piston ring placed on the power piston follows the lateral touch that occurs during the operation of the power piston. Can keep sex.
According to an eleventh embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the sixth embodiment, a first sliding bearing is provided on the inner peripheral surface of the first cylindrical portion, and a linear bearing is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion. It is provided. According to the present embodiment, one end of the power piston is received by the sliding bearing and the other end is received by the linear bearing, thereby reducing the sliding loss that occurs in the power piston.
In the twelfth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the first embodiment, the inner yoke is configured by arranging a plurality of magnetic plates in the circumferential direction, and the magnetic plate is configured by the inner yoke. The yoke main body portion in which the magnet is disposed and the yoke protrusion portions provided at both ends of the yoke main body portion, and embosses are formed on the yoke protrusion portions. According to the present embodiment, by providing the embossed portion on the yoke protruding portion of the inner yoke, the outer peripheral gap can be reliably ensured.
According to a thirteenth embodiment of the present invention, in the Stirling engine according to the first embodiment, the outer yoke is configured by arranging a plurality of magnetic plates in the circumferential direction, and the magnetic plate is configured by the outer yoke. The yoke main body portion in which the coil is disposed and the yoke projecting portions provided at both ends of the yoke main body portion, and embosses are formed on the yoke main body portion. According to the present embodiment, by providing the yoke body portion of the outer yoke with an emboss, it is possible to ensure the outer peripheral gap.
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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic side sectional view of a Stirling engine according to this embodiment.
In FIG. 1, a displacer piston 2 is disposed in a cylinder 1, and a power piston 3 is disposed below the displacer piston 2. An inner yoke 4 that reciprocates together with the power piston 3 is disposed on the outer periphery of the power piston 3. The inner yoke 4 is formed in a cylindrical shape, and a magnet 5 is disposed on the outer periphery thereof.
A cylindrical outer yoke 6 is disposed on the outer periphery of the inner yoke 4 with a predetermined gap from the inner yoke 4. A coil 7 is arranged on the inner peripheral side of the outer yoke 6 so as to face the magnet 5. A generator is constituted by the inner yoke 4 having the magnet 5 and the outer yoke 6 having the coil 7.
The cylinder 1 includes a heater 9, a regenerator 10, and a cooler 11. The heater 9 is disposed on one end side of the cylinder 1, the cooler 11 is disposed on the other end side of the cylinder 1, and the regenerator 10 is disposed between the heater 9 and the cooler 11. Both the regenerator 10 and the cooler 11 are formed in a cylindrical shape, and are inserted and fixed from the other end side of the cylinder 1.
One end side of the rod 12 is constituted by a large diameter rod 12 a, and the other end side of the rod 12 is constituted by a small diameter rod 12 b, the large diameter rod 12 a is fixed to the displacer piston 2, and the small diameter rod 12 b is connected to the leaf spring 13.
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。
The container 14 is formed of a cylindrical member and accommodates the power piston 3, the inner yoke 4, and the outer yoke 5 therein.
The container 14 has a first bearing portion 15 on which an outer peripheral surface on one end side of the power piston 3 slides, and a second bearing portion 16 on which an inner peripheral surface on the other end side of the power piston 3 slides. is doing. The first bearing portion 15 includes a first cylindrical portion 15a on which the power piston 3 slides, and a first flange portion 15b formed at one end of the first cylindrical portion 15a. 16 includes a second cylindrical portion 16a on which the power piston 3 slides and a second flange portion 16b formed at one end of the second cylindrical portion 16a. A first sliding bearing 15c is provided on the inner peripheral surface of the first cylindrical portion 15a. A second through hole 16c is formed at the center of the second cylindrical portion 16a. The first bearing portion 15 is positioned and fixed on the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 15a and the inner peripheral surface on one end side of the container 14, and the second bearing portion 16 is connected to the outer peripheral surface of the second flange portion 16b. The container 14 is positioned and fixed on the inner peripheral surface on the other end side.
The outer yoke 6 is positioned and fixed on the inner peripheral surface of the container 14.
The cylinder 1 is disposed on one end side of the container 14, and the cylinder 1 and the container 14 are fastened through a connecting member 17. The connecting member 17 includes a ring-shaped connecting plate 17a and a bolt 17b inserted from the cylinder 1 side.
A sealing member 18 is disposed on the other end side of the container 14.
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。
The power piston 3 includes a head portion 3a and a skirt portion 3b. The outer peripheral surface of the head portion 3a is a sliding surface with the first bearing portion 15, and the inner peripheral surface of the skirt portion 3b is the second bearing portion 16. And a sliding surface. The inner yoke 4 is positioned and fixed on the outer peripheral surface of the skirt portion 3b. A first through hole 3c is formed at the center of the head portion 3a. A bearing portion 3d is formed on the inner peripheral surface of the first through hole 3c. A second plain bearing 3e is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion 3b.
The leaf spring 13 is disposed between the second bearing portion 16 and the sealing member 18.
The rod 12 that connects the displacer piston 2 and the leaf spring 13 has a large diameter rod 12a disposed in the first through hole 3c and a small diameter rod 12b disposed in the second through hole 16c.
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。
According to the present embodiment, the container 14 has the first bearing portion 15 and the second bearing portion 16 that form the sliding surface of the power piston 3, and the outer yoke 6 is provided on the inner peripheral portion of the container. The assembly of the power piston 3 with respect to the outer yoke 6 in a tilted and misaligned state can be suppressed, and the gap dimension between the power piston 3 and the outer yoke 6 can be assembled with high accuracy. Therefore, the mechanical loss (sliding loss) generated by the power piston 3 due to the inclination or misalignment can be reduced. Further, when the power piston 3 is supported only by the first bearing portion 15, it becomes longer in the height direction, but it is movable by forming the second bearing portion 16 in the inner peripheral surface of the outer yoke 6. Since the inner peripheral surface of the part can be effectively formed as a bearing part, the Stirling engine can be configured compactly.
Further, according to the present embodiment, the members constituting the Stirling engine are arranged in the cylinder 1 and the container 14 respectively, and the cylinder 1 and the container 14 are fastened, so that the displacer piston 2 and the power piston 3 are particularly connected. Position adjustment can be performed with high accuracy.
Further, according to the present embodiment, the outer yoke 6 is positioned and fixed on the inner peripheral surface of the container 14, so that an assembly error between the inner yoke 4 and the outer yoke 6 can be reduced.
Further, according to the present embodiment, the first bearing portion 15 is positioned and fixed to the container 14 by the outer peripheral surface of the first cylindrical portion 15a, and the second bearing portion 16 is fixed to the outer peripheral surface of the second flange portion 16b. Therefore, the assembly error between the first bearing portion 15 and the second bearing portion 16 can be reduced.
Further, according to the present embodiment, the power piston 3 is composed of the head portion 3a and the skirt portion 3b, the outer peripheral surface of the head portion 3a is used as a sliding surface with the first bearing portion 15, and the inner periphery of the skirt portion 3b. Since the surface is a sliding surface with the second bearing portion 16 and the inner yoke 4 is positioned and fixed on the outer peripheral surface of the skirt portion 3b, the position adjustment between the inner yoke 4 and the outer yoke 6 can be performed with high accuracy.
Further, according to the present embodiment, the large diameter rod 12a is disposed in the first through hole 3c, and the bearing portion 3d is formed on the inner peripheral surface of the first through hole 3c. It is possible to increase the airtightness of the space that can be formed between the two.
Further, according to the present embodiment, the both ends of the power piston 3 are received by the sliding bearing, so that the behavior of the reciprocating drive of the power piston can be stabilized and the reliability of the engine can be improved.
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。
In the above configuration, the enclosed gas expands due to heating by the heater 9 and moves the displacer piston 2 downward. By the downward movement of the displacer piston 2, the gas in the space between the displacer piston 2 and the power piston 3 is compressed to move the power piston 3 downward. Due to the downward movement of the power piston 3, the gas moves from the upper part of the displacer piston 2 to the lower part of the displacer piston 2 through the heater 9, the regenerator 10, and the cooler 11. The space between the displacer piston 2 and the power piston 3 is lowered by the upward movement of the displacer piston 2, so that the power piston 3 moves upward. The gas that has moved to the lower part of the displacer piston 2 passes through the cooler 11, the regenerator 10, and the heater 9 by the upward movement of the power piston 3, and moves to the upper part of the displacer piston 2.
In this way, by heating with the heater 9 and cooling with the cooler 11, the gas reciprocates between the upper and lower portions of the displacer piston 2 while performing expansion and contraction, thereby moving the displacer piston 2 and the power piston 3. Move. And power generation can be performed by the movement of the power piston 3.
The movable part center of gravity G indicates the position of the center of gravity of the movable part including the power piston 3, the inner yoke 4 having the magnet 5, and the second sliding bearing 3e.
In the figure, the XX line is a bisector of the axial length of the second sliding bearing 3e, and the YY line is the drive range of the movable portion gravity center G. In this case, it is preferable to match the drive center of the movable portion gravity center G with the bisector XX line.
In the present embodiment, the movable portion gravity center G is positioned in the second sliding bearing 3e, thereby stabilizing the behavior of the movable portion, reducing the one-side contact at the first bearing portion 16, and reducing the mechanical loss. , Can increase the reliability.
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。
FIG. 2 is a perspective view of the main part of FIG. 1 and shows the inner yoke 4 and the magnet 5.
FIG. 3 is a plan view of a magnetic plate constituting the inner yoke according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, a plurality of arc-shaped magnets 5 are arranged on the outer periphery of the inner yoke 4, and as shown in FIG. 3, the inner yoke 4 has a plurality of magnetic plates 41 arranged in the circumferential direction. Is configured.
The magnetic plate 41 includes a yoke main body portion on which magnets are arranged in an arrayed state, and yoke protrusion portions provided at both ends of the yoke main body portion, and a first emboss 41A is formed on one yoke protrusion portion. The second embossed portion 41B is formed on the other yoke protruding portion, and the first embossed 41A and the second embossed 41B are provided asymmetrically. In the drawing, the first emboss 41A is constituted by two embosses, and the second emboss 41B is constituted by one emboss.
As shown in FIG. 3, the magnetic plates 41 are alternately arranged so that the front surface and the front surface and the back surface and the back surface overlap each other. Accordingly, in the adjacent magnetic plates 41, the first emboss 41A and the second emboss 41B are adjacent to each other, and the first emboss 41A and the second emboss 41B are temporarily embossed so that a recess is formed. Even if it is processing, it can prevent that a convex part gets stuck in a recessed part.
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。
FIG. 4 is a perspective view of the main part of FIG. 1 and shows the outer yoke 6 and the coil 7.
FIG. 5 is a plan view of a magnetic plate constituting the outer yoke according to the present embodiment, and FIG. 6 is a partial perspective view of the outer yoke according to the present embodiment.
As shown in FIG. 4, in this embodiment, the outer yoke 6 is composed of a first yoke portion 6A and a second yoke portion 6B so as to sandwich the coil 7.
The magnetic plate 60 constituting the first yoke part 6A and the second yoke part 6B includes a yoke body part in which the coil 7 is arranged in a state of constituting the yoke, and a yoke protrusion provided at one end of the yoke body part. The yoke body is embossed.
As shown in FIG. 5, each of the first yoke portion 6A and the second yoke portion 6B uses at least two kinds of magnetic plates 60, and the first magnetic plate 61 is provided with a first emboss 61A. A second emboss 62A is formed on the second magnetic plate 62, and the first emboss 61A and the second emboss 62A are different. In the drawing, the first emboss 61A is composed of three embosses, and the second emboss 62A is composed of two embosses.
The first yoke portion 6A and the second yoke portion 6B are configured by alternately arranging first magnetic plates 61 and second magnetic plates 62 in the circumferential direction. The adjacent first magnetic plate 61 and second polar plate 62 are in a state where the first emboss 61A and the second emboss 62A are adjacent to each other, and the first emboss 61A and the second emboss 62A are temporarily provided. Even if the embossing is such that the concave portion is formed, the convex portion can be prevented from being stuck in the concave portion.
FIG. 7 is a perspective view of a main part showing an inner yoke and an outer yoke according to the present embodiment.
As shown in the figure, the inner yoke 4 and the outer yoke 6 are disposed concentrically, and the inner yoke 4 slides relative to the outer yoke 6.
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。
8 to 12 are schematic side sectional views of Stirling engines according to other embodiments of the present invention. Note that members having the same functions as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
8 is provided with a piston ring 31 on the outer peripheral surface of the head portion 3a in place of the first sliding bearing 15c in FIG. 1, and an inner periphery of the skirt portion 3b in place of the second sliding bearing 3e in FIG. A linear bearing 32 is provided on the surface. According to this embodiment, the linear bearing 32 reduces the sliding loss that occurs in the power piston 3. Further, due to the radial gap of the linear bearing 32, the piston ring 31 disposed in the power piston 3 follows the lateral vibration generated during the operation of the power piston 3, so that the cylinder 1 and the power piston 3 The airtightness of the space created between them can be maintained.
FIG. 9 shows a configuration in which a linear bearing 32 is provided on the inner peripheral surface of the skirt portion 3b in place of the second sliding bearing 3e in FIG. According to this embodiment, one end of the power piston 3 is received by the sliding bearing 15c and the other end is received by the linear bearing 32, so that the sliding loss generated by the power piston can be reduced. In particular, in the case of the linear bearing 32, since there is a gap in the radial direction, side shake occurs during operation of the power piston 3. Therefore, by making the outer peripheral surface of the head portion 3a of the power piston 3 into a crowning shape, the head portion 3a can follow the inner peripheral surface of the first sliding bearing 15c and ensure airtightness.
FIG. 10 shows a structure in which a piston ring 31 is provided on the outer peripheral surface of the head portion 3a instead of the first plain bearing 15c in FIG. According to the present embodiment, even when the coaxiality of the sliding bearing 3e and the coaxiality of the inner peripheral surface of the first cylindrical portion 15a of the first bearing portion 15 are deviated due to component accuracy, assembly accuracy, or the like. The airtightness of the space formed between the cylinder 1 and the power piston 3 can be maintained by following the piston ring 31 disposed on the power piston 3 in the inner peripheral portion of the first cylindrical portion 15a.
In FIG. 11, a flange surface is formed on the other end side of the cylinder 1 without providing the connection plate 17 a in FIG. 1, and this flange surface and the end surface of the container 14 are brought into contact with each other to be connected. According to the present embodiment, the members constituting the Stirling engine are arranged in the cylinder 1 and the container 14, respectively, and the cylinder 1 and the container 14 are fastened, so that the displacer piston 2 is based on the inner peripheral surface of the same cylinder. Since the position of the displacer piston 2 and the power piston 3 can be adjusted with high accuracy.
FIG. 12 shows a structure in which a flange surface is formed on the other end of the cylinder 1 without providing the connecting plate 17a and the bolt 17b in FIG. 1, and this flange surface and the end surface of the container 14 are brought into contact with each other and connected by welding. It is. According to the present embodiment, the members constituting the Stirling engine are arranged in the cylinder 1 and the container 14, respectively, and the cylinder 1 and the container 14 are fastened, so that the displacer piston 2 is based on the inner peripheral surface of the same cylinder. Since the position of the displacer piston 2 and the power piston 3 can be adjusted with high accuracy.
The configuration described in the embodiment of FIG. 11 and FIG. 12 has been described based on the embodiment of FIG. 1, but can also be applied to the embodiment of FIG. 2 or FIG.
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。 The Stirling engine of the present invention can be used as a power generator or a power unit that utilizes heat source gas such as waste heat or biomass.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder 2 Displacer piston 3 Power piston 4 Inner yoke 5 Magnet 6 Outer yoke 7 Coil 9 Heater 10 Regenerator 11 Cooler 14 Container 15 1st bearing part 16 2nd bearing part
Claims (13)
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。 A displacer piston disposed in the cylinder; a power piston disposed below the displacer piston; an inner yoke fixed to the outer peripheral surface of the power piston; and a predetermined gap in the outer peripheral portion of the inner yoke. A Stirling engine comprising: an outer yoke disposed; and a container for housing the power piston, the inner yoke, and the outer yoke,
The container has a first bearing portion on which an outer peripheral surface on one end side of the power piston slides, and a second bearing portion on which an inner peripheral surface on the other end side of the power piston slides, A Stirling engine, wherein the outer yoke is provided on an inner periphery of the container.
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。 The cylinder includes a heater, a regenerator, and a cooler, the heater is disposed on one end side of the cylinder, the cooler is disposed on the other end side of the cylinder, and the regenerator is disposed on the heater and the heater. Placed between the coolers,
The Stirling engine according to claim 1, wherein the cylinder and the container are fastened through a connecting member.
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。 The container is composed of a cylindrical member, the cylinder is disposed on one end side of the container, and a sealing member is disposed on the other end side of the container,
Positioning and fixing the first bearing portion on the inner peripheral surface on one end side of the container;
Positioning and fixing the second bearing portion on the inner peripheral surface on the other end side of the container;
The Stirling engine according to claim 1, wherein the outer yoke is positioned and fixed on an inner peripheral surface of the container.
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。 The first bearing portion includes a first cylindrical portion on which the power piston slides, and a first flange portion formed at one end of the first cylindrical portion,
The second bearing portion includes a second cylindrical portion on which the power piston slides, and a second flange portion formed at one end of the second cylindrical portion,
Positioning and fixing the first bearing portion to the container on the outer peripheral surface of the first cylindrical portion;
The Stirling engine according to claim 4, wherein the second bearing portion is positioned and fixed to the container on an outer peripheral surface of the second flange portion.
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。 The power piston is composed of a head part and a skirt part,
The outer peripheral surface of the head portion is a sliding surface with the first bearing portion,
The inner peripheral surface of the skirt portion is a sliding surface with the second bearing portion,
6. The Stirling engine according to claim 5, wherein the inner yoke is positioned and fixed on the outer peripheral surface of the skirt portion.
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。 Forming a first through hole in the center of the head portion;
Forming a second through hole in the center of the second cylindrical portion;
A leaf spring is disposed between the second bearing portion and the sealing member,
The displacer piston and the leaf spring are connected by a rod,
One end side of the rod is composed of a large diameter rod, the other end side of the rod is composed of a small diameter rod,
The large diameter rod is disposed in the first through hole, and the small diameter rod is disposed in the second through hole,
The Stirling engine according to claim 6, wherein a bearing portion is formed on an inner peripheral surface of the first through hole.
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