线性电动机以及使用该线性电动机的线性压缩机

摘要

本发明公开了一种线性电动机和使用该线性电动机的线性压缩机。由于内芯安装为和目标运动体一起进行线性往复运动，且在内芯的外周表面上形成有磁体插入凹槽，因此能有效控制磁体向前/向后的摆动。另外，由于间隙最小化，因此能对磁体施加的力造成干扰的自阻力最小化，进而使输出相同的力所需磁体的用量最小化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种线性电动机和使用该线性电动机的线性压缩机，尤其是涉及内芯安装为可以和目标运动体一起进行线性运动，磁体插入安装至形成在该内芯外周表面上的磁体插入凹槽中的线性电动机和使用该线性电动机的线性压缩机。

背景技术

一般的，线性电动机对活塞等线性往复运动对象(以下，称为“目标运动体”)产生线性往复运动的力。线性电动机包括：定子，该定子中安装有线圈；致动器(actuator)，该致动器通过和该定子相互作用，使目标运动体进行线性往复运动。

近来，使用线性电动机压缩制冷气体等流体的线性压缩机不断发展。

该定子包括：绕线架；线圈，该线圈缠绕在该绕线架的内部；外芯，该外芯沿径向安装在该绕线架上；内芯，该内芯相互分离地安装在该外芯(定子)的内侧。

该致动器为磁体，该磁体通过与线圈通入电流后产生的磁力相互作用，而在该外芯和该内芯之间进行线性往复运动。

该磁体和该外芯的内周表面之间具有外部间隙，并且该磁体和该内芯的外周表面之间具有内部间隙，以使磁体在该外芯和该内芯之间进行线性往复运动。

线性电动机的力(输出)由电动机力常数(motor force constant)(α)和通入线圈的电流值(i)确定。由于电动机力常数(α)和磁体在所述间隙中的磁通量密度(Bm)成比例，因此磁体在所述间隙中的磁通量密度(Bm)越高，线性电动机所获得的效率越高。

其中，随着外部间隙和内部间隙的减小，所述间隙中的磁通量密度增加，如以下等式所示：

$>>Bm>=>>Brxt>>2>>(>g>1>+>g>2>+>t>)>>>>->->->>(>1>)>>>s>$

其中，‘Br’是磁体的磁通量密度(固有特性)；‘t’是磁体厚度；‘g1’是外部间隙；‘g2’是内部间隙；2(g1+g2+t)是线性电动机的间隙。

也就是说，线性电动机的间隙越小，线性电动机的力(输出)就越大。

但是，现有技术的线性电动机存在一个问题：即由于磁体的内侧和外侧都存在间隙，而使对磁体产生的磁力造成干扰的自阻力(self-resistance)增大，因此要提高线性电动机的输出，必须增加磁体的用量。此外，由于要得到稳定的电动机性能，必须对内部间隙和外部间隙进行控制，由此导致生产率下降。

同时，为了减小间隙，可将内芯安装为和活塞一起运动，并且将磁体连接至内芯的外周表面。这样，由于消除了磁体和内芯之间的内部间隙(g2)，因此可以提高线性电动机的效率。但是在这种情况下，还需要一种将磁体连接在内芯上的结构，并且难以有效地控制磁体的向前/向后的摆动。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中的问题。因而，本发明的一个目的是提供一种线性电动机和使用该线性电动机的线性压缩机，该线性电动机通过将磁体插入安装在内芯中，从而能有效控制磁体向前/向后的摆动，并且由于间隙相应地减小，其减小量等于磁体的厚度，进而能减少磁体的用量，或增强磁体的输出。

本发明的另一个目的是提供一种线性电动机和使用该线性电动机的线性压缩机，该线性电动机能通过最小化磁体两端的自流通磁通量，来降低内芯由于自流通磁通量而磁通量饱和的概率。

为达到上述目的，本发明提供了一种线性电动机，其包括：绕线架；线圈，其缠绕在该绕线架的内部；外芯，其安装在该绕线架上；内芯，其安装为与目标运动体一起进行线性往复运动，该内芯的外周表面上形成有磁体插入凹槽；以及磁体，其插入安装在该磁体插入凹槽中。

为达到上述目的，本发明提供了一种线性压缩机，其包括：气缸；活塞，其设置为线性往复运动以进出该气缸；绕线架；线圈，其缠绕在该绕线架的内部；外芯，其安装在该绕线架上；内芯，其安装为与活塞一起进行线性往复运动，该内芯的外周表面上形成有磁体插入凹槽；以及磁体，其插入安装在该磁体插入凹槽中。

该磁体插入凹槽沿该内芯的外周表面形成为筒形。

该磁体插入凹槽的入口延伸为大于该磁体。

当该磁体具有最大行程时，该磁体插入凹槽的入口形成至超过该外芯的多个磁极(pole)的位置。

该磁体插入凹槽的入口形成至该内芯的端部。

根据本发明的具有上述结构的线性电动机和使用该线性电动机的线性压缩机具有以下优点：

由于内芯安装为和目标运动体一起进行线性往复运动，磁体插入凹槽形成于内芯的外周表面上，且磁体插入安装在该该磁体插入凹槽中，因此磁体的向前/向后的摆动能得到有效地控制；此外，由于间隙最小化，因此能使对磁体施加的力造成干扰的自阻力最小化，进而，使磁体的用量减小。

此外，当磁体具有最大行程时，由于内芯的磁体插入凹槽的入口形成为大于磁体，并进一步延伸至超过外芯的磁极的位置，因此当磁体设置在两侧端之间时，由于延长了入口，因此可以获得间隙增大的效果，从而增大自阻力。这样，由于磁体端部的自流通磁通量减少，相应的，可以防止由于自流通磁通量的集中而产生的内芯的磁通量饱和，并且可以防止当自流通磁通量很强时出现的电动机力常数减小和电动机效率降低。

还有，由于内芯的磁体插入凹槽的入口形成为延伸至内芯的磁极，以大于磁体，因此即使当控制行程增大时，自流通磁通量也可以最小化，从而，可以很容易地控制行程。

本发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点将通过以下结合附图对本发明的详细描述而变得更加明确。

附图说明

所包含的附图用以提供对本发明的进一步理解。所述附图并入本发明的说明书中，并构成说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并和文字说明一起，用于解释本发明的原理。

图中：

图1是根据本发明第一实施例的线性电动机的局部纵向剖视图；

图2是显示根据本发明的线性电动机的电磁性能和磁体突出安装在内芯的外周表面上时的电磁性能的比较图；

图3是使用根据发明第一实施例的线性电动机的线性压缩机的局部剖视图；

图4是显示根据本发明第二实施例的线性电动机中目标运动体前进到最大程度时的局部纵向剖视图；

图5是显示根据本发明第二实施例的线性电动机中目标运动体退回到最大程度时的局部纵向剖视图；

图6是显示根据本发明第三实施例的线性电动机中目标运动体前进到最大程度时的局部纵向剖视图；

图7是显示根据本发明第三实施例的线性电动机中目标运动体退回到最大程度时的局部纵向剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明的优选实施例。

图1是根据本发明第一实施例的线性电动机的局部纵向剖视图。

如图1所示，根据本发明的第一实施例的线性电动机包括：绕线架2，线圈10，该线圈缠绕在绕线架2的内部；外芯20，该外芯安装在绕线架2上；内芯40，其安装以使活塞等目标运动体30进行线性往复运动，该内芯的外周表面上形成有磁体插入凹槽38；以及磁体50，该磁体插入安装在磁体插入凹槽38中。

绕线架2整体上呈筒形，并且绕线架2外周表面露出。

线圈10缠绕在绕线架2的内部。

当向线圈10中通入交流电时，外芯20构成磁通量通道。多个外芯20相互分离地沿径向设置在绕线架2的圆周方向上。

外芯20形成为覆盖绕线架2的一部分，外芯20的内周上形成有相互分离地前磁极(pole)21和后磁极22。

目标运动体30可以是进行线性往复运动的活塞或者杆，且不限于此类型。在本发明中，为便于描述，将目标运动体30限定为活塞。

内芯40和外芯20一起构成磁通量通道，铁芯沿径向堆放在该内芯40中。

内芯40可以直接和活塞30相连接，以将磁体50的线性往复运动的力直接传送给活塞30，也可以将内芯40安装在和活塞30连接的芯架41上，以通过该芯架41将线性往复运动的力传送给活塞30。在本发明中，将说明限于将内芯40安转在芯架41的外周表面上的情况。

内芯40可以通过粘合剂连接在芯架41的外周表面上，或者通过例如螺钉等紧固件紧固。可选择地，显然内芯40也可以通过凸起或者凹槽来卡接安装。

内芯40具有中空柱形，内芯40的前端部形成有前磁极44，以及后端部形成有后磁极46。

就内芯40而言，如果内芯40的整个长度比外芯20的长度和目标运动体30的行程之和小，则当内芯40和磁体50运动时，磁阻力(即相反的力)沿着介于内芯40和外芯20之间的间隙减小的方向(即和磁体50的运动方向相反的方向)增加。因此，内芯40的整个长度应当大于外芯20的长度和目标运动体30的行程之和。

至于内芯40，沿着内芯40的外周表面形成有磁体插入凹槽38，该磁体插入凹槽38整体成筒形，其长度和磁体50的长度相等或者略长。

磁体50沿周向磁化，当通过外芯20和内芯40的磁通量方向根据流过线圈10的交流电电流方向而变化时，根据弗莱明左手定律，磁体50受到进行向前/向后的线性往复运动的力，该力通过内芯40和芯架41传递到目标运动体30。

磁体50可以使用粘合剂直接粘接在内芯40的磁体插入凹槽38中。或者将碳膜包裹在设置在磁体插入凹槽38中的磁体50上，然后将其高温硬化约一小时，使磁体50粘接在磁体插入凹槽38中。

磁体50可以整个插入到磁体插入凹槽38中，或仅将磁体50的一部分插入到磁体插入凹槽38中，同时磁体50的剩余部分突出于内芯的外周表面。在这种情况下，为了减小间隙，优选为磁体50整个插入到磁体插入凹槽38中。

在线性电动机中，各部件沿着从中心部向外的方向依次排列，从活塞30起，依次是芯架41，内芯40和磁体50的组件，外芯20、绕线架2和线圈10的组件。

下面将说明上述结构的线性电动机的工作过程。

首先，当将交流电通入线圈10后，磁通量的方向发生变化，并且磁通量进入外芯20和内芯40，由此，磁体50产生向前/向后的线性往复运动的力。

图2是显示根据本发明的线性电动机的电磁性能和磁体突出安装在内芯的外周表面上时的电磁性能的比较图。

参见图1，当磁体50突出地设置在内芯40的外周表面上，内芯40的外周表面上没有形成磁体插入凹槽时，如图2所示，电磁性能(α)的范围为73～84[N/A]，如图2中虚线所示；但是在内芯40的外周表面上形成有磁体插入凹槽38，且磁体50设置在该磁体插入凹槽38中，而不突出于内芯40的外周表面的情况下，电磁性能(α)的范围为107～125[N/A]，如图2中的实线所示。

也就是，当将磁体插入安装在内芯40的磁体插入凹槽38中时，由于间隙减小，因此可以使干扰磁体50施加的力的自阻力最小化，并且电磁性能(α)可以相对增强。

当磁体50前进时，磁体50向前推动内芯40的磁体插入凹槽38的前侧；当磁体50后退时，磁体50向后推动内芯40的磁体插入凹槽40的后侧。带动内芯40和磁体50一起向前或向后运动。

内芯40的线性往复运动通过芯架41传递给活塞30，由此磁体50、内芯40以及活塞30一起进行线性往复运动。

图3是使用根据发明第一实施例的线性电动机的线性压缩机的局部剖视图。

在本发明第一实施例中，如图3所示，在该线性压缩机中，流体通道31沿长度方向形成于活塞30中，该流体通道31中允许诸如制冷气体等流体流过。

线性压缩机包括：壳体55，该壳体构成外壳；以及线性压缩部分60，该线性压缩部分60以可以得到缓冲的方式安装在壳体55内部。该线性压缩部分60包括线性电动机1和活塞30。

用于抽吸流体的抽吸管56贯通安装在外壳55上，用于排出在线性压缩部分60中压缩的流体的环形管57也贯通安装在壳体55上的另一部位。

线性压缩部分60包括：气缸62，活塞30安装在该气缸62中，并可以进行线性往复运动；气缸座64，该气缸座安装在气缸62的外侧，并位于外芯20的前侧；外盖66，该外盖设置在外芯20的后侧；后盖70，该后盖紧固于外盖66，后盖70包括流体抽吸孔68；和弹簧支撑件76，该弹簧支撑件安装在活塞30后端侧，并具有安设在弹簧支撑件76和外盖66之间的第一弹簧72和安设在弹簧支撑件76和后盖70之间的第二弹簧74。

在线性压缩部分60中，各部件沿从中心部向外的方向依次排列，从气缸62起，依次是芯架41，内芯40和磁体50的组件，外芯20、绕线架2和线圈10的组件。

活塞30的后端突出地形成有凸缘32，以通过诸如螺钉等紧固件和芯架41以及弹簧支撑件76紧固。

线性压缩部分60还包括：抽吸阀78，该抽吸阀安装在活塞前表面，以打开或关闭活塞30的流体通道31；压缩室C，该压缩室安装在气缸62中的气缸座64一侧，以位于和活塞30相对的位置；排出阀组件80，该排出阀组件用于根据压缩室C的内部压力打开或关闭气缸62的前侧。

抽吸阀78具有这样的结构：其可以弹性弯曲，以打开或关闭流体通道31，并且该抽吸阀78通过螺钉等紧固在活塞30的前表面。

排出阀组件80包括：排出阀81，该排出阀用于打开或关闭气缸62的前端；内部排出盖83，该内部排出盖上安装着排出弹簧82，以弹性支撑排出阀81；外部排出盖84，该外部排出盖和内部排出盖83一起构成流体通道；排出管85，该排出管安装在外部排出盖84上，并和环形管57相连接。

在图3中，附图标记90表示紧固螺栓，所述螺栓依次穿过外盖66和气缸座64，以将它们紧固在一起；附图标记92表示消声器，其安装在活塞30的后端侧。

附图标记94表示前缓冲器，用于将气缸座64弹性支撑在壳体55内；附图标记96表示一个后缓冲器，用于将弹簧支撑件76弹性支撑在壳体55内。

下面说明上述结构的线性压缩机的工作过程。

首先，当活塞30后退时，通过第一弹簧72和第二弹簧74，活塞30共振并且振幅增大，由此产生很强的力，此时，根据压缩室C和活塞30的流体通道31的压力差，抽吸阀78打开流体通道31，流体通道31中的诸如制冷气体等流体被抽吸到压缩室C中。

此时，当活塞30前进时，通过第一弹簧72和第二弹簧74，活塞30共振并且振幅增大，由此产生很强的力，此时，抽吸阀78受到抽吸到压缩室C中的流体和自身弹力的作用，关闭流体通道31。压缩室C中的流体受到活塞30和抽吸阀78的挤压压缩，然后通过排出阀组件80和环形管57排出。

此时，壳体55中的流体通过后盖70的流体抽吸孔68和消声器92，然后在活塞30的流体通道31中形成的负压作用下，被抽吸到活塞30的流体通道31中。

图4是显示根据本发明第二实施例的线性电动机中目标运动体前进到最大程度时的局部纵向剖视图；图5是显示根据本发明第二实施例的线性电动机中目标运动体退回到最大程度时的局部纵向剖视图。

在图4和图5所示的本发明的第二实施例中，在线性电动机中，内芯40的磁体插入凹槽38的入口39形成为大于磁体50。

在线性电动机中，内芯40的磁体插入凹槽38的入口39做成大于磁体50，当磁体50具有最大行程时，入口39延伸至超过外芯20的前磁极21和后磁极22的位置。

再参照图1所示的本发明第一实施例的线性电动机，当磁体50的前端部前进到接近外芯20的前磁极21的前端时，或者当磁体50的后端部后退到接近外芯20的后磁极22的后端时，自流通(self-circulation)磁通量增加，从而电动机的力常数减小，电动机效率降低。由于自流通磁通量集中在磁体50的前端部和后端部，所以内芯40的磁体50的前端部的外周部分和后端部的外周部分的磁通量很容易饱和。然而，相比较而言，当磁体插入凹槽38的入口39形成为大于磁体50时，可以通过该入口39而增大间隙，以使自阻力增大。

也就是，如图5和图6所示的线性电动机和本发明第一实施例的线性电动机相比，磁体50的端部51和52的自流通磁通量减少。

此时，由于自流通磁通量减少，具有相对较小自阻力的外芯20的主磁通量的值增大。

图6是显示根据本发明第三实施例的线性电动机中目标运动体前进到最大程度时的局部纵向剖视图；图7是显示根据本发明第三实施例的线性电动机中目标运动体退回到最大程度时的局部纵向剖视图。

在本发明的第三实施例中，如图6和图7所示，内芯40的磁体插入凹槽38的入口39’形成为延伸至前磁极44的端部44a和后磁极46的端部46a。也就是，本发明的第三实施例的入口39’比本发明的第二实施例的线性电动机的入口大。所以，即使行程很大，入口39’也可以使间隙以及自阻力和相应的自流通磁通量的增加最小化。

如上所述，根据本发明的线性电动机和使用了该线性电动机的线性压缩机具有以下优点：

即，由于内芯安装为和目标运动体一起进行线性往复运动，且磁体插入凹槽形成于内芯的外周表面上，因此磁体的向前/向后的摆动能得到有效地控制。此外，由于间隙最小化，因此能使对磁体施加的力造成干扰的自阻力最小化，进而使用于输出相同的力所需的磁体用量最小化。

此外，当磁体具有最大行程时，内芯的磁体插入凹槽的入口形成为延伸大于磁体，并且延伸至超过外芯的磁极的位置。因此，当磁体设置在两侧端之间时，通过延长入口，可以增大间隙，增大自阻力，并且因此，可以防止由于自流通磁通量的集中而产生的内芯的磁通量饱和，并且可以减弱当自流通磁通量很强时出现的电动机力常数减小和电动机效率降低。

还有，由于内芯的磁体插入凹槽的入口形成为延伸至外芯的磁极，以大于磁体，因此即使当行程增大时，自流通磁通量也可以最小化，从而，可以很容易地控制行程。

基于举例和说明的目的，对本发明的优选实施例进行了前述描述。其并非用于将本发明穷举或限定于所公开的具体形式，而是可以根据上述教导的启示或者从本发明的实践中获得各种变化和改进。本发明由后附的权利要求书的范围及其等同范围所限定。