一种利用直线电机驱动的斯特林制冷机的制作方法

本发明涉及制冷机技术领域，具体涉及一种利用直线电机驱动的斯特林制冷机。

背景技术：

斯特林制冷机是由电力驱动的一种机械式制冷机，其工作原理是气体以绝热膨胀做功，即按逆向斯特林循环工作而制冷。基于斯特林制冷循环原理：由两个等温过程和两个等容回热过程组成，结构如附图3，两个气缸与活塞形成两个工作腔：膨胀腔和压缩腔，两腔分别设冷量换热器c和冷却器a进行换热，中间由回热器r连通，左面为膨胀活塞，右面为压缩活塞，两个活塞作折线式间断运动。

早期传统的斯特林制冷机为整体式结构，并且压缩机和排出器由旋转电机通过曲柄连杆机构驱动，密封形式为非金属弹性环的接触密封。这种斯特林制冷机结构复杂、振动和噪音大，尤其是制冷工质的污染和泄漏使得制冷机的工作寿命受到限制。经文献检索发现，中国发明专利：一种线性整体式斯特林制冷机，专利号：201410262630.6，该专利公开了一种改进型的线性整体式斯特林制冷机，其结构包括杜瓦、膨胀机和压缩机，能够缩短制冷机整机长度，克服了传统整体式斯特林制冷机振动噪声大的弊端，适用于在导弹的陀螺框架上应用，但是此装置受电机驱动的是动气缸部件，所需电机驱动力较大，对于加工要求高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服以上技术缺陷，提供一种利用直线电机驱动的斯特林制冷机，结构构成简单，结构紧凑，机械效率高，并且机器磨损程度会减小，有效提升机器寿命。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种利用直线电机驱动的斯特林制冷机，包括膨胀机、压缩机、回热器，所述膨胀机内部设有换热器，所述压缩机内部设有冷却器，所述膨胀机和所述压缩机均通过进气管和排气管与所述回热器连接；所述膨胀机/压缩机包括机壳，所述机壳里面设置有气缸，所述气缸上设置有与所述进气管连接的进气阀和与所述排气管连接的排气阀，所述气缸里面设置有能在气缸中运动的活塞，所述活塞两端固定连接驱动铁芯，所述驱动铁芯外缠绕有线圈，所述活塞外周设置有永磁铁体，所述永磁铁体中间设置有用于驱动铁芯运动的气隙，所述驱动铁芯的顶部连接复位弹簧，所述复位弹簧的另一端连接在所述机壳的顶盖上。

所述的利用直线电机驱动的斯特林制冷机，所述的永磁铁体包括一个静铁芯，所述静铁芯里面内嵌有永磁铁块。

所述的利用直线电机驱动的斯特林制冷机，所述的机壳的两端分别设置有顶盖和底盖，所述顶盖和底盖分别通过螺钉固定安装在机壳的两端。

所述的利用直线电机驱动的斯特林制冷机，所述的机壳的顶盖上设置有用于活塞运动的限位轨道。

所述的利用直线电机驱动的斯特林制冷机，所述的复位弹簧采用四个相同的簧丝组件并联安装制成。

所述的利用直线电机驱动的斯特林制冷机，所述的线圈外包覆有绝缘层。

所述的利用直线电机驱动的斯特林制冷机，所述的所述顶盖和弹簧之间安装调整垫片。

有益效果：

与现有技术相比，本发明当交变电流通过动圈时，使得动圈带动活塞产生往复振动，相对于传统线性斯特林制冷机，此发明结构构成简单，结构紧凑，机械效率高，并且机器磨损程度会减小，有效提升机器寿命，可拆卸的顶盖与底盖有利于进行维修。

附图说明

图1是本发明一种利用磁力驱动的制冷机的系统示意图。

图2是膨胀机(压缩机)结构示意图。

图3是传统斯特林制冷机结构示意图。

如图所示：1、膨胀机，2、换热器，3、膨胀机进气管，4、膨胀机排气管，5、回热器，6、压缩机排气管，7、压缩机进气管，8、冷却器，9、压缩机,10、复位弹簧，11、驱动铁芯，12、线圈，13、静铁芯，14、机壳,15、永磁体,16、活塞，17、气缸，18、进排气阀，19、顶盖，20、底盖，21、固定块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步地说明。

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。由于膨胀机与压缩机结构类似，因此两装置同名构件用相同标号表示。

结合附图，一种利用永磁动圈型直线电机驱动的制冷机，包括膨胀机1、换热器2、膨胀机进气管3、膨胀机排气管4、回热器5、压缩机排气管6、压缩机进气管7、冷却器8、压缩机9、弹簧10、驱动铁芯11、线圈12、静铁芯13、机壳14、永磁体15、活塞16、气缸17、进排气阀18、顶盖19、底盖20、固定块21。

图1中，所述膨胀机1内部设有换热器2，所述压缩机9内部设有冷却器8。所述膨胀机1通过膨胀机进气管3和排气管4与回热器5连接，所述压缩机9通过压缩机进气管7和排气管6与回热器5连接。过程开始前，压缩机9内存在气体，此时压缩机活塞16位于下止点d，活塞16受到直线电机驱动向上运动，气体被压缩，压缩产生的热量由冷却器8带走，因此可近似保持等温压缩过程。待压缩过程完成，压缩机排气阀18打开，活塞16继续向上运动推动气体由压缩机排气管9排出压缩机，直到活塞16来到上止点c，气体全部排出。随后气体通过回热器5时，将热量传给填料，因而温度与压力均降低。气体在膨胀机进气管3中流动，膨胀机进气阀18门打开，膨胀机活塞16由下止点开始向上运动，进气完毕后，进气阀门关闭。活塞16继续向上运动，气体等温膨胀，并与换热器2进行热量交换，达到制冷的目的，直到活塞16来到上止点，膨胀过程结束，排气阀18打开，活塞16向下运动，推动气体排出，由膨胀机排气管4重新进入回热器中，进入下一轮循环。整个过程，在压缩与膨胀过程中，气体与外界进行热量交换；而在回热器5则与外界封闭，从压缩机9排出的气体在回热器5中经历定容放热，而从膨胀机1排出的气体在回热器5中经历定容吸热，两股气体在回热器5填料中进行热量交换。

图2中，所述机壳14的两端分别设有可拆卸的顶盖19和底盖20。所述顶盖19和底盖20分别通过螺钉固定安装在机壳14的两端，所述静铁芯13设置在机壳14的内部，所述活塞16通过驱动铁芯11与线圈12构成动子。活塞16置于静铁芯13中部，静铁芯13内部位于活塞16的两侧均设有永磁体15，线圈12置于永磁体15和静铁芯13之间的气隙之间，驱动铁芯11的两端分别与两个线圈12相连接，驱动铁芯11固定在弹簧10上，弹簧10的顶端固定在顶盖19上，弹簧10的底端套设在驱动铁芯11的顶端，并且通过凸块固定，动子由弹簧10支撑，形成共振系统。当线圈12通入交变电流时，在磁场力的作用下，被其缠绕的驱动铁芯产生运动，活塞16受到和电流频率相同的交变推力，从而形成动子整体的往复运动。

所述活塞16采用硬度较大的材料制成，并对其接触面进行磷化处理，使其表面形成均匀致密的磷化膜，不仅增加了活塞16和气缸17的清洁度，也显著增大了表面硬度和防锈防尘能力。

所述活活塞16制作成阶梯轴，两个支承点全部放置在活塞16和气缸17的接触面上，保证了支承点的同轴度，这样可以省去支承杆和直线轴承，同时也改善了活塞16和气缸17的摩擦状况。

所述弹簧10每侧均采用四个相同的簧丝组件并联安装制成代替单一的弹簧，簧丝组件较细、圈数较少、直径较小，这样在不改变弹簧10总刚度的情况下，增大了弹簧10的可压缩量，保证了在压缩机工作范围内弹簧10处于弹性变化区，刚度保持不变。

所述线圈12外包覆有绝缘材料层，或将线圈12分割成若干个互相之间绝缘的、面积较小的面，这样可以防止产生感应电流，避免对电磁系统、机械系统的工作造成影响。

在压缩机9的顶盖19和弹簧10之间安装调整垫片，放置不同厚度的垫片可以得到不同的活塞16静态位置，从而在小范围内可以调节压缩机性能。

动子和弹簧10由于加工等原因，质量和刚度可能会有偏差，影响系统共振频率，所以可以在线圈12上开螺纹孔，不仅可以减小活塞16运动时的空气阻力，还能通过增加螺钉的方法小范围地改变动子质量，达到调节效果。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。