[發明專利]一種斜盤式斯特林發動機

在審

• 申請號: 201810128033.2
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108194221A
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 黃護林;朱桂平
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F02G1/043
• 分類號: F02G1/043;F02G1/053
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 閆彪

本發明涉及一種斜盤式斯特林發動機，屬于熱氣機利用技術領域。該發動機包括發動機殼體、氣缸及其內的活塞和活塞桿、輸出主軸以及將活塞的直線運動轉變為輸出主軸旋轉運動的斜盤機構；氣缸一端連接有滑筒,活塞桿的一端制有可在滑筒中滑動的滑塊；滑塊通過球頭桿與斜盤機構相連；斜盤機構包括斜盤和套設于輸出主軸上的斜軸套，斜盤通過一個斜盤軸承安裝在斜軸套的外周上，斜軸套的中心線與輸出主軸的中心線相交成一個角度為10°—15°的夾角。本發明的活塞桿不直接與斜盤相連，使得活塞桿不受輸出主軸旋轉產生的周向作用力；并且該斜盤機構只使用一個軸承與輸出主軸形成傳動聯接，使得輸出傳動結構更簡單，減少氣缸和活塞的摩擦損耗并延長使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種斯特林發動機，屬于熱氣機利用技術領域。

背景技術

斯特林發動機(Stirling Engine)，是一種外部加熱的閉式循環活塞式發動機。在這類機器中，工質(一般為氫氣、氦氣或空氣)被封閉在循環回路中，通過外部加熱，在較高的溫度和壓力下膨脹，推動活塞運動；通過冷卻器冷卻工質，使工質在較低的溫度和壓力下壓縮，從而獲得正的循環功。其熱力過程是按斯特林循環進行的。

雙作用式斯特林發動機一般由四個氣缸、四個冷卻器和回熱器按一定順序熱冷結構相接組合而成。高壓的氣體工質在氣缸上部加熱膨脹，驅動活塞向下運動，活塞下部分的氣體進入冷卻器、回熱器，再次進入加熱器被加熱；活塞向下運動到底后需要傳動機構帶動其向上運動，以完成一個循環動作。四個氣缸內的活塞和氣體交替循環運動，產生上下的往復直線運動。為將往復直線運動的輸出動力轉化為旋轉運動傳遞給負載，斯特林發動機有多種傳動形式，比較實用的有四種類型：曲柄連桿機構、菱形機構、斜盤機構和搖擺軛機構。前兩種傳動機構傳動鏈長,零部件多,體積大,成本高,關鍵問題是動力輸出軸線與活塞往復直線運動軸線垂直成90度夾角,結構復雜，加大了發動機的震動和噪音，不適用于需要緊湊型的斯特林發動機，如用于碟式太陽能發電的斯特林發動機。

如圖1所示，傳統的斜盤式斯特林發動機的傳動機構主要由活塞1-12、活塞桿1-11、斜盤1-7、滑靴1-9、滑塊1-10、滑靴座1-8、主軸1-5、蓄能飛輪1-2、殼體1-1、軸承1-6、加熱氣缸1-13等組成。需要指出的是，傳統斜盤式斯特林發動機的殼體1-1內部有一個制為整體的軸瓦1-4，軸瓦1-4通過至少兩副軸承固定于主軸1-5上。如圖1所示，其工作原理為工質經熱脹冷縮對活塞1-12做功將活塞1-12的往復直線運動轉化為旋轉運動傳遞給負載，并帶動發電機發電。斜盤傳動機構具有整體結構體積小，輸出運動特性好，噪聲低、結構簡單緊湊、可通過改變斜盤1-7傾角來調節功率等優點。

雖然斜盤結構具有上述優點，但是現有技術中斜盤結構仍過于復雜，需要對每個活塞1-12額外添加一個導向柱1-3，以減少主軸1-5旋轉運動時給予斜盤1-7及活塞桿1-11的周向反作用力，減輕活塞桿1-11和氣缸的相互作用力，從而減少活塞1-12和氣缸的摩擦，以免影響氣缸的氣密性，造成損害。

檢索發現發明專利(斯特林發動機斜盤傳動裝置,201310112466.6)，該發明專利雖沒有導向柱，但完全是靠氣缸與活塞桿之間的相互作用來抵消主軸旋轉運動時給予活塞桿的周向反作用力，對活塞桿和密封結構損害較大，長期使用可能影響斯特林發動機的正常使用。此外，該發明的斜盤需要四個轉盤軸承來使斜盤與輸出主軸形成傳動連接，活塞桿與斜盤之間也需要四個高速關節軸承來連接，傳動連接機構過于復雜，成本高且不易維護。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術不足，提出一種結構簡單緊湊、易于裝拆且成本低的斜盤式斯特林發動機，該發動機杜絕了斜盤機構對氣缸和活塞形成沖擊，從而減少活塞和氣缸的摩擦磨損，提高了活塞氣缸壽命。