[發明專利]振動式電動機

無效

• 申請號: 200810086422.X
• 申請日: 2008-03-12
• 公開（公告）號: CN101383549A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 松本伸;大島惠司;溝口義則
• 申請（專利權）人: 富士電機系統株式會社
• 主分類號: H02K33/16
• 分類號: H02K33/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司
• 代理人: 沈昭坤

技術領域

本發明涉及振動式電動機，它可在例如斯特林(Stirling)冷凍機的振動式壓縮機中使用。

背景技術

通常將動磁式直線電動機(下文中簡稱為“動磁式電動機”)用作振動式電動機。圖6和7是解釋動磁式電動機的驅動原理的示意圖，并示出沿基本為圓柱形的電動機的中心軸C截取的截面的部分。如圖6所示，電動機包括勵磁軛101、勵磁線圈102、背軛103和運動部件104。運動部件104由安排在勵磁軛101和背軛103之間的間隙部分中的圓柱形永磁體制成，并且被內圓周側和外圓周側的不同磁極磁化。還示出了由運動部件104生成的磁通量201。提供了用于支承運動部件104的常規外殼，但未示出。

在所示的大多數動磁式電動機中，具有一磁化單極的單個永磁體用作運動部件104，該運動部件104整體地連接到活塞(未示出)。運動部件104具有限制在勵磁軛101的支柱寬度(leg?width)內的兩個軸向端部。在運動部件104的外圓周磁化成N極且其內圓周側磁化成S極的情況下，如圖6所示，從外圓周側生成的磁通量201圍繞運動部件104的外側返回內圓周側。因此，在運動部件104的兩個軸向端部，上述的磁通量201等效于在與垂直于附圖的方向相反地饋入電流時生成的磁通量。該磁通量被稱為永磁體的等效電流I_M。

當磁通量Φ通過將AC電流饋入勵磁線圈102而生成，并且當該磁通量Φ被鏈接到其中存在等效電流I_M的間隙G時，如圖7所示，安排在間隙G中的運動部件104根據弗萊明(Fleming)左手定則通過沿附圖中橫向的力(推力)往復運動。可根據以下的方程式1簡單地計算上述的推力F：

F＝B·2I_M·L_M

其中字母B指示間隙G中生成的磁通量Φ的磁通密度，而L_M指示運動部件104在圓周方向的平均長度。在方程式1中，與普通的B·I·L定則不同，等效電流I_M增加一倍，因為在該模型中等效電流I_M存在于運動部件104的兩個軸向端部的兩個部分中。

另一方面，運動部件104設置有機械彈簧(例如，螺旋彈簧或板彈簧)，該機械彈簧沿未示出的軸方向具有適當彈力(如JP-A-2005-9397所示)。這是因為在機械振動的共振點處驅動運動部件104能夠抑制輸入功率。一般而言，斯特林冷凍機以40至80Hz的相對低的頻率運行。簡單的彈簧質量系統的固有頻率f針對彈性常數k和運動質量m由以下的方程式2給出：

f＝1/2_”“k/m

此外，在將本發明的振動式電動機用作壓縮機的情況下，彈性常數k由以下方程式3表達：

k＝k_sp+k_mag+k_gas，

其中：

k_sp指示機械彈簧的彈性常數；

k_mag指示運動部件磁體的恢復力的彈性常數；而

k_gas指示壓縮氣體的彈性常數。

對于這些彈性常數，彈性常數k_gas基本上根據所需的冷凍輸出由壓縮氣體的充氣壓力和壓縮比來確定，從而難以隨意調節。如圖6和圖7所示，在運動部件104是具有磁化單極的單個永磁體的情況下，磁體的恢復力很難在運動范圍中起作用，從而實際上不需要考慮常數k_mag。結果，機械彈性常數k_sp具有寬的可調節范圍，使得其設計相對容易。

此外，為了在不改變電動機主體的情況下(L_M＝常數)增加推力F，如從方程式1所顯而易見的，可增加間隙的磁通密度B或等效電流I_M。首先，為了增加磁通密度B，必須減小間隙的間隙長度或增加流過勵磁線圈102的勵磁電流。然而，前一方法的問題在于運動部件104及其支承構件被制作得很薄，這易于導致強度的降低和制造成本的升高，而后一方法的問題在于焦耳熱損耗(I²R)增加，由此引起性能下降。

另一方面，為了增加等效電流I_M，可不僅改變作為運動部件104的永磁體的厚度，而且采用具有更強磁力的永磁體。然而，這些選項將提高制造費用。