CN109907614A - 一种带有磁驱动式斯特林发动机的杯子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有磁驱动式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，斯特林发动机单元包括互相连通的第一气缸和第二气缸；斯特林发动机单元还包括设置在第一气缸内的第一活塞、设置在第二气缸内作直线运动的第二活塞、以及在水平面内旋转的飞轮，第一活塞和第二活塞上设有相匹配的联动机构；第二活塞上间隔设置有第一磁铁单元和第二磁铁单元，旋转块上间隔设置有第三磁铁单元和第四磁铁单元，第一磁铁单元和第二磁铁单元磁极相反，第三磁铁单元和第四磁铁单元磁极相反，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

一种带有磁驱动式斯特林发动机的杯子

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：一种带有磁驱动式斯特林发动机的杯子。

技术领域

本发明涉及一种容器，尤其是一种带有磁驱动式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：一种带有磁驱动式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作直线运动的第二活塞、以及在水平面内旋转的飞轮，所述第一活塞和第二活塞上设有相匹配的联动机构，所述飞轮通过转轴设于所述第二气缸的顶端，所述转轴由所述第二活塞带动转动；

所述转轴末端连接有旋转块，所述旋转块与所述转轴同步转动；

所述第二活塞上间隔设置有第一磁铁单元和第二磁铁单元，所述旋转块上间隔设置有第三磁铁单元和第四磁铁单元，所述第一磁铁单元和第二磁铁单元磁极相反，所述第三磁铁单元和第四磁铁单元磁极相反。

更优地，所述斯特林发动机单元还包括限定所述第二活塞运动位置上限的限位机构。

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的结构示意图；

图11为图10的分解结构示意图；

图12为图10的剖视图；

图13为图11的替代方案的分解结构示意图；

图14为图11的替代方案的分解结构示意图；

图15为图12的替代方案的剖视图；

图16为图12的替代方案的剖视图；

图17为本发明的杯子的实施例4的斯特林发动机单元的结构示意图；

图18为本发明的杯子的实施例5的斯特林发动机单元的分解结构示意图。

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，一种带有磁驱动式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12，斯特林发动机单元10的吸热面14吸收能量使得第一气缸1体积膨胀推动第一活塞15(移气活塞)，吸热面14和散热面13之间通过螺杆固定。

在本实施例中，与上述实施例14的不同之处在于，在第二气缸2内，位于第二活塞25上方、封盖24下方设有旋转块29，转轴23贯穿封盖24后末端与旋转块29连接并且同步转动。第二活塞25(动力活塞)上，如上端面间隔设置有第一磁铁单元251和第二磁铁单元252，旋转块29上，如下端面间隔设置有第三磁铁单元291和第四磁铁单元292，每个磁铁单元中可以包括多个磁极朝向相同的磁铁，第一磁铁单元251和第二磁铁单元252磁极相反，第三磁铁单元291和第四磁铁单元292磁极相反。

当给飞轮3一个初始的动力后，第一磁铁单元251和第二磁铁单元252一起向上运动。第一磁铁单元251与第三磁铁单元291同极磁铁相互作用，产生斥力，而第一磁铁单元251继续向上运动(此时一体压力大于斥力)，第一磁铁单元251受到斥力而有远离第一磁铁单元251的趋势，但是由于结构原因不能向上运动，只能做圆周方向上的运动，从而带动旋转块29做圆周方向上的运动，即旋转运动。第二磁铁单元252和第四磁铁单元292也是同理，使旋转块29同向旋转，从而可带动转轴23转动，从而进一步带动飞轮23在水平面内旋转。当旋转块29继续旋转，第二活塞25也由于斥力在达到最高点后向下运动(此时斥力大于气体压力)。当第二活塞25继续向下运动，斥力越来越小，相反的，第一磁铁单元251与第四磁铁单元292、第二磁铁单元252与第三磁铁单元291的吸引力显现出来，使得第二活塞25受到的合力向上，并且这个力有增大的趋势，在这个过程中，这两对磁铁单元的吸引力也使得旋转块29继续朝相同方向旋转，即飞轮3继续在水平面内旋转。于是第二活塞25在到达最低点后开始向上运动。如此往复运动。

在上述实施例中，为避免第二活塞25转动，与实施例14相同的，第二气缸2的内壁纵向成型有一条形槽271，对应地，第二活塞25具有一与条形槽271导向适配的导向筋257，导向筋257与条形槽271适配，可以限制第二活塞25发生转动，确保第二活塞25能上下移动。

此外，还有一些可替代的防止第二活塞25转动的结构，第二活塞25形状为圆形，安装在其上的磁铁255为矩形磁铁。第二气缸2底部的安装环26上有一个与磁铁255宽度相同但长度很大的矩形通孔261，磁铁255在此通孔261上作直线运动，而且，此通孔261限制了第二活塞25的旋转运动。

或者，如图12所示，第二活塞25、第二气缸2、第二气缸2底部的安装环26为形状一致的非圆柱体，第二活塞25与第二气缸2间隙配合，安装环26与第二气缸2过盈配合，第二活塞25能在第二气缸2里灵活运动。通过上述三个部件非圆的形状使得第二活塞25不能做旋转运动。

再次参见图10～图12，第二活塞25不能运动到很高的位置，以防止各磁铁单元吸在一起，运动就此停止，因此需要设置限制第二活塞25直线运动的最高位置的限位机构。

在本实施例中优选的，限位机构包括在旋转块29的中心设置的第一顶杆293，和第二活塞25的中心设置的第二顶杆254，第二顶杆254的位置与第一顶杆293的位置对应。第一顶杆293相对于旋转块29的其它部分突出，第二顶杆254相对于第二活塞25上的其它部分突出，当第二活塞25向上运动到一定高度时，第二顶杆254与第一顶杆293相碰。于是第一顶杆293就阻止了第二活塞25继续向上运动。

此外，还有一些可替代的防止第二活塞25直线运动到过高位置的结构，采用在旋转块29下端面设置第一限位磁铁294、在第二活塞25上端面设置第二限位磁铁258来分别替代第一顶杆293和第二顶杆254，第一限位磁铁294和第二限位磁铁258同极相对，即互相排斥。当第二活塞25向上运动时，第一限位磁铁294与第二限位磁铁258之间的斥力最明显，并且远远高于其他磁铁单元之间的相互作用力。所以第二活塞25不能继续向上运动，并且这种结构使得第二活塞25不与其他件直接接触，减少了能量损失。

如图16所示，采用在第二活塞25上端面设置限位弹簧259来替代第一顶杆293和第二顶杆254，当第二活塞25运动到一定高度时限位弹簧259受到挤压，过一定距离后弹力大到一定程度，第二活塞25开始向下运动。

实施例4

本实施例中，飞轮3也为水平式，如图17和图18所示，与实施例3不同之处在于，第二活塞25和旋转块29之间的驱动关系为，第二活塞25的上端面为曲面，旋转块29的下端面也为曲面，两个曲面是可以互相啮合的圆周正弦光滑曲面。

当第二活塞25向上运动时，第二活塞25的上端面曲面最高点与旋转块29的下端面最高点接触并相互作用(推力)，因第二活塞25不能旋转，所以旋转块29旋转，从而带动飞轮3旋转。在达到两曲面完全吻合之前，都是第二活塞25推着旋转块29旋转，并把能量给飞轮3储存。当第二活塞25的曲面最低点与旋转块29的曲面最低点吻合之后，旋转块29推动第二活塞25向下运动。此时旋转块29靠飞轮3的储存的能量提供旋转和推动第二活塞25的能量。旋转块29由磁性材料制成，第二活塞25是由能被磁性材料吸引的材料制成，旋转块29始终吸引着第二活塞25，使得两曲面始终是相切接触的；或者旋转块29由能被磁性材料吸引的材料制成，旋转块29由磁性材料制成，第二活塞25始终吸引着上旋转块29，使得两曲面也始终是相切接触的。

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 (2)

1.一种带有磁驱动式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)内作直线运动的第二活塞(25)、以及在水平面内旋转的飞轮(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，所述飞轮(3)通过转轴(23)设于所述第二气缸(2)的顶端，所述转轴(23)由所述第二活塞(25)带动转动；

所述转轴(23)末端连接有旋转块(29)，所述旋转块(29)与所述转轴(23)同步转动；

所述第二活塞(25)上间隔设置有第一磁铁单元(251)和第二磁铁单元(252)，所述旋转块(29)上间隔设置有第三磁铁单元(291)和

第四磁铁单元(292)，所述第一磁铁单元(251)和第二磁铁单元(252)磁极相反，所述第三磁铁单元(291)和第四磁铁单元(292)磁极相反。

2.如权利要求1所述的一种带有磁驱动式斯特林发动机的杯子，其特征在于，所述斯特林发动机单元(10)还包括限定所述第二活塞(25)运动位置上限的限位机构。