一种低温制冷机的动磁式往复直线振荡电机的制作方法

1.本实用新型涉及低温制冷机，具体的说，涉及到低温制冷机的动磁式往复直线振荡电机，适用于斯特林制冷机和脉管制冷机。


背景技术：

2.随着科学技术的进步，低温制冷机在军民领域都有广泛的应用，而往复式压缩机作为制冷机的驱动设备，其工作性能直接影响到制冷机的运行功率、使用寿命及可靠性。
3.往复式压缩机根据其电动机驱动方式的不同可以分为旋转电机驱动和往复式直线振荡电机驱动。早期多使用旋转式电机驱动的压缩机，其曲柄连杆机构易造成磨损，且结构复杂、振动噪声大，使得压缩机的运行效率和使用寿命不理想。而直线电机的发展，解决了旋转式电机出现的问题，满足了压缩机长寿命、高效率、高可靠性的要求，作为一种较理想的机型广泛地被应用到压缩机和制冷机中。
4.常用的直线电机主要有动磁式电机和动圈式电机两种结构。动磁式直线振荡电机是由永磁体作为运动部件的一种直线电机，相比于动圈式直线振荡电机，其具有动子质量小、推力大、结构简单、效率高和寿命长等优点。随着永磁材料的研发，动磁式电机的优势愈加明显。
5.当前常见的动磁式直线电机驱动压缩机，采用了将励磁线圈直接绕于外定子外径上的电机结构，这不仅需要增添专门的绕线槽，使绕线工序复杂化，还会使外定子的厚度增加，结构复杂，加工难度变大，从而提高了制造成本。此外，并且若是采用此种电机结构，会使磁钢直径变小，从而磁能积和电机推力随之变小，不适用于大功率的压缩机和制冷机。


技术实现要素：

6.本实用新型提出了一种新型的动磁式往复直线电机设计，采用线圈绕于内定子中，使外定子结构简单，磁钢直径增大，从而获得更大的电机推力，利于制成更大功率的压缩机和制冷机，且在绕线工序和成本方面也更有优势；还采用了多片瓷瓦结构的磁钢，使偏心磁力减少，相比于整体式圆形结构的磁钢，其加工工艺简单，成本低，此种直线电机结构克服了功率小、加工工艺难、制造成本高等缺点，从而解决了现有技术中的问题。具体方案如下：
7.一种低温制冷机的动磁式往复直线振荡电机，所述动磁式往复直线振荡电机包括外定子、动子和内定子，所述动子安装于内定子和外定子同轴装配后所形成的环状间隙中，
8.所述外定子沿轴向放置并固定在上支架和下支架之间，下支架下端面紧贴在气缸座上并与机座相连，在上支架的上端面安装有弹性限位机构；
9.所述内定子下端固定于所述气缸座上，在所述内定子的外径沿周向设有一圈凹槽，在所述凹槽内设有线圈绕组，所述线圈绕组的外表面低于所述内定子的外径表面；
10.所述动子包括有动子支架和以及安装在动子支架上的磁钢，所述动子支架由上部的磁钢支撑板、磁钢连接环和下部的磁钢短垫圈组成，所述磁钢支撑板固定安装在磁钢连
接环的上端面，且所述磁钢支撑板通过连接件与所述弹性限位机构相连，所述磁钢由多片瓷瓦结构的磁体制成，采用径向充磁后，n、s级交替排列固定在上部的磁钢连接环和下部的磁钢短垫圈中间并处于所述环状间隙中。
11.进一步的，所述磁体为铷铁硼磁体。
12.进一步的，动子支架采用非导磁材料。
13.进一步的，外定子由若干块硅钢片或smc材料制成。
14.进一步的，所述线圈绕组为每层绕25-30圈的采用单相绕组，以保证电机电阻值在0.91ω以上。
15.进一步的，所述线圈绕组的外表面覆盖有绝缘胶。
16.进一步的，所述弹性限位机构为板弹簧。
17.本实用新型的优点在于：
18.1、线圈缠绕在内定子外径的凹槽中，可以简化外定子结构，并省去专门的外定子绕线槽，降低了成本；
19.2、将线圈绕在内定子的凹槽中，使得线圈不占用径向空间，因此磁钢直径可以做的尽可能大，使磁能量更强，从而电机推力更大，适用于大功率的压缩机和制冷机，并且磁钢采用多片瓷瓦结构，相比于整体式圆环的磁钢结构，降低了加工工艺的难度和制造成本；
20.3、弹性限位机构可使动子做往复直线运动时不会偏离中心轴，起到对动子的轴向限位作用，避免磨损；
21.4、电机与压缩机耦合、装配的结构更为简单紧凑。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型动磁式往复直线振荡电机的结构件图；
24.图2为本实用新型的内部剖视图；
25.图3为内定子中间设有一段凹槽的示意图。
具体实施方式
26.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
27.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本实用新型的技术方案。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
28.参照图1所示，本实用新型提供了一种低温制冷机的动磁式往复直线振荡电机，动磁式往复直线振荡电机包括外定子1、动子2和内定子3，动子2需借助内外定子定心工装将
其径向且同轴放置于内定子3、外定子1同轴装配后所形成的环状间隙中，并保证动子2与外定子1、内定子3径向无接触，动子2与外定子1、内定子3的径向间隙距离维持在1mm左右。
29.进一步参阅图2-3，下面对外定子1、动子2和内定子3的结构进行进一步的说明。
30.外定子1由若干块硅钢片或smc(高性能铁基软磁复合材料)制成，沿轴向放置并固定在上支架4和下支架5之间，下支架5下端紧贴在气缸座上，整体与机座相连，在上支架4的上端面固定安装有弹性限位机构11。
31.内定子3下端固定于气缸座上，在内定子3的外径沿周向设有一圈凹槽31，在凹槽31内设有线圈绕组10，线圈绕组10的外表面低于内定子3的外径表面。
32.动子2包括有动子支架21和以及安装在动子支架21上的磁钢8。动子支架21采用非导磁材料加工成圆筒形，由上部的磁钢支撑板6、磁钢连接环7和下部的磁钢短垫圈9组成，磁钢支撑板6固定安装在磁钢连接环7的上端面，且磁钢支撑板6通过连接件12与弹性限位机构11相连。磁钢8由多片瓷瓦结构的磁体制成，采用径向充磁后，n、s级交替排列固定在上部的磁钢连接环7和下部的磁钢短垫圈9中间并处于内外定子中间的环状间隙中。
33.当前的低温制冷机的动磁式往复直线振荡电机，受限于结构限制，外定子壁厚较薄，因此无法在外定子上开挖绕线槽，只能将线圈缠绕在外定子外径上，那么势必会使得径向占用空间增加，使得外定子结构更加复杂。本实用新型基于内定子厚度较厚的机构前提，在内定子的外径中间设有一段凹槽用于缠绕线圈绕组，线圈绕组不占用径向空间，从而使得磁钢直径可以做的尽可能大，使磁能量更强，从而电机推力更大，适用于大功率的压缩机和制冷机。此外磁钢8采用多片瓷瓦结构的磁体，有效减少了偏心磁力，降低了加工工艺的难度和制造成本。
34.本实用新型的动磁式往复直线电机的工作原理为：将交流电通到线圈绕组10上，在内定子3、外定子1的空隙间会产生一定的交变磁场，永磁体的恒定磁场与交变磁场相互作用下，产生了轴向的驱动力，由公式f＝bil可知，电流的强度可决定推力的大小，在驱动力的作用下动子2及弹性限位机构11做往复直线振荡运动，使压缩机得以正常工作。
35.弹性限位机构11为板弹簧，其具有一定的轴向刚度和径向刚度，将板弹簧固定在上支架4上并与动子3相连，可使动子3在一定行程内做往复运动，还可避免动子3做轴向直线运动时可能会产生的径向偏置现象，减少了磨损。
36.在一可选的实施例中，线圈绕组10整体采用单相绕组，从进线口进线绕于内定子3的凹槽内，每层绕25-30圈，以保证电机电阻值在0.91ω以上，每层绕线完成后上胶以保持其绝缘性，各层绕线的排线要均匀、紧凑。
37.在一可选的实施例中，弹性限位机构11为板弹簧，板弹簧其具有一定的轴向刚度和径向刚度，可使动子3在一定行程内做往复运动，还可避免动子做直线运动时可能会产生的径向偏置现象，减少了磨损。
38.以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等
同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。