CN103184952B - 紧凑型斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遵循斯特林循环的紧凑型斯特林发动机。包括热腔体(101)、冷腔体(102)、动力气缸(118)、配气活塞(117)、动力活塞(116)、回热器(120)、齿轮齿条传动机构、凸轮机构等，所述动力气缸安装在热腔体和冷腔体形成的空间中同心安装，动力气缸进气端是直接与热腔(119)连通，配气活塞在热腔体和冷腔体中，动力气缸从配气活塞中穿过；所述回热器是由若干在配气活塞的外圆周面上成螺旋状安装的肋片(502)组成，可使工质气体在流过肋片时产生旋转；齿轮齿条传动机构来实现动力的输出；凸轮机构来实现配气活塞的往复运动。本发明具有体积小，结构紧凑，密封性能好，运行效率高的特点。

Description

紧凑型斯特林发动机

技术领域

本发明涉及一种外燃式的发动机，具体为一种基于斯特林循环的紧凑型斯特林发动机。

背景技术

斯特林循环是一种以卡诺循环理论为基础提出的一种闭式循环过程，具有与卡诺循环相等的理论循环热效率，该技术首先由罗伯特.斯特林在十九世纪初提出。斯特林循环是将工质气体封闭在一定的空间内周斯性地进行加热、冷却，并在加热膨胀时对外做功，在冷却时被压缩而回到原状态，从而实现周期性循环过程。

现有的斯特林发动机结构形式多种多样，根据动力活塞与配气活塞的配置结合形式的不同大致可分为α型、β型、r型。其中α型的动力气缸是与加热器连接，但没有配气活塞；β型、r型的动力气缸都是与冷却器连接，这样的连接方式造成动力气缸始终是充满低温的工质气体，当动力气缸膨胀时，加热器加热的工质气体在流向动力气缸时会被回热器和冷却器冷却，从而降低了高温工质气体的做功能力，进而降低了整机运行效率。

现有的斯特林发动机的传动机构主要有：曲柄连杆机构、菱形传动机构、双臂曲柄机构、叉架式传动机构、斜盘传动机构。此类机构由于自身结构特点，在上下止点处的效率很低，从而影响整个行程内传动效率，而且在使用上述各型传动机构来实现配气活塞的动作时，配气活塞与动力活塞的运动相对相位差都保持在90度，斯特林发动机(公开号：CN 102017223A)采用90度同心正回凸轮来推动并拉动框形装置。但固定的90度相位角的传动方式并不能完全模拟斯特林循环过程，而且曲柄连杆类传动还存在不平稳的振动，动力活塞对动力气缸的内壁有侧压力等问题，增大了运动部件间的摩擦和密封空间的密封难度，进而影响斯特林发动机的平稳运行。

为了加强传热效果，很多斯特林发动机都采用外部加热器，配气活塞式斯特林发动机(公开号：CN101280737A)的方案由多根外露的加热管组成加热器管组来强化加热，容易造成加热器损坏，需密封的部位多，密封难度较大，并增大了整个发动机的体积；当工质气体在加热器中流动时，虽然加热效果好，但工质气体的流动阻力增大。

以上所述，导致现有斯特林发动机加热器结构复杂，整体结构不紧凑，体积偏大，密封难度大，实际运行效率低等问题

发明内容

紧凑型斯特林发动机所要解决的技术问题是发动机加热器结构复杂，整体结构不紧凑，体积偏大，密封难度大，实际运行效率低。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：紧凑型斯特林发动机由热腔体、冷腔体、动力气缸、配气活塞、动力活塞、回热器组成的基于斯特林循环的外燃式发动机，其中热腔体、冷腔体、动力气缸、动力活塞形成一个封闭空间，在圆形的热腔体和圆形的冷腔体组成的空间中同心安装有配气活塞，配气活塞将该空间分隔成热腔和冷腔；外部热量是通过热腔体加热热腔中的工质气体，因此热腔体就直接起到加热器的作用，在冷腔中的工质气体的热量通过冷腔体来进行冷却，因此冷腔体起到冷却器的作用；在上述封闭空间中，圆形的动力活塞安装在圆形的动力气缸中并能沿其轴线自由运动，动力活塞与动力气缸的接触面有较好的气密性能，动力气缸进气端直接与热腔连通，热腔中的高温工质气体能以最短距离进入到动力气缸中，实现工质气体在动力气缸与热腔间的近距耦合；回热器是安装在热腔体和冷腔体与配气活塞之间的环形空间中，在热腔和冷腔之间，回热器与配气活塞处于并列布置并能同步往复运动；配气活塞的往复运动迫使工质气体在热腔和冷腔之间往复运动并周期性地被加热和冷却，回热器是工质气体在热腔和冷腔之间流动的唯一通道，工质气体从热腔向冷腔流动时，在流过回热器的过程中因回热器吸蓄工质气体的热量而将工质气体冷却，当工质气体从冷腔向热腔流动时，在流过回热器的过程中因回热器放出蓄热而将工质气体加热；为确保工质气体能被最大限度地被加热和冷却，回热器能使工质气体在流过回热器时产生强烈旋转，当旋转的工质气体向热腔流动时，工质气体能与热腔体进行强烈的热交换，从而将已在回热器中加热后的工质气体加热到更高的温度，当旋转的工质气体向冷腔流动时，工质气体能与冷腔体进行强烈的热交换从而将已在回热器中冷却后的工质气体冷却到更低温度；采用由齿轮、齿条、超越离合器、输出轴和缓冲弹簧组成的齿轮齿条传动机构来进行动力的传动，齿轮齿条传动机构的连接方式为：动力活塞与齿条连接，齿条与齿轮啮合，齿轮通过超越离合器与输出轴同心连接，超越离合器的传动方向是使齿轮为主动元件，输出轴为从动元件，缓冲弹簧的一端与齿条接触；当动力活塞作功时推动齿条作直线运动并压缩缓冲弹簧，齿条推动齿轮转动，齿轮再带动输出轴转动，当动力活塞作功完成后，被压缩的缓冲弹簧可推动齿条和动力活塞作返向直线运动并实现对热腔中的工质气体的压缩过程，超越离合器确保齿条返向直线运动时齿轮与输出轴能差动转动；配气活塞的往复运动则是由凸轮、配气导杆、复位弹簧组成的凸轮机构来实现，配气导杆的一端在上述封闭空间中与配气活塞连接，另一端与凸轮接触，当凸轮转动时使配气导杆作往复直线运动，配气导杆再带动配气活塞在热腔和冷腔之间作往复运动，为了让发动机更好地按照斯特林循环进行工作，凸轮机构中的凸轮轮廓尺寸可使配气活塞与动力活塞在运动时有合理的相位差且该相位差在一个运动周期内不是恒定为90°，即在斯特林循环的四个过程中，配气活塞与动力活塞的相对相位差是成周期性变化；上述的齿轮齿条传动机构和凸轮机构安装在由传动箱体形成的与外界环境有一定气密性的隔离空间中，隔离空间与上述的封闭空间之间是气密的，只有配气导杆可在隔离空间和封闭空间中移动，在隔离空间和上述封闭空间中都充有压强相等的工质气体。

对技术方案的改进：所述热腔体和冷腔体都为圆筒状且内径大小一样，热腔体的一端封闭，另一端与冷腔体的一端密封连接，冷腔体另一端封闭成冷腔体端面，冷腔体端面垂直于动力气缸的轴线，动力气缸在热腔体、冷腔体的中心并垂直同心固定安装在冷腔体端面上，在冷腔体端面的中心开有可使齿条穿过的中心孔；在热腔与冷腔间安装的配气活塞为圆筒状，动力气缸从配气活塞的中心穿过，而且配气活塞可沿着动力气缸的外壁自由移动；配气活塞与热腔体和冷腔体之间的环形空间中安装有若干肋片，肋片是固定安装在配气活塞的外圆周面上，成均匀分布，这些肋片组成回热器，回热器是与配气活塞同步往复运动的，肋片的宽度方向是沿配气活塞的径向垂直安装而成圆环形结构，肋片的长度方向则与配气活塞的运动轴线成一定夹角螺旋式安装，以使工质气体在流过回热器中的肋片时能形成强烈的旋转气流，肋片的长度与配气活塞的长度相当；为了增强回热器的换热作用，减小工质气流流过肋片时的阻力，每片的肋片的厚度为0.2至0.5mm，肋片之间平行安装且间距为1至5mm为宜，回热器的外径略小于热腔体和冷腔体的内径；因工质气体的加热和冷却都主要是通过热腔体和冷腔体来实现的，为增强工质气体与热腔体和冷腔体间的热交换效果，在热腔体内表面均匀布置有若干条成螺旋状的凹槽，冷腔体内表面也均匀布置有若干条成螺旋状的凹槽，所有这些凹槽形状尺寸都不应影响回热器在热腔和冷腔中的往复运动，并且所有凹槽的旋转方向应与回热器中肋片的旋转方向同向；所述齿轮齿条传动机构中的齿条的一端穿过冷腔体端面上的中心孔在动力气缸中与动力活塞连接，动力活塞的运动轴线应与齿条的运动轴线重合，齿条的别一端与缓冲弹簧的一端接触，缓冲弹簧的另一端再与传动箱体连接，齿轮与输出轴之间安装有超越离合器，齿轮与超越离合器的外圈连接而无相对移动，输出轴与超越离合器的内圈连接而无相对移动，当齿轮在齿条的推动下的转速高于输出轴的转速时，超越离合器结合而使齿轮带动输出轴同步转动并传递功，当动力活塞运动减慢造成齿轮转速低于输出轴的转速时，超越离合器脱开而使输出轴与齿轮差动转动；输出轴是通过轴承座安装在冷腔体端面上，齿条在整个运动周期中都与齿轮处于啮合状态，齿条的行程应使齿轮刚好转动半周或一周；在齿轮齿条传动机构中，可采用圆齿轮和配套的直齿条，也可采用非圆齿轮，当采用非圆齿轮时，配套的曲面齿条的齿顶轮廓线应与非圆齿轮的啮合轨迹相匹配并确保非圆齿轮旋转中心至曲面齿条的运动轴线的距离恒定；所述的凸轮机构中的凸轮是固定安装在输出轴上并能与输出轴同步转动，在冷腔体端面上与凸轮正对位置开有通孔，配气导杆能穿过通孔进入冷腔中与配气活塞连接，通孔与配气导杆的接触面有较精密的配合而具有气密性能，配气导杆能在通孔中自由滑动又可防止工质气体从通孔中泄漏，当凸轮由低位向高位转动时，可推动配气导杆进而推动配气活塞由冷腔向热腔移动，复位弹簧套在冷腔体端面与凸轮之间的一段配气导杆上，复位弹簧处于压缩状态，当凸轮从高位向低位转动时，复位弹簧压迫配气导杆与凸轮始终保持接触并拉动配气活塞由热腔向冷腔移动，从而实现配气活塞的往复运动；为了使配气活塞作往复运动时受力对称，共有两套凸轮机构，分别对称安装在上述齿轮齿条传动机构的两侧，两套凸轮机构具有相同的运动相位关系，两套凸轮机构中的两根配气导杆在冷腔中与配气活塞对称连接。

对技术方案的进一步改进：所述的凸轮机构中的凸轮是固定安装在齿轮连接套上，并能与齿轮连接套同步转动；而上述的齿轮连接套是套在输出轴外侧并与输出轴同心安装，在齿轮两侧的齿轮连接套对称固定安装在齿轮上，齿轮仍然通过超越离合器与输出轴连接；上述的凸轮、齿轮连接套、齿轮是同步转动。

本发明由于采用了将动力气缸与热腔直接连通，热工质气体直接作功，回热器与配气活塞安装在一起并同步运动，回热器能产生旋转气流，提高了工质气体的加热效果，热腔体直接作为加热器使用，减少了附属结构，没有外露结构，不易损坏，还采用了传动效率更高的齿轮齿条传动机构，从而使动力活塞与动力气缸不存侧压力，摩擦减小；用凸轮机构来调节配气活塞与动力活塞之间的运动相位关系，更好地模拟了斯特林循环过程，循环效率提高，整个封闭空间只有三个气密部位，而且这些部位的运动构件都是作直线运动，没有振动，能更好地解决气密问题，因此紧凑型斯特林发动机具有加热器结构简单，整机体积较小，结构更紧凑，密封性能好，运行效率高的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的主示意图。

图2是图1俯视示意图。

图3是图1的左视示意图。

图4是图1的右视示意图。

图5是图4的局部放大图。

图6是非圆齿轮与曲面齿条的啮合示意图。

图7是另一种实施例的主示意图。

图8是凸轮的另一种安装方式示意图。

以上各图中101.热腔体；102.冷腔体；103.中心孔；104.冷腔体端面；105.输出轴；106.传动箱体；107.隔离空间；108.缓冲弹簧；109.齿条；110.轴承座；111a、111b.凸轮；112a、112b.复位弹簧；113.通孔；114.冷腔；115a、115b.配气导杆；116.动力活塞；117.配气活塞；118.动力气缸；119.热腔；120.回热器；201.齿轮；202.超越离合器；203.动力气缸进气端；501.凹槽；502.肋片；601.非圆齿轮；602.曲面齿条；701.热腔体端面；702.气缸底板；703.通孔；801.轴承；802.齿轮连接套。

具本实施方式

如图1、图2所示，紧凑型斯特林发动机由热腔体101、冷腔体102、动力气缸118、配气活塞117、动力活塞116、回热器120、齿轮齿条传动机构、凸轮机构、传动箱体106等组成，其中的热腔体101、冷腔体102、动力气缸118和动力活塞116形成了一个封闭空间，热腔体101一端封闭，另一端与冷腔体102的一端密封连接，冷腔体102的另一端封闭为冷腔体端面104，冷腔体端面104垂直于热腔体101和冷腔体102的轴线，热腔体101与冷腔体102同轴安装，内径尺寸一样，动力气缸118在热腔体101和冷腔体102的中心并垂直同心安装在冷腔体端面104上，在冷腔体端面104的中心上开有中心孔103；热腔体101与动力气缸118之间的空间为热腔119，冷腔体102与动力气缸118之间的空间为冷腔114；在圆形的热腔体101与圆形的冷腔体102组成的封闭空间(由热腔119和冷腔114组成)中同心安装有圆筒状的配气活塞117，动力气缸118从配气活塞117的中心穿过，配气活塞117能沿动力气缸118的外壁自由移动，在配气活塞117的外圆周面上安装回热器120，回热器120上的肋片502与配气活塞117的运动轴线成一定夹角螺旋式安装，肋片502之间是平行安装的，间距在1至5mm；动力活塞116安装在动力气缸118中并能沿轴线自由运动；动力气缸进气端203直接与热腔119连通，使热腔119中的高温工质气体能以最短距离合进入动力气缸118中；上述的凸轮机构是由凸轮111a、111b、配气导杆115a、115b、复位弹簧112a、112b组成，凸轮111a、111b固定安装在输出轴105上，在冷腔体端面104上与凸轮111a、111b正对位置开有通孔113，配气导杆115a、115b穿过通孔113进入冷腔114中并与配气活塞117连接，配气导杆115a、115b与通孔113的接触面有较好配合而具有气密性能，但配气导杆115a、115b能在通孔113中自由移动，复位弹簧112a套在冷腔体端面104与凸轮111a之间的一段配气导杆115a上，复位弹簧112b套在冷腔体端面104与凸轮111b之间的一段配气导杆115b上；共有两套凸轮机构，其中凸轮111a、配气导杆115a、复位弹簧112a组成一套，凸轮111b、配气导杆115b、复位弹簧112b组成另一套；上述的齿轮齿条传动机构是由齿轮201、齿条109、缓冲弹簧108、输出轴105、超越离合器202组成，齿条109的一端穿过冷腔体端面104上的中心孔103与动力活塞116连接，齿条109与齿轮201啮合，齿条109的另一端与缓冲弹簧108连接，缓冲弹簧108的另一端与传动箱体106连接，齿轮201通过超越离合器202安装在输出轴105上且齿轮201与超越离合器202的外圈连接，输出轴105与超越离合器202的内圈连接，齿轮201采用圆齿轮，齿条109采用直齿条，在整个运动周期中齿轮201与齿条109都处于啮合状态；上述的齿轮齿条传动机构和上述的凸轮机构安装在由传动箱体106与冷腔体端面104形成的与外界环境有气密性的隔离空间107中，只有输出轴105穿出传动箱体106，隔离空间107与冷腔114之间是被冷腔体端面104隔开，隔离空间107与上述封闭空间中都充有压强相等的工质气体；冷腔体102内表面均匀布置有若干凹槽501，它们的旋转方向都与肋片502的旋转方向同向。

如图1、图3所示，两套凸轮机构是对称安装在齿轮齿条传动机构的两侧，其中的两个凸轮111a、111b具有相同的运动相位关系并都与输出轴105固定安装，两套凸轮机构中的两个配气导杆115a、115b能保持同步运动；齿轮201、凸轮111a、111b都安装在输出轴105上，输出轴105则通过轴承座110安装在冷腔体端面104上。

如图4、图5所示，动力气缸118与热腔体101同心安装，动力活塞116在动力气缸118中并同心，动力活塞116与动力气缸118的接触面有较好配合而具有气密性能；回热器120是由固定安装在配气活塞117的外圆周面上均匀分布的若干肋片502组成，肋片502沿配气活塞117径向垂直安装而成圆环形结构，热腔体101内表面均匀布置有若干凹槽501，回热器120的外径略小于热腔体101的内径。

如图6所示为另一种齿轮齿条传动机构的示意，其它结构如图1相同，只是其中齿轮和齿条是采用非圆齿轮601和曲面齿条602，其中曲面齿条602的齿顶轮廓线应与非圆齿轮601的啮合轨迹相匹配并确保非圆齿轮601的旋转中心至曲面齿条602的运动轴线的距离恒定，非圆齿轮601通过超越离合器202与轴出轴105连接。

如图7所示为另一实施例，与图1所示的结构的主要区别是：冷腔体102的一端封闭，另一端与热腔体101的一端连接，热腔体101的另一端封闭成热腔体端面701，动力气缸118垂直安装在热腔体端面701中心外侧，并在热腔体端面701上开有与动力气缸118内径同样大小的孔以使动力气缸进气端203直接与热腔119连通，冷腔体102、热腔体101和动力气缸118是同轴串连；动力活塞116安装在动力气缸118中，在热腔体端面701和气缸底板702上与凸轮111b正对位置处分别有通孔703和113，配气导杆115b从隔离空间107中依次穿过通孔113和通孔703后在热腔119中与配气活塞连接，复位弹簧112b套在气缸底板702与凸轮111b之间的一段配气导杆115b上，同样是两套凸轮机构，两套凸轮机构沿输出轴105的轴线对称安装在齿条109的两侧；在气缸底板702中心开有中心孔103，齿条109经中心孔103穿过气缸底板702与动力活塞连接，动力箱体106与气缸底板702形成隔离空间107，输出轴105通过轴承座110安装在气缸底板702上，本实施例可以防止动力气缸118处于高温工质气体中，有利于延长动力气缸的寿命。

如图8所示的凸轮的另一种连接方式，凸轮111a、111b与齿轮连接套802固定连接，齿轮连接套802在输出轴105外侧并与输出轴105同心安装，在齿轮201两侧的齿轮连接套802是对称固定安装在齿轮201上，凸轮111、齿轮连接套802和齿轮201是同步转动，在齿轮连接套802的两端与输出轴105间安装有轴承801，轴承801以保证齿轮连接套802与输出轴105同心并在转动是无晃动。

Claims (10)

1.紧凑型斯特林发动机是一种基于斯特林循环的外燃式发动机，由热腔体(101)、冷腔体(102)、动力气缸(118)、配气活塞(117)、动力活塞(116)、回热器(120)组成，其中的热腔体(101)、冷腔体(102)、动力气缸(118)和动力活塞(116)形成一个封闭空间；在圆形的热腔体(101)与圆形的冷腔体(102)组成的空间中同心安装有配气活塞(117)，配气活塞(117)将上述的空间分隔成热腔(119)和冷腔(114)，动力活塞(116)安装在动力气缸(118)中并能沿其轴线自由运动，动力活塞(116)与动力气缸(118)的接触面有较好的气密性能，配气活塞(117)的往复运动能使工质气体在热腔(119)和冷腔(114)间往复流动并周期性地被加热和冷却，其特征是：外部热量通过热腔体(101)加热热腔(119)中的工质气体，在冷腔(114)中的工质气体的热量通过冷腔体(102)被冷却；动力气缸进气端(203)直接与热腔(119)连通，热腔(119)中的高温工质气体能以最短距离进入动力气缸(118)中；回热器(120)安装在热腔体(101)和冷腔体(102)与配气活塞(117)之间的环形空间中，在热腔(119)与冷腔(114)之间，回热器(120)与配气活塞(117)并列布置并可同步往复运动，回热器(120)是工质气体在热腔(119)和冷腔(114)之间流动的唯一通道，回热器(120)是由固定安装在配气活塞(117)的外圆周面上均匀分布的若干肋片(502)组成，肋片(502)沿配气活塞(117)径向垂直安装而成圆环形结构，肋片(502)的长度方向是与配气活塞(117)的运动轴线成一定夹角螺旋式安装，肋片(502)的长度与配气活塞(117)的长度相当，每片肋片(502)的厚度为0.2至0.5mm，肋片(502)之间是平行安装且间距为1至5mm，回热器(120)的外径略小于热腔体(101)和冷腔体(102)的内径，回热器(120)能使工质气体在流过回热器(120)时产生强烈地旋转，旋转的工质气体与热腔体(101)和冷腔体(102)进行热交换；采用由齿轮、齿条、超越离合器(202)、输出轴(105)和缓冲弹簧(108)组成的齿轮齿条传动机构，动力活塞(116)与齿条连接，齿条与齿轮啮合，齿轮通过超越离合器(202)与输出轴(105)连接，超越离合器(202)的传动方向是使齿轮为主动元件，输出轴(105)为从动元件，缓冲弹簧(108)的一端与齿条接触并可推动齿条和动力活塞(116)作返向直线运动，当齿条返向直线运动时超越离合器(202)确保齿轮与输出轴(105)能差动转动；采用由凸轮(111a、111b)、配气导杆(115a、115b)和复位弹簧(112a、112b)组成的凸轮机构来实现配气活塞(117)的往复运动，配气导杆(115a、115b)的一端在上述封闭空间中与配气活塞(117)连接，另一端与凸轮(111a、111b)接触，凸轮(111a、111b)转动使配气导杆(115a、115b)作往复直线运动，配气导杆(115a、115b)再带动配气活塞(117)在热腔(119)和冷腔(114)之间做往复运动；上述凸轮(111a、111b)的轮廓尺寸使配气活塞(117)与动力活塞(116)在运动时有合理的相位差且该相位差在一个运动周期内不是恒定为90°而是成周期性变化；上述的齿轮齿条传动机构和凸轮机构安装在由传动箱体(106)形成的与外界环境有一定气密性的隔离空间(107)中，隔离空间(107)与上述的封闭空间之间是气密的，只有配气导杆(115a、115b)可在隔离空间(107)和上述封闭空间中移动，在隔离空间(107)和上述封闭空间中都充有压强相等的工质气体。

2.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述热腔体(101)的一端封闭，另一端与冷腔体(102)的一端密封连接，冷腔体(102)另一端封闭成冷腔体端面(104)，冷腔体端面(104)垂直于动力气缸(118)的轴线；动力气缸(118)在热腔体(101)、冷腔体(102)的中心并垂直同心固定安装在冷腔体端面(104)上；在冷腔体端面(104)的中心开有可使齿条穿过的中心孔(103)；在热腔(119)与冷腔(114)之间安装的配气活塞(117)为圆筒状，动力气缸(118)从配气活塞(117)中心穿过，配气活塞(117)能沿动力气缸(118)外壁自由移动。

3.根据权利要求1或2所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述热腔体(101)内表面均匀布置有若干条成螺旋状的凹槽(501)，凹槽(501)的旋转方向与回热器(120)中的肋片(502)的旋转方向同向；所述冷腔体(102)内表面均匀布置有若干条成螺旋状的凹槽(501)，凹槽(501)的旋转方向与回热器(120)中的肋片(502)的旋转方向同向。

4.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述齿轮齿条传动机构中的齿条的一端穿过冷腔体端面(104)上的中心孔(103)在动力气缸(118)中与动力活塞(116)连接，且动力活塞(116)的运动轴线与齿条的运动轴线重合，齿轮与超越离合器(202)外圈连接而不应有相对位移；输出轴(105)与超越离合器(202)内圈连接而不应有相对位移；输出轴(105)通过轴承座(110)安装在冷腔体端面(104)上；在整个运动周期中都与齿轮处于啮合状态，齿条的行程应使齿轮转动半周或一周。

5.根据权利要求1或4所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述齿轮齿条传动机构中的齿轮为圆形齿轮(201)；所述齿轮齿条传动机构中的齿条为直齿条(109)，其齿顶轮廓线为直线。

6.根据权利要求1或4所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述齿轮齿条传动机构中的齿轮为非圆齿轮(601)；所述齿轮齿条传动机构中的齿条为曲面齿条(602)；上述曲面齿条(602)的齿顶轮廓线与非圆齿轮(601)的啮合轨迹相匹配以确保非圆齿轮(601)旋转中心到曲面齿条(602)的运动轴线的距离恒定。

7.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述凸轮机构中的配气导杆(115a、115b)穿过冷腔体端面(104)上的通孔(113)在冷腔(114)中与配气活塞(117)连接，复位弹簧(112a、112b)套在冷腔体端面(104)与凸轮(111a、111b)之间的一段配气导杆(115a、115b)上，配气导杆(115a、115b)与通孔(113)的接触面有精密配合而具有气密性能。

8.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述凸轮(111a、111b)固定安装在输出轴(105)上；凸轮(111a、111b)与输出轴(105)的转动同步。

9.根据权利要求1所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述凸轮(111a、111b)固定安装在齿轮连接套(802)上；上述齿轮连接套(802)套在输出轴(105)外侧并与输出轴(105)同心安装，在齿轮(201)两侧的齿轮连接套(802)是对称固定安装在齿轮(201)上，凸轮(111a、111b)、齿轮连接套(802)和齿轮(201)是同步转动。

10.根据权利要求1或7、或8、或9所述的紧凑型斯特林发动机，其特征是：所述凸轮机构是两套，凸轮(111a)、配气导杆(115a)、复位弹簧(112a)组成一套，凸轮(111b)、配气导杆(115b)、复位弹簧(112b)组成另一套；两套凸轮机构沿输出轴(105)轴线分别对称安装在所述齿轮齿条传动机构的两侧；两套凸轮机构具有相同的运动相位关系；两套凸轮机构中的两根配气导杆(115a、115b)在冷腔(114)中与配气活塞(117)对称连接。