斯特林机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，与常见的内燃机相比具有结构相对简单、维护成本低、高效、低噪音和低排放运行特点，通常利用低品位太阳能或者燃烧的热能为驱动。在太阳能碟式发电技术中，斯特林机是系统的核心部件之一，其发展引起了全世界的广泛关注，是一个很有前景的研究方向。虽然斯特林机的发展得到了大量研究和实验，但是还存在着许多问题，需要进一步探索并解决。　　本文研究的斯特林机是以20 W为设计功率，在机型和驱动机构上选择单缸的β机型，并通过菱形机构作为驱动装置。斯特林机的设计主要对动力活塞、配气活塞、回热器丝网、水冷套管、菱形机构以及气缸整体部分进行了详细的分析和研究。设计的该小型斯特林机的额定转速为500 RPM，压力为0.1 MPa，热腔温度和冷腔温度分别875.15K和303.15K。总容积最大值为42.89 cm3，最小值为13.78 cm3，循环最大压力为0.2 MPa，循环指示功率为17.33 W。　　在该小型斯特林机的制冷性能研究中，实验选择空气和氦气为循环工质对比分析。结果表明两者的循环输入功、制冷量、放热量、制冷系数都随转速的提升而增加。提高电机转速对制冷过程有利。氦气在斯特林机的制冷过程更快，可在3min内完成制冷循环。氦气为循环介质的制冷量和制冷系数在450 RPM转速下可达到45W和1.38，循环输入功率为31.6W，放热量75.3W。而空气为介质的斯特林制冷循环在相同情况下的制冷量基本维持不变，制冷系数为0.83，循环输入功率为59.2 W，放热量108.2 W。　　斯特林热驱动实验选用氦气作为循环工质，且热端的电加热线圈功率在100-400W间变化。当此过程中选用电机作为辅助驱动时，斯特林机的输出功率变化范围为12.11-22.90W。在无电机辅助驱动情况下，斯特林机输出功率可达到23.56 W。各组实验中的放热量变化范围为45.08-105.06 W。该小型斯特林机具有热量排放少的特点。