CN114076162A - 直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及直线电机技术领域，公开了一种直线电机，包括：减振器，所述减振器包括第二气缸和位于所述第二气缸内的第二活塞，通过所述第二活塞将所述减振器的内部腔体划分为相连通的第二压缩腔和第二背腔，所述第二压缩腔与直线电机的第一背腔相连通，以使所述第一背腔内存在的压力波动驱动所述第二活塞进行相应的直线往复运动。本发明实施例提供的直线电机，结构简单，消振的效果好，便于实际应用。

Description

直线电机
技术领域
本发明涉及直线电机技术领域，尤其涉及一种直线电机。
背景技术
直线电机被广泛应用于热声发动机、热声制冷机，斯特林发电机、斯特林制冷机、脉管制冷机中。由于电机中存在运动部件，因此电机工作时就会产生振动，即便是采用对置电机结构，由于对置电机加工不可能完全一致，因此也仍然会存在振动。
为了使电机的振动达到最低，一种方法是在电机外壳上安装一个被动减振器，被动减振器利用壳体上的振动作为驱动，其运动相位与壳体的振动相反，从而达到抵消振动的效果。由于被动减振依赖于外壳的振动作为驱动，因此无法彻底消除外壳振动。另一种办法就是在电机外壳上增加主动减振电机，主动减振电机结构跟直线电机结构类似，它是通过消耗电能，同时控制主动减振电机的输入电流电压的相位，使主动减振电机活塞的运动相位与直线电机活塞或者外壳的运动相位相反，并同时调节减振电机的运动幅度，达到完全抵消直线电机振动的效果。由于主动减振电机需要消耗电能，并且还需要附加的调相电源，实际应用很不方便。并且随着电机功率的增大，电机的振动能量也会增大，这时主动减振电机所消耗的电能越来越多，这也不便于电机的实际应用。
发明内容
本发明实施例提供一种直线电机，用以解决或部分解决现有直线电机工作时存在振动的问题。
本发明实施例提供一种直线电机，包括：减振器，所述减振器包括第二气缸和位于所述第二气缸内的第二活塞，通过所述第二活塞将所述减振器的内部腔体划分为相连通的第二压缩腔和第二背腔，所述第二压缩腔与直线电机的第一背腔相连通，以使所述第一背腔内存在的压力波动驱动所述第二活塞进行相应的直线往复运动。
在上述技术方案的基础上，所述减振器还包括弹性件；所述弹性件的一端与所述第二活塞相连接，另一端与所述第二背腔的壁面相连接。
在上述技术方案的基础上，所述第二活塞通过气浮方式安装在所述第二气缸的内部。
在上述技术方案的基础上，所述第二背腔上连接有用于调节所述第二背腔的容积的容积调节机构。
在上述技术方案的基础上，所述第二背腔通过节流孔与气腔相连通。
在上述技术方案的基础上，所述减振器还包括第二内定子、第二外定子以及第二永磁体，所述第二活塞用于驱动所述第二永磁体在所述第二内定子和所述第二外定子之间直线往复运动；或者，由外部输入电能，所述第二内定子和所述第二外定子之间产生交变磁场从而驱动所述第二永磁体直线往复运动，进而驱动所述第二活塞直线往复运动，以调整所述第二活塞的运动幅度和相位。
在上述技术方案的基础上，所述第二活塞通过连接件与所述第二永磁体相连。
在上述技术方案的基础上，所述第二永磁体呈环形结构。
在上述技术方案的基础上，第二外定子包括第二线圈和第二硅钢片，所述第二硅钢片呈圆形结构，所述第二线圈位于所述第二硅钢片的内部。
在上述技术方案的基础上，所述减振器还包括用于输入或者输出电能的第二电极。
本发明实施例提供的一种直线电机，利用直线电机的第一背腔的压力波动驱动减振器的第二活塞进行相应的直线往复运动，从而达到消振的效果。本发明实施例提供的直线电机，结构简单，消振的效果好，便于实际应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的直线电机的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种直线电机的结构示意图；
图3为本发明实施例的另一种直线电机的结构示意图。
附图标记：
1、第一电极；2、第一压缩腔；3、第一活塞；4、第一气缸；5、第一内定子；6、第一永磁体；7、第一硅钢片；8、第一线圈；9、第一背腔；10、第二压缩腔；11、第二气缸；12、弹簧；13、第二背腔；14、节流孔；15、气腔；16、第二活塞；17、第二硅钢片；18、第二线圈；19、第二永磁体；20、第二内定子；21、第二电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为现有技术的直线电机的结构示意图，如图1所示，直线电机是一种通过直线往复运动实现电能和机械能之间相互转换的能量转换设备。直线电机包括动子、内定子、外定子以及外壳，外定子由第一线圈8和第一硅钢片7组成，第一硅钢片7被叠成圆形，从而包围住第一线圈8。动子包括第一永磁体6、第一活塞3和连接二者的固件。第一永磁体6设计成环形结构固定在第一活塞3上，第一永磁体6位于内外定子之间跟随第一活塞3进行直线往复运动。第一活塞3位于第一气缸4内，第一气缸4外侧则为第一内定子5。
第一活塞3将直线发电机内部腔体分成了两个主要的区域，第一压缩腔2和第一背腔9，第一压缩腔2和第一背腔9只能通过第一活塞3和第一气缸4之间的间隙连通。当有压力波动从第一压缩腔2一侧驱动电机的第一活塞3往复运动时，第一永磁体6跟随第一活塞3往复运动改变第一线圈8内的磁通量，从而感应出电流，将机械能转化为电能输出，这时直线电机就是一台发电机。当有外界交流电能输入电机时，交变电流会诱导第一线圈8产生交变磁场驱动第一永磁体6往复运动，从而带动第一活塞3使第一压缩腔2内的气体压缩或膨胀，将电能转换机械能，这时直线电机就是一台压缩机。
图2为本发明实施例的一种直线电机的结构示意图，如图2所示，本发明实施例的直线电机，包括：减振器，减振器包括第二气缸11和在第二气缸11内进行直线往复运动的第二活塞16，通过第二活塞16将减振器的内部腔体划分为相连通的第二压缩腔10和第二背腔13，第二压缩腔10与直线电机的第一背腔9相连通。
需要说明的是，减振器的外壳与直线电机的外壳成一体式结构。第二气缸11位于减振器的外壳内，通过第二活塞16将外壳的内部腔体划分为相连通的第二压缩腔10和第二背腔13，第二压缩腔10和第二背腔13通过第二活塞16和第二气缸11之间的间隙连通。
可以理解的是，第二压缩腔10与直线电机的第一背腔9相连通。由于直线电机的第一背腔9内存在一定的压力波动pb，该压力波动将驱动减振器的第二活塞16进行直线往复运动。
要想抵消直线电机的振动，第二活塞16的运动动量必须与第一活塞3的动量(即质量与速度v的乘积)之和为0，因此第二活塞16的质量和位移幅值可以先根据第一活塞3的设计工况进行选择确定。第二活塞16的面积则根据弹簧系数所需的大小进行确定。因此第二活塞16处所需要的声学阻抗可表示为：
pb/(A×v) (1)
对减振器的机械阻抗进行声力类比，则可以将第二活塞16处的声学阻抗表示为：
Figure BDA0002638492920000051
此时只要调节阻尼系数Rm和K(弹性系数K的大小可以通过调节第二背腔13的容积和第二活塞的面积A实现)就可以使(1)和(2)相等。
从原理上来说，只要选择合适的阻尼系数、活塞质量以及弹簧刚度就可以使减振器与直线电机相互抵消振动。
在本发明实施例中，利用直线电机的第一背腔9的压力波动驱动减振器的第二活塞16进行相应的直线往复运动，从而达到消振的效果。本发明实施例提供的直线电机，结构简单，消振的效果好，便于实际应用。
在上述实施例的基础上，减振器还包括弹性件；弹性件的一端与第二活塞16相连接，另一端与第二背腔13的壁面相连接。
需要说明的是，弹性件为弹簧12，以下以弹性件为弹簧12为例进行说明。
可以理解的是，第二活塞16由弹簧12提供一定的弹性刚度，如果弹簧12的刚度不够，可以利用减振器的第二背腔13作为气体弹簧提供弹性刚度。
需要说明的是，第二活塞16可以通过气浮方式安装在第二气缸11的内部。
在上述实施例的基础上，第二背腔13上连接有用于调节第二背腔的容积的容积调节机构。第二背腔13通过节流孔14与气腔15相连通。
需要说明的是，因为阻尼系数不易调节，因此可以在第二背腔13上通过节流孔14连接气腔15，利用其产生少量的耗散，从而达到调节阻尼系数的目的。
可以理解的是，因为实际的加工与设计会存在偏差，并且运行一段时间后电机的性能也可能有所变化。调节第二背腔的容积和设置节流孔14的目的是：即使电机参数发生了些许变化，减振器与直线电机也能匹配，达到好的减振效果。
如图3所示，减振器还包括第二内定子20、第二外定子以及第二永磁体19，第二活塞16用于驱动第二永磁体19在第二内定子20和第二外定子之间直线往复运动；或者，由外部输入电能，第二内定子20和第二外定子之间产生交变磁场从而驱动第二永磁体19直线往复运动，进而驱动第二活塞16直线往复运动，以调整第二活塞16的运动幅度和相位。
需要说明的是，第二活塞16通过连接件与第二永磁体19相连。其中，第二永磁体19呈环形结构。第二外定子包括第二线圈18和第二硅钢片17，第二硅钢片17呈圆形结构，第二线圈18位于第二硅钢片17的内部。第二内定子20位于第二气缸11的外侧。
可以理解的是，减振器还包括用于输入或者输出电能的第二电极21。
在本发明实施例中，由于减振器的一旦加工完成后，其第二活塞16的质量和弹簧12的刚度并不方便调节。此时，第二活塞16处的声学阻抗表示为：
Figure BDA0002638492920000071
其中，Re，L，C分别为减振器电路的电阻，电感和电容。由于这三个参数可以通过电路进行调节，因此更容易使(3)和(1)相等，具有更好的灵活调节性能。减振器可以向外输出电能，也可以由外部输入电能辅助对减振器进行相位和运动幅值的调节。
本发明实施例提供的直线电机，利用直线电机的第一背腔的压力波动驱动减振器的第二活塞的直线往复运动，同时调节减振电机参数使直线电机整体达到消振的效果；当前直线电机的减振方式需要消耗电能，不便于实际应用，而本发明实施例的目的在于减少减振电机的电能输入，从而降低***复杂性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直线电机，其特征在于，包括：减振器，所述减振器包括第二气缸和位于所述第二气缸内的第二活塞，通过所述第二活塞将所述减振器的内部腔体划分为相连通的第二压缩腔和第二背腔，所述第二压缩腔与直线电机的第一背腔相连通，以使所述第一背腔内存在的压力波动驱动所述第二活塞进行相应的直线往复运动。
2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述减振器还包括弹性件；所述弹性件的一端与所述第二活塞相连接，另一端与所述第二背腔的壁面相连接。
3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述第二活塞通过气浮方式安装在所述第二气缸的内部。
4.根据权利要求1至3任一项所述的直线电机，其特征在于，所述第二背腔上连接有用于调节所述第二背腔的容积的容积调节机构。
5.根据权利要求1至3任一项所述的直线电机，其特征在于，所述第二背腔通过节流孔与气腔相连通。
6.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述减振器还包括第二内定子、第二外定子以及第二永磁体，所述第二活塞用于驱动所述第二永磁体在所述第二内定子和所述第二外定子之间直线往复运动；或者，由外部输入电能，所述第二内定子和所述第二外定子之间产生交变磁场从而驱动所述第二永磁体直线往复运动，进而驱动所述第二活塞直线往复运动，以调整所述第二活塞的运动幅度和相位。
7.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于，所述第二活塞通过连接件与所述第二永磁体相连。
8.根据权利要求7所述的直线电机，其特征在于，所述第二永磁体呈环形结构。
9.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于，第二外定子包括第二线圈和第二硅钢片，所述第二硅钢片呈圆形结构，所述第二线圈位于所述第二硅钢片的内部。
10.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于，所述减振器还包括用于输入或者输出电能的第二电极。
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