CN1976182A - 线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机。在该线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机中，内芯设置成与运动体一起进行线性往复运动，而且在该内芯上设置有磁体以使该内芯和该运动体进行线性往复运动；并且在该磁体和该外芯之间具有间隙而在该磁体和该内芯之间无间隙，这样能够保证在同样性能的情况下使用磁体的量最少，或当使用相同量的磁体时增大线性电动机和线性压缩机的输出。在内芯的长度大于外芯的长度时，能够使在磁体进行线性往复运动时产生的与磁体运动方向相反的反向力最小化，这样能够在内芯的长度等于或小于外芯的长度时使线性电动机和线性压缩机产生的输出下降最小化。

Description

线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机

技术领域

本发明涉及一种线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机，尤其涉及一种去除磁体和内芯的间隙的并且内芯的长度大于外芯的长度的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机。

背景技术

通常，线性电动机对活塞等线性往复运动物体(以下，称为“运动体”)产生线性的往复运动力，线性电动机主要包括：定子，其中设置有线圈；以及转子，其通过与定子的往复动作使运动体进行线性往复运动。

如今，使用线性电动机压缩制冷气体等流体的线性压缩机在不断发展。

该定子包括：绕线架(bobbin)、缠绕在绕线架上的线圈、径向设置在绕线架上的外芯、以及在外芯内侧相间隔地设置的内芯。

该转子为磁体，其通过线圈通电时产生的磁力的相互作用而在该外芯及内芯之间进行线性往复运动。

该磁体和外芯内周表面之间具有外部间隙g1而该磁体和内芯外周表面之间具有内部间隙(g2)，以使该磁体在外芯和内芯之间进行线性往复运动。

线性电动机的力(输出)由电动机的力常数(α)以及施加于线圈的电流值(i)确定，其中电动机的力常数与磁体在间隙中产生的磁通密度(Bm)成正比，以使电动机的效率随着磁体在间隙中产生的磁通密度Bm的增大而提高。

如公式1所示，当外部间隙g1和内部间隙g2减小时，间隙中的磁通密度Bm增大。

Bm＝Br×t/2(g1+g2+t)                              <公式1>

其中Br为磁体中的磁通密度(特性)，t为磁体的厚度，以及2(g1+g2+t)为线性电动机的间隙。

即，线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机的力(输出)随线性电动机的间隙减小而增大。

然而，在传统的线性电动机以及使用线性电动机的线性压缩机中，由于在磁体的内侧和外侧均有间隙，而使干扰磁力的磁阻增大，因而产生一个问题：即为提高线性电动机和线性压缩机的输出需要增加磁体的用量，并且因为要使电动机获得稳定的性能应当控制所述内部间隙和所述外部间隙而降低了线性电动机和线性压缩机的效率。

发明内容

因此，本发明的目的是至少能够解决现有技术的问题及缺点。

本发明的一个目的是提供一种线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机，该线性电动机和该线性压缩机通过减小间隙能够保证同样性能的情况下使用最少的磁体、或当使用相同量的磁体时增大它们的输出，而且该线性电动机和该线性压缩机通过使内芯的长度大于外芯的长度以在移动磁体时减小反向力来增大它们的输出。

根据本发明的一个方案，提供一种线性电动机，该线性电动机包括：绕线架；线圈，其缠绕在该绕线架上；外芯，其设置在该绕线架上；内芯，该内芯设置成与运动体一起进行线性往复运动并且该内芯的长度大于该外芯的长度；以及磁体，其设置在该内芯上以使该内芯和该运动体进行线性往复运动，并且在该磁体和该外芯之间具有间隙。

该线性电动机还包括芯架，该芯架与该运动体连接并且在该芯架上设置有该内芯。

该内芯的长度L1等于或大于该外芯的长度L2和该运动体的行程的总和。

该磁体设置成紧密接触该内芯的外周表面。

该线性电动机还包括：第一固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第一固定器通过包围该磁体的前端以在前侧及外侧包围方向上锁定该磁体的前端；以及第二固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第二固定器通过包围该磁体后端以在后侧及外侧包围方向上锁定该磁体的后端。

根据本发明的另一方案，提供一种线性压缩机，其包括：汽缸；活塞，其设置在该汽缸上以进行线性往复运动；绕线架；线圈，其缠绕在该绕线架上；外芯，其设置在该绕线架上；内芯，该内芯设置成与该活塞一起进行线性往复运动，并且该内芯的长度大于该外芯的长度；以及磁体，其设置在该内芯上以使该内芯和该活塞进行线性往复运动，并且在该磁体和该外芯之间具有间隙。

该线性压缩机还包括芯架，该芯架与该活塞连接并且在该芯架上设置有该内芯。

该内芯的长度L1等于或大于该外芯的长度L2和该活塞的行程的总和。

该磁体设置成紧密接触该内芯的外周表面。

该线性压缩机还可包括：第一固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第一固定器通过包围该磁体前端以在前侧及外侧包围方向上锁定该磁体的前端；以及第二固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第二固定器通过包围该磁体后端以在后侧及外侧包围方向上锁定该磁体的后端。

在根据本发明具有上述构造的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机中，内芯设置成与运动体一起进行线性往复运动。在内芯上设置有磁体，这样内芯和运动体进行线性往复运动；并且在磁体和外芯之间具有间隙而在磁体和内芯之间无间隙，这样能够在保证同样性能的情形下使用磁体的量最少或当使用相同量的磁体时增大线性电动机和线性压缩机的输出。而在内芯的长度大于外芯的长度时，能够使在磁体进行线性往复运动时产生的与磁体运动方向相反的反向力最小化，这样能够在内芯的长度等于或小于外芯的长度时使线性电动机和线性压缩机产生的输出下降最小化。

此外，在根据本发明的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机中，由于内芯的长度大于外芯的长度和运动体的行程的总和，所以当磁体进行线性往复运动时，不会产生与磁体的运动方向相反的反向力，这样能够避免线性电动机和线性压缩机的输出降低。

此外，根据本发明的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机包括芯架，该芯架与运动体连接并且在该芯架上设置有内芯，这样能够在不能直接将内芯设置在运动体上时方便地设置内芯。

附图说明

本发明将参考以下附图进行详细描述，在附图中相同的附图标记表示相同的元件。

图1示出了在根据本发明的线性电动机的实施例中运动体向前至最大位置的状态时的局部纵向剖面图；

图2示出了在根据本发明的线性电动机的实施例中运动体后撤至最大位置的状态时的局部纵向剖面图；以及

图3示出了根据本发明的使用该线性电动机的线性压缩机的实施例的纵向剖面图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述根据本发明的线性电动机的示例性实施例。

图1示出了在根据本发明的线性电动机的实施例中运动体向前至最大位置的状态时的局部纵向剖面图，以及图2示出了在根据本发明的线性电动机的实施例中运动体后撤至最大位置的状态时的局部纵向剖面图。

如图1和图2所示，线性电动机1包括：绕线架2；缠绕在绕线架2上的线圈10；设置在绕线架2上的外芯20；以及内芯40，其设置成使诸如活塞等运动体30能够进行线性往复运动并且其长度大于外芯20的长度；以及设置在内芯40上的磁体50，并且该磁体50和外芯20之间具有间隙。

该绕线架2整体形成为筒体形状并且其外周表面是敞开的。

线圈10缠绕在绕线架2的内部。

当向线圈10通交流电时，外芯20形成磁通量的通道。并且多个外芯径向与绕线架2相隔开设置。

外芯20形成为包围部分绕线架2，而且前磁极21和后磁极22彼此隔开地设置在外芯20的内周的前部和后部。

运动体30可为用于进行线性往复运动的活塞或杆等，并且不局限于以上类型。

现仅对运动体为活塞的情形进行描述。

内芯40与外芯20一起形成磁通量的通道，而且铁芯(iron cores)径向叠放。

内芯40与活塞30直接连接以使磁体50的线性往复运动力直接传送给活塞30；并且内芯40设置在与活塞30连接的单独芯架(core frame)41上，以使磁体50的线性往复运动力可以通过芯架41传送给活塞30。

现将描述内芯40设置在芯架41的外周表面上的情形。

内芯40可以通过粘合剂、通过诸如螺钉等固定元件固定或通过突起(projection)或凹槽(groove)锁定等方式固定在芯架41的外周表面上。

在内芯40中，前磁极42a形成在内芯40的前端以及后磁极42b形成在内芯40的后端。

如果内芯40的整个长度L1小于外芯20的长度L2和运动体30的行程的总和，则当内芯40和磁体50移动时，作为反向力的磁阻力在使内芯40和外芯20之间的间隙减小的方向上(即与磁体50和内芯40的运动相反的方向)增大。所以内芯40的长度L1等于或大于外芯20的长度L2和运动体30行程的总和。

即，内芯40的长度L1等于或大于外芯20的长度L2和运动体30行程的总和。更优选地，内芯40的长度等于外芯20的长度L2和运动体30行程的总和，以节省内芯40的材料成本。

磁体50设置成紧密接触内芯40的外周表面并且在筒体方向上磁化。如果穿过外芯20和内芯40的磁通量的方向随流向线圈10的交流电的方向而改变，则磁体50受到由弗莱明左手定律确定的在前后方向上进行往复运动的力，并且该力通过内芯40和芯架41传送给运动体30。

磁体50可以通过粘合剂等直接粘合，或在粘贴炭膜(carbon film)等之后通过一小时的高温硬化而粘合，并通过单独的固定器51和52使磁体50紧密接触在内芯40的外周表面上。

现将详细描述磁体50通过固定器51和52与内芯40紧密接触的结构。

第一固定器51和第二固定器52固定于内芯40，第一固定器51通过包围磁体50的前端53以使在前侧及外侧包围方向上锁定磁体50的前端53，第二固定器52通过包围磁体50的后端54以使在后侧及外侧包围方向上锁定磁体50的后端54。

为将第一固定器51和第二固定器52固定于内芯40，前凹槽43和后凹槽44彼此隔开地设置在内芯40的外周表面上的前部和后部。

第一固定器51整体形成为环状结构并且包围磁体50前端53的部分具有“”形状的截面，而且在该第一固定器51插入凹槽43之后通过焊接或C形环将该第一固定器51的一部分固定于前凹槽43，以使磁体50的前端53紧密接触内芯40的外周表面。

第二固定器52整体形成为环状结构并且包围磁体50后端54的部分具有与第一固定器51相对的“”形状截面，而且在该第二固定器52插入凹槽43之后通过焊接或C形环使该第二固定器52的一部分固定于后凹槽44，以使磁体50的后端54紧密接触内芯40的外周表面。

即，磁体50通过第一固定器51和第二固定器52锁定在纵向和外侧方向上，以紧密接触内芯40的外周表面。

另一方面，当磁体50与内芯40一起进行线性往复运动时，线性电动机产生将内芯40移动至中心的磁阻力。当磁体50处于外芯20的磁极21和22以外时，磁体50产生的磁阻力增大。这两个作用力由于方向相反而相互抵消，以增加线性往复运动中的线性并且提高其效率。

即，在进行往复运动时，磁体50的长度为L3，其中前端53和后端54处于外芯20的前磁极21及后磁极22中的至少一个之外。

具体地，磁体50的长度相对较小，以使在磁体50向前前进至最大位置时，磁体50的后端54处于外芯20的后磁极22的前端之外，而在磁体50向后撤回至最大位置时，磁体50的前端53处于外芯20的前磁极21的后端之外。或者磁体50的长度相对较大，以使在磁体50向前前进至最大位置时，磁体50的前端53处于外芯20的前磁极21的前端之外，而在磁体50向后撤回至最大位置时，磁体50的后端54处于外芯20的后磁极22的后端之外。

另一方面，线性电动机顺序地设置活塞30、芯架41、内芯40、磁体50、外芯20以及装配的绕线架2和线圈10。

现将详细描述具有上述构造的线性电动机的操作。

首先，如果向线圈10通交流电，电流流向外芯20和内芯40的同时改变磁通量方向。

通过改变的磁通量方向在磁体50中产生的在前后方向上进行线性往复运动的力。磁体50的线性往复运动通过内芯40和芯架41传送给活塞30，以使磁体50、内芯40以及活塞30一体进行线性往复运动。

这时，由于内芯40的长度L1大于外芯20的长度L2和运动体30的行程的总和，所以与磁体50移动方向相反的方向上不会产生反向力，这样线性电动机能够产生最大的输出。

另一方面，具有上述构造的线性电动机的力(输出)由电动机力常数α以及施加于线圈10的电流值i确定，其中电动机的力常数α与由磁体产生的在间隙中的磁通密度Bm成正比。

由于磁体50紧密接触内芯40的外周表面，所以在磁体50和内芯40之间没有分离的间隙(g2)，通过磁体50在间隙中产生的磁通密度(Bm)如公式2所确定。

Bm＝Br×t/2(g1+t)                                  <公式2>

其中Br为磁体中的磁通密度(特性)，t为磁体的厚度，以及2(g1+t)为线性电动机的间隙。

即，在该线性电动机中，间隙中的磁通密度以在磁体50和内芯40之间存在分离的间隙g2的情形时的2(g1+t)/2(gl+g2+t)倍增大，这样在相同磁体数量时该电动机的输出增大并且在相同的输出时磁体50的使用量减少。

图3示出了根据本发明的使用该线性电动机的线性压缩机的实施例的纵向剖面图。

在如图3所示的线性压缩机中，用于使诸如液体制冷剂等流体经过而到达活塞30的流道31形成得较长。

该线性压缩机包括：壳体55，其形成该压缩机的外形；以及线性压缩元件60，其设置在壳体55的内部以减震，并且该压缩元件60包括线性电动机1以及活塞30。

在壳体55的一侧安装有吸入流体的吸管56，在其另一侧安装有将在线性压缩元件60中压缩的流体排出的顶管57。

该线性压缩元件60包括：汽缸62，其设置为可使活塞30进行线性往复运动；汽缸座64，其设置在汽缸62的外侧及外芯30的前部；外罩66，其设置在外芯30的后部；后罩70，其固定于外罩66并且在其中形成流体吸孔68；以及弹簧支座76，其设置在活塞30的后端，而且其中第一弹簧72置于弹簧支座76和外罩66之间，第二弹簧74置于弹簧支座76和后罩70之间。

在线性压缩元件60中，活塞30、汽缸62、芯架41、内芯40、磁体50以及装配的外芯20、绕线架2和线圈10顺序地设置在中部至外侧的方向上。

凸缘32在活塞30的后端凸出，这样芯架41和弹簧支座76能够通过螺钉等固定件固定。

另一方面，线性压缩元件60还包括：吸入阀78，其设置在活塞30的整个表面上以开关活塞30的流道31；以及排出阀组件80，其设置在汽缸座64中，以定位于活塞30的相对侧而在汽缸62中形成压缩室C，并且该组件80由压缩室C的内压打开或关闭汽缸62的前端。

吸入阀78具有通过弹性弯曲打开或关闭流道31的结构，并且由螺钉等固定在活塞30的前表面上。

排出阀组件80包括：排出阀81，其用于打开或关闭汽缸62的前端；内部排出盖83，其中设置有弹性支撑排出阀81的排出弹簧82；外部排出盖84，其中在外部排出盖84和内部排出盖83之间形成有流道；以及排出管85，其设置在外部排出盖84上以连接顶管57。

图3所示的附图标记90表示依次穿过外罩66、汽缸座64固定的紧固螺栓，附图标记92表示设置在活塞30后端的消音器。

图3所示的附图标记94表示在壳体55内的弹性支撑汽缸座64的前减震器，附图标记96表示在壳体55内的弹性支撑弹簧支座76的后减震器。

现将详细描述具有上述构造的线性压缩机的操作。

首先，当活塞30后撤时，第一弹簧72和第二弹簧74由于共振而增幅，因此该线性压缩机产生较大的力。同时，在吸入阀78中，流道31通过压缩室C和活塞30的流道31之间的压力差打开，在流道中的诸如制冷剂气体等流体被吸入压缩室C。

当活塞30前进时，第一弹簧72和第二弹簧74由于共振而增幅，因此该线性压缩机产生较大的力。同时，在吸入阀78中，活塞30的流道31由吸入压缩室C的流体以及其自身的弹性力所关闭，压缩室C内的流体通过活塞30和吸入阀78的压迫而压缩并且经过排出阀组件80和顶管57排出。

同时，在壳体55中的流体利用形成在活塞30流道31中的负压通过经过后罩70的流体吸孔68及消音器92而吸入活塞30的流道31中。

根据本发明具有上述构造的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机具有以下效果。

在根据本发明具有上述构造的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机中，内芯设置成与运动体一起进行线性往复运动；而且在内芯上设置有磁体，这样内芯和运动体进行线性往复运动；并且在磁体和外芯之间具有间隙，而在磁体和内芯之间没有间隙，这样能够保证同样的性能的情况下使用最少的磁体，或当使用相同量的磁体时增大电动机和压缩机的输出。在内芯的长度大于外芯的长度时，能够使在磁体进行线性往复运动时产生的与磁体运动方向相反的反向力最小化，这样能够在内芯的长度等于或小于外芯的长度时使线性电动机和线性压缩机产生的输出下降最小化。

此外，在根据本发明的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机中，由于内芯的长度大于外芯的长度和运动体的行程的总和，所以当磁体进行线性往复运动时，不会产生与磁体的运动方向相反的反向力，这样能够避免其输出降低。

此外，根据本发明的线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机还包括芯架，该芯架与运动体连接并且在该芯架上设置有内芯，这样能够在不能直接将内芯设置在运动体上时方便地设置内芯。

显然如上所述的本发明可以以多种形式变化。但是这些变化不能被认为脱离了本发明的精神和范围，而且对于本领域的技术人员应当清楚所有的此类修改包含在所附的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种线性电动机，其包括：

绕线架；

线圈，其缠绕在该绕线架上；

外芯，其设置在该绕线架上；

内芯，该内芯设置成与运动体一起进行线性往复运动，并且该内芯的长度大于该外芯的长度；以及

磁体，其设置在该内芯上以使该内芯和该运动体进行线性往复运动，并且在该磁体和该外芯之间具有间隙。

2.如权利要求1所述的线性电动机，其还包括芯架，该芯架与该运动体连接并且在该芯架上设置有该内芯。

3.如权利要求1所述的线性电动机，其中该内芯的长度等于或大于该外芯的长度和该运动体的行程的总和。

4.如权利要求1至3中任一所述的线性电动机，其中该磁体设置成紧密接触该内芯的外周表面。

5.如权利要求4所述的线性电动机，其还包括：第一固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第一固定器通过包围该磁体前端以在前侧及外侧包围方向上锁定该磁体的前端；以及第二固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第二固定器通过包围该磁体后端以在后侧及外侧包围方向上锁定该磁体的后端。

6.一种线性压缩机，其包括：

汽缸；

活塞，其设置在该汽缸中进行线性往复运动；

绕线架；

线圈，其缠绕在该绕线架上；

外芯，其设置在该绕线架上；

内芯，该内芯设置成与该活塞一起进行线性往复运动，并且该内芯的长度大于该外芯的长度；以及

磁体，其设置在该内芯上以使该内芯和该活塞进行线性往复运动，并且在该磁体和该外芯之间具有间隙。

7.如权利要求6所述的线性压缩机，其中还包括芯架，该芯架与该活塞连接并且在该芯架上设置有该内芯。

8.如权利要求6所述的线性压缩机，其中该内芯的长度等于或大于该外芯的长度和该活塞的行程的总和。

9.如权利要求6至8中任一所述的线性压缩机，其中该磁体设置成紧密接触该内芯的外周表面。

10.如权利要求9所述的线性压缩机，其还包括：第一固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第一固定器通过包围该磁体前端以在前侧及外侧包围方向上锁定该磁体的前端；以及第二固定器，其固定在该内芯的外周表面上，以使该第二固定器通过包围该磁体后端以在后侧及外侧包围方向上锁闭该磁体的后端。

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