JPS63246452A - スタ−リング機関の振動低減装置 - Google Patents

スタ−リング機関の振動低減装置

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JPS63246452A
JPS63246452A JP7999087A JP7999087A JPS63246452A JP S63246452 A JPS63246452 A JP S63246452A JP 7999087 A JP7999087 A JP 7999087A JP 7999087 A JP7999087 A JP 7999087A JP S63246452 A JPS63246452 A JP S63246452A
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JP
Japan
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actuator
pressure
engine
stirling engine
vibration
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Pending
Application number
JP7999087A
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English (en)
Inventor
Yoshio Furuishi
古石 喜郎
Yoshio Kazumoto
数本 芳男
Kazuo Kashiwamura
和生 柏村
Hiroyuki Kato
博之 加藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JPS63246452A publication Critical patent/JPS63246452A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02G2275/00—Controls
    • F02G2275/10—Controls for vibration reduction

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (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〕 この発明は、スターリング機関から生ずる圧力変動に基
づく振動を低減させるだめの振動低減装置に関するもの
である。
〔従来の技術〕
第8図は例えば特開昭60−219438号公報に示さ
れた従来のスターリング機関の概略構成図である。
図において、1はシリンダ、2はこのシリンダ1に装着
される動力ピストン、3は動力ピストン2から垂下する
ピストンロッド、4はその内径側がピストンロッド3に
、外径側がシール固定具5に固定されたロールリングシ
ール、7は上記ピストンロッド3と接続されるクロスヘ
ッド、6はこのクロスヘッド7の動きを案内するクロス
へソドガイド、8はクロスヘッド7とクランク軸12と
を接続する連結棒である。また、10はクランク軸12
を支承する軸受、13は軸受10.クロスヘッド7等の
機械部品を潤滑する潤滑油、11はクランク軸12に装
着されたメカニカルシール、9は上記クランク軸12.
軸受10.メカニカルシール11.潤滑油13等を収納
するクランクケース、14はバッファ室102と接続さ
れるバッファタンク、101はシリンダ室である。なお
図示していないが、動力ピストン2の上部には、該動力
ピストン2と同軸でシリンダ1内を上下するディスプレ
ーサピストンが設けられている。
次に動作について説明する。シリンダ1内部のシリンダ
室101にはヘリウムのような分子量の小さい作動物質
が封入されており、図示しないディスプレーサピストン
が上下することにより、また上記作動流体が外部から熱
エネルギを受けることにより、このシリンダ室101内
の作動流体−の圧力PAは周期的に変動する(この作用
の詳細な説明は省略する)、一方、バッファ室102の
圧力PBはバッファタンク14の作用でほぼ一定に保持
されている。
このような構成になるスターリング機関は、外部からの
熱エネルギーを受けることによりシリンダ室101とバ
ッファ室102で圧力差Δp <−PA−PB)が生じ
、この圧力差がシリンダ内部の動力ピストン2に作用す
る。そしてこの圧力差ΔPは軸力としてピストンロッド
3に作用し、クロスヘッド7に往復運動として伝達され
、さらに連結棒8.クランク軸12によって回転運動に
変換され、動力として外部に取り出される。このように
、スターリング機関は複ピストンで、かつ弁をもたない
密閉サイクルの往復動式外燃機関であり、内部に封入し
た作動気体を熱交換器を介して加熱・冷却することによ
って作動し、動力を取り出す構成となっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のスターリング機関は以上のように構成されている
ので、シリンダ室の動力ピストンに作用する圧力は変動
し、この圧力変動は軸力の変化となって作用する。そし
7てこの軸力は、前述のようにクランク軸回りの回転ト
ルクに変換されるので、上記ピストンに作用する圧力変
動はクランク軸回りのトルク変動として現れ、スターリ
ング機関本体をクランク軸回りに振動させるように作用
する。
ここで、スターリング機関において機関のエネルギー変
換効率を向上させるためには、封入する作動気体を高圧
にする必要があるが、作動気体を高圧にすれば、これに
伴ってトルク変動が大きくなり、スターリング機関の振
動も大きくなり、機関としての静粛性の低下や、信頼性
の低下などを引き起こす。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、スターリング機関の発生するトルク変動に起
因する振動の低減を実現することのできるスターリング
機関の振動低減装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るスターリング機関の振動低減装置は、ス
ターリング機関が固定される架台に装着され外部からの
駆動制御信号に応じた割振力を発生するアクチュエータ
と、機関のシリンダ室内の圧力を検出して圧力信号を出
力する圧力センサと、該圧力信号に基づいて上記機関で
生ずる変動トルクに起因する架台の振動を低減するよう
上記アクチュエータを駆動制御する制御回路とを設けた
ものである。
〔作用〕
この発明においては、圧力センサにより機関のシリンダ
室内の圧力を検出し、この検出結果に基づいてアクチュ
エータを駆動制御し、該アクチュエータにより機関の変
動トルクに起因する架台の振動を低減するよう割振力を
発生させ、上記架台の振動等を低減する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図について説明する、第1図に
おいて、スターリング機関は架台15上に設置され、架
台15は弾性マウント16により弾性支持されている。
17は後に詳細に説明するように、付加重錘及びこの付
加重錘を駆動する駆動源から構成され、スターリング機
関のクランク軸12に並行して垂直方向に架台15上に
装着されたアクチュエータ、19はシリンダ室101内
の圧力を測定するために取り付けられた圧力センサ18
(第2図参照)からの信号を増幅する圧力計、20は圧
力計19からの出力信号に基づいて変動トルクに起因す
る振動を低減するように上記アクチュエータ17を駆動
するためのアルゴリズムを内蔵する制御回路、21は制
御回路20からの制御信号によりアクチュエータ17を
駆動するための電力を供給する駆動回路であり、上記制
御回路20、駆動回路21は例えば電子回路で構成され
ている。上記圧力センサ18からアクチュエータ17ま
での制御システムのブロック図を第3図に示している。
第4図はアクチュエータ17の詳細を示す断面構成図で
あり、ここでは、アクチュエータ17とて付加重錘の慣
性力を利用した動電形のリニアアクチュエータを示して
いる0図において、17aは永久磁石、17bは円筒状
ヨーク、17cはコイル、17dはコイル17cを支持
するコイルサポート、17eはヨーク17bの上、下端
部にそれぞれ配設されてヨーク17bを保持する支持ば
ね、17fはヨーク17bを貫通するガイド棒、17g
はヨーク17bの上、下端部にそれぞれ設けられた軸受
であり、ヨーク17bはガイド棒17fに沿って摺動し
、上下方向にリニアに駆動される。17hはケーシング
である。
次に作用効果について説明する。
上記のように構成された装置において、スターリング機
関本体のクランク軸回りの振動挙動を表わす運動方程式
は次のようになる。
■θ+Σkmla” θ−T e −U It a ・
−=(1)lニスターリング機関のクランク軸回りの慣
性モーメント km:弾性マウントのばね定数 θニスターリング機関本体のクランク軸回りの角変位 1a:クランク軸からアクチュエータまでの距離 Teニスターリング機関が発生する変動トルク U:アクチュエータが発生する制振力 変動トルクTeの特性はシリンダ室101内の圧力の大
きさとその圧力変動の周波数から定まり、スターリング
機関を固定する架台15の振動を引き起こす外乱となる
。そこで本実施例では、圧力センサ18によってシリン
ダ室内の圧力の大きさ及び変動の周波数を検出すること
により、機関から発生して架台15に伝達され振動を引
き起こす変動トルクを検出し、これに応じてアクチュエ
ータ17を駆動制御して上記振動を低減するようにして
いる。
即ち、圧力センサ18によってシリンダ室101内の圧
力変動が検出され、この信号は圧力計19により所定の
電圧を有する電気信号に増幅され、制御回路20に入力
される。この制御回路20のゲインと位相特性は、所定
の制御則を満たすように、即ちアクチュエータ17から
発生される制振力がスターリング機関からの変動トルク
を打ち消すか、あるいは軽減するような所定の制御則を
満たすように設定されている。従って上記圧力センサ1
8からの信号は制御回路20によってそのゲイン、位相
が調整され、該信号は駆動回路21を介してアクチュエ
ータ17を駆動する。このように、上記制御回路20で
アクチュエータ17を作動させることにより、該アクチ
ュエータ17からは機関の変動トルクを相殺するような
方向の割振力が発生され、架台15の振動角変位そのも
のが低減される。
即ち、アクチュエータ17によって制振力Uを架台15
に印加する訳であるが、このアクチュエータ17の割振
力Uはシリンダ室101内の圧力変動に同期する力で、
また第1図に示すように、割振力はクランク軸から距離
ItaO位1に生ずるため、架台15に対しては(UX
j!a)なるモーメントとして作用する。このモーメン
ト(制振力U)は、変動トルクTeを相殺するように制
御回路20で設定されるため、架台15に作用する外乱
が小さくなり、架台15の振動角変位は大巾に低減する
。また架台15の振動が小さくできるため、弾性マウン
ト16を介して地盤へ伝達される力も小さくなり、周辺
に設置される他の機器への振動の影響も低下される。
次にアクチュエータ17の詳細動作について説明する。
第4図に示すように構成された装置において、永久磁石
17aは半径方向に着磁されてヨーク17bに固着され
ることによって磁気回路を形成しており、コイル17c
が挿入されている空隙では所定の磁束密度が得られるよ
うに設定されている。ここで、コイル17cに駆動回路
21から駆動電流が供給されると、電磁気学的作用によ
ってコイル17cと永久磁石17aとの間には電磁力が
発生する。この時、作用・反作用の原理に基づき、コイ
ル17cに生じた電磁力はコイルサポート17dを介し
て架台15に固着されるケーシング17hへ伝達され、
架台15に作用し、この電磁力が制振力となる。一方、
永久磁石17a側に作用する電磁力は、支持ばね17e
のばね力とヨーク17bと永久磁石17aの慣性力の和
と釣り合う。
上記の力学的モデルを第5図に示す。図において、22
はヨーク17bと永久磁石17aの質量の和(m d 
)の付加重錘で、支持ばね17eのばね定数をKdで示
す、またUはコイル17bと永久磁石17aとの間で働
く電磁力である。また支持ばね17eはヨーク17bの
中立位置を確保する役割をも果たしている。
このように本実施例では、機関から発生した変動トルク
をシリンダ室の圧力センサ18によりって検出し、この
検出結果を圧力計19を介して制御回路20に入力し、
この制御回路20により所定の制御則でもって制御信号
に変換して駆動回路21を制御し、アクチュエータ17
を駆動する。このアクチュエータ17が発生する割振力
は、変動トルクを相殺するように架台15に作用するの
で、該架台15の振動角変位そのものが低減され、極め
て低振動のスターリング機関が実現できる。−なお、上
記実施例では圧力検出のために、シリンダ室内に圧力セ
ンサ18を設けたが、動力ピストン2に作用する圧力は
バッファ室102とシリンダ室101との圧力差である
ため、第6図に示すように、シリンダ室101とバッフ
ァ室102の両方に圧力センサ1B、23を装着し、第
7図に示すように、上記2つの圧力センサ18.23の
2つの信号を減算器24に入力し、これらを減算して動
力ピストン2に作用する差圧を演算するようにしてもよ
い。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、例えば付加重錘及び
この付加重錘を駆動する駆動源等からなり、制振力を発
生するアクチュエータを、スターリング機関が設置され
た架台に固定し、圧力センサによって上記スターリング
機関の圧力変動を検出して該検出結果に基づいて上記ス
ターリング機関から生ずる変動トルクに起因する架台振
動を低減するように上記アクチュエータを駆動制御する
ようにしたので、極めて低振動のスターリング機関が実
現できるとともに、負荷変動によって圧力が変化し、変
動トルクが変化してもこれに追随できるため、常に十分
な割振効果を期待できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例によるスターリング機関の
振動低減装置を示す側面構成図、第2図は該装置の圧力
センサの取り付は位置を示す断面図、第3図は該装置の
制御ブロック図、第4図は第1図に示すアクチュエータ
の断面図、第5図は第4図に示すアクチュエータの力学
的モデル図、第6図は本発明の他の実施例による圧力セ
ンサの取り付は位置を示す断面図、第7図は第6図に示
す実施例の制御ブロック図、第8図は従来のスターリン
グ機関の要部断面図である。 1・・・シリンダ、2・・・動力ピストン、12・・・
クランク軸、15・・・架台、16・・・弾性マウント
、17・・・アクチュエータ、18.23・・・圧力セ
ンサ、19・・・圧力計、20・・・制御回路、21・
・・駆動回路、22・・・付加重錘、24・・・減算器
、17a・・・永久磁石、17b・・・円筒状ヨーク、
17c・・・コイル、17d・・・コイルサポート、1
7e・・・支持ばね、17f・・・ガイド棒、17g・
・・軸受、17h・・・ケーシング。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 箔1図 12:り/’)、:)In 15:ダ〃 16 ノ豐−τ?クン/ 17:アクタ11−夕 第2図 第3図 第6図 10を 第7図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ディスプレーサの往復動によって圧力変動を生じ
    させ、上記圧力変動を動力ピストンに作用させて動力を
    得るようにしたスターリング機関において、 上記スターリング機関本体が設置される架台に固定して
    設けられ、外部からの駆動制御信号に応じた制振力を発
    生するアクチュエータと、 上記機関の圧力変動を検出する検出器と、 該検出器からの検出信号に基づいて、上記アクチュエー
    タで発生される制振力が上記機関の圧力変動に起因する
    架台の振動を打ち消すよう上記アクチュエータへの駆動
    制御信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とす
    るスターリング機関の振動低減装置。
  2. (2)上記アクチュエータは、付加重錘と、この付加重
    錘を駆動する駆動源とからなるものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載のスターリング機関の振
    動低減装置。
JP7999087A 1987-04-01 1987-04-01 スタ−リング機関の振動低減装置 Pending JPS63246452A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118462427A (zh) * 2024-07-12 2024-08-09 湖南大学 一种自由活塞式斯特林发电机混合减振系统及其方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60113840A (ja) * 1983-11-24 1985-06-20 Mitsubishi Motors Corp 車体振動低減装置
JPS611753B2 (ja) * 1976-05-31 1986-01-20 Ricoh Kk

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