CN204877710U - 一种斯特林发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸和第二气缸，设置在所述第一气缸内作直线运动的第一活塞、设置在所述第二气缸内作直线运动的第二活塞、以及飞轮，其特征在于：在所述第二活塞的底端设有磁铁，在所述第一活塞上设有与所述磁铁间隙式磁吸配合的驱动块；所述飞轮通过转轴水平地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；所述第二活塞的外周或内壁上倾斜地成型有导向槽，所述转轴下连接有驱动杆，所述驱动杆的端部设于所述导向槽内并能沿着所述导向槽移动。将飞轮为水平设置，大大降低了整体高度，便于其他部件的合理布置，飞轮去除了专门的支架设置，解决了偏心的问题，整体美观性有所提升。

Description

一种斯特林发动机

技术领域

本实用新型涉及一种发动机，尤其是一种斯特林发动机。

背景技术

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，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。类似的可以参考专利号为ZL201220515490.X的中国实用新型专利《低温差斯特林发动机模型》(公告号为CN202795860U)，类似的还可以参考CN203552584U。

然而上述这些斯特林发动机的飞轮都是垂直于动力活塞的运动方向设置，这种设置会导致整体斯特林发动机高度太高，在一些限制斯特林发动机整体高度的场合，热气缸上部参数设计往往受到限制。另外，飞轮一般都需要独立支架支持设置，这种设置造成整体较为复杂，重量大，成本较高，且支架一般都偏心设置，从而造成斯特林发动机对称性差，因此存在整体美观性不足的缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种降低高度、提高运行对称性和稳定性的斯特林发动机。

本实用新型解决上述技术问题所采用的第一个技术方案为：一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸和第二气缸，设置在所述第一气缸内作直线运动的第一活塞、设置在所述第二气缸内作直线运动的第二活塞、以及飞轮，其特征在于：在所述第二活塞的底端设有磁铁，在所述第一活塞上设有与所述磁铁间隙式磁吸配合的驱动块；所述飞轮通过转轴水平地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；所述第二活塞的外周或内壁上倾斜地成型有导向槽，所述转轴下连接有驱动杆，所述驱动杆的端部设于所述导向槽内并能沿着所述导向槽移动。

本实用新型解决上述技术问题所采用的第二个技术方案为：一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸和第二气缸，设置在所述第一气缸内作直线运动的第一活塞、设置在所述第二气缸内作直线运动的第二活塞、以及飞轮，其特征在于：在所述第二活塞的底端设有磁铁，在所述第一活塞上设有与所述磁铁间隙式磁吸配合的驱动块；所述飞轮通过转轴水平地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。

为避免第二活塞向上运动过高，而使得磁铁单元吸在一起，斯特林发动机还包括限定所述第二活塞运动位置上限的限位机构。

限位机构优选的，所述限位机构包括在所述旋转块上设置的第一顶杆，和在所述第二活塞上设置的能够与所述第一顶杆抵接的第二顶杆，所述第二顶杆的位置与所述第一顶杆的位置对应，第一顶杆相对于旋转块的其它部分突出，第二顶杆相对于第二活塞的其它部分突出。

限位机构优选的，所述限位机构包括在所述旋转块下端面设置的第一限位磁铁、和在所述第二活塞上端面设置的第二限位磁铁，所述第一限位磁铁和第二限位磁铁互相排斥。

限位机构优选的，所述限位机构包括在所述第二活塞上端面设置的限位弹簧。

本实用新型解决上述技术问题所采用的第三个技术方案为：一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸和第二气缸，设置在所述第一气缸内作直线运动的第一活塞、设置在所述第二气缸内作直线运动的第二活塞、以及飞轮，其特征在于：在所述第二活塞的底端设有磁铁，在所述第一活塞上设有与所述磁铁间隙式磁吸配合的驱动块；所述飞轮通过转轴水平地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；所述第二活塞的上端面为曲面，所述旋转块的下端面也为曲面，两个曲面是互相啮合的始终相切接触的圆周正弦光滑曲面。

优选的，所述旋转块和第二活塞中的一个由磁性材料制成，所述旋转块和第二活塞中的另一个由能被磁性材料吸引的材料制成。

为避免第二活塞转动，优选的，所述第二气缸的内壁纵向成型有一条形槽，所述第二活塞具有与所述条形槽导向适配的导向筋。

为避免第二活塞转动，优选的，所述磁铁为矩形磁铁，所述第二气缸底部设有供所述磁铁穿过的安装环，所述安装环上设有长度大于所述磁铁的矩形通孔。

为避免第二活塞转动，优选的，所述第二气缸底部设有供所述磁铁穿过的安装环，所述第二活塞、第二气缸、和安装环为形状一致的非圆柱体。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：将飞轮为水平设置，大大降低了整体高度，便于其他部件的合理布置，飞轮去除了专门的支架设置，解决了偏心的问题，整体美观性有所提升。

附图说明

图1为本实用新型的斯特林发动机的实施例1的结构示意图；

图2为图1中斯特林发动机的分解结构示意图；

图3为图1中斯特林发动机的剖视图；

图4为图1中斯特林发动机的第二气缸和第二活塞的分解结构示意图；

图5为本实用新型的斯特林发动机的实施例2的的第二气缸和第二活塞的分解结构示意图；

图6为本实用新型的斯特林发动机的实施例3的结构示意图；

图7为图6的斯特林发动机的分解结构示意图；

图8为图6的斯特林发动机的剖视图；

图9为图7的替代方案的分解结构示意图；

图10为图7的替代方案的分解结构示意图；

图11为图8的替代方案的剖视图；

图12为图8的替代方案的剖视图；

图13为本实用新型的斯特林发动机的实施例4的结构示意图；

图14为本实用新型的斯特林发动机的实施例4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实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1～4所示，斯特林发动机10包括第一气缸1、第二气缸2、第一活塞15(移气活塞)和第二活塞25(动力活塞)，第一气缸1具有散热面13和吸热面14。斯特林发动机10为低温差斯特林发动机，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。

斯特林发动机10的第二活塞25的底端设有一磁铁255，并且在第二活塞25的外周上倾斜地成型有一导向槽256。或者，可替代的，也可以将第二活塞25中部成型为中空，将导向槽256成型于内壁。但以设于导向槽256成型于外周为优选。

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。第二气缸2顶端通过转轴23设置有水平的飞轮3，该飞轮3的转动方向与第二活塞25的运动方向垂直，转轴23通过一套环231向下连接有一驱动杆232，该驱动杆232的端部设于导向槽256内并能沿着导向槽256移动，本实施例中的驱动杆232的端部成型有一球头233，便于滑移。当第二活塞25上下直线往复运动时，球头233沿着导向槽256移动，从而使得驱动杆232转动，并能带动转轴23转动，从而带动飞轮3在水平面内转动。反之，当飞轮3转动时，亦同样带动第二活塞上下直线运动。

第二气缸2顶端设有一封盖24，转轴23能转动地贯穿设于该封盖24上，封盖24与第二气缸2连接固定。第二气缸2的内侧底部设有一安装环26，该安装环26中部成型有供磁铁255伸入的通孔261。

为避免第二活塞25转动，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。

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，飞轮3运转，通过驱动杆232上配合于导向槽256内的球头233来驱动第二活塞25上下往复运动的，第二活塞25做功，第二活塞25到第一气缸1上端时，此时磁铁255与驱动块151距离最远，受重力影响，第一活塞15是会掉到吸热面14上的。只有当第二活塞25下移时，磁铁255此时与驱动块151距离变小，磁铁255才能将驱动块151吸引上来，随着第一活塞15的上下移动，通过磁铁255的作用才使得第一活塞15上下运动，从而达到移气的目的。

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在整个过程中起到储能作用。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，吸热面14向外界吸热，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。

实施例2

如图5所示，在本实施例中，在本实施例中，与实施例1的区别在于，本实施例中避免第二活塞25转动的方式为，第二气缸2的截面为方形，对应地，第二活塞25的截面也为方形。方形设计可以限制第二活塞25发生转动，确保第二活塞25能上下移动。

实施例3

如图6～图8，在本实施例中，与上述实施例1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。

为避免第二活塞25转动，还可以有一些其他替代的方式，如图9所示，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10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6～图8，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，如图11所示，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12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

如图13和图14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。

Claims (11)

1.一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸(1)和第二气缸(2)，设置在所述第一气缸(1)内作直线运动的第一活塞(15)、设置在所述第二气缸(2)内作直线运动的第二活塞(25)、以及飞轮(3)，其特征在于：

在所述第二活塞(25)的底端设有磁铁(255)，在所述第一活塞(15)上设有与所述磁铁(255)间隙式磁吸配合的驱动块(151)；

所述飞轮(3)通过转轴(23)水平地设于所述第二气缸(2)的顶端，所述转轴(23)由所述第二活塞(25)带动转动；

所述第二活塞(25)的外周或内壁上倾斜地成型有导向槽(256)，所述转轴(23)下连接有驱动杆(232)，所述驱动杆(232)的端部设于所述导向槽(256)内并能沿着所述导向槽(256)移动。

2.一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸(1)和第二气缸(2)，设置在所述第一气缸(1)内作直线运动的第一活塞(15)、设置在所述第二气缸(2)内作直线运动的第二活塞(25)、以及飞轮(3)，其特征在于：

在所述第二活塞(25)的底端设有磁铁(255)，在所述第一活塞(15)上设有与所述磁铁(255)间隙式磁吸配合的驱动块(151)；

所述飞轮(3)通过转轴(23)水平地设于所述第二气缸(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。

3.如权利要求2所述的斯特林发动机，其特征在于：还包括限定所述第二活塞(25)运动位置上限的限位机构。

4.如权利要求3所述的斯特林发动机，其特征在于：所述限位机构包括在所述旋转块(29)上设置的第一顶杆(293)，和在所述第二活塞(25)上设置的能够与所述第一顶杆(293)抵接的第二顶杆(254)，所述第二顶杆(254)的位置与所述第一顶杆(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)的其它部分突出。

5.如权利要求3所述的斯特林发动机，其特征在于：所述限位机构包括在所述旋转块(29)下端面设置的第一限位磁铁(294)、和在所述第二活塞(25)上端面设置的第二限位磁铁(258)，所述第一限位磁铁(294)和第二限位磁铁(258)互相排斥。

6.如权利要求3所述的斯特林发动机，其特征在于：所述限位机构包括在所述第二活塞(25)上端面设置的限位弹簧(259)。

7.一种斯特林发动机，包括互相连通的第一气缸(1)和第二气缸(2)，设置在所述第一气缸(1)内作直线运动的第一活塞(15)、设置在所述第二气缸(2)内作直线运动的第二活塞(25)、以及飞轮(3)，其特征在于：

在所述第二活塞(25)的底端设有磁铁(255)，在所述第一活塞(15)上设有与所述磁铁(255)间隙式磁吸配合的驱动块(151)；

所述飞轮(3)通过转轴(23)水平地设于所述第二气缸(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)的上端面为曲面，所述旋转块(29)的下端面也为曲面，两个曲面是互相啮合的始终相切接触的圆周正弦光滑曲面。

8.如权利要求7所述的斯特林发动机，其特征在于：所述旋转块(29)和第二活塞(25)中的一个由磁性材料制成，所述旋转块(29)和第二活塞(25)中的另一个由能被磁性材料吸引的材料制成。

9.如权利要求1、2或7所述的斯特林发动机，其特征在于：所述第二气缸(2)的内壁纵向成型有一条形槽(271)，所述第二活塞(25)具有与所述条形槽(271)导向适配的导向筋(257)。

10.如权利要求1、2或7所述的斯特林发动机，其特征在于：所述磁铁(255)为矩形磁铁，所述第二气缸(2)底部设有供所述磁铁(255)穿过的安装环(26)，所述安装环(26)上设有长度大于所述磁铁(255)的矩形通孔(261)。

11.如权利要求1、2或7所述的斯特林发动机，其特征在于：所述第二气缸(2)底部设有供所述磁铁(255)穿过的安装环(26)，所述第二活塞(25)、第二气缸(2)、和安装环(26)为形状一致的非圆柱体。