專利名稱：斯特林循環(huán)機(jī)的制作方法
斯特林循環(huán)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及^種諸如斯特林循環(huán)制冷機(jī)或動力機(jī)的斯特林循環(huán)機(jī)。
t背;H技術(shù)
按常規(guī)，像在這類型的斯特林循環(huán)機(jī)中一樣， 一種自由活塞型斯特林循環(huán) 機(jī)設(shè)有一可滑動地插入汽缸內(nèi)的活塞，以及大家都知道(例如，日本專利公開 號為3769751)—種驅(qū)動裝置(相當(dāng)于本發(fā)明的電磁機(jī)構(gòu))設(shè)置在以往復(fù)驅(qū)動所 述活塞的汽缸近端外周側(cè)上。所述的驅(qū)動裝置包括與所述活塞近端連接的動 子,所述動子包括在所述汽缸近端側(cè)的外周上同軸延伸的短筒形支架和與所述 支架固定的永磁體定子，其包括設(shè)置在接近所述永磁體外周的環(huán)狀電磁感應(yīng) 圈和電磁鐵芯；以及設(shè)覽在接近所述永磁體內(nèi)周的導(dǎo)磁部分(其相當(dāng)于本發(fā)明 的內(nèi)軛)a通常，如

圖13所示，所述的導(dǎo)磁部分通過用制成預(yù)定形狀的薄鋼板 以徑向排列而配置成整體上呈圓筒形,徑向排列即為每--薄鋼板的側(cè)向自中軸 放射狀排列。另一種公知的自由活塞型斯特林制冷機(jī)包括設(shè)有移動軛(相當(dāng)于 本發(fā)明的內(nèi)軛)的托架，所述的托架限定自由活塞型斯特林制冷機(jī)的電磁驅(qū)動 機(jī)構(gòu)(相當(dāng)于本發(fā)明的電磁機(jī)構(gòu))，其中永磁體與所述移動軛連接(例如，在未審 查的日本專利申請公開號為2004-180377中)。通過所述永磁體和所述移動軛 連接，在所述內(nèi)軛和所述永磁體之間就沒有間隙，這樣可以防止磁通密度的減 少，而提高所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)的功率密度。

發(fā)明內(nèi)容
傳統(tǒng)的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)的問題在于整個斯特林循環(huán)機(jī)的外徑過 大，這是因為所述驅(qū)動裝置的動子設(shè)置在所述活塞的外周側(cè)，而且還有所述驅(qū) 動裝置的定子設(shè)置在所述動子的外側(cè)。如果斯特林循環(huán)機(jī)的外徑較大，則外殼 要加厚以便承受內(nèi)壓，這樣，斯特林循環(huán)機(jī)變得較笨重且制造成本也增加。通 過減少電磁感應(yīng)圈的匝數(shù)來減小所述定子的外徑有可能減少銅的用量，然而，
這又會出現(xiàn)電磁機(jī)構(gòu)的性能下降的問題(驅(qū)動裝置的機(jī)械動力輸出或發(fā)電裝置 的機(jī)械動力的發(fā)電下降)，因為所述線圈產(chǎn)生的磁場變?nèi)酢＿€有可能使構(gòu)成電 磁感應(yīng)圈的金屬線變細(xì)，以確保電磁感應(yīng)閨的匝數(shù)以及形成較小的定子外徑， 然而，這也會引起效率降低，因為金屬線變細(xì)會引起銅耗增加。
因此，本發(fā)明的目的在于解決上述的問題，并提供一種廉價和有效的自由 活塞型斯特林循環(huán)機(jī)，其整機(jī)的外徑較小。
依照本發(fā)明權(quán)利要求i所述的一自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)，其包括汽缸、 在所述汽缸中往復(fù)運動的活塞以及由定子和動子組成的電磁機(jī)構(gòu),其中所述動 子由內(nèi)軛和永磁體構(gòu)成，所述的內(nèi)軛由磁通導(dǎo)電材料制成，所述的永磁體設(shè)置 在所述內(nèi)軛的外側(cè)，所述電磁機(jī)構(gòu)的所述動子和所述活塞以軸向排列設(shè)置，以 及所述電磁機(jī)構(gòu)的所述定子以及所述汽缸也以軸向排列設(shè)置。
權(quán)利要求2所述的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)是一依據(jù)權(quán)利要求1所述的斯 特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所述動子的永磁體由所述活塞和限定所述動子的動 子底部夾持并固定。
權(quán)利要求3所述的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)是一依據(jù)權(quán)利要求1或2所述 的斯特林循環(huán)機(jī),其特征在于,所形成的動子的外徑等于或小于所述活塞外徑。 權(quán)利要求4所述的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)是一依據(jù)權(quán)利要求1或2所述 的斯特林循環(huán)機(jī),其特征在于,所形成的定于的內(nèi)徑等于或大于所述汽缸內(nèi)徑。
權(quán)利要求5所述的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)是一依據(jù)權(quán)利要求1至4中任 —項所述的斯特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所述活塞的至少動子側(cè)由電絕緣材料 構(gòu)成。
權(quán)利要求6所述的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)是依據(jù)權(quán)利要求1至5中任一 項所述的斯特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所述的內(nèi)軛由金羼線構(gòu)成，而所述的金 屬線與所述動子和活塞的軸向大致上平行排列。
依照本發(fā)明權(quán)利要求1所述的斯特林循環(huán)機(jī),通過如上所述制造的斯特林 循環(huán)機(jī)，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中僅僅活塞外徑相比，可減小所述電磁機(jī)構(gòu)的動子外徑。 通過這樣的配置，對于整個斯特林循環(huán)機(jī)來說，可減小設(shè)置在所述動子外側(cè)的 所述電磁機(jī)構(gòu)的定子的內(nèi)徑和外徑。此外，當(dāng)所述電磁機(jī)構(gòu)的定子內(nèi)徑和外徑 因設(shè)置在所述動子外部因而減小時，則與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比還可縮短線圈的金屬線 的長度，如果線圈的金屬線厚度和ffi數(shù)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同的話。換句話說，如果 電磁感應(yīng)圈的橫截面積與傳統(tǒng)電磁機(jī)構(gòu)的相同，那么由于平均線圈直徑較小，
本發(fā)明所用的銅量也較少。.因此，不僅用銅量減少，而锎耗也減少，在這方面， 可提高電磁機(jī)構(gòu)的效率。
通過由所述活塞和所述動子底部夾持并固定所述動f的永磁體,所述活塞 和動子可成為一體，以致于所述活塞和動子的組裝容易，而且所述的斯特林循 環(huán)機(jī)在軸向的尺寸也可減到最小。
此外，通過使所述動子的外徑等于或小于所述活塞的外徑，即使所述動子 與所述活塞一起向所述汽缸移動，也可防止所述動子靠在所述汽缸上。
而且，通過使所述定子的內(nèi)徑等芋或大于所述汽缸的內(nèi)徑，即使所述活塞 與所述動子一起向所述定子移動，也可防止所述活塞靠在所述定子上。
另外，通過由電絕緣材料構(gòu)成所述活塞至少所述動子側(cè)，則所述活塞不會 產(chǎn)生渦流，因此，渦流損耗可以保持在較低水平。這樣可實現(xiàn)防止所述電磁機(jī) 構(gòu)的效率下降。
因為所述的內(nèi)軛由金屬線構(gòu)成，而所述金屬線與所述動子和活塞的軸向大 致上平行排列設(shè)置，則可增加所述內(nèi)軛的堆積密度，并且與具有以筒形和徑向 排列配置的薄鋼板的傳統(tǒng)內(nèi)軛相比，可提高所述電磁機(jī)構(gòu)的承載磁的能力。換 句話說，如果所述內(nèi)軛的橫截面積與傳統(tǒng)內(nèi)軛的橫截面積相同，則與使用薄鋼 板的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，可減小所述內(nèi)軛的外徑或內(nèi)徑。因此，可減小所述動子的 外徑、位于所述動子外側(cè)的所述定子的內(nèi)徑和外徑以及最終減小整個斯特林循 環(huán)機(jī)的外徑。
附圖簡要說明
圖1所示為本發(fā)明第一實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)制冷機(jī)的截面圖 圖2所示為本發(fā)明第一實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)制冷機(jī)主要部件 的放大截面圖
圖3所示為本發(fā)明第一實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)制冷機(jī)的放大截 面圖，其中該制冷機(jī)處于電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)的定子固定在汽缸上-,
圖4所示為本發(fā)明第一實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)制冷機(jī)的放大截 面圖，其中該制冷機(jī)處于一電碎驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動子固定在活塞上
圖5所示為第一實施例與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的比較圖，其中(a)為第--實施例的結(jié) 構(gòu)，(b)為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖6所示為本發(fā)明第二實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)主要部件的放
大截面圖7所示為本發(fā)明第三實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)主要部件的放 大截面圖8所示為本發(fā)明第四實施例的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)主要部件的放 大截面圖
圖9所示為本發(fā)明的第四實施例的動子的放大截面圖，以與軸線方向正交 線截取
圖IO所示為動子的放大截面圖，其中當(dāng)金屬線的截面呈六角形時，以與 軸線方向正交線截取
圖11所示為動子的放大截面圖，其中當(dāng)金屬線的截面呈四詎邊形時，以 與軸線方向正交線截取
圖12所示為動子的放大截面圖，其中當(dāng)金屬線的截面呈三角形時，以與 軸線方向正交線截取以及
圖13所示為傳統(tǒng)內(nèi)軛的截面圖。
具體實施方法
以下參照附圖1至5對本發(fā)明的第一實施例進(jìn)行說明。在該實施例中，以 —種自由活塞型斯特林循環(huán)制冷機(jī)作為自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)的例子來說 明。參照圖1,其作為標(biāo)準(zhǔn)工位說明如下。在圖1中，數(shù)字1表示外殼。該外 殼l包括上殼2，其圓柱形部分2A相對于中軸線Z大致呈圓柱形，其盤形 部分2B在所述圃柱形部分2A底端形成以及下殼3，其構(gòu)成斯特林循環(huán)制 冷機(jī)的機(jī)身段。所述上殼2由諸如不銹鋼制成。所述圓柱形部分2A的近端部 分4、中間部分5和遠(yuǎn)端部分6與盤形部分2B相互構(gòu)成一整體。
在所述的外殼1內(nèi)部，汽缸7以與中軸線Z同軸設(shè)置。該汽缸7使用鋁 或其它類似材料與凸緣形固定件8和連接臂9構(gòu)成一體。所述固定件8在接近 汽缸7底端與汽缸7構(gòu)成一體。固定件8采用這樣一種結(jié)構(gòu)，以致使固定件8 的一側(cè)表面8A與在所述上殼2的盤形部分2B下表面上形成的固定件部分2C 接觸。所述固定件8通過螺釘與所述固定件部分2C固定，而固定件8的另一 側(cè)表面8B與外軛38的上端接觸，其中該外軛包括有時稱之"直線電動機(jī)"(稍 后解釋)的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的定子35。此外，在所述固定件8上，多條連接 臂9向下并大致上與所述汽缸7的軸向平行從所述固定件8 --直到所述汽缸7，
并且在它們的末端(下端)形成內(nèi)螺紋9A。在所述汽缸7的遠(yuǎn)端部分6 —側(cè)上， 與汽缸7分離的加長汽缸10以與中軸線Z同軸地和接近遠(yuǎn)端部分6的汽缸7 的末端連接。在所述汽缸7的末端側(cè)上和所述加長汽缸10的內(nèi)部，沿中軸線 Z可滑動地接納排出器ll。此外，在所述排出器11的末端與所述圓柱形部分 2的遠(yuǎn)端部分6之間設(shè)有一膨脹室E,而所述加長汽缸10的內(nèi)部和外部經(jīng)過 —孔12互相連通。在所述中間部分5,在圓柱形部分2的內(nèi)周邊和所述加長 汽缸10的外周邊之間設(shè)有回?zé)崞?3。在近端部分4中，在所述的汽缸7本身 上設(shè)有使通孔14，其使汽缸7的內(nèi)部能夠與其外部連通。在所述圓柱形部分2 的遠(yuǎn)端部分6的內(nèi)周邊和所述加長汽缸10末端的外周邊之間設(shè)有當(dāng)作熱接受 器的傳熱片15,而在所述圓柱形部分2A的內(nèi)周邊和在所述回?zé)崞?3和通孔 14中間的所述汽缸7的外周邊之間設(shè)有當(dāng)作熱排出器的傳熱片16。此外，形 成一信道，該信道從所述加長汽缸10的內(nèi)末端經(jīng)過孔12、傳熱片15、回?zé)崞?13、傳熱片16以及通孔14 一直到達(dá)在所述汽缸7內(nèi)部設(shè)有的加壓室C。
在所述上殼2和所述下殼3的近端部分4內(nèi)部包括動子組件17。所述的 動子組件17包括在上側(cè)設(shè)置的大致上呈圓柱形活塞18;以及在所述活塞18 下側(cè)設(shè)置的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的動子20。所述活塞18與上述的動子20相對于 中軸線Z同軸連接。此外，桿通孔21在活塞18內(nèi)同軸形成，而排出桿31(稍 后說明)插入到桿通孔21內(nèi)。另一方面，所述的動子20包括限定動子底部 的主基體22;在所述主基體22外周邊上安裝的內(nèi)軛23;在所述內(nèi)軛23外周 邊上安裝的永磁體24:所述永磁體24軸向定位用的墊塊25:以及限定所述動 子底部并為使所述內(nèi)軛23與所述主基體22固定而設(shè)置的固定件26。在所述 主基體22的中心，對應(yīng)于所述桿通孔21形成桿通孔27。如圖4所示，所述 活塞18和所述動子20相對于中軸線Z同軸連接，通過在所述固定件26上形 成和位于所述動子20上端側(cè)上的外螺紋28從所述活塞18的下端插入所述活 塞18，然后，把外螺紋28擰入在所述活塞18—內(nèi)側(cè)形成的內(nèi)螺紋29,以軸 向相互靠近。所述永磁體24由所述活塞18和主基體22(動子底部)間接地通過 所述內(nèi)軛23和墊塊25,再使所述固定件26的外螺紋28擰入所述活塞18的 內(nèi)螺紋29內(nèi)而夾持并固定。如上所述，所述永磁體24可以容易地由所述動子 20固定，通過使所述永磁體24在所述活塞18和主基體22之間夾持并固定， 籍此不但可以容易地組裝該動子組件17，而且還可以使該動子組件17軸向尺 寸減到最小，因為所述活塞18和所述動子20軸向地相互靠近設(shè)置。所述活塞18的外徑Rp略比所述動子20的外徑Rm大。
所述墊塊25可由電絕緣材料構(gòu)成，也可以由與所述活塞18相同的材料構(gòu)
■JUL成。
所述活塞18和所述動子20操作控制的第一片狀彈簧30的中間部分固定 在所述主基體22上。此外，使所述排出桿31的--端與所述排出器ll近側(cè)連 接以控制所述排出器U的操作，而所述排出桿31的另-—端與第二片狀彈簧 32的中間部分連接。所述排出桿31以這樣的方式延伸，即使動子組件17穿 過所述活塞！8的桿通孔21和所述主基體22的桿通孔27。所述第一片狀彈簧 30外周邊部分緊靠在所述連接臂9的末端上。筒形墊塊33設(shè)置在所述第，片 狀彈簧30的外周邊部分和所述第二片狀彈簧32的外周邊部分之間。通過使穿 過所述第二片狀彈簧32、墊塊33和第一片狀彈簧30的螺栓與所述連接臂9 的內(nèi)螺紋9A作縲紋接合，使所述第一片狀彈簧30和第二片狀彈簧32在其彼 此間隔開的情況下，固定在所述連接臂9上。因此，在所述的下殼3中，所述 第一片狀彈簧30比第二片狀彈簧32更加接近所述汽缸7的近端側(cè)，相差所述 墊塊33的長度。
數(shù)字35表示所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的定子。所述定子35包括在線軸36 上纏繞的電磁感應(yīng)圈37:以及外軛38和39，所述外軛38和39以從上下兩 邊夾持電磁感應(yīng)圈37的方式配置。以這樣的方式形成帶開口 38A和39A的 外軛38和39,即該開口 38A和39A不與所述連接臂9接觸。在固定件8和 圃定圈40之間設(shè)置所述定子35,而且穿過所述固定圈40的螺栓41以縲紋圃 定在所述固定件8上設(shè)置的內(nèi)螺紋上(圖中未示)。這樣，所述定子35與所述 固定件8固定，并最終與所述固定件8整體上形成的所述汽缸7固定。在所述 定子35的外軛38和39上以這樣的方式形成開口(圖中未示)，即所述開口不 與所述螺栓41接觸。在這種情況下，如圖3所示，所述汽缸7和所述定子35 相對于中軸線Z以軸向同軸排列。此外，所述汽缸7的內(nèi)徑Re略比所述定子 35的內(nèi)徑Rs小。所述動子組件17的活塞18可滑動地插入所述汽缸7內(nèi)，并 且所述動子組件17的動子20設(shè)置在所述定子35的內(nèi)部。
所述的下殼3設(shè)有連接# 42,以將電供給所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的定子35 的電磁感應(yīng)圈。
接下來對本發(fā)明實施例的效果進(jìn)行說明。首先，電源線(圖中未示)與連接 件42連接。然后，從設(shè)置在所述外殼1外部的電源(圖中未示)穿過--驅(qū)動電
路(圖中未示)和所述電源線，將預(yù)定頻率的交流電供給所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19 的定子35的所述電磁感應(yīng)圈37。如上所述,將交流電供給所述電磁感應(yīng)園37, 由電磁感應(yīng)圈37產(chǎn)生一交變磁場并集中在所述外軛38和39的周圍。然后， 由所產(chǎn)生的交變磁場產(chǎn)生使永磁體24沿汽缸7的軸向往復(fù)移動的力。由于這 種力，與包括所述永磁體24和內(nèi)軛23的動子20連接的活塞18開始在汽缸7 內(nèi)沿汽缸7的軸向往復(fù)移動。當(dāng)活塞18移向排出器11時，活塞18上面所有 的氣體被壓縮。壓縮氣體的壓力比活塞18另一側(cè)的壓力高，因此在排出桿31 上產(chǎn)生力，并籍此迫使排出器11移動以便移動氣體。然后，加壓室C中的較 暖氣體經(jīng)過通孔W、傳熱片16、回?zé)崞?3、傳熱片15以及孔12,流向位于 排出器11末端和圓柱形部分2A遠(yuǎn)端部分6之間的膨脹室E。另一方面，當(dāng)活 塞18移離排出器11時，則活塞18上的氣體會減壓，而排出器11以相反的方 式移動，并且膨脹室E中的氣體經(jīng)過孔12、傳熱片15、回?zé)崞?3、傳熱片 16以及通孔14流向加壓室C。在整個過程中，將實現(xiàn)由兩次近似的等溫變化 和兩次近似的等容變化構(gòu)成的可逆循環(huán)，由此，使所述膨脹室E的相鄰部分 處于低溫狀態(tài)，而加壓箱C的相鄰部分則處于高溫狀態(tài)。
如上所述，在本發(fā)明中，所述動子20的外徑Rm與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可以減 小，該外徑處于部件從內(nèi)向外大致上同軸排列，也就是說，活塞18'處于最內(nèi) 部，接著為--汽缸7'、內(nèi)軛23，(傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中其包括在定子35'內(nèi))、動子20', 并且定子35'處于最外部，因為所述活塞18和所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的動子20 在軸向上相互靠近地設(shè)置，以及所述汽缸7和所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的定子35 在軸向上同軸相互靠近地設(shè)置。依照如上所述的配置，在所述動子20外側(cè)設(shè) 置的所述定子35的內(nèi)徑Rs和外徑也可以減小，因此，斯特林循環(huán)制冷機(jī)的圓 柱形機(jī)身段的尺寸也可減小。換句話說，如附5所示，如果所述活塞18的外 徑 和所述汽缸7的內(nèi)徑Re分別與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所述活塞18'的外徑Rp鄰所 述汽fe T的內(nèi)徑Rc'相等(Rp-Rp', Rc-Re'),則與一傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所述定子35' 的內(nèi)徑Rs'相比，可減小所述定子35內(nèi)徑Rs的長度，相差為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的所 述汽缸7'、所述內(nèi)軛23'和動子20'的總厚度。(在本發(fā)明中，所述定子35的 內(nèi)徑Rs所減少的尺寸，即所述定子35的內(nèi)徑Rs和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所述定子35' 的內(nèi)徑Rs'之間的差別，例如，根據(jù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中部件之間的空隙變化，或根據(jù) 所述定子35的內(nèi)徑Rs和所述汽缸7的內(nèi)徑Rc之間的差別變化。)因為所述 定子35的外徑和內(nèi)徑Rs的長度與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可減小，故而構(gòu)成電磁感應(yīng)圈
37的電線長度與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比也可減短，在這種情況下，待纏繞于所述定子 35上構(gòu)成電磁感應(yīng)圈37金屬線的厚度和匝數(shù)相等。采用這樣的結(jié)構(gòu)可以減少 銅耗，并最終可以提高電磁機(jī)構(gòu)的效率而總體也可以減小。如上所述，由于所 述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的所述動子20和所述活塞18軸向排列，以及所述電磁驅(qū) 動機(jī)構(gòu)19的定子35和所述汽缸7軸向排列,就有可能使斯特林循環(huán)制冷機(jī)的 軸向尺寸增大。因為所述活塞18和所述動子20相互靠近設(shè)置，以及所述汽缸 7和所述定子35相互靠近設(shè)置，所以可使斯特林循環(huán)制冷機(jī)的軸向尺寸減到 最小。
如上所述，由于所述汽虹7的內(nèi)徑Rc略比所述定子35的內(nèi)徑Rs小，而 所述活塞18的外徑Rp略比所述動子20的外徑Rm大，故而可防止所述動子 20的永磁體24與所述汽缸7的內(nèi)表面接觸，并也可防止所述活塞18與所述 定子35的外軛38和39的內(nèi)表面接觸。閑此，萬一所述活塞18或所述動子 20由于--些原因或在制造過程中的移動超出預(yù)定行程，則仍可防止因所述活 塞18與外軛38和39的內(nèi)表面接觸而損壞。此外，還可防止所述汽缸7或所 述永磁體24由于所述永磁體24與所述汽缸7內(nèi)表面的接觸而造成的損壞。
此外，因為所述活塞18由電絕緣材料構(gòu)成，即使所述往復(fù)運動的活塞18 進(jìn)入由所述定子35產(chǎn)生的磁場，在所述活塞18中也不會產(chǎn)生渦流。因此，渦 流損耗可以保持在較低水平，籍此提高所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的效率。
如上所述,第一實施例涉及一種作為斯特林循環(huán)機(jī)的自由活塞型斯特林制 冷循環(huán)機(jī)，其包括汽缸7、在所述汽缸7內(nèi)往復(fù)運動的活塞18以及使活塞18 往復(fù)運動的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19，其中所述動子20配置成使所述永磁體24設(shè)置 在由磁導(dǎo)材料制成的內(nèi)軛23的外側(cè)，限定所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的動子20和 所述活塞18相對于中軸線Z相互軸向排列，以及限定所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19 的定于35和所述汽缸7相互軸向排列，籍此可以減小所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19 的動子20的外徑Rm。因此，在所述動子20外側(cè)設(shè)置的所述定子35外徑以 及最終整個斯特林制冷循環(huán)機(jī)的外徑都可減小。因為設(shè)置在所述動子20外側(cè) 的所述定子35外徑和內(nèi)徑Rs可減小，故在不必改變限定所述電磁感應(yīng)鬮37 的線圈線的厚度和匝數(shù)的情況下，換句話說，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，不必改變所述 電磁感應(yīng)圈37的橫截面積的情況下，可縮短感應(yīng)圈導(dǎo)線的長度，因此在銅耗 保持在較低水平的情況下，可提高所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的效率。
此外，在第一實施例中，依據(jù)限定所述動子20的永磁體由所述活塞和限
定所述動子20動子底部的主基體22夾持并固定,所述活塞18和動子20可成 為一體以致使其容易地裝入動子組件17內(nèi)。而且，因為可直接將所述活塞18 固定到動子20上，所述活塞18和動子20可相互靠近設(shè)置。因此，可使斯特 林循環(huán)制冷機(jī)的軸向尺寸減到最小。
另外，在第一實施例中，憑借形成的所述動子20的外徑Rm等于或小于 所述活塞18的外徑Rp(Rm S Rp)，較佳為所述動子20的外徑Rm小于所述活 塞18的外徑Rp(Rm < Rp)，可防止所述動子20或所述汽缸7由于兩者的接觸 而造成的損壞，即使所述動子20與所述活塞18—起進(jìn)入所述汽缸7內(nèi)。
再者，在第一實施例中，憑借形成'的所述定子35的內(nèi)徑Rs等于或大于所 述汽缸7的內(nèi)徑Rc(Rs 2 Re),較佳為定子35的內(nèi)徑Rs大于所述汽缸7的內(nèi) 徑Rc (Rs > Rc)，可防止所述定子35或所述活塞18由于兩者的接觸而造成的 損壞，即使所述活塞18與所述動子20 —起進(jìn)入所述定子35內(nèi)。
此外，在第一實施例中，因為所述活塞18由電絕緣材料構(gòu)成，即使所述 復(fù)運動的活塞18進(jìn)入由所述定子35產(chǎn)生的磁場，在所述活塞18內(nèi)也不會產(chǎn) 生渦流。因此，渦流損耗可可以保持在較低水平，籍此提高所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu) 19的效率。
接下來，參照圖6對本發(fā)明的第二實施例進(jìn)行說明。在此可省略第一實施 例和第二實施例之間的共同結(jié)構(gòu)和/或效果，例如，除了動子組件50的一些配 置及效果外，兩實施例中的結(jié)構(gòu)是共通的。所述動子組件50包括在上側(cè)設(shè) 置的大致上呈圓柱形活塞18:以及在所述活塞18下側(cè)設(shè)置的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)51 的動子52。所述活塞18相對于所述動子52同軸連接。另一方面，所述動子 52包括限定動子底部的主基體53:在所述主基體53外周邊上安裝的內(nèi)軛 54;在所述內(nèi)軛54外周邊上安裝的永磁體24:所述永磁體24軸向定位用的 墊塊55;以及限定所述動子底部并為使所述內(nèi)軛54與所述主基體53固定而 設(shè)置的固定件26。所述墊塊55可由與所述活塞18相似的電絕緣材料構(gòu)成。 在所述主基體53的中心，對應(yīng)于所述活塞18的桿通孔21形成桿通孔56。所 述活塞18和所述動子52同軸連接并通過在所述固定件26上形成和位于所述 動子52上端側(cè)上的外螺紋28從所述街塞18的下端插入所述活塞18,然后把 外蠊紋28擰入在所述活塞18內(nèi)側(cè)形成的內(nèi)螺紋29，在軸向相互靠近。所述 永磁體24由所述活塞18和主基體53(動子底部)間接地通過所述墊塊55，再 使所述固定件26的外螺紋28擰入所述活塞18的內(nèi)螺紋29內(nèi)而夾持并固定。
如上所述，所述永磁體24可以容易地由所述動子52問定，通過使所述永磁體 24在所述活塞18和主基體53之間夾持并固定，籍此不但可以容易地組裝該 動子組件50,而且還可以使該動子組件50軸向尺寸減到最小，因為所述活塞 18和所述動子52軸向地相互靠近設(shè)置。所述活塞18的外徑Rp略比所述動子 52的外徑Rm大。
以下參照圖7對本發(fā)明的第三實施例進(jìn)行說明。在此可省略在第三實施例 和上述實施例之間的共同結(jié)構(gòu)和/或效果，例如，除了動子組件60的一些配置 及效果外，這些實施例中的結(jié)構(gòu)是共通的。所述動子組件60包括在上側(cè)設(shè) 置的大致上呈圓柱形的活塞18;以及在所誶活塞18下側(cè)設(shè)置的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu) 61的動子62。所述活塞18相對于所述動于62同軸連接。另-—方面，所述動 子62包括限定動了-底部的主基體63:在所述主基體63外周邊上安裝的內(nèi) 軛54;在所述內(nèi)軛54外周邊上安裝的永磁體24;以及限定所述動子底部并為 使所述內(nèi)軛54與所述主基體63固定而設(shè)置的固定件26。所述主基體63可由 與所述活塞18相似的電絕緣材料構(gòu)成。在所述主基體63的中心，對應(yīng)于所述 活塞18的桿通 L 21形成桿通孔65。所述活塞18和所述動子62同軸連接并 通過在所述固定件26上形成和位于所述動于62上端側(cè)上的外螺紋28從所述 活塞18的下端插入所述活塞18,然后將其擰入在所述活塞18 —內(nèi)側(cè)形成的 內(nèi)蠊紋29，在軸向相互靠近。所述永磁體24由所述活塞18和主基體63(動子 底部)間接地通過使所述固定件26的外螺紋28擰入所述活塞18的內(nèi)螺紋29 內(nèi)而夾持并固定。如上所述，所述永磁體24可以容易地由所述動子62固定， 由于使所述永磁體24在嬌述活塞18和主基體63之間夾持并固定，籍此不但 可以容易地組裝該動子組件60,而且還可以將該動子組件60軸向尺寸減到最 小，因為所述活塞18和所述動子62軸向地相互靠近設(shè)置。此外，因為所述主 基體63由電絕緣材料構(gòu)成，即使覆蓋在所述主基體63內(nèi)的所述內(nèi)軛54下側(cè) 和外側(cè)的一部分進(jìn)入由所述定子35產(chǎn)生的磁場，所述主基體63也不會產(chǎn)生渦 流。因此，渦流損耗可以保持在較低水平，籍此提高所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)61的 效率。所述活塞18的外徑Rp略比所述動子62的外徑Rm大。
以下參照圖8和12對本發(fā)明的第四實施例進(jìn)行說明。在此可省略在第四 實施例和上述實施例之間共同結(jié)構(gòu)和/或效果，例如，除了動子組件70的一些 配置外，這些實施例中的結(jié)構(gòu)是共通的，而實施例中的效果部分共通。所述動 子組件70包括在上側(cè)設(shè)置的大致上呈圓柱形的活塞18;以及在所述活塞18
下側(cè)上設(shè)置的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)71的動子72。所述活塞18相對于所述動子72同 軸連接。另一方面，所述動子72包括限定動于底部的主基體73:在所述主 基體73外周邊上安裝的內(nèi)軛74;在所述內(nèi)軛？4外周邊上安裝的永磁體24; 所述永磁體24軸向定位用的墊塊55;以及限定所述動子底部并為使所述內(nèi)軛 74經(jīng)由所述墊塊75與所述主基體73固定而設(shè)置的固定件76。所述墊塊55 和75可由與所述活塞18相似的電絕緣材料構(gòu)成。在所述主基體73的中心， 對應(yīng)于所述活塞18的桿通孔21形成桿通孔77。所述內(nèi)軛74通過配置多條修 整成預(yù)定長度的直金屬線74A而整體上裝配成筒狀列線。這些直金屬線由在 其表面(典型地只是氧化層)上形成電絕緣層的磁性鋼材(硅鋼等)制成，并且可 以呈適合于較高堆積密度的圓截面或六角形截面或者用于良好堆積性能的其 它類型的橫截面，而且可與所述活塞18和動子72的軸向平行排列。例如，金 屬線(74B，74C，74D)的橫截面可以呈六角形、四邊形或三角形，分別如圖10、 11和12所示?？蛇x擇金屬線74A橫截面積的線性尺寸，以致使渦流損耗減到 最低。所述活塞18和所述動子72同軸連接通過在所述固定件76上形成和位 于所述動子72上端側(cè)上的外螺紋78從所述活塞18的下端插入所述活塞18， 然后把將外螺紋78擰入在所述活塞18 —'內(nèi)側(cè)形成的內(nèi)螺紋29,在軸向相互 靠近。所述永磁體24由所述活塞18和主基體73(動子底部)間接地通過所述較 低的墊塊55，再使所述固定件76的外嫘紋78擰入所述活塞18的內(nèi)螺紋29 內(nèi)而夾持并固定。如上所述，所述永磁體24可以容易地由所述動子72固定， 通過使所述永磁體24在所述活塞18和主基體73之間夾持和固定，籍此不但 可以容易地組裝該動子組件70，而且還可以將該動子組件70軸向尺寸減到最 小，因為所述活塞18和所述動子72軸向地相互靠近設(shè)置。所述活塞18的外 徑Rp略比所述動于72的外徑Rm大。
以下對本發(fā)明第四實施例的效果進(jìn)行說明。在該實施例中，所述內(nèi)軛74 由如上所述的直金屬線74A構(gòu)成，并且所述金屬線74A與所述活塞18和動子 72的軸向平行排列。由于這樣的排列，通過相對于由所述內(nèi)軛74占滿的橫截 面積(堆積密度)來增加所述金屬線74A的橫截面積，所述內(nèi)軛74與具有以筒 形和徑向排列配置的薄鋼板的傳統(tǒng)內(nèi)軛相比，可提高所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)71的 效率。反過來說，如果限定所述內(nèi)軛74的金屬線74A的總橫截面積與限定傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)軛薄鋼板總橫截面積相同，則與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)軛的外徑相比，可減 小所述內(nèi)軛74的外徑，并籍此所述動子72的外徑Rm、在所述動子72外側(cè)
設(shè)置的所述定子35的內(nèi)徑Rs和外徑，以及最終減小整個斯特林循環(huán)制冷機(jī)的 外徑。(請注意，在該情況中內(nèi)軛74的"橫截面積"是指相對于所述活塞18 和動子72的中軸線Z正交方向橫切內(nèi)軛74而得到的內(nèi)軛74的橫截面積。)由 于該實施例的效果與以上所述的實施例相同，在此省略說明。
應(yīng)該注意到，本發(fā)明并不只限f上述的實施例，尤其是本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可做到的各種變型都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在上述的實施例中，以稱之為回動式 斯特林循環(huán)的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)來作為斯特林循環(huán)機(jī)的實施例，然而， 本發(fā)明還可應(yīng)用到使用動力產(chǎn)生斯特林循環(huán).的斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)(動力機(jī)或原 動機(jī))(在這種情況下，本發(fā)明的電磁機(jī)構(gòu)相當(dāng)f 一種有時稱為"直線交流發(fā)電 機(jī)"的發(fā)電機(jī)，代替上述實施例所述的電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu))。本發(fā)明的應(yīng)用還可包括 一直線壓縮機(jī)或任何其它類似的直線運動裝置，除此之外，在所述活塞和動子 之間可設(shè)置墊塊代替上述實施例中所述活塞和動子相互靠近設(shè)置的配置,這因 為所述活塞和動子以軸向同軸設(shè)置是十分重要的。同樣地，在所述汽缸和定子 之間也可設(shè)置墊塊代替上述實施例中所述汽缸和定子相互靠近設(shè)置的配置，這 因為所述汽缸和定子以軸向同軸設(shè)置也是十分重要的。此外,在第三實施例中， 如果覆蓋在所述主基體的內(nèi)軛下側(cè)和外側(cè)的一部分不可能進(jìn)入磁場，則主基體 可由金屬構(gòu)成。再者，在上述的實施例中，所有的所述活塞均由電絕緣材料構(gòu) 成,然而只有由電絕緣材料構(gòu)成的所述活塞的動子側(cè)才有可能進(jìn)入由所述定子 產(chǎn)生的磁場，因為避免渦流的產(chǎn)生是十分重要的。
權(quán)利要求
1.一種斯特林循環(huán)機(jī)，所述的斯特林循環(huán)機(jī)包括汽缸、在所述汽缸中往復(fù)運動的活塞以及由定子和動子組成的電磁機(jī)構(gòu)，其中所述動子由內(nèi)軛和永磁體構(gòu)成，所述的內(nèi)軛由磁通導(dǎo)電材料制成，所述的永磁體設(shè)置在所述內(nèi)軛的外側(cè)，所述電磁機(jī)構(gòu)的所述動子和所述活塞以軸向排列設(shè)置，以及所述電磁機(jī)構(gòu)的所述定子以及所述汽缸也以軸向排列設(shè)置。
2. 如權(quán)利要求1所述的斯特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所述動子的永磁體 由所述活塞和限定所述動子的動子底部夾持并固定。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的斯特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所形成的動子 的外徑等于或小于所述活塞外徑。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的,林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所形成的定子 的內(nèi)徑等于或大于所述汽缸內(nèi)徑。
5. 如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的斯特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所 述活塞的至少動子側(cè)由電絕緣材料構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求1至5中任何一項所述的斯特林循環(huán)機(jī)，其特征在于，所 述的內(nèi)軛由磁通導(dǎo)線構(gòu)成,而所述導(dǎo)線與所述動子和活塞的軸向大致上平行排 列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廉價和有效的自由活塞型斯特林循環(huán)機(jī)，其整機(jī)的外徑較小。一種作為斯特林循環(huán)機(jī)的自由活塞型斯特林制冷循環(huán)機(jī)，其包括汽缸7、在所述汽缸7中往復(fù)運動的活塞18以及由動子20和定子35組成的電磁機(jī)構(gòu)19，其中所述動子20配置成使所述永磁體24設(shè)置在由磁導(dǎo)材料制成的內(nèi)軛23的外側(cè)，所述活塞18與動子20以軸向排列設(shè)置，而所述定子35和所述汽缸7也以軸向排列設(shè)置。通過這樣的配置，可減小所述電磁驅(qū)動機(jī)構(gòu)19的動子20的外徑Rm，因而可減小在所述動子20外側(cè)設(shè)置的所述定子35的內(nèi)徑Rs和外徑，以及最終減小整個斯特林循環(huán)制冷機(jī)的外徑。
文檔編號F02G1/053GK101373109SQ20081021362
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者D·M·貝爾舒維茲, 齊藤守 申請人:環(huán)球冷卻有限公司;珍巴多工業(yè)股份有限公司