WO2019154405A1

WO2019154405A1 - 一种往复式直线电机用动子支撑弹簧以及往复式直线电机

Info

Publication number: WO2019154405A1
Application number: PCT/CN2019/074752
Authority: WO
Inventors: 程路
Original assignee: 日照华斯特林科技有限公司
Priority date: 2018-02-11
Filing date: 2019-02-10
Publication date: 2019-08-15
Also published as: CN108223189A; CN110494642A; CN110494642B

Abstract

一种往复式直线电机用动子支撑弹簧（1），该动子支撑弹簧（1）为板条形，它包括本体部（2），用以安装连接电机的动子部分（9）；弹性部（3），用以产生弹性形变以调节动子部分（9）的运动相位，其由本体部（2）向左右侧对称延长形成；固定部（4），用于安装连接电机的定子部分（8），其由弹性部（3）弯曲形成。还提供了一种往复式直线电机，包括动子部分（9）和定子部分（8），动子部分（9）设置在定子部分（8）内部并可在定子部分（8）内部往复式直线运动，动子部分（9）通过动子支撑弹簧（1）与定子部分（8）连接。该动子支撑弹簧提高了动子的安装稳定性，且具有较好的弹性一致性和轴向刚度，增加了弹簧的径向刚度，因此提高了往复式直线电机的使用寿命和可靠性，也降低了成本，更加适应重型动子的应用场合。

Description

一种往复式直线电机用动子支撑弹簧以及往复式直线电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言涉及一种往复式直线电机用动子支撑弹簧以及往复式直线电机。

背景技术

现有技术的直线电机支承方式主要包括三种类型，分别为硬摩擦支承直线电机、气浮轴承直线电机和双板簧支承直线电机。其中硬摩擦支承直线电机是使用耐磨物质或无油自润滑物质制作的轻量动子，以减少侧向力造成的动子和定子之间的摩擦损耗，这种结构的直线电机结构简单，但仅适用于负载较小的场合，且其自身寿命也较短。气浮轴承直线电机是使用特殊结构的气缸或动子使动子在工作过程中，有部分气体作为气浮轴承避免动子和定子之间的摩擦，这种结构的直线电机寿命长，效果也好，但是其结构复杂，加工精度要求高，成本十分高昂。双板簧支承直线电机将动子用两个涡旋式板簧支撑，这种结构的直线电机效率高，径向支撑力较好，可以使用于较大重量的动子上，承受更大的负载，但是涡旋式板簧的加工精度要求高，成品率低，且消耗的材料较多，材料成本也十分高昂，此外，在双板簧式直线电机的工作过程中，定子内的动子会做上万、上亿次的往复式直线运动，而作为动子的支撑弹簧，板弹簧也需要相应的做上万、上亿次的来回移动，这就给弹簧的疲劳强度、弹性刚度和稳定性提出了较高的要求。

现有技术双板簧式直线电机采用的是平面弹簧，常见的平面弹簧为圆片状涡旋弹簧，如图6所示。加工圆片状涡旋弹簧的基本方法是在金属片上采用线切割慢走丝的方法刻蚀涡旋槽。此种圆片状涡旋弹簧存在以下缺陷：在加工的过程中通过线切割慢走丝的方法刻蚀涡旋槽，造成材料的严重浪费；涡旋槽风通量较小，在工作的过程中产生的风压比较大，对活塞来回移动产生阻力；平面弹簧为渐开线弹簧，只是一个很细的支撑臂，支撑力度不强，虽然周向刚度不错，但是径向刚度较差，容易在较多次的弹性形变后变脆发热，导致断裂，尤其是采用重型动子时，使用一段时间后，由于抗疲劳性能不足，涡旋弹簧会将产生塑性变形，进而使动子的侧向力增大，产生更大的摩擦力，导致直线电机的寿命降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术中存在的不足而提供一种往复式直线电机用动子支撑弹簧以及往复式直线电机，所述的动子支撑弹簧提高了直线振动电机的使用寿命，且降低了动子支撑弹簧的加工难度和生产成本。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术手段：

一种往复式直线电机用动子支撑弹簧，该动子支撑弹簧为板条形，它包括本体部，用以安装接连电机的动子部分；弹性部，用以产生弹性形变以限定动子部分的运动相位，其由本体部向左右侧对称延长形成；固定部，用于安装连接电机的定子部分，其由弹性部折弯形成。本发明还提供一种往复式直线电机，包括动子部分和定子部分，所述动子部分设置在定子部分内部并可在定子部分内部往复式移动，所述动子部分通过动子支撑弹簧与定子部分连接。

上述技术方案还可以通过以下措施进一步完善：

作为进一步优化，所述的本体部与弹性部的连接过渡处设置有第一弧形拐角。所述的弹性部与固定部的连接过渡处设置有第二弧形拐角。所述本体部为平板状，所述弹性部由本体部向斜上方延长形成。所述动子支撑弹簧的整体形状为中部平坦的M形。优选的，所述第一弧形拐角为α，150°≤α≤180°；更优选的，所述第一弧形拐角α＝160°。

作为进一步优化，所述本体部和弹性部均为平板状，所述弹性部由本体部沿水平方向延长形成。所述动子支撑弹簧的整体形状为中部平坦的C形。

作为进一步优化，所述本体部设有动子连接孔。所述固定部设有定子连接孔。

作为进一步优化，往复式直线电机为应用于斯特林机的驱动电机。所述动子部分为斯特林机用驱动电机的活塞，所述定子部分包括斯特林机用驱动电机的缸体和筒体。

作为进一步优化，所述动子部分和本体部固定连接，所述定子部分和固定部固定连接。所述动子部分和本体部用紧固件锁紧连接，所述定子部分和固定部用紧固件锁紧连接。所述定子部分的侧壁上设有安装槽，固定部与安装槽相适配。

作为进一步优化，所述动子支撑弹簧至少为两个，各动子支撑弹簧均垂直于动子轴线且在动子轴线方向上间隔一定距离设置。所述动子支撑弹簧为两个，其位于动子部分的同一侧或者分别位于动子部分的两侧。所述两个动子支撑弹簧相互垂直。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明的动子支撑弹簧，由于其为板条状，因此和蜗旋弹簧相比，占用的空间较小，所以其消耗的材料较少，且加工工艺简单，不需要采用高精度加工设备，也几乎不产生多余的废料，因而显著降低了材料成本和工艺成本。且其也具有更大的通风面积，在高频振动工作过程中产生的风压较小，动子部分来回移动产生的阻力较小，降低对动子部分产生的风阻，提高了能效。

本发明的动子支撑弹簧的宽度可以做的比蜗旋弹簧的连接臂更大，提高了弹簧轴向刚度和径向刚度，增加了支撑弹簧的抗疲劳寿命，可以更好地使用在重型动子的场合，提高了带负载能力，也大大减小了侧向力导致的动子磨损问题，提高了电机的使用寿命，也使其具有更高的可靠性。

此外，本发明的动子支撑弹簧，由于其为板条形，其本体部、弹性部和安装部一体延伸，其安装部由弹性部折弯形成，使其可以安装在定子的侧面，安装更加牢固。因此，在较长的时间内，动子支撑弹簧的弹性变形均为线性变形，不仅提高了动子的寿命，也使得在较长时间内，电机的输出功率较为稳定，尤其是重型动子的场合，其综合机械性能的表现十分优异。

附图说明

图1为实施例一中动子支撑弹簧的结构示意图。

图2为实施例二中动子支撑弹簧的结构示意图。

图3为实施例三的安装结构示意图。

图4为实施例三的安装结构左视图。

图5为实施例四的安装结构示意图。

图6是现有技术中的圆片状涡旋弹簧的结构示意图。

附图标记说明：

1.动子支撑弹簧；1’动子支撑弹簧；2.本体部；3.弹性部；4.固定部；5.动子连接孔，6.第一弧形拐角；7.第二弧形拐角；8.定子部分；81.缸体；82.筒体；9.动子部分；10.紧固件。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

如图1所示，本发明的一种往复式直线电机及其动子支撑弹簧1，该动子支撑弹簧1为板条形，它包括本体部2，用以安装接连电机的动子部分；弹性部3，用以产生弹性形变以限定动子部分的运动相位，其由本体部2向左右侧对称延长形成；固定部4，用于安装连接电机的定子部分，其由弹性部3的端部向下弯曲并延长形成。本体部2、弹性部3和固定部4为一体设置。

需要说明的是，本发明的板条形的动子支撑弹簧为整体呈条状，且为薄板，也即条状弹性板，而非传统的圆片状涡旋弹簧的圆片状弹性板(如图6所示)。板条形支撑弹簧相比圆片状涡旋弹簧，消耗更少的材料，其弹性线性较好，可靠性更高。

所述的本体部2与弹性部3的连接过渡处设置有第一弧形拐角6。所述的弹性部3与固定部4的连接过渡处设置有第二弧形拐角7。所述本体部2为平板状，所述弹性部3由本体部2向斜上方延长形成。所述动子支撑弹簧的整体形状为中部平坦的M形。所述本体部2设有动子连接孔。所述固定部设有定子连接孔。

如图1所示动子支撑弹簧1，其由正视图上观察，整体为中部平坦的M形或者为弓形，所述的本体部2与弹性部3的连接处设置有第一弧形拐角6，第一弧形拐角6由本体部2向斜上方折弯形成，所述的弹性部3与固定部4的连接处设置有第二弧形拐角7，第二弧形拐角7由弹性部3向下方折弯形成，第二弧形拐角7的曲率半径远远小于第一弧形拐角6的曲率半径，第二弧形拐角7接近于半圆形，设置弧形拐角增大了支撑弹簧的弹性形变能力，有利于提高该处的疲劳寿命。本体部2为平板状，所述弹性部3由本体部2向斜上方延长，弹性部3和本体部2之间的夹角为α，也即第一弧形拐角6的外侧钝角，为了提高该处的疲劳寿命，设置为150°≤α≤180°在本实施例中α＝160°，另外，第二弧形拐角7为连接弹性部3 和固定部4的光滑过渡圆角，设置圆角可以显著降低该处的应力集中。本实施例中两个弹性部3和固定部4均为对称设置。

此外，本实施例中的动子支撑弹簧1的径向刚度是轴向刚度的100倍，受动子支撑弹簧1支撑，可以使用更重的动子，比如动子使用更多永磁体后可获得更大的电机推力。

实施例二：

如图2所示，在本实施例中，其基本结构和实施例一基本相同，所不同之处在于，所述动子支撑弹簧1的形状不同，在本实施例中的动子支撑弹簧1的正视图的形状为中部平坦的C形，其本体部2和弹性部3均为平面形，弹性部3的端部向下弯曲并延长形成固定部4。弹性部3是有本体部2向外侧平行延长形成。其安装结构采用和实施例一的安装方式相同或相似的方式均可。

实施例三：

如图3、图4以及图2所示，在本实施例中，往复式直线电机为斯特林制冷机用驱动电机，其包括动子部分9和定子部分8，所述动子部分9为斯特林机用驱动电机的活塞，所述定子部分包括斯特林机用驱动电机的缸体和筒体。所述动子部分9设置在定子部分8内部并可在定子部分8内部往复式移动，所述动子部分9通过动子支撑弹簧1、1’与定子部分8的筒体82固定连接。动子支撑弹簧1、1’，可以限定动子的运动相位，在给予定子线圈相同电压和电流的作用下，动子支撑弹簧1、1’的弹性性能直接决定动子在某一时间点所处的位置，也即限定了动子的运动相位，板条形的支撑弹簧1、1’具有较高的弹性一致性，因此也可以更加准确地限定动子的运动相位，提高了动子运动的线性度。

所述本体部2设有动子连接孔5用于与动子固定连接，所述固定部4设有定子连接孔用于与定子固定连接。本实施例中的动子部分9(也即活塞)和本体部2固定连接，所述定子部分8的筒体82和固定部4固定连接。所述动子部分9和本体部2用紧固件锁紧连接，所述定子部分和固定部用紧固件锁紧连接，本实施例中的紧固件为螺栓，当然在其它实施方式中还可用铆钉等紧固件连接或者其他机械连接方式。所述定子部分8上设有安装槽，安装槽设置在筒体82的侧面，以提高支撑弹簧的安装结构强度，固定部4与安装槽相适配，也即固定部4可以被安装在安装槽内。所述动子支撑弹簧1、1’为两个，各动子支撑弹簧1、1’均垂直于动子轴线且在动子轴线方向上间隔一定距离设置，也即其具有左右位置关系，动子轴线也即活塞的中心轴线。所述动子支撑弹簧为两个，其位于动子部分的同一侧。所述两个动子支撑弹簧1、1’相互垂直。该两个动子支撑弹簧1、1’相互垂直是指空间上相互垂直，或者说是在同一个垂直于动子轴线的平面内的投影相互垂直。当然在其它实施方式中，也可以设置更多个动子支撑弹簧1、1’，其安装方式最好为间隔且均布设置。

在本实施例中，所述往复式直线电机为斯特林机用驱动电机，当然也可以是其它类型的往复式直线电机，例如音频振动电机，所述动子部分9为斯特林机用驱动电机的活塞，所述定子部分8包括斯特林机用电机的缸体81和筒体82。针对斯特林电机，固定部4和筒体82固定连接，本体部2和活塞固定连接。

实施例四：

如图5所示，在本实施例中，其基本结构和实施例三基本相同，所不同之处在于，两个动子支撑弹簧1、1’分别位于动子部分9的两侧，也即两个动子支撑弹簧1、1’分别安装在定子部分8和动子部分9的两侧面，该种安装方式可以进一步提高动子部分9的安装稳固性，显著降低了动子部分9运动过程中的侧向力，因而也更加适合重型动子的场合，减小了摩擦力，并提高了斯特林机的整机寿命。

本发明的工作原理是在往复式直线电机的定子线圈通交变电流后产生磁场，动子部分9在磁场的作用下产生左右往复式直线运动，由于动子部分9与动子支撑弹簧1、1’固定连接，并进一步和定子部分8连接，使得动子部分9和定子部分8之间保持一个稳定的相对位置，使得动子部分9可以稳定地在定子部分8中运动而不会与定子部分8产生碰撞，减小了振动过程中侧向力导致的动子磨损。另外，动子支撑弹簧1、1’的弹力作用下，动子部分9的运动相位受到限定，且可以使动子部分9在弹力的作用下快速复位。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了1.动子支撑弹簧；1’动子支撑弹簧；2.本体部；3.弹性部；4.固定部；5.动子连接孔，6.第一弧形拐角；7.第二弧形拐角；8.定子部分；81.缸体；82.筒体；9.动子部分；10.紧固件等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

一种往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述的动子支撑弹簧为板条形，它包括：

本体部，用以安装接连电机的动子部分；

弹性部，用以产生弹性形变以限定动子部分的运动相位，其由本体部对称地向左右两侧延伸形成；

固定部，用于安装连接电机的定子部分，其位于弹性部外侧，并由弹性部折弯形成。
根据权利要求1所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述的本体部与弹性部的连接过渡处设置有第一弧形拐角。
根据权利要求1或2所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述的弹性部与固定部的连接过渡处设置有第二弧形拐角。
根据权利要求1或2所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述本体部为平板状，所述弹性部由本体部向斜上方延长形成。
根据权利要求4所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述动子支撑弹簧的整体形状为中部平坦的M形。
根据权利要求3所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述本体部和弹性部均为平板状，所述弹性部由本体部沿水平方向延长形成。
根据权利要求6所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述动子支撑弹簧的整体形状为中部平坦的C形。
根据权利要求1所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述本体部设有动子连接孔。
根据权利要求1或8所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述固定部设有定子连接孔。
根据权利要求2所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述第一弧形拐角为α，150°≤α≤180°。
根据权利要求10所述的往复式直线电机用动子支撑弹簧，其特征在于，所述第一弧形拐角α＝160°。
一种往复式直线电机，包括动子部分和定子部分，所述动子部分设置在定子部分内部并可在定子部分内部往复式移动，所述动子部分通过动子支撑弹簧与定子部分连接，其特征在于，所述动子支撑弹簧为权利要求1至11任一项所述的动子支撑弹簧。
根据权利要求12所述的往复式直线电机，其特征在于，它为应用于斯特林机的驱动电机。
根据权利要求12或13所述的往复式直线电机，其特征在于，所述动子部分和本体部固定连接，所述定子部分和固定部固定连接。
根据权利要求12或13所述的往复式直线电机，其特征在于，所述动子支撑弹簧至少为两个，各动子支撑弹簧均垂直于动子轴线且在动子轴线方向上间隔一定距离设置。
根据权利要求15所述的往复式直线电机，其特征在于，所述动子支撑弹簧为两个，其位于动子部分的同一侧或者分别位于动子部分的两侧。
根据权利要求16所述的往复式直线电机，其特征在于，所述两个动子支撑弹簧相互垂直。
根据权利要求14所述的往复式直线电机，其特征在于，所述动子部分和本体部用紧固件锁紧连接，所述定子部分和固定部用紧固件锁紧连接。
根据权利要求18所述的往复式直线电机，其特征在于，所述定子部分的侧壁上设有安装槽，固定部与安装槽相适配。
根据权利要求13所述的往复式直线电机，其特征在于，所述动子部分为斯特林机用驱动电机的活塞，所述定子部分包括斯特林机用驱动电机的缸体和筒体。