JP2009133299A - リニアモータまたは交流発電機に連結されたフリーピストン装置の固定子共振バランス手段 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スターリング装置に連結したリニア電磁機械変換装置の固定子230を、間挿したスプリング250を介してケーシング238の内部に取り付け、運転中この固定子を往復運動させてこのスプリングを撓ませるようにする。固定子の固有振動数ωsを、数式(数32)[ωp×平方根(1−αp/Kp)]と同等にすると共に、パワーピストン214の固有振動数ωpを、スターリング装置及びリニア電磁機械変換装置の動作振動数ωoと同等に維持する。動作ガスの平均温度および平均圧力の変化が、パワーピストン214の共振振動数ωpの実質的な変化を引き起こすような場合には、これらの変化を補正する手段によって振動のバランスを保つ。
【選択図】図2
Description
。
(1)ピストンの共振振動数ωpを制御しながら調整または変化させ、許容できる範囲内にこれらの関係を戻す。
(2)固定子の共振振動数ωsを制御しながら調整または変化させ、許容できる範囲内にこれらの関係を戻す。
及び/または、
(3)残留力変換器をケーシングに連結し、この残留力変換器が付加的な周期力をケーシングに印加して、残留振動を消滅させるようにする。
(residual force transducer)を設けることである。残留力変換器は、リニア交流発電機またはモーターの形態とすることが可能である。残留力変換器は、ケーシングに時間的に変化する力を加え、この力は、残留振動を引き起こす非平衡の残留力と、大きさが同じで、方向が逆である。この力は、非平衡力が非正弦曲線である場合、非正弦曲線的であり、また残留非平衡力と位相が逆である。残留力変換器により加えられる力は複雑であり、高次の調和振動数を持つことがある。力を連結したもの(force coupling)は、速度と同相(in phase)である事が望ましく、これにより減衰機能を果たす。しかしながら実際のハードウエアにおいて、完全に調整できるものは存在せず、常にスプリング要素、すなわち、エネルギーを貯蔵するように反応する要素が存在する。
piston Stirling engines」(Proc. Institution of Mechanical Engineers, Vol.199,no.A3,March 1985,pp203-213)において議論されている。本明細書では、この論文を参考にしている。ケーシングの運動がゼロと仮定すると、標準的な線形解析によって、図10の数式(数9)に示す結果が得られる。
(plunger)の平均位置は、ガススプリングと反発する体積部分(bounce volume)との間の、差動ポンプ動作(differential pumping)を制御することによって、移動させる。ガススプリングのプランジャーの僅かな移動が、固定子の正味のばね定数を変化させる。ガススプリングのプランジャーが内側に移動すれば、スプリングは強化され、ガススプリングのプランジャーが外側に移動すれば、スプリングは弱められる。
Claims (14)
- 改良されたベータ型のスターリング装置、及びこのスターリング装置が駆動するように連結されたリニア電磁機械変換装置(linear electro-magnetic-mechanical
transducer)であって、
上記スターリング装置は、往復運動するデスプレサーと往復運動するピストンとを含み、
上記リニア電磁機械変換装置は、電機子巻線を有する固定子を有し、
上記デスプレサー、ピストン及び固定子は、全てケーシング内に取り付けられており、
上記固定子は、間挿されたスプリングを介して上記ケーシング内部に取り付けられ、
上記スターリング装置と、この連結スターリング装置が連結された上記リニア電磁機械変換装置とが動作する間、上記固定子が往復運動して上記スプリングを撓ませることを特徴とする。 - 請求項1による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記ピストン、デスプレサー及び固定子の往復運動は、往復運動の共通軸に沿っていることを特徴とする。 - 請求項2による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
さらに上記ケーシングと固定子との間に間挿された上記スプリングの正味の
(net)ばね定数を変化させる手段を含むことを特徴とする。 - 請求項3による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記正味のばね定数を変化させる上記手段は、上記固定子を上記ケーシングに連結する2次スプリングを有しており、
上記2次スプリングは、調整可能なばね定数を持つことを特徴とする。 - 請求項4による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記2次スプリングは、差動漏洩バルブ(differential leakage valves)を有するガススプリングを備え、
上記差動漏洩バルブは、並列に連結された相互に逆向の少なくとも2のチェックバルブと、少なくとも1の流量制御バルブとを含み、
上記チェックバルブは、上記スターリング装置の後方空間と上記ガススプリングのシリンダとの間に連結され、
上記流量制御バルブは、2の上記チェックバルブの1に、直列に連結されていることを特徴とする。 - 請求項2による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記ピストンは、このピストンと上記ケーシングとの間にスプリング連結
(spring coupling)を備え、
上記スプリング連結は、正味のばね定数kpを有し、
さらに上記ばね定数kpを変化させる手段を備えていることを特徴とする。 - 請求項6による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記ばね定数kpを変化させる上記手段は、ピストンの平均位置を移動させる手段を備えていることを特徴とする。 - 請求項7による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記ばね定数kpを変化させる手段は、上記電機子巻線に直列に接続された直流電源を備えていることを特徴とする。 - 請求項2による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記固定子の固有振動数ωsは、本質的に次の数式(数32)と同等であって、
上記ピストンの固有振動数ωpは、上記スターリング装置及びこのスターリング装置が連結されるリニア電磁機械変換装置の動作振動数ωoと本質的に同等である
ことを特徴とする。
(数32)[ωp × 平方根(1−αp/Kp)] - 請求項2による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記固定子の固有振動数ωsは、次の数式(数32)による値の20%以内であって、
上記ピストンの固有振動数ωpは、上記スターリング装置及びこのスターリング装置が連結されるリニア電磁機械変換装置の動作振動数ωoの20%以内である
ことを特徴とする。
(数32)[ωp × 平方根(1−αp/Kp)]
この数式(数32)において、
αpは、上記ディスプレーサとピストンとの間のスプリング連結のばね定数、
kpは、上記ピストンとケーシングとの間のスプリング連結のばね定数
を意味する。 - 請求項10による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
請求項9における上記関係は、双方とも10%以内であることを特徴とする。 - 請求項11による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
請求項9における上記関係は、双方とも5%以内であることを特徴とする。 - 請求項2による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
さらに上記ケーシングと上記固定子との間を連結する力変換器を有することを特徴とする。 - 請求項13による改良されたスターリング装置、及びこのスターリング装置が連結されたリニア電磁機械変換装置であって、
上記力変換器が2次的なリニアモーターを備えることを特徴とする。
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