JP2008525703A - リニアフリーピストンスターリング装置 - Google Patents

Abstract

ディスプレーサ（３）と出力ピストン（４）とを備えるリニアフリーピストンスターリング装置。ロッド（９）は、一方の端部でディスプレーサに取り付けられ、出力ピストンを通って延び、他方の端部でばね（１１）を介してケーシングに取り付けられている。他方の端部に設けられた弾性ストッパ（２０）は、ディスプレーサの移動が所定の限界を超える場合、エンジンケーシング（２５）と接触するように配置されている。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は、リニアフリーピストンスターリング装置に関する。

この種の装置は、ケーシング内に相互に取り付けられたディスプレーサおよび出力ピストンと、一方の端部でディスプレーサに取り付けられ、出力ピストンの開口部を通って延びるロッドと、ケーシングに対して取り付けられ、ロッドおよびディスプレーサを相互に支持するようロッドにその他方の端部の近傍にて取り付けられたばねとを備える。以降、このような装置を、「前記タイプの」と呼ぶこととする。

前記タイプのエンジンの動作中、出力の増加などの特定の外的条件により、ディスプレーサのストローク長が増えることになる。また、エンジンがグリッド（ｇｒｉｄ）に接続されている場合、本線の電圧の変動が、ストローク長の変化を引き起こすことがある。

ディスプレーサのこの種のオーバーストロークはいずれも、いくつかの問題を引き起こす。それにより、ディスプレーサと出力ピストンの間の衝突を引き起こすことがあり、ばねの過度の伸張がばねの早期の不具合を引き起こすか、またはロッドとエンジンケーシングの間の衝突がそれによって不快な音を引き起こす。

本発明によると、前記タイプの装置は、使用時にディスプレーサの移動が所定の限界を超える場合にエンジンケーシングと接触するように配置されたロッドの他方の端部上に設けられた、弾性的なストッパを有することを特徴とする。

弾性的なストッパの存在は、いくつかの利点をもたらす。ストッパは、弾性を有するため、ディスプレーサピストンがオーバーストロークし始める場合にエンジンケーシングと接触するように設計され得る。これは、ストッパとケーシングとの間に「柔らかな」接触面を提供し、これにより、ディスプレーサがオーバーストロークできる程度が制限され、音が低減される。弾性的ストッパはまた、エンジン調整に関してさらなる利点を有する。エンジンの組立ての間に、ディスプレーサの往復運動の所望の最大振幅を実現するための調整が、ストッパの外周から均一に材料を取り除くことによって実行される。これは、弾性的ストッパを用いて容易に実現する。

弾性的なストッパは、典型的には、ディスプレーサの質量の約２０％の質量を有することが必要とされ、このため、その全体的な寸法が過大になり利用可能な空間中に収容できなくなる場合がある。したがって、ストッパは、ケーシングと向かい合う第１の弾性部分と、ケーシングから最も遠い弾性部分の側面上に、より高密度の第２の非弾性部分とを備えるものとすることができる。この非弾性部分は、例えば鋼などの金属から作ることができ、このことにより、ストッパの全体的なサイズを所定の質量に対して縮小させることができる。

ストッパは、発泡体またはプラスチックなどの任意の適した弾性材料で作ることができるが、好ましくはゴムである。それは、ばねであってもよい。

本発明に従って構成されたスターリング装置の例を、スターリング装置の概略断面図である添付図面を参照して説明する。この具体的な例は、エンジンに関するが、この構成が発動機または冷却器などの他のスターリング装置に均等に適用できることを理解されたい。

リニアフリーピストンスターリング装置（この場合エンジン）が図１に概略的に示されている。このエンジンの基本的な構成は、当技術分野でよく知られている。（例えば、次の文献の第９頁、図２を参照。「Ｆｒｅｅ−Ｐｉｓｔｏｎ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｆｅａｔｕｒｅｓ（フリーピストンスターリング構成の特徴）」、Ｌａｎｅ，Ｎ．Ｗ．およびＢｅａｌｅ，Ｗ．Ｔ．共著、１９９７［Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｆｒｅｅ−ｐｉｓｔｏｎ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｓ ｏｆ ３．０ ａｎｄ １．１ｋＷ ｏｕｔｐｕｔ．（３．０および１．１ｋＷ出力のフリーピストンスターリングエンジンの最新設計の特徴の概観）］、ｗｗｗ．Ｓｕｎｐｏｗｅｒ．ｃｏｍ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙにて入手可能で、これは、イタリア、アンコーナ（Ａｎｃｏｎａ）大学で１９９７年５月２７〜３０日に開催されたｔｈｅ Ｅｉｇｈｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔｉｒｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（第８回国際スターリングエンジン会議）で発表された。）

簡単に説明すると、エンジンは、燃焼器（図示せず）によって加熱されるフィン２を有するヘッド１を有する。エンジンハウジング内には、互いに相対的に直線的に往復運動するディスプレーサ３および出力ピストン４がある。出力ピストン４は、ドラム５に取り付けられ、このドラム５に磁石６が取り付けられている。磁石は、電磁気による相互作用を行うためにステータ７に対し往復運動する。エンジンの中間領域は、冷却（ｃｏｏｌａｎｔ）回路８の中の流体によって冷却される。

ディスプレーサ３は、可撓性のロッド９を有し、このロッド９は、出力ピストン４の中央を通って延び、１対の平面のばね１１に対して取り付けられている。これらは、ボルト１２によってエンジンハウジングに固定されている。ロッド９の上部は、ディスプレーサ３に取り付けられた環状スリーブ１０によって囲まれ、この環状スリーブ１０は、出力ピストン４内を摺動する。ディスプレーサ３が往復運動すると、平面のばね１１は曲がり、それによってディスプレーサに対する復元力を引き起こし、それをその平衡位置に戻すようにする。

本発明によって提供される改良点を次に説明する。ゴム製のストッパ２０が、ストッパ２０のカウンタボア（掘下げ穴）２７内でロッド９に螺合された拘束ナット２１によって、ロッド９の端部に取り付けられている。環状の鋼製質量体２３が、ストッパ２０と、隣接したばね１１を支持するワッシャ２４との間に挟持されている。

使用時、ディスプレーサ３がオーバーストロークし始める場合、ストッパ２０は、ケーシングの隣接部分２５と衝突することになり、それによってディスプレーサ３の行程を制限する。衝突の衝撃はまた、ディスプレーサの動きを弱め、往復運動の振幅をその通常の限界内に戻す助けをする。ゴム製ストッパの使用により、確実に損傷がストッパ自体に起きないようにし、またはそれが衝突したケーシングに起きないようにする。したがって、ストッパの使用により、ばね１０が通常の作動中にそれらの最適なたわみで作動することが可能になる。最適なばねのたわみが、最大ばね耐久応力（最大ばね寿命を与える）に等しくなると、ストッパは、ばねを過度に伸ばすことによって起こり得る損傷を防止することによってスプリングを長寿命に維持する。

ディスプレーサ３と、可撓性ロッド９と、ばね１１と、ストッパ２０とからなるディスプレーサ組立体が組み立てられた後、これは次いで調整できる。これは、製造工程の一部として各個別エンジンに対して行われる。ディスプレーサ組立体は、専用調整装置に置かれ、その固有振動数で往復運動させられる。調整は、次いで、往復運動の所望の振幅が実現するまでストッパ２０から材料を取り除くことによって実行される。これは、遠隔的にかつ徐々に行われる。ディスプレーサ組立体は、それがエンジン部品の残りとともに再組立てができるように次いで分解される。この調整工程により、製造公差の蓄積効果により不可避であるエンジン間の小さな相違を組立ての間にこの構成からなくすことが可能になる。

ストッパがばねに置き換えられる場合、これは累進的に短くすることによって調整される。ばねが金属である場合、長い期間の変形に対する耐久性が向上し、小さなゴム粒子がケーシング内に解き放たれる可能性を防止する。

許容製造公差が実現できれば、組立体毎に調整することを不要とすることができる。代わりに、十分な品質管理を確実にするためにランダムなサンプルが検査されてもよい。

本発明によるリニアフリーピストンスターリング装置の概略図である。

Claims (4)

1. ケーシング内にて相互に取り付けられたディスプレーサおよび出力ピストンと、
   一方の端部で前記ディスプレーサに取り付けられ、前記出力ピストンの開口部を通って延びるロッドと、
   前記ケーシングに対して取り付けられ、前記ロッドおよび前記ディスプレーサを相互に支持するよう前記ロッドに該ロッドの他方の端部の近傍に取り付けられたばねと
   を備えるリニアフリーピストンスターリング装置において、
   使用時に前記ディスプレーサの移動が所定の限界を超える場合に前記エンジンケーシングと接触するように配置された前記ロッドの前記他方の端部上にある弾性的なストッパを有することを特徴とするリニアフリーピストンスターリング装置。
2. 前記ストッパが、前記ケーシングと向かい合う第１の弾性部分と、前記ケーシングから最も遠い前記弾力部分の側面上に設けられた、より高密度の第２の非弾性部分とを備える、請求項１に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
3. 前記ストッパがゴムである、請求項１または２に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。
4. 前記ストッパがばねである、請求項１または項２に記載のリニアフリーピストンスターリング装置。

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