CN101373109B

CN101373109B - 斯特林循环机

Info

Publication number: CN101373109B
Application number: CN2008102136246A
Authority: CN
Inventors: 齐藤守; D·M·贝尔舒维兹
Original assignee: TWINBIRD INDUSTRIAL Co Ltd; Global Cooling BV
Current assignee: TWINBIRD INDUSTRIAL Co Ltd; Twinbird Corp; Global Cooling BV
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: DE102008041180B4; JP2009047139A; DE102008041180A1; US7692339B2; US20090193805A1; CN101373109A; JP5038820B2

Abstract

本发明提供一种廉价和有效的自由活塞型斯特林循环机，其整机的外径较小。一种作为斯特林循环机的自由活塞型斯特林制冷循环机，其包括汽缸(7)、在所述汽缸(7)中往复运动的活塞(18)以及由动子(20)和定子(35)组成的电磁机构(19)，其中所述动子(20)配置成使所述永磁体(24)设置在由磁导材料制成的内轭(23)的外侧，所述活塞(18)与动子(20)以轴向排列设置，而所述定子(35)和所述汽缸(7)也以轴向排列设置。通过这样的配置，可减小所述电磁驱动机构(19)的动子(20)的外径(Rm)，因而可减小在所述动子(20)外侧设置的所述定子(35)的内径(Rs)和外径，以及最终减小整个斯特林循环制冷机的外径。

Description

斯特林循环机

【技术领域】

本发明涉及一种诸如斯特林循环制冷机或动力机的斯特林循环机。

【背景技术】

按常规，像在这类型的斯特林循环机中一样，一种自由活塞型斯特林循环机设有一可滑动地插入汽缸内的活塞，以及大家都知道(例如，日本专利公开号为3769751)一种驱动装置(相当于本发明的电磁机构)设置在以往复驱动所述活塞的汽缸近端外周侧上。所述的驱动装置包括：与所述活塞近端连接的动子，所述动子包括在所述汽缸近端侧的外周上同轴延伸的短筒形支架和与所述支架固定的永磁体；定子，其包括设置在接近所述永磁体外周的环状电磁感应圈和电磁铁芯；以及设置在接近所述永磁体内周的导磁部分(其相当于本发明的内轭)。通常，如图13所示，所述的导磁部分通过用制成预定形状的薄钢板以径向排列而配置成整体上呈圆筒形，径向排列即为每一薄钢板的侧向自中轴放射状排列。另一种公知的自由活塞型斯特林制冷机包括设有移动轭(相当于本发明的内轭)的托架，所述的托架限定自由活塞型斯特林制冷机的电磁驱动机构(相当于本发明的电磁机构)，其中永磁体与所述移动轭连接(例如，在未审查的日本专利申请公开号为2004-180377中)。通过所述永磁体和所述移动轭连接，在所述内轭和所述永磁体之间就没有间隙，这样可以防止磁通密度的减少，而提高所述电磁驱动机构的功率密度。

【发明内容】

传统的自由活塞型斯特林循环机的问题在于整个斯特林循环机的外径过大，这是因为所述驱动装置的动子设置在所述活塞的外周侧，而且还有所述驱动装置的定子设置在所述动子的外侧。如果斯特林循环机的外径较大，则外壳要加厚以便承受内压，这样，斯特林循环机变得较笨重且制造成本也增加。通过减少电磁感应圈的匝数来减小所述定子的外径有可能减少铜的用量，然而，这又会出现电磁机构的性能下降的问题(驱动装置的机械动力输出或发电装置的机械动力的发电下降)，因为所述线圈产生的磁场变弱。还有可能使构成电磁感应圈的金属线变细，以确保电磁感应圈的匝数以及形成较小的定子外径，然而，这也会引起效率降低，因为金属线变细会引起铜耗增加。

因此，本发明的目的在于解决上述的问题，并提供一种廉价和有效的自由活塞型斯特林循环机，其整机的外径较小。

依照本发明权利要求1所述的一自由活塞型斯特林循环机，其包括汽缸、在所述汽缸中往复运动的活塞以及由定子和动子组成的电磁机构，其中所述动子由内轭和永磁体构成，所述的内轭由磁通导电材料制成，所述的永磁体设置在所述内轭的外侧，所述电磁机构的所述动子和所述活塞以轴向排列设置，以及所述电磁机构的所述定子以及所述汽缸也以轴向排列设置。

权利要求2所述的自由活塞型斯特林循环机是一依据权利要求1所述的斯特林循环机，其特征在于，所述动子的永磁体由所述活塞和限定所述动子的动子底部夹持并固定。

权利要求3所述的自由活塞型斯特林循环机是一依据权利要求1或2所述的斯特林循环机，其特征在于，所形成的动子的外径等于或小于所述活塞外径。

权利要求4所述的自由活塞型斯特林循环机是一依据权利要求1或2所述的斯特林循环机，其特征在于，所形成的定子的内径等于或大于所述汽缸内径。

权利要求5所述的自由活塞型斯特林循环机是一依据权利要求1至4中任一项所述的斯特林循环机，其特征在于，所述活塞的至少动子侧由电绝缘材料构成。

权利要求6所述的自由活塞型斯特林循环机是依据权利要求1至5中任一项所述的斯特林循环机，其特征在于，所述的内轭由金属线构成，而所述的金属线与所述动子和活塞的轴向大致上平行排列。

依照本发明权利要求1所述的斯特林循环机，通过如上所述制造的斯特林循环机，与传统结构中仅仅活塞外径相比，可减小所述电磁机构的动子外径。通过这样的配置，对于整个斯特林循环机来说，可减小设置在所述动子外侧的所述电磁机构的定子的内径和外径。此外，当所述电磁机构的定子内径和外径因设置在所述动子外部因而减小时，则与传统结构相比还可缩短线圈的金属线的长度，如果线圈的金属线厚度和匝数与传统结构相同的话。换句话说，如果电磁感应圈的横截面积与传统电磁机构的相同，那么由于平均线圈直径较小，本发明所用的铜量也较少。因此，不仅用铜量减少，而铜耗也减少，在这方面，可提高电磁机构的效率。

通过由所述活塞和所述动子底部夹持并固定所述动子的永磁体，所述活塞和动子可成为一体，以致于所述活塞和动子的组装容易，而且所述的斯特林循环机在轴向的尺寸也可减到最小。

此外，通过使所述动子的外径等于或小于所述活塞的外径，即使所述动子与所述活塞一起向所述汽缸移动，也可防止所述动子靠在所述汽缸上。

而且，通过使所述定子的内径等于或大于所述汽缸的内径，即使所述活塞与所述动子一起向所述定子移动，也可防止所述活塞靠在所述定子上。

另外，通过由电绝缘材料构成所述活塞至少所述动子侧，则所述活塞不会产生涡流，因此，涡流损耗可以保持在较低水平。这样可实现防止所述电磁机构的效率下降。

因为所述的内轭由金属线构成，而所述金属线与所述动子和活塞的轴向大致上平行排列设置，则可增加所述内轭的堆积密度，并且与具有以筒形和径向排列配置的薄钢板的传统内轭相比，可提高所述电磁机构的承载磁的能力。换句话说，如果所述内轭的横截面积与传统内轭的横截面积相同，则与使用薄钢板的传统结构相比，可减小所述内轭的外径或内径。因此，可减小所述动子的外径、位于所述动子外侧的所述定子的内径和外径以及最终减小整个斯特林循环机的外径。

【附图简要说明】

图1所示为本发明第一实施例的自由活塞型斯特林循环制冷机的截面图；

图2所示为本发明第一实施例的自由活塞型斯特林循环制冷机主要部件的放大截面图；

图3所示为本发明第一实施例的自由活塞型斯特林循环制冷机的放大截面图，其中该制冷机处于电磁驱动机构的定子固定在汽缸上；

图4所示为本发明第一实施例的自由活塞型斯特林循环制冷机的放大截面图，其中该制冷机处于一电磁驱动机构的动子固定在活塞上；

图5所示为第一实施例与传统结构的比较图，其中(a)为第一实施例的结构，(b)为传统结构；

图6所示为本发明第二实施例的自由活塞型斯特林循环机主要部件的放大截面图；

图7所示为本发明第三实施例的自由活塞型斯特林循环机主要部件的放大截面图；

图8所示为本发明第四实施例的自由活塞型斯特林循环机主要部件的放大截面图；

图9所示为本发明的第四实施例的动子的放大截面图，以与轴线方向正交线截取；

图10所示为动子的放大截面图，其中当金属线的截面呈六角形时，以与轴线方向正交线截取；

图11所示为动子的放大截面图，其中当金属线的截面呈四讵边形时，以与轴线方向正交线截取；

图12所示为动子的放大截面图，其中当金属线的截面呈三角形时，以与轴线方向正交线截取；以及

图13所示为传统内轭的截面图。

【具体实施方法】

以下参照附图1至5对本发明的第一实施例进行说明。在该实施例中，以一种自由活塞型斯特林循环制冷机作为自由活塞型斯特林循环机的例子来说明。参照图1，其作为标准工位说明如下。在图1中，数字1表示外壳。该外壳1包括：上壳2，其圆柱形部分2A相对于中轴线Z大致呈圆柱形，其盘形部分2B在所述圆柱形部分2A底端形成；以及下壳3，其构成斯特林循环制冷机的机身段。所述上壳2由诸如不锈钢制成。所述圆柱形部分2A的近端部分4、中间部分5和远端部分6与盘形部分2B相互构成一整体。

在所述的外壳1内部，汽缸7以与中轴线Z同轴设置。该汽缸7使用铝或其它类似材料与凸缘形固定件8和连接臂9构成一体。所述固定件8在接近汽缸7底端与汽缸7构成一体。固定件8采用这样一种结构，以致使固定件8的一侧表面8A与在所述上壳2的盘形部分2B下表面上形成的固定件部分2C接触。所述固定件8通过螺钉与所述固定件部分2C固定，而固定件8的另一侧表面8B与外轭38的上端接触，其中该外轭包括有时称之“直线电动机”(稍后解释)的电磁驱动机构19的定子35。此外，在所述固定件8上，多条连接臂9向下并大致上与所述汽缸7的轴向平行从所述固定件8一直到所述汽缸7，并且在它们的末端(下端)形成内螺纹9A。在所述汽缸7的远端部分6一侧上，与汽缸7分离的加长汽缸10以与中轴线Z同轴地和接近远端部分6的汽缸7的末端连接。在所述汽缸7的末端侧上和所述加长汽缸10的内部，沿中轴线Z可滑动地接纳排出器11。此外，在所述排出器11的末端与所述圆柱形部分2的远端部分6之间设有一膨胀室E，而所述加长汽缸10的内部和外部经过一孔12互相连通。在所述中间部分5，在圆柱形部分2的内周边和所述加长汽缸10的外周边之间设有回热器13。在近端部分4中，在所述的汽缸7本身上设有使通孔14，其使汽缸7的内部能够与其外部连通。在所述圆柱形部分2的远端部分6的内周边和所述加长汽缸10末端的外周边之间设有当作热接受器的传热片15，而在所述圆柱形部分2A的内周边和在所述回热器13和通孔14中间的所述汽缸7的外周边之间设有当作热排出器的传热片16。此外，形成一信道，该信道从所述加长汽缸10的内末端经过孔12、传热片15、回热器13、传热片16以及通孔14一直到达在所述汽缸7内部设有的加压室C。

在所述上壳2和所述下壳3的近端部分4内部包括动子组件17。所述的动子组件17包括：在上侧设置的大致上呈圆柱形活塞18；以及在所述活塞18下侧设置的电磁驱动机构19的动子20。所述活塞18与上述的动子20相对于中轴线Z同轴连接。此外，杆通孔21在活塞18内同轴形成，而排出杆31(稍后说明)插入到杆通孔21内。另一方面，所述的动子20包括：限定动子底部的主基体22；在所述主基体22外周边上安装的内轭23；在所述内轭23外周边上安装的永磁体24；所述永磁体24轴向定位用的垫块25；以及限定所述动子底部并为使所述内轭23与所述主基体22固定而设置的固定件26。在所述主基体22的中心，对应于所述杆通孔21形成杆通孔27。如图4所示，所述活塞18和所述动子20相对于中轴线Z同轴连接，通过在所述固定件26上形成和位于所述动子20上端侧上的外螺纹28从所述活塞18的下端插入所述活塞18，然后，把外螺纹28拧入在所述活塞18一内侧形成的内螺纹29，以轴向相互靠近。所述永磁体24由所述活塞18和主基体22(动子底部)间接地通过所述内轭23和垫块25，再使所述固定件26的外螺纹28拧入所述活塞18的内螺纹29内而夹持并固定。如上所述，所述永磁体24可以容易地由所述动子20固定，通过使所述永磁体24在所述活塞18和主基体22之间夹持并固定，籍此不但可以容易地组装该动子组件17，而且还可以使该动子组件17轴向尺寸减到最小，因为所述活塞18和所述动子20轴向地相互靠近设置。所述活塞18的外径Rp略比所述动子20的外径Rm大。

所述垫块25可由电绝缘材料构成，也可以由与所述活塞18相同的材料构成。

所述活塞18和所述动子20操作控制的第一片状弹簧30的中间部分固定在所述主基体22上。此外，使所述排出杆31的一端与所述排出器11近侧连接以控制所述排出器11的操作，而所述排出杆31的另一端与第二片状弹簧32的中间部分连接。所述排出杆31以这样的方式延伸，即使动子组件17穿过所述活塞18的杆通孔21和所述主基体22的杆通孔27。所述第一片状弹簧30外周边部分紧靠在所述连接臂9的末端上。筒形垫块33设置在所述第一片状弹簧30的外周边部分和所述第二片状弹簧32的外周边部分之间。通过使穿过所述第二片状弹簧32、垫块33和第一片状弹簧30的螺栓与所述连接臂9的内螺纹9A作缧纹接合，使所述第一片状弹簧30和第二片状弹簧32在其彼此间隔开的情况下，固定在所述连接臂9上。因此，在所述的下壳3中，所述第一片状弹簧30比第二片状弹簧32更加接近所述汽缸7的近端侧，相差所述垫块33的长度。

数字35表示所述电磁驱动机构19的定子。所述定子35包括：在线轴36上缠绕的电磁感应圈37；以及外轭38和39，所述外轭38和39以从上下两边夹持电磁感应圈37的方式配置。以这样的方式形成带开口38A和39A的外轭38和39，即该开口38A和39A不与所述连接臂9接触。在固定件8和固定圈40之间设置所述定子35，而且穿过所述固定圈40的螺栓41以缧纹固定在所述固定件8上设置的内螺纹上(图中未示)。这样，所述定子35与所述固定件8固定，并最终与所述固定件8整体上形成的所述汽缸7固定。在所述定子35的外轭38和39上以这样的方式形成开口(图中未示)，即所述开口不与所述螺栓41接触。在这种情况下，如图3所示，所述汽缸7和所述定子35相对于中轴线Z以轴向同轴排列。此外，所述汽缸7的内径Rc略比所述定子35的内径Rs小。所述动子组件17的活塞18可滑动地插入所述汽缸7内，并且所述动子组件17的动子20设置在所述定子35的内部。

所述的下壳3设有连接件42，以将电供给所述电磁驱动机构19的定子35的电磁感应圈。

接下来对本发明实施例的效果进行说明。首先，电源线(图中未示)与连接件42连接。然后，从设置在所述外壳1外部的电源(图中未示)穿过一驱动电路(图中未示)和所述电源线，将预定频率的交流电供给所述电磁驱动机构19的定子35的所述电磁感应圈37。如上所述，将交流电供给所述电磁感应圈37，由电磁感应圈37产生一交变磁场并集中在所述外轭38和39的周围。然后，由所产生的交变磁场产生使永磁体24沿汽缸7的轴向往复移动的力。由于这种力，与包括所述永磁体24和内轭23的动子20连接的活塞18开始在汽缸7内沿汽缸7的轴向往复移动。当活塞18移向排出器11时，活塞18上面所有的气体被压缩。压缩气体的压力比活塞18另一侧的压力高，因此在排出杆31上产生力，并籍此迫使排出器11移动以便移动气体。然后，加压室C中的较暖气体经过通孔14、传热片16、回热器13、传热片15以及孔12，流向位于排出器11末端和圆柱形部分2A远端部分6之间的膨胀室E。另一方面，当活塞18移离排出器11时，则活塞18上的气体会减压，而排出器11以相反的方式移动，并且膨胀室E中的气体经过孔12、传热片15、回热器13、传热片16以及通孔14流向加压室C。在整个过程中，将实现由两次近似的等温变化和两次近似的等容变化构成的可逆循环，由此，使所述膨胀室E的相邻部分处于低温状态，而加压箱C的相邻部分则处于高温状态。

如上所述，在本发明中，所述动子20的外径Rm与传统结构相比可以减小，该外径处于部件从内向外大致上同轴排列，也就是说，活塞18’处于最内部，接着为一汽缸7’、内轭23’(传统结构中其包括在定子35’内)、动子20’并且定子35’处于最外部，因为所述活塞18和所述电磁驱动机构19的动子20在轴向上相互靠近地设置，以及所述汽缸7和所述电磁驱动机构19的定子35在轴向上同轴相互靠近地设置。依照如上所述的配置，在所述动子20外侧设置的所述定子35的内径Rs和外径也可以减小，因此，斯特林循环制冷机的圆柱形机身段的尺寸也可减小。换句话说，如图5所示，如果所述活塞18的外径Rp和所述汽缸7的内径Rc分别与传统结构中所述活塞18’的外径Rp’和所述汽缸7’的内径Rc’相等(Rp＝Rp’，Rc＝Rc’)，则与一传统结构中所述定子35’的内径Rs’相比，可减小所述定子35内径Rs的长度，相差为传统结构中的所述汽缸7’、所述内轭23’和动子20’的总厚度。(在本发明中，所述定子35的内径Rs所减少的尺寸，即所述定子35的内径Rs和传统结构中所述定子35’的内径Rs’之间的差别，例如，根据传统结构中部件之间的空隙变化，或根据所述定子35的内径Rs和所述汽缸7的内径Rc之间的差别变化。)因为所述定子35的外径和内径Rs的长度与传统结构相比可减小，故而构成电磁感应圈37的电线长度与传统结构相比也可减短，在这种情况下，待缠绕于所述定子35上构成电磁感应圈37金属线的厚度和匝数相等。采用这样的结构可以减少铜耗，并最终可以提高电磁机构的效率而总体也可以减小。如上所述，由于所述电磁驱动机构19的所述动子20和所述活塞18轴向排列，以及所述电磁驱动机构19的定子35和所述汽缸7轴向排列，就有可能使斯特林循环制冷机的轴向尺寸增大。因为所述活塞18和所述动子20相互靠近设置，以及所述汽缸7和所述定子35相互靠近设置，所以可使斯特林循环制冷机的轴向尺寸减到最小。

如上所述，由于所述汽缸7的内径Rc略比所述定子35的内径Rs小，而所述活塞18的外径Rp略比所述动子20的外径Rm大，故而可防止所述动子20的永磁体24与所述汽缸7的内表面接触，并也可防止所述活塞18与所述定子35的外轭38和39的内表面接触。因此，万一所述活塞18或所述动子20由于一些原因或在制造过程中的移动超出预定行程，则仍可防止因所述活塞18与外轭38和39的内表面接触而损坏。此外，还可防止所述汽缸7或所述永磁体24由于所述永磁体24与所述汽缸7内表面的接触而造成的损坏。

此外，因为所述活塞18由电绝缘材料构成，即使所述往复运动的活塞18进入由所述定子35产生的磁场，在所述活塞18中也不会产生涡流。因此，涡流损耗可以保持在较低水平，籍此提高所述电磁驱动机构19的效率。

如上所述，第一实施例涉及一种作为斯特林循环机的自由活塞型斯特林制冷循环机，其包括汽缸7、在所述汽缸7内往复运动的活塞18以及使活塞18往复运动的电磁驱动机构19，其中所述动子20配置成使所述永磁体24设置在由磁导材料制成的内轭23的外侧，限定所述电磁驱动机构19的动子20和所述活塞18相对于中轴线Z相互轴向排列，以及限定所述电磁驱动机构19的定子35和所述汽缸7相互轴向排列，籍此可以减小所述电磁驱动机构19的动子20的外径Rm。因此，在所述动子20外侧设置的所述定子35外径以及最终整个斯特林制冷循环机的外径都可减小。因为设置在所述动子20外侧的所述定子35外径和内径Rs可减小，故在不必改变限定所述电磁感应圈37的线圈线的厚度和匝数的情况下，换句话说，与传统结构相比，不必改变所述电磁感应圈37的横截面积的情况下，可缩短感应圈导线的长度，因此在铜耗保持在较低水平的情况下，可提高所述电磁驱动机构19的效率。

此外，在第一实施例中，依据限定所述动子20的永磁体由所述活塞和限定所述动子20动子底部的主基体22夹持并固定，所述活塞18和动子20可成为一体以致使其容易地装入动子组件17内。而且，因为可直接将所述活塞18固定到动子20上，所述活塞18和动子20可相互靠近设置。因此，可使斯特林循环制冷机的轴向尺寸减到最小。

另外，在第一实施例中，凭借形成的所述动子20的外径Rm等于或小于所述活塞18的外径Rp(Rm≤Rp)，较佳为所述动子20的外径Rm小于所述活塞18的外径Rp(Rm＜Rp)，可防止所述动子20或所述汽缸7由于两者的接触而造成的损坏，即使所述动子20与所述活塞18一起进入所述汽缸7内。

再者，在第一实施例中，凭借形成的所述定子35的内径Rs等于或大于所述汽缸7的内径Rc(Rs≥Rc)，较佳为定子35的内径Rs大于所述汽缸7的内径Rc(Rs＞Rc)，可防止所述定子35或所述活塞18由于两者的接触而造成的损坏，即使所述活塞18与所述动子20一起进入所述定子35内。

此外，在第一实施例中，因为所述活塞18由电绝缘材料构成，即使所述复运动的活塞18进入由所述定子35产生的磁场，在所述活塞18内也不会产生涡流。因此，涡流损耗可可以保持在较低水平，籍此提高所述电磁驱动机构19的效率。

接下来，参照图6对本发明的第二实施例进行说明。在此可省略第一实施例和第二实施例之间的共同结构和/或效果，例如，除了动子组件50的一些配置及效果外，两实施例中的结构是共通的。所述动子组件50包括：在上侧设置的大致上呈圆柱形活塞18；以及在所述活塞18下侧设置的电磁驱动机构51的动子52。所述活塞18相对于所述动子52同轴连接。另一方面，所述动子52包括：限定动子底部的主基体53；在所述主基体53外周边上安装的内轭54；在所述内轭54外周边上安装的永磁体24；所述永磁体24轴向定位用的垫块55；以及限定所述动子底部并为使所述内轭54与所述主基体53固定而设置的固定件26。所述垫块55可由与所述活塞18相似的电绝缘材料构成。在所述主基体53的中心，对应于所述活塞18的杆通孔21形成杆通孔56。所述活塞18和所述动子52同轴连接并通过在所述固定件26上形成和位于所述动子52上端侧上的外螺纹28从所述活塞18的下端插入所述活塞18，然后把外螺纹28拧入在所述活塞18内侧形成的内螺纹29，在轴向相互靠近。所述永磁体24由所述活塞18和主基体53(动子底部)间接地通过所述垫块55，再使所述固定件26的外螺纹28拧入所述活塞18的内螺纹29内而夹持并固定。如上所述，所述永磁体24可以容易地由所述动子52固定，通过使所述永磁体24在所述活塞18和主基体53之间夹持并固定，籍此不但可以容易地组装该动子组件50，而且还可以使该动子组件50轴向尺寸减到最小，因为所述活塞18和所述动子52轴向地相互靠近设置。所述活塞18的外径Rp略比所述动子52的外径Rm大。

以下参照图7对本发明的第三实施例进行说明。在此可省略在第三实施例和上述实施例之间的共同结构和/或效果，例如，除了动子组件60的一些配置及效果外，这些实施例中的结构是共通的。所述动子组件60包括：在上侧设置的大致上呈圆柱形的活塞18；以及在所述活塞18下侧设置的电磁驱动机构61的动子62。所述活塞18相对于所述动子62同轴连接。另一方面，所述动子62包括：限定动子底部的主基体63；在所述主基体63外周边上安装的内轭54；在所述内轭54外周边上安装的永磁体24；以及限定所述动子底部并为使所述内轭54与所述主基体63固定而设置的固定件26。所述主基体63可由与所述活塞18相似的电绝缘材料构成。在所述主基体63的中心，对应于所述活塞18的杆通孔21形成杆通孔65。所述活塞18和所述动子62同轴连接并通过在所述固定件26上形成和位于所述动子62上端侧上的外螺纹28从所述活塞18的下端插入所述活塞18，然后将其拧入在所述活塞18一内侧形成的内螺纹29，在轴向相互靠近。所述永磁体24由所述活塞18和主基体63(动子底部)间接地通过使所述固定件26的外螺纹28拧入所述活塞18的内螺纹29内而夹持并固定。如上所述，所述永磁体24可以容易地由所述动子62固定，由于使所述永磁体24在所述活塞18和主基体63之间夹持并固定，籍此不但可以容易地组装该动子组件60，而且还可以将该动子组件60轴向尺寸减到最小，因为所述活塞18和所述动子62轴向地相互靠近设置。此外，因为所述主基体63由电绝缘材料构成，即使覆盖在所述主基体63内的所述内轭54下侧和外侧的一部分进入由所述定子35产生的磁场，所述主基体63也不会产生涡流。因此，涡流损耗可以保持在较低水平，籍此提高所述电磁驱动机构61的效率。所述活塞18的外径Rp略比所述动子62的外径Rm大。

以下参照图8和12对本发明的第四实施例进行说明。在此可省略在第四实施例和上述实施例之间共同结构和/或效果，例如，除了动子组件70的一些配置外，这些实施例中的结构是共通的，而实施例中的效果部分共通。所述动子组件70包括：在上侧设置的大致上呈圆柱形的活塞18；以及在所述活塞18下侧上设置的电磁驱动机构71的动子72。所述活塞18相对于所述动子72同轴连接。另一方面，所述动子72包括：限定动子底部的主基体73；在所述主基体73外周边上安装的内轭74；在所述内轭74外周边上安装的永磁体24；所述永磁体24轴向定位用的垫块55；以及限定所述动子底部并为使所述内轭74经由所述垫块75与所述主基体73固定而设置的固定件76。所述垫块55和75可由与所述活塞18相似的电绝缘材料构成。在所述主基体73的中心，对应于所述活塞18的杆通孔21形成杆通孔77。所述内轭74通过配置多条修整成预定长度的直金属线74A而整体上装配成筒状列线。这些直金属线由在其表面(典型地只是氧化层)上形成电绝缘层的磁性钢材(硅钢等)制成，并且可以呈适合于较高堆积密度的圆截面或六角形截面或者用于良好堆积性能的其它类型的横截面，而且可与所述活塞18和动子72的轴向平行排列。例如，金属线(74B，74C，74D)的横截面可以呈六角形、四边形或三角形，分别如图10、11和12所示。可选择金属线74A横截面积的线性尺寸，以致使涡流损耗减到最低。所述活塞18和所述动子72同轴连接通过在所述固定件76上形成和位于所述动子72上端侧上的外螺纹78从所述活塞18的下端插入所述活塞18，然后把将外螺纹78拧入在所述活塞18一内侧形成的内螺纹29，在轴向相互靠近。所述永磁体24由所述活塞18和主基体73(动子底部)间接地通过所述较低的垫块55，再使所述固定件76的外螺纹78拧入所述活塞18的内螺纹29内而夹持并固定。如上所述，所述永磁体24可以容易地由所述动子72固定，通过使所述永磁体24在所述活塞18和主基体73之间夹持和固定，籍此不但可以容易地组装该动子组件70，而且还可以将该动子组件70轴向尺寸减到最小，因为所述活塞18和所述动子72轴向地相互靠近设置。所述活塞18的外径Rp略比所述动子72的外径Rm大。

以下对本发明第四实施例的效果进行说明。在该实施例中，所述内轭74由如上所述的直金属线74A构成，并且所述金属线74A与所述活塞18和动子72的轴向平行排列。由于这样的排列，通过相对于由所述内轭74占满的横截面积(堆积密度)来增加所述金属线74A的横截面积，所述内轭74与具有以筒形和径向排列配置的薄钢板的传统内轭相比，可提高所述电磁驱动机构71的效率。反过来说，如果限定所述内轭74的金属线74A的总横截面积与限定传统结构的内轭薄钢板总横截面积相同，则与传统结构的内轭的外径相比，可减小所述内轭74的外径，并籍此所述动子72的外径Rm、在所述动子72外侧设置的所述定子35的内径Rs和外径，以及最终减小整个斯特林循环制冷机的外径。(请注意，在该情况中内轭74的“横截面积”是指相对于所述活塞18和动子72的中轴线Z正交方向横切内轭74而得到的内轭74的横截面积。)由于该实施例的效果与以上所述的实施例相同，在此省略说明。

应该注意到，本发明并不只限于上述的实施例，尤其是本领域的技术人员可做到的各种变型都在本发明的范围内。在上述的实施例中，以称之为回动式斯特林循环的自由活塞型斯特林循环机来作为斯特林循环机的实施例，然而，本发明还可应用到使用动力产生斯特林循环的斯特林循环发动机(动力机或原动机)(在这种情况下，本发明的电磁机构相当于一种有时称为“直线交流发电机”的发电机，代替上述实施例所述的电磁驱动机构)。本发明的应用还可包括一直线压缩机或任何其它类似的直线运动装置，除此之外，在所述活塞和动子之间可设置垫块代替上述实施例中所述活塞和动子相互靠近设置的配置，这因为所述活塞和动子以轴向同轴设置是十分重要的。同样地，在所述汽缸和定子之间也可设置垫块代替上述实施例中所述汽缸和定子相互靠近设置的配置，这因为所述汽缸和定子以轴向同轴设置也是十分重要的。此外，在第三实施例中，如果覆盖在所述主基体的内轭下侧和外侧的一部分不可能进入磁场，则主基体可由金属构成。再者，在上述的实施例中，所有的所述活塞均由电绝缘材料构成，然而只有由电绝缘材料构成的所述活塞的动子侧才有可能进入由所述定子产生的磁场，因为避免涡流的产生是十分重要的。

Claims

1.一种斯特林循环机，所述的斯特林循环机包括汽缸、在所述汽缸中往复运动的活塞以及由定子和动子组成的电磁机构，其中所述动子由内轭和永磁体构成，所述的内轭由磁通导电材料制成，所述的永磁体设置在所述内轭的外侧，所述电磁机构的所述动子和所述活塞以轴向排列设置，以及所述电磁机构的所述定子以及所述汽缸也以轴向排列设置。

2.如权利要求1所述的斯特林循环机，其特征在于，所述动子的永磁体由所述活塞和限定所述动子的动子底部夹持并固定。

3.如权利要求1或2所述的斯特林循环机，其特征在于，所形成的动子的外径等于或小于所述活塞外径。

4.如权利要求1或2所述的斯特林循环机，其特征在于，所形成的定子的内径等于或大于所述汽缸内径。

5.如权利要求1或2所述的斯特林循环机，其特征在于，所述活塞的至少动子侧由电绝缘材料构成。

6.如权利要求1或2所述的斯特林循环机，其特征在于，所述的内轭由磁通导线构成，而所述导线与所述动子和活塞的轴向大致上平行排列。