JP2001289119A - フリーピストン形スターリングエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダとフリーピストン間の気密性を十分
に確保しつつ、フリーピストンの運動を円滑なものとな
し、エンジン効率を高めるとともに乱調を抑制し、しか
も多シリンダの連係を正確になし得るフリーピストン形
スターリングエンジンを提供する。 【解決手段】 シリンダ２内を往復直線運動するフリー
ピストン３を、磁力を介して一方向に連続回転させる磁
気回転手段１０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内にて往
復直線運動するフリーピストンを備えたフリーピストン
形スターリングエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇に伴って、石油以
外のエネルギー資源により駆動可能なスターリングエン
ジンが、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代わ
るエンジンとして注目されている。このスターリングエ
ンジンは、１８１６年にスコットランドの牧師、ロバー
ト・スターリングにより発明されたものであるが、大別
するとディスプレーサ形と２ピストン形と複動形の３種
類に分類される。また、ディスプレーサ形のスターリン
グエンジンの一種として、クランク機構を設けないで、
ディスプレーサピストンと出力ピストンとの慣性質量の
差及びガスバネ等により位相差を設けて、シリンダ内に
おいてピストンを往復直線運動させるフリーピストン形
のスターリングエンジンも提案され実用化されている。

【０００３】このフリーピストン形のスターリングエン
ジンでは、シリンダ内にパワーピストンとディスプレー
サとを同軸状に組み込み、ディスプレーサの軸方向両側
に膨張空間と圧縮空間とを形成し、パワーピストンのデ
ィスプレーサとは反対側にバウンス空間を形成したもの
を基本構成としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このフリーピストン形
のスターリングエンジンは、クランク機構を有するスタ
ーリングエンジンと比較して、シリンダを密封に構成で
き、オイルレス構造を採用しやすく、しかも少ない部品
で構成できることから、機械効率及びメンテナンス性に
優れているが、フリーピストンであるが故、ピストンの
運動に乱調が生じ易く、これが普及に対する大きな障害
になっている。特に、高熱効率、高出力を得るために複
動形や多連形とする場合には、フリーピストン相互の軸
方向の位相を適正に調整する必要があるが、機械的な連
係を図ることができないので、困難であった。

【０００５】また、この種のエンジンでは、ガス漏れを
防止するためのピストンリングは使用できないので、シ
リンダとフリーピストン間にリークガスを流して潤滑を
行っている。そのためにガスのリーク損失が大きく、し
かもパワーピストンの背後にガスバネを得るためのバウ
ンス空間が必要であり、この空間による出力損失も大き
い。

【０００６】本発明は、シリンダとフリーピストン間の
気密性を十分に確保しつつ、フリーピストンの運動を円
滑なものとなし、エンジン効率を高めるとともに乱調を
抑制し、しかも多シリンダの連係を正確になし得るフリ
ーピストン形スターリングエンジンを提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段及びその作用】本出願人
は、フリーピストン形スターリングエンジンにおける乱
調を防止するため鋭意検討した結果、シリンダとフリー
ピストンとが常時相対移動している状態では、両者間に
介在するガスによりフリーピストンが浮遊状態となっ
て、ほとんど抵抗無く移動でき、ピストンに回転運動を
与えることにより、フライホイール効果を与え、ピスト
ンの運動を制御できることを見出し、乱調を防止できる
との着想の基づいて、本発明を発明するに至った。

【０００８】請求項１に係るフリーピストン形スターリ
ングエンジンは、シリンダ内を往復直線運動するフリー
ピストンを、磁力を介して一方向に連続回転させる磁気
回転手段を設けたものである。このスターリングエンジ
ンにおいては、フリーピストンが磁気回転手段を介して
シリンダ内において常時一方向に連続回転することによ
り、シリンダとフリーピストン間に介在するガスにより
フリーピストンが浮遊状態となって、ほとんど抵抗無く
移動できることになるので、両者間の摩擦抵抗による乱
調を効果的に防止することが可能となる。また、両者間
の摩擦抵抗が格段に少なくなることから、機械的なエネ
ルギーロスが少なくなり、エンジン効率が高くなる。し
かも、両者間に介在するガスに周方向への流れが形成さ
れ、軸方向へのガスの流れが阻害されることから、シー
ル性能も向上することになる。更に、磁力を介してフリ
ーピストンを回転させるので、シリンダを完全な密封状
態に構成することが可能となり、分子量が小さく，流通
抵抗を少なくできる水素やヘリウム等の効率の良い作動
ガスを用いることが可能となる。

【０００９】請求項２記載のスターリングエンジンは、
前記磁気回転手段が、フリーピストンの往復直線運動を
回転運動に変換する磁気カムを備えてなるものである。
この場合には、簡単な構成でフリーピストンに対して一
方向への回転力を付与できるので好ましい。また、磁気
カムの形状に応じて、フリーピストンの往復直線運動の
運動パターンを変更できるので、複動形や多連形とする
場合においても、フリーピストン相互の位相差を適正に
設定することが可能となるし、フリーピストンの運動パ
ターンを最適な運動パターンに設定することで、エンジ
ン性能を十分に引き出すことが可能となる。更に、この
回転運動を電気的エネルギーに変換して、効率的に発電
することも可能となる。

【００１０】請求項３記載のスターリングエンジンは、
前記磁気回転手段が、フリーピストンの往復直線運動を
電気エネルギーに変換する発電用コイルと、発電した電
力の少なくとも一部を用いてフリーピストンを回転させ
る回転用コイルとを備えてなるものである。この場合に
は、請求項２記載のスターリングエンジンよりは構造が
多少複雑になるが、回転用コイルを用いてフリーピスト
ンの回転速度を任意に調整できる。

【００１１】請求項４記載のスターリングエンジンは、
前記シリンダ内におけるフリーピストンの軸方向位置を
検出するピストン位置検出手段を設け、前記発電用コイ
ルを励磁又は発電負荷調整することによりフリーピスト
ンの軸方向位置を調整する制御手段を設けたものであ
る。この場合には、発電用コイルを利用してフリーピス
トンの軸方向位置を調整できるので、複数のフリーピス
トンを連係させて移動させることが可能となり、複動形
や多連形に構成した場合におけるエンジンの同期を正確
に行うことが可能となる。また、発電用コイルによりフ
リーピストンの往復直線運動の運動パターンを任意に調
整できるので、最適な運動パターンでフリーピストンを
往復直線運動させて、エンジン性能を十分に引き出すこ
とが可能となる。

【００１２】請求項５記載のスターリングエンジンのよ
うに、シリンダを複数設けるとともに、これら複数のシ
リンダを直列状に連通する連通路を設け、この連通路に
ヒータと再生器とクーラとを介設すると、ディスプレー
サを省略することが可能となるので、構成部品を大幅に
少なくしつつ、高出力のエンジンを実現することが可能
となる。但し、シリンダ内に複数のフリーピストンを設
けるとともに、隣接するフリーピストン間においてシリ
ンダ内にクーラと再生器とヒータとを介設したスターリ
ングエンジンにも本発明を同様に適用できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１、図２に示すよ
うに、スターリングエンジン１は、複動形のフリーピス
トン形スターリングエンジンで、シリンダ２とフリーピ
ストン３とを有する４組の単位エンジン４と、これら４
組の単位エンジン４のシリンダ２を環状に連通する４本
の連通路５と、連通路５の途中部に介設したヒータ６と
再生器７とクーラ８とを備え、隣接する単位エンジン４
のフリーピストン３が９０°の位相差をもって、等容加
熱過程、等温膨張過程、等容冷却過程、等温圧縮過程を
順次行うことで、フリーピストン３がシリンダ２内にお
いて往復直線運動するように構成されている。また、こ
のスターリングエンジン１では、磁気を介してフリーピ
ストン３を一方向への連続回転させる磁気回転手段１０
と、フリーピストン３の回転運動を電気エネルギーに変
換する発電手段１１とを備え、磁気回転手段１０によ
り、フリーピストン３の往復直線運動及び回転運動が円
滑になされるように構成されている。

【００１４】シリンダ２とフリーピストン３は、発電電
力等に応じて任意のサイズに構成可能であるし、周知の
スターリングエンジンと同様にアルミニウム合金等の金
属材料で構成できる。但し、低温での使用時には、合成
樹脂材料や耐熱ガラス等で構成することも可能である
し、エンジン性能を高めるために、高温での使用を考慮
して耐熱性に優れたセラミック材料で構成することも可
能である。いずれにしても、スターリングエンジン１の
使用条件に応じた機械的強度、耐熱性、耐久性を有する
素材で構成することになる。シリンダ２とフリーピスト
ン３とは同一素材で構成することも可能であるし、異種
素材で構成することも可能であるが、フリーピストン３
はシリンダ２内を往復運動する関係上、極力軽量な素材
で構成することが好ましい。また、本発明においては、
後述のように磁気結合によりフリーピストン３を回転さ
せる関係上、シリンダ２とフリーピストン３とは非磁性
体で構成することが好ましい。また、フリーピストン３
の高温側に接する部分を耐熱断熱材で構成し、フリーピ
ストン３に備えられた永久磁石を保護することが好まし
い。

【００１５】シリンダ２内に充填する作動ガスとして
は、空気を採用することも可能であるが、本発明におい
てはシリンダ２を完全密封状態に構成できるので、分子
量の小さい水素ガスやヘリウムガスを使用して流動抵抗
を極力低減することが可能となる。また、作動ガスの圧
力は、出力を上げるために１００気圧以上に設定するこ
とが好ましい。

【００１６】シリンダ２に対する連通路５の開口位置
は、図１に示すように、シリンダ２の上下面に開口させ
てもよいし、シリンダ２の周面に開口させてもよい。ま
た、周面に開口させる場合には、フリーピストン３の下
限位置や上限位置よりも中央部側に配置させ、シリンダ
２の内部空間の下端近傍部や上端近傍部をガスバネとし
て活用することも可能である。

【００１７】磁気回転手段１０は、図２〜図４に示すよ
うに、シリンダ２内におけるフリーピストン３の往復直
線運動を一方向への連続的な回転運動に変換するもの
で、フリーピストン３の上部に一体的に設けた波形状の
磁気カム１２と、磁気カム１２に対面させてシリンダ２
に設けた永久磁石からなる磁気スポット１３とで構成さ
れ、フリーピストン３がシリンダ２内にて直線運動する
と、磁気カム１２と磁気スポット１３との磁気吸引力に
より、磁気スポット１３が磁気カム１２に沿って相対移
動し、これによりフリーピストン３が一方向に回転する
ように構成されている。但し、磁気カム１２と磁気スポ
ット１２の少なくとも一方は、誘導コイルで構成するこ
とが可能である。

【００１８】磁気カム１２について説明すると、図３に
示すフリーピストン周面の展開図及び図４に示すよう
に、フリーピストン３の上部に軸方向に振幅する２周期
分の波形状の溝部１４が形成され、この溝部１４内には
帯状の永久磁石からなる磁気カム１２が溝部１４に沿っ
て装着されている。溝部１４は、略周方向に延びる平坦
な上部溝１４ａ及び下部溝１４ｂと、上下の溝１４ａ，
１４ｂに連なる傾斜溝１４ｃ，１４ｄとで構成され、磁
気スポット１３が傾斜溝１４ｃ，１４ｄ内の磁気カム１
２に対面している状態において、フリーピストン３が軸
方向へ移動することで、フリーピストン３に回転力が付
与されるように構成されている。但し、上部溝１４ａ及
び下部溝１４ｂにおいては、フリーピストン３の慣性力
により磁気カム１２と磁気スポット１３とが相対回転す
ることになる。

【００１９】磁気カム１２の振幅は、磁気スポット１３
が磁気カム１２から離脱しないように、フリーピストン
３のストロークと略同じに設定されている。磁気スポッ
ト１３の個数は、１乃至２個設けることが可能である
が、２個設ける場合には、１８０°位相をずらして磁気
カム１２に対面させることになる。また、溝部１４は、
図３に示す台形波状以外に、上部溝１４ａ又は下部溝１
４ｂの少なくとも一方を省略した構成を採用することも
可能であるし、三角波状やサイン波状に形成することも
可能である。つまり、このスターリングエンジン１で
は、フリーピストン３の往復直線運動の運動パターン
が、溝部１４に装填される磁気カム１２の形状に依存し
たものとなるので、磁気カム１２の形状を適正に設定す
ることで、４つの単位エンジン４を同期運転できるとと
もに、エンジン効率を十分に引き出すことが可能とな
る。このため、磁気カム１２の形状は、エンジン効率を
考慮して、一般的な運動パターンであるサイン波形状以
外、図に示すような台形波状や三角波状等に設定して、
エンジン効率を高めることが可能となるのである。

【００２０】この磁気カム１２は２周期分の波形状に形
成しているので、フリーピストン３は軸方向に２往復す
ることで１回転することになるが、１周期分の波形状に
形成して、１往復で１回転するように構成したり、３周
期以上の波形状に形成して、各周期分だけ往復すること
で、１回転するように構成してもよい。また、磁気スポ
ット１３は、磁気カム１２の周期の個数分だけ設けるこ
とが可能で、例えば磁気カム１２を３周期分設ける場合
には、最大３個の磁気スポット１３を設けることができ
る。

【００２１】尚、磁気カム１２を軸方向に間隔をあけて
複数本設け、各磁気カム１２に対面させて磁気スポット
１３を設けることも可能である。この場合には、シリン
ダ２とフリーピストン３との磁気結合力を高めることが
可能となるので、大きな出力のエンジンに好適である。

【００２２】また、前記実施例では磁気スポット１３と
磁気カム１２との磁気吸引力により、両者を磁気的に結
合させたが、反発力を利用して磁気的に結合させること
も可能である。具体的には、図５（ａ）に示すように、
フリーピストン３に上下に間隔をあけて１対の磁気カム
１２Ａを設け、両磁気カム１２Ａの外面側を異極に設定
し、両磁気カム１２Ａ間に対面させてシリンダ２に両磁
気カム１２Ａに反発するように磁気スポット１３Ａを設
けたり、図５（ｂ）に示すように、フリーピストン３に
上下に間隔をあけて１対の磁気カム１２Ｂを設け、両磁
気カム１２Ｂの外面側の極性を同極に設定し、両磁気カ
ム１２Ｂ間に対面させてシリンダ２に両磁気カム１２Ｂ
に反発するように磁気スポット１３Ｂを設けることにな
る。

【００２３】発電手段１１は、フリーピストン３の下部
に周方向に設けた永久磁石からなる発電用磁石１５と、
シリンダ２に設けた３相コイルからなる発電用コイル１
６とから構成され、磁気回転手段１０によるフリーピス
トン３の回転運動を発電用コイル１６により電気エネル
ギーに変換する周知の構成のものであり、発電用磁石１
５の極数や発電用コイル１６の極数は任意に設定可能で
ある。また、磁気回転手段１０と発電手段１１の配置は
任意に設定可能で、例えば両者の上下位置関係を逆に設
定してもよい。但し、発電用磁石１５は誘導コイルで構
成することも可能である。

【００２４】尚、図示していないが、各単位エンジン４
にフリーピストン３の回転角度を検出するセンサを設
け、各単位エンジン４の発電負荷を調整するなどして、
単位エンジン４間の位相の微調整を図ることが好まし
い。

【００２５】次に、このスターリングエンジン１の作動
について説明する。先ず、発電用コイル１６に通電して
スターリングエンジン１を始動させると、シリンダ２内
において等容加熱過程、等温膨張過程、等容冷却過程、
等温圧縮過程が順次行われ、フリーピストン３が軸方向
に往復直線運動するとともに、フリーピストン３が磁気
回転手段１０を介して一方向に連続回転運動する。そし
て、この回転運動が発電手段１１より電気エネルギーに
変換されて出力されることになる。

【００２６】また、フリーピストン３が回転すると、フ
リーピストン３とシリンダ２間に介在する作動ガスによ
りフリーピストン３が浮遊状態となり、フリーピストン
３はほとんど抵抗無く回転運動及び往復直線運動するこ
とになる。しかも、両者間に介在する作動ガスに周方向
への流れが形成され、軸方向への作動ガスの流れが阻害
されることから、膨張空間から圧縮空間、或いは反対側
への作動ガスのシール性能も向上することになる。

【００２７】次に、前記単位エンジン４の構成を変更し
た他の実施例について説明する。尚、単位エンジン４以
外の構成は基本的には前記実施例と同様の構成なので、
その詳細な説明を省略する。図６に示すように、この単
位エンジン２０は、基本的には、前記単位エンジン４に
おける発電手段１１を電動モータ２１として使用し、磁
気回転手段１０が配置されていた部分にフリーピストン
３の往復直線運動を電気エネルギーに変換する発電手段
２２を設け、発電手段２２により発電した電力の一部を
用いて電動モータ２１を駆動し、フリーピストン３を回
転させるように構成したものである。つまり、この単位
エンジン２０においては、発電手段２２と電動モータ２
１とで磁気回転手段が構成されることになる。

【００２８】電動モータ２１は、前述した発電手段１１
と同様に構成され、シリンダ２側に設けた３相コイルか
らなる回転用コイル２３と、フリーピストン３側に設け
た永久磁石からなる回転用磁石２４とを備えたものであ
り、回転用コイル２３に通電することで、フリーピスト
ン３が回転するように構成されている。但し、この電動
モータ２１は、フリーピストン３の回転運動を電気エネ
ルギーに変換する発電手段として兼用することも可能で
ある。

【００２９】発電手段２２は、フリーピストン３の上部
外周部に軸方向に一定間隔おきに設けた環状の永久磁石
からなる発電用磁石２５と、シリンダ２の上部に環状に
設けた複数組のソレノイドコイルからなる発電用コイル
２６とを備え、この発電手段２２により、シリンダ２内
において往復直線運動するフリーピストン３の運動エネ
ルギーが電気エネルギーに変換されることになる。但
し、この発電手段２２は、運転サイクルの中のフリーピ
ストン３の位置に応じて、所定の発電負荷が生じるよう
にコイルの接続を組み合わせ、フリーピストン３のスピ
ードを調整して、最適の容積変化を生じせしめ、多ピス
トンの連係の位相差をコントロールするが、所望の発電
用コイル２６を励磁することで、該発電用コイル２６と
発電用磁石２５間に吸引力や反発力を作用させ、シリン
ダ２内におけるフリーピストン３の軸方向位置を微調整
する駆動手段として兼用することも可能である。

【００３０】その他、この単位エンジン２０は、フリー
ピストン３の上限位置と下限位置とを規制するための位
置規制用コイル２７と、フリーピストン３の周方向位置
を検出するための周方向位置センサ２８と、シリンダ２
内におけるフリーピストン３の軸方向位置を検出するピ
ストン位置センサ２９などを備えている。但し、ガスバ
ネ用の空間をシリンダ２内に設ける場合には、位置規制
用コイル２７は省略してもよい。

【００３１】このような構成の単位エンジン２０を備え
たスターリングエンジンの作動について、制御装置３０
における処理内容を説明しながら説明する。エンジンの
始動時には、各単位エンジン２０の発電用コイル２６を
順次励磁して、フリーピストン３を所定の位相で往復直
線移動させることになる。一旦エンジンが始動すると、
シリンダ２内において等容加熱過程、等温膨張過程、等
容冷却過程、等温圧縮過程が順次行われ、フリーピスト
ン３が軸方向に往復直線運動して、このフリーピストン
３の往復直線運動が発電手段２２により電気エネルギー
に変換される。

【００３２】また、フリーピストン３が上死点付近或い
は下死点付近まで移動したときに、上側或いは下側の位
置規制用コイル２７を励磁して、位置規制用コイル２７
と発電用磁石２５との反発力により、フリーピストン３
が上死点以上或いは下死点以下に移動することを規制す
る。

【００３３】更に、ピストン位置センサ２９からの信号
に基づいて、各単位エンジン２０におけるフリーピスト
ン３の往復運動速度を求め、この往復運動速度が目標速
度になるように、ヒータ６を制御したり、必要に応じて
各単位エンジン２０の発電負荷を調整したり、各単位エ
ンジン２０のフリーピストン３の位相が適正になるよう
に、発電用コイル２６を励磁して、フリーピストン３の
位置を制御することになる。

【００３４】一方、発電した電力の一部により、電動モ
ータ２１の回転用コイル２３を励磁して、フリーピスト
ン３を一方向に連続回転するとともに、周方向位置セン
サ２８からの出力に基づいて、各単位エンジン２０にお
けるフリーピストン３の回転速度を求め、この回転速度
が目標速度になるように、電動モータ２１への給電を制
御する。そして、このようにフリーピストン３を回転さ
せることで、前記実施例と同様に、フリーピストン３を
浮遊状態にして、ほとんど抵抗無く回転運動及び往復直
線運動するように制御するとともに、シリンダ２とフリ
ーピストン３間に介在する作動ガスに周方向への流れを
形成して、膨張空間から圧縮空間、或いは反対側への作
動ガスのシール性能を向上することになる。

【００３５】尚、フリーピストン３が上死点或いは下死
点付近に位置するときに、電動モータ２１への給電を一
時的に中断して、回転用コイル２３によりフリーピスト
ン３の回転運動を電気エネルギーに変換して発電し、こ
の発電した電力により所望の発電用コイル２６を励磁す
ることで、フリーピストン３の直線運動を助勢してもよ
い。つまり、フリーピストン３をフライホイールとして
機能させ、フリーピストン３の往復直線運動が安定する
ように構成してもよい。

【００３６】尚、前記実施例においける磁気回転手段
は、フリーピストン３を１つだけしか有しないスターリ
ングエンジンに対しても適用できるし、１つのシリンダ
内に２以上のフリーピストン３を組み込んだスターリン
グエンジンに対しても適用できる。但し、前者の場合に
は、フリーピストン３として、出力ピストンとディスプ
レーサとを設けることになる。

【００３７】尚、前記実施例では、４つの単位エンジン
４、２０を連係させたが、３つの単位エンジン４、２０
を連係させ、これら３つの単位エンジン４、２０を１２
０°の位相差で運転してもよい。この場合には、３つの
単位エンジン４、２０の発電用コイルをデルタ結線やス
ター結線することで、３相交流を発電電力として出力で
きるので、インバータ等を用いることなく、経済的に商
用電力を得ることが可能となる。

【００３８】また、従来のクランク機構を用いたエンジ
ンの場合、単位エンジン間の位相差は機械的に決定さ
れ、エンジン固有の固定のものであるが、本発明に係る
スターリングエンジンにおいては電気的に制御できるの
で、膨張出力過程中のフリーピストン３の速度を高めて
シリンダ２内における高温側容積の比率を高めること
で、平均ガス温度及び圧力を高めて、熱効率を高めるこ
とが可能となる。即ち、運転の各部分において最適の位
相差の動きを与え、全体の平均値として１２０°の位相
差を与えればよい。例えば単位エンジン２０において
は、発電用コイル２６の一端が膨張出力過程の終わりに
対応する位置に配置され、他端が圧縮過程の終わりに対
応する位置に配置され、クランクでいえば死点に対応す
る位置にそれぞれ配置されるので、次の逆方向運動の初
期、つまりクランクでいうところの死点付近で、発電負
荷を高めると、ピストンのスピードの上昇が抑制されて
位相差が増大し、高温容積比の拡大を助け熱効率及び出
力を高めることができるのである。

【００３９】

【発明の効果】請求項１に係るフリーピストン形スター
リングエンジンによれば、磁気回転手段によりフリーピ
ストンを常時一方向に連続回転させることにより、シリ
ンダ内においてフリーピストンを浮遊状態にし、フリー
ピストンとシリンダ間の摩擦抵抗を格段に低減できるの
で、エンジンの乱調を効果的に防止できるとともに、機
械的なエネルギーロスを少なくしてエンジン効率を向上
できる。しかも、両者間に形成されるガス流により、シ
ール性能も向上するので、リークガスによる損失も抑制
できる。更に、磁力を介して非接触でフリーピストンを
回転させるので、シリンダを完全な密封状態に構成する
ことが可能となり、水素やヘリウム等の効率の良い作動
ガスを用いることが可能となる。

【００４０】請求項２記載のように、磁気回転手段が磁
気カムを備える場合には、簡単な構成でフリーピストン
に対して一方向への回転力を付与できるので好ましい。
また、磁気カムの形状に応じて、フリーピストンの往復
直線運動の運動パターンを変更できるので、複動形や多
連形とする場合においても、フリーピストン相互の位相
差を適正に設定して、エンジンの乱調を防止できるとと
もに、フリーピストンの運動パターンを最適な運動パタ
ーンに設定して、エンジン性能を十分に引き出すことが
可能となる。

【００４１】請求項３記載のように、磁気回転手段が、
発電用コイルと回転用コイルとを備える場合には、構造
は多少複雑になるが、回転用コイルを用いてフリーピス
トンの回転速度を任意に調整できるので好ましい。

【００４２】請求項４記載のように、ピストン位置検出
手段を設け、発電用コイルを励磁又は発電負荷調整する
ことによりフリーピストンの軸方向位置を調整する制御
手段を設けると、複動形や多連形とする場合において
も、フリーピストン相互の位相差を適正に設定して、エ
ンジンの乱調を防止できるとともに、フリーピストンの
運動パターンをエンジンの運転状態等に応じて最適な運
動パターンに調整して、エンジン性能を十分に引き出す
ことが可能となる。

【００４３】請求項５記載のように、シリンダを複数設
けるとともに、これら複数のシリンダを直列状に連通す
る連通路を設けると、ディスプレーサを省略することが
可能となるので、構成部品を大幅に少なくしつつ、高出
力のエンジンを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 スターリングエンジンの概略説明図

【図２】 単位エンジンの縦断面図

【図３】 フリーピストンの周面の展開図

【図４】 磁気カムの説明図

【図５】 他の構成の磁気カムの説明図

【図６】 他の構成の単位エンジンの縦断面図

【符号の説明】

１ スターリングエンジン ２ シリンダ ３ フリーピストン ４ 単位エンジン ５ 連通路 ６ ヒータ ７ 再生器 ８ クーラ １０ 磁気回転手段 １１ 発電手段 １２ 磁気カム １３ 磁気スポット １４ 溝部 １４ａ 上部溝 １４ｂ 下部溝 １４ｃ 傾斜溝 １４ｄ 傾斜溝 １５ 発電用磁石 １６ 発電用コイル １２Ａ 磁気カム １３Ａ 磁気スポット １２Ｂ 磁気カム １３Ｂ 磁気スポット ２０ 単位エンジン ２１ 電動モータ ２２ 発電手段 ２３ 回転用コイル ２４ 回転用磁石 ２５ 発電用磁石 ２６ 発電用コイル ２７ 位置規制用コイル ２８ 周方向位置センサ ２９ ピストン位置センサ ３０ 制御装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内を往復直線運動するフリーピ
   ストンを、磁力を介して一方向に連続回転させる磁気回
   転手段を設けたことを特徴とするフリーピストン形スタ
   ーリングエンジン。
2. 【請求項２】 前記磁気回転手段が、フリーピストンの
   往復直線運動を回転運動に変換する磁気カムを備えてな
   る請求項１記載のフリーピストン形スターリングエンジ
   ン。
3. 【請求項３】 前記磁気回転手段が、フリーピストンの
   往復直線運動を電気エネルギーに変換する発電用コイル
   と、発電した電力の少なくとも一部を用いてフリーピス
   トンを回転させる回転用コイルとを備えてなる請求項１
   記載のフリーピストン形スターリングエンジン。
4. 【請求項４】 前記シリンダ内におけるフリーピストン
   の軸方向位置を検出するピストン位置検出手段を設け、
   前記発電用コイルを励磁又は発電負荷調整することによ
   りフリーピストンの軸方向位置を調整する制御手段を設
   けた請求項３記載のフリーピストン形スターリングエン
   ジン。
5. 【請求項５】 前記シリンダを複数設けるとともに、こ
   れら複数のシリンダを直列状に連通する連通路を設け、
   この連通路にヒータと再生器とクーラとを介設した請求
   項１〜４のいずれか１項記載のフリーピストン形スター
   リングエンジン。