[发明专利]用于斯特林冷却器的电磁线性驱动

说明书

本发明涉及一种机电换能器，特别是被配置为充当线性电动机或线性发电机的那些机电换能器。

线性电动机/发电机被用于广泛的应用，并因此具有在现有技术中可用的大量可供选择的不同的配置。这些选择包括动圈、动磁和动铁的设计，其中每一个都具有一定的优点和一定的缺点。

动圈式线性电动机/发电机往往是需要灵活的电流引线和相对大量的磁铁材料，其会导致高制造成本。

动磁式和动铁式线性电动机/发电机往往在结构上相当复杂，并且会遭受缺乏稳健性的困扰。此外，很难将这样的系统与其他装置集成。在一般情况下，这些电动机/发电机包括由具有空气间隙的环形磁芯形成的多个磁路。空气间隙沿被接收在空气间隙的电枢的线性运动的方向排列。缠绕在磁芯上的线圈产生用于驱动电枢的运动的磁通量或连结由电枢运动产生的磁通量。

当电枢需要在保持在不同于周围环境压力的压力下的一定体积内运动时，就产生了整合现有技术的线性电动机/发电机与其他装置的一个特别的难题。例如，当线性电动机/发电机在与斯特林循环发动机一起结合使用时，这可能是需要的。

Bailey,P.B.,Dadd,M.W.和Stone,C.R.(2009)。无油线性压缩机使用紧凑式换热器。在机械工程师学会的关于压缩机及其系统的国际会议(International Conference on Compressors and their Systems)的259-267页上公开了用于冷却例如电脑里的CPU的电子部件的电动机结构。所公开的结构解决了与生产有效的线性电动机相关的难题，在其中电枢需要移动通过加压的体积。该电动机的基本结构示意性地显示在图1中。电枢10被提供，其被配置成沿纵轴穿过多个磁路2中的空气间隙线性运动。磁路2被配置为相对于电枢10运动的纵向方向横向地提供磁通。磁路2构成电动机的静态部分。每一个磁路2包括叠片磁芯4和卷绕在其周围的线圈6。磁芯4被开槽并且槽的侧面形成限定空气间隙的磁极片。空气间隙是矩形形式。磁芯4被定位成使得所有的空气间隙沿着电动机轴排列。邻近磁芯4的配置交替使得线圈6不会相互阻碍。电枢10构成电动机的移动部分，并包括布置成一列且配置成移动通过线性排列的空气间隙的多个矩形磁铁8。磁铁8的极性交替。

电枢10的轴向运动具有改变穿过磁芯4的磁通量的效果，其在线圈6里感应电压；极性与相邻的磁芯4是相反的。如果将适当的多个的交流电流施加到线圈6，那么交变的轴向力根据所需产生。

所公开的电动机集成有线性悬挂系统。图1示意性示出电枢10如何连接到线性悬挂系统的线性弹簧12。在所公开的布置中，电动机被配置成作为压缩机的一部分运作。所公开的压缩机具有本质上单件式压缩机主体，电动机的所有主要静态部件与其附接。在所公开的结构中，线圈6位于电枢10在其内移动的压力密闭容器14的外面。电枢10周围的压力密闭容器14的部分包括被定位在空气间隙中并被密封在压缩机主体的两端的矩形管。

线性悬挂系统通过提供附接到压缩机主体的端部的两个弹簧组件而进行配置。两个弹簧组件之间的内部连接通过包含在矩形管内的电枢10(或刚性地连接到电枢的元件)实现。压缩机的活塞被来自动磁组件的悬臂支撑并且汽缸被固定在压缩机主体的端部。

为了长寿命，至关重要的是，压缩机的活塞与汽缸之间的径向间隙被保持，并且这要求电枢结构是刚性的且悬挂系统的径向刚度足够高。

对于动磁设计，即使在相对小的应用的情况中，(如用于电子部件的冷却系统)，这也是具有挑战性的。动磁8引起在电枢10上的显著的离轴阻力(reluctant force)。增加电枢10的厚度是有问题的，因为它增加磁芯4中的空气间隙的尺寸。需要相对大量的磁能以保持穿过间隙的通量，所以存在与较大空气间隙相关联的显著成本。再一个问题是，显著的涡流往往在位于空气间隙中的形成压力密闭容器14的任何部分的壁的材料中产生。如果将图1的结构应用于按比例放大的较大的机器中(具有在空气间隙中的更大的压力密闭容器壁材料，例如由于更厚的容器壁或更宽的空气间隙)，则这个问题预计导致显著的损失。