JP2013167415A - スターリングサイクル機関 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て時等におけるコアの形状の歪みを防止できるスターリングサイクル機関を提供する。
【解決手段】スペーサによって一定の間隔を隔てて連結された板部材により、シリンダ１０，１１の軸方向の両側からコアが挟み込まれていることから、組み立て時などにおいてシリンダ１０，１１の軸方向からコアに無用な力が加わることを防止できる。これにより、コアの形状が歪んでコアと磁石２１とのギャップが場所によってばらついたり、設計上の許容範囲から外れたりして発電効率が低下することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スターリングサイクルを利用して発電や冷却等を行うスターリングサイクル機関に関する。

ディスプレイサとピストンをシリンダ内に同軸に配置した構造のスターリングサイクル機関が従来より広く知られており、発電機や冷凍機などとして実用化されている。一般に、この種のスターリングサイクル機関では、ピストンに永久磁石が取り付けられており、その永久磁石を挟んで固定子とヨークが配置されている。発電機の場合、外部から与えられた温度差によって作動気体が圧縮と膨張を繰り返すことによりピストンが往復運動し、その運動エネルギーが永久磁石と固定子との電磁作用によって電気エネルギーに変換される。他方、冷凍機の場合、固定子の電磁コイルに駆動電流を流すことによってピストンが往復運動し、その往復運動に伴って作動気体が圧縮と膨張を繰り返すことにより低温部と高温部との温度差が発生する。

一般に、上述したスターリングサイクル機関の固定子は、リング状に巻かれたコイルにコアを被せた構造となっている。このコアは、通常、同一形状の薄いケイ素鋼板を幾重にも重ねて形成される。ピストンの永久磁石と固定子のコアとが一定のギャップを隔てて対面するように、コアの表面にはピストンの外周面に沿った曲面が形成される。永久磁石とコアとのギャップは発電機や冷却機の効率に影響を与えるため、コアの形状は、治具を使って精密に形成される。

ところが、コアを構成するケイ素鋼板は接着剤等によって接着されており、組み立ての際などに大きな力が加わるとコアの形状が歪んでしまうことがある。また、組み立て後に加わる他の部品の荷重なども、コアの形状を歪ませる原因となる。コアの形状が歪むと、上述したギャップに誤差が生じるため効率が低下するという問題が生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、組み立て時などにおけるコアの形状の歪みを防止できるスターリングサイクル機関を提供することにある。

本発明に係るスターリングサイクル機関は、ケーシングに収容されたシリンダと、前記シリンダの一方の端に往復動可能に挿入されたディスプレイサと、前記シリンダの他方の端に往復動可能に挿入された円筒状のピストンと、前記ピストンの円筒状の壁部に固定された磁石と、電線をリング状に巻いて形成され、外周側若しくは内周側が前記ピストンの前記磁石と面するように前記ピストンと同軸に配置されたコイルと、前記電線の巻回方向と垂直な前記コイルの断面の周りを取り囲むとともに、前記磁石と前記コイルとが面する部分に隙間を有する形状に形成されたコアと、前記コアを前記シリンダの軸方向の両側から挟む一対の板部材と、前記一対の板部材を一定の間隔に保って連結するスペーサとを有する。

好適に、前記コアは、前記電線の巻回方向と平行な２つの端面を有し、前記スペーサは、前記コアの前記２つの端面と前記一対の板部材とが接する間隔を保って前記一対の板部材を平行に連結し、前記スペーサによって連結された前記一対の板部材を前記シリンダに固定する固定部材を有する。

好適に、前記コイルが、前記ピストンの前記壁部より内側に配置され、１つ若しくは複数の前記スペーサが、前記コイルの内周側に配置される。

好適に、上記スターリングサイクル機関は、前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ディスプレイサに接続された第１ロッドと、前記第１ロッドの他方の端に接続され、前記第１ロッドを介して前記ディスプレイサを付勢する第１バネ部材とを有する。前記ピストン及び前記一対の板部材は、前記第１ロッドが貫通する貫通孔をそれぞれ備える。前記スペーサは、前記一対の板部材の前記貫通孔の周囲に接続される。

好適に、前記スペーサは、円筒状に形成されており、一方の開口端が一方の前記板部材の前記貫通孔の周囲に接続され、他方の開口端が他方の前記板部材の前記貫通孔の周囲に接続される。

好適に、上記スターリングサイクル機関は、前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ピストンに接続された複数の第２ロッドと、前記複数の第２ロッドの他方の端に接続され、前記第２ロッドを介して前記ピストンを付勢する第２バネ部材とを有する。前記複数の第２ロッドが前記一対の板部材の前記貫通孔を貫通する。

好適に、前記コイルが、前記ピストンの前記壁部より外側に配置され、１つ若しくは複数の前記スペーサが、前記コイルの外周側に配置される。

好適に、前記スペーサは筒状に形成されており、両側の開口端が前記一対の板部材に当接する。上記スターリングサイクル機関は、前記筒状のスペーサを貫通して前記一対の板部材を互いに連結する連結具を有する。

本発明によれば、スペーサによって一定の間隔を保って連結された一対の板部材の間にコアが挟まれているため、組み立ての際などにおいてコアに無用な力が加わることを効果的に防止できる。

本発明の第１の実施形態に係るスターリングサイクル機関の構成の一例を示す断面図である。 図１に示すスターリングサイクル機関における固定子の要部を図解した断面図である。 図２に示す固定子におけるスペーサを図解した断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るスターリングサイクル機関の構成の一例を示す断面図である。 図４に示すスターリングサイクル機関における固定子の要部を図解した断面図である。 図５に示す固定子におけるスペーサを図解した断面図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係るスターリングサイクル機関について、発電機を例に挙げて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るスターリングサイクル機関の構成の一例を示す断面図である。図１に示すスターリングサイクル機関は、ケーシング１と、ケーシング１の中に収容された上部シリンダ１０及び下部シリンダ１１と、上部シリンダ１０に往復動可能に挿入されたディスプレイサ６０と、下部シリンダ１１に往復動可能に挿入されたピストン２０と、ピストン２０の内側と外側に対向して配置された固定子３０及びヨーク１８と、ピストン２０の円筒状の壁部に取り付けられた磁石２１と、ディスプレイサ６０を付勢するバネ部材（弾性部材）５１と、ピストン２０を付勢するバネ部材（弾性部材）５２とを有する。
ここで、ケーシング１は本発明におけるケーシングの一例であり、上部シリンダ１０及び下部シリンダ１１は本発明におけるシリンダの一例であり、ディスプレイサ６０は本発明におけるディスプレイサの一例であり、ピストン２０は本発明におけるピストンの一例であり、磁石２１は本発明における磁石の一例であり、バネ部材５１は本発明における第１バネ部材の一例であり、バネ部材５２は本発明における第２バネ部材の一例である。

ケーシング１は、スターリングサイクル機関の作動気体（ヘリウムガス等）を封入した密閉容器である。図１の例において、ケーシング１は、上部ケーシング２と、中間部ケーシング３と、シリンダ保持部５と、下部ケーシング７とを組み合わせて形成される。
上部ケーシング２と中間部ケーシング３は、主に上部シリンダ１０を収容する円柱状の内部空間を形成する。上部シリンダ１０の天井側の内壁は、ドーム状に丸みを帯びている。シリンダ保持部５は、その内壁において下部シリンダ１１の外周と当接しており、中心軸の位置が定まるように下部シリンダ１１を保持する。
下部ケーシング７は、主に下部シリンダ１１，固定子３０，ヨーク１８，バネ部材５１，５２を収容する円柱状の内部空間を形成する。下部ケーシング７の底部付近には、ケーシング１内の機構（上部シリンダ１０，下部シリンダ１１等）の全体を下側から支持する支持基台４３が設けられている。下部ケーシング７の底部の中央には開口部が設けられており、その開口部は蓋部８によって閉塞されている。蓋部８は、ケーシング１の内部に作動気体を導入したり、電気配線を通したりするための図示しない管を備える。

上部シリンダ１０と下部シリンダ１１は、それぞれ筒状の形状を有し、中心軸を揃えてケーシング１の中に配置される。上部シリンダ１０と下部シリンダ１１を１つのシリンダと見なした場合、ディスプレイサ６０は当該シリンダの上側の端に往復動可能に挿入され、ピストン２０は当該シリンダの下側の端に往復動可能に挿入される。上部シリンダ１０及び下部シリンダ１１は、別々の部品をつなげて形成されてもよいし、一体に形成されてもよい。

下部シリンダ１１は、複数の支柱４１を介して支持基台４３に固定される。図１の例において、支柱４１は筒状に形成されており、支持基台４３に設けられた孔と筒状の支柱４１をボルト４２が貫通する。ボルト４２の先端部の雄ネジと下部シリンダ１１の下面の雌ネジとを螺合することで、下部シリンダ１１が支持基台４３に固定される。バネ部材５１は、ボルト４２が貫通する孔を備えており、支柱４１と支持基台４３との間に挟まれて固定される。図１の例では、３枚のバネ部材５１が支持基台４３に固定される。

ディスプレイサ６０の上面とケーシング１との間に形成される空間は膨張室１２であり、ここで作動気体が熱せられてその体積が増大する。他方、ディスプレイサ６０とピストン２０との間に形成される空間は圧縮室１７であり、ここで作動気体が冷却されてその体積が減少する。
上部シリンダ１０の外壁とケーシング１の内壁とに囲まれた円筒状の空間は、膨張室１２と圧縮室１７との間を行き来する作動気体の通路となっている。上部シリンダ１０と下部シリンダ１１との間には、圧縮室１７とつながる連通孔１６が設けられており、この連通孔１６と上記円筒状空間を通じて、膨張室１２と圧縮室１７がつながっている。
上記円筒状の空間には、吸熱フィン１３，再生器１４および放熱フィン１５が配置される。吸熱フィン１３は上側の膨張室１２に近い位置に配置され、放熱フィン１５は下側の圧縮室１７に近い位置に配置され、再生器１４は吸熱フィン１３と放熱フィン１５の間に配置される。

ケーシング１は、放熱フィン１５と接する部分に外部フィン６を備える。外部フィン６は、作動気体の熱をケーシング１の外部に排出するための放熱手段である。図１の例において、外部フィン６は、中間部ケーシング３とシリンダ保持部５との間に固定される。外部フィン６は、中間部ケーシング３のコネクタ４に接続された不図示のポンプ等から供給される冷却媒体（水など）によって冷却され、所定の温度に保持される。
他方、上部ケーシング２は、外部の熱源から与えられた熱を膨張室１２の作動気体に伝える吸熱手段であり、上部ケーシング２の内壁に吸熱フィン１３が当接している。

ディスプレイサ６０は、上部シリンダ１０の内壁を摺動する大径部と、後述するピストン２０の貫通部２２の内壁を摺動する小径部とを有する。大径部および小径部は、それぞれ円柱状の形状を有し、同軸上に位置する。

ディスプレイサ６０は、シリンダ（１０，１１）の軸方向と平行に延びたロッド６１を介して、バネ部材５１に接続される。図１の例において、ディスプレイサ６０の小径部には縦方向へ延びた孔が形成されており、その孔の奥にロッド６１の一方の端が接続される。ロッド６１の他方の端は、下部ケーシング７の支持基台４３に取り付けられた板状のバネ部材５１に接続される。ディスプレイサ６０は、ロッド６１を介して接続されたバネ部材５１の弾性力により、上下方向（シリンダの軸方向）に付勢される。
ロッド６１は、本発明における第１ロッドの一例である。

ピストン２０は、内側が中空の円筒状の形状を有しており、その円筒状の壁部の外面が下部シリンダ１１の内面と摺動する。ピストン２０の当該壁部には、磁石２１が固定される。磁石２１は、例えばリング状に形成されており、円筒状の壁部の外面に取り付けられる。磁石２１に面する下部シリンダ１１の内面には、ヨーク１８が固定される。ヨーク１８は、鉄などの磁性材料からなり、磁石２１を取り囲むように例えばリング状に形成される。ピストン２０の壁部の内側には、ヨーク１８と対向する位置に固定子３０が配置される。磁石２１は、固定子３０とヨーク１８との間に挟まれて、ピストン２０とともに上下に往復動する。

ピストン２０の壁部の末端には、ディスプレイサ６０に面した端面が形成されており、この端面によって圧縮室１７が区画される。ピストン２０の当該端面の中央部には、ディスプレイサ６０の小径部を通す貫通部２２が形成される。図１の例において、この貫通部２２は、シリンダ（１０，１１）の軸方向と平行に円筒状に延びている。ディスプレイサ６０の小径部の外面は、この円筒状に延びた貫通部２２の内面と摺動する。

ピストン２０は、シリンダ（１０，１１）の軸方向と平行に延びた複数本のロッド６２を介して、板状のバネ部材５２に接続される。図１の例において、バネ部材５２は、下部シリンダ１１とバネ部材５１との間に配置されており、図示しない支柱を介して下部シリンダ１１（若しくは支持基台４３）に固定される。バネ部材５２の中央部には、ロッド６１を通すための貫通孔が形成される。複数のロッド６２は、その一方の端が貫通部２２の周囲の対称な位置に接続され、他方の端がバネ部材５２の上記貫通孔の周囲の対称な位置に接続される。
なおロッド６２は、本発明における第２ロッドの一例である。

図２は、図１に示すスターリングサイクル機関における固定子３０の要部を図解した断面図である。また図３は、図２に示す固定子３０におけるスペーサ３７を図解した断面図である。
固定子３０は、電線をリング状に巻いて形成されたコイル３３と、コイル３３を巻き付けたボビン３４と、コイル３３を挟んでヨーク１８と対向するコア３６と、コア３６をシリンダ（１０，１１）の軸方向の両側から挟む一対の板部材３１Ａ，３１Ｂと、板部材３１Ａ，３１Ｂを一定の間隔に保って連結するスペーサ３７とを有する。
ここで、コイル３３は本発明におけるコイルの一例であり、コア３６は本発明におけるコアの一例であり、板部材３１Ａ，３１Ｂは本発明における一対の板部材の一例であり、スペーサ３７は本発明におけるスペーサの一例である。

コイル３３は、ピストン２０の円筒状の壁部より内側に配置される。またコイル３３は、その外周側がピストン２０の磁石２１と面するように、ピストン２０と同軸に配置される。

図２の断面図は、電線の巻回方向と垂直なコイル３３の断面を示す。この図２に示すように、コア３６は、電線の巻回方向と垂直なコイル３３の断面の周りを取り囲む形状に形成される。またコア３６は、磁石２１とコイル３３とが面する部分に隙間（コイル３３を囲んでいない部分、切れ目）を有する。
図２の例に示すコア３６は、その断面の外形が略長方形であり、中央部分にボビン３４を装着するための矩形の切り欠きを有する。また、コア３６の断面は、コイル３３の外周側中央に対応する位置に隙間（コイル３３を囲んでいない部分、切れ目）を有し、この隙間においてコイル３３と磁石２１とが対面する。例えば、コア３６は、上下方向に対称な２つのブロック（３６Ａ，３６Ｂ）に分かれている。上記断面に対応した外形を有する薄い磁性材料の板（ケイ素鋼板等）を重ねて接着することにより、上下の２つのブロック（３６Ａ，３６Ｂ）がそれぞれ形成される。

コア３６は、コイル３３の電線の巻回方向と平行な２つの端面（３６１Ａ，３６１Ｂ）を有する。スペーサ３７は、コア３６の上述した２つの端面（３６１Ａ，３６１Ｂ）と板部材３１Ａ，３１Ｂとが接する一定の間隔を保つように、板部材３１Ａ，３１Ｂを平行に連結する。板部材３１Ａはコア３６の上側の端面３６１Ａに接触し、板部材３１Ｂはコア３６の下側の端面３６１Ｂに接触する。ボビン３４は、ネジ３５によって板部材３１Ａに固定される。

板部材３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ円盤状に形成されており、その中央部にロッド６１，６２を貫通する貫通孔３２Ａ，３２Ｂを備える。スペーサ３７は、この貫通孔３２Ａ，３２Ｂの周囲に接続される。スペーサ３７は、例えば図３において示すような円筒状に形成される。スペーサ３７の一方の開口端３８Ａが板部材３１Ａの貫通孔３２Ａの周囲に接続され、他方の開口端３８Ｂが板部材３１Ｂの貫通孔３２Ｂの周囲に接続される。図３の例において、スペーサ３７の開口端３８Ａ，３８Ｂには、内側に向かって折れ曲がった縁部が形成される。縁部は、スペーサ３７の円筒形状の軸方向に対して略直角に曲がっており、この縁部に板部材３１Ａ，３２Ｂが密着することで、板部材３１Ａ，３２Ｂが互いに平行となる。スペーサ３７の両端の縁部と板部材３１Ａ，３１Ｂは、それぞれ複数のネジ３９によって固定される。ロッド６１，６２は、この円筒状のスペーサ３７の中を貫通する。

スペーサ３７によって連結された板部材３１Ａ，３１Ｂは、支持部４０を介して下部シリンダ１１に固定される。支持部４０は、下側の板部材３１Ｂと当接する面を備えており、下側からボルト４４によって固定される。
支持部４０は、本発明における固定部材の一例である。

ここで、上述した構成を有するスターリングサイクル機関の動作を説明する。

ディスプレイサ６０がピストン２０に向かって下方に移動すると、圧縮室１７が狭くなるため、圧縮室１７の作動気体が連通孔１６，放熱フィン１５，再生器１４，吸熱フィン１３を通り、高温の膨張室１２に流れこむ。膨張室１２に流れ込んだ作動気体は熱せられて体積が膨張するため、膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が高まる。膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が、ピストン２０によって区画された下部ケーシング７の背圧空間９の圧力より高くなると、ピストン２０が下方に移動する。

ピストン２０が下方へ移動することにより膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が低下して、背圧空間９の圧力より低くなると、ディスプレイサ６０がこの圧力差により上方へ移動する。

ディスプレイサ６０が上方へ移動すると、膨張室１２が狭くなるため、膨張室１２の作動気体が吸熱フィン１３，再生器１４，放熱フィン１５，連通孔１６を通り、低温の圧縮室１７に流れこむ。圧縮室１７に流れ込んだ作動気体は冷却されて体積が小さくなるため、膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が低くなる。膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が低下すると、ピストン２０の移動方向が下方向から上方向へ転じる。

ピストン２０が上方へ移動することにより膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が上昇して、背圧空間９の圧力より高くなると、ディスプレイサ６０がこの圧力差により下方へ移動する。ディスプレイサ６０がピストン２０に向かって下方に移動すると、再び圧縮室１７から膨張室１２へ作動気体が流れ込み、膨張室１２及び圧縮室１７の圧力が高まって、ピストン２０の移動方向が上方向から下方向へ転じる。
以上の繰り返しにより、ディスプレイサ６０とピストン２０がそれぞれ上下に往復運動する。

ピストン２０が往復運動すると、ヨーク１８と固定子３０の間を磁石２１が上下に移動し、コイル３３の磁界が周期的に変化するため、コイル３３に起電力が発生して電流が流れる。

以上説明したように、本実施形態に係るスターリングサイクル機関によれば、スペーサ３７によって一定の間隔を隔てて連結された板部材３１Ａ，３１Ｂにより、シリンダ（１０，１１）の軸方向の両側からコア３６が挟み込まれていることから、組み立て時などにおいてシリンダ（１０，１１）の軸方向からコア３６に無用な力が加わることを防止できる。これにより、コア３６の形状が歪んでコア３６と磁石２１とのギャップが場所によってばらついたり、設計上の許容範囲から外れたりして発電効率が低下することを防止できる。

また、本実施形態に係るスターリングサイクル機関によれば、板部材３１Ａ，３１Ｂがスペーサ３７によって所定の間隔をもって平行に連結されており、コイル３３の巻線の巻回方向と平行なコア３６の上下の端面（３６１Ａ，３６１Ｂ）が板部材３１Ａ，３１Ｂと面で接触する。また、当該連結された板部材３１Ａ，３１Ｂが支持部４０によって下部シリンダ１１に固定される。これにより、運転時に上下方向の振動が加わったり、上下方向から荷重が加わったりしても、コア３６の上下の端面（３６１Ａ，３６１Ｂ）が精密に平行に保たれた状態で、シリンダ（１０，１１）に対するコア３６の位置が固定される。従って、コア３６と磁石２１とのギャップをより精密に保持することができる。

また、本実施形態に係るスターリングサイクル機関によれば、ピストン２０の円筒状の壁部より内側にコイル３３が配置されており、そのコイル３３の内周側にスペーサ３７が配置される。このように、スペーサ３７を配置するための領域としてコイル３３の内周側を有効に利用することで、装置の横方向のサイズを小さくすることができる。

また、本実施形態に係るスターリングサイクル機関によれば、ディスプレイサ６０とバネ部材５１とを接続するロッド６１や、ピストン２０とバネ部材５２とを接続するロッド６２を貫通するための貫通孔３２Ａ，３２Ｂが板部材３１Ａ，３１Ｂに設けられており、この貫通孔３２Ａ，３２Ｂの周囲にスペーサ３７の端部が接続されている。これにより、ロッド６１，６２が通過するスペースとコア３６が占領するスペースとの隙間にスペーサ３７が配置されるため、部品の実装密度を高めて装置サイズをコンパクト化することができる。
特に、本実施形態に係るスターリングサイクル機関によれば、スペーサ３７が円筒形状に形成されており、スペーサ３７の一方の開口端３８Ａが板部材３１Ａの貫通孔３２Ａの周囲に接続され、他方の開口端３８Ｂが板部材３１Ｂの貫通孔３２Ｂの周囲に接続される。これにより、スペーサ３７が占める横方向の幅を薄くすることができるため、ロッド６１，６２の通過スペースとコア３６の占領スペースとの間の幅をより狭くすることが可能になり、装置サイズを更にコンパクト化することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について図４〜図６を参照して説明する。
図４は、第２の実施形態に係るスターリングサイクル機関の構成の一例を示す断面図である。図５は、図４に示すスターリングサイクル機関における固定子３０の要部を図解した断面図である。図６は、図５に示す固定子３０におけるスペーサ３１０を図解した断面図である。
先に説明した図１〜図３と図４〜図６における同一符号は、同一の構成要素若しくは対応する構成要素を表す。以下では、主として図１〜図３に示すスターリングサイクル機関との相違点を述べる。

図５に示すスターリングサイクル機関は、固定子３０とヨーク１８の配置が図１に示すスターリングサイクル機関と異なっている。すなわち、上述した図１に示すスターリングサイクル機関では、ピストン２０の円筒状の壁部より内側に固定子３０が配置され、当該円筒状の壁部より外側にヨーク１８が配置されているが、図５に示すスターリングサイクル機関では、当該円筒状の壁部より外側に固定子３０が配置され、当該円筒状の壁部より内側にヨーク１８が配置される。

図５に示すスターリングサイクル機関は、下部シリンダ１１（図１）に対応する２つのシリンダ１１Ａ，１１Ｂを有する。固定子３０は、シリンダ１１Ａ及び１１Ｂの間に配置される。シリンダ１１Ａ，１１Ｂと固定子３０によって、ピストン２０が挿入される円柱状の空間が形成される。

ピストン２０の壁部の内側には、円筒状のヨーク保持部１９がシリンダ（１０，１１Ａ，１１Ｂ）と同軸に配置される。ヨーク１８は、ヨーク保持部１９の外周面に保持される。ヨーク保持部１９は、底面において支持部４０と当接しており、ボルト４５によって支持部４０に固定される。

図５に示す固定子３０は、図１に示す固定子３０と同様に、電線をリング状に巻いて形成されたコイル３３と、コイル３３を巻き付けるボビン３４と、コイル３３を挟んでヨーク１８と対向するコア３６と、コア３６をシリンダ（１０，１１Ａ，１１Ｂ）の軸方向の両側から挟む一対の板部材３１Ａ，３１Ｂを有する。また、図５に示す固定子３０は、コイル３３の外周側に配置され、板部材３１Ａ，３１Ｂを一定の間隔に保って連結する複数のスペーサ３１０を有する。

コイル３３は、シリンダ（１０，１１Ａ，１１Ｂ）と同軸に配置されており、コイル３３の内周側でピストン２０が上下に往復運動する。

コア３６は、電線の巻回方向と垂直なコイル３３の断面の周りを取り囲む形状に形成されており、磁石２１とコイル３３とが面する部分（コイル３３の内周側）に隙間を有する。例えばコア３６は、上下方向に対称な２つのブロック（３６Ａ，３６Ｂ）に分かれており、薄い磁性材料の板（ケイ素鋼板等）を重ねて接着することにより各ブロックが形成される。本実施形態では、例えば、同一形状の複数のコア３６がコイル３３に沿って放射状に配置される。

コア３６は、コイル３３の電線の巻回方向と平行な２つの端面（３６１Ａ，３６１Ｂ）を有する。複数のスペーサ３１０は、コア３６の上述した２つの端面（３６１Ａ，３６１Ｂ）と板部材３１Ａ，３１Ｂとが接する一定の間隔を保つように、板部材３１Ａ，３１Ｂを平行に連結する。板部材３１Ａはコア３６の上側の端面３６１Ａに接触し、板部材３１Ｂはコア３６の下側の端面３６１Ｂに接触する。ボビン３４は、ネジ３５によって板部材３１Ａに固定される。

板部材３１Ａ，３１Ｂは円盤状に形成されており、その中央部にピストン２０が挿入される貫通孔３２Ａ，３２Ｂが形成される。複数のスペーサ３１０が、この円盤状の板部材３１Ａ，３１Ｂの縁に近い対称な位置に接続される。スペーサ３１０は、例えば図６において示すような筒状に形成されており、その両端の開口部が板部材３１Ａ，３１Ｂに当接する。ボルト３１１は、スペーサ３１０を貫通して板部材３１Ａ，３１Ｂを互いに連結する。図６の例では、ボルト３１１の先端部に形成された雄ネジが板部材３１Ｂの貫通孔とスペーサ３１０を通り、板部材３１Ａに形成された雌ネジと螺合する。
また、板部材３１Ａ，３１Ｂの縁には、複数の貫通孔が形成される。板部材３１Ａ，３１Ｂの対となる貫通孔には、それぞれボルト３１２が貫通する。ボルト３１２の先端部の雄ネジが板部材３１Ａ，３１Ｂの貫通孔を通り、シリンダ１１Ａの下面に形成された雌ネジと螺合することで、板部材３１Ａ，３１Ｂがシリンダ１１Ａに固定される。
なお、図６の断面図にはそれぞれ１つのスペーサ３１０とボルト３１２が図示されているが、これ以外にも断面図に表れていないスペーサ３１０，ボルト３１２が存在する。

以上説明したように、本実施形態に係るスターリングサイクル機関によれば、スペーサ３１０により一定の間隔を隔てて連結された板部材３１Ａ，３１Ｂでコア３６が挟み込まれていることから、第１の実施形態と同様に、組み立て時などにおいてシリンダ（１０，１１）の軸方向からコア３６に無用な力が加わることを防止できる。

また、本実施形態に係るスターリングサイクル機関では、シリンダ１１Ａ，１１Ｂの間に固定子３０が挟まれており、固定子３０にはこれらの荷重が加わる。しかしながら、スペーサ３１０で連結された板部材３１Ａ，３１Ｂによりコア３６が挟み込まれているため、コア３６に直接これらの荷重が加わることを防止でき、装置全体の剛性（強度）を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、他の種々のバリエーションを含んでいる。

上述した実施形態では、スターリングサイクル機関の発電機の例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスターリングサイクル機関の冷凍機などに適用することも可能である。
また、本発明は種々の出力のスターリングエンジンに適用可能であり、例えば出力が３ｋＷのスターリングエンジンに適用可能である。

上述した実施形態では、鋼板を重ねて形成されるコア３６の例を挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、強磁性体の粉体を焼結して形成されたコアを固定子に用いても良い。この場合も、コアに無理な力が加わることを防止できるため、コアの劣化や破損を効果的に防止できる。

上述した実施形態では、コイルの内周側にコイルと同軸に円筒状のスペーサを配置する例、および、コイルの外周側に筒状の複数のスペーサを配置する例を挙げているが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、コイルの内周側に筒状の複数のスペーサを配置してもよいし、コイルの外周側にコイルと同軸の円筒状のスペーサを配置してもよい。

スペーサには、適度な剛性を有する任意の材料（鋼鉄，アルミ等）を使用可能である。スペーサの材質、形状、寸法を変えることにより、装置の強度を任意に変更することが可能である。
また、スペーサは、上述した実施形態のように筒型の形状に形成してもよいが、本発明はこれに限定されない。本発明の他の実施形態では、スペーサの一方若しくは両方の端部に板部材との連結手段（雄ネジや雌ネジなど）を設けてもよい。

１…ケーシング、２…上部ケーシング、３…中間部ケーシング、４…コネクタ、５…シリンダ保持部、６…外部フィン、７…下部ケーシング、８…蓋部、１０…上部シリンダ、１１…下部シリンダ、１２…膨張室、１３…吸熱フィン、１４…再生器、１５…放熱フィン、１６…連通孔、１７…圧縮室、１８…ヨーク、１９…ヨーク保持部、２０…ピストン、２１…磁石、３０…固定子、３１Ａ，３１Ｂ…板部材、３２Ａ，３２Ｂ…貫通孔、３３…コイル、３４…ボビン、３６…コア、３７，３１０…スペーサ、３８Ａ，３８Ｂ…貫通孔、３１１…ボルト、４０…支持部、４１…支柱、４３…支持基台、５１，５２…バネ部材、６０…ディスプレイサ、６１，６２…ロッド。

Claims (8)

1. ケーシングに収容されたシリンダと、
   前記シリンダの一方の端に往復動可能に挿入されたディスプレイサと、
   前記シリンダの他方の端に往復動可能に挿入された円筒状のピストンと、
   前記ピストンの円筒状の壁部に固定された磁石と、
   電線をリング状に巻いて形成され、外周側若しくは内周側が前記ピストンの前記磁石と面するように前記ピストンと同軸に配置されたコイルと、
   前記電線の巻回方向と垂直な前記コイルの断面の周りを取り囲むとともに、前記磁石と前記コイルとが面する部分に隙間を有する形状に形成されたコアと、
   前記コアを前記シリンダの軸方向の両側から挟む一対の板部材と、
   前記一対の板部材を一定の間隔に保って連結するスペーサと、
   を有するスターリングサイクル機関。
2. 前記コアは、前記電線の巻回方向と平行な２つの端面を有し、
   前記スペーサは、前記コアの前記２つの端面と前記一対の板部材とが接する間隔を保って前記一対の板部材を平行に連結し、
   前記スペーサによって連結された前記一対の板部材を前記シリンダに固定する固定部材を有する、
   請求項１に記載のスターリングサイクル機関。
3. 前記コイルが、前記ピストンの前記壁部より内側に配置され、
   １つ若しくは複数の前記スペーサが、前記コイルの内周側に配置される、
   請求項２に記載のスターリングサイクル機関。
4. 前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ディスプレイサに接続された第１ロッドと、
   前記第１ロッドの他方の端に接続され、前記第１ロッドを介して前記ディスプレイサを付勢する第１バネ部材と、
   を有し、
   前記ピストン及び前記一対の板部材は、前記第１ロッドが貫通する貫通孔をそれぞれ備え、
   前記スペーサは、前記一対の板部材の前記貫通孔の周囲に接続される、
   請求項３に記載のスターリングサイクル機関。
5. 前記スペーサは、円筒状に形成されており、一方の開口端が一方の前記板部材の前記貫通孔の周囲に接続され、他方の開口端が他方の前記板部材の前記貫通孔の周囲に接続される、
   請求項４に記載のスターリングサイクル機関。
6. 前記シリンダの軸方向と平行に延び、一方の端が前記ピストンに接続された複数の第２ロッドと、
   前記複数の第２ロッドの他方の端に接続され、前記第２ロッドを介して前記ピストンを付勢する第２バネ部材と、
   を有し、
   前記複数の第２ロッドが前記一対の板部材の前記貫通孔を貫通する、
   請求項４又は５に記載のスターリングサイクル機関。
7. 前記コイルが、前記ピストンの前記壁部より外側に配置され、
   １つ若しくは複数の前記スペーサが、前記コイルの外周側に配置される、
   請求項２に記載のスターリングサイクル機関。
8. 前記スペーサは筒状に形成されており、両側の開口端が前記一対の板部材に当接し、
   前記筒状のスペーサを貫通して前記一対の板部材を互いに連結する連結具を有する、
   請求項３又は７に記載のスターリングサイクル機関。