[发明专利]用于定中往复本体的方法以及用该方法制造的结构

说明书

相关申请

本申请要求2008年2月28日申请的美国专利申请序列号No.12/039,332的优先权，该美国专利申请要求2007年8月17日申请的名称为“用于定中往复本体的方法以及用该方法制造的结构”的美国临时申请序列号No.60/659,434的优先权，这两个美国申请整体地通过参考特别地结合于此。

技术领域

本发明涉及用于在孔径内定中往复本体的方法以及用这些技术制造的结构。更具体地，这些方法和设备尤其可应用于制冷机和电机的组装和设计，尤其是斯特林循环制冷机和电机。

背景技术

各种实体构建装备有液压轴承的斯特林制冷机，液压轴承联接至柔顺结构，比如发电机的杆(alternator rod)。这种设计用来在正常操作期间在压缩机孔径内定中往复运动的压缩机活塞。

美国专利No.5,525,845描述了一种用于机械换能器的“柔顺”联接，其具有在腔室内由液压轴承支撑的往复本体。该往复本体能是用于线性斯特林制冷机的压缩机活塞。柔顺联接允许活塞实施活塞和压缩机孔径正确对准所需的侧向移动。图1A-B示出了由气体轴承形成的对准过程。

活塞通常连接至片簧。片簧的轴向弹簧刚度相对较低并且径向刚度通常较高。片簧还允许仅需要很小的扭矩就可将活塞的轴线旋转和对准，用于相对于压缩机孔径的对称轴轴线平行地定向。然而，仅仅是活塞轴线的旋转对于活塞相对于压缩机孔径的正确对准是不够的。需要活塞轴线的第二侧向移动来完成图1A右侧示出的对准。这个设计是将片簧与柔顺结构或联接头相连接，柔顺结构或联接头的作用类似于具有相对较低弹簧刚度的侧向弹簧，从而获得较高的侧向柔顺“...足够让由液压轴承施加的定中力至少等于施加于本体(活塞)上的所有其它侧向力的总和”“包括在换能器的正常操作期间由联接头施加于本体上的侧向力，例如斯特林制冷机的压缩机部分。

柔顺结构能例如使用侧向柔性且轴向刚性的“发电机杆”来实现。这个构造在图1A中示意性地示出，其还给出了柔顺结构的可选选项。图1B中示意性地示出的改进的片簧也能用作侧向柔顺部件。

这里描述的现有设计存在很多缺点。活塞和其它相关部件的组装根据制造工艺需要数名操作者，这对于确保制冷机的性能和较长寿命很关键。很多制冷机生产问题涉及活塞和换置器的不正确对准。

美国专利5,525,845指出，气体支承必须是至少等于所有其它侧向力的总和。

这意味着，活塞需要在组装工艺期间正确地预对准以便正确地用作无摩擦的支承。变形的或失准的发电机杆会引起另外的侧向力，大于提供的气体支承力，气体支承力受到最大可用气体支承压力的限制。

活塞对准问题或另外的活塞侧向力甚至是更加决定性的，例如在斯特林制冷机在最小输入动力状况下运行并且气体轴承刚度也达到最小的情况下。气体轴承刚度是制冷机的压缩空间内所形成的取决于输入动力的压力波的函数。

预对准过程的质量也由零部件的质量并且因而公差所决定。需要维持特别紧密的公差——千分之几英寸至万分之几英寸——以使在制造期间引入的活塞侧向力最小。

生产中的组装过程需要小心地实施，优选地由经过训练的操作者进行。工具是有帮助的。然而，对准过程质量仍然取决于操作者。

替代的方法使用复杂且昂贵的方法来对准气体轴承。例如，美国专利7,043,835提供了一种计算机系统，其用于感测本体在孔径内的位置并且使用微型致动器来调节本体的位置以将其在孔径内定中。

以下参考文献作为潜在的背景技术引用：1996年6月11日授权给Beale等的名称为“用于定中往复本体的具有柔顺联接的液压轴承”的美国专利No.5,525,845、1959年10月6日授权给Macks的名称为“流体致动机构”的美国专利No.2,907,304、1985年10月8日授权给Young的名称为“具有间隙密封和气体轴承的线性电动压缩机”的美国专利No.4,545,738、1983年6月14日授权给Dineen的名称为“斯特林发动机换置器气体轴承”的美国专利No.4,387,568、Hanes的ICC 11论文：“低成本斯特林制冷机中的性能和可靠性改进”、O′Baid等的名称为“制冷机冷端组件装置和方法”的美国专利No.(10467.0063US01)。前述参考文献以如同在这里完全阐述的方式通过引用结合于此。

发明内容