【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及斯特林发动机，尤其涉及一种自由活塞斯特林发动机及其排出器平衡装置。
技术介绍
1、自由活塞斯特林发动机是指利用热在压力气体中产生自激振荡的效应，将热转换为压力波动的机械动力装置。为了获得理想的热声转换性能，通常使用排出器来保证回热器中的压力波动与体积流率处于特定的声场相位关系。现有的排出器大多采用板弹簧支撑，与排出器活塞之间采用螺栓连接。排出器中板弹簧一是起径向支撑作用，保证间隙密封不被破坏，二是为排出器往复运动提供回复力。随着单机功率需求提升，以及工程使用环境下的高可靠性应用需求，机械弹簧结构难以提供足够的刚度及运行位移，此外在特定高温工作环境下，机械弹簧因存在疲劳失效模式，其应用进一步受到限制。故针对大功率量级自由活塞斯特林技术可通过采用气体弹簧实现相应刚度匹配。
2、请参考图1，图1为现有技术中的一种采用气体弹簧的自由活塞斯特林发电机示意图。
3、自由活塞斯特林发电机包括由膨胀腔1、加热器2、回热器3、冷却器4、压缩腔5、排出器10、气体弹簧腔11组成的发动机部分，以及由主活塞6、内定子7、线圈8、外定子9组成的直线电机部分。其中，气体弹簧腔11内设置有弹簧活塞气缸和弹簧活塞13，弹簧活塞13与弹簧活塞气缸配合形成气体弹簧，弹簧活塞13设置于排出器10的端部。对置机型一般水平放置进行工作，在水平放置下，因排出器10无径向约束，且排出器10的dome筒12侧和弹簧活塞13侧重量差异较大，导致排出器10的重心偏向dome筒侧。在排出器往复运动过程中，由于排出器倾斜将导致排出器与气缸不可避免
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供一种自由活塞斯特林发动机及其排出器平衡装置，其能够避免排出器往复运动过程中排出器倾斜的问题，进而避免了排出器与气缸之间发生摩擦磨损的问题。
2、本专利技术的第一方面提供一种自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，设置于自由活塞斯特林发动机的气体弹簧组件上，其中，所述气体弹簧组件包括弹簧活塞和弹簧活塞气缸，所述弹簧活塞可沿轴向往复滑动地设置于所述弹簧活塞气缸内，所述排出器平衡装置包括：
3、动磁组件，设置于所述弹簧活塞上；
4、定磁组件，设置于所述弹簧活塞气缸上；其中，
5、所述动磁组件和所述定磁组件相互作用，适于形成作用于所述弹簧活塞的垂向作用力，所述垂向作用力与排出器的重力方向相同；且，所述弹簧活塞沿轴向偏离初始位置时，所述动磁组件和所述定磁组件相互作用，适于形成作用于所述弹簧活塞的轴向作用力，在所述轴向作用力下，所述弹簧活塞具有向所述初始位置运动的趋势。
6、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述动磁组件包括回中磁铁动子组件，所述定磁组件包括回中磁铁定子组件；其中，
7、所述回中磁铁动子组件，包括：
8、第一动磁铁和第二动磁铁，二者沿所述弹簧活塞的轴向依次设置；
9、所述回中磁铁定子组件，包括：
10、第一定磁铁和第二定磁铁，二者沿所述弹簧活塞气缸的轴向依次设置；
11、所述第一动磁铁和所述第一定磁铁相对应，二者充磁方向相同；所述第二动磁铁和所述第二定磁铁相对应，二者充磁方向相同；所述第一动磁铁和所述第二动磁铁的充磁方向相反，以使所述弹簧活塞沿轴向偏离初始位置时，所述回中磁铁动子组件和所述回中磁铁定子组件相互作用，形成所述轴向作用力。
12、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述动磁组件还包括平衡磁铁动子组件，所述定磁组件包括平衡磁铁定子组件，所述平衡磁铁动子组件和所述平衡磁铁定子组件相互作用，适于形成所述垂向作用力。
13、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述平衡磁铁动子组件设置于所述弹簧活塞的径向顶端和/或底端，所述平衡磁铁定子组件与所述平衡磁铁动子组件相对应。
14、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述回中磁铁动子组件设置为多组，并沿周向分布；所述回中磁铁定子组件设置为多组，并且与所述回中磁铁动子组件一一对应设置；其中，
15、多组所述回中磁铁动子组件与多组所述回中磁铁定子组件之间形成的径向力的合力为零；或者，所述径向力的合力方向与所述排出器的重力方向相同。
16、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述回中磁铁动子组件还包括：
17、第一动硅钢件，设置有第一凹槽，所述第一动磁铁和所述第二动磁铁设置于所述第一凹槽内；
18、所述回中磁铁定子组件还包括：
19、第一定硅钢件，设置有第二凹槽，所述第一定磁铁和所述第二定磁铁设置于所述第二凹槽内。
20、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述平衡磁铁动子组件包括第三动磁铁，所述平衡磁铁定子组件包括第三定磁铁或者第二定硅钢件。
21、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述平衡磁铁动子组件还包括：
22、第二动硅钢件，设置有第三凹槽，所述第三动磁铁设置于所述第三凹槽内。
23、根据本专利技术提供的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，所述平衡磁铁动子组件包括：
24、第三动磁铁和第二动硅钢件，所述第二动硅钢件设置有第三凹槽，所述第三动磁铁设置于所述第三凹槽内；
25、所述平衡磁铁定子组件包括：
26、第三定磁铁和第二定硅钢件，所述第二定硅钢件设置有第四凹槽，所述第三定磁铁设置于所述第四凹槽内。
27、本专利技术的第二方面提供一种自由活塞斯特林发动机，包括：
28、主活塞和排出器，所述排出器沿轴向穿过所述主活塞，所述主活塞设置有高压气腔，所述高压气腔用于向所述主活塞与所述排出器之间排高压气，以形成气体轴承；
29、所述排出器的端部设置有如上任一项所述的排出器平衡装置。
30、本专利技术提供的技术方案中，在气体弹簧组件的弹簧活塞和弹簧活塞气缸上分别设置有动磁组件和定磁组件，顾名思义，动磁组件是指能够随弹簧活塞一起运动的磁性组件，定磁组件则固定在弹簧活塞气缸上，且具有磁性。在动磁组件和定磁组件之间的磁场力作用下，当弹簧活塞沿轴向偏离初始位置时，能够形成作用于弹簧活塞的轴向作用力，在轴向作用力下，弹簧活塞具有向初始位置运动的趋势，从而为弹簧活塞提供了轴向刚度，确保排出器处于轴向平衡位置。在确保排出器始终处于轴向平衡位置的基础上，动磁组件和定磁组件之间具有磁场力，该磁场力作用于弹簧活塞上形成垂向作用力，如此设置，即使排出器的dome筒侧重量明显大于气体弹簧活塞侧，由于上述垂向作用力作用在弹簧活塞上，能够使排出器在气体轴承两端的受力基本保持平衡(dome筒侧和气体弹簧活塞侧分别位于气体轴承相对的两侧)，进而避免了排出器因其dome筒侧重力较大而向dome筒侧发生倾斜，导致排出器与气缸产生摩擦磨损的问题。
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1.一种自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，设置于自由活塞斯特林发动机的气体弹簧组件上，其中，所述气体弹簧组件包括弹簧活塞(101)和弹簧活塞气缸(102)，所述弹簧活塞(101)可沿轴向往复滑动地设置于所述弹簧活塞气缸(102)内，所述排出器平衡装置包括：
2.根据权利要求1所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述动磁组件包括回中磁铁动子组件(110)，所述定磁组件包括回中磁铁定子组件(120)；其中，
3.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述动磁组件还包括平衡磁铁动子组件(130)，所述定磁组件包括平衡磁铁定子组件(140)，所述平衡磁铁动子组件(130)和所述平衡磁铁定子组件(140)相互作用，适于形成所述垂向作用力。
4.根据权利要求3所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述平衡磁铁动子组件(130)设置于所述弹簧活塞(101)的径向顶端和/或底端，所述平衡磁铁定子组件(140)与所述平衡磁铁动子组件(130)相对应。
5.根据权利要
6.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，
7.根据权利要求3所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述平衡磁铁动子组件(130)包括第三动磁铁(132)，所述平衡磁铁定子组件(140)包括第三定磁铁(142)或者第二定硅钢件(141)。
8.根据权利要求7所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述平衡磁铁动子组件(130)还包括：
9.根据权利要求3所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述平衡磁铁动子组件(130)包括：
10.一种自由活塞斯特林发动机，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，设置于自由活塞斯特林发动机的气体弹簧组件上，其中，所述气体弹簧组件包括弹簧活塞(101)和弹簧活塞气缸(102)，所述弹簧活塞(101)可沿轴向往复滑动地设置于所述弹簧活塞气缸(102)内，所述排出器平衡装置包括：
2.根据权利要求1所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述动磁组件包括回中磁铁动子组件(110)，所述定磁组件包括回中磁铁定子组件(120)；其中，
3.根据权利要求2所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述动磁组件还包括平衡磁铁动子组件(130)，所述定磁组件包括平衡磁铁定子组件(140)，所述平衡磁铁动子组件(130)和所述平衡磁铁定子组件(140)相互作用，适于形成所述垂向作用力。
4.根据权利要求3所述的自由活塞斯特林发动机的排出器平衡装置，其特征在于，所述平衡磁铁动子组件(130)设置于所述弹簧活塞(101)的径向顶端和/或底端，所述平衡磁铁定子组件(...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈远航，陈燕燕，余国瑶，罗靖，孙岩雷，罗二仓，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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