JP2017077144A - Linear generator and linear power generation system - Google Patents

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守屋 一成
Kazunari Moriya
一成 守屋
英雅 小坂
Hidemasa Kosaka
英雅 小坂
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the weight, cost and loss in a linear generator, while reducing the resilience given to a needle externally.SOLUTION: A linear generator 10 includes a stator 26, and a piston 40, i.e., a needle arranged oppositely to the stator 26. One member out of the stator 26 and piston 40 has an iron core 27 and a winding, and the other member has a permanent magnet 43. Power is generated when the piston 40 moves in the linear direction for the stator 26. The piston 40 is configured to move so that the permanent magnet 43 is deviated, during use, from one end of the iron core 27 in the linear direction to the outside in the linear direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、可動子が固定子に対し直線方向に移動することにより発電するリニア発電機及びリニア発電システムに関する。   The present invention relates to a linear generator and a linear power generation system that generate power by moving a mover in a linear direction with respect to a stator.

従来からリニア発電機が知られている。リニア発電機は、固定子及び可動子を含み、可動子が固定子に対向配置される。可動子には永久磁石が配置され、固定子には巻線が配置される。可動子が固定子に対し直線方向に移動すると、永久磁石と巻線とが相対移動する。この際に生じる誘導起電力によりリニア発電機が発電する。   Conventionally, a linear generator is known. The linear generator includes a stator and a mover, and the mover is disposed to face the stator. A permanent magnet is disposed on the mover, and a winding is disposed on the stator. When the mover moves in the linear direction with respect to the stator, the permanent magnet and the winding move relative to each other. The linear generator generates electricity by the induced electromotive force generated at this time.

特許文献1には、軸方向に往復移動するフリーピストンエンジン(動力源)のロッドに可動子が結合され、可動子が外側の固定子に対し相対移動することで機械的出力を電気的パワーに変換するリニア発電機が記載されている。ロッドにおいて、燃焼室とは反対側には復帰用のバネが結合されている。   In Patent Document 1, a mover is coupled to a rod of a free piston engine (power source) that reciprocally moves in the axial direction, and the mover moves relative to an outer stator, thereby converting mechanical output to electrical power. A linear generator to convert is described. A return spring is coupled to the rod on the side opposite to the combustion chamber.

特許文献2には、ピストンチャンバ内の膨張空間で燃焼ガスが膨張し、そのガスによってピストンアセンブリを直線方向に変位させるフリーピストン装置が記載されている。この装置では、ピストンチャンバ内の弾性空間に圧縮ガスが入れられて、ピストンアセンブリに返送力を与える。ピストンアセンブリの移動に伴ってアーマチュア(可動子)が移動し、アーマチュアと固定子との相対移動によって電気エネルギが発生する。   Patent Document 2 describes a free piston device in which combustion gas expands in an expansion space in a piston chamber and the piston assembly is displaced in a linear direction by the gas. In this device, compressed gas is introduced into an elastic space in the piston chamber to provide a return force to the piston assembly. As the piston assembly moves, the armature (mover) moves, and electrical energy is generated by the relative movement between the armature and the stator.

特許文献3には、フリーピストン式発電機において、可動子であるピストンの変位を検出する手段を含む構成が記載されている。その手段(変位検出手段)は、ピストンの外周面に形成された複数の溝部と、溝部に充填された充填部材と、シリンダ部材に配置されて溝部の変位を検出する変位検出器とを有する。充填部材は、ピストンの構成材料とは変位検出器の検出特性が異なる材料から構成される。   Patent Document 3 describes a configuration including a means for detecting displacement of a piston as a mover in a free piston generator. The means (displacement detection means) includes a plurality of grooves formed on the outer peripheral surface of the piston, a filling member filled in the grooves, and a displacement detector that is disposed on the cylinder member and detects the displacement of the grooves. The filling member is made of a material having a detection characteristic of the displacement detector different from that of the constituent material of the piston.

特開2010−173630号公報JP 2010-173630 A 特表2009−541635号公報Special table 2009-541635 gazette 特開2013−256886号公報JP2013-256886A

特許文献1から特許文献3に記載された技術では、固定子が可動子に対し軸方向に大きくなった場合において、固定子が巻線を含む場合に、固定子のうち、可動子が対向しない多くの巻線配置部に電流が流れる。これにより、巻線の銅損が大きくなる可能性がある。また、固定子が鉄心コアを含む場合に鉄損が大きくなる可能性もある。また、固定子において、巻線の多くの部分で誘導起電力の発生に用いられないことや、その巻線の支持部となる鉄心コアが大きくなることにより、重量及びコストが大幅に増大する原因となる。さらに、可動子を往復移動させるときに、復元力を与えるために専用の手段が必要になる。例えば、特許文献1に記載された技術では専用の手段としてバネが必要になるので、重量及びコストがさらに増大する原因となる。また、特許文献2に記載された技術では、復元力発生のための専用のガス圧縮機構を用いているので、効率が悪い。   In the techniques described in Patent Document 1 to Patent Document 3, when the stator is axially larger than the mover, when the stator includes a winding, the mover does not face the stator. Current flows through many winding arrangements. This can increase the copper loss of the winding. Moreover, when a stator contains an iron core, an iron loss may become large. In addition, in the stator, it is not used for the generation of the induced electromotive force in many parts of the windings, and the core and core that becomes the supporting part of the windings are large. It becomes. Furthermore, a dedicated means is required to give a restoring force when the mover is reciprocated. For example, the technique described in Patent Document 1 requires a spring as a dedicated means, which causes a further increase in weight and cost. In addition, the technique described in Patent Document 2 uses a dedicated gas compression mechanism for generating a restoring force, so that the efficiency is poor.

本発明の目的は、リニア発電機及びリニア発電システムにおいて、重量、コスト及び損失を低減でき、かつ、可動子に外部から与える復元力を低減できる構造を提供することである。   An object of the present invention is to provide a structure capable of reducing weight, cost, and loss and reducing a restoring force applied to the mover from the outside in a linear generator and a linear power generation system.

本発明に係るリニア発電機は、固定子と、前記固定子に対向配置された可動子とを備え、前記固定子及び前記可動子のうち、一方の部材が鉄心コアと前記鉄心コアに配置された巻線とを含み、前記固定子及び前記可動子のうち、他方の部材が永久磁石を含み、前記可動子が前記固定子に対し直線方向に移動することによって発電するリニア発電機であって、前記可動子は、使用時において、前記永久磁石が前記鉄心コアの前記直線方向の一端から前記直線方向の外側に外れた状態となるように前記可動子が移動するように構成される。   The linear generator according to the present invention includes a stator and a mover disposed to face the stator, and one member of the stator and the mover is disposed on the iron core and the iron core. A linear generator that generates electric power by moving the movable element in a linear direction with respect to the stator, the other member of the stator and the movable element including a permanent magnet. The mover is configured such that, in use, the mover moves so that the permanent magnet is disengaged from one end in the linear direction of the iron core to the outside in the linear direction.

また、本発明に係るリニア発電システムは、本発明に係るリニア発電機と、前記リニア発電機を制御する制御装置とを備え、前記可動子は、燃焼室及び空気ばね室を有するシリンダ内において前記直線方向に往復移動するフリーピストンであり、前記制御装置は、前記フリーピストンが前記空気ばね室側に移動する膨張行程における第1速度指令値と、前記フリーピストンが前記燃焼室側に移動する圧縮行程における第2速度指令値とを設定し、発電時に、電気制動により前記フリーピストンの速度が第1速度指令値または第2速度指令値となるように発電量を制御し、モータリング動作時に、前記巻線を励磁させて前記フリーピストンの速度が第1速度指令値または第2速度指令値となるように送電量を制御し、前記フリーピストンが最も前記燃焼室寄りとなる上死点位置を通過するときを含む上死点側移動時間と、前記フリーピストンが最も前記空気ばね室寄りとなる下死点位置を通過するときを含む下死点側移動時間とで、発送電を休止するように発送電タイミングを制御する。   The linear power generation system according to the present invention includes the linear power generator according to the present invention and a control device that controls the linear power generator, and the mover is disposed in a cylinder having a combustion chamber and an air spring chamber. A free piston that reciprocates in a linear direction, and the control device includes a first speed command value in an expansion stroke in which the free piston moves toward the air spring chamber, and a compression in which the free piston moves toward the combustion chamber. The second speed command value in the stroke is set, and during power generation, the power generation amount is controlled so that the speed of the free piston becomes the first speed command value or the second speed command value by electric braking during power generation. The amount of power transmission is controlled by exciting the winding so that the speed of the free piston becomes the first speed command value or the second speed command value. The top dead center side moving time including when passing the top dead center position close to the combustion chamber, and the bottom dead center side including the time when the free piston passes the bottom dead center position closest to the air spring chamber The power transmission timing is controlled so as to stop the power transmission based on the travel time.

本発明に係るリニア発電機及びリニア発電システムによれば、重量、コスト及び損失を低減でき、かつ、可動子に外部から与える復元力を低減できる。   According to the linear generator and the linear power generation system according to the present invention, the weight, cost, and loss can be reduced, and the restoring force applied from the outside to the mover can be reduced.

本発明に係る実施形態のリニア発電機を含むリニア発電システムにおいて、可動子であるピストンが上死点に位置する場合における断面図である。It is sectional drawing in the case where the piston which is a needle | mover is located in a top dead center in the linear electric power generation system containing the linear generator of embodiment which concerns on this invention. 図1のA部拡大図である。It is the A section enlarged view of FIG. 図1に示すリニア発電機において、ピストンが主動作領域を移動するときの状態を示す断面図である。In the linear generator shown in FIG. 1, it is sectional drawing which shows a state when a piston moves in a main operation area | region. 図1に示すリニア発電機において、ピストンが下死点に位置する場合における断面図である。In the linear generator shown in FIG. 1, it is sectional drawing in case a piston is located in a bottom dead center. 本発明に係る実施形態のリニア発電システムにおいて、ピストン移動時における発送電領域とピストンの速度指令波とを示す図である。In the linear electric power generation system of the embodiment concerning the present invention, it is a figure showing the dispatch electric field at the time of piston movement, and the speed command wave of a piston. 本発明に係る実施形態のリニア発電システムにおいて、速度指令の設定方法を示す図である。It is a figure which shows the setting method of a speed command in the linear electric power generation system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態の基本構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the basic composition of the embodiment concerning the present invention. 図7Aにおいて、ピストンの永久磁石に磁石磁束により吸引力が作用する状態を示す模式図である。In FIG. 7A, it is a schematic diagram which shows the state which attraction force acts on the permanent magnet of a piston by magnet magnetic flux. 本発明に係る実施形態のリニア発電機の別例において、図7Aに対応する図である。In another example of the linear generator of embodiment which concerns on this invention, it is a figure corresponding to FIG. 7A. 本発明に係る実施形態のリニア発電機において、固定子の鉄心コアに対するピストンの永久磁石の飛び出し量eと、磁石磁束によるピストンの軸方向推力との関係のシミュレーション結果を示す図である。In the linear generator of embodiment which concerns on this invention, it is a figure which shows the simulation result of the relationship between the protrusion amount e of the permanent magnet of the piston with respect to the iron core of a stator, and the axial direction thrust of the piston by magnet magnetic flux. 本発明に係る実施形態のリニア発電機の別例を示している図1に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 1 which shows the other example of the linear generator of embodiment which concerns on this invention. 図10の構成において、固定子側の永久磁石に対し、可動子側の鉄心コアが複数の位置に移動する状態を示す模式図である。In the structure of FIG. 10, it is a schematic diagram which shows the state which the iron core core by the side of a mover moves to a several position with respect to the permanent magnet by the side of a stator.

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。以下で説明する形状、材料、及び個数は、説明のための例示であって、リニア発電機の仕様に応じて適宜変更することができる。以下において複数の実施形態や、変形例などが含まれる場合、それらを適宜組み合わせて実施することができる。以下ではすべての図面において同等の要素には同一の符号を付して説明する。また、本文中の説明においては、必要に応じてそれ以前に述べた符号を用いるものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The shapes, materials, and numbers described below are illustrative examples and can be changed as appropriate according to the specifications of the linear generator. In the following, when a plurality of embodiments and modified examples are included, they can be implemented by appropriately combining them. In the following description, identical elements are denoted by the same reference symbols in all drawings. In the description in the text, the symbols described before are used as necessary.

図1は、実施形態のリニア発電機10を含むリニア発電システムにおいて、可動子でありフリーピストンであるピストン40が上死点に位置する場合における断面図である。図2は、図1のA部拡大図である。図3は、リニア発電機10において、ピストン40が主動作領域を移動するときの状態を示す断面図である。図4は、リニア発電機10において、ピストン40が下死点に位置する場合における断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view when a piston 40 that is a mover and a free piston is located at a top dead center in a linear power generation system including the linear generator 10 of the embodiment. FIG. 2 is an enlarged view of part A in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state when the piston 40 moves in the main operation region in the linear generator 10. FIG. 4 is a cross-sectional view of the linear generator 10 when the piston 40 is located at the bottom dead center.

<発電システム及び発電機の構成>
フリーピストン式発電システムは、リニア発電機10と、リニア発電機10を制御する制御装置50とを備える。リニア発電機10は、シリンダ部材20、ヘッド部材21、及びピストン40を含む。以下、リニア発電機10は発電機10と記載する。
<Configuration of power generation system and generator>
The free piston power generation system includes a linear generator 10 and a control device 50 that controls the linear generator 10. The linear generator 10 includes a cylinder member 20, a head member 21, and a piston 40. Hereinafter, the linear generator 10 is referred to as a generator 10.

シリンダ部材20は、内部にシリンダ22を有するブロック状に形成される。シリンダ部材20は、アルミニウム、非磁性ステンレス合金などの非磁性金属材料により形成される。シリンダ22の第1直線方向である軸方向(中心軸Oに沿う方向)の一端(図1の右端)は、シリンダ部材20の一端面(図1の右端面)に開口する。シリンダ22は、開口端側の小径円筒面S1と、底部側の大径円筒面S2とを有する。シリンダ22の内部には、後述のピストン40が軸方向に移動可能に嵌装される。   The cylinder member 20 is formed in a block shape having a cylinder 22 inside. The cylinder member 20 is formed of a nonmagnetic metal material such as aluminum or a nonmagnetic stainless alloy. One end (right end in FIG. 1) of the cylinder 22 in the axial direction (direction along the central axis O) which is the first linear direction opens to one end surface (right end surface in FIG. 1) of the cylinder member 20. The cylinder 22 has a small-diameter cylindrical surface S1 on the opening end side and a large-diameter cylindrical surface S2 on the bottom side. A piston 40 described later is fitted inside the cylinder 22 so as to be movable in the axial direction.

シリンダ部材20の一端部にはヘッド部材21が結合固定される。シリンダ部材20の小径円筒面S1の内側空間で、ピストン40の一端とヘッド部材21とで囲まれた部分には燃焼室23が形成される。シリンダ部材20において、シリンダ22の底部側(図1の左側)には、空気ばね室24が設けられる。   A head member 21 is coupled and fixed to one end of the cylinder member 20. A combustion chamber 23 is formed in a space surrounded by one end of the piston 40 and the head member 21 in the inner space of the small-diameter cylindrical surface S1 of the cylinder member 20. In the cylinder member 20, an air spring chamber 24 is provided on the bottom side (the left side in FIG. 1) of the cylinder 22.

ヘッド部材21には、排気口21aが形成される。排気口21aは燃焼室23に通じる。シリンダ部材20に取り付けられた排気バルブ25の駆動により燃焼室23と排気口21aとの間が閉鎖または連通される。シリンダ部材20の他の詳細構造は後で説明する。   An exhaust port 21 a is formed in the head member 21. The exhaust port 21 a communicates with the combustion chamber 23. By driving the exhaust valve 25 attached to the cylinder member 20, the combustion chamber 23 and the exhaust port 21a are closed or communicated. Other detailed structures of the cylinder member 20 will be described later.

ピストン40は、柱状の大径部41と、大径部41の一端面(図1の右端面)に連結された柱状の小径部42とを有する。大径部41の外周面には円筒状の永久磁石43が固定される。永久磁石43は、外周面において空気ばね室24側にN極が配置され、燃焼室23側にS極が配置される。N極及びS極の配置は逆でもよい。また、N極及びS極を1組として、複数組がピストン40の軸方向に配置されてもよい。   The piston 40 includes a columnar large-diameter portion 41 and a columnar small-diameter portion 42 connected to one end surface (the right end surface in FIG. 1) of the large-diameter portion 41. A cylindrical permanent magnet 43 is fixed to the outer peripheral surface of the large diameter portion 41. The permanent magnet 43 has an N pole on the air spring chamber 24 side and an S pole on the combustion chamber 23 side on the outer peripheral surface. The arrangement of the N and S poles may be reversed. A plurality of sets may be arranged in the axial direction of the piston 40 with the N pole and the S pole as one set.

ピストン40の大径部41は、シリンダ22の大径円筒面S2の内側に移動可能に配置される。ピストン40の小径部42は、シリンダ22の小径円筒面S1の内側に移動可能に配置される。これによって、ピストン40は、後述の固定子26の内側に対向配置される。   The large diameter portion 41 of the piston 40 is movably disposed inside the large diameter cylindrical surface S <b> 2 of the cylinder 22. The small diameter portion 42 of the piston 40 is movably disposed inside the small diameter cylindrical surface S <b> 1 of the cylinder 22. As a result, the piston 40 is disposed opposite to the inside of the stator 26 described later.

ピストン40は、燃焼室23で発生する燃焼圧力と、空気ばね室24の圧縮に伴う反発力とで、シリンダ22内を軸方向に往復移動する。ピストン40とシリンダ22との間にはわずかな隙間が設けられており、燃焼室23と空気ばね室24との間でガスが流通することを抑制し、かつ、シリンダ22内でのピストン40の移動を可能とする。ピストン40が上記のように大径部41及び小径部42を有するので、ピストン40の空気ばね室24側の受圧面積が、燃焼室23側の受圧面積よりも大きくなる。これにより、空気ばね室24の圧力が比較的小さい場合でも、ピストン40を燃焼室23側に押し戻す反発力を生じやすい。   The piston 40 reciprocates in the axial direction in the cylinder 22 by the combustion pressure generated in the combustion chamber 23 and the repulsive force accompanying the compression of the air spring chamber 24. A slight gap is provided between the piston 40 and the cylinder 22 to suppress the gas from flowing between the combustion chamber 23 and the air spring chamber 24, and the piston 40 in the cylinder 22 Allows movement. Since the piston 40 has the large diameter portion 41 and the small diameter portion 42 as described above, the pressure receiving area on the air spring chamber 24 side of the piston 40 is larger than the pressure receiving area on the combustion chamber 23 side. Thereby, even when the pressure of the air spring chamber 24 is relatively small, a repulsive force that pushes the piston 40 back toward the combustion chamber 23 is likely to occur.

リニア発電機10は、図示しない可動子変位検出手段を備える構成としてもよい。可動子変位検出手段は、例えば特許文献3に記載されているように、ピストンの外周面の溝部と、シリンダ部材に配置された変位検出器とを含む構成とすることができる。このとき、溝部には充填部材が充填されずに溝部内を空隙としてもよい。   The linear generator 10 may be configured to include a mover displacement detection means (not shown). For example, as described in Patent Document 3, the mover displacement detection means may include a groove portion on the outer peripheral surface of the piston and a displacement detector disposed on the cylinder member. At this time, the groove portion may not be filled with the filling member, and the inside of the groove portion may be a gap.

変位検出器は、例えば、渦電流センサ、光学センサ、静電容量センサ等の非接触センサのいずれかから構成される。   The displacement detector is composed of any one of non-contact sensors such as an eddy current sensor, an optical sensor, and a capacitance sensor.

シリンダ部材20の内周面には固定子26が固定される。固定子26は、略円筒状の鉄心コア27と、鉄心コア27に配置されたU相、V相、W相の3相の巻線28u、28v、28wとを含んでいる。鉄心コア27は、鉄等の磁性材によって形成され、内周面に複数の円環状の溝部を有する。複数の溝部は、鉄心コア27の軸方向に並んで配置される。巻線28u、28v、28wは、U,V、W相の順に並んで溝部に配置され、それが繰り返されて鉄心コア27の軸方向複数位置に配置される。各巻線28u、28v、28wは、溝部内で複数回、周方向に沿って巻回されている。隣り合う同相の巻線28u、28v、28wは逆巻きで配置されてもよい。また、鉄心コア27の軸方向長さは、永久磁石47の軸方向長さより大きい。   A stator 26 is fixed to the inner peripheral surface of the cylinder member 20. The stator 26 includes a substantially cylindrical iron core 27 and three-phase windings 28u, 28v, and 28w of U phase, V phase, and W phase disposed on the iron core 27. The iron core 27 is formed of a magnetic material such as iron and has a plurality of annular grooves on the inner peripheral surface. The plurality of grooves are arranged side by side in the axial direction of the iron core 27. The windings 28u, 28v, and 28w are arranged in the groove portion in the order of the U, V, and W phases, and this is repeated and arranged at a plurality of positions in the axial direction of the iron core 27. Each of the windings 28u, 28v, 28w is wound in the groove portion a plurality of times along the circumferential direction. Adjacent in-phase windings 28u, 28v, 28w may be arranged in reverse. Further, the axial length of the iron core 27 is larger than the axial length of the permanent magnet 47.

ピストン40の往復移動により、ピストン40が固定子26に対し軸方向に移動し、これによって永久磁石43が巻線28u、28v、28wに対し移動する。これにより、誘導起電力が生じて発電機が発電する。以下、巻線28u、28v、28wは総称して巻線28と記載する場合がある。   The reciprocating movement of the piston 40 causes the piston 40 to move in the axial direction with respect to the stator 26, whereby the permanent magnet 43 moves relative to the windings 28u, 28v, 28w. Thereby, an induced electromotive force is generated and the generator generates power. Hereinafter, the windings 28u, 28v, and 28w may be collectively referred to as the winding 28.

さらに、ピストン40は、使用時において、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向の一端から軸方向の外側に外れた状態となるように、ピストン40が移動するように構成される。より具体的には、ピストン40は、使用時において、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向の全範囲である主動作領域内と、主動作領域から両側に外れた一端側領域及び他端側領域とに移動するように構成される。「一端側領域」は、図1、図2に示すように、主動作領域から軸方向一端側(図1の右端側)に外れる移動領域である。「他端側領域」は、図4に示すように、主動作領域から軸方向他端側(図4の左端側)に外れる移動領域である。図3は、永久磁石43が「主動作領域」を移動するときの状態を示している。図1から図4では、「主動作領域」「一端側領域」「他端側領域」を永久磁石43が移動する範囲として示している。永久磁石43が主動作領域の外側を移動するように構成されるので、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向一端(図1の右端)から軸方向外側と、軸方向他端(図1の左端)から軸方向外側とに、それぞれ移動するように構成される。これにより、後述するように、発電機10の重量、コスト及び損失を低減でき、かつ、ピストン40に外部から与える復元力を低減できる。   Furthermore, the piston 40 is configured such that, in use, the piston 40 moves so that the permanent magnet 43 is in a state of being detached from the axial end of the iron core 27 outward in the axial direction. More specifically, the piston 40 includes, in use, a main operation region in which the permanent magnet 43 is the entire axial range of the iron core 27, and one end side region and the other end side that are out of the main operation region on both sides. Configured to move to and from the area. As shown in FIGS. 1 and 2, the “one end side region” is a moving region that deviates from the main operation region to one axial end side (the right end side in FIG. 1). As shown in FIG. 4, the “other end side region” is a moving region that deviates from the main operation region to the other end side in the axial direction (left end side in FIG. 4). FIG. 3 shows a state where the permanent magnet 43 moves in the “main operation area”. In FIG. 1 to FIG. 4, “main operation area”, “one end side area”, and “other end side area” are shown as ranges in which the permanent magnet 43 moves. Since the permanent magnet 43 is configured to move outside the main operating region, the permanent magnet 43 moves from one axial end (right end in FIG. 1) to the axial outer side and the other axial end (see FIG. 1). It is configured to move from the left end) to the outside in the axial direction. Thereby, as will be described later, the weight, cost and loss of the generator 10 can be reduced, and the restoring force applied to the piston 40 from the outside can be reduced.

また、発電機10の始動時では、ピストン40を停止状態から往復運動状態に移行させるために、発電機10をモータとして動作させる。このとき、発電機10のモータとしての動作には、初期化動作とモータリング動作とがある。「初期化動作」は、ピストン40の絶対位置が不明であるときに、ピストン40を移動させて絶対値の探索を行う動作である。「モータリング動作」は、初期化動作後に巻線28に励磁電流を流してピストン40を移動させることを意味する。ピストン40の駆動方式として、「モータリング動作」は、燃焼圧力(爆発エネルギ)によりピストン40を移動させる「ファイアリング」と対の関係にある。   Further, when the generator 10 is started, the generator 10 is operated as a motor in order to shift the piston 40 from the stopped state to the reciprocating state. At this time, the operation of the generator 10 as a motor includes an initialization operation and a motoring operation. The “initializing operation” is an operation for searching for an absolute value by moving the piston 40 when the absolute position of the piston 40 is unknown. “Motoring operation” means that the piston 40 is moved by passing an exciting current through the winding 28 after the initialization operation. As a driving method of the piston 40, the “motoring operation” is paired with “firing” in which the piston 40 is moved by combustion pressure (explosion energy).

制御装置50は、発電時(ファイアリング時)には、燃焼圧力や空気ばね室24の反発力等で付勢されたピストン40を、電気制動によって速度制御することで、ピストン40の挙動を制御する。また始動時(モータリング動作時)には、巻線28に流す励磁電流を調整して速度制御することで、ピストン40の挙動を制御する。   The control device 50 controls the behavior of the piston 40 by controlling the speed of the piston 40 energized by the combustion pressure, the repulsive force of the air spring chamber 24, and the like by electric braking during power generation (firing). To do. Further, at the start (during motoring operation), the behavior of the piston 40 is controlled by adjusting the excitation current flowing through the winding 28 and controlling the speed.

「電気制動」には、発電電力を抵抗器に消費させる発電制動と、発電電力を他の電気機器に分配する回生制動とがある。実施形態では、電気制動として、発電制動及び回生制動の少なくとも一方が実施されればよい。   “Electric braking” includes generation braking in which generated power is consumed by a resistor and regenerative braking in which generated power is distributed to other electric devices. In the embodiment, at least one of power generation braking and regenerative braking may be performed as electric braking.

また、シリンダ部材20の軸方向一端に形成された燃焼室23には、掃気孔29(図4)、インジェクタ30、及び点火手段31が設けられる。   Further, a scavenging hole 29 (FIG. 4), an injector 30, and an ignition means 31 are provided in the combustion chamber 23 formed at one end of the cylinder member 20 in the axial direction.

掃気孔29は、燃焼室23内に新気を導入する。新気の導入に際して、図示しない掃気ポンプを駆動させることによって、外部から掃気孔29に新気を導入するようにしてもよい。掃気孔29は、例えば、シリンダ22の内周面に開口される。図1、図2に示すようにピストン40が上死点に位置しているときには、掃気孔29(図4)は、ピストン40によって塞がれる。図4に示すようにピストン40が下死点に位置しているときには、掃気孔29は、大気に通じるように開放される。   The scavenging holes 29 introduce new air into the combustion chamber 23. When introducing fresh air, the scavenging pump (not shown) may be driven to introduce fresh air into the scavenging holes 29 from the outside. The scavenging holes 29 are opened, for example, on the inner peripheral surface of the cylinder 22. As shown in FIGS. 1 and 2, when the piston 40 is located at the top dead center, the scavenging hole 29 (FIG. 4) is blocked by the piston 40. As shown in FIG. 4, when the piston 40 is located at the bottom dead center, the scavenging holes 29 are opened so as to communicate with the atmosphere.

排気口21aは、燃焼室23で新気と燃料との混合気を燃焼させた後の排気を、外部に排出する。排気口21aを省略し、掃気孔29のみで掃気及び排気を行うループフロー式が採用されてもよい。   The exhaust port 21a discharges the exhaust gas after burning the mixture of fresh air and fuel in the combustion chamber 23 to the outside. A loop flow type in which the exhaust port 21a is omitted and the scavenging and exhausting is performed only by the scavenging holes 29 may be employed.

インジェクタ30は、燃料を噴射する噴射手段である。点火手段31は、混合気に点火して燃焼圧力を生じさせる。点火手段31を省略し、圧縮自着火方式によって燃焼圧力を生じさせることもできる。   The injector 30 is an injection unit that injects fuel. The ignition means 31 ignites the air-fuel mixture to generate a combustion pressure. The ignition means 31 can be omitted, and the combustion pressure can be generated by the compression auto-ignition method.

空気ばね室24は、ピストン40を燃焼室23側に押し戻す機能を有する。ピストン40が燃焼室23側から空気ばね室24側に移動する際に、空気ばね室24が圧縮される。この圧縮により反発力が生じ、当該反発力により、ピストン40が燃焼室23側に押し戻される。内圧を一定範囲に収めるため、空気ばね室24に調圧弁が設けられてもよい。さらに、調圧弁に代えて、コンプレッサ等の加圧源が空気ばね室24に接続されてもよい。   The air spring chamber 24 has a function of pushing the piston 40 back to the combustion chamber 23 side. When the piston 40 moves from the combustion chamber 23 side to the air spring chamber 24 side, the air spring chamber 24 is compressed. A repulsive force is generated by this compression, and the piston 40 is pushed back to the combustion chamber 23 side by the repulsive force. In order to keep the internal pressure within a certain range, a pressure regulating valve may be provided in the air spring chamber 24. Further, a pressure source such as a compressor may be connected to the air spring chamber 24 instead of the pressure regulating valve.

シリンダ22の内周面付近の巻線28は、外部に設けられたインバータ等の電力変換器(図示せず)に接続される。発電時に巻線28で発生した交流電力は、外部に取り出されて電力変換器によって直流電力に変換され、バッテリ等の蓄電装置に供給される。また、初期化動作時及びモータリング動作時には、蓄電装置から供給された直流電力が電力変換器によって交流電力に変換された後、巻線28に供給される。   Winding 28 near the inner peripheral surface of cylinder 22 is connected to a power converter (not shown) such as an inverter provided outside. The AC power generated in the winding 28 during power generation is extracted outside, converted to DC power by a power converter, and supplied to a power storage device such as a battery. Further, during the initialization operation and the motoring operation, the DC power supplied from the power storage device is converted into AC power by the power converter and then supplied to the winding 28.

制御装置50は、発電機10を安定して発電させるために、ピストン40の挙動を制御する。また、初期化動作時及びモータリング動作時には、発電機10をモータとして動作させ、ピストン40を移動させる。   The control device 50 controls the behavior of the piston 40 in order to cause the generator 10 to generate power stably. Further, during the initialization operation and the motoring operation, the generator 10 is operated as a motor, and the piston 40 is moved.

制御装置50は、コンピュータを含んで構成される。例えば、コンピュータは、演算回路であるCPU、メモリ等の記憶部、及びインターフェースが内部バスを介して互いに接続される。記憶部には、後述の速度制御及び発送電休止制御を行うための制御プログラムが記憶されてもよい。このとき、CPUが当該プログラムを実行することで、当該制御が行われる。   The control device 50 includes a computer. For example, in a computer, a CPU that is an arithmetic circuit, a storage unit such as a memory, and an interface are connected to each other via an internal bus. The storage unit may store a control program for performing speed control and dispatch power suspension control, which will be described later. At this time, the control is performed by the CPU executing the program.

制御装置50は、インターフェースを介して、周辺機器との信号の送受信を行う。具体的には、位置検出器(図示せず)から検出信号を受信し、排気バルブ25、インジェクタ30、及び、点火手段31に対し、動作させるための作動信号を送信する。電気制動を行う際には、発電機10の発電量を制御する。例えば、発電電力の供給先(電気機器、蓄電装置、抵抗器等)を選択する。モータリング制御時には巻線28に供給する励磁電流量を制御する。   The control device 50 transmits and receives signals to and from peripheral devices via the interface. Specifically, a detection signal is received from a position detector (not shown), and an activation signal for operating the exhaust valve 25, the injector 30, and the ignition means 31 is transmitted. When electric braking is performed, the power generation amount of the generator 10 is controlled. For example, the supply destination (electric device, power storage device, resistor, etc.) of the generated power is selected. During motoring control, the amount of excitation current supplied to the winding 28 is controlled.

<速度制御及び発送電休止制御>
図5は、実施形態のリニア発電システムにおいて、ピストン40の移動時における発送電領域とピストン40の速度指令波とを示す図である。制御装置50は、速度制御に基づいてピストン40の挙動を制御する。制御装置50は、ピストン40が空気ばね室24側に移動する膨張行程において第1速度指令値を設定し、ピストン40が燃焼室23側に移動する圧縮工程において第2速度指令値を設定する。
<Speed control and dispatch power suspension control>
FIG. 5 is a diagram illustrating a shipping power region and a speed command wave of the piston 40 when the piston 40 moves in the linear power generation system of the embodiment. The control device 50 controls the behavior of the piston 40 based on the speed control. The control device 50 sets the first speed command value in the expansion stroke in which the piston 40 moves to the air spring chamber 24 side, and sets the second speed command value in the compression process in which the piston 40 moves to the combustion chamber 23 side.

膨張行程及び圧縮過程では、ピストン40の速度がそれぞれで設定された速度指令値となるように速度制御を行う。発電時(ファイアリング時)には、電気制動によって速度制御を行う。具体的には、制御装置50は、ピストン40の速度を第1速度指令値(膨張行程)及び第2速度指令値(圧縮行程)にそれぞれ到達させるように発電量を制御する。始動時(モータリング動作時)には、励磁電流制御によって速度制御を行う。具体的には、制御装置50は、ピストン40の速度を第1速度指令値(膨張行程)及び第2速度指令値(圧縮行程)にそれぞれ到達させるように、巻線28への送電量を制御する。   In the expansion stroke and the compression process, speed control is performed so that the speed of the piston 40 becomes a speed command value set in each. During power generation (firing), speed control is performed by electric braking. Specifically, the control device 50 controls the power generation amount so that the speed of the piston 40 reaches the first speed command value (expansion stroke) and the second speed command value (compression stroke), respectively. At the start (motoring operation), speed control is performed by exciting current control. Specifically, the control device 50 controls the amount of power transmitted to the winding 28 so that the speed of the piston 40 reaches the first speed command value (expansion stroke) and the second speed command value (compression stroke), respectively. To do.

ピストン40の速度は上死点及び下死点で最低速度を取り、ストローク中央位置で最高速度を取る。このような挙動に合わせて、発電制動及び励磁を行う。   The speed of the piston 40 takes the lowest speed at the top dead center and the bottom dead center, and takes the highest speed at the center position of the stroke. Power generation braking and excitation are performed in accordance with such behavior.

上記のような発電制動及び巻線28の励磁は、ピストン40の全ストロークにわたって行ってもよいが、速度制御の効率が相対的に高い領域のみを狙って制御を実行することができる。一般的に、ピストン40が上死点位置または下死点位置の近傍にいるときはピストン40の速度が低くなり、この範囲の発電効率及び励磁電流による推進効率は相対的に低くなる。そこで、好ましくは、制御装置50は、図5に示すように、ピストン40が上死点位置を通過するときを含む上死点側移動時間(図5の矢印α範囲)で、発送電を休止するように発送電タイミングを制御する。さらに、制御装置50は、ピストン40が下死点位置を通過するときを含む下死点側移動時間(図5の矢印β範囲)で、発送電を休止するように発送電タイミングを制御する。発送電休止時には、電気制動及び励磁電流の送電を休止してピストン40を自由運動させる。そして、制御装置50は、図5の斜線部の領域で発送電を行うように、発送電タイミングを制御することができる。ここで、図5の下段には電力変化が示されている。ファイアリング(発電)時の発電量を実線で示し、モータリング動作時の送電量を破線で示している。   The power generation braking and the excitation of the winding 28 as described above may be performed over the entire stroke of the piston 40, but the control can be executed only in a region where the efficiency of the speed control is relatively high. In general, when the piston 40 is near the top dead center position or the bottom dead center position, the speed of the piston 40 is low, and the power generation efficiency and the propulsion efficiency by the excitation current in this range are relatively low. Therefore, preferably, as shown in FIG. 5, the control device 50 pauses the dispatching power during the top dead center side moving time including the time when the piston 40 passes the top dead center position (range of arrow α in FIG. 5). The power transmission timing is controlled as follows. Furthermore, the control device 50 controls the dispatch power timing so as to pause the dispatch power during the bottom dead center side moving time (in the range of arrow β in FIG. 5) including the time when the piston 40 passes the bottom dead center position. When the dispatching power is stopped, the electric braking and the transmission of the excitation current are stopped to move the piston 40 freely. And the control apparatus 50 can control dispatch electric power timing so that dispatch electric power may be performed in the area | region of the shaded part of FIG. Here, the power change is shown in the lower part of FIG. The power generation amount at the time of firing (power generation) is indicated by a solid line, and the power transmission amount at the time of motoring operation is indicated by a broken line.

発送電領域及び発送電休止領域は、任意に定めることができる。例えば、上死点目標位置の半値から下死点目標位置の半値までの領域を巻線の励磁領域及び発電領域に設定してもよい。また、ピストン40の最高速度の90%以内の領域を励磁領域及び発電領域に設定してもよい。   The dispatch power area and the dispatch power suspension area can be arbitrarily determined. For example, the region from the half value of the top dead center target position to the half value of the bottom dead center target position may be set as the excitation region and the power generation region of the winding. Further, an area within 90% of the maximum speed of the piston 40 may be set as an excitation area and a power generation area.

また、発送電休止領域は、ピストン40の永久磁石43が一端側領域を移動するときと、他端側領域を移動するときとに対応させることが好ましい。具体的には、ピストン40の永久磁石43の全体が主動作領域にあるときには発送電領域で発送電を行い、永久磁石43が一端側領域または他端側領域にあるときには発送電休止領域で発送電を休止させる。   Moreover, it is preferable to make the dispatch electricity suspension area correspond to when the permanent magnet 43 of the piston 40 moves in the one end side area and when it moves in the other end side area. Specifically, when the entire permanent magnet 43 of the piston 40 is in the main operation area, the dispatch power is sent in the dispatch power area, and when the permanent magnet 43 is in the one end side area or the other end side area, the dispatch power is dispatched. Turn off the power.

<速度指令波の生成>
上述のように、速度制御においては、ピストン40の速度を、膨張行程では第1速度指令値に制御し、圧縮過程では第2速度指令値に制御する。これにより、ピストン40のストロークに応じた速度指令波は、図5で示したように、第1速度指令値及び第2速度指令値をピーク値とする矩形波となる。この速度指令波の生成について、以下説明する。
<Generation of speed command wave>
As described above, in the speed control, the speed of the piston 40 is controlled to the first speed command value in the expansion stroke, and is controlled to the second speed command value in the compression process. Thereby, the speed command wave corresponding to the stroke of the piston 40 becomes a rectangular wave having the first speed command value and the second speed command value as peak values, as shown in FIG. The generation of this speed command wave will be described below.

図6は、実施形態のリニア発電システムにおいて、速度指令の設定方法を示す図である。制御装置50は、第1速度指令値及び第2速度指令値の設定に当たり、所定の往復周期における、ピストン40の上死点位置と下死点位置とに基づいて、その次の往復周期における第1及び第2速度指令値を設定する。   FIG. 6 is a diagram illustrating a speed command setting method in the linear power generation system of the embodiment. When setting the first speed command value and the second speed command value, the control device 50 determines the first reciprocating cycle in the next reciprocating cycle based on the top dead center position and the bottom dead center position in the predetermined reciprocating cycle. 1 and the second speed command value are set.

具体的には、図6に示すように、予め定めた、上死点目標位置及び下死点目標位置と、k−1周期目における、実際の上死点及び下死点との差を求める。上死点目標位置と実際の上死点との差ΔSTDCと、下死点目標位置と実際の下死点との差ΔSBDCとが求められると、制御装置50は、これらの値を用いて速度指令波の振幅Aと、速度0からのオフセット量OSとを求める。 Specifically, as shown in FIG. 6, the difference between the predetermined top dead center target position and bottom dead center target position and the actual top dead center and bottom dead center in the (k-1) th cycle is obtained. . When the difference ΔS TDC between the top dead center target position and the actual top dead center and the difference ΔS BDC between the bottom dead center target position and the actual bottom dead center are obtained, the controller 50 uses these values. Thus, the amplitude A of the speed command wave and the offset amount OS from the speed 0 are obtained.

速度指令値の振幅Aは、下記数式(1)により求めることができる。また、速度指令値のオフセット量OSは、下記数式(2)により求めることができる。数式(1)(2)で求められた振幅A及びオフセット量OSに基づいてk周期目の速度指令波(したがって第1速度指令値及び第2速度指令値)が生成される。   The amplitude A of the speed command value can be obtained by the following mathematical formula (1). Moreover, the offset amount OS of the speed command value can be obtained by the following mathematical formula (2). Based on the amplitude A and the offset amount OS obtained by the mathematical formulas (1) and (2), a speed command wave in the k-th cycle (thus, the first speed command value and the second speed command value) are generated.

Figure 2017077144
Figure 2017077144

ここで、数式(1)のkpAは振幅比例項ゲイン、kiAは振幅積分項ゲインを示す。また、数式(2)のkpOはオフセット比例項ゲイン、kiOはオフセット積分項ゲインを示す。 Here, k pA in Equation (1) represents an amplitude proportional term gain, and k iA represents an amplitude integral term gain. In addition, k pO in Equation (2) represents an offset proportional term gain, and k iO represents an offset integral term gain.

<効果>
上記の発電機10によれば、図1の構成で一端側領域及び他端側領域まで鉄心コア及び巻線の配置部を延長した構成に比べて、鉄心コア及び巻線の軸方向両端部分を省略できる。これにより、発電機10の重量及びコストを低減できる。また、同じ相の巻線28が直列接続される場合には同相の巻線28で同じ大きさの電流が流れるので、巻線の数が減少することで銅損を低減できる。また、鉄心コア27の材料を低減できるので鉄損も低減できる。これにより、発電機10の損失も低減できる。さらに、ピストン40に外部から与える復元力も低減できる。これについて、図7A、図7Bを用いてより具体的に説明する。
<Effect>
According to the generator 10 described above, the axial end portions in the axial direction of the iron core and the winding are compared with the configuration in which the arrangement portion of the iron core and the winding is extended to the one end side region and the other end side region in the configuration of FIG. Can be omitted. Thereby, the weight and cost of the generator 10 can be reduced. Further, when the same-phase windings 28 are connected in series, currents of the same magnitude flow through the same-phase windings 28, so that the copper loss can be reduced by reducing the number of windings. Moreover, since the material of the iron core 27 can be reduced, iron loss can also be reduced. Thereby, the loss of the generator 10 can also be reduced. Furthermore, the restoring force given to the piston 40 from the outside can also be reduced. This will be described more specifically with reference to FIGS. 7A and 7B.

図7Aは、実施形態の基本構成を示す模式図である。図7Bは、図7Aにおいて、ピストン40の永久磁石43に磁石磁束により吸引力が作用する状態を示す模式図である。   FIG. 7A is a schematic diagram illustrating a basic configuration of the embodiment. FIG. 7B is a schematic diagram illustrating a state in which an attractive force is applied to the permanent magnet 43 of the piston 40 by the magnetic flux in FIG. 7A.

実施形態では、図7Aに示すように、ピストン40(図1)に固定された永久磁石43が主動作領域の両側の一端側領域及び他端側領域に飛び出すように、ピストン40が移動可能である。このとき、図7Bに示すように永久磁石43が鉄心コア27より軸方向一端側(図7Bの右側)に飛び出した部分で、永久磁石43の軸方向に対し直交する径方向には、鉄心コア27が対向しない。そして、永久磁石43のN極から出た磁束が鉄心コア27の内周側から外周側を通って永久磁石43のS極に戻るように磁束経路が形成される。そしてこの磁束経路が短くなるように永久磁石43は鉄心コア27に引っ張られる。これにより、永久磁石43のうち、鉄心コア27から飛び出した部分には、鉄心コア27側に向かう軸方向の吸引力Fが作用する。このため、磁石磁束によって復元力がピストン40に加わるので、燃焼室23の燃焼圧力や、電気制動などのピストン40に外部から与える復元力を低減できる。   In the embodiment, as shown in FIG. 7A, the piston 40 is movable so that the permanent magnet 43 fixed to the piston 40 (FIG. 1) jumps to one end region and the other end region on both sides of the main operation region. is there. At this time, as shown in FIG. 7B, the permanent magnet 43 protrudes from the iron core 27 to one end side in the axial direction (right side in FIG. 7B), and in the radial direction perpendicular to the axial direction of the permanent magnet 43, 27 does not oppose. A magnetic flux path is formed so that the magnetic flux emitted from the N pole of the permanent magnet 43 returns from the inner peripheral side of the iron core 27 to the S pole of the permanent magnet 43 through the outer peripheral side. And the permanent magnet 43 is pulled by the iron core 27 so that this magnetic flux path | route may become short. Thereby, an attractive force F in the axial direction toward the core core 27 acts on a portion of the permanent magnet 43 that protrudes from the core core 27. For this reason, since the restoring force is applied to the piston 40 by the magnetic flux, the restoring pressure applied from the outside to the piston 40 such as the combustion pressure in the combustion chamber 23 or electric braking can be reduced.

また、実施形態では、空気ばね室24側にピストン40が移動した場合に空気ばね室24の圧縮空気による反発力だけでなく、磁石磁束による吸引力をピストン40に作用させることができる。これにより、空気ばね室24での圧力を低くできるので、発電機10の熱損失も低減できる。   In the embodiment, when the piston 40 moves to the air spring chamber 24 side, not only the repulsive force due to the compressed air in the air spring chamber 24 but also the attractive force due to the magnet magnetic flux can be applied to the piston 40. Thereby, since the pressure in the air spring chamber 24 can be lowered, the heat loss of the generator 10 can also be reduced.

また、特許文献1に記載された技術のように、ピストン40に復元力を与えるためのバネを設ける必要がないので、重量及びコストをさらに低減できる。また、特許文献2に記載された技術のように、復元力発生用のガス圧縮機構を設ける必要がないので、効率向上を図れる。   Further, unlike the technique described in Patent Document 1, there is no need to provide a spring for applying a restoring force to the piston 40, so that the weight and cost can be further reduced. Further, unlike the technique described in Patent Document 2, it is not necessary to provide a gas compression mechanism for generating a restoring force, so that the efficiency can be improved.

また、特許文献1に記載された技術の場合には、燃焼室内での失火や異常燃焼などの原因でピストンに急激に力が加わった場合に、制御部による制御では対応できず、ピストンがエンジンヘッドに衝突する可能性がある。実施形態では、ピストン速度が急上昇した場合でも、磁石磁束による吸引力をピストン40に作用させることができるので、このような衝突を防止できる。   In the case of the technique described in Patent Document 1, when a force is suddenly applied to the piston due to misfire or abnormal combustion in the combustion chamber, the control by the control unit cannot cope with the piston. There is a possibility of collision with the head. In the embodiment, even when the piston speed increases rapidly, the attraction force by the magnetic flux can be applied to the piston 40, so that such a collision can be prevented.

なお、図1から図7Bに示した構成では、ピストン40に固定された永久磁石43が固定子26の鉄心コア27の軸方向全範囲から両側に飛び出すように、ピストン40が移動する場合を説明した。一方、実施形態では、このような構成に限定せず、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向の全範囲より一端側に外れた一端側領域には移動するが、他端側領域には移動しないように構成してもよい。逆に、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向の全範囲より他端側に外れた他端側領域には移動するが、一端側領域には移動しないように構成してもよい。この場合でも、発電機の重量、コスト及び損失を低減でき、かつ、ピストンに外部から与える復元力を低減できる。   In the configuration shown in FIG. 1 to FIG. 7B, the case where the piston 40 moves so that the permanent magnet 43 fixed to the piston 40 jumps out from the entire axial range of the iron core 27 of the stator 26 to both sides will be described. did. On the other hand, in the embodiment, the configuration is not limited to such a configuration, and the permanent magnet 43 moves to one end side region that is dislocated to one end side from the entire axial range of the iron core 27, but moves to the other end side region. You may comprise so that it may not. On the contrary, the permanent magnet 43 may move to the other end side region deviated from the entire axial range of the iron core 27 to the other end side, but may not be moved to the one end side region. Even in this case, the weight, cost and loss of the generator can be reduced, and the restoring force applied to the piston from the outside can be reduced.

また、実施形態では、図8に示す発電機の別例で示すように、固定子26において、鉄心コア27の軸方向両端の外周側に形成される筒部26aが鉄心コア27の内周側部分より軸方向外側に突出する構成としてもよい。   In the embodiment, as shown in another example of the generator shown in FIG. 8, in the stator 26, the cylindrical portion 26 a formed on the outer peripheral side at both axial ends of the iron core 27 is formed on the inner peripheral side of the iron core 27. It is good also as a structure which protrudes to an axial direction outer side from a part.

図9は、実施形態の発電機において、固定子26の鉄心コア27に対するピストン40の永久磁石43の飛び出し量eと、磁石磁束によるピストン40の軸方向推力との関係のシミュレーション結果を示す図である。図9に示すように、永久磁石43が鉄心コア27から飛び出す場合には、その飛び出し量eに応じて、ピストン40に磁石磁束による軸方向推力(吸引力)が生じる。この軸方向推力は、永久磁石43と固定子26との位置関係の変化によって細かく脈動する。そして、飛び出し量eがある程度以上に大きくなると、軸方向推力が小さくなり、ほぼ0となる。図9では、軸方向推力の平均値を破線で示している。そこで、好ましくは、永久磁石43の飛び出し量eの最大値を、軸方向推力の脈動の正のピークに対応する飛び出し量に設定する。これによれば、ピストン40が上死点位置または下死点位置にあるときに、大きな軸方向推力をピストン40に加えることができる。具体的には、主動作領域からのピストン40の飛び出し量である、永久磁石43の飛び出し量に応じて磁石磁束によってピストン40に加わる吸引力としての軸方向推力を考える。そして、シミュレーションまたは実験から予め得られた軸方向推力の脈動のピークに対応する飛び出し位置に、永久磁石43の可動領域の外端である一端または他端または両端を最大で飛び出す位置(飛び出し量eが最大となる位置)として位置させる。ピストン40の上死点位置及び下死点位置の一方または両方は、この可動領域の外端位置に応じて設定する。   FIG. 9 is a diagram illustrating a simulation result of the relationship between the protrusion amount e of the permanent magnet 43 of the piston 40 with respect to the iron core 27 of the stator 26 and the axial thrust of the piston 40 due to the magnetic flux in the generator of the embodiment. is there. As shown in FIG. 9, when the permanent magnet 43 jumps out of the iron core 27, an axial thrust (attraction force) due to magnet magnetic flux is generated in the piston 40 according to the pop-out amount e. This axial thrust pulsates finely due to a change in the positional relationship between the permanent magnet 43 and the stator 26. When the pop-out amount e becomes larger than a certain level, the axial thrust becomes small and becomes almost zero. In FIG. 9, the average value of the axial thrust is indicated by a broken line. Therefore, preferably, the maximum value of the pop-out amount e of the permanent magnet 43 is set to the pop-out amount corresponding to the positive peak of axial thrust pulsation. According to this, a large axial thrust can be applied to the piston 40 when the piston 40 is at the top dead center position or the bottom dead center position. Specifically, an axial thrust as an attractive force applied to the piston 40 by the magnetic flux according to the amount of protrusion of the permanent magnet 43, which is the amount of protrusion of the piston 40 from the main operation region, is considered. Then, a position where the outer end of the movable area of the permanent magnet 43, or the other end or both ends, is projected at a maximum (the amount of protrusion e) to the protruding position corresponding to the peak of the axial thrust pulsation obtained in advance from simulation or experiment. (Position where is the maximum). One or both of the top dead center position and the bottom dead center position of the piston 40 are set according to the outer end position of the movable region.

また、図9の例では、軸方向推力の脈動における複数の正のピークのうち、最大となるピーク(破線枠γ1で囲んだ部分)は、二番目に大きいピーク(破線枠γ2で囲んだ部分)より飛び出し量eが小さい側にある。そこで、軸方向推力の大きさと、飛び出し量eの大きさとでいずれを優先させるかを適宜決定し、その決定に応じて、γ1、γ2のいずれかのピークを選択する。そして、選択されたピークに応じて、ピストン40の上死点位置及び下死点位置の一方または両方を設定することができる。なお、飛び出し量eをより大きくすることを望む場合には、飛び出し量eがより大きい場合に対応する脈動のピークであって、三番目以降で大きいピークに応じて、ピストン40の上死点位置及び下死点位置の一方または両方を設定してもよい。   In the example of FIG. 9, the maximum peak (portion surrounded by the broken line frame γ1) among the plurality of positive peaks in the axial thrust pulsation is the second largest peak (portion surrounded by the broken line frame γ2). ) On the side where the pop-out amount e is smaller. Therefore, it is determined as appropriate according to the magnitude of the thrust in the axial direction and the magnitude of the pop-out amount e, and either peak of γ1 or γ2 is selected according to the decision. Then, one or both of the top dead center position and the bottom dead center position of the piston 40 can be set according to the selected peak. When it is desired to make the pop-out amount e larger, the peak of the pulsation corresponding to the case where the pop-out amount e is larger, and the top dead center position of the piston 40 according to the third and subsequent large peaks. And one or both of the bottom dead center positions may be set.

このような構成によれば、何らかの原因でピストン40に異常に大きい力が加わった場合でも、ピストン40がシリンダ部材20などの別の部材へ衝突する直前で永久磁石43の磁気吸引力に基づいて大きい減速力をピストン40に与えることができる。これにより、ピストン40の衝突をより効果的に防止できる。   According to such a configuration, even when an abnormally large force is applied to the piston 40 for some reason, the piston 40 is based on the magnetic attractive force of the permanent magnet 43 immediately before the piston 40 collides with another member such as the cylinder member 20. A large deceleration force can be applied to the piston 40. Thereby, the collision of piston 40 can be prevented more effectively.

<別例の構成>
図10は、実施形態の発電機の別例を示している図1に対応する図である。図11は、図10の構成において、固定子側の永久磁石60に対し、可動子側の鉄心コア70が複数の位置に移動する状態を示す模式図である。図10、図11に示す別例の発電機10では、図1から図7Bに示した構成において、シリンダ部材20の側に固定子として永久磁石60が配置され、ピストン40の側に鉄心コア70及び巻線71(図11)が配置されている。
<Configuration of another example>
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 1 illustrating another example of the generator according to the embodiment. FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which the mover-side iron core 70 moves to a plurality of positions with respect to the stator-side permanent magnet 60 in the configuration of FIG. 10. 10 and 11, in the configuration shown in FIGS. 1 to 7B, a permanent magnet 60 is disposed as a stator on the cylinder member 20 side, and an iron core 70 on the piston 40 side. And the winding 71 (FIG. 11) is arranged.

具体的には、シリンダ部材20において、シリンダ22の大径円筒面S2の内周面には円筒状の永久磁石60が固定される。永久磁石60は、図11に示すように、内周面においてN極及びS極が軸方向(図11の左右方向)に交互に配置される。また、ピストン40(図10)の大径部41の外周面には鉄心コア70が固定される。鉄心コア70は、略円筒状であり、図11に示すように外周面において軸方向に並んだ複数の溝部が形成されている。そして、複数の溝部には、U相、V相、W相の3相の巻線71が一端の溝部から順に並んで配置され、それが繰り返される。鉄心コア70の軸方向長さは永久磁石60の軸方向長さより大きい。図10では、鉄心コア70において溝部及び巻線71の図示を省略している。   Specifically, in the cylinder member 20, a cylindrical permanent magnet 60 is fixed to the inner peripheral surface of the large-diameter cylindrical surface S2 of the cylinder 22. As shown in FIG. 11, the permanent magnet 60 has N poles and S poles alternately arranged in the axial direction (left and right direction in FIG. 11) on the inner peripheral surface. Moreover, the iron core 70 is fixed to the outer peripheral surface of the large diameter part 41 of the piston 40 (FIG. 10). The iron core 70 has a substantially cylindrical shape, and has a plurality of grooves arranged in the axial direction on the outer peripheral surface as shown in FIG. Then, the U-phase, V-phase, and W-phase three-phase windings 71 are arranged in order from the groove at one end in the plurality of grooves, and this is repeated. The axial length of the iron core 70 is larger than the axial length of the permanent magnet 60. In FIG. 10, the illustration of the groove portion and the winding 71 in the iron core 70 is omitted.

ピストン40は、アルミニウム等の非磁性金属材料により形成されることが好ましい。ピストン40の往復移動により、ピストン40が永久磁石60に対し軸方向に移動し、これによって巻線71が永久磁石60に対し移動する。これにより、誘導起電力が生じて発電機10が発電する。発電によって得られた電力は、U,V,Wの各相の巻線71から外部に取り出され、インバータ等の電力変換装置(図示せず)で直流電力に変換される。   The piston 40 is preferably formed of a nonmagnetic metal material such as aluminum. The reciprocating movement of the piston 40 causes the piston 40 to move in the axial direction with respect to the permanent magnet 60, thereby moving the winding 71 with respect to the permanent magnet 60. Thereby, an induced electromotive force is generated and the generator 10 generates power. The electric power obtained by power generation is taken out from the winding 71 of each phase of U, V, and W, and converted into DC power by a power conversion device (not shown) such as an inverter.

さらに、ピストン40は、使用時において、図10、図11(a)に示すように、永久磁石60が鉄心コア70の軸方向の一端(図10、図11の左端)から軸方向の外側に外れた状態となるように、ピストン40が移動するように構成される。また、ピストン40は、使用時において、図11(e)に示すように、永久磁石60が鉄心コア70の軸方向の他端(図11の右端)から軸方向の外側に外れた状態となるように、ピストン40が移動するように構成される。より具体的には、ピストン40は、使用時において、鉄心コア70の軸方向一端T1が主動作領域内と、主動作領域から両側に外れた一端側領域及び他端側領域とに移動するように構成される。「一端側領域」は、主動作領域から一端側(図10、図11の右端側)に外れる移動領域である。「他端側領域」は、主動作領域から他端側(図10、図11の左端側)に外れる移動領域である。   Furthermore, when the piston 40 is used, as shown in FIGS. 10 and 11A, the permanent magnet 60 is moved outward from the axial end of the iron core 70 (the left end of FIGS. 10 and 11) in the axial direction. The piston 40 is configured to move so as to be in a detached state. In use, the piston 40 is in a state in which the permanent magnet 60 is disengaged from the other axial end of the iron core 70 (the right end in FIG. 11) outward in the axial direction, as shown in FIG. Thus, the piston 40 is configured to move. More specifically, when the piston 40 is in use, the one axial end T1 of the iron core 70 moves in the main operation region and in one end side region and the other end side region that are out of the main operation region on both sides. Configured. The “one end side region” is a moving region that deviates from the main operation region to one end side (the right end side in FIGS. 10 and 11). The “other end side region” is a moving region that deviates from the main operation region to the other end side (the left end side in FIGS. 10 and 11).

図11を用いて、主動作領域、一端側領域及び他端側領域を説明する。図11では、鉄心コア70の軸方向一端(図11の左端)が移動可能な最大の範囲を「全ストローク」として定義している。そして全ストロークのうち、中央の範囲を「主動作領域」とし、その上死点側(図11の右側)に一端側領域を設定し、下死点側(図11の左側)に他端側領域を設定している。   The main operation area, the one end side area, and the other end side area will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the maximum range in which one axial end (left end in FIG. 11) of the iron core 70 can move is defined as “full stroke”. The center range of all strokes is the “main motion area”, one end side area is set on the top dead center side (right side in FIG. 11), and the other end side is set on the bottom dead center side (left side in FIG. 11). An area is set.

図11では、(a)から(e)に向かってピストン40が上死点側から下死点側に移動する場合における鉄心コア70の複数の位置((a)〜(e))を示している。(c)は、永久磁石60の軸方向中央と鉄心コア70の軸方向中央とが軸方向において一致する場合である。そしてこの状態から、鉄心コア70が上死点側(図11の右側)に移動した場合には、鉄心コア70の軸方向一端T1が永久磁石60の軸方向一端(図11の左端)と軸方向において一致した状態(b)となる。さらに(a)では、永久磁石60の軸方向一端が鉄心コア70の軸方向一端T1から最大の飛び出し量e飛び出すように、軸方向外側に外れた状態となる。一方、(c)の状態から、鉄心コア70が下死点側(図11の左側)に移動した場合を考える。この場合には、(d)において、鉄心コア70の軸方向他端T2が永久磁石60の軸方向他端(図11の右端)と軸方向において一致した状態(d)となる。そして、(e)で永久磁石60が鉄心コア70の軸方向他端から最大の飛び出し量e飛び出すように、軸方向外側に外れた状態となる。   FIG. 11 shows a plurality of positions ((a) to (e)) of the iron core 70 when the piston 40 moves from the top dead center side to the bottom dead center side from (a) to (e). Yes. (C) is a case where the axial center of the permanent magnet 60 and the axial center of the iron core 70 coincide in the axial direction. From this state, when the iron core 70 moves to the top dead center side (the right side in FIG. 11), the axial one end T1 of the iron core 70 is aligned with the one axial end of the permanent magnet 60 (the left end in FIG. 11). It becomes the state (b) which matched in the direction. Further, in (a), one end in the axial direction of the permanent magnet 60 is out of the axial direction so that it protrudes from the one end T <b> 1 in the axial direction of the iron core 70. On the other hand, consider the case where the iron core 70 moves from the state (c) to the bottom dead center side (left side in FIG. 11). In this case, in (d), the other axial end T2 of the iron core 70 coincides with the other axial end (the right end in FIG. 11) of the permanent magnet 60 in the axial direction (d). Then, in (e), the permanent magnet 60 is in a state of being displaced outward in the axial direction so that the maximum protrusion amount e protrudes from the other axial end of the iron core 70.

図11の構成では、(a)が一端側領域に永久磁石60がある場合を示し、(b)〜(d)が主動作領域に永久磁石60がある場合を示し、(e)が他端側領域に永久磁石60がある場合を示している。永久磁石60が主動作領域にあるときには、鉄心コア70が永久磁石60の軸方向の全体と軸方向において一致する範囲を含む。永久磁石60が一端側領域にあるときには、鉄心コア70が、永久磁石60の軸方向の全体とは軸方向において一致しないように、永久磁石60の一端(図11の左端)に対して軸方向他端側(図11の右側)に外れる。永久磁石60が他端側領域にあるときには、鉄心コア70が、永久磁石60の軸方向の全体とは軸方向において一致しないように、永久磁石60の他端(図11の右端)に対して軸方向一端側(図11の左側)に外れる。したがって、ピストン40は、使用時において、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向一端T1から軸方向外側に外れた状態と、永久磁石43が鉄心コア27の軸方向他端T2から軸方向外側に外れた状態とに、それぞれなるように移動するように構成される。 In the configuration of FIG. 11, (a) shows the case where the permanent magnet 60 is in the one end side region, (b) to (d) show the case where the permanent magnet 60 is in the main operating region, and (e) shows the other end. The case where the permanent magnet 60 exists in the side area is shown. When the permanent magnet 60 is in the main operating region, the core core 70 includes a range that coincides with the entire axial direction of the permanent magnet 60 in the axial direction. When the permanent magnet 60 is in the one end side region, the iron core 70 is in the axial direction with respect to one end (the left end in FIG. 11) of the permanent magnet 60 so that it does not coincide with the entire axial direction of the permanent magnet 60 in the axial direction. It comes off to the other end side (right side in FIG. 11). When the permanent magnet 60 is in the region on the other end side, the iron core 70 is not aligned with the whole axial direction of the permanent magnet 60 in the axial direction with respect to the other end of the permanent magnet 60 (right end in FIG. 11). It comes off to one end side in the axial direction (left side in FIG. 11). Therefore, in use, the piston 40 has a state in which the permanent magnet 43 is disengaged axially outward from the axial end T1 of the iron core 27 and the permanent magnet 43 is axially outward from the axial other end T2 of the iron core 27. It is configured to move so as to be separated from each other.

図10、図11に示す構成の場合も、図1から図7Bの構成と同様に、発電機10の重量、コスト及び損失を低減でき、かつ、ピストン40に外部から与える復元力を低減できる。その他の構成及び作用は、図1から図7Bの構成において、鉄心コア27及び巻線28と永久磁石43とが、シリンダ部材20側とピストン40側とにそれぞれ逆に配置された構成と同様である。なお、図10、図11の構成において、永久磁石60が主動作領域及び一端側領域のいずれかに配置されるように鉄心コア70が移動するが、他端側領域には永久磁石60が配置されないように構成してもよい。逆に、永久磁石60が主動作領域及び他端側領域のいずれかに配置されるように鉄心コア70が移動するが、一端側領域には永久磁石60が配置されないように構成してもよい。   In the case of the configuration shown in FIGS. 10 and 11 as well, the weight, cost, and loss of the generator 10 can be reduced, and the restoring force applied to the piston 40 from the outside can be reduced as in the configurations of FIGS. Other configurations and operations are the same as the configurations of FIGS. 1 to 7B in which the iron core 27, the winding 28, and the permanent magnet 43 are arranged oppositely on the cylinder member 20 side and the piston 40 side, respectively. is there. 10 and 11, the iron core 70 moves so that the permanent magnet 60 is disposed in either the main operation region or the one end side region, but the permanent magnet 60 is disposed in the other end side region. You may comprise so that it may not be carried out. Conversely, the iron core 70 moves so that the permanent magnet 60 is disposed in either the main operation region or the other end region, but the permanent magnet 60 may not be disposed in the one end region. .

また、図10、図11の構成を、図9を用いて説明した構成を利用した構成と組み合わせてもよい。具体的には、主動作領域からの永久磁石60の飛び出し量eの最大値を、磁石磁束によりピストン40に加わる軸方向推力の脈動の正のピークに対応する飛び出し量に設定する。このとき、永久磁石60の飛び出し量eに応じて、上記の軸方向推力の脈動のピークに対応する位置に、鉄心コア70の可動領域の外端である他端T2または一端T1または両端を、最大で飛び出す位置として位置させる。より具体的には、鉄心コア70に対し永久磁石60が最大で飛び出す位置が上記の脈動のピークに対応する飛び出し量eで飛び出した位置となるように、鉄心コア70の他端T2または一端T1または両端を位置させる。ピストン40の上死点位置及び下死点位置の一方または両方は、上記の可動領域の外端位置に応じて設定する。この構成によれば、ピストン40の別の部材への衝突をより効果的に防止できる。   10 and 11 may be combined with a configuration using the configuration described with reference to FIG. Specifically, the maximum value of the protrusion amount e of the permanent magnet 60 from the main operation region is set to the protrusion amount corresponding to the positive peak of the pulsation of the axial thrust applied to the piston 40 by the magnetic flux. At this time, the other end T2 or one end T1 or both ends, which are the outer ends of the movable region of the iron core 70, are placed at positions corresponding to the peak pulsation of the axial thrust according to the pop-out amount e of the permanent magnet 60. Position it as the maximum popping position. More specifically, the other end T2 or one end T1 of the iron core 70 is set such that the position at which the permanent magnet 60 protrudes from the iron core 70 at the maximum is the position at which the permanent magnet 60 protrudes with the protrusion amount e corresponding to the pulsation peak. Or position both ends. One or both of the top dead center position and the bottom dead center position of the piston 40 is set according to the outer end position of the movable region. According to this configuration, it is possible to more effectively prevent the piston 40 from colliding with another member.

上記の図10、図11の構成では、鉄心コア70の軸方向長さが永久磁石60の軸方向長さより大きい場合を示したが、鉄心コアの軸方向長さが永久磁石の軸方向長さより小さい構成としてもよい。この構成では、図1の構成において、永久磁石と鉄心コア及び巻線を置き換えた構成と同様になり、主動作領域は、鉄心コアが永久磁石の軸方向の全範囲内にある場合となる。また、一端側領域及び他端側領域は、主動作領域から軸方向一端側、他端側にそれぞれ外れた領域となる。このときには、主動作領域ですでに永久磁石が鉄心コアから外れた領域を含む。この構成では、ピストンの移動によって鉄心コアからの永久磁石の飛び出し量が大きくなることにより、鉄心コアが永久磁石に引きつけられるように鉄心コアに吸引力が作用する。これにより、ピストンに外部から与える復元力を低減できる。   10 and 11, the axial length of the iron core 70 is larger than the axial length of the permanent magnet 60. However, the axial length of the iron core is larger than the axial length of the permanent magnet 60. It is good also as a small structure. In this configuration, the configuration in FIG. 1 is the same as the configuration in which the permanent magnet, the iron core, and the winding are replaced, and the main operation region is when the iron core is in the entire axial range of the permanent magnet. Further, the one end side region and the other end side region are regions that are separated from the main operation region toward the one end side in the axial direction and the other end side, respectively. In this case, a region where the permanent magnet has already deviated from the iron core is included in the main operation region. In this configuration, the amount of protrusion of the permanent magnet from the iron core increases due to the movement of the piston, so that an attractive force acts on the iron core so that the iron core is attracted to the permanent magnet. Thereby, the restoring force given to the piston from the outside can be reduced.

上記の各例の構成では、可動子がフリーピストン式発電システムのピストン40である場合を説明したが、可動子は永久磁石、または鉄心コア及び巻線を含む構成であればよく、可動子が、直線方向に往復移動する動力源に接続される構成としてもよい。   In the configuration of each example described above, the case where the mover is the piston 40 of the free piston power generation system has been described. However, the mover may be a configuration including a permanent magnet or an iron core and a winding, and the mover may be The power source may be connected to a power source that reciprocates in the linear direction.

10 リニア発電機、20 シリンダ部材、21 ヘッド部材、21a 排気口、22 シリンダ、23 燃焼室、24 空気ばね室、25 排気バルブ、26 固定子、26a 筒部、27 鉄心コア、28u U相巻線、28v V相巻線、28w W相巻線、29 掃気孔、30 インジェクタ、31 点火手段、40 ピストン、41 大径部、42 小径部、43 永久磁石、50 制御装置、60 永久磁石、70 鉄心コア、71 巻線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Linear generator, 20 Cylinder member, 21 Head member, 21a Exhaust port, 22 Cylinder, 23 Combustion chamber, 24 Air spring chamber, 25 Exhaust valve, 26 Stator, 26a Cylindrical part, 27 Iron core, 28u U-phase winding , 28v V phase winding, 28w W phase winding, 29 scavenging hole, 30 injector, 31 ignition means, 40 piston, 41 large diameter portion, 42 small diameter portion, 43 permanent magnet, 50 control device, 60 permanent magnet, 70 iron core Core, 71 windings.

Claims (8)

固定子と、前記固定子に対向配置された可動子とを備え、
前記固定子及び前記可動子のうち、一方の部材が鉄心コアと前記鉄心コアに配置された巻線とを含み、
前記固定子及び前記可動子のうち、他方の部材が永久磁石を含み、
前記可動子が前記固定子に対し直線方向に移動することによって発電するリニア発電機であって、
前記可動子は、使用時において、前記永久磁石が前記鉄心コアの前記直線方向の一端から前記直線方向の外側に外れた状態となるように前記可動子が移動するように構成される、リニア発電機。
A stator, and a mover disposed opposite to the stator,
Of the stator and the mover, one member includes an iron core and a winding disposed on the iron core,
Of the stator and the mover, the other member includes a permanent magnet,
A linear generator that generates electricity by moving the mover in a linear direction relative to the stator;
The mover is configured such that, in use, the mover moves so that the permanent magnet moves away from one end of the iron core in the linear direction to the outside of the linear direction. Machine.
請求項1に記載のリニア発電機において、
前記固定子が前記鉄心コアと前記鉄心コアに配置された前記巻線とを含み、
前記可動子が前記永久磁石を含み、
前記可動子は、使用時において、前記永久磁石が前記鉄心コアの前記直線方向の全範囲である主動作領域内と、前記主動作領域から前記直線方向一端側に外れる一端側領域とに移動するように構成される、リニア発電機。
The linear generator according to claim 1,
The stator includes the iron core and the windings disposed on the iron core;
The mover includes the permanent magnet;
In use, the mover moves in a main operation area where the permanent magnet is the entire range of the iron core in the linear direction and to one end side area which is disengaged from the main operation area to one end side in the linear direction. Configured as a linear generator.
請求項2に記載のリニア発電機において、
前記可動子は、使用時において、前記永久磁石が前記主動作領域及び前記一端側領域と、前記主動作領域から前記直線方向他端側に外れる他端側領域とに移動するように構成される、リニア発電機。
The linear generator according to claim 2,
The movable element is configured such that, in use, the permanent magnet moves to the main operation region and the one end side region, and to the other end side region that is disengaged from the main operation region to the other end in the linear direction. , Linear generator.
請求項1に記載のリニア発電機において、
前記固定子が前記永久磁石を含み、
前記可動子が前記鉄心コアと前記鉄心コアに配置された前記巻線とを含み、
前記可動子は、使用時において、前記鉄心コアが前記永久磁石の前記直線方向の全体と前記直線方向において一致する範囲を含む主動作領域と、前記鉄心コアが前記永久磁石の前記直線方向の全体とは前記直線方向において一致しないように前記永久磁石の一端に対して前記直線方向に外れる一端側領域とに移動するように構成される、リニア発電機。
The linear generator according to claim 1,
The stator includes the permanent magnet;
The mover includes the iron core and the winding disposed on the iron core,
In use, the mover includes a main operation region including a range in which the iron core is coincident with the whole linear direction of the permanent magnet in the linear direction, and the iron core is the whole linear direction of the permanent magnet. Is a linear generator configured to move to one end side region deviating in the linear direction with respect to one end of the permanent magnet so as not to match in the linear direction.
請求項4に記載のリニア発電機において、
前記可動子は、使用時において、前記鉄心コアが前記主動作領域及び前記一端側領域と、前記鉄心コアが前記永久磁石の前記直線方向の全体とは前記直線方向において一致しないように前記永久磁石の他端に対して前記直線方向に外れる他端側領域とに移動するように構成される、リニア発電機。
The linear generator according to claim 4,
When the mover is in use, the permanent magnet is configured so that the core core does not coincide with the main operation region and the one end side region, and the core core does not coincide with the entire linear direction of the permanent magnet in the linear direction. The linear generator comprised so that it may move to the other end side area | region which remove | deviates from the said linear direction with respect to the other end.
請求項2から請求項5のいずれか1に記載のリニア発電機において、
前記主動作領域からの前記永久磁石の飛び出し量に応じて前記永久磁石の磁束によって前記可動子に加わる前記直線方向の吸引力について、前記吸引力の脈動のピークに対応する位置に前記可動子の前記永久磁石または前記鉄心コアの可動領域の外端が位置する、リニア発電機。
The linear generator according to any one of claims 2 to 5,
The attraction force in the linear direction applied to the mover by the magnetic flux of the permanent magnet according to the amount of protrusion of the permanent magnet from the main operation region is set at a position corresponding to the peak of the pulsation of the attraction force. The linear generator in which the outer end of the movable region of the permanent magnet or the iron core is located.
請求項2から請求項6のいずれか1に記載のリニア発電機において、
前記可動子が、燃焼室及び空気ばね室を有するシリンダ内において前記直線方向に往復移動するフリーピストンである、リニア発電機。
The linear generator according to any one of claims 2 to 6,
A linear generator in which the mover is a free piston that reciprocates in the linear direction in a cylinder having a combustion chamber and an air spring chamber.
請求項7に記載のリニア発電機と、
前記リニア発電機を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記フリーピストンが前記空気ばね室側に移動する膨張行程における第1速度指令値と、前記フリーピストンが前記燃焼室側に移動する圧縮行程における第2速度指令値とを設定し、
発電時に、電気制動により前記フリーピストンの速度が第1速度指令値または第2速度指令値となるように発電量を制御し、
モータリング動作時に、前記巻線を励磁させて前記フリーピストンの速度が第1速度指令値または第2速度指令値となるように送電量を制御し、
前記フリーピストンが最も前記燃焼室寄りとなる上死点位置を通過するときを含む上死点側移動時間と、前記フリーピストンが最も前記空気ばね室寄りとなる下死点位置を通過するときを含む下死点側移動時間とで、発送電を休止するように発送電タイミングを制御する、リニア発電システム。
A linear generator according to claim 7;
A control device for controlling the linear generator,
The control device includes:
Setting a first speed command value in an expansion stroke in which the free piston moves toward the air spring chamber and a second speed command value in a compression stroke in which the free piston moves toward the combustion chamber;
During power generation, the amount of power generation is controlled by electric braking so that the speed of the free piston becomes the first speed command value or the second speed command value,
During motoring operation, the amount of power transmission is controlled so that the winding is excited and the speed of the free piston becomes the first speed command value or the second speed command value,
A top dead center side moving time including a time when the free piston passes the top dead center position closest to the combustion chamber, and a time when the free piston passes a bottom dead center position closest to the air spring chamber. A linear power generation system that controls the power transmission timing so as to stop the power transmission based on the bottom dead center side moving time.
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