專利名稱：斯特林發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉斯特林發(fā)動機，其中涉及自由活塞型斯特林發(fā)動機。
背景技術(shù)：
斯特林發(fā)動機由于使用氦氣、氫氣、氮氣等而不是氟隆作為工作氣體，所以作為不會導(dǎo)致臭氧層破壞的熱機而受到關(guān)注。在特許文獻1-3中可以看到斯特林發(fā)動機的例子。
特許文獻1特開2000-337725號公報(第2-4頁，圖1)特許文獻2特開2001-231239號公報(第2-4頁，圖1)特許文獻3特開2002-349347號公報(第5-6頁，圖1)斯特林發(fā)動機還沒有達到量產(chǎn)。為了量產(chǎn)化，至少需要改良組裝性，來確保組裝后的品質(zhì)穩(wěn)定性。
斯特林發(fā)動機基于微妙的平衡而使運轉(zhuǎn)成立，為了發(fā)揮期望的性能而需要適當(dāng)?shù)?、且仔?xì)地進行設(shè)計及組裝調(diào)整。所以對每1臺都不能缺少性能檢測。但是，斯特林發(fā)動機的結(jié)構(gòu)要素封入在壓力容器內(nèi)，即使發(fā)現(xiàn)了沒有表現(xiàn)出期望的性能，也不容易進行重新調(diào)整。在處理這種問題時，需要重新審視構(gòu)成斯特林發(fā)動機的外殼的壓力容器的構(gòu)造。本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，將壓力容器做成分割構(gòu)造、以及分割位置的設(shè)定，對組裝性及品質(zhì)穩(wěn)定性會帶來很大的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的是提供一種組裝性良好、可確保組裝后的品質(zhì)穩(wěn)定性、并且容易進行性能檢測后的調(diào)整的斯特林發(fā)動機。
為了達到上述目的，在本發(fā)明中，如下地構(gòu)成斯特林發(fā)動機，在具有壓力缸，往復(fù)運動自如地配置在壓力缸內(nèi)的活塞，與上述活塞具有相位差而往復(fù)運動的換置器，驅(qū)動上述活塞的線性馬達，和覆蓋上述壓力缸、活塞及線性馬達的壓力容器的斯特林發(fā)動機中，在上述壓力容器上設(shè)有分割部，并且該分割部偏置于比上述線性馬達的活塞支撐側(cè)端靠近換置器配置側(cè)的位置。分割部的位置優(yōu)選為上述線性馬達的活塞支撐側(cè)端與換置器側(cè)端之間。這是因為，如果分割部位于該位置，則固定在壓力容器上的密封端子(向線性馬達的電源供給端子)與線性馬達的引線的連接、以及引線的引繞變得容易。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，如果將壓力容器分割，則線性馬達的活塞支撐側(cè)露出。由于在該狀態(tài)下進行線性馬達的布線作業(yè)或活塞及換置器的組裝作業(yè)，所以組裝性較好。此外，由于可以不進行勉強的組裝作業(yè)，所以提高了品質(zhì)穩(wěn)定性。
此外，本發(fā)明的特征在于，在上述結(jié)構(gòu)的斯特林發(fā)動機中，上述分割部位于上述線性馬達的軸線方向中央部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，分割部相對于線性馬達的兩端的合成樹脂制尾架具有均等的距離。因此，在將分割部焊接而將壓力容器密封時，不易受到焊接熱帶來的損傷。這對于確保品質(zhì)穩(wěn)定性也是有利的。
此外，在本發(fā)明中，如下地構(gòu)成斯特林發(fā)動機，即，在具有壓力缸，往復(fù)運動自如地配置在壓力缸內(nèi)的活塞，與上述活塞具有相位差并往復(fù)運動的換置器，驅(qū)動上述活塞的線性馬達，和覆蓋上述壓力缸、活塞及線性馬達的壓力容器的斯特林發(fā)動機中，在上述壓力容器上設(shè)有分割部，該分割部是可以使用密封部件進行密封的臨時密封、和通過焊接進行密封的正式密封兩者的形狀。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在將壓力容器臨時密封而組裝好的狀態(tài)下，首先進行性能檢測，如果發(fā)現(xiàn)了不良狀況，能夠立即將壓力容器分解而排除不良狀況的原因。因而，不必將有不良狀況的制品作為不良品廢棄，不會產(chǎn)生資源的浪費。此外，能夠?qū)⑺械闹破吩跐M足品質(zhì)基準(zhǔn)的情況下出廠，提高了制品的可靠性。
此外，本發(fā)明的特征在于，在上述結(jié)構(gòu)的斯特林發(fā)動機中，上述分割部至少在一個壓力容器形成體上設(shè)有凸緣狀部，在該凸緣狀部上設(shè)有密封部件配置部，并且在該凸緣狀部的外側(cè)周向上配置有用來進行正式密封的焊接部位。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過將密封部件配置在凸緣狀部上，能夠容易地進行臨時密封。并且由于正式密封時的焊接部位為凸緣狀部的外側(cè)周向，所以能夠抑制對配設(shè)在壓力容器內(nèi)的構(gòu)造物帶來因焊接時的熱而變形等不良影響。另外，這種熱影響，例如在如用樹脂制造線性馬達的尾架的情況那樣，在壓力容器內(nèi)具有樹脂制構(gòu)造物的情況下容易發(fā)生，而本發(fā)明提供了對這種具有樹脂制構(gòu)造物的壓力容器適用的構(gòu)造。
此外，本發(fā)明的特征在于，在上述結(jié)構(gòu)的斯特林發(fā)動機中，上述分割部位于比上述線性馬達的活塞支撐側(cè)端靠近換置器配置側(cè)的位置。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在將壓力容器臨時密封而組裝好的狀態(tài)下進行性能檢測、結(jié)果發(fā)現(xiàn)了不良狀況的情況下，可以將壓力容器分割而使線性馬達、活塞、換置器的支撐部露出。由此，能夠容易地進行檢查、調(diào)整。
此外，本發(fā)明的特征在于，在上述結(jié)構(gòu)的斯特林發(fā)動機中，上述分割部位于上述線性馬達的軸線方向中央部。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，分割部相對于線性馬達的兩端的合成樹脂制尾架保持均等的距離。因此，在將分割部焊接而進行正式密封時，由于兩側(cè)的尾架均等地遠(yuǎn)離焊接部，所以不易受到焊接熱量帶來的損傷。這對于確保品質(zhì)穩(wěn)定性也是有利的。
根據(jù)本發(fā)明，通過將壓力容器做成分割構(gòu)造，并在該分割部的位置與形狀上做了努力，可以獲得組裝性的提高、品質(zhì)穩(wěn)定性的提高、可靠性的提高、檢查及調(diào)整的容易程度的提高等各種效果。


圖1是第1實施方式的斯特林發(fā)動機的完成品的剖視圖。
圖2是第1實施方式的斯特林發(fā)動機的臨時接合階段的剖視圖。
圖3是圖2的要部放大圖。
圖4是第1實施方式的斯特林發(fā)動機的完成品的剖視圖。
附圖標(biāo)記說明1 斯特林發(fā)動機10、11 壓力缸12 活塞13 換置器20 線性馬達45 壓縮空間
46 膨脹空間50 壓力容器51 回彈空間52 環(huán)狀部53 圓頂狀部54、55 凸緣狀部57 密封部件配置部58 焊接部71、72 緊固環(huán)73 螺栓80 凸緣狀部具體實施方式
下面參照

本發(fā)明的實施方式。圖1-圖3中表示第1實施方式。圖1是斯特林發(fā)動機的完成品的剖視圖，圖2是臨時接合階段的剖視圖，圖3是圖2的要部放大圖。
作為斯特林發(fā)動機1的組裝的中心的是壓力缸10、11。壓力缸10、11的軸線在同一直線上排列。在壓力缸10中插入著活塞12，在壓力缸11中插入著換置器13?；钊?2及換置器13在斯特林發(fā)動機1的運轉(zhuǎn)過程中，在氣體軸承的構(gòu)造的作用下，不與壓力缸10、11接觸地往復(fù)運動。
在活塞12的一端固定著杯狀的磁鐵支架14。換置器軸15從換置器13的一端突出。換置器軸15可沿軸向自由滑動地貫穿活塞12及磁支架14。在斯特林發(fā)動機1的運轉(zhuǎn)過程中，換置器軸15不與活塞12接觸地運動。
壓力缸10將線性馬達20保持在與活塞12的動作區(qū)域相對應(yīng)的部分的外側(cè)。線性馬達20具有外側(cè)軛架22，具有線圈21；內(nèi)側(cè)軛架23，設(shè)置為與壓力缸10的外表面接觸；環(huán)狀的磁鐵24，插入在外側(cè)軛架22和內(nèi)側(cè)軛架23之間的環(huán)狀空間中；合成樹脂制的尾架26、27，將外側(cè)軛架22和內(nèi)側(cè)軛架23保持為規(guī)定的位置關(guān)系；隔離件25，用來將該尾架26、27保持為一定的距離。磁鐵24固定、支撐在磁鐵支架14上，使其與外側(cè)軛架22和內(nèi)側(cè)軛架23都不接觸。
在磁鐵支架14的中心部分上固定著彈簧30的中心部。在換置器軸15上固定著彈簧31的中心部固定。彈簧30、31的外周部固定在尾架27上。在彈簧30、31的外周部彼此之間配置有隔離件32，由此彈簧30、31保持一定的距離。彈簧30、31是在圓板形的材料上形成了螺旋狀的切口，分別與活塞12、換置器13發(fā)生共振。
在壓力缸11中的端部(與換置器13的動作區(qū)域相對應(yīng)的部分)的外側(cè)配置有傳熱頭40、41。傳熱頭40為環(huán)狀、傳熱頭41為帽狀，都由銅或銅合金等熱傳導(dǎo)較好的金屬構(gòu)成。傳熱頭40、41以分別夾著環(huán)狀的內(nèi)部熱交換器42、43的形式支撐在壓力缸11的外側(cè)。內(nèi)部熱交換器42、43分別具有透氣性，將通過內(nèi)部的工作氣體的熱量傳遞給傳熱頭40、41。在傳熱頭40上連結(jié)著壓力缸10及壓力容器50。
由傳熱頭40、壓力缸10、11、活塞12、以及內(nèi)部熱交換器42圍成的環(huán)狀的空間成為壓縮空間45。由傳熱頭41、壓力缸11、換置器13、以及內(nèi)部熱交換器43圍成的空間成為膨脹空間46。
在內(nèi)部熱交換器42、43之間配置有再生器47。再生器47也具有透氣性，其內(nèi)部通過工作氣體。再生器軟管48包圍再生器47的外側(cè)。再生器軟管48在傳熱頭40、41之間構(gòu)成氣密通路。
筒狀的壓力容器50覆蓋線性馬達20、壓力缸10、以及活塞12。壓力容器50的內(nèi)部成為回彈空間51。壓力容器50的構(gòu)造在后面詳細(xì)地說明。
在壓力容器50上安裝有振動抑制裝置60。振動抑制裝置60由固定在壓力容器50上的框架61、支撐在框架61上的板狀的彈簧62、和受彈簧62支撐的物體(質(zhì)量)63構(gòu)成。
斯特林發(fā)動機1如下地動作。如果對線性馬達20的線圈21供給交流電流，則在外側(cè)軛架22和內(nèi)側(cè)軛架23之間產(chǎn)生貫通磁鐵24的磁場，磁鐵24沿軸向往復(fù)運動。通過供給與由活塞系統(tǒng)(活塞12、磁鐵支架14、磁鐵24、以及彈簧30)的總質(zhì)量和彈簧30的彈簧常數(shù)決定的共振頻率一致的頻率的電力，活塞系統(tǒng)開始平滑的正弦波狀的往復(fù)運動。
此外，將由換置器系統(tǒng)(換置器13、換置器軸15、以及彈簧31)的總質(zhì)量和彈簧31的彈簧常數(shù)決定的共振頻率設(shè)定為與活塞12的驅(qū)動頻率共振。
并且，如果使活塞12往復(fù)運動，則壓縮空間反復(fù)被壓縮、膨脹。隨著該壓力的變化，換置器13也往復(fù)運動。此時，因壓縮空間45和膨脹空間46之間的流動阻抗等，在換置器13與活塞12之間產(chǎn)生相位差。如上述那樣，自由活塞構(gòu)造的換置器13與活塞12的振動頻率具有相位差而同步振動。
通過這樣的動作，在壓縮空間45和膨脹空間46之間形成斯特林循環(huán)。在壓縮空間中，根據(jù)等溫壓縮變化，動作氣體的溫度上升，而根據(jù)等溫膨脹變化，工作氣體的溫度降低。因此，壓縮空間45的溫度上升，膨脹空間46的溫度下降。
在運轉(zhuǎn)過程中，在壓縮空間45與膨脹空間46之間往復(fù)運動的工作氣體在通過內(nèi)部熱交換器42、43時，其所具有的熱量通過內(nèi)部熱交換器42、43良好地傳遞給傳熱頭40、41。由于從壓縮空間45向再生器47中流入的工作氣體是高溫的，所以傳熱頭40被加熱，傳熱頭40成為暖頭。由于從壓縮空間46向再生器47中流入的工作氣體是低溫的，所以傳熱頭41被冷卻，傳熱頭41成為冷頭。通過從傳熱頭40將熱量向大氣中釋放，由傳熱頭41將特定空間的溫度降低，斯特林發(fā)動機發(fā)揮作為冷凍機的功能。
再生器47起到不將壓縮空間45與膨脹空間46的熱量傳遞給對方一側(cè)的空間，而僅使工作氣體通過的作用。從壓縮空間45經(jīng)由內(nèi)部熱交換器42進入到再生器47中的高溫的工作氣體在通過再生器47時將其熱量傳給再生器47，在溫度降低后的狀態(tài)下流入到膨脹空間46中。從壓縮空間46經(jīng)由內(nèi)部熱交換器43進入到再生器47中的低溫的工作氣體在通過再生器47時從再生器47回收熱量，在溫度升高后的狀態(tài)下流入到壓縮空間45中。即，再生器47發(fā)揮作為蓄熱裝置的作用。
壓力容器50的構(gòu)造如下。即，壓力容器50被兩分割為與傳熱頭40接合的作為壓力容器形成體的一部分的環(huán)狀部52、和與該環(huán)狀部52接合的作為壓力容器形成體的另一部分的圓頂狀部53。分割面位于與斯特林發(fā)動機1的軸線為直角、且橫截線性馬達20的位置。橫截位置為比線性馬達20的活塞支撐端側(cè)靠近換置器配置側(cè)的位置。在本實施方式中，橫截線性馬達20的軸線方向中央部。
環(huán)狀部52、圓頂狀部53都是不銹鋼制。環(huán)狀部52的一端被拉深成帶狀，釬焊在傳熱頭40上。帶狀的拉深部52a起到縮小回彈空間51的容積的作用。在環(huán)狀部52的另一端、和與其相對的圓頂狀部53的開口端，配設(shè)有凸緣狀部54、55。
使用圖3詳細(xì)地說明凸緣狀部54、55的構(gòu)造。凸緣狀部54、55都是將分別成形的不銹鋼制的環(huán)焊接在環(huán)狀部52與圓頂狀部53上而形成的。焊接是角焊接56。在凸緣狀部54、55的內(nèi)側(cè)周向上，設(shè)有使凸緣狀部54側(cè)變凹、使凸緣狀部55側(cè)變凸的密封部件配置部57。在臨時密封時通過將環(huán)狀的密封部件70配置在密封部件配置部57上，可以保持密封。
在與凸緣狀部54、55的接合面相反側(cè)的面上，形成為具有凹狀的階差的形狀，使得釬焊材料不會從臨時密封時的與緊固環(huán)71、72抵接的抵接面、即實施了角焊接56時的抵接面流出。
在凸緣狀部54、55的內(nèi)表面上分別形成有環(huán)狀槽74。在環(huán)狀槽74中配置有保持凸緣狀部54、55和環(huán)狀部52、圓頂狀部53之間的氣密的環(huán)狀的密封部件75。
凸緣狀部54、55最后將相互的端面的外側(cè)彼此焊接，通過焊接部58(參照圖1)進行正式接合。為了焊接，在凸緣狀部54、55的接縫上沿外側(cè)周向形成有作為焊接部位的坡口部59(參照圖3)，從而容易盛裝釬焊材料。在本發(fā)明中，在通過焊接進行正式接合之前進行臨時接合，在該狀態(tài)下進行作為斯特林發(fā)動機的性能檢測。
臨時密封是如下這樣進行的。首先，如圖3所示，將密封部件70裝入到凸緣狀部54側(cè)的密封部件配置部57中。密封材料70是0環(huán)。然后，如果使凸緣狀部55的端面?zhèn)扰c凸緣狀部54的端面抵接，則密封部件70成為夾在凸緣狀部54、55之間的形狀。
接著，如圖2所示，用一對緊固環(huán)71、72將凸緣狀部54、55夾住。如果用螺栓73將該緊固環(huán)71、72緊固，則密封部件70被壓縮變形，提高了凸緣狀部54、55之間的氣密性。由此，即使提高壓力容器50的內(nèi)壓，工作氣體也不會泄漏。
在臨時密封的狀態(tài)下進行斯特林發(fā)動機1的性能檢測。如果發(fā)現(xiàn)了不良狀況，則松開螺栓73而解除緊固環(huán)71、72的緊固，將圓頂狀部53從環(huán)狀部52拆下。接著進行各部分的檢查及調(diào)整。由于在橫截線性馬達20的位置上具有分割部，所以如果將圓頂狀部53拆下則線性馬達20成為露出狀態(tài)，能夠容易地進行線性馬達20的檢查、調(diào)整。
進行檢查、調(diào)整而將不良狀況的原因排除后，再次蓋上圓頂狀部53而進行臨時接合，再次檢測性能。
如果可以確認(rèn)出所期望的性能，則從臨時密封轉(zhuǎn)移到正式密封。拆下緊固環(huán)71、72而通過將錐部59焊接來進行正式密封。在開始焊接前將密封部件70拆下。另外，如果可以承受焊接的熱量，也可以將密封部件70原樣留在凸緣狀部54、55之間。密封部件75由于不能拆下，所以可承受焊接的熱量是必要條件。
正式密封的焊接部位是凸緣狀部54、55的外周部彼此之間，遠(yuǎn)離壓力容器50內(nèi)的結(jié)構(gòu)要素。因而，壓力容器50內(nèi)的結(jié)構(gòu)要素因焊接熱量而受到損傷的比率降低。
在本實施方式中，壓力容器50的分割部位于線性馬達20的軸線方向中央部。因此，能夠在焊接部位與尾架26、27之間均等地確保距離，焊接的熱量不易到達尾架26、27中的任一個。因而，即使在使用合成樹脂制的尾架26、27的情況下，也不易因熱量而受到損傷。特別是，在本實施方式的結(jié)構(gòu)中，將彈簧30、31固定在尾架27上。因此，如果尾架27變形，則彈簧30、31有可能發(fā)生位置偏移。如果發(fā)生該位置偏移，則會給壓縮空間45、膨脹空間46的容積、以及活塞及換置器的振動系統(tǒng)造成影響。但是，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于不會因焊接時的熱量的影響而發(fā)生這種位置偏移，所以能夠良好地發(fā)揮性能。
在本實施方式中，雖然將分割部做成能夠進行臨時密封和正式密封兩者的形狀，但也可以采用只能夠進行正式密封的形狀。在這種情況下，雖然不能解除臨時密封而進行檢查及調(diào)整，但在組裝工序中的布線作業(yè)、具體而言是在固定在壓力容器上的密封端子(向線性馬達的電源供給端子)和線性馬達的引線的連接、引線的引繞變得容易的效果是共通的。此外，不易受到焊接熱量帶來的不良影響的優(yōu)點也是共通的。
圖4表示第2實施方式。圖4是斯特林發(fā)動機的完成品的剖視圖。對于與第1實施方式相同的結(jié)構(gòu)要素、或功能上共通的結(jié)構(gòu)要素，原樣賦予第1實施方式的說明中所使用的附圖標(biāo)記，省略其說明。
壓力容器50由在開口端上焊接環(huán)而形成了凸緣狀部55的圓頂狀部53、和傳熱頭40構(gòu)成。壓力容器50的分割面位于比線性馬達20靠近換置器13側(cè)的位置。
用螺栓73將壓力容器50的凸緣狀部55、與卡合在傳熱頭40上的凸緣狀部30緊固，進行臨時密封。在凸緣狀部55與凸緣狀部80之間、傳熱頭40的外周面與凸緣狀部80的內(nèi)周面之間、以及傳熱頭40的外側(cè)面與凸緣狀部80的內(nèi)側(cè)面之間分別夾入了密封部件70，提高了氣密性。
在第2實施方式中，以作為“臨時密封”而指定的緊固力矩將螺栓73緊固，進行斯特林發(fā)動機1的性能檢測。如果發(fā)現(xiàn)了不良狀況，則松開螺栓73，將凸緣狀部55、80的連結(jié)解除，將圓頂狀部53從傳熱頭40拆下，進行各部分的調(diào)整。在重新調(diào)整后，再次蓋上圓頂狀部53而進行臨時密封，進行性能檢測。如果能夠確認(rèn)出所期望的性能，則將螺栓73與凸緣狀部80拆下，將傳熱頭40與凸緣狀部55焊接，進行正式密封。
以上說明了本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的范圍并不受此限制，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可加以各種改變來實施。
工業(yè)實用性本發(fā)明在制造斯特林發(fā)動機的方面可以廣泛利用。
權(quán)利要求
1.一種斯特林發(fā)動機，具有壓力缸，往復(fù)運動自如地配置在壓力缸內(nèi)的活塞，與上述活塞具有相位差并往復(fù)運動的換置器，驅(qū)動上述活塞的線性馬達，和覆蓋上述壓力缸、活塞及線性馬達的壓力容器；在上述壓力容器上設(shè)有分割部，該分割部偏置于比上述線性馬達的活塞支撐側(cè)端靠近換置器配置側(cè)的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的斯特林發(fā)動機，上述分割部位于上述線性馬達的軸線方向中央部。
3.一種斯特林發(fā)動機，具有壓力缸，往復(fù)運動自如地配置在壓力缸內(nèi)的活塞，與上述活塞具有相位差并往復(fù)運動的換置器、驅(qū)動上述活塞的線性馬達，和覆蓋上述壓力缸、活塞及線性馬達的壓力容器；在上述壓力容器上設(shè)有分割部，該分割部是可以使用密封部件進行密封的臨時密封、和通過焊接進行密封的正式密封兩者的形狀。
4.如權(quán)利要求3所述的斯特林發(fā)動機，上述分割部至少在一個壓力容器形成體上設(shè)有凸緣狀部，在該凸緣狀部上設(shè)有密封部件配置部，并且在該凸緣狀部的外側(cè)周向上配置有用來進行正式密封的焊接部位。
5.如權(quán)利要求3或4所述的斯特林發(fā)動機，上述分割部偏置于比上述線性馬達的活塞支撐側(cè)端靠近換置器配置側(cè)的位置。
6.如權(quán)利要求5所述的斯特林發(fā)動機，上述分割部位于上述線性馬達的軸線方向中央部。
全文摘要
本發(fā)明的斯特林發(fā)動機由筒狀的壓力容器覆蓋壓力缸、活塞、以及線性馬達。壓力容器在比線性馬達的活塞支撐側(cè)端靠近換置器配置側(cè)的位置被分割為環(huán)狀部和圓頂狀部。在分割部上，在環(huán)狀部和圓頂狀部上分別形成有向外的凸緣狀部。將兩者的凸緣狀部彼此合在一起，用緊固環(huán)和螺栓緊固，進行壓力容器的臨時密封。在該狀態(tài)下進行性能檢測后，將凸緣狀部的外周部彼此焊接而進行壓力容器的正式密封。
文檔編號F25B9/14GK1820169SQ20048001959
公開日2006年8月16日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者吉村和士, 高井健二, 北村義之, 山上真司, 坂元仁, 安村浩至 申請人:夏普株式會社