JPH01138351A - Free piston type stirling engine - Google Patents
Free piston type stirling engineInfo
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- JPH01138351A JPH01138351A JP29657887A JP29657887A JPH01138351A JP H01138351 A JPH01138351 A JP H01138351A JP 29657887 A JP29657887 A JP 29657887A JP 29657887 A JP29657887 A JP 29657887A JP H01138351 A JPH01138351 A JP H01138351A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/85—Crankshafts
Landscapes
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- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はフリーピストン式スターリングエンジンの起動
及び制御に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the starting and control of free-piston Stirling engines.
従来の技術
外燃機関であるスターリング機関は、高効率性、静粛性
、燃料の多様性などの多くの特徴を備えている。スター
リング機関を構成上で大別するとディスプレーサ及び若
しくは動力ビストンがクランク礪構などで抱束されてい
ないフリーピストン式スターリング機関とクランク機構
等にディスプレーサと動力ビストンを連結したスターリ
ング81間(以下、機械式スターリング機関と称す)と
がある。フリーピストン式スターリング機関は一般に動
力ビストンがクランク軸やコンロッドで拘束されていな
いため、機械損失が少ないと言う利点がある。しかし、
ディスプレーサやピストンが自由に動くため、起動や制
御が困難である。The Stirling engine, which is a conventional external combustion engine, has many characteristics such as high efficiency, quietness, and fuel versatility. Stirling engines can be roughly divided into two types based on their configuration: free-piston Stirling engines in which the displacer and/or power piston are not tied together by a crank mechanism, and Stirling engines in which the displacer and power piston are connected to a crank mechanism (hereinafter referred to as mechanical type Stirling engines). There is a Stirling institution. Free-piston Stirling engines generally have the advantage of low mechanical losses because the power piston is not restrained by the crankshaft or connecting rod. but,
The displacer and piston move freely, making startup and control difficult.
上記の問題点を解決するために、従来の起動装置として
は代表的なものとして第3図に示すディスプレーサ本体
をリニアモータで起動させる方法がとられている(特公
昭59−501470号公報)。これはディスプレーサ
1の起動のためにディスプレーサlに電機子2を固定し
、この電機子2に並んでスターリングエンジンのハウジ
ングにより支持される固定子3を備えている。この固定
子3に巻かれたコイルに電力を供給することでディスプ
レーサを起動しようとするものである。In order to solve the above-mentioned problems, a typical example of a conventional starting device is a method in which the displacer body shown in FIG. 3 is started using a linear motor (Japanese Patent Publication No. 59-501470). This comprises an armature 2 fixed to the displacer I for starting the displacer 1, and a stator 3 next to the armature 2 supported by the housing of the Stirling engine. The displacer is started by supplying power to the coil wound around the stator 3.
発明が解決しようとする問題点
上記従来の方式では、ディスプレーサ1は大きい為、デ
ィスプレーサlに取り付ける電機子2も必然的に大きく
なり、ディスプレーサ1全体が相当重くなる。この様に
重いディスプレーサを駆動したり振幅などを制御するた
めには、周波数が高くなれはなるほど、ディスプレーサ
1の慣性力は大きいため強力な推力が必要となり、電機
子2と固定子3で構成されるリニアモータは必然的に大
きくなる。またこの様に大きい起動装置をディスプレー
サ1と同軸上にもってくるとエンジンの冷却器や作動ガ
ス通路の設計が制約される。ざらにディスプレーサ1が
軸心より若干でも偏心すると、リニアモータが大きいた
めディスプレーサ1は大きな側力を受け、軸受としても
大きくならざるを得ない。Problems to be Solved by the Invention In the conventional system described above, since the displacer 1 is large, the armature 2 attached to the displacer 1 is also inevitably large, making the entire displacer 1 considerably heavy. In order to drive such a heavy displacer and control its amplitude, etc., the higher the frequency, the greater the inertial force of the displacer 1, so a powerful thrust is required. Inevitably, linear motors become larger. Furthermore, when such a large starter device is placed coaxially with the displacer 1, the design of the engine cooler and working gas passage is restricted. Roughly speaking, if the displacer 1 is even slightly eccentric from the axis, the linear motor is large, so the displacer 1 receives a large lateral force, and the bearing must also become large.
問題点を解決するための手段
本発明は、ディスプレーサの作用するガススプリング空
間に連通した小ピストンと、小ピストンを駆動し小ピス
トンを任意の位置で停止できる制御機能を持つ駆動装置
を設けたフリーピストン式スターリング機関である。Means for Solving the Problems The present invention provides a freewheel drive system that is equipped with a small piston that communicates with the gas spring space in which the displacer acts, and a drive device that has a control function that can drive the small piston and stop the small piston at any position. It is a piston type Stirling engine.
作用
起動装置はディスプレーサと同軸上に配置する必要がな
いため、エンジン本体の設計は容易で、また起動装置に
組み込まれた小ピストンはディスプレーサに比べて小さ
く軽量のため、小ピストンによる慣性力は小さく、電気
的手段として用いるモータも小さくてすむ。さらに小ピ
ストンを任意の位置で停止できる制御機能をもたせるこ
とにより、ディスプレーサのガスバネ空間の体積を変え
ることができ、ガスバネ空間のバネ定数が変わることに
よりディスプレーサの共振周波数が変化して、ディスプ
レーサの振幅を制御できる。Since the activation device does not need to be placed coaxially with the displacer, the design of the engine body is easy, and the small piston built into the activation device is smaller and lighter than the displacer, so the inertia force due to the small piston is small. , the motor used as the electrical means can also be small. Furthermore, by providing a control function that can stop the small piston at any position, the volume of the gas spring space of the displacer can be changed, and by changing the spring constant of the gas spring space, the resonant frequency of the displacer changes, and the amplitude of the displacer can be controlled.
実施例
以下本発明の一実施例について、添付図面に基づいて説
明する。EXAMPLE Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the accompanying drawings.
第1図に於て、通路4を介してスターリングエンジン本
体の横に取り付けられた起動装置内のモータの固定子巻
線5に電力を供給する事によりロータ6が回転すると、
ロータ6と一体となったクランク軸7が回転し、コネク
ティングロッド8で連結した小ピストン9が往復動する
。例えば、小ピストン9が左方に移動すると、ガススプ
リング空間lO内の圧力はhgしディスプレーサ11を
上方に押し上げる。逆に右方に移動すると、ガススプリ
ング空間10内の圧力は減少して、ディスプレーサ11
は下方に移動する。この様にして、ディスプレーサ11
hfh下に撮動すると、スターリング機関内部に封入さ
れているヘリウム等の作動ガスが、加熱器12. 再生
器13.冷却器14を通って高温空間15及び低温空間
16の開を往復する。例えば、ディスプレーサ11が上
方に移動すると、高温空間15内にある作動ガスは加熱
器12を通り、再生器13でガス自身の持っている熱を
蓄熱し、冷却器14で冷却されて低温空間16側に移動
する。このとき、動力ビストン17の上方側の空間にあ
る作動ガスは、低温空間側にある割合が多くなり圧力は
下がりピストン17を引き上げる。逆に、ディスプレー
サ11が下方に移動すると、低温空間16内にある作動
ガスは冷却器14を通り、再生器13に蓄熱されて熱を
吸収して、加熱器12で加熱され高温空間15側に移動
する。このとき、動力ビストン17の上方側の作動ガス
は高温空間15側にある割合が多くなり作動ガス圧力は
上昇し、動力ビストン17を下方に押し下げる。−度起
動を始めると、起動装置を停止しても、加熱、冷却をす
ることによって生じる圧力変動によりディスプレーサ1
1及び動力ビストン17は動き続ける。In FIG. 1, when the rotor 6 is rotated by supplying electric power to the stator winding 5 of the motor in the starter device attached to the side of the Stirling engine main body through the passage 4,
A crankshaft 7 integrated with a rotor 6 rotates, and a small piston 9 connected by a connecting rod 8 reciprocates. For example, when the small piston 9 moves to the left, the pressure in the gas spring space IO becomes hg, pushing the displacer 11 upward. Conversely, when moving to the right, the pressure within the gas spring space 10 decreases and the displacer 11
moves downward. In this way, the displacer 11
When shooting under hfh, the working gas such as helium sealed inside the Stirling engine flows into the heater 12. Regenerator 13. It passes through the cooler 14 and reciprocates between the high temperature space 15 and the low temperature space 16. For example, when the displacer 11 moves upward, the working gas in the high-temperature space 15 passes through the heater 12, stores the heat of the gas itself in the regenerator 13, is cooled in the cooler 14, and returns to the low-temperature space 15. Move to the side. At this time, a proportion of the working gas in the space above the power piston 17 is in the low-temperature space, and the pressure decreases and the piston 17 is pulled up. Conversely, when the displacer 11 moves downward, the working gas in the low temperature space 16 passes through the cooler 14, is stored in the regenerator 13, absorbs heat, is heated by the heater 12, and is transferred to the high temperature space 15 side. Moving. At this time, a proportion of the working gas above the power piston 17 is on the high temperature space 15 side, and the working gas pressure increases, pushing the power piston 17 downward. - When starting the displacer 1 due to pressure fluctuations caused by heating and cooling, even if the starting device is stopped, the displacer 1
1 and the power piston 17 continue to move.
この様に小さな起動装置で済み、エンジン本体と同軸上
にする必要がないため、取り付けは自由で冷却器1/l
−や再生器13等の配置のじゃまにならずエンジン本体
の設計は容易である。また、制御装置18で負荷センサ
ー20の信号に合わせて小ピストン9の位置を設定しデ
ィスプレーサ11のガススプリング空間の体積を変える
ことによりディスプレーサの共振周波数が変化し、負荷
に対応してエンジン出力を変えることができる。また図
示していないが、例えは、ロータ6に溝を付け、ストッ
パーを溝に噛み合わせるなど、ロータ6、小ピストン9
、クランク軸7の何れかにブレーキ機能を持たせること
により、小ピストン9は殆ど動かず安定した運転が可能
となる。In this way, only a small starting device is required, and there is no need to place it on the same axis as the engine body, so installation is free and the cooler 1/l
- The design of the engine body is easy because it does not interfere with the arrangement of the regenerator 13, etc. Furthermore, by setting the position of the small piston 9 in accordance with the signal from the load sensor 20 using the control device 18 and changing the volume of the gas spring space of the displacer 11, the resonant frequency of the displacer changes, and the engine output is adjusted according to the load. It can be changed. Also, although not shown, for example, the rotor 6 and the small piston 9 may be provided with a groove, such as by forming a groove on the rotor 6 and engaging the stopper with the groove.
By providing either one of the crankshafts 7 with a braking function, the small piston 9 hardly moves and stable operation is possible.
発明の効果
本発明になるスターリング機関は、ディスプレーサの作
用するガススプリング空間に連通した小ピストンと、小
ピストンを駆動し小ピストンを任意の位置で停止できる
制御機能を持つ駆動装置を設ける事により、小さな駆動
装置で起動でき、また小ピストンの位置を負荷信号に対
応して変えることによるディスプレーサのガススプリン
グ空間の体積の変化でディスプレーサの共振周波数が変
わり、ディスプレーサの振幅を負荷に合わせて制御でき
る。Effects of the Invention The Stirling engine of the present invention has a small piston that communicates with the gas spring space where the displacer acts, and a drive device that has a control function that can drive the small piston and stop the small piston at any position. It can be started with a small drive device, and by changing the position of the small piston in response to the load signal, the volume of the gas spring space of the displacer changes, which changes the resonant frequency of the displacer, making it possible to control the amplitude of the displacer in accordance with the load.
第1図は本発明の一実施例であるフリーピストン型スタ
ーリング機間及び起動装置の要部縦断面図、第2図は代
表的な従来例の起動部分の要部縦断面図である。
9・・・小ピストン、10・・・ガススプリング空間、
11・・・ディスプレーサ、 18・・・制御装置、2
0・・・負荷センサ。
代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第 1 口
1班嘉2
第 2 図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a main part of a free piston type Stirling machine and starting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a main part of a typical conventional starting part. 9...Small piston, 10...Gas spring space,
11...Displacer, 18...Control device, 2
0...Load sensor. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao Person No. 1 Group No. 1 Yoshio No. 2 Figure 2
Claims (5)
サによって高温空間と低温空間とに分割し、前記高温空
間と前記低温空間との間に、加熱器、再生器、冷却器を
配した側路を形成し、ディスプレーサの作用するガスス
プリング空間に連通した小ピストンと、負荷を検知する
センサーと小ピストンを駆動し小ピストンを任意の位置
で停止できる制御機能を持つ駆動装置を備えたフリーピ
ストン式スターリングエンジン。(1) The space inside the cylinder is divided into a high-temperature space and a low-temperature space by a reciprocating displacer, and a side passage with a heater, a regenerator, and a cooler is provided between the high-temperature space and the low-temperature space. A free piston type Stirling that is equipped with a small piston that communicates with the gas spring space where the displacer acts, a sensor that detects the load, and a drive device that has a control function that drives the small piston and stops the small piston at any position. engine.
とクランク機構を設けた特許請求の範囲第1項記載のフ
リーピストン式スターリング・エンジン。(2) The free-piston Stirling engine according to claim 1, which is provided with a stepping motor and a crank mechanism as a drive device for the small piston.
ニアモータを設けた特許請求の範囲第1項記載のフリー
ピストン式スターリングエンジン。(3) The free piston type Stirling engine according to claim 1, wherein a position controllable linear motor is provided as a drive device for the small piston.
を備えた特許請求の範囲第1項記載のフリーピストン式
スターリングエンジン。(4) The free piston Stirling engine according to claim 1, wherein the drive device including the small piston has a brake function.
ィスプレーサの振幅や位置の何れか、あるいはそのいく
つかの組合せである特許請求の範囲第1項記載のフリー
ピストン式スターリングエンジン。(5) The free-piston Stirling engine according to claim 1, wherein the load signal is temperature, temperature difference, pressure, amplitude or position of the piston or displacer, or a combination of some of these.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29657887A JPH01138351A (en) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | Free piston type stirling engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29657887A JPH01138351A (en) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | Free piston type stirling engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01138351A true JPH01138351A (en) | 1989-05-31 |
Family
ID=17835355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29657887A Pending JPH01138351A (en) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | Free piston type stirling engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01138351A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03121244A (en) * | 1989-10-02 | 1991-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Stirling engine |
JP2008289746A (en) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Toshiba Corp | Vacuum cleaner |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62126250A (en) * | 1985-11-27 | 1987-06-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Stirling engine |
JPS62191674A (en) * | 1986-02-17 | 1987-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Starling engine drive compressor |
-
1987
- 1987-11-25 JP JP29657887A patent/JPH01138351A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62126250A (en) * | 1985-11-27 | 1987-06-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Stirling engine |
JPS62191674A (en) * | 1986-02-17 | 1987-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Starling engine drive compressor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03121244A (en) * | 1989-10-02 | 1991-05-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Stirling engine |
JP2008289746A (en) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Toshiba Corp | Vacuum cleaner |
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