本发明专利技术提供了驱动地连接到至少一个旋转电磁转换器的自由活塞斯特林机。至少一个滑轮定位在往复运动活塞连接杆的平面中。至少一个运动转换驱动连杆通过至少两个带将所述连接杆连接到滑轮以使滑轮以旋转振荡运动的方式移动。两个带沿着滑轮的弓形表面延伸成在两个间隔的位置处与活塞杆连接。滑轮连接到旋转电磁转换器以使两者都以旋转振荡的方式运动。优选地，活塞弹簧使活塞在斯特林机的操作频率下共振并且扭簧使滑轮在斯特林机的操作频率下以旋转振荡的方式共振。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有驱动连接至以旋转振荡方式移动的旋转电磁转换器的往复运动活塞的无润滑剂、质量块减小、自由活塞斯特林机
技术介绍
本专利技术涉及斯特林机(Stirling machine),涉及斯特林发动机和斯特林冷却器或者加热泵，它们均驱动地连接至旋转电机和交流发电机形式的电磁转换器，以便产生电能或者利用电能驱动自由活塞斯特林机作为冷却器或加热泵。本专利技术提供了一种构造它们的方式，该方式使它们的质量块减小并且消除在它们之间转化驱动的运动的摩擦，从而消除了润滑剂的需要，润滑剂会污染斯特林机的工作气体。本专利技术提高了耦接的斯特林机和转 换器的寿命、可靠性和成本，同时还避免了工作气体受到润滑剂污染的可能性。本专利技术通过使用旋转转换器提供了较高的功率与质量比率，从而减小了耦接的装置的尺寸、重量、和体积，并且通过使用无摩擦且因此不需要润滑剂的驱动连接而消除了润滑剂的需要。本专利技术具有旋转交流发电机/电机的优点而没有污染工作气体的润滑剂的弊端。本专利技术特别地适于阿尔法(alpha)构造斯特林机，而且还可以应用于贝塔(beta)构造的斯特林机。在现有技术中斯特林机(尤其是自由活塞斯特林机)是众所周知的，并且因此在本专利中不描述它们的操作的细节。本专利技术使用本
中已知的技术用于本专利技术的斯特林机的部件，到此程度以外的结构和变型将予以描述。类似地，除了本专利技术中使用的旋转电磁转换器以不同于传统驱动模式的方式驱动以外，本专利技术使用本
中公知的用于旋转电磁转换器的技木。自由活塞斯特林机是斯特林技术中已证明具有长可靠操作寿命的仅有的形式。为了进行将斯特林发动机连接至电磁转换器以便产生电能的实际实施，线性交流发电机的一些形式已经被本领域的所有实践者使用。图I和图2示出了驱动地连接到线性电磁转换器的斯特林机的这种现有实施的实例。图I示出了驱动地连接到线性交流发电机或电机的传统贝塔构造的自由活塞斯特林发动机或者加热泵。该构造是用于自由活塞实施的传统车辆。排出器I使气体在膨胀空间2与压缩空间3之间穿梭，同时当大部分气体在压缩空间中时活塞4压缩气体并且当大部分气体在膨胀空间中时活塞4使气体膨胀。线性交流发电机或者电机5根据机器是发动机(原动机)还是加热泵而分别取得输出或者提供输入。由于线性交流发电机或电机5的移动磁体7直接地连接到活塞4，因此活塞4与磁体7的振幅是相同的。因此活塞4与磁体7的峰值速度也相同。平衡质量块6在操作频率下或接近操作频率共振以减小剰余振动。贝塔构造因其不利于改变至高功率而遭遇中心困难。在约Ikw的较高功率下，机器变得极其大。阿尔法构造是用于较高功率的优选实施方式但是线性交流发电机/电机不很好改变至较高的功率，并且因此导致很大笨重的实施方式和/或需要用于磁通路径的昂贵材料(如钴支撑合金)。为了将自由活塞概念应用于阿尔法构造的斯特林机，如在Berchowitz和Kwon的美国专利7，171,811或者如图2中怀特等人的美国专利7，134，279中所示的，可以将线性交流发电机/电机124添加给每个活塞。然而，与旋转交流发电机或电机相比，线性交流发电机或电机具有更大的质量块，因此难于应用于阿尔法构造的斯特林机，特别是在几千瓦或以上的较高功率级下。更具体地说，“功率密度”和“比功率”是用于描述平均或最大功率与质量比率的工程參数的术语。尽管理想的是具有最大的实际功率密度(每单位质量的功率)，但线性电磁转换器具有比旋转电磁转换器更低的功率密度。因此，可能理想的是，具有将阿尔法构造的斯特林机连接至旋转电磁转换器的实用方式。图2示出了根据美国专利7，134，279的四缸体阿尔法机，其构造为具有在每个活塞上实验线性交流发电机的自由活塞驱动。因为线性交流发电机很笨重，因此从热动力学和包装观点来看，活塞轴被迫比可能理想的情况分得更开。图2示出了用于四缸体阿尔法构造自由活塞斯特林机的活塞组件118和线性交流发电机组件124。该草图是从美国专利7，134，279中截取的并且相应地标号。设有附加的气弹簧228。曲柄驱动阿尔法构造机遭遇以下情况需要油润滑；将工作气体与油分离的极其紧的密封；形成的磨损导致低的操作寿命以及差的可靠性。直到现在，没有用于具有贝塔型自由活塞机的固有可靠性的阿尔法机的实用机构。大多数大功率阿尔法斯特林机使用曲柄机构驱动旋转交流发电机。然而，阿尔法机在用于将它们活塞的往复运动转化为旋转运动的的运动转化机构中也遭遇有关于摩擦的大问题。它们使用的运动转换机构需要以传统的汽油为基础的传统润滑或者其它润滑齐U。它们还消耗大量能量来克服摩擦，该摩擦使得它们过快地磨损。在将斯特林循环工作气体(通常是氦气或氢气)从需要润滑它们的运动转化机构的油润滑剂分离时这些现有技术机器遭遇严重的困难。将工作流体与油分离的密封件遭遇致使能量损失以及快速磨损的高度摩擦。如在现有技术中很好建立的，自由活塞机它们自身不需要油润滑并且因此不需要油分离密封件。理想地，如果阿尔法构造机成为寿命长的并且可靠的，那么有必要找到这样ー种机构，其提供目前由贝塔构造的自由活塞装置享有的无油操作的所有优点，而没有与线性交流发电机相关的不良比功率(功率密度)。因此，本专利技术的ー个基本目标和目的是提供一种阿尔法(alpha)构造的斯特林机，该斯特林机以消除组合它们所需的实际屏障的方式驱动地耦接至旋转电磁转换器，所述屏障导致其高摩擦且导致对润滑剂的需求，以便提供作为结果形成的耦接的斯特林机和电磁转换，其不需要油润滑、无摩擦操作、极小机构磨损、以及高的功率密度。
技术实现思路
本专利技术是驱动耦接的自由活塞斯特林机和至少ー个旋转电磁转换器。至少ー个滑 轮，并且优选地两个滑轮，定位在连接杆的平面中并且具有垂直于该平面的旋转轴线。滑轮具有在连接杆附近延伸的弓形周向表面。至少ー个运动转换(motion translating)驱动连杆通过至少两个带驱动地将所述连接杆连接至滑轮以使得滑轮以旋转振动运动方式移动。ー个带固定至滑轮的远离活塞的一侧并且在第一方向上沿着滑轮的周向弓形表面在沿活塞杆的位置处延伸为与连接杆的固定连接，所述位置比滑轮旋转轴线更靠近所述活塞。另ー个带固定至滑轮的靠近活塞的一侧并且在与第一方向相反的方向上沿着滑轮的周向弓形表面在沿着活塞杆的位置处延伸为与连接杆的固定连接，所述位置比滑轮旋转轴线更远离所述活塞。每个滑轮与旋转电磁转换器之间的机械驱动连杆致使旋转电磁转换器和滑轮两者以旋转振动运动的方式移动。优选地，活塞弹簧连接至活塞以使活塞在斯特林机的操作频率下往复地共振，并且扭簧连接至滑轮以使滑轮在斯特林机的操作频率下旋转振荡地共振。附图说明图I是现有技术的贝塔(beta)构造、自由活塞、斯特林机的轴向截面图。图2是现有技术的四个活塞、 阿尔法构造、自由活塞斯特林机的主要部件的立体图。图3是体现本专利技术的四个活塞、阿尔法构造、自由活塞斯特林机的竖直截面图。图4是图3中示出的本专利技术的实施方式的主要部件的立体图。图5是图2中示出的本专利技术优选实施方式的简图，示出了本专利技术的操作原理。图6是沿着垂直于可用于本专利技术实施方式中且以旋转的振荡运动操作的具有八个极的旋转交流发电机或电机的旋转轴线的大致的平面截取的截面图。图7是体现本专利技术的贝塔构造、自由活塞斯特林机的轴向截面图。图8是图表,示出了图3中示出的本专利技术实施方式本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·M·伯科维茨，
申请(专利权)人：全球制冷有限公司，
类型：发明
国别省市：
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