JPS60243351A - スタ−リング機関 - Google Patents

スタ−リング機関

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JPS60243351A
JPS60243351A JP9904184A JP9904184A JPS60243351A JP S60243351 A JPS60243351 A JP S60243351A JP 9904184 A JP9904184 A JP 9904184A JP 9904184 A JP9904184 A JP 9904184A JP S60243351 A JPS60243351 A JP S60243351A
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JP
Japan
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coil
displacer
piston
power piston
stirling engine
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JP9904184A
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English (en)
Inventor
Koichi Niimura
新村 光一
Kinichi Adachi
足立 欣一
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60243351A publication Critical patent/JPS60243351A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/0435Hot 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 the engine being of the free piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
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    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
    • F02G2243/02Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder
    • F02G2243/24Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having pistons and displacers in the same cylinder with free displacers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2280/00Output delivery
    • F02G2280/10Linear generators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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型スターリング機関を用いた発
電機に関するものである。
従来例の構成とその問題点 第1図にフリーピストン型スターリング機関を用いたリ
ニア発電機の一例を示した。ここで、シリンダ1中をデ
ィスプレーサ2が上下することにより、パワ−ピストン
3上部の作動ガスは、/< −すで加熱される高温部4
と冷却ジャケット5で水冷される低温部6の間を熱再生
器7を介して移動する。この時、ガス容積は一定である
ため、ディスプレーサが上死点にあれば低温部の容積が
高温部に比べて多くな9圧力は最も低く、逆に下死点に
あれば圧力は最も高くなる。そしてこの圧力差でパワー
ピストンが往復運動することにより、パワーピストンに
取9つけられたリニア発電機のコイル8がステーター9
に取りつけられた永久磁石10の磁束を横切シミ気エネ
ルギーとしてスターリング機関の出力を取や出す。一般
にスターリング機関はディスプレーサ−とパワーピスト
ンの位相差が約90度の時に高効率が得られる。しかし
従来のフリーピストン型スターリング機関では、その位
相差はパワーピストンとディスプレーサ−の組み合わせ
部分11にガススプリング機能をもたせ、そのバネ定数
により限定されるため、機関の設計の際に決定される。
ゆえに、このガススプリングのシール部12の劣化など
による最適点からの位相のずれは機関の外からは調整不
可能であった。同様にこの機関のその他の可変的な要素
である運転周波数についての制御も作動ガスの封入圧力
を変える以外に方法がなかった。
発明の目的 本発明はフリーピストン型スターリング機関のディスプ
レーサ−とパワーピストンの振幅、位相差および周波数
を機関外から制御することを可能とし、その効率の向上
を目的とする。
発明の構成 上記目的を達成するだめに、本発明はパワーピストンと
ディスプレーサ−の組み合わせ部分のピストン側内面も
しくはディスプレーサ−ロッド部にコイルを挿入し、か
つそのコイル内を通過するディスプレーサ−ロッド部も
しくはパワーピストン側に永久磁石を取りつけ、コイル
に外部電源もしくは機関に取り付けられた発電機からの
一部の電力を供給することにより、ディスプレーサ−を
パワーピストンと相対的に往復運動させて、その位相角
を保ち、かつ周波数の制御も可能としたものである。ま
た、ディスプレーサ−とパワーピストンの組み合わせ部
に上記コイルと永久磁石に加えてガススプリング機能を
有するバネ空間を設け、ディスプレーサ−とパワーピス
トンの相対運動に要する電力の消費を節約するものであ
ろう実施例の説明 第2図に本発明の一実施例を示した(図中の番号は、第
1図と共通のものは同一番号とした)。
ここで、シリンダ1中をディスプレーサ−2が往復運動
し、作動ガスが高温空間4と低温空間6を移動してパワ
−ピストン3上部に圧力変動が生じることにより、パワ
ーピストンが往復運動する。
その結果、リニア交流発電機のコイル8がそのステータ
ー9に設けられた永久磁石1oの磁束を横切ることにな
り、スターリング機関の出力は電気エネルギーとして外
部へ取り出される。この時、パワーピストンとディスプ
レーサ−の組み合わせ部のパワーピストン側内面に設け
られたコイル13に外部電源よ!llある周波数の交流
電圧をかけると、コイル内にはその周波数に応じた磁束
が生じる。そして、そのコイル内に位置する。ディスプ
レーサ−に設けられた永久磁石14はその磁束により上
下に磁気力を受け、結果的に外部電源の周波数に応じた
往復運動をディスプレーサ−とパワーピストンとの間に
相対的に行なわすことができる。また、パワーピストン
とディスプレーサ−組み合わせ部に設けられたガススプ
リング機能を有するバネ空間17はディスプレーサ−と
パワーピストンの衝突防止およびコイル13の磁気力に
よるディスプレーサ−の往復運動に要する駆動力を補助
的に与え、コイル13に与えるべき電力量を最小限にと
どめるものである。そして、この外部電源の周波数およ
び電力の調整により、パワーピストンとディスプレーサ
−の位相差、振幅周波数および振幅を制御でき、フリー
ピストン型スターリング機関の出力制御を積極的に行な
うことが可能となり、最適状態での運転が実現できる。
また同図において、コイル13への電力供給をリニア発
電機のコイル8からの出力の一部を利用して行なうこと
も可能である。この時、パワーピストンとディスプレー
サ−の位相差が約90度として、それぞれの往復運動が
sin波であれば、それに対するリニア発電機のコイル
8からの出力電圧および電流の波形、さらにはその一部
をコイル13に流した時のパワーピストンとディスプレ
ーブー間に作用する力の方向は第3図に示すようになる
(ここで1発電機のコイル8とコイル13の間にはコイ
ルのインダクタンスのみ存在するとし、出力電圧と電流
の位相差は9o度とする)。この図から明らかなように
、ディスプレーサ−が下降して高温空間が増し、圧力が
上がるAB区間においては、パワーピストンとディスプ
レーサ−間には吸引力は作用させることができ、逆にデ
ィスプレーサ−が上昇して圧力が下がるBC区間におい
ては、反発力を作用させることができる。そして、パワ
ーピストンとディスプレーサ−の相対位置はAB区間に
おいて最小距離まで接近し、逆にBC区間では最大距離
まで離れる。ゆえに、両者の相対位置に対して作用する
力は両者の位相差を保つように働らぐことがわかる。さ
らにこの位相差は。
発電機の出力電圧(ディスプレーサ−と同位相)と出力
電流との位相差を、コイル8とコイル13の間にコンデ
ンサなどを入れることで調整可能であり、またパワーピ
ストンとディスプv −v −間に作用する力について
も直流抵抗などにより供給電力を調整して変化させるこ
とが可能であり、これよシ振幅も変化させうる。この結
果、フリーピストン型スターリング機関の出力制御を積
極的に行なうことができ、最適状態での運転が可能とな
る。
なお、ディスプレーサ−とパワーピストン間に作用する
力とディスプレーサ−、パワーピストンのそれぞれの位
置関係については、外部電源を用いた場合も第3図のよ
う【なり、両者の位相は保たれる。
さらに、機関起動時には外部電源と用い、起動後はリニ
ア発電機出力の一部を用いてディスプレーサ−とパワー
ピストンを相対往復運動させることも可能である。
発明の効果 本発明による効果は以下の通りである。
(+) フリーピストン型スターリング機関におけるパ
ワーピストンとディスプレーサ−の周波数、位相差、振
幅を機関外部から容易に制御できる。
(11) フリーピストン型スターリング機関を最適状
態で運転することを可能とし、効率を向上させうる。
【図面の簡単な説明】
第1図はスターリング機関を用いたリニア発電機の一従
来列を示す断面構成図、第2図は本発明の一実施例を示
すスターリング機関を用いたリニア発電機の断面構成図
、第3図は本発明の一実施例におけるディスプレーサ−
、パワーピストンの動きとリニア発電機出力およびディ
スプレーサ−とパワーピストン間に作用する力の関係を
示す説明図である。 2・パ・・ディスプレー・サー、3 ・・・・パワーピ
ストン、8−・・・・・リニア交流発電機コイル、1o
・・・・リニア交流発電機永久磁石、11・・・・・ガ
ススプリング、13・・・・・ディスプレーサ−駆動用
コイル、14・・・・・・ディスプレーサ−駆動用永久
磁石。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 752図 第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)作動ガスを封入したシリンダ内を往復運動するパ
    ワーピストンおよびディスプレーサ−を有し、前記パワ
    ーピストンに設けられたリニア交流発電機に加えて、前
    記ピストンと前記ディスプレーサの組み合わせ部分のピ
    ストン側内面もしくはディスプレーサ−ロッド部にコイ
    ルを挿入し、かつそのコイル内を通過するディスプレー
    サ−ロッド部もしくはパワーピストン側に永久磁石を取
    り付けたスターリング機関。
  2. (2)パワーピストンとディスプレーサ−組み合わせ部
    のコイルへの電流供給を前記リニア交流発電機から行な
    う構成とした特許請求の範囲第1項記載のスターリング
    機関。
  3. (3) ピストンとディスプレーサの運動の周波数なら
    びに位相ずれを、リニア交流発電機とコイルの間に直流
    抵抗、コイル、コンデンサなどを設け、それらの量を変
    えることによって制御する構成とした特許請求の範囲第
    1項または第2項記載のスターリング機関。 (→ ピストンとディスプレーサ−の組み合わせ部分に
    ガススプリングの機能を有するバネ空間を設けた特許請
    求の範囲第1項記載のスターリング機関。
JP9904184A 1984-05-17 1984-05-17 スタ−リング機関 Pending JPS60243351A (ja)

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