JP6068240B2 - スターリングエンジン発電機 - Google Patents

Description

本発明は、主に太陽熱発電機として使用することを目的とした、スターリングエンジン発電機に関するものである。

スターリングエンジンは多種類の熱源が利用できる外燃機関として、技術開発が積み重ねられ非特許文献１に示されるように、複動４気筒回転斜板スターリングエンジンは、すでに内燃機関に匹敵する高い熱効率を出しており、太陽熱集光器に搭載するエンジン発電機への活用が期待されている。

従来、太陽を追尾する反射鏡を使った集光器に複動４気筒回転斜板スターリングエンジンと誘導発電機をカップリング結合したエンジン発電機を搭載した熱発電システムが提案されている（特許文献３の段落００３０、図３等参照）。

しかし、特許文献３記載の熱発電システムでは、エンジン発電機の重量が重く、大きさも大きくなりすぎる欠点があり、また、太陽熱の変化に対応して作動ガス圧力を制御してエンジンへの熱入力を変えるとき、気筒間の圧力バランスを崩して、エンジン振動、作動ガス漏れなどの問題が発生する。

このような問題の解決を目的とし、エンジン発電機の小型、軽量化を図るため、エンジン出力軸に発電機の回転子コイルを設置する構造が提案されている（特許文献１の段落００２０等参照）。

しかし、特許文献１記載の構造では、発電機の巻き線式の回転子は慣性質量が大きく、エンジン回転数を迅速に変化させれないので、太陽熱の変化に対応して作動ガス圧力を制御する必要があり、４気筒間の圧力バランスが崩れロッドシールからの油上がり、ガス漏れ、振動を起こして、エンジンを破損させる問題を解決できない。また、巻き線式の回転子が重いため５個又は４個以上のラジアルベアリングを使うが（段落００２０、段落００２３等参照）、精度良く同軸度を出すのは困難で機械損失が増加する欠陥も生じる。

また、斜板の角度を変える機構を具備し、ロッドシールを無くして駆動部ケースを気密化した複動４気筒回転斜版型スターリングエンジンの出力軸に、発電機の回転子コイルをスプライン結合させ、４箇所にラジアルベアリングを配置し（Ｆｉｇ．１、Ｆｉｇ．２等参照）小型、軽量化を図った構造が提案されている（特許文献２参照）。

しかし、特許文献２記載の構造も、巻き線式の回転子コイルは慣性質量が大きく、太陽熱の入力変化に応じ迅速にエンジン回転数を制御することはできないので、斜板角度のストローク制御を行う機構を持たしているが、この機構は内部モータや、複雑なギアなどの余分な部品が必要になり、且つ、角度を変えるための動力損失を生じて総合的な発電効率が下がり、また、駆動部ケース内が高圧になりケースの肉厚が増して、エンジンは重くなる問題を生じる。

特開２００７−１１３４６８号公報 米国特許第４８８５９８０号明細書 特開平９−２８０６６４号公報

エンジンの辞典 朝倉書店出版７２４〜７３１頁、１９９４年発行

スターリングエンジン発電機において、特に太陽熱を利用する場合は、発電機の回転子の慣性質量が大きいと、太陽熱の変化に対応して迅速にスターリングエンジン発電機の回転数を変化させることが出来ないという支障が生じる。

そのため、スターリングエンジンの出力トルクを変える手段として、圧力制御機構やストローク制御機構が必要になり、その結果、エンジン発電機ユニットの重量が重く、効率が低く、信頼性が低くなるという問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とし、太陽の入射熱が変化した場合でも、作動ガスの圧力、ピストンのストロークを変えるような複雑な構成を採用することなく、スターリングエンジン発電機の回転子を軽量化して慣性質量を極めて小さくする事で、迅速にエンジン発電機の回転数を変えることで発電量の調整を可能とするスターリンエンジン発電機を実現させることを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、発電機部とエンジン部を有し、エンジン部に設けられた複数のピストンシリンダーの各々の中にはピストンリングを持つ作動ピストンが配備され、それぞれのピストンシリンダーを高温空間側と低温空間に分離し、各々の高温空間は、高温熱交換器、再生熱交換器及び低温熱交換器を備えて隣接する別のシリンダーの低温空間と連結しており、各々の作動ピストンはロッドを介してガイドピストンに連結され、各々のロッドには軸シール機構を持ち、ガイドピストンの往復動運動をエンジンの出力軸の回転に変換する出力取り出し機構を備えたスターリングエンジン発電機において、エンジンの出力軸上に、比重の軽い非鉄金属又は高分子材料で作られた回転子コアを取り付け、該回転子コアの外周には複数の瓦状の永久磁石片を接着して発電機の回転子を構成し、エンジンの出力軸の先端にはレゾルバーの回転部を備え、回転子の外側に３相巻き線のステータを備えて交流電流を発生させるようにしたことを特徴とするスターリングエンジン発電機を提供する。

複数の瓦状の永久磁石片は、それぞれＮ極方向が回転子コア中心と永久磁石片の中心を結ぶ線に対して、−６０度、０度、＋６０度、−１２０度、１８０度、＋１２０度となるようにして１組の磁極対を形成させ、同様の並びで複数のｎ組（但し、ｎは５、８又は１１）の磁極対を形成するように６×ｎ個の永久磁石片を回転子コアの周りに配置するような構成とすることが好ましい。

回転子コアと瓦状の永久磁石片の間に、凸部のあるリング上の積層鋼板を配置して磁場回路の形成をより良くすることができる。

回転子コアの出力軸側に、剛性の高い材料のスリーブを圧入して、該スリーブにキー溝を付け、両端は軸とナットの座面を付けて、エンジンの軸に取り付けるようにした構成とすることが好ましい。

回転子コアの一端側に回転子蓋を配置し、回転子コアの外周側に接着した永久磁石片を、カーボン繊維の回転子外筒と回転子蓋で押さえて飛散しないようにした構成とすることが好ましい。

回転子コアのエンジン部側に凹部を形成し、該回転子コアの凹部内に、出力軸を回転可能に支持する軸受及び該軸受を装着するスターリングエンジンの駆動部ブロックのボス部が入り込む構成とすることで、軸受の軸方向の長さをより長くすることを可能とし、回転子及び出力軸の安定な回転を可能とする構成とすることが好ましい。

ボス部及びガイドピストンを案内するガイドピストンシリンダーの駆動部ブロックに、Ｏリング及びオイルシールを装着した隔壁板を取り付け、駆動部ブロックに潤滑油の油排出路を設け、発電機部内に油が入らない構造にすることが好ましい。

前記複数のｎ組（但し、ｎは５、８又は１１）の磁極対を形成する複数の瓦状の永久磁石片に対して、前記のスターリングエンジン発電機のステータのコアの歯数をｎ×２＋２個にして、３本の銅線は、それぞれ中心から歯に向かって右巻き、左巻きの配線を行い、片方を３本結線して、片方を出力取り出し線とする構成とすることが好ましい。

回転斜板の両端のラジアル軸受２箇所と、スラスト軸受２箇所とにおいて、出力軸を保持し、出力軸から潤滑油を強制潤滑する構成とすることが好ましい。

本発明に係るスターリングエンジン発電機は、太陽熱の変化に応じて迅速にエンジン回転数制御が行えるために、作動ガスの圧力制御やストローク制御なしで、加熱器を最適温度に維持する運転が可能となり、太陽熱集光器への搭載に適した、軽量、小型、低振動で信頼性が高く、発電効率を高く維持した運転が行えるという利点がある。

本発明に係るスターリングエンジン発電機の実施例の全体構成を示す断面図である。 上記実施例の発電機部の構成部品を示す斜視図である。 上記実施例のスターリングエンジン発電機の回転子の構成を示す断面図である。 上記実施例の回転子の永久磁石片の磁場の配向（着磁方向）を示した説明図である。 上記実施例の回転子とステータ積層鋼板を示す断面図である。 上記実施例の発電機部のステータにおける、巻き線の構成例を示す模式図である。 本発明に係るスターリングエンジン発電機の変形例を説明する部分断面図である。 図１のスターリングエンジン作動部の構成を説明する模式図である。 スターリングエンジン発電機を、太陽熱集光器に搭載する位置関係を示した説明図であり、（ａ）はミラーの反射焦点に高温熱交換器を配置した構成を示し、（ｂ）はミラーのレンズ焦点に高温熱交換器を配置した構成を示す図である。

本発明に係るスターリングエンジン発電機を実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。

(実施例)
図１は、本発明に係るスターリングエンジン発電機の実施例の概略全体断面図である。実施例のスターリングエンジン発電機１は、エンジン部と発電機部を備えている。発電機部は、スターリングエンジンの作動部ブロック２、下方の駆動部ブロック３及び上方の駆動部ブロック４を有している。そして、発電機部は、発電機ハウジング５及び蓋６を備えている。

スターリングエンジンの作動部ブロック２、下方の駆動部ブロック３、上方の駆動部ブロック４は、発電機ハウジング５及び蓋６は、下から順番に積み重ねてボルトで締結されて一体になるように構成されている。

作動部ブロック２の下側には、高温熱交換器ハウジング４１が固定ボルト４２で固定されて取り付けられている。スターリングエンジン発電機１は、エンジンの出力軸７を備え、この出力軸７には、回転子８が回り止めキーと固定ナット１４によって取り付けられている。

具体的には、回転子８の回転子コア９の出力軸７側に、剛性の高い材料のスリーブ８’を圧入して、該スリーブ８’にキー溝を付け、出力軸に段差の座面を作り、出力軸７に螺着した固定ナット１４で端部から締め付けて出力軸７に着脱できるよう取りけるようにした。

回転子８の出力軸７への取付け部は、トルクを伝達する部分であるので強度が要求される。本発明では、回転子コア９の出力軸７側に剛性の高い材料のスリーブ８’を圧入したので、回転子コア９は軽量材料で形成しても、上記強度上の要求は充たされる。

回転子８は、後で詳記するが、回転子スリーブ８’に軽量非鉄金属又は高分子樹脂材料の回転子コア９を接合し、回転子コア９の外周に、周り止め凸部のあるリング状の積層鋼板１０を介して瓦状の永久磁石片１１を接着して、さらに永久磁石片１１が飛散しないように、カーボンファイバーの回転子外筒１２で締め付けて構成されている。

出力軸７の先端には、レゾルバー１７の回転部１７ａが取り付けられ、レゾルバー１７の固定部１７ｂからの信号線１８と発電機ハウジング５に固定された発電機のステータ１５からの３相の動力線１６を持つ構造となっている。

また、出力軸７には回転斜板２８が固定されている。それぞれ２個の半球状のシュー２７と１個のガイドピストン２９、ピストンロッド３１、作動ピストン３６で構成された４組のピストン装置は、回転斜板２８を挟むように組み付けられている。これによって、ガイドピストン２９の往復運動を出力軸７の回転に変換する出力取り出し機構を構成している。

回転斜板２８及びガイドピストン２９の摺動部に油を供給する油の循環回路が、次のように形成されている。出力軸７の潤滑油供給孔２３から噴出した潤滑油は、シュー２７と回転斜板２８の滑動面や、ガイドピストン２９とガイドピストンシリンダーとして機能する駆動部ブロック３、４の摺動面に供給された後、流れ落ちて油排出口２５から駆動部の外に出て、フィルター（図示せず）を通り、再び、油供給口２６から油供給ポンプ２４に供給されて、上記循環が行われる。

また、ピストンロッド３１に対して、ロッドシール３２、オイルスクレーパシール３３及びガスシール３４が設けられ軸シール機構を構成している。このような構成の軸シール機構によって、ピストンシリンダー４１ａ内部の高圧の作動ガスが駆動部ブロック３、４の内部に漏れない機構を構成している。この機構により、駆動部ブロック３、４及び発電機ハウジング５の内部の圧力は大気圧となる構造になっている。

スターリングエンジンの作動部ブロック２及び高温熱交換器ハウジング４１には、４つのピストンシリンダー４１ａが同一円周上を９０度等分に形成されおり、各々のピストンシリンダー４１ａには、ピストンリング３５を装着した作動ピストン３６が往復動可能に設けられている。

作動ピストン３６は、図８に示すように、作動空間を構成する低温空間３８’と高温空間４０’に分離して、１つの作動ピストン３６に対する低温空間３８’から、低温通路３７を介して、低温熱交換器（冷却器）３８、再生熱交換器３９、高温熱交換器（加熱器）４０及び隣接する作動ピストン３６に対する高温空間４０’へと、順次連通している。

４個の作動ピストン３６の往復動により、例えば高圧ヘリウムガスを作動空間に封入したとき、膨張、等容冷却、圧縮、等容加熱の熱動力サイクル（スターリングサイクル）を形成して、高温熱交換器（加熱器）４０からの吸熱エネルギーと低温熱交換器（冷却器）３８からの放熱エネルギーの差分を仕事に変換させることが出来るように、４つの作動空間が上記熱交換器３８、３９、４０により組まれている。

そして、本発明の駆動部ブロック３、４及び発電機ハウジング５には、出力軸７が、２つのラジアル軸受１９、２２及び２つのスラスト軸受２０、２１により支持されるようにして回転可能に設けられている。

ラジアル軸受１９は、駆動部ブロック４のボス部４ｂに装着されている。このボス部４ｂは、回転子コア９の凹部８ｇ内に入り込むように設けられている。ラジアル軸受１９は、回転子８の重心と回転斜板２８の重心の中間点の位置に設けられ、且つ、ラジアル軸受２２の２倍の長さに形成されている。

以上のようにラジアル軸受１９、２２及びスラスト軸受２０、２１を設けることで、回転子８の振れを防ぎ、スターリングエンジン発電機１が垂直位置から水平方向に傾いても、回転子８と回転斜板２８の重量及びピストン荷重は、ラジアル軸受１９、２２及びスラスト軸受２０、２１によって、４箇所で分散して支持され、安定した軸の回転運動を行うことが可能となる。

そして、ラジアル軸受１９、２２及びスラスト軸受２０、２１には、油供給ポンプ２４で昇圧された潤滑油が出力軸７の潤滑油供給孔２３から供給される構造になっている。

図２は本発明の発電機部の構造を示した立体図である。

本発明に係るスターリングエンジン発電機の回転子８の構成は、次のとおりである。回転子８の回転子コア９は、軽量非鉄金属（例えば、アルミ）又は高分子樹脂材料（例えば、テフロン（登録商標））で作られている。

回転子コア９の外周には、周り止め凸部をもつリング状の珪素鋼板等の鋼板の積層板（本明細書では「積層鋼板」という）１０が嵌め込まれ、積層鋼板１０の外周には、複数の瓦状の永久磁石片１１が接着され、さらに、その外側には、カーボンファイバーの回転子外筒１２で覆われている。

リング状の積層鋼板１０が回転子コア９の外周に嵌め込まれているので、磁場回路はより効果的に形成される。そして、リング状の回転子蓋１３がボルト５９で回転子コア９に取り付けられており、この回転子蓋１３とカーボン繊維の回転子外筒１２とによって、回転子コア９の外周側に接着した永久磁石片１１を押さえて保持するので、遠心力によって、永久磁石片１１が外方に飛散することを防ぐ構造となっている。

図３は、本発明の回転子８における、回転中心に垂直な断面図であり、図４は、６種類の永久磁石片１１の着磁方向を示す模式図である。

本発明の回転子８に使う永久磁石片１１は、着磁方向の異なる６種類の永久磁石片、例えば、図３及び図４に示すように、６つの永久磁石片５０、５１、５２、５３、５４、５５が使用される。

６つの永久磁石片５０、５１、５２、５３、５４、５５は、ロータ中心１０１と永久磁石片それぞれの円弧の中心を結ぶ線１０２に対して、Ｎ極方向の傾きが６０度、０度、−６０度、−１２０度、１８０度、−１２０度になるように、円周上に隙間なく８組（合計４８個）並べられ、８組の磁極対を作れるような構成とした。

６つの永久磁石片５０、５１、５２、５３、５４、５５の組は、上記のとおり８組（合計４８個）以外に、５組（合計１０個）であって５組の磁極対を作れるような構成としてもよいし、或いは１１組（合計６６個）であって１１組の磁極対を作れるような構成としてもよい。

図５に示すように、回転子８は、積層鋼板５６と巻き線１６から成るステータ１５内に回転可能に配置されている。ステータ１５は、その内周側に、ステータの歯５７と巻き線空間５８が円周方向に向けて交互に配列するように形成されている。

例えば、６つの永久磁石片５０、５１、５２、５３、５４、５５の組が上記のとおり８組（合計４８個）の場合は、１８個の歯５７と巻き線空間５８が円周方向に向けて交互に配列するように形成されている。また、６つの永久磁石片５０、５１、５２、５３、５４、５５の組が５組又は１１組（合計３０個又６６個）の場合は、歯５７と巻き線空間５８は１２個又は２４個である。

要するに、６つの永久磁石片から成る組がｎ組（但し、ｎは８、５又は１１）でｎ組の磁極対を作れるような構成に対して、６×ｎ＋２個の歯５７と巻き線空間５８が円周方向に向けて交互に配列するように形成されている。

図６は、本発明のステータ１５における、巻き線１６の構成例を示す模式図である。上記のとおり回転子８における６つの永久磁石片５０、５１、５２、５３、５４、５５の組が８組（合計４８個）に対して、ステータ１５は、上記１８箇所の巻き線空間５８と歯５７があるステータの積層コア５６に、巻き線１６を構成する３本の銅線１６ａ、１６ｂ、１６ｃを、図６に示すように、隣接する３個の歯５７に対し、右巻き、左巻き、右巻きに巻き、一方の端を出力線６０として取り出し、他方は結線した３相交流の同期発電機に使われるＹ結線とした。

図７は、本発明に係るスターリングエンジン発電機の実施例の変形例を示す図である。この変形例スターリングエンジン発電機１’は、上記実施例のスターリングエンジン発電機１と概略同じであるので、相違する構成についてのみ説明する。

この変形例のスターリングエンジン発電機は、上記実施例とは上下逆にし、発電機ハウジング５を下方に設けている。そして、駆動部ブロック４の下側に隔壁板７１が設けられており、発電機ハウジング５と隔てられている。

隔壁板７１は、平面視で円形をしており、外周囲には上方に起立するリング部７３が設けられており、中央部には中心穴７４を有するボス部７２が下方に突出するように設けられている。リング部７３からボス部７２にかけて、下方に傾斜面が形成されている。

リング部７３には、その外周にＯリング７６を装着し、駆動部ブロック４のリング部７０とＯリング７６を介して嵌合しており、ボス部７２の中心穴７４には回転軸用のオイルシール７７が装着されおり、軸潤滑油は発電機ハウジング５には漏れる事はない。

駆動ブロック４には、潤滑油の油排出路７８及び油排出口７９が形成されている。隔壁板上に貯まった潤滑油７５は、油排出路７８及び油排出口７９から、外部のオイルポンプ（図示せず）で吸引されるよう構成されている。

この変形例は、油供給ポンプ２４に代えスペーサ８３が取り付けられており。潤滑油は外部のオイルポンプ（図示せず）で昇圧して油供給孔８１とスペーサ８３の油供給口８２を介し、ラジアル軸受１９、２２及びスラスト軸受２０、２１、回転斜板２８に供給され、重力により隔壁板７１上の油溜り７５に流れ落ち、潤滑油の循環が行われる。なお、３ｂは駆動部ブロック３のボス部であり、その内側にはラジアル軸受２２が設けられている。

図９は、太陽熱を利用して運転する場合の集光手段に対する本発明に係るスターリングエンジン発電機の配置を示す図である。図９（ａ）は、上記実施例のスターリングエンジン発電機１を太陽熱を利用して運転する場合であり、集光手段としてミラー９０を使用し、太陽光線９２をミラー９０で集光し、その反射光を高温熱交換器４０に照射するような構成とした。

図９（ｂ）は、上記実施例の変形例のスターリングエンジン発電機１’を太陽熱を利用して運転する場合であり、集光手段としてレンズ９１を使用し、太陽光線９２をレンズ７１で集光し、高温熱交換器４０に照射するような構成とした。

（作用）
次に、以上の構成から成る実施例のスターリングエンジン発電機の作用を説明する。

スターリングエンジンの作動空間には作動ガスとして、高圧の作動ガス、例えば６ＭＰaのヘリウムが、ピストンロッド３１に対して設けられた軸シール３２で封止され封入されている。作動ガスは、スターリングエンジンが運転状態でない時は、流動することなく静止状態にある。

始動に際して、インバータ（図示していない）から交流電流が３本の銅線１６ａ、１６ｂ、１６ｃに流されるとステータ１５に磁場が形成され、回転子コア９に接着した永久磁石片１１が発生する磁場に働き、回転トルクを発生する。

このとき、回転子８の角度をレゾルバー１７の信号として出すことが出来、インバータはこの回転信号を使って、投入する交流電流の位相角を制御して一定の電流値で最大の回転トルクを発生させ、出力軸７を回転させる。

次に、出力軸７の回転が始まると、油供給ポンプ２４が回り、ラジアル軸受１９、２２及びスラスト軸受２０、２１に潤滑油を供給して、機械損失の少ない状態で回転斜板２８が回転し、ガイドピストン２９と作動ピストン３６の往復動を開始する。

そして、作動ピストン３６の往復動が始まると、作動ガスは、膨張、等容冷却、圧縮、等容加熱の熱サイクル（スターリングサイクル）を繰り返し、高温熱交換器（加熱器）４０から熱を吸熱し、低温熱交換器（冷却器）３８から圧縮熱を放熱して、正の図示仕事を出すと、作動ピストン３６は回転斜板２８を介して出力軸７を回転させる力（モータ駆動時と同一方向）が働き、発電機の巻き線１６内を流れる電流方向が逆転して発電状態となる。

本発明に係るスターリングエンジン発電機の第１の特徴は、回転子コア９の外周に配置する永久磁石を、着磁方向の異なる６種類の永久磁石片１１から成る組を８組使うことで、ラジアル着磁の磁石では構成できなかった背面の積層鋼板を少なくすることができ、しかも回転子８の大部分を比重の軽い非鉄金属や高分子材料の回転子コア９から成る構成とすることで、重量を軽減し、慣性質量を極めて小さくした点である。

このように回転子８を軽量化し慣性質量を極めて小さくしたので、回転による慣性力を減じて迅速に出力軸７の回転数を変えることが可能になり、加えて、発電した３相交流の電流は、整流器（図示せず）で直流にし、インバータで商用周波数の交流にして、電力系統に戻したり、電源として活用すれば、太陽の入射熱が変化した場合でも、作動ガスの圧力、ストロークを変えることなく、エンジン回転数を変化させて発電量を調整することができる、というきわめて顕著な効果が生じる。

本発明に係るスターリングエンジン発電機の第２の特徴は、回転子コア９の凹部８ｇ内に、出力軸７を回転可能に支持するラジアル軸受１９を装着するスターリングエンジンの駆動部ブロック４のボス部４ａが入り込む構成としたことである。

このような構成を採用することで、ラジアル軸受１９の軸方向の長さをより長くすることを可能とし、回転子８及び出力軸７の安定な回転を可能とする。

即ち、このような構成を採用すると、回転子コア９の凹部８ｇを利用して、駆動部ハウジングに装着したラジアル軸受１９が、回転斜板２８と回転子コア９の重心の中心点にくるために、回転子８、回転斜板２８及び出力軸７等を含む回転部分の安定した回転が可能になり、迅速に回転数を変化させても振動を生じない顕著な効果が生じる。

以上、本発明に係るスターリングエンジン発電機を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明に係るスターリングエンジン発電機は上記のような構成であるから、入射熱が変化し易い太陽熱を利用したスターリングエンジン発電機への適用は最適であるが、それ以外の熱源（例えば、化石燃料、木質系燃料、地熱等）を利用したスターリングエンジン発電機にも適用できる。

１、１’ スターリングエンジン発電機
２ 作動部ブロック
３、４ 駆動部ブロック
３ｂ 駆動部ブロック３のボス部
４ｂ 駆動部ブロック４のボス部
５ 発電機ハウジング
６ 蓋
７ エンジンの出力軸
８ 回転子
８’ スリーブ
８ｇ 回転子コアの凹部
９ 回転子コア
１０ 積層鋼板
１１ 永久磁石片
１２ 回転子外筒
１３ 回転子蓋
１４ 回転子の固定ナット
１５ ステータ
１６ 発電機の巻き線
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 発電機の巻き線の３本の銅線
１７ レゾルバー
１７ａ レゾルバーの回転部
１７ｂ レゾルバーの固定部
１８ レゾルバーの信号線
１９、２２ ラジアル軸受
２０、２１ スラスト軸受
２３ 潤滑油供給孔
２４ 油供給ポンプ
２５ 油排出口
２６ 油供給口
２７ シュー
２８ 回転斜板
２９ ガイドピストン
３１ ピストンロッド
３２ 軸シール
３３ オイルスクレーパ
３４ ガスシール
３５ ピストンリング
３６ 作動ピストン
３７ 低温通路
３８ 低温熱交換器
３８’ 低温空間
３９ 再生熱交換器
４０ 高温熱交換器
４０’ 高温空間
４１ 高温熱交換器ハウジング
４１ａ ピストンシリンダー
４２ 固定ボルト
５０、５１、５２、５３、５４、５５ 永久磁石片
５６ ステータの積層コア
５７ ステータの歯
５８ ステータ巻き線空間
５９ 回転子蓋固定用のボルト
６０ 発電機の出力線
７０ 駆動ブロック４のリング部
７１ 隔壁板
７２ 隔壁板のボス部
７３ 隔壁板のリング部
７４ ボス部の中心穴
７５ 隔壁版の上部に形成された油溜り
７６ Ｏリング
７６’ Ｏリング
７７ 回転軸のオイルシール
７８ 油排出路
７９ 油排出口
８１ 油供給孔
８２ 油供給口
８３ スペーサ
９０ ミラー
９１ レンズ
９２ 太陽光線
１０１ 回転子の回転中心
１０２ 回転子の中心と永久磁石片の円中心を結ぶ線

Claims (8)

1. 発電機部とエンジン部を有し、エンジン部に設けられた４個のピストンシリンダーの各々の中にはピストンリングを持つ作動ピストンが配備され、それぞれのピストンシリンダーを高温空間側と低温空間に分離し、各々の高温空間は、高温熱交換器、再生熱交換器及び低温熱交換器を備えて隣接する別のシリンダーの低温空間と連結しており、各々の作動ピストンはロッドを介してガイドピストンに連結され、各々のロッドには軸シール機構を持ち、ガイドピストンの往復動運動をエンジンの出力軸の回転に変換する出力取り出し機構を備えたスターリングエンジン発電機において、
   エンジンの出力軸上に、比重の軽い非鉄金属又は高分子材料で作られた回転子コアを取り付け、該回転子コアの外周には複数の瓦状の永久磁石片を接着して発電機の回転子を構成し、エンジンの出力軸の先端にはレゾルバーの回転部を備え、回転子の外側に３相巻き線のステータを備えて交流電流を発生させるようにしたことを特徴とするスターリングエンジン発電機。
2. 複数の瓦状の永久磁石片は、それぞれＮ極方向が回転子コア中心と永久磁石片の中心を結ぶ線に対して、−６０度、０度、＋６０度、−１２０度、１８０度、＋１２０度となるようにして１組の磁極対を形成させ、同様の並びで複数のｎ組（但し、ｎは５、８又は１１）の磁極対を形成するように６×ｎ個の永久磁石片を回転子コアの周りに配置したことを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン発電機。
3. 回転子コアと瓦状の永久磁石片の間に、リング状の積層鋼板を配置して磁場回路の形成をより良くしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のスターリングエンジン発電機。
4. 回転子コアの出力軸側に、剛性の高い材料のスリーブを圧入して、該スリーブにキー溝を付け、出力軸に段差の座面を作り、キーとナットにより回転子をエンジンの出力軸に着脱できるように取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。
5. 回転子コアの一端側に回転子蓋を配置し、回転子コアの外周側に接着した永久磁石片を、カーボン繊維の回転子外筒と回転子蓋で押さえて飛散しないようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。
6. 回転子コアのエンジン部側に凹部を形成し、該回転子コアの凹部内に、出力軸を回転可能に支持する軸受及び該軸受を装着するスターリングエンジンの駆動部ブロックのボス部が入り込む構成とすることで、軸受の軸方向の長さをより長くすることを可能とし、回転子及び出力軸の安定な回転を可能とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。
7. ボス部及びガイドピストンを案内するガイドピストンシリンダーの駆動部ブロックに、Ｏリング及びオイルシールを装着した隔壁板を取り付け、駆動部ブロックに潤滑油の油排出路を設け、発電機部内に油が入らない構造にしたことを特徴とする請求項６に記載のスターリングエンジン発電機。
8. 前記複数のｎ組（但し、ｎは５、８又は１１）の磁極対を形成する複数の瓦状の永久磁石片に対して、前記のスターリングエンジン発電機のステータのコアの歯数をｎ×２＋２個にして、３本の銅線は、それぞれ中心から歯に向かって右巻き、左巻きの配線を行い、片方を３本結線して、片方を出力取り出し線とすることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載のスターリングエンジン発電機。

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