一种用于直线电机的支撑弹簧装置的制作方法

本实用新型是涉及一种支撑弹簧装置，具体说，是涉及一种用于直线电机的支撑弹簧装置。

背景技术：

支撑弹簧作为直线电机的重要部件，可以保持其带动的活塞以平衡位置为中心在轴向上做往复直线运动，同时给活塞提供一定的径向刚度，保证活塞气缸之间的间隙密封。

目前柱弹簧和板弹簧是直线电机支撑弹簧的两种主要形式。柱弹簧在设计、计算、生产都要比板弹簧容易，且适用范围比板弹簧广，轴向刚度较大，缺点是柱弹簧径向刚度较小，活塞在气缸中易发生径向偏移，导致磨缸。板弹簧尺寸小、径向刚度相对较大，缺点为轴向刚度较小，通过减小型线槽宽和增大厚度的方式可以增大板弹簧的轴向刚度，但同时也会造成板弹簧的应力增大，在板弹簧型线收尾处的应力集中较为明显，易发生疲劳断裂，除此之外，板弹簧的型线设计及加工难度均较大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的上述问题和需求，本实用新型的目的是提供一种结构简单、制作便利的用于直线电机的支撑弹簧装置，提供合适的轴向刚度以及较大的径向刚度，具有抗疲劳断裂的功效，以调高电机带动活塞的运行直线度、延长其使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于直线电机的支撑弹簧装置，以动子作为输出端的所述直线电机设置于所述支撑弹簧装置内，其特征在于：包括两组交叉弹片组件和弹簧支架，所述弹簧支架为筒状结构设置，两组所述交叉弹片组件分别通过末端固定在所述弹簧支架的两端口处，所述直线电机动子的一端与一组所述交叉弹片组件的中心固定连接，所述直线电机动子的另一端与另一组所述交叉弹片组件的中心固定连接并通过该组所述交叉弹片组件外侧对应位置设置的活塞连接件与所述直线电机带动的活塞传动连接。

作为优选方案，所述活塞底端设有凹槽，所述活塞连接件包括用于固定于所述交叉弹片组件的中心处外侧面的固定部和凸起于所述固定部并与所述凹槽相适配的连接部，所述连接部与所述凹槽相啮合的固定连接，通过所述连接部与所述凹槽相锲合设置并固定连接来实现所述直线电机动子与所述活塞的传动连接，可防止两者相互之间在轴向或径向上的错位或移动，避免影响传动效率，同时，进一步提高活塞运行的直线度和运行平稳性。

作为进一步优选方案，所述固定部和所述连接部分别通过螺钉与所述交叉弹片组件和所述活塞固定连接。

作为进一步优选方案，所述固定部为正方形，所述固定部边长比所述金属弹片的宽度W小2mm～3mm。

作为优选方案，所述交叉弹片组件采用弹簧钢制得。

作为优选方案，每组所述交叉弹片组件包括两片于中心处交叉设置的金属弹片，两个金属弹片之间的夹角α为40°～90°，此时，夹角α不宜小于40°，否则会导致支撑弹簧提供的径向支撑力过小；或者，每组所述交叉弹片组件包括至少三条于中心处交叉设置的金属弹片。

作为优选方案，所述金属弹片的两端分别延伸有与所述支架外边缘贴合的连接端，所述连接端开有两个通孔三并利用铆钉与弹簧支架外边缘固定连接，所述弹簧支架的外边缘设置有平滑过渡的倒圆角，其目的在于避免弹簧支架两端外缘的尖锐直角与金属弹片直接接触，易使金属弹片发生疲劳断裂。

作为优选方案，单个所述金属弹片的厚度δ和宽度W根据不同直线电机的工效相应设置，以便更为准确的满足不同直线电机对轴向刚度和径向刚度的支撑需求。

作为进一步优选方案，所述金属弹片的厚度δ为0.4mm～3mm，所述金属弹片的宽度W为20mm～40mm，所述金属弹片的长度L根据直线电机外形尺寸确定；可以通过调整金属弹片的厚度δ和宽度W来改变支撑弹簧的刚度。

作为进一步优选方案，所述金属弹片的长度L为100mm～140mm；以特别适用于小型设备的应用，例如，在声能自由活塞式制冷机的压缩机中的应用。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型采用成角度交叉布置的金属弹片作为直线电机的支撑弹簧，可以提供合适的轴向刚度以及较大的径向刚度，直线电机置于两组支撑弹簧中间，极大地减小了活塞运行过程中的径向偏移，保证了活塞与气缸之间的间隙密封，并且具有较强的抗疲劳断裂性能；另外，本实用新型还具有结构简单、加工制造方便等优点，可简化直线电机的结构、延长使用寿命，具有明显的进步性和应用价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的一种用于直线电机的支撑弹簧装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的一组交叉弹片组件的结构示意图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为本实用新型实施例1提供的活塞连接件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例1提供的活塞的结构示意图。

图中标号示意如下：1、交叉弹片组件；11、通孔一；12、金属弹片；121、连接端；13、通孔三；2、弹簧支架；21、倒圆角；3、活塞连接件；31、固定部；311、螺钉孔一；32、连接部；321、通孔二；4、活塞；41、六边形凹槽；411、螺纹孔二；5、铆钉；6、直线电机。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细描述。

实施例1

结合图1至图5所示，本实施例提供的一种用于直线电机的支撑弹簧装置，以动子作为输出端的所述直线电机6设置于所述支撑弹簧装置内，包括两组交叉弹片组件1和弹簧支架2，所述弹簧支架2为筒状结构设置，在本实施例中，所述弹簧支架2由所述直线电机6的外壳和夹装在所述直线电机6外壳两端的环状结构共同构成，两组所述交叉弹片组件1分别通过末端固定在所述弹簧支架2的两端口外缘处，所述直线电机动子的一端与一组所述交叉弹片组件1的中心固定连接，所述直线电机动子的另一端与另一组所述交叉弹片组件1的中心固定连接并通过该组所述交叉弹片组件1外侧对应位置设置的活塞连接件3与所述直线电机6带动的活塞4传动连接。

为了进一步减小了活塞4运行过程中的径向偏移，在本实施例中，如图1、图3和图5所示，在所述活塞4底部开有六边形凹槽41，所述活塞连接件3包括用于固定于所述交叉弹片组件1的中心处外侧面的固定部31和凸起于所述固定部31并与所述六边形凹槽41相适配的连接部32，所述交叉弹片组件1的中心位置开有4个通孔一11，所述固定部31对应位置开有4个螺钉孔一311，利用螺钉将所述交叉弹片组件1与所述固定部31紧密连接起来，所述固定部31为正方形，所述固定部31边长比构成所述交叉弹片组件1的所述金属弹片12的宽度W小2mm～3mm；所述连接部32为六边形凸台，六边形凸台上开有4个通孔二321，在所述六边形凹槽41对应所述通孔二321位置上开有4个螺纹孔二411，利用螺钉将述活塞4与所述连接32紧密连接起来，六边形凸台与六边形凹槽41相适配的固定连接，通过所述连接部32与所述六边形凹槽41相锲合设置来实现所述直线电机动子与所述活塞4的传动连接，可防止两者相互之间在圆周方向上的错位或移动，避免影响传动效率，同时，进一步提高活塞4运行的直线度和运行平稳性。

为了获得合适的轴向刚度和径向刚度，在本实施例中，所述交叉弹片组件1采用弹簧钢制得。

在本实施例中，如图1至图3所示，每组所述交叉弹片组件1包括两片成一定角度交叉布置的金属弹片12，两个金属弹片12之间的夹角α为40°～90°，在本实施例中夹角α特别优选为65°，夹角α不宜小于40°，否则会导致支撑弹簧提供的径向支撑力过小；作为支撑弹簧，因为金属弹片12的受力面积较大，所以应力集中较小，可以使直线电机动子部分的行程增加至20mm～30mm，大大提升了直线电机6的工作性能。

为了提高交叉弹片组件的耐用性，在本实施例中，如图1、图3所示，所述金属弹片12的两端分别延伸有与所述支架外边缘贴合的连接端121，所述连接端121开有两个通孔三13并利用铆钉5与弹簧支架2外边缘固定连接，所述弹簧支架2的外边缘设置有平滑过渡的倒圆角21，其目的在于避免弹簧支架的尖锐直角与金属弹片直接接触，易使金属弹片发生疲劳断裂。

为了适用不同工况，在本实施例中，如图3所示，单个所述金属弹片12的厚度δ和宽度W根据不同直线电机6的工效相应设置，以便更为准确的满足不同直线电机6对轴向刚度和径向刚度的支撑需求；作为优选，所述金属弹片12的厚度δ为0.4mm～3mm，所述金属弹片12的宽度W为20mm～40mm，所述金属弹片的长度L根据直线电机6外形尺寸确定，可以通过调整金属弹片的厚度δ和宽度W来改变支撑弹簧的刚度；作为进一步优选，所述金属弹片12的长度L为100mm～140mm；以特别适用于小型设备的应用，例如，在声能自由活塞式制冷机的压缩机中的应用。

传统直线电机支撑弹簧大多采用单侧支撑电机的结构，此种结构为典型的悬臂梁结构，易使活塞产生较大的径向偏移。在本实例中，直线电机6部分置于两组支撑弹簧中间，极大地减小了活塞的径向偏移，保证了活塞4与气缸之间的间隙密封，同时不必在活塞气缸组件上另外设计气体轴承结构来避免活塞与气缸之间的接触摩擦，进而简化了整机的结构设计。

实施例2

本实施例提供的一种用于直线电机的支撑弹簧装置，与实施例1的不同之处仅在于：每组所述交叉弹片组件1包括三片成一定角度交叉布置的金属弹片，相邻两个金属弹片之间的夹角α为120°。

与采用两片成一定角度交叉布置的金属弹片12相比，多片金属弹片12叠加具有以下优势：首先由于金属弹片的轴向刚度与厚度δ的三次方成正比，径向刚度与厚度δ的一次方成正比，所以随着金属弹片使用片数的增加，可以相应减小金属弹片12的厚度δ；其次，由于多片金属弹片叠加可以减小每片的厚度δ，所以在同样行程下，金属弹片12的应力会减小，有利于金属弹片的长寿命工作。另外，需要指出的是受安装空间及装配的限制，金属弹片12一般不宜超过4片。

综上所述，本实用新型采用两片成角度交叉布置的金属弹片12作为直线电机6的支撑弹簧，可以提供合适的轴向刚度以及较大的径向刚度，直线电机6置于两组支撑弹簧中间，极大地减小了活塞运行过程中的径向偏移，保证了活塞4与气缸之间的间隙密封，并且具有较强的抗疲劳断裂性能；另外，本实用新型还具有结构简单、加工制造方便等优点，可简化直线电机6的结构、延长使用寿命。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。