[發明專利]采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及制造方法

有效

• 申請號: 201310591008.5
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103671014A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 黨海政
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: F04B35/04
• 分類號: F04B35/04;H02K7/14
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及直線壓縮機，特別涉及一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及其制造方法。

背景技術

直線壓縮機是往復式活塞壓縮機的一種。傳統的往復式活塞壓縮機大多屬于旋轉壓縮機，即采用旋轉電機驅動、通過曲柄連桿機構等的機械傳動來實現往復運動。旋轉壓縮機的技術較為成熟，但其能量傳遞環節多、振動和噪聲大、整機控制復雜、能量轉化效率偏低，特別是因結構特點而對活塞施加的側向力，是產生無用功和機械磨損的主要來源之一，因而大大限制了其工作壽命。直線壓縮機利用直線電機驅動活塞在氣缸中作往復直線運動，理論上完全消除了對活塞的徑向作用力，因而消除了活塞和氣缸壁之間的機械磨損以及由此產生的無用功，工作壽命和能量轉化效率都大大提高，故而在需要長壽命和高效率工作的航空、航天、軍事等特殊領域有著非常重要的應用。

直線壓縮機的核心部件是直線電機。直線電機根據其中的運動部件主要分為三類：動鐵式、動圈式和動磁式。動鐵式直線電機不使用永磁體，因而價格較低廉，但是性能相對不穩定，控制較困難，其應用逐漸減少；動圈式和動磁式直線電機都包括三類核心部件：永磁體、軛鐵和載流線圈，根據運動時是載流線圈還是永磁體運動而區分為動圈式和動磁式。其中，動圈式直線壓縮機因其結構上的特點實現了徑向力的完全消除，而且在開路時在載流線圈上不產生軸向力和扭矩，因而具有高效率、低噪聲和高可靠的突出優點，因而成為近30年來國際范圍內空間回熱式低溫制冷機（如脈沖管制冷機和斯特林制冷機）的首選動力源。以美國為代表的西方發達國家為例，在近20年間發射升空的航天脈沖管制冷機和斯特林制冷機中，絕大多數都采用了動圈式直線壓縮機。

目前，國際上應用于航天領域需要保證長壽命、高可靠、高效率工作的動圈式直線壓縮機主要采用牛津型和對置式結構形式。所謂牛津型，其得名源于英國牛津大學的兩項關鍵技術——間隙密封和板彈簧支撐，這兩項技術是無油潤滑而能長壽命運轉的關鍵保障；所謂對置式結構形式，是指在主體結構中采用兩個完全對等的運動及支撐結構來相互抵消自身產生的機械振動，該項技術是實現直線壓縮機低振動的可靠保障。

如前所述，動圈式直線電機包括三類核心部件：永磁體、軛鐵和載流線圈。工作時載流線圈在永磁體和軛鐵共同形成的氣隙內，受磁場力的作用，成往復的直線運動。根據載流線圈的長短和永磁體的充磁方向，可以將動圈式直線電機分為四種，圖1給出了這四種形式的示意圖，其中（1）為長線圈軸向充磁形式，（2）為短線圈軸向充磁形式，（3）為長線圈徑向充磁形式，（4）為短線圈徑向充磁形式，其中63為永磁體，64為上軛鐵，65為下軛鐵，66為載流線圈，67為中心通孔。

動圈式直線壓縮機根據其采用的直線電機的種類，也被相應地分為四種形式，即：采用長線圈軸向充磁的動圈式直線壓縮機、采用短線圈軸向充磁的動圈式直線壓縮機、采用長線圈徑向充磁的動圈式直線壓縮機、采用短線圈徑向充磁的動圈式直線壓縮機。動圈式直線壓縮機無論采用上述四種形式中的哪一種，如果要確保其能穩定工作，都必須遵循以下基本原則：（1）要么是在整個活塞行程中，始終保證穩定磁場處在載流線圈之內（對應于長線圈形式）；（2）要么是在整個活塞行程中，始終保證載流線圈處于穩定的磁場之內（對應于短線圈形式）。目前這四種形式的動圈式直線壓縮機在國內的發展都剛剛起步。

發明內容

本發明提出一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及其制造方法。