JP3367507B2 - Free piston type Stirling engine - Google Patents
Free piston type Stirling engineInfo
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- F02G2244/50—Double acting piston machines
- F02G2244/52—Double acting piston machines having interconnecting adjacent cylinders constituting a single system, e.g. "Rinia" engines
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- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内にて往
復直線運動するフリーピストンを備えたフリーピストン
形スターリングエンジンに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a free piston Stirling engine having a free piston that reciprocates linearly in a cylinder.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、石油資源の枯渇に伴って、石油以
外のエネルギー資源により駆動可能なスターリングエン
ジンが、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代わ
るエンジンとして注目されている。このスターリングエ
ンジンは、1816年にスコットランドの牧師、ロバー
ト・スターリングにより発明されたものであるが、大別
するとディスプレーサ形と2ピストン形と複動形の3種
類に分類される。また、ディスプレーサ形のスターリン
グエンジンの一種として、クランク機構を設けないで、
ディスプレーサピストンと出力ピストンとの慣性質量の
差及びガスバネ等により位相差を設けて、シリンダ内に
おいてピストンを往復直線運動させるフリーピストン形
のスターリングエンジンも提案され実用化されている。2. Description of the Related Art In recent years, with the exhaustion of petroleum resources, a Stirling engine which can be driven by energy resources other than petroleum has attracted attention as an engine replacing a gasoline engine or a diesel engine. This Stirling engine was invented by a Scottish pastor, Robert Stirling, in 1816. It is roughly classified into a displacer type, a two piston type, and a double acting type. Also, as a kind of displacer type Stirling engine, without a crank mechanism,
A free-piston type Stirling engine has also been proposed and put into practical use, in which a difference in inertial mass between the displacer piston and the output piston and a phase difference are provided by a gas spring or the like, and the piston reciprocates linearly in the cylinder.
【0003】このフリーピストン形のスターリングエン
ジンでは、シリンダ内にパワーピストンとディスプレー
サとを同軸状に組み込み、ディスプレーサの軸方向両側
に膨張空間と圧縮空間とを形成し、パワーピストンのデ
ィスプレーサとは反対側にバウンス空間を形成したもの
を基本構成としている。In this free piston type Stirling engine, a power piston and a displacer are coaxially installed in a cylinder to form an expansion space and a compression space on both axial sides of the displacer, and the power piston and the displacer are opposite to the displacer. The basic structure is a bounce space.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このフリーピストン形
のスターリングエンジンは、クランク機構を有するスタ
ーリングエンジンと比較して、シリンダを密封に構成で
き、オイルレス構造を採用しやすく、しかも少ない部品
で構成できることから、機械効率及びメンテナンス性に
優れているが、フリーピストンであるが故、ピストンの
運動に乱調が生じ易く、これが普及に対する大きな障害
になっている。特に、高熱効率、高出力を得るために複
動形や多連形とする場合には、フリーピストン相互の軸
方向の位相を適正に調整する必要があるが、機械的な連
係を図ることができないので、困難であった。This free piston type Stirling engine has a cylinder that can be hermetically sealed, an oilless structure can be easily adopted, and can be composed of a small number of parts, as compared with a Stirling engine having a crank mechanism. Therefore, although the mechanical efficiency and the maintainability are excellent, since the piston is a free piston, the movement of the piston is likely to be disordered, which is a major obstacle to its widespread use. In particular, when using a double-acting type or multiple-type in order to obtain high thermal efficiency and high output, it is necessary to properly adjust the axial phase of the free pistons, but it is necessary to achieve mechanical linkage. It was difficult because I couldn't.
【0005】また、この種のエンジンでは、ガス漏れを
防止するためのピストンリングは使用できないので、シ
リンダとフリーピストン間にリークガスを流して潤滑を
行っている。そのためにガスのリーク損失が大きく、し
かもパワーピストンの背後にガスバネを得るためのバウ
ンス空間が必要であり、この空間による出力損失も大き
い。Further, in this type of engine, since a piston ring for preventing gas leakage cannot be used, a leak gas is made to flow between the cylinder and the free piston for lubrication. Therefore, the gas leak loss is large, and a bounce space for obtaining the gas spring is required behind the power piston, and the output loss due to this space is also large.
【0006】本発明は、シリンダとフリーピストン間の
気密性を十分に確保しつつ、フリーピストンの運動を円
滑なものとなし、エンジン効率を高めるとともに乱調を
抑制し、しかも多シリンダの連係を正確になし得るフリ
ーピストン形スターリングエンジンを提供することであ
る。According to the present invention, the airtightness between the cylinder and the free piston is sufficiently ensured, the movement of the free piston is made smooth, the engine efficiency is improved and the disturbance is suppressed, and moreover, the linkage of the multiple cylinders is accurately performed. It is to provide a free piston type Stirling engine that can be achieved.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段及びその作用】本出願人
は、フリーピストン形スターリングエンジンにおける乱
調を防止するため鋭意検討した結果、シリンダとフリー
ピストンとが常時相対移動している状態では、両者間に
介在するガスによりフリーピストンが浮遊状態となっ
て、ほとんど抵抗無く移動でき、ピストンに回転運動を
与えることにより、フライホイール効果を与え、ピスト
ンの運動を制御できることを見出し、乱調を防止できる
との着想の基づいて、本発明を発明するに至った。Means for Solving the Problem and Its Action As a result of diligent study by the applicant of the present invention in order to prevent disturbances in a free piston type Stirling engine, it was found that when the cylinder and the free piston are constantly moving relative to each other. It was found that the free piston is in a floating state due to the gas intervening in it, can move with almost no resistance, and that by giving a rotary motion to the piston, the flywheel effect can be given and the motion of the piston can be controlled, and it is possible to prevent disorder. The present invention has been invented based on the idea.
【0008】請求項1に係るフリーピストン形スターリ
ングエンジンは、シリンダ内を往復直線運動するフリー
ピストンを、磁力を介して一方向に連続回転させる磁気
回転手段を設けたものである。このスターリングエンジ
ンにおいては、フリーピストンが磁気回転手段を介して
シリンダ内において常時一方向に連続回転することによ
り、シリンダとフリーピストン間に介在するガスにより
フリーピストンが浮遊状態となって、ほとんど抵抗無く
移動できることになるので、両者間の摩擦抵抗による乱
調を効果的に防止することが可能となる。また、両者間
の摩擦抵抗が格段に少なくなることから、機械的なエネ
ルギーロスが少なくなり、エンジン効率が高くなる。し
かも、両者間に介在するガスに周方向への流れが形成さ
れ、軸方向へのガスの流れが阻害されることから、シー
ル性能も向上することになる。更に、磁力を介してフリ
ーピストンを回転させるので、シリンダを完全な密封状
態に構成することが可能となり、分子量が小さく,流通
抵抗を少なくできる水素やヘリウム等の効率の良い作動
ガスを用いることが可能となる。A free piston type Stirling engine according to a first aspect of the present invention is provided with magnetic rotating means for continuously rotating a free piston that reciprocates linearly in a cylinder in one direction via magnetic force. In this Stirling engine, the free piston continuously rotates in one direction in the cylinder via the magnetic rotation means, and the gas present between the cylinder and the free piston causes the free piston to float, causing almost no resistance. Since it can be moved, it is possible to effectively prevent disorder due to frictional resistance between the two. Further, since the frictional resistance between the two is significantly reduced, mechanical energy loss is reduced and engine efficiency is increased. Moreover, the gas intervening between the two forms a flow in the circumferential direction, and the flow of the gas in the axial direction is blocked, so that the sealing performance is also improved. Furthermore, since the free piston is rotated via magnetic force, it is possible to configure the cylinder in a completely sealed state, and it is possible to use an efficient working gas such as hydrogen or helium that has a small molecular weight and can reduce flow resistance. It will be possible.
【0009】請求項2記載のスターリングエンジンは、
前記磁気回転手段が、フリーピストンの往復直線運動を
回転運動に変換する磁気カムを備えてなるものである。
この場合には、簡単な構成でフリーピストンに対して一
方向への回転力を付与できるので好ましい。また、磁気
カムの形状に応じて、フリーピストンの往復直線運動の
運動パターンを変更できるので、複動形や多連形とする
場合においても、フリーピストン相互の位相差を適正に
設定することが可能となるし、フリーピストンの運動パ
ターンを最適な運動パターンに設定することで、エンジ
ン性能を十分に引き出すことが可能となる。更に、この
回転運動を電気的エネルギーに変換して、効率的に発電
することも可能となる。The Stirling engine according to claim 2 is
The magnetic rotating means is provided with a magnetic cam for converting the reciprocating linear motion of the free piston into a rotary motion.
In this case, a rotational force in one direction can be applied to the free piston with a simple structure, which is preferable. Also, since the motion pattern of the reciprocating linear motion of the free piston can be changed according to the shape of the magnetic cam, the phase difference between the free pistons can be set appropriately even in the double-acting type or the multiple type. It becomes possible, and by setting the movement pattern of the free piston to an optimum movement pattern, it becomes possible to bring out the engine performance sufficiently. Furthermore, it becomes possible to efficiently generate electricity by converting this rotational movement into electric energy.
【0010】請求項3記載のスターリングエンジンは、
前記磁気回転手段が、フリーピストンの往復直線運動を
電気エネルギーに変換する発電用コイルと、発電した電
力の少なくとも一部を用いてフリーピストンを回転させ
る回転用コイルとを備えてなるものである。この場合に
は、請求項2記載のスターリングエンジンよりは構造が
多少複雑になるが、回転用コイルを用いてフリーピスト
ンの回転速度を任意に調整できる。A Stirling engine according to claim 3 is
The magnetic rotating means includes a power-generating coil for converting reciprocating linear motion of the free piston into electric energy, and a rotating coil for rotating the free piston by using at least a part of generated electric power. In this case, although the structure is slightly more complicated than that of the Stirling engine according to the second aspect, the rotation speed of the free piston can be arbitrarily adjusted by using the rotation coil.
【0011】請求項4記載のスターリングエンジンは、
前記シリンダ内におけるフリーピストンの軸方向位置を
検出するピストン位置検出手段を設け、前記発電用コイ
ルを励磁又は発電負荷調整することによりフリーピスト
ンの軸方向位置を調整する制御手段を設けたものであ
る。この場合には、発電用コイルを利用してフリーピス
トンの軸方向位置を調整できるので、複数のフリーピス
トンを連係させて移動させることが可能となり、複動形
や多連形に構成した場合におけるエンジンの同期を正確
に行うことが可能となる。また、発電用コイルによりフ
リーピストンの往復直線運動の運動パターンを任意に調
整できるので、最適な運動パターンでフリーピストンを
往復直線運動させて、エンジン性能を十分に引き出すこ
とが可能となる。A Stirling engine according to a fourth aspect is
Piston position detecting means for detecting the axial position of the free piston in the cylinder is provided, and control means for adjusting the axial position of the free piston by exciting the power generating coil or adjusting the power generation load is provided. . In this case, since the axial position of the free piston can be adjusted by using the power generation coil, it becomes possible to move a plurality of free pistons in a linked manner. It is possible to accurately synchronize the engines. Further, since the motion pattern of the reciprocating linear motion of the free piston can be arbitrarily adjusted by the power generating coil, the free piston can be linearly moved in the reciprocating linear motion with the optimum motion pattern, and the engine performance can be sufficiently obtained.
【0012】請求項5記載のスターリングエンジンのよ
うに、シリンダを複数設けるとともに、これら複数のシ
リンダを直列状に連通する連通路を設け、この連通路に
ヒータと再生器とクーラとを介設すると、ディスプレー
サを省略することが可能となるので、構成部品を大幅に
少なくしつつ、高出力のエンジンを実現することが可能
となる。但し、シリンダ内に複数のフリーピストンを設
けるとともに、隣接するフリーピストン間においてシリ
ンダ内にクーラと再生器とヒータとを介設したスターリ
ングエンジンにも本発明を同様に適用できる。When the Stirling engine according to the fifth aspect is provided, a plurality of cylinders are provided, and a communication passage that connects the plurality of cylinders in series is provided, and the heater, the regenerator, and the cooler are provided in the communication passage. Since the displacer can be omitted, it is possible to realize a high-power engine while significantly reducing the number of constituent parts. However, the present invention can be similarly applied to a Stirling engine in which a plurality of free pistons are provided in the cylinder and a cooler, a regenerator, and a heater are provided in the cylinder between adjacent free pistons.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図1、図2に示すよ
うに、スターリングエンジン1は、複動形のフリーピス
トン形スターリングエンジンで、シリンダ2とフリーピ
ストン3とを有する4組の単位エンジン4と、これら4
組の単位エンジン4のシリンダ2を環状に連通する4本
の連通路5と、連通路5の途中部に介設したヒータ6と
再生器7とクーラ8とを備え、隣接する単位エンジン4
のフリーピストン3が90°の位相差をもって、等容加
熱過程、等温膨張過程、等容冷却過程、等温圧縮過程を
順次行うことで、フリーピストン3がシリンダ2内にお
いて往復直線運動するように構成されている。また、こ
のスターリングエンジン1では、磁気を介してフリーピ
ストン3を一方向への連続回転させる磁気回転手段10
と、フリーピストン3の回転運動を電気エネルギーに変
換する発電手段11とを備え、磁気回転手段10によ
り、フリーピストン3の往復直線運動及び回転運動が円
滑になされるように構成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the Stirling engine 1 is a double-acting free piston Stirling engine, and includes four sets of unit engines 4 each having a cylinder 2 and a free piston 3, and these four units.
Adjacent unit engines 4 are provided with four communication passages 5 that annularly communicate the cylinders 2 of the unit engines 4 in a set, a heater 6, a regenerator 7, and a cooler 8 that are provided in the middle of the communication passages 5.
The free piston 3 is configured so that the free piston 3 reciprocates linearly in the cylinder 2 by sequentially performing an isothermal heating process, an isothermal expansion process, an isothermal cooling process, and an isothermal compression process with a phase difference of 90 °. Has been done. Further, in this Stirling engine 1, the magnetic rotation means 10 for continuously rotating the free piston 3 in one direction via magnetism.
And a power generation means 11 for converting the rotational movement of the free piston 3 into electric energy, and the magnetic rotation means 10 is configured to smoothly perform the reciprocating linear movement and the rotational movement of the free piston 3.
【0014】シリンダ2とフリーピストン3は、発電電
力等に応じて任意のサイズに構成可能であるし、周知の
スターリングエンジンと同様にアルミニウム合金等の金
属材料で構成できる。但し、低温での使用時には、合成
樹脂材料や耐熱ガラス等で構成することも可能である
し、エンジン性能を高めるために、高温での使用を考慮
して耐熱性に優れたセラミック材料で構成することも可
能である。いずれにしても、スターリングエンジン1の
使用条件に応じた機械的強度、耐熱性、耐久性を有する
素材で構成することになる。シリンダ2とフリーピスト
ン3とは同一素材で構成することも可能であるし、異種
素材で構成することも可能であるが、フリーピストン3
はシリンダ2内を往復運動する関係上、極力軽量な素材
で構成することが好ましい。また、本発明においては、
後述のように磁気結合によりフリーピストン3を回転さ
せる関係上、シリンダ2とフリーピストン3とは非磁性
体で構成することが好ましい。また、フリーピストン3
の高温側に接する部分を耐熱断熱材で構成し、フリーピ
ストン3に備えられた永久磁石を保護することが好まし
い。The cylinder 2 and the free piston 3 can be constructed in any size according to the generated electric power or the like, and can be constructed of a metal material such as an aluminum alloy like the well-known Stirling engine. However, when used at low temperature, it can be made of synthetic resin material, heat-resistant glass, etc., and made of ceramic material with excellent heat resistance in consideration of use at high temperature in order to improve engine performance. It is also possible. In any case, the Stirling engine 1 is made of a material having mechanical strength, heat resistance, and durability according to usage conditions. The cylinder 2 and the free piston 3 can be made of the same material, or can be made of different materials.
In terms of reciprocating movement in the cylinder 2, it is preferable to use a material that is as light as possible. Further, in the present invention,
It is preferable that the cylinder 2 and the free piston 3 are made of a non-magnetic material because the free piston 3 is rotated by magnetic coupling as described later. Free piston 3
It is preferable that the portion in contact with the high temperature side is made of a heat-resistant heat insulating material to protect the permanent magnet provided in the free piston 3.
【0015】シリンダ2内に充填する作動ガスとして
は、空気を採用することも可能であるが、本発明におい
てはシリンダ2を完全密封状態に構成できるので、分子
量の小さい水素ガスやヘリウムガスを使用して流動抵抗
を極力低減することが可能となる。また、作動ガスの圧
力は、出力を上げるために100気圧以上に設定するこ
とが好ましい。Although air can be used as the working gas to be filled in the cylinder 2, in the present invention, since the cylinder 2 can be constructed in a completely sealed state, hydrogen gas or helium gas having a small molecular weight is used. Thus, the flow resistance can be reduced as much as possible. Further, the pressure of the working gas is preferably set to 100 atm or more in order to increase the output.
【0016】シリンダ2に対する連通路5の開口位置
は、図1に示すように、シリンダ2の上下面に開口させ
てもよいし、シリンダ2の周面に開口させてもよい。ま
た、周面に開口させる場合には、フリーピストン3の下
限位置や上限位置よりも中央部側に配置させ、シリンダ
2の内部空間の下端近傍部や上端近傍部をガスバネとし
て活用することも可能である。The opening position of the communication passage 5 with respect to the cylinder 2 may be opened on the upper and lower surfaces of the cylinder 2 as shown in FIG. 1, or may be opened on the peripheral surface of the cylinder 2. Further, in the case where the free piston 3 is opened to the peripheral surface, it can be arranged closer to the center than the lower limit position and the upper limit position of the free piston 3, and the lower end vicinity and the upper end vicinity of the internal space of the cylinder 2 can be utilized as a gas spring. Is.
【0017】磁気回転手段10は、図2〜図4に示すよ
うに、シリンダ2内におけるフリーピストン3の往復直
線運動を一方向への連続的な回転運動に変換するもの
で、フリーピストン3の上部に一体的に設けた波形状の
磁気カム12と、磁気カム12に対面させてシリンダ2
に設けた永久磁石からなる磁気スポット13とで構成さ
れ、フリーピストン3がシリンダ2内にて直線運動する
と、磁気カム12と磁気スポット13との磁気吸引力に
より、磁気スポット13が磁気カム12に沿って相対移
動し、これによりフリーピストン3が一方向に回転する
ように構成されている。但し、磁気カム12と磁気スポ
ット12の少なくとも一方は、誘導コイルで構成するこ
とが可能である。As shown in FIGS. 2 to 4, the magnetic rotating means 10 converts the reciprocating linear motion of the free piston 3 in the cylinder 2 into a continuous rotary motion in one direction. The wave-shaped magnetic cam 12 integrally provided on the upper portion, and the cylinder 2 facing the magnetic cam 12
When the free piston 3 linearly moves in the cylinder 2, the magnetic attraction force between the magnetic cam 12 and the magnetic spot 13 causes the magnetic spot 13 to move to the magnetic cam 12. The free piston 3 is configured to rotate in one direction by relative movement along the same. However, at least one of the magnetic cam 12 and the magnetic spot 12 can be configured by an induction coil.
【0018】磁気カム12について説明すると、図3に
示すフリーピストン周面の展開図及び図4に示すよう
に、フリーピストン3の上部に軸方向に振幅する2周期
分の波形状の溝部14が形成され、この溝部14内には
帯状の永久磁石からなる磁気カム12が溝部14に沿っ
て装着されている。溝部14は、略周方向に延びる平坦
な上部溝14a及び下部溝14bと、上下の溝14a,
14bに連なる傾斜溝14c,14dとで構成され、磁
気スポット13が傾斜溝14c,14d内の磁気カム1
2に対面している状態において、フリーピストン3が軸
方向へ移動することで、フリーピストン3に回転力が付
与されるように構成されている。但し、上部溝14a及
び下部溝14bにおいては、フリーピストン3の慣性力
により磁気カム12と磁気スポット13とが相対回転す
ることになる。The magnetic cam 12 will be described. As shown in a developed view of the peripheral surface of the free piston shown in FIG. 3 and as shown in FIG. A magnetic cam 12 made of a belt-shaped permanent magnet is formed in the groove portion 14 and is mounted along the groove portion 14. The groove portion 14 includes a flat upper groove 14a and a flat lower groove 14b extending substantially in the circumferential direction, and upper and lower grooves 14a,
14b, the magnetic spots 13 are formed by inclined grooves 14c and 14d connected to the magnetic cam 1 in the inclined grooves 14c and 14d.
In a state where the free piston 3 faces the shaft 2, the free piston 3 is configured to move in the axial direction so that a rotational force is applied to the free piston 3. However, in the upper groove 14a and the lower groove 14b, the magnetic cam 12 and the magnetic spot 13 relatively rotate due to the inertial force of the free piston 3.
【0019】磁気カム12の振幅は、磁気スポット13
が磁気カム12から離脱しないように、フリーピストン
3のストロークと略同じに設定されている。磁気スポッ
ト13の個数は、1乃至2個設けることが可能である
が、2個設ける場合には、180°位相をずらして磁気
カム12に対面させることになる。また、溝部14は、
図3に示す台形波状以外に、上部溝14a又は下部溝1
4bの少なくとも一方を省略した構成を採用することも
可能であるし、三角波状やサイン波状に形成することも
可能である。つまり、このスターリングエンジン1で
は、フリーピストン3の往復直線運動の運動パターン
が、溝部14に装填される磁気カム12の形状に依存し
たものとなるので、磁気カム12の形状を適正に設定す
ることで、4つの単位エンジン4を同期運転できるとと
もに、エンジン効率を十分に引き出すことが可能とな
る。このため、磁気カム12の形状は、エンジン効率を
考慮して、一般的な運動パターンであるサイン波形状以
外、図に示すような台形波状や三角波状等に設定して、
エンジン効率を高めることが可能となるのである。The amplitude of the magnetic cam 12 depends on the magnetic spot 13
Is set to be approximately the same as the stroke of the free piston 3 so as not to separate from the magnetic cam 12. The number of the magnetic spots 13 may be one or two. However, when two magnetic spots are provided, the magnetic spots 12 are 180 ° out of phase with each other and face the magnetic cam 12. In addition, the groove portion 14 is
In addition to the trapezoidal wave shape shown in FIG. 3, the upper groove 14a or the lower groove 1
It is also possible to adopt a configuration in which at least one of 4b is omitted, or it is possible to form in a triangular wave shape or a sine wave shape. That is, in this Stirling engine 1, since the motion pattern of the reciprocating linear motion of the free piston 3 depends on the shape of the magnetic cam 12 loaded in the groove portion 14, the shape of the magnetic cam 12 should be set appropriately. Thus, the four unit engines 4 can be operated synchronously and the engine efficiency can be sufficiently brought out. Therefore, in consideration of engine efficiency, the shape of the magnetic cam 12 is set to a trapezoidal wave shape, a triangular wave shape, or the like as shown in the figure, other than a sine wave shape which is a general motion pattern.
It is possible to improve engine efficiency.
【0020】この磁気カム12は2周期分の波形状に形
成しているので、フリーピストン3は軸方向に2往復す
ることで1回転することになるが、1周期分の波形状に
形成して、1往復で1回転するように構成したり、3周
期以上の波形状に形成して、各周期分だけ往復すること
で、1回転するように構成してもよい。また、磁気スポ
ット13は、磁気カム12の周期の個数分だけ設けるこ
とが可能で、例えば磁気カム12を3周期分設ける場合
には、最大3個の磁気スポット13を設けることができ
る。Since the magnetic cam 12 is formed in a wave shape for two cycles, the free piston 3 makes one rotation by making two reciprocations in the axial direction, but is formed in a wave shape for one cycle. Then, it may be configured to make one rotation for one reciprocation, or may be configured to have a wave shape of three cycles or more and reciprocate for each cycle to make one rotation. Further, the magnetic spots 13 can be provided by the number corresponding to the period of the magnetic cams 12. For example, when the magnetic cams 12 are provided for three periods, a maximum of three magnetic spots 13 can be provided.
【0021】尚、磁気カム12を軸方向に間隔をあけて
複数本設け、各磁気カム12に対面させて磁気スポット
13を設けることも可能である。この場合には、シリン
ダ2とフリーピストン3との磁気結合力を高めることが
可能となるので、大きな出力のエンジンに好適である。It is also possible to provide a plurality of magnetic cams 12 at intervals in the axial direction and provide the magnetic spots 13 so as to face each magnetic cam 12. In this case, the magnetic coupling force between the cylinder 2 and the free piston 3 can be increased, which is suitable for an engine with a large output.
【0022】また、前記実施例では磁気スポット13と
磁気カム12との磁気吸引力により、両者を磁気的に結
合させたが、反発力を利用して磁気的に結合させること
も可能である。具体的には、図5(a)に示すように、
フリーピストン3に上下に間隔をあけて1対の磁気カム
12Aを設け、両磁気カム12Aの外面側を異極に設定
し、両磁気カム12A間に対面させてシリンダ2に両磁
気カム12Aに反発するように磁気スポット13Aを設
けたり、図5(b)に示すように、フリーピストン3に
上下に間隔をあけて1対の磁気カム12Bを設け、両磁
気カム12Bの外面側の極性を同極に設定し、両磁気カ
ム12B間に対面させてシリンダ2に両磁気カム12B
に反発するように磁気スポット13Bを設けることにな
る。Further, in the above embodiment, the magnetic spot 13 and the magnetic cam 12 are magnetically coupled by the magnetic attraction force, but it is also possible to magnetically couple them by utilizing the repulsive force. Specifically, as shown in FIG.
The free piston 3 is provided with a pair of magnetic cams 12A vertically spaced from each other, the outer surfaces of both magnetic cams 12A are set to different polarities, and the two magnetic cams 12A are faced to each other so that the cylinder 2 has both magnetic cams 12A. A magnetic spot 13A is provided so as to repel, or as shown in FIG. 5B, a pair of magnetic cams 12B is provided on the free piston 3 with an interval vertically, and the polarities on the outer surface side of both magnetic cams 12B are set. The magnetic poles are set to the same pole, and the two magnetic cams 12B are placed on the cylinder 2 so that they face each other.
The magnetic spot 13B is provided so as to repel.
【0023】発電手段11は、フリーピストン3の下部
に周方向に設けた永久磁石からなる発電用磁石15と、
シリンダ2に設けた3相コイルからなる発電用コイル1
6とから構成され、磁気回転手段10によるフリーピス
トン3の回転運動を発電用コイル16により電気エネル
ギーに変換する周知の構成のものであり、発電用磁石1
5の極数や発電用コイル16の極数は任意に設定可能で
ある。また、磁気回転手段10と発電手段11の配置は
任意に設定可能で、例えば両者の上下位置関係を逆に設
定してもよい。但し、発電用磁石15は誘導コイルで構
成することも可能である。The power generating means 11 includes a power generating magnet 15 which is a permanent magnet provided in the lower portion of the free piston 3 in the circumferential direction,
Power generation coil 1 including a three-phase coil provided in the cylinder 2
6 has a well-known configuration in which the rotational movement of the free piston 3 by the magnetic rotating means 10 is converted into electric energy by the power generation coil 16.
The number of poles of 5 and the number of poles of the power generation coil 16 can be set arbitrarily. Further, the arrangement of the magnetic rotation means 10 and the power generation means 11 can be set arbitrarily, and for example, the vertical positional relationship between the two may be set reversely. However, the power-generating magnet 15 can also be composed of an induction coil.
【0024】尚、図示していないが、各単位エンジン4
にフリーピストン3の回転角度を検出するセンサを設
け、各単位エンジン4の発電負荷を調整するなどして、
単位エンジン4間の位相の微調整を図ることが好まし
い。Although not shown, each unit engine 4
A sensor that detects the rotation angle of the free piston 3 is provided in the, and the power generation load of each unit engine 4 is adjusted.
It is preferable to finely adjust the phase between the unit engines 4.
【0025】次に、このスターリングエンジン1の作動
について説明する。先ず、発電用コイル16に通電して
スターリングエンジン1を始動させると、シリンダ2内
において等容加熱過程、等温膨張過程、等容冷却過程、
等温圧縮過程が順次行われ、フリーピストン3が軸方向
に往復直線運動するとともに、フリーピストン3が磁気
回転手段10を介して一方向に連続回転運動する。そし
て、この回転運動が発電手段11より電気エネルギーに
変換されて出力されることになる。Next, the operation of the Stirling engine 1 will be described. First, when the Stirling engine 1 is started by energizing the power generation coil 16, the isochoric heating process, the isothermal expansion process, the isovolume cooling process in the cylinder 2,
The isothermal compression process is sequentially performed, and the free piston 3 reciprocates linearly in the axial direction, and the free piston 3 continuously rotates in one direction via the magnetic rotating means 10. Then, this rotational movement is converted into electric energy by the power generation means 11 and output.
【0026】また、フリーピストン3が回転すると、フ
リーピストン3とシリンダ2間に介在する作動ガスによ
りフリーピストン3が浮遊状態となり、フリーピストン
3はほとんど抵抗無く回転運動及び往復直線運動するこ
とになる。しかも、両者間に介在する作動ガスに周方向
への流れが形成され、軸方向への作動ガスの流れが阻害
されることから、膨張空間から圧縮空間、或いは反対側
への作動ガスのシール性能も向上することになる。When the free piston 3 rotates, the working gas present between the free piston 3 and the cylinder 2 causes the free piston 3 to float, causing the free piston 3 to rotate and reciprocate linearly with almost no resistance. . Moreover, since a flow in the circumferential direction is formed in the working gas interposed between the two, and the flow of the working gas in the axial direction is obstructed, the sealing performance of the working gas from the expansion space to the compression space or the opposite side is improved. Will also improve.
【0027】次に、前記単位エンジン4の構成を変更し
た他の実施例について説明する。尚、単位エンジン4以
外の構成は基本的には前記実施例と同様の構成なので、
その詳細な説明を省略する。図6に示すように、この単
位エンジン20は、基本的には、前記単位エンジン4に
おける発電手段11を電動モータ21として使用し、磁
気回転手段10が配置されていた部分にフリーピストン
3の往復直線運動を電気エネルギーに変換する発電手段
22を設け、発電手段22により発電した電力の一部を
用いて電動モータ21を駆動し、フリーピストン3を回
転させるように構成したものである。つまり、この単位
エンジン20においては、発電手段22と電動モータ2
1とで磁気回転手段が構成されることになる。Next, another embodiment in which the configuration of the unit engine 4 is changed will be described. The configuration other than the unit engine 4 is basically the same as that of the above embodiment,
Detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 6, this unit engine 20 basically uses the power generation means 11 in the unit engine 4 as an electric motor 21, and reciprocates the free piston 3 at the portion where the magnetic rotation means 10 was disposed. A power generation unit 22 for converting linear motion into electric energy is provided, and the electric motor 21 is driven by using a part of electric power generated by the power generation unit 22 to rotate the free piston 3. That is, in the unit engine 20, the power generation means 22 and the electric motor 2
1 and the magnetic rotation means.
【0028】電動モータ21は、前述した発電手段11
と同様に構成され、シリンダ2側に設けた3相コイルか
らなる回転用コイル23と、フリーピストン3側に設け
た永久磁石からなる回転用磁石24とを備えたものであ
り、回転用コイル23に通電することで、フリーピスト
ン3が回転するように構成されている。但し、この電動
モータ21は、フリーピストン3の回転運動を電気エネ
ルギーに変換する発電手段として兼用することも可能で
ある。The electric motor 21 is the electric power generating means 11 described above.
And a rotating coil 23 formed of a three-phase coil provided on the cylinder 2 side and a rotating magnet 24 formed of a permanent magnet provided on the free piston 3 side. The free piston 3 is configured to rotate by energizing the. However, this electric motor 21 can also be used as a power generation means for converting the rotational movement of the free piston 3 into electric energy.
【0029】発電手段22は、フリーピストン3の上部
外周部に軸方向に一定間隔おきに設けた環状の永久磁石
からなる発電用磁石25と、シリンダ2の上部に環状に
設けた複数組のソレノイドコイルからなる発電用コイル
26とを備え、この発電手段22により、シリンダ2内
において往復直線運動するフリーピストン3の運動エネ
ルギーが電気エネルギーに変換されることになる。但
し、この発電手段22は、運転サイクルの中のフリーピ
ストン3の位置に応じて、所定の発電負荷が生じるよう
にコイルの接続を組み合わせ、フリーピストン3のスピ
ードを調整して、最適の容積変化を生じせしめ、多ピス
トンの連係の位相差をコントロールするが、所望の発電
用コイル26を励磁することで、該発電用コイル26と
発電用磁石25間に吸引力や反発力を作用させ、シリン
ダ2内におけるフリーピストン3の軸方向位置を微調整
する駆動手段として兼用することも可能である。The power generating means 22 includes a power generating magnet 25, which is an annular permanent magnet provided on the outer peripheral portion of the upper portion of the free piston 3 at regular intervals in the axial direction, and a plurality of sets of solenoids annularly provided on the upper portion of the cylinder 2. The power generation means 22 converts the kinetic energy of the free piston 3 which makes a reciprocating linear motion in the cylinder 2 into electric energy. However, the power generation means 22 combines coil connections so as to generate a predetermined power generation load in accordance with the position of the free piston 3 in the operation cycle, adjusts the speed of the free piston 3, and changes the optimum volume. Is generated and the phase difference of the linkage of the multi-pistons is controlled, but by exciting a desired power-generating coil 26, a suction force or a repulsive force acts between the power-generating coil 26 and the power-generating magnet 25, and It is also possible to use it as a drive means for finely adjusting the axial position of the free piston 3 inside 2.
【0030】その他、この単位エンジン20は、フリー
ピストン3の上限位置と下限位置とを規制するための位
置規制用コイル27と、フリーピストン3の周方向位置
を検出するための周方向位置センサ28と、シリンダ2
内におけるフリーピストン3の軸方向位置を検出するピ
ストン位置センサ29などを備えている。但し、ガスバ
ネ用の空間をシリンダ2内に設ける場合には、位置規制
用コイル27は省略してもよい。In addition, the unit engine 20 includes a position regulating coil 27 for regulating the upper limit position and the lower limit position of the free piston 3 and a circumferential position sensor 28 for detecting the circumferential position of the free piston 3. And cylinder 2
A piston position sensor 29 for detecting the axial position of the free piston 3 therein is provided. However, when the space for the gas spring is provided in the cylinder 2, the position regulating coil 27 may be omitted.
【0031】このような構成の単位エンジン20を備え
たスターリングエンジンの作動について、制御装置30
における処理内容を説明しながら説明する。エンジンの
始動時には、各単位エンジン20の発電用コイル26を
順次励磁して、フリーピストン3を所定の位相で往復直
線移動させることになる。一旦エンジンが始動すると、
シリンダ2内において等容加熱過程、等温膨張過程、等
容冷却過程、等温圧縮過程が順次行われ、フリーピスト
ン3が軸方向に往復直線運動して、このフリーピストン
3の往復直線運動が発電手段22により電気エネルギー
に変換される。Regarding the operation of the Stirling engine provided with the unit engine 20 having such a configuration, the control device 30
The description will be made while explaining the processing contents in step 1. When the engine is started, the power-generating coil 26 of each unit engine 20 is sequentially excited, and the free piston 3 is linearly moved back and forth in a predetermined phase. Once the engine starts,
In the cylinder 2, a constant volume heating process, a constant temperature expansion process, a constant volume cooling process, and a constant temperature compression process are sequentially performed, and the free piston 3 reciprocates linearly in the axial direction. 22 converts into electrical energy.
【0032】また、フリーピストン3が上死点付近或い
は下死点付近まで移動したときに、上側或いは下側の位
置規制用コイル27を励磁して、位置規制用コイル27
と発電用磁石25との反発力により、フリーピストン3
が上死点以上或いは下死点以下に移動することを規制す
る。Further, when the free piston 3 moves to near the top dead center or near the bottom dead center, the position regulating coil 27 on the upper side or the lower side is excited to move the position regulating coil 27.
By the repulsive force between the power generating magnet 25 and the power generating magnet 25.
Are restricted from moving above top dead center or below bottom dead center.
【0033】更に、ピストン位置センサ29からの信号
に基づいて、各単位エンジン20におけるフリーピスト
ン3の往復運動速度を求め、この往復運動速度が目標速
度になるように、ヒータ6を制御したり、必要に応じて
各単位エンジン20の発電負荷を調整したり、各単位エ
ンジン20のフリーピストン3の位相が適正になるよう
に、発電用コイル26を励磁して、フリーピストン3の
位置を制御することになる。Further, the reciprocating speed of the free piston 3 in each unit engine 20 is obtained based on the signal from the piston position sensor 29, and the heater 6 is controlled so that the reciprocating speed becomes the target speed. The power generation load of each unit engine 20 is adjusted as necessary, and the power generation coil 26 is excited to control the position of the free piston 3 so that the phase of the free piston 3 of each unit engine 20 becomes appropriate. It will be.
【0034】一方、発電した電力の一部により、電動モ
ータ21の回転用コイル23を励磁して、フリーピスト
ン3を一方向に連続回転するとともに、周方向位置セン
サ28からの出力に基づいて、各単位エンジン20にお
けるフリーピストン3の回転速度を求め、この回転速度
が目標速度になるように、電動モータ21への給電を制
御する。そして、このようにフリーピストン3を回転さ
せることで、前記実施例と同様に、フリーピストン3を
浮遊状態にして、ほとんど抵抗無く回転運動及び往復直
線運動するように制御するとともに、シリンダ2とフリ
ーピストン3間に介在する作動ガスに周方向への流れを
形成して、膨張空間から圧縮空間、或いは反対側への作
動ガスのシール性能を向上することになる。On the other hand, a part of the generated electric power excites the rotating coil 23 of the electric motor 21 to continuously rotate the free piston 3 in one direction, and based on the output from the circumferential position sensor 28, The rotation speed of the free piston 3 in each unit engine 20 is obtained, and the power supply to the electric motor 21 is controlled so that this rotation speed becomes the target speed. By rotating the free piston 3 in this manner, the free piston 3 is floated and controlled so as to rotate and reciprocate linearly with almost no resistance as in the case of the above-described embodiment, and is free from the cylinder 2. A circumferential flow is formed in the working gas interposed between the pistons 3 to improve the sealing performance of the working gas from the expansion space to the compression space or the opposite side.
【0035】尚、フリーピストン3が上死点或いは下死
点付近に位置するときに、電動モータ21への給電を一
時的に中断して、回転用コイル23によりフリーピスト
ン3の回転運動を電気エネルギーに変換して発電し、こ
の発電した電力により所望の発電用コイル26を励磁す
ることで、フリーピストン3の直線運動を助勢してもよ
い。つまり、フリーピストン3をフライホイールとして
機能させ、フリーピストン3の往復直線運動が安定する
ように構成してもよい。When the free piston 3 is located near the top dead center or the bottom dead center, the electric power supply to the electric motor 21 is temporarily interrupted, and the rotary coil 23 electrically rotates the free piston 3. The linear motion of the free piston 3 may be assisted by converting the energy into energy to generate power and exciting the desired power generation coil 26 with the generated power. That is, the free piston 3 may function as a flywheel, and the reciprocating linear motion of the free piston 3 may be stabilized.
【0036】尚、前記実施例においける磁気回転手段
は、フリーピストン3を1つだけしか有しないスターリ
ングエンジンに対しても適用できるし、1つのシリンダ
内に2以上のフリーピストン3を組み込んだスターリン
グエンジンに対しても適用できる。但し、前者の場合に
は、フリーピストン3として、出力ピストンとディスプ
レーサとを設けることになる。The magnetic rotating means in the above embodiment can be applied to a Stirling engine having only one free piston 3, and two or more free pistons 3 are incorporated in one cylinder. It can also be applied to Stirling engines. However, in the former case, an output piston and a displacer are provided as the free piston 3.
【0037】尚、前記実施例では、4つの単位エンジン
4、20を連係させたが、3つの単位エンジン4、20
を連係させ、これら3つの単位エンジン4、20を12
0°の位相差で運転してもよい。この場合には、3つの
単位エンジン4、20の発電用コイルをデルタ結線やス
ター結線することで、3相交流を発電電力として出力で
きるので、インバータ等を用いることなく、経済的に商
用電力を得ることが可能となる。In the above embodiment, the four unit engines 4 and 20 are linked, but the three unit engines 4 and 20 are linked.
Of these three unit engines 4, 20
It may be operated with a phase difference of 0 °. In this case, three-phase AC can be output as generated power by connecting the power-generating coils of the three unit engines 4 and 20 in a delta connection or a star connection, so that commercial power can be economically used without using an inverter or the like. It becomes possible to obtain.
【0038】また、従来のクランク機構を用いたエンジ
ンの場合、単位エンジン間の位相差は機械的に決定さ
れ、エンジン固有の固定のものであるが、本発明に係る
スターリングエンジンにおいては電気的に制御できるの
で、膨張出力過程中のフリーピストン3の速度を高めて
シリンダ2内における高温側容積の比率を高めること
で、平均ガス温度及び圧力を高めて、熱効率を高めるこ
とが可能となる。即ち、運転の各部分において最適の位
相差の動きを与え、全体の平均値として120°の位相
差を与えればよい。例えば単位エンジン20において
は、発電用コイル26の一端が膨張出力過程の終わりに
対応する位置に配置され、他端が圧縮過程の終わりに対
応する位置に配置され、クランクでいえば死点に対応す
る位置にそれぞれ配置されるので、次の逆方向運動の初
期、つまりクランクでいうところの死点付近で、発電負
荷を高めると、ピストンのスピードの上昇が抑制されて
位相差が増大し、高温容積比の拡大を助け熱効率及び出
力を高めることができるのである。Further, in the case of an engine using a conventional crank mechanism, the phase difference between unit engines is mechanically determined and is fixed unique to the engine, but in the Stirling engine according to the present invention, it is electrically fixed. Since it can be controlled, the speed of the free piston 3 during the expansion output process is increased to increase the ratio of the high temperature side volume in the cylinder 2, whereby the average gas temperature and pressure can be increased and the thermal efficiency can be increased. That is, it suffices to give an optimum movement of the phase difference in each part of the operation and give a phase difference of 120 ° as an average value of the whole. For example, in the unit engine 20, one end of the power generation coil 26 is arranged at a position corresponding to the end of the expansion output process, and the other end is arranged at a position corresponding to the end of the compression process. Since they are placed at different positions, increasing the power generation load at the beginning of the next backward movement, that is, near the dead center of the crank, suppresses the increase in piston speed and increases the phase difference, which causes high temperature. It is possible to help increase the volume ratio and increase the thermal efficiency and output.
【0039】[0039]
【発明の効果】請求項1に係るフリーピストン形スター
リングエンジンによれば、磁気回転手段によりフリーピ
ストンを常時一方向に連続回転させることにより、シリ
ンダ内においてフリーピストンを浮遊状態にし、フリー
ピストンとシリンダ間の摩擦抵抗を格段に低減できるの
で、エンジンの乱調を効果的に防止できるとともに、機
械的なエネルギーロスを少なくしてエンジン効率を向上
できる。しかも、両者間に形成されるガス流により、シ
ール性能も向上するので、リークガスによる損失も抑制
できる。更に、磁力を介して非接触でフリーピストンを
回転させるので、シリンダを完全な密封状態に構成する
ことが可能となり、水素やヘリウム等の効率の良い作動
ガスを用いることが可能となる。According to the free piston type Stirling engine according to the first aspect of the present invention, the free piston is kept in a floating state in the cylinder by continuously rotating the free piston in one direction by the magnetic rotating means. Since the frictional resistance between them can be reduced remarkably, the disturbance of the engine can be effectively prevented and the mechanical energy loss can be reduced to improve the engine efficiency. Moreover, since the gas flow formed between the two improves the sealing performance, the loss due to the leak gas can be suppressed. Further, since the free piston is rotated in a non-contact manner via the magnetic force, the cylinder can be configured in a completely sealed state, and an efficient working gas such as hydrogen or helium can be used.
【0040】請求項2記載のように、磁気回転手段が磁
気カムを備える場合には、簡単な構成でフリーピストン
に対して一方向への回転力を付与できるので好ましい。
また、磁気カムの形状に応じて、フリーピストンの往復
直線運動の運動パターンを変更できるので、複動形や多
連形とする場合においても、フリーピストン相互の位相
差を適正に設定して、エンジンの乱調を防止できるとと
もに、フリーピストンの運動パターンを最適な運動パタ
ーンに設定して、エンジン性能を十分に引き出すことが
可能となる。When the magnetic rotating means is provided with a magnetic cam as described in claim 2, it is preferable because a rotational force in one direction can be applied to the free piston with a simple structure.
Also, since the motion pattern of the reciprocating linear motion of the free piston can be changed according to the shape of the magnetic cam, even when using the double-acting type or the multiple type, the phase difference between the free pistons can be set appropriately, It is possible to prevent the engine from being disturbed and to set the movement pattern of the free piston to an optimum movement pattern so that the engine performance can be sufficiently brought out.
【0041】請求項3記載のように、磁気回転手段が、
発電用コイルと回転用コイルとを備える場合には、構造
は多少複雑になるが、回転用コイルを用いてフリーピス
トンの回転速度を任意に調整できるので好ましい。As described in claim 3, the magnetic rotating means comprises:
When the power generation coil and the rotation coil are provided, the structure becomes a little complicated, but it is preferable because the rotation speed of the free piston can be arbitrarily adjusted by using the rotation coil.
【0042】請求項4記載のように、ピストン位置検出
手段を設け、発電用コイルを励磁又は発電負荷調整する
ことによりフリーピストンの軸方向位置を調整する制御
手段を設けると、複動形や多連形とする場合において
も、フリーピストン相互の位相差を適正に設定して、エ
ンジンの乱調を防止できるとともに、フリーピストンの
運動パターンをエンジンの運転状態等に応じて最適な運
動パターンに調整して、エンジン性能を十分に引き出す
ことが可能となる。When the piston position detection means is provided and the control means for adjusting the axial position of the free piston by exciting the power generation coil or adjusting the power generation load is provided as in claim 4, a double-acting type or a multi-action type is provided. Even in the case of the continuous type, the phase difference between the free pistons can be set appropriately to prevent engine turbulence, and the free piston motion pattern can be adjusted to the optimum motion pattern according to the engine operating conditions. As a result, the engine performance can be fully brought out.
【0043】請求項5記載のように、シリンダを複数設
けるとともに、これら複数のシリンダを直列状に連通す
る連通路を設けると、ディスプレーサを省略することが
可能となるので、構成部品を大幅に少なくしつつ、高出
力のエンジンを実現することが可能となる。If a plurality of cylinders are provided and a communication passage that connects the plurality of cylinders in series is provided as described in claim 5, the displacer can be omitted, so that the number of components is significantly reduced. In addition, it is possible to realize a high-power engine.
【図1】 スターリングエンジンの概略説明図FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a Stirling engine.
【図2】 単位エンジンの縦断面図FIG. 2 is a vertical sectional view of a unit engine.
【図3】 フリーピストンの周面の展開図[Fig. 3] Development view of the peripheral surface of the free piston
【図4】 磁気カムの説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of a magnetic cam
【図5】 他の構成の磁気カムの説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a magnetic cam having another configuration.
【図6】 他の構成の単位エンジンの縦断面図FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a unit engine having another configuration.
1 スターリングエンジン 2 シリンダ 3 フリーピストン 4 単位エンジン 5 連通路 6 ヒータ 7 再生器 8 クーラ 10 磁気回転手段 11 発電手段 12 磁気カム 13 磁気スポット 14 溝部 14a 上部溝 14b 下部溝 14c 傾斜溝 14d 傾斜溝 15 発電用磁石 16 発電用コイル 12A 磁気カム 13A 磁気スポット 12B 磁気カム 13B 磁気スポット 20 単位エンジン 21 電動モータ 22 発電手段 23 回転用コイル 24 回転用磁石 25 発電用磁石 26 発電用コイル 27 位置規制用コイル 28 周方向位置センサ 29 ピストン位置センサ 30 制御装置 1 Stirling engine 2 cylinder 3 free piston 4 unit engine 5 communication passage 6 heater 7 regenerator 8 cooler 10 magnetic rotation means 11 power generation means 12 magnetic cam 13 magnetic spot 14 Groove 14a Upper groove 14b lower groove 14c inclined groove 14d inclined groove 15 magnet for power generation 16 power generation coil 12A magnetic cam 13A magnetic spot 12B magnetic cam 13B magnetic spot 20 unit engine 21 electric motor 22 power generation means 23 rotating coil 24 Rotating Magnet 25 Power Generating Magnet 26 Power generation coil 27 Position control coil 28 Circumferential position sensor 29 Piston position sensor 30 Control device
Claims (5)
ストンを、磁力を介して一方向に連続回転させる磁気回
転手段を設けたことを特徴とするフリーピストン形スタ
ーリングエンジン。1. A free piston type Stirling engine, comprising magnetic rotating means for continuously rotating a free piston that reciprocates linearly in a cylinder in one direction via magnetic force.
往復直線運動を回転運動に変換する磁気カムを備えてな
る請求項1記載のフリーピストン形スターリングエンジ
ン。2. The free piston type Stirling engine according to claim 1, wherein the magnetic rotating means comprises a magnetic cam for converting the reciprocating linear motion of the free piston into a rotary motion.
往復直線運動を電気エネルギーに変換する発電用コイル
と、発電した電力の少なくとも一部を用いてフリーピス
トンを回転させる回転用コイルとを備えてなる請求項1
記載のフリーピストン形スターリングエンジン。3. The magnetic rotating means comprises a power generating coil for converting reciprocating linear motion of the free piston into electric energy, and a rotating coil for rotating the free piston by using at least a part of generated electric power. Claim 1
Free piston type Stirling engine described.
の軸方向位置を検出するピストン位置検出手段を設け、
前記発電用コイルを励磁又は発電負荷調整することによ
りフリーピストンの軸方向位置を調整する制御手段を設
けた請求項3記載のフリーピストン形スターリングエン
ジン。4. A piston position detecting means for detecting the axial position of the free piston in the cylinder is provided.
The free piston type Stirling engine according to claim 3, further comprising a control means for adjusting the axial position of the free piston by exciting the power generating coil or adjusting a power generation load.
れら複数のシリンダを直列状に連通する連通路を設け、
この連通路にヒータと再生器とクーラとを介設した請求
項1〜4のいずれか1項記載のフリーピストン形スター
リングエンジン。5. A plurality of the cylinders are provided, and a communication passage that connects the plurality of cylinders in series is provided.
The free piston type Stirling engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a heater, a regenerator and a cooler are provided in the communication passage.
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