专利名称：动磁激振器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于通用机械工程中一种直线压縮机，适用于低温制冷 领域，也可用于声学领域及医学领域。
背景技术：
斯特林热机专利的批准时间为1818年，它用回热器在密封系统中实 现等温压縮和膨胀的过程，是热力学效率最高的热机循环。但因工艺复 杂未曾得到发展。上世纪80年代出现的热声热机，可在声谐振管中用热 声叠将热量直接转换成声功。经过20余年的发展，斯特林热机的高效率 和热声热机的简便结构己有可能借助微加工(MEMS)结合在一起，成 为可工作于高频率的热声斯特林谐振换能器。它最引人瞩目的特点是不 用可动部件可以将品位很低的热量转换成机械功，在可再生能源技术中 成为很有希望的新型换能器。能源需求的紧迫，导致可再生能源技术的 发展，热声斯特林借助外激励源的激励可以降低热声自激振荡的起振阈 值，但目前采用的多数仍然是动圈式激振器，其线圈引线随着动圈一起 振动，易折断，而且因动圈质量大，不能在高频下工作，同时径向充磁 的永磁造成动子的偏心，使压縮机活塞无法与气缸形成高质量的间隙密 封。微型斯特林制冷机是光电子技术、超导技术和空间远程通讯技术中 的关键部件，还可应用于心脏起搏器、医用制氧系统和医用冰箱中。它 要求采用无油润滑的间隙密封的动圈式激振器，经过多年改进后，动圈 式激振器可以实现2-3年的寿命，但对加工精度要求高，加工成本难以下 降，而且由于磨损和堵塞使运行寿命较短，这个特点造成了斯特林制冷动磁激振器结构简单、活塞磨损小、寿命长、控制简单，能够对振 荡的频率和位移进行控制，而且随着高磁通量永磁体铷铁硼的发展，及 结构改进，还会有进一步的性能改善。活塞杆长度的减小，对于减小误 差传递以及避免连接导线的运动都有利于斯特林制冷机的稳定运行并提 高寿命。中国发明专利申请公开号1585857A提出一种直线压縮机，它是一 种动磁激振器，由缸体、活塞、缸体端面、构成直线电动机部分的可动 部分及固定部分、螺旋弹簧、端盖部分、支承机构部分、密封容器等构 成。缸体内形成有进行气体压縮的压縮室。弹簧构件由具有一定弹簧刚 性的螺旋弹簧构成。该发明采用了动磁式直线电机驱动压縮机，但是螺 旋弹簧的径向刚度几乎为零，侧向力必然会引起气缸与活塞的侧向磨损， 从而縮短压縮机的使用寿命。中国发明专利申请公开号CN1773112A提出一种动磁式直线压縮 机，它也是一种动磁激振器，包括一直线电机组件，主要有同心组合结 构的内外磁轭、动磁线圈、永磁体和电机动子托架，永磁体位于电动机 动子托架上并处于由内外磁轭构成的磁场中。其特点一是悬挂组件，'主 要有与机座连接的弹簧支架、安装于弹簧支架于电动机动子托架上的柔 性弹簧、内外垫圈、以及装设在电机动子托架与内磁轭之间防止活塞与 气缸相撞的防撞缸机架构；二是永磁体采用减少偏心磁力的多片型结构。 这个结构比较复杂，加工精度要求高，同时多片永磁难以保证质量分布 均匀。发明内容本实用新型提出一种动磁激振器，克服现有技术结构比较复杂、 多片型结构永磁体造成偏心磁力以及径向永磁体的不足和缺陷，增加压縮机的驱动力和使用寿命。本实用新型的一种动磁激振器，在圆筒形外壳内装有柱状支吊弹簧、 轭铁及其内部的线圈，气缸嵌入气缸法兰，气缸法兰和外壳对中配合， 气缸内的活塞与活塞杆固定连接，表面贴有永磁环的活塞杆，穿过轭铁 及其内部的线圈支承在柱状支吊弹簧中心，其特征在于所述永磁环由两个轴向永磁环和一个径向永磁环组成，永磁环材料 为铷铁硼磁体；所述轭铁由硅钢片巻绕成两个带有凹槽的圆柱拼接而成，拼接的圆 柱上下表面截面为凹入的梯形，并与截面为凸出的梯形的硅钢片盖板连接。所述的动磁激振器，其特征在于所述永磁环内衬硅钢片后与活塞 杆用强力胶粘连接；所述外壳与气缸法兰连接采用平面接触，气缸法兰 和外壳的配合面上具有定位台，外壳的配合面上具有密封槽。本实用新型的轴向永磁环提供驱动力需要的磁场强度，径向永磁环 用来限定需要的活塞行程。活塞及永磁环的间隙配合定位依靠柱状支吊 弹簧以及气缸法兰，在确定好合适的间隙后，加工对应的永磁环。硅钢 片巻绕成合适的槽装入线圈，并形成梯形搭接结构与盖板硅钢片连接。 通过线圈激励形成的磁场与永磁体磁场相互作用后驱动活塞杆运动。对用于斯特林机的场合，本实用新型的动磁激振器的运行过程是当 激励线圈通入交流电时，在内外磁轭及气隙间形成交变磁场，动子永磁 体受交变的电磁作用力，带动活塞与支吊弹簧一起形成往复的压縮与膨 胀过程，对气缸内的气体形成交替的压縮与膨胀作用，并且在动磁激振 器对置的情况下，可以有控制机构按照锁定相位工作。本实用新型结构简单、整机尺寸小，易于装配；两端采用铷铁硼轴向充磁永磁环，中间采用径向充磁永磁环，实现磁场聚焦且磁场强度大， 活塞行程控制好；线圈固定在硅钢片特别造型形成的凹槽内，硅钢片之 间梯形连接，形成封闭磁路，并且线圈的接线对运动无影响；永磁环、 活塞和活塞杆组成的动子质量小，易于实现高频率；由于减小了活塞杆 长度，从而减小了误差传递，延长了机器寿命。本实用新型可以实现与不同工作需求的连接，同时可以调整工作频 率及活塞行程，并且在对置情况下可以通过电控系统按照锁定相位工作。
图1是本实用新型的结构示意图；图2本实用新型永磁环布置及磁场回路示意图；图3本实用新型轭铁的硅钢片梯形连接示意图。图中标记背压进气管l，外壳2，锁紧螺母3，柱状支吊弹簧4， 轭铁5，线圈6，气缸法兰7，永磁环8，活塞杆9，活塞10，气缸连接 件ll，气缸12，密封环13，垫环14，硅钢片15，硅钢片盖板16，活塞 杆穿孔17，线圈凹槽18。
具体实施方式
如图l所示，本实用新型采用不锈钢制造外壳2，加工中控制同心度 以及垂直度，将设计好的符合输出需求的柱状支吊弹簧4滑动装入，既 起支承作用，同时也起轴承作用，还要实现对活塞杆9的定位，加上挡 环实现对轭铁5的支撑，并留下柱状支吊弹簧4变形需要的位移量。轭 铁5选用硅钢片，按照梯形对接形成封闭磁路，线圈6就放在轭铁5中 间形成的凹槽上，引线则可以通过在外壳2上开孔引出。线圈6采用一 种空心不导磁铝合金骨架，有利于散热。永磁环8和活塞杆9用粘胶固 定，使得永磁环8与线圈6之间的间隙符合计算的间隙量，形成气隙。活塞10和活塞杆9都采用铍青铜，既有强度又不导磁。气缸12与气缸 法兰7紧配合，气缸12采用合金钢易于形成合理的粗糙度，并且在气缸 法兰7和外壳2的配合面上车出定位台，实现活塞杆9和活塞10的对中， 这靠气缸法兰7和外壳2的配合面之间的垂直度控制。也可以在外壳2 的配合面上车出密封槽，形成动磁激振器的密封结构。永磁环采用整体 环，避免多片拼装产生的质量不均匀。永磁环长度按照行程与线圈长度 进行合适的确定。背压进气管1实现动磁激振器静态压力平衡作用。图2是永磁环布置及磁场回路示意。永磁环8由两个轴向永磁环和 一个径向永磁环组成；当线圈6电流交变时，轭铁5上N极与S极就会 互换，从而让永磁环8带动活塞杆9改变运动方向。图3是轭铁5的梯形连接图，轭铁5由硅钢片15从内圈巻绕，巻绕 成两个带有凹槽的圆柱拼接而成，形成活塞杆穿孔17，线圈凹槽18;拼 接的圆柱上下表面截面为凹入的梯形，并与截面为凸出的梯形的硅钢片 盖板16匹配连接，确保磁阻损失小。
权利要求1.一种动磁激振器，在圆筒形外壳内装有柱状支吊弹簧、轭铁及其内部的线圈，气缸嵌入气缸法兰，气缸法兰和外壳对中配合，气缸内的活塞与活塞杆固定连接，表面贴有永磁环的活塞杆，穿过轭铁及其内部的线圈支承在柱状支吊弹簧中心，其特征在于所述永磁环由两个轴向永磁环和一个径向永磁环组成，永磁环材料为铷铁硼磁体；所述轭铁由硅钢片卷绕成两个带有凹槽的圆柱拼接而成，拼接的圆柱上下表面截面为凹入的梯形，并与截面为凸出的梯形的硅钢片盖板连接。
2. 如权利要求1所述的动磁激振器，其特征在于所述永磁环内衬 硅钢片后与活塞杆用强力胶粘连接；所述外壳与气缸法兰连接采用平面 接触，气缸法兰和外壳的配合面上具有定位台，外壳的配合面上具有密 封槽。
专利摘要动磁激振器，属于通用机械工程中一种直线压缩机，适用于低温制冷领域，本实用新型在圆筒形外壳内装有柱状支吊弹簧、轭铁及其内部的线圈，气缸嵌入气缸法兰，气缸法兰和外壳对中配合，气缸内的活塞与活塞杆固定连接，穿过轭铁及其内部的线圈支承在柱状支吊弹簧中心，所述永磁环由两个轴向永磁环和一个径向永磁环组成；所述轭铁由硅钢片卷绕成两个带有凹槽的圆柱拼接而成，其上下表面截面为凹入的梯形，并与截面为凸出的梯形的盖板硅钢片连接。本实用新型结构简单、整机尺寸小，易于装配，减小误差传递，延长机器寿命，可以实现与不同工作需求的连接，同时可以调整工作频率及活塞行程，并且在对置情况下 可以通过电控系统按照锁定相位工作。
文档编号H02K35/00GK201110257SQ20072008792
公开日2008年9月3日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者丁国忠, 锋 吴, 张春萍, 张晓青, 青 鄂 申请人:华中科技大学;武汉工程大学