CN106286005B - 一种转子式斯特林发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转子式斯特林发动机，它属于斯特林发动机领域，包括定子和嵌套于所述定子上的转子，所述定子为偏心结构，所述定子与所述转子间设有若干密封的腔室，所述腔室内均设有介质，所述介质热胀冷缩驱动所述转子转动；本发明在热源和冷源的作用下，通过转子和定子间各个空腔间力的传动，可以使本发明以转子的形式实现斯特林发动机向外输出动力的功能；本发明与现有的斯特林发动机相比结构精简，构造成本低，且体积小，有着巨大的先进性，适于进行推广和普及；本发明易于实现多个发动机的串联，从而便于更进一步的扩容，并且动力更强劲，启动性能也得到进一步的改善和提高。
Description
技术领域
本发明涉及斯特林发动机领域，具体涉及一种转子式斯特林发动机。
背景技术
斯特林发动机是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式活塞发动机。相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点，斯特林发动机属于外燃机。新型斯特林发动机使用氢气或氦气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功，循环往复，通过连杆机构向外输出动力。
现有的斯特林发动机均采用上述的气缸带动连杆机构的原理，会有以下的问题：第一、膨胀室活塞与气缸壁之间易造成磨损，工质容易泄露，使得气缸的密封和润滑出现问题；第二、膨胀室、压缩室等组成设备的成本高、体积大，使得斯特林发动机难于普及；第三、回热器的使用，限制了机组容量的提升。
发明内容
对于现有技术中所存在的问题，本发明提供的一种转子式斯特林发动机，可以以转子的形式实现斯特林发动机向外输出动力的功能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种转子式斯特林发动机，包括定子和嵌套于所述定子上的转子，所述定子为偏心结构，所述定子与所述转子间设有若干密封的腔室，所述腔室内均设有介质，所述介质热胀冷缩驱动所述转子转动。本发明中，介质通过热胀冷缩对转子产生力的作用，由于定子为偏心结构，使得与之相配的转子受力产生力矩，推动转子转动。
优选的，所述定子包括中心轴和固定于所述中心轴上的偏心凸轮；所述转子包括嵌套的内壳体和外壳体，所述内壳体内基于所述中心轴对称的镶嵌有隔膜，所述内壳体上设有通孔以连通所述外壳体与所述内壳体间的空腔和所述内壳体与所述隔膜间的空腔，所述外壳体与所述内壳体间设有翼板将所述外壳体、所述内壳体和所述隔膜形成的空腔分为隔离的第一腔室和第二腔室；所述内壳体上基于所述中心轴对称的设有回摆块，所述回摆块的边沿与所述偏心凸轮紧密贴合，所述内壳体、所述隔膜、所述回摆块和所述偏心凸轮形成相互隔离的第三腔室和第四腔室；所述转子的两端均设有端盖以密封，所述转子与所述定子间设有轴承以转动。本发明设于相对的热源和冷源之间，当第一腔室与热源接近时，第二腔室会与冷源接近，此时，第一腔室内的气体工质受热膨胀，通过隔膜对第三腔室产生正压，第二腔室内的气体工质遇冷收缩，通过隔膜对第四腔室产生负压，上述正压和负压分别通过第三腔室和第四腔室的液压介质对回摆块产生力的作用，由于定子为偏心凸轮，所以两块回摆块的受力不平衡产生运动，从而使转子在回摆块的带动下转动；当第一腔室与冷源接近，第二腔室与热源接近时，同样会产生同方向的转动力，使转子转动。
优选的，所述第一腔室和所述第二腔室内均充满气体工质，所述第三腔室和所述第四腔室内均充满液压介质。
优选的，所述翼板基于所述中心轴对称设置，所述通孔分别位于所述第一腔室和所述第二腔室的中轴线上。翼板基于中心轴对称设置使得第一腔室与第二腔室对称等大小，通孔分别位于第一腔室和第二腔室的中轴线上使得隔膜可以最优的接收并传递第一腔室或第二腔室的气体工质通过膨胀或收缩产生的作用力。
优选的，所述隔膜设为耐油橡胶隔膜。
优选的，所述内壳体上设有与所述回摆块匹配的凹槽。回摆块可以自由的在凹槽与偏心凸轮间伸缩。
优选的，所述回摆块与所述凹槽间设有弹性组件。弹性组件使得回摆块始终与偏心凸轮紧密贴合，防止第三腔室与第四腔室之间的液压介质流通。
优选的，所述端盖与所述定子设为油封。从而使转子、定子和端盖形成的空腔为密闭空腔。
优选的，所述气体工质为氦气或氢气。
优选的，所述液压介质为液压油。液压油起到力传递作用的同时还有着较好的润滑作用。
本发明的有益效果表现在：
1、本发明在热源和冷源的作用下，通过转子和定子间的第一空腔、第二空腔、第三空腔和第四空腔间力的传动，可以使本发明以转子的形式实现斯特林发动机向外输出动力的功能。
2、本发明与现有的斯特林发动机相比结构精简，构造成本低，且体积小，有着巨大的先进性，适于进行推广和普及。
3、本发明易于实现多个发动机的串联，从而便于更进一步的扩容，并且动力更强劲，启动性能也得到进一步的改善和提高。
附图说明
图1为本发明一种转子式斯特林发动机的整体结构示意图；
图2为本发明一种转子式斯特林发动机的转动示意图；
图3为本发明一种转子式斯特林发动机处于最差位置时的示意图；
图中：1-外壳体、2-通孔、3-耐油橡胶隔膜、4-回摆块、5-内壳体、6-翼板、7-偏心凸轮、8-中心轴、9-第二腔室、10-第四腔室、11-凹槽、12-第三腔室、13-第一腔室、14-热源、15-冷源。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的整体结构示意图，包括定子和嵌套于定子上的转子，定子包括中心轴8和固定于中心轴8上的偏心凸轮7，转子包括嵌套内壳体5和外壳体1，内壳体5内基于中心轴8对称的镶嵌有耐油橡胶隔膜3，内壳体5上设有通孔2以连通外壳体1与内壳体5间的空腔和内壳体5与耐油橡胶隔膜3间的空腔，外壳体1与内壳体5间设有翼板6将外壳体1、内壳体5和耐油橡胶隔膜3形成的空腔分为隔离的第一腔室13和第二腔室9，内壳体5上基于中心轴8对称的设有回摆块4，回摆块4的边沿与偏心凸轮7紧密贴合，内壳体5、耐油橡胶隔膜3、回摆块4和偏心凸轮7形成相互隔离的第三腔室12和第四腔室10，第一腔室13和第二腔室9内均充满气体工质，第三腔室12和第四腔室10内均充满液压介质。
其中，翼板6基于中心轴8对称设置，通孔2分别位于第一腔室13和第二腔室9的中轴线上；内壳体5上设有与回摆块4匹配的凹槽11，回摆块4与凹槽11间设有弹性组件(图中未示出)。
本发明转子的两端均设有端盖(图中未示出)以密封，从而使得第一腔室13、第二腔室9、第三腔室12和第四腔室10均为密闭且相互隔离的封闭腔室；转子与定子间设有轴承(图中未示出)可以使转子绕定子转动。
本发明的具体做工方式如下：
如图2所示，本发明设于相对的热源14和冷源15之间，当第一腔室13与热源14接近时，第二腔室9会与冷源15接近，此时，第一腔室13内的气体工质受热膨胀，通过耐油橡胶隔膜3对第三腔室12产生正压；第二腔室9内的气体工质遇冷收缩，通过耐油橡胶隔膜3对第四腔室10产生负压，上述正压和负压分别通过第三腔室12和第四腔室10的液压介质对回摆块4产生力的作用，由于定子为偏心凸轮7，所以两块回摆块4的受力不平衡而运动，从而使转子在回摆块4的带动下产生如图2所示的逆时针方向的转动；当第一腔室13与冷源15接近，第二腔室9与热源14接近时，同样会产生同方向的转动力，使转子转动；从而实现了以转子式斯特林发动机向外输出动力的功能。
其中，如图3所示，当两块翼板6分别为与热源14和冷源15的最近点时，使得第一腔室13和第二腔室9分别对耐油橡胶隔膜3的作用力最小，使得本发明不会转动或转动的启动速度较慢，此时，可以采取以下两种方法使本发明可以快速启动：第一，将多个本发明的转子式斯特林发动机同轴串联，每个转子式斯特林发动机的第一腔室13与其他转子式斯特林发动机的第一腔室13设有一定的偏角，从而使得总有其中一个转子式斯特林发动机不处于最差位置，从而迅速的带动同轴上的所有转子式斯特林发动机转动，实现快速启动；第二、在本发明的转子式斯特林发动机启动时，首先通过外部装置使转子式斯特林发动机转动，则本发明不会静止于最差位置，从而使得本发明实现快速启动。
内壳体5上设有的与回摆块4匹配的凹槽11使得回摆块4可以自由的在凹槽11与偏心凸轮7间伸缩；回摆块4与凹槽11间设有的弹性组件使得回摆块4始终与偏心凸轮7紧密贴合，从而使得第三腔室12与第四腔室10的液压介质对回摆块4持续施力，防止第三腔室12与第四腔室10之间的液压介质流通而泄力。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种转子式斯特林发动机，其特征是，包括定子和嵌套于所述定子上的转子，所述定子为偏心结构，所述定子与所述转子间设有若干密封的腔室，所述腔室内均设有介质，所述介质热胀冷缩驱动所述转子转动；所述定子包括中心轴和固定于所述中心轴上的偏心凸轮；所述转子包括嵌套的内壳体和外壳体，所述内壳体内基于所述中心轴对称的镶嵌有隔膜，所述内壳体上设有通孔以连通所述外壳体与所述内壳体间的空腔和所述内壳体与所述隔膜间的空腔，所述外壳体与所述内壳体间设有翼板将所述外壳体、所述内壳体和所述隔膜形成的空腔分为隔离的第一腔室和第二腔室；所述内壳体上基于所述中心轴对称的设有回摆块，所述回摆块的边沿与所述偏心凸轮紧密贴合，所述内壳体、所述隔膜、所述回摆块和所述偏心凸轮形成相互隔离的第三腔室和第四腔室；所述转子的两端均设有端盖以密封，所述转子与所述定子间设有轴承以转动。
2.根据权利要求1所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述第一腔室和所述第二腔室内均充满气体工质，所述第三腔室和所述第四腔室内均充满液压介质。
3.根据权利要求1所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述翼板基于所述中心轴对称设置，所述通孔分别位于所述第一腔室和所述第二腔室的中轴线上。
4.根据权利要求1所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述隔膜设为耐油橡胶隔膜。
5.根据权利要求1所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述内壳体上设有与所述回摆块匹配的凹槽。
6.根据权利要求5所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述回摆块与所述凹槽间设有弹性组件。
7.根据权利要求2所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述气体工质为氦气或氢气。
8.根据权利要求2所述的一种转子式斯特林发动机，其特征是，所述液压介质为液压油。
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