CN109619942A - 一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子，属于容器领域，包括杯体和杯盖，还包括斯特林发动机单元，斯特林发动机单元还包括设置在第一气缸内的第一活塞、设置在第二气缸内的第二活塞、以及由第一活塞和第二活塞带动的在垂直面内旋转的飞轮，第一活塞和第二活塞上设有相匹配的联动机构；联动机构为，在第二活塞的底端设置的磁铁，以及在第一活塞上设置的与磁铁间隙式磁吸配合的驱动块；第二活塞的顶端位于飞轮侧面，第二活塞的顶端向飞轮侧面延伸而形成有滚子,本发明的优点在于：将斯特林发动机结合到杯子上，利用杯子内外温差实现斯特林发动机工作，给杯子增加了新的娱乐和观赏功能。
Description
本申请为分案申请，原案专利号为：201510383265.9，申请日为2015年6月30日，发明名称为：一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子。
技术领域
本发明涉及一种容器，尤其是一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子。
背景技术
现有的杯子种类繁多，形状各异，功能多样，但基本上有杯盖和杯体组成，缺少新鲜感。
另外，众所周知，斯特林发动机是一种外燃发动机，避免了类似内燃机的震爆做功和间歇燃烧过程，具有高效、低噪和低排放的优点，如申请号为201220515491.X的中国专利公开的一种低温差斯特林发动机模型，又如申请号为201320689352.3的中国专利公开的一种低温差磁连斯特林发动机模型。
上述的斯特林发动机，其基本原理涉及的循环过程分如下四个阶段：①定温压缩过程；②定容吸热过程；⑧定温膨胀过程；④定容放热过程，完成一个循环。在理想吸热的条件下，这种循环的热效率，等于温度上下限相同的卡诺循环。
但就目前为止市场上还没有专门一种带斯特林发动机的杯子，在喝水的同时还能体会斯特林发动机带来的乐趣，因此有必要进行开发研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种提高使用趣味性的杯子。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子，包括杯体和杯盖，还包括斯特林发动机单元，所述斯特林发动机单元包括互相连通的第一气缸和第二气缸，所述第一气缸上形成有用于从所述杯体内吸热的吸热面,所述斯特林发动机单元还包括设置在所述第一气缸内的第一活塞、设置在所述第二气缸内的第二活塞、以及由所述第一活塞和第二活塞带动的在垂直面内旋转的飞轮，所述第一活塞和第二活塞上设有相匹配的联动机构,所述第二气缸上设有对称的轴向延伸的开槽，所述飞轮通过中心轴能转动地设于所述第二气缸的上端；所述联动机构为，在所述第二活塞的底端设置的磁铁，以及在所述第一活塞上设置的与所述磁铁间隙式磁吸配合的驱动块；所述第二活塞的顶端位于所述飞轮侧面，所述第二活塞的顶端向所述飞轮侧面延伸而形成有滚子，所述飞轮的至少一个侧面设有相对飞轮的中心呈凸轮状的轨道槽，所述滚子与所述轨道槽配合而实现所述第二活塞的直线运动和飞轮的旋转运动的转化,所述轨道槽的内侧边缘相对所述飞轮中心呈凸轮状，所述滚子与所述轨道槽的内侧边缘抵接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将斯特林发动机结合到杯子上，利用杯子内外温差实现斯特林发动机工作，给杯子增加了新的娱乐和观赏功能，提高了使用时的乐趣，具有良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明的杯子的实施例1的结构示意图；
图2为图1中杯子的罩体打开后结构示意图；
图3为图2中杯盖放大结构示意图；
图4为图3的分解图；
图5为图4另一视角的分解图；
图6为图3中斯特林发动机单元放大立体图；
图7为图3中斯特林发动机单元放大剖视图；
图8为本发明的杯子的实施例2的杯盖分解图；
图9为本发明的杯子的实施例2的杯盖另一视角分解图；
图10为本发明的杯子的实施例3的斯特林发动机单元结构示意图；
图11为图10的斯特林发动机单元的分解结构示意图；
图12为图10的斯特林发动机单元的剖视图；
图13为图10的斯特林发动机单元的正视图；
图14为一种替代方案的正视图；
图15为本发明的杯子的实施例4的斯特林发动机单元的飞轮和第二活塞的示意图；
图16为图15的替代方案的正视图；
图17为本发明的杯子的实施例5的斯特林发动机单元的飞轮和第二活塞的示意图；
图18为图17的替代方案的正视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1～图5所示，一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子，包括杯体101及盖设于该杯体101上的杯盖，杯盖包括盖体20，盖体20上设有斯特林发动机单元10，盖体20的外侧脱卸式地设有一罩体100，斯特林发动机单元10则位于该罩体100内。
斯特林发动机单元10的吸热面14能从盖体20内侧吸热。盖体20包括本体4及设于本体4内的隔热套5，斯特林发动机单元10的吸热面14与本体4为分体件，盖体20还包括一隔热盖6，该隔热盖6能启闭地设于隔热套5下端。隔热套5内壁具有内螺纹，对应地，隔热盖6的螺纹部61具有与内螺纹适配的外螺纹，并且，隔热盖6的螺纹部61具有多个纵向的通气槽62。
本体4中部具有供斯特林发动机单元10的吸热面14伸入的安装孔，隔热套5上端面围绕中孔成型有一环形的密封槽51，该密封槽51内设有密封圈7，斯特林发动机单元10的吸热面14与隔热套5上端面相配合。
如图6和图7所示，本实施例中的斯特林发动机单元10包括第一气缸1，第二气缸2，支架32，飞轮3，第一曲柄12，第二曲柄22，第一活塞15及第二活塞25，第一气缸1下端面形成吸热面14，上端面形成散热面13；第二气缸2与第一气缸1连通；支架32纵向设于第一气缸1的上端面；飞轮3通过一中心轴31能转动地设于支架32上，支架32上设有轴承33，中心轴31贯穿通过轴承33设置；第一曲柄12设于中心轴31一端，第二曲柄22设于中心轴31另一端；第一活塞15能上下移动地设于第一气缸1内并上端通过第一连杆11与第一曲柄12偏心位置连接；第二活塞25能上下移动地设于第二气缸2内并上端通过第二连杆21与第二曲柄22偏心位置连接。
使用时，向杯体101内加入温水或沸水，摘下罩体100，将杯盖置于杯体101上，几分钟后，使第一气缸1和第二气缸2分别形成热气缸和冷气缸，使两个活塞的相互移动，工作介质在第一气缸1和笫二气缸2之间来回流动，完成四个循环过程：
1.定容吸热过程，第一活塞15和第二活塞25均处于下止点位置不动，第一气缸的下部分空气实现定容情况下温度升高，第一气缸1下部压力升高。
2.定温膨胀过程，第二活塞25均处于下止点位置不动，第一活塞15由下止点开始上行，其间第一气缸1下部分的空气通过第一气缸1的加热，吸收热量，维持温度不变。
3.定容放热过程，第一活塞15和第二活塞25以同样的速度上行整个冲程，各自达到上止点，在定容情况下将空气从第一气缸1上部分推到第二气缸2下部分，即从热气室推到冷气室，向外界放出热量，使空气温度下降，第二气缸2上部分空气压力升高。
4.定温压缩过程，第二活塞25由上止点开始下行，压缩第二气缸2内的空气，维持工质温度不变，使第二气缸2下部分空气压力升高，从而推动第一活塞15下行。这样回复到初始状态完成一次闭合循环。
上述过程中，在启动时，需要用手拨一下或者其他方式使得飞轮3具有一定的初始速度。通过旋转隔热盖6可以实现启闭热传导，旋开时，热空气可以从通气槽62进入，从而被吸热面14吸收。
实施例2
如图8和图9所示，在本实施例中，与实施例1的区别在于，斯特林发动机单元10的吸热面14与本体4为一体件，即本体4上端面即为斯特林发动机单元10的吸热面14。
实施例3
如图10～图14所示，在本实施例中，斯特林发动机单元10同样包括第一气缸1、第二气缸2、第一活塞15和第二活塞25，第一气缸1的散热面13和吸热面14之间通过连接管141连接。
与实施例1的区别在于，两个活塞与飞轮3之间不是通过连杆和曲柄连接，而是，飞轮3通过中心轴31能转动地设于第二气缸2的上端，中心轴31的两端与第二气缸2转动连接，由此，飞轮3部分置于第二气缸2内。第二气缸2上设有对称的轴向延伸的开槽211，由此，飞轮3可通过开槽211绕中心轴31在第二气缸2内转动。
为了在给飞轮3初始的动力后，能带动第一活塞15动作，斯特林发动机单元10的第二活塞25的底端设有一磁铁255，第一活塞15上设有一与磁铁255间隙式磁吸配合的驱动块151，驱动块151可以采用磁铁也可以采用铁磁性物质制作。第一活塞15可采用软的弹性材料制成，第二气缸2可呈透明，第二气缸2内设有活塞安装环26，该安装环26中部成型有供磁铁255伸入的通孔261。
在本实施例中，飞轮3的至少一个侧面上设有内凹或外凸的轨道槽34，为实现第二活塞25的直线运动和飞轮3的旋转运动的转化，轨道槽34呈凸轮状。如，轨道槽34为圆形轨道，轨道槽34的中心相对飞轮3的中心呈偏心，即轨道槽34相对飞轮3的中心呈偏心凸轮状。
第二活塞25的顶端位于飞轮3的侧面，第二活塞25的顶端形成有向飞轮3侧面延伸的滚子260。在本实施例中优选的，轨道槽34形成在飞轮3的两个侧面，而第二活塞25的顶端部分叉从而分别位于飞轮3两侧，第二活塞25的顶端部相对延伸形成上述滚子260，即位于飞轮3两侧的第二活塞25的顶端部均向飞轮3方向延伸而形成滚子260，两个滚子260分别与飞轮3相应的侧面接触。
滚子260设置在轨道槽34内，可在轨道槽34内滚动或滑动。通过这样的设置，第二活塞25的直线运动可以转化为飞轮3的旋转运动，当第二活塞25被推动向上运动时，会推动飞轮3转动，当转过半圈之后，依靠飞轮3的势能使得滚子260通过死点，第二活塞25向下运动，如此循环。轨道槽34有一对极限位置，即具有一对最高点和最低点，此时轨道槽整体呈圆形，最高点和最低点相隔180°，由此飞轮3旋转一周，则第二活塞25也运动一个周期。
启动时，用手拨一下或者其他方式使得飞轮3具有一定的初始速度，第一活塞15初始的向上运动是由于第一活塞15上的驱动块151被第二活塞25上的磁铁255吸引所致；当第二活塞25上的磁铁255向上运动远离第一活塞15上的驱动块151时，第一活塞15由于重力作用落回最低位置。其余工作原理同实施例1，当启动后，第二活塞25的上下运动的动力源是通过气体的膨胀收缩来实现的，飞轮3起到储能的作用。
如图14所示，可替代的，飞轮3上的轨道槽34还可以设置两对或两对以上的极限位置，如轨道槽34整体呈椭圆形，其中心与飞轮3的中心重合，具有两个最高点和两个最低点，这些最高点和最低点都圆周间隔均布在飞轮3的边缘上。由此飞轮3旋转一周，第二活塞25运动两个周期。两对以上的极限位置可以以此类推。
实施例4
如图15所示，在本实施例中，与实施例3的区别在于，轨道槽34的内侧边缘341相对飞轮3的中心呈偏心凸轮状，外侧边缘342则可以延伸到飞轮3的外边缘，第二活塞25上的滚子260与飞轮3上的轨道槽34的内侧边缘341抵接。滚子260或轨道槽34中至少一个由磁性材料制成，使得两者始终是互相吸引的，整个斯特林发动机单元10在运行过程中也不会断开。
如图16所示，同样的，此时飞轮3上也可以设置两对或两对以上的极限位置，本实施例表述的是有三对极限位置的情况，其中心与飞轮3的中心重合，飞轮3旋转一周，第二活塞25运动三个周期。
实施例5
如图17所示，在本实施例中，与实施例3的区别在于，轨道槽34外侧边缘342相对飞轮3的中心呈偏心凸轮状，内侧边缘341则可以延伸到飞轮3的内边缘，第二活塞25上的滚子260与飞轮3上的轨道槽34的外侧边缘342抵接。滚子260和轨道槽34始终相互吸引，优选的，滚子260和轨道槽34中一个由磁性材料制成，另一个由能被磁性材料吸引的材料制成，由此整个斯特林发动机单元10在运行过程中也不会断开。
如图18所示，同样的，此时飞轮3上可以设置两对或两对以上的极限位置，本实施例表述的是有三对极限位置的情况，其中心与飞轮3的中心重合，飞轮3旋转一周，第二活塞25运动三个周期。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (1)
1.一种带有凸轮形轨道滑行式制斯特林发动机的杯子，包括杯体(101)和杯盖，其特征在于：还包括斯特林发动机单元(10)，所述斯特林发动机单元(10)包括互相连通的第一气缸(1)和第二气缸(2)，所述第一气缸(1)上形成有用于从所述杯体(101)内吸热的吸热面(14),所述斯特林发动机单元(10)还包括设置在所述第一气缸(1)内的第一活塞(15)、设置在所述第二气缸(2)内的第二活塞(25)、以及由所述第一活塞(15)和第二活塞(25)带动的在垂直面内旋转的飞轮(3)，所述第一活塞(15)和第二活塞(25)上设有相匹配的联动机构,所述第二气缸(2)上设有对称的轴向延伸的开槽(211)，所述飞轮(3)通过中心轴(31)能转动地设于所述第二气缸(2)的上端；所述联动机构为，在所述第二活塞(25)的底端设置的磁铁(255)，以及在所述第一活塞(15)上设置的与所述磁铁(255)间隙式磁吸配合的驱动块(151)；所述第二活塞(25)的顶端位于所述飞轮(3)侧面，所述第二活塞(25)的顶端向所述飞轮(3)侧面延伸而形成有滚子(260)，所述飞轮(3)的至少一个侧面设有相对飞轮(3)的中心呈凸轮状的轨道槽(34)，所述滚子(260)与所述轨道槽(34)配合而实现所述第二活塞(25)的直线运动和飞轮(3)的旋转运动的转化,所述轨道槽(34)的内侧边缘(341)相对所述飞轮(3)中心呈凸轮状，所述滚子(260)与所述轨道槽(34)的内侧边缘(341)抵接。
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