CN113819672A - 斯特林制冷器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种斯特林制冷器，包括壳体、气缸、动力活塞、排出器活塞、连接杆，动力活塞上的第一进气口通向第一气库，且第一进气口处设置有第一单向进气装置，动力活塞的侧壁上设置有第一节流装置；排出器活塞上设置有第二进气口，第二进气口通向第二气库，第二进气口处设置有第二单向进气装置，排出器活塞的侧壁上设置有第二节流装置；气缸的外部设置有直线电机，永磁组件与动力活塞之间固定连接；还包括调相板簧，连接杆从动力活塞端部伸出的一端连接至调相板簧；气缸的第一端外部依次设置有热端散热器、回热器、冷端散热器。本发明的优点在于：排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求。

Description

斯特林制冷器
技术领域
本发明涉及斯特林制冷领域，具体涉及一种斯特林制冷器。
背景技术
受限于逆斯特林热力循环制冷器高昂的技术成本和生产成本，其主要被应用于航天领域，对某些需要深低温工作条件的器件(如红外探测器件等)进行冷却，在经过了大量的研究和应用后，其技术成本和生产成本逐渐降低，使得逆斯特林热力循环的制冷器技术从航天、军用领域开始逐渐步入商用、民用市场。
低温冷冻及存储箱对深低温制冷技术的需求让逆斯特林热力循环的制冷器系统有了用武之地，而逆斯特林热力循环的制冷器是整个低温冰箱的核心技术部件，它的优势在于不采用复叠式压缩机制冷，逆斯特林热力循环的制冷器在制造时被密封，无需维护，便于现场更换。
传统的直线往复式逆向斯特林热力循环机器中通常包含两个弹簧结构来分别对压缩活塞(即动力活塞)和推移活塞(即排出器活塞)进行支撑和定位，例如申请号为CN201410062849.1的中国发明专利公开的一种斯特林循环机，以及申请号为CN200810213624.6的中国发明专利公开的斯特林循环机，均是采用双弹簧支撑结构，其优点在于可以通过调整两种弹簧机构的刚度系数来保证压缩活塞和推移活塞之间的相位夹角，并为活塞机构提供良好的径向支撑，其缺点在于受到弹簧结构的极限应力强度的限制，导致两个活塞尤其是动力活塞的行程不能太大，因此传统的直线往复式逆向斯特林热力循环机器排气容积普遍较小，制冷量也较小，无法满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，虽然可以通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，但这就会导致整个整机的尺寸和重量都会变大，成本提高。
另外，在实际应用中，动力活塞在运行过程尤其是启动瞬间可能会撞向气缸的前后两端从而无法稳定持续的运行下去，为保证动力活塞稳定运行，通常需要复杂的控制程序来保证，增加了产品的成本，控制器的可靠性也存在风险。
斯特林循环机是一种典型的回热式热力循环设备，对于回热式热力循环设备，热置换器的效率对设备的性能起到了决定性的作用，热置换器的任务是承担斯特林循环机内冷热流体间周期性的换热，要求热置换器在温度范围内有足够的热容且比表面积要尽可能的大，以利于换热，气体通过热置换器时阻力损失要小，轴向导热损失要小，填充率要高以减少热置换器的空体积。但是，热置换器的这些要求中大多数是相互矛盾的：为了减少流动阻力损失和轴向导热损失就要降低填充率，这就与热容大及比表面积大以及减少空体积的要求相互矛盾。
逆向斯特林热力循环制冷器包括一个减振机构，由于所述斯特林循环机内的动子属于高频运动部件，另外活塞压缩气体在压缩腔内来回穿梭都会导致制冷机产生的振动干扰，因此需要可靠的减振技术来减小制冷机的振动输出。常见的减振器通常是由圆柱弹簧或者是膜片弹簧和质量块以及一些支撑结构构成，圆柱弹簧的减振器结构简单，成本低廉，但整个减振机构的尺寸不容易实现轻量化，减振器通常体积和重量较大，没有足够的市场竞争优势，膜片弹簧在减振效果上和圆柱弹簧相同，并且可以大幅度降低减振器的体积和重量，但是膜片弹簧需要经过多道工艺处理才能实现要求的刚度和可靠性，因此单片膜片弹簧的成本较圆柱弹簧而言要高出很多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：
现有技术中的直线往复式逆向斯特林热力循环机器排气容积小，制冷量小，无法满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求的技术问题。
本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种斯特林制冷器，包括壳体，所述壳体为分体式结构，包括上壳体、下壳体，上壳体与下壳体之间固定连接；
所述壳体中设置有气缸，气缸中滑动安装有活塞，所述活塞包括同轴设置的动力活塞、排出器活塞，所述排出器活塞上同轴设置有连接杆，所述动力活塞套装在连接杆上，动力活塞能够相对于连接杆沿其轴向往复滑动；
所述动力活塞朝向排出器活塞的一端上设置有第一进气口，动力活塞内部设置有第一气库，第一进气口通向第一气库，且第一进气口处设置有第一单向进气装置，所述动力活塞的侧壁上设置有第一节流装置，第一气库中的气体能够经第一节流装置流出至动力活塞外侧；
所述排出器活塞朝向动力活塞的一端上设置有第二进气口，排出器活塞内部设置有第二气库，第二进气口通向第二气库，第二进气口处设置有第二单向进气装置，所述排出器活塞的侧壁上设置有第二节流装置，第二气库中的气体能够经第二节流装置流出至排出器活塞外侧；
所述动力活塞位于气缸的第一端内部，所述排出器活塞位于气缸的第二端内部；
所述气缸的第一端外部设置有直线电机，所述直线电机包括能够往复运动的永磁组件，永磁组件与动力活塞之间固定连接；
还包括固定设置的调相板簧，连接杆从动力活塞端部伸出的一端连接至调相板簧；
所述气缸的第一端外部依次设置有热端散热器、回热器、冷端散热器，所述动力活塞与排出器活塞之间的空间形成压缩腔，所述气缸中设置有连通压缩腔与热端散热器的通道，所述排出器活塞的端部与壳体之间形成膨胀腔，冷端散热器与膨胀腔连通。
本发明中的斯特林制冷器在实际应用时，工质气体充入壳体内部，直线电机为动力活塞提供动力，在直线电机的作用下，永磁组件驱动动力活塞轴向往复运动，动力活塞向排出器活塞方向移动，将压缩腔中的气体压缩，压缩后的气体依次经热端散热器、回热器、冷端散热器进入膨胀腔，即经动力活塞压缩后的工质先进入热端散热器进行换热，然后进一步将自身的热量传递至回热器，经过回热器的换热，工质温度已经足够低，并在冷端散热器和膨胀腔内进行膨胀吸热，带走被冷却件的热量使其温度下降，吸热后的工质先后经过回热器，并将之前释放出来的热量重新吸收并通过热端换热器将热量传递至外界环境，实现制冷循环。在此过程中，受气体压力作用以及调相板簧的作用，排出器活塞也随之产生往复运动，在两个活塞运动过程中，由于其活塞结构取消了现有技术中采用双弹簧支撑结构，当活塞实际应用于斯特林制冷器中时，安装在斯特林制冷器的气缸中，动力活塞、排出器活塞之间压缩，二者之间的气体会经第一进气口、第二进气口分别进入第一气库、第二气库，外界气压降低时，第一单向进气装置、第二单向进气装置关闭，各气库中的气体经第一节流装置或者第二节流装置进入到活塞与气缸之间的空隙中，形成一层环形的气膜，进而避免活塞与气缸之间接触，形成气浮轴承结构，进而将活塞支撑住，由于没有现有技术中弹簧结构的极限应力强度的限制，两个活塞尤其是动力活塞的行程较大，其排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，无需通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，避免导致整个整机的尺寸和重量变大，成本较低。
优化的，所述直线电机包括同轴设置的外定子、内定子，所述外定子中设置有线圈，外定子轴向的两端设置极靴；
外定子与内定子之间设置有环隙，永磁组件位于环隙中，所述永磁组件包括磁体固定支架，所述磁体固定支架上设置有永磁体；
所述永磁体沿磁体固定支架轴向至少对称设置两组，每组中包括两圈永磁体，所有永磁体均径向充磁，同组中两圈永磁体的充磁极性相反。
直线电机能够实现自动定心：在启动前，永磁组件上的永磁体的中心处于外定子、内定子的轴向中心位置，当交变电流输入线圈后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，相对于现有技术，能够有效避免动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间撞向气缸的前后两端，进而能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。
优化的，所述外定子的内侧设置有开口向内的内环槽，内环槽中设置有线圈骨架，线圈骨架上设置有开口向外的外环槽，所述线圈设置在线圈骨架的外环槽中；
所述线圈骨架轴向的端面上沿圆周方向设置有若干个骨架端面凸起，所述外定子包括若干块，每块外定子插在线圈骨架上的两骨架端面凸起之间。
骨架端面凸起能够起到一定的定位作用，在实际组装时，只需将每块外定子插在线圈骨架上的两骨架端面凸起之间即可实现安装，无需另外设置定位工装来进行定位，操作较方便，安装效率高。
优化的，所述磁体固定支架为圆筒形结构，所述永磁体设置在磁体固定支架的外壁上；
所述永磁体的外侧设置有纤维层。
通过在永磁体的外侧设置纤维层，能够很好的对永磁体起到额外的固定作用，能够有效防止永磁体脱落、剥离，同时无需额外增加防脱结构，仅通过一纤维层即可实现，相对于现有技术，不会增加设备成本、装配难度，并且不会导致环隙增大、电机效率下降等问题。
优化的，所述回热器包括回热器骨架，所述回热器骨架上套设有烧结网片以及编织网片；
所述烧结网片、编织网片依次设置，所述烧结网片靠近斯特林制冷器的膨胀腔一侧，所述编织网片靠近斯特林制冷器的压缩腔一侧。
烧结网片的孔隙率较大，通过烧结网片总重量与编织网片总重量的配比设计，能够在确保回热器填充率、热容大、比表面积大、减少空体积的同时，有效减少轴向导热损失以及流动阻力。
优化的，所述动力活塞包括动力活塞本体，动力活塞本体内部中空，动力活塞本体远离排出器活塞的一端设置开口，动力活塞本体内部中空处设置有内衬，内衬中设置通孔，连接杆位于通孔中；
内衬外圆周面上设置有环槽，环槽与动力活塞本体的内壁之间形成所述第一气库；
所述动力活塞本体的开口处设置有固定压板，固定压板将内衬压在动力活塞本体内部。
动力活塞采用动力活塞本体、内衬等形成的分体式结构，便于加工内部的环槽，进而方便形成第一气库，同时活塞的其他部位特征也便于加工。
优化的，所述第一节流装置设置在动力活塞本体的侧壁中，其位于环槽轴向的一侧，所述第一节流装置两侧的环隙处密封；
所述内衬中设置有从环槽通向第一节流装置的气体通道，所述气体通道中设置有一级节流装置。
一级节流装置与第一节流装置配合形成两级节流，整体节流效果较好，形成的气浮轴承结构更加稳定、可靠。
优化的，所述第一节流装置沿轴向至少设置一组，每组中包括至少两个第一节流装置，同组中所有第一节流装置沿圆周方向均匀分布；
所述第二节流装置沿轴向至少设置一组，每组中包括至少两个第二节流装置，同组中所有第二节流装置沿圆周方向均匀分布。
优化的，所述排出器活塞包括排出器活塞本体，排出器活塞本体远离动力活塞的一端设置有活塞堵头；
所述排出器活塞本体与活塞堵头之间设置有活塞内层，活塞内层与排出器活塞内壁之间形成所述第二气库；
所述活塞堵头外侧壁上设置有环形密封槽。
活塞结构应用于斯特林制冷器中时，由于压缩腔的压力作用，压缩腔的工质也会向膨胀腔流动，即压缩腔有向膨胀腔流动的正质量流量，该部分工质不参与斯特林制冷循环，不但会降低斯特林循环效率，甚至会带来物理上的碰撞等严重的实效问题，环形密封槽能有效阻止工质气体从排出器活塞和气缸之间的环形间隙内从压缩腔向膨胀腔流动。
优化的，还包括减振器，所述减振器包括同轴设置的质量块、支撑架，所述支撑架与壳体同轴固定连接，质量块、支撑架均为回转体形状，所述质量块、支撑架之间通过弹簧片连接；
所述弹簧片至少设置两个，所有弹簧片沿质量块、支撑架的圆周方向均匀分布；
所述弹簧片自外向内依次包括外安装段、外过渡段、中间段、内过渡段、内安装段；
所述外安装段、外过渡段形成第一圆弧段，所述中间段、内过渡段、内安装段形成第二圆弧段，所述第一圆弧段与第二圆弧段的弯曲方向相反。
减振器在实际应用时，将斯特林循环机固定安装在支撑架上，当斯特林循环机工作产生振动时，其通过弹簧片即可实现减振，该减振器能够将现有技术中膜片弹簧和圆柱弹簧的优点结合起来，其整体结构简单，加工难度低、加工成本较低，并且体积小、安装方便。
本发明的优点在于：
1.本发明中的斯特林制冷器在实际应用时，工质气体充入壳体内部，直线电机为动力活塞提供动力，在直线电机的作用下，永磁组件驱动动力活塞轴向往复运动，动力活塞向排出器活塞方向移动，将压缩腔中的气体压缩，压缩后的气体依次经热端散热器、回热器、冷端散热器进入膨胀腔，即经动力活塞压缩后的工质先进入热端散热器进行换热，然后进一步将自身的热量传递至回热器，经过回热器的换热，工质温度已经足够低，并在冷端散热器和膨胀腔内进行膨胀吸热，带走被冷却件的热量使其温度下降，吸热后的工质先后经过回热器，并将之前释放出来的热量重新吸收并通过热端换热器将热量传递至外界环境，实现制冷循环。在此过程中，受气体压力作用以及调相板簧的作用，排出器活塞也随之产生往复运动，在两个活塞运动过程中，由于其活塞结构取消了现有技术中采用双弹簧支撑结构，当活塞实际应用于斯特林制冷器中时，安装在斯特林制冷器的气缸中，动力活塞、排出器活塞之间压缩，二者之间的气体会经第一进气口、第二进气口分别进入第一气库、第二气库，外界气压降低时，第一单向进气装置、第二单向进气装置关闭，各气库中的气体经第一节流装置或者第二节流装置进入到活塞与气缸之间的空隙中，形成一层环形的气膜，进而避免活塞与气缸之间接触，形成气浮轴承结构，进而将活塞支撑住，由于没有现有技术中弹簧结构的极限应力强度的限制，两个活塞尤其是动力活塞的行程较大，其排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，无需通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，避免导致整个整机的尺寸和重量变大，成本较低。
2.直线电机能够实现自动定心：在启动前，永磁组件上的永磁体的中心处于外定子、内定子的轴向中心位置，当交变电流输入线圈后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，相对于现有技术，能够有效避免动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间撞向气缸的前后两端，进而能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。
3.骨架端面凸起能够起到一定的定位作用，在实际组装时，只需将每块外定子插在线圈骨架上的两骨架端面凸起之间即可实现安装，无需另外设置定位工装来进行定位，操作较方便，安装效率高。
4.通过在永磁体的外侧设置纤维层，能够很好的对永磁体起到额外的固定作用，能够有效防止永磁体脱落、剥离，同时无需额外增加防脱结构，仅通过一纤维层即可实现，相对于现有技术，不会增加设备成本、装配难度，并且不会导致环隙增大、电机效率下降等问题。
5.烧结网片的孔隙率较大，通过烧结网片总重量与编织网片总重量的配比设计，能够在确保回热器填充率、热容大、比表面积大、减少空体积的同时，有效减少轴向导热损失以及流动阻力。
6.动力活塞采用动力活塞本体、内衬等形成的分体式结构，便于加工内部的环槽，进而方便形成第一气库，同时活塞的其他部位特征也便于加工。
7.一级节流装置与第一节流装置配合形成两级节流，整体节流效果较好，形成的气浮轴承结构更加稳定、可靠。
8.活塞结构应用于斯特林制冷器中时，由于压缩腔的压力作用，压缩腔的工质也会向膨胀腔流动，即压缩腔有向膨胀腔流动的正质量流量，该部分工质不参与斯特林制冷循环，不但会降低斯特林循环效率，甚至会带来物理上的碰撞等严重的实效问题，环形密封槽能有效阻止工质气体从排出器活塞和气缸之间的环形间隙内从压缩腔向膨胀腔流动。
9.减振器在实际应用时，将斯特林循环机固定安装在支撑架上，当斯特林循环机工作产生振动时，其通过弹簧片即可实现减振，该减振器能够将现有技术中膜片弹簧和圆柱弹簧的优点结合起来，其整体结构简单，加工难度低、加工成本较低，并且体积小、安装方便。
附图说明
图1为本发明实施例中斯特林制冷器的剖视图；
图2为本发明实施例中回热器的剖视图；
图3为本发明实施例中烧结网片、编织网片的分布示意图；
图4为本发明实施例中直线电机的安装示意图；
图5为本发明实施例中直线电机部分部件的示意图；
图6为本发明实施例中永磁体磁极分布示意图；
图7为本发明实施例中外定子及线圈骨架的示意图；
图8为本发明实施例中永磁组件的示意图；
图9为本发明实施例中磁体固定支架的示意图；
图10为本发明实施例中直线电机实际应用时的示意图
图11为本发明实施例中减振器的示意图；
图12为本发明实施例中所有弹簧片的分布示意图；
图13为本发明实施例中单个弹簧片的结构图；
图14为本发明实施例中支撑架的示意图；
图15为本发明实施例中质量块的示意图；
图16为本发明实施例中减振器的剖视图；
图17为本发明实施例中另一结构质量块的示意图；
图18为本发明实施例中另一结构支撑架的示意图；
图19为本发明实施例中带质量块凹槽的质量块示意图；
图20为本发明实施例中另一结构减振器的剖视图；
图21为本发明实施例中活塞的剖视图；
图22为本发明实施例中排出器活塞的剖视图；
图23为本发明实施例中动力活塞的剖视图；
图24为本发明实施例中连接杆的示意图；
图25为本发明实施例中散热器卡箍、散热器翅片的示意图；
其中，
回热器-1；回热器骨架-11；间隔凸缘-111；冷端散热器安装段-112；烧结网片-12；编织网片-13；
永磁组件-2；磁体固定支架-21；环槽-211；安装孔-212；凸缘-213；永磁体-22；纤维层-23；
直线电机-3；外定子-31；内定子-32；端面环槽-321；环隙-33；线圈-34；极靴-35；线圈骨架-36；骨架端面凸起-361；
减振器-4；质量块-41；质量块凹槽-411；支撑架-42；安装孔-421；支撑架凸台-422；支撑架凹槽-423；弹簧片-43；外安装段-431；外过渡段-432；中间段-433；内过渡段-434；内安装段-435；垫圈-44；
活塞-7；动力活塞-71；第一进气口-711；第一气库-712；第一单向进气装置-713；第一节流装置-714；动力活塞本体-715；内衬-716；固定压板-717；导套-718；环槽-7161；一级节流装置-7162；排出器活塞-72；第二进气口-721；第二气库-722；第二单向进气装置-723；第二节流装置-724；引导部-725；排出器活塞本体-726；活塞堵头-727；活塞内层-728；环形密封槽-7271；支撑内衬-7272；连接杆-73；调相板簧-731；板簧固定筒-732；
壳体-8；上壳体-81；下壳体-82；热端过渡环-83；散热器卡箍-84；散热器翅片-85；连接圆环-811；气管-821；
气缸-9；热端散热器-91；冷端散热器-92；通道-93。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种斯特林制冷器，包括回热器1、热端散热器91、冷端散热器92、直线电机3、减振器4、活塞7、壳体8、气缸9。
为便于描述及理解，以图1视角为主视图视角，其余方位以此为基准类推，应当理解，此方位设定仅是为了方便描述及理解，不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，所述壳体8为分体式结构，包括上壳体81、下壳体82，上壳体81与下壳体82之间固定连接；具体的，所述上壳体81、下壳体82之间焊接形成密封的壳体8，下壳体82上设置有气管821，用以向内部充气。
如图1所示，所述壳体8中设置有气缸9，所述气缸9为分体式结构，包括气缸本体95以及气缸筒体94，所述气缸本体95主体结构为圆筒形，其上部外侧设置有圆锥形的凸缘，用以与上壳体81之间连接，具体的，所述上壳体81内部焊接有连接圆环811，所述气缸本体95的凸缘通过螺钉安装在连接圆环811上。
如图1所示，所述气缸筒体94为圆筒形结构，其通过螺纹同轴安装在气缸本体95上方。所述热端散热器91安装在气缸筒体94、气缸本体95连接位置的外侧。本实施例中所述热端散热器91、冷端散热器92均采用S形往复折叠的金属片结构，或者采用现有技术中的斯特林制冷器散热器结构。
如图1所示，气缸9中滑动安装有活塞7，所述活塞7包括动力活塞71、排出器活塞72、连接杆73。
如图1、21所示，所述动力活塞71、排出器活塞72同轴设置，所述排出器活塞72上同轴设置有连接杆73，所述动力活塞71套装在连接杆73上，动力活塞71能够相对于连接杆73沿其轴向往复滑动。
如图21所示，所述动力活塞71朝向排出器活塞72的一端上设置有第一进气口711，动力活塞71内部设置有第一气库712，第一进气口711通向第一气库712，且第一进气口711处设置有第一单向进气装置713，所述动力活塞71的侧壁上设置有第一节流装置714，第一气库712中的气体能够经第一节流装置714流出至动力活塞71外侧。
如图21所示，所述排出器活塞72朝向动力活塞71的一端上设置有第二进气口721，排出器活塞72内部设置有第二气库722，第二进气口721通向第二气库722，第二进气口721处设置有第二单向进气装置723，所述排出器活塞72的侧壁上设置有第二节流装置724，第二气库722中的气体能够经第二节流装置724流出至排出器活塞72外侧。
具体的，如图23所示，所述动力活塞71包括动力活塞本体715，动力活塞本体715内部中空，动力活塞本体715远离排出器活塞72的一端设置开口，动力活塞本体715内部中空处设置有内衬716，内衬716中设置通孔，连接杆73位于通孔中。
如图23所示，内衬716外圆周面上设置有两个环槽7161，环槽7161与动力活塞本体715的内壁之间形成所述第一气库712，即形成两个第一气库712，两个第一气库712之间连通。
如图23所示，所述动力活塞本体715的开口处设置有固定压板717，固定压板717为圆环形，固定压板717通过螺钉安装在动力活塞本体715端部，固定压板717将内衬716压在动力活塞本体715内部，动力活塞本体715的开口的一端还设置有向外侧凸出的凸缘，凸缘上设置若干个安装孔，所有安装孔沿圆周方向均匀分布，动力活塞本体715的凸缘通过安装孔、螺钉与直线电机3的永磁组件2实现连接。
进一步的，如图23所示，所述内衬716为分体式结构，其沿轴向分成若干段，各段之间通过螺纹连接。本实施例中，所述内衬716沿轴向分成两段。
如图23所示，所述第一进气口711经动力活塞本体715、内衬716延伸至第一气库712，即内衬716中沿轴线开设有气体通道，所述第一单向进气装置713位于第一气库712中，第一单向进气装置713能够实现仅向第一气库712中进气而无法出气，第一单向进气装置713可采用现有技术中的单向阀等部件，本实施例中，所述第一单向进气装置713、第二单向进气装置723结构相同，所述第一单向进气装置713包括采用螺钉固定在气体通道出口处的阀片，当进气时阀片开启，外部压力降低后，阀片关闭以防止出气。
如图23所示，所述第一节流装置714设置在动力活塞本体715的侧壁中，其位于环槽7161轴向的一侧，所述第一节流装置714两侧的环隙处密封，本实施例中，所述第一节流装置714两侧的环隙处通过设置密封圈密封，且内衬716靠近固定压板717的一端与动力活塞本体715的侧壁之间设置密封圈。
如图23所示，所述内衬716中设置有从环槽7161通向第一节流装置714的气体通道，所述气体通道中设置有一级节流装置7162。
具体的，本实施例中，所述第一节流装置714、第二节流装置724、一级节流装置7162均可采用现有技术中的节流器，或者采用现有技术中的喷砂、腐蚀或拉丝处理等工艺制成。
本实施例中，所述第一节流装置714、第二节流装置724、一级节流装置7162结构相同，均为圆柱形，各节流装置上设置外螺纹，所述动力活塞本体715、排出器活塞本体726上设置有螺纹孔，各节流装置安装在对应的螺纹孔中；所述节流装置内部设置有连通节流装置两端的节流孔，节流孔的形成可通过现有技术中的喷砂、或腐蚀或拉丝处理等工艺形成，节流孔的加工为现有技术，节流装置的外端为内六角凹孔，以便安装拆卸，内端内部则为节流孔。
如图21所示，所述动力活塞71中设置有导套718；所述排出器活塞72朝向动力活塞71的一端设置有引导部725，引导部725与导套718之间滑动配合安装。
所述第一节流装置714沿轴向至少设置一组，本实施例设置两组，每组中包括至少两个第一节流装置714，同组中所有第一节流装置714沿圆周方向均匀分布，本实施例中设置每组中包括四个第一节流装置714。
所述第二节流装置724沿轴向至少设置一组，本实施例设置一组，每组中包括至少两个第二节流装置724，本实施例中每组包括四个第二节流装置724，同组中所有第二节流装置724沿圆周方向均匀分布。
如图22所示，所述排出器活塞72包括排出器活塞本体726，排出器活塞本体726远离动力活塞71的一端设置有活塞堵头727，所述活塞堵头727通过螺纹安装在排出器活塞本体726上；所述排出器活塞本体726与活塞堵头727之间设置有活塞内层728，活塞内层728与排出器活塞72内壁之间形成所述第二气库722。
具体的，如图22所示，所述排出器活塞本体726设置有开口向上的阶梯孔，所述活塞内层728设置有向外凸起的凸缘，凸缘压在阶梯孔的阶梯台阶上，且二者之间设置密封圈，活塞内层728的下端设置开口向下的圆筒部，第二节流装置724位于圆筒部的外侧，所述阶梯孔中设置有向上凸出的凸台，活塞内层728压在凸台上，且二者之间设置密封圈。
如图22所示，所述活塞堵头727外侧壁上设置有环形密封槽7271，本实施例中设置8道环形密封槽7271。
如图22所示，所述活塞堵头727内部为中空的，其内部设置有支撑内衬7272，支撑内衬7272包括中间圆柱，中间圆柱的外部设置四个平行的圆盘，圆盘用以支撑活塞堵头727内壁；所述连接杆73与排出器活塞本体726、活塞内层728之间固定连接，所述支撑内衬7272固定设置在连接杆73端部。所述连接杆73上端通过螺纹安装在中间圆柱中，如图24所示，连接杆73中为中空的，连接杆73在中间圆柱中的安装部位上设置有通向活塞堵头727内部的通道，连接杆73为挠性的。
如图1所示，所述动力活塞71位于气缸9的第一端内部，所述排出器活塞72位于气缸9的第二端内部；所述气缸9的第一端外部设置有直线电机3，所述直线电机3包括能够往复运动的永磁组件2，永磁组件2与动力活塞71之间固定连接；还包括固定设置的调相板簧731，连接杆73从动力活塞71端部伸出的一端连接至调相板簧731；所述气缸9的第一端外部依次设置有热端散热器91、回热器1、冷端散热器92，所述动力活塞71与排出器活塞72之间的空间形成压缩腔，所述气缸9中设置有连通压缩腔与热端散热器91的通道93，所述排出器活塞72的端部与壳体8之间形成膨胀腔，冷端散热器92与膨胀腔连通。
如图4所示，所述直线电机3包括永磁组件2、外定子31、内定子32、线圈34、线圈骨架36。
如图4所示，所述外定子31、内定子32同轴设置，所述外定子31固定安装在气缸本体95圆锥形的凸缘下方。
如图5所示，所述外定子31中设置有线圈34，外定子31轴向的两端设置极靴35；具体的，所述外定子31的内侧设置有开口向内的内环槽，内环槽中设置有圆环形的线圈骨架36，线圈骨架36上设置有开口向外的外环槽，所述线圈34设置在线圈骨架36的外环槽中。
如图7所示，所述线圈骨架36轴向的端面上沿圆周方向设置有若干个骨架端面凸起361，本实施例中，所述线圈骨架36的每个端面上设置有8个骨架端面凸起361，所述外定子31包括若干块，本实施例中为8块，每块外定子31插在线圈骨架36上的两骨架端面凸起361之间。每块外定子31均采用若干个矽钢片叠片而成，8组矽钢片围成圆环形，极靴35位于外定子31轴向的两端尖角位置。骨架端面凸起361起到加强作用的同时，还能够对每组矽钢片进行定位。
如图5、10所示，所述内定子32轴向的两端各设置一端面环槽321，内定子32置于气缸本体95外侧，内定子32轴向的两端各设置一卡环，卡环插入对应的端面环槽321中，并固定在气缸本体95上，实现对内定子32的定位安装。
所述外定子31、内定子32轴向长度相等。所述内定子32为圆环形结构，由若干个矽钢片堆叠形成圆环形状。
如图4所示，外定子31与内定子32之间设置有环隙33，环隙33中设置有永磁组件2，所述永磁组件2包括磁体固定支架21，所述磁体固定支架21上设置有永磁体22；所述磁体固定支架21为圆筒形结构，所述永磁体22设置在磁体固定支架21的内壁上。
如图6所示，所述永磁体22沿磁体固定支架21轴向至少对称设置两组，本实施例中，所述永磁体22沿磁体固定支架21轴向对称设置两组，两组之间间隔一定距离，每组中包括两圈永磁体22，所有永磁体22均径向充磁，同组中两圈永磁体22的充磁极性相反，具体的，本实施例中，每圈永磁体22由6块磁极相同的圆弧形的磁钢形成，6块圆弧形的磁钢围成一圆环结构，磁钢粘接在磁体固定支架21上，每组永磁体22中相邻两圈磁钢的极性相反，即一圈为内S外N，另一圈为内N外S，两组永磁体22极性对称。
进一步的，还可将永磁体22与磁体固定支架21之间的安装方式设置成如下结构：
如图8所示，所述永磁体22设置在磁体固定支架21的外侧，所述永磁体22的外侧设置有纤维层23。
具体的，如图9所示，所述磁体固定支架21为圆筒形结构。所述磁体固定支架21的外侧设置有环槽211，所述永磁体22安装在环槽211中。
如图9所示，所述磁体固定支架21的一端设置有安装孔212。具体的，所述磁体固定支架21的端部设置有向内侧凸起的凸缘213，所述安装孔212设置在凸缘213上。所述安装孔212为圆孔，其轴线方向平行于磁体固定支架21的轴线，安装孔212设置若干个，均匀沿着磁体固定支架21圆周方向分布。
所述永磁体22与磁体固定支架21之间通过胶水粘接。所述纤维层23包括缠绕在永磁体22外侧的纤维丝；纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体22之间均通过胶水粘接。所述纤维层23覆盖永磁体22以及磁体固定支架21外侧。
具体的，本实施例中所述纤维层23的成型方法为：将纤维丝浸胶，然后缠绕在永磁体22以及磁体固定支架21外侧，胶水凝固后，即可实现纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体22、磁体固定支架21之间通过胶水粘接。纤维丝可采用金属丝、尼龙等。
进一步的，如图1所示，所述外定子31的下方设置有板簧固定筒732，板簧固定筒732呈圆筒形结构，侧壁开孔，上端设置凸缘，用以与外定子31连接，其下端与调相板簧731的边缘处通过螺钉连接。
如图2所示，所述回热器1包括回热器骨架11、烧结网片12、编织网片13。
如图1-3所示，所述回热器骨架11套装在气缸筒体94的外侧，所述回热器骨架11上套设有烧结网片12以及编织网片13；所述烧结网片12、编织网片13依次设置，所述烧结网片12靠近斯特林制冷器的膨胀腔一侧，所述编织网片13靠近斯特林制冷器的压缩腔一侧，本实施例中，所述烧结网片12、编织网片13按照重量比设置。
具体的，如图2所示，所述回热器骨架11为圆筒形结构。所述回热器骨架11的外壁上设置有间隔凸缘111，所述烧结网片12位于编织网片13与间隔凸缘111之间。所述间隔凸缘111的一侧设置有冷端散热器安装段112，用以安装斯特林制冷器中的冷端散热器，所述间隔凸缘111位于冷端散热器安装段112与烧结网片12之间。所述冷端散热器安装段112的外径大于间隔凸缘111另一侧回热器骨架11的外径。
进一步的，如图2所示，所述回热器骨架11端部外缘处倒角，以便于安装烧结网片12、编织网片13以及冷端散热器。
本实施例中所述烧结网片12、编织网片13均为圆环形。所述烧结网片12的孔隙率大于编织网片13的孔隙率。本实施例中，所述烧结网片12采用金属丝烧结制成，孔隙率为80％，烧结成型的方式有效的降低装配成本。所述编织网片13为现有技术，市购即可，如选用印刷领域的编织网片。
进一步的，所述烧结网片12堆叠设置若干片形成烧结段；所述编织网片13堆叠设置若干片形成编织段；所述烧结段与编织段之间设置有热惰性多孔隔热片，热惰性多孔隔热片的孔隙率大于烧结网片12及编织网片13的孔隙率。热惰性多孔隔热片为圆环形片状结构，由热惰性材料制成，如采用PE类无纺过滤材料制成，其内部分布有空隙。
进一步的，所述烧结段、编织段各设置若干段，烧结段、编织段交替设置。且烧结段、编织段的数量相同，所述烧结段靠近斯特林制冷器的膨胀腔一侧，所述编织段靠近斯特林制冷器的压缩腔一侧。
如图11所示，所述减振器4包括质量块41、支撑架42、弹簧片43，所述壳体8与支撑架42之间固定连接。
如图11、14、15所示，所述质量块41、支撑架42均为回转体形状，具体的，所述质量块41为圆环形；所述支撑架42位于质量块41内侧，所述支撑架42为圆盘形，支撑架42中间设置有安装孔421，用以安装斯特林循环机。
如图11所示，所述质量块41、支撑架42同轴设置，具体是同心设置，所述质量块41、支撑架42之间通过弹簧片43连接。
如图11、12所示，所述弹簧片43至少设置两个，所有弹簧片43沿质量块41、支撑架42的圆周方向均匀分布；本实施例中，所述弹簧片43设置四个。
如图13所示，所述弹簧片43呈几何曲线形状，如渐开线形等。所述弹簧片43自外向内依次包括外安装段431、外过渡段432、中间段433、内过渡段434、内安装段435；所述外安装段431、外过渡段432形成第一圆弧段，所述中间段433、内过渡段434、内安装段435形成第二圆弧段，所述第一圆弧段与第二圆弧段的弯曲方向相反。
如图13所示，所述外安装段431、外过渡段432、中间段433的宽度依次变小，所述内过渡段434、内安装段435的宽度依次变大。
如图13所示，所述弹簧片43覆盖以质量块41、支撑架42圆心建立的直角坐标系的至少一个象限。本实施例中，所述弹簧片43覆盖以质量块41、支撑架42圆心建立的直角坐标系的三个象限。
如图16所示，所述弹簧片43对称设置两组，两组弹簧片43分别位于质量块41、支撑架42的两侧。
另外，也可将所述支撑架42设置为圆环形；所述质量块41位于支撑架42内侧，将所述质量块41设置成圆盘形，实际应用时将斯特林循环机安装在支撑架42上即可。
本实施例中，所述弹簧片43通过螺栓螺母安装在质量块41、支撑架42上，另外，也可将弹簧片43与质量块41、支撑架42之间焊接连接。
进一步的，根据实际需求，还可在质量块41、支撑架42上设置其他安装孔，安装孔数量根据实际需求设置，如设置3-6个等，各个安装孔可按照圆周方向均匀分布，以用于安装其他零部件。
进一步的，如图17所示，所述支撑架42的端部设置有支撑架凸台422；所述弹簧片43的内安装段435安装在支撑架凸台422的周围，支撑架凸台422的高度等于弹簧片43的厚度。
或者，当支撑架42设置为圆环形；所述质量块41位于支撑架42内侧，所述质量块41为圆盘形，所述质量块41的端部设置质量块凸台；所述弹簧片43的内安装段435安装在质量块凸台的周围，质量块凸台的高度等于弹簧片43的厚度。
进一步的，如图18所示，所述质量块41上设置有质量块凹槽411，所述弹簧片43安装在对应的质量块凹槽411中，所述质量块凹槽411的深度等于弹簧片43的厚度。
如图19所示，所述支撑架42上设置有支撑架凹槽423，所述弹簧片43安装在对应的支撑架凹槽423中，所述支撑架凹槽423的深度等于弹簧片43的厚度。
进一步的，如图20所示，所述弹簧片43的两端通过螺栓螺母分别安装在质量块41、支撑架42上，所述弹簧片43与质量块41、支撑架42之间设置有垫圈44，垫圈44可采用橡胶等弹性材质制成，截面为圆形。
进一步的，如图25所示，所述上壳体81的外侧设置有圆环形的热端过渡环83，热端过渡环83位于热端散热器91的外侧，热端过渡环83的外侧设置有一对散热器卡箍84，两散热器卡箍84环抱在热端过渡环83的外侧，并通过螺栓螺母连接，散热器卡箍84外侧设置两层散热器翅片85，散热器翅片85采用S形往复折叠的金属片结构。
工作原理：
如图1所示，本发明中的斯特林制冷器在实际应用时，工质气体充入壳体8内部，直线电机3为动力活塞71提供动力，在直线电机3的作用下，永磁组件2驱动动力活塞71轴向往复运动，动力活塞71向排出器活塞72方向移动，将压缩腔中的气体压缩，压缩后的气体依次经热端散热器91、回热器1、冷端散热器92进入膨胀腔，即经动力活塞压缩后的工质先进入热端散热器进行换热，然后进一步将自身的热量传递至回热器，经过回热器的换热，工质温度已经足够低，并在冷端散热器和膨胀腔内进行膨胀吸热，带走被冷却件的热量使其温度下降，吸热后的工质先后经过回热器，并将之前释放出来的热量重新吸收并通过热端换热器将热量传递至外界环境，实现制冷循环。在此过程中，受气体压力作用以及调相板簧731的作用，排出器活塞72也随之产生往复运动，在两个活塞运动过程中，由于其活塞结构取消了现有技术中采用双弹簧支撑结构，当活塞实际应用于斯特林制冷器中时，安装在斯特林制冷器的气缸中，动力活塞71、排出器活塞72之间压缩，二者之间的气体会经第一进气口711、第二进气口721分别进入第一气库712、第二气库722，外界气压降低时，第一单向进气装置713、第二单向进气装置723关闭，各气库中的气体经第一节流装置714或者第二节流装置724进入到活塞与气缸之间的空隙中，形成一层环形的气膜，进而避免活塞与气缸之间接触，形成气浮轴承结构，进而将活塞支撑住，由于没有现有技术中弹簧结构的极限应力强度的限制，两个活塞尤其是动力活塞的行程较大，其排气容积较大，制冷量变大，能够满足低温冷冻及存储箱对冷量的需求，无需通过增大活塞截面尺寸来提高排气容积，避免导致整个整机的尺寸和重量变大，成本较低。
直线电机3能够实现自动定心：在启动前，永磁组件2上的永磁体22的中心处于外定子31、内定子32的轴向中心位置，当交变电流输入线圈34后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件2和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，相对于现有技术，能够有效避免动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间撞向气缸的前后两端，进而能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。
骨架端面凸起361能够起到一定的定位作用，在实际组装时，只需将每块外定子31插在线圈骨架36上的两骨架端面凸起361之间即可实现安装，无需另外设置定位工装来进行定位，操作较方便，安装效率高。
通过在永磁体的外侧设置纤维层，能够很好的对永磁体起到额外的固定作用，能够有效防止永磁体脱落、剥离，同时无需额外增加防脱结构，仅通过一纤维层即可实现，相对于现有技术，不会增加设备成本、装配难度，并且不会导致环隙增大、电机效率下降等问题。
烧结网片12的孔隙率较大，通过烧结网片12总重量与编织网片13总重量的配比设计，能够在确保回热器填充率、热容大、比表面积大、减少空体积的同时，有效减少轴向导热损失以及流动阻力。
动力活塞71采用动力活塞本体715、内衬716等形成的分体式结构，便于加工内部的环槽7161，进而方便形成第一气库712，同时活塞的其他部位特征也便于加工。
一级节流装置7162与第一节流装置714配合形成两级节流，整体节流效果较好，形成的气浮轴承结构更加稳定、可靠。
活塞结构应用于斯特林制冷器中时，由于压缩腔的压力作用，压缩腔的工质也会向膨胀腔流动，即压缩腔有向膨胀腔流动的正质量流量，该部分工质不参与斯特林制冷循环，不但会降低斯特林循环效率，甚至会带来物理上的碰撞等严重的实效问题，环形密封槽能有效阻止工质气体从排出器活塞和气缸之间的环形间隙内从压缩腔向膨胀腔流动。
减振器在实际应用时，将斯特林循环机固定安装在支撑架42上，当斯特林循环机工作产生振动时，其通过弹簧片43即可实现减振，该减振器能够将现有技术中膜片弹簧和圆柱弹簧的优点结合起来，其整体结构简单，加工难度低、加工成本较低，并且体积小、安装方便。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种斯特林制冷器，其特征在于：包括壳体(8)，所述壳体(8)为分体式结构，包括上壳体(81)、下壳体(82)，上壳体(81)与下壳体(82)之间固定连接；
所述壳体(8)中设置有气缸(9)，气缸(9)中滑动安装有活塞(7)，所述活塞(7)包括同轴设置的动力活塞(71)、排出器活塞(72)，所述排出器活塞(72)上同轴设置有连接杆(73)，所述动力活塞(71)套装在连接杆(73)上，动力活塞(71)能够相对于连接杆(73)沿其轴向往复滑动；
所述动力活塞(71)朝向排出器活塞(72)的一端上设置有第一进气口(711)，动力活塞(71)内部设置有第一气库(712)，第一进气口(711)通向第一气库(712)，且第一进气口(711)处设置有第一单向进气装置(713)，所述动力活塞(71)的侧壁上设置有第一节流装置(714)，第一气库(712)中的气体能够经第一节流装置(714)流出至动力活塞(71)外侧；
所述排出器活塞(72)朝向动力活塞(71)的一端上设置有第二进气口(721)，排出器活塞(72)内部设置有第二气库(722)，第二进气口(721)通向第二气库(722)，第二进气口(721)处设置有第二单向进气装置(723)，所述排出器活塞(72)的侧壁上设置有第二节流装置(724)，第二气库(722)中的气体能够经第二节流装置(724)流出至排出器活塞(72)外侧；
所述动力活塞(71)位于气缸(9)的第一端内部，所述排出器活塞(72)位于气缸(9)的第二端内部；
所述气缸(9)的第一端外部设置有直线电机(3)，所述直线电机(3)包括能够往复运动的永磁组件(2)，永磁组件(2)与动力活塞(71)之间固定连接；
还包括固定设置的调相板簧(731)，连接杆(73)从动力活塞(71)端部伸出的一端连接至调相板簧(731)；
所述气缸(9)的第一端外部依次设置有热端散热器(91)、回热器(1)、冷端散热器(92)，所述动力活塞(71)与排出器活塞(72)之间的空间形成压缩腔，所述气缸(9)中设置有连通压缩腔与热端散热器(91)的通道(93)，所述排出器活塞(72)的端部与壳体(8)之间形成膨胀腔，冷端散热器(92)与膨胀腔连通。
2.根据权利要求1所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述直线电机(3)包括同轴设置的外定子(31)、内定子(32)，所述外定子(31)中设置有线圈(34)，外定子(31)轴向的两端设置极靴(35)；
外定子(31)与内定子(32)之间设置有环隙(33)，永磁组件(2)位于环隙(33)中，所述永磁组件(2)包括磁体固定支架(21)，所述磁体固定支架(21)上设置有永磁体(22)；
所述永磁体(22)沿磁体固定支架(21)轴向至少对称设置两组，每组中包括两圈永磁体(22)，所有永磁体(22)均径向充磁，同组中两圈永磁体(22)的充磁极性相反。
3.根据权利要求2所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述外定子(31)的内侧设置有开口向内的内环槽，内环槽中设置有线圈骨架(36)，线圈骨架(36)上设置有开口向外的外环槽，所述线圈(34)设置在线圈骨架(36)的外环槽中；
所述线圈骨架(36)轴向的端面上沿圆周方向设置有若干个骨架端面凸起(361)，所述外定子(31)包括若干块，每块外定子(31)插在线圈骨架(36)上的两骨架端面凸起(361)之间。
4.根据权利要求2所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述磁体固定支架(21)为圆筒形结构，所述永磁体(22)设置在磁体固定支架(21)的外壁上；
所述永磁体(22)的外侧设置有纤维层(23)。
5.根据权利要求1所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述回热器(1)包括回热器骨架(11)，所述回热器骨架(11)上套设有烧结网片(12)以及编织网片(13)；
所述烧结网片(12)、编织网片(13)依次设置，所述烧结网片(12)靠近斯特林制冷器的膨胀腔一侧，所述编织网片(13)靠近斯特林制冷器的压缩腔一侧。
6.根据权利要求1所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述动力活塞(71)包括动力活塞本体(715)，动力活塞本体(715)内部中空，动力活塞本体(715)远离排出器活塞(72)的一端设置开口，动力活塞本体(715)内部中空处设置有内衬(716)，内衬(716)中设置通孔，连接杆(73)位于通孔中；
内衬(716)外圆周面上设置有环槽(7161)，环槽(7161)与动力活塞本体(715)的内壁之间形成所述第一气库(712)；
所述动力活塞本体(715)的开口处设置有固定压板(717)，固定压板(717)将内衬(716)压在动力活塞本体(715)内部。
7.根据权利要求6所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述第一节流装置(714)设置在动力活塞本体(715)的侧壁中，其位于环槽(7161)轴向的一侧，所述第一节流装置(714)两侧的环隙处密封；
所述内衬(716)中设置有从环槽(7161)通向第一节流装置(714)的气体通道，所述气体通道中设置有一级节流装置(7162)。
8.根据权利要求1所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述第一节流装置(714)沿轴向至少设置一组，每组中包括至少两个第一节流装置(714)，同组中所有第一节流装置(714)沿圆周方向均匀分布；
所述第二节流装置(724)沿轴向至少设置一组，每组中包括至少两个第二节流装置(724)，同组中所有第二节流装置(724)沿圆周方向均匀分布。
9.根据权利要求1所述的斯特林制冷器，其特征在于：所述排出器活塞(72)包括排出器活塞本体(726)，排出器活塞本体(726)远离动力活塞(71)的一端设置有活塞堵头(727)；
所述排出器活塞本体(726)与活塞堵头(727)之间设置有活塞内层(728)，活塞内层(728)与排出器活塞(72)内壁之间形成所述第二气库(722)；
所述活塞堵头(727)外侧壁上设置有环形密封槽(7271)。
10.根据权利要求1所述的斯特林制冷器，其特征在于：还包括减振器(4)，所述减振器(4)包括同轴设置的质量块(41)、支撑架(42)，所述支撑架(42)与壳体(8)同轴固定连接，质量块(41)、支撑架(42)均为回转体形状，所述质量块(41)、支撑架(42)之间通过弹簧片(43)连接；
所述弹簧片(43)至少设置两个，所有弹簧片(43)沿质量块(41)、支撑架(42)的圆周方向均匀分布；
所述弹簧片(43)自外向内依次包括外安装段(431)、外过渡段(432)、中间段(433)、内过渡段(434)、内安装段(435)；
所述外安装段(431)、外过渡段(432)形成第一圆弧段，所述中间段(433)、内过渡段(434)、内安装段(435)形成第二圆弧段，所述第一圆弧段与第二圆弧段的弯曲方向相反。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114440488A (zh) * 2022-03-11 2022-05-06 中国电子科技集团公司第十六研究所 斯特林循环热机
CN115143659A (zh) * 2022-06-29 2022-10-04 宁波钜心低温科技有限公司 一种斯特林冷机
CN115864772A (zh) * 2023-03-02 2023-03-28 广州市瑞宝电器有限公司 一种高效率的直流无刷电机装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003139428A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Sharp Corp スターリング機関
US20080256945A1 (en) * 2004-12-22 2008-10-23 Stephen Charles Welty Linear Free Piston Stirling Machine
CN103089480A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 中科力函(深圳)热声技术有限公司 自由活塞斯特林热机
CN103114941A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 中国科学院理化技术研究所 一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机系统
CN105299946A (zh) * 2015-09-29 2016-02-03 中国科学院理化技术研究所 一种自由活塞斯特林热机系统
CN212409117U (zh) * 2020-03-26 2021-01-26 宁波鄞宝科技有限公司 一种大冷量小型斯特林制冷机
CN112629055A (zh) * 2020-12-22 2021-04-09 宁波芯斯特林低温设备有限公司 斯特林制冷机分体式壳体及其加工方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003139428A (ja) * 2001-10-31 2003-05-14 Sharp Corp スターリング機関
US20080256945A1 (en) * 2004-12-22 2008-10-23 Stephen Charles Welty Linear Free Piston Stirling Machine
CN103089480A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 中科力函(深圳)热声技术有限公司 自由活塞斯特林热机
CN103114941A (zh) * 2013-02-01 2013-05-22 中国科学院理化技术研究所 一种同时利用高低温热源的自由活塞斯特林发动机系统
CN105299946A (zh) * 2015-09-29 2016-02-03 中国科学院理化技术研究所 一种自由活塞斯特林热机系统
CN212409117U (zh) * 2020-03-26 2021-01-26 宁波鄞宝科技有限公司 一种大冷量小型斯特林制冷机
CN112629055A (zh) * 2020-12-22 2021-04-09 宁波芯斯特林低温设备有限公司 斯特林制冷机分体式壳体及其加工方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114440488A (zh) * 2022-03-11 2022-05-06 中国电子科技集团公司第十六研究所 斯特林循环热机
CN114440488B (zh) * 2022-03-11 2023-09-19 中国电子科技集团公司第十六研究所 斯特林循环热机
CN115143659A (zh) * 2022-06-29 2022-10-04 宁波钜心低温科技有限公司 一种斯特林冷机
CN115143659B (zh) * 2022-06-29 2024-06-14 宁波钜心低温科技有限公司 一种斯特林冷机
CN115864772A (zh) * 2023-03-02 2023-03-28 广州市瑞宝电器有限公司 一种高效率的直流无刷电机装置

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