一种斯特林冷机的制作方法

1.本发明涉及制冷设备领域，具体为一种斯特林冷机。


背景技术：

2.自由活塞式斯特林制冷机是用于低温制冷的主要设备，相对于普通的压缩机来说可以实现超低温制冷，而且体积比较小，现有的自由活塞式斯特林制冷机在运行中的制冷原理是利用磁力推动活塞在气缸内做往复运动，活塞压缩气体介质推动置换器的做功以达到斯特林压缩，膨胀，放热，冷却的循环。而置换器的做功和热交换都是在上壳体中进行的，现有的上壳体结构是采用不锈钢材料进行多次拉伸以后形成，为了保证上壳体的强度，每次拉伸后都需要进行一次退火，所以上壳体的制作需要进行多次拉伸和多次退火，工艺复杂，成本比较高，而且不锈钢材料的导热性能并不佳，对于斯特林冷机的制冷能效有比较大的限制。
3.另外，现有的斯特林冷机在使用过程中振动比较大，会导致整个制冷设备的振动比较大，对于零部件的装配要求也很高。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种斯特林冷机，解决现有的上壳体结构生产工艺复杂，斯特林冷机的制冷能效受到限制的问题，也减少了振动，降低了零部件装配的要求。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种斯特林冷机，包括安装外壳，所述的安装外壳内部安装有斯特林电机；所述的斯特林电机包括壳体、设置在壳体内部的直线电机组件和设置在壳体上侧的热交换器；头部导冷保温装置，安装在热交换器的上端；所述的斯特林电机与安装外壳之间通过减振组件相连；所述的热交换器包括上壳体、设置在上壳体内部的置换器、设置在置换器的外侧与上壳体之间的回热主体、分别轴向安装在回热主体的上下两端的上部接收片和下部散热片，所述的置换器由直线电机组件驱动进行轴向反复运动；所述的上壳体包括薄壁部、固定在薄壁部上端的上散热部、固定在薄壁部下端的下散热部和固定在下散热部下端的底座，所述的下散热部的外侧套接有散热器，热交换器的上壳体采用组合式的结构，其中所述的上散热部和下散热部均采用导热材料制成，其中，上壳体的顶部是吸热端，而上壳体的下部为散热端，上散热部和下散热部可以提高整个热交换器的热传导效率，提高制冷能效，而头部导冷保温装置可以吸收热交换器上的冷量并输出。
6.其中，上壳体采用薄壁部、上散热部、下散热部和底座四个部件进行轴向固定连接，无需进行拉伸工艺和退火工艺，工艺比较简单，工艺生产的成本大大降低。
7.作为优选，所述的直线电机组件包括缸体、设置在缸体中心进行滑动的活塞，所述的活塞通过移动杆与置换器相连，所述的缸体的周向外侧安装有内定子，所述的内定子的外侧同轴设置有外定子，所述的外定子内部安装有励磁线圈，所述的外定子与内定子之间的空隙内轴向插入设置有磁环套，所述的磁环套的内部设置有一圈磁环，所述的磁环套的
一端与活塞的一端相连，内定子和外定子之间产生磁场，可以驱动磁环套进行轴向来回移动，结构紧凑，零部件少，缸体可以同时实现对内定子和外定子的定位。
8.作为优选，所述的磁环套的一端中部通过塞柱与活塞相连，所述的塞柱的一端插入到活塞的一端内，所述的塞柱上连接有第一平面板簧，所述的缸体的一端与第一平面板簧的边缘位置相连，所述的移动杆的一端连接有第二平面板簧，所述的第一平面板簧与第二平面板簧之间通过边缘位置的若干个板簧连接柱相连，采用第一平面板簧可以将磁环套拉回，实现活塞的往返运动，而第二平面板簧可以将移动杆和置换器拉回原位，使直线电机的无需进行电流的反向驱动。
9.作为优选，所述的外定子的下端安装有中座，所述的外定子定位在中座与缸体之间，所述的中座的下端连接有下座，中座的上端面设置有限位台阶，缸体的内部顶部也设置有限位台阶，上下两个限位台阶可以对外定子进行径向定位，同时，中座的周边形成若干个向下延伸的第一连接脚，连接脚与下座相连，第一平面板簧和第二平面板簧就设置在连接脚围成的空间内限位，而缸体的周围也形成若干个向下延伸的第二连接脚，所述的第二连接脚的下端与第一平面板簧相连，实现了对第一平面板簧的定位，这样的结构使得中座、缸体和下座组成一个上中下的柱形结构，这个结构的周边是镂空的，散热好，而且对于第一平面板簧和第二平面板簧可以牢固地连接固定，有效减少了振动。
10.作为优选，所述的缸体的上端安装有垫环，所述的垫环的上端设置有若干个铆压凸起，所述的垫环夹在上壳体与缸体之间，铆压凸起与上壳体铆压连接，垫环的直径大于缸体的上端直径，可以对上壳体的下端进行有效的支撑，同时铆压凸起与上壳体之间形成点接触，在上壳体装配的时候可以对上壳体进行由上至下的铆压，使铆压凸起发生一定的形变，使两者结合到一起，能提高上壳体的安装强度。
11.作为优选，所述的头部导冷保温装置包括保温外壳和设置在保温外壳的内腔中的导冷底座，所述的保温外壳的下端设置有斯特林冷机壳体插入口，所述的保温外壳的一侧设置有接线口，所述的导冷底座的下侧设置有与斯特林冷机壳体插入口对应的导冷安装环，所述的导冷底座的上侧安装有导冷适配器，还包括设置在保温外壳内部的保温罩，所述的保温罩将导冷底座、导冷安装环和导冷适配器罩住，通过保温罩将导冷的部件罩住可以有效防止冷量的损失，主要能防止冷量从接线口处排出损失，保温罩与保温外壳就组成了多层隔热结构，使头部保温装置可以满足低温下的导冷需要。
12.作为优选，所述的减振组件包括设置在安装外壳内部的圆筒支撑架、安装在壳体外侧的悬挂连接环，所述的悬挂连接环的上下两端通过若干个连接弹簧与圆筒支撑架相连，圆筒支撑架与安装外壳之间为固定连接，悬挂连接环与连接弹簧组成连接组件实现了对斯特林电机的减震连接，使斯特林电机的振动可以很少传递到安装外壳上。
13.作为优选，所述的壳体的下端安装有底部减震组件，所述的底部减震组件包括配重板和层叠安装在配重板上下两侧的若干块减振板簧，所述的配重板和减振板簧通过轴向穿过的连接螺钉与壳体相连，所述的配重板上安装有若干个可拆卸的配重块，通过减振板簧的上下震动及配重板上配重块的增加或减少、或减振板簧线形刚性的增加或减少来达到斯特林电机的震动减少，通过增减配重块可以调节配重板的重量，减少了调节减振板簧的时间，加快了装配效率。
14.作为优选，所述的上散热部为帽状结构，用于封闭薄壁部的第一端，帽状结构的上
散热部的接触面积大，可以与头部导冷保温装置进行充分的接触，提高热传导效率。
15.作为优选，所述的上散热部与薄壁部连接的一端内壁上设置有第一铆压槽，所述的下散热部的第一端内壁上设置有第二铆压槽，所述的薄壁部的第一端嵌入到第一铆压槽中进行铆压配合，所述的薄壁部的第二端嵌入到第二铆压槽中进行铆压配合，所述的下散热部的第二端设置有轴向延伸的插接台，所述的底座与下散热部连接的一端内壁上设置有第三铆压槽，所述的插接台嵌入到第三铆压槽中进行铆压配合，薄壁部的端部可以通过轴向的力插入到第一铆压槽和第二铆压槽中，然后外部施加压力使第一铆压槽和第二铆压槽的侧壁发生形变，实现铆压连接，第三铆压槽与插接台插接后进行外部受力可以实现两者的牢固配合。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.结构合理，将上壳体分为多个部件进行组装的结构，具有上散热部和下散热部，采用高导热性的材料制成，简化了上壳体的生产工艺，无需进行多次拉伸，也无需进行多次退火，可以提升10％的制冷能效，而且上壳体的局部壁厚增加，可以提高整个上壳体的结构强度；
18.头部导冷保温装置通过其内部设置的保温罩将导冷的部件罩住，从而可以有效防止冷量的损失，保温罩与外壳组成了多层隔热结构，使头部保温装置可以满足在零下120℃的低温制冷下导冷的需要；
19.直线电机组件中采用中座、缸体和下座组成一个上中下的柱形结构，这个结构的周边是镂空的，散热好，而且对于第一平面板簧和第二平面板簧可以牢固地连接固定，有效减少了振动，整体强度大，装配比较简单。
附图说明
20.图1为本发明的整体结构剖视图；
21.图2为本发明的直线电机组件的剖视结构图；
22.图3为本发明的直线电机组件的立体结构图；
23.图4为本发明的热交换器的剖视结构图；
24.图5为本发明的头部导冷保温装置的剖视结构图；
25.图6为本发明的上壳体的剖视结构图。
26.附图标记：
27.1、安装外壳，11、活塞，12、缸体，13、外定子，14、内定子，15、限位台阶，16、中座，17、第一平面板簧，18、第二平面板簧，19、塞柱，2、壳体，20、磁环套，21、磁环，22、移动杆，23、垫环，24、铆压凸起，25、下座，26、励磁线圈，28、板簧连接柱，3、散热器，32、回热主体，33、上部接收片，34、pet纤维合成环形垫片，35、下部散热片，4、热交换器，41、上散热部，42、薄壁部，43、下散热部，44、底座，45、第二铆压槽，46、第一铆压槽，47、插接台，48、第三铆压槽，5、头部导冷保温装置，51、保温外壳，52、保温罩，53、导冷适配器，54、导冷底座，55、导冷安装环，56、斯特林冷机壳体插入口，57、接线口，58、保温材料，59、导冷管，6、连接弹簧，7、悬挂连接环，8、圆筒支撑架，9、底部减震组件，91、连接螺钉，92、配重板，93、减振板簧，10、置换器。
具体实施方式
28.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。
29.如图1-6所示，本发明为解决现有的出气阀使用时无法显示真空度的问题，提供如下技术方案：一种斯特林冷机，包括安装外壳1，所述的安装外壳1内部安装有斯特林电机；所述的斯特林电机包括壳体2、设置在壳体2内部的直线电机组件和设置在壳体2上侧的热交换器4；头部导冷保温装置5，安装在热交换器4的上端；所述的斯特林电机与安装外壳1之间通过减振组件相连；所述的热交换器4包括上壳体、设置在上壳体内部的置换器10、设置在置换器10的外侧与上壳体之间的回热主体32、分别轴向安装在回热主体32的上下两端的上部接收片33和下部散热片35，所述的置换器10由直线电机组件驱动进行轴向反复运动；所述的上壳体包括薄壁部42、固定在薄壁部42上端的上散热部41、固定在薄壁部42下端的下散热部43和固定在下散热部43下端的底座44，所述的下散热部43的外侧套接有散热器3，热交换器4的上壳体采用组合式的结构，其中所述的上散热部41和下散热部43均采用导热材料制成，其中，上壳体的顶部是吸热端，而上壳体的下部为散热端，上散热部41和下散热部43可以提高整个热交换器的热传导效率，提高制冷能效，而头部导冷保温装置5可以吸收热交换器4上的冷量并输出。
30.其中，上壳体采用薄壁部42、上散热部41、下散热部43和底座44四个部件进行轴向固定连接，无需进行拉伸工艺和退火工艺，工艺比较简单，工艺生产的成本大大降低。
31.具体的，斯特林冷机可以安装在移动式的低温箱中，安装外壳1用于将整个斯特林冷机进行安装固定，热交换器4用于产生热量，并输出到低温箱中，采用上述组装式的上壳体可以提高10％的制冷能效，对于移动式供能的低温箱来说显得尤为重要。
32.另外，所述的上散热部41与薄壁部42连接的一端内壁上设置有第一铆压槽46，所述的下散热部43的第一端内壁上设置有第二铆压槽45，所述的薄壁部42的第一端嵌入到第一铆压槽46中进行铆压配合，所述的薄壁部42的第二端嵌入到第二铆压槽45中进行铆压配合，所述的下散热部43的第二端设置有轴向延伸的插接台47，所述的底座44与下散热部43连接的一端内壁上设置有第三铆压槽48，所述的插接台47嵌入到第三铆压槽48中进行铆压配合，薄壁部的端部可以通过轴向的力插入到第一铆压槽和第二铆压槽45中，然后外部施加压力使第一铆压槽46和第二铆压槽45的侧壁发生形变，实现铆压连接，第三铆压槽48与插接台插接后进行外部受力可以实现两者的牢固配合。
33.其中，所述的上散热部41和下散热部43均采用紫铜制成，紫铜具有良好的热传导性，而且便于与薄壁部42进行轴向的固定连接。而薄壁部42采用不锈钢材料制成，整体强度高，上散热部41和下散热部43的壁厚大于薄壁部42的壁厚，薄壁部42、上散热部41、下散热部43和底座44之间可以进行过盈配合连接，如铆压连接等等，如果连接强度不够，则可以在连接的位置进行焊接，焊接的工艺可以为真空钎焊或者直流氩弧焊或者冷焊工艺。
34.具体的，所述的上散热部41为帽状结构，用于封闭薄壁部42的第一端，帽状结构的上散热部41的接触面积大，可以与头部导冷保温装置5进行充分的接触，提高热传导效率。
35.在本实施例中，所述的下散热部43为筒形结构，筒形结构的下散热部43组成了上壳体结构侧壁的一部分，也方便在下散热部43的外侧套接固定散热器3，散热器3一般呈圆盘状，中部设置有圆孔，下散热部43设置在圆孔内，可以将热量快速传递到散热器3中进行
排出。
36.回热主体32设计成圆柱状，由若干个pet纤维合成环形垫片34轴向压合而成，上部接收片33、回热主体32与下部散热片35之间采用过滤薄片隔离，保证了气体的顺畅通过，配合精度紧配压缩比在0.2-0.5mm，避免了pet纤维的粉尘的影响，其中，回热主体32的孔隙率设计在65％-95％。回热主体32与上壳体之间的配合精度在紧配0.2mm的压缩比，回热主体32的压合工艺采用真空热压成形，保证了外形尺寸精度及批量生产的一致性，其中pet合成纤维直径在0.015-0.035，保证了气体流动性；整体孔隙率精度质量在0.5g以内，保证了孔隙率的一致性。
37.所述的上部接收片33和下部散热片35均为软铜片呈s型层叠形成的长条状结构，气流通过的时候接触面大，方便对热量进行传导，实现散热和吸热。
38.作为本实施例中的一种具体方案，所述的直线电机组件包括缸体12、设置在缸体12中心进行滑动的活塞11，所述的活塞11通过移动杆22与置换器10相连，所述的缸体12的周向外侧安装有内定子14，所述的内定子14的外侧同轴设置有外定子13，所述的外定子13内部安装有励磁线圈26，所述的外定子13与内定子14之间的空隙内轴向插入设置有磁环套20，所述的磁环套20的内部设置有一圈磁环21，所述的磁环套20的一端与活塞11的一端相连，内定子14和外定子13之间产生磁场，可以驱动磁环套20进行轴向来回移动，结构紧凑，零部件少，缸体12可以同时实现对内定子14和外定子13的定位，外定子13与内定子14由软磁复合材料粉末压制成型，缸体12为铝合金压铸成型后由精密加工成型经化学电镀镍表面增强其光洁度及摩擦系数的圆柱形结构，而磁环21由辐射永磁体钕铁硼制成，当励磁线圈26通入交流电流后，在励磁线圈26及外定子13与内定子14之间的气隙中产生了行波磁场，在行波磁场与次级的辐射永磁体磁环的作用下产生驱动力，从而实现磁环21和磁环套20作直线运动，磁环套20与外定子13和内定子14均是不接触的，这样磁环套20回带动活塞11做轴向运动，并推动置换器10进行移动，实现斯特林机的功能。
39.另外，所述的磁环套10的一端中部通过塞柱19与活塞11相连，所述的塞柱19的一端插入到活塞11的一端内，所述的塞柱19上连接有第一平面板簧17，所述的缸体12的一端与第一平面板簧17的边缘位置相连，所述的移动杆22的一端连接有第二平面板簧18，所述的第一平面板簧17与第二平面板簧18之间通过边缘位置的若干个板簧连接柱28相连，采用第一平面板簧17可以将磁环套10拉回，实现活塞11的往返运动，而第二平面板簧18可以将移动杆22和置换器10拉回原位，使直线电机的无需进行电流的反向驱动。
40.在本实施例中，所述的外定子13的下端安装有中座16，所述的外定子13定位在中座16与缸体12之间，所述的中座16的下端连接有下座25，中座16的上端面设置有限位台阶15，缸体12的内部顶部也设置有限位台阶15，上下两个限位台阶15可以对外定子13进行径向定位，同时，中座16的周边形成若干个向下延伸的第一连接脚，连接脚与下座25相连，第一平面板簧17和第二平面板簧18就设置在连接脚围成的空间内限位，而缸体12的周围也形成若干个向下延伸的第二连接脚，所述的第二连接脚的下端与第一平面板簧17相连，实现了对第一平面板簧17的定位，这样的结构使得中座16、缸体12和下座25组成一个上中下的柱形结构，这个结构的周边是镂空的，散热好，而且对于第一平面板簧17和第二平面板簧18可以牢固地连接固定，有效减少了振动。
41.在本实施例中，如图2-3所示，所述的缸体12的上端安装有垫环23，所述的垫环23
的上端设置有若干个铆压凸起24，所述的垫环23夹在上壳体与缸体12之间，铆压凸起24与上壳体铆压连接，垫环23的直径大于缸体12的上端直径，可以对上壳体的下端进行有效的支撑，同时铆压凸起24与上壳体之间形成点接触，在上壳体装配的时候可以对上壳体进行由上至下的铆压，使铆压凸起24发生一定的形变，使两者结合到一起，能提高上壳体的安装强度。
42.在本实施例中，如图5所示，所述的头部导冷保温装置5包括保温外壳51和设置在保温外壳51的内腔中的导冷底座54，所述的保温外壳51的下端设置有斯特林冷机壳体插入口56，所述的保温外壳51的一侧设置有接线口57，所述的导冷底座54的下侧设置有与斯特林冷机壳体插入口56对应的导冷安装环55，所述的导冷底座54的上侧安装有导冷适配器53，还包括设置在保温外壳51内部的保温罩52，所述的保温罩52将导冷底座54、导冷安装环55和导冷适配器53罩住，通过保温罩52将导冷的部件罩住可以有效防止冷量的损失，主要能防止冷量从接线口57处排出损失，保温罩52与保温外壳51就组成了多层隔热结构，使头部保温装置可以满足低温下的导冷需要。
43.具体的，所述的保温罩52采用玻璃纤维制成，玻璃纤维具有良好的隔热效果，而且工艺简单，绝热系数比较低，具体来说可以采用绝热系数为0.00035的玻璃纤维进行冷压成型，而导冷安装环55和导冷底座54可以采用热传导性比较好的铝合金材料制成，冷量传导速度快。同时，所述的保温外壳51采用聚氨酯材料制成，聚氨酯材料成型简单，具有良好的隔热效果，其密度可以做的比较大，满足隔热需要。导冷安装环55的下端开有顶部为圆弧面的圆形凹槽，用于容纳斯特林机的上壳体的头部，导冷安装环55的顶部居中开有圆形孔，所述的导冷安装环55上布置有延伸至圆形孔处的径向裂槽，这样导冷安装环55就可以进行收缩，用于夹紧上壳体的头部。
44.所述的保温罩52的外侧壁和顶部与保温外壳51的内腔紧贴，保温罩52和保温外壳51紧贴能最大程度地设置壁厚比较厚的保温罩52，而且两层隔热层紧贴能防止冷量从两者之间的间隙中排出。
45.同时，为了方便冷量的传递输出，所述的导冷适配器53上安装有从保温罩52侧壁穿过并从接线口7引出的导冷管59，导冷管59内部流动设置有冷媒，冷媒优选为co2可以将导冷底座54和导冷适配器53上的冷量沿着导冷管59导出去。
46.为了进一步提升保温效果，所述的接线口57处填充有保温材料58，导冷管59从保温材料58中穿过，保温材料58可以降低冷量的损失，也可以起到对导冷管59的定位支撑的作用。
47.在本实施例中，如图1所示，所述的减振组件包括设置在安装外壳1内部的圆筒支撑架8、安装在壳体2外侧的悬挂连接环7，所述的悬挂连接环7的上下两端通过若干个连接弹簧6与圆筒支撑架8相连，圆筒支撑架8与安装外壳1之间为固定连接，悬挂连接环7与连接弹簧6组成连接组件实现了对斯特林电机的减震连接，使斯特林电机的振动可以很少传递到安装外壳1上。
48.具体的，所述的悬挂连接环7的上下端均通过绕着圆周均匀布置的三个连接弹簧6与圆筒支撑架8的上下两端相连，受力比较均匀，三点式的连接结构也是比较典型的减少振动的结构。所述的悬挂连接环7和圆筒支撑架8的上下两端均设置有与连接弹簧6的端部连接的连接钩，方便连接弹簧6的安装和拆卸。
49.在本实施例中，所述的壳体2的下端安装有底部减震组件9，所述的底部减震组件9包括配重板92和层叠安装在配重板92上下两侧的若干块减振板簧93，所述的配重板92和减振板簧93通过轴向穿过的连接螺钉91与壳体2相连，所述的配重板92上安装有若干个可拆卸的配重块，通过减振板簧93的上下震动及配重板92上配重块的增加或减少、或减振板簧93线形刚性的增加或减少来达到斯特林电机的震动减少，通过增减配重块可以调节配重板92的重量，减少了调节减振板簧93的时间，加快了装配效率。
50.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
51.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。