专利名称：斯特林发动机的制作方法
参照引用相关申请本申请依据35 USC 119，要求于2001年3月14日申请的日本申请2001-071796以及2001年3月16日申请的日本申请2001-075568的优先权。本申请的全部内容与此相关。
上述的斯特林发动机存在一个问题，由于驱气气缸和动力气缸彼此连接为一个整体，体积庞大，致使在某些应用场合，其机器的布局自由度下降。
上述现有技术中的斯特林发动机由于驱气活塞和动力活塞互相以机械连接结合在一起，两者之间保持着特定的相位差，于是动力活塞的相位便由驱气活塞的相位单独决定。因此，由于在现有技术中的斯特林发动机里，仅仅通过调节驱气单元发热部分的发热量来控制动力活塞的运转，反应性能较差，因此其应用受到功率源的制约，而该功率源的载荷变量较小。
基于上述原因，本发明的目的在于提供一种斯特林发动机的控制单元，它能够确实地控制动力活塞的运转，具有高反应性能的系统，使得斯特林发动机的应用得到改善。
为了达到上述目的，根据本发明的第一个特点，斯特林发动机具有一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，该驱气活塞把气缸内部分隔成一个膨胀室和一个压缩室。斯特林发动机还具有一个动力气缸单元，其中可滑动地镶嵌着一个动力活塞，以构成一个和上述压缩室相连接的操作室。驱气单元和动力气缸单元相互分离布置。压缩室通过一个压力管道与操作室相连。驱气活塞上连接有一个可以任意控制驱气活塞的控制致动装置。
基于本发明的第一个特征，驱气单元和动力气缸单元可以相互分离布置，特别是可以安排在任何想要安放的位置，因而增加了斯特林发动机的布置自由度，从而增强了斯特林发动机的适用范围。此外，通过用控制致动装置来控制驱气活塞的相位和运行速度，就能够对动力气缸单元进行自由遥控。
根据本发明的第二个特征，在第一个特征基础上压力管道还是柔性的。根据该第二特征，由于压力管道的柔性，驱气单元和动力气缸单元可以相对移动，因此驱气单元和动力气缸单元的布置不会相互影响。从而进一步增加了斯特林发动机布局的自由度，又加大了斯特林发动机的适用范围。
根据本发明的第三个特征，在第一或二个特征基础上，在压缩室和压力管道之间设有液压转换器，用来把压缩室内的压力转换成液压，把液压传送到操作室。
基于第三个特征，由于驱气单元内压缩室里的压力是通过液压转换器转换成液压并传递到操作室的，就使得压力管道和操作室内都不会发生弹性压缩，从而提高了压力传递的效率，弹性压缩在使用工作气体作为传送介质时就易于发生。而以气体作为传递媒质的情况下，是很容易发生这种弹性压缩的。此外，由于压力管道内充满了不可压缩的流体，这就有可能消除压力管道内部容积转变成斯特林发动机失效容积的可能性，从而提高斯特林发动机的理论效率。
根据本发明第四个特征，斯特林发动机设有一个控制系统，斯特林发动机具有一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，该驱气活塞把气缸内部分割成一个膨胀室和一个压缩室，斯特林发动机还具有一个动力气缸单元，其中可滑动地镶嵌着一个动力活塞，以构成一个和上述压缩室相连接的操作室。该控制系统包括一个驱气活塞驱动装置，用来驱动驱气活塞，还装有一个驱气活塞位置探测器，以探测驱气活塞的位置。还有一个动力活塞位置探测器，用来探测动力活塞的位置，还有一个控制单元，依据上述两个活塞位置探测器所测信号对驱气驱动装置的运转进行控制。
利用该第四特征，通过驱气驱动装置在适当时候使驱气活塞运转，可以高响应度地控制动力活塞的运动，从而提高斯特林发动机的适用范围，特别是因为驱气驱动装置的运行是受控制单元控制的，而该控制单元又是根据从驱气活塞位置探测器和动力活塞位置探测器得到的信号进行运作的，这就使得无论驱气单元的发热部分的发热情况如何，动力活塞的运行、停止、运转速度和停止位置都能被自由地控制。
根据本发明的第五个特征，控制单元操控驱气活塞驱动装置，从而改变驱气活塞和动力活塞之间的相位差。
基于该第五特征，可以自由地控制动力活塞的定时运行和定时停止。
根据本发明的第六个特征，斯特林发动机具有一个控制系统，该斯特林发动机具有一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，该驱气活塞把气缸内部分割成一个膨胀室和一个压缩室，斯特林发动机还具有一个动力气缸单元，其中可滑动地镶嵌着一个动力活塞，以构成一个和上述压缩室相连接的操作室。该控制系统包括一个用来驱动驱气活塞的驱气活塞驱动装置，还包括一个热量控制装置，用来控制驱气气缸发热部分所产生的热量，该控制系统还包括一个用来探测驱气活塞位置的驱气活塞位置探测器，还包括一个用来探测动力活塞位置的动力活塞位置探测器。该控制系统还包括一个控制单元，依据上述两个活塞位置探测器所测信号来控制热量控制装置的运作。
基于该第六特征，通过驱气驱动装置在适当的时候运转驱气活塞，可以高响应度地控制动力活塞的动作，从而提高斯特林发动机的适用范围。特别是因为用来控制驱气气缸发热部分所产生热量的热量控制装置是受控制单元控制的，而该控制单元又是根据活塞位置探测器和动力活塞位置探测器测得的信号来发挥其控制功能的，因此能高效率地利用上述发热部分所产生的热量。
根据本发明的第七个特征，斯特林发动机具有一个控制系统，该斯特林发动机具有一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，该驱气活塞把气缸内部分割成一个膨胀室和一个压缩室，斯特林发动机还具有一个动力气缸单元，其中可滑动地镶嵌着一个动力活塞，以构成一个和上述压缩室相连接的操作室。该控制系统包括一个驱气活塞驱动装置，用来驱动驱气活塞，该控制系统还包括一个连接于动力活塞的负载调节器，用来调节负载设备的负载，该控制系统也包括一个用来探测动力活塞位置的动力活塞位置探测器，该控制系统还包括一个控制单元，依据上述两个活塞位置探测器所测信号来控制负载调节器的运作。
基于该第七特征，通过驱气驱动装置在适当的时候运转驱气活塞，可以高响应度地控制动力活塞的动作，从而提高斯特林发动机的适用范围。特别是因为负载调节器是受控制单元控制的，而该控制单元又是根据活塞位置探测器和动力活塞位置探测器测得的信号来进行其控制运作的，因此即使发热部分所产生的热量有些变化时动力活塞的输出功率仍能保持稳定。
驱气驱动装置等同于本发明实施例中所述的控制致动装置20、20A和20B。驱气活塞位置探测器等同于驱气活塞传感器21。动力活塞位置探测器等同于曲/伸传感器51或动力活塞传感器。热量控制器等同于燃料调节器44。
通过对本发明优选实施例的简要说明，以及对具体例子的详细说明，本领域的技术人员显然可以从以上的详细说明中，在本发明的实质和范围内进行修正和改变，这一点是可以理解的。
图1为依据本发明的第一实施例中，佩带假肢驱动单元使用者的后视图，该假肢包括一个斯特林发动机；图2为斯特林发动机的垂直剖面图；图3为用于说明斯特林发动机控制致动装置一个例的子垂直剖面图；图4为控制致动装置的另一例子的透视图；图5为控制致动装置的又一例子的透视图；图6为斯特林发动机的控制系统的程序方框图；图7为本发明相应于图1的第二实施例的示意图；图8为本发明第三实施例的轮椅正面图；图9为相应于本发明第四实施例的斯特林发动机的垂直剖面图；图10为相应于本发明第五实施例的斯特林发动机的垂直剖面图11为相应于本发明第六实施例的斯特林发动机的垂直剖面图；图12(a)、12(b)、12(c)为相应于本发明第七实施例的斯特林发动机的结构的垂直剖面图。
根据图1和图2所示本发明的第一实施例，图1和图2说明了本发明斯特林发动机E。通常应用于驱动假腿1。假腿1包括与承窝2a成一整体的假股2；承窝2a是供患者插入残腿用的。假胫4通过假关节和假股2的下端可曲/伸的连接，脚5连接到假胫4的下端。
斯特林发动机E包含一个驱气单元6和控制单元7。这两部分安装在腰带B上，而腰带B佩带于患者的腰部。动力气缸8安装在假腿1上，位于假股2和假胫4之间的位置。压力管道22把驱气单元6中所产生的压力传递到动力气缸单元8。该斯特林发动机E的结构将在下面参照图2作更详细的描述。
驱气单元6包括一个驱气气缸10，驱气活塞13可滑动地镶嵌入气缸10，从而把气缸10的内部分割为一个膨胀室11和一个收缩室12，其中的膨胀室11位于气缸10头部一侧，其中的压缩室12位于气缸10底部一侧。燃烧部件14设置于驱气气缸10的头部的周围，其作用是给膨胀室11加热。散热件15设置在驱气气缸的底部，其作用是冷却压缩室12。一个热再生器17安装在膨胀室11和压缩室12的连接件16中间。一个马达驱动的控制致动装置20通过一个通入驱气气缸底部的导杆13a来驱动驱气活塞。探测驱气活塞位置的驱气活塞传感器21安装在控制致动装置20上。
燃烧部件14是催化型的，其中燃烧室25充满用于燃烧的催化剂26，燃烧室25形成在驱气气缸21的头部的外表面上。燃料-空气混合装置27装在燃烧室25的一端，废气排放管28装在燃烧室25的另一端。
在燃烧室25的周围形成了包围着燃烧室25的热交换壁29和废气排放管28的基础部分。在热交换壁29的周围形成为护罩3用于包围和覆盖热交换壁29。护罩30上的空气引入部件31和燃料-空气混合装置27的空气入口，通过空气管道32相连接。该空气管道曲折地经过燃烧室25，热交换壁29以及护罩30中其中两者之间的每一个间隙。
一个热-电转化器件34另外设置在护罩30靠近热交换壁29的地方。该热-电转化器件34把热交换壁29转移出来的热能转化为电能给蓄电池39充电。用于容纳控制致动装置20的支撑壁35在支撑控制致动装置20的固定部分的同时，与护罩30连成一体。
控制单元7包含一个电子控制单元37和一个燃料筒38以及一个作为电子控制单元37的电源的蓄电池39，还包含一个可以任意操纵电子控制单元37的手动控制器40。电子控制单元37、燃料筒38和蓄电池39安装在控制盒41里面。燃料筒里盛放着比如轻质汽油、酒精或液化石油气之类的燃料。
燃料筒38的燃料出口通过燃料导管42和燃料-空气混合装置27的入口相连接。调节燃料流量的燃料调节器44装在燃料导管42中。火花塞45安装在燃烧室25上混合装置27的邻近处。
动力气缸单元8包括一个动力气缸47。动力气缸47可枢轴转动地和假股2、假胫4中的其中一个相连接，动力活塞48在可滑动地嵌入动力气缸47的同时，可枢轴转动地连接于假胫4、假股2中的另一个。在动力气缸47里，通过动力活塞48所形成的操作室49通过压力管道22和驱气单元6的压缩室12相连接。
用来探测假股2和假胫4之间形成的曲/伸角度的曲/伸传感器51(亦即动力活塞传感器)安装在假股2和假胫4之间。曲/伸传感器51输出的信号和手动控制器40输出的信号以及驱气活塞传感器21输出的信号都输入电子控制单元37。根据这些信号，电子控制单元37控制着控制致动装置20和燃料调节器44。
控制致动装置20的例子将参照图3至图5予以描述。
图3所示的控制致动装置20外形类似音圈马达。磁体61固定在底部封闭的圆柱形磁轭60的内端壁上。一个能沿轴向移动的圆柱式可动线圈63包围着和磁体61前端相连接的磁极片62。一端连接到驱气活塞13的导杆13a另一端和圆柱形圆柱式可动线圈63相连接。一个环形的导线座64和磁轭60的开放端相连接。隔膜65伸展于导线座64和导杆13a之间。探测圆柱式可动线圈63位置的起驱气活塞传感器21的作用的行程传感器，被安放在磁轭60的一个端壁上。
采用这样的结构，通过重复转换施加到可动线圈63上的电流的方向，可动线圈63上产生的磁力和磁体61的磁力相互作用下，导杆13a就能带动驱气活塞作往复运动。
如图4所示的控制致动装置20的结构是，导杆13a通过球螺杆68与可以正/反向转动的电动机67的转子67r相连接。本例中，导杆13a的转动被一个禁转装置(未绘出)所遏制。一个探测转子67r转动角度的译码器装在电动机67的启动装置67s中，译码器的作用与驱气活塞传感器21的作用相同。
利用这种构造，导杆13a通过重复电动机67的转子67r的正/反向转动，使驱气活塞13作往复运动。
在图5所示的控制致动装置20中，导杆13a和能够正/反向转动的电动机70的传动轴70r通过齿条/齿轮机构连接。即使在本例中，用来探测传动轴70r转角位置的译码器装在电动机70的启动装置70s中，译码器的作用与驱气活塞传感器21的作用相同。
通过这种构造，导杆13a通过重复电动机70的传动轴70r的正/反转动，使驱气活塞13作往复运动。
第一实施例的功能描述如下。
燃料由燃料筒38提供。燃料的流量由燃料调节器44进行调节。燃料供入燃料-空气混合装置27后，和经由空气引入部件31流过空气通道32进入该混合装置的空气相混合。空气-燃料的混合物一旦被火花塞45所点燃，就会在催化剂26的作用下继续加速燃烧，并以特定的高温度从驱气气缸10头部一侧给膨胀室11加热。燃烧产生的废气则通过废气排放管28排出。
散热件15使压缩室保持在特定的低温度状态。热量再生器通过连接件16从在膨胀室11和压缩室12之间流动着的工作气体中吸收热量。
控制致动装置20按照电子控制单元37发出的指令运作，使驱气活塞13往复运动，从而在压缩室12产生一定幅度的压力，该压力通过柔性压力管道传递到动力气缸47的操作室49，使动力活塞48也作往复运动来带动假胫4作出相对假股2的曲/伸动作。假胫4通过相对于假股2的曲/伸运动来帮助患者行走。
此时，为了有效地驱动动力活塞48，电子控制单元37通过曲/伸传感器51的输出信号来识别动力活塞48的位置，并且运转控制致动装置20，使得驱气活塞13超前于动力活塞48，超前程度换算为曲柄角时为90°。此外，电子控制单元37还能控制驱气活塞13的运转速度从零到任意速度。于是假胫4相对于假股2的曲/伸速度也就可以从零调节到任意值。通过这种结构，假腿1可以依照患者的意愿走动。
由于燃烧部件的燃烧方式是催化型的连续燃烧，这就可以提高燃烧效率并且避免燃烧状况的任何波动。此外，由于选用了燃料筒38，使得迅速补充燃料成为可能，有助于驱动假腿使患者能够长时间行走。
由于作为电子控制单元37电源的蓄电池39消耗很小，燃烧部件14产生的热量又通过热-电转化器件转化成电能存入蓄电池39，使蓄电池的使用寿命得以延长。
由于只把动力气缸单元8安装在假腿1上，而比较重的驱气单元6、燃料筒38和电子控制单元37等都安装于腰带B上，此腰带佩戴于患者的腰部；驱气单元6和动力气缸单元8又是通过柔性压力管道22相连接的，这些都使得假腿变轻、变细，保证了假腿1平稳的曲/伸动作。也可以使患者通过带上或卸下腰带B方便迅速、轻而易举地带上或卸下驱气单元。
如上所述，驱气单元6和动力气缸单元8可以彼此分离地进行布置。尤其是他们可以自由地安放在人们想要安放的地方。其结果是增加了斯特林发动机布局的自由度，从而扩大了斯特林发动机的适用范围，有可能把它作为假腿1以外的驱动装置的驱动手段。而且通过控制致动装置20来控制驱气活塞13的相位和运作速度，还可以对动力活塞进行自由遥控。
下面将参照图6对假腿1的控制进行更充分的描述。接收到曲/伸传感器51探测到的信号后，电子控制单元31决定出腿的动作方式，比如行走、跑步、上坡、下坡、上台阶或下台阶。也决定出腿的动作程式，比如站立、休息、倚靠或踢。通过和基本的腿动作模式相比较，参照基本的模参量，计算出和曲/伸传感器探测信号相对应的曲/伸位置标准值，并把计算结果当做目标数值输出给控制致动装置20。同时电子控制单元37计算出对应于上述目标数值的由燃烧部件14产生的热量，作为控制信号输出给燃料调节器44。
手动控制器40能改变驱气活塞13和动力活塞48之间的相位差，并给电子控制单元发出启动或停止整个系统的指令。尤其是当患者想用假腿1向上或向下行走或者是一级的跨度大于通常的阶梯时，手动控制器能给出一个增/减曲/伸角度的指令信号。
下面将描述如图7所示的本发明第二实施例。按照该第二实施例，一个能把压缩室12的压力转化为液压的液压转换器53安装在驱气单元6上。液压转换器53的输出部分通过压力管道22和动力气缸47的操作室49相连接。其他的结构和第一实施例相同。因此图7相应于第一实施例的部件标上了相同的数字标记，并不再重复描述这些部件。
根据第二实施例，由于驱气单元6的压缩室12里的压力通过液压转换器53转化成了液压，而且该液压传递到了动力气缸47的操作室49，因而有可能消除使用气体传递压力时曾经在压力管道22和操作室49里面发生的弹性压缩，从而改善了压力传递的效率。再者，由于压力管道22里充满了不可压缩的流体，便有可能消除压力管道22内容积成为斯特林发动机E无效容积的可能性，从而改善了斯特林发动机的理论效率。
下面将描述如图8所示的第三实施例。其中，斯特林发动机E被用来控制轮椅W座位的姿态。在轮椅W中，座位76通过X形机械连接件75和支撑轮子73的框架74相连接。斯特林发动机E的驱气单元6装在框架74的背面，而动力活塞48和动力气缸单元8的动力气缸47则分别连接于框架74和座位76。一个倾斜传感器(未绘出)也装在座位76上。在该传感器输出信号的基础上，驱气单元6的控制致动装置20以能使座位倾角保持为零的状态运行，以此为标准来驱动动力活塞48。通过这样对座位姿态的控制，无论路面如何倾斜，通常都能使座位保持水平状态。既增加了舒适度，又通过采用斯特林发动机E降低了重量的增加，从而可以实现长距离驱动。
下面将描述如图9所示的本发明第四实施例。其中，斯特林发动机E的动力活塞48通过机械摇柄80来驱动发电机81。发电机81的输出端通过一个负载调节装置82和电池或马达之类的负载设备83相连接。该负载调节装置82适合于用来调节施加于设备83的负载。该负载调节装置82在驱气活塞传感器21和动力活塞传感器51探测到的信号基础上，通过电子控制单元37加以控制。
图9的其他结构和第一实施例中的斯特林发动机相同。因此在图9中，与第一实施例所用斯特林发动机E部件对应相同的部分以相同的数字进行标记，并省略重复的描述。
根据第四实施例，即使驱气单元8的燃烧部件14所产生的热量有某些变化，动力活塞48的输出仍能保持稳定。
下面将描述如图10所示的本发明第五实施例。其中，斯特林发动机E包括一对驱气单元6A和6B，以及一个单独的双动式的动力气缸单元8。这对驱气单元6A和6B以各自的驱气气缸10头部相对的方式布置。用于加热驱气气缸10的两个头部的共同的燃烧部件14包围着两个驱气气缸10的头部。两个驱气单元6A和6B各自的驱气活塞13的导杆13a是通过连接件54互相连接成为一个整体的，而且还和共同的控制致动装置20相连接。驱气单元6A和6B各自的驱气活塞13的运行相位差值换算成曲柄角为90°。驱气单元6A和6B各自的其他结构与第一实施例中的驱气单元6相同。因此，图10中所示的部件中与第一实施例中相对应的部分都被标以相同的数字标记，并省略重复的描述。
双动式的动力气缸单元8包括一个两端都封闭的动力气缸47，而动力气缸47的内部则被动力气缸47中所装的动力活塞48分隔为第一和第二两个操作室49A和49B。第一和第二两个操作室49A和49B通过各自的柔性压力管道22A和22B分别与第一和第二两个驱气单元6A和6B的压缩室12相连接。动力活塞48的输出杆48a从动力气缸47的一个端壁穿出以推动负载(未绘出)。
采用这样的结构，控制致动装置20借助于连接件54使第一和第二两个驱气单元6A和6B的驱气活塞13同时作往复运动的时候，在6A和6B各自的压缩室12里，交互地造成一定的压力幅度，从而使得动力气缸47里面的第一和第二两个操作室49A和49B交互地被升压，推动动力活塞48也作往复运动。
即使在第五实施例里，第一和第二两个驱气单元6A和6B以及动力气缸单元8都可以互相分离地加以布置。彼此间的相对位置也可以改变。而且，通过控制致动装置20来控制两个驱气活塞13的相位和运行速度，可以自由地遥控动力气缸单元8里面的动力活塞48的运动。
下面将描述如图11所示的本发明第六实施例。第六实施例的构造与图10所示的第五实施例相同。不同之处仅在于第六实施例中的第一和第二两个驱气单元6A和6B是平行的，它们各自的驱气气缸10的头部指向同一方向。各自的驱气活塞13的导杆13a通过连接件57和一个I型杠杆56的一个端部相连。此杠杆56可摇动地支撑于一个固定枢轴上。共同的控制致动装置连接于56的一端。需要申明的是，这里对应于第五实施例中所用部件的部分都用相同的数字标记，并省略了重复的描述。
下面将描述如图12(a)、12(b)和12(c)所示的本发明第七实施例。第一和第二两个驱气单元6A和6B是平行布置的。各自的驱气气缸10的头部指向同一方向。第一和第二控制致动装置20A和20B各自可以单独运转，并分别和驱气单元6A和6B各自的驱气活塞13相连接。
第一和第二动力气缸单元8A和8B也是平行布置的，分别与第一和第二两个驱气单元6A和6B相对应。动力气缸单元8A和8B分别通过第一和第二压力管道22A和22B与第一和第二两个驱气单元6A和6B的压缩室12相连接。
第一和第二动力气缸单元8A和8B各自都是单动型的。第一和第二动力气缸单元8A和8B各自的动力活塞48的输出杆48a通过连接件58和一个运转构件59相连接。
在图12(a)、12(b)和12(c)中第一和第二两个驱气单元6A和6B所具有的部件和图11所示第六实施例中所具有的部件彼此相对应的都用相同的数字标记，并省略了重复的描述。
根据如图12(a)、12(b)和12(c)所示的第七实施例，由于第一和第二控制致动装置20A和20B在适当时候的各自单独运转，使得第一和第二动力气缸单元8A和8B各自的动力活塞48能够交替运转，两活塞的相位差换算为曲柄角为90°，能够改变动力活塞48的相位，并且能够摆动或移动运转构件59，因此使得运转构件59有可能做出复杂的动作。
第五到第七实施例中斯特林发动机E都包含有相同的驱气活塞传感器21、动力活塞传感器51和控制单元37，这些部件与第一实施例相同，所以在图10到12(c)中未绘出。
本发明并不局限于上述实施例。可以理解，在不偏离本发明范围的前提下，在设计方向可以做各种改进。
如上所述，本发明的第一个特征是提供了一个包含驱气单元和动力气缸单元的斯特林发动机。在驱气单元里有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，把该气缸内部分隔为一个膨胀室和一个压缩室，在动力气缸单元中有一个动力活塞可滑动地镶嵌在动力气缸里，以形成一个和驱气单元里的压缩室相连接的操作室。驱气单元和动力气缸单元彼此分离地进行布置。压缩室通过一个压力管道和操作室相连接。与驱气活塞相连接的控制致动装置能够任意控制驱气活塞。基于第一个特征，驱气单元和动力气缸单元可以彼此分离地进行布置，特别是可以自由地布置在想要安放的地方。因此增加了斯特林发动机布局的自由度，扩大了斯特林发动机的适用范围。此外，控制致动装置通过对驱气活塞相位和运行速度的控制，能够做到对动力气缸单元里的动力活塞进行自由遥控。
根据本发明附加于第一个特征之上的第二个特征，把压力管道做成柔性的。根据该第二个特征，由于压力管道的柔性，驱气单元和动力气缸单元能够改变其相对位置，驱气单元和动力气缸单元在布置时不会相互干扰。从而进一步增加了斯特林发动机布局的自由度，扩大了斯特林发动机的适用范围。
根据本发明的第三个特征，在压缩室和操作室之间设有液压转换器，用来把压缩室内的压力转化为液压，把液压传送给操作室。基于该第三个特征，由于驱气单元压缩室的压力通过液压转换器转化成了液压，并将其传递到操作室，因此在利用工作气体作为传送介质时容易发生的弹性压缩就不会发生在压力管道和操作室内部了。因此有可能提高压力传递的效率。而且，由于压力管道内充满了不可压缩的流体，也就有可能消除压力管道内部容积变为斯特林发动机无效容积的可能性，从而改进了斯特林发动机的理论效率。
如上所述，根据本发明的第四个特征，斯特林发动机设有一个控制系统，该斯特林发动机包含一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在动力气缸内把该气缸内部分隔为一个膨胀室和一个压缩室。斯特林发动机还配备了一个动力气缸单元，其中有一个动力活塞可滑动地镶嵌在动力气缸里，以形成一个和驱气气缸里的压缩室相连接的操作室。所述控制系统包括一个驱气活塞驱动装置以驱动该驱气活塞。还有一个驱气活塞位置探测器用于探测该驱气活塞的位置。以及一个动力活塞位置探测器用于探测该动力活塞的位置。另有一个在上述两个活塞位置探测器所提供的信号基础上对驱气驱动装置进行控制的控制单元。基于该特征，就有可能通过驱气驱动装置在适当的时候使驱气活塞运转，从而对动力活塞的运行进行高响应度的控制，从而扩大了斯特林发动机的适用范围，特别是因为驱气驱动装置运行是受控制单元控制的，而该控制单元又是根据驱气活塞位置探测器与动力活塞位置探测器所提供信号的基础上进行控制的，就有可能对动力活塞的运转、停止、运行速度、停止位置等自由地进行控制。而且，无论驱气单元发热部分产生热量的情况如何，都可以做到这一点。
根据本发明附加于第四特征的第五个特征，控制单元能够操纵驱气活塞驱动装置来改变驱气活塞和动力活塞之间的相位差。基于该附加的特征，就有可能自由地控制动力活塞的定时运行和定时停机。
根据本发明的第六个特征，斯特林发动机配备有一个控制系统，该斯特林发动机具有一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在驱气气缸内把气缸内部分割成一个膨胀室和一个压缩室，斯特林发动机还具有一个动力气缸单元，其中可滑动地镶嵌着一个动力活塞，以构成一个和上述压缩室相连接的操作室。该控制系统包括一个用来驱动驱气活塞的驱气活塞驱动装置，还包括一个热量控制装置，用来控制驱气气缸发热部分所产生的热量，该控制系统还包括一个用来探测驱气活塞位置的驱气活塞位置探测器，还包括一个用来探测动力活塞位置的动力活塞位置探测器，该控制系统还包括一个控制单元，依据上述两个活塞位置探测器所测信号来控制热量控制装置的运转。
基于该第六特征，就有可能通过驱气驱动装置在适当的时候运转驱气活塞，来对动力活塞的运行进行高响应度的控制，从而提高斯特林发动机的适用范围。特别是因为用来控制驱气气缸发热部分所产生热量的热量控制装置是通过控制单元控制的，而该控制单元又是根据驱气活塞位置探测器和动力活塞位置探测器所测信号基础上进行控制的，因此能够有效地利用上述发热部分所产生的热量。
根据本发明的第七个特征，斯特林发动机配备有一个控制系统，该斯特林发动机具有一个驱气单元，其中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，该驱气活塞把气缸内部分割成一个膨胀室和一个压缩室，斯特林发动机还具有一个动力气缸单元，其中可滑动地镶嵌着一个动力活塞，以构成一个和上述压缩室相连接的操作室。上述控制系统包括一个驱气活塞驱动装置，用来驱动驱气活塞，还包括一个连接于动力活塞的用于调节设备负载的负载调节装置，还包括一个用来探测动力活塞位置的动力活塞位置探测器，该控制系统还包括一个控制单元，依据上述两个活塞位置探测器所测信号来控制负载调节器的运作。
基于该第七特征，通过驱气驱动装置在适当的时候运转驱气活塞，高响应度地控制动力活塞的动作，从而提高斯特林发动机的适用范围。特别是因为负载调节器是受控制单元控制的，而该控制单元又是根据活塞位置探测器和动力活塞位置探测器测得的信号来进行其控制运作的，因此即使发热部分所产生的热量有些变化时动力活塞的输出功率仍能保持稳定。
通过上述本发明的描述，显然可以以很多方式对本发明进行改变。但是这些改变视为不偏离本发明实质的范围，对本领域相关技术人员而言，明显做出的这些修正都包含在所附权利要求范围之内。
权利要求
1.一种斯特林发动机，包括一个驱气单元和一个动力气缸单元，驱气单元中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，从而把所述气缸内部分隔为一个膨胀室和一个压缩室，在动力气缸单元中有一个动力活塞可滑动地镶嵌在动力气缸里以形成一个操作室，该操作室和所述的驱气单元里的所述压缩室相连接，该斯特林发动机还包括所述驱气单元和所述动力气缸单元被相互分离地布置；所述压缩室通过一个压力管道与所述操作室相连接；以及一个控制致动装置可运行地连接于所述驱气活塞，从而能够任意控制所述驱气活塞的移动。
2.根据权利要求1所述斯特林发动机，其特征在于，所述压力管道是柔性的。
3.根据权利要求1所述斯特林发动机，其特征在于，具有一个液压转换器，它与所述压缩室相连接，把所述压缩室内的压力转化成液压，并把该液压传递到所述操作室中，所述的液压转换器设置在所述压缩室和所述压力管道之间。
4.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，具有一个液压转换器，它与所述压缩室相连接，把所述压缩室内的压力转化成液压，并把该液压传递到所述操作室中，所述的液压转换器设置在所述压缩室和所述压力管道之间。
5.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，所述控制致动装置依据行走动作控制驱气活塞，把行走动作的操作传递给所述操作室。
6.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，所述控制致动装置依据跑步动作控制驱气活塞，把跑步动作的操作传递给所述操作室。
7.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，所述控制致动装置依据上坡动作控制驱气活塞，把上坡动作的操作传递给所述操作室。
8.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，所述控制致动装置依据下坡动作控制驱气活塞，把下坡动作的操作传递给所述操作室。
9.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，所述控制致动装置依据上台阶动作控制驱气活塞，把上台阶动作的操作传递给所述操作室。
10.根据权利要求2所述斯特林发动机，其特征在于，所述控制致动装置依据下台阶动作控制驱气活塞，把下台阶动作的操作传递给所述操作室。
11.一种斯特林发动机使用的控制系统，包括一个驱气单元和一个动力气缸单元，驱气单元中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气缸里，把所述驱气缸内部分隔为一个膨胀室和一个压缩室，动力气缸单元中有一个动力活塞可滑动地镶嵌在动力气缸里，以形成一个操作室，该操作室与所述动力缸里所述的压缩室相连接，所述控制系统包括用于驱动所述驱气活塞的驱气活塞驱动装置；用于探测所述驱气活塞位置的驱气活塞位置探测器；用于探测所述动力活塞位置的动力活塞位置探测器；以及用于在所述驱气活塞位置探测器和所述动力活塞位置探测器所测信号基础上，对驱气活塞驱动装置的运转进行控制的控制单元。
12.根据权利要求11所述斯特林发动机使用的控制系统，其特征在于，所述驱气活塞驱动装置在所述控制单元的控制下运转，用来改变所述驱气活塞和动力活塞之间的相位差。
13.一种斯特林发动机使用的控制系统，包括一个驱气单元和一个动力气缸单元，驱气单元中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，把所述气缸内部分隔为一个膨胀室和一个压缩室，动力气缸单元中有一个动力活塞可滑动地镶嵌在动力气缸里，以形成一个操作室，该操作室与所述气缸里所述的压缩室相连接，所述控制系统包括用于驱动所述驱气活塞的驱气活塞驱动装置；用于控制所述驱气气缸发热部分所产生热量的热量控制装置；用于探测所述驱气活塞位置的驱气活塞位置探测器；用于探测所述动力活塞位置的动力活塞位置探测器；以及用于在所述驱气活塞位置探测器和所述动力活塞位置探测器所测信号基础上，对所述热量控制装置的运转进行控制的控制单元。
14.一种斯特林发动机使用的控制系统，包括一个驱气单元和动力气缸单元，在驱气单元中有一个驱气活塞可滑动地镶嵌在一个驱气气缸里，把所述气缸内部分隔为一个膨胀室和一个压缩室，在动力气缸单元中有一个动力活塞可滑动地镶嵌在动力气缸里，以形成一个操作室，该操作室与所述气缸里所述的压缩室相连接，所述控制系统包括用于驱动所述驱气活塞的驱气活塞驱动装置；用于调节连接于所述动力活塞的负载设备负载的负载调节器；用于探测所述驱气活塞位置的驱气活塞位置探测器；用于探测所述动力活塞位置的动力活塞位置探测器；以及用于在所述驱气活塞位置探测器和所述动力活塞位置探测器所测信号基础上，对所述负载调节器的运转进行控制的控制单元。
全文摘要
提供了一种斯特林发动机及其所使用的控制单元。可以使驱气单元和动力气缸相互分离地加以布置,从而增加了斯特林发动机布局的自由度。在驱气单元和动力气缸单元分离地布置的情况下,通过一个压力管道把驱气单元压缩室连接到功率单元的操作室。连接于驱气活塞的控制致动装置能够任意地控制驱气单元的驱气活塞。
文档编号A61F2/70GK1376856SQ0211929
公开日2002年10月30日 申请日期2002年3月8日 优先权日2001年3月14日
发明者浅井正裕, 坂正树 申请人:本田技研工业株式会社