CN109780744B - 斯特林制冷机用集成式线性压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及斯特林制冷机用集成式线性压缩机。包括单活塞线性压缩机、设置在单活塞线性压缩机背压腔一侧的驱动控制器组件以及设置在单活塞线性压缩机压缩腔一侧的减振器组件，单活塞线性压缩机、驱动控制器组件以及减振器组件集成为一体结构，驱动控制器组件为单活塞线性压缩机提供驱动电源并根据斯特林制冷机的冷头温度信号进行反馈控制，减振器组件用于消除单活塞线性压缩机的振动输出。由上述技术方案可知，本发明通过单活塞线性压缩机、驱动控制器组件、减振器组件的集成实现线性斯特林制冷机尺寸小、重量轻，便于小空间集成化布置；上垫块、下垫块及控制器底座上开有散热肋片，使单活塞线性压缩机及驱动控制器组件具备较好的高温适应性。
Description
技术领域
本发明涉及低温与制冷技术领域，具体涉及一种斯特林制冷机用集成式线性压缩机。
背景技术
随着红外热像仪、无人机等应用需求的牵引及新一代高温区红外探测器技术的发展，红外探测器组件向小型化、集成化、长寿命、低成本、耐高温环境等方面快速发展；斯特制冷机作为红外探测器的重要组成部分，也更为关注尺寸、重量、寿命、成本、耐高温环境等指标，为满足上述指标，线性斯特林制冷机得到了较多的研发。
一般来说，线性斯特林制冷机由双活塞线性压缩机、膨胀机、分置管、驱动控制器等组成，压缩机及控制器的尺寸、重量占整个制冷机的90％左右。其中，双活塞线性压缩机由两个线性电机对置组成，尺寸、重量较大，同时为达到较好的平衡消振效果，需两个线性电机、两个活塞有较好的匹配一致性，增加了加工装调难度，从而增加了成本；驱动控制器为独立于压缩机的模块，由外壳、电路板等组成，尺寸、重量也较大；应用过程中压缩机一般装有散热器以保证耐高温环境。因此，传统的线性斯特林制冷机存在尺寸大、重量大、加工装调复杂、需额外装散热器等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种斯特林制冷机用集成式线性压缩机，该线性压缩机能够能够解决现有线性斯特林制冷机尺寸大、重量大、加工装调复杂、需额外装散热器等问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括单活塞线性压缩机、设置在单活塞线性压缩机背压腔一侧的驱动控制器组件以及设置在单活塞线性压缩机压缩腔一侧的减振器组件，所述的单活塞线性压缩机、驱动控制器组件以及减振器组件集成为一体结构，所述的驱动控制器组件为单活塞线性压缩机提供驱动电源并根据斯特林制冷机的冷头温度信号进行反馈控制，所述的减振器组件用于消除单活塞线性压缩机的振动输出，所述的单活塞线性压缩机包括动子罩，所述动子罩的一端固定有弹簧底座，所述动子罩的另一端固定有中心法兰，所述动子罩的外径上套设有外磁极、上垫块以及下垫块，其中，上垫块及下垫块分别位于外磁极的两侧并为外磁极提供支撑力，所述的下垫块通过螺钉与中心法兰相固定，所述的上垫块及外磁极通过套设在动子罩外径上的锁紧螺母实现压紧，所述外磁极的内部嵌有线圈，所述的线圈上连有压缩机引线，所述的压缩机引线穿过上垫块上的过线孔与驱动器控制组件相连，所述动子罩的内部设有固定在磁钢骨架上的压缩活塞，所述压缩活塞的一端通过圆柱弹簧与弹簧底座相连，所述压缩活塞的另一端位于中心法兰的中心孔内，所述中心孔的另一端设有与其密封的堵头，所述的中心法兰上设有与压缩腔连通的出气孔，所述的出气孔沿中心法兰的径向设置，所述的压缩活塞上套设有内磁极，所述内磁极的一端与中心法兰固定连接，内磁极的外径与磁钢骨架的内径之间留有间隙，所述磁钢骨架的外径上固定有磁钢，所述的减振器组件包括固定在中心法兰上的减振器底座及与减振器底座相配合的减振器外壳，所述的减振器外壳固定在中心法兰上，所述的减振器底座上设有垂直于减振器底座的支撑柱，所述的支撑柱上套设有减振器质量块，所述减振器质量块的两边由内向外分别依次设有膜片弹簧垫片及减振器膜片弹簧，所述的减振器质量块、膜片弹簧垫片及减振器膜片弹簧通过螺钉相互固定，且固定后的整体通过机螺钉固定在减振器底座上。
所述外磁极的外径上固定有外壳，所述的外壳由两个半圆环状的壳体对接而成。
所述的驱动控制器组件包括控制器外壳、控制器电路板及控制器底座，所述控制器外壳的一端套设在动子罩上并与上垫块的端面相抵靠，所述的锁紧螺母与动子罩外径上的螺纹相配合以压紧控制器外壳、上垫块以及外磁极，所述控制器外壳的另一端通过紧定螺钉与控制器底座相固定，所述控制器外壳的内部在靠近控制器底座的端部固定有控制器电路板，所述的控制器底座与控制器电路板之间设有绝缘导热垫，所述的压缩机引线穿过上垫块及控制器外壳上的过线孔与控制器电路板相连。
所述上垫块及下垫块的外壁上开设有第一散热肋片，所述控制器底座远离绝缘导热垫的一侧开设有第二散热肋片。
所述控制器外壳的内壁上设有用于安装定位控制器电路板的台阶。
所述的中心法兰为阶梯状，中心法兰的两个端面分别与内磁极及减振器底座相固定，中心法兰的第一台阶面与动子罩的端面相固定，中心法兰的第二台阶面与下垫块的端面相固定。
由上述技术方案可知，本发明通过单活塞线性压缩机、驱动控制器组件、减振器组件的集成实现线性斯特林制冷机尺寸小、重量轻，便于小空间集成化布置；本发明采用单活塞线性压缩机，通过减振器组件进行被动减振，相对于双活塞线性压缩机需匹配两个线性电机、两个活塞的参数一致性进行平衡消振，降低了装调难度；本发明的上垫块及下垫块均开有第一散热肋片，可起到支撑及散热的双重作用，从而使单活塞线性压缩机不需要额外装散热器，具备较好的高温适应性；本发明的驱动控制器组件的控制器底座上开有第二散热肋片，从而使驱动控制器组件具备较好的高温适应性；本发明的集成式线性压缩机结构简单、装调方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中标号说明：1—弹簧底座；2—圆柱弹簧；3—压缩活塞；4—磁钢骨架；5—内磁极；6—磁钢；7—线圈；8—外磁极；9—动子罩；10—中心法兰；11—堵头；12—锁紧螺母；13—上垫块；14—外壳；15—下垫块；16—压缩腔；17—出气孔；18—压缩机引线；19—控制器电路板；20—绝缘导热垫；21—控制器底座；22—紧定螺钉；23—控制器外壳；24—减振器膜片弹簧；25—膜片弹簧垫片；26—减振器质量块；27—支撑柱；28—机螺钉；29—减振器底座；30—减振器外壳；31—第一散热肋片；32—第二散热肋片。
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所示的一种斯特林制冷机用集成式线性压缩机，包括单活塞线性压缩机、设置在单活塞线性压缩机背压腔一侧的驱动控制器组件以及设置在单活塞线性压缩机压缩腔一侧的减振器组件，单活塞线性压缩机、驱动控制器组件以及减振器组件集成为一体结构，驱动控制器组件为单活塞线性压缩机提供驱动电源并根据斯特林制冷机的冷头温度信号进行反馈控制，减振器组件用于消除单活塞线性压缩机的振动输出。
进一步的，单活塞线性压缩机包括动子罩9，动子罩9的一端固定有弹簧底座1，动子罩9的另一端固定有中心法兰10，动子罩9的外径上套设有外磁极8、上垫块13以及下垫块15，其中，上垫块13及下垫块15分别位于外磁极8的两侧并为外磁极8提供支撑力，下垫块15通过螺钉与中心法兰10相固定，上垫块13及外磁极8通过套设在动子罩9外径上的锁紧螺母12实现压紧，外磁极8的内部嵌有线圈7，线圈7上连有压缩机引线18，压缩机引线18穿过上垫块13上的过线孔与驱动器控制组件相连，动子罩9的内部设有固定在磁钢骨架4上的压缩活塞3，压缩活塞3的一端通过圆柱弹簧2与弹簧底座1相连，压缩活塞3的另一端位于中心法兰10的中心孔内，中心孔的另一端设有与其密封的堵头11，中心法兰10上设有与压缩腔16连通的出气孔17，出气孔17沿中心法兰10的径向设置，压缩活塞3上套设有内磁极5，内磁极5的一端与中心法兰10固定连接，内磁极5的外径与磁钢骨架4的内径之间留有间隙，磁钢骨架4的外径上固定有磁钢6。工作时，通过压缩机引线18提供交流电，内磁极5、磁钢6、线圈7、外磁极8产生电磁感应，磁钢6受力往复运动从而带动压缩活塞3往复运动，从而在压缩腔16中形成压力波并通过出气孔17输出。在压缩活塞3往复运动时，圆柱弹簧2可拉伸及收缩。
进一步的，外磁极8的外径上固定有外壳14，外壳14由两个半圆环状的壳体对接而成，方便与外磁极8相固定。
更进一步的，上垫块13及下垫块15的外壁上开设有第一散热肋片31，第一散热肋片32的设置有利于单活塞线性压缩机散热，从而使单活塞线性压缩机不用额处加装散热器。
进一步的，驱动控制器组件包括控制器外壳23、控制器电路板19及控制器底座21，控制器电路板19为单活塞线性压缩机提供驱动电源并根据斯特林制冷机的冷头温度信号进行反馈控制，控制器外壳23的一端套设在动子罩9上并与上垫块13的端面相抵靠，锁紧螺母12与动子罩9外径上的螺纹相配合以压紧控制器外壳23、上垫块13以及外磁极8，控制器外壳23的另一端通过紧定螺钉22与控制器底座21相固定，控制器外壳23的内部在靠近控制器底座21的端部固定有控制器电路板19，具体地说，控制器外壳23的内壁上设有用于安装定位控制器电路板19的台阶；控制器底座21与控制器电路板19之间设有绝缘导热垫20，压缩机引线18穿过上垫块13及控制器外壳23上的过线孔与控制器电路板19相连，并通过绝缘导热垫20及控制器底座21上的过线孔再穿出来。装配驱动控制器组件时，先安装控制器外壳23，通过锁紧螺母12将控制器外壳23、上垫块13以及外磁极8压紧，然后再依次安装控制器电路板19及绝缘导热垫20，最后通过紧定螺钉22将控制器底座21固定在控制器外壳23上；更进一步的，控制器底座21远离绝缘导热垫20的一侧开设有第二散热肋片32，也就是控制器电路板19产生的热量由绝缘导热垫20传递到控制器底座21上，通过控制器底座21上的第二散热肋片32散掉，增加了驱动控制器组件的高温适应性。
进一步的，减振器组件包括固定在中心法兰10上的减振器底座29及与减振器底座29相配合的减振器外壳30，具体地说，中心法兰10为阶梯状，中心法兰10的两个端面分别与内磁极5及减振器底座29相固定，中心法兰10的第一台阶面与动子罩9的端面相固定，中心法兰10的第二台阶面与下垫块15的端面相固定。减振器外壳30固定在中心法兰10上，减振器底座29上设有垂直于减振器底座29的支撑柱27，支撑柱27上套设有减振器质量块26，减振器质量块26的两边由内向外分别依次设有膜片弹簧垫片25及减振器膜片弹簧24，减振器质量块26、膜片弹簧垫片25及减振器膜片弹簧24通过螺钉相互固定，且固定后的整体通过机螺钉28固定在减振器底座29上。应注意，减振器膜片弹簧24的径向刚度与减振器质量块26的质量相匹配，使减振器膜片弹簧24与减振器质量块26的固有频率与单活塞线性压缩机的运行频率一致，从而使单活塞线性压缩机的振动传递至减振器膜片弹簧24与减振器质量块26上，以降低单活塞线性压缩机的振动输出。
本发明的有益效果在于：1)本发明通过将单活塞线性压缩机、驱动控制器组件、减振器组件集成为一体的结构，使线性斯特林制冷机具备尺寸小、重量轻的特点，同时便于小空间的集成化布置；2)本发明采用的单活塞线性压缩机通过减振器组件进行被动减振，相对于双活塞线性压缩机需匹配两个线性电机、两个活塞的参数一致性进行平衡消振的结构来说，降低了装调难度；3)本发明的上垫块及下垫块均开有第一散热肋片，可起到支撑及散热的双重作用，从而使单活塞线性压缩机不需要额外装散热器，具备较好的高温适应性；4)本发明的驱动控制器组件的控制器底座上开有第二散热肋片，从而使驱动控制器组件具备较好的高温适应性；5)本发明的集成式线性压缩机结构简单、装调方便。
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 (6)
1.一种斯特林制冷机用集成式线性压缩机，其特征在于：包括单活塞线性压缩机、设置在单活塞线性压缩机背压腔一侧的驱动控制器组件以及设置在单活塞线性压缩机压缩腔一侧的减振器组件，所述的单活塞线性压缩机、驱动控制器组件以及减振器组件集成为一体结构，所述的驱动控制器组件为单活塞线性压缩机提供驱动电源并根据斯特林制冷机的冷头温度信号进行反馈控制，所述的减振器组件用于消除单活塞线性压缩机的振动输出，所述的单活塞线性压缩机包括动子罩(9)，所述动子罩(9)的一端固定有弹簧底座(1)，所述动子罩(9)的另一端固定有中心法兰(10)，所述动子罩(9)的外径上套设有外磁极(8)、上垫块(13)以及下垫块(15)，其中，上垫块(13)及下垫块(15)分别位于外磁极(8)的两侧并为外磁极(8)提供支撑力，所述的下垫块(15)通过螺钉与中心法兰(10)相固定，所述的上垫块(13)及外磁极(8)通过套设在动子罩(9)外径上的锁紧螺母(12)实现压紧，所述外磁极(8)的内部嵌有线圈(7)，所述的线圈(7)上连有压缩机引线(18)，所述的压缩机引线(18)穿过上垫块(13)上的过线孔与驱动器控制组件相连，所述动子罩(9)的内部设有固定在磁钢骨架(4)上的压缩活塞(3)，所述压缩活塞(3)的一端通过圆柱弹簧(2)与弹簧底座(1)相连，所述压缩活塞(3)的另一端位于中心法兰(10)的中心孔内，所述中心孔的另一端设有与其密封的堵头(11)，所述的中心法兰(10)上设有与压缩腔(16)连通的出气孔(17)，所述的出气孔(17)沿中心法兰(10)的径向设置，所述的压缩活塞(3)上套设有内磁极(5)，所述内磁极(5)的一端与中心法兰(10)固定连接，内磁极(5)的外径与磁钢骨架(4)的内径之间留有间隙，所述磁钢骨架(4)的外径上固定有磁钢(6)，所述的减振器组件包括固定在中心法兰(10)上的减振器底座(29)及与减振器底座(29)相配合的减振器外壳(30)，所述的减振器外壳(30)固定在中心法兰(10)上，所述的减振器底座(29)上设有垂直于减振器底座(29)的支撑柱(27)，所述的支撑柱(27)上套设有减振器质量块(26)，所述减振器质量块(26)的两边由内向外分别依次设有膜片弹簧垫片(25)及减振器膜片弹簧(24)，所述的减振器质量块(26)、膜片弹簧垫片(25)及减振器膜片弹簧(24)通过螺钉相互固定，且固定后的整体通过机螺钉(28)固定在减振器底座(29)上。
2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用集成式线性压缩机，其特征在于：所述外磁极(8)的外径上固定有外壳(14)，所述的外壳(14)由两个半圆环状的壳体对接而成。
3.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用集成式线性压缩机，其特征在于：所述的驱动控制器组件包括控制器外壳(23)、控制器电路板(19)及控制器底座(21)，所述控制器外壳(23)的一端套设在动子罩(9)上并与上垫块(13)的端面相抵靠，所述的锁紧螺母(12)与动子罩(9)外径上的螺纹相配合以压紧控制器外壳(23)、上垫块(13)以及外磁极(8)，所述控制器外壳(23)的另一端通过紧定螺钉(22)与控制器底座(21)相固定，所述控制器外壳(23)的内部在靠近控制器底座(21)的端部固定有控制器电路板(19)，所述的控制器底座(21)与控制器电路板(19)之间设有绝缘导热垫(20)，所述的压缩机引线(18)穿过上垫块(13)及控制器外壳(23)上的过线孔与控制器电路板(19)相连。
4.根据权利要求3所述的斯特林制冷机用集成式线性压缩机，其特征在于：所述上垫块(13)及下垫块(15)的外壁上开设有第一散热肋片(31)，所述控制器底座(21)远离绝缘导热垫(20)的一侧开设有第二散热肋片(32)。
5.根据权利要求3所述的斯特林制冷机用集成式线性压缩机，其特征在于：所述控制器外壳(23)的内壁上设有用于安装定位控制器电路板(19)的台阶。
6.根据权利要求1所述的斯特林制冷机用集成式线性压缩机，其特征在于：所述的中心法兰(10)为阶梯状，中心法兰(10)的两个端面分别与内磁极(5)及减振器底座(29)相固定，中心法兰(10)的第一台阶面与动子罩(9)的端面相固定，中心法兰(10)的第二台阶面与下垫块(15)的端面相固定。
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Address after: 230088 658 Wangjiang West Road, Hefei high tech Zone, Anhui Applicant after: CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY Group CORPORATION NO 16 INSTITUTE Address before: No. 439, Suixi Road, Luyang District, Hefei City, Anhui Province, 230043 Applicant before: CHINA ELECTRONICS TECHNOLOGY Group CORPORATION NO 16 INSTITUTE |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |