JP2004293829A

JP2004293829A - Driving device for sterling cycle engine

Info

Publication number: JP2004293829A
Application number: JP2003083908A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Maezawa; 一男前沢
Original assignee: Twinbird Corp
Current assignee: Twinbird Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP3887823B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the assembling workability by reducing the number of components of a magnetically conductive part and an electromagnetic core relating to a driving device of a sterling cycle engine, and to improve the dimensional accuracy. SOLUTION: A driving mechanism 16 is mounted for reciprocating a cylinder 7 inserted into a casing 1. The driving mechanism 16 is composed of a short cylindrical frame 18 coaxially mounted on an outer periphery at a basic end side of the cylinder 7 in an extended state, a cylindrical permanent magnet 18 fixed to one end side of the frame 17, a circular electromagnetic coil 19 mounted in adjacent to the outer periphery of the permanent magnet 18, and the magnetically conductive part 20 mounted in adjacent to an inner periphery of the permanent magnet 18. The electromagnetic core 24 (24a, 24b) for winding the electromagnetic coil 19 and the magnetically conductive part 20 are integrally formed by molding and sintering the iron powder coated with a synthetic resin into the proper shape. Whereby the magnetic core 24 and the magnetically conductive part 20 can be mass-produced with high productivity, high dimensional accuracy can be obtained, and the assembling performance can be improved. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリーピストン型のスターリングサイクル機関を駆動するスターリングサイクル機関用駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のスターリングサイクル機関としては、ケーシング内に設けられたシリンダの内部に、ピストン及びディスプレイサーが摺動可能に挿入されると共に、前記ピストンを駆動機構によって往復駆動させるものがあった。そして、前記ピストンが前記駆動機構によって駆動されて前記シリンダ内で前記ディスプレイサーに近づく方向に移動すると、前記ピストンとディスプレイサーの間に形成された圧縮室内の気体が圧縮されて、放熱フィン、再生器、吸熱フィンを通り、前記ディスプレイサーの先端と前記ケーシングの先端部との間に形成された膨張室に至ることで、前記ディスプレイサーが前記ピストンに対して所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストンが前記ディスプレイサーから遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室の内部が負圧となり、前記膨張室内の気体が前記吸熱フィン、再生器、放熱フィンを通って前記圧縮室に還流することで、前記ディスプレイサーが前記ピストンに対して所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室近傍は低温となり、一方、前記圧縮室近傍は高温となるというものである。（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３５５５１３号公報（段落０００２，００１８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなスターリングサイクル機関において、ピストンを往復駆動する駆動機構は、前記ピストンの基端に接続される短筒状の枠の一端に固定される永久磁石と、この永久磁石の内周側に位置して磁気的空隙を介して対向配置される導磁部と、前記枠の外周側に位置して磁気的空隙を介して対向配置される電磁コアに巻装する電磁コイルとで構成され、電磁コイルに交流電流を流すことにより、この電磁コイルから交番磁界が発生し、この交番磁界により、前記永久磁石を軸方向に往復動させ、永久磁石を固定した枠に接続されたピストンをシリンダ内において軸方向に往復動させているが、図５〜図７に示すように、その導磁部Ｍと電磁コイルの電磁コアＫは、薄い鋼鈑ａを積層して成形しているため、これら導磁部Ｍ及び電磁コアＫの組付けに際し、部品点数が増大し、組付け作業性に劣るものであった。特に、電磁コアＫは複数個に分割され、これら分割された各電磁コアＫ１を周方向に接続して一体化するものであるから、各電磁コアＫ１の両内角部ｂが線接触するように各電磁コアＫ１を位置決めする必要があり、その組付け作業は極めて面倒で手間がかかるものであった。また、分割した各電磁コアＫ１を相互に正確に接続するためには高い寸法精度が要求され、生産コストの向上を招くという問題もあった。更に、前記導磁部Ｍは、複数の平板状の鋼板ａが放射状に配列されることで構成されているため、各鋼板ａの内側では各鋼板ａ同士が接していたとしても、各鋼板ａの外側では各鋼板ａ同士が離れた状態となる。このため、前記導磁部Ｍを精度良く製造することが困難であるという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、スターリングサイクル機関の駆動装置に係る導磁部及び電磁コアの部品点数を削減し、組付け作業性に優れ、しかも安価に製造することができるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、略円筒状に形成された円筒部を有するケーシングと、このケーシングの円筒部内に同軸状に挿入される金属製のシリンダと、このシリンダの先端側内部に摺動可能に挿入したディスプレイサーと、前記シリンダの基端側内部に摺動可能に挿入したピストンと、前記シリンダの基端側の外周側に配置され前記ピストンを往復駆動させる駆動装置とを備え、該駆動装置を、前記ピストンの基端に接続される枠に固定される永久磁石と、この永久磁石の内周側に位置すると共にこの永久磁石に対して磁気的空隙を介して対向配置される導磁部と、前記永久磁石の外周側に位置すると共にこの永久磁石に対して磁気的空隙を介して対向配置される電磁コアと、この電磁コアに巻装される電磁コイルとで構成し、前記電磁コア及び／又は導磁部が、強磁性体粉と、これら強磁性体粉間を電気的に絶縁する絶縁体によって、それぞれ一体成形されているものである。
【０００７】
この請求項１の構成によれば、電磁コイルの電磁コア及び／又は導磁部の成形加工が容易となる。
【０００８】
請求項２の発明は、前記絶縁体で被覆された強磁性体粉を焼結して前記電磁コア及び／又は導磁部を一体成形したものである。
【０００９】
この請求項２の構成によれば、均一な電磁コア及び／又は導磁部を高い生産性で量産することができるとともに、高い寸法精度が得られる。
【００１０】
請求項３の発明は、前記絶縁体が合成樹脂であるものである。
【００１１】
この請求項３の構成によれば、電磁コイルの電磁コア及び／又は導磁部の成形加工がより容易になる。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下、本発明の一実施形態について、添付図を参照して説明する。図１〜図５において、１は略円筒状に形成された円筒部２と胴部３とで構成されるケーシングである。前記円筒部２はステンレス鋼などからなり、基部４と中間部５と先端部６が一体に構成されている。
【００１３】
前記円筒部２の内部には、前記胴部３の内部まで延びるシリンダ７が、前記円筒部２に対して同軸的に挿入されて設けられている。このシリンダ７の先端部６側には、このシリンダ７とは別体の延長シリンダ部７Ａが同軸状に接続されている。そして、前記胴部３側となる前記シリンダ７は、アルミニウム等の金属を用いてダイカスト等の鋳造を行うことによって、後述するマウント２６，２７及び接続用腕部３０と一体に成形されたものであり、鋳造後にシリンダ７の内外周などを切削加工したものである。そして、前記シリンダ７の先端側及び延長シリンダ部７Ａの内側には、ディスプレイサー８が軸方向に摺動可能に収容されている。また、このディスプレイサー８の先端と前記円筒部２の先端部６の間には膨張室Ｅが形成されており、隙間９によって前記延長シリンダ部７Ａの内外が連通されている。また、前記中間部５において、前記円筒部２の内周と前記シリンダ７の外周との間に再生器１０が設けられていると共に、前記基部４において、前記シリンダ７の内外を連通する連通孔１１が前記シリンダ７自体に形成されている。また、前記円筒部２の先端部６の内周と前記延長シリンダ部７Ａの先端外周との間には、吸熱フィン１２が設けられると共に、前記再生器１０と連通孔１１の間において、前記円筒部２の内周と前記シリンダ７の外周との間に放熱フィン１３が設けられている。そして、前記延長シリンダ部７Ａの内部先端から隙間９、吸熱フィン１２、再生器１０、放熱フィン１３、連通孔１１を通って前記シリンダ７内の圧縮室Ｃに至る経路１４が形成されている。更に、前記胴部３内において、前記シリンダ７の基部側の内側には、ピストン１５が軸方向に摺動可能に収容されている。そして、このピストン１５の基端部は、駆動機構１６に対して同軸的に連結されている。なお、この駆動機構１６は、前記ピストン１５の基端に接続体１５Ａによって接続されていると共に前記シリンダ７の基端側の外周に同軸状に延設された短筒状の枠１７と、この枠１７の先端側に固定された短円筒状の永久磁石１８と、この永久磁石１８の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル１９と、前記永久磁石１８の内周に近接して設けられた導磁部２０とで構成されている。
【００１４】
また、前記ピストン１５に枠１７を接続させる接続体１５Ａには、前記ピストン１５の動作を制御するための第一の板バネ２１が接続されている。さらに、前記ディスプレイサー８の基端側には、このディスプレイサー８の動作を制御するためのロッド２２の一端が接続されていると共に、このロッド２２の他端には第二の板バネ２３が接続されている。尚、前記ロッド２２は前記ピストン１５を貫通して延びている。また、前記一対の板バネ２１，２３は、前記胴部３内において前記シリンダ７の基端側の外部に配置されていると共に、前記第一の板バネ２１よりも第二の板バネ２３が前記シリンダ７の基端側から離れた位置に配置されている。
【００１５】
前記駆動機構１６について詳述する。この駆動機構１６を構成する前記導磁部２０は円筒状に形成されている。また、前記電磁コイル１９は電磁コア２４に巻かれるように設けられている。この電磁コア２４は第１の電磁コア２４ａと第２の電磁コア２４ｂとに分割して構成されている。これら第１及び第２の電磁コア２４ａ，２４ｂは内側及び外側にそれぞれフランジ部２５ａ，２５ｂを有し、それぞれ断面形状ほぼコ字型に成形されている。そして、前記第１及び第２の電磁コア２４ａ，２４ｂの内側に電磁コイル１９を配置すると共に、前記第１及び第２の電磁コア２４ａ，２４ｂのそれぞれのフランジ部２５ａ，２５ｂ同士を突き合せることで、前記電磁コア２４を前記電磁コイル１９等と共に一体化している。なお、前記電磁コア２４を構成する第１及び第２の電磁コア２４ａ，２４ｂ及び前記導磁部２０は、図４に示すように、絶縁体である合成樹脂Ｓで予め被覆された強磁性体である鉄粉Ｔを適宜形状に成形した後、これを焼結することで、図２及び図３に示すように、前記第１及び第２の電磁コア２４ａ，２４ｂと円筒状の導磁部２０をそれぞれ一体形成している。そして、このように合成樹脂Ｓと鉄粉Ｔによって前記第１及び第２の電磁コア２４ａ，２４ｂ及び導磁部２０をそれぞれ一体形成することで、これらの電磁コア２４ａ，２４ｂ及び導磁部２０を容易に且つ精度良く形成することができる。尚、前記電磁コア２４及び導磁部２０は、熱によって軟化した熱可塑性の合成樹脂Ｓに大量の鉄粉Ｔを混合し、金型内で成形することで一体形成しても良い。また、前記合成樹脂Ｓとして、熱や化学反応によって硬化する樹脂を用い、これに大量の鉄粉Ｔを混合した後で成形しても良い。また、前記合成樹脂Ｓの代わりに、セラミックス等の他の絶縁体を用いても良い。更に、前記鉄粉Ｔの代わりに、他の強磁性体の粉末を用いても良い。そして、このように前記電磁コア２４及び導磁部２０を合成樹脂Ｓと鉄粉Ｔとで一体形成することで、電磁コイル１９から発生した磁力線によって前記電磁コア２４及び導磁部２０内の鉄粉Ｔに渦電流が流れようとしても、前記各鉄粉Ｔ同士が前記合成樹脂Ｓによって絶縁されていることで、複数の鉄粉Ｔに渡って渦電流が流れることが防止される。
【００１６】
また、前記シリンダ７の中間部の外周面には、該シリンダ７と同軸状に突出するマウント２６が一体に形成されていると共に、このマウント２６よりも基端側の位置に、フランジ状のマウント２７が前記シリンダ７と一体に成形されている。これら一対のマウント２６，２７は間隔をおいて配置されていると共に、前記マウント２６は、前記円筒部２の基部４にＯ−リング２６Ａを介して当接してシリンダ７をケーシング１の円筒部２に固定する。一方、前記マウント２７は、その一側面２７Ａが前記胴部３内部の取付部３Ａに当接してこの取付部３Ａに対して螺子止めされるように構成されていると共に、その他側面２７Ｂに前記駆動機構１６を構成する電磁コア２４の一端が当接するように形成されている。また、前記電磁コア２４の他端には固定リング２８が当接しており、この固定リング２８と前記マウント２７とで前記電磁コア２４を挟持してビス２９によって締め付けることによって、前記電磁コア２４、ひいてはこの電磁コア２４と一体化している前記電磁コイル１９が前記マウント２７に固定される。更に、前記マウント２７の他側面２７Ｂから、複数の接続用腕部３０が前記シリンダ７の軸方向と略平行に突設されている。なお、前記接続用腕部３０は、基端３０Ａにおいて前記マウント２７と一体に形成されている。また、前記接続用腕部３０の先端面３０Ｂは、前記シリンダ７の軸方向と直交するように同一面上に形成されており、この先端面３０Ｂに雌螺子を有する螺子孔３０Ｃが前記シリンダ７の軸方向と平行に形成されている。
【００１７】
前記先端面３０Ｂには、前記第一の板バネ２１が当接する。この第一の板バネ２１は、前記先端面３０Ｂに当接した状態で前記腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。なお、前記スペーサー３１は、その本体３１Ａが正六角柱状に形成されており、その一端に前記螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合する雄螺子３１Ｂが前記本体３１Ａと同軸に形成されていると共に、その他端面３１Ｃに雌螺子を有する螺子孔３１Ｄが前記本体３１Ａと同軸に形成されている。そして、前記第一の板バネ２１の外周部に形成された螺子孔２１Ａを介して、前記スペーサー３１の一端の雄螺子３１Ｂを腕部３０の螺子孔３０Ｃの雌螺子と螺合させることで、前記第一の板バネ２１が前記腕部３０とスペーサー３１との間で挟持される。このとき、前記スペーサー３１の本体３１Ａが正六角柱状に形成されているので、スパナ等で締め付けることで簡単に腕部３０に取り付けられる。また、前記複数の先端面３０Ｂが前記シリンダ７の軸方向と直交するように同一面上に形成されているため、これらの先端面３０Ｂに当接する第一の板バネ２１も前記シリンダ７の軸方向に対して直交することになる。更に、前記スペーサー３１は、前記複数の腕部３０にそれぞれ取り付けた状態において、前記スペーサー３１の他端面３１Ｃは、前記シリンダ７の軸方向と直交するように同一面上に形成されており、この他端面３１Ｃに前記第二の板バネ２３が当接する。そして、この第二の板バネ２３は、前記他端面３１Ｃに当接した状態で、前記第二の板バネ２３の外周部に形成された螺子孔２３Ａを介して、ビス３２をスペーサー３１の螺子孔３１Ｄの雌螺子と螺合させることで、前記第二の板バネ２３が前記スペーサー３１に固定される。
【００１８】
尚、図中３３はケーシング１の他端に設けた振動吸収ユニットであり、前記シリンダ７の軸線上に配置された連結部を介して同軸状に複数の板バネ３４とバランスウエイト３５が重なるように配置されている。
【００１９】
従って、前記シリンダ７は、前記マウント２６を円筒部２の基部４の内側にＯ−リング２６Ａを介して当接させると共に、前記マウント２７の一側面２７Ａを前記胴部３内部の取付部３Ａに当接させてこの取付部３Ａに対して螺子止めすることで、前記ケーシング１に対して固定される。この際、前記マウント２６が円筒部２の内面にＯ−リング２６Ａを介して当接することで、前記シリンダ７を円筒部２に対して同軸に配置することができる。また、前記シリンダ７は、このシリンダ７の基端側の外周に導磁部２０を取り付けると共に、前記シリンダ７と一体に形成されたマウント２７に対して、前記固定リング２８及びビス２９によって、前記駆動機構１６を構成する電磁コイル１９及び電磁コア２４を固定する。更に、前記シリンダ７内に前記ディスプレイサー８、ピストン１５等を組み込み、このピストン１５の基端の接続体１５Ａに取り付けられた第一の板バネ２１を前記腕部３０とスペーサー３１との間で挟持して固定すると共に、前記ディスプレイサー８に接続されたロッド２２の他端に接続された第二の板バネ２３を前記スペーサー３１の他端に固定する。その後に、前記胴部３と円筒部２を接続し、予め組み立てられた振動吸収ユニット３３を前記胴部３に取り付ける。
【００２０】
そして、前記構成により、前記電磁コイル１９に交流電流を流すと、この電磁コイル１９から交番磁界が発生して電磁コア２４で集中し、この交番磁界によって、前記永久磁石１８を軸方向に往復動させる力が生じる。この力によって、前記永久磁石１８を固定した枠１７に接続されたピストン１５がシリンダ７内を軸方向に往復動する。このため、前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８に近づく方向に移動すると、前記ピストン１５とディスプレイサー８との間に形成された圧縮室Ｃ内の気体が圧縮されて、前記連通孔１１、放熱フィン１３、再生器１０、吸熱フィン１２、隙間９を通り、前記ディスプレイサー８の先端と円筒部２の先端部６の間に形成された膨張室Ｅに至ることで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５に対して所定の位相差をもって押し下げられる。一方、前記ピストン１５が前記ディスプレイサー８から遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室Ｃの内部が負圧となり、前記膨張室内の気体が前記膨張室Ｅから前記隙間９、吸熱フィン１２、再生器１０、放熱フィン１３、連通孔１１を通って前記圧縮室Ｃに還流することで、前記ディスプレイサー８が前記ピストン１５に対して所定の位相差をもって押し上げられる。このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室Ｅの近傍は低温となり、一方、前記圧縮室Ｃの近傍は高温となる。
【００２１】
以上のように構成される前記実施形態のスターリングサイクル機関は、前記電磁コイル１９を内蔵する電磁コア２４を構成する第１の電磁コア２４ａと第２の電磁コア２４ｂ及びこれら各電磁コア２４ａ，２４ｂと永久磁石１８を挟んで対向配置される導磁部２０が、合成樹脂Ｓで予め被覆された鉄粉Ｔを適宜形状に成形した後、これを焼結することで一体形成されているから、極めて成形加工が容易である。すなわち、従来は、電磁コアを製造する場合、薄板を積層して成形した積層電磁コアを相互に線接触するように環状に組み付ける必要があるが、本実施例においては、各電磁コア２４ａ，２４ｂが合成樹脂Ｓと鉄粉Ｔからなる一体形成品であるから、こうした煩わしい作業を行う必要もない。また、部品点数も大幅に削減できるため、製造コストを抑えることができるとともに、合成樹脂Ｓで被覆した鉄粉Ｔを焼結して各電磁コア２４ａ，２４ｂ及び導磁部２０をそれぞれ一体成形したものであるから、均一な形状の電磁コア２４ａ，２４ｂ及び導磁部２０を高い生産性で量産することができるとともに、高い寸法精度が得られ、組み立て性の向上を図ることができる。
【００２２】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態においては、電磁コア２４を構成する第１の電磁コア２４ａと第２の電磁コア２４ｂ及び導磁部２０を合成樹脂Ｓと鉄粉Ｔで一体形成した例を示したが、何れか一方のみを合成樹脂Ｓと鉄粉Ｔで一体形成し、他方は薄い鋼板を積層した従来品であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、略円筒状に形成された円筒部を有するケーシングと、このケーシングの円筒部内に同軸状に挿入される金属製のシリンダと、このシリンダの先端側内部に摺動可能に挿入したディスプレイサーと、前記シリンダの基端側内部に摺動可能に挿入したピストンと、前記シリンダの基端側の外周側に配置され前記ピストンを往復駆動させる駆動装置とを備え、該駆動装置を、前記ピストンの基端に接続される枠に固定される永久磁石と、この永久磁石の内周側に位置すると共にこの永久磁石に対して磁気的空隙を介して対向配置される導磁部と、前記永久磁石の外周側に位置すると共にこの永久磁石に対して磁気的空隙を介して対向配置される電磁コアと、この電磁コアに巻装される電磁コイルとで構成し、前記電磁コア及び／又は導磁部が、強磁性体粉と、これら強磁性体粉間を電気的に絶縁する絶縁体によって、それぞれ一体成形されているものであるから、電磁コイルの電磁コア及び／又は導磁部の成形加工が容易となり、部品点数も大幅に削減できる。
【００２４】
また、請求項２の発明は、前記絶縁体で被覆された強磁性体粉を焼結して前記電磁コア及び／又は導磁部を一体成形したものであるから、均一な形状の電磁コア及び／又は導磁部を高い生産性で量産することができるとともに、高い寸法精度が得られ、組み立て性の向上を図ることができる。
【００２５】
更に、請求項３の発明は、前記絶縁体が合成樹脂であるものであるから、電磁コイルの電磁コア及び／又は導磁部の成形加工をより容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す一部を切り欠いた電磁コアの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す導磁部の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す電磁コア及び導磁部の材料を拡大した断面図である。
【図５】従来の導磁部を示す斜視図である。
【図６】従来の電磁コアを示す一部を省略した斜視図である。
【図７】従来の電磁コアを示す一部を平面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
２円筒部
７シリンダ
８ディスプレイサー
１５ピストン
１６駆動機構
１９電磁コイル
２０導磁部
２４電磁コア
２４ａ第１の電磁コア
２４ｂ第２の電磁コア
Ｔ鉄粉（強磁性体）
Ｓ合成樹脂（絶縁体）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive device for a Stirling cycle engine that drives a free piston type Stirling cycle engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of Stirling cycle engine, a piston and a displacer are slidably inserted into a cylinder provided in a casing, and the piston is reciprocated by a drive mechanism. When the piston is driven by the drive mechanism and moves in the cylinder in a direction approaching the displacer, the gas in the compression chamber formed between the piston and the displacer is compressed, and the heat radiating fin, the regeneration The displacer is pushed down with a predetermined phase difference with respect to the piston by reaching the expansion chamber formed between the distal end of the displacer and the distal end portion of the casing. On the other hand, when the piston moves away from the displacer, the inside of the compression chamber becomes negative pressure, and the gas in the expansion chamber returns to the compression chamber through the heat absorption fins, the regenerator, and the heat radiation fins. Thus, the displacer is pushed up with a predetermined phase difference with respect to the piston. In such a process, a reversible cycle composed of two isothermal changes and an isovolume change is performed, so that the vicinity of the expansion chamber becomes a low temperature, while the vicinity of the compression chamber becomes a high temperature. (For example, patent document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-355513 A (paragraphs 0002, 0018)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a Stirling cycle engine, a drive mechanism for reciprocating the piston is provided with a permanent magnet fixed to one end of a short cylindrical frame connected to the base end of the piston and an inner peripheral side of the permanent magnet. An electromagnetic coil wound around a magnetic core located on the outer peripheral side of the frame and disposed opposite to the magnetic core via the magnetic gap. When an alternating current is passed through the coil, an alternating magnetic field is generated from the electromagnetic coil. The alternating magnetic field causes the permanent magnet to reciprocate in the axial direction, and a piston connected to a frame to which the permanent magnet is fixed is placed inside the cylinder. As shown in FIGS. 5 to 7, the magnetic conducting part M and the electromagnetic core K of the electromagnetic coil are formed by laminating thin steel plates a. Of magnetic part M and electromagnetic core K Upon attached, the number of components is increased, it was inferior in assembling operability. In particular, the electromagnetic core K is divided into a plurality of parts, and the divided electromagnetic cores K1 are connected and integrated in the circumferential direction, so that both inner corners b of the electromagnetic cores K1 are in line contact. It was necessary to position each electromagnetic core K1, and the assembling work was very troublesome and time-consuming. Moreover, in order to connect each divided | segmented electromagnetic core K1 correctly mutually, high dimensional accuracy was requested | required and there also existed a problem of causing the improvement of production cost. Further, since the magnetic conducting part M is configured by arranging a plurality of flat steel plates a in a radial pattern, even if the steel plates a are in contact with each other inside the steel plates a, the steel plates a The steel plates a are separated from each other on the outside. For this reason, there also existed a problem that it was difficult to manufacture the said magnetic conduction part M with sufficient precision.
[0005]
Therefore, the present invention aims to reduce the number of parts of the magnetically conductive portion and the electromagnetic core according to the drive device of the Stirling cycle engine so that the assembly workability is excellent and it can be manufactured at low cost. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 is a casing having a cylindrical portion formed in a substantially cylindrical shape, a metal cylinder coaxially inserted into the cylindrical portion of the casing, and slidable inside the tip side of the cylinder. An inserted displacer; a piston slidably inserted into a base end side of the cylinder; and a driving device disposed on an outer peripheral side of the base end side of the cylinder to reciprocate the piston. A permanent magnet fixed to a frame connected to the base end of the piston, and a magnetism guide portion positioned on the inner peripheral side of the permanent magnet and disposed opposite to the permanent magnet via a magnetic gap And an electromagnetic core that is located on the outer peripheral side of the permanent magnet and is disposed opposite to the permanent magnet via a magnetic gap, and an electromagnetic coil wound around the electromagnetic core, the electromagnetic core as well as/ The electrically magnetized portion is a ferromagnetic powder, these ferromagnetic powders during the electrically insulating insulator, in which are integrally molded respectively.
[0007]
According to the configuration of the first aspect, it is possible to easily form the electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion of the electromagnetic coil.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion are integrally formed by sintering the ferromagnetic powder coated with the insulator.
[0009]
According to the configuration of the second aspect, the uniform electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion can be mass-produced with high productivity and high dimensional accuracy can be obtained.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the insulator is a synthetic resin.
[0011]
According to the configuration of the third aspect, it is easier to form the electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion of the electromagnetic coil.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. 1 to 5, reference numeral 1 denotes a casing composed of a cylindrical portion 2 and a body portion 3 formed in a substantially cylindrical shape. The cylindrical portion 2 is made of stainless steel or the like, and a base portion 4, an intermediate portion 5 and a tip portion 6 are integrally formed.
[0013]
Inside the cylindrical part 2, a cylinder 7 extending to the inside of the body part 3 is provided so as to be coaxially inserted with respect to the cylindrical part 2. An extension cylinder portion 7A separate from the cylinder 7 is coaxially connected to the tip portion 6 side of the cylinder 7. The cylinder 7 on the side of the body portion 3 is formed integrally with mounts 26 and 27 and connecting arm portions 30 to be described later by casting die casting or the like using a metal such as aluminum. Yes, the inner and outer circumferences of the cylinder 7 are cut after casting. A displacer 8 is accommodated slidably in the axial direction on the distal end side of the cylinder 7 and on the inner side of the extension cylinder portion 7A. An expansion chamber E is formed between the tip of the displacer 8 and the tip 6 of the cylindrical portion 2, and the inside and outside of the extension cylinder 7 A communicate with each other through a gap 9. In the intermediate portion 5, a regenerator 10 is provided between the inner periphery of the cylindrical portion 2 and the outer periphery of the cylinder 7, and a communication hole that communicates the inside and outside of the cylinder 7 in the base portion 4. 11 is formed in the cylinder 7 itself. Further, a heat-absorbing fin 12 is provided between the inner periphery of the distal end portion 6 of the cylindrical portion 2 and the outer periphery of the distal end of the extension cylinder portion 7A, and the cylinder is interposed between the regenerator 10 and the communication hole 11. Radiating fins 13 are provided between the inner periphery of the part 2 and the outer periphery of the cylinder 7. A path 14 is formed from the inner tip of the extension cylinder portion 7A to the compression chamber C in the cylinder 7 through the gap 9, the heat absorbing fin 12, the regenerator 10, the heat radiating fin 13, and the communication hole 11. Further, a piston 15 is accommodated in the body portion 3 on the inner side of the base portion side of the cylinder 7 so as to be slidable in the axial direction. The base end portion of the piston 15 is coaxially connected to the drive mechanism 16. The drive mechanism 16 includes a short cylindrical frame 17 connected to the base end of the piston 15 by a connecting body 15A and coaxially extending to the outer periphery on the base end side of the cylinder 7. A short cylindrical permanent magnet 18 fixed to the front end side of the frame 17, an annular electromagnetic coil 19 provided in the vicinity of the outer periphery of the permanent magnet 18, and an inner periphery of the permanent magnet 18. And the magnetically conductive portion 20 formed.
[0014]
A first leaf spring 21 for controlling the operation of the piston 15 is connected to a connecting body 15A for connecting the frame 17 to the piston 15. Further, one end of a rod 22 for controlling the operation of the display sensor 8 is connected to the proximal end side of the display sensor 8, and a second leaf spring 23 is connected to the other end of the rod 22. It is connected. The rod 22 extends through the piston 15. The pair of leaf springs 21 and 23 are disposed outside the base end side of the cylinder 7 in the body portion 3, and the second leaf spring 23 is more than the first leaf spring 21. It is arranged at a position away from the base end side of the cylinder 7.
[0015]
The drive mechanism 16 will be described in detail. The magnetic conducting part 20 constituting the drive mechanism 16 is formed in a cylindrical shape. The electromagnetic coil 19 is provided to be wound around the electromagnetic core 24. The electromagnetic core 24 is divided into a first electromagnetic core 24a and a second electromagnetic core 24b. The first and second electromagnetic cores 24a and 24b have flange portions 25a and 25b on the inner side and the outer side, respectively, and are each formed in a substantially U-shaped cross section. And while arrange | positioning the electromagnetic coil 19 inside the said 1st and 2nd electromagnetic core 24a, 24b, each flange part 25a, 25b of the said 1st and 2nd electromagnetic core 24a, 24b is faced | matched. Thus, the electromagnetic core 24 is integrated with the electromagnetic coil 19 and the like. As shown in FIG. 4, the first and second electromagnetic cores 24a, 24b and the magnetic conducting portion 20 constituting the electromagnetic core 24 are coated with a ferromagnetic material preliminarily covered with a synthetic resin S that is an insulator. After the iron powder T is formed into a suitable shape and sintered, as shown in FIGS. 2 and 3, the first and second electromagnetic cores 24a and 24b and the cylindrical magnetic conducting portion 20 are integrally formed. Then, the first and second electromagnetic cores 24a, 24b and the magnetic conducting part 20 are integrally formed with the synthetic resin S and the iron powder T in this manner, so that the electromagnetic cores 24a, 24b and the magnetic conducting part 20 are integrally formed. Can be formed easily and accurately. The electromagnetic core 24 and the magnetic conducting part 20 may be integrally formed by mixing a large amount of iron powder T with a thermoplastic synthetic resin S softened by heat and molding it in a mold. Further, as the synthetic resin S, a resin that is cured by heat or a chemical reaction may be used, and a large amount of iron powder T may be mixed therewith and then molded. Further, instead of the synthetic resin S, other insulators such as ceramics may be used. Further, instead of the iron powder T, other ferromagnetic powder may be used. Then, by integrally forming the electromagnetic core 24 and the magnetic conducting part 20 with the synthetic resin S and the iron powder T in this way, the iron in the electromagnetic core 24 and the magnetic conducting part 20 is generated by the lines of magnetic force generated from the electromagnetic coil 19. Even if an eddy current flows through the powder T, the iron powders T are insulated from each other by the synthetic resin S, whereby an eddy current is prevented from flowing over the plurality of iron powders T.
[0016]
In addition, a mount 26 that projects coaxially with the cylinder 7 is integrally formed on the outer peripheral surface of the intermediate portion of the cylinder 7, and a flange-like mount is provided at a position closer to the base end side than the mount 26. 27 is formed integrally with the cylinder 7. The pair of mounts 26 and 27 are spaced apart from each other, and the mount 26 abuts the base 4 of the cylindrical portion 2 via an O-ring 26 A to attach the cylinder 7 to the cylindrical portion 2 of the casing 1. Secure to. On the other hand, the mount 27 is configured such that one side surface 27A abuts on the mounting portion 3A inside the body portion 3 and is screwed to the mounting portion 3A, and the other side surface 27B is driven by the drive. One end of the electromagnetic core 24 constituting the mechanism 16 is formed so as to abut. Further, a fixing ring 28 is in contact with the other end of the electromagnetic core 24, and the electromagnetic core 24 is sandwiched between the fixing ring 28 and the mount 27 and tightened with screws 29. As a result, the electromagnetic coil 19 integrated with the electromagnetic core 24 is fixed to the mount 27. Further, a plurality of connecting arm portions 30 project from the other side surface 27 B of the mount 27 substantially parallel to the axial direction of the cylinder 7. The connecting arm 30 is formed integrally with the mount 27 at the base end 30A. Further, the distal end surface 30B of the connecting arm portion 30 is formed on the same plane so as to be orthogonal to the axial direction of the cylinder 7, and a screw hole 30C having a female screw is formed in the distal end surface 30B. It is formed in parallel with the axial direction.
[0017]
The first leaf spring 21 is in contact with the distal end surface 30B. The first leaf spring 21 is sandwiched between the arm portion 30 and the spacer 31 in a state of being in contact with the distal end surface 30B. The spacer 31 has a main body 31A formed in a regular hexagonal columnar shape, and a male screw 31B that is screwed into one end of the female screw of the screw hole 30C is formed coaxially with the main body 31A. In addition, a screw hole 31D having a female screw on the end face 31C is formed coaxially with the main body 31A. Then, the male screw 31B at one end of the spacer 31 is screwed with the female screw of the screw hole 30C of the arm portion 30 through the screw hole 21A formed in the outer peripheral portion of the first leaf spring 21. The first leaf spring 21 is sandwiched between the arm portion 30 and the spacer 31. At this time, since the main body 31A of the spacer 31 is formed in a regular hexagonal column shape, it can be easily attached to the arm portion 30 by tightening with a spanner or the like. Further, since the plurality of tip surfaces 30B are formed on the same surface so as to be orthogonal to the axial direction of the cylinder 7, the first leaf spring 21 that contacts these tip surfaces 30B is also the axis of the cylinder 7. It will be orthogonal to the direction. Further, in the state where the spacer 31 is attached to each of the plurality of arm portions 30, the other end surface 31C of the spacer 31 is formed on the same surface so as to be orthogonal to the axial direction of the cylinder 7. The second leaf spring 23 contacts the other end surface 31C. The second plate spring 23 is in contact with the other end surface 31C, and the screw 32 is screwed into the spacer 31 through the screw hole 23A formed in the outer peripheral portion of the second plate spring 23. The second leaf spring 23 is fixed to the spacer 31 by screwing with the female screw of the hole 31D.
[0018]
In the figure, reference numeral 33 denotes a vibration absorbing unit provided at the other end of the casing 1 so that the plurality of leaf springs 34 and the balance weight 35 overlap in a coaxial manner via a connecting portion disposed on the axis of the cylinder 7. Is arranged.
[0019]
Therefore, the cylinder 7 causes the mount 26 to contact the inner side of the base 4 of the cylindrical portion 2 via the O-ring 26A, and one side surface 27A of the mount 27 is attached to the mounting portion 3A inside the trunk portion 3. It is fixed with respect to the casing 1 by being brought into contact and screwed to the mounting portion 3A. At this time, the cylinder 26 can be arranged coaxially with the cylindrical portion 2 by the mount 26 contacting the inner surface of the cylindrical portion 2 via the O-ring 26 A. In addition, the cylinder 7 is provided with the magnetism guide portion 20 on the outer periphery of the base end side of the cylinder 7 and the mount 27 formed integrally with the cylinder 7 by the fixing ring 28 and the screw 29. The electromagnetic coil 19 and the electromagnetic core 24 constituting the drive mechanism 16 are fixed. Further, the displacer 8, the piston 15, etc. are incorporated in the cylinder 7, and the first leaf spring 21 attached to the connecting body 15 A at the base end of the piston 15 is interposed between the arm portion 30 and the spacer 31. The second plate spring 23 connected to the other end of the rod 22 connected to the displacer 8 is fixed to the other end of the spacer 31 while being clamped and fixed. After that, the barrel portion 3 and the cylindrical portion 2 are connected, and the vibration absorbing unit 33 assembled in advance is attached to the barrel portion 3.
[0020]
With this configuration, when an alternating current is passed through the electromagnetic coil 19, an alternating magnetic field is generated from the electromagnetic coil 19 and concentrated by the electromagnetic core 24, and the alternating magnet reciprocates the permanent magnet 18 in the axial direction. The force to make arises. By this force, the piston 15 connected to the frame 17 to which the permanent magnet 18 is fixed reciprocates in the cylinder 7 in the axial direction. For this reason, when the piston 15 moves in a direction approaching the displacer 8, the gas in the compression chamber C formed between the piston 15 and the displacer 8 is compressed, and the communication hole 11, the radiating fin 13, the regenerator 10, the endothermic fin 12, and the gap 9, and reaches the expansion chamber E formed between the distal end of the displacer 8 and the distal end portion 6 of the cylindrical portion 2. 15 with a predetermined phase difference. On the other hand, when the piston 15 moves away from the displacer 8, the inside of the compression chamber C becomes negative pressure, and the gas in the expansion chamber passes from the expansion chamber E to the gap 9, the heat absorption fin 12, and the regenerator 10. The displacer 8 is pushed up with respect to the piston 15 with a predetermined phase difference by returning to the compression chamber C through the radiation fins 13 and the communication holes 11. By performing a reversible cycle consisting of two isothermal changes and an isovolume change in such a process, the vicinity of the expansion chamber E becomes a low temperature, while the vicinity of the compression chamber C becomes a high temperature.
[0021]
The Stirling cycle engine of the embodiment configured as described above includes the first electromagnetic core 24a and the second electromagnetic core 24b constituting the electromagnetic core 24 incorporating the electromagnetic coil 19, and the electromagnetic cores 24a and 24b. Since the magnetically conductive portion 20 disposed opposite to the permanent magnet 18 is formed into an appropriate shape after the iron powder T pre-coated with the synthetic resin S is formed into a suitable shape, it is integrally formed. It is extremely easy to mold. That is, conventionally, when manufacturing an electromagnetic core, it is necessary to assemble the laminated electromagnetic cores formed by laminating thin plates in a ring shape so as to be in line contact with each other, but in this embodiment, each electromagnetic core 24a, 24b. Is an integrally formed product made of synthetic resin S and iron powder T, so there is no need to perform such troublesome work. In addition, since the number of parts can be greatly reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the iron powder T coated with the synthetic resin S is sintered to integrally form the electromagnetic cores 24a and 24b and the magnetic conducting portion 20. Therefore, the uniform-shaped electromagnetic cores 24a and 24b and the magnetically conductive portion 20 can be mass-produced with high productivity, high dimensional accuracy can be obtained, and assemblability can be improved.
[0022]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which the first electromagnetic core 24a, the second electromagnetic core 24b, and the magnetic conducting portion 20 constituting the electromagnetic core 24 are integrally formed of the synthetic resin S and the iron powder T is shown. Any one of them may be a conventional product in which only one of them is integrally formed with the synthetic resin S and the iron powder T and the other is laminated with thin steel plates.
[0023]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a casing having a cylindrical portion formed in a substantially cylindrical shape, a metal cylinder inserted coaxially into the cylindrical portion of the casing, and a slide inside the front end side of the cylinder A displacer that can be inserted, a piston that is slidably inserted into the inside of the base end of the cylinder, and a drive device that is disposed on the outer peripheral side of the base end side of the cylinder and drives the piston to reciprocate, A driving device includes a permanent magnet fixed to a frame connected to the base end of the piston, and a guide which is located on the inner peripheral side of the permanent magnet and is disposed opposite to the permanent magnet via a magnetic gap. A magnetic part, an electromagnetic core located on the outer peripheral side of the permanent magnet and disposed opposite to the permanent magnet via a magnetic gap, and an electromagnetic coil wound around the electromagnetic core, Electromagnetic core And / or the magnetic conducting part are integrally formed by the ferromagnetic powder and an insulator that electrically insulates the ferromagnetic powder from each other. The magnetic part can be easily molded and the number of parts can be greatly reduced.
[0024]
In the invention of claim 2, since the ferromagnetic core coated with the insulator is sintered and the electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion are integrally molded, In addition, mass production of the magnetically conductive portion can be performed with high productivity, high dimensional accuracy can be obtained, and assemblability can be improved.
[0025]
Furthermore, in the invention of claim 3, since the insulator is a synthetic resin, it is possible to more easily form the electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion of the electromagnetic coil.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of an electromagnetic core with a part cut away showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a magnetic conducting part showing an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a material for an electromagnetic core and a magnetic conducting part showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional magnetic conducting part.
FIG. 6 is a perspective view of a conventional electromagnetic core with a part thereof omitted.
FIG. 7 is a plan view showing a part of a conventional electromagnetic core.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Cylindrical part 7 Cylinder 8 Displacer 15 Piston 16 Drive mechanism 19 Electromagnetic coil 20 Magnetic conduction part 24 Electromagnetic core 24a 1st electromagnetic core 24b 2nd electromagnetic core T Iron powder (ferromagnetic substance)
S Synthetic resin (insulator)

Claims

A casing having a cylindrical portion formed in a substantially cylindrical shape, a metal cylinder that is coaxially inserted into the cylindrical portion of the casing, a displacer that is slidably inserted into the inside of the tip side of the cylinder, and A piston that is slidably inserted into the base end side of the cylinder, and a drive device that is disposed on the outer peripheral side of the base end side of the cylinder and reciprocally drives the piston. A permanent magnet fixed to a frame connected to the inner surface of the permanent magnet, a magnetically conductive portion located on the inner peripheral side of the permanent magnet and disposed opposite to the permanent magnet via a magnetic gap, and an outer periphery of the permanent magnet The electromagnetic core is located on the side and disposed opposite to the permanent magnet via a magnetic gap, and the electromagnetic coil wound around the electromagnetic core. , Strong magnetic And body powders, these ferromagnetic powders during the electrically insulating insulator, Stirling cycle engine for driving apparatus characterized by being integrally molded respectively.

2. The Stirling cycle engine drive device according to claim 1, wherein the ferromagnetic core powder coated with the insulator is sintered to integrally form the electromagnetic core and / or the magnetic conducting portion.

3. The Stirling cycle engine drive device according to claim 1, wherein the insulator is a synthetic resin.