采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及制造方法，整體結(jié)構(gòu)采用對置式以抵消左右兩部分的機械振動，左部及右部除共用機座外，均由各自的氣缸襯套、永磁體、上軛鐵、下軛鐵、載流線圈、線圈骨架、活塞、上板彈簧組、下板彈簧組、上壓片結(jié)構(gòu)、下壓片結(jié)構(gòu)、上支撐結(jié)構(gòu)、下支撐結(jié)構(gòu)、位移傳感器鐵芯、位移傳感器線圈、位移傳感器支撐、機殼組成；永磁體徑向充磁，載流線圈采用短線圈；左部及右部的上軛鐵、活塞以及載流線圈均需滿足各自下軛鐵底部的軸向厚度大于各自載流線圈的軸向高度與各自活塞的最大行程之和。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、振動低、電機效率高、預(yù)期壽命長，對高可靠、長壽命、高效率直線壓縮機的發(fā)展具有重要意義。
【專利說明】采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及直線壓縮機，特別涉及一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直線壓縮機是往復(fù)式活塞壓縮機的一種。傳統(tǒng)的往復(fù)式活塞壓縮機大多屬于旋轉(zhuǎn)壓縮機，即采用旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動、通過曲柄連桿機構(gòu)等的機械傳動來實現(xiàn)往復(fù)運動。旋轉(zhuǎn)壓縮機的技術(shù)較為成熟，但其能量傳遞環(huán)節(jié)多、振動和噪聲大、整機控制復(fù)雜、能量轉(zhuǎn)化效率偏低，特別是因結(jié)構(gòu)特點而對活塞施加的側(cè)向力，是產(chǎn)生無用功和機械磨損的主要來源之一，因而大大限制了其工作壽命。直線壓縮機利用直線電機驅(qū)動活塞在氣缸中作往復(fù)直線運動，理論上完全消除了對活塞的徑向作用力，因而消除了活塞和氣缸壁之間的機械磨損以及由此產(chǎn)生的無用功，工作壽命和能量轉(zhuǎn)化效率都大大提高，故而在需要長壽命和高效率工作的航空、航天、軍事等特殊領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。
[0003]直線壓縮機的核心部件是直線電機。直線電機根據(jù)其中的運動部件主要分為三類:動鐵式、動圈式和動磁式。動鐵式直線電機不使用永磁體，因而價格較低廉，但是性能相對不穩(wěn)定，控制較困難，其應(yīng)用逐漸減少；動圈式和動磁式直線電機都包括三類核心部件:永磁體、軛鐵和載流線圈，根據(jù)運動時是載流線圈還是永磁體運動而區(qū)分為動圈式和動磁式。其中，動圈式直線壓縮機因其結(jié)構(gòu)上的特點實現(xiàn)了徑向力的完全消除，而且在開路時在載流線圈上不產(chǎn)生軸向力和扭矩，因而具有高效率、低噪聲和高可靠的突出優(yōu)點，因而成為近30年來國際范圍內(nèi)空間回?zé)崾降蜏刂评錂C(如脈沖管制冷機和斯特林制冷機)的首選動力源。以美國為代表的西方發(fā)達(dá)國家為例，在近20年間發(fā)射升空的航天脈沖管制冷機和斯特林制冷機中，絕大多數(shù)都采用了動圈式直線壓縮機。
[0004]目前，國際上應(yīng)用于航天領(lǐng)域需要保證長壽命、高可靠、高效率工作的動圈式直線壓縮機主要采用牛津型和對置式結(jié)構(gòu)形式。所謂牛津型，其得名源于英國牛津大學(xué)的兩項關(guān)鍵技術(shù)——間隙密封和板彈簧支撐，這兩項技術(shù)是無油潤滑而能長壽命運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵保障；所謂對置式結(jié)構(gòu)形式，是指在主體結(jié)構(gòu)中采用兩個完全對等的運動及支撐結(jié)構(gòu)來相互抵消自身產(chǎn)生的機械振動，該項技術(shù)是實現(xiàn)直線壓縮機低振動的可靠保障。
[0005]如前所述，動圈式直線電機包括三類核心部件:永磁體、軛鐵和載流線圈。工作時載流線圈在永磁體和軛鐵共同形成的氣隙內(nèi)，受磁場力的作用，成往復(fù)的直線運動。根據(jù)載流線圈的長短和永磁體的充磁方向，可以將動圈式直線電機分為四種，圖1給出了這四種形式的示意圖，其中(I)為長線圈軸向充磁形式，(2)為短線圈軸向充磁形式，(3)為長線圈徑向充磁形式，(4)為短線圈徑向充磁形式，其中63為永磁體，64為上軛鐵，65為下軛鐵，66為載流線圈，67為中心通孔。
[0006]動圈式直線壓縮機根據(jù)其采用的直線電機的種類，也被相應(yīng)地分為四種形式，SP:采用長線圈軸向充磁的動圈式直線壓縮機、采用短線圈軸向充磁的動圈式直線壓縮機、采用長線圈徑向充磁的動圈式直線壓縮機、采用短線圈徑向充磁的動圈式直線壓縮機。動圈式直線壓縮機無論采用上述四種形式中的哪一種，如果要確保其能穩(wěn)定工作，都必須遵循以下基本原則:(I)要么是在整個活塞行程中，始終保證穩(wěn)定磁場處在載流線圈之內(nèi)(對應(yīng)于長線圈形式)；(2)要么是在整個活塞行程中，始終保證載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)(對應(yīng)于短線圈形式)。目前這四種形式的動圈式直線壓縮機在國內(nèi)的發(fā)展都剛剛起步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機及其制造方法。
[0008]所發(fā)明的采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機由共用機座O、左部氣缸襯套1、左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4、左部載流線圈5、左部線圈骨架6、左部活塞7、左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9、左部上壓片結(jié)構(gòu)10、左部下壓片結(jié)構(gòu)11、左部上支撐結(jié)構(gòu)12、左部下支撐結(jié)構(gòu)13、左部位移傳感器鐵芯14、左部位移傳感器線圈15、左部位移傳感器支撐16、左部機殼17以及右部氣缸襯套I'、右部永磁體2'、右部上軛鐵3'、右部下軛鐵4'、右部載流線圈5'、右部線圈骨架6'、右部活塞7'、右部上板彈簧組8'、右部下板彈簧組V、右部上壓片結(jié)構(gòu)10'、右部下壓片結(jié)構(gòu)11'、右部上支撐結(jié)構(gòu)12'、右部下支撐結(jié)構(gòu)13'、右部位移傳感器鐵芯14'、右部位移傳感器線圈15'、右部位移傳感器支撐16'、右部機殼17'共同組成，其特征在于，整體結(jié)構(gòu)采用對置式以抵消左右兩部分產(chǎn)生的機械振動，即以垂直中心線40為對稱軸，左部所有部件及結(jié)構(gòu)布置與右部相應(yīng)部件及結(jié)構(gòu)布置互為鏡像體；水平軸線50所指示為軸向方向；共用機座O由左部氣缸41、右部氣缸41'以及共用出氣孔42組成；左部氣缸襯套I過盈配合鑲嵌于左部氣缸41的內(nèi)部，右部氣缸襯套I'過盈配合鑲嵌于右部氣缸41'的內(nèi)部；左部永磁體2為圓筒狀結(jié)構(gòu)，中心位置沿軸向加工有左部磁體內(nèi)通孔43 ;左部上軛鐵3為圓筒狀結(jié)構(gòu)，其中心位置沿軸向加工有直徑為d的左部上軛鐵內(nèi)通孔44，左部上軛鐵3的外徑比左部磁體內(nèi)通孔43的直徑小2.0?3.0 μ m ;左部下軛鐵4為U型結(jié)構(gòu)，U形體的內(nèi)徑比左部永磁體2的外徑大
2.0?3.0 μ m，在U形體底部的中心位置沿軸向加工有左部下軛鐵內(nèi)通孔45，左部下軛鐵內(nèi)通孔45的直徑大于左部上軛鐵3的外徑；左部永磁體2沿徑向充磁至飽和，之后左部上軛鐵3插入左部磁體內(nèi)通孔43內(nèi)部，左部下軛鐵4將左部永磁體2及左部上軛鐵3包裹其中，左部上輒鐵左端面18與左部下輒鐵左端面19齊平，左部上輒鐵右端面20、左部永磁體右端面22以及左部下軛鐵右端面27三者齊平；左部永磁體內(nèi)環(huán)面21與左部上軛鐵外環(huán)面67緊貼在一起，左部磁體外表面68與左部下軛鐵內(nèi)環(huán)面23緊貼在一起；左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4共同形成左部環(huán)狀氣隙46，左部載流線圈5同心地插入左部環(huán)狀氣隙46內(nèi)，右部永磁體2'、右部上軛鐵3'、右部下軛鐵4'共同形成右部環(huán)狀氣隙46'，右部載流線圈5'同心地插入右部環(huán)狀氣隙46'內(nèi)；左部載流線圈5與右部載流線圈5'的軸向高度均為h ;左部活塞7與右部活塞7'工作時的最大行程均為s ;左部下軛鐵4與右部下軛鐵4'底部的軸向厚度均為δ，并滿足關(guān)系:δ > s+h,以保證在整個活塞行程中，始終確保載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)；左上支撐右端面24支撐于左部下軛鐵左端面19之上，二者通過螺釘緊固，左部上支撐結(jié)構(gòu)12的左側(cè)加工成上環(huán)狀平面25 ;左下支撐右端面47支撐于共用機座左側(cè)面48之上，二者焊接在一起；左下支撐左前側(cè)面26支撐于左部下軛鐵右端面27之上，二者通過螺釘緊固，左部下支撐結(jié)構(gòu)13的左下側(cè)面加工成下環(huán)狀平面28 ;左部上板彈簧組8由若干單片板彈簧薄片疊加而成，在外緣形成左上組外緣29，在內(nèi)緣形成左上組內(nèi)緣30，在中心部位沿軸向加工有直徑為d的左上組簧體中心孔31，其中左上組外緣29放置于左部上支撐結(jié)構(gòu)12的上環(huán)狀平面25之上，并通過螺釘緊固；左部下板彈簧組9由若干單片板彈簧薄片疊加而成，在外緣形成左下組外緣32，在內(nèi)緣形成左下組內(nèi)緣33，在中心部位沿軸向加工有直徑為d的左下組簧體中心孔34，其中左下組外緣32放置于左部下支撐結(jié)構(gòu)13的下環(huán)狀平面28之上，并通過螺釘緊固；左部活塞7由左部活塞頭35、左部活塞中間過渡臺36以及左部活塞桿37組成，在左部活塞桿37的末端加工有長I?3mm的左桿螺紋段49，左部活塞頭35的外徑較之左部氣缸41的內(nèi)徑小10?30 μ m，同時保證左部活塞桿37的直徑小于d ;左部活塞桿37依次貫穿左下組簧體中心孔34、左部下軛鐵內(nèi)通孔45、左部上軛鐵內(nèi)通孔44、左上組簧體中心孔31 ;左部上壓片結(jié)構(gòu)10將左上組內(nèi)緣30以及左部線圈骨架6與左部活塞桿37緊固在一起，左部下壓片結(jié)構(gòu)11將左下組內(nèi)緣33與左部活塞中間過渡臺36緊固在一起，從而保證左部載流線圈5、左部線圈骨架6與左部活塞7、左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9連接為一個可同時運動的整體；左部位移傳感器鐵芯14內(nèi)部加工有與左桿螺紋段49相配合的左鐵芯螺紋段51，左桿螺紋段49旋入左鐵芯螺紋段51內(nèi)并緊固；在左部位移傳感器鐵芯14之外設(shè)置與左部位移傳感器支撐16緊固在一起的左部位移傳感器線圈15，左部位移傳感器支撐16進(jìn)而支撐于左部上支撐結(jié)構(gòu)12之上并與之緊固在一起；左部機殼17通過左部機殼外端面61與左下支撐外端面52焊接固定，從而形成左部密閉腔體，將左部氣缸襯套1、左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4、左部載流線圈5、左部線圈骨架6、左部活塞7、左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9、左部上壓片結(jié)構(gòu)10、左部下壓片結(jié)構(gòu)11、左部上支撐結(jié)構(gòu)12、左部下支撐結(jié)構(gòu)13、左部位移傳感器鐵芯14、左部位移傳感器線圈15、左部位移傳感器支撐16、左部機殼17全部罩于其中；右部所有部件及結(jié)構(gòu)布置是左部相應(yīng)部件及結(jié)構(gòu)布置關(guān)于垂直中心線40的鏡像體，右部機殼17'通過右部機殼外端面61'與右下支撐外端面52'焊接固定，形成右部密閉腔體，將右部氣缸襯套P、右部永磁體2'、右部上軛鐵3'、右部下軛鐵4'、右部載流線圈5'、右部線圈骨架6'、右部活塞7'、右部上板彈簧組8'、右部下板彈簧組9'、右部上壓片結(jié)構(gòu)10'、右部下壓片結(jié)構(gòu)11'、右部上支撐結(jié)構(gòu)12'、右部下支撐結(jié)構(gòu)13'、右部位移傳感器鐵芯、右部位移傳感器線圈15'、右部位移傳感器支撐16'、右部機殼17'全部罩于其中，從而形成一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機。
[0009]下面結(jié)合附圖對所發(fā)明的采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機的制造方法進(jìn)行說明如下:
[0010]圖2為所發(fā)明的采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機的平面剖視圖；以垂直中心線40為對稱軸而互為鏡像體的左部所有部件與右部相應(yīng)部件需采用同一批次生產(chǎn)的零件以使個體間的差異最小化；
[0011]圖3為共用機座O的立體剖視圖；共用機座O采用機械強度高、熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，采用五軸機床同時加工出左部氣缸41和右部氣缸41'，保證左部氣缸41和右部氣缸41'關(guān)于垂直中心線40對稱,并保證左部氣缸41和右部氣缸41'的同軸度優(yōu)于
1.0ym,同時保證上述兩氣缸的內(nèi)孔圓度均優(yōu)于0.5 μ m ;在左部氣缸41和右部氣缸41'加工完畢后，使用同一五軸機床加工出共用出氣孔42，保證共用出氣孔42與左部氣缸41以及右部氣缸41'的垂直度均優(yōu)于2.Ομπι;
[0012]圖4為左部氣缸襯套I的立體剖視圖(對于左右互為鏡像體的部件，附圖中一般只給出左部的詳細(xì)示意圖，而制造方法則將左部和右部部件一同敘述，下同)；左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套 均采用硬度大于58的模具鋼材料使用慢走絲線切割的方法加工成圓筒狀，保證左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P的外徑分別比左部氣缸41及右部氣缸41'的內(nèi)徑大0.5~1.0_，然后采用過盈配合和熱脹冷縮的方式分別鑲嵌入左部氣缸41及右部氣缸41'內(nèi)，具體鑲嵌方法如下:將如圖3所示的共用機座O整體放置于內(nèi)部溫度為160°C的恒溫加熱箱內(nèi)均勻加熱4~6小時，在共用機座O取出恒溫加熱箱前5~10分鐘，將左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套I,同時放置于液氮中浸泡，在共用機座O從恒溫加熱箱取出的同時，將左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P從液氮中取出，然后使用機械外力將左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P分別推入左部氣缸41及右部氣缸41`內(nèi)部，從而保證左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套I'的外壁分別與左部氣缸41及右部氣缸41'的內(nèi)壁緊密結(jié)合；然后使用坐標(biāo)磨床對左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P的內(nèi)孔進(jìn)行精細(xì)研磨，保證其內(nèi)孔圓度均優(yōu)于0.5 μ m ; [0013]圖5為左部活塞7的平面剖視圖；左部活塞7及右部活塞7'均采用機械強度高、熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，首先采用數(shù)控機床加工出毛坯，然后采用坐標(biāo)磨床進(jìn)行精細(xì)研磨，保證左部活塞頭35及右部活塞頭35，的圓度均優(yōu)于0.5 μ m，并保證左部活塞桿37和右部活塞桿37丨沿軸向的跳動低于3.0 μ m，以及左部活塞桿37與左部活塞頭35的垂直度優(yōu)于1.0 μ m，右部活塞桿37'與右部活塞頭35'的垂直度優(yōu)于1.0 μ m ;在左部活塞桿37和右部活塞桿37'的末端使用精密數(shù)控機床分別加工出左桿螺紋段49和右桿螺紋段49';左部活塞7及右部活塞7'工作時的最大行程均設(shè)計為S，由限位結(jié)構(gòu)保證行程精度優(yōu)于2.0 μ m ;
[0014]圖6為左部上板彈簧組8與左部上壓片結(jié)構(gòu)10的組合示意圖，圖7為左部下板彈簧組9與左部下壓片結(jié)構(gòu)11的組合示意圖；左部上壓片結(jié)構(gòu)10、左部下壓片結(jié)構(gòu)11以及右部上壓片結(jié)構(gòu)10'、右部下壓片結(jié)構(gòu)11'均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于9.0 μ m ;左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9以及右部上板彈簧組8,、右部下板彈簧組9,均由若干片薄片板彈簧疊加組成，單片薄片板彈簧的厚度和數(shù)量由具體應(yīng)用所需要的彈性剛度決定，材質(zhì)為鈹青銅或不銹鋼，采用光刻的方法精確加工出內(nèi)部型線，內(nèi)部型線可以是螺旋形，也可以是直臂形，型線要求平滑、無毛刺、無折角，并通過板簧振動試驗機進(jìn)行超過IO8個循環(huán)以上的疲勞檢驗；
[0015]內(nèi)部型線為螺旋形的單片薄片板彈簧的示意圖如圖8所示，在薄片上以光刻法刻蝕出螺旋形型線38，從而自然形成螺旋形板簧臂39，外側(cè)留出單片板彈簧外緣53，并在其上以光刻法均勻刻蝕出若干用于螺釘固定的螺釘孔54，在內(nèi)側(cè)留出單片板彈簧內(nèi)緣55 ；
[0016]內(nèi)部型線為直臂形的單片薄片板彈簧的示意圖如圖9所示，在薄片上以光刻法刻蝕出直臂型板彈簧臂56以及運動臂57，外側(cè)留出單片板彈簧外緣58，并在其上以光刻法均勻刻蝕出若干用于螺釘固定的螺釘孔59，在內(nèi)側(cè)留出單片板彈簧內(nèi)緣60;
[0017]圖10和圖11分別為左部上支撐結(jié)構(gòu)12和左部下支撐結(jié)構(gòu)13的平面剖視圖；左部上支撐結(jié)構(gòu)12及左部下支撐結(jié)構(gòu)13均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于5.0 μ m ;左部上支撐結(jié)構(gòu)12的左側(cè)使用精密數(shù)控機床加工成上環(huán)狀平面25 ;左上支撐右端面24支撐于左部下軛鐵左端面19之上，二者通過螺釘緊固；左下支撐右端面47支撐于共用機座左側(cè)面48之上，二者通過電子束焊接技術(shù)焊接在一起，左下支撐左前側(cè)面26支撐于左部下軛鐵右端面27之上，二者通過螺釘緊固，左部下支撐結(jié)構(gòu)13的左下側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出下環(huán)狀平面28，左部下支撐結(jié)構(gòu)13的左上側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出左下支撐外端面52 ；
[0018]圖12為右部下支撐結(jié)構(gòu)13'的平面剖視圖；右部下支撐結(jié)構(gòu)13'由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度優(yōu)于5.0 μ m，其右上側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出左下支撐外端面52'；
[0019]圖13為左部位移傳感器鐵芯14的平面剖視圖；左部位移傳感器鐵芯14及右部位移傳感器鐵芯14'均由純鐵材料制作，內(nèi)部分別加工有與左桿螺紋段49及右桿螺紋段49'相配合的左鐵芯螺紋段51及右鐵芯螺紋段51'，左桿螺紋段49及右桿螺紋段49'分別旋入左鐵芯螺紋段51及右鐵芯螺紋段51'內(nèi)并緊固；
[0020]左部線圈骨架6、右部線圈骨架6'、左部位移傳感器支撐16、左部位移傳感器支撐16'均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于9.Ομπι;左部位移傳感器線圈15及右部位移傳感器線圈15'均由漆包銅線在相應(yīng)骨架上繞制而成；
[0021]圖14為左部永磁體2的平面剖視圖；左部永磁體2及右部永磁體W均采用磁能積較高的稀土永磁材料制作，使用激光加工的方式加工成型；左部永磁體2及右部永磁體2'均使用脈沖充磁機沿徑向充磁至飽和；
[0022]圖15為左部上軛鐵3的平面剖視圖；左部上軛鐵3及右部上軛鐵Y均采用導(dǎo)磁率較高的純鐵材料，使用精密數(shù)控機床加工而成，加工精度均優(yōu)于8.0 μ m ;
[0023]圖16為左部下軛鐵4的平面剖視圖；左部下軛鐵4及右部下軛鐵V均采用導(dǎo)磁率較高的純鐵材料，使用精密數(shù)控機床加工而成，左部下軛鐵4及右部下軛鐵4'底部的軸向厚度均為S，加工精度均優(yōu)于2.0 μ m ;
[0024]圖17為左部載流線圈5的示意圖；左部載流線圈5及右部載流線圈5'均采用漆包銅線在固體支撐上繞制而成，漆包銅線的直徑和厚度由需要提供的電機力決定；左部載流線圈5與右部載流線圈5'的軸向高度均為h，制作時由機床精度及繞制工藝保證h的精度優(yōu)于2.0 μ m ;
[0025]圖18為左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4以及左部載流線圈5的組合平面剖視圖；左部下軛鐵4將左部永磁體2及左部上軛鐵3包裹其中，共同形成左部環(huán)狀氣隙46，左部載流線圈5同心地插入左部環(huán)狀氣隙46內(nèi)；左部下軛鐵4'將左部永磁體2'及左部上軛鐵3'包裹其中，共同形成右部環(huán)狀氣隙46'，右部載流線圈5'同心地插入右部環(huán)狀氣隙46'內(nèi)；左部上軛鐵3、左部載流線圈5、左部活塞7以及右部上軛鐵3'與右部載流線圈5'、右部活塞7'在制作時均需保證滿足各自下軛鐵底部的軸向厚度大于各自載流線圈的軸向高度與各自活塞的最大行程之和，即:δ > s+h,以保證在整個活塞行程中，始終確保載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)；
[0026]圖19和圖20分別為左部機殼17及右部機殼17'的平面剖視圖；左部機殼17及右部機殼17'均由機械強度高、結(jié)構(gòu)致密、剩磁較低的金屬材料使用精密數(shù)控機床加工制作成形；左部機殼外端面61與左下支撐外端面52使用電子束技術(shù)焊接在一起，形成左側(cè)密閉腔體；右部機殼外端面61'與右下支撐外端面52'使用電子束技術(shù)焊接在一起，形成右部密閉腔體，對上述兩個焊接完畢的密閉腔體均充入高純氦氣檢驗，耐壓強度均需高于5.0MPa，氦氣泄漏率均需低于3.0X KT8Pa.m3/s。
[0027]本發(fā)明的優(yōu)點在于:以短線圈和徑向充磁的方式實現(xiàn)了動圈直線壓縮機的穩(wěn)定、可靠和連續(xù)運轉(zhuǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、振動低、電機效率高、預(yù)期壽命長的突出優(yōu)點，對高可靠、長壽命、高效率直線壓縮機的發(fā)展具有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為動圈式直線電機四種形式的示意圖，其中(I)為長線圈軸向充磁形式，(2)為短線圈軸向充磁形式，(3)為長線圈徑向充磁形式，(4)為短線圈徑向充磁形式。其中63為永磁體，64為上軛鐵,65為下軛鐵,66為載流線圈,67為中心通孔；
[0029]圖2為所發(fā)明的采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機的平面剖視圖，其中:0為共用機座、I為左部氣缸襯套、2為左部永磁體、3為左部上軛鐵、4為左部下軛鐵、5為左部載流線圈、6為左部線圈骨架、7為左部活塞、8為左部上板彈簧組、9為左部下板彈簧組、10為左部上壓片結(jié)構(gòu)、11為左部下壓片結(jié)構(gòu)、12為左部上支撐結(jié)構(gòu)、13為左部下支撐結(jié)構(gòu)、14為左部位移傳感器鐵芯、15為左部位移傳感器線圈、16為左部位移傳感器支撐、17為左部機殼；P為右部氣缸襯套、2'為右部永磁體、3'為右部上軛鐵、4'為右部下軛鐵、5'為右部載流線圈、6'為右部線圈骨架、7'為右部活塞、8'為右部上板彈簧組、9'為右部下板彈簧組、1(V為右部上壓片結(jié)構(gòu)、11'為右部下壓片結(jié)構(gòu)、12'為右部上支撐結(jié)構(gòu)、13'為右部下支撐結(jié)構(gòu)、14'為右部位移傳感器鐵芯、15'為右部位移傳感器線圈、16'為右部位移傳感器支撐、17 '為右部機殼；
[0030]圖3為共用機座O的立體剖視圖，其中41為左部氣缸，41’為右部氣缸，42為共用出氣孔，48為共用機座左側(cè)面；
[0031]圖4為左部氣缸襯套I的立體剖視圖；
[0032]圖5為左部活塞7的平面剖視圖，其中35為左部活塞頭，36為左部活塞中間過渡臺，37為左部活塞桿，49為左桿螺紋段；
[0033]圖6為左部上板彈簧組8與左部上壓片結(jié)構(gòu)10的組合示意圖，其中29為左上組外緣，30為左上組內(nèi)緣，左上組簧體中心孔31 ；
[0034]圖7為左部下板彈簧組9與左部下壓片結(jié)構(gòu)11的組合示意圖，其中32為左下組外緣，33為左下組內(nèi)緣，34為左下組簧體中心孔；
[0035]圖8為內(nèi)部型線為螺旋形的單片薄片板彈簧的示意圖，其中38為螺旋形型線，39為螺旋形板簧臂，53為單片板彈簧外緣，54為螺釘孔，55為單片板彈簧內(nèi)緣；
[0036]圖9為內(nèi)部型線為直臂形的單片薄片板彈簧的示意圖，其中56為直臂型板彈簧臂，57為運動臂，58為單片板彈簧外緣，59為螺釘孔，60為單片板彈簧內(nèi)緣；
[0037]圖10為左部上支撐結(jié)構(gòu)12的平面剖視圖，其中24為左上支撐右端面，25為上環(huán)狀平面；
[0038]圖11為左部下支撐結(jié)構(gòu)13的平面剖視圖，其中26為左下支撐左前側(cè)面，28為下環(huán)狀平面，47為左下支撐右端面，52為左下支撐外端面；
[0039]圖12為右部下支撐結(jié)構(gòu)13'的平面剖視圖，其中52'為右下支撐外端面；
[0040]圖13為左部位移傳感器鐵芯14的平面剖視圖，其中51為左鐵芯螺紋段；
[0041]圖14為左部永磁體2的平面剖視圖， 其中21為左部磁體內(nèi)環(huán)面；22為左部永磁體右端面；43為左部磁體內(nèi)通孔，68為左部磁體外環(huán)面；
[0042]圖15為左部上軛鐵3的平面剖視圖，其中18為左部上軛鐵左端面；20為左部上輒鐵右端面；44為左部上輒鐵內(nèi)通孔，67為左部上輒鐵外環(huán)面；
[0043]圖16為左部下軛鐵4的平面剖視圖，其中19為左部下軛鐵左端面；23為左部下軛鐵內(nèi)環(huán)面，27為左部下軛鐵右端面；45為左部下軛鐵內(nèi)通孔；
[0044]圖17為左部載流線圈5的不意圖；
[0045]圖18為左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4以及左部載流線圈5的組合平面剖視圖，其中46為左部環(huán)狀氣隙；
[0046]圖19為左部機殼17的平面剖視圖,其中61為左部機殼外端面,62為左部機殼體；
[0047]圖20為右部機殼17'的平面剖視圖，其中61'為右部機殼外端面，62'為右部機殼體。
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步地詳細(xì)說明:
[0049]所發(fā)明的采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機由共用機座O、左部氣缸襯套1、左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4、左部載流線圈5、左部線圈骨架6、左部活塞7、左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9、左部上壓片結(jié)構(gòu)10、左部下壓片結(jié)構(gòu)11、左部上支撐結(jié)構(gòu)12、左部下支撐結(jié)構(gòu)13、左部位移傳感器鐵芯14、左部位移傳感器線圈15、左部位移傳感器支撐16、左部機殼17以及右部氣缸襯套I'、右部永磁體2'、右部上軛鐵3'、右部下軛鐵4'、右部載流線圈5'、右部線圈骨架6'、右部活塞7'、右部上板彈簧組8'、右部下板彈簧組V、右部上壓片結(jié)構(gòu)10'、右部下壓片結(jié)構(gòu)11'、右部上支撐結(jié)構(gòu)12'、右部下支撐結(jié)構(gòu)13'、右部位移傳感器鐵芯14'、右部位移傳感器線圈15'、右部位移傳感器支撐16'、右部機殼17'共同組成，其特征在于，整體結(jié)構(gòu)采用對置式以抵消左右兩部分產(chǎn)生的機械振動，即以垂直中心線40為對稱軸，左部所有部件及結(jié)構(gòu)布置與右部相應(yīng)部件及結(jié)構(gòu)布置互為鏡像體；水平軸線50所指示為軸向方向；共用機座O由左部氣缸41、右部氣缸41'以及共用出氣孔42組成；左部氣缸襯套I過盈配合鑲嵌于左部氣缸41的內(nèi)部，右部氣缸襯套I'過盈配合鑲嵌于右部氣缸41'的內(nèi)部；左部永磁體2為圓筒狀結(jié)構(gòu)，中心位置沿軸向加工有左部磁體內(nèi)通孔43 ;左部上軛鐵3為圓筒狀結(jié)構(gòu)，其中心位置沿軸向加工有直徑為d的左部上軛鐵內(nèi)通孔44，左部上軛鐵3的外徑比左部磁體內(nèi)通孔43的直徑小2.0~3.0 μ m ;左部下軛鐵4為U型結(jié)構(gòu)，U形體的內(nèi)徑比左部永磁體2的外徑大
2.0~3.0 μ m，在U形體底部的中心位置沿軸向加工有左部下軛鐵內(nèi)通孔45，左部下軛鐵內(nèi)通孔45的直徑大于左部上軛鐵3的外徑；左部永磁體2沿徑向充磁至飽和，之后左部上軛鐵3插入左部磁體內(nèi)通孔43內(nèi)部，左部下軛鐵4將左部永磁體2及左部上軛鐵3包裹其中，左部上輒鐵左端面18與左部下輒鐵左端面19齊平，左部上輒鐵右端面20、左部永磁體右端面22以及左部下軛鐵右端面27三者齊平；左部永磁體內(nèi)環(huán)面21與左部上軛鐵外環(huán)面67緊貼在一起，左部磁體外表面68與左部下軛鐵內(nèi)環(huán)面23緊貼在一起；左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4共同形成左部環(huán)狀氣隙46，左部載流線圈5同心地插入左部環(huán)狀氣隙46內(nèi)，右部永磁體2'、右部上軛鐵3'、右部下軛鐵4'共同形成右部環(huán)狀氣隙46'，右部載流線圈5'同心地插入右部環(huán)狀氣隙46'內(nèi)；左部載流線圈5與右部載流線圈5'的軸向高度均為h ;左部活塞7與右部活塞7'工作時的最大行程均為s ;左部下軛鐵4與右部下軛鐵4'底部的軸向厚度均為δ，并滿足關(guān)系:δ >s+h，以保證在整個活塞行程中，始終確保載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)；左上支撐右端面24支撐于左部下軛鐵左端面19之上，二者通過螺釘緊固，左部上支撐結(jié)構(gòu)12的左側(cè)加工成上環(huán)狀平面25 ;左下支撐右端面47支撐于共用機座左側(cè)面48之上，二者焊接在一起；左下支撐左前側(cè)面26支撐于左部下軛鐵右端面27之上，二者通過螺釘緊固，左部下支撐結(jié)構(gòu)13的左下側(cè)面加工成下環(huán)狀平面28 ;左部上板彈簧組8由若干單片板彈簧薄片疊加而成，在外緣形成左上組外緣29，在內(nèi)緣形成左上組內(nèi)緣30，在中心部位沿軸向加工有直徑為d的左上組簧體中心孔31，其中左上組外緣29放置于左部上支撐結(jié)構(gòu)12的上環(huán)狀平面25之上，并通過螺釘緊固；左部下板彈簧組9由若干單片板彈簧薄片疊加而成，在外緣形成左下組外緣32，在內(nèi)緣形成左下組內(nèi)緣33，在中心部位沿軸向加工有直徑為d的左下組簧體中心孔34，其中左下組外緣32放置于左部下支撐結(jié)構(gòu)13的下環(huán)狀平面28之上，并通過螺釘緊固；左部活塞7由左部活塞頭35、左部活塞中間過渡臺36以及左部活塞桿37組成，在左部活塞桿37的末端加工有長I?3mm的左桿螺紋段49，左部活塞頭35的外徑較之左部氣缸41的內(nèi)徑小10?30 μ m，同時保證左部活塞桿37的直徑小于d ;左部活塞桿37依次貫穿左下組簧體中心孔34、左部下軛鐵內(nèi)通孔45、左部上軛鐵內(nèi)通孔44、左上組簧體中心孔31 ;左部上壓片結(jié)構(gòu)10將左上組內(nèi)緣30以及左部線圈骨架6與左部活塞桿37緊固在一起，左部下壓片結(jié)構(gòu)11將左下組內(nèi)緣33與左部活塞中間過渡臺36緊固在一起，從而保證左部載流線圈5、左部線圈骨架6與左部活塞7、左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9連接為一個可同時運動的整體；左部位移傳感器鐵芯14內(nèi)部加工有與左桿螺紋段49相配合的左鐵芯螺紋段51，左桿螺紋段49旋入左鐵芯螺紋段51內(nèi)并緊固；在左部位移傳感器鐵芯14之外設(shè)置與左部位移傳感器支撐16緊固在一起的左部位移傳感器線圈15，左部位移傳感器支撐16進(jìn)而支撐于左部上支撐結(jié)構(gòu)12之上并與之緊固在一起；左部機殼17通過左部機殼外端面61與左下支撐外端面52焊接固定，從而形成左部密閉腔體，將左部氣缸襯套1、左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4、左部載流線圈5、左部線圈骨架6、左部活塞7、左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組
9、左部上壓片結(jié)構(gòu)10、左部下壓片結(jié)構(gòu)11、左部上支撐結(jié)構(gòu)12、左部下支撐結(jié)構(gòu)13、左部位移傳感器鐵芯14、左部位移傳感器線圈15、左部位移傳感器支撐16、左部機殼17全部罩于其中；右部所有部件及結(jié)構(gòu)布置是左部相應(yīng)部件及結(jié)構(gòu)布置關(guān)于垂直中心線40的鏡像體，右部機殼17'通過右部機殼外端面61'與右下支撐外端面52'焊接固定，形成右部密閉腔體，將右部氣缸襯套P、右部永磁體2'、右部上軛鐵3'、右部下軛鐵4'、右部載流線圈5'、右部線圈骨架6'、右部活塞7'、右部上板彈簧組8'、右部下板彈簧組9'、右部上壓片結(jié)構(gòu)10'、右部下壓片結(jié)構(gòu)11'、右部上支撐結(jié)構(gòu)12'、右部下支撐結(jié)構(gòu)13'、右部位移傳感器鐵芯、右部位移傳感器線圈15'、右部位移傳感器支撐16'、右部機殼17'全部罩于其中，從而形成一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機。
[0050]圖2為所發(fā)明的采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機的平面剖視圖；以垂直中心線40為對稱軸而互為鏡像體的左部所有部件與右部相應(yīng)部件需采用同一批次生產(chǎn)的零件以使個體間的差異最小化；
[0051]圖3為共用機座O的立體剖視圖；共用機座O采用機械強度高、熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，采用五軸機床同時加工出左部氣缸41和右部氣缸41'，保證左部氣缸41和右部氣缸41'關(guān)于垂直中心線40對稱,并保證左部氣缸41和右部氣缸41'的同軸度優(yōu)于
1.0ym,同時保證上述兩氣缸的內(nèi)孔圓度均優(yōu)于0.5 μ m ;在左部氣缸41和右部氣缸41'加工完畢后，使用同一五軸機床加工出共用出氣孔42，保證共用出氣孔42與左部氣缸41以及右部氣缸41'的垂直度均優(yōu)于2.Ομπι;
[0052]圖4為左部氣缸襯套I的立體剖視圖(對于左右互為鏡像體的部件，附圖中一般只給出左部的詳細(xì)示意圖，而制造方法則將左部和右部部件一同敘述，下同)；左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套I'均采用硬度大于58的模具鋼材料使用慢走絲線切割的方法加工成圓筒狀，保證左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P的外徑分別比左部氣缸41及右部氣缸41/的內(nèi)徑大0.5~1.0mm,然后采用過盈配合和熱脹冷縮的方式分別鑲嵌入左部氣缸41及右部氣缸41'內(nèi)，具體鑲嵌方法如下:將如圖3所示的共用機座O整體放置于內(nèi)部溫度為160°C的恒溫加熱箱內(nèi)均勻加熱5小時，在共用機座O取出恒溫加熱箱前6分鐘，將左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套I'同時放置于液氮中浸泡，在共用機座O從恒溫加熱箱取出的同時，將左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套I'從液氮中取出，然后使用機械外力將左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P分別推入左部氣缸41及右部氣缸41'內(nèi)部，從而保證左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套P的外壁分別與左部氣缸41及右部氣缸41'的內(nèi)壁緊密結(jié)合；然后使用坐標(biāo)磨床對左部氣缸襯套I及右部氣缸襯套I'的內(nèi)孔進(jìn)行精細(xì)研磨，保證其內(nèi)孔圓度均優(yōu)于0.5μηι;
[0053]圖5為左部活塞7的平面剖視圖；左部活塞7及右部活塞7'均采用機械強度高、熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，首先采用數(shù)控機床加工出毛坯，然后采用坐標(biāo)磨床進(jìn)行精細(xì)研磨，保證左部活塞頭35及右部活塞頭35，的圓度均優(yōu)于0.5 μ m，并保證左部活塞桿37和右部活塞桿37丨沿軸向的跳動低于3.0 μ m，以及左部活塞桿37與左部活塞頭35的垂直度優(yōu)于1.0 μ m，右部活塞桿37'與右部活塞頭35'的垂直度優(yōu)于1.0 μ m ;在左部活塞桿37和右部活塞桿37'的末端使用精密數(shù)控機床分別加工出左桿螺紋段49和右桿螺紋段49';左部活塞7及右部活塞7'工作時的最大行程均設(shè)計為S，由限位結(jié)構(gòu)保證行程精度優(yōu)于2.0 μ m ;
[0054]圖6為左部上板彈簧組8與左部上壓片結(jié)構(gòu)10的組合示意圖，圖7為左部下板彈簧組9與左部下壓片結(jié)構(gòu)11的組合示意圖；左部上壓片結(jié)構(gòu)10、左部下壓片結(jié)構(gòu)11以及右部上壓片結(jié)構(gòu)10'、右部下壓片結(jié)構(gòu)11'均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于9.0 μ m ;左部上板彈簧組8、左部下板彈簧組9以及右部上板彈簧組8,、右部下板彈簧組9,均由若干片薄片板彈簧疊加組成，單片薄片板彈簧的厚度和數(shù)量由具體應(yīng)用所需要的彈性剛度決定，材質(zhì)為鈹青銅或不銹鋼，采用光刻的方法精確加工出內(nèi)部型線，內(nèi)部型線可以是螺旋形，也可以是直臂形，型線要求平滑、無毛刺、無折角，并通過板簧振動試驗機進(jìn)行超過IO8個循環(huán)以上的疲勞檢驗；
[0055]內(nèi)部型線為螺旋形的單片薄片板彈簧的示意圖如圖8所示，在薄片上以光刻法刻蝕出螺旋形型線38，從而自然形成螺旋形板簧臂39，外側(cè)留出單片板彈簧外緣53，并在其上以光刻法均勻刻蝕出若干用于螺釘固定的螺釘孔54，在內(nèi)側(cè)留出單片板彈簧內(nèi)緣55;
[0056]內(nèi)部型線為直臂形的單片薄片板彈簧的示意圖如圖9所示，在薄片上以光刻法刻蝕出直臂型板彈簧臂56以及運動臂57，外側(cè)留出單片板彈簧外緣58，并在其上以光刻法均勻刻蝕出若干用于螺釘固定的螺釘孔59，在內(nèi)側(cè)留出單片板彈簧內(nèi)緣60;[0057]圖10和圖11分別為左部上支撐結(jié)構(gòu)12和左部下支撐結(jié)構(gòu)13的平面剖視圖；左部上支撐結(jié)構(gòu)12及左部下支撐結(jié)構(gòu)13均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于5.0 μ m ;左部上支撐結(jié)構(gòu)12的左側(cè)使用精密數(shù)控機床加工成上環(huán)狀平面25 ;左上支撐右端面24支撐于左部下軛鐵左端面19之上，二者通過螺釘緊固；左下支撐右端面47支撐于共用機座左側(cè)面48之上，二者通過電子束焊接技術(shù)焊接在一起，左下支撐左前側(cè)面26支撐于左部下軛鐵右端面27之上，二者通過螺釘緊固，左部下支撐結(jié)構(gòu)13的左下側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出下環(huán)狀平面28，左部下支撐結(jié)構(gòu)13的左上側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出左下支撐外端面52 ；
[0058]圖12為右部下支撐結(jié)構(gòu)13'的平面剖視圖；右部下支撐結(jié)構(gòu)13'由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度優(yōu)于5.0 μ m，其右上側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出左下支撐外端面52'；
[0059]圖13為左部位移傳感器鐵芯14的平面剖視圖；左部位移傳感器鐵芯14及右部位移傳感器鐵芯14'均由純鐵材料制作，內(nèi)部分別加工有與左桿螺紋段49及右桿螺紋段49'相配合的左鐵芯螺紋段51及右鐵芯螺紋段51'，左桿螺紋段49及右桿螺紋段49'分別旋入左鐵芯螺紋段51及右鐵芯螺紋段51'內(nèi)并緊固；
[0060]左部線圈骨架6、右部線圈骨架6'、左部位移傳感器支撐16、左部位移傳感器支撐16'均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于9.Ομπι;左部位移傳感器線圈15及右部位移傳感器線圈15'均由漆包銅線在相應(yīng)骨架上繞制而成；
[0061]圖14為左部永磁體2的平面剖視圖；左部永磁體2及右部永磁體W均采用磁能積較高的稀土永磁材料制作，使用激光加工的方式加工成型；左部永磁體2及右部永磁體2'均使用脈沖充磁機沿徑向充磁至飽和；
[0062]圖15為左部上軛鐵3的平面剖視圖；左部上軛鐵3及右部上軛鐵Y均采用導(dǎo)磁率較高的純鐵材料，使用精密數(shù)控機床加工而成，加工精度均優(yōu)于8.0 μ m ;
[0063]圖16為左部下軛鐵4的平面剖視圖；左部下軛鐵4及右部下軛鐵V均采用導(dǎo)磁率較高的純鐵材料，使用精密數(shù)控機床加工而成，左部下軛鐵4及右部下軛鐵4'底部的軸向厚度均為S，加工精度均優(yōu)于2.0 μ m ;
[0064]圖17為左部載流線圈5的示意圖；左部載流線圈5及右部載流線圈5'均采用漆包銅線在固體支撐上繞制而成，漆包銅線的直徑和厚度由需要提供的電機力決定；左部載流線圈5與右部載流線圈5'的軸向高度均為h，制作時由機床精度及繞制工藝保證h的精度優(yōu)于2.0 μ m ;
[0065]圖18為左部永磁體2、左部上軛鐵3、左部下軛鐵4以及左部載流線圈5的組合平面剖視圖；左部下軛鐵4將左部永磁體2及左部上軛鐵3包裹其中，共同形成左部環(huán)狀氣隙46，左部載流線圈5同心地插入左部環(huán)狀氣隙46內(nèi)；左部下軛鐵4'將左部永磁體2'及左部上軛鐵3'包裹其中，共同形成右部環(huán)狀氣隙46'，右部載流線圈5'同心地插入右部環(huán)狀氣隙46'內(nèi)；左部上軛鐵3、左部載流線圈5、左部活塞7以及右部上軛鐵3'與右部載流線圈5'、右部活塞7'在制作時均需保證滿足各自下軛鐵底部的軸向厚度大于各自載流線圈的軸向高度與各自活塞的最大行程之和，即:δ > s+h,以保證在整個活塞行程中，始終確保載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)；[0066]圖19和圖20分別為左部機殼17及右部機殼17'的平面剖視圖；左部機殼17及右部機殼17'均由機械強度高、結(jié)構(gòu)致密、剩磁較低的金屬材料使用精密數(shù)控機床加工制作成形；左部機殼外端面61與左下支撐外端面52使用電子束技術(shù)焊接在一起，形成左側(cè)密閉腔體；右部機殼外端面61'與右下支撐外端面52'使用電子束技術(shù)焊接在一起，形成右部密閉腔體，對上述兩個焊接完畢的密閉腔體均充入高純氦氣檢驗，耐壓強度均需高于5.0MPa，氦氣泄漏率均需低于3.0X KT8Pa.m3/s。
【權(quán)利要求】
1.一種采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機，由共用機座(O)、左部氣缸襯套(1)、左部永磁體(2 )、左部上軛鐵(3 )、左部下軛鐵(4 )、左部載流線圈(5 )、左部線圈骨架(6)、左部活塞(7)、左部上板彈簧組(8)、左部下板彈簧組(9)、左部上壓片結(jié)構(gòu)(10)、左部下壓片結(jié)構(gòu)(11 )、左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)、左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)、左部位移傳感器鐵芯(14)、左部位移傳感器線圈(15)、左部位移傳感器支撐(16)、左部機殼(17)以及右部氣缸襯套(Ii )、右部永磁體(2')、右部上軛鐵(3')、右部下軛鐵(4')、右部載流線圈(5')、右部線圈骨架(6')、右部活塞(7')、右部上板彈簧組(8')、右部下板彈簧組(9')、右部上壓片結(jié)構(gòu)(1(V )、右部下壓片結(jié)構(gòu)(11’ )、右部上支撐結(jié)構(gòu)(12,)、右部下支撐結(jié)構(gòu)(13,)、右部位移傳感器鐵芯(14')、右部位移傳感器線圈(15')、右部位移傳感器支撐(16')和右部機殼(17')組成，其特征在于，整體結(jié)構(gòu)采用對置式以抵消左右兩部分產(chǎn)生的機械振動，即以垂直中心線(40)為對稱軸，左部所有部件及結(jié)構(gòu)布置與右部相應(yīng)部件及結(jié)構(gòu)布置互為鏡像體；水平軸線(50)所指示為軸向方向；共用機座(O)由左部氣缸(41)、右部氣缸(41' )以及共用出氣孔(42)組成；左部氣缸襯套(I)過盈配合鑲嵌于左部氣缸(41)的內(nèi)部，右部氣缸襯套(P )過盈配合鑲嵌于右部氣缸(41')的內(nèi)部；左部永磁體(2)為圓筒狀結(jié)構(gòu)，中心位置沿軸向加工有左部磁體內(nèi)通孔(43);左部上軛鐵(3)為圓筒狀結(jié)構(gòu)，其中心位置沿軸向加工有直徑為d的左部上軛鐵內(nèi)通孔(44)，左部上軛鐵(3)的外徑比左部磁體內(nèi)通孔(43)的直徑小2.0~3.0 μ m ;左部下軛鐵(4)為U型結(jié)構(gòu)，U形體的內(nèi)徑比左部永磁體(2)的外徑大2.0~3.0 μ m,在U形體底部的中心位置沿軸向加工有左部下軛鐵內(nèi)通孔(45)，左部下軛鐵內(nèi)通孔(45)的直徑大于左部上軛鐵(3)的外徑；左部永磁體(2)沿徑向充磁至飽和，之后左部上軛鐵(3 )插入左部磁體內(nèi)通孔(43 )內(nèi)部，左部下軛鐵(4 )將左部永磁體(2 )及左部上軛鐵(3 )包裹其中，左部上軛鐵左端面(18 )與左部下軛鐵左端面(19 )齊平，左部上軛鐵右端面(20 )、左部永磁體右端面(22 )以及左部下軛鐵右端面(27 )三者齊平；左部永磁體內(nèi)環(huán)面(21)與左部上軛鐵外環(huán)面(67)緊貼在一起，左部磁體環(huán)表面(68)與左部下軛鐵內(nèi)環(huán)面(23)緊貼在一起；左部永磁體(2)、左部上軛鐵(3)、左部下軛鐵(4)共同形成左部環(huán)狀氣隙(46)，左部載流線圈(5)同心地插入左部環(huán)狀氣隙(46)內(nèi)，右部永磁體(2/ )、右部上軛鐵(3')、右部下軛鐵(4')共同形成右部環(huán)狀氣隙(46')，右部載流線圈(5')同心地插入右部環(huán)狀氣隙(46')內(nèi)；左部載流線圈(5)與右部載流線圈(5')的軸向高度均為h ;左部活塞(7)與右部活塞(7')工作時的最大行程均為s ;左部下軛鐵(4)與右部下軛鐵(4')底部的軸向厚度均為δ，并滿足關(guān)系:δ > s+h,以保證在整個活塞行程中，始終確保載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)；左上支撐右端面(24)支撐于左部下軛鐵左端面(19)之上，二者通過螺釘緊固，左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)的左側(cè)加工成上環(huán)狀平面(25);左下支撐右端面(47)支撐于共用機座左側(cè)面(48)之上，二者焊接在一起；左下支撐左前側(cè)面(26)支撐于左部下軛鐵右端面(27)之上，二者通過螺釘緊固，左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)的左下側(cè)面加工成下環(huán)狀平面(28);左部上板彈簧組(8)由若干單片板彈簧薄片疊加而成，在外緣形成左上組外緣(29)，在內(nèi)緣形成左上組內(nèi)緣(30)，在中心部位沿軸向加工有直徑為d的左上組簧體中心孔(31)，其中左上組外緣(29)放置于左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)的上環(huán)狀平面(25)之上，并通過螺釘緊固；左部下板彈簧組9由若干單片板彈簧薄片疊加而成，在外緣形成左下組外緣(32)，在內(nèi)緣形成左下組內(nèi)緣(33)，在中心部位沿軸向加工有直徑為d的左下組簧體中心孔(34)，其中左下組外緣(32)放置于左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)的下環(huán)狀平面(28)之上，并通過螺釘緊固；左部活塞(7)由左部活塞頭(35)、左部活塞中間過渡臺(36)以及左部活塞桿(37)組成，在左部活塞桿(37)的末端加工有長I~3_的左桿螺紋段(49)，左部活塞頭(35)的外徑較之左部氣缸(41)的內(nèi)徑小10~30 μ m，同時保證左部活塞桿(37)的直徑小于d ;左部活塞桿(37)依次貫穿左下組簧體中心孔(34)、左部下軛鐵內(nèi)通孔(45)、左部上軛鐵內(nèi)通孔(44)、左上組簧體中心孔(31);左部上壓片結(jié)構(gòu)(10)將左上組內(nèi)緣(30)以及左部線圈骨架(6)與左部活塞桿(37)緊固在一起，左部下壓片結(jié)構(gòu)(11)將左下組內(nèi)緣(33)與左部活塞中間過渡臺(36)緊固在一起，從而保證左部載流線圈(5)、左部線圈骨架(6)與左部活塞(J)、左部上板彈簧組(8)、左部下板彈簧組(9)連接為一個可同時運動的整體；左部位移傳感器鐵芯(14)內(nèi)部加工有與左桿螺紋段(49)相配合的左鐵芯螺紋段(51)，左桿螺紋段(49)旋入左鐵芯螺紋段(51)內(nèi)并緊固；在左部位移傳感器鐵芯(14)之外設(shè)置與左部位移傳感器支撐(16)緊固在一起的左部位移傳感器線圈(15)，左部位移傳感器支撐(16)進(jìn)而支撐于左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)之上并與之緊固在一起；左部機殼(17)通過左部 機殼外端面(61)與左下支撐外端面(52)焊接固定，從而形成左部密閉腔體，將左部氣缸襯套(I)、左部永磁體(2)、左部上軛鐵(3)、左部下軛鐵(4)、左部載流線圈(5)、左部線圈骨架(6)、左部活塞(7)、左部上板彈簧組(8)、左部下板彈簧組(9)、左部上壓片結(jié)構(gòu)(10)、左部下壓片結(jié)構(gòu)(11 )、左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)、左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)、左部位移傳感器鐵芯(14)、左部位移傳感器線圈(15)、左部位移傳感器支撐(16)、左部機殼(17)全部罩于其中；右部所有部件及結(jié)構(gòu)布置是左部相應(yīng)部件及結(jié)構(gòu)布置關(guān)于垂直中心線(40)的鏡像體，右部機殼(17')通過右部機殼外端面(61')與右下支撐外端面(52')焊接固定，形成右部密閉腔體，將右部氣缸襯套0- )、右部永磁體(2')、右部上軛鐵(3')、右部下軛鐵(4')、右部載流線圈(5')、右部線圈骨架(6')、右部活塞(7')、右部上板彈簧組(8')、右部下板彈簧組(9')、右部上壓片結(jié)構(gòu)(10')、右部下壓片結(jié)構(gòu)(11' )、右部上支撐結(jié)構(gòu)(12')、右部下支撐結(jié)構(gòu)(13')、右部位移傳感器鐵芯(14')、右部位移傳感器線圈(15')、右部位移傳感器支撐(16')、右部機殼(17')全部罩于其中，從而形成一種米用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機。
2.一種如權(quán)利要求1所述采用短線圈徑向充磁的對置式動圈直線壓縮機的制造方法，其特征在于，以垂直中心線(40)為對稱軸而互為鏡像體的左部所有部件與右部相應(yīng)部件需采用同一批次生產(chǎn)的零件以使個體間的差異最小化；共用機座(O)采用機械強度高、熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，米用五軸機床同時加工出左部氣缸(41)和右部氣缸(41'),保證左部氣缸(41)和右部氣缸(41')關(guān)于垂直中心線(40)對稱，并保證左部氣缸(41)和右部氣缸(411 )的同軸度優(yōu)于1.0 μ m,同時保證上述兩氣缸的內(nèi)孔圓度均優(yōu)于0.5 μ m ;在左部氣缸(41)和右部氣缸(411 )加工完畢后,使用同一五軸機床加工出共用出氣孔(42),保證共用出氣孔(42)與左部氣缸(41)以及右部氣缸(41')的垂直度均優(yōu)于2.Ομπι;左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套(I')均采用硬度大于58的模具鋼材料使用慢走絲線切割的方法加工成圓筒狀，保證左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套(I')的外徑分別比左部氣缸(41)及右部氣缸(41' )的內(nèi)徑大0.5~1.0_，然后采用過盈配合和熱脹冷縮的方式分別鑲嵌入左部氣缸(41)及右部氣缸(41')內(nèi)，具體鑲嵌方法為:共用機座(O)整體放置于內(nèi)部溫度為160°C的恒溫加熱箱內(nèi)均勻加熱4~6小時，在共用機座(O)取出恒溫加熱箱前5~10分鐘，將左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套(I')同時放置于液氮中浸泡，在共用機座(O)從恒溫加熱箱取出的同時，將左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套(I')從液氮中取出，然后使用機械外力將左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套(r )分別推入左部氣缸(41)及右部氣缸(41 )內(nèi)部，從而保證左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套0- )的外壁分別與左部氣缸(41)及右部氣缸(41')的內(nèi)壁緊密結(jié)合；然后使用坐標(biāo)磨床對左部氣缸襯套(I)及右部氣缸襯套(I')的內(nèi)孔進(jìn)行精細(xì)研磨，保證其內(nèi)孔圓度均優(yōu)于0.5 μ m ;左部活塞(7 )及右部活塞(7')均采用機械強度高、熱膨脹系數(shù)小的鈦合金材料制作，首先采用數(shù)控機床加工出毛坯，然后采用坐標(biāo)磨床進(jìn)行精細(xì)研磨，保證左部活塞頭(35)及右部活塞頭(35')的圓度均優(yōu)于0.5 μ m，并保證左部活塞桿(37)和右部活塞桿(37 ')沿軸向的跳動低于.3.0ym,以及左部活塞桿(37)與左部活塞頭(35)的垂直度優(yōu)于1.0 μ m，右部活塞桿(37,)與右部活塞頭(35')的垂直度優(yōu)于1.Ομm;在左部活塞桿(37)和右部活塞桿(37')的末端使用精密數(shù)控機床分別加工出左桿螺紋段(49)和右桿螺紋段(49');左部活塞(7)及右部活塞(7')工作時的最大行程均設(shè)計為S，由限位結(jié)構(gòu)保證行程精度優(yōu)于2.0μ m ;左部上壓片結(jié)構(gòu)(10)、左部下壓片結(jié)構(gòu)(11)以及右部上壓片結(jié)構(gòu)(10')、右部下壓片結(jié)構(gòu)(ir )均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于9.Ομm;左部上板彈簧組(8)、左部下板彈簧組(9)以及右部上板彈簧組(8')、右部下板彈簧組(9')均由若干片薄片板彈簧疊加組成，單片薄片板彈簧的厚度和數(shù)量由具體應(yīng)用所需要的彈性剛度決定，材質(zhì)為鈹青銅或不銹鋼，采用光刻的方法精確加工出內(nèi)部型線，內(nèi)部型線可以是螺旋形，也可以是直臂形，型線要求平滑、無毛刺、無折角，并通過板簧振動試驗機進(jìn)行超過IO8個循環(huán)以上的疲勞檢驗；內(nèi)部型線為螺旋形的單片薄片板彈簧的制作方法為在薄片上以光刻法刻蝕出螺旋形型線(38)，從而自然形成螺旋形板簧臂(39)，外側(cè)留出單片板彈簧外緣(53)，并在其上以光刻法均勻刻蝕出若干用于螺釘固定的螺釘孔(54)，在內(nèi)側(cè)留出單片板彈簧內(nèi)緣(55);內(nèi)部型線為直臂形的單片薄片板彈簧的制作方法為:在薄片上以光刻法刻蝕出直臂型板彈簧臂(56)以及運動臂(57)，外側(cè)留出單片板彈簧外緣(58)，并在其上以光刻法均勻刻蝕出若干用于螺釘固定的螺釘孔(59)，在內(nèi)側(cè)留出單片板彈簧內(nèi)緣(60);左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)及左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于5.0 μ m ;左部上支撐結(jié)構(gòu)(12)的左側(cè)使用精密數(shù)控機床加工成上環(huán)狀平面(25);左上支撐右端面(24)支撐于左部下軛鐵左端面(19)之上，二者通過螺釘緊固；左下支撐右端面(47)支撐于共用機座左側(cè)面(48)之上，二者通過電子束焊接技術(shù)焊接在一起，左下支撐左前側(cè)面(26)支撐于左部下軛鐵右端面(27)之上，二者通過螺釘緊固，左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)的左下側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出下環(huán)狀平面(28)，左部下支撐結(jié)構(gòu)(13)的左上側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出左下支撐外端面(52);右部下支撐結(jié)構(gòu)(13')由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度優(yōu)于5.0 μ m，其右上側(cè)面使用精密數(shù)控機床加工出右下支撐外端面(52');左部位移傳感器鐵芯(14)及右部位移傳感器鐵芯(14')均由純鐵材料制作，內(nèi)部分別加工有與左桿螺紋段(49)及右桿螺紋段(49')相配合的左鐵芯螺紋段(51)及右鐵芯螺紋段(51')，左桿螺紋段(49)及右桿螺紋段(49')分別旋入左鐵芯螺紋段(51)及右鐵芯螺紋段(51')內(nèi)并緊固；左部線圈骨架(6)、右部線圈骨架(6')、左部位移傳感器支撐(16)、左部位移傳感器支撐(16')均由機械強度較高、剩磁較低的金屬材料采用數(shù)控機床加工制作而成，加工精度均優(yōu)于9.0 μ m ;左部位移傳感器線圈(15)及右部位移傳感器線圈(15')均由漆包銅線在相應(yīng)骨架上繞制而成；左部永磁體(2)及右部永磁體(2')均采用磁能積較高的稀土永磁材料制作，使用激光加工的方式加工成型，左部永磁體(2)及右部永磁體(2')均使用脈沖充磁機沿徑向充磁至飽和；左部上軛鐵(3)及右部上軛鐵(3')均采用導(dǎo)磁率較高的純鐵材料，使用精密數(shù)控機床加工而成，加工精度均優(yōu)于8.0 μ m ;左部下軛鐵(4)及右部下軛鐵(4')均采用導(dǎo)磁率較高的純鐵材料，使用精密數(shù)控機床加工而成，左部下軛鐵(4)及右部下軛鐵(4')底部的軸向厚度均為δ，加工精度均優(yōu)于2.0 μ m ;左部載流線圈(5)及右部載流線圈(5')均采用漆包銅線在固體支撐上繞制而成，漆包銅線的直徑和厚度由需要提供的電機力決定；左部載流線圈(5)與右部載流線圈(5')的軸向高度均為h，制作時由機床精度及繞制工藝保證h的精度優(yōu)于2.0 μ m ;左部下軛鐵(4 )將左部永磁體(2 )及左部上軛鐵(3 )包裹其中，共同形成左部環(huán)狀氣隙(46 )，左部載流線圈(5)同心地插入左部環(huán)狀氣隙(46)內(nèi)；左部下軛鐵(4')將左部永磁體(2')及左部上軛鐵(3')包裹其中，共同形成右部環(huán)狀氣隙(46')，右部載流線圈(5')同心地插入右部環(huán)狀 氣隙(46')內(nèi)；左部上軛鐵(3)、左部載流線圈(5)、左部活塞(7)以及右部上軛鐵(3')與右部載流線圈(5')、右部活塞(7')在制作時均需保證滿足各自下軛鐵底部的軸向厚度大于各自載流線圈的軸向高度與各自活塞的最大行程之和，即:δ > s+h，以保證在整個活塞行程中，始終確保載流線圈處于穩(wěn)定的磁場之內(nèi)；左部機殼(17)及右部機殼(.1T )均由機械強度高、結(jié)構(gòu)致密、剩磁較低的金屬材料使用精密數(shù)控機床加工制作成形；左部機殼外端面(61)與左下支撐外端面(52)使用電子束技術(shù)焊接在一起，形成左側(cè)密閉腔體，右部機殼外端面(61')與右下支撐外端面(52')使用電子束技術(shù)焊接在一起，形成右部密閉腔體，對上述兩個焊接完畢的密閉腔體均充入高純氦氣檢驗，耐壓強度均需高于5.0MPa，氦氣泄漏率均需低于3.0X KT8Pa.m3/s。
【文檔編號】H02K7/14GK103671014SQ201310591008
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】黨海政 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所