CN107040058A - 直线电机的定子及直线电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于直线压缩机电机的定子及直线电机和压缩机，定子为由弧形定子片组合而成。所述的定子是先将直定子片弯曲成弧形作为弧形定子片，再由该弧形定子片组合成定子。所述定子可以为内定子或外定子，内定子外圈可以设置一圈凹槽，外定子内侧圆周可以设置一凹槽。所述直线电机采用的内定子和外定子为前述内定子和外定子，或者前述内定子与常规外定子。所述压缩机采用的电机为前述直线电机。与现有技术相比，本发明直线电机定子的填充率可以接近100％。从而减少了定子中由于组合间隙而导致的磁损耗，提升了电机的效率。

Description

直线电机的定子及直线电机和压缩机

技术领域

本发明涉及制冷机领域，尤其是涉及一种直线电机的定子及使用该定子的直线电机及压缩机。

背景技术

直线压缩机采用直线电机直接驱动活塞做直线往复运动，相比较传统的旋转电机驱动的压缩机来说振动小、机械损耗小、效率高，而且结构简单。直线电机包括内定子、外定子和线圈，内定子与外定子之间具有一定的间隙，该间隙中间设置有磁石制作的动子，动子通过支架连接气缸中的活塞。当线圈通电时，内定子与外定子之间会产生磁场，在变化的电磁场的作用下，动子往复运动带动活塞在气缸中往复运动，压缩气缸中的气体，完成气体的压缩。

一般电机的定子由薄的平板钢剪切后拼装而成。薄的平板钢是大规模工业产品，非常便宜。一般做电机的为硅钢，也可用薄的普通钢板。直线压缩机电机的内定子包括绕一轴向圆周依次排列发散设置的若干定子片，每个定子片可由多个相同的定子片叠加构成，即形成定子叠片组。由于各个定子叠片组沿圆周依次排列设置，而定子片的厚度一样，故相邻的定子叠片组之间会形成一定的夹角，该夹角到内定子外周所形成的空间称为组合间隙。

如果假设一个理想定子是由金属填满的，其填充率为100％，那么由于组合间隙的存在，实际定子的填充率不到100％。

虽然可采用扇形定子片，使填充率接近100％，但这要特殊轧制，非常昂贵。

当电机通电工作时，内定子上的线圈接通交流电之后，内外定子之间会产生感应磁场，所述的组合间隙会形成导磁阻力而产生磁损耗，从而导致压缩机电机的效率的降低。

专利CN104333151A公开了一种直线压缩机的定子、直线电机及直线压缩机，该定子通过在相邻的第一定子片之间外侧部分设置第二定子片，并在相邻的第一定子片与第二定子片所围成的空隙中的至少有一个空隙设置填充片，从而，减少由于磁饱和导致的内外定子空隙的磁感应强度很难提高、压缩力提高困难的现象。专利CN103812286A公开了一种直线压缩机的定子、直线电机及直线压缩机，该定子，包括绕一轴向圆周依次排列发散设置的定子片，相邻定子片之间的组合间隙内设置导磁材料制作的定子填充片，定子填充片远离电机轴的外侧于定子外圆周处装配。但两个专利都没有从根本上解决组合间隙的问题，电极通电后，组合间隙依然会形成导磁阻力而导致磁损耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、磁损耗小的直线压缩机的定子及直线电机。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于直线电机的定子，其特征在于，所述的定子为由若干弧形定子片组合而成，若干弧形定子片组成一个圆环状的整体，弧形定子片所采用的形线是使定子的填充率大于90％的形线，或外径处定子片紧密排列(即相邻弧形定子片之间紧密贴合，基本无间隙，从而使定子的填充率大于90％)，接近100％。理论上无组合间隙。

所述的定子是先将直定子片弯曲成弧形作为弧形定子片，再由该弧形定子片组合成定子；弧形定子片所采用的形线是使定子外径处定子片紧密排列。也可以由定子片先组成定子片组，再由定子片组组合成定子，以利于安装线圈。

直定子片为常规钢片，如硅钢片，结构钢片等，外面既可涂绝缘漆也可不涂绝缘漆。也可用比钢有更高导磁率的材料。

相邻弧形定子片之间可以通过粘结或焊接等方式固定连接，相邻弧形定子片之间紧密贴合，理论上无组合间隙，从而减小导磁阻力，减少磁损耗。

上述定子可以为内定子，也可以为外定子。

定子为内定子时，其结构还可以为，组成内定子的弧形定子片外部开有凹槽，带有凹槽的弧形定子片组成一个外周上有一圈凹槽的内定子。

定子为外定子时，其结构还可以为，组成外定子的弧形定子片内侧开有凹槽，带有凹槽的弧形定子片组合成内侧圆周上形成凹槽的外定子。

一种直线电机，包括外定子，内定子，线圈，磁石，其特征在于，该直线电机采用的内定子或外定子为上述任一所述的定子：即内定子或外定子可以为由弧形定子片组合而成，也可以带有凹槽的内定子或外定子。

进一步地，直线电机采用的定子结构，还可以为：其中采用的内定子为由弧形定子片组合而成的内定子，或者外周上有一圈凹槽的内定子，外定子为直板式定子(即外定子为常规直定子片组合而成)。

进一步地，直线电机采用的定子结构，还可以为：内定子为由弧形定子片组合而成的内定子，或者外周上有一圈凹槽的内定子，外定子为由弧形定子片组合而成的外定子，或者内侧圆周上形成凹槽的外定子。

所述的线圈在外定子的凹槽内，所述的磁石在外定子与内定子之间的间隙内，磁石作为动子。

进一步地，所述的线圈在外定子的凹槽内，所述的磁石在内定子的凹槽内，磁石与内定子作为动子。

所述的动子设有两组，包括动子一和动子二，所述的动子一和动子二内侧磁极相异，线圈通电后，动子一和动子二受到相反的力，相对或反向运动。

所述的动子一和动子二内侧磁极相异为同一方向上，动子一的磁极为SN，动子二的磁极也为SN。

一种压缩机，包括直线电机，两组气缸，活塞和弹簧，其特征在于，直线电机为上述任一种直线电机，两组活塞分别位于两组气缸内，两组活塞分别连接两组弹簧和直线电机的两组动子，线圈通电后，两组动子受到相反的力相对运动或反向运动，带动两组活塞在气缸内相对运动或反向运动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可采用普通的平板钢板做定子，仅仅使钢板做些弯曲，从而使定子片之间紧密贴合，理论上基本无组合间隙，从而减小导磁阻力，磁损耗大幅度降低，使得直线电机的效率提高，从而保证直线压缩机的高效率工作。

这里我们把定子几何尺寸内完全由金属填充的理想定子作为填充率100％，那么本发明的定子填充率很容易超过90％，如果采用好的弧线，使一片定子片紧贴另一片定子片，其填充率会接近100％。

(2)本发明中内定子外周设有放置磁石的凹槽，外定子内周设有放置线圈的凹槽，使得内定子和磁石之间、外定子和线圈之间形成整体，无需额外固定装置。

(3)本发明避免了因组合间隙带来的使用额外辅助工具或材料的缺陷，降低了制造成本，结构也更加简单清楚。

(4)本发明通过将直线电机的动子设计为两个，且两个动子为磁铁或电磁铁或磁铁与电磁铁的合体，通过线圈通电，使两个动子的相邻侧的磁极相异，并产生吸引力相对运动，使两个动子受到相反的力，同步相对运动，从而自我平衡，大大减低了震动，而且降低了成本。

(5)将本发明直线电机用于压缩机中，两个动子运动从而带动活塞运动，从而压缩气缸产生压缩气体，由于活塞的运动是在磁力的作用下实现的，改变了传统机械运动，因此从根本上降低了震动。

附图说明

图1a为本发明第一种内定子片的主视示意图；

图1b为本发明第一种内定子片的左视示意图；

图2a为本发明第一种内定子的主视示意图；

图2b为本发明第一种内定子的左视示意图；

图3a为本发明第二种内定子的主视示意图；

图3b为本发明第二种内定子的左视示意图；

图4a为本发明第二种内定子片的主视示意图；

图4b为本发明第二种内定子片的左视示意图；

图5a为本发明第三种内定子的主视示意图；

图5b为本发明第三种内定子的左视示意图；

图6a为本发明第四种内定子的主视示意图；

图6b为本发明第四种内定子的左视示意图；

图7a为本发明第一种外定子片的主视示意图；

图7b为本发明第一种外定子片的左视示意图；

图8a为本发明第一种外定子的主视示意图；

图8b为本发明第一种外定子的左视示意图；

图9a为本发明第二种内定子与第一种外定子组成的定子的主视示意图；

图9b为本发明第二种内定子与第一种外定子组成的定子的左视示意图；

图10a为本发明第二种外定子片的主视示意图；

图10b为本发明第二种外定子片的左视示意图；

图11a为本发明外定子块的主视示意图；

图11b为本发明外定子块的左视示意图；

图12a为本发明第二种外定子的主视示意图；

图12b为本发明第二种外定子的左视示意图；

图13a为本发明第二种内定子和第二种外定子组成的定子的主视示意图；

图13b为本发明第二种内定子和第二种外定子组成的定子的左视示意图；

图14为本发明第一种直线电机的结构示意图；

图15为本发明第二种直线电机的结构示意图；

图16为本发明双缸直线压缩机结构示意图。

图中：1a-第一种内定子片，1b-第一种内定子，1c-第二种内定子，2a-第二种内定子片，2b-第三种内定子，2c-第四种内定子，3a-第一种外定子片，3b-第一种外定子，4a-第二种外定子片，4b-外定子块，4c-第二种外定子，5-线圈，6-磁石，6a-右磁石，6b-左磁石，101a-右活塞，101b-左活塞，102a-右磁石支架，102-左磁石支架，103a-右弹簧，103b-左弹簧，104a-右气体出口，104b-左气体出口，105a-右气缸，105b-左气缸，106-内定子固定装置。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-3所示，一种用于直线电机的内定子，内定子采用如图1a-1b所述的第一种内定子片1a加工而成，第一种内定子片1a由直定子片按照一定的弧度冲压成弧形定子片，也可由其他方法弯曲而成。若干第一种内定子片1a焊接成圆环状第一种内定子1b(如图2a-2b所示)，弧形的设计原则是相邻第一种内定子片1a之间紧密贴合，尽可能没有间隙；

由于内定子1b的外圆是由一片片板的侧面组成，不太光滑，可进行二次加工。在第一种内定子1b基础上进一步切割其外圆周形成如图3a-3b所示结构的第二种内定子1c。

第一种内定子片1a的数量由每个第一种内定子片1a的厚度以及内定子的直径决定。

这里我们把定子几何尺寸内完全由金属填充的理想定子作为填充率100％，那么本发明的定子填充率很容易超过90％，如果采用好的弧线，使一片定子片紧贴另一片定子片，其填充率会接近100％。

采用直板时，由于内径小于外径，内径处可紧密排列，外径处总有间隙，采用本发明，外径处可紧密排列。这样，做内定子时，外径暴露在磁场中，磁损耗就可小些。

实施例2

如图4-6所示，一种用于直线压缩机电机的内定子，其中内定子采用如图4a-4b所示的弧形冲压加工后的第二种内定子片2a焊接而成，该弧形冲压加工后的第二种内定子片2a上开有凹槽，使由其焊接而成的第三种内定子2b(如图5a-5b所述)的外周上带有一凹槽a，该凹槽a内可以用来放置磁石，使磁石和第三种内定子2b形成一个整体，无需额外磁石固定装置。在第三种内定子2b基础上进一步切割其外圆周形成如图6a-6b所示的第四种内定子2c，上述相邻第二种内定子片2a之间紧密贴合，没有间隙；第二种内定子片2a的数量由每个第二种内定子片2a的厚度以及第四种内定子2c的直径决定。

外定子的凹槽也可由不带凹槽的外定子加工而成。

外定子可以采用现有结构的外定子，也可以采用如图7和图8所示结构的第一种外定子3b，该第一种外定子3b采用若干如图7a-7b所示的第一种外定子片3a焊接而成，第一种外定子片3a按照一定的弧度由直定子片冲压成弧形定子片，也可由其他方法弯曲而成。所得弧形定子片上开有凹槽，凹槽可预先在直定子片预先做成，也可在弯曲时做成。即可冲压，也可切割。若干片带有凹槽的第一种外定子片3a焊接成圆环状的第一种外定子3b，第一种外定子3b的内周带有一凹槽b，该凹槽b内可放置线圈，相邻第一种外定子片3a之间紧密贴合，尽可能没有间隙。第一种外定子片3a的数量由每个第一种外定子片3a的厚度以及第一种外定子3b的直径决定。

内定子的凹槽也可由不带凹槽的内定子加工而成。

实施例3

一种用于直线压缩机电机的定子，包括内定子和外定子，如图9所示，其中内定子采用如实施例1所述的第二种内定子1c，外定子采用如实施例3所述的第一种外定子3b，第二种内定子1c设置在第一种外定子3b的内环内。

实施例4

如图10-12所示，一种用于直线压缩机电机的常规外定子，外定子由如图10a-10b所示第二种外定子片4a焊接而成，第二种外定子片4a为直形定子片上开有凹槽，若干带有凹槽的直形钢板焊接成外定子块4b(如图11a-11b所示)，定外子块4b上形成凹槽带，若干定外子块4b上拼接成的第二种外定子4c(如图12a-12b所示)，该第二种外定子4c内周上带有一凹槽b，该凹槽b内可以放置线圈。

采用如图12所示由常规的外定子与本发明的内定子组合，作为用于直线压缩机电机的定子，包括内定子和外定子，如图13所示，其中内定子采用如实施例1所述的第二种内定子1c，外定子采用所述的第二种外定子4c，第二种内定子1c设置在第二种外定子4c的内环内。

采用上述定子的直线电机，如图14所示，直线电机包括由第一种外定子3b和第二种内定子1c组成的定子、线圈5及磁石6，其中，线圈5设置在第一种外定子3b的凹槽b内，所述的磁石6设置在第二种内定子1c和第一种外定子3b之间。当线圈5通电时，第二种内定子1c和第一种外定子3b中会产生感应磁场，磁石6在磁场的作用下往复运动。由于第二种内定子1c和第一种外定子3b的结构中均不存在组合间隙，降低了磁损耗，故该种形式的直线电机效率会得到提高。

实施例5

采用上述第一种外定子3b和第四种内定子2c组成定子用于直线电机，如图15所示，该直线电机包括由第一种外定子3b和第四种内定子2c组成的定子、线圈5及磁石6，线圈5嵌在第一种外定子3b内周的凹槽b中，磁石6嵌在第四种内定子2c外周的凹槽a中，故不需要另外附件磁石固定结构，第四种内定子2c设置在外定子3b的内侧。

当线圈5通电时，第一种外定子3b和第四种内定子2c中会产生感应磁场，磁石6和第四种内定子2c在磁场的作用下往复运动。由于第一种外定子3b和第四种内定子2c的结构中均不存在组合间隙，降低了磁损耗，故该种形式的直线电机效率会得到提高。

采用上述直线电机的双动子直线压缩机，如图16所示，包括直线电机、左活塞101b、左磁石支架102b、左弹簧103b、左气体出口104b、左气缸105b、右活塞101a、右磁石支架102a、右弹簧103a、右气体出口104a和右气缸105a及内定子固定装置106，直线电机包括第二种内定子1c、第一种外定子3b、线圈5、磁石6，线圈5设置在外定子3b内，磁石6设置在第二种内定子1c和第一种外定子3b之间，磁石6包括右磁石6a和左磁石6b，其中右磁石6a安装在右磁石支架102a上，左磁石6b安装在左磁石支架102b上，右气缸105a、左气缸105b分别设置在直线电机两端，右活塞101a一端置于右气缸105a内，另一端连接右磁石支架102a，左活塞101b一端置于左气缸105b内，另一端连接左磁石支架102b，右气体出口104a连通右气缸105a，左气体出口104b连通左气缸105b，右弹簧103a连接右活塞101a，左弹簧103b连接左活塞101b。

线圈5通电后，右磁石6a和左磁石6b受到相反的力，相向运动，分别挤压右弹簧103a、左弹簧103b，然后在右弹簧103a和左弹簧103b的作用力下分别压缩右气缸105a与左气缸105b中的气体，压缩气体分别通过右气体出口104a和左气体出口104b排出。

由于采用本发明中的内定子和外定子结构，在定子部分的磁损失减小，提高了直线电机的效率，进而提高了压缩机的工作效率。

直定子片为常规钢片，如硅钢片，结构钢片等，外面既可涂绝缘漆也可不涂绝缘漆。也可用比钢有更高导磁率的材料。

线圈也可安装在内定子的凹槽内，也可在内定子和外定子的凹槽内都安装线圈

为了便于安装线圈，安装线圈的定子可做成几个或几十个定子组件如图12a那样，也可做成左右两半式对接起来。

Claims (10)

1.一种用于直线电机的定子，其特征在于，所述的定子为由若干弧形定子片组合而成，弧形定子片拼接成圆环状的定子。

2.根据权利要求1所述的一种用于直线电机的定子，其特征在于，所述的定子是先将直定子片弯曲成弧形作为弧形定子片，再由该弧形定子片组合成定子；弧形定子片所采用的形线是使定子的填充率大于90％的形线，或外径处定子片紧密排列。

3.根据权利要求1所述的一种用于直线电机的定子，其特征在于，所述的定子是先将直定子片弯曲成弧形作为弧形定子片，再由该弧形定子片组合成定子；弧形定子片所采用的形线是使定子外径处定子片紧密排列。

4.根据权利要求1-3中任一所述的一种用于直线电机的定子，其特征在于，所述的定子为内定子，组成内定子的弧形定子片外部开有凹槽，带有凹槽的弧形定子片组成一个外周上有一圈凹槽的内定子。

5.根据权利要求1-3中任一所述的一种用于直线电机的定子，其特征在于，所述的定子为外定子，组成外定子的弧形定子片内侧开有凹槽，带有凹槽的弧形定子片组合成内侧圆周上形成一圈凹槽的外定子。

6.一种直线电机，包括外定子，内定子，线圈，磁石，其特征在于，该直线电机采用的内定子为权利要求1-4中任一所述的定子；外定子为权利要求1-3或5中任一所述的外定子；或者外定子为直板式定子。

7.根据权利要求5所述的一种直线电机，其特征在于，所述的线圈在外定子的凹槽内，所述的磁石在外定子与内定子之间的间隙内，磁石作为动子；

或者，所述的线圈在外定子的凹槽内，所述的磁石在内定子的凹槽内，磁石与内定子作为动子。

8.根据权利要求7所述的一种直线电机，其特征在于，所述的动子设有两组，包括动子一和动子二，所述的动子一和动子二内侧磁极相异，线圈通电后，动子一和动子二受到相反的力，相对或反向运动。

9.根据权利要求8所述的一种直线电机，其特征在于，所述的动子一和动子二内侧磁极相异为同一方向上，动子一的磁极为SN，动子二的磁极也为SN。

10.一种压缩机，包括直线电机，两组气缸，活塞和弹簧，其特征在于，直线电机为权利要求5-9所述的任一种直线电机，两组活塞分别位于两组气缸内，两组活塞分别连接两组弹簧和直线电机的两组动子，线圈通电后，两组动子受到相反的力相对运动或反向运动，带动两组活塞在气缸内相对运动或反向运动。