KR100724037B1 - 스터링 기관 - Google Patents

Abstract

스터링 기관에 있어서, 선형 모터가 피스톤을 실린더 내에서 왕복 이동시키면, 디스플레이서도 그것을 수용하는 실린더 내에서 왕복 이동한다. 이에 의해, 압축 공간과 팽창 공간 사이를 작동 가스가 이동한다. 디스플레이서에는 공진 발생용 스프링을 조합하지만, 피스톤의 공진 발생용 스프링은 배제되어 있다. 피스톤에는 축선 방향으로 간격을 두고 2군데 이상에 가스 베어링이 설치된다. 실린더의 단부에 형성된 내부 플랜지와, 선형 모터에 고정된 스토퍼판이 피스톤의 이동 한계를 정한다. 스토퍼판으로부터 돌출된 핀이 마그넷 홀더의 투과 구멍에 들어감으로써 핀의 회전이 방지된다.

스터링 기관, 디스플레이서, 선형 모터, 피스톤, 스토퍼판, 내부 플랜지

Description

스터링 기관 {STIRLING ENGINE}

본 발명은 스터링 기관에 관한 것이다.

스터링 기관은 프론이 아닌 헬륨, 수소, 질소 등을 작동 가스로서 이용하므로, 오존층의 파괴를 초래하는 일이 없는 열기관으로서 주목을 받고 있다. 특허문헌 1 내지 4에 스터링 기관의 예를 볼 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2000-337725호 공보(제2 내지 4 페이지, 도1 내지 도4)

특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2001-231239호 공보(제2 내지 4 페이지, 도1 내지 도4)

특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2002-213831호 공보(제3 내지 4 페이지, 도1)

특허문헌 4 : 일본 특허 공개 제2002-349347호 공보(제5 내지 6 페이지, 도1 내지 도4)

스터링 기관에 대해서는, 성능 향상이나 비용 저감을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 발명은 상기 사항에 비추어 이루어진 것으로, 부품 개수 삭감에 의해 구조를 간소화하여 비용 저감을 도모하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 스터링 기관을 다음과 같이 구성한다. 즉, 압축 공간과 팽창 공간 사이에서 실린더 내를 이동하는 디스플레이서와, 동력원에 의해 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤이 왕복 운동함으로써 상기 디스플레이서도 왕복 운동하여 상기 작동 가스의 이동이 발생하도록 한 스터링 기관에 있어서, 상기 피스톤의 공진 발생용 스프링을 배제하는 동시에, 상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 축선 주위로 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 수단을 마련한다.

이 구성에 따르면, 피스톤에 대해서는 스프링을 이용하지 않으므로, 부품 개수가 줄어든다. 부품 개수 삭감에 의해 부품 비용이 내려가는 것 외에, 피스톤을 스프링에 연결할 때의 피스톤의 센터링 공정이 불필요해져 조립 비용도 내려간다. 부품 개수가 줄어서 구조가 간소화된 만큼 고장도 적어진다.

상기 구성에 부가하여, 피스톤이 실린더 내에서 축선 주위로 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 수단을 마련함으로써, 다음과 같은 효과가 초래된다.

피스톤을 왕복 운동시키고 있으면 작동 가스는 압축 공간으로부터 실린더의 외측 바운스 공간으로 흐르므로, 바운스 공간과 압축 공간의 압력 평형을 유지하기 위해 왕복 운동의 임의의 타이밍에 작동 가스가 바운스 공간으로부터 압축 공간으로 복귀하는 복귀 유로를 형성해 둘 필요가 있지만, 피스톤이 실린더 내에서 축선 주위로 회전하지 않도록 함으로써, 복귀 통로는 확실히 그 기능을 한다.

또한, 본 발명은 압축 공간과 팽창 공간 사이에서 실린더 내를 이동하는 디스플레이서와, 선형 모터에 의해 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤이 왕복 운동함으로써 상기 디스플레이서도 왕복 운동하여 작동 가스의 이동이 발생하도록 한 스터링 기관에 있어서, 상기 피스톤의 공진 발생용 스프링을 배제하는 동시에, 상기 피스톤의 바운스 공간측으로의 이동 범위를 정하는 이동 한정 수단을 마련한다.

이 구성에 따르면, 피스톤에 대해서는 스프링을 이용하지 않으므로 부품 개수가 줄어든다. 부품 개수 삭감에 의해 부품 비용이 내려가는 것 외에, 피스톤을 스프링에 연결할 때의 피스톤의 직경 방향의 센터링 공정이 불필요해져 조립 비용도 내려간다. 부품 개수가 줄어들어 구조가 간소화된 만큼 고장도 적어진다. 또한 이동 한정 수단의 존재에 의해, 스프링에 의한 구속이 없어진 피스톤이 실린더로부터 바운스 공간으로 튀어 나오는 것을 막을 수 있다.

스터링 기관의 동력원으로서 선형 모터를 이용한 것은 크랭크와 커넥팅 로드와 같은 운동 변환 기구를 이용하는 일 없이 피스톤을 왕복 운동시킬 수 있어, 고효율적이기 때문이다.

이와 같이 선형 모터를 동력원으로 하는 경우에 있어서, 선형 모터의 마그넷이 자기 회로 중에 존재하여 유지되도록 피스톤의 왕복 이동 범위를 정함으로써, 선형 모터의 마그넷이 자기 회로 중에 존재하여 유지되는 작용이 초래된다.

또한 본 발명은 상기 구성의 스터링 기관에 있어서, 상기 피스톤과 이동 한정 수단 사이에 충격 완충용 탄성체를 배치한다.

이 구성에 따르면, 피스톤이 이동 한정 수단에 충돌하였다 해도 그 충격을 완화하여 소음의 발생이나 기구의 파손을 막을 수 있다. 상기 탄성체로서 일반적인 기계 부품인 O링을 사용하면, 탄성체의 조달이 용이하고, 비용도 저렴하다. 또한 O링은 온도, 오일, 화학 물질 등에 대해 내성이 높으므로, 압력 용기 중에서 고압의 작동 가스에 노출시켜도 열화될 우려가 적다.

상기한 바와 같은 스터링 기관에 있어서는, 상기 피스톤의 외주면과 상기 실린더의 내주면 사이에 가스 베어링을 형성하는 동시에, 이 가스 베어링은 피스톤의 축선 방향으로 간격을 두고 2군데 이상에 배치하는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 가스 베어링이 피스톤의 축선 방향으로 간격을 두고 2군데 이상에 배치되어 있으므로, 왕복 운동시에 피스톤이 실린더에 대해 기울어지는 일이 없다. 따라서 피스톤과 실린더와의 접촉이 확실하게 회피되어, 피스톤과 실린더의 마찰에 의한 에너지 손실, 혹은 접촉 부위의 마모 등의 문제가 발생하지 않는다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 스터링 기관의 단면도이다.

도2는 성능 시험 결과를 나타내는 표이다.

도3은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 스터링 기관의 부분 단면도이다.

도4는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 스터링 기관의 부분 단면도이다.

도5는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 스터링 기관의 단면도이다.

[부호의 설명]

1 : 스터링 기관

10, 11 : 실린더

12 : 피스톤

13 : 디스플레이서(이동 한정 수단)

14 : 마그넷 홀더

20 : 선형 모터

31 : 스프링(공진 발생용)

45 : 압축 공간

46 : 팽창 공간

50 : 압력 용기

51 : 바운스 공간

70 : 내부 플랜지(이동 한정 수단)

71 : 스토퍼판(이동 한정 수단)

72O : O링(탄성체)

80 : 공동

81 : 연통구

82 : 핀 홀(가스 베어링 형성용)

90 : 고정 복귀 유로

91 : 이동 복귀 유로

92 : 투과 구멍(회전 방지 수단)

93 : 핀(회전 방지 수단)

이하, 본 발명의 제1 실시 형태를 도1, 도2를 기초로 하여 설명한다. 도1은 스터링 기관의 단면도, 도2는 성능 시험 결과를 나타내는 표이다.

스터링 기관(1)의 조립의 중심이 되는 것은 실린더(10, 11)이다. 실린더(10, 11)의 축선은 동일 직선 상에 배열된다. 실린더(10)에는 피스톤(12)이 삽입되고, 실린더(11)에는 디스플레이서(13)가 삽입된다. 피스톤(12) 및 디스플레이서(13)는 위상차를 구비하여 움직인다.

피스톤(12)의 한쪽 단부에는 컵 형상의 마그넷 홀더(14)가 고정된다. 디스플레이서(13)의 한쪽 단부로부터는 디스플레이서 축(15)이 돌출된다. 디스플레이 서 축(15)은 피스톤(12) 및 마그넷 홀더(14)를 축선 방향으로 자유롭게 슬라이드할 수 있도록 관통한다.

실린더(10)는 피스톤(12)의 동작 영역에 해당되는 부분의 외측에 선형 모터(20)를 보유 지지한다. 선형 모터(20)는 코일(21)을 구비한 외측 요크(22)와, 실린더(10)의 외주면에 접하도록 설치된 내측 요크(23)와, 외측 요크(22)와 내측 요크(23) 사이의 환형 공간에 삽입된 링 형상의 마그넷(24)과, 외측 요크(22)를 둘러싸는 관 부재(25)와, 외측 요크(22), 내측 요크(23), 및 관 부재(25)를 소정의 위치 관계로 유지하는 합성 수지제 엔드 브래킷(26, 27)을 구비한다. 마그넷(24)은 마그넷 홀더(14)에 고정되어 있다.

디스플레이서 축(15)에는 스프링(31) 중심부가 고정된다. 스프링(31)의 외주부는 엔드 브래킷(27)에 스페이서(32)를 거쳐서 고정된다. 스프링(31)은 원판형의 평판 소재에 나선형의 노치를 형성한 것이고, 디스플레이서(3)를 피스톤(12)에 대해 소정 위상차를 갖게 하여 공진시키는 역할을 한다.

실린더(11) 중 디스플레이서(13)의 동작 영역에 해당되는 부분의 외측에는 전열 헤드(40, 41)가 배치된다. 전열 헤드(40)는 링 형상, 전열 헤드(41)는 캡 형상이며, 모두 구리나 구리 합금 등 열전도가 좋은 금속으로 이루어진다. 전열 헤드(40, 41)는 각각 링 형상의 내부 열교환기(42, 43)를 개재시킨 형태로 실린더(11)의 외측에 지지된다. 내부 열교환기(42, 43)는 각각 통풍성을 갖고, 내부를 빠져나가는 작동 가스의 열을 전열 헤드(40, 41)에 전달한다. 전열 헤드(40)에는 실린더(10) 및 압력 용기(50)가 연결된다.

전열 헤드(40), 실린더(10, 11), 피스톤(12), 디스플레이서(13), 디스플레이서 축(15), 및 내부 열교환기(42)로 둘러싸인 환형의 공간은 압축 공간(45)이 된다. 전열 헤드(41), 실린더(11), 디스플레이서(13), 및 내부 열교환기(43)로 둘러싸이는 공간은 팽창 공간(46)이 된다.

내부 열교환기(42, 43) 사이에는 재생기(47)가 배치된다. 재생기(47)도 통풍성을 갖고, 내부를 작동 가스가 통과한다. 재생기(47)의 외측을 재생기 튜브(48)가 둘러싼다. 재생기 튜브(48)는 전열 헤드(40, 41) 사이에 기밀 통로를 구성한다.

선형 모터(20), 실린더(10) 및 피스톤(12)을 통 형상의 압력 용기(50)가 덮는다. 압력 용기(50)의 내부는 바운스 공간(51)이 된다.

압력 용기(50)에는 진동 억제 장치(60)가 부착된다. 진동 억제 장치(60)는 압력 용기(50)에 고정되는 프레임(61)과, 프레임(61)에 지지된 판 형상의 스프링(62)과, 스프링(62)에 지지된 매스(질량)(63)로 이루어진다.

통상의 스터링 기관과 달리, 피스톤(12)의 공진 발생용 스프링을 배제하고 있다. 그러나, 그 상태에서는 실린더(10)로부터 피스톤(12)이 빠져 버릴 우려가 있으므로, 피스톤(12)의 왕복 운동 범위를 정하는 이동 한정 수단을 마련한다. 본 실시 형태에 있어서, 압축 공간(45)의 측에서 이동 한정 수단을 구성하는 것은 실린더(10)의 단부에 설치된 내부 플랜지(70)이다. 바운스 공간(51)의 측에서 이동 한정 수단을 구성하는 것은 선형 모터(20)의 엔드 브래킷(27)에 고정된 스토퍼판(71)이다. 이 왕복 이동 범위 중에 있는 한, 마그넷(24)은 코일(21)에 의해 구동 되는 상태에 있다. 즉 선형 모터(20)의 자기 회로 중에 마그넷(24)이 존재하여 유지되고 있다.

내부 플랜지(70)는 피스톤(12)의 단부면을 받치고, 스토퍼판(71)은 마그넷 홀더(14)의 단부면을 받친다. 이들 부재가 직접 접촉하면 소음이나 진동이 발생하므로, 충격 완충용 탄성체를 배치한다. 본 실시 형태에서는 탄성체로서 O링(72)을 사용한다. 내부 플랜지(70)와 스토퍼판(71)은 각각 접착재 등 적당한 결합 수단에 의해 O링(72)을 유지하고 있다. O링(72)의 위치를 반대로 하여, 피스톤(12) 및 마그넷 홀더(14) 측에 O링(72)을 장착해도 좋다.

피스톤(12)의 내부는 공동(80)으로 되어 있다. 공동(80)은 피스톤(12)의 단부면에 마련된 연통구(81)를 거쳐서 압축 공간(45)에 연통한다. 피스톤(12)의 외주면에는 공동(80)으로 통과하는 핀 홀(82)이 형성되어 있다. 핀 홀(82)은 가스 베어링을 형성하는 것이고, 동일 원주 상에 소정의 각도 간격으로 복수개 배치되어 있다. 핀 홀(82)은 피스톤(12)의 축선 방향에 간격을 두고 2군데 이상에 배치한다. 즉, 가스 베어링을 2군데 이상에 형성한다. 도시된 실시예에서는 가스 베어링을 2군데에 설치하는 것으로 하고 있지만, 그 수에 한정은 없다.

핀 홀(82)과는 별도로, 바운스 공간(51) 내의 가스를 압축 공간(45)에 복귀시키는 복귀 유로가 설치되어 있다. 복귀 유로는 선형 모터(20)의 내부 요크(23)와 실린더(10)를 관통하도록 설치된 고정 복귀 유로(90)와, 피스톤(12)의 내부에 L자형으로 굴곡되는 형으로 설치된 이동 복귀 유로(91)에 의해 구성된다.

실린더(10)와 피스톤(12)을 단부면 쪽으로부터 본 경우, 고정 복귀 유로(90) 와 이동 복귀 유로(91)는 동일 각도 위치가 되어야만 한다. 즉 실린더(10)와 피스톤(12)의 상대 각도는 항상 일정해야만 한다. 그래서, 피스톤(12)이 실린더(10) 내에서 축선 주위로 회전하지 않도록 회전 방지 수단을 마련한다. 본 실시 형태에서는, 마그넷 홀더(14)에 투과 구멍(92)을 마련하고, 이 투과 구멍(92)에 스토퍼판(71)으로부터 돌출되는 핀(93)을 통과시켜 피스톤(12)의 회전을 고정하고 있다. 핀 홀(82)이 고정 복귀 유로(90)에 합치하게 되어, 가스 베어링의 기능이 손상되는 사태도 이에 의해 피할 수 있다.

스터링 기관(1)은 다음과 같이 동작한다. 선형 모터(20)의 코일(21)에 교류 전류를 공급하면 외부 요크(22)와 내부 요크(23) 사이에 마그넷(24)을 관통하는 자계가 발생하여, 마그넷(24)은 축선 방향으로 왕복 운동한다. 마그넷(24)에 마그넷 홀더(14)를 거쳐서 연결된 피스톤(12)도 축선 방향으로 왕복 운동한다.

피스톤(12)이 왕복 운동하면, 피스톤(12)의 좌측 전체 공간에 동일한 압력 변동이 발생한다. 여기서 디스플레이서(13)에 작용하는 압력을 관찰하면, 팽창 공간(46)측 단부면에 작용하는 압력과 압축 공간(45)측 단부면에 작용하는 압력은 파스칼의 원리에 의해 동일해져 상쇄된다. 그러나 디스플레이서 축(15)은 피스톤(12)의 우측 바운스 공간(51)에 돌출되어 있으므로, 디스플레이서 축(15)에는 그 단면적에 따른 배압이 가해진다.

배압은 압축 공간(45)의 압력 변동과 역상(inverse phase)으로 변동하므로, 디스플레이서(13)의 양측 압력은 완전하게는 상쇄되지 않아 차압이 발생한다. 즉, 피스톤(12)이 디스플레이서(13) 측으로 전진하면, 디스플레이서(13)는 피스톤(12) 을 향해 후퇴하고, 압축 공간(45)의 용적이 축소되는 동시에 팽창 공간(46)의 용적이 확대된다. 압축 공간(45)의 용적 축소분의 작동 가스는 재생기(47)를 통해 팽창 공간(46)으로 유입한다.

반대로 피스톤(12)이 디스플레이서(13)로부터 떨어져 후퇴하면, 디스플레이서(13)는 피스톤(12)으로부터 떨어져 전진하여 팽창 공간(46)의 용적이 축소되는 동시에 압축 공간(45)의 용적이 확대된다. 팽창 공간(46)의 용적 축소분의 작동 가스는 재생기(47)를 통해 압축 공간(45)으로 복귀된다.

상기한 바와 같이 하여 프리 피스톤(free piston) 구조의 디스플레이서(13)는 피스톤(12)의 진동 주파수와 동기하여 진동한다. 이 진동을 효율적으로 유지하기 위해, 디스플레이서계[디스플레이서(13), 디스플레이서 축(15), 및 스프링(31)]의 총질량과, 스프링(31)의 스프링 정수에 의해 정해지는 공진 주파수를 피스톤(12)의 구동 주파수에 공진하도록 설정한다. 이에 의해, 피스톤계와 디스플레이서계는 양호하게 일정한 위상차를 갖고 동기 진동한다.

피스톤(12)과 디스플레이서(13)의 동기 진동에 의해 압축/팽창의 사이클이 발생한다. 진동의 위상차를 적절하게 설정하면, 압축 공간(45)에서는 단열 압축에 의한 발열이 많이 발생하고, 팽창 공간(46)에서는 단열 팽창에 의한 냉각이 많이 발생한다. 이로 인해, 압축 공간(45)의 온도는 상승하고, 팽창 공간(46)의 온도는 하강한다.

운전중에 압축 공간(45)과 팽창 공간(46) 사이를 왕복하는 작동 가스는 내부 열교환기(42, 43)를 통과할 때에, 열을 내부 열교환기(42, 43)를 통해 전열 헤드 (40, 41)에 전달한다. 압축 공간(45)으로부터 분출되는 작동 가스는 고온이고, 전열 헤드(40)는 가열된다. 즉, 전열 헤드(40)는 고온 헤드가 된다. 팽창 공간(46)으로부터 분출되는 작동 가스는 저온이고, 전열 헤드(41)는 냉각된다. 즉, 전열 헤드(41)는 저온 헤드가 된다. 전열 헤드(40)로부터 열을 방산하여, 전열 헤드(41)에서 특정 공간의 온도를 내림으로써, 스터링 기관(1)은 냉동 기관으로서의 기능을 한다.

재생기(47)는 압축 공간(45)과 팽창 공간(46)의 열을 상대측 공간에는 전달하지 않고, 작동 가스만을 통과시키는 기능을 한다. 압축 공간(45)으로부터 내부 열교환기(42)를 경유하여 재생기(47)로 들어간 고온의 작동 가스는 재생기(47)를 통과할 때에 그 열을 재생기(47)에 부여하고, 온도가 내려간 상태에서 팽창 공간(46)으로 유입한다. 팽창 공간(46)으로부터 내부 열교환기(43)를 경유하여 재생기(47)에 들어간 저온의 작동 가스는 재생기(47)를 통과할 때에 재생기(47)로부터 열을 회수하고, 온도가 올라간 상태에서 압축 공간(45)으로 유입한다. 즉, 재생기(47)는 열의 보관고로서의 역할을 한다.

압축 공간(45) 중의 고압의 작동 가스의 일부는 연통구(81)로부터 피스톤(12)의 공동(80)으로 유입한다. 그리고 핀 홀(82)로부터 분출된다. 분출하는 작동 가스에 의해 피스톤(12)의 외주면과 실린더(10)의 내주면 사이에 가스의 막이 형성되어, 피스톤(12)과 실린더(10)의 접촉이 방지된다. 이과 같은 가스 베어링을 디스플레이서(13)와 실린더(11) 사이에도 설치한다.

피스톤(12)의 가스 베어링은 축선 방향에 간격을 두고 2개 이상 설치되어 있 으므로, 왕복 운동시 피스톤(12)이 실린더(10)에 대해 축선 방향으로 기울어지는 일이 없다. 따라서 피스톤(12)과 실린더(10)와의 접촉이 확실하게 회피되어, 피스톤(12)과 실린더(10)의 마찰에 의한 에너지 손실, 혹은 접촉 부위의 마모 등의 문제가 발생하지 않는다.

피스톤(12)을 연속해서 왕복 운동시키고 있으면, 바운스 공간(51) 내의 가스압이 서서히 높아져, 압축 공간(45)과 바운스 공간(51)의 사이의 압력 평형이 무너지게 된다. 고정 복귀 유로(90) 및 이동 복귀 유로(91)는 이 현상을 막기 위해 존재한다. 즉, 피스톤(12)이 왕복 운동하고 있으면, 임의의 타이밍에서 복귀 유로(90, 91)가 합치한다. 이 때, 바운스 공간(51)으로부터 고정 복귀 유로(90) 및 이동 복귀 유로(91)를 통해 가스가 압축 공간(45)으로 귀환하여, 압력 평형을 회복한다.

전술한 바와 같이, 피스톤(12)과 실린더(10)의 상대 회전은 투과 구멍(92)과 핀(93)으로 이루어지는 회전 방지 수단으로 저지되어 있다. 따라서 피스톤(12)의 왕복 운동중, 고정 복귀 유로(90)와 이동 복귀 유로(91)는 소정의 타이밍에서 반드시 합치한다. 동시에, 핀 홀(82)이 고정 복귀 유로(90)에 합치하는 것이 방지되므로, 가스 베어링의 기능이 손상되는 일도 없다.

피스톤(12)과 디스플레이서(13)가 왕복 운동하여 작동 가스가 이동하면, 스터링 기관(1)에 진동이 발생한다. 진동 억제 장치(60)가 이 진동을 억제한다.

상기 구성의 스터링 기관의 성능에 대해 실험한 결과를 도2에 나타낸다. 실험은 동일 구성의 스터링 기관을「피스톤 스프링 없음」의 조건과「피스톤 스프링 있음」의 조건으로 운전하여, 전자의 출력을 후자의 출력으로 나누어 출력 지수를 구한 것이다. 실험에 따르면, 입력 60 W일 때의 출력 지수는 0.983, 입력 80 W일 때는 마찬가지로 0.976, 입력 100 W일 때는 마찬가지로 0.970이었다. 즉, 피스톤 스프링을 폐지해도 출력은 거의 변하지 않았다.

도3에 본 발명의 제2 실시 형태를 나타낸다. 제2 실시 형태는 피스톤과 실린더 사이의 회전 방지의 구성에 관한 것이고, 도3은 관련된 구성 요소만 나타내는 부분 단면도이다.

제2 실시 형태에서는 실린더(10)의 내면에 축선 방향으로 연장되는 홈(94)을 형성하고, 피스톤(12)에는 홈(94)에 결합하는 돌기(95)를 형성하여 회전 방지로 하였다.

도4에 본 발명의 제3 실시 형태를 나타낸다. 제3 실시 형태도 피스톤과 실린더 사이의 회전 방지의 구성에 관한 것이고, 도4는 관련된 구성 요소만 나타내는 부분 단면도이다.

제3 실시 형태에서는 외부 요크(22) 및 엔드 브래킷(26, 27) 내면의 단면 형상을 다각형으로 하였다. 도면의 경우 팔각형으로 되어 있다. 그 팔각형의 내면측 각에는 축선 방향으로 연장되는 홈(96)을 형성하였다. 마그넷 홀더(14)의 외면의 단면 형상도 팔각형으로 하고, 각 모서리에는 홈(96)에 결합하는 돌기(97)를 형성하여 회전 방지로 하였다.

도5에 본 발명의 제4 실시 형태를 나타낸다. 도5는 스터링 기관의 단면도이다. 제5 실시 형태의 스터링 기관은 대부분의 구성 요소가 제1 실시 형태와 공통 된다. 그래서, 제1 실시 형태와 공통의 구성 요소에는 제1 실시 형태에서 이용한 것과 같은 부호를 부여하고, 설명은 생략한다.

제4 실시 형태의 스터링 기관(1)은 피스톤(12)의 이동 한계를 정하는 이동 한정 수단의 구성이 제1 실시 형태와 다르다. 압축 공간(45)에 있어서, 피스톤(12)과 디스플레이서(13)는 제1 실시 형태에서와 같이 실린더(10)에 설치한 내부 플랜지로 구획되는 일 없이 대면하고 있다. 즉, 여기서는 디스플레이서(13)가 이동 한정 수단을 구성한다. 피스톤(12)의 단부면에 충격 완충용 O링(72)이 장착되어 있다. 이 O링(72)은 디스플레이서(13) 측에 배치해도 좋다. 바운스 공간(51)에 있어서는, 마그넷 홀더(14) 측에 O링(72)이 고정되어 있다.

또 본 실시 형태에서는, 팽창 공간(46)에 있어서 디스플레이서(13)의 단부면에 충격 완충용의 O링(72)을 장착하여, 디스플레이서(13)가 전열 헤드(41)에 충돌하는 경우를 대비하고 있다. 이 O링(72)은 전열 헤드(41) 측에 배치해도 좋다.

본 실시 형태의 경우 피스톤(12)은 디스플레이서(13) 측으로 지나치게 전진하면, 피스톤(12)을 향해 후퇴하는 도중이었던 디스플레이서(13)에 O링(72)을 사이에 두고 충돌한다. 이 충돌은 마그넷(24)이 엔드 브래킷(26)에 접촉하기 전에 발생하므로, 선형 모터(20)가 손상을 입는 일은 없다.

이상 본 발명의 각 실시 형태에 대해 설명하였지만, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 더욱 다양한 변경을 가하여 실시하는 것이 가능하다.

본 발명은 프리 피스톤 구조의 스터링 기관 전반에 이용 가능하다.

Claims (6)

1. 압축 공간과 팽창 공간 사이에서 실린더 내를 이동하는 디스플레이서와, 선형 모터에 의해 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤이 왕복 운동함으로써 상기 디스플레이서도 왕복 운동하여 작동 가스의 이동이 발생하도록 한, 피스톤의 공진 발생용 스프링을 포함하지 않는 스터링 기관이며,

   상기 피스톤이 상기 실린더 내에서 피스톤과 실린더의 공통 축선 주위로 회전하는 것을 방지하는 회전 방지 수단을 마련하는 스터링 기관.
2. 압축 공간과 팽창 공간 사이에서 실린더 내를 이동하는 디스플레이서와, 선형 모터에 의해 압축 공간과 바운스 공간 사이에서 실린더 내를 왕복 운동하는 피스톤을 구비하고, 상기 피스톤이 왕복 운동함으로써 상기 디스플레이서도 왕복 운동하여 작동 가스의 이동이 발생하도록 한, 피스톤의 공진 발생용 스프링을 포함하지 않는 스터링 기관에 있어서,

   상기 피스톤의 상기 바운스 공간측으로의 이동 범위를 정하는 이동 한정 수단을 마련하는 스터링 기관.
3. 제2항에 있어서, 상기 피스톤과 이동 한정 수단 사이에 충격 완충용의 탄성체를 배치하는 스터링 기관.
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