用于斯特林热机的动圈式直线电机设计与分析
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直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:直线电机驱动的斯特林制冷机是一种新型的制冷设备,其结构设计至关重要。
斯特林制冷机是一种基于斯特林循环原理工作的制冷设备,利用压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等组件来实现制冷作用。
而直线电机则是一种将电能直接转换为直线运动的电机,其结构简单、效率高、噪音低,非常适合用于驱动斯特林制冷机。
斯特林制冷机的结构设计需要考虑各组件的布局和连接方式。
压缩机和蒸发器通常安装在一起,形成一个循环系统;冷凝器和膨胀阀也需要连接在一起,形成另一个循环系统。
直线电机一般安装在壳体外侧,通过连接杆和压缩机相连,实现压缩动作。
而冷凝器和膨胀阀由管道连接,构成一个完整的循环系统。
斯特林制冷机的结构设计需要考虑各组件的材质和密封性。
由于制冷机需要承受高压力和低温环境,因此各组件的材质需要具有良好的耐压和耐腐蚀性能。
制冷机内部需要保持密封状态,以防止制冷剂泄露和氧气进入系统,影响制冷效果。
斯特林制冷机的各组件通常采用不锈钢、铜、铝等耐腐蚀材料制造,并采用高效的密封件进行密封处理。
斯特林制冷机的结构设计还需要考虑制冷剂的选择和循环方式。
制冷剂是斯特林制冷机中起着至关重要作用的介质,其选择直接影响制冷效果和运行性能。
常用的制冷剂包括氨、氟利昂、氦气等,具有不同的制冷性能和环保性能。
而制冷剂的循环方式一般有单级循环、多级循环和换热介质循环等,可以根据制冷要求和设备性能选择合适的循环方式。
斯特林制冷机的结构设计还需要考虑能量转换效率和噪音控制。
直线电机作为驱动装置,其能量转换效率直接影响整个制冷系统的性能。
在设计时需要选择高效、稳定的直线电机,并设计合理的传动装置和控制系统,以提高制冷机的工作效率。
制冷机在工作时会产生一定的噪音,为了减少噪音对周围环境的影响,需要在结构设计中考虑隔音材料和减振装置,将噪音降至最低。
直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计需要考虑各组件的布局与连接方式、材质与密封性、制冷剂选择与循环方式、能量转换效率与噪音控制等方面,以保证制冷机具有高效率、稳定性和低噪音的工作性能。
自由活塞斯特林直线发电机结构设计摘要:斯特林发动机是一种以气体作为工作介质的外部加热活塞式发动机。
其对燃料的品质要求不高,太阳能、地热能、生物化学能等可再生能源均可作为斯特林发动机的燃料。
本文根据自由活塞斯特林发电机的动子运动近似正弦的特点,分别对单相、三相电机在均匀速度和正弦速度下的运动情况进行分析,从提高电机效率和降低电能后处理难度的角度出发,提出了一种单相双定子结构的横向磁通永磁直线电机,并对电机的磁场分布、感应电势、定位力等性能进行了研究和分析。
根据电机的设计要求,对电机的结构和性能参数进行了优化,最后确定了电机的尺寸和参数。
关键词:波浪发电;直线电机;伺服电机;测试平台山东省大学生创新创业训练计划项目:用于深空探测的自由活塞斯特林发电机设计(项目编号:S202210449097)0引言斯特林发动机是一种以气体作为工作介质的外部加热活塞式发动机。
斯特林发动机对燃料的品质要求不高,太阳能、地热能、生物化学能等可再生能源均可作为斯特林发动机的燃料。
自由活塞发电机系统采用自由活塞发动机和直线发电机直接结合,改变了传统的先将直线运动转换为旋转运动、再带动旋转发电机的发电方式,省去了曲轴连杆等传动环节,使系统发电效率得到较大提高。
斯特林发动机在工作循环过程中,其工质是封闭在一个独立的区域内,与外部气体没有交换,这使得斯特林发动机可以工作在真空环境中。
这为航天领域深空探测的能源供给问题提供了一种解决方案。
1自由活塞斯特林发电系统运动特性分析自由活塞斯特林发电机系统包括自由活塞斯特林发动机和直线发电机两部分[1]。
自由活塞斯特林发动机主要由加热器、冷却器、回热器、配气活塞和动力活塞等部件组成。
发动机内部的气体通过回热器在热端和冷端之间循环。
在图1中,靠近冷却器一侧的空腔称为压缩腔,靠近加热器一侧的空腔称为膨胀腔。
冷腔、冷却器、回热器、加热器和膨胀腔连接在一起,构成了完整的工作气体循环回路。
直线发电机部分主要由发电机定子和发电机动子两大部分组成。
目录一斯特林发动机简介二斯特林发动机研究设计的意义三该款斯大林发动模型结构四该款斯特林发动机工作原理五创新点分析六方案可行性分析七八一斯特林发动机简介1斯特林发动机性质斯特林发动机是伦敦的牧师罗巴特斯特林(Robert Stirling)于1816年发明的,所以命名为“斯特林发动机”(Stirling engine)。
斯特林发动机是独特的热机,因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率,称为卡诺循环效率。
斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。
这是一种外燃发动机,使燃料连续地燃烧,蒸发的膨胀氢气(或氦)作为动力气体使活塞运动,膨胀气体在冷气室冷却,反复地进行这样的循环过程2斯特林发动机原理斯特林发动机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。
斯特林发动机可用氢、氮、氦或空气等作为工质,按斯特林循环工作。
在热气机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,膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧,通过加热器传给工质,工质不直接参与燃烧,也不更换。
已设计制造的斯特林发动机有多种结构,可利用各种能源,已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。
试验斯特林发动机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。
按缸内循环的组成形式分,斯特林发动机主要有配气活塞式和双作用式两类。
在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动,冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接,配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。
热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程3斯特林发动机的发展斯特林循环热空气发动机不排废气,除燃烧室内原有的空气外,不需要其他空气,所以适用于都市环境和外层空间。
18世纪末和19世纪初,热机普遍为蒸汽机,它的效率是很低的,只有3%一5%左右,即有95%以上的热能没有得到利用。
直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述直线电机驱动的斯特林制冷机是一种新型的制冷技术,它利用了直线电机的优势和斯特林制冷循环的原理,实现了高效、环保的制冷效果。
本文将对直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计进行详细探讨。
直线电机是一种能够将电能转化为直线运动的电机,其结构与传统的旋转电机有所不同。
它由定子和推子组成,推子在定子的引导下直线运动。
相比于旋转电机,直线电机具有体积小、重量轻、寿命长、无噪音等优点,因此在各个领域得到了广泛应用。
斯特林制冷机是一种基于气体的制冷循环原理的制冷设备。
它利用气体的压缩与膨胀来实现制冷效果。
该制冷循环具有高效、稳定、无污染等特点,被广泛应用于冷链物流、制药、电子设备等领域。
直线电机驱动的斯特林制冷机将这两种技术结合在一起,借助直线电机的驱动力,实现了斯特林制冷机的工作。
通过合理的结构设计和控制策略,使得直线电机能够精确地驱动斯特林制冷机的各个部件,从而实现高效的制冷效果。
本文主要围绕直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计展开讨论。
首先介绍直线电机驱动的斯特林制冷机的基本原理和工作原理,以便读者对该技术有一个清晰的认识。
然后深入探讨直线电机的选型和设计要点,包括推子的材料选择、定子结构设计等方面。
最后总结本文的内容,并展望直线电机驱动的斯特林制冷机在未来的发展前景。
通过本文的研究和论述,读者可以对直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计有一个全面的了解,为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
同时也将为推动制冷技术的发展和创新做出一定的贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来进行叙述和分析直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计:第二章将重点介绍直线电机驱动的斯特林制冷机的原理和工作方式。
首先,将简要介绍斯特林制冷机的基本原理和传统的驱动方式。
然后,重点讲解直线电机作为一种全新驱动方式的优势和特点。
同时,将详细介绍直线电机在斯特林制冷机中的应用,并对其工作原理进行深入分析和解释。
斯特林制冷机用直线电机设计与测试郑文鹏;张洲;苏伟;鲁华【摘要】针对动磁式斯特林制冷机用直线电机的结构特点,给出了电机主要尺寸的估算方法.基于Maxwell磁场分析软件建立了一个算例样机的有限元模型,对该样机进行性能参数的仿真计算,同时提出了一种结构简单、易于操作的比推力测试方法.将计算结果与测试结果进行对比,两者十分吻合,验证了有关磁路、有限元计算方法及测试方法的有效性和准确性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2010(037)005【总页数】4页(P61-64)【关键词】斯特林制冷机;直线电机;动磁式【作者】郑文鹏;张洲;苏伟;鲁华【作者单位】中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海,200233;中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海,200233;中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海,200233;中国电子科技集团公司第二十一研究所,上海,200233【正文语种】中文【中图分类】TM302;TM359.40 引言随着空间技术的发展,直线式斯特林制冷机在卫星探测、遥感、通信等空间环境有越来越多的应用[1]。
直线式斯特林制冷机由直线电机驱动,压缩机和直线电机一体化设计,采用非接触式气体动密封,具有体积小、重量轻、寿命长的特点,特别适用于空间环境。
按照直线电机运动部件的不同,可分为动圈式、动磁式等结构。
文献[2]中给出了这两种结构的主要技术对比,尽管动磁式直线电机存在单边拉力大、技术难度高等问题,但与动圈式相比,动磁式结构具有推力大、引线简单、污染小、效率高等一系列优点,动圈式直线电机有逐渐被动磁式直线电机取代的趋势。
1 动磁式直线电机结构及主要尺寸估算1.1 动磁式直线电机结构特点动磁式直线电机主要由定子和动子两部分构成,其中定子部分主要为线圈和外铁心(定子磁轭),动子部分一般包括磁钢和内铁心(动子磁轭)。
根据定子和动子的结构,直线电机可进一步分为很多种[3],且分别具有不同的特点。
直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计一、引言斯特林制冷机是一种利用可逆循环原理制冷的热机设备。
它通过将工质在低温和高温工况下压缩和膨胀,从而实现制冷效果。
而直线电机则是一种将电能直接转换为机械能的设备,具有简单结构、高效率等优点。
将直线电机应用于斯特林制冷机的驱动系统中,可以提高系统的运行效率和稳定性。
本文将对基于直线电机驱动的斯特林制冷机的结构设计进行探讨。
二、直线电机驱动的斯特林制冷机结构设计1. 斯特林制冷机基本结构斯特林制冷机的基本结构包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四部分。
压缩机负责将低温工质压缩到高温高压状态,冷凝器将高温高压工质冷却至高压液态,膨胀阀将高压液态工质膨胀为低压液态,最后在蒸发器中吸收外界热量,实现制冷效果。
2. 直线电机驱动系统设计直线电机具有高速度、高效率和高精度等特点,适合用于驱动斯特林制冷机。
直线电机驱动系统设计应包括电机、传动系统、控制系统等部分。
电机选用高效率、高性能的直线电机,通过传动系统将电能传递到制冷机的压缩机上,控制系统可根据实际工况对电机进行精确控制。
3. 结构设计优化为提高直线电机驱动的斯特林制冷机的性能,需要对结构进行优化设计。
首先要设计合理的传动系统,确保电能传递的效率和稳定性;其次要优化制冷机的整体结构,减小系统的能耗和体积;最后要优化控制系统,实现对电机的精确控制。
4. 实验验证设计完成后,需要进行实验验证以验证系统的性能和稳定性。
通过实验可以对设计方案进行调整和改进,确保系统达到设计要求。
实验数据也可用于系统的性能评估和优化。
三、结论直线电机驱动的斯特林制冷机结构设计具有广阔的应用前景。
通过合理设计和优化,可以提高制冷机的性能和效率,进而降低能耗和减小体积。
未来,随着直线电机技术的进一步发展,直线电机驱动的斯特林制冷机将在制冷领域发挥更大的作用。
第二篇示例:直线电机驱动的斯特林制冷机是一种先进的制冷技术,它利用直线电机驱动系统使得其性能更加稳定和高效。
用于斯特林热机的动圈式直线电机设计与分析贾红书;洪国同;陈厚磊【摘要】In order to develop linear motor for free piston Stirling generator, moving coil linear motor structure was designed. Magnetic field of the motor was obtained by finite element simulation and testing, and the output characteristic were studied. The calculated results of magnetic field using the finite element software ANSYS meet the experimental results, and the results show that magnetic flux density a-chieved 626 mT at the air-gap is 6 mm. Experimental system for testing output characteristics of the moving coil motor was established. Output characteristics testing of moving coil linear motor was conducted. The results show that effective output voltage increases linearly with displacement at constant magnetic field strength, coil length and moving frequency. The slope is the function of coil impedance and external load. Moreover, the output voltage increases at load resistance under conditions of same input voltage at a constant coil displacement. The calculatied natrual frequency is 16. 5 Hz. The output current of the motor decreases with the increasing of work frequency away from the system natural frequency, and the efficiency of the system is 20% .%为了研制用于自由活塞斯特林发电机的直线电机,完成动圈式直线电机结构设计,模拟并测试电机磁场强度,对发电机的输出特性进行实验研究.采用有限元软件ANSYS计算电机的磁场密度,并与测试结果进行比较,气隙宽度为6 mm时,磁通密度为626 mT,计算结果与测试值一致;搭建动圈式发电机的输出特性测试系统,进行实验研究.实验结果表明,磁场中线圈长度和电机频率不变时,有效输出电压随线圈位移线性增大,斜率与线圈阻抗和外接负载有关;系统的固有频率计算值为16.5 Hz,当工作频率远离系统固有频率时,电机输出电流随工作频率的增大而变小,系统效率最高为20%.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2011(015)012【总页数】5页(P21-25)【关键词】动圈式直线电机;自由活塞斯特林发电机;磁通密度;输出特性;频率【作者】贾红书;洪国同;陈厚磊【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TM340 引言斯特林发动机是一种外部加热闭式循环的能量转化装置,具有同卡诺循环相同的热效率,可以采用多种外部热源,如液态燃料、煤、生物质能、太阳能、同位素热源以及多种余热能,通过工质的热力循环将热能转化为活塞运动的机械能。
30W小型气体轴承斯特林发电机设计与实验王波;孔中科;杨玉玲;侯光泽;刘昊;朱魁章;郭良珠【摘要】In order to meet the space exploration need of high efficiency and low mass power supply,an integral linear Stifling generator using gas bearing technology was designed and tested by experiment method.The adoption of gas bearing,moving magnet linear generator and high efficiency regenerator made the Stifling generator high efficient,long-life,small-volume and light-weight.An experiment prototype verified the accuracy of the simulation and design,which was only 1.3 kg in weight.The prototype produced 33.27 W electric power when the hot and cold ends were 625 ℃ and 20 ℃ respectively,with a net efficiency of 18.22%.%为满足未来中国空间探测对高效率、小型电源的需求,对小型线性整体式气体轴承斯特林发电机进行了设计和实验研究,发电机采用气体轴承支承活塞、采用动磁式直线电机和高效回热器等技术,使其具有效率高、寿命长、体积小和重量轻的优点.实验样机验证了仿真设计的准确性,实验样机质量仅1.3 kg,在热端温度625℃、20℃水冷散热时,得到33.27 W的电功率,净效率为18.22%.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】5页(P47-51)【关键词】斯特林发电机;气体轴承;高效率;高比功率【作者】王波;孔中科;杨玉玲;侯光泽;刘昊;朱魁章;郭良珠【作者单位】中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043;中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043;中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043;中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043;中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043;中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043;中国电子科技集团公司第十六研究所合肥230043;安徽省低温与制冷技术省级重点实验室合肥230043【正文语种】中文【中图分类】TB663气体轴承斯特林发电机是由气体轴承斯特林发动机与直线发电机耦合而成的高效发电装置。
斯特林热机的可行性分析与展望0 前言斯特林发动机(St ir ling engine)又叫热气机,是一种外部燃烧(加热)的封闭式活塞发动机,具有燃料来源广、效率高、污染小、噪音低和维修方便等优点,可以应用在许多领域内中作为清洁高效的动力机,对节能减排、保护环境有重要意义。
斯特林发动机对燃料的适应性很强,可用能源除了煤、石油、天然气外,还可以利用太阳能、原子能、化学能以及木材、秸秆等农林废弃物燃烧所放出来的热能。
斯特林发动机的热效率很高,理论上斯特林循环效率等于相同状态下的卡诺效率,实验表明斯特林发动机的实际有效效率可以达到32%~40%,最高甚至可达47%。
斯特林发动机运行的污染物排放少,作为外燃机燃料可以在足够的空气下连续燃烧,燃烧比较充分,与内燃机相比,排放的一氧化碳和碳氢化合物等有害气体大大减少。
斯特林发动机没有气阀机构,工质在汽缸内的压力变化接近正弦波形,而且燃烧不会产生的爆震和排气波,因而运转比较平稳,噪音比较小;例如STM生产的50kW的斯特林发动机在裸机工作时,1m处的噪音低于75dB。
斯特林发动机的运转比较平稳,扭矩比较均匀,超负荷能力强(可以在超负荷50%的情况下仍然能正常运转),相比之下内燃机超负荷能力只有5%~15%。
另外,斯特林发动机结构简单,比内燃机少40%的零部件,例如自由活塞式斯特林发动机只有密封的汽缸和两个活塞,没有容易出故障的气阀机构、高压喷油系统和需要良好润滑的活塞环,维修也比较方便。
本文将对斯特林发动机的发展历史进行回顾,并对斯特林发动机的特点和分析方法进行分析,指出斯特林发动机的关键技术和发展前景。
1 三种基本结构形式斯特林发动机主要由压缩腔、加热器、回热器、冷却器和膨胀腔组成,根据工作空间和回热器的配置方式上,可以分为,和三种基本类型,如图所示:(a)α型斯特林发动机(b)β型斯特林发动机(c)γ型斯特林发动机α型斯特林发动机的结构最简单,加热器、回热器、冷却器两侧配备了热活塞和冷活塞,热活塞负责工质的膨胀,冷活塞负责工质的压缩,当工质全部进入其中一个汽缸时,一个活塞固定,另一个活塞压缩或膨胀工质。
6KW斯特林发电机设计方案1. 斯特林发动机技术现状斯特林发动机始于1816年。
其后的若干年内,斯特林发动机的开发都没有实质进展。
直到上世纪30年代,具有实用价值的现代斯特林发动机才问世。
但结构复杂、体积庞大、密封困难等缺陷严重阻碍了其应用推广。
只用于潜艇等特殊领域!瑞典考库姆公司在该技术领域居领先地位。
装备世界海军的斯特林发动机都是采用该公司的技术方案。
美国STM公司选择斜盘输出的技术路线,也成功开发出斯特林发动机。
应用范围仍然有限。
自从上世纪三十年代荷兰菲利蒲斯发明现代斯特林发动机以来,通用汽车公司、福特公司、瑞典斯特林联合公司和德MAN公司分别于六十年代、七十年代购买此项专利。
在轿车和公共汽车上进行了大量试验,都因经济原因无法推广。
但是,斯特林发动机的发展潜力一直受到高度重视。
早在1974年,美国人R.W.Richardson分析比较了各类发动机的优缺点后的预言:斯特林发动机是很有前途的发动机!斯特林发动机的发展期待着结构的重大突破!2007年12月19日,结构更合理的斯特林可逆热机申报中国发明专利,2011年6月15日获中国发明专利(专利号200710050949.2)。
清除了阻碍斯特林发动机推广应用的所有障碍,使斯特林热机全面取代内燃机可以成为现实。
2011年1月31日申请中国发明专利的一种斯特林热机工况控制器(申请号201110035499.6)为斯特林发动机提供了可靠的控制系统。
《新型斯特林发动机设计理论研究》一文针对斯特林可逆热机的结构,采用施密特分析法,建立了相应设计理论模型,推导出了准确进行理论计算的功率计算公式;提出了停机角、运转角等技术新概念;从输出功和停机角、运转角差值的正负,确定斯特林可逆热机是用于发动机或制冷机,从理论上阐明了斯特林可逆热机的可逆性。
《斯特林发动机极限压力与平均温度关系探析》解决了施密特分析法理论计算必须的平均温度理论计算难题。
在这种技术条件下,相同功率的斯特林发动机比内燃机体积小,零件减少40%以上。