采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机制造技术

本专利公开了一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机，整体结构采用对置式以抵消左右两部分的机械振动，左部及右部除共用机座外，均由各自的气缸衬套、永磁体、上轭铁、下轭铁、载流线圈、线圈骨架、活塞、上板弹簧组、下板弹簧组、上压片结构、下压片结构、上支撑结构、下支撑结构、位移传感器铁芯、位移传感器线圈、位移传感器支撑、机壳组成；永磁体径向充磁，载流线圈采用短线圈；左部及右部的上轭铁、活塞以及载流线圈均需满足各自下轭铁底部的轴向厚度大于各自载流线圈的轴向高度与各自活塞的最大行程之和。本专利结构紧凑、振动低、电机效率高、预期寿命长，对高可靠、长寿命、高效率直线压缩机的发展具有重要意义。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Opposed type moving coil linear compressor using radial magnetization of short coil

The utility model discloses a short coil using radial magnetizing opposed type moving coil linear compressor, the overall structure is opposed to mechanical vibration offset about two parts, the left and right department except common frame, each cylinder liner, a permanent magnet, a yoke, under the yoke, coil, coil skeleton, the piston and the upper plate spring, plate spring, pressing structure, under compression structure, support structure, support structure, displacement sensor, displacement sensor, coil core displacement sensor and a casing support; permanent magnet radial magnetic charge, current carrying coil with short coil; left and right on the yoke, the piston and the axial thickness of the coil are required to meet their respective bottom under the yoke is greater than the axial current carrying coil and the maximum stroke of the piston and the respective height. The utility model has the advantages of compact structure, low vibration, high motor efficiency and long service life, and is of great significance to the development of a linear compressor with high reliability, long life and high efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及直线压缩机，特别涉及一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机。
技术介绍
直线压缩机是往复式活塞压缩机的一种。传统的往复式活塞压缩机大多属于旋转压缩机，即采用旋转电机驱动、通过曲柄连杆机构等的机械传动来实现往复运动。旋转压缩机的技术较为成熟，但其能量传递环节多、振动和噪声大、整机控制复杂、能量转化效率偏低，特别是因结构特点而对活塞施加的侧向力，是产生无用功和机械磨损的主要来源之一，因而大大限制了其工作寿命。直线压缩机利用直线电机驱动活塞在气缸中作往复直线运动，理论上完全消除了对活塞的径向作用力，因而消除了活塞和气缸壁之间的机械磨损以及由此产生的无用功，工作寿命和能量转化效率都大大提高，故而在需要长寿命和高效率工作的航空、航天、军事等特殊领域有着非常重要的应用。直线压缩机的核心部件是直线电机。直线电机根据其中的运动部件主要分为三类：动铁式、动圈式和动磁式。动铁式直线电机不使用永磁体，因而价格较低廉，但是性能相对不稳定，控制较困难，其应用逐渐减少；动圈式和动磁式直线电机都包括三类核心部件：永磁体、轭铁和载流线圈，根据运动时是载流线圈还是永磁体运动而区分为动圈式和动磁式。其中，动圈式直线压缩机因其结构上的特点实现了径向力的完全消除，而且在开路时在载流线圈上不产生轴向力和扭矩，因而具有高效率、低噪声和高可靠的突出优点，因而成为近30年来国际范围内空间回热式低温制冷机（如脉冲管制冷机和斯特林制冷机）的首选动力源。以美国为代表的西方发达国家为例，在近20年间发射升空的航天脉冲管制冷机和斯特林制冷机中，绝大多数都采用了动圈式直线压缩机。目前，国际上应用于航天领域需要保证长寿命、高可靠、高效率工作的动圈式直线压缩机主要采用牛津型和对置式结构形式。所谓牛津型，其得名源于英国牛津大学的两项关键技术——间隙密封和板弹簧支撑，这两项技术是无油润滑而能长寿命运转的关键保障；所谓对置式结构形式，是指在主体结构中采用两个完全对等的运动及支撑结构来相互抵消自身产生的机械振动，该项技术是实现直线压缩机低振动的可靠保障。如前所述，动圈式直线电机包括三类核心部件：永磁体、轭铁和载流线圈。工作时载流线圈在永磁体和轭铁共同形成的气隙内，受磁场力的作用，成往复的直线运动。根据载流线圈的长短和永磁体的充磁方向，可以将动圈式直线电机分为四种，图1给出了这四种形式的示意图，其中（1）为长线圈轴向充磁形式，（2）为短线圈轴向充磁形式，（3）为长线圈径向充磁形式，（4）为短线圈径向充磁形式，其中63为永磁体，64为上轭铁，65为下轭铁，66为载流线圈，67为中心通孔。动圈式直线压缩机根据其采用的直线电机的种类，也被相应地分为四种形式，即：采用长线圈轴向充磁的动圈式直线压缩机、采用短线圈轴向充磁的动圈式直线压缩机、采用长线圈径向充磁的动圈式直线压缩机、采用短线圈径向充磁的动圈式直线压缩机。动圈式直线压缩机无论采用上述四种形式中的哪一种，如果要确保其能稳定工作，都必须遵循以下基本原则：（1）要么是在整个活塞行程中，始终保证稳定磁场处在载流线圈之内（对应于长线圈形式）；（2）要么是在整个活塞行程中，始终保证载流线圈处于稳定的磁场之内（对应于短线圈形式）。目前这四种形式的动圈式直线压缩机在国内的发展都刚刚起步。
技术实现思路
本专利提出一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机。所专利技术的采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机由共用机座0、左部气缸衬套1、左部永磁体2、左部上轭铁3、左部下轭铁4、左部载流线圈5、左部线圈骨架6、左部活塞7、左部上板弹簧组8、左部下板弹簧组9、左部上压片结构10、左部下压片结构11、左部上支撑结构12、左部下支撑结构13、左部位移传感器铁芯14、左部位移传感器线圈15、左部位移传感器支撑16、左部机壳17以及右部气缸衬套1′、右部永磁体2′、右部上轭铁3′、右部下轭铁4′、右部载流线圈5′、右部线圈骨架6′、右部活塞7′、右部上板弹簧组8′、右部下板弹簧组9′、右部上压片结构10′、右部下压片结构11′、右部上支撑结构12′、右部下支撑结构13′、右部位移传感器铁芯14′、右部位移传感器线圈15′、右部位移传感器支撑16′、右部机壳17′共同组成，其特征在于，整体结构采用对置式以抵消左右两部分产生的机械振动，即以垂直中心线40为对称轴，左部所有部件及结构布置与右部相应部件及结构布置互为镜像体；水平轴线50所指示为轴向方向；共用机座0由左部气缸41、右部气缸41′以及共用出气孔42组成；左部气缸衬套1过盈配合镶嵌于左部气缸41的内部，右部气缸衬套1′过盈配合镶嵌于右部气缸41′的内部；左部永磁体2为圆筒状结构，中心位置沿轴向加工有左部磁体内通孔43；左部上轭铁3为圆筒状结构，其中心位置沿轴向加工有直径为d的左部上轭铁内通孔44，左部上轭铁3的外径比左部磁体内通孔43的直径小2.0～3.0μm；左部下轭铁4为U型结构，U形体的内径比左部永磁体2的外径大2.0～3.0μm，在U形体底部的中心位置沿轴向加工有左部下轭铁内通孔45，左部下轭铁内通孔45的直径大于左部上轭铁3的外径；左部永磁体2沿径向充磁至饱和，之后左部上轭铁3插入左部磁体内通孔43内部，左部下轭铁4将左部永磁体2及左部上轭铁3包裹其中，左部上轭铁左端面18与左部下轭铁左端面19齐平，左部上轭铁右端面20、左部永磁体右端面22以及左部下轭铁右端面27三者齐平；左部永磁体内环面21与左部上轭铁外环面67紧贴在一起，左部磁体外表面68与左部下轭铁内环面23紧贴在一起；左部永磁体2、左部上轭铁3、左部下轭铁4共同形成左部环状气隙46，左部载流线圈5同心地插入左部环状气隙46内，右部永磁体2′、右部上轭铁3′、右部下轭铁4′共同形成右部环状气隙46′，右部载流线圈5′同心地插入右部环状气隙46′内；左部载流线圈5与右部载流线圈5′的轴向高度均为h；左部活塞7与右部活塞7′工作时的最大行程均为s；左部下轭铁4与右部下轭铁4′底部的轴向厚度均为δ，并满足关系：δ＞s+h,以保证在整个活塞行程中，始终确保载流线圈处于稳定的磁场之内；左上支撑右端面24支撑于左部下轭铁左端面19之上，二者通过螺钉紧固，左部上支撑结构12的左侧加工成上环状平面25；左下支撑右端面47支撑于共用机座左侧面48之上，二者焊接在一起；左下支撑左前侧面26支撑于左部下轭铁右端面27之上，二者通过螺钉紧固，左部下支撑结构13的左下侧面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机，由共用机座（0）、左部气缸衬套（1）、左部永磁体（2）、左部上轭铁（3）、左部下轭铁（4）、左部载流线圈（5）、左部线圈骨架（6）、左部活塞（7）、左部上板弹簧组（8）、左部下板弹簧组（9）、左部上压片结构（10）、左部下压片结构（11）、左部上支撑结构（12）、左部下支撑结构（13）、左部位移传感器铁芯（14）、左部位移传感器线圈（15）、左部位移传感器支撑（16）、左部机壳（17）以及右部气缸衬套（1′）、右部永磁体（2′）、右部上轭铁（3′）、右部下轭铁（4′）、右部载流线圈（5′）、右部线圈骨架（6′）、右部活塞（7′）、右部上板弹簧组（8′）、右部下板弹簧组（9′）、右部上压片结构（10′）、右部下压片结构（11′）、右部上支撑结构（12′）、右部下支撑结构（13′）、右部位移传感器铁芯（14′）、右部位移传感器线圈（15′）、右部位移传感器支撑（16′）和右部机壳（17′）组成，其特征在于，整体结构采用对置式以抵消左右两部分产生的机械振动，即以垂直中心线（40）为对称轴，左部所有部件及结构布置与右部相应部件及结构布置互为镜像体；水平轴线（50）所指示为轴向方向；共用机座（0）由左部气缸（41）、右部气缸（41′）以及共用出气孔（42）组成；左部气缸衬套（1）过盈配合镶嵌于左部气缸（41）的内部，右部气缸衬套（1′）过盈配合镶嵌于右部气缸（41′）的内部；左部永磁体（2）为圆筒状结构，中心位置沿轴向加工有左部磁体内通孔（43）；左部上轭铁（3）为圆筒状结构，其中心位置沿轴向加工有直径为d的左部上轭铁内通孔（44），左部上轭铁（3）的外径比左部磁体内通孔（43）的直径小2.0～3.0μm；左部下轭铁（4）为U型结构，U形体的内径比左部永磁体（2）的外径大2.0～3.0μm，在U形体底部的中心位置沿轴向加工有左部下轭铁内通孔（45），左部下轭铁内通孔（45）的直径大于左部上轭铁（3）的外径；左部永磁体（2）沿径向充磁至饱和，之后左部上轭铁（3）插入左部磁体内通孔（43）内部，左部下轭铁（4）将左部永磁体（2）及左部上轭铁（3）包裹其中，左部上轭铁左端面（18）与左部下轭铁左端面（19）齐平，左部上轭铁右端面（20）、左部永磁体右端面（22）以及左部下轭铁右端面（27）三者齐平；左部永磁体内环面（21）与左部上轭铁外环面（67）紧贴在一起，左部磁体环表面（68）与左部下轭铁内环面（23）紧贴在一起；左部永磁体（2）、左部上轭铁（3）、左部下轭铁（4）共同形成左部环状气隙（46），左部载流线圈（5）同心地插入左部环状气隙（46）内，右部永磁体（2′）、右部上轭铁（3′）、右部下轭铁（4′）共同形成右部环状气隙（46′），右部载流线圈（5′）同心地插入右部环状气隙（46′）内；左部载流线圈（5）与右部载流线圈（5′）的轴向高度均为h；左部活塞（7）与右部活塞（7′）工作时的最大行程均为s；左部下轭铁（4）与右部下轭铁（4′）底部的轴向厚度均为δ,并满足关系：δ＞s＋h，以保证在整个活塞行程中，始终确保载流线圈处于稳定的磁场之内；左上支撑右端面（24）支撑于左部下轭铁左端面（19）之上，二者通过螺钉紧固，左部上支撑结构（12）的左侧加工成上环状平面（25）；左下支撑右端面（47）支撑于共用机座左侧面（48）之上，二者焊接在一起；左下支撑左前侧面（26）支撑于左部下轭铁右端面（27）之上，二者通过螺钉紧固，左部下支撑结构（13）的左下侧面加工成下环状平面（28）；左部上板弹簧组（8）由若干单片板弹簧薄片叠加而成，在外缘形成左上组外缘（29），在内缘形成左上组内缘（30），在中心部位沿轴向加工有直径为d的左上组簧体中心孔（31），其中左上组外缘（29）放置于左部上支撑结构（12）的上环状平面（25）之上，并通过螺钉紧固；左部下板弹簧组9由若干单片板弹簧薄片叠加而成，在外缘形成左下组外缘（32），在内缘形成左下组内缘（33），在中心部位沿轴向加工有直径为d的左下组簧体中心孔（34），其中左下组外缘（32）放置于左部下支撑结构（13）的下环状平面（28）之上，并通过螺钉紧固；左部活塞（7）由左部活塞头（35）、左部活塞中间过渡台（36）以及左部活塞杆（37）组成，在左部活塞杆（37）的末端加工有长1～3mm的左杆螺纹段（49），左部活塞头（35）的外径较之左部气缸（41）的内径小10～30μm，同时保证左部活塞杆（37）的直径小于d；左部活塞杆（37）依次贯穿左下组簧体中心孔（34）、左部下轭铁内通孔（45）、左部上轭铁内通孔（44）、左上组簧体中心孔（31）；左部上压片结构（10）将左上组内缘（30）以及左部线圈骨架（6）与左部活塞杆（37）紧固在一起，左部下压片结构（11）将左下组内缘（...

【技术特征摘要】
1.一种采用短线圈径向充磁的对置式动圈直线压缩机，由共用机座（0）、
左部气缸衬套（1）、左部永磁体（2）、左部上轭铁（3）、左部下轭铁（4）、左
部载流线圈（5）、左部线圈骨架（6）、左部活塞（7）、左部上板弹簧组（8）、
左部下板弹簧组（9）、左部上压片结构（10）、左部下压片结构（11）、左部上
支撑结构（12）、左部下支撑结构（13）、左部位移传感器铁芯（14）、左部位
移传感器线圈（15）、左部位移传感器支撑（16）、左部机壳（17）以及右部气
缸衬套（1′）、右部永磁体（2′）、右部上轭铁（3′）、右部下轭铁（4′）、右部载
流线圈（5′）、右部线圈骨架（6′）、右部活塞（7′）、右部上板弹簧组（8′）、右
部下板弹簧组（9′）、右部上压片结构（10′）、右部下压片结构（11′）、右部上
支撑结构（12′）、右部下支撑结构（13′）、右部位移传感器铁芯（14′）、右部位
移传感器线圈（15′）、右部位移传感器支撑（16′）和右部机壳（17′）组成，其
特征在于，整体结构采用对置式以抵消左右两部分产生的机械振动，即以垂直
中心线（40）为对称轴，左部所有部件及结构布置与右部相应部件及结构布置
互为镜像体；水平轴线（50）所指示为轴向方向；共用机座（0）由左部气缸
（41）、右部气缸（41′）以及共用出气孔（42）组成；左部气缸衬套（1）过盈
配合镶嵌于左部气缸（41）的内部，右部气缸衬套（1′）过盈配合镶嵌于右部
气缸（41′）的内部；左部永磁体（2）为圆筒状结构，中心位置沿轴向加工有
左部磁体内通孔（43）；左部上轭铁（3）为圆筒状结构，其中心位置沿轴向加
工有直径为d的左部上轭铁内通孔（44），左部上轭铁（3）的外径比左部磁体
内通孔（43）的直径小2.0～3.0μm；左部下轭铁（4）为U型结构，U形体的
内径比左部永磁体（2）的外径大2.0～3.0μm，在U形体底部的中心位置沿轴
向加工有左部下轭铁内通孔（45），左部下轭铁内通孔（45）的直径大于左部

\t上轭铁（3）的外径；左部永磁体（2）沿径向充磁至饱和，之后左部上轭铁（3）
插入左部磁体内通孔（43）内部，左部下轭铁（4）将左部永磁体（2）及左部
上轭铁（3）包裹其中，左部上轭铁左端面（18）与左部下轭铁左端面（19）
齐平，左部上轭铁右端面（20）、左部永磁体右端面（22）以及左部下轭铁右
端面（27）三者齐平；左部永磁体内环面（21）与左部上轭铁外环面（67）紧
贴在一起，左部磁体环表面（68）与左部下轭铁内环面（23）紧贴在一起；左
部永磁体（2）、左部上轭铁（3）、左部下轭铁（4）共同形成左部环状气隙（46），
左部载流线圈（5）同心地插入左部环状气隙（46）内，右部永磁体（2′）、右
部上轭铁（3′）、右部下轭铁（4′）共同形成右部环状气隙（46′），右部载流线
圈（5′）同心地插入右部环状气隙（46′）内；左部载流线圈（5）与右部载流
线圈（5′）的轴向高度均为h；左部活塞（7）与右部活塞（7′）工作时的最大
行程均为s；左部下轭铁（4）与右部下轭铁（4′）底部的轴向厚度均为δ,并
满足关系：δ＞s＋h，以保证在整个活塞行程中，始终确保载流线圈处于稳定
的磁场之内；左上支撑右端面（24）支撑于左部下轭铁左端面（19）之上，二
者通过螺钉紧固，左部上支撑结构（12）的左侧加工成上环状平面（25）；左
下支撑右端面（47）支撑于共用机座左侧面（48）之上，二者焊接在一起；左

【专利技术属性】
技术研发人员：党海政，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31