具有驅動連接至以旋轉振蕩方式移動的旋轉電磁轉換器的往復運動活塞的無潤滑劑、質...的製作方法

2023-10-04 10:01:14 3

專利名稱：具有驅動連接至以旋轉振蕩方式移動的旋轉電磁轉換器的往復運動活塞的無潤滑劑、質 ...的製作方法
具有驅動連接至以旋轉振蕩方式移動的旋轉電磁轉換器的往復運動活塞的無潤滑劑、質量塊減小、自由活塞斯特林機
背景技術：
本發明涉及斯特林機(Stirling machine),涉及斯特林發動機和斯特林冷卻器或者加熱泵，它們均驅動地連接至旋轉電機和交流發電機形式的電磁轉換器，以便產生電能或者利用電能驅動自由活塞斯特林機作為冷卻器或加熱泵。本發明提供了一種構造它們的方式，該方式使它們的質量塊減小並且消除在它們之間轉化驅動的運動的摩擦，從而消除了潤滑劑的需要，潤滑劑會汙染斯特林機的工作氣體。本發明提高了耦接的斯特林機和轉 換器的壽命、可靠性和成本，同時還避免了工作氣體受到潤滑劑汙染的可能性。本發明通過使用旋轉轉換器提供了較高的功率與質量比率，從而減小了耦接的裝置的尺寸、重量、和體積，並且通過使用無摩擦且因此不需要潤滑劑的驅動連接而消除了潤滑劑的需要。本發明具有旋轉交流發電機/電機的優點而沒有汙染工作氣體的潤滑劑的弊端。本發明特別地適於阿爾法(alpha)構造斯特林機，而且還可以應用於貝塔(beta)構造的斯特林機。在現有技術中斯特林機(尤其是自由活塞斯特林機)是眾所周知的，並且因此在本專利中不描述它們的操作的細節。本發明使用本技術領域中已知的技術用於本發明的斯特林機的部件，到此程度以外的結構和變型將予以描述。類似地，除了本發明中使用的旋轉電磁轉換器以不同於傳統驅動模式的方式驅動以外，本發明使用本技術領域中公知的用於旋轉電磁轉換器的技木。自由活塞斯特林機是斯特林技術中已證明具有長可靠操作壽命的僅有的形式。為了進行將斯特林發動機連接至電磁轉換器以便產生電能的實際實施，線性交流發電機的一些形式已經被本領域的所有實踐者使用。圖I和圖2示出了驅動地連接到線性電磁轉換器的斯特林機的這種現有實施的實例。圖I示出了驅動地連接到線性交流發電機或電機的傳統貝塔構造的自由活塞斯特林發動機或者加熱泵。該構造是用於自由活塞實施的傳統車輛。排出器I使氣體在膨脹空間2與壓縮空間3之間穿梭，同時當大部分氣體在壓縮空間中時活塞4壓縮氣體並且當大部分氣體在膨脹空間中時活塞4使氣體膨脹。線性交流發電機或者電機5根據機器是發動機(原動機)還是加熱泵而分別取得輸出或者提供輸入。由於線性交流發電機或電機5的移動磁體7直接地連接到活塞4，因此活塞4與磁體7的振幅是相同的。因此活塞4與磁體7的峰值速度也相同。平衡質量塊6在操作頻率下或接近操作頻率共振以減小剰餘振動。貝塔構造因其不利於改變至高功率而遭遇中心困難。在約Ikw的較高功率下，機器變得極其大。阿爾法構造是用於較高功率的優選實施方式但是線性交流發電機/電機不很好改變至較高的功率，並且因此導致很大笨重的實施方式和/或需要用於磁通路徑的昂貴材料(如鈷支撐合金)。為了將自由活塞概念應用於阿爾法構造的斯特林機，如在Berchowitz和Kwon的美國專利7，171,811或者如圖2中懷特等人的美國專利7，134，279中所示的，可以將線性交流發電機/電機124添加給每個活塞。然而，與旋轉交流發電機或電機相比，線性交流發電機或電機具有更大的質量塊，因此難於應用於阿爾法構造的斯特林機，特別是在幾千瓦或以上的較高功率級下。更具體地說，「功率密度」和「比功率」是用於描述平均或最大功率與質量比率的工程參數的術語。儘管理想的是具有最大的實際功率密度(每單位質量的功率)，但線性電磁轉換器具有比旋轉電磁轉換器更低的功率密度。因此，可能理想的是，具有將阿爾法構造的斯特林機連接至旋轉電磁轉換器的實用方式。圖2示出了根據美國專利7，134，279的四缸體阿爾法機，其構造為具有在每個活塞上實驗線性交流發電機的自由活塞驅動。因為線性交流發電機很笨重，因此從熱動力學和包裝觀點來看，活塞軸被迫比可能理想的情況分得更開。圖2示出了用於四缸體阿爾法構造自由活塞斯特林機的活塞組件118和線性交流發電機組件124。該草圖是從美國專利7，134，279中截取的並且相應地標號。設有附加的氣彈簧228。曲柄驅動阿爾法構造機遭遇以下情況需要油潤滑；將工作氣體與油分離的極其緊的密封；形成的磨損導致低的操作壽命以及差的可靠性。直到現在，沒有用於具有貝塔型自由活塞機的固有可靠性的阿爾法機的實用機構。大多數大功率阿爾法斯特林機使用曲柄機構驅動旋轉交流發電機。然而，阿爾法機在用於將它們活塞的往復運動轉化為旋轉運動的的運動轉化機構中也遭遇有關於摩擦的大問題。它們使用的運動轉換機構需要以傳統的汽油為基礎的傳統潤滑或者其它潤滑齊U。它們還消耗大量能量來克服摩擦，該摩擦使得它們過快地磨損。在將斯特林循環工作氣體(通常是氦氣或氫氣)從需要潤滑它們的運動轉化機構的油潤滑劑分離時這些現有技術機器遭遇嚴重的困難。將工作流體與油分離的密封件遭遇致使能量損失以及快速磨損的高度摩擦。如在現有技術中很好建立的，自由活塞機它們自身不需要油潤滑並且因此不需要油分離密封件。理想地，如果阿爾法構造機成為壽命長的並且可靠的，那麼有必要找到這樣ー種機構，其提供目前由貝塔構造的自由活塞裝置享有的無油操作的所有優點，而沒有與線性交流發電機相關的不良比功率(功率密度)。因此，本發明的ー個基本目標和目的是提供一種阿爾法(alpha)構造的斯特林機，該斯特林機以消除組合它們所需的實際屏障的方式驅動地耦接至旋轉電磁轉換器，所述屏障導致其高摩擦且導致對潤滑劑的需求，以便提供作為結果形成的耦接的斯特林機和電磁轉換，其不需要油潤滑、無摩擦操作、極小機構磨損、以及高的功率密度。

發明內容
本發明是驅動耦接的自由活塞斯特林機和至少ー個旋轉電磁轉換器。至少ー個滑 輪，並且優選地兩個滑輪，定位在連接杆的平面中並且具有垂直於該平面的旋轉軸線。滑輪具有在連接杆附近延伸的弓形周向表面。至少ー個運動轉換(motion translating)驅動連杆通過至少兩個帶驅動地將所述連接杆連接至滑輪以使得滑輪以旋轉振動運動方式移動。ー個帶固定至滑輪的遠離活塞的一側並且在第一方向上沿著滑輪的周向弓形表面在沿活塞杆的位置處延伸為與連接杆的固定連接，所述位置比滑輪旋轉軸線更靠近所述活塞。另ー個帶固定至滑輪的靠近活塞的一側並且在與第一方向相反的方向上沿著滑輪的周向弓形表面在沿著活塞杆的位置處延伸為與連接杆的固定連接，所述位置比滑輪旋轉軸線更遠離所述活塞。每個滑輪與旋轉電磁轉換器之間的機械驅動連杆致使旋轉電磁轉換器和滑輪兩者以旋轉振動運動的方式移動。優選地，活塞彈簧連接至活塞以使活塞在斯特林機的操作頻率下往復地共振，並且扭簧連接至滑輪以使滑輪在斯特林機的操作頻率下旋轉振蕩地共振。


圖I是現有技術的貝塔(beta)構造、自由活塞、斯特林機的軸向截面圖。圖2是現有技術的四個活塞、 阿爾法構造、自由活塞斯特林機的主要部件的立體圖。圖3是體現本發明的四個活塞、阿爾法構造、自由活塞斯特林機的豎直截面圖。圖4是圖3中示出的本發明的實施方式的主要部件的立體圖。圖5是圖2中示出的本發明優選實施方式的簡圖，示出了本發明的操作原理。圖6是沿著垂直於可用於本發明實施方式中且以旋轉的振蕩運動操作的具有八個極的旋轉交流發電機或電機的旋轉軸線的大致的平面截取的截面圖。圖7是體現本發明的貝塔構造、自由活塞斯特林機的軸向截面圖。圖8是圖表,示出了圖3中示出的本發明實施方式的熱動カ連接和活塞定位。圖9是矢量圖，示出在本發明的一個實施方式中的往復運動的活塞的相對相位。圖10是與圖4相似但電磁轉換器驅動地連接到斯特林機的立體圖。圖11是從圖4的角度的立體圖，並且示出了通過至少兩個帶將連接杆驅動地連接至滑輪的運動轉換驅動連杆。圖12是示出了連接在兩滑輪之間的電磁轉換器的側視圖。在附圖中示出的本發明優選實施方式的描述中，為了清楚起見，將採用特定的術語。然而，不意味著本發明限定於如此選定的術語，並且應該理解的是每個特定術語均包括以類似方式操作以實現類似目的的所有技術等同物。例如，經常使用術語連接或者與其類似的術語。它們不限於直接連接，而且包括通過其它結構的連接，其中該連接被本領域中的這些技術人員視為等同。本領域中的這些技術人員將意識到存在許多且在將來可能是附加的、另選的結構，因為它們提供相同的功能因此其被現有技術當作等同物。
具體實施例方式通過引用的方式包含在該申請中的是本發明人在2009年10月28日提交的臨時申請61/255525 ;美國專利5，753,985 ;美國專利7，134，279 ;以及美國專利7，171，811，其中本發明人是共同發明人。定義在本發明的描述中，使用多個術語。儘管本領域中的這些技術人員知道這些術語的定義和範圍，提供一些它們的解釋也可能是有幫助的。「斯特林機，斯特林發動機，斯特林冷卻器-加熱泵」。如本領域中眾所周知的，在斯特林機中工作氣體限定在包括膨脹空間和壓縮空間的工作空間中。工作氣體交替地膨脹和壓縮以便工作或者泵送熱量。工作氣體在通過熱接收器、再發生器與熱噴射器流體連接的壓縮空間與膨脹空間之間循環地穿梭。循環地穿梭改變了工作氣體在各空間中的相對比例。處於膨脹空間中的氣體(以及通過再發生器與膨脹空間之間的熱交換器(接收器)流入到膨脹空間中的氣體)接收來自周圍表面的熱量。處於壓縮空間中的氣體(以及通過再發生器與壓縮空間之間的熱交換器(噴射器)流入到壓縮空間中的氣體)將熱量噴射到周圍表面。因為膨脹空間和壓縮空間通過具有較低流動阻カ的路徑相互連接，因此在整個エ作空間中在任何時刻的氣體壓力均大致相同。然而，在整體的工作空間中工作氣體的壓カ循環地並且周期性地改變。當大部分的工作氣體處於壓縮空間中時，熱量從氣體噴出。當大部分的工作氣體處於膨脹空間中時，氣體接收熱量。這是機器當作熱泵還是當做發動機工作的真實情況。在產生的功或者泵送的熱之間進行區分的唯一要求，是執行膨脹過程的溫度。如果膨脹過程溫度高於壓縮空間的溫度，那麼裝置便傾向於產生功以使其能夠起到發動機的作用並且如果該膨脹過程溫度低於壓縮空間溫度，那麼機器將會從冷源將熱量泵送至溫暖的散熱器。如同樣在本領域中眾所周知的，存在三種主要的斯特林機的構造。阿爾法構造在分離的缸體中具有至少兩個活塞，並且由每個活塞限定的膨脹空間連接至由另ー個缸體中的另ー個活塞限定的壓縮空間。這些連接布置在連接多個缸體的膨脹空間與壓縮空間的一 連串環中。貝塔構造具有布置在與置換活塞相同缸體中的單個功率活塞。伽馬斯特林與貝塔斯特林類似，但是其功率活塞安裝在置換活塞缸體旁邊的獨立缸體中。斯特林機可以以兩種模式中的任ー個操作以提供(I)發動機，該發動機通過將熱能的外部源施加到膨脹空間並且將熱傳送得遠離壓縮空間而使其活塞或者多個活塞被驅動，並且因此能夠成為用於機械載荷的原動機，或者(2)熱泵，該熱泵使得動カ活塞或多個活塞(並且有時是置換活塞)周期地通過原動機驅動，以便將熱從膨脹空間泵送到壓縮空間並且因此能夠將熱能從較冷質量塊泵送到較溫暖質量塊。熱泵模式允許斯特林機用來冷卻與其膨脹空間熱連接的物體(包括至低溫)，或者用於加熱與其壓縮空間熱連接的物體，諸如家庭加熱的熱交換器。因此，術語斯特林「機」通常地用於包括斯特林發動機和斯特林熱泵，後者有時被稱作為冷卻器。斯特林發動機和斯特林熱泵均是基本上相同的能量轉換器結構，能夠在機械能與熱能兩種類型的能量之間沿著任一方向轉換能量。「電磁轉換器」。如本領域所公知的，電機和交流發電機是類似的相同的基本裝置。它們是具有定子的電磁轉換器，通常具有電樞繞組，以及包括磁體(通常是永磁體)的旋轉或往復運動件。它們在電能與機械能之間沿著任一方向轉換能量。電機/交流發電機結構可以通過原動機機械地驅動以產生電能輸出，或者電機/交流發電機可以通過交流電カ源來驅動以用作提供機械輸出的電機。因此，斯特林機和電機/交流發電機結構都是能以兩種模式中的任ー種操作的能量轉換器。它們可以驅動地連接在一起，一個用作原動機並且另ー個做功，或者產生電力或者傳送熱量。在本發明中，電磁轉換器是旋轉交流發電機/電機，其或者由斯特林機以旋轉地振蕩運動的方式驅動，作為斯特林發動機操作以產生電能，或者交流發電機/電機被操作為電機，其通過電能以旋轉地振蕩運動的方式被驅動並且驅動斯特林機以傳送熱量並且從而提供了熱泵或者冷卻器。 儘管在本發明中通過旋轉振蕩運動的方式操作，但是用於本發明的交流發電機/電機也可以是市場上廣泛可獲得類型的傳統旋轉電機或者交流發電機。當然其可以具有特別地適於本發明的修改的結構。「活塞杆」。如在本說明書中所使用的，「連接杆」是將活塞連接到另ー個部件的大致剛性的連杆。通常地，連接「杆」是實心圓柱形杆，但是當沿著橫截面觀察吋，連接杆沒有必要貫穿其橫截面都是實心材料，並且其沒有必要具有圓柱形周向表面，甚至是對稱外周向表面。例如連接杆可以是管子或者具有I-梁或者L梁橫截面。因此，使用術語「杆」但不限於實心杆，而是包括剛性連接臂的其它形狀，包括一起機械地起到單個連接臂作用的多個較小臂。「共振」意味著彈簧連結或連接至本體並且彈簧與本體的質量塊具有形成具有共振頻率的共振系統的特性。彈簧的彈簧常數、力常數或者扭轉係數與本體的總質量相關，因此它們具有固有振蕩頻率，或是角振蕩(對於旋轉振蕩本體來說)或是直線(往復運動)振蕩。本發明中本體的共振頻率是斯特林機的操作頻率。當描述共振系統中的ー個或多個本體的振蕩運動時，主要結構(諸如活塞或滑輪)有時會稱為共振。然而，應該理解的是，共振系統中本體的有效質量塊包括附接至本體且隨其移動的所有結構的質量塊。相對於使活塞共振，活塞質量包括活塞杆的質量以及附接至活塞或者活塞杆的其它質量。相對於使滑輪共振來說，該質量塊包括剛性地連接至滑輪的質量塊，包括旋轉電磁轉換器的剛性附接部件。「彈簧」用在本發明中以使振蕩和往復運動質量塊共振。術語「彈簧」包括機械彈簧(諸如盤簧、片簧、平面彈簧、螺旋彈簧或者內卷彈簧)、諸如通過具有在限定體積中移動的面的活塞形成的氣彈簧、電磁彈簧以及本領域中公知的其它彈簧或者從它們中選定出來的組合。在斯特林機中，氣彈簧還包括工作空間中的工作氣體，在一些實施中，還可以包括後空間，因為當空間的容積改變時氣體向限定空間的移動壁施加彈簧力。如本領域中所公知的這些，通常地說彈簧是ー種將カ施加到兩個本體的結構或者結構的組合，其中ー個本體相對於另ー個本體的位移成比例。涉及彈簧カ與位移相關的比例常數被稱作彈簧常數、力常數或者扭轉係數。為了使將要描述的本發明的旋轉電磁轉換器部件共振，優選的是扭簧，但是也可以使用像時鐘的遊絲一祥的螺旋或內卷彈簧。
具體實施例方式圖3、圖4和圖5示出了不同的視圖並且示出了本發明的優選實施方式的方面。優選的實施方式是阿爾法構造中的自由活塞斯特林機，其具有布置在平行缸體中的四個活塞P1、P2、P3和P4，其中心軸線在長方形的角處。然而，圖3和圖5是端視圖並且因此僅可看到活塞Pl和P2。活塞Pl與P2之間的關係以及在圖3和圖5中可以看到且與活塞Pl和P2相關並配合的結構跟活塞P3和P4大致的相同，除非另有指明或者對於本領域的技術人員是顯而易見的。圖3、圖4和圖5的優選實施方式將首先以ー些通用術語來描述。然後為了提供附加的信息來詳細描述本說明書。圖3-圖5示出了驅動地耦接至至少ー個旋轉電磁轉換器的自由活塞斯特林機10。然而，該旋轉電磁轉換器略去了顯示其它部件並且在圖6、圖10和圖12中示出了它們自身。這些部件封裝在殼體14中。斯特林機包括在其缸體中往復運動的至少ー個活塞並且具有固定至活塞的連接杆。圖3-圖5的自由活塞斯特林機10是阿爾法構造機且具有四個活塞P1、P2、P3和P4。有四個連接杆R1、R2、R3和R4，每個連接杆均連接至活塞中的ー個。缸體和它們的活塞熱動カ地相互連接以便在0°、90°、180°和270°的相位角下操作。這些熱動カ連接與通常用於現有技術阿爾法構造的自由活塞斯特林機相同。儘管本發明中的熱動カ連接與現有技術中的類似，但是缸體和活塞的物理定位與一般現有技術的定位是不同的並且在本發明中很重要。現在對其進ー步解釋。如現有技術中已知的，在阿爾法構造的斯特林機中，每個缸體的壓縮空間在各活塞的端部通過熱噴射器、再發生器以及熱接收器以串聯連接的方式連接到另ー個缸體的膨脹空間和其活塞。這在美國專利7，171，811中示出了。所有四個缸體和活塞均通過這種方式以菊花鏈的方式連接。這些膨脹空間與壓縮空間通過這種方式的連接被稱作斯特林機的熱動カ連接。仍參照美國專利7，171,811的圖1，可以看到活塞的往復運動軸是平行的並且活塞定位在正方形的頂點處。當ー個沿著圍繞正方形的路徑運行吋，每個活塞的相位相對於沿著該路徑的下一個活塞的相位是90°。沿著正方形任一側的每對活塞均以它們之間具有90°相位角的方式操作。儘管在本發明中使用相同的熱動カ連接，但是活塞及其缸體的物理定位是不同的並且可以認為已經被重新布置，以使沿著正方形ー側的活塞以彼此180°的相位差操作，並且使沿著正方形另ー相對側的活塞以彼此180°的相位差操作。那還意味著沿著正方形那些側面中一個的活塞的相位相對於沿著正方形的相對側面的活塞以90° (或者270° )異相地操作。圖9的矢量圖示出了這些相位關係。本發明的ー個重要的特徵是存在ー對活 塞，這對活塞的往復運動軸與其相應活塞杆在ー個平面中且相對於彼此以180°往復運動，還存在第二對活塞，所述第二對活塞的往復運動軸與其相應活塞杆在ー個平面中且相對於彼此以180°往復運動。儘管第一對活塞和缸體沒有必要相互之間具有特定的物理定位關係，但是理想的是所有活塞均沿著以對稱方式布置的平行軸往復運動以使振動最小化。在圖3中通過表示流動路徑的直線示意性地示出了本發明的熱動カ連接，從每個活塞的端部延伸通過表示一系列熱噴射器、再發生器和熱接收器的盒子，其中一直線延續至另ー個活塞的相對端部上。在圖8中還示意性地示出了本發明的熱動カ連接以及活塞和它們的缸體的物理定位。因為這對活塞Pl和P2在圖3和圖5中是可見的，所以在這裡活塞對Pl和P2可以稱作向前或者前對。它們以彼此180°的相位關係操作。這裡活塞對P3和P4可以稱作後對。它們以彼此180°的相位關係操作。所有這些的後果是，在本發明的優選的實施方式中，活塞物理地布置，以便將在0°和180°操作的第一對活塞的活塞杆定位在第一平面中以及將在90°和270°操作的第二對活塞的活塞杆定位在第二平面中。活塞彈箐每個活塞均連接到活塞彈簧以使活塞和剛性地連接至活塞的質量塊以斯特林機設計好的操作頻率振蕩。因此，對於每個活塞來說，設計者選擇彈簧的比例常數與總往復運動質量塊來的組合以便以機器的期望操作頻率來提供共振系統。在圖3至圖5的實施方式中，活塞P1、P2、P3和P4中的每個均通過彈簧的組合而共振，所述彈簧全部在活塞上施加彈簧カ分量。這些彈簧主要是ー對平面彈簧，其次是工作氣體。例如，活塞Pl主要通過連接在活塞杆Rl與殼體14之間或者另選地連接至相對於殼體固定的結構的兩個平面彈簧20和22而共振。活塞P2通過連接在活塞杆R2與殼體14之間的兩個平面彈簧24和26而共振。平面彈簧還提供活塞杆的徑向支撐。如圖4中所見，活塞P3和P4以相同的方式共振並且被支撐。如在圖4中最佳可見，存在兩個滑輪28和30。用於使每個活塞共振的這對平面彈簧優選地定位在滑輪的相對側上，所述滑輪鄰近與這對平面彈簧相連接的活塞杆。例如，平面彈簧20位於滑輪28的上方並且平面彈簧22位於滑輪22的下方。滑輪本發明具有定位於至少ー個連接杆的平面中的至少ー個滑輪。滑輪或多個滑輪具有垂直於那個平面的旋轉軸線。如上所述，在圖3至圖5中的優選的實施方式中，活塞物理地布置，以便將在0°和180°的相位下操作的第一對活塞的活塞杆定位在第一平面中以及將在90°和270°的相位下操作的第二對活塞的活塞杆定位在第二平面中。因此，第一滑輪28定位在第一平面中位於第一對活塞Pl和P2的活塞杆Rl和R2之間。類似地，第二滑輪30定位在第二平面中位於第二對活塞P3和P4的活塞杆R3和R4之間。每個滑輪28和30均具有延伸得鄰近於至少ー個(且優選兩個)連接杆附近的弓形周向表面32、34。「鄰近連接杆」表示其靠近、剛好在其附近，以使得通過帶(下面描述)施加在活塞杆上的張カ以及通過活塞杆施加在帶上的力具有與活塞的中心軸線儘可能平行的方向，以避免活塞杆上的側面負載(即避免具有徑向地作用於活塞軸線上的分量的力)。在描述這些帶以後將會明白的是，在滑輪與連接杆的外表面之間必須具有一些空間，但所述空間是僅足夠允許帶位於其間的空間。滑輪的外周向表面可以在滑輪的弓形周向表面中具有用於接收帶的凹 槽或者槽。帶驅動連杆在本發明的實施方式中，每個連接杆均連接至運動轉換驅動連杆，該運動轉換驅動連杆將連接杆驅動地連接至滑輪。每個運動轉換驅動連杆均包括兩個帯，每個帶均連接在滑輪上的兩個點處並且在活塞杆上的兩個點處連接到其相關聯的活塞杆。在圖3至圖5的實施方式中，前對活塞杆Rl和R2每個都通過這種驅動連杆連接到滑輪28。類似地，活塞杆R3和R4每個都通過這種驅動連杆連接到滑輪30。因為存在四個活塞杆，所以存在四個移動轉換驅動連杆，每個驅動連杆均將連接杆連接到其平面中的相鄰滑輪。驅動連杆的目的是在活塞杆的往復運動與滑輪的旋轉振蕩運動之間進行轉換。這允許活塞的往復運動驅動滑輪的旋轉振蕩運動或被滑輪的旋轉振蕩運動所驅動。圖4、圖5和圖11示出了將每個連接杆驅動地連接到滑輪的運動轉換驅動連杆的帯。在圖5的圖表中，通過實黑線示意性地示出了一對帶並且通過虛黑線示出了另ー對帯。關於連接杆Rl到滑輪28的連接，ー個帶42固定到滑輪28的遠離活塞Pl的側面。「遠離」表示滑輪的該側面距活塞的距離更長或者更遠，在圖3-圖5中其是滑輪的下側。帶42固定到滑輪28的點48處，諸如通過焊接或者更優選地通過鑰匙孔狀狹槽固定，帶42插入到該狹槽中並且然後通過確定地適配到狹槽的圓形孔部分中的銷子固定在位置處並且不能徑向地向外移動通過狹槽的定位在圓形孔徑向向外的較窄部分。當然，存在將帶固定到滑輪的許多其它方式。第一帶42沿著第一方向(在此情形中是順時針)沿著滑輪28的周向弓形表面32延伸至與連接杆Rl在沿著活塞杆Pl的位置44處固定連接，所述位置44比滑輪旋轉軸線46更靠近活塞Pl。另ー個帶40以與帶42固定到滑輪相同的方式固定到滑輪的靠近活塞的側面。「靠近」表示滑輪的該側面距離活塞更近，在圖3至圖5中其是滑輪的上側。帶40固定到滑輪的點50處並且沿著與第一方向相反的方向(逆時針)沿著滑輪28的周向弓形表面延伸至與連接杆Rl在沿著活塞杆Rl的位置52處固定連接，所述位置52比滑輪旋轉軸線46更遠離活塞Pl。活塞杆R2還通過另ー對帶連接到滑輪28。帶56從與活塞杆R2在點60處的固定連接處延伸並且沿著滑輪28的周向弓形表面32沿著順時針方向延伸至與滑輪28在點48處連接。類似地，第二帶56從與活塞杆R2在點62處的連接沿著逆時針方向沿著滑輪28的周向弓形表面32延伸至與滑輪在點50處連接。活塞杆R3和R4通過類似構造和布置的帶連接到後滑輪30。儘管連接到每個活塞杆的帶都在功能性方面描述為沿部分地在滑輪的周向弓形表面周圍的相反方向延伸的兩個帶，但是當存在驅動連接到相同滑輪的兩個活塞杆時，有利的是形成這樣的兩個帶，這兩個帶在固定到滑輪中心處的帶材料的一個整體件外部將活塞杆的兩個遠端連接到滑輪。類似地，將活塞杆的兩個近端連接至滑輪的遠端側面的兩個帶優選地由固定到滑輪中心的帶材料的一個整體件形成。換句話說，固定到滑輪的遠離活塞的一側的帶可以由單根(a single length of)帶材料形成,所述單根帶材料沿著與它們連接的滑輪的周向弓形表面延伸總共大致180°。類似地，固定到滑輪的靠近活塞的ー側的帶有利地由單根帶材料形成，所述單根帶材料沿著與它們連接的滑輪的周向弓形表面延伸總共大致180°。因此，儘管每個帶均功能性且概念性地圍繞滑輪延伸90°，但是形成兩個帶的單個件的帶材料總共延伸180°。另選地，每個帶均可以圍繞滑輪延伸小於90度但是那會使振蕩的角度範圍限定於較小的振蕩角幅度。在每個帶延伸90°且組合的整個帶延伸總共180°的情況下，角振 蕩的最大範圍是接近180°。然而，預期在本發明實施方式的正常操作期間，取決於該實施方式的能量需求，振蕩的角幅度將會變化並且通常小於180°。應該明白的是，在操作中，張カ被施加到帯。還很明白的是，連接到每個活塞杆的兩個帶沿著相反的旋轉方向將它們的張カ施加到滑輪(當活塞驅動滑輪吋)；也就是說它們沿著相反的方向施加轉矩。相同的兩個帶均固定地連接至相同的剛性活塞杆。為了防止活塞杆與滑輪之間的帶連接中的任何反衝或者濺溢，理想的是每個帶均以弾性地預張緊的狀態安裝。由於優選的帶材料是諸如不鏽鋼的金屬，並且金屬具有ー些彈性，因此帶優選地以張カ方式預張緊，只要在操作中不超過它們的弾性極限即可。此外還理想的是每個活塞杆均形成有諸如表面64的面向其相鄰滑輪的平坦的平表面。每個平坦的平表面均沿著活塞杆定位並且延伸以便抵靠連接至其上形成有表面的活塞杆的帯。術語「帯」用於描述本發明的張緊部件。然而帶可以具有更通常地描述為線、絲、條或帶的形狀。本發明的帶具有抵抗張カ的特性，因此其能夠將張力從ー個位置傳送到另ー個位置，其具有足夠的柔性因此它不會疲勞與劣化，其僅具有很小的弾性係數因此它不延展並允許反衝，並且其足夠薄以至於它能夠圍繞滑輪彎曲而不超過其彈性極限因此它不會疲勞。優選的形狀是其寬度遠大於其厚度，這有助於這些特性。然而，它可以具有諸如環形線的其它的橫截面形狀。儘管金屬是優選的材料，但是也能夠使用現有技術中已知的諸如複合材料的多種其它材料。每個驅動帶均可以是整體一件帶，兩個帶附接到軸向偏移布置的每個活塞杆，因此它們並排位於滑輪的弓形表面上。然而，該構造可能導致帶在滑輪上在直徑軸線周圍施加轉矩，所述直徑軸線在滑輪最靠近於活塞杆的點之間(在圖中是水平方向)延伸。因此，優選地，一個驅動帶被再分成平行的、間隔開的部分帶，它們作為單個帶一起操作。另ー個帶是在分成兩部分的帶的兩個帶部分之間操作的單個帯。在圖11中示出了這種分成兩部分的帯。分成兩部分的帶可以沿著滑輪的近端或者遠端側延伸，單個帶沿著另ー個側延伸。此外，分成兩部分的帶和單個帶可以在兩個滑輪上相同地定向或者相反地定向。圖11示出了沿著後滑輪30延伸的帶，但是與圖4中示出的相比它們相對地定向。參照圖11，帶358被分成兩個外帶358A和358B，這兩個外帶均向下地延伸並且沿著滑輪的弓形周向表面延伸至與滑輪在銷子348處固定連接。優選地，與這兩個部分帶相同的帶材料繼續沿著滑輪30的周向弓形表面形成與活塞杆R3的連接，通過藉助加工螺釘372和374固定到活塞杆R3的夾持板370夾持到活塞杆R3上。另ー個帶356是在分成的兩部分358A與358B之間穿過且沿著滑輪30的近端(上端)弓形表面延伸並且通過銷子350固定至滑輪的單個件帶材料。形成帶356的帶材料356從銷子350繼續沿著滑輪的弓形表面並且與活塞杆R3形成固定連接且通過藉助加工螺釘378和380固定至活塞杆R3的夾持板376固定到活塞杆R3。該分成兩部分的構造平衡了由帶施加到滑輪的力，同時允許帶穿過彼此而不抵靠彼此滑 動以及幹渉。不同的扭簧連接到每個滑輪並且使滑輪與剛性地連接至滑輪的質量塊在斯特林機的操作頻率下旋轉振蕩的方式共振。每個扭簧均從其相關聯的滑輪延伸至與殼體固定連接。參照圖3和圖4，扭簧66從其與滑輪28的固定連接延伸至與殼體14固定連接。優選的扭簧是如所示出的杆(rod)或者棒(bar)。扭簧66通過穿過轂70中的孔的螺栓而固定到殼體。類似地，扭簧68藉助於轂72從其與滑輪30的固定連接延伸至與殼體14固定連接。另選地，在附圖中示出的扭簧可以被允許滑輪在軸承上旋轉運動的剛性軸和其它類型的彈簧(諸如盤簧或內卷彈簧)取代，以使滑輪共振。然而，其部分地不是優選的，因為其較為複雜並且連接到軸承的滑輪可能出現摩擦以及潤滑問題。旋轉轉換器在每個滑輪與旋轉電磁轉換器之間具有機械驅動連杆，使得每個旋轉電磁轉換器通過滑輪以旋轉共振運動的方式驅動。在具有兩個滑輪的的情況下，每個滑輪均連接到不同的旋轉電磁轉換器，以使ー個旋轉電磁轉換器驅動地連接到所述滑輪中的一個並且第二旋轉電磁轉換器驅動地連接到另ー滑輪。如本領域中公知的，旋轉電磁轉換器通常具有轉子和定子。每個都可以驅動地連接到滑輪，並且另ー個，對於每個轉換器來說，連接至殼體以允許滑輪以旋轉振動運動的方式相對於另一個移動，而另ー個保持靜止。圖10與圖4類似但是附加地示出了兩個旋轉電磁轉換器402和404。諸如通過將轂固定到轉子軸上(像圖4中的轂70)以及通過螺栓將轂連接到滑輪使得螺栓和轂成為轉換器與滑輪之間的機械連杆，而使得它們的轉子連接到滑輪。用於將轉子連接到滑輪的這種布置可以與圖12中示出的布置中示出的相同並且在下面描述。然後定子諸如通過臂406和408固定到殼體，所述臂406和408固定到定子並且向外地延伸至與殼體固定連接。如圖12中所示，第三旋轉電磁轉換器可以驅動地連接在兩個滑輪之間。在那種情形中，轉子連接到ー個滑輪並且「定子」連接到另ー個滑輪，以使轉子與定子被不同的滑輪驅動，或者以旋轉振蕩運動的方式驅動滑輪。參照圖12，旋轉電磁轉換器的定子420固定到滑輪28。轉子軸422固定至轂424，轂424固定到滑輪30。因為改進了電磁轉換器的總數量的加和的能量密度，所以使用第三電磁轉換器改進了耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器的能量密度。因為其有助於能量產生或者更多旋轉電磁轉換器之間的電機能量消耗以使每個均產生或者使用較小比例的總能量，所以能量密度提高了。因此，每個電磁轉換器均可以被製成更小的並且因此具有較高的能量密度。如果每個滑輪都以180°振蕩，那麼連接在它們之間的電磁轉換器以360°振蕩並且它們的運動是90°異相的。
儘管優選的旋轉電磁轉換器是非整流電子交流發電機或電機，但是也可以使用整流的DC電機。例如，兩個極DC電機可以與定位的刷子一起使用，從而在旋轉振動過程中它們絕不會旋轉到它們轉換(整流)位置的點。本發明的實施方式要求具有永磁體或電磁體的電磁轉換器以提供磁場和電樞繞組，其中在其磁場與電樞繞組之間具有相對旋轉振蕩運動。
_4] 阿爾法構造的詳細描述 現在出於提供附加的觀點和信息的目的而回顧圖3-圖5。圖3示出了當前的發明當安裝在較大阿爾法式斯特林發動機中時它可能呈現的樣子。該視圖是端視圖，因此僅可見ー對活塞並且該對活塞位於其逆時針旋轉的極點處或者最大差別衝 程處。活塞組件通過平面彈簧定位在它們的直線運動中，而振蕩滑輪通過扭簧以及連接至活塞杆與滑輪的張緊帶旋轉地定位。示出的活塞對相互連接並且連接到振蕩滑輪以使它們在180°下異相操作。第二對活塞同樣地構造並且因此也180°下彼此異相地操作。兩個活塞組件對中的每個均以90°彼此異相地操作，從而可以容納適於四活塞阿爾法構造斯特林機的90°熱動力相位。在該視圖中的兩個活塞沒有通過熱動力循環連接件相互連接。這意味著存在在180°下彼此異相操作的兩個雙活塞組合件。該雙活塞組合件在90°下彼此異相操作。在圖3中，活塞Pl和P2是在180°異相對中並且在它們衝程的極點處示出。在該視圖中第二對是不可見的。熱動カ循環以圖4中示出且以上所述的方式連接在90°異相的空間之間。平面彈簧20和22支撐並且引導連接杆R1，並且平面彈簧24和26支撐並引導連接杆R2。平面彈簧用於第二個目的並且其用於提供超出氣壓提供的任何所需附加彈動，以使活塞和連接杆的線性移動組件想操作頻率下共振。因此彈簧平衡了慣性力。滑輪28安裝在扭簧66上，以便在操作頻率下通過扭簧平衡旋轉慣性。滑輪周邊上的張緊帶以圖4中更清晰地示出的方式連接到活塞。圖4中以立體圖示出了振蕩機構設置在兩對活塞上，每對活塞彼此以90°操作。如上所述的平面彈簧組件使活塞共振並加以引導，而扭簧使滑輪定位和共振。張緊帶將每個活塞對跟與它們相關的滑輪連接。該兩個滑輪又連接至旋轉振蕩交流發電機或電機。如果需要的話，第三交流發電機或者電機可以位於滑輪之間。參照圖4，張緊帶通過接合銷48和50連接到滑輪28。接合銷將張緊帶鎖定到滑輪，因此在滑輪與張緊帶之間沒有相対的接觸運動發生。連接杆上的夾具類似地確保在帶與連接杆之間沒有相対的接觸運動。具有活塞Pl和P2的前振蕩組件示出為在其最大逆時針位置處，以使得平面彈簧24和26示出為最大地朝向「內」方向偏轉，而平面彈簧20和22最大地朝向「外」方向偏轉。由於具有活塞P3和P4的後振蕩組件相對於前振蕩組件90°異相，因此後組件中的所有平面彈簧均未偏轉並且當前組件位幹「內」或者「外」的最大位置時該組件位於其中間位置處。當平面彈簧與氣體壓カー起使活塞組件共振時，扭簧使包括滑輪的旋轉部分的旋轉慣性共振。通過使線性部件與旋轉部件分離地共振，僅有的工作力通過張緊帶來傳送。工作力遠小於慣性カ和彈簧力。前扭簧和後扭簧通過凸緣或者轂70和72安裝到殼體。從滑輪28和30得到供給的或者汲取的工作耦接，所述滑輪附接至通常稱作非整流電機或者交流發電機的旋轉振蕩電機械轉換器。如由活塞上方的直箭頭所示的，熱動カ循環形成在90°異相活塞之間。圖5是示出張緊帶的位置的活塞對以及它們如何將旋轉振蕩運動施加到滑輪的草圖。在這種情形中示出了用於引導活塞杆的氣體軸承。活塞Pl和P2 (類似活塞P3和P4)通過軸承104與106引導。這些軸承優選地是氣體軸承以保持組件無磨損。因為在本領域中氣體軸承是眾所周知的，因此未示出氣體軸承的細節。對於原動機來說，即，當功從活塞傳送時，循環氣體壓力使活塞沿著「外」方向108受力。這使張緊帶40處於張緊中，由虛線指示，並且沿著方向110拉動，從而沿逆時針方向使得滑輪組件28在其扭簧66上旋轉。張緊帶58還拉動第二活塞P2，以使其沿著「內」方向112移動。當活塞沿著相反方向移動時，張緊帶40和58保持因此作為原動機的張緊件，因為其與氣體傳送和壓縮相關，因此通過活塞提供輸出力並且「內」」運動被抵抗。在原動機構造中張緊帶42和56未將大量的カ傳送到活塞而是用於將滑輪組件28相對於活塞連接杆保持和定位在其相對位置處。然而，在熱泵構造中，功被傳送到系統，並且取決於運動的方向，張緊帶40、42、56和58交替地變為張緊。在操作過程中，張緊帶中的張緊カ將會周期性地改變以用於原動機或者熱泵，並且這些作用カ不對稱。在上述方式中，線性振蕩部件獨立於旋轉振蕩部件共振。這使得張緊帶上的カ最小化。如果活塞與滑輪全都共振，那麼在帶上的作用カ便較小。彈簧交替地存儲並給出能量，因此它們交替地吸收功和做功。彈簧將力施加至往復運動與旋轉振蕩質量塊。當活塞和滑輪共振吋，由帶施加的唯一的力是每個循環期間的附加的功輸入。用於使旋轉振蕩和往復運動質量塊加速的大部分力來自於彈簧，並且吸收的大部分能量預計使旋轉振蕩和往復運動質量塊減速的力施加到彈簧。當然，實際的考慮事項可以導致不同混合的線性和旋轉振動部件共振。然而，對於線性部件和旋轉部件二者來說全部的共振彈簧カ可以僅來自於工作氣體，在這種情形中將不再需要扭簧或者活塞彈簧。在另ー個方面，在示出的優選實施方式中附加的彈動是理想的。在線性部件與旋轉部件不是獨立共振的所有情形中，在張緊帶中將產生較高的力。在機器被驅動的熱泵的情形中，通常能夠驅散導致張緊帶中的較高的力的共振。要求通常的工程設計實踐以確保張緊帶和它們的安裝不會受到過應力。在本發明的實施方式中，旋轉振蕩輸出連接到與圖6中示出的相類似的交流發電機或電機，作為未整流交流發電機或電機的例子。圖6示出了具有八個柱的旋轉振蕩交流發電機或者電機。鐵可以是平面包裝層壓材料。可以調節距磁體的徑向距離以便優化材料和包裝的最佳使用。「 + 」和「-」標記表示繞組的方向並且箭頭指示磁體上的磁化的方向。磁體環隨著滑輪的運動可旋轉地來回振蕩。存在許多不同構造的電機械轉換器，其均起到這種作用。這僅僅是ー個實例。
鐵包括外環240和內部鐵241。沿著箭頭徑向地磁化的永磁體242，物理地連接至來自驅動機構的旋轉振蕩輸出。磁體因此以箭頭244所示的旋轉振蕩的方式被驅動，並且使鐵受到交替電磁場，所述交替電磁在繞組中引發從窗戶243中的「 + 」到「-」的電流。在電機中，交流電提供到繞組並且這在鐵中設定了交替繞組場，該繞組場迫使磁體以旋轉振蕩的方式移動。旋轉振蕩交流發電機或者電機具有優於線性交流發電機或電機的兩個主要的優勢。首先，旋轉振蕩設計允許鐵在平面包裝疊層存儲之外裝配，因此極大地増加了優於線性電機的徑向包裝疊層的包裝密度。其次，可以通過將磁體設置在比輸出滑輪更大的半徑上而任意地增加磁體速度(在實踐極限以內)。這增加了優於線性電機的能量密度，在線性電機中活塞速度與磁體速度必須相同。Redlich在美國專利5，753，985中公開了ー種另選的旋轉振蕩交流發電機或者電機。
貝塔構誥圖7示出了以貝塔構造應用到自由活塞斯特林機的本發明實施方式。與圖I中示出的現有技術類似，貝塔構造的斯特林機具有殼體80、活塞82以及置換器84，所述置換器84具有延伸穿過活塞82中的中心孔的置換杆86。活塞82具有活塞杆88，在其上端固定到活塞82。活塞杆可以是管子，置換器杆可以往復運動穿過該管子，一對向下延伸的臂在它們上端固定到活塞82或者是另ー種形式。儘管可以使用單個滑輪，但其將會造成不平衡的カ和振動。因此，本發明的優選的 貝塔的實施具有兩個滑輪90、92，所述滑輪定向在包括活塞連接杆88的軸線的平面中。滑輪90和滑輪92具有垂直於那個平面的旋轉軸線。兩個滑輪都具有在連接杆88附近延伸的弓形周向表面。兩個運動轉換驅動連杆驅動地將活塞連接杆88連接到兩個滑輪中的每個。兩個運動轉換驅動連杆中的每個均具有至少兩個帶，並且構造為與上述的用於阿爾法構造的斯特林機的驅動連杆類似。帶93通過鑰匙孔槽和銷子91固定到滑輪92的遠離活塞82的一個側面並且沿著第一方向(逆時針)沿著滑輪92的周向弓形表面延伸至在沿活塞杆88的位置處與連接杆88固定連接，所述位置94比滑輪旋轉軸線95更靠近活塞82。第二帶93通過鑰匙孔槽和銷子97固定到滑輪92的靠近活塞82的一個側面並且沿著相反方向(順時針)沿著滑輪92的周向弓形表面延伸至在沿著活塞杆88的位置98處與連接杆88固定連接，所述位置98比滑輪旋轉軸線95更遠離活塞82。帶99和100以相同的方式連接在連接杆88與滑輪90之間。儘管示出的帶每個都沿著與它們相關的滑輪的弓形表面延伸約90°，但在該實施方式中它們都能夠延伸180°以允許360°的最大旋轉振蕩範圍。扭簧101和102以與圖3-圖5中示出的相同的方式連接到每個滑輪並且連接到殼體80，並且使它們相關的滑輪和剛性連接到滑輪的質量塊在斯特林機的操作頻率下以旋轉振蕩的方式共振。滑輪90與92中的每個還在每個滑輪與旋轉電磁轉換器之間具有機械驅動連杆，並且以旋轉振蕩運動的方式驅動旋轉電磁轉換器。儘管在圖7中未示出電磁轉換器，但它們也可以以與在阿爾法構造實施方式中描述的這些類似方式連接或者以對本領域普通技術人員來說從該描述中顯而易見的任何其它的方式連接。滑輪還可以使用平衡質量塊以使沒有殘餘的力被傳送到機器的殼體。將旋轉振蕩機構應用於貝塔構造自由活塞斯特林原動機和熱泵可以是有利的。參照圖7，置換器84和活塞82是貝塔斯特林機的往復運動元件。活塞82具有在活塞下方形成活塞杆88的延伸部以容納並且錨定張緊帯。(通過實線與虛線區分)張緊帶還連接到兩個滑輪。扭簧101和102可以幫助旋轉共振。這裡示出的本發明獨一無ニ的方面是，應用了平衡質量塊302和304，每個均固定在不同的滑輪上。平衡質量塊302和304沿著與活塞相反的方向移動並且可以用於平衡來自活塞的豎直反作用力。由於對稱，平衡質量塊302和304不形成並排的作用力。上述方式的交流發電機或者電機可以根據其是原動機還是熱泵而用於汲取能量或者將能量提供到機器。儘管平衡質量塊302和304優選地固定到滑輪90和92上，但它們也可以被固定在旋轉振蕩的交流發電機或者電機上或者固定到任何其它質量塊上，所述其它質量塊固定至滑輪並且隨著滑輪一起旋轉地振蕩。結合附圖的詳細描述g在主要用作本發明的當前優選實施方式的描述，並且不旨在表示本發明可以被構造或者利用的僅有形式。該說明書結合示出的實施方式闡述了實施本發明的設計、功能、方式、以及方法。然而，應該理解的是，相同或等同的功能和特徵可以 通過不同的實施方式來完成，所述實施方式也g在包含在本發明的精神和範圍以內，而且在不偏離本發明或所附權利要求範圍的前提下可以採用多種變型。
權利要求
1.一種驅動耦接的自由活塞斯特林機和至少ー個旋轉電磁轉換器，並且具有殼體，所述斯特林機包括在其缸體中往復運動的至少ー個活塞並且具有固定至所述活塞的連接杆，所述耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器更具體地包括 (a)至少ー個滑輪，所述至少ー個滑輪定向在所述連接杆的平面中並且具有垂直於所述平面的旋轉軸線，所述滑輪具有鄰近於所述連接杆延伸的弓形周向表面； (b)至少ー個運動轉換驅動連杆，所述運動轉換驅動連杆通過至少兩個帶將所述連接杆驅動地連接至所述滑輪並且以所述滑輪的旋轉振蕩運動的方式驅動所述滑輪或被所述滑輪驅動， (i)ー個帶固定到所述滑輪的遠離所述活塞的一個側面並且沿著第一方向(順時針或逆時針)沿著所述滑輪的周向弓形表面延伸至在沿所述活塞杆的位置處與所述連接杆固定連接，該位置比所述滑輪旋轉軸線更靠近所述活塞； (ii)另ー個帶固定到所述滑輪的靠近所述活塞的一個側面並且沿著與第一方向相反的方向沿著所述滑輪的周向弓形表面延伸至在沿著所述活塞杆的位置處與所述連接杆固定連接，該位置比所述滑輪旋轉軸線更遠離所述活塞；以及 (c)機械驅動連杆，所述機械驅動連杆位於每個滑輪與旋轉電磁轉換器之間，並且以旋轉振蕩運動的方式使所述旋轉電磁轉換器和所述滑輪移動。
2.根據權利要求I所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，並且還包括 (a)連接到活塞的活塞彈簧，所述活塞彈簧使得所述活塞和剛性地連接到所述活塞的質量塊在所述斯特林機的一操作頻率下共振；以及 (b)扭簧，所述扭簧連接到每個滑輪並且使所述滑輪與剛性地連接到所述滑輪的質量塊在所述斯特林機的所述操作頻率下以旋轉振蕩的方式共振。
3.根據權利要求2所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中 (a)所述自由活塞斯特林機是包括熱動カ地相互連接的四個所述活塞和連接杆的阿爾法構造機，以便以0°、90°、180°和270°的相位角操作，所述活塞物理地布置以便將以0°和180°操作的第一對活塞的活塞杆定位在第一平面中，並且將以90°和270°操作的第二對活塞的活塞杆定位在第二平面中； (b)所述第一滑輪定位在所述第一平面中位於所述第一對活塞的所述活塞杆之間； (c)所述第二滑輪定位在所述第二平面中位於所述第二對活塞的所述活塞杆之間； (d)至少四個運動轉換驅動連杆，每個驅動連杆均如前所述並且將連接杆驅動地連接到位於其平面中的相鄰滑輪。
4.根據權利要求3所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，每個帶均以彈性地預張緊的狀態安裝。
5.根據權利要求4所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，每個滑輪均固定到不同的扭簧並且每個扭簧均從其相關聯的滑輪延伸至與所述殼體固定連接。
6.根據權利要求5所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，每個扭簧均是杆或者棒。
7.根據權利要求4所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，固定到所述滑輪的遠離所述活塞的一個側面的所述帶由沿著這些帶所連接的所述滑輪的周向弓形表面延伸總共大致180°的單根帶材料形成，並且固定到所述滑輪的靠近所述活塞的一個側面的所述帶由沿著這些帶所連接的所述滑輪的周向弓形表面延伸總共大致180°的單根帶材料形成。
8.根據權利要求7所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，存在第ニ旋轉電磁轉換器，一個旋轉電磁轉換器驅動地連接到所述滑輪中的ー個並且所述第二旋轉電磁轉換器驅動地連接到所述滑輪中的另ー個。
9.根據權利要求8所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，存在驅動地連接在所述兩個滑輪之間的第三旋轉電磁轉換器。
10.根據權利要求8所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，連接到每個活塞的共振活塞彈簧包括ー對平面彈簧，所述ー對平面彈簧中的每個均在相對於所述殼體的固定位置之間延伸至與其相關的活塞杆連接，用於每個活塞的這對平面彈簧均定位在所述滑輪的相對側上，鄰近於這對平面彈簧所連接的所述活塞杆。
11.根據權利要求10所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中每個活塞杆均具有面向其相鄰滑輪的平坦的平表面，每個平坦的平表面均沿著所述活塞杆定位並且延伸以便抵靠所述帶，所述帶連接到其上形成有所述表面的所述活塞杆。
12.根據權利要求11所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中每個扭簧均是杆或者棒。
13.根據權利要求12所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，存在驅動地連接在所述兩個滑輪之間的第三旋轉電磁轉換器。
14.根據權利要求I所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，所述自由活塞斯特林機是貝塔構造的斯特林機。
15.根據權利要求14所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，並且還包括 (a)連接到活塞的活塞彈簧，所述活塞彈簧使得所述活塞和剛性地連接到所述活塞的質量塊在所述斯特林機的一操作頻率下共振；以及 (b)扭簧，所述扭簧連接到每個滑輪並且使所述滑輪和剛性地連接到所述滑輪的質量塊在所述斯特林機的所述操作頻率下以旋轉振蕩的方式共振。
16.根據權利要求15所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中 (a)所述第二滑輪定位在所述活塞杆的與所述第一滑輪相對的相對側面上； (b)所述第二運動轉換驅動連杆將所述連接杆驅動地連接到所述第二滑輪。
17.根據權利要求16所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，每個帶均以弾性地預張緊的狀態安裝。
18.根據權利要求16所述的耦接的自由活塞斯特林機和旋轉電磁轉換器，其中，每個扭簧均是杆或者棒。
全文摘要
本發明提供了驅動地連接到至少一個旋轉電磁轉換器的自由活塞斯特林機。至少一個滑輪定位在往復運動活塞連接杆的平面中。至少一個運動轉換驅動連杆通過至少兩個帶將所述連接杆連接到滑輪以使滑輪以旋轉振蕩運動的方式移動。兩個帶沿著滑輪的弓形表面延伸成在兩個間隔的位置處與活塞杆連接。滑輪連接到旋轉電磁轉換器以使兩者都以旋轉振蕩的方式運動。優選地，活塞彈簧使活塞在斯特林機的操作頻率下共振並且扭簧使滑輪在斯特林機的操作頻率下以旋轉振蕩的方式共振。
文檔編號F16H29/02GK102667248SQ201080049262
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月28日 優先權日2009年10月28日
發明者大衛·M·伯科維茨 申請人:全球製冷有限公司