专利名称：一种产生压力波的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生周期性压力波的方法及其专用装置，特别是涉及一种采用可压缩的金属波纹膜盒在电磁驱动力下周期性地改变体积，从而产生压力波的方法及其专用装置。
背景技术：
压力波发生器在工业中有广泛的应用，特别是在低温回热式制冷机有许多应用。目前，由电磁振荡驱动汽缸活塞作往复运动的压力波发生器如文献[1]郁永章，刘勇编著，特种压缩机动力、化工及制冷用；北京，机械工业出版社，1989所介绍的它是直接由交流电产生往复推动力驱动活塞作往复运动；如图1所示它主要包括永磁体(3)、导磁体A、B(2、4)、绕有线圈(7)的动圈骨架(8)、支撑弹簧(10)、活塞(6)、汽缸(5)和壳体(1)等。虽然这一种压力波发生器具有潜在的高效率的特点，但它需要汽缸活塞有极高的加工精度、完善的装配工艺和措施。一般情况下，这种压力波发生器的活塞汽缸之间由于加工和装配困难而存在很大的摩擦，从而严重地影响了其可靠性和效率。此外，由于汽缸活塞的加工和安装精度很高，因此成本很高。特别是，当这种压力波发生器用于回热式低温制冷机时，由于摩擦产生的铁销以及内部材料的放气污染，常常引起制冷机性能的下降。
发明内容
本发明的目的在于解决气缸活塞型电磁振动压力波发生器的上述缺点；为了提高压力波发生器的可靠性和效率；为了提供一种加工和装配方便，以及成本低的采用可压缩的金属波纹膜盒来代替汽缸活塞的压力波发生器和产生压力波的方法。
本发明的目的是这样实现的本发明提供的压力波发生器(如图2所示)包括壳体，导磁体A和B、永磁体、绕有导电线圈的动圈骨架；其特征是还包括接线柱、弹簧、可压缩的波纹弹簧膜盒；其中壳体呈圆桶形状，壳体底部有一突出的小圆柱台和有接线柱，一突出的小圆柱台上安有支撑弹簧；支撑弹簧的一端安装在圆形的动圈骨架的一端，动圈骨架的圆周上缠有导线，导线两端各接一接线柱，呈山字形的动圈骨架的另一端与金属膜盒通过焊接的方法相连接，金属膜盒的另一端与圆柱体也是通过焊接而连接成一体的，圆柱体的中心开有一与外部使用部件相连接的通道，并用圆柱体的端面通过图中所示的螺栓固定金属膜盒；呈圆桶状的导磁体A、永磁体和导磁体B顺序安装在壳体的内腔，形成一磁路的缝隙，而动圈骨架缠有导线的部分则插入这个缝隙中。另外，还包括在圆柱体的另一面通过一连接件再安装一压力波发生器构成对置式压力波发生器(如图3所示)，并在连接件的侧壁开有一通道，该一通道只与圆柱体的通道连通。
所述的金属波纹膜盒采用弹性较好的材料制作，如铍青铜、高弹性不锈钢。制作方式有通常液压成型或者焊接而成；为了使波纹弹簧膜盒获得足够的位移，一般应采用多层弹簧，这样可使波纹弹簧膜盒有很长的使用寿命。
所述的动圈骨架的圆周上缠有的导线包括直径为1-3毫米的高绝缘铜导线或其它1-3毫米的高绝缘的导线。
所述的可压缩的金属波纹膜盒由厚度为0.1-0.2毫米之间的多层不锈钢片焊接而成。
该压力波发生器中的导磁体A、永磁体、导磁体B在狭缝之间形成一磁场回路，由弹簧支撑的绕有铜导线的动圈骨架通入交流电。根据安培定律，通入交流电的动圈骨架在磁场的作用下将受到往复的推动力而使线圈来回运动。在本方案中，动圈骨架与可压缩的波纹弹簧膜盒的一端连在一起，但波纹弹簧膜盒与压力波发生器内部并不相通，以防止压力波发生器内部材料的放气污染。由于动圈的往复运动，使波纹弹簧膜盒内部的容积发生周期性的变化。当波纹弹簧膜盒内部容积发生周期性的变化时，其内部的气体的压力就发生周期性的变化，即产生了压力波。本方案中的金属波纹膜盒由于采用多层波纹弹簧膜盒，其内部的死体积较大，因而在本压力波发生器中加入减小死体积的圆柱。
应用本发明的压力波发生器产生压力波的方法1.在磁体A、永磁体、导磁体B在狭缝之间形成一磁场回路；磁力线的方向在整个狭缝内是沿着半径方向由内向外或者由外向内(根据永磁体的N、S左右两极的布置来决定)；该磁路系统提供了一个稳定的永久磁场；2.从引线通入交流电后，线圈上也就有了沿圆周方向的交流电，在交流电的正半周期时，由于交流电与永久磁场的相互作用，就会产生一个作用在动圈骨架上的作用力，该作用力的方向向右(或者向左)；反之，在交流电的负半周期，就会产生一个向左(或者向右)的作用在动圈骨架上的力；3.由于动圈骨架与金属膜盒是连接在一起的，因此，动圈骨架在向右或者向左的这种周期性的作用力下，将周期性推动金属膜盒运动，使金属膜盒内部的气体介质受到压缩和膨胀，从而产生了气体压力周性地升高和降低，即产生了压力波。
本发明的压力波发生器和产生压力波的方法与汽缸活塞型的电磁振动压力波发生器相比，其优点是(1)彻底消除了汽缸活塞之间的摩擦，因而压力波发生器的可靠性和效率都可以得到更大的提高；(2)不需要高精度的加工制作和安装工艺，因而制作成本可以大幅度降低；(3)由于压力波发生器中的气体与金属波纹膜盒中的气体不相通，因而可以防止金属波纹膜盒中的工作气体受到污染。
(4)应用本发明的压力波发生器产生压力波的方法简单，效率高。
图1已有技术中电磁振荡式压力波发生器的结构示意图。图2根据本发明的一个压力波发生器的的结构示意图。图3本发明的一个实施例对置式压力波发生器的结构示意面说明壳体-1 导磁体A-2 导磁体B-4永磁体-3 汽缸-5活塞-6
导线(线圈)-7 动圈骨架-8 接线柱-9支撑弹簧-10 金属波纹膜盒-11圆柱体-12通道-13 狭缝-14连接部件-15径向通道-1具体实施方式
实施例1按图2制作一单驱动压力波发生器该压力波发生器的壳体1采用合金铝制作，其目的是减小重量和增强换热；永磁体3采用磁能级较高的钕铁硼材料，它可以在磁场回路的狭缝14产生达到1-1.3T(特斯拉)之间的磁场强度，有利于降低线圈动圈7上的电流，从而降低线圈中的焦耳热损失。导磁体A-2、导磁体B-4采用DT4电工纯铁制作。动圈骨架8由呈山字形的合金铝骨架上缠绕直径为1-3毫米的高绝缘铜导线而成。可压缩的金属波纹膜盒12由厚度为0.1-0.2毫米之间的多层不锈钢片(市场有定型产品可以选用)焊接而成。动圈骨架8与金属波纹膜盒11通过胶粘接或者其它方式连接成一体(在装配之前就已经焊接为一体)。壳体1呈圆桶形状，壳体1底部有一突出的小圆柱台和有接线柱9，一凸起上安有支撑弹簧10；支撑弹簧10的一端安装在动圈骨架8的一端，金属膜盒11的另一端与圆柱体12也是通过焊接而连接成一体的，圆柱体12的中心开有一通道13，并用圆柱体12的端面通过图中所示的螺栓固定金属膜盒11；导磁体A和永磁体3顺序安装在壳体1的内腔上部，一带沿的套桶形的导磁体B的沿压盖在永磁体3上，其导磁体B的套桶穿进动圈骨架8缝隙中；由于金属波纹膜盒内有一圆柱体12，用来减小波纹膜盒11内的死体积。当通入1-3安培的交流电时，动圈骨架8带动金属波纹膜盒作往复运动，使金属波纹膜盒内的容积发生周期性的变化。如果该系统充入气体，则在金属波纹膜盒内产生周期性的压力变化。
该压力波发生器可广泛用于制冷与低温行业中的回热式制冷机中，例如斯特林、脉冲管制冷机以及热声制冷机。
应用该压力波发生器产生压力波的方法1.在导磁体A、永磁体3、导磁体B在狭缝14之间形成一磁场回路。磁力线的方向在整个狭缝内是沿着半径方向由内向外或者由外向内(根据永磁体3的N、S左右两极的布置来决定)。该磁路系统提供了一个稳定的永久磁场；2.从引线9通入交流电后，线圈7上也就有了沿圆周方向的交流电。在交流电的正半周期时，由于交流电与永久磁场的相互作用，就会产生一个作用在动圈骨架8上的作用力，该作用力的方向向右(或者向左)；反之，在交流电的负半周期，就会产生一个向左(或者向右)的作用在动圈骨架8上的力。
3.由于动圈骨架8与金属膜盒11是连接在一起的，因此，动圈骨架8在向右或者向左的这种周期性的作用力下，将周期性推动金属膜盒11运动，使金属膜盒11内部的气体介质受到压缩和膨胀，从而产生了气体压力周性地升高和降低，即产生了压力波。
实施例2按图3制作一双驱动对置式压力波发生器该压力波发生器有关零部件的材料和制作工艺与实施1基本相同，只是增加了一个压力波发生器，两个压力波发生器之间通过一采用硬铝制作的连接部件15将左右两个单压力波发生器固定成一体，并在该连接部件15的径向加工一个通道16，即是压力波输出口，该径向加工的通道16与压力波发生器的圆柱体12的通道13相通。该压力波发生器由于左右对称，因而其振动和噪音极小，在回热式制冷机中有更为广泛的应用。
权利要求
1.一种压力波发生器，包括壳体(1)，导磁体A(2)和B(4)、永磁体(3)、绕有导电线圈(7)的动圈骨架(8)；其特征是还包括接线柱(9)、弹簧(10)、可压缩的波纹弹簧膜盒(11)、其上开有通道(13)的圆柱体(12)；其中壳体(1)呈圆桶形状，壳体(1)底部有一突出的小圆柱台和有接线柱(9)，一突出的小圆柱台上安有支撑弹簧(10)；支撑弹簧(10)的一端安装在圆形的动圈骨架(8)的一端，动圈骨架(8)的圆周上缠有导线(7)，导线(7)两端各接在一接线柱(9)上，呈山字形的动圈骨架(8)的另一端与金属膜盒(11)通过焊接连接，金属膜盒(11)的另一端与圆柱体(12)焊接连成一体，圆柱体(12)的中心开有一与外部使用部件相连接的通道(13)，并用圆柱体(12)的端面通过螺栓固定金属膜盒(11)；圆桶状的导磁体A(2)、永磁体(3)和导磁体B(4)顺序安装在壳体(1)的内腔，并形成缝隙(14)；动圈骨架(8)缠有导线的部分则插入缝隙(14)之中。
2.按权利要求1所述的压力波发生器，其特征是还包括在圆柱体(12)的另一面通过一连接件(15)再安装一压力波发生器，并在连接件的侧壁开有一通道(16)，该通道(16)只与圆柱体(12)的通道(13)连通。
3.按权利要求1所述的压力波发生器，其特征是所述的金属波纹膜盒(11)采用弹性材料，用通常液压成型或者焊接而制作成。
4.按权利要求1所述的压力波发生器，其特征是所述的金属波纹膜盒(11)采用铍青铜、高弹性不锈钢制作的。
5.按权利要求1所述的压力波发生器，其特征是所述的动圈骨架的圆周上缠有的导线包括直径为1-3毫米的高绝缘铜导线或其它1-3毫米的高绝缘的导线。
6.按权利要求1所述的压力波发生器，其特征是所述的可压缩的金属波纹膜盒由厚度为0.1-0.2毫米之间的多层不锈钢片焊接而成。
7.一种应用权利要求1所述的压力波发生器产生压力波的方法，其特征是压力波发生器的导磁体A(2)、永磁体(3)、导磁体B(4)的狭缝(14)之间形成一磁场回路；磁力线的方向在整个狭缝内是沿着半径方向由内向外或者由外向内，根据永磁体(3)的N、S左右两极的布置来决定，该磁路系统提供了一个稳定的永久磁场；然后从引线(9)通入交流电后，线圈(7)上也就有了沿圆周方向的交流电；在交流电的正半周期时，由于交流电与永久磁场的相互作用，就会产生一个作用在动圈骨架(8)上的作用力，该作用力的方向向右或者向左；反之，在交流电的负半周期，就会产生一个向左(或者向右)的作用在动圈骨架(8)上的力；由于动圈骨架(8)与金属膜盒(11)是连接在一起的，因此，动圈骨架(8)在向右或者向左的这种周期性的作用力下，将周期性推动金属膜盒(11)运动，使金属膜盒(11)内部的气体介质受到压缩和膨胀，从而产生了气体压力周期性地升高和降低，产生了压力波。
全文摘要
本发明涉及压力波发生器及方法，它包括一壳体底部有一突出和有接线柱，一突出上安有支撑弹簧；支撑弹簧的一端安装在圆形的动圈骨架的一端，动圈骨架的圆周上缠有铜导线，动圈骨架的另一端与金属膜盒通过焊接相连，金属膜盒的另一端与圆柱体焊接连成一体，圆柱体的中心开有一与外部使用部件相连接的通道，并用圆柱体的端面通过螺栓固定金属膜盒；导磁体A和永磁体顺序安装在壳体的内腔上部，一带沿的套桶形的导磁体B的沿压盖在永磁体上，其导磁体B的套桶穿进动圈骨架缝隙中。在交变电流的作用下，电磁驱动机构推动金属膜盒往复运动，导致膜盒内的气体压力发生周期性地升高和降低，并向外输出压力波。
文档编号F04B43/09GK1421660SQ0113984
公开日2003年6月4日 申请日期2001年11月30日 优先权日2001年11月30日
发明者罗二仓, 吴剑峰, 胡勤国, 公茂琼 申请人:中国科学院理化技术研究所