CN113904515B - 斯特林制冷器用直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种斯特林制冷器用直线电机，包括同轴设置的外定子、内定子，外定子中设置有线圈，外定子轴向的两端设置极靴；外定子与内定子之间设置有环隙，环隙中设置有永磁组件，永磁组件包括磁体固定支架，磁体固定支架上设置有永磁体；永磁体沿磁体固定支架轴向至少对称设置两组，每组中包括两圈永磁体，所有永磁体均径向充磁，同组中两圈永磁体的充磁极性相反。本发明的优点在于：交变电流输入线圈后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。

Description

斯特林制冷器用直线电机

技术领域

本发明涉及斯特林制冷器技术领域，具体涉及一种斯特林制冷器用直线电机。

背景技术

直线电机是一种能够实现直线往复运动的电机，现有技术中，典型的直线电机结构如下，例如公开号为CN203708062U的中国实用新型专利，公开了一种斯特林制冷机用动磁式直线电机，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，所述的汽缸体的活塞通过第四螺钉固定于第二膜片弹簧上。

斯特林制冷器中的动力活塞通过直线电机驱动，现有技术中部分动力活塞采用气体轴承支撑，即动力活塞与气缸之间通过气体支撑，由于没有任何固定物支撑和限位，动力活塞在运行过程尤其是启动瞬间可能会撞向气缸的前后两端从而无法稳定持续的运行下去，为保证自由动力活塞稳定运行，通常需要复杂的控制程序来保证，增加了产品的成本，控制器的可靠性也存在风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：

现有技术中，斯特林制冷器动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间会撞向气缸的前后两端，从而无法稳定持续的运行下去，为保证自由动力活塞稳定运行，通常需要复杂的控制程序来保证，增加了产品的成本，控制器可靠性也存在风险。

本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种斯特林制冷器用直线电机，包括同轴设置的外定子、内定子，所述外定子中设置有线圈，外定子轴向的两端设置极靴；

外定子与内定子之间设置有环隙，环隙中设置有永磁组件，所述永磁组件包括磁体固定支架，所述磁体固定支架上设置有永磁体；

所述永磁体沿磁体固定支架轴向至少对称设置两组，每组中包括两圈永磁体，所有永磁体均径向充磁，同组中两圈永磁体的充磁极性相反。

本发明中的斯特林制冷器用直线电机在实际应用中，主要用于斯特林制冷器中，为动力活塞提供驱动力，其能够实现自动定心：在启动前，永磁组件上的永磁体的中心处于外定子、内定子的轴向中心位置，当交变电流输入线圈后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，相对于现有技术，能够有效避免动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间撞向气缸的前后两端，进而能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。

优化的，所述外定子的内侧设置有开口向内的内环槽，内环槽中设置有线圈骨架，线圈骨架上设置有开口向外的外环槽，所述线圈设置在线圈骨架的外环槽中。

优化的，所述线圈骨架轴向的端面上沿圆周方向设置有若干个骨架端面凸起，所述外定子包括若干块，每块外定子插在线圈骨架上的两骨架端面凸起之间。

骨架端面凸起能够起到一定的定位作用，在实际组装时，只需将每块外定子插在线圈骨架上的两骨架端面凸起之间即可实现安装，无需另外设置定位工装来进行定位，操作较方便，安装效率高。

优化的，所述内定子轴向的两端各设置一端面环槽。

优化的，所述外定子、内定子轴向长度相等。

优化的，所述磁体固定支架为圆筒形结构，所述永磁体设置在磁体固定支架的内壁上。

优化的，所述磁体固定支架为圆筒形结构，所述永磁体设置在磁体固定支架的外壁上。

优化的，所述永磁体的外侧设置有纤维层。

通过在永磁体的外侧设置纤维层，能够很好的对永磁体起到额外的固定作用，能够有效防止永磁体脱落、剥离，同时无需额外增加防脱结构，仅通过一纤维层即可实现，相对于现有技术，不会增加设备成本、装配难度，并且不会导致环隙增大、电机效率下降等问题。

优化的，所述纤维层包括缠绕在永磁体外侧的纤维丝；

纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体之间均通过胶水粘接。

实际加工时，通过将纤维丝浸胶，然后缠绕在永磁体外侧，纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体之间均通过胶水粘接，进而形成纤维层，其操作简单、易于实现，且强度能够满足实际需求。

优化的，所述纤维层覆盖永磁体以及磁体固定支架外侧。

纤维层覆盖永磁体以及磁体固定支架外侧，能够通过纤维层将永磁体与磁体固定支架有效连接，间接形成一整体，进一步增加整体的结构强度。

本发明的优点在于：

1.本发明中的斯特林制冷器用直线电机在实际应用中，主要用于斯特林制冷器中，为动力活塞提供驱动力，其能够实现自动定心：在启动前，永磁组件上的永磁体的中心处于外定子、内定子的轴向中心位置，当交变电流输入线圈后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，相对于现有技术，能够有效避免动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间撞向气缸的前后两端，进而能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。

2.骨架端面凸起能够起到一定的定位作用，在实际组装时，只需将每块外定子插在线圈骨架上的两骨架端面凸起之间即可实现安装，无需另外设置定位工装来进行定位，操作较方便，安装效率高。

3.通过在永磁体的外侧设置纤维层，能够很好的对永磁体起到额外的固定作用，能够有效防止永磁体脱落、剥离，同时无需额外增加防脱结构，仅通过一纤维层即可实现，相对于现有技术，不会增加设备成本、装配难度，并且不会导致环隙增大、电机效率下降等问题。

4.实际加工时，通过将纤维丝浸胶，然后缠绕在永磁体外侧，纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体之间均通过胶水粘接，进而形成纤维层，其操作简单、易于实现，且强度能够满足实际需求。

5.纤维层覆盖永磁体以及磁体固定支架外侧，能够通过纤维层将永磁体与磁体固定支架有效连接，间接形成一整体，进一步增加整体的结构强度。

附图说明

图1为本发明实施例一中斯特林制冷器用直线电机实际应用时的示意图；

图2为本发明实施例一中斯特林制冷器用直线电机部分部件的示意图；

图3为本发明实施例一中永磁体磁极分布示意图；

图4为本发明实施例一中外定子及线圈骨架的示意图；

图5为本发明实施例二中永磁组件的示意图；

图6为本发明实施例二中磁体固定支架的示意图；

图7为本发明实施例二中斯特林制冷器用直线电机实际应用时的示意图；其中，

永磁组件-2；磁体固定支架-21；环槽-211；安装孔-212；凸缘-213；永磁体-22；纤维层-23；缸体-241；活塞-242；

外定子-31；

内定子-32；端面环槽-321；

环隙-33；

线圈-34；

极靴-35；

线圈骨架-36；骨架端面凸起-361。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1、2所示，一种斯特林制冷器用直线电机，包括永磁组件2、外定子31、内定子32、线圈34、线圈骨架36。

如图1所示，所述外定子31、内定子32同轴设置，所述外定子31中设置有线圈34，外定子31轴向的两端设置极靴35；具体的，所述外定子31的内侧设置有开口向内的内环槽，内环槽中设置有圆环形的线圈骨架36，线圈骨架36上设置有开口向外的外环槽，所述线圈34设置在线圈骨架36的外环槽中。

如图4所示，所述线圈骨架36轴向的端面上沿圆周方向设置有若干个骨架端面凸起361，本实施例中，所述线圈骨架36的每个端面上设置有8个骨架端面凸起361，所述外定子31包括若干块，本实施例中为8块，每块外定子31插在线圈骨架36上的两骨架端面凸起361之间。每块外定子31均采用若干个矽钢片叠片而成，8组矽钢片围成圆环形，极靴35位于外定子31轴向的两端尖角位置。骨架端面凸起361起到加强作用的同时，还能够对每组矽钢片进行定位。

如图2所示，所述内定子32轴向的两端各设置一端面环槽321。所述外定子31、内定子32轴向长度相等。所述内定子32为圆环形结构，由若干个矽钢片堆叠形成圆环形状。

如图2所示，外定子31与内定子32之间设置有环隙33，环隙33中设置有永磁组件2，所述永磁组件2包括磁体固定支架21，所述磁体固定支架21上设置有永磁体22；所述磁体固定支架21为圆筒形结构，所述永磁体22设置在磁体固定支架21的内壁上。

如图3所述，所述永磁体22沿磁体固定支架21轴向至少对称设置两组，本实施例中，所述永磁体22沿磁体固定支架21轴向对称设置两组，两组之间间隔一定距离，每组中包括两圈永磁体22，所有永磁体22均径向充磁，同组中两圈永磁体22的充磁极性相反，具体的，本实施例中，每圈永磁体22由6块磁极相同的圆弧形的磁钢形成，6块圆弧形的磁钢围成一圆环结构，磁钢粘接在磁体固定支架21上，每组永磁体22中相邻两圈磁钢的极性相反，即一圈为内S外N，另一圈为内N外S，两组永磁体22极性对称。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于永磁体22与磁体固定支架21之间的安装方式不同，具体为：

如图5所示，本实施例中，所述永磁体22设置在磁体固定支架21的外侧，所述永磁体22的外侧设置有纤维层23。

具体的，如图6所示，所述磁体固定支架21为圆筒形结构。所述磁体固定支架21的外侧设置有环槽211，所述永磁体22安装在环槽211中。

如图5所示，所述磁体固定支架21的一端设置有安装孔212。具体的，所述磁体固定支架21的端部设置有向内侧凸起的凸缘213，所述安装孔212设置在凸缘213上。所述安装孔212为圆孔，其轴线方向平行于磁体固定支架21的轴线，安装孔212设置若干个，均匀沿着磁体固定支架21圆周方向分布。

所述永磁体22与磁体固定支架21之间通过胶水粘接。所述纤维层23包括缠绕在永磁体22外侧的纤维丝；纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体22之间均通过胶水粘接。所述纤维层23覆盖永磁体22以及磁体固定支架21外侧。

具体的，本实施例中所述纤维层23的成型方法为：将纤维丝浸胶，然后缠绕在永磁体22以及磁体固定支架21外侧，胶水凝固后，即可实现纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体22、磁体固定支架21之间通过胶水粘接。纤维丝可采用金属丝、尼龙等。

工作原理：

如图1、7所示，本发明中的斯特林制冷器用直线电机在实际应用中，主要用于斯特林制冷器中，为动力活塞提供驱动力，实际安装时，缸体241中滑动安装有活塞242，缸体241外侧设置内定子，且外定子31与缸体241之间也固定连接，永磁组件通过安装孔212与活塞242端部实现连接，在实际工作时，永磁组件的往复直线运动能够驱动活塞一同运动，进而为斯特林制冷器提供动力。

本发明中的斯特林制冷器用直线电机在实际应用中能够实现自动定心：在启动前，永磁组件2上的永磁体22的中心处于外定子31、内定子32的轴向中心位置，当交变电流输入线圈34后，产生的交变磁场可以直接驱动永磁组件2和动力活塞沿轴向作往复运动而不至于冲向气缸的前端或者后端，相对于现有技术，能够有效避免动力活塞在运行过程中尤其是启动瞬间撞向气缸的前后两端，进而能够稳定持续的运行下去，无需为了保证自由动力活塞稳定运行而设置复杂的控制程序，降低了产品的成本，消除了控制器可靠性风险。

骨架端面凸起361能够起到一定的定位作用，在实际组装时，只需将每块外定子31插在线圈骨架36上的两骨架端面凸起361之间即可实现安装，无需另外设置定位工装来进行定位，操作较方便，安装效率高。

通过在永磁体的外侧设置纤维层，能够很好的对永磁体起到额外的固定作用，能够有效防止永磁体脱落、剥离，同时无需额外增加防脱结构，仅通过一纤维层即可实现，相对于现有技术，不会增加设备成本、装配难度，并且不会导致环隙增大、电机效率下降等问题。

实际加工时，通过将纤维丝浸胶，然后缠绕在永磁体外侧，纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体之间均通过胶水粘接，进而形成纤维层，其操作简单、易于实现，且强度能够满足实际需求。

纤维层覆盖永磁体以及磁体固定支架外侧，能够通过纤维层将永磁体与磁体固定支架有效连接，间接形成一整体，进一步增加整体的结构强度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种斯特林制冷器用直线电机，其特征在于：包括同轴设置的外定子（31）、内定子（32），所述外定子（31）中设置有线圈（34），外定子（31）轴向的两端设置极靴（35）；

所述外定子（31）的内侧设置有开口向内的内环槽，内环槽中设置有线圈骨架（36），线圈骨架（36）上设置有开口向外的外环槽，所述线圈（34）设置在线圈骨架（36）的外环槽中；

所述线圈骨架（36）轴向的端面上沿圆周方向设置有若干个骨架端面凸起（361），所述外定子（31）包括若干块，每块外定子（31）插在线圈骨架（36）上的两骨架端面凸起（361）之间；

外定子（31）与内定子（32）之间设置有环隙（33），环隙（33）中设置有永磁组件（2），所述永磁组件（2）包括磁体固定支架（21），所述磁体固定支架（21）上设置有永磁体（22）；

所述永磁体（22）沿磁体固定支架（21）轴向至少对称设置两组，每组中包括两圈永磁体（22），所有永磁体（22）均径向充磁，同组中两圈永磁体（22）的充磁极性相反；

所述磁体固定支架（21）为圆筒形结构；

所述永磁体（22）设置在磁体固定支架（21）的内壁上；

或所述永磁体（22）设置在磁体固定支架（21）的外壁上，所述永磁体（22）的外侧设置有纤维层（23）；

所述纤维层（23）包括缠绕在永磁体（22）外侧的纤维丝；

纤维丝与纤维丝之间以及纤维丝与永磁体（22）之间均通过胶水粘接；

所述纤维层（23）覆盖永磁体（22）以及磁体固定支架（21）外侧。

2.根据权利要求1所述的斯特林制冷器用直线电机，其特征在于：所述内定子（32）轴向的两端各设置一端面环槽（321）。

3.根据权利要求1所述的斯特林制冷器用直线电机，其特征在于：所述外定子（31）、内定子（32）轴向长度相等。