CN103762816B - 斯特林制冷机用动磁式直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及斯特林制冷机用动磁式直线电机。所述的外磁极为分体结构，由两个半圆形磁极拼合而成，外磁极上设有内侧引线孔与外侧引线孔，同时外磁极的外侧圆周上开设有固定孔，外磁极的内侧圆周上开有减少涡流损失的豁口槽，外磁极内部设有放置漆包线线圈组件的布线槽，所述的内磁极粘结于气缸体的外径上。本发明的外磁极由两个半圆形磁极拼装而成，易于安装和固定，同时外磁极上设置的内、外侧引线孔与线圈骨架出线孔的配合可以方便电机引线，外侧圆周开有固定孔可用于外磁极的牢固定位并减轻了重量，内侧圆周开设的豁口槽可减少涡流损失，内磁极直接粘接在气缸体外径上，减轻了动子质量，从而使电机的比推力增大，效率提升。

Description

斯特林制冷机用动磁式直线电机

技术领域

本发明涉及一种斯特林制冷机，具体涉及一种斯特林制冷机用动磁式直线电机。

背景技术

随着红外探测技术、高温超导技术、生命科学技术、航空及航天技术的飞速发展，对小型低温制冷机的需求不断增加，尤其对制冷机体积小、重量轻、高效率、可靠性的要求越来越高。相对于传统的旋转电机驱动的往复式活塞压缩电机，直线压缩机可获得更高的效率和更长的寿命，同时具有紧凑性、轻型化、效率高的优点，因此在低温制冷中获得了较多应用，直线压缩机的性能很大程度上取决于直线电机的性能，因此对高效直线电机技术的需求日益迫切。

直线电机主要有直线步进电机、直线同步振荡电机、复合次级直线电机等三种类型，在斯特林制冷机和斯特林脉管制冷机的直线压缩机中所使用的直线电机一般为直线同步振荡电机。直线同步振荡电机利用了电磁力及机械共振原理，直接推移活塞往复振动进行工作，按照电磁驱动方式又可以分为动圈式、动铁式和动磁式，其基本特征区别在于运动部件是线圈、铁芯或者是磁铁。

动磁式直线电机的定子由内、外铁芯组成，外铁芯上缠绕环形励磁线圈，在端部形成磁极，动子由永久磁铁组成，通过支撑件与弹簧、活塞连接。工作磁场由励磁线圈产生的交变磁场和永久磁铁产生的恒定磁场两部分组成，在两个磁场的互相作用下，产生轴向的驱动力，从而驱动活塞往复直线运动。这种电机相对于前两种电机结构紧凑，体积小，动力大，效率高，但是动磁式直线电机也存在动子质量较大，工质污染，可靠性不高，效率偏低，小体积与比推力不可同时兼顾等方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斯特林制冷机用动磁式直线电机，该直线电机动子质量小、比推力大，效率高，可靠性高且结构紧凑。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括外壳，外壳内设有动子，所述的动子的内部设有内磁极，动子的外部设有外磁极组件，所述的动子的两端分别设有第一、第二膜片弹簧，所述的第一膜片弹簧通过第一螺钉与动子相连，所述的第二膜片弹簧通过第二螺钉与外壳相连，所述的外磁极组件包括外磁极以及嵌合在外磁极内的漆包线线圈组件，漆包线线圈组件包括漆包线线圈、线圈骨架以及绝缘层，所述的漆包线线圈缠绕在线圈骨架上，绝缘层设置在漆包线线圈的外周，所述的外磁极通过第三螺钉固定于外壳上，且所述的外磁极为分体结构，由两个半圆形磁极拼合而成，外磁极上设有用于漆包线线圈引线的内侧引线孔与外侧引线孔，同时外磁极的外侧圆周上开设有固定孔，外磁极的内侧圆周上开有减少涡流损失的豁口槽，外磁极内部设有放置漆包线线圈组件的布线槽，所述的内磁极粘结于气缸体的外径上，且所述的内磁极上设有沿周向布置的细长槽，所述的气缸体的活塞通过第四螺钉固定于第二膜片弹簧上。

所述的动子由动子骨架、磁钢、磁钢套环和磁钢底部挡环组成，动子骨架的外径上粘结有圆环形的磁钢，所述的磁钢外周粘结有防止磁钢沿周向脱落的磁钢套环，所述的动子骨架上还焊接有防止磁钢下落的磁钢底部挡环。

所述的动子骨架由不锈钢材料制成，动子骨架上设有第一减重孔与减重槽，所述的第一减重孔与减重槽分别沿动子骨架的周向均匀布置多个，动子骨架的底部还设有第二减重孔和活塞定位孔，所述的活塞定位孔与气缸体的活塞相配合，所述的动子骨架上还设有与第一膜片弹簧相固定的螺纹孔。

所述的第一膜片弹簧的两侧分别设有第一外垫片与第一内垫片，所述的第二膜片弹簧的两侧分别设有第二外垫片与第二内垫片。

所述的磁钢径向充磁，其外磁极极性同为S，内磁极极性同为N，所述的磁钢由3-5对磁钢片组成。

所述的磁钢套环由不锈钢材料制成，其厚度为0.15mm－0.25mm。

所述的磁钢底部挡环由不锈钢材料制成，其厚度为0.4mm-0.6mm。

所述的外磁极由软磁合金材料制成。

所述的线圈骨架由非金属材料制成，且所述的线圈骨架上开设有出线孔，所述的漆包线线圈的直径为0.4mm-0.6mm。

由上述技术方案可知，本发明的外磁极由两个半圆形磁极拼装而成，易于安装和固定，同时外磁极上设置的内、外侧引线孔与线圈骨架出线孔的配合可以方便电机引线，外侧圆周开有固定孔可用于外磁极的牢固定位并减轻了重量，内侧圆周开设的豁口槽可减少涡流损失，内磁极直接粘接在气缸体外径上，减轻了动子质量，从而使电机的比推力增大，效率提升，同时由于运动惯性质量减小从而使制冷机的振动减小，提高了制冷机运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明内磁极的结构示意图；

图3是本发明动子的结构示意图；

图4是本发明磁钢的结构示意图；

图5是本发明第一膜片弹簧的结构示意图；

图6是本发明第二膜片弹簧的结构示意图；

图7是本发明外磁极的结构示意图；

图8是图7的A－A剖视图；

图9是本发明漆包线线圈组件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1、图2、图5、图6、图7、图8、图9所示的一种斯特林制冷机用动磁式直线电机，包括外壳1，外壳1内设有动子，动子的内部设有内磁极2，动子的外部设有外磁极组件，动子的两端分别设有第一、第二膜片弹簧3、4，第一膜片弹簧3通过第一螺钉51与动子相连，第二膜片弹簧4通过第二螺钉52与外壳1相连，外磁极组件包括外磁极61以及嵌合在外磁极61内的漆包线线圈组件，漆包线线圈组件包括漆包线线圈62、线圈骨架63以及绝缘层64，漆包线线圈62缠绕在线圈骨架63上，绝缘层64设置在漆包线线圈62的外周，外磁极61通过第三螺钉53固定于外壳1上，且外磁极61为分体结构，由两个半圆形磁极拼合而成，外磁极61上设有用于漆包线线圈62引线的内侧引线孔65与外侧引线孔66，同时外磁极61的外侧圆周上开设有固定孔67，外磁极61的内侧圆周上开有减少涡流损失的豁口槽68，外磁极61内部设有放置漆包线线圈组件的布线槽69，内磁极2粘结于气缸体7的外径上，且所述的内磁极2上设有沿周向布置的细长槽21，气缸体7的活塞71通过第四螺钉54固定于第二膜片弹簧4上。内磁极2上开设的细长槽21可以减少内磁极质量，内磁极粘结在气缸体的外径上，从而可以减小动子的质量，使电机的比推力增大，效率提升，同时由于运动惯性质量减小从而使振动减小，制冷机可靠性增加。

进一步的，如图3所示，动子由动子骨架81、磁钢82、磁钢套环83和磁钢底部挡环84组成，动子骨架81的外径上粘结有圆环形的磁钢82，磁钢82外周粘结有防止磁钢82沿周向脱落的磁钢套环83，动子骨架81上还焊接有防止磁钢82下落的磁钢底部挡环84。具体说就是磁钢套环83粘结在磁钢82上起到固定磁钢82的作用，防止运动过程中磁钢82向四周方向脱落，磁钢底部挡环84焊接在动子骨架81上，防止运动过程中磁钢82向底部脱落。

更进一步的，磁钢套环83由不锈钢材料制成，为减少对磁场的影响同时考虑到牢固度的问题，优选的，磁钢套环83的厚度为0.15mm－0.25mm。磁钢底部挡环84由不锈钢材料制成，优选的，为减少质量的同时考虑到牢固度的问题，磁钢底部挡环的厚度为0.4mm-0.6mm。通过磁钢套环、磁钢底部挡环的进一步作用，增加了电机的工作寿命和可靠性。

进一步的，动子骨架81由不锈钢材料制成，动子骨架81上设有第一减重孔85与减重槽86，第一减重孔85与减重槽86分别沿动子骨架81的周向均匀布置多个，动子骨架81的底部还设有第二减重孔87和活塞定位孔88，活塞定位孔88与气缸体的活塞71相配合，动子骨架81上还设有与第一膜片弹簧3相固定的螺纹孔89。

进一步的，第一膜片弹簧3的两侧分别设有第一外垫片31与第一内垫片32，第二膜片弹簧4的两侧分别设有第二外垫片41与第二内垫片42。也就是第四螺钉穿过第二膜片弹簧的内径与气缸体的活塞连接，第二膜片弹簧与第二外垫片、第二内垫片交叠在一起并通过第二螺钉固定于外壳上，第一膜片弹簧与第一外垫片、第一内垫片交叠在一起并通过第一螺钉与动子骨架上的螺纹孔89连接。通过与第一、第二膜片弹簧的连接固定，可确保动子、活塞的准确牢固定位，防止径向运动。

进一步的，如图4所示，磁钢82径向充磁，其外磁极极性同为S，内磁极极性同为N，磁钢82由3-5对磁钢片组成。

更进一步的，外磁极61由软磁合金材料制成。

更进一步的，线圈骨架63由非金属材料制成，且线圈骨架63上开设有出线孔6，出线孔方便漆包线线圈的内侧出线，安装时出线孔与内侧引线孔65配合以方便出线，同时漆包线线圈整体嵌入到布线槽中，可大大减少工质污染。优选的，漆包线线圈62的直径为0.4mm-0.6mm。

本发明的有益效果在于：

1、外磁极由两个半圆形磁极拼装而成，易于安装和固定，同时外磁极上设置的内、外侧引线孔与线圈骨架出线孔的配合可以方便电机引线，外侧圆周开有固定孔可用于外磁极的牢固定位并减轻了重量，内侧圆周开设的豁口槽可减少涡流损失，内磁极直接粘接在气缸体外径上，减轻了动子质量，从而使电机的比推力增大，效率提升，同时由于运动惯性质量减小从而使电机的振动减小，提高了电机运行的可靠性。

2、动子骨架的侧面开设有第一减重孔、减重槽，底部开有第二减重孔，减轻了动子的质量，同时动子骨架的活塞定位孔及固定活塞的螺纹孔可使活塞、动子准确定位；磁钢采用高能永磁材料做成，用胶粘结在动子骨架外侧，同时通过磁钢套环与磁钢底部挡环的作用，可保证磁钢不易脱落，从而增强电机的可靠性，再通过与第一、第二膜片弹簧的连接固定，可确保动子、活塞准确牢固定位，防止径向运动。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：包括外壳（1），外壳（1）内设有动子，所述的动子的内部设有内磁极（2），动子的外部设有外磁极组件，所述的动子的两端分别设有第一、第二膜片弹簧（3、4），所述的第一膜片弹簧（3）通过第一螺钉（51）与动子相连，所述的第二膜片弹簧（4）通过第二螺钉（52）与外壳（1）相连，所述的外磁极组件包括外磁极（61）以及嵌合在外磁极（61）内的漆包线线圈组件，漆包线线圈组件包括漆包线线圈（62）、线圈骨架（63）以及绝缘层（64），所述的漆包线线圈（62）缠绕在线圈骨架（63）上，绝缘层（64）设置在漆包线线圈（62）的外周，所述的外磁极（61）通过第三螺钉（53）固定于外壳（1）上，且所述的外磁极（61）为分体结构，由两个半圆形磁极拼合而成，外磁极（61）上设有用于漆包线线圈（62）引线的内侧引线孔（65）与外侧引线孔（66），同时外磁极（61）的外侧圆周上开设有固定孔（67），外磁极（61）的内侧圆周上开有减少涡流损失的豁口槽（68），外磁极（61）内部设有放置漆包线线圈组件的布线槽（69），所述的内磁极（2）粘结于气缸体（7）的外径上，且所述的内磁极（2）上设有沿周向布置的细长槽（21），所述的气缸体（7）的活塞（71）通过第四螺钉（54）固定于第二膜片弹簧（4）上。

2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的动子由动子骨架（81）、磁钢（82）、磁钢套环（83）和磁钢底部挡环（84）组成，动子骨架（81）的外径上粘结有圆环形的磁钢（82），所述的磁钢（82）外周粘结有防止磁钢（82）沿周向脱落的磁钢套环（83），所述的动子骨架（81）上还焊接有防止磁钢（82）下落的磁钢底部挡环（84）。

3.根据权利要求2所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的动子骨架（81）由不锈钢材料制成，动子骨架（81）上设有第一减重孔（85）与减重槽（86），所述的第一减重孔（85）与减重槽（86）分别沿动子骨架（81）的周向均匀布置多个，动子骨架（81）的底部还设有第二减重孔（87）和活塞定位孔（88），所述的活塞定位孔（88）与气缸体的活塞（71）相配合，所述的动子骨架（81）上还设有与第一膜片弹簧（3）相固定的螺纹孔（89）。

4.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的第一膜片弹簧（3）的两侧分别设有第一外垫片（31）与第一内垫片（32），所述的第二膜片弹簧（4）的两侧分别设有第二外垫片（41）与第二内垫片（42）。

5.根据权利要求2所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的磁钢（82）径向充磁，其外磁极极性同为S，内磁极极性同为N，所述的磁钢（82）由3-5对磁钢片组成。

6.根据权利要求2所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的磁钢套环（83）由不锈钢材料制成，其厚度为0.15mm－0.25mm。

7.根据权利要求2所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的磁钢底部挡环（84）由不锈钢材料制成，其厚度为0.4mm-0.6mm。

8.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的外磁极（61）由软磁合金材料制成。

9.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用动磁式直线电机，其特征在于：所述的线圈骨架（63）由非金属材料制成，且所述的线圈骨架（63）上开设有出线孔（6），所述的漆包线线圈（62）的直径为0.4mm-0.6mm。