JP3797294B2 - Stirling engine and actuator - Google Patents
Stirling engine and actuator Download PDFInfo
- Publication number
- JP3797294B2 JP3797294B2 JP2002226962A JP2002226962A JP3797294B2 JP 3797294 B2 JP3797294 B2 JP 3797294B2 JP 2002226962 A JP2002226962 A JP 2002226962A JP 2002226962 A JP2002226962 A JP 2002226962A JP 3797294 B2 JP3797294 B2 JP 3797294B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- power piston
- sliding cylinder
- case
- disposed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリングエンジンおよびアクチュエータに関し、更に詳しくは作動気体の漏れを防止することができるディスプレーサ式のスターリングエンジンおよびアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
ディスプレーサ式のスターリングエンジンは、一般にケースと、該ケース内に摺動可能に配設されたディスプレーサと、該ディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する膨張室および作動室と、該作動室内の作動気体の圧力変化に対応して作動せしめられるパワーピストンと、ディスプレーサに連結され該ディスプレーサを所定のタイミングで作動する作動ロッドとを具備している。このようなディスプレーサ式のスターリングエンジンは、作動気体が加熱・冷却されることによる膨張・収縮に伴う上記作動室内の圧力変化に対応してパワーピストンを作動するようになっている。従って、スターリングエンジンに用いられる作動気体としては、熱効率を向上させるために水素やヘリウム等の比熱の小さい気体が用いられる。
【0003】
スターリングエンジンの作動気体として用いられる水素やヘリウム等の比熱の小さい気体は、分子の大きさが小さいため摺動部から漏れ易く、一般に摺動部に装着されるシールでは作動気体の漏れを防ぐことが困難である。特に、ディスプレーサと連結された作動ロッドはケースを貫通して配設されるため、この貫通した摺動部からの作動気体の漏れを防ぐことが重要である。このような問題を解決するために、ディスプレーサを密封容器で形成し、ディスプレーサをフリーピストンとし、ガスバネや重力を利用してディスプレーサを作動させる方式が考えられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
而して、ガスバネを使用したフリーピストン式ディスプレーサは、ガスバネのバネ定数の設定が困難であるとともに、ガスバネのバネ定数で作動周期が略決定されてしまうので、作動周期を可変にすることが難しく、また、始動機構が別途必要である。また、重力を利用したフリーピストン式ディスプレーサは、ケースの向きが垂直方向に制限され、横向きに配置することができない。
【0005】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、ディスプレーサの作動周期を適宜変化させることができるとともに、ケースの配置方向に制限がなく、かつ、始動機能を内蔵したスターリングエンジンおよびアクチュエータを提供することにある。さらに、本発明の課題は、往復動するパワーピストンの周囲からも作動気体の漏れを防ぎ、作動気体の完全な密閉を図ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために、本発明によれば、ケースと、該ケース内に摺動可能に配設されたディスプレーサと、該ディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する膨張室および作動室と、該作動室内の作動気体の圧力変化に対応して作動せしめられるパワーピストンと、を具備するスターリングエンジンにおいて、
該ケース内には作動流体が封入された摺動筒体が摺動可能に配設され、該ディスプレーサは該摺動筒体内に摺動可能に配設されるとともに、該膨張室および該作動室は該摺動筒体の両端部に設けられ、かつ、該摺動筒体には作動流体の圧力に応じて伸縮するベローズが装着され、該摺動筒体又は該ベローズには該パワーピストンが装着されており、さらに、
該ディスプレーサに配設された可動ヨークと、該ケースに配設され該可動ヨークを包囲して軸方向に併設された一対の電磁ソレノイドとを具備したディスプレーサ作動機構と、
該パワーピストンの作動位置を検出するパワーピストン位置検出手段と、
該パワーピストン位置検出手段からの検出信号に基づいて該ディスプレーサ作動機構の該一対の電磁ソレノイドの励磁を切り替え制御する制御手段と、を具備する、
ことを特徴とするスターリングエンジンが提供される。
【0007】
また、本発明によれば、ケースと、該ケース内に摺動可能に配設されたディスプレーサと、該ディスプレーサの作動に伴って流動する作動気体が流出入する膨張室および作動室と、該作動室内の作動気体の圧力変化に対応して作動せしめられるパワーピストンとを具備し、該パワーピストンを被作動部材に連結するアクチュエータであって、
該ケース内には作動流体が封入された摺動筒体が摺動可能に配設され、該ディスプレーサは該摺動筒体内に摺動可能に配設されるとともに、該膨張室および該作動室は該摺動筒体の両端部に設けられ、かつ、該摺動筒体には作動流体の圧力に応じて伸縮するベローズが装着され、該摺動筒体又は該ベローズには該パワーピストンが装着されており、さらに、
該ディスプレーサに配設された磁石可動体と、該ケースに配設され該磁石可動体を包囲して配置された筒状の固定ヨークと、該固定ヨークの内側に配設された一対のコイルとを具備したディスプレーサ作動機構と、
該ディスプレーサ作動機構の該一対のコイルに印加する電流の方向を切り替える切り替え手段と、を具備する、
ことを特徴とするアクチュエータが提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成されたスターリングエンジンおよびアクチュエータの好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0009】
図1には、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの一実施形態の断面図が示されている。
図1に示す実施形態のスターリングエンジンは、円筒状のケース2を具備している。このケース2はアルミ合金等の非磁性材料によって形成され、中央摺動部21と、該中央摺動部21の図において左側に形成された加熱室22と、中央摺動部21の図において右側に形成された冷却室23を備えている。ケース2には、上記加熱室22に開口する加熱流体入口221および加熱流体出口222が設けられているとともに、上記冷却室23に開口する冷却流体入口231および冷却流体出口232が設けられている。また、ケース2の中央摺動部21の内周面には、非磁性材料からなる摺動筒体3が軸方向に摺動可能に配設されている。この摺動筒体3内を挿通してディスプレーサ4が軸方向に摺動可能に配設されている。このディスプレーサ4は非磁性材料によって円筒状に形成されており、その内部には断熱材によって円環状に形成された断熱リングと金網とを交互に重ね合わせて構成された再生器5が配設されている。
【0010】
上記加熱室22内には、膨張ベローズ7が配設されている。この膨張ベローズ7は、一端部が上記摺動筒体3の図において左端部に装着され、他端部がケース2の左端壁24に装着されている。従って、加熱室22内には、膨張ベローズ7と摺動筒体3および左端壁24によって区画され上記筒状のディスプレーサ4内に配設された再生器5と連通する膨張室71が形成される。一方、上記冷却室23内には、収縮ベローズ8が配設されている。この収縮ベローズ8は、一端部が上記摺動筒体3の図において右端部に装着され、他端にはパワーピストン9が装着されている。従って、冷却室23内には、収縮ベローズ8と摺動筒体3によって区画され上記筒状のディスプレーサ4内に配設された再生器5と連通する作動室81が形成される。上記膨張室71と作動室81および筒状のディスプレーサ4内には、水素やヘリウム等の比熱の小さい作動気体が封入されている。なお、上記パワーピストン9には動力取り出しシャフト91が装着されており、この動力取り出しシャフト91はケース2の右端壁25を貫通して配設されている。
【0011】
図1に示す実施形態のスターリングエンジンは、上記ディスプレーサ4を周期的に作動するディスプレーサ作動機構10を備えている。このディスプレーサ作動機構10は、ディスプレーサ4の中央部外周面に配設された磁石可動体11と、該磁石可動体11を包囲して上記ケース2の内側に配設された筒状の固定ヨーク12と、該固定ヨーク12の内側に軸方向に併設された一対のコイル13、14とを具備している。磁石可動体11は、ディスプレーサ4の外周面に装着され軸方向両端面に磁極を備えた環状の永久磁石111と、該永久磁石111の軸方向外側に配設された一対の可動ヨーク112、113とによって構成されている。図示の実施形態における永久磁石111は、図1おいて右端面がN極に着磁され、図1において左端面がS極に着磁されている。上記一対の可動ヨーク112、113は、磁性材によって環状に形成されている。このように構成された磁石可動体11は、ディスプレーサ4の外周面に形成された環状の嵌合溝41内に配設されている。
【0012】
上記固定ヨーク12は、磁性材によって筒状に形成されており、上記ケース2の内周面に形成された環状の嵌合溝26内に配設されている。この固定ヨーク12の内側に一対のコイル13、14が配設されている。この一対のコイル13、14は、合成樹脂等の非磁性材によって形成され上記固定ヨーク12の内周に沿って装着されたボビン15に互いに逆巻きに捲回されている。一対のコイル13、14は、後述する制御手段によって印加電流の方向を切り替え制御されるようになっている。
【0013】
上述したように磁石可動体11と固定ヨーク12および一対のコイル13、14とによって構成されたディスプレーサ作動機構10は、リニアモータの原理によって作動する。以下その作動について図2を参照して説明する。
図示の実施形態におけるディスプレーサ作動機構10においては、図2の(a)および図2の(b)に示すように永久磁石111のN極、一方の可動ヨーク112、一方のコイル13、固定ヨーク12、他方のコイル14(MC2)、他方の可動側ヨーク113、永久磁石111のS極を通る磁気回路が形成される。このような状態において、一対のコイル13、41に図2の(a)で示す方向にそれぞれ反対方向の電流を流すと、フレミングの左手の法則に従って磁石可動体11即ちディスプレーサ4には図2の(a)において矢印で示すように右方に推力が発生する。一方、一対のコイル13、14に図2の(b)で示すように図2の(a)と反対方向に電流を流すと、フレミングの左手の法則に従って磁石可動体11即ちディスプレーサ4には図2の(b)において矢印で示すように左方に推力が発生する。
【0014】
図1に示す実施形態のスターリングエンジンは、上記パワーピストン9の作動位置を検出するパワーピストン位置検出手段16を備えている。このパワーピストン位置検出手段16は、パワーピストン9に連結された動力取り出しシャフト91に対向して配設されたストロークセンサーからなっており、その検出信号を後述する制御手段17に送る。このパワーピストン位置検出手段16としてのストロークセンサーの出力値について、図3を参照して説明する。図3において横軸はパワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91のストロークを示し、縦軸は電圧値を示している。図3に示すようにストロークセンサーは、パワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91のストロークに比例した電圧値を出力するようになっている。なお、図3の横軸においてL1は戻り側フルストローク位置(下死点)であり、L10は送り側フルストローク位置(上死点)である。制御手段17はマイクロコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)等を備えている。制御手段17は、上記パワーピストン位置検出手段16によって検出されたパワーピストン9の作動位置信号に基づいて、上記ディスプレーサ作動機構10を構成する一対のコイル13、14に制御信号を出力する。
【0015】
図1に示す実施形態のスターリングエンジンは以上のように構成されており、以下その作動について図4に示すフローチャートおよび図5に示す作動状態を示す説明図をも参照して説明する。
図5(a)は収縮終了時を示しており、このときパワーピストン9が図において左端位置、即ち戻り側フルストローク位置(下死点)に位置し、ディスプレーサ4も左端位置、即ち戻り側フルストローク位置(下死点)に位置している。図5(a)の状態からスターリングエンジンを起動するには、制御手段17はディスプレーサ4を図において右方に作動するようにディスプレーサ作動機構10を駆動せしめる(ステップS1)。即ち、制御手段17はディスプレーサ作動機構10を構成する一対のコイル13、14に図2の(a)で示す方向にそれぞれ反対方向の電流を印加するように制御する。この結果、磁石可動体11即ちディスプレーサ4は図5(b)に示すように右方に移動する。このディスプレーサ4の右方への移動により、作動室81内の作動気体は筒状のディスプレーサ4内に配設された再生器5を通して膨張室71に流入される。このとき、作動室81内で冷却されていた作動気体は、再生器5を通過する際に熱交換されて加熱される。図5(b)に示すようにディスプレーサ4が所定量右方に移動した状態が膨張開始時であり、この時点から膨張室71に流入された作動気体が加熱室22に導入された加熱流体によって加熱されて膨張する。この結果、ディスプレーサ4は図5(c)に示すように膨張ベローズ7が膨張して摺動筒体3および収縮ベローズ8が図において右方に移動するとともに、ディスプレーサ4が右方に移動せしめられる。そして、図5(c)に示す膨張終了時にパワーピストン9が図において右端位置、即ち送り側フルストローク位置(上死点)に移動せしめられ、ディスプレーサ4も右端位置、即ち送り側フルストローク位置(上死点)に移動せしめられる。
【0016】
上述したようにステップS1においてディスプレーサ4を図において右方に作動するようにディスプレーサ作動機構10を駆動せしめたならば、制御手段17はステップS2に進んでパワーピストン位置検出手段16からの検出信号に基づいて、パワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91のストローク位置Lが送り側フルストローク位置(上死点)L10より所定量手前のしきい値となるストローク位置L9より大きいか否か(L>L9)をチェックする。ストローク位置LがL9より大きくなければ、制御手段17はステップS3に進んでパワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91のストローク位置Lが戻り側フルストローク位置(下死点)L1より所定量手前のしきい値となるストローク位置L2より小さいか否か(L<L2)をチェックする。今回はパワーピストン9が送り側に移動しているのでストローク位置LがL2より小さいことはないので、制御手段17は上記ステップS2に戻る。
【0017】
上記ステップS2においてストローク位置LがL9より大きいならば、制御手段17はパワーピストン9が図5(c)に示す膨張終了時の位置より所定量手前の位置を越えたものと判断し、ステップS4に進んでディスプレーサ4を図において左方に作動するようにディスプレーサ作動機構10を駆動せしめする。即ち、制御手段17はディスプレーサ作動機構10を構成する一対のコイル13、14に図2の(b)で示す方向にそれぞれ反対方向の電流を印加するように制御する。この結果、磁石可動体11即ちディスプレーサ4は図5(d)に示すように左方に移動する。このディスプレーサ4の左方への移動により、膨張室71内の作動気体は筒状のディスプレーサ4内に配設された再生器5を通して作動室81に流入される。このとき、膨張室71内で加熱されていた作動気体は、再生器5を通過する際に熱交換されて冷却される。図5(d)に示す状態が収縮開始時で、ディスプレーサ4が左端位置、即ち戻り側フルストローク位置(下死点)に達する。なお、図5(d)に示す状態が収縮開始時においては、パワーピストン9は図において右端位置、即ち送り側フルストローク位置(上死点)に位置している。そして、図5(d)に示す状態から作動室81内の作動気体は冷却室23に導入された冷気によって冷却されて収縮する。この結果、作動室81を形成する収縮ベローズ8が収縮して図5(a)に示す収縮終了時にパワーピストン9が図において左端位置、即ち戻り側フルストローク位置(下死点)に移動せしめられる。
【0018】
一方、上述したようにステップS4においてディスプレーサ4を図において左方に作動するようにディスプレーサ作動機構10を駆動せしめたならば、制御手段は上記ステップS2に戻ってパワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91のストローク位置Lが送り側フルストローク位置(上死点)L10より所定量手前のしきい値となるストローク位置L9より大きいか否かをチェックする。今回はパワーピストン9が戻り側に移動しているのでストローク位置LがL9より大きいことはないので、制御手段17は上記ステップS3に進んでパワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91のストローク位置Lが戻り側フルストローク位置(下死点)L1より所定量手前のしきい値となるストローク位置L2より小さいか否かをチェックする。ストローク位置LがL2より小さくなければ、制御手段17はパワーピストン9が未だL2に達していないと判断し、上記ステップS2に戻ってステップS2およびステップS3を繰り返し実行する。ステップS3においてパワーピストン9のストローク位置LがL2より小さいならば、制御手段17はパワーピストン9がL2を越えたと判断し、ステップS5に進んでディスプレーサ4を図において右方に作動するようにディスプレーサ作動機構10を駆動せしめるように一対のコイル13、14に図2の(a)で示す方向にそれぞれ反対方向の電流を印加するように制御する。
【0019】
以上のサイクルを繰り返すことにより、パワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91を往復運動することができる。従って、動力取り出しシャフト91を適宜の連接ロッドを介してクランクシャフトに連結すればクランクシャフトを回転することができる。
【0020】
なお、上述した実施形態において、ディスプレーサ4を送り側フルストローク位置(上死点)と戻り側フルストローク位置(下死点)で停止し、パワーピストン9即ち動力取り出しシャフト91を送り側フルストローク位置(上死点)L10と戻り側フルストローク位置(下死点)L1で停止するように制御することにより、被作動部材を2位置に作動するアクチュエータとして用いることができる。このようにアクチュエータとして用いる場合には、制御手段17に切り替え信号を入力するようにしてもよい。この場合、制御手段17に切り替え信号を入力する手段は、一対のコイル13、14に印加する電流の方向を切り替える切り替え手段として機能する。
【0021】
上述した実施形態におけるスターリングエンジンおよびアクチュエータにおいては、ディスプレーサ4を作動するディスプレーサ作動機構10がディスプレーサ4に配設された磁石可動体11と、該磁石可動体11を包囲してケース2の内側に配設された筒状の固定ヨーク12と、該固定ヨーク12の内側に軸方向に併設された一対のコイル13、14とからなり、ディスプレーサ4を駆動するためのロッド等がケース2を貫通しないため、密封容器を形成でき作動気体の漏れを防ぐことができる。また、ディスプレーサ4の作動周期も一対のコイル13、14に電力を印加する時期を適宜制御させることにより容易に変更することができ、更に、ケース2の配置方向にも制限がない。
【0022】
次に、本発明に従って構成されたスターリングエンジンの他の実施形態について、図6を参照して説明する。なお、図6の実施形態においては上記図1に示すスターリングエンジンの各構成部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
図6に示すスターリングエンジンは、図1に示す実施形態における冷却室23内に配設された収縮ベローズ8に代えて、摺動筒体3を延長して形成し、この摺動筒体3の図において右端にパワーピストン9を装着したものである。そして、摺動筒体3の図において右端部外周に冷却フィン31を装着したものである。
【0024】
【発明の効果】
本発明によるスターリングエンジンおよびアクチュエータは以上のように構成されているので、以下に述べる作用効果を奏する。
即ち、ディスプレーサを作動するディスプレーサ作動機構がディスプレーサに配設された可動ヨークと、ケースに配設され該可動ヨークを包囲して軸方向に併設された一対の電磁ソレノイドとからなっているので、ディスプレーサを駆動するためのロッド等がケースを貫通しないため、作動気体の漏れを防ぐことができる。殊に、本発明では、ディスプレーサは作動流体が封入された摺動筒体に配設されており、摺動筒体には作動流体の圧力に応じて伸縮するベローズが装着され、パワーピストンは、摺動筒体又はベローズに装着される。このため、パワーピストンの周囲から作動流体が漏れ出すことも防止され完全な密封が達成できる。
また、上記ディスプレーサ作動機構は始動機能も備えているので、始動機構を別途設ける必要がない。更に、ディスプレーサの作動周期も一対の電磁ソレノイドを励磁する時期を適宜制御することにより容易に変更することができ、更に、ケースの配置方向にも制限がない。また、本発明においては、ディスプレーサは上記ディスプレーサ作動機構の電磁力で瞬時に切替わるので、クランク軸連動方式と比較して熱効率が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの一実施形態を示す断面図。
【図2】本発明に従って構成されたスターリングエンジンを構成するディスプレーサ作動機構の作動説明図。
【図3】本発明に従って構成されたスターリングエンジンを構成するパワーピストン位置検出手段の出力信号を示す説明図。
【図4】本発明に従って構成されたスターリングエンジンを構成する制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【図5】図1に示すスターリングエンジンの作動状態を示す説明図。
【図6】本発明に従って構成されたスターリングエンジンの他の実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
2:ケース
22:加熱室
23:冷却室
3:摺動筒体
4:ディスプレーサ
5:再生器
7:膨張ベローズ
8:収縮ベローズ
9:パワーピストン
91:動力取り出しシャフト
10:ディスプレーサ作動機構
11:磁石可動体
111:永久磁石
112、113:一対の可動ヨーク
12:固定ヨーク
13、14:一対のコイル
16:パワーピストン位置検出手段
17:制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling engine and actuator, and more particularly, to a displacer-type Stirling engine and actuator capable of preventing leakage of working gas.
[0002]
[Prior art]
A displacer-type Stirling engine generally includes a case, a displacer slidably disposed in the case, an expansion chamber and a working chamber into which working gas flowing in accordance with the operation of the displacer flows in and out, and the operation A power piston that is operated in response to a change in pressure of the working gas in the room, and an operating rod that is connected to the displacer and operates the displacer at a predetermined timing. Such a displacer-type Stirling engine operates a power piston in response to a pressure change in the working chamber accompanying expansion and contraction due to heating and cooling of the working gas. Therefore, as the working gas used in the Stirling engine, a gas having a small specific heat such as hydrogen or helium is used in order to improve the thermal efficiency.
[0003]
Gases with small specific heat, such as hydrogen and helium, used as the working gas for Stirling engines are likely to leak from the sliding part due to the small size of the molecule, and in general, the seal attached to the sliding part should prevent leakage of the working gas. Is difficult. In particular, since the operating rod connected to the displacer is disposed through the case, it is important to prevent leakage of the operating gas from the through sliding portion. In order to solve such a problem, a method is considered in which the displacer is formed of a sealed container, the displacer is a free piston, and the displacer is operated using a gas spring or gravity.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, it is difficult for a free piston displacer using a gas spring to set the spring constant of the gas spring and the operating period is substantially determined by the spring constant of the gas spring, making it difficult to make the operating period variable. In addition, a starting mechanism is separately required. Moreover, the free piston type displacer using gravity is limited in the direction of the case in the vertical direction and cannot be disposed sideways.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned facts, and its main technical problem is that the operating cycle of the displacer can be changed as appropriate, the orientation of the case is not limited, and Stirling has a built-in starting function. It is to provide an engine and an actuator. Furthermore, an object of the present invention is to prevent leakage of the working gas from the periphery of the reciprocating power piston and to completely seal the working gas .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above technical problem , according to the present invention, a case, a displacer slidably disposed in the case, and a working gas flowing in accordance with the operation of the displacer flow in and out. In a Stirling engine comprising an expansion chamber and a working chamber, and a power piston that is actuated in response to a change in pressure of the working gas in the working chamber,
A sliding cylinder filled with a working fluid is slidably disposed in the case, and the displacer is slidably disposed in the sliding cylinder, and the expansion chamber and the working chamber Are provided at both ends of the sliding cylinder, and a bellows that expands and contracts according to the pressure of the working fluid is attached to the sliding cylinder, and the power piston is attached to the sliding cylinder or the bellows. Is installed , and
A displacer operating mechanism comprising: a movable yoke disposed in the displacer; and a pair of electromagnetic solenoids disposed in the case and surrounding the movable yoke and provided side by side in an axial direction;
Power piston position detecting means for detecting the operating position of the power piston;
Control means for switching and controlling excitation of the pair of electromagnetic solenoids of the displacer operating mechanism based on a detection signal from the power piston position detecting means,
A Stirling engine is provided.
[0007]
Further, according to the present invention, a case, a displacer slidably disposed in the case, an expansion chamber and a working chamber into and out of which working gas that flows in accordance with the operation of the displacer, and the operation A power piston that is actuated in response to a change in pressure of the working gas in the room, and an actuator that connects the power piston to the actuated member,
A sliding cylinder filled with a working fluid is slidably disposed in the case, and the displacer is slidably disposed in the sliding cylinder, and the expansion chamber and the working chamber Are provided at both ends of the sliding cylinder, and a bellows that expands and contracts according to the pressure of the working fluid is attached to the sliding cylinder, and the power piston is attached to the sliding cylinder or the bellows. Is installed , and
A magnet movable body disposed in the displacer, a cylindrical fixed yoke disposed in the case and surrounding the magnet movable body, and a pair of coils disposed inside the fixed yoke; A displacer operating mechanism comprising:
Switching means for switching the direction of the current applied to the pair of coils of the displacer operating mechanism,
An actuator is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, a preferred embodiment of a Stirling engine and actuator constructed according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of one embodiment of a Stirling engine constructed in accordance with the present invention.
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 includes a
[0010]
An expansion bellows 7 is disposed in the
[0011]
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 includes a
[0012]
The fixed
[0013]
As described above, the
In the
[0014]
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 includes power piston position detecting means 16 that detects the operating position of the
[0015]
The Stirling engine of the embodiment shown in FIG. 1 is configured as described above, and the operation thereof will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. 4 and the explanatory view showing the operating state shown in FIG.
FIG. 5A shows the end of contraction. At this time, the
[0016]
As described above, if the
[0017]
If the stroke position L is greater than L9 in step S2, the control means 17 determines that the
[0018]
On the other hand, if the
[0019]
By repeating the above cycle, the
[0020]
In the above-described embodiment, the
[0021]
In the Stirling engine and actuator according to the above-described embodiment, the
[0022]
Next, another embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention will be described with reference to FIG. In the embodiment of FIG. 6, the same members as those of the Stirling engine shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
The Stirling engine shown in FIG. 6 is formed by extending the sliding
[0024]
【The invention's effect】
Since the Stirling engine and the actuator according to the present invention are configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, the displacer operating mechanism for operating the displacer is composed of a movable yoke disposed in the displacer and a pair of electromagnetic solenoids disposed in the case so as to surround the movable yoke and are provided in the axial direction. Since the rod or the like for driving the gas does not penetrate the case, the leakage of the working gas can be prevented. In particular, in the present invention, the displacer is disposed in a sliding cylinder filled with a working fluid, and the sliding cylinder is provided with a bellows that expands and contracts according to the pressure of the working fluid. Attached to the sliding cylinder or bellows. For this reason, it is possible to prevent the working fluid from leaking out of the periphery of the power piston and to achieve complete sealing.
Moreover, since the displacer operating mechanism has a starting function, it is not necessary to provide a starting mechanism separately. Furthermore, the operating cycle of the displacer can be easily changed by appropriately controlling the timing of exciting the pair of electromagnetic solenoids, and there is no restriction on the case arrangement direction. In the present invention, since the displacer is instantaneously switched by the electromagnetic force of the displacer operating mechanism, the thermal efficiency is higher than that of the crankshaft interlocking system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of a Stirling engine constructed in accordance with the present invention.
FIG. 2 is an operation explanatory diagram of a displacer operating mechanism constituting the Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an output signal of a power piston position detecting means constituting a Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation procedure of control means constituting the Stirling engine configured according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing an operating state of the Stirling engine shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a Stirling engine configured according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2: Case 22: Heating chamber 23: Cooling chamber 3: Sliding cylinder 4: Displacer 5: Regenerator 7: Expansion bellows 8: Contraction bellows 9: Power piston 91: Power take-off shaft 10: Displacer operating mechanism 11: Magnet movable Body 111:
Claims (2)
該ケース内には作動流体が封入された摺動筒体が摺動可能に配設され、該ディスプレーサは該摺動筒体内に摺動可能に配設されるとともに、該膨張室および該作動室は該摺動筒体の両端部に設けられ、かつ、該摺動筒体には作動流体の圧力に応じて伸縮するベローズが装着され、該摺動筒体又は該ベローズには該パワーピストンが装着されており、さらに、
該ディスプレーサに配設された磁石可動体と、該ケースに配設され該磁石可動体を包囲して配置された筒状の固定ヨークと、該固定ヨークの内側に配設された一対のコイルとを具備したディスプレーサ作動機構と、
該パワーピストンの作動位置を検出するパワーピストン位置検出手段と、
該パワーピストン位置検出手段からの検出信号に基づいて該ディスプレーサ作動機構の該一対のコイルに印加する電流の方向を切り替え制御する制御手段と、を具備する、
ことを特徴とするスターリングエンジン。A case, a displacer slidably disposed in the case, an expansion chamber and a working chamber into which working gas flowing in accordance with the operation of the displacer flows in and out, and changes in pressure of the working gas in the working chamber In a Stirling engine comprising a correspondingly operated power piston,
A sliding cylinder filled with a working fluid is slidably disposed in the case, and the displacer is slidably disposed in the sliding cylinder, and the expansion chamber and the working chamber Are provided at both ends of the sliding cylinder, and a bellows that expands and contracts according to the pressure of the working fluid is attached to the sliding cylinder, and the power piston is attached to the sliding cylinder or the bellows. Is installed , and
A magnet movable body disposed in the displacer, a cylindrical fixed yoke disposed in the case and surrounding the magnet movable body, and a pair of coils disposed inside the fixed yoke; A displacer operating mechanism comprising:
Power piston position detecting means for detecting the operating position of the power piston;
Control means for switching and controlling the direction of the current applied to the pair of coils of the displacer operating mechanism based on a detection signal from the power piston position detecting means;
Stirling engine characterized by that.
該ケース内には作動流体が封入された摺動筒体が摺動可能に配設され、該ディスプレーサは該摺動筒体内に摺動可能に配設されるとともに、該膨張室および該作動室は該摺動筒体の両端部に設けられ、かつ、該摺動筒体には作動流体の圧力に応じて伸縮するベローズが装着され、該摺動筒体又は該ベローズには該パワーピストンが装着されており、さらに、
該ディスプレーサに配設された磁石可動体と、該ケースに配設され該磁石可動体を包囲して配置された筒状の固定ヨークと、該固定ヨークの内側に配設された一対のコイルとを具備したディスプレーサ作動機構と、
該ディスプレーサ作動機構の該一対のコイルに印加する電流の方向を切り替える切り替え手段と、を具備する、
ことを特徴とするアクチュエータ。A case, a displacer slidably disposed in the case, an expansion chamber and a working chamber into which working gas flowing in accordance with the operation of the displacer flows in and out, and changes in pressure of the working gas in the working chamber A power piston actuated correspondingly, and an actuator for connecting the power piston to the actuated member,
A sliding cylinder filled with a working fluid is slidably disposed in the case, and the displacer is slidably disposed in the sliding cylinder, and the expansion chamber and the working chamber Are provided at both ends of the sliding cylinder, and a bellows that expands and contracts according to the pressure of the working fluid is attached to the sliding cylinder, and the power piston is attached to the sliding cylinder or the bellows. Is installed , and
A magnet movable body disposed in the displacer, a cylindrical fixed yoke disposed in the case and surrounding the magnet movable body, and a pair of coils disposed inside the fixed yoke; A displacer operating mechanism comprising:
Switching means for switching the direction of the current applied to the pair of coils of the displacer operating mechanism,
An actuator characterized by that.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002226962A JP3797294B2 (en) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Stirling engine and actuator |
EP03017521A EP1388663B1 (en) | 2002-08-05 | 2003-08-05 | Stirling engine |
US10/633,674 US6843057B2 (en) | 2002-08-05 | 2003-08-05 | Stirling engine and actuator |
DE60303334T DE60303334T2 (en) | 2002-08-05 | 2003-08-05 | Stirling engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002226962A JP3797294B2 (en) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Stirling engine and actuator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004068662A JP2004068662A (en) | 2004-03-04 |
JP3797294B2 true JP3797294B2 (en) | 2006-07-12 |
Family
ID=32014123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002226962A Expired - Fee Related JP3797294B2 (en) | 2002-08-05 | 2002-08-05 | Stirling engine and actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3797294B2 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8490414B2 (en) | 2007-05-16 | 2013-07-23 | Raytheon Company | Cryocooler with moving piston and moving cylinder |
US8733112B2 (en) | 2007-05-16 | 2014-05-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
KR101098470B1 (en) | 2009-03-31 | 2011-12-26 | 채수조 | Linear heat engine power-generating apparatus |
KR101045871B1 (en) | 2008-11-27 | 2011-07-01 | 채수조 | Linear heat engine |
WO2010062134A2 (en) * | 2008-11-27 | 2010-06-03 | Chae Soo Joh | Heat pump |
KR101021584B1 (en) * | 2008-11-27 | 2011-03-17 | 채수조 | Linear heat pump |
JP6071917B2 (en) * | 2014-02-05 | 2017-02-01 | 株式会社東芝 | Stirling refrigerator |
US10422329B2 (en) | 2017-08-14 | 2019-09-24 | Raytheon Company | Push-pull compressor having ultra-high efficiency for cryocoolers or other systems |
EP3973169A1 (en) * | 2019-05-21 | 2022-03-30 | General Electric Company | Monolithic heater bodies |
-
2002
- 2002-08-05 JP JP2002226962A patent/JP3797294B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004068662A (en) | 2004-03-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6843057B2 (en) | Stirling engine and actuator | |
US6094912A (en) | Apparatus and method for adaptively controlling moving members within a closed cycle thermal regenerative machine | |
JP3797294B2 (en) | Stirling engine and actuator | |
US6578359B2 (en) | Stirling engine | |
JP2006200767A (en) | Stirling engine | |
JP2008025764A (en) | Thermal expansion polymer wax actuator | |
JP2007089344A (en) | Linear electromagnetic device | |
JP3797293B2 (en) | Stirling engine and actuator | |
JPH02122164A (en) | Gas compressor | |
JP3809815B2 (en) | Stirling engine | |
JP2004092406A (en) | Stirling engine | |
JP3791472B2 (en) | Stirling engine | |
JP2001289119A (en) | Free piston type stirling engine | |
JP2004092405A (en) | Stirling engine | |
CN109026430B (en) | Rotary machine with magnetically actuated piston | |
JP2563275Y2 (en) | Small refrigerator | |
JP4570343B2 (en) | Electromagnetic pump | |
JPH07269969A (en) | Vuilleumier heat pump | |
JP3566213B2 (en) | Stirling refrigerator and operation control method thereof | |
JP3393071B2 (en) | Gas compressor and cold head | |
JP2004293334A (en) | Linear motor drive type compressor and refrigerator using it | |
JP2000205681A (en) | Compressor, refrigerating machine, and design method for compressor | |
JPH06257871A (en) | Stirling refrigerating machine | |
JPH02256855A (en) | Free-piston internal combustion engine | |
JP2815030B2 (en) | Reverse Stirling cycle refrigerator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040916 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051220 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060220 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060303 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060328 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060410 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110428 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130428 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130428 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |