CN103633807B - 凸极型线性马达及往复式双活塞压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种凸极型线性马达及往复式双活塞压缩机，此凸极型线性马达至少包含壳体、定子、动子及多数个线圈单元，此定子由中间定子铁芯及两侧定子铁芯构成，并且具有多数个磁极成对向内凸出。多数个线圈单元前后缠绕于磁极上，由此当依序施加电流于前后线圈单元时，经由缠绕在磁极上的线圈单元所产生的磁场，即经由磁极吸引动子沿着定子的中心轴向往复线性运动。此凸极型线性马达的两端还可连接具有双活塞的压缩机，使得压缩机缸体内的气体压缩或带动流体，构成由线性马达带动的往复式双活塞压缩机。

Description

凸极型线性马达及往复式双活塞压缩机

技术领域

本发明涉及一种凸极型线性马达及往复式双活塞压缩机，特别是有关于一种利用定子铁芯的磁极在定子中前后排列，以驱动前后磁极上的线圈所产生的磁场透过磁极吸引动子沿着定子的中心轴向往复线性运动的马达。此凸极型线性马达的两端还可连接具有双活塞的压缩机，使得压缩机缸体内的气体压缩或带动流体，构成由线性马达带动的往复式双活塞压缩机。

背景技术

传统旋转型切换式磁阻马达（Switched Reluctance Motor,SRM），利用封闭磁力线会走最小磁阻路径的特性，使得磁路中两导磁材料会朝最小磁阻方向移动，而推动可移动的导磁材料往固定导磁材料移动，产生互相吸引的磁吸力来作为马达驱动力矩的来源，由于此种转矩原理使得马达转子及定子呈现凸极状态，转子上无激磁场绕组合或为永久磁铁，只需导磁性佳的铁芯简易构造即可，大大降低构造成本，因此磁阻马达具有构造简单、体积小、可用于高转速应用场所等优点。

传统往复式压缩机需要较大的马达推力来达成气体的压缩循环或液体的带动，然而受限于压缩机整体体积限制，一般筒状型线型马达无法满足如此高驱动力的需求，唯有传统往复式压缩机才满足其足够驱动力，而传统往复式压缩机主要利用旋转式马达带动曲柄连杆(Crank)，经连杆机构推动活塞，使汽缸内气体压缩或带动流体，进而得到所需要的压力。

然而，此种传统旋转式马达所带动的往复式压缩机虽具有成本较低以及运作范围广等优点，但活塞压缩的过程中因旋转式马达带动直线运动的活塞会造成一侧向力，使汽缸壁磨损，间接导致噪音、振动及高机械损失等问题，影响整体系统效率，透过润滑剂虽可减缓上述问题，却衍生出润滑油污染压缩气体或流体等问题。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明其中一目的在于提供一种凸极型线性马达及往复式双活塞压缩机，利用定子的磁极前后排列方式配合驱动磁极上的线圈，以驱动凸极型动子往复线性运动，进而带动两端压缩机的活塞。本发明的线性马达来带动压缩机不仅定子磁极上成形线圈的磁通密度高，所产生的磁驱动力强外，凸极动子构造可使用导磁性佳的材料或永久磁铁，构造组件简单大量节省制造成本，且因动子运动方向为直线往复运动能够降低活塞运动时所造成的侧向力，亦可减少摩擦耗损，进一步达到高机械强度、低机械耗损、低噪音及高效率。

根据本发明的另一目的，本发明提出一种凸极型线性马达，此凸极型线性马达至少包含壳体、定子、动子及多数个线圈单元。

其中，定子设置于壳体中。此定子由中间定子铁芯及两侧定子铁芯构成，并且沿着定子的中心轴向连接。其中，中间定子铁芯及两侧定子铁芯更具有多数个磁极成对向内凸出。此外，中间定子铁芯的磁极位置分别对应于两侧定子铁芯的磁极位置，使得两侧定子铁芯的磁极沿着中心轴向交错排列或相对位置安置。进而将多数个线圈单元缠绕于前后磁极上。此外，中间定子铁芯可选择性地与两侧定子铁芯成一体，或者中间定子铁芯可与两侧定子铁芯中的一个成一体。

并且，此凸极型线性马达的动子具有轴杆及多数个凸极。其中，轴杆沿着中心轴向活动贯穿于定子。此凸极的数量与中间定子铁芯的磁极数量相同，而且凸极的位置对应于中间定子铁芯的磁极位置。则当依序施加电流于前后线圈单元时，经由前后缠绕在磁极上的前后线圈单元所产生的磁场，即透过磁极吸引动子沿着定子的中心轴向前后往复线性运动。其中，中间定子铁芯及两侧定子铁芯的材质为铁、硅钢片或导磁性材料，且动子的材质为铁、硅钢片、永久磁铁或导磁性材料。此外，此凸极型线性马达可以中间定子铁芯及/或两侧定子铁芯为单元延伸定子的长度，并将动子凸极长度配合增加，由此增加动子的运动行程。也可增加动子的凸极及定子铁芯磁极数量，以加强磁极对动子的磁吸力，使能够有效地提高马达的驱动力。

根据本发明的再一目的，提出一种具有凸极型线性马达的往复式双活塞压缩机。此具有凸极型线性马达的往复式双活塞压缩机至少包含壳体、定子、动子、多数个线圈单元及多数个压缩机缸体。

此凸极型线性马达还可连接多数个具有活塞的压缩机缸体。其中，压缩机缸体的活塞分别连接于动子的轴杆的两端，使压缩机缸体内气体压缩或带动流体。此外，压缩机缸体还包含多数个进气逆止阀门及多数个出气逆止阀门。利用此凸极型线性马达定子铁芯的前后磁极上的驱动线圈，将通入线圈中的电能透过磁能，直接转换成线性运动的机械能，无需额外的转换传动机构或机件，以直接驱动动子作往复线性运动不仅能够降低活塞运动时所造成的侧向力，亦可减少摩擦耗损，进一步达到高机械强度、低机械耗损、低噪音及高效率。

综上所述，依据本发明的凸极型线性马达的往复式双活塞压缩机，其可具有一或多个下述优点：

(1)本发明的凸极型线性马达可依照中间定子铁芯及两侧定子铁芯为单元延伸定子的长度，并将动子凸极长度配合增加，由此增加动子的运动行程。

(2)本发明的凸极型线性马达可增加动子的凸极数量及定子铁芯的磁极数量，以加强磁极对动子的磁吸力，进而能够有效地提高马达的驱动力。

(3)本发明的凸极型线性马达还可连接多数个具有活塞的压缩机缸体，利用此凸极型线性马达的动子的往复线性运动，不仅能够降低活塞运动时所造成的侧向力，还可减少摩擦耗损，进一步达到高机械强度、低机械耗损、低噪音及提高效率。

(4)本发明的凸极型线性马达不仅定子磁极上成形线圈的磁通密度高，所产生的磁驱动力强外，凸极动子构造可使用导磁性佳的材料或永久磁铁，构造组件简单大量节省制造成本。

(5)本发明的凸极型线性马达与两侧压缩机是隔离设计，两侧压缩机的压缩气体或液体并无流经马达本体中，马达磁力不受压缩气体或液体高温影响而致使驱动力下降，所以可设计成各种尺寸及各种压缩力的需求，并可使用在危险特殊化学气体或流体的传输上使用。

(6)本发明的凸极型线性马达构件单元简单，且定子线圈驱动凸极动子运动即为直接线性往复运动线性度极高，故压缩机可设计成无油润滑，为一项非常节能及高效率的设计。

附图说明

图1为本发明的凸极型线性马达的立体分解图。

图2为本发明的凸极型线性马达的前视图。

图3a为本发明的凸极型线性马达的施加电流于第一线圈单元的立体示意图。

图3b为本发明的凸极型线性马达的施加电流于第二线圈单元的立体示意图。

图4a为本发明的凸极型线性马达延伸定子长度并施加电流于第三线圈单元的立体示意图。

图4b为本发明的凸极型线性马达延伸定子长度并施加电流于第一线圈单元的立体示意图。

图4c为本发明的凸极型线性马达延伸定子长度并施加电流于第二线圈单元的立体示意图。

图5为本发明的凸极型线性马达的两端连接压缩机缸体的剖面图。

图6a为本发明的凸极型线性马达双活塞压缩机组两组串接活塞往两侧相对运动的剖面图。

图6b为本发明的凸极型线性马达双活塞压缩机组两组串接活塞往中间相对运动的剖面图。

图7为本发明的凸极型线性马达加强末端磁力的立体示意图。

附图标识说明：

100：中间定子铁芯；101：第一磁极单元；102：第二磁极单元；110：前定子铁芯；111：第三磁极单元；120：后定子铁芯；121：第四磁极单元；130：第一线圈单元；140：第二线圈单元；150：第三线圈单元；160：第四线圈单元；170：第五线圈单元；200：第三磁极；210：第一磁极；220：第二磁极；230：第四磁极；240：第五磁极；300：动子；310：凸极；320：轴杆；400：壳体；410：散热件；420：盖体；430：螺丝；500：压缩机缸体；510：活塞；520：进气逆止阀门；530：出气逆止阀门。

具体实施方式

以下将参考相关附图，说明根据本发明的凸极型线性马达及往复式双活塞压缩机的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。

本发明的凸极型线性马达在定子上配置前后的定子铁芯磁极，并在磁极上配置成形线圈，利用前后的线圈产生磁场，经由封闭磁力线会走最小磁阻路径的特性，使得动子会朝着最小磁阻的方向移动，进而构成线性运动的凸极型线性马达。并且利用此凸极型线性马达驱动双活塞双路进出流体或压缩气体设计的压缩机，以取代传统采用旋转马达配合连杆机构带动活塞的驱动方式。

请参考图1，图1为本发明的凸极型线性马达的立体分解图。此凸极型线性马达至少包含壳体400、定子、动子300及多数个线圈单元。

其中，定子设置于壳体400中，此壳体400上还设置多数个散热件410，此散热件410可例如为散热鳍片或其他可帮助壳体400散热的组件。并且利用多数个螺丝430及盖体420覆盖壳体400的两端。定子由中间定子铁芯100、前定子铁芯110及后定子铁芯120构成，且沿着定子的中心轴向连接。此中间定子铁芯100、前定子铁芯110及后定子铁芯120的材质可例如为铁、硅钢片或其他导磁性材料。此外，中间定子铁芯100可选择性地与前定子铁芯110及后定子铁芯120成一体，或者中间定子铁芯100可与前定子铁芯110或后定子铁芯120成一体。另外，本发明的凸极型线性马达可不配置中间定子铁芯100，直接沿着中心轴向交错排列或相对位置排列设计配置前定子铁芯110及后定子铁芯120的磁极。

中间定子铁芯100还具有第一磁极单元101及第二磁极单元102成对向内凸出，此第一磁极单元101及第二磁极单元102的数量可例如分别为两个、三个或四个，但不以此为限。前定子铁芯110及后定子铁芯120各具有第三磁极单元111及第四磁极单元121成对向内凸出，此第三磁极单元111及第四磁极单元121的数量可例如分别为两个、三个或四个，但不以此为限。此外，中间定子铁芯100的磁极的数量可例如分别为前定子铁芯110及后定子铁芯120的磁极的数量总和。也就是说，第一磁极单元101及第二磁极单元102的数量总和与第三磁极单元111及第四磁极单元121的数量总和相同。

第一磁极单元101的位置可例如对应于第四磁极单元121的位置，第二磁极单元102的位置可例如对应于第三磁极单元111的位置。使得第三磁极单元111及第四磁极单元121沿着定子的中心轴向交错排列。此外，第一线圈单元130缠绕于第二磁极单元102及第三磁极单元111上，而第二线圈单元140缠绕于第一磁极单元101及第四磁极单元121上。

此凸极型线性马达的动子300具有轴杆320及多数个凸极310。其中，动子300的材质可例如为铁、硅钢片、永久磁铁或其他导磁性材料。此凸极310的数量与中间定子铁芯100的磁极数量相同。也就是说，若第一磁极单元101及第二磁极单元102的数量总和为四个，则凸极310的数量即为四个。其中，轴杆320沿着中心轴向活动贯穿于定子，且此轴杆320凸出于盖体420。而凸极310的位置对应于第一磁极单元101及第二磁极单元102位置。

因此，当施加电流于第一线圈单元130时，经由缠绕于第二磁极单元102及第三磁极单元111上的第一线圈单元130所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第二磁极单元102及第三磁极单元111的位置移动。反之，当施加电流于第二线圈单元140时，经由缠绕于第一磁极单元101及第四磁极单元121上的第二线圈单元140所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第一磁极单元101及第四磁极单元121的位置移动。由此，当依序施加电流于第一线圈单元130及第二线圈单元140时，即驱动磁极吸引动子300沿着定子的中心轴向往复线性运动。

此外，此凸极型线性马达可依照中间定子铁芯100、前定子铁芯110及/或后定子铁芯120为单元延伸定子的长度，并将动子凸极310长度配合增加，由此增加动子300的运动行程。而且，此凸极型线性马达也可增加动子300的凸极310数量及定子铁芯的磁极数量，以加强磁极对动子300的磁吸力，能够有效地提高马达的驱动力。

请参考图1及图2，图2为本发明的凸极型线性马达的前视图。为使图面简洁，故未标识出壳体400、散热件410、盖体420及螺丝430。

此凸极型线性马达的第一线圈单元130缠绕于第二磁极单元102及第三磁极单元111上，而第二线圈单元140缠绕于第一磁极单元101及第四磁极单元121上。由此当依序施加电流于第一线圈单元130及第二线圈单元140时，以借由磁力驱动磁极吸引动子300沿着定子的中心轴向往复线性运动。

请参考图3a-3b，图3a-3b为本发明的凸极型线性马达的立体示意图。当此凸极型线性马达组合后，第二磁极单元102及第三磁极单元111共同构成第一磁极210，而第一磁极单元101及第四磁极单元121则共同构成第二磁极220。

因此，如图3a所示，当施加电流于第一线圈单元130时，经由缠绕于第一磁极210上的第一线圈单元130所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第一磁极210的位置移动。如图3b所示，当施加电流于第二线圈单元140时，经由缠绕于第二磁极220上的第二线圈单元140所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第二磁极220的位置移动。由此当依序施加电流于第一线圈单元130及第二线圈单元140时，即磁通经由磁极吸引动子300沿着定子的中心轴向往复线性运动。

请参考图3a-3b及图4a-4c，图4a-4c为本发明的凸极型线性马达延伸定子的长度的立体示意图。为使图面简洁，故未标识出壳体400、散热件410、盖体420及螺丝430。

此凸极型线性马达还可例如连接第三磁极200于第一磁极210前，第三线圈单元150缠绕于第三磁极200上。如图4a所示，当施加电流于第三线圈单元150时，经由缠绕于第三磁极200上的第三线圈单元150所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第三磁极200的位置移动。

如图4b所示，当施加电流于第一线圈单元130时，经由缠绕于第一磁极210上的第一线圈单元130所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第一磁极210的位置移动。

如图4c所示，当施加电流于第二线圈单元140时，经由缠绕于第二磁极220上的第二线圈单元140所产生的磁场，即吸引动子300沿着定子的中心轴向朝着第二磁极220的位置移动。

因此，当依序施加电流于第一线圈单元130、第二线圈单元140及第三线圈单元150时，即驱动磁极吸引动子300沿着定子的中心轴向往复线性运动，由此增加动子300的运动行程。

请参考图5，图5为本发明的凸极型线性马达的两端连接压缩机缸体的剖面图。以八个凸极310的动子300为例，此凸极型线性马达还可连接具有活塞510的压缩机缸体500，此压缩机缸体500上还可设置多数个散热件410，此散热件410可例如为散热鳍片或其他可帮助壳体400散热的组件。压缩机缸体500的活塞510可例如分别连接于动子300的轴杆320的两端，使压缩机缸体500内气体压缩或带动流体。

此压缩机缸体500还包含例如四个进气逆止阀门520及四个出气逆止阀门530。当施加电流于第一线圈单元130时，第一磁极210即吸引动子300带动两侧活塞510往左压缩，使得两侧压缩机缸体500左下的出气逆止阀门530开启，进而压缩气体或流体由压缩机缸体500左下的出气逆止阀门530排出。同时，两侧压缩机缸体500右上的进气逆止阀门520因压缩机缸体500内部形成负压，进而开启压缩机缸体500右上的进气逆止阀门520，使得气体或流体由压缩机缸体500右上的进气逆止阀门520进入压缩机缸体500中。

当施加电流于第二线圈单元140时，第二磁极220即吸引动子300带动两侧活塞510往右压缩，使得两侧压缩机缸体500右下的出气逆止阀门530开启，进而压缩气体或流体由压缩机缸体500右下的出气逆止阀门530排出。同时，两侧压缩机缸体500左上的进气逆止阀门520因压缩机缸体500内部形成负压，进而开启压缩机缸体500左上的进气逆止阀门520，使得气体或流体由压缩机缸体500左上的进气逆止阀门520进入压缩机缸体500中。

因此，利用此凸极型线性马达的动子300的往复线性运动，不仅能够降低活塞510运动时所造成的侧向力，还可减少摩擦耗损，进一步达到高机械强度、低机械耗损、低噪音及高效率。本发明的线性马达带动往复式双活塞压缩机还可设计成高低压缩机型式，并且可应用于电动车冷气、除湿机、冷饮机、冰水机、各类型电冰箱、家用冷气、各类型制冷压缩机、各类家电、空气压缩机、各类空调压缩机、工业用压缩机或需具有往复运动压缩系统的驱动源。

此外，请参考图6a-6b，为防止单组两端连接压缩机缸体500的凸极型线性马达所产生的震动，可将两组两端连接压缩机缸体的凸极型线性马达500串接，并且安排两组活塞510相对运动，以抵消因活塞往复运动所造成的震动，进而达到力量平衡减震功能。

请参考图7，图7为本发明的凸极型线性马达加强末端磁力的立体示意图。以八个凸极的动子为例，在第二磁极220的前端还可设置第四磁极230，而且第四线圈单元160缠绕于第四磁极230上。此外，第一磁极210的末端还可设置第五磁极240，而且第五线圈单元170缠绕于第五磁极240上。

当同时施加电流于第一线圈单元130及第四线圈单元160时，第一磁极210及第四磁极230即吸引动子沿着定子的中心轴向朝着第一磁极210及第四磁极230的位置移动。反之，当同时施加电流于第二线圈单元140及第五线圈单元170时，第二磁极220及第五磁极240即吸引动子沿着定子的中心轴向朝着第二磁极220及第五磁极240的位置移动。

因此，利用第四磁极230及第五磁极240分别设置于此凸极型线性马达的前端及末端，可加强前端及末端的磁力，以增强马达两端定位的驱动力。

以上所述仅为举例说明，而并非为限制本发明。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求中。

Claims (8)

1.一种凸极型线性马达，其特征在于，包含:

壳体；

定子设置于所述壳体中，所述定子由中间定子铁芯及两侧定子铁芯构成，且沿着所述定子的中心轴向连接，所述中间定子铁芯及所述两侧定子铁芯还具有多数个磁极成对向内凸出；

多数个线圈单元缠绕在所述多数个磁极上，所述多数个线圈单元具有第一线圈单元与第二线圈单元，第一线圈单元缠绕于所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯中的一个定子铁芯的所述多数个磁极；第二线圈单元缠绕于所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯中的另一个定子铁芯的所述多数个磁极；以及，

动子，所述动子具有轴杆及多数个凸极，其中所述轴杆沿着所述中心轴向活动贯穿于所述定子，由此当依序施加电流于所述线圈单元时，经由缠绕在所述多数个磁极上的所述多数个线圈单元所产生的磁场，驱动所述多数个磁极吸引所述动子沿着所述定子的所述中心轴向往复线性运动；

所述中间定子铁芯的所述多数个磁极位置分别对应于所述两侧定子铁芯的所述多数个磁极位置，使得所述两侧定子铁芯的所述多数个磁极沿着所述中心轴向交错排列。

2.如权利要求1所述的凸极型线性马达，其特征在于，所述动子上所述多数个凸极的数量与所述中间定子铁芯的所述多数个磁极数量相同，且所述多数个凸极的位置对应于所述中间定子铁芯的所述多数个磁极位置，而所述中间定子铁芯及所述两侧定子铁芯的材质为导磁性材料，所述导磁性材料包含铁或硅钢片。

3.如权利要求1所述的凸极型线性马达，其特征在于，所述动子的材质为永久磁铁或导磁性材料，所述导磁性材料包含铁或硅钢片。

4.如权利要求1所述的凸极型线性马达，其特征在于，所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯成一体，或者所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯中的一个成一体。

5.一种具有凸极型线性马达的往复式双活塞压缩机，其特征在于，包含:

壳体；

定子设置于所述壳体中，所述定子由中间定子铁芯及两侧定子铁芯构成，且沿着所述定子的中心轴向连接，所述中间定子铁芯及所述两侧定子铁芯还具有多数个磁极成对向内凸出；

多数个线圈单元缠绕在所述多数个磁极上，所述多数个线圈单元具有第一线圈单元与第二线圈单元，第一线圈单元缠绕于所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯中的一个定子铁芯的所述多数个磁极；第二线圈单元缠绕于所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯中的另一个定子铁芯的所述多数个磁极；

动子，所述动子具有轴杆及多数个凸极，其中所述轴杆沿着所述中心轴向活动贯穿于所述定子，由此当依序施加电流于所述多数个线圈单元时，经由缠绕在所述多数个磁极上的所述多数个线圈单元所产生的磁场，驱动所述多数个磁极吸引所述动子沿着所述定子的所述中心轴向往复线性运动；以及，

多数个具有活塞的压缩机缸体，其中所述多数个压缩机缸体的所述多数个活塞分别连接于所述动子的所述轴杆两端；

所述中间定子铁芯的所述多数个磁极位置分别对应于所述两侧定子铁芯的所述多数个磁极位置，使得所述两侧定子铁芯的所述多数个磁极沿着所述中心轴向交错排列。

6.如权利要求5所述的往复式双活塞压缩机，其特征在于，所述动子上所述多数个凸极的数量与所述中间定子铁芯的所述多数个磁极数量相同，且所述多数个凸极的位置对应于所述中间定子铁芯的所述多数个磁极位置。

7.如权利要求5所述的往复式双活塞压缩机，其特征在于，所述多数个压缩机缸体还包含多数个进气逆止阀门及多数个出气逆止阀门。

8.如权利要求5所述的往复式双活塞压缩机，其特征在于，所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯成一体，或者所述中间定子铁芯与所述两侧定子铁芯中的一个成一体。