动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机制造技术

本专利公开了一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机，制冷机包括主动减振器、压缩机、膨胀机和热端换热器。压缩机和膨胀机集成一体，膨胀活塞推移杆穿过压缩活塞，压缩活塞和膨胀活塞均连接板弹簧。主动减振器安装在压缩机的背部，对制冷机的振动输出进行高阶主动减振。压缩机、膨胀机和主动减振器在同一轴线上，最大限度减小径向力。压缩机采用动圈式结构的直线电机驱动，相较于动磁式直线电机，径向振动输出小。膨胀机无电机，膨胀活塞依靠气体力驱动。压缩活塞和膨胀活塞均采用单侧板弹簧支撑提供回复力，缩短轴向尺寸，采用气浮轴承提供主要的径向承载力实现无磨损长寿命运行。本专利优点：振动小，结构紧凑，制冷效率高。制冷效率高。制冷效率高。

【技术实现步骤摘要】
动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机


[0001]本专利涉及一种斯特林制冷机，具体是涉及一种板弹簧支撑的低振动集成一体式斯特林气动制冷机。

技术介绍

[0002]随着空间和地面红外探测的需求不断增加，研制低振动、轻质量、高性能的低温制冷机是相当重要的。从19世纪开始，国外便对斯特林制冷机展开了研究，并取得了一定成果。国外轻质量一体式低温制冷机的主要研制单位为SUNPOWER公司，该公司开发的一体式低温制冷机已经延展出MT、CT、GT三个型号，并能满足用户不同需求。该公司的制冷机采用动磁式直线电机，由于动磁式直线电机磁钢不可避免存在径向磁性能差异。美国专利US20120144821A1，公开了一种采用动磁式直线电机的自由活塞式斯特林制冷机，其缺点是动磁电机的振动较大，会影响制冷机的性能。在MAIA项目，一种针对快速节奏测光的三通道成像仪使用了SUNPOWER公司的MT型号的斯特林冷却器来进行冷却，提出了冷却器振动带来的性能影响，实验表明，被动减振器可将60Hz运行工况下的振动降低到其初始振幅的10％以下，即使采用了减振措施，但是剩余的振动仍然会降低设备的性能，不符合星用载荷对低温制冷机低振动的需求。本专利集合了一体式斯特林制冷机轻量化、高效率特点，压缩机采用动圈电机驱动，相较于动磁式电机，可有效减少振动，同时采用了主动减振器对整体进行减振，满足星用载荷对制冷机低振动的使用要求。

技术实现思路

[0003]针对上述问题和需求，本专利的目的是提供一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机。
[0004]为实现上述目的，本专利采用的结构如下：
[0005]所述一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机，包括压缩机1、膨胀机2、主动减振器3和热端换热器4，其特征在于：采用压缩机1和膨胀机2集成一体式结构，膨胀活塞2
‑
1的膨胀活塞推移杆2
‑1‑
4嵌套于压缩活塞1
‑
2中，两者间采用间隙密封结构。膨胀机2位于压缩机1前端，主动减振器3安装于压缩机1的背部，压缩机1、膨胀机2和主动减振器3在同一轴线上。压缩机1和膨胀机2共用一个热端换热器4散热，热端换热器4位于压缩机1与膨胀机2中间。
[0006]所述压缩机1由动圈式直线电机驱动，包括动圈式直线电机1
‑
1，压缩活塞1
‑
2，压缩活塞支撑板簧1
‑
3和压缩机气缸1
‑
4，所述压缩机1中的动圈式直线电机1
‑
1的线圈1
‑1‑
3连接压缩活塞1
‑
2，压缩活塞1
‑
2固定于压缩活塞支撑板簧1
‑
3上，提供径向回复力。所述压缩活塞1
‑
2位于压缩机气缸1
‑
4中，两者间采用间隙密封。
[0007]所述膨胀机2包括膨胀活塞2
‑
1，膨胀活塞支撑板簧2
‑
2,膨胀机气缸2
‑
3和冷头2
‑
4，所述膨胀机2中的膨胀活塞2
‑
1固定于膨胀活塞支撑板簧2
‑
3上，提供径向回复力。膨胀活塞2
‑
1采用气动力驱动，没有电机，所述冷头2
‑
4设置在膨胀机气缸2
‑
3的前端，所述膨胀活
塞2
‑
1位于膨胀机气缸2
‑
3中，两者间采用间隙密封。
[0008]所述动圈式直线电机，包括磁钢1
‑1‑
1，磁极1
‑1‑
2和线圈1
‑1‑
3，磁钢1
‑1‑
1固定于磁极1
‑1‑
2上，线圈1
‑1‑
3固定于线圈骨架1
‑1‑
4上，位于磁钢1
‑1‑
1和磁极1
‑1‑
2之间，磁极1
‑1‑
2能够使磁钢1
‑1‑
1产生的磁场形成一个闭合的回路，线圈1
‑1‑
3通交流电时，带动压缩活塞1
‑
2做切割磁力线的往复运动。
[0009]所述的压缩活塞，包括压缩活塞气浮储气腔1
‑2‑
1，压缩活塞气浮单向阀1
‑2‑
2，压缩活塞气浮节流槽1
‑2‑
3和压缩活塞体1
‑2‑
4，压缩活塞气浮单向阀1
‑2‑
2安装在活塞气浮储气腔1
‑2‑
1的内侧，压缩活塞气浮节流槽1
‑2‑
3与压缩活塞气浮储气腔1
‑2‑
1连通并均匀布置。
[0010]所述的膨胀活塞，包括膨胀活塞气浮储气腔2
‑1‑
1，膨胀活塞气浮单向阀2
‑1‑
2，膨胀活塞气浮节流槽2
‑1‑
3，膨胀活塞推移杆2
‑1‑
4和膨胀活塞体2
‑1‑
5，膨胀活塞气浮单向阀2
‑1‑
2安装在膨胀活塞气浮储气腔2
‑1‑
1的内侧，膨胀活塞气浮节流槽2
‑1‑
3与膨胀活塞气浮储气腔2
‑1‑
1连通并均匀布置，膨胀活塞推移杆2
‑1‑
4和膨胀活塞体2
‑1‑
5相连接。
[0011]与现有技术对比，本专利的优点在于：
[0012]振动小。采用动圈式结构的直线电机本身具有振动小的特点。同时，完全轴对称的同轴布置结构，以及轴向安装的减振器，最大限度地减小了振动。
附图说明
[0013]图1为本专利的整体结构示意图。
[0014]图2为本专利中的动圈式直线电机结构示意图。
[0015]图3为本专利中的压缩活塞结构示意图。
[0016]图4为本专利中的膨胀活塞结构示意图。
[0017]图中标号示意如下：1为压缩机，1
‑
1为线圈，1
‑
2为磁缸，1
‑
3为磁极，1
‑
4为压缩机气浮轴承，1
‑
5为压缩机活塞体，1
‑
6为压缩活塞支撑板簧，1
‑
7为压缩机气缸，2为膨胀机，2
‑
1为膨胀机气浮轴承，2
‑
2为膨胀机活塞体，2
‑
3为膨胀活塞支撑板簧，2
‑
4为膨胀机气缸，2
‑
5为热端，2
‑
6为冷头，3为主动减振器，4为冷头，1
‑1‑
1为磁钢，1
‑1‑
2为磁极，1
‑1‑
3为线圈，1
‑1‑
4为线圈骨架，1
‑2‑
1为压缩活塞气浮储气腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机，包括压缩机(1)、膨胀机(2)、主动减振器(3)和热端换热器(4)，其特征在于：所述的斯特林气动制冷机采用压缩机(1)和膨胀机(2)集成一体式结构，膨胀活塞(2
‑
1)的膨胀活塞推移杆(2
‑1‑
4)嵌套于压缩活塞(1
‑
2)中，两者间采用间隙密封结构，膨胀机(2)位于压缩机(1)前端，主动减振器(3)安装于压缩机(1)的背部，压缩机(1)、膨胀机(2)和主动减振器(3)在同一轴线上，压缩机(1)和膨胀机(2)共用一个热端换热器(4)散热，热端换热器(4)位于压缩机(1)与膨胀机(2)中间。2.根据权利要求1所述的一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机，其特征在于：所述压缩机(1)包括动圈式直线电机(1
‑
1)，压缩活塞(1
‑
2)，压缩活塞支撑板簧(1
‑
3)和压缩机气缸(1
‑
4)，所述压缩机(1)中的动圈式直线电机(1
‑
1)的线圈(1
‑1‑
3)通过线圈骨架(1
‑1‑
4)连接压缩活塞(1
‑
2)，压缩活塞(1
‑
2)固定于压缩活塞支撑板簧(1
‑
3)上，所述压缩活塞(1
‑
2)位于压缩机气缸(1
‑
4)中，两者间采用间隙密封。3.根据权利要求1所述的一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动制冷机，其特征在于：所述膨胀机(2)包括膨胀活塞(2
‑
1)，膨胀活塞支撑板簧(2
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2),膨胀机气缸(2
‑
3)和冷头(2
‑
4)，所述膨胀机(2)中的膨胀活塞(2
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1)固定于膨胀活塞支撑板簧(2
‑
2)上，膨胀活塞(2
‑
1)采用气动力驱动，所述冷头(2
‑
4)设置在膨胀机气缸(2
‑
3)的前端，所述膨胀活塞(2
‑
1)位于膨胀机气缸(2
‑
3)中，两者间采用间隙密封。4.根据权利要求2所述的一种动圈式板弹簧支撑的低振动集成式斯特林气动...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋珍华，吴亦农，黄政，吴文萃，李子成，陈钏，曲晓萍，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：新型
国别省市：