JP2014206120A - Stirling engine generator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact Stirling engine generator of light weight, low vibration and high reliability, capable of controlling power generation with high efficiency while keeping a constant heater tube temperature by quickly increasing and decreasing an engine speed, without executing pressure control and stroke control, when input of solar heat changes.SOLUTION: An output shaft 7 having a swash plate 28, has two radial bearings 19, 22 and two thrust bearings 20, 21. A rotor core 9 of a generator, having very small inertia mass is disposed on the output shaft 7 projecting to the external of the radial bearing 19, and a resolver 17 for detecting a rotating position, is disposed on a tip of the output shaft 7.

Description

本発明は、主に太陽熱発電機として使用することを目的とした、スターリングエンジン発電機に関するものである。   The present invention relates to a Stirling engine generator intended primarily for use as a solar power generator.

スターリングエンジンは多種類の熱源が利用できる外燃機関として、技術開発が積み重ねられ非特許文献1に示されるように、複動4気筒回転斜板スターリングエンジンは、すでに内燃機関に匹敵する高い熱効率を出しており、太陽熱集光器に搭載するエンジン発電機への活用が期待されている。   The Stirling engine is an external combustion engine that can use various types of heat sources. As shown in Non-Patent Document 1 as technology is accumulated, the double-acting four-cylinder rotary swash plate Stirling engine already has a high thermal efficiency comparable to that of an internal combustion engine. It is expected to be used for engine generators mounted on solar concentrators.

従来、太陽を追尾する反射鏡を使った集光器に複動4気筒回転斜板スターリングエンジンと誘導発電機をカップリング結合したエンジン発電機を搭載した熱発電システムが提案されている(特許文献3の段落0030、図3等参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a thermoelectric generator system has been proposed in which an engine generator in which a double-acting four-cylinder rotary swash plate Stirling engine and an induction generator are coupled and coupled to a concentrator that uses a reflecting mirror that tracks the sun (Patent Literature). 3 paragraph 0030, FIG. 3 etc.).

しかし、特許文献3記載の熱発電システムでは、エンジン発電機の重量が重く、大きさも大きくなりすぎる欠点があり、また、太陽熱の変化に対応して作動ガス圧力を制御してエンジンへの熱入力を変えるとき、気筒間の圧力バランスを崩して、エンジン振動、作動ガス漏れなどの問題が発生する。   However, the thermoelectric generator system described in Patent Document 3 has a drawback that the weight of the engine generator is heavy and the size is too large, and the operating gas pressure is controlled in response to changes in solar heat to input heat to the engine. When changing the pressure, the pressure balance between the cylinders is lost, and problems such as engine vibration and working gas leakage occur.

このような問題の解決を目的とし、エンジン発電機の小型、軽量化を図るため、エンジン出力軸に発電機の回転子コイルを設置する構造が提案されている(特許文献1の段落0020等参照)。   In order to solve such problems, a structure in which a rotor coil of a generator is installed on an engine output shaft has been proposed in order to reduce the size and weight of an engine generator (see paragraph 0020 of Patent Document 1). ).

しかし、特許文献1記載の構造では、発電機の巻き線式の回転子は慣性質量が大きく、エンジン回転数を迅速に変化させれないので、太陽熱の変化に対応して作動ガス圧力を制御する必要があり、4気筒間の圧力バランスが崩れロッドシールからの油上がり、ガス漏れ、振動を起こして、エンジンを破損させる問題を解決できない。また、巻き線式の回転子が重いため5個又は4個以上のラジアルベアリングを使うが(段落0020、段落0023等参照)、精度良く同軸度を出すのは困難で機械損失が増加する欠陥も生じる。   However, in the structure described in Patent Document 1, since the winding rotor of the generator has a large inertial mass and the engine speed cannot be changed quickly, the working gas pressure is controlled in response to changes in solar heat. The pressure balance between the four cylinders is lost, the oil from the rod seal rises, the gas leaks, and the vibrations cause the engine damage. Also, since the wound rotor is heavy, 5 or 4 or more radial bearings are used (see paragraphs 0020, 0023, etc.). Arise.

また、斜板の角度を変える機構を具備し、ロッドシールを無くして駆動部ケースを気密化した複動4気筒回転斜版型スターリングエンジンの出力軸に、発電機の回転子コイルをスプライン結合させ、4箇所にラジアルベアリングを配置し(Fig.1、Fig.2等参照)小型、軽量化を図った構造が提案されている(特許文献2参照)。   In addition, the rotor coil of the generator is splined to the output shaft of a double-acting four-cylinder rotary swash plate type Stirling engine equipped with a mechanism for changing the angle of the swash plate and eliminating the rod seal and sealing the drive case. A structure has been proposed in which radial bearings are arranged at four locations (see FIG. 1, FIG. 2, etc.) to reduce the size and weight (see Patent Document 2).

しかし、特許文献2記載の構造も、巻き線式の回転子コイルは慣性質量が大きく、太陽熱の入力変化に応じ迅速にエンジン回転数を制御することはできないので、斜板角度のストローク制御を行う機構を持たしているが、この機構は内部モータや、複雑なギアなどの余分な部品が必要になり、且つ、角度を変えるための動力損失を生じて総合的な発電効率が下がり、また、駆動部ケース内が高圧になりケースの肉厚が増して、エンジンは重くなる問題を生じる。   However, in the structure described in Patent Document 2, the wound rotor coil has a large inertial mass, and the engine rotation speed cannot be controlled quickly in response to changes in the input of solar heat. Although it has a mechanism, this mechanism requires extra parts such as an internal motor and complicated gears, and causes a power loss to change the angle, reducing the overall power generation efficiency, The inside of the drive case becomes high pressure, and the thickness of the case increases, causing a problem that the engine becomes heavy.

特開2007−113468号公報JP 2007-113468 A 米国特許第4885980号明細書U.S. Pat. No. 4,885,980 特開平9−280664号公報JP-A-9-280664

エンジンの辞典 朝倉書店出版724〜731頁、1994年発行Dictionary of Engines Asakura Shoten Publishing, pages 724-731, published in 1994

スターリングエンジン発電機において、特に太陽熱を利用する場合は、発電機の回転子の慣性質量が大きいと、太陽熱の変化に対応して迅速にスターリングエンジン発電機の回転数を変化させることが出来ないという支障が生じる。   In the Stirling engine generator, especially when using solar heat, if the inertial mass of the generator rotor is large, the rotational speed of the Stirling engine generator cannot be changed quickly in response to changes in solar heat. It will cause trouble.

そのため、スターリングエンジンの出力トルクを変える手段として、圧力制御機構やストローク制御機構が必要になり、その結果、エンジン発電機ユニットの重量が重く、効率が低く、信頼性が低くなるという問題が生じる。   Therefore, a pressure control mechanism and a stroke control mechanism are required as means for changing the output torque of the Stirling engine. As a result, there arises a problem that the engine generator unit is heavy, has low efficiency, and has low reliability.

本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とし、太陽の入射熱が変化した場合でも、作動ガスの圧力、ピストンのストロークを変えるような複雑な構成を採用することなく、スターリングエンジン発電機の回転子を軽量化して慣性質量を極めて小さくする事で、迅速にエンジン発電機の回転数を変えることで発電量の調整を可能とするスターリンエンジン発電機を実現させることを課題とする。   The present invention aims to solve the above-mentioned conventional problems, and even if the incident heat of the sun changes, the Stirling engine power generation can be performed without adopting a complicated configuration that changes the pressure of the working gas and the stroke of the piston. It is an object of the present invention to realize a Stalin engine generator capable of adjusting the amount of power generation by changing the number of revolutions of the engine generator quickly by reducing the weight of the rotor of the machine and extremely reducing the inertial mass.

本発明は上記課題を解決するために、発電機部とエンジン部を有し、エンジン部に設けられた複数のピストンシリンダーの各々の中にはピストンリングを持つ作動ピストンが配備され、それぞれのピストンシリンダーを高温空間側と低温空間に分離し、各々の高温空間は、高温熱交換器、再生熱交換器及び低温熱交換器を備えて隣接する別のシリンダーの低温空間と連結しており、各々の作動ピストンはロッドを介してガイドピストンに連結され、各々のロッドには軸シール機構を持ち、ガイドピストンの往復動運動をエンジンの出力軸の回転に変換する出力取り出し機構を備えたスターリングエンジン発電機において、エンジンの出力軸上に、比重の軽い非鉄金属又は高分子材料で作られた回転子コアを取り付け、該回転子コアの外周には複数の瓦状の永久磁石片を接着して発電機の回転子を構成し、エンジンの出力軸の先端にはレゾルバーの回転部を備え、回転子の外側に3相巻き線のステータを備えて交流電流を発生させるようにしたことを特徴とするスターリングエンジン発電機を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a generator part and an engine part, and each of a plurality of piston cylinders provided in the engine part is provided with an operating piston having a piston ring. The cylinder is separated into a high temperature space side and a low temperature space, and each high temperature space includes a high temperature heat exchanger, a regenerative heat exchanger and a low temperature heat exchanger, and is connected to a low temperature space of another adjacent cylinder, Stirling engine power generators are connected to guide pistons via rods, each rod has a shaft seal mechanism, and an output extraction mechanism that converts the reciprocating motion of the guide pistons into rotation of the output shaft of the engine. In the machine, a rotor core made of light non-ferrous metal or polymer material is attached on the output shaft of the engine, and on the outer periphery of the rotor core A number of tile-shaped permanent magnet pieces are bonded to form a rotor of the generator, a rotating portion of a resolver is provided at the tip of the output shaft of the engine, and a three-phase winding stator is provided outside the rotor. Provided is a Stirling engine generator characterized in that an alternating current is generated.

複数の瓦状の永久磁石片は、それぞれN極方向が回転子コア中心と永久磁石片の中心を結ぶ線に対して、−60度、0度、+60度、−120度、180度、+120度となるようにして1組の磁極対を形成させ、同様の並びで複数のn組(但し、nは5、8又は11)の磁極対を形成するように6×n個の永久磁石片を回転子コアの周りに配置するような構成とすることが好ましい。   The plurality of tile-shaped permanent magnet pieces have −60 degrees, 0 degrees, +60 degrees, −120 degrees, 180 degrees, +120 degrees with respect to the line in which the N-pole direction connects the center of the rotor core and the center of the permanent magnet pieces. 6 × n permanent magnet pieces so as to form a plurality of n pairs (where n is 5, 8, or 11) in a similar arrangement. Is preferably arranged around the rotor core.

回転子コアと瓦状の永久磁石片の間に、凸部のあるリング上の積層鋼板を配置して磁場回路の形成をより良くすることができる。   A laminated steel plate on a ring having a convex portion can be arranged between the rotor core and the tile-like permanent magnet piece to improve the formation of the magnetic field circuit.

回転子コアの出力軸側に、剛性の高い材料のスリーブを圧入して、該スリーブにキー溝を付け、両端は軸とナットの座面を付けて、エンジンの軸に取り付けるようにした構成とすることが好ましい。   A structure in which a sleeve made of a material with high rigidity is press-fitted into the output shaft side of the rotor core, a key groove is attached to the sleeve, and a bearing surface of the shaft and a nut is attached at both ends to be attached to the shaft of the engine. It is preferable to do.

回転子コアの一端側に回転子蓋を配置し、回転子コアの外周側に接着した永久磁石片を、カーボン繊維の回転子外筒と回転子蓋で押さえて飛散しないようにした構成とすることが好ましい。   A rotor lid is disposed on one end side of the rotor core, and the permanent magnet piece bonded to the outer peripheral side of the rotor core is held by a carbon fiber rotor outer cylinder and the rotor lid so as not to scatter. It is preferable.

回転子コアのエンジン部側に凹部を形成し、該回転子コアの凹部内に、出力軸を回転可能に支持する軸受及び該軸受を装着するスターリングエンジンの駆動部ブロックのボス部が入り込む構成とすることで、軸受の軸方向の長さをより長くすることを可能とし、回転子及び出力軸の安定な回転を可能とする構成とすることが好ましい。   A recess is formed on the rotor core on the engine part side, and a bearing for rotatably supporting the output shaft and a boss part of a drive block of a Stirling engine on which the bearing is mounted enter the recess of the rotor core. By doing so, it is preferable that the axial length of the bearing can be made longer, and the rotor and the output shaft can be stably rotated.

ボス部及びガイドピストンを案内するガイドピストンシリンダーの駆動部ブロックに、Oリング及びオイルシールを装着した隔壁板を取り付け、駆動部ブロックに潤滑油の油排出路を設け、発電機部内に油が入らない構造にすることが好ましい。   A partition plate fitted with an O-ring and an oil seal is attached to the drive block of the guide piston cylinder that guides the boss and guide piston, and an oil discharge passage for lubricating oil is provided in the drive block so that oil enters the generator section. It is preferable to have no structure.

前記複数のn組(但し、nは5、8又は11)の磁極対を形成する複数の瓦状の永久磁石片に対して、前記のスターリングエンジン発電機のステータのコアの歯数をn×2+2個にして、3本の銅線は、それぞれ中心から歯に向かって右巻き、左巻きの配線を行い、片方を3本結線して、片方を出力取り出し線とする構成とすることが好ましい。   The number of teeth of the stator core of the Stirling engine generator is set to nx with respect to the plurality of tile-shaped permanent magnet pieces forming the plurality of n pairs (where n is 5, 8, or 11). It is preferable that 2 + 2 wires are used, and the three copper wires are respectively wound clockwise or counterclockwise from the center toward the teeth, and one of the three copper wires is connected, and one is used as an output lead-out wire.

回転斜板の両端のラジアル軸受2箇所と、スラスト軸受2箇所とにおいて、出力軸を保持し、出力軸から潤滑油を強制潤滑する構成とすることが好ましい。   It is preferable that the output shaft is held at two radial bearings and two thrust bearings at both ends of the rotary swash plate, and lubricating oil is forcibly lubricated from the output shaft.

本発明に係るスターリングエンジン発電機は、太陽熱の変化に応じて迅速にエンジン回転数制御が行えるために、作動ガスの圧力制御やストローク制御なしで、加熱器を最適温度に維持する運転が可能となり、太陽熱集光器への搭載に適した、軽量、小型、低振動で信頼性が高く、発電効率を高く維持した運転が行えるという利点がある。   Since the Stirling engine generator according to the present invention can quickly control the engine speed in response to changes in solar heat, it is possible to operate the heater at the optimum temperature without pressure control or stroke control of the working gas. It has the advantages of being light weight, small size, low vibration, high reliability, and operation with high power generation efficiency, suitable for mounting on solar concentrators.

本発明に係るスターリングエンジン発電機の実施例の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the Example of the Stirling engine generator which concerns on this invention. 上記実施例の発電機部の構成部品を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the component of the generator part of the said Example. 上記実施例のスターリングエンジン発電機の回転子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotor of the Stirling engine generator of the said Example. 上記実施例の回転子の永久磁石片の磁場の配向(着磁方向)を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the orientation (magnetization direction) of the magnetic field of the permanent magnet piece of the rotor of the said Example. 上記実施例の回転子とステータ積層鋼板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the rotor and stator laminated steel plate of the said Example. 上記実施例の発電機部のステータにおける、巻き線の構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the winding in the stator of the generator part of the said Example. 本発明に係るスターリングエンジン発電機の変形例を説明する部分断面図である。It is a fragmentary sectional view explaining the modification of the Stirling engine generator which concerns on this invention. 図1のスターリングエンジン作動部の構成を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the structure of the Stirling engine action | operation part of FIG. スターリングエンジン発電機を、太陽熱集光器に搭載する位置関係を示した説明図であり、(a)はミラーの反射焦点に高温熱交換器を配置した構成を示し、(b)はミラーのレンズ焦点に高温熱交換器を配置した構成を示す図である。It is explanatory drawing which showed the positional relationship which mounts a Stirling engine generator in a solar heat collector, (a) shows the structure which has arrange | positioned the high temperature heat exchanger in the reflective focus of a mirror, (b) is the lens of a mirror. It is a figure which shows the structure which has arrange | positioned the high temperature heat exchanger in the focus.

本発明に係るスターリングエンジン発電機を実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。   EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing the Stirling engine generator which concerns on this invention is demonstrated below with reference to drawings based on an Example.

(実施例)
図1は、本発明に係るスターリングエンジン発電機の実施例の概略全体断面図である。実施例のスターリングエンジン発電機1は、エンジン部と発電機部を備えている。発電機部は、スターリングエンジンの作動部ブロック2、下方の駆動部ブロック3及び上方の駆動部ブロック4を有している。そして、発電機部は、発電機ハウジング5及び蓋6を備えている。
(Example)
FIG. 1 is a schematic overall sectional view of an embodiment of a Stirling engine generator according to the present invention. The Stirling engine generator 1 of an Example is provided with the engine part and the generator part. The generator section includes an operation section block 2, a lower drive section block 3, and an upper drive section block 4 of the Stirling engine. The generator unit includes a generator housing 5 and a lid 6.

スターリングエンジンの作動部ブロック2、下方の駆動部ブロック3、上方の駆動部ブロック4は、発電機ハウジング5及び蓋6は、下から順番に積み重ねてボルトで締結されて一体になるように構成されている。   The operation unit block 2, the lower drive unit block 3, and the upper drive unit block 4 of the Stirling engine are configured such that the generator housing 5 and the lid 6 are stacked in order from the bottom and fastened with bolts to be integrated. ing.

作動部ブロック2の下側には、高温熱交換器ハウジング41が固定ボルト42で固定されて取り付けられている。スターリングエンジン発電機1は、エンジンの出力軸7を備え、この出力軸7には、回転子8が回り止めキーと固定ナット14によって取り付けられている。    A high-temperature heat exchanger housing 41 is fixed and attached to the lower side of the working unit block 2 with fixing bolts 42. The Stirling engine generator 1 includes an output shaft 7 of the engine, and a rotor 8 is attached to the output shaft 7 by a detent key and a fixing nut 14.

具体的には、回転子8の回転子コア9の出力軸7側に、剛性の高い材料のスリーブ8’を圧入して、該スリーブ8’にキー溝を付け、出力軸に段差の座面を作り、出力軸7に螺着した固定ナット14で端部から締め付けて出力軸7に着脱できるよう取りけるようにした。   Specifically, a sleeve 8 'made of a highly rigid material is press-fitted into the output shaft 7 side of the rotor core 9 of the rotor 8, a key groove is provided in the sleeve 8', and a stepped seating surface is formed on the output shaft. And tightened from the end with a fixing nut 14 screwed to the output shaft 7 so that it can be attached to and detached from the output shaft 7.

回転子8の出力軸7への取付け部は、トルクを伝達する部分であるので強度が要求される。本発明では、回転子コア9の出力軸7側に剛性の高い材料のスリーブ8’を圧入したので、回転子コア9は軽量材料で形成しても、上記強度上の要求は充たされる。   Since the attachment portion of the rotor 8 to the output shaft 7 is a portion that transmits torque, strength is required. In the present invention, the sleeve 8 'made of a material having high rigidity is press-fitted into the output shaft 7 side of the rotor core 9. Therefore, even if the rotor core 9 is made of a lightweight material, the above-described strength requirement is satisfied.

回転子8は、後で詳記するが、回転子スリーブ8’に軽量非鉄金属又は高分子樹脂材料の回転子コア9を接合し、回転子コア9の外周に、周り止め凸部のあるリング状の積層鋼板10を介して瓦状の永久磁石片11を接着して、さらに永久磁石片11が飛散しないように、カーボンファイバーの回転子外筒12で締め付けて構成されている。   As will be described in detail later, the rotor 8 is a ring in which a rotor core 9 made of a light non-ferrous metal or a polymer resin material is joined to the rotor sleeve 8 ′, and the outer periphery of the rotor core 9 has a protrusion for preventing rotation. The tile-shaped permanent magnet piece 11 is bonded via a laminated laminated steel plate 10 and further tightened with a carbon fiber rotor outer cylinder 12 so that the permanent magnet piece 11 is not scattered.

出力軸7の先端には、レゾルバー17の回転部17aが取り付けられ、レゾルバー17の固定部17bからの信号線18と発電機ハウジング5に固定された発電機のステータ15からの3相の動力線16を持つ構造となっている。   A rotating portion 17 a of a resolver 17 is attached to the tip of the output shaft 7. A signal line 18 from a fixing portion 17 b of the resolver 17 and a three-phase power line from a stator 15 of a generator fixed to the generator housing 5. It has a structure having 16.

また、出力軸7には回転斜板28が固定されている。それぞれ2個の半球状のシュー27と1個のガイドピストン29、ピストンロッド31、作動ピストン36で構成された4組のピストン装置は、回転斜板28を挟むように組み付けられている。これによって、ガイドピストン29の往復運動を出力軸7の回転に変換する出力取り出し機構を構成している。   A rotary swash plate 28 is fixed to the output shaft 7. Four sets of piston devices each composed of two hemispherical shoes 27, one guide piston 29, piston rod 31, and actuating piston 36 are assembled so as to sandwich the rotary swash plate 28 therebetween. Thus, an output take-out mechanism that converts the reciprocating motion of the guide piston 29 into the rotation of the output shaft 7 is configured.

回転斜板28及びガイドピストン29の摺動部に油を供給する油の循環回路が、次のように形成されている。出力軸7の潤滑油供給孔23から噴出した潤滑油は、シュー27と回転斜板28の滑動面や、ガイドピストン29とガイドピストンシリンダーとして機能する駆動部ブロック3、4の摺動面に供給された後、流れ落ちて油排出口25から駆動部の外に出て、フィルター(図示せず)を通り、再び、油供給口26から油供給ポンプ24に供給されて、上記循環が行われる。   An oil circulation circuit for supplying oil to the sliding portions of the rotary swash plate 28 and the guide piston 29 is formed as follows. Lubricating oil ejected from the lubricating oil supply hole 23 of the output shaft 7 is supplied to the sliding surfaces of the shoe 27 and the rotating swash plate 28 and the sliding surfaces of the drive unit blocks 3 and 4 that function as the guide piston 29 and the guide piston cylinder. Then, it flows down, exits from the oil discharge port 25 to the outside of the drive unit, passes through a filter (not shown), is supplied again from the oil supply port 26 to the oil supply pump 24, and the above circulation is performed.

また、ピストンロッド31に対して、ロッドシール32、オイルスクレーパシール33及びガスシール34が設けられ軸シール機構を構成している。このような構成の軸シール機構によって、ピストンシリンダー41a内部の高圧の作動ガスが駆動部ブロック3、4の内部に漏れない機構を構成している。この機構により、駆動部ブロック3、4及び発電機ハウジング5の内部の圧力は大気圧となる構造になっている。   Further, a rod seal 32, an oil scraper seal 33 and a gas seal 34 are provided for the piston rod 31 to constitute a shaft seal mechanism. The shaft seal mechanism having such a configuration constitutes a mechanism in which high-pressure working gas inside the piston cylinder 41 a does not leak into the drive unit blocks 3 and 4. With this mechanism, the pressure inside the drive unit blocks 3 and 4 and the generator housing 5 is structured to be atmospheric pressure.

スターリングエンジンの作動部ブロック2及び高温熱交換器ハウジング41には、4つのピストンシリンダー41aが同一円周上を90度等分に形成されおり、各々のピストンシリンダー41aには、ピストンリング35を装着した作動ピストン36が往復動可能に設けられている。   The piston block 41a is equally divided into 90 degrees on the same circumference on the working block 2 and the high temperature heat exchanger housing 41 of the Stirling engine, and a piston ring 35 is attached to each piston cylinder 41a. The actuating piston 36 is provided so as to reciprocate.

作動ピストン36は、図8に示すように、作動空間を構成する低温空間38’と高温空間40’に分離して、1つの作動ピストン36に対する低温空間38’から、低温通路37を介して、低温熱交換器(冷却器)38、再生熱交換器39、高温熱交換器(加熱器)40及び隣接する作動ピストン36に対する高温空間40’へと、順次連通している。   As shown in FIG. 8, the working piston 36 is divided into a low temperature space 38 ′ and a high temperature space 40 ′ constituting the working space, and from the low temperature space 38 ′ for one working piston 36 through the low temperature passage 37. A low temperature heat exchanger (cooler) 38, a regenerative heat exchanger 39, a high temperature heat exchanger (heater) 40, and a high temperature space 40 'for the adjacent working piston 36 are sequentially communicated.

4個の作動ピストン36の往復動により、例えば高圧ヘリウムガスを作動空間に封入したとき、膨張、等容冷却、圧縮、等容加熱の熱動力サイクル(スターリングサイクル)を形成して、高温熱交換器(加熱器)40からの吸熱エネルギーと低温熱交換器(冷却器)38からの放熱エネルギーの差分を仕事に変換させることが出来るように、4つの作動空間が上記熱交換器38、39、40により組まれている。   By reciprocating the four working pistons 36, for example, when high-pressure helium gas is sealed in the working space, a thermodynamic cycle (Stirling cycle) of expansion, isobaric cooling, compression, isobaric heating is formed, and high-temperature heat exchange is performed. In order to convert the difference between the heat absorption energy from the heater (heater) 40 and the heat radiation energy from the low temperature heat exchanger (cooler) 38 into work, the four working spaces have the heat exchangers 38, 39, 40.

そして、本発明の駆動部ブロック3、4及び発電機ハウジング5には、出力軸7が、2つのラジアル軸受19、22及び2つのスラスト軸受20、21により支持されるようにして回転可能に設けられている。   In the drive unit blocks 3 and 4 and the generator housing 5 of the present invention, the output shaft 7 is rotatably provided so as to be supported by the two radial bearings 19 and 22 and the two thrust bearings 20 and 21. It has been.

ラジアル軸受19は、駆動部ブロック4のボス部4bに装着されている。このボス部4bは、回転子コア9の凹部8g内に入り込むように設けられている。ラジアル軸受19は、回転子8の重心と回転斜板28の重心の中間点の位置に設けられ、且つ、ラジアル軸受22の2倍の長さに形成されている。   The radial bearing 19 is mounted on the boss portion 4 b of the drive unit block 4. The boss 4b is provided so as to enter the recess 8g of the rotor core 9. The radial bearing 19 is provided at a midpoint position between the center of gravity of the rotor 8 and the center of gravity of the rotary swash plate 28, and is formed twice as long as the radial bearing 22.

以上のようにラジアル軸受19、22及びスラスト軸受20、21を設けることで、回転子8の振れを防ぎ、スターリングエンジン発電機1が垂直位置から水平方向に傾いても、回転子8と回転斜板28の重量及びピストン荷重は、ラジアル軸受19、22及びスラスト軸受20、21によって、4箇所で分散して支持され、安定した軸の回転運動を行うことが可能となる。   By providing the radial bearings 19 and 22 and the thrust bearings 20 and 21 as described above, the rotor 8 is prevented from swinging, and even if the Stirling engine generator 1 is inclined in the horizontal direction from the vertical position, the rotor 8 and the rotation tilt The weight of the plate 28 and the piston load are dispersed and supported at four locations by the radial bearings 19 and 22 and the thrust bearings 20 and 21, thereby enabling stable rotational movement of the shaft.

そして、ラジアル軸受19、22及びスラスト軸受20、21には、油供給ポンプ24で昇圧された潤滑油が出力軸7の潤滑油供給孔23から供給される構造になっている。   The radial bearings 19, 22 and the thrust bearings 20, 21 have a structure in which the lubricating oil whose pressure has been increased by the oil supply pump 24 is supplied from the lubricating oil supply hole 23 of the output shaft 7.

図2は本発明の発電機部の構造を示した立体図である。   FIG. 2 is a three-dimensional view showing the structure of the generator section of the present invention.

本発明に係るスターリングエンジン発電機の回転子8の構成は、次のとおりである。回転子8の回転子コア9は、軽量非鉄金属(例えば、アルミ)又は高分子樹脂材料(例えば、テフロン(登録商標))で作られている。   The structure of the rotor 8 of the Stirling engine generator according to the present invention is as follows. The rotor core 9 of the rotor 8 is made of a lightweight non-ferrous metal (for example, aluminum) or a polymer resin material (for example, Teflon (registered trademark)).

回転子コア9の外周には、周り止め凸部をもつリング状の珪素鋼板等の鋼板の積層板(本明細書では「積層鋼板」という)10が嵌め込まれ、積層鋼板10の外周には、複数の瓦状の永久磁石片11が接着され、さらに、その外側には、カーボンファイバーの回転子外筒12で覆われている。   On the outer periphery of the rotor core 9, a laminated plate 10 of steel plates such as a ring-shaped silicon steel plate having a rotation stop projection (referred to herein as “laminated steel plate”) 10 is fitted, and on the outer periphery of the laminated steel plate 10, A plurality of tile-like permanent magnet pieces 11 are bonded, and the outer sides thereof are covered with a carbon fiber rotor outer cylinder 12.

リング状の積層鋼板10が回転子コア9の外周に嵌め込まれているので、磁場回路はより効果的に形成される。そして、リング状の回転子蓋13がボルト59で回転子コア9に取り付けられており、この回転子蓋13とカーボン繊維の回転子外筒12とによって、回転子コア9の外周側に接着した永久磁石片11を押さえて保持するので、遠心力によって、永久磁石片11が外方に飛散することを防ぐ構造となっている。   Since the ring-shaped laminated steel sheet 10 is fitted on the outer periphery of the rotor core 9, the magnetic field circuit is formed more effectively. A ring-shaped rotor lid 13 is attached to the rotor core 9 with bolts 59, and is bonded to the outer peripheral side of the rotor core 9 by the rotor lid 13 and the carbon fiber rotor outer cylinder 12. Since the permanent magnet piece 11 is pressed and held, the structure prevents the permanent magnet piece 11 from being scattered outward by centrifugal force.

図3は、本発明の回転子8における、回転中心に垂直な断面図であり、図4は、6種類の永久磁石片11の着磁方向を示す模式図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the center of rotation in the rotor 8 of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram showing the magnetization directions of the six types of permanent magnet pieces 11.

本発明の回転子8に使う永久磁石片11は、着磁方向の異なる6種類の永久磁石片、例えば、図3及び図4に示すように、6つの永久磁石片50、51、52、53、54、55が使用される。   The permanent magnet piece 11 used in the rotor 8 of the present invention has six types of permanent magnet pieces having different magnetization directions, for example, six permanent magnet pieces 50, 51, 52, 53 as shown in FIGS. , 54, 55 are used.

6つの永久磁石片50、51、52、53、54、55は、ロータ中心101と永久磁石片それぞれの円弧の中心を結ぶ線102に対して、N極方向の傾きが60度、0度、−60度、−120度、180度、−120度になるように、円周上に隙間なく8組(合計48個)並べられ、8組の磁極対を作れるような構成とした。   The six permanent magnet pieces 50, 51, 52, 53, 54, 55 have an inclination in the N-pole direction of 60 degrees, 0 degrees with respect to the line 102 connecting the rotor center 101 and the center of each arc of the permanent magnet pieces, Eight sets (a total of 48) were arranged on the circumference without gaps so as to be −60 degrees, −120 degrees, 180 degrees, and −120 degrees, so that eight pairs of magnetic poles could be formed.

6つの永久磁石片50、51、52、53、54、55の組は、上記のとおり8組(合計48個)以外に、5組(合計10個)であって5組の磁極対を作れるような構成としてもよいし、或いは11組(合計66個)であって11組の磁極対を作れるような構成としてもよい。   The set of six permanent magnet pieces 50, 51, 52, 53, 54, and 55 is 5 sets (10 total) in addition to the 8 sets (48 total) as described above, and can form 5 pairs of magnetic poles. Alternatively, it may be configured such that 11 sets (66 in total) and 11 sets of magnetic pole pairs can be formed.

図5に示すように、回転子8は、積層鋼板56と巻き線16から成るステータ15内に回転可能に配置されている。ステータ15は、その内周側に、ステータの歯57と巻き線空間58が円周方向に向けて交互に配列するように形成されている。   As shown in FIG. 5, the rotor 8 is rotatably disposed in the stator 15 including the laminated steel plate 56 and the winding wire 16. The stator 15 is formed such that stator teeth 57 and winding spaces 58 are alternately arranged in the circumferential direction on the inner peripheral side thereof.

例えば、6つの永久磁石片50、51、52、53、54、55の組が上記のとおり8組(合計48個)の場合は、18個の歯57と巻き線空間58が円周方向に向けて交互に配列するように形成されている。また、6つの永久磁石片50、51、52、53、54、55の組が5組又は11組(合計30個又66個)の場合は、歯57と巻き線空間58は12個又は24個である。   For example, when the set of six permanent magnet pieces 50, 51, 52, 53, 54, 55 is eight sets (48 in total) as described above, the 18 teeth 57 and the winding space 58 are arranged in the circumferential direction. It is formed so as to be alternately arranged. Further, when the number of the six permanent magnet pieces 50, 51, 52, 53, 54, 55 is 5 or 11 (total of 30 or 66), the number of teeth 57 and the winding space 58 is 12 or 24. It is a piece.

要するに、6つの永久磁石片から成る組がn組(但し、nは8、5又は11)でn組の磁極対を作れるような構成に対して、6×n+2個の歯57と巻き線空間58が円周方向に向けて交互に配列するように形成されている。   In short, 6 × n + 2 teeth 57 and winding space for a configuration in which n pairs of six permanent magnet pieces (where n is 8, 5 or 11) can form n pairs of magnetic poles. 58 are formed so as to be alternately arranged in the circumferential direction.

図6は、本発明のステータ15における、巻き線16の構成例を示す模式図である。上記のとおり回転子8における6つの永久磁石片50、51、52、53、54、55の組が8組(合計48個)に対して、ステータ15は、上記18箇所の巻き線空間58と歯57があるステータの積層コア56に、巻き線16を構成する3本の銅線16a、16b、16cを、図6に示すように、隣接する3個の歯57に対し、右巻き、左巻き、右巻きに巻き、一方の端を出力線60として取り出し、他方は結線した3相交流の同期発電機に使われるY結線とした。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of the winding 16 in the stator 15 of the present invention. As described above, the stator 15 includes the 18 winding spaces 58 with respect to the eight permanent magnet pieces 50, 51, 52, 53, 54, and 55 in the rotor 8 (48 in total). As shown in FIG. 6, three copper wires 16a, 16b, and 16c constituting the winding 16 are wound on the stator laminated core 56 having the teeth 57 with respect to the three adjacent teeth 57 as shown in FIG. Then, it was wound in a right-handed manner, one end was taken out as an output line 60, and the other end was a Y-connection used in a connected three-phase AC synchronous generator.

図7は、本発明に係るスターリングエンジン発電機の実施例の変形例を示す図である。この変形例スターリングエンジン発電機1’は、上記実施例のスターリングエンジン発電機1と概略同じであるので、相違する構成についてのみ説明する。   FIG. 7 is a view showing a modification of the embodiment of the Stirling engine generator according to the present invention. Since this modified Stirling engine generator 1 'is substantially the same as the Stirling engine generator 1 of the above-described embodiment, only a different configuration will be described.

この変形例のスターリングエンジン発電機は、上記実施例とは上下逆にし、発電機ハウジング5を下方に設けている。そして、駆動部ブロック4の下側に隔壁板71が設けられており、発電機ハウジング5と隔てられている。   The Stirling engine generator of this modification is upside down with respect to the above embodiment, and the generator housing 5 is provided below. A partition plate 71 is provided below the drive unit block 4 and is separated from the generator housing 5.

隔壁板71は、平面視で円形をしており、外周囲には上方に起立するリング部73が設けられており、中央部には中心穴74を有するボス部72が下方に突出するように設けられている。リング部73からボス部72にかけて、下方に傾斜面が形成されている。   The partition plate 71 has a circular shape in plan view, and is provided with a ring portion 73 standing upward on the outer periphery so that a boss portion 72 having a center hole 74 projects downward at the center portion. Is provided. An inclined surface is formed downward from the ring portion 73 to the boss portion 72.

リング部73には、その外周にOリング76を装着し、駆動部ブロック4のリング部70とOリング76を介して嵌合しており、ボス部72の中心穴74には回転軸用のオイルシール77が装着されおり、軸潤滑油は発電機ハウジング5には漏れる事はない。   An O-ring 76 is attached to the outer periphery of the ring portion 73 and is fitted through the ring portion 70 and the O-ring 76 of the drive unit block 4, and the center hole 74 of the boss portion 72 is for a rotating shaft. An oil seal 77 is attached, and the shaft lubricating oil does not leak into the generator housing 5.

駆動ブロック4には、潤滑油の油排出路78及び油排出口79が形成されている。隔壁板上に貯まった潤滑油75は、油排出路78及び油排出口79から、外部のオイルポンプ(図示せず)で吸引されるよう構成されている。   The drive block 4 is formed with an oil discharge path 78 and an oil discharge port 79 for lubricating oil. The lubricating oil 75 stored on the partition plate is sucked from an oil discharge path 78 and an oil discharge port 79 by an external oil pump (not shown).

この変形例は、油供給ポンプ24に代えスペーサ83が取り付けられており。潤滑油は外部のオイルポンプ(図示せず)で昇圧して油供給孔81とスペーサ83の油供給口82を介し、ラジアル軸受19、22及びスラスト軸受20、21、回転斜板28に供給され、重力により隔壁板71上の油溜り75に流れ落ち、潤滑油の循環が行われる。なお、3bは駆動部ブロック3のボス部であり、その内側にはラジアル軸受22が設けられている。   In this modification, a spacer 83 is attached in place of the oil supply pump 24. The lubricating oil is pressurized by an external oil pump (not shown) and supplied to the radial bearings 19 and 22, the thrust bearings 20 and 21, and the rotary swash plate 28 through the oil supply hole 81 and the oil supply port 82 of the spacer 83. The oil flows down to the oil reservoir 75 on the partition plate 71 due to gravity, and the lubricating oil is circulated. In addition, 3b is the boss | hub part of the drive part block 3, and the radial bearing 22 is provided in the inner side.

図9は、太陽熱を利用して運転する場合の集光手段に対する本発明に係るスターリングエンジン発電機の配置を示す図である。図9(a)は、上記実施例のスターリングエンジン発電機1を太陽熱を利用して運転する場合であり、集光手段としてミラー90を使用し、太陽光線92をミラー90で集光し、その反射光を高温熱交換器40に照射するような構成とした。   FIG. 9 is a view showing the arrangement of the Stirling engine generator according to the present invention with respect to the light condensing means when operating using solar heat. FIG. 9A shows a case where the Stirling engine generator 1 of the above-described embodiment is operated using solar heat. The mirror 90 is used as a condensing means, and the sunlight 92 is collected by the mirror 90. It was set as the structure which irradiates the high temperature heat exchanger 40 with reflected light.

図9(b)は、上記実施例の変形例のスターリングエンジン発電機1’を太陽熱を利用して運転する場合であり、集光手段としてレンズ91を使用し、太陽光線92をレンズ71で集光し、高温熱交換器40に照射するような構成とした。   FIG. 9B shows a case where the Stirling engine generator 1 ′ according to the modified example of the above embodiment is operated using solar heat. The lens 91 is used as the light collecting means, and the solar rays 92 are collected by the lens 71. It was set as the structure which shines and irradiates the high temperature heat exchanger 40. FIG.

(作用)
次に、以上の構成から成る実施例のスターリングエンジン発電機の作用を説明する。
(Function)
Next, the operation of the Stirling engine generator according to the embodiment having the above configuration will be described.

スターリングエンジンの作動空間には作動ガスとして、高圧の作動ガス、例えば6MPaのヘリウムが、ピストンロッド31に対して設けられた軸シール32で封止され封入されている。作動ガスは、スターリングエンジンが運転状態でない時は、流動することなく静止状態にある。   In the working space of the Stirling engine, a high-pressure working gas, for example, 6 MPa helium, is sealed and sealed by a shaft seal 32 provided to the piston rod 31 as a working gas. The working gas is stationary without flowing when the Stirling engine is not in operation.

始動に際して、インバータ(図示していない)から交流電流が3本の銅線16a、16b、16cに流されるとステータ15に磁場が形成され、回転子コア9に接着した永久磁石片11が発生する磁場に働き、回転トルクを発生する。   At the time of start-up, when an alternating current is passed from the inverter (not shown) to the three copper wires 16a, 16b, and 16c, a magnetic field is formed in the stator 15 and a permanent magnet piece 11 adhered to the rotor core 9 is generated. Acts on a magnetic field and generates rotational torque.

このとき、回転子8の角度をレゾルバー17の信号として出すことが出来、インバータはこの回転信号を使って、投入する交流電流の位相角を制御して一定の電流値で最大の回転トルクを発生させ、出力軸7を回転させる。   At this time, the angle of the rotor 8 can be output as a signal of the resolver 17, and the inverter uses this rotation signal to control the phase angle of the alternating current to be applied to generate the maximum rotational torque at a constant current value. The output shaft 7 is rotated.

次に、出力軸7の回転が始まると、油供給ポンプ24が回り、ラジアル軸受19、22及びスラスト軸受20、21に潤滑油を供給して、機械損失の少ない状態で回転斜板28が回転し、ガイドピストン29と作動ピストン36の往復動を開始する。   Next, when the rotation of the output shaft 7 starts, the oil supply pump 24 rotates to supply the lubricating oil to the radial bearings 19 and 22 and the thrust bearings 20 and 21, and the rotary swash plate 28 rotates with less mechanical loss. Then, the reciprocation of the guide piston 29 and the working piston 36 is started.

そして、作動ピストン36の往復動が始まると、作動ガスは、膨張、等容冷却、圧縮、等容加熱の熱サイクル(スターリングサイクル)を繰り返し、高温熱交換器(加熱器)40から熱を吸熱し、低温熱交換器(冷却器)38から圧縮熱を放熱して、正の図示仕事を出すと、作動ピストン36は回転斜板28を介して出力軸7を回転させる力(モータ駆動時と同一方向)が働き、発電機の巻き線16内を流れる電流方向が逆転して発電状態となる。   When the reciprocating motion of the working piston 36 starts, the working gas absorbs heat from the high-temperature heat exchanger (heater) 40 by repeating a thermal cycle (Stirling cycle) of expansion, isovolume cooling, compression, and isovolume heating. When the compression heat is radiated from the low-temperature heat exchanger (cooler) 38 and positive work is produced, the working piston 36 rotates the output shaft 7 via the rotary swash plate 28 (when the motor is driven). The same direction) works, and the direction of the current flowing in the winding 16 of the generator is reversed to enter the power generation state.

本発明に係るスターリングエンジン発電機の第1の特徴は、回転子コア9の外周に配置する永久磁石を、着磁方向の異なる6種類の永久磁石片11から成る組を8組使うことで、ラジアル着磁の磁石では構成できなかった背面の積層鋼板を少なくすることができ、しかも回転子8の大部分を比重の軽い非鉄金属や高分子材料の回転子コア9から成る構成とすることで、重量を軽減し、慣性質量を極めて小さくした点である。   The first feature of the Stirling engine generator according to the present invention is that eight sets of permanent magnets arranged on the outer periphery of the rotor core 9 are composed of six types of permanent magnet pieces 11 having different magnetization directions. By making it possible to reduce the number of laminated steel plates on the back that could not be constructed with radial magnetized magnets, the majority of the rotor 8 is made up of a rotor core 9 made of non-ferrous metal or polymer material having a low specific gravity. The weight is reduced and the inertial mass is extremely reduced.

このように回転子8を軽量化し慣性質量を極めて小さくしたので、回転による慣性力を減じて迅速に出力軸7の回転数を変えることが可能になり、加えて、発電した3相交流の電流は、整流器(図示せず)で直流にし、インバータで商用周波数の交流にして、電力系統に戻したり、電源として活用すれば、太陽の入射熱が変化した場合でも、作動ガスの圧力、ストロークを変えることなく、エンジン回転数を変化させて発電量を調整することができる、というきわめて顕著な効果が生じる。   Since the rotor 8 is thus reduced in weight and the inertial mass is made extremely small, the inertial force due to the rotation can be reduced, and the rotational speed of the output shaft 7 can be quickly changed. In addition, the generated three-phase AC current If the direct current is changed with a rectifier (not shown), the inverter is turned into commercial frequency alternating current, and returned to the power system or used as a power source, the pressure and stroke of the working gas can be reduced even if the incident heat of the sun changes. There is a very remarkable effect that the power generation amount can be adjusted by changing the engine speed without changing.

本発明に係るスターリングエンジン発電機の第2の特徴は、回転子コア9の凹部8g内に、出力軸7を回転可能に支持するラジアル軸受19を装着するスターリングエンジンの駆動部ブロック4のボス部4aが入り込む構成としたことである。   The second feature of the Stirling engine generator according to the present invention is that the boss portion of the Stirling engine drive unit block 4 in which the radial bearing 19 that rotatably supports the output shaft 7 is mounted in the recess 8g of the rotor core 9 is provided. 4a enters.

このような構成を採用することで、ラジアル軸受19の軸方向の長さをより長くすることを可能とし、回転子8及び出力軸7の安定な回転を可能とする。   By adopting such a configuration, the axial length of the radial bearing 19 can be made longer, and the rotor 8 and the output shaft 7 can be stably rotated.

即ち、このような構成を採用すると、回転子コア9の凹部8gを利用して、駆動部ハウジングに装着したラジアル軸受19が、回転斜板28と回転子コア9の重心の中心点にくるために、回転子8、回転斜板28及び出力軸7等を含む回転部分の安定した回転が可能になり、迅速に回転数を変化させても振動を生じない顕著な効果が生じる。   That is, when such a configuration is adopted, the radial bearing 19 attached to the drive housing is brought to the center point of the center of gravity of the rotary swash plate 28 and the rotor core 9 by using the recess 8g of the rotor core 9. In addition, the rotating portion including the rotor 8, the rotating swash plate 28, the output shaft 7 and the like can be stably rotated, and a remarkable effect that no vibration occurs even when the number of rotations is rapidly changed is produced.

以上、本発明に係るスターリングエンジン発電機を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。   As mentioned above, although the form for implementing the Stirling engine generator which concerns on this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to such an Example, It was described in the claim It goes without saying that there are various embodiments within the scope of technical matters.

本発明に係るスターリングエンジン発電機は上記のような構成であるから、入射熱が変化し易い太陽熱を利用したスターリングエンジン発電機への適用は最適であるが、それ以外の熱源(例えば、化石燃料、木質系燃料、地熱等)を利用したスターリングエンジン発電機にも適用できる。   Since the Stirling engine generator according to the present invention has the above-described configuration, it is optimally applied to a Stirling engine generator using solar heat that easily changes the incident heat, but other heat sources (for example, fossil fuels) It can also be applied to Stirling engine generators using wood-based fuel, geothermal heat, etc.).

1、1’ スターリングエンジン発電機
2 作動部ブロック
3、4 駆動部ブロック
3b 駆動部ブロック3のボス部
4b 駆動部ブロック4のボス部
5 発電機ハウジング
6 蓋
7 エンジンの出力軸
8 回転子
8’ スリーブ
8g 回転子コアの凹部
9 回転子コア
10 積層鋼板
11 永久磁石片
12 回転子外筒
13 回転子蓋
14 回転子の固定ナット
15 ステータ
16 発電機の巻き線
16a、16b、16c 発電機の巻き線の3本の銅線
17 レゾルバー
17a レゾルバーの回転部
17b レゾルバーの固定部
18 レゾルバーの信号線
19、22 ラジアル軸受
20、21 スラスト軸受
23 潤滑油供給孔
24 油供給ポンプ
25 油排出口
26 油供給口
27 シュー
28 回転斜板
29 ガイドピストン
31 ピストンロッド
32 軸シール
33 オイルスクレーパ
34 ガスシール
35 ピストンリング
36 作動ピストン
37 低温通路
38 低温熱交換器
38’ 低温空間
39 再生熱交換器
40 高温熱交換器
40’ 高温空間
41 高温熱交換器ハウジング
41a ピストンシリンダー
42 固定ボルト
50、51、52、53、54、55 永久磁石片
56 ステータの積層コア
57 ステータの歯
58 ステータ巻き線空間
59 回転子蓋固定用のボルト
60 発電機の出力線
70 駆動ブロック4のリング部
71 隔壁板
72 隔壁板のボス部
73 隔壁板のリング部
74 ボス部の中心穴
75 隔壁版の上部に形成された油溜り
76 Oリング
76’ Oリング
77 回転軸のオイルシール
78 油排出路
79 油排出口
81 油供給孔
82 油供給口
83 スペーサ
90 ミラー
91 レンズ
92 太陽光線
101 回転子の回転中心
102 回転子の中心と永久磁石片の円中心を結ぶ線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 'Stirling engine generator 2 Actuating part block 3, 4 Drive part block 3b Boss part of the drive part block 4b Boss part of the drive part block 4 5 Generator housing 6 Lid 7 Engine output shaft 8 Rotor 8' Sleeve 8g Rotor core recess 9 Rotor core 10 Laminated steel plate 11 Permanent magnet piece 12 Rotor outer cylinder 13 Rotor lid 14 Rotor fixing nut 15 Stator 16 Generator windings 16a, 16b, 16c Generator winding Three copper wires 17 Resolver 17a Resolver rotating part 17b Resolver fixed part 18 Resolver signal line 19, 22 Radial bearing 20, 21 Thrust bearing 23 Lubricating oil supply hole 24 Oil supply pump 25 Oil discharge port 26 Oil supply Port 27 Shoe 28 Rotary swash plate 29 Guide piston 31 Piston rod 32 Shaft seat 33 Oil scraper 34 Gas seal 35 Piston ring 36 Operating piston 37 Low temperature passage 38 Low temperature heat exchanger 38 'Low temperature space 39 Regenerative heat exchanger 40 High temperature heat exchanger 40' High temperature space 41 High temperature heat exchanger housing 41a Piston cylinder 42 Fixing bolt 50, 51, 52, 53, 54, 55 Permanent magnet piece 56 Stator laminated core 57 Stator teeth 58 Stator winding space 59 Rotor cover fixing bolt 60 Generator output line 70 Ring portion 71 of drive block 4 Partition plate 72 Partition plate boss portion 73 Partition plate ring portion 74 Center hole of boss portion 75 Oil reservoir formed at the upper portion of partition plate 76 O ring 76 'O ring 77 Oil seal of rotating shaft 78 Oil discharge passage 79 Oil Discharge port 81 Oil supply hole 82 Oil supply port 83 Spacer 90 Mirror 91 Line connecting the circular center of the permanent magnet pieces of the center of rotation 102 rotor's 92 sunlight 101 rotor

Claims (8)

発電機部とエンジン部を有し、エンジン部に設けられた4個のピストンシリンダーの各々の中にはピストンリングを持つ作動ピストンが配備され、それぞれのピストンシリンダーを高温空間側と低温空間に分離し、各々の高温空間は、高温熱交換器、再生熱交換器及び低温熱交換器を備えて隣接する別のシリンダーの低温空間と連結しており、各々の作動ピストンはロッドを介してガイドピストンに連結され、各々のロッドには軸シール機構を持ち、ガイドピストンの往復動運動をエンジンの出力軸の回転に変換する出力取り出し機構を備えたスターリングエンジン発電機において、
エンジンの出力軸上に、比重の軽い非鉄金属又は高分子材料で作られた回転子コアを取り付け、該回転子コアの外周には複数の瓦状の永久磁石片を接着して発電機の回転子を構成し、エンジンの出力軸の先端にはレゾルバーの回転部を備え、回転子の外側に3相巻き線のステータを備えて交流電流を発生させるようにしたことを特徴とするスターリングエンジン発電機。
Each of the four piston cylinders provided in the engine part has a generator part and an engine part, and an operating piston with a piston ring is arranged in each part, and each piston cylinder is separated into a high temperature space side and a low temperature space. Each high temperature space includes a high temperature heat exchanger, a regenerative heat exchanger, and a low temperature heat exchanger, and is connected to a low temperature space of another adjacent cylinder, and each operating piston is connected to a guide piston via a rod. In each of the Stirling engine generators, each rod has a shaft seal mechanism and an output take-out mechanism that converts the reciprocating motion of the guide piston into the rotation of the output shaft of the engine.
A rotor core made of nonferrous metal or polymer material with low specific gravity is mounted on the output shaft of the engine, and a plurality of tile-shaped permanent magnet pieces are bonded to the outer periphery of the rotor core to rotate the generator. Stirling engine power generation characterized in that a rotor is formed, a rotating portion of a resolver is provided at the tip of the output shaft of the engine, and a three-phase winding stator is provided outside the rotor to generate an alternating current. Machine.
複数の瓦状の永久磁石片は、それぞれN極方向が回転子コア中心と永久磁石片の中心を結ぶ線に対して、−60度、0度、+60度、−120度、180度、+120度となるようにして1組の磁極対を形成させ、同様の並びで複数のn組(但し、nは5、8又は11)の磁極対を形成するように6×n個の永久磁石片を回転子コアの周りに配置したことを特徴とする請求項1に記載のスターリングエンジン発電機。   The plurality of tile-shaped permanent magnet pieces have −60 degrees, 0 degrees, +60 degrees, −120 degrees, 180 degrees, +120 degrees with respect to the line in which the N-pole direction connects the center of the rotor core and the center of the permanent magnet pieces. 6 × n permanent magnet pieces so as to form a plurality of n pairs (where n is 5, 8, or 11) in a similar arrangement. The Stirling engine generator according to claim 1, wherein the is disposed around the rotor core. 回転子コアと瓦状の永久磁石片の間に、リング状の積層鋼板を配置して磁場回路の形成をより良くしたことを特徴とする請求項1又は2に記載のスターリングエンジン発電機。   The Stirling engine generator according to claim 1 or 2, wherein a ring-shaped laminated steel plate is disposed between the rotor core and the tile-shaped permanent magnet piece to improve the formation of the magnetic field circuit. 回転子コアの出力軸側に、剛性の高い材料のスリーブを圧入して、該スリーブにキー溝を付け、出力軸に段差の座面を作り、キーとナットにより回転子をエンジンの出力軸に着脱できるように取り付けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。   A highly rigid sleeve is press-fitted onto the output shaft side of the rotor core, a keyway is attached to the sleeve, a stepped seating surface is created on the output shaft, and the rotor is used as the engine output shaft with the key and nut. The Stirling engine generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the Stirling engine generator is attached so as to be detachable. 回転子コアの一端側に回転子蓋を配置し、回転子コアの外周側に接着した永久磁石片を、カーボン繊維の回転子外筒と回転子蓋で押さえて飛散しないようにしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。   A rotor lid is arranged on one end side of the rotor core, and the permanent magnet piece bonded to the outer periphery side of the rotor core is pressed by the carbon fiber rotor outer cylinder and the rotor lid so as not to be scattered. The Stirling engine generator according to any one of claims 1 to 4. 回転子コアのエンジン部側に凹部を形成し、該回転子コアの凹部内に、出力軸を回転可能に支持する軸受及び該軸受を装着するスターリングエンジンの駆動部ブロックのボス部が入り込む構成とすることで、軸受の軸方向の長さをより長くすることを可能とし、回転子及び出力軸の安定な回転を可能とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。   A recess is formed on the rotor core on the engine part side, and a bearing for rotatably supporting the output shaft and a boss part of a drive block of a Stirling engine on which the bearing is mounted enter the recess of the rotor core. The Stirling according to claim 1, wherein the axial length of the bearing can be made longer, and the rotor and the output shaft can be stably rotated. Engine generator. ボス部及びガイドピストンを案内するガイドピストンシリンダーの駆動部ブロックに、Oリング及びオイルシールを装着した隔壁板を取り付け、駆動部ブロックに潤滑油の油排出路を設け、発電機部内に油が入らない構造にしたことを特徴とする請求項6に記載のスターリングエンジン発電機。   A partition plate fitted with an O-ring and an oil seal is attached to the drive block of the guide piston cylinder that guides the boss and guide piston, and an oil discharge passage for lubricating oil is provided in the drive block so that oil enters the generator section. The Stirling engine generator according to claim 6, wherein the Stirling engine generator is not provided. 前記複数のn組(但し、nは5、8又は11)の磁極対を形成する複数の瓦状の永久磁石片に対して、前記のスターリングエンジン発電機のステータのコアの歯数をn×2+2個にして、3本の銅線は、それぞれ中心から歯に向かって右巻き、左巻きの配線を行い、片方を3本結線して、片方を出力取り出し線とすることを特徴とする請求項2〜7のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。   The number of teeth of the stator core of the Stirling engine generator is set to nx with respect to the plurality of tile-shaped permanent magnet pieces forming the plurality of n pairs (where n is 5, 8, or 11). The number of the copper wires is 2 + 2, and the three copper wires are respectively wound clockwise and counterclockwise from the center to the teeth, and one of the three copper wires is connected, and one of them is used as an output lead line. The Stirling engine generator in any one of 2-7.
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