JP2003083166A - スターリングエンジンおよびスターリングエンジンの圧力差生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーピストンを駆動するための機械的運動
効率が低かった。 【解決手段】 高温側部位と低温側部位とを形成したハ
ウジング１４内で、当該ハウジング１４に充填された気
体を上記高温側部位と低温側部位との間で移動せしめる
ディスプレーサ１１を有するスターリングエンジンであ
って、ハウジング１４には略円柱状の空間を形成すると
ともに、上記ディスプレーサ１１は当該空間内で回転で
きる半月ロータ１１ｂあるいは円板体１１ｃで形成する
ことにより、同ディスプレーサ１１が回転してハウジン
グ１４内の気体を高温側部位と低温側部位にさらすこと
ができ、温度変化に伴う圧力変化を生じさせることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スターリングエン
ジンおよびスターリングエンジンの圧力差生成方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスターリングエンジンでは、パワ
ーピストンをレシプロ駆動して構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスター
リングエンジンにおいては、パワーピストンを駆動する
ための機械的運動効率が低いという課題があった。この
ように機械的運動効率が低いと、運転を継続するのに高
い温度差が必要にならざるを得なかった。

【０００４】本発明は、上記課題にかんがみてなされた
もので、機械的効率を高めることが可能なスターリング
エンジンおよびスターリングエンジンの圧力差生成方法
の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、高温側部位と低温側部位
とを形成したハウジング内で、当該ハウジングに充填さ
れた気体を上記高温側部位と低温側部位との間で移動せ
しめるディスプレーサを有するスターリングエンジンで
あって、上記ハウジングは、略円柱状の空間を有すると
ともに、上記ディスプレーサは、当該円柱状の空間内で
回転可能に支持されつつ回転時に当該空間内の気体を上
記高温側部位と低温側部位との間で交互に行き来させる
回転部材を有する構成としてある。

【０００６】上記のように構成した請求項１にかかる発
明においては、略円柱状のハウジング内で、ディスプレ
ーサの回転部材が回転すると、円柱状とした空間内の気
体を高温側部位と低温側部位との間で交互に行き来さ
せ、これによってスターリングエンジンの駆動力となる
圧力変化を生成する。すなわち、ディスプレーサを回転
型とすることにより、レシプロ駆動の機械的運動効率の
低下を防止している。

【０００７】回転型とすることによって高速な回転が可
能となり、それに伴う加熱と冷却を十分に行わせる必要
が生じる。その好適な一例として、請求項２にかかる発
明では、上記ディスプレーサは、一の回転軸に対して所
定の間隔を隔てて並列して配設された複数枚の回転部材
を有しており、上記ハウジングには、この複数枚の回転
部材をそれぞれ個別に収容可能な上記円柱状の空間を形
成してある。すなわち、円柱状のハウジングの空間と回
転部材を一組として複数組を配置することにより、高速
な回転でも十分に温度変化を行わせ、必要な圧力差を生
成するようにしている。

【０００８】回転部材を回転させてハウジングの空間内
の気体を上記高温側部位と低温側部位との間で交互に行
き来させる手法は様々である。まず、請求項３にかかる
発明では、上記回転部材が所定の厚みを有する半月形状
として形成されており、半月形状とした回転部材におけ
る欠けた部分に気体が存在する。この回転部材は回転す
ると、欠けた部分の気体はこれに伴ってハウジング内で
回転移動し、ハウジングにおける高温側部位と低温側部
位との間で交互に行き来する。

【０００９】また、請求項４にかかる発明では、上記回
転部材が空室を形成した所定の厚みの円板体として形成
され、この円板体がハウジング内で回転すると同空室の
移動とともに当該空室内の気体も概ね一体として移動
し、ハウジングにおける高温側部位と低温側部位との間
で交互に行き来する。このような空室の配置は各種の態
様で実現可能であり、その一例として、請求項５にかか
る発明では、上記空室を略等角度に均等離散配置して奇
数個備えており、均等離散配置しているので、回転板の
回転にムラが生じない。また、均等離散配置をした上で
奇数個であるのでハウジングを軸芯で分断した場合にそ
れぞれの側で空室の容積にアンバランスが生じる。そし
て、この容積のアンバランスによって圧力差を積極的に
生じさせることになる。

【００１０】圧力差は高温側部位と低温側部位における
空室のアンバランスによって生じるから、アンバランス
が大きくなる態様を取ることが望ましく、その一例とし
て、請求項６にかかる発明では、上記空室が約６０度の
角度範囲内となる扇形であって３個形成されている。ま
た、円板体と実質的に同様の作用をなすものの、各空室
における外周側の隔壁をなくしてもよい。すなわち、請
求項７にかかる発明では、上記回転部材が上記ハウジン
グを複数の空室に区画するように軸芯から放射方向に延
設した区画壁部材を有しており、区画壁部材とハウジン
グにおける内周側面とが空室を取り囲み、内部に充填さ
れた気体を移動させる。

【００１１】ハウジングにおける高温側部位と低温側部
位の配置は各種の態様が可能であり、比較的簡易な構成
の一例として、請求項８にかかる発明では、軸芯を通過
する直径方向に円形を分断するように断熱層を形成して
あり、当該断熱層を挟んで高温側部位と低温側部位とを
形成している。この結果、円板体が一回転すると空室内
の気体は高温側部位と低温側部位をそれぞれ一度通過す
る。一方、構造を複雑化させるものの、請求項９にかか
る発明では、高温側部位と低温側部位を円周方向に沿っ
て互い違いに複数組形成しており、この結果、円板体が
一回転すると空室内の気体は高温側部位と低温側部位を
上記組数の回数だけ通過する。

【００１２】高温側部位と低温側部とで熱交換を促進す
るため、請求項１０にかかる発明では、上記高温側部位
と上記低温側部位にて上記空室内に突出する熱交換部材
を形成してあり、上記空室内の気体は当該熱交換部材と
の接触面積が増えるので熱交換が促進される。また、上
記円板体に溝を形成してあり、同熱交換部材と干渉しな
いようにしている。このような熱交換部材の一例とし
て、請求項１１にかかる発明では、上記熱交換部材が回
転部材の軸芯を支点とする円弧状の軌跡範囲にて円弧状
に形成し、上記溝は、円環状に形成している。すなわ
ち、ハウジングからは回転部材に対して軸芯方向と平行
な方向に突出している。

【００１３】この場合の具体的形態の一例として、請求
項１２にかかる発明では、同熱交換部材が連続した板状
のフィンで形成され、空気抵抗を小さくしつつ熱交換を
促進する。また、請求項１３かかる発明では、上記熱交
換部材と上記溝とが半径を異にして複数個形成されて、
熱交換部材の表面積が増大して熱交換が促進される。一
方、熱交換部材の他の一例として、請求項１４にかかる
発明では、上記熱交換部材が、上記ハウジングの円柱内
周側面から軸芯方向に向けて突出して形成され、上記溝
は、上記回転部材における外周側面に形成されている。
すなわち、この構造ではハウジングにおける円柱内周側
面から軸芯方向に向けて突出した円板状となっている。

【００１４】さらに、請求項１５にかかる発明では、上
記回転部材の位相角が互いに反転する対をなすようにハ
ウジングが対構造で配設されつつ連通路で連通させてあ
り、位相角が反転しているので高圧時と低圧時とが相互
に反転する。そして、当該連通路に配置された圧力出力
部材は対構造で形成される相対圧力変化だけを出力する
ことになる。すなわち、各ハウジング内の基準の圧力に
かかわらず、位相を反転した対構造とすることで圧力変
化だけを取り出すことができる。

【００１５】この圧力差はパワーピストンの駆動源とな
り、機構的に回転駆動力に変換しても良いが、他の利用
手法も可能であり、その一例として、請求項１６にかか
る発明では、上記圧力出力部材が発電機構を有し、圧力
差を電力に変換して出力する。圧力差を電力に変換する
手法は様々な手法を採用可能であり、その一例として請
求項１７にかかる発明では、ボイスコイルジェネレータ
で発電する。ボイスコイルジェネレータを利用するの
で、その共振周波数近辺の振動数にて機械的運動ロスを
最小限とできる。

【００１６】むろん、圧力変化で機械的に回転駆動力を
得て、その回転駆動力で発電機を回転駆動する旧来の手
法も当然に利用可能である。上記ディスプレーサは、外
部から回転駆動力を供給する必要があるが、請求項１８
にかかる発明では、上記ディスプレーサが電動モータで
回転駆動される。むろん、出力される圧力変化で得られ
るエネルギーを電力変換すれば電動モータを駆動するこ
とも可能である。例えば、上記発電機構で得られる電力
の一部を電動モータにフィードバックして機械的運動ロ
スを最低限としたシステムとすることもできる。

【００１７】このように、ディスプレーサを回転駆動し
て気体に温度差を生じさせ、その圧力変化を利用する手
法は必ずしも実体のある装置に限られる必要はなく、そ
の方法としても機能することは容易に理解できる。すな
わち、必ずしも実体のある装置に限らず、その方法とし
ても有効であることに相違はない。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、略円柱状
の空間内で回転部材を回転させることにより、回転時に
空間内の気体を高温側部位と低温側部位との間で交互に
行き来させるようにしたため、機械的運動ロスを極めて
低減させ、この結果、低温度差での効率的な稼働が可能
なスターリングエンジンを提供することができる。

【００１９】また、請求項２にかかる発明によれば、複
数枚の回転部材とすることにより、一枚の回転部材と比
較して熱交換効率が促進され、生成する圧力差を大きく
でき、この結果、低温度差での効率的な稼働が可能とな
る。さらに、請求項３にかかる発明によれば、半月形状
の回転部材とすることにより、残りの部分の空間全体で
気体を移動させることができ、利用可能な容量を大きく
できる。これにより、出力される圧力差を大きくでき
る。

【００２０】さらに、請求項４にかかる発明によれば、
空室を形成した所定の厚みの円板体を利用するので、軸
芯周りのバランスを取ることができ、回転時の振動を低
減して高速回転が可能となる。さらに、請求項５にかか
る発明によれば、略等角度に奇数個の空間を均等離散配
置しているので、軸芯周りのバランスがとれ、さらにハ
ウジングを二分して高温側と低温側にしたときに容量差
を生じさせ、圧力差の有効利用が可能となる。

【００２１】さらに、請求項６にかかる発明によれば、
約６０度の角度範囲となる扇形を均等配置する場合に空
間の利用効率を高めることができる。さらに、請求項７
にかかる発明によれば、空室を囲む壁面の一部をハウジ
ングに担わせることにより、回転部材としては放射状に
伸びる区画壁部材だけとして構造を簡易にしつつ、軸芯
周りのバランスを取って回転時の振動を低減し、高速回
転が可能となる。さらに、請求項８にかかる発明によれ
ば、ハウジングに対して断熱層を挟んで高温側部位と低
温側部位とを形成しており、構成を簡易にすることがで
きる。

【００２２】さらに、請求項９にかかる発明によれば、
高温側部位と低温側部位を複数組形成しているので、一
回転中に温度変化を複数回発生させて圧力変化回数を増
やすことができ、また、気体の温度変化の相殺率を低減
させて効率を上げることが可能となる。さらに、請求項
１０にかかる発明によれば、高温側部位と低温側部位に
円弧状の熱交換部材を配置し、熱交換効率を向上させる
ことができる。さらに、請求項１１にかかる発明によれ
ば、円弧状の熱交換部材を軸芯方向に沿って突出し、熱
交換面積を増やすことができる。

【００２３】さらに、請求項１２にかかる発明によれ
ば、連続した板状のフィンで熱交換部材を形成し、空気
抵抗を低減させて熱交換効率を向上させることができ
る。さらに、請求項１３にかかる発明によれば、熱交換
部材を複数個にして熱交換効率を向上させることができ
る。さらに、請求項１４にかかる発明によれば、熱交換
部材がハウジングにおける円柱状の内周面から軸芯方向
に向けて突出し、熱交換面積を増やすことができる。

【００２４】さらに、請求項１５にかかる発明によれ
ば、位相角が反転しているハウジングを連結させること
により、相対圧力変化だけを出力することができる。こ
の場合、ハウジング内の圧力を上げておくことにより、
温度変化によって生じる圧力変化も大きくなり、高効率
の稼働を実現できる。さらに、請求項１６にかかる発明
によれば、発電機構で電力を出力する。さらに、請求項
１７にかかる発明によれば、ボイスコイルジェネレータ
で電力を発生し、機械的運動ロスを低減させることがで
きる。

【００２５】さらに、請求項１８にかかる発明によれ
ば、ディスプレーサを電動モータで回転駆動するので、
圧力差を機械的に供給するための機械的運動ロスを低減
させることができる。さらに、請求項１９にかかる発明
によれば、同様の効果を奏するスターリングエンジンの
圧力差生成方法を提供できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の第一の実施形態
にかかるスターリングエンジンの要部構成を概略的に示
しており、図２は、その電気的構成を回路図により示し
ている。

【００２７】図１において、ディスプレーサ本体部１０
は、四つのロータリーディスプレーサ１１を有してお
り、それぞれ二つずつのロータリーディスプレーサ１
１，１１を同軸状に連結している。ロータリーディスプ
レーサ１１を連結した軸１２，１２は互いに平行に軸支
され、その一端には同じ歯数の歯車１３，１３が固定さ
れている。両歯車１３，１３と噛合してこれらを同方向
に回転駆動可能なように、ディスプレーサ駆動モータ２
０と、その駆動軸２１に固定された駆動歯車２２が備え
られている。

【００２８】ディスプレーサ本体部１０は、四つのロー
タリーディスプレーサ１１を収容するハウジング１４を
備えている。ハウジング１４は各ロータリーディスプレ
ーサ１１ごとに形成され、二組のハウジング１４の間に
は発電部として二つの共振型ボイスコイルジェネレータ
３０が備えられている。図３は、ロータリーディスプレ
ーサ１１を正面図により示しており、図４は、同ロータ
リーディスプレーサ１１を図３のＡ−Ａ矢視断面図によ
り示している。

【００２９】ロータリーディスプレーサ１１は、中央部
分に円柱状の回転コア１１ａを有しており、この回転コ
ア１１ａに形成した四つの溝１１ａ１に対して半月状の
半月ロータ１１ｂが固定されている。また、二つのロー
タリーディスプレーサ１１は同軸状に連結されるととも
に上記半月ロータ１１ｂと軸１２との固定角度が所定位
置関係となるように、回転コア１１ａの軸穴１１ａ２に
は角度固定用切り溝１１ａ３も形成されている。

【００３０】ハウジング１４には、個々の上記半月ロー
タ１１ｂが回転できるように短円柱状の空間が個別に形
成され、上部と下部はそれぞれ高温側と低温側とさせる
ための熱交換機が形成され、その中間部分は断熱層を形
成している。なお、ハウジング１４に対する上記半月ロ
ータ１１ｂの回転位置をディスプレーサ本体部１０の位
相と呼ぶことにする。図５は対となるディスプレーサ本
体部１０，１０における位相の対応関係を示すものであ
り、駆動歯車２２にてそれぞれの歯車１３，１３が回転
駆動され、軸１２，１２を介してハウジング１４，１４
に収容された半月ロータ１１ｂが回転するときに、両デ
ィスプレーサ本体部１０，１０は１８０度位相が反転す
る関係となっている。

【００３１】このように対となるディスプレーサ本体部
１０，１０は互いに反対の位相関係となり、対となるハ
ウジング１４，１４の間に配置されるボイスコイルジェ
ネレータ３０にはそれぞれのハウジング１４，１４から
相反転する加圧状態と負圧状態とが供給されることにな
る。図６はボイスコイルジェネレータの概略構成を示し
ている。外形円形のカップ状をなすとともに内底面の中
央から円柱状に立設せしめた断面Ｅ型のヨーク３１には
ドーナツ状の空隙３１ａが形成され、この空隙３１ａの
外周部には円環状に磁石３２が配置されている。磁石３
２の極性は当該空隙３１ａを横切る方向に磁力線が向か
う方向としている。すなわち、ヨーク３１内では中央の
凸部３１ｂから周縁壁部３１ｃに向かって磁力線が放射
状に横切ることになり、この空隙３１ａ内にはコイル３
３ａが収容されている。

【００３２】コイル３３ａは空隙３１ａを周回するよう
に巻回されており、その内面側と外面側には円筒状の短
絡ヨーク３３ｂ１，３３ｂ２を配設してある。この短絡
ヨーク３３ｂ１，３３ｂ２はコイル３３ａを流れる電流
によって発生する磁力線をうち消す役目を果たし、発電
出力を高めるように作用する。コイル３３ａと短絡ヨー
ク３３ｂ１，３３ｂ２はともに剛性のある軽量な円形の
振動板３３ｃに固定されており、同振動板３３ｃは周縁
にてドーナツ状のダンパ３３ｄを介してリング状の支持
枠３３ｅにて弾性支持されている。

【００３３】振動板３３ｃとダンパ３３ｄと支持枠３３
ｅは気密的に連結され、結果として振動板３３ｃの両面
に気密的に隔離された空間を形成する。それぞれの空間
には、対をなす上記ハウジング１４，１４が連結され、
上述したように対をなすディスプレーサ本体部１０，１
０は位相が１８０度反転しているのでこの振動板３３ｃ
に対して両面から差圧を及ぼすことになる。ここで、ハ
ウジング１４における高温側と低温側とで発生する気圧
差を大きなものとするために、本ディスプレーサ本体部
１０には加圧気体を充填している。通常、加圧気体を充
填するとパワーピストンにおける外気との間のシール性
の確保が問題となるが、本実施例のように差圧を振動板
３３ｃの両面に供給する構造ではパワーピストンの場合
のシール性は殆ど問題とならない。

【００３４】ここで振動板３３ｃはダンパ３３ｄにて弾
性支持されているので固有の共振周波数が存在する。そ
して、この共振周波数は後述するように軸１２，１２の
回転数と一致するように設計してある。従って、同共振
周波数で軸１２，１２が回転するときに同振動板３３ｃ
は共振周波数で振動し、ダンパ３３ｄにおける機械的駆
動ロスは最小限となる。ところで、本スターリングエン
ジンの電気的回路構成は図２に示すようになっている。
まず、振動板３３ｃとともに振動して往復運動するコイ
ル３３ａは、磁力線の中で振動するので発電コイルとな
り、その交流出力は整流回路３４ａに入力されている。
この整流回路３４ａの出力は、一旦、出力整合回路３４
ｂに入力され、当該出力整合回路３４ｂの出力がボイス
コイルジェネレータ３０の出力となる。ここで、出力整
合回路３４ｂは発電出力の一部で上記ディスプレーサ駆
動モータ２０を回転駆動するため、ダイオード３４ｃを
介してモータ制御回路３４ｄに給電しており、当該モー
タ制御回路３４ｄが所定の回転数となるようにディスプ
レーサ駆動モータ２０に給電している。

【００３５】本スターリングエンジンが一旦回転運動を
開始すれば自らの発電出力でディスプレーサ駆動モータ
２０を回転させて自律運転を継続するが、運転開始時に
は発電出力以外で同ディスプレーサ駆動モータ２０を駆
動しなければならない。このため、起動時のための起動
電池３４ｅ１を有しており、起動押しボタン３４ｅ２を
押し下げるとダイオード３４ｅ３を介して上記モータ制
御回路３４ｄへ起動電力を供給できるようになってい
る。また、継続運転をしているときに起動電池３４ｅ１
が消耗してしまわないように出力整合回路３４ｂからダ
イオード３４ｆ１と抵抗３４ｆ２を介して充電電力を供
給できるようにもなっている。

【００３６】このように、対をなすハウジング１４，１
４に半月ロータ１１ｂ，１１ｂを収容して軸１２，１２
にて互いに１８０度反転して回転できるようにしたディ
スプレーサ本体部１０，１０は、互いに加圧状態と負圧
状態を交互に発生してボイスコイルジェネレータ３０に
おける振動板３３ｃを両面から駆動し、かつ、当該反転
駆動は振動板３３ｃの共振周波数と一致するようにして
いるため、振動板３３ｃの機械的駆動ロスを最低限にし
て発電できる。また、その発電出力でディスプレーサ駆
動モータ２０を回転駆動するようにしたため、ロータリ
ーディスプレーサ１１を駆動する際の機構的リンクが途
切れているし、機械的駆動ロスの小さなディスプレーサ
駆動モータ２０を使用して機械的駆動ロスを低減したた
め、結果として高効率となり、低温度差でも十分に実用
運転することが可能となった。

【００３７】次に、本発明の第二の実施形態について図
７〜図９を参照して説明する。この実施形態において
は、ロータリーディスプレーサ１１が、半月ロータ１１
ｂの代わりとして、所定の厚みの円板体１１ｃで形成さ
れている。この円板体１１ｃには厚み方向に連通する三
つの空室１１ｄを形成してあり、それぞれの空室１１ｄ
は略６０度の範囲の扇形形状となっている。このように
円板体１１ｃに対して略均等に同形状の空室１１ｄを離
散配置することにより、円板体１１ｃは軸芯周りの回転
時にバランスが取れる。これに対して、半月ロータ１１
ｂは軸芯周りの回転時にバランスが取れていないので振
動を生じるが、円板体１１ｃにおいては振動を生じるこ
となく高速回転が可能となる。

【００３８】図８と図９はこの円板体１１ｃをハウジン
グ１４に収容した状況を示している。半月ロータ１１ｂ
を使用する場合には、図５に示すように一対のハウジン
グ１４，１４にて半月ロータ１１ｂの位相角は反転して
いる。空室１１ｄを有する円板体１１ｃを収容する一対
のハウジング１４，１４においても図に示すように位相
角を反転して円板体１１ｃを収容している。また、ロー
タリーディスプレーサ１１の厚みの変更に対応して、ハ
ウジング１４の内部は一つのロータリーディスプレーサ
１１だけを収容する形状となっている。

【００３９】ハウジング１４はこのように２つである必
要はなく、図１に示すように軸１２の方向にタンダムに
連結してもよいし、駆動歯車２２にて連結駆動されるよ
うに別の対構造で連結しても良い。円板体１１ｃを採用
する場合、複数の空室１１ｄがそれぞれ高温側部位と低
温側部位に存在することになり、一部において圧力変化
を相殺する。図１０はこの相殺関係を示している。図に
示す回転角度の場合、軸１２の水平位置よりも下側に二
つの空室１１ｄが位置し、上側に一つの空室１１ｄが位
置する。断熱層を挟んで位置する低温側には、二つの空
室１１ｄにおける一部の領域１１ｄ１が位置する。低温
側のこの二つの領域１１ｄ１は、高温側に位置する空室
１１ｄにおける二つの領域１１ｄ１と相殺する。従っ
て、有効に圧力変化を生じさせるのは、高温側に位置す
る空室１１ｄにおける残りの領域１１ｄ２である。

【００４０】すなわち、円板体１１ｃが三つの空室１１
ｄ内にある気体とともに回転するときに、領域１１ｄ２
の容積の気体が高温側と低温側とに交互に生じるのと同
様の圧力変化を生じさせる。図１１は、上記円板体１１
ｃにて形成する空室１１ｄの数を五つにしたものであ
る。上述したようにハウジング１４について断熱層を挟
んで高温側部位と低温側部位とを形成したときには空室
１１ｄの一部同士で圧力変化を相殺するが、奇数個にし
ておくことによって温度変化に伴う圧力変化を有効に生
じさせることができる。

【００４１】次に、図１２と図１３は、ハウジング１４
内での高温側部位と低温側部位とで熱交換効率を向上さ
せるための変形例を示している。図において、ハウジン
グ１４の内周面、すなわち短円柱状とした天井面と底面
には互いに他方側に向かって延設された熱交換部材とし
てのフィン１４ａが取り付けられている。すなわち、フ
ィン１４ａは軸芯を支点とする円弧状の軌跡範囲にて円
弧状であって連続した板状に形成されている。このフィ
ン１４ａはハウジング１４を形成する熱伝導部材から延
設されており、高温側では外部から加熱された熱エネル
ギーを内部へと伝導し、低温側では内部の熱エネルギー
をハウジング１４の外部内部へと伝導することになる。
フィン１４ａの枚数や厚さなどは熱交換を効果的に行え
るようにする目的で適宜変更可能である。例えば、枚数
を増やし、厚みを減らせば、基本的に、熱交換率は向上
する傾向にある。フィン１４ａは、半径を異にすること
により、複数枚とすることができる。

【００４２】また、高温側部位と低温側部位とにおいて
だけフィン１４ａを形成しても良いが、空気抵抗を減ら
すために円環状に形成しても良い。この場合、フィン１
４ａ自体は部位に応じて部材を異にして形成する。すな
わち、高温側部位と低温側部位では伝熱部材で形成し、
断熱層の部位では断熱部材で形成する。ただし、断熱層
の部位で蓄熱させる構成とする場合は、伝熱部材を採用
しても良い。この例ではフィン１４ａは上記ハウジング
１４の天井面と底面から延設されており、円板体１１ｃ
には対応する部位に円環状の溝１１ｃ１を形成してあ
る。この円環状の溝１１ｃ１によってフィン１４ａとが
干渉しないようにできる。

【００４３】一方、図１４と図１５は、熱交換部材の取
り付け位置を変更した例を示している。同図に示すもの
は、短円柱状としたハウジング１４の側面から中心方向
に向かって延設された複数のフィン１４ｂを備えてい
る。また、これに伴って、円板体１１ｃの側にも当該フ
ィン１４ｂと干渉しないように外周面に対して溝１１ｃ
２が形成されている。フィン１４ｂの厚みや枚数の変更
についても適宜可能である。

【００４４】次に、本発明の第三の実施形態について図
１６を参照して説明する。上述した実施形態では、ハウ
ジング１４に対して一つの高温側部位と一つの低温側部
位を形成しているが、本実施形態では、二つの高温側部
位と二つの低温側部位を形成している。すなわち、ハウ
ジング１４の軸芯を中心として約４５度の範囲で８つの
領域に区画し、それぞれを、高温側部位１４ｃ１、断熱
層１４ｄ１、低温側部位１４ｅ１、断熱層１４ｄ２、高
温側部位１４ｃ２、断熱層１４ｄ３、低温側部位１４ｅ
２、断熱層１４ｄ４とする。なお、軸芯付近の中央部分
は断熱層とすることにより、断熱層１４ｄは約十字形と
なり、その合間に高温側部位１４ｃ１，１４ｃ２と低温
側部位１４ｅ１，１４ｅ２が交互に配置されることにな
る。

【００４５】一方、円板体１１ｃについては、空室１１
ｅを二つだけ形成している。各空室１１ｅは約４５度の
範囲の扇形をなし、互いに軸芯を挟んで対峙する位置に
形成してある。このように、高温側部位１４ｃ１，１４
ｃ２と低温側部位１４ｅ１，１４ｅ２を円周方向に沿っ
て互い違いに二組配置されているので、二つの空室１１
ｅ，１１ｅは一回転する間に二回、高温と低温にさらさ
れる。従って、発生される圧力変化の周波数を上げるこ
とができる。

【００４６】また、二つの空室１１ｅ，１１ｅは同時に
高温側か低温側に位置するので、圧力変化を相殺する要
因が無くなり、効率的に圧力変化を発生させることがで
きる。また、図１７はハウジング１４を形成する変形例
を示しており、二つの高温側部位１１ｃ３，１１ｃ４を
連結して一体的に形成している。一般的には高温側部位
に外部から熱量を供給し、低温側部位は外気で冷却する
ことが多い。従って、図１７に示すように高温側部位が
一体で構成されれば、外部から加熱する部位が一体とな
るので、構成を簡易にして実現することができる。

【００４７】最後に、図１８は円板体１１の変形例を示
している。この変形例では、円板体１１に形成する空室
１１ｃの外周側の区画を取り除き、軸芯から径方向に放
射状に突出する３つの区画壁部材１１ｆを備えて構成し
てある。このような構成においても、空室１１ｃにあた
る外周側にはハウジング１４の円柱状の周面が対面して
実質的に空室１１ｃを形成する。また、かかる構成とす
ることにより、製造も容易となる。

【００４８】このように、高温側部位と低温側部位とを
形成したハウジング１４内で、当該ハウジング１４に充
填された気体を上記高温側部位と低温側部位との間で移
動せしめるディスプレーサ１１を有するスターリングエ
ンジンであって、ハウジング１４には略円柱状の空間を
形成するとともに、上記ディスプレーサ１１は当該空間
内で回転できる半月ロータ１１ｂあるいは円板体１１ｃ
で形成することにより、同ディスプレーサ１１が回転し
てハウジング１４内の気体を高温側部位と低温側部位に
さらすことができ、温度変化に伴う圧力変化を生じさせ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるスターリングエン
ジンの要部構成を概略的に示す図である。

【図２】同スターリングエンジンの回路図である。

【図３】ロータリーディスプレーサの正面図である。

【図４】ロータリーディスプレーサの断面図である。

【図５】ディスプレーサ本体部の位相差を示す図であ
る。

【図６】ボイスコイルジェネレータの断面図である。

【図７】変形例にかかる三相の円板体の正面図である。

【図８】変形例にかかるスターリングエンジンの要部構
成を概略的に示す図である。

【図９】同ディスプレーサ本体部の位相差を示す図であ
る。

【図１０】円板体における空室の相殺領域と有効領域を
説明する図である。

【図１１】変形例にかかる五相の円板体の正面図であ
る。

【図１２】変形例にかかる熱交換部材を配置したディス
プレーサ本体部の概略断面図である。

【図１３】同ディスプレーサ本体部の一部破断分解斜視
図である。

【図１４】変形例にかかる熱交換部材を配置したディス
プレーサ本体部の概略断面図である。

【図１５】同ディスプレーサ本体部の一部破断分解斜視
図である。

【図１６】高温側部位と低温側部位の配置にかかる変形
例を示すディスプレーサ本体部の概略図である。

【図１７】他の変形例にかかるディスプレーサ本体部の
概略図である。

【図１８】ロータリーディスプレーサの変形例を示す図
である。

【符号の説明】

１０…ディスプレーサ本体部 １１…ロータリーディスプレーサ １１ａ…回転コア １１ａ１…溝 １１ａ２…軸穴 １１ａ３…溝 １１ｂ…半月ロータ １１ｃ…円板体 １１ｄ，１１ｅ…空室 １２…軸 １３…歯車 １４…ハウジング １４ａ，１４ｂ…フィン １４ｃ１，１４ｃ２…高温側部位 １４ｄ１〜１４ｄ４…断熱層 １４ｅ１，１４ｅ２…低温側部位 ２０…ディスプレーサ駆動モータ ２１…駆動軸 ２２…駆動歯車 ３０…共振型ボイスコイルジェネレータ ３１…ヨーク ３１ａ…空隙 ３１ｂ…凸部 ３１ｃ…周縁壁部 ３２…磁石 ３３ａ…コイル ３３ｂ１，３３ｂ２…短絡ヨーク ３３ｃ…振動板 ３３ｄ…ダンパ ３３ｅ…支持枠 ３４ａ…整流回路 ３４ｂ…出力整合回路 ３４ｃ…ダイオード ３４ｄ…モータ制御回路 ３４ｅ１…起動電池 ３４ｅ２…起動押しボタン ３４ｅ３…ダイオード ３４ｆ１…ダイオード ３４ｆ２…抵抗

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温側部位と低温側部位とを形成したハ
   ウジング内で、当該ハウジングに充填された気体を上記
   高温側部位と低温側部位との間で移動せしめるディスプ
   レーサを有するスターリングエンジンであって、 上記ハウジングは、略円柱状の空間を有するとともに、 上記ディスプレーサは、当該円柱状の空間内で回転可能
   に支持されつつ回転時に当該空間内の気体を上記高温側
   部位と低温側部位との間で交互に行き来させる回転部材
   を有することを特徴とするスターリングエンジン。
2. 【請求項２】 上記ディスプレーサは、一の回転軸に対
   して所定の間隔を隔てて並列して配設された複数枚の回
   転部材を有し、 上記ハウジングは、この複数枚の回転部材をそれぞれ個
   別に収容可能な上記円柱状の空間を有することを特徴と
   する上記請求項１に記載のスターリングエンジン。
3. 【請求項３】 上記回転部材は、所定の厚みを有する半
   月形状として形成されていることを特徴とする上記請求
   項１または請求項２のいずれかに記載のスターリングエ
   ンジン。
4. 【請求項４】 上記回転部材は、空室を形成した所定の
   厚みの円板体として形成されていることを特徴とする上
   記請求項１または請求項２のいずれかに記載のスターリ
   ングエンジン。
5. 【請求項５】 上記空室は略等角度に均等離散配置され
   た奇数個であることを特徴とする上記請求項４に記載の
   スターリングエンジン。
6. 【請求項６】 上記空室は、３個であるとともに約６０
   度の角度範囲内となる扇形であることを特徴とする上記
   請求項５に記載のスターリングエンジン。
7. 【請求項７】 上記回転部材は、上記ハウジングを複数
   の空室に区画するように軸芯から放射方向に延設した区
   画壁部材を有することを特徴とする上記請求項１〜請求
   項３のいずれかに記載のスターリングエンジン。
8. 【請求項８】 上記ハウジングは、軸芯を通過する直径
   方向に円形を分断する部位に断熱層を形成するととも
   に、当該断熱層を挟んで高温側部位と低温側部位とを形
   成していることを特徴とする上記請求項１〜請求項７の
   いずれかに記載のスターリングエンジン。
9. 【請求項９】 上記高温側部位と上記低温側部位を円周
   方向に沿って互い違いに複数組形成したことを特徴とす
   る上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載のスターリ
   ングエンジン。
10. 【請求項１０】 上記高温側部位と上記低温側部位に
    は、上記空室内に突出する熱交換部材を有するととも
    に、上記円板体には、同熱交換部材と干渉しない溝を有
    することを特徴とする上記請求項１〜請求項９のいずれ
    かに記載のスターリングエンジン。
11. 【請求項１１】 上記熱交換部材は、軸芯を支点とする
    円弧状の軌跡範囲にて円弧状に形成され、上記溝は、円
    環状に形成されていることを特徴とする上記請求項１０
    に記載のスターリングエンジン。
12. 【請求項１２】 上記熱交換部材は、連続した板状のフ
    ィンで形成されていることを特徴とする上記請求項１１
    に記載のスターリングエンジン。
13. 【請求項１３】 上記熱交換部材と上記溝とが半径を異
    にして複数組形成されていることを特徴とする上記請求
    項１１または請求項１２のいずれかに記載のスターリン
    グエンジン。
14. 【請求項１４】 上記熱交換部材は、上記ハウジングの
    円柱内周側面から軸芯方向に向けて突出して形成され、
    上記溝は、上記回転部材における外周側面に形成されて
    いることを特徴とする上記請求項１０に記載のスターリ
    ングエンジン。
15. 【請求項１５】 上記ハウジングは、上記回転部材の位
    相角が互いに反転する対をなすように対構造で配設され
    つつ連通路で連通され、当該連通路に圧力出力部材を配
    置されていることを特徴とする上記請求項１〜請求項１
    ４のいずれかに記載のスターリングエンジン。
16. 【請求項１６】 上記圧力出力部材は、発電機構を有す
    ることを特徴とする上記請求項１５に記載のスターリン
    グエンジン。
17. 【請求項１７】 上記発電機構は、ボイスコイルジェネ
    レータであることを特徴とする上記請求項１６に記載の
    スターリングエンジン。
18. 【請求項１８】 上記ディスプレーサは、電動モータで
    回転駆動されることを特徴とする上記請求項１〜請求項
    １７のいずれかに記載のスターリングエンジン。
19. 【請求項１９】 高温側部位と低温側部位とを形成した
    ハウジング内で、ディスプレーサを駆動して当該ハウジ
    ングに充填された気体を上記高温側部位と低温側部位と
    の間で移動せしめるスターリングエンジンの圧力差生成
    方法であって、上記ハウジングには、略円柱状の空間を
    形成し、上記ディスプレーサとしての回転部材を当該円
    柱状の空間内で回転駆動させ、回転時に当該空間内の気
    体を上記高温側部位と低温側部位との間で交互に行き来
    させることを特徴とするスターリングエンジンの圧力差
    生成方法。