CN101621239B - 活塞式声电电声换能电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活塞式声电电声换能电机，包括端盖，还包括：固定在所述端盖中央凹槽内的半轴主轴，沿所述半轴主轴轴向放置的回转体支架，设置于所述回转体支架内套设在半轴主轴上的直线轴承，设置于所述回转体支架外圆周的定子模块，以及设置于所述半轴主轴的轴向方向与所述回转体支架相连接的活塞机构。通过改良的定子模块具有结构可扩展的特性，能使相应电机的功率也随其结构的变化而变化，便于在制造的过程中根据市场的需求仅通过简单的组装就可以生产出对应不同功率的不同型号的电机；并利用半轴主轴结构所特有的较小的背腔空间所提供的较强气体弹性，实现了高频大振幅低损耗的谐振，可以最大化利用和产生压力波来产生电能或驱动热声装置。

Description

活塞式声电电声换能电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种活塞式声电电声换能电机。 

背景技术

在现有电机技术中，其定子、动子均为一次成型，规格固定，但还是要不断生产出各种型号的电机以满足不同的电机功率的需求。随着这种需求的不断增加，这无疑给制造对应不同功率的各种型号的电机模型带来技术上的难题，导致了研发成本的不断增加，并且使其生产周期也不可避免的延长。 

其次，在当今电机技术领域中，直线电机具有机械结构简单，运动部件的小型化等优点，但现有直线发电机技术中常用板簧作为直线运动的支撑，板簧小振幅不能满足电机的性能要求，板簧大振幅则会使板簧材料疲劳，容易缩短板簧的使用寿命。如果既要延长板簧的使用寿命，又要板簧的振幅达到电机性能的要求，只能使用体积相对较大的板簧，这样的板簧所占用空间较大，导致了电机背腔容积也相应增大，不能达到缩小电机整体体积的目的。 

再者，根据电机理论中的可逆原理，同一台电机不仅能做发电机运行而且能做为电动机驱动其他装置，但是作为原动机的电动机在工作的过程中，也会产生其他形式的能量，如波能(压力波)，由于现有电机的结构局限而不能充分最大化这种能量，致使这种能量不能被热声电机等运用热声效应的装置有效的利用，造成了能源的浪费。 

发明内容

本发明的目的是，针对现有电机的上述缺陷，提供一种活塞式声电电声换能电机，具有改良的模块化定子结构，在制造的过程中能根据市场对不同功率电机的需求仅通过简单组装便可得到不同型号的电机，降低了生产成本，缩短了生产周期；利用半轴主轴结构所特有的较小的背腔空间所提供的较强气体弹性，达到了电机具有有效利用和大量产生压力波的目的；同时利用直线轴承在体积相对偏小的背腔内可以实现高速的、低磨损的直线运动满足了电机的性能需求，延长了电机的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种活塞式声电电声换能电机，包括端盖，所述活塞式声电电声换能电机还包括：固定在所述端盖中央凹槽内的半轴主轴，沿所述半轴主轴轴向放置的回转体支架，设置于所述回转体支架内套设在半轴主轴上的直线轴承，设置于所述回转体支架外圆周的定子模块，以及设置于所述半轴主轴的轴向方向与所述回转体支架相连接的活塞机构；上述直线轴承一端的表面圆周外侧接触所述回转体支架内部的圆环台阶表面，。 

所述设置于所述回转体支架外圆周的定子模块为多个，所述回转体支架外圆周固定有带有磁铁的铁心，多个所述定子模块与均匀固定在回转体支架外圆周的带有磁铁的铁心相对应。 

所述定子模块包括：一个定子铁心，固定所述定子铁心的定子外壳，所述定子外壳包括： 

第一定子外壳，其上设有锥体凹槽，第二定子外壳，其上设有锥体凸起； 

所述第一定子外壳上的锥体凹槽用于与活塞缸上的锥体凸起或前一定子模块的第二定子外壳的锥体凸起结合； 

所述第二定子外壳上的锥体凸起用于与后一定子模块的第一定子外壳的锥体凹槽结合。 

所述活塞机构包括：固定在所述回转体支架一端的活塞，所述活塞的圆环表面接触所述直线轴承另一端的表面圆周外侧，所述活塞机构还包括与所述活塞套设连接的活塞缸。 

所述直线轴承为单层直线轴承、多层直线轴承、气体轴承或磁轴承。 

本发明利用直线轴承，由于直线轴承在体积相对偏小的空间内相比移动 同样距离的板簧而不易疲劳，并且可以满足电机的性能需求，所以实现了电机具有更小体积、更长使用寿命的目的；同时针对现有电机技术中，对不同功率电机的需求问题，本发明改良了定子结构，使其具有可拆卸的模块化结构特征，制造过程中仅需通过简单的组装就可以生产出不同型号不同功率的电机，降低了制造的生产成本，缩短了制造的生产周期；再者利用半轴主轴结构所特有的较小的背腔空间所提供气体弹性，实现高频大振幅低损耗的谐振，可以最大化利用热声装置产生的压力波驱动而产生电力，根据电机理论中的可逆原理电机本身也可以利用半轴主轴结构所特有的较小的背腔空间所提供气体弹性的特点产生直线压力波来驱动热声装置。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1a为本发明实施例活塞式声电电声换能电机纵截面示意图； 

图1b为本发明实施例活塞式声电电声换能电机立体示意图； 

图1c为本发明实施例活塞式声电电声换能电机横截面俯视图。 

附图标记说明： 

1-活塞缸；       2-活塞；         3-定子模块；     4-定子外壳； 

5-第一弹簧；     6-半轴主轴；     7-磁铁；         8-直线轴承； 

9-定子铁心；     10-接线端子；    11-铁心；        12-第二弹簧； 

13-端盖；        14-回转体支架；  15-顶盖；        16-活塞机构； 

41-第一定子外壳；42-第二定子外壳。 

具体实施方式

图1a为本发明实施例活塞式声电电声换能电机纵截面示意图；图1b为本发明实施例活塞式声电电声换能电机立体示意图；图1c为本发明实施例活塞式声电电声换能电机横截面俯视图。 

如图1a所示，本发明实施例中的活塞式声电电声换能电机包括端盖13，还包括：固定在端盖13中央的凹槽内的半轴主轴6，沿所述半轴主轴6轴向套设的回转体支架14，设置于回转体支架14内套设在半轴主轴6上的直线轴承8，直线轴承8一端的表面圆周外侧接触所述回转体支架14内部的圆环台阶表面，设置于回转体支架14外圆周的定子模块3，以及设置于半轴主轴6的轴向方向，与回转体支架14相连接的活塞机构16。 

如图1a和图1b所示，围设在所述直线轴承8外的回转体支架14沿外圆周均匀固定有带有磁铁7的铁心11，其中铁心11为瓦片状铁心。定子模块3包括：一个定子铁心9，固定所述定子铁心的定子外壳4；在实际应用中，定子铁心9可以用硅钢片，定子铁心9的一半结构固定在定子外壳4内；定子外壳4包括： 

第一定子外壳41，其上设有锥体凹槽，第二定子外壳42，其上设有锥体凸起； 

所述第一定子外壳41上的锥体凹槽用于与所述活塞缸1上的锥体凸起或前一定子模块的第二定子外壳42的锥体凸起结合； 

所述第二定子外壳42上的锥体凸起用于与后一定子模块的第一定子外壳41的锥体凹槽结合。 

如图1a，其中定子铁心9的一半结构固定在第一定子外壳41和第二定子外壳42所组成的凹槽内；定子铁心9另一半结构绕有金属绕组的部分通过树脂灌封的方式密封起来，形成完整的定子模块3。定子模块3外部圆柱体有翅片结构，成层状分布，具有散热的作用。 

定子模块3的第一定子外壳41上表面有一锥体凹槽，其旁边有一正方体凹槽；第二定子外壳42下表面对应第一定子外壳41上表面的位置有一锥体凸起，其旁边与正方体的凸起，用于上下两层定子组通过对应的凸起和凹槽结构结合在一起时，准确地定位。 

带有磁铁7的铁心11形成永磁铁，在其所在圆周上形成多级磁路。 

如图1b、1c所示，定子模块3为12个，在实际应用中，根据定子模块的大小配合使用，沿圆周设置于回转体支架14外圆周，与沿圆周固定在回转体支架14外圆周的带有磁铁7的铁心11相对应，一个带有磁铁7的铁心11可与一个或多个定子铁心9对应设置。 

活塞式声电电声换能电机的活塞机构16包括：固定在回转体支架14一端的活塞2，活塞2的圆环表面接触直线轴承8另一端的表面圆周外侧，与活塞2套设连接的活塞缸1，以及第一弹簧5，第一弹簧5一端连接顶盖15，另一端连接活塞2，并置于顶盖15和活塞2之间的空间内。 

活塞式声电电声换能电机，还包括：第二弹簧12，一端连接所述回转体支架14的另一端，另一端连接所述端盖13，并置于端盖13和回转体支架14之间的空间内。 

直线轴承8可采用单层直线轴承、多层直线轴承、气体轴承或磁轴承。在实际应用中，单层的直线轴承在振幅较大、频率较高的工作状况下，由于带有滚珠的保持架在轨道上相对位移较长，而不能承受高线速度带来的温升以及高线速度和高换向加速度而产生的滚珠滑动摩擦的问题，致使采用直线轴承的机械的整体性能和寿命受到了限制。本发明实施例一的活塞式声电电声换能电机采用了多层直线轴承作为其动子模块运动时的支撑。 

在日常生产生活中，根据定子模块3可以拆卸和组装的模块化结构，可以增加定子模块3的在纵向的层数；回转体支架14也随定子模块3纵向层数的增加相应选择不同长度的型号，随之半轴主轴6选择增加长度的型号，在回转体支架14圆周上相对定子模块3的位置上相应固定增加瓦片状带有磁铁7的铁心11。 

在定子模块和其他零件相互配合增加或减少的情形下，根据电机的原理，则整个电机的功率也会相应增加或减少，以满足在制造的过程中仅通过简单的组装就可以生产出对应不同功率的不同型号的电机，降低了厂家的生产成本，缩短了生产周期。 

本发明的活塞式声电电声换能电机作为发电机使用时，原动机可以为热声电  动机，并利用半轴主轴结构6所特有的较小的背腔空间所提供的较强气体弹性，实现了高频大振幅低损耗的谐振，可以最大化利用热声装置产生的压力波驱动而产生电力。其中由作为原动机的热声电动机产生声波即压力波推动活塞2运动从而使回转体支架14通过直线轴承8沿半轴主轴6做往复运动，定子模块3中定子铁心9上的绕组切割动子结构中带有磁铁7的铁心11所在圆周形成的多级结构磁路，产生感应电动势，这时如果接线端子10上有负载接入，则输出电能。原动机也可以为其他能量的原动机，例如热力发动机、水利发动机、风力发动机等。 

根据电机理论中的可逆原理，本发明活塞式声电电声换能电机作为电动机使用时，外接电能使回转体支架14沿半轴主轴6做直线运动，回转体支架14带动活塞2在所述顶盖15和所述活塞2的空间内往复运动，利用半轴主轴6结构所特有的较小的背腔空间所提供较强气体弹性的特点产生直线压力波，来驱动热声装置。 

因此，由上述技术方案可知，本发明活塞式声电电声换能电机采用直线轴承，电机能制造成相对较小的体积并获得相对较长的使用寿命。通过改良的定子模块具有结构可扩展的特性，能使相应电机的功率也随其结构的变化而变化，便于在制造过程中根据市场的需求仅通过简单的组装就可以生产出不同型号的电机，降低了生产成本，缩短了生产周期；并利用半轴主轴结构所特有的较小的背腔空间所提供气体弹性，实现了高频大振幅低损耗的谐振，可以最大化利用热声装置产生的压力波驱动而产生电力，根据电机理论中的可逆原理电机本身也可以利用半轴主轴结构所特有的较小的背腔空间所提供较强气体弹性的特点产生直线压力波来驱动热声装置。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (5)

1.一种活塞式声电电声换能电机，包括端盖，其特征在于，所述活塞式声电电声换能电机还包括：固定在所述端盖中央凹槽内的半轴主轴，沿所述半轴主轴轴向放置的回转体支架，设置于所述回转体支架内套设在半轴主轴上的直线轴承，设置于所述回转体支架外圆周的定子模块，以及设置于所述半轴主轴的轴向方向与所述回转体支架相连接的活塞机构；上述直线轴承一端的表面圆周外侧接触所述回转体支架内部的圆环台阶表面。

2.根据权利要求1所述的活塞式声电电声换能电机，其特征在于，所述设置于所述回转体支架外圆周的定子模块为多个，所述回转体支架外圆周固定有带有磁铁的铁心，多个所述定子模块与均匀固定在回转体支架外圆周的带有磁铁的铁心相对应。

3.根据权利要求2所述的活塞式声电电声换能电机，其特征在于，所述定子模块包括：一个定子铁心，固定所述定子铁心的定子外壳，所述定子外壳包括：

第一定子外壳，其上设有锥体凹槽，第二定子外壳，其上设有锥体凸起；

所述第一定子外壳上的锥体凹槽用于与活塞缸上的锥体凸起或前一定子模块的第二定子外壳的锥体凸起结合；

所述第二定子外壳上的锥体凸起用于与后一定子模块的第一定子外壳的锥体凹槽结合；

所述活塞机构包括：固定在所述回转体支架一端的活塞，所述活塞的圆环表面接触所述直线轴承另一端的表面圆周外侧，所述活塞机构还包括与所述活塞套设连接的活塞缸。

4.根据权利要求1或2所述的活塞式声电电声换能电机，其特征在于，所述活塞机构包括：固定在所述回转体支架一端的活塞，所述活塞的圆环表面接触所述直线轴承另一端的表面圆周外侧，所述活塞机构还包括与所述活塞套设连接的活塞缸。

5.根据权利要求4所述的活塞式声电电声换能电机，其特征在于，所述直线轴承为单层直线轴承、多层直线轴承、气体轴承或磁轴承。 

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