[發(fā)明專利]一種基于介電彈性體的斯特林發(fā)電機及發(fā)電方法

有效

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• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106762211B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 王成龍;邱志偉;曾慶良;陳萌;劉志海;馬凡凡;楊揚;孟昭勝;馮鵬超
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/055;F02G1/053;H02N11/00
• 代理公司: 南京睿之博知識產(chǎn)權代理有限公司 32296
• 代理人: 張聯(lián)群

1.一種基于介電彈性體的斯特林發(fā)電機，其特征是：斯特林發(fā)電機包括：啟動裝置、發(fā)電裝置和動力裝置；啟動裝置、發(fā)電裝置和動力裝置順序連接成一體；

所述的啟動裝置包括：定子鐵芯、繞組、動子磁極和永磁體；繞組嵌在定子鐵芯內，動子磁極嵌在永磁體內；永磁體置于定子鐵芯內，動子磁極與繞組構成的電極相對應；

所述的發(fā)電裝置包括：第一移氣活塞介電彈性體、第二移氣活塞介電彈性體、動力活塞介電彈性體固定架、第一動力活塞介電彈性體、第一電線、第一集電裝置、第二電線、第二集電裝置、第二動力活塞介電彈性體、第三電線、第三集電裝置、第四電線和第四集電裝置；

第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體順序連接在動力裝置的移氣活塞和移氣活塞軸之間；在動力活塞介電彈性體固定架內兩端連接有第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體，第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體的中心連接在動力裝置的動力活塞軸上，在動力活塞軸內順序連接有第一電線、第一集電裝置、第二電線和第二集電裝置；啟動裝置的永磁體連接在動力裝置的動力活塞軸上，位于動力活塞介電彈性體固定架、第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體的空間內；

在動力裝置的移氣活塞軸的軸芯內順序連接有第三電線、第三集電裝置、第四電線和第四集電裝置。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于介電彈性體的斯特林發(fā)電機，其特征是：所述的動力裝置包括：熱端缸、移氣活塞外殼、回熱器、移氣活塞、移氣活塞軸、散熱片、動力活塞缸、外殼、動力活塞軸、動力活塞、鎖緊螺栓、固定板、固定螺栓、冷端和熱端；

移氣活塞外殼位于熱端缸內，在熱端缸和移氣活塞外殼之間連接有回熱器，熱端缸和移氣活塞外殼的一端均為開口端；熱端缸封閉端為熱端，熱端缸的開口端套接有散熱片，散熱片位置的熱端缸為冷端；在散熱片內中心連接有移氣活塞軸，移氣活塞軸穿過移氣活塞伸入到移氣活塞外殼內；移氣活塞套接在移氣活塞外殼的開端；動力活塞缸連接在散熱片和外殼之間；發(fā)電裝置和啟動裝置位于外殼內；

動力活塞軸一端穿過外殼的底端，一端插入到動力活塞中，動力活塞通過鎖緊螺栓、固定板和固定螺栓連接在動力活塞軸的端部。

3.權利要求1所述的一種基于介電彈性體的斯特林發(fā)電機的發(fā)電方法，其特征是：發(fā)電方法：通過內置的直線電機啟動斯特林發(fā)電機，啟動后的斯特林發(fā)電機進入自行運轉階段，自行運轉分為四個階段步驟：等溫膨脹、等容放熱、等溫壓縮和等容吸熱；

具體步驟為：

第一步等溫膨脹：當多數(shù)工作介質位于熱端時，與高溫熱源大面積接觸，工作介質被加熱后膨脹，移氣活塞運動到行程最左側，第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體向左側拉伸，向左側拉伸的第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體發(fā)生形變，形變一方面儲存了彈性勢能，另一方面介電彈性體的變形將機械能轉化為電能，通過第三集電裝置和第四集電裝置與第三電線和第四電線輸送到外界；這時熱端的工作介質體積已經(jīng)達到最大狀態(tài)，而動力活塞處于行程最右側，第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體已經(jīng)處于向右側拉伸狀態(tài)，冷端的工作介質體積處于最小狀態(tài)，這時熱端中被加熱的工作介質通過回熱器沖入冷端，并且此時動力活塞在第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體彈性勢能的作用下動力活塞向左運動，與動力活塞同軸連接的第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體向左側拉伸，向左側被拉伸的第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體發(fā)生形變，形變一方面儲存了彈性勢能，另一方面介電彈性體的變形將機械能轉化為電能，通過第一集電裝置和第二集電裝置與第一電線和第二電線輸送到外界，此過程為等溫膨脹階段；

第二步等容放熱：加熱后的工作介質沖入冷端后，與冷端的散熱片大面積接觸，高溫工作介質降低溫度，由于第一動力活塞介電彈性體、第二動力活塞介電彈性體、第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體儲存的彈性勢能開始釋放，即動力活塞和移氣活塞在彈性勢能和氣體壓強減小的作用下開始向右運動，熱端的工作介質開始被壓縮，此過程近等容放熱階段；

第三步等溫壓縮：大部分進入冷端的工作介質經(jīng)過散熱片的充分冷卻，工作介質通過回熱器，工作介質的溫度進一步降低，冷端的壓強開始減小，并且通過第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體的彈性勢能使動力活塞向右運動，在冷端的工作介質被壓縮，在這一階段第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體在壓強減小和彈性勢能作用下，第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體向右側被拉伸，向右側被拉伸的第一動力活塞介電彈性體和第二動力活塞介電彈性體發(fā)生形變，形變一方面儲存了彈性勢能，另一方面介電彈性體的變形將機械能轉化為電能，第一集電裝置和第二集電裝置與第一電線和第二電線輸送到外界；移氣活塞在被壓縮的工作介質與第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體作用下向右運動，被固定在移氣活塞軸上第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體由向左側拉伸狀態(tài)轉變?yōu)橄蛴覀壤鞝顟B(tài)，向右側被拉伸的第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體發(fā)生形變，形變一方面儲存了彈性勢能，另一方面介電彈性體的變形將機械能轉化為電能，通過第三集電裝置和第四集電裝置與第三電線和第四電線輸送到外界，此過程近似為等溫壓縮階段；

第四步等容吸熱：此時整個裝置內氣體體積最小，熱端的工作介質被加熱后開始膨脹，由于第一動力活塞介電彈性體、第二動力活塞介電彈性體、第一移氣活塞介電彈性體和第二移氣活塞介電彈性體儲存的彈性勢能開始釋放，即動力活塞和移氣活塞在彈性勢能和氣體壓強增大的作用下開始向左運動，熱端的氣體開始膨脹，回到第一步等溫膨脹狀態(tài)，此過程近似為等容吸熱。