直線電機的活塞氣缸結構的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種直線電機的活塞氣缸結構。包括：活塞、氣缸、至少一動對中孔及至少一靜對中孔；至少一靜對中孔設置在氣缸的一側內壁上，至少一動對中孔設置在活塞上；靜對中孔的一端與氣缸的背腔連通、且動對中孔的一端朝向活塞運動的方向且與氣缸的前腔連通；或，靜對中孔的一端與氣缸的前腔連通、且動對中孔的一端朝向活塞運動的方向且與氣缸的背腔連通；其中，靜對中孔的另一端朝向活塞與氣缸之間的間隙；動對中孔的另一端朝向活塞與氣缸之間的間隙、且相對于靜對中孔的另一端偏向活塞漂移的方向。本發明利用壓力波動差使氣流可以產生凈的單向流動，抑制活塞漂移的效果更好，還減小了流動損失，提高了電機的工作效率。
【專利說明】直線電機的活塞氣缸結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及直線電機技術，尤其涉及一種直線電機的活塞氣缸結構。
【背景技術】
[0002]直線電機是一種動子與活塞連接在一起，活塞在氣缸內做直線往復運動(動子也是做直線運動，而非旋轉運動)的電機結構。電機在交變電流驅動下，活塞通過往復運動可向外輸出壓力波。通過采取一定的支撐結構，活塞可以始終和氣缸之間保持一定的微小間隙，不產生任何摩擦，因此這種電機壽命非常長。
[0003]圖1為現有技術直線電機的活塞氣缸結構示意圖。如圖1所示，通常活塞氣缸01的前腔11的壓力波動大于背腔12，使得前腔11內的氣體會逐漸通過活塞13與汽缸16之間的微小間隙流向背腔12，從而使前腔11壓力低于背腔12，活塞13的往復運動偏離活塞13的平衡位置14，向前腔11漂移，直到彈簧作用于動子15上的回復力與壓差作用力達到平衡活塞13才停止進一步漂移。活塞13漂移后，許用的位移振幅將低于設計值，并且電機電磁轉換效率下降，使電機效率降低。
[0004]為了抑制活塞13漂移，通常采用的辦法是在氣缸16和活塞13上增加靜對中孔17和動對中孔18，在氣缸16上設置有靜對中孔17，其一端與電機背腔12連通，另一端位于活塞13的平衡位置14處；在活塞13上有動對中孔18，其一端與前腔11連通，另一端位于活塞13的平衡位置14處。在直線電機工作過程當中，當活塞13運動到平衡位置14時，前腔11和背腔12通過靜對中孔17與動對中孔18連通，此時如果兩個腔體平均壓力不平衡，則氣流由背腔12流向前腔11，或者氣流由前腔11流向背腔12，從而減小兩個腔體內壓力的不平衡。
[0005]圖2為現有技術直線電機的活塞位移、前腔壓力波動與背腔壓力波動之間的相位關系圖。如圖2所示，活塞13在一個周期的運動過程中會兩次連通前腔11和背腔12，即兩次活塞13位移幅值為O的時刻，如果前腔11和背腔12為沒有任何負載的腔體，那么活塞13在到達平衡位置14時，前腔11和背腔12內的壓力波動幅值也將為0，此時如果背腔12平均壓力高，氣流將通過靜對中孔17和動對中孔18從背腔11進入前腔12。但實際情況中，因為前腔11通常帶有負載，因此前腔11的壓力波動在活塞13到達平衡位置時并不為0，因此在第一個平衡位置時刻，由于前腔11和背腔12壓力波動的差異，氣流將從前腔11流向背腔12，而在第二個平衡位置時刻，氣流將從背腔12流向前腔11，這兩股氣流大小相等，方向相反(圖2中圓柱形部分)。這種辦法雖然可以減小活塞漂移，但效果有限，而且造成了較大的流動損失，不利于電機獲得高效率。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種直線電機的活塞氣缸結構，包括:活塞、氣缸、至少一動對中孔及至少一靜對中孔；
[0007]所述至少一靜對中孔設置在所述氣缸的一側內壁上，所述至少一動對中孔設置在所述活塞上；
[0008]所述靜對中孔的一端與所述氣缸的背腔連通、且所述動對中孔的一端朝向所述活塞運動的方向且與所述氣缸的前腔連通；或，所述靜對中孔的一端與所述氣缸的前腔連通、且所述動對中孔的一端朝向所述活塞運動的方向且與所述氣缸的背腔連通；
[0009]其中，所述靜對中孔的另一端朝向所述活塞與所述氣缸之間的間隙，用于與所述至少一動對中孔連通；所述動對中孔的另一端朝向所述活塞與所述氣缸之間的間隙、且相對于所述靜對中孔的另一端偏向所述活塞漂移的方向，用于與所述至少一靜對中孔連通。
[0010]本發明直線電機的活塞氣缸結構，通過在氣缸的一側內壁上設置有靜對中孔，在活塞上設置有動對中孔。靜對中孔的一端與氣缸的背腔連通，動對中孔的一端朝向活塞運動的方向且與氣缸的前腔連通；或者，靜對中孔的一端與氣缸的前腔連通，動對中孔的一端朝向活塞運動的方向且與氣缸的背腔連通。其中，靜對中孔的另一端朝向活塞與氣缸之間的間隙，動對中孔的另一端朝向活塞與氣缸之間的間隙、而且相對于靜對中孔的另一端偏向活塞漂移的方向。在活塞靜止時，靜對中孔的另一端與動對中孔的另一端不直接連通。在活塞工作時，利用壓力波動差使氣流可以產生凈的單向流動，這樣不僅抑制活塞漂移的效果更好，而且還減小了流動損失，提高了電機的工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1為現有技術直線電機的活塞氣缸結構不意圖；
[0013]圖2為現有技術直線電機的活塞位移、前腔壓力波動與背腔壓力波動之間的相位關系圖；
[0014]圖3a為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例一的一結構不意圖；
[0015]圖3b為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例一的又一結構不意圖；
[0016]圖4為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例一的活塞位移、前腔壓力波動與背腔壓力波動之間的相位關系圖；
[0017]圖5為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例二的結構示意圖；
[0018]圖6為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例二的活塞位移、前腔壓力波動與背腔壓力波動之間的相位關系圖；
[0019]圖7為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例三的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0021]圖3a為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例一的一結構不意圖，圖3b為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例一的又一結構不意圖，如圖3a、圖3b所不，本實施例的直線電機的活塞氣缸結構可以包括:活塞33、氣缸36、至少一動對中孔38及至少一靜對中孔37。
[0022]所述至少一靜對中孔37設置在所述氣缸36的一側內壁上，所述至少一動對中孔38設置在所述活塞33上。
[0023]所述靜對中孔37的一端371與所述氣缸36的背腔32連通、且所述動對中孔38的一端381朝向所述活塞運動的方向且與所述氣缸36的前腔31連通(如圖3a所示的結構)；或者，所述靜對中孔37的一端371與所述氣缸36的前腔31連通、且所述動對中孔38的一端381朝向所述活塞運動的方向且與所述氣缸36的背腔32連通(如圖3b所示的結構)；
[0024]其中，所述靜對中孔37的另一端372朝向所述活塞33與所述氣缸36之間的間隙，用于與所述至少一動對中孔38連通；所述動對中孔38的另一端382朝向所述活塞33與所述氣缸36之間的間隙、且相對于所述靜對中孔37的另一端372偏向所述活塞漂移的方向，用于與所述至少一靜對中孔37連通。
[0025]上述氣缸的背腔是指活塞與直線電機的動子相連接的氣缸的腔體，前腔是指與負載相連的氣缸的腔體。
[0026]上述平衡位置是指活塞靜止時在氣缸內所處的位置。一般來講，在結構圖中，活塞靜止在平衡位置時習慣上通常在活塞和汽缸上畫出標記線，標記線重合時表明活塞回到了平衡位置。平衡位置跟活塞中點沒有必然聯系，只是將標記線標注的活塞的中點處而已。
[0027]其中，所述動對中孔38中用于與所述靜對中孔37連接的另一端381可以位于所述活塞33的平衡位置處34，也可以位于非平衡位置處。
[0028]一般情況下，氣缸的背腔壓力波動小于前腔的壓力波動，活塞向前腔漂移，所以在本發明中將活塞向前腔漂移定義為默認狀態，即在默認狀態下靜對中孔37的另一端372開設在朝向活塞33漂移方向相反的方向，也就是活塞平衡位置朝向背腔方向的一邊。如果不在默認狀態下，氣缸的背腔壓力波動大于前腔的壓力波動，活塞向背腔漂移時，就需要將靜對中孔37的另一端372開設在朝向活塞33漂移方向相反的方向，也就是活塞平衡位置朝向前腔方向的一邊。
[0029]進一步的，用于連通的所述靜對中孔37的另一端372與所述動對中孔38的另一端382間距小于所述活塞33的最大振幅。即所述靜對中孔37的另一端372沿著內壁向所述動對中孔38的另一端382之間的直線距離小于所述活塞33的最大振幅。這樣就保證了活塞33在工作時，所述靜對中孔37與所述動對中孔38能夠有效的連通。
[0030]本發明實施例在默認狀態下，活塞工作時，只有在活塞從平衡位置向背腔方向運動時，靜對中孔的另一端才能和動對中孔的另一端連通。圖4為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例一的活塞位移、前腔壓力波動與背腔壓力波動之間的相位關系圖，如圖4所示，在第一個連通時刻(圖4中短圓柱形部分對應的相位時刻)，前腔壓力波動大于背腔，在第二個連通時刻(圖4中長圓柱形部分對應的相位時刻)，背腔壓力波動大于前腔。兩次連通時的壓力波動差雖然方向相反，但大小不相等，所以氣流會從背腔流向前腔，減小前腔和背腔之間的壓力波動差，使前腔和背腔之間的壓力波動平衡。
[0031]本實施例通過在氣缸的一側內壁上設置有靜對中孔，在活塞上設置有動對中孔。靜對中孔的一端與氣缸的背腔連通，動對中孔的一端朝向活塞運動的方向且與氣缸的前腔連通；或者，靜對中孔的一端與氣缸的前腔連通，動對中孔的一端朝向活塞運動的方向且與氣缸的背腔連通。其中，靜對中孔的另一端朝向活塞與氣缸之間的間隙，動對中孔的另一端朝向活塞與氣缸之間的間隙、而且相對于靜對中孔的另一端偏向活塞漂移的方向。在活塞靜止時，靜對中孔的另一端與動對中孔的另一端不直接連通。在活塞工作時，利用壓力波動差使氣流可以產生凈的單向流動，這樣不僅抑制活塞漂移的效果更好，而且還減小了流動損失，提高了電機的工作效率。
[0032]這里需要說明的是，在本發明中，僅以活塞向前腔漂移條件下來舉例說明，活塞向背腔漂移條件下的原理和效果相同，在此不加以贅述。
[0033]圖5為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例二的結構示意圖，如圖5所示，本實施例中的直線電機的活塞氣缸結構在上述實施例的基礎上，進一步的，所述動對中孔58中用于與所述靜對中孔57連接的另一端582位于所述活塞53的非平衡位置處。
[0034]具體的，動對中孔58中用于與所述靜對中孔57連接的另一端582可以開設在活塞平衡位置54朝向背腔方向的一邊，也可以開設在活塞平衡位置54朝向前腔方向的一邊(圖5中未示出)。動對中孔58中用于與所述靜對中孔57連接的另一端582只要在活塞漂移方向相反的方向上不超過所述靜對中孔的另一端即可。
[0035]圖6為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例二的活塞位移、前腔壓力波動與背腔壓力波動之間的相位關系圖，如圖6所示，在第一個連通時刻(圖6中短圓柱形部分對應的相位時刻)，背腔的壓力波動大于背腔的壓力波動，在第二個連通時刻(圖6中長圓柱形部分對應的相位時刻)，背腔的壓力波動也大于前腔的壓力波動。兩次連通時的背腔的壓力波動大于前腔的壓力波動，所以氣流會從背腔流向前腔，減小前腔和背腔之間的壓力波動差，使前腔和背腔之間的壓力波動平衡。本實施例在默認狀態下，將動對中孔中用于與靜對中孔連接的一端開設在活塞平衡位置朝向背腔方向的一邊，更加有利于背腔氣流流向前腔，更加減小了流動損失。
[0036]圖7為本發明直線電機的活塞氣缸結構實施例三的結構示意圖，如圖7所示，本實施例中的直線電機的活塞氣缸結構07在上述實施例的基礎上，進一步的，靜對中孔為兩個靜對中孔，其中，一個靜對中孔77'的兩端位于另一個所述靜對中孔77的兩端之間。還包括:閥門79。其中，閥門79設置在任一一靜對中孔的任一一端上，用于控制靜對中孔的開啟和關閉。
[0037]本實施例在默認狀態下，通過在活塞氣缸的一側壁上設置有兩個靜對中孔，在活塞工作時，只有在活塞從平衡位置向背腔方向運動時，兩個靜對中孔的另一端才能和動對中孔的另一端分別連通，即形成前腔與背腔在一個活塞運動周期內四次連通，使氣流產生凈的單向流動效果更好。另外在任一一靜對中孔的任一一端上設置一閥門，可以根據實際情況對靜對中孔進行控制，方便實際使用。
[0038]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于，包括:活塞、氣缸、至少一動對中孔及至少一靜對中孔； 所述至少一靜對中孔設置在所述氣缸的一側內壁上，所述至少一動對中孔設置在所述活塞上； 所述靜對中孔的一端與所述氣缸的背腔連通、且所述動對中孔的一端朝向所述活塞運動的方向且與所述氣缸的前腔連通；或，所述靜對中孔的一端與所述氣缸的前腔連通、且所述動對中孔的一端朝向所述活塞運動的方向且與所述氣缸的背腔連通； 其中，所述靜對中孔的另一端朝向所述活塞與所述氣缸之間的間隙，用于與所述至少一動對中孔連通；所述動對中孔的另一端朝向所述活塞與所述氣缸之間的間隙、且相對于所述靜對中孔的另一端偏向所述活塞漂移的方向，用于與所述至少一靜對中孔連通。
2.根據權利要求1所述的直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于，用于連通的所述靜對中孔的另一端與所述動對中孔的另一端間距小于所述活塞的最大振幅。
3.根據權利要求1所述的直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于， 所述動對中孔中用于與所述靜對中孔連接的另一端位于所述活塞的平衡位置處。
4.根據權利要求1所述的直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于， 所述動對中孔中用于與所述靜對中孔連接的另一端位于所述活塞的非平衡位置處。
5.根據權利要求1-4任一項所述的直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于，包括兩個所述靜對中孔，一個所述靜對中孔的兩端位于另一個所述靜對中孔的兩端之間。
6.根據權利要求1-4任一所述的直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于，還包括:閥門； 所述閥門設置在所述靜對中孔上，用于控制所述靜對中孔的開啟和關閉。
7.根據權利要求6所述的直線電機的活塞氣缸結構，其特征在于，所述閥門設置在所述靜對中孔的任意一端上。
【文檔編號】H02K7/06GK104485774SQ201410850973
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月30日 優先權日:2014年12月30日
【發明者】胡劍英, 陽朝輝, 吳張華, 羅二倉, 李海冰 申請人:中國科學院理化技術研究所, 中科力函(深圳)熱聲技術有限公司