專利名稱：斯特林發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生冷熱的斯特林發(fā)動機(jī)(引擎)，更詳細(xì)地說，是關(guān)于可精確地保持活塞往復(fù)運(yùn)動中心位置的斯特林發(fā)動機(jī)。
背景技術(shù)：
以產(chǎn)生冷熱(冷量cold)為目的的自由活塞式斯特林發(fā)動機(jī)，在熱循環(huán)中，也稱作逆斯特林循環(huán)發(fā)動機(jī)。圖10是以往斯特林發(fā)動機(jī)的斷面圖。一般來說具有氣缸3，氣缸3包括作直線往復(fù)運(yùn)動的活塞1和驅(qū)氣活塞2?；钊?及驅(qū)氣活塞2同軸地配置，驅(qū)氣活塞2上所形成的桿2a穿過活塞1中心部所設(shè)置的滑動孔1a，活塞1、驅(qū)氣活塞2可通過氣缸內(nèi)周滑動面3a圓滑地滑動。另外，活塞1由活塞支持彈簧5相對壓力容器4彈性地支持著。驅(qū)氣活塞2由驅(qū)氣活塞支持彈簧6相對壓力容器4彈性地支持著。
通過氣缸3形成的空間由活塞1分割為兩個空間。一個是活塞1的驅(qū)氣活塞2側(cè)的工作空間(第一及第三空間)7，另一是活塞1的驅(qū)氣活塞2側(cè)的相反一側(cè)的背面空間(第二空間)8。這些空間中填充有高壓氦氣等工作介質(zhì)?；钊?通過線性馬達(dá)等圖中未示的活塞驅(qū)動體以給定周期作往復(fù)運(yùn)動。借此，使工作介質(zhì)在工作空間7內(nèi)壓縮或膨脹。驅(qū)氣活塞2根據(jù)工作空間7內(nèi)的壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的壓力變化作直線往復(fù)運(yùn)動。這時，活塞1與驅(qū)氣活塞2一般設(shè)定成保持約90度的相位差，并以相同周期往復(fù)運(yùn)動。
工作空間7由驅(qū)氣活塞2進(jìn)一步分割成兩個空間。一個是活塞1和驅(qū)氣活塞2夾持的第一空間7a，另一是氣缸3尖端部的第三空間7b。這兩個空間通過再生器9連接，再生器9一般是由網(wǎng)眼形狀的銅材料等形成。借助于第三空間7b中的工作介質(zhì)，在氣缸3尖端部的冷頭中產(chǎn)生冷熱。關(guān)于該發(fā)生原理等的逆斯特林熱循環(huán)一般來說是公知的，在這里，省略了其說明。
在氣缸的滑動面3a與活塞的滑動面1b之間，設(shè)置有用于隔斷第一空間7a與第二空間8的圖中未示的密封裝置。密封裝置一般用簡單結(jié)構(gòu)的廉價的密封圈。但是，膨脹熱的影響或長時間運(yùn)轉(zhuǎn)引起的密封圈的摩耗等并不能完全隔斷，在氣缸的滑動面3a與活塞的滑動面1b之間產(chǎn)生微小的間隙。在發(fā)動機(jī)驅(qū)動時，由于活塞1的往復(fù)運(yùn)動使第一空間7a、第二空間8中同時產(chǎn)生工作介質(zhì)的壓力變動，兩空間的壓力差使工作介質(zhì)通過上述微小間隙，向兩空間流動。因而，在第一空間7a的壓力高于第二空間8的壓力的情況下，工作介質(zhì)從第一空間7a向第二空間8泄漏。此外，相反地，在第二空間8的壓力高于第一空間7a的壓力的情況下，工作介質(zhì)從第二空間8向第一空間7a泄漏。
但是，氣缸的滑動面3a與活塞的滑動面1b之間產(chǎn)生的微小間隙通常并不是一定量的，而是因滑動部的表面狀態(tài)或密封圈的接觸狀態(tài)、摩耗狀態(tài)等變化的，所以，看起來從第一空間7a到第二空間8的工作介質(zhì)的流出量、流入量并不完全相同。因此，在連續(xù)驅(qū)動發(fā)動機(jī)、假設(shè)從第一空間7a向第二空間8一點一點地泄漏工作介質(zhì)的情況下，當(dāng)初設(shè)定第一空間7a與第二空間8的壓力平衡成立的活塞1的往復(fù)運(yùn)動中心位置會逐漸朝向壓力降低的第一空間7a側(cè)移動。結(jié)果，隨著第一空間7a內(nèi)的工作介質(zhì)壓力的降低，帶來了冷卻特性降低的問題，活塞1的往復(fù)運(yùn)動中心位置與當(dāng)初設(shè)定的位置錯開，也帶來了活塞1與驅(qū)氣活塞2產(chǎn)生沖突等問題。
作為對策，考慮增大活塞支持彈簧5的彈簧常數(shù)、使活塞1的支持力增大的方法。但是，這對于防止工作介質(zhì)從第一空間7a內(nèi)的泄漏并沒有產(chǎn)生效果，不僅如此，活塞1的驅(qū)動裝置所需要的驅(qū)動力的增加也導(dǎo)致輸入電力的增加，結(jié)果，產(chǎn)生了冷卻效率降低的另一問題。
為此，特開2000-39222號公報揭示了一種保持第一空間7a與第二空間8的工作介質(zhì)的壓力平衡、抑制活塞1往復(fù)運(yùn)動中心位置的變動的方法。圖11A是特開2000-39222號公報記載的斯特林發(fā)動機(jī)的斷面圖。除了活塞1的一部分形狀外，其余與圖10的結(jié)構(gòu)相同。圖11B示出了活塞1處于當(dāng)初設(shè)定的往復(fù)運(yùn)動中心位置的情況下的活塞1周邊部分的透視圖。在活塞1上設(shè)有與第一空間連接的活塞1往復(fù)運(yùn)動方向X的第一槽10a和相對于活塞1往復(fù)運(yùn)動方向X保持傾斜(在圖中為90度)的連續(xù)的第二槽10b。在氣缸3上設(shè)置有從第二槽10b貫通第二空間8的圓形孔12?；钊?動作時，在第二槽10b與圓形孔12一致的瞬間，第一空間7a與第二空間8瞬間結(jié)合，工作介質(zhì)流動，兩空間的壓力保持平衡，活塞1在當(dāng)初設(shè)定的位置往復(fù)運(yùn)動。
為了保持活塞1的往復(fù)運(yùn)動中心位置為當(dāng)初的設(shè)定位置，在上文敘述了在設(shè)定活塞1的中心位置，用微小流路將第一空間7a與第二空間8連接的方法是有效的這方面的情況。但是，為了進(jìn)一步提高冷卻性能，增加活塞1的往復(fù)運(yùn)動次數(shù)或增加活塞1的往復(fù)運(yùn)動的振幅是必要的。在這種情況下，由于第一空間7a與第二空間8的工作介質(zhì)的流入、流出也會增加，因此，還需要增大第一、第二槽10a、10b的斷面面積。這時，如果單純地增加第一、第二槽10a、10b的尺寸或斷面面積，就會相對活塞1的動作范圍擴(kuò)大第二槽10b與第二空間8連通的范圍，另外，也加長了連通的時間。
隨之，雖然可以實現(xiàn)第一空間7a與第二空間8的壓力平衡，但是，不能將活塞1的往復(fù)運(yùn)動中心位置更精確地保持為當(dāng)初的設(shè)定位置，而且，也會在第一、第二槽7a、7b的部分產(chǎn)生氣體流動損失，增加使活塞1動作的輸入，幾乎不能期待提高斯特林發(fā)動機(jī)的性能。
發(fā)明揭示本發(fā)明就是鑒于上述問題提出的，其目的是提供一種易于加工、廉價地在活塞上形成槽、穩(wěn)定活塞往復(fù)運(yùn)動的中心位置的斯特林發(fā)動機(jī)。本發(fā)明的另一目的是，提供一種可減少氣體從工作空間的流動損失的斯特林發(fā)動機(jī)。本發(fā)明的再一目的是，提供一種氣體軸承作用的活塞圓滑的滑動不會因工作介質(zhì)的流動產(chǎn)生損失的斯特林發(fā)動機(jī)。
為了完成上述目的，在本發(fā)明中，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在上述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使上述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與上述氣缸的筒心一致，并包括在上述驅(qū)氣活塞與上述活塞之間形成的第一空間；從上述活塞的上述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接上述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在上述驅(qū)氣活塞的上述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從上述第一空間側(cè)的上述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；以該第一槽上的一點為中心沿上述活塞圓周方向設(shè)置于全周的第二槽；及貫通上述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)上述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將上述第二槽與上述孔結(jié)合，使上述第一空間與上述第二空間連通，上述孔的口形狀是以上述活塞的往復(fù)運(yùn)動方向為短徑或短邊的橢圓形或長方形形狀。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠縮短活塞往復(fù)運(yùn)動時第二槽與孔的結(jié)合時間。
另外，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在上述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使上述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與上述氣缸的筒心一致，并包括在上述驅(qū)氣活塞與上述活塞之間形成的第一空間；從上述活塞的上述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接上述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在上述驅(qū)氣活塞的上述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從上述第一空間側(cè)的上述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；以該第一槽上的一點為中心沿上述活塞圓周方向設(shè)置于全周的第二槽；及貫通上述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)上述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將上述第二槽與上述孔結(jié)合，使上述第一空間與上述第二空間連通，上述孔沿著上述第二槽設(shè)置有多個。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，活塞往復(fù)運(yùn)動時，第二槽與孔的結(jié)合可同時在第二槽上的不同位置多次進(jìn)行。
在這種情況下，上述第二槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。這樣，可縮短活塞往復(fù)運(yùn)動時第二槽與孔的結(jié)合時間。
或者，上述第一槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。這樣，可縮小第一槽占據(jù)活塞滑動面的表面面積的部分。
另外，上述第一槽的斷面面積從其另一端側(cè)向上述活塞的端面逐漸增大，使面對上述第一空間的上述第一槽的一端部為最大。根據(jù)這種措施，可抑制工作介質(zhì)流動所產(chǎn)生的能量損失。
并且，上述第二槽沿上述第一槽的方向設(shè)置有多個。這時，活塞往復(fù)運(yùn)動時，第二槽與孔的結(jié)合可同時在不同位置多次進(jìn)行，進(jìn)而，可縮小各個孔的大小，縮小第一、第二槽的斷面面積。
另外，上述第二槽沿上述第一槽的方向設(shè)置有n個，讓上述第一槽中的從上述第一空間側(cè)數(shù)起的第n-1個的上述第二槽的根部與第n個上述第二槽的根部之間的斷面面積隨著接近上述第一空間而逐漸增大，使面對上述第一空間的一端部與第一個上述第二槽的根部之間的斷面面積為最大。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能確保工作介質(zhì)流動所必要的最小限度的第一、第二槽的斷面面積，由于第一、第二槽與孔結(jié)合時工作介質(zhì)是流動的，所以，也能將工作介質(zhì)流動所引起的能量損失抑制到最小程度。
另外，本發(fā)明設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在上述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使上述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與上述氣缸的筒心一致，并包括在上述驅(qū)氣活塞與上述活塞之間形成的第一空間；從上述活塞的上述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接上述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在上述驅(qū)氣活塞的上述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從上述第一空間側(cè)的上述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；從該第一槽上的一點開始沿著與上述第一槽的方向垂直的、上述活塞圓周方向設(shè)置的第二槽；及貫通上述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)上述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將上述第二槽與上述孔結(jié)合，使上述第一空間與上述第二空間連通，上述孔的口形狀是以上述活塞的往復(fù)運(yùn)動方向為短徑或短邊的橢圓形或長方形形狀。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可縮短活塞往復(fù)運(yùn)動時第二槽與孔的結(jié)合時間。
另外，本發(fā)明設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在上述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使上述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與上述氣缸的筒心一致，并包括在上述驅(qū)氣活塞與上述活塞之間形成的第一空間；從上述活塞的上述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接上述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在上述驅(qū)氣活塞的上述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從上述第一空間側(cè)的上述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；從該第一槽上的一點開始、在相對于上述第一槽的線對稱的位置分歧、沿著上述活塞的圓周方向設(shè)置的一對第二槽；及貫通上述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)上述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將上述第二槽與上述孔結(jié)合，使上述第一空間與上述第二空間連通，上述孔與上述一對槽分別對應(yīng)地設(shè)置有多個。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，活塞往復(fù)運(yùn)動時，第二槽與孔的結(jié)合可同時在第二槽上的不同位置多次進(jìn)行。
在這種情況下，上述第二槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。這樣，可縮短活塞往復(fù)運(yùn)動時第二槽與孔的結(jié)合時間。
或者，上述第一槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。這樣，可縮小第一槽占據(jù)活塞滑動面的表面面積的部分。
另外，上述第一槽的斷面面積從其另一端側(cè)向上述活塞的端面逐漸增大，使面對上述第一空間的上述第一槽的一端部為最大。采用這種措施，可抑制工作介質(zhì)流動所產(chǎn)生的能量損失。
并且，上述第二槽沿上述第一槽的方向設(shè)置有多個。這時，活塞往復(fù)運(yùn)動時，第二槽與孔的結(jié)合可同時在不同位置多次進(jìn)行，進(jìn)而，可縮小各個孔的大小，也能縮小第一、第二槽的斷面面積。
另外，上述第二槽沿上述第一槽的方向設(shè)置有n個，讓上述第一槽中的從上述第一空間側(cè)數(shù)起的第n-1個的上述第二槽的根部與第n個上述第二槽的根部之間的斷面面積隨著接近上述第一空間而逐漸增大，使面對上述第一空間的一端部與第一個上述第二槽的根部之間的斷面面積為最大。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能確保工作介質(zhì)流動所必要的最小限度的第一、第二槽的斷面面積，由于第一、第二槽與孔結(jié)合時工作介質(zhì)是流動的，所以，也能將工作介質(zhì)流動所引起的能量損失抑制到最小程度。
附圖的簡要說明圖1A是本發(fā)明第一實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖1B是圖1A的C-C斷面圖。
圖2是本發(fā)明第二實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖3是本發(fā)明第三實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖4是本發(fā)明第四實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖5是本發(fā)明第五實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖6A本發(fā)明第六實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖6B是圖6A的A-A斷面圖。
圖7A是本發(fā)明第七實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖7B是圖7A的B-B斷面圖。
圖8是本發(fā)明第八實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖9A是本發(fā)明第九實施形式的活塞及氣缸的透視圖。
圖9B是圖9A的D-D斷面圖。
圖10是以往的斯特林發(fā)動機(jī)的斷面圖。
圖11A是以往的斯特林發(fā)動機(jī)的另一構(gòu)成的斷面圖。
圖11B是表示該斯特林發(fā)動機(jī)的活塞周邊部分的透視圖。
實施發(fā)明的最佳形式以下，參照


本發(fā)明的具體實施形式。以下所示的實施形式，除了活塞與氣缸之外的構(gòu)成與以往技術(shù)說明的構(gòu)成相同，因此，省略其說明。在這里，僅用圖說明活塞及氣缸的構(gòu)成。另外，在以下說明中，備有活塞的氣缸(第一氣缸)和備有驅(qū)氣活塞的氣缸(第二氣缸)，由一個氣缸兼用，但是，第一氣缸與第二氣缸的配置沒有特別的限定，也可以是借助于第一氣缸內(nèi)的活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，使驅(qū)氣活塞在第二氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)成。
圖1A是本發(fā)明第一實施形式的活塞及氣缸的透視圖。活塞1處于當(dāng)初設(shè)定的使第一空間7a與第二空間8的壓力平衡的往復(fù)運(yùn)動中心位置。在活塞滑動面1b上，形成有從第一空間7a側(cè)的活塞端面1c沿著往復(fù)運(yùn)動方向X設(shè)置的第一槽10a以及以該第一槽10a上的一點為中心沿著上述活塞1的圓周方向設(shè)置于全周的第二槽10b。另外，在氣缸3上形成有從第二槽10b貫通第二空間8的孔13。并且，通過活塞1的往復(fù)運(yùn)動，僅在第二槽10b與孔13連通的瞬間，讓第一空間7a與第二空間8連通。以達(dá)到第一空間7a與第二空間8的壓力平衡。由于第二槽10b是在活塞1的全周上形成的，即使活塞1在動作過程中沿圓周方向轉(zhuǎn)動的情況下，也能使第二槽10b與孔13連通。
在這里，孔13的口形狀，作為保持第一空間7a與第二空間8的壓力平衡所必要的斷面面積的、縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時的連通時間的一種形狀，是往復(fù)運(yùn)動方向X為短徑的橢圓形狀。因此，可縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時第二槽10b與孔13的連通時間，提高活塞1動作中心位置的精度。另外，孔13的口形狀并沒有特別的限定，只要是能縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時第二槽10b與孔13的連通時間的形狀，例如以活塞1的往復(fù)運(yùn)動方向X為短邊的長方形狀，都是可行的。
在圖1A的C-C斷面圖的圖1B中，活塞1的內(nèi)部是空洞的。通過這種結(jié)構(gòu)，能減少活塞1的重量，很容易設(shè)計活塞支持彈簧5，同時能減少材料的使用量。為了增大該空洞部分，也可以盡可能地將第一、第二槽10a、10b的深度尺寸設(shè)計的比較小。此外，該活塞1內(nèi)部的空洞化也適用于本發(fā)明的所有實施形式，并能得到同樣的效果。
圖2是本發(fā)明第二實施形式的活塞及氣缸的透視圖?；钊?處于當(dāng)初設(shè)定的往復(fù)運(yùn)動中心位置。在活塞滑動面1b上，形成有從第一空間7a側(cè)的活塞端面1c沿著往復(fù)運(yùn)動方向X設(shè)置的第一槽10a以及以該第一槽10a上的一點為中心沿著上述活塞1的圓周方向設(shè)置于全周的第二槽10b。另外，在氣缸3上形成有多個(在圖2中為2個)從第二槽10b貫通第二空間8的孔14。由于第二槽10b是在活塞1的全周上形成的，即使活塞1在動作過程中沿圓周方向轉(zhuǎn)動的情況下，也能使第二槽10b與孔14連通。
在這里，孔14的口徑方向的斷面面積的總和與形成一個孔14的情況下同等，而形成多個孔14的情況下，可縮小各個孔14的大小，同時，也能縮小第二槽10b的斷面面積。結(jié)果，可縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時第二槽10b與孔14的連通時間，進(jìn)而可提高活塞1動作中心位置的精度。另外，孔14的口形狀可以是圓形、橢圓形或長方形狀。
圖3是本發(fā)明第三實施形式的活塞及氣缸的透視圖?；钊?處于當(dāng)初設(shè)定的往復(fù)運(yùn)動中心位置，設(shè)置有約束活塞1的圓周方向旋轉(zhuǎn)的裝置(例如圖10的活塞的支持彈簧5等)。在活塞滑動面1b上，形成有從第一空間7a側(cè)的活塞端面1c沿著往復(fù)運(yùn)動方向X設(shè)置的第一槽10a以及從該第一槽10a上的一點開始沿著與第一槽10a的方向垂直的活塞1的圓周方向設(shè)置的第二槽10b(在圖3中為L形)。另外，第二槽10b僅在孔13與第一槽10a連通最短的部分形成，孔13的口形狀是橢圓形狀。孔13的口形狀并沒有特別的限定，只要是能縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時第二槽10b與孔13的連通時間的形狀，例如長方形狀，都是可行的。
圖4是本發(fā)明第四實施形式的活塞及氣缸的透視圖。活塞1處于當(dāng)初設(shè)定的往復(fù)運(yùn)動中心位置，設(shè)置有約束活塞1的圓周方向旋轉(zhuǎn)的裝置(例如圖10的活塞的支持彈簧5等)。在活塞滑動面1b上，形成有從第一空間7a側(cè)的活塞端面1c沿著往復(fù)運(yùn)動方向X設(shè)置的第一槽10a以及從該第一槽10a上的一點開始沿著與第一槽10a的方向垂直的活塞1的圓周方向設(shè)置的第二槽10b(在圖4中為T形)。并且，第二槽10b上設(shè)置一個以上的孔14，孔14的口形狀是圓形、橢圓形或長方形形狀。另外，第二槽10b僅在孔14與第一槽10a連通最短的部分形成。
圖5是本發(fā)明第五實施形式的活塞及氣缸的透視圖?；钊?處于當(dāng)初設(shè)定的往復(fù)運(yùn)動中心位置，設(shè)置有約束活塞1的圓周方向旋轉(zhuǎn)的裝置(例如圖10的活塞的支持彈簧5等)。在活塞滑動面1b上，形成有從第一空間7a側(cè)的活塞端面1c沿著往復(fù)運(yùn)動方向X設(shè)置的第一槽10a以及從該第一槽10a上的一點開始在相對于第一槽10a的線對稱的位置分歧、沿著上述活塞1的圓周方向設(shè)置的一對第二槽10b。一對第二槽10b沿著第一槽10a的方向設(shè)置兩個。并且，在氣缸3上分別設(shè)置有平均與一個第二槽10b對應(yīng)的總共4個孔14。孔14的口形狀是圓形、橢圓形或長方形形狀。另外，第二槽10b僅在孔14與第一槽10a連通最短的部分形成。
在本發(fā)明的第四、第五實施形式中，孔14的口徑方向的斷面面積的總和與形成一個孔14的情況相等，而形成多個孔14的情況下，可縮小各個孔14的大小，同時，也能縮小第二槽10b的斷面面積。結(jié)果，可縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時第二槽10b與孔14的連通時間，進(jìn)而可提高活塞1動作中心位置的精度。
圖6A是本發(fā)明第六實施形式的活塞及氣缸的透視圖。配置有與第二實施形式同樣的活塞1、第一槽10a、第二槽10b、孔14。圖6B示出了圖6A的A-A斷面圖。在第二槽10b中，將其斷面形狀做成深度尺寸大于寬度尺寸的結(jié)構(gòu)，以便確保工作介質(zhì)的流動所必要的斷面面積。結(jié)果，可縮短活塞1運(yùn)轉(zhuǎn)動作時第二槽10b與孔14的連通時間，進(jìn)而可提高活塞1動作中心位置的精度。
圖7A是本發(fā)明第七實施形式的活塞及氣缸的透視圖。配置有與第二實施形式同樣的活塞1、第一槽10a、第二槽10b、孔14。圖7B示出了圖7A的B-B斷面圖。在第一槽10a中，將其斷面形狀做成深度尺寸大于寬度尺寸的結(jié)構(gòu)，以便確保工作介質(zhì)的流動所必要的斷面面積。結(jié)果，由于縮小了第一槽10a占據(jù)活塞滑動面1b的表面面積的部分，因此，在通過氣體軸承(在活塞與氣缸3之間設(shè)置微小的間隙，填充工作介質(zhì)，減少活塞1的滑動負(fù)載的軸承的方法)使活塞1從氣缸3懸浮的情況下，工作介質(zhì)可通過第一槽10a流出、流入，不會有損于氣體軸承的效果。
圖8是本發(fā)明第八實施形式的活塞及氣缸的透視圖。配置有與第四實施形式同樣的活塞1、第一槽10a、第二槽10b、孔14。第一槽10a的斷面面積從另一端10d側(cè)向上述活塞的端面1c逐漸增大，使面對該第一空間7a的一端10c部分為最大。結(jié)果，可抑制工作介質(zhì)流動引起的能量損失。
圖9A是本發(fā)明第九實施形式的活塞及氣缸的透視圖。配置有與第五實施形式同樣的活塞1、第一槽10a、第二槽10b、孔14。在這里，將第一槽10a中的面對第一空間7a的一端部10c與從第一空間7a數(shù)起的第一個第二槽10b-1的根部10e之間、以及第一個第二槽10b-1的根部10e與第二個第二槽10b-2的根部10f之間分別劃分為10a-1和10a-2。圖9B示出了圖9A的D-D斷面圖。如圖9B所示，第一槽10a-1的斷面面積大于第二槽10a-2的斷面面積。
具體地說，設(shè)計成使第二槽10b-1、10b-2的短邊方向的斷面面積與1個孔14的口徑斷面面積一致，第一槽10a-2的短邊方向的斷面面積與2個孔14的口徑斷面面積的總和一致，第一槽10a-1的短邊方向的斷面面積與4個孔14的口徑斷面面積的總和一致。結(jié)果，能確保工作介質(zhì)流動所必要的最小限度的第一槽10a、第二槽10b的斷面面積，第二槽10b-1、10b-2與孔14連通時，工作介質(zhì)不會產(chǎn)生壓力損失地流動，進(jìn)而，能將工作介質(zhì)流動所引起的能量損失抑制到最小。
另外，在上述各實施形式中，第一槽10a、第二槽10b的加工可以通過例如車床加工或立銑刀的銑加工形成，至于孔僅通過鉆孔就能形成，因此，雙方都能用容易的加工廉價地形成。
工業(yè)上的應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明的斯特林發(fā)動機(jī)，由于縮短了活塞運(yùn)轉(zhuǎn)動作時活塞上的第一、第二槽及氣缸側(cè)壁的孔的連通時間，因此，可使活塞的往復(fù)運(yùn)動中心位置穩(wěn)定化。
另外，第一、第二槽及孔由成形容易的槽或孔構(gòu)成，因此，能用低成本成形。
進(jìn)一步，根據(jù)本發(fā)明的斯特林發(fā)動機(jī)，在第一、第二槽中，由于能確保工作介質(zhì)流動所必要的斷面面積，將其斷面形狀做成深度尺寸大于寬度尺寸的結(jié)構(gòu)，因此，在活塞通過氣體軸承從氣缸懸浮的情況下，工作介質(zhì)通過第一、第二槽流出、流入，不會損失氣體軸承的效果。
再者，根據(jù)本發(fā)明的斯特林發(fā)動機(jī)，由于能確保工作介質(zhì)流動所必要的最小限度的第一、第二槽的斷面面積，所以，可減少工作介質(zhì)在第一、第二槽部分所產(chǎn)生的氣體流動損失。
權(quán)利要求
1.一種斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在所述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使所述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與所述氣缸的筒心一致，并包括在所述驅(qū)氣活塞與所述活塞之間形成的第一空間；從所述活塞的所述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接所述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在所述驅(qū)氣活塞的所述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從所述第一空間側(cè)的所述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；以該第一槽上的一點為中心沿所述活塞圓周方向設(shè)置于全周的第二槽；及貫通所述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)所述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將所述第二槽與所述孔結(jié)合，使所述第一空間與所述第二空間連通，所述孔的口形狀是以所述活塞的往復(fù)運(yùn)動方向為短徑或短邊的橢圓形或長方形形狀。
2.一種斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在所述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使所述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與所述氣缸的筒心一致，并包括在所述驅(qū)氣活塞與所述活塞之間形成的第一空間；從所述活塞的所述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接所述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在所述驅(qū)氣活塞的所述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從所述第一空間側(cè)的所述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；以該第一槽上的一點為中心沿所述活塞圓周方向設(shè)置于全周的第二槽；及貫通所述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)所述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將所述第二槽與所述孔結(jié)合，使所述第一空間與所述第二空間連通，所述孔沿著所述第二槽上設(shè)置有多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求2記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第二槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第一槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求2記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第一槽的斷面面積從其另一端側(cè)向所述活塞的端面逐漸增大，使面對所述第一空間的所述第一槽的一端部為最大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第二槽沿所述第一槽的方向設(shè)置有多個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第二槽沿所述第一槽的方向設(shè)置有n個，讓所述第一槽中的從所述第一空間側(cè)數(shù)起的第n-1個的所述第二槽的根部與第n個所述第二槽的根部之間的斷面面積隨著接近所述第一空間而逐漸增大，使面對所述第一空間的一端部與第一個所述第二槽的根部之間的斷面面積為最大。
8.一種斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在所述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使所述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與所述氣缸的筒心一致，并包括在所述驅(qū)氣活塞與所述活塞之間形成的第一空間；從所述活塞的所述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接所述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在所述驅(qū)氣活塞的所述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從所述第一空間側(cè)的所述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；從該第一槽上的一點開始沿著與所述第一槽的方向垂直的、所述活塞圓周方向設(shè)置的第二槽；及貫通所述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)所述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將所述第二槽與所述孔結(jié)合，使所述第一空間與所述第二空間連通，所述孔的口形狀是以所述活塞的往復(fù)運(yùn)動方向為短徑或短邊的橢圓形或長方形形狀。
9.一種斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在所述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使所述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與所述氣缸的筒心一致，并包括在所述驅(qū)氣活塞與所述活塞之間形成的第一空間；從所述活塞的所述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接所述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在所述驅(qū)氣活塞的所述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從所述第一空間側(cè)的所述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；從該第一槽上的一點開始、在相對于所述第一槽的線對稱的位置分歧、沿著所述活塞的圓周方向設(shè)置的一對第二槽；及貫通所述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔，當(dāng)所述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將所述第二槽與所述孔結(jié)合，使所述第一空間與所述第二空間連通，所述孔與所述一對槽分別對應(yīng)地設(shè)置有多個。
10.根據(jù)權(quán)利要求9記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第二槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第一槽的斷面形狀做成其深度尺寸大于寬度尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求9記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第一槽的斷面面積從其另一端側(cè)向所述活塞的端面逐漸增大，使面對所述第一空間的所述第一槽的一端部為最大。
13.根據(jù)權(quán)利要求8～12任一記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第二槽沿所述第一槽的方向設(shè)置有多個。
14.根據(jù)權(quán)利要求8～12任一記載的斯特林發(fā)動機(jī)，其特征是，所述第二槽沿所述第一槽的方向設(shè)置有n個，讓所述第一槽中的從所述第一空間側(cè)數(shù)起的第n-1個的所述第二槽的根部與第n個所述第二槽的根部之間的斷面面積隨著接近所述第一空間而逐漸增大，使面對所述第一空間的一端部與第一個所述第二槽的根部之間的斷面面積為最大。
全文摘要
本發(fā)明的斯特林發(fā)動機(jī)，設(shè)置有在氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的活塞；以及借助于該活塞的往復(fù)運(yùn)動而壓縮或膨脹的工作介質(zhì)的作用，在上述氣缸內(nèi)側(cè)往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)氣活塞，使上述活塞及驅(qū)氣活塞的軸心與上述氣缸的筒心一致，并包括在上述驅(qū)氣活塞與上述活塞之間形成的第一空間；從上述活塞的上述驅(qū)氣活塞的相反一側(cè)開始到鄰接上述氣缸側(cè)壁的至少一部分的部分?jǐn)U大形成的第二空間；在上述驅(qū)氣活塞的上述活塞相反一側(cè)形成的第三空間；從上述第一空間側(cè)的上述活塞端面沿往復(fù)運(yùn)動方向設(shè)置的第一槽；以該第一槽上的一點為中心沿上述活塞圓周方向設(shè)置于全周的第二槽；及貫通上述氣缸側(cè)壁設(shè)置的孔。根據(jù)這種構(gòu)成，當(dāng)上述活塞處于其往復(fù)運(yùn)動的中心位置時，將上述第二槽與上述孔結(jié)合，使上述第一空間與上述第二空間連通。因此，上述孔的口形狀是以上述活塞的往復(fù)運(yùn)動方向為短徑的橢圓形形狀，進(jìn)而，在活塞的往復(fù)運(yùn)動時，可縮短第二槽與孔的結(jié)合時間，提高活塞動作中心的位置精度。
文檔編號F02G1/053GK1483130SQ01821188
公開日2004年3月17日 申請日期2001年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月23日
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