直线电机的活塞气缸结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种直线电机的活塞气缸结构。包括：活塞、气缸、至少一动对中孔及至少一静对中孔；至少一静对中孔设置在气缸的一侧内壁上，至少一动对中孔设置在活塞上；静对中孔的一端与气缸的背腔连通、且动对中孔的一端朝向活塞运动的方向且与气缸的前腔连通；或，静对中孔的一端与气缸的前腔连通、且动对中孔的一端朝向活塞运动的方向且与气缸的背腔连通；其中，静对中孔的另一端朝向活塞与气缸之间的间隙；动对中孔的另一端朝向活塞与气缸之间的间隙、且相对于静对中孔的另一端偏向活塞漂移的方向。本发明利用压力波动差使气流可以产生净的单向流动，抑制活塞漂移的效果更好，还减小了流动损失，提高了电机的工作效率。
【专利说明】直线电机的活塞气缸结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及直线电机技术，尤其涉及一种直线电机的活塞气缸结构。
【背景技术】
[0002]直线电机是一种动子与活塞连接在一起，活塞在气缸内做直线往复运动(动子也是做直线运动，而非旋转运动)的电机结构。电机在交变电流驱动下，活塞通过往复运动可向外输出压力波。通过采取一定的支撑结构，活塞可以始终和气缸之间保持一定的微小间隙，不产生任何摩擦，因此这种电机寿命非常长。
[0003]图1为现有技术直线电机的活塞气缸结构示意图。如图1所示，通常活塞气缸01的前腔11的压力波动大于背腔12，使得前腔11内的气体会逐渐通过活塞13与汽缸16之间的微小间隙流向背腔12，从而使前腔11压力低于背腔12，活塞13的往复运动偏离活塞13的平衡位置14，向前腔11漂移，直到弹簧作用于动子15上的回复力与压差作用力达到平衡活塞13才停止进一步漂移。活塞13漂移后，许用的位移振幅将低于设计值，并且电机电磁转换效率下降，使电机效率降低。
[0004]为了抑制活塞13漂移，通常采用的办法是在气缸16和活塞13上增加静对中孔17和动对中孔18，在气缸16上设置有静对中孔17，其一端与电机背腔12连通，另一端位于活塞13的平衡位置14处；在活塞13上有动对中孔18，其一端与前腔11连通，另一端位于活塞13的平衡位置14处。在直线电机工作过程当中，当活塞13运动到平衡位置14时，前腔11和背腔12通过静对中孔17与动对中孔18连通，此时如果两个腔体平均压力不平衡，则气流由背腔12流向前腔11，或者气流由前腔11流向背腔12，从而减小两个腔体内压力的不平衡。
[0005]图2为现有技术直线电机的活塞位移、前腔压力波动与背腔压力波动之间的相位关系图。如图2所示，活塞13在一个周期的运动过程中会两次连通前腔11和背腔12，即两次活塞13位移幅值为O的时刻，如果前腔11和背腔12为没有任何负载的腔体，那么活塞13在到达平衡位置14时，前腔11和背腔12内的压力波动幅值也将为0，此时如果背腔12平均压力高，气流将通过静对中孔17和动对中孔18从背腔11进入前腔12。但实际情况中，因为前腔11通常带有负载，因此前腔11的压力波动在活塞13到达平衡位置时并不为0，因此在第一个平衡位置时刻，由于前腔11和背腔12压力波动的差异，气流将从前腔11流向背腔12，而在第二个平衡位置时刻，气流将从背腔12流向前腔11，这两股气流大小相等，方向相反(图2中圆柱形部分)。这种办法虽然可以减小活塞漂移，但效果有限，而且造成了较大的流动损失，不利于电机获得高效率。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种直线电机的活塞气缸结构，包括:活塞、气缸、至少一动对中孔及至少一静对中孔；
[0007]所述至少一静对中孔设置在所述气缸的一侧内壁上，所述至少一动对中孔设置在所述活塞上；
[0008]所述静对中孔的一端与所述气缸的背腔连通、且所述动对中孔的一端朝向所述活塞运动的方向且与所述气缸的前腔连通；或，所述静对中孔的一端与所述气缸的前腔连通、且所述动对中孔的一端朝向所述活塞运动的方向且与所述气缸的背腔连通；
[0009]其中，所述静对中孔的另一端朝向所述活塞与所述气缸之间的间隙，用于与所述至少一动对中孔连通；所述动对中孔的另一端朝向所述活塞与所述气缸之间的间隙、且相对于所述静对中孔的另一端偏向所述活塞漂移的方向，用于与所述至少一静对中孔连通。
[0010]本发明直线电机的活塞气缸结构，通过在气缸的一侧内壁上设置有静对中孔，在活塞上设置有动对中孔。静对中孔的一端与气缸的背腔连通，动对中孔的一端朝向活塞运动的方向且与气缸的前腔连通；或者，静对中孔的一端与气缸的前腔连通，动对中孔的一端朝向活塞运动的方向且与气缸的背腔连通。其中，静对中孔的另一端朝向活塞与气缸之间的间隙，动对中孔的另一端朝向活塞与气缸之间的间隙、而且相对于静对中孔的另一端偏向活塞漂移的方向。在活塞静止时，静对中孔的另一端与动对中孔的另一端不直接连通。在活塞工作时，利用压力波动差使气流可以产生净的单向流动，这样不仅抑制活塞漂移的效果更好，而且还减小了流动损失，提高了电机的工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为现有技术直线电机的活塞气缸结构不意图；
[0013]图2为现有技术直线电机的活塞位移、前腔压力波动与背腔压力波动之间的相位关系图；
[0014]图3a为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例一的一结构不意图；
[0015]图3b为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例一的又一结构不意图；
[0016]图4为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例一的活塞位移、前腔压力波动与背腔压力波动之间的相位关系图；
[0017]图5为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例二的结构示意图；
[0018]图6为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例二的活塞位移、前腔压力波动与背腔压力波动之间的相位关系图；
[0019]图7为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]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中的附图，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。
[0021]图3a为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例一的一结构不意图，图3b为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例一的又一结构不意图，如图3a、图3b所不，本实施例的直线电机的活塞气缸结构可以包括:活塞33、气缸36、至少一动对中孔38及至少一静对中孔37。
[0022]所述至少一静对中孔37设置在所述气缸36的一侧内壁上，所述至少一动对中孔38设置在所述活塞33上。
[0023]所述静对中孔37的一端371与所述气缸36的背腔32连通、且所述动对中孔38的一端381朝向所述活塞运动的方向且与所述气缸36的前腔31连通(如图3a所示的结构)；或者，所述静对中孔37的一端371与所述气缸36的前腔31连通、且所述动对中孔38的一端381朝向所述活塞运动的方向且与所述气缸36的背腔32连通(如图3b所示的结构)；
[0024]其中，所述静对中孔37的另一端372朝向所述活塞33与所述气缸36之间的间隙，用于与所述至少一动对中孔38连通；所述动对中孔38的另一端382朝向所述活塞33与所述气缸36之间的间隙、且相对于所述静对中孔37的另一端372偏向所述活塞漂移的方向，用于与所述至少一静对中孔37连通。
[0025]上述气缸的背腔是指活塞与直线电机的动子相连接的气缸的腔体，前腔是指与负载相连的气缸的腔体。
[0026]上述平衡位置是指活塞静止时在气缸内所处的位置。一般来讲，在结构图中，活塞静止在平衡位置时习惯上通常在活塞和汽缸上画出标记线，标记线重合时表明活塞回到了平衡位置。平衡位置跟活塞中点没有必然联系，只是将标记线标注的活塞的中点处而已。
[0027]其中，所述动对中孔38中用于与所述静对中孔37连接的另一端381可以位于所述活塞33的平衡位置处34，也可以位于非平衡位置处。
[0028]一般情况下，气缸的背腔压力波动小于前腔的压力波动，活塞向前腔漂移，所以在本发明中将活塞向前腔漂移定义为默认状态，即在默认状态下静对中孔37的另一端372开设在朝向活塞33漂移方向相反的方向，也就是活塞平衡位置朝向背腔方向的一边。如果不在默认状态下，气缸的背腔压力波动大于前腔的压力波动，活塞向背腔漂移时，就需要将静对中孔37的另一端372开设在朝向活塞33漂移方向相反的方向，也就是活塞平衡位置朝向前腔方向的一边。
[0029]进一步的，用于连通的所述静对中孔37的另一端372与所述动对中孔38的另一端382间距小于所述活塞33的最大振幅。即所述静对中孔37的另一端372沿着内壁向所述动对中孔38的另一端382之间的直线距离小于所述活塞33的最大振幅。这样就保证了活塞33在工作时，所述静对中孔37与所述动对中孔38能够有效的连通。
[0030]本发明实施例在默认状态下，活塞工作时，只有在活塞从平衡位置向背腔方向运动时，静对中孔的另一端才能和动对中孔的另一端连通。图4为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例一的活塞位移、前腔压力波动与背腔压力波动之间的相位关系图，如图4所示，在第一个连通时刻(图4中短圆柱形部分对应的相位时刻)，前腔压力波动大于背腔，在第二个连通时刻(图4中长圆柱形部分对应的相位时刻)，背腔压力波动大于前腔。两次连通时的压力波动差虽然方向相反，但大小不相等，所以气流会从背腔流向前腔，减小前腔和背腔之间的压力波动差，使前腔和背腔之间的压力波动平衡。
[0031]本实施例通过在气缸的一侧内壁上设置有静对中孔，在活塞上设置有动对中孔。静对中孔的一端与气缸的背腔连通，动对中孔的一端朝向活塞运动的方向且与气缸的前腔连通；或者，静对中孔的一端与气缸的前腔连通，动对中孔的一端朝向活塞运动的方向且与气缸的背腔连通。其中，静对中孔的另一端朝向活塞与气缸之间的间隙，动对中孔的另一端朝向活塞与气缸之间的间隙、而且相对于静对中孔的另一端偏向活塞漂移的方向。在活塞静止时，静对中孔的另一端与动对中孔的另一端不直接连通。在活塞工作时，利用压力波动差使气流可以产生净的单向流动，这样不仅抑制活塞漂移的效果更好，而且还减小了流动损失，提高了电机的工作效率。
[0032]这里需要说明的是，在本发明中，仅以活塞向前腔漂移条件下来举例说明，活塞向背腔漂移条件下的原理和效果相同，在此不加以赘述。
[0033]图5为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例二的结构示意图，如图5所示，本实施例中的直线电机的活塞气缸结构在上述实施例的基础上，进一步的，所述动对中孔58中用于与所述静对中孔57连接的另一端582位于所述活塞53的非平衡位置处。
[0034]具体的，动对中孔58中用于与所述静对中孔57连接的另一端582可以开设在活塞平衡位置54朝向背腔方向的一边，也可以开设在活塞平衡位置54朝向前腔方向的一边(图5中未示出)。动对中孔58中用于与所述静对中孔57连接的另一端582只要在活塞漂移方向相反的方向上不超过所述静对中孔的另一端即可。
[0035]图6为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例二的活塞位移、前腔压力波动与背腔压力波动之间的相位关系图，如图6所示，在第一个连通时刻(图6中短圆柱形部分对应的相位时刻)，背腔的压力波动大于背腔的压力波动，在第二个连通时刻(图6中长圆柱形部分对应的相位时刻)，背腔的压力波动也大于前腔的压力波动。两次连通时的背腔的压力波动大于前腔的压力波动，所以气流会从背腔流向前腔，减小前腔和背腔之间的压力波动差，使前腔和背腔之间的压力波动平衡。本实施例在默认状态下，将动对中孔中用于与静对中孔连接的一端开设在活塞平衡位置朝向背腔方向的一边，更加有利于背腔气流流向前腔，更加减小了流动损失。
[0036]图7为本发明直线电机的活塞气缸结构实施例三的结构示意图，如图7所示，本实施例中的直线电机的活塞气缸结构07在上述实施例的基础上，进一步的，静对中孔为两个静对中孔，其中，一个静对中孔77'的两端位于另一个所述静对中孔77的两端之间。还包括:阀门79。其中，阀门79设置在任一一静对中孔的任一一端上，用于控制静对中孔的开启和关闭。
[0037]本实施例在默认状态下，通过在活塞气缸的一侧壁上设置有两个静对中孔，在活塞工作时，只有在活塞从平衡位置向背腔方向运动时，两个静对中孔的另一端才能和动对中孔的另一端分别连通，即形成前腔与背腔在一个活塞运动周期内四次连通，使气流产生净的单向流动效果更好。另外在任一一静对中孔的任一一端上设置一阀门，可以根据实际情况对静对中孔进行控制，方便实际使用。
[0038]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
【权利要求】
1.一种直线电机的活塞气缸结构，其特征在于，包括:活塞、气缸、至少一动对中孔及至少一静对中孔； 所述至少一静对中孔设置在所述气缸的一侧内壁上，所述至少一动对中孔设置在所述活塞上； 所述静对中孔的一端与所述气缸的背腔连通、且所述动对中孔的一端朝向所述活塞运动的方向且与所述气缸的前腔连通；或，所述静对中孔的一端与所述气缸的前腔连通、且所述动对中孔的一端朝向所述活塞运动的方向且与所述气缸的背腔连通； 其中，所述静对中孔的另一端朝向所述活塞与所述气缸之间的间隙，用于与所述至少一动对中孔连通；所述动对中孔的另一端朝向所述活塞与所述气缸之间的间隙、且相对于所述静对中孔的另一端偏向所述活塞漂移的方向，用于与所述至少一静对中孔连通。
2.根据权利要求1所述的直线电机的活塞气缸结构，其特征在于，用于连通的所述静对中孔的另一端与所述动对中孔的另一端间距小于所述活塞的最大振幅。
3.根据权利要求1所述的直线电机的活塞气缸结构，其特征在于， 所述动对中孔中用于与所述静对中孔连接的另一端位于所述活塞的平衡位置处。
4.根据权利要求1所述的直线电机的活塞气缸结构，其特征在于， 所述动对中孔中用于与所述静对中孔连接的另一端位于所述活塞的非平衡位置处。
5.根据权利要求1-4任一项所述的直线电机的活塞气缸结构，其特征在于，包括两个所述静对中孔，一个所述静对中孔的两端位于另一个所述静对中孔的两端之间。
6.根据权利要求1-4任一所述的直线电机的活塞气缸结构，其特征在于，还包括:阀门； 所述阀门设置在所述静对中孔上，用于控制所述静对中孔的开启和关闭。
7.根据权利要求6所述的直线电机的活塞气缸结构，其特征在于，所述阀门设置在所述静对中孔的任意一端上。
【文档编号】H02K7/06GK104485774SQ201410850973
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】胡剑英, 阳朝辉, 吴张华, 罗二仓, 李海冰 申请人:中国科学院理化技术研究所, 中科力函(深圳)热声技术有限公司