CN111211660A - 一种斯特林直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种斯特林直线电机，包括气缸体和置换器，所述的气缸体的内孔中安装有轴向移动的活塞且气缸体的端部设置有置换器，所述的置换器的一端连接的连杆从活塞的中心轴向穿过，所述的气缸体的外侧紧贴安装有呈环形的内定子，所述的内定子的外侧同轴设置有外定子，所述的外定子内部安装有励磁线圈，所述的外定子与内定子之间留有空隙，该空隙内轴向插入设置有磁环套，所述的磁环套的内部设置有一圈磁环，所述的磁环套的一端中部与活塞的一端相连。本发明结构简单，可以直接产生直线运动，阻力很小，散热好。
Description
技术领域
本发明涉及直线电机领域，特别是涉及一种斯特林直线电机。
背景技术
长期以来，各种工程技术中需要直线型驱动力时，主要采用旋转电机并通过曲杆等传动机构来获得的。但是，这种传动形式往往会带来结构复杂，重量重，体积大，啮合精度差，且工作不可靠等缺点。而采用线型电机(直线电机)不需要中间转换装置，能够直接产生直线运动，所以各种新技术和需求的出现拓展推动了线型电机的研究和生产。
目前在交通运输，机械工业和仪器仪表工业中，直线型电机已经得到推广和运用。斯特林电机的斯特林循环在做功中的驱动力是直线型驱动，目前通常设计为分体式旋转电机通过曲杆等传动机构来获得，使其加工难度大，零件复杂且生产成本过高，整体运行寿命短，噪音大。所以在市场上的斯特林电机的实际应用难以大量推广，只能停留在国家研究所及军用单位特点场所使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种斯特林直线电机，结构简单紧凑，可以直接产生直线运动，阻力很小，散热好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种斯特林直线电机，包括气缸体和置换器，所述的气缸体的内孔中安装有轴向移动的活塞且气缸体的端部设置有置换器，所述的置换器的一端连接的连杆从活塞的中心轴向穿过，所述的气缸体的外侧紧贴安装有呈环形的内定子，所述的内定子的外侧同轴设置有外定子，所述的外定子内部安装有励磁线圈，所述的外定子与内定子之间留有空隙，该空隙内轴向插入设置有磁环套，所述的磁环套的内部设置有一圈磁环，所述的磁环套的一端中部与活塞的一端相连。
现有的直线电机多是长条形的，而斯特林直线电机可以看作是一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的，其中普通电机的定子相当于线型电机的初级，普通电机的转子相当于线型电机的次级，当初级通入电流后，在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动，这就是直线电机的基本原理。
而本专利中初级由内、外定子由软磁复合材料粉末压制成型，安装成一个铝合金压铸成型后由精密加工成型经化学电镀镍表面增强其光洁度及摩擦系数的圆柱形的气缸中，而磁环由辐射永磁体钕铁硼制成，当初级励磁线圈通入交流电流后，在初级励磁线圈及内、外软磁的定子之间的气隙中产生了行波磁场，在行波磁场与次级的辐射永磁体磁环的作用下产生驱动力，从而实现次级的磁环和磁环套作直线运动，磁环套与外定子和内定子均是不接触的，这样磁环套回带动活塞做轴向运动，并推动置换器进行移动，实现斯特林机的功能。
作为优选，所述的磁环设置在磁环套内侧壁上位于外定子与内定子之间的位置，磁环这样就位于外定子与内定子之间正中的位置，方便受力。
所述的磁环套采用PPS工程塑料制成，并与磁环注塑成一体，注塑完成后进行充磁就具有磁环功能，PPS工程塑料具有很好的力学性能，能保护磁环，提高寿命。
作为优选，所述的外定子由两个轴向对称拼接的定子环组成，所述的定子环的内孔设置有轴向延伸环，所述的定子环的边缘均匀设置有若干个轴向延伸的弧形侧壁板，相邻的弧形侧壁板之间形成镂空，所述的励磁线圈设置在两个定子环对接后弧形侧壁板与轴向延伸环之间形成的空间内，通过两个定子环对内部的励磁线圈进行保护，而且镂空能方便励磁线圈进行快速散热，提高电机的散热性能。
进一步的，所述的外定子的内部设置有与轴向延伸环相靠的支撑环，所述的励磁线圈设置在支撑环的外侧，支撑环对励磁线圈的内圈进行支撑，先将励磁线圈绕接在支撑环上，形成一个整体，在将两个外定子从左右轴向将励磁线圈和支撑环一起罩住，安装装配十分方便。
为了方便拆卸和安装，所述的磁环套的一端中部通过塞柱与活塞相连，所述的塞柱的一端插入到活塞的一端内，塞柱与活塞螺纹连接，也可以使过盈插接。
作为补充，所述的塞柱的另一端与活塞弹簧的中部相连并通过螺母锁紧，所述的连杆的一端穿过塞柱与置换器弹簧的中部相连，所述的置换器弹簧与活塞弹簧之间通过边缘的若干个弹簧连接柱相连，置换器弹簧和活塞弹簧可以将活塞和置换器拉回到原位，所以活塞的复位无需电流反向驱动。
有益效果：本发明涉及一种斯特林机的辐射磁环安装结构，装配简单，省去了把旋转运动转换为直线运动的中间转换机构，节约了成本，缩小了体积；不存在中间传动机构的惯量和阻力的影响，线型电机直接传动反应速度快、灵敏度高、随动性好、准确度高；辐射磁环线型斯特林电机散热条件好，温升低，因此线负荷和电流密度可以取得较高，可提高电机的容量定额；装配灵活性大，空间利用率好，结构简单，大大提高了生产效益。
附图说明
图1是本发明的主视半剖结构图；
图2是本发明的立体分解结构图；
图3是本发明的外定子的立体结构图；
图4是本发明的外定子的主视半剖结构图；
图5是本发明的定子环的立体结构图；
图6是本发明的磁环套的主视半剖结构图。
图示：1、气缸体；2、置换器；3、连杆；4、外定子；5、励磁线圈；6、内定子；7、塞柱；8、置换器弹簧；9、螺母；10、磁环套；11、磁环；12、活塞；13、活塞弹簧；14、弹簧连接柱；15、支撑环；17、定子环；41、轴向延伸环；42、弧形侧壁板；43、镂空。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1-6所示，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种斯特林直线电机，包括气缸体1和置换器2，所述的气缸体1的内孔中安装有轴向移动的活塞12且气缸体1的端部设置有置换器2，所述的置换器2的一端连接的连杆3从活塞12的中心轴向穿过，所述的气缸体1的外侧紧贴安装有呈环形的内定子6，所述的内定子6的外侧同轴设置有外定子4，所述的外定子4内部安装有励磁线圈5，所述的外定子4与内定子6之间留有空隙，该空隙内轴向插入设置有磁环套10，所述的磁环套10的内部设置有一圈磁环11，所述的磁环套10的一端中部与活塞12的一端相连。
现有的直线电机多是长条形的，而斯特林直线电机可以看作是一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的，其中普通电机的定子相当于线型电机的初级，普通电机的转子相当于线型电机的次级，当初级通入电流后，在初次级线圈之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动，这就是直线电机的基本原理。
而本专利中初级由内、外定子由软磁复合材料粉末压制成型，安装成一个铝合金压铸成型后由精密加工成型经化学电镀镍表面增强其光洁度及摩擦系数的圆柱形的气缸中，而磁环11由辐射永磁体钕铁硼制成，当初级励磁线圈5通入交流电流后，在初级励磁线圈5及内、外软磁的定子之间的气隙中产生了行波磁场，在行波磁场与次级的辐射永磁体磁环的作用下产生驱动力，从而实现次级的磁环11和磁环套10作直线运动，磁环套10与外定子4和内定子6均是不接触的，这样磁环套10回带动活塞12做轴向运动，并推动置换器2进行移动，实现斯特林机的功能。
本专利的辐射磁环线型斯特林电机结构在外部采用304不锈钢密封，不怕污染，适应性强，由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，内部充有高纯度氦气，保证了整体零件的氧化及损伤。
所述的磁环11设置在磁环套10内侧壁上位于外定子4与内定子6之间的位置，磁环11这样就位于外定子4与内定子6之间正中的位置，方便受力。
所述的磁环套10采用PPS工程塑料制成，并与磁环11注塑成一体，注塑完成后进行充磁就具有磁环功能，PPS工程塑料具有很好的力学性能，能保护磁环11，提高寿命。
所述的外定子4由两个轴向对称拼接的定子环17组成，所述的定子环17的内孔设置有轴向延伸环41，所述的定子环17的边缘均匀设置有若干个轴向延伸的弧形侧壁板42，相邻的弧形侧壁板42之间形成镂空43，所述的励磁线圈5设置在两个定子环17对接后弧形侧壁板42与轴向延伸环41之间形成的空间内，通过两个定子环17对内部的励磁线圈5进行保护，而且镂空43能方便励磁线圈5进行快速散热，提高电机的散热性能。
所述的外定子4的内部设置有与轴向延伸环41相靠的支撑环15，所述的励磁线圈5设置在支撑环15的外侧，支撑环15对励磁线圈5的内圈进行支撑，先将励磁线圈5绕接在支撑环15上，形成一个整体，在将两个外定子4从左右轴向将励磁线圈5和支撑环15一起罩住，安装装配十分方便。
为了方便拆卸和安装，所述的磁环套10的一端中部通过塞柱7与活塞12相连，所述的塞柱7的一端插入到活塞12的一端内，塞柱7与活塞12螺纹连接，也可以使过盈插接。
所述的塞柱7的另一端与活塞弹簧13的中部相连并通过螺母9锁紧，所述的连杆3的一端穿过塞柱7与置换器弹簧8的中部相连，所述的置换器弹簧8与活塞弹簧13之间通过边缘的若干个弹簧连接柱14相连，置换器弹簧8和活塞弹簧13可以将活塞12和置换器2拉回到原位，所以活塞12的复位无需电流反向驱动。
不难发现，本发明装配简单，采用得辐射磁环次级动组件的结构设计，大大提高了线性直线运行的弹性变形，减小了摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，提高了传动刚度，采用了辐射磁环使其在活塞体及气缸产生悬浮无机械接触，其运动时噪音将大大降低，消除了机械摩擦的能量损耗。
Claims (6)
1.一种斯特林直线电机，包括气缸体(1)和置换器(2)，其特征在于，所述的气缸体(1)的内孔中安装有轴向移动的活塞(12)且气缸体(1)的端部设置有置换器(2)，所述的置换器(2)的一端连接的连杆(3)从活塞(12)的中心轴向穿过，所述的气缸体(1)的外侧紧贴安装有呈环形的内定子(6)，所述的内定子(6)的外侧同轴设置有外定子(4)，所述的外定子(4)内部安装有励磁线圈(5)，所述的外定子(4)与内定子(6)之间留有空隙，该空隙内轴向插入设置有磁环套(10)，所述的磁环套(10)的内部设置有一圈磁环(11)，所述的磁环套(10)的一端中部与活塞(12)的一端相连，所述的外定子(4)由两个轴向对称拼接的定子环(17)组成，所述的定子环(17)的内孔设置有轴向延伸环(41)，所述的定子环(17)的边缘均匀设置有若干个轴向延伸的弧形侧壁板(42)，相邻的弧形侧壁板(42)之间形成镂空(43)，所述的励磁线圈(5)设置在两个定子环(17)对接后弧形侧壁板(42)与轴向延伸环(41)之间形成的空间内。
2.根据权利要求1所述的斯特林直线电机，其特征在于：所述的磁环(11)设置在磁环套(10)内侧壁上位于外定子(4)与内定子(6)之间的位置。
3.根据权利要求2所述的斯特林直线电机，其特征在于：所述的磁环套(10)采用PPS工程塑料制成，并与磁环(11)注塑成一体。
4.根据权利要求3所述的斯特林直线电机，其特征在于：所述的外定子(4)的内部设置有与轴向延伸环(41)相靠的支撑环(15)，所述的励磁线圈(5)设置在支撑环(15)的外侧。
5.根据权利要求1所述的斯特林直线电机，其特征在于：所述的磁环套(10)的一端中部通过塞柱(7)与活塞(12)相连，所述的塞柱(7)的一端插入到活塞(12)的一端内。
6.根据权利要求5所述的斯特林直线电机，其特征在于：所述的塞柱(7)的另一端与活塞弹簧(13)的中部相连并通过螺母(9)锁紧，所述的连杆(3)的一端穿过塞柱(7)与置换器弹簧(8)的中部相连，所述的置换器弹簧(8)与活塞弹簧(13)之间通过边缘的若干个弹簧连接柱(14)相连。
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