一种线性斯特林制冷机动子组件的制作方法

1.本发明涉及制冷机技术领域，具体涉及一种线性斯特林制冷机动子组件。


背景技术：

2.线性斯特林制冷机主要由压缩机、膨胀机和连接管组成。其中压缩机的动子组件受交变磁场力作用，带动压缩活塞在气缸中做往复运动，产生具有周期性压力波动的工质流动并通过连接管进入膨胀机。
3.制约制冷机的寿命的因素很多，根据国内外大量试验和研究发现，影响制冷机工作寿命的主要因素包括磨损、泄漏、污染和疲劳，其中泄漏、污染和疲劳可以通过优化设计和工艺得以保证，磨损成为关键的失效模式。对于现在广泛使用的线性斯特林制冷机，活塞与气缸磨损成为制约制冷机寿命的非常关键的因素，也是最难解决的一种失效模式。
4.为了减小斯特林制冷机活塞在气缸中的运行阻力，通常在活塞表面喷涂或粘接具有自润滑性的耐磨涂层，然后通过磨床将其加工到要求的尺寸，然后通过焊接或粘接的方式将活塞与动子骨架固定连接。
5.但是，由于活塞与动子骨架缺乏统一的定位基准，导致活塞与动子骨架在装配过程存在同轴度误差较大的问题，进而导致活塞与气缸滑动摩擦力大，压缩机振动较大。


技术实现要素：

6.本发明所解决的技术问题为：由于活塞与动子骨架缺乏统一的定位基准，导致活塞与动子骨架在装配过程存在同轴度误差较大的问题，进而导致活塞与气缸滑动摩擦力大，压缩机振动较大。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种线性斯特林制冷机动子组件，包括:动子骨架，所述动子骨架包括一体结构的侧壁和底壁，所述侧壁的纵截面呈圆环形，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端；磁钢片，所述磁钢片固定套设在所述侧壁的外部；活塞，所述活塞的一端固定设置在所述底壁上；其中，所述活塞与所述动子骨架为一体式结构，且所述活塞与所述侧壁同轴设置。
8.作为本发明进一步的方案：所述活塞与底壁连接的一端开设有弹簧安装孔。
9.作为本发明进一步的方案：所述动子骨架与所述活塞之间形成与气缸匹配的腔体，所述底壁上开设有多个与所述腔体连通的背压腔通气孔。
10.作为本发明进一步的方案：所述背压腔通气孔围绕所述侧壁的轴线均匀布设。
11.作为本发明进一步的方案：所述活塞外圆面上固定套设有耐磨套。
12.作为本发明进一步的方案：所述活塞与所述耐磨套之间为过盈配合。
13.作为本发明进一步的方案：所述耐磨套为m42高速钢，所述耐磨套的热处理硬度不小于hrc67，表面粗糙度不大于ra0.05，所述耐磨套的内、外圆柱面的圆柱度与同轴度均不
大于3um。
14.作为本发明进一步的方案：所述动子骨架外圆面的一端固定设置有安装部，所述安装部上开设有环形槽，所述环形槽与所述磁钢片匹配。
15.作为本发明进一步的方案：所述动子骨架的外圆面上固定套设有卡环，所述卡环与所述安装部分别位于所述磁钢片的两端。
16.作为本发明进一步的方案：所述卡环的一侧设置有台阶部，所述台阶部的内径与所述磁钢片的外径匹配。
17.根据本发明的一种线性斯特林制冷机动子组件，至少具有如下技术效果之一：本发明省略了活塞表面耐磨涂层的制备工序，通过将活塞与所述动子骨架设置为一体式结构，使得两者在加工时具有统一的尺寸基准，通过加工来保证活塞、动子骨架的所有圆柱面的同轴度，从而保证活塞在气缸套中直线往复运动的同轴度，减小因形位公差导致的摩擦阻力，解决现有技术中由于活塞与动子骨架分别进行加工，两者缺乏统一的定位基准，导致活塞与动子骨架在装配过程存在同轴度误差较大的问题，进而导致活塞与气缸滑动摩擦力大，压缩机振动较大的问题。
18.通过在所述活塞上开设有弹簧安装孔用于容纳压缩机动子组件的圆柱弹簧，进而能够大大缩小动子组件轴向的安装空间，从而减小压缩机的轴向尺寸。
19.通过设置有背压腔通气孔减少气缸的缸体（即气缸套）运动时收到的阻力，进而有效提升活塞的压缩做功能力。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本发明整体的剖面结构示意图；图2是本发明动子骨架的剖面结构示意图。
22.图中：1、动子骨架；2、卡环；3、磁钢片；4、耐磨套；11、活塞；12、环形槽；13、弹簧安装孔；14、腔体；15、背压腔通气孔。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
26.请参阅图1-图2所示，本发明为一种线性斯特林制冷机动子组件，包括动子骨架1、磁钢片3、活塞11。所述动子骨架1包括一体结构的侧壁和底壁，所述侧壁的纵截面呈圆环形，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端；所述磁钢片3固定套设在所述侧壁的外部；所述活塞11的一端固定设置在所述底壁上，且所述活塞11与底壁连接的一端开设有弹簧安装孔13；其中，所述活塞11与所述动子骨架1为一体式结构，且所述活塞11与所述侧壁同轴设置。
27.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，所述动子骨架1作为带动活塞11运动的支撑主体，所述动子骨架1包括一体结构的侧壁和底壁，所述侧壁的纵截面呈圆环形，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端；即所述侧壁为筒状结构，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端。所述磁钢片3固定套设在所述侧壁的外部；使用时磁钢片3受到交变磁场力的作用进而驱动所述动子骨架1以及活塞11做往复运动。
28.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，所述活塞11的一端固定设置在所述底壁上，所述活塞11与所述动子骨架1为一体式结构，且所述活塞11与所述侧壁同轴设置。所述活塞11与气缸的缸体匹配，以在气缸的缸体内运动做功。通过将活塞11与所述动子骨架1设置为一体式结构，使得两者在加工时具有统一的尺寸基准，通过加工来保证活塞11、动子骨架1的所有圆柱面的同轴度，从而保证活塞11在气缸套中直线往复运动的同轴度，减小因形位公差导致的摩擦阻力，解决现有技术中由于活塞11与动子骨架1分别进行加工，两者缺乏统一的定位基准，导致活塞11与动子骨架1在装配过程存在同轴度误差较大的问题，进而导致活塞11与气缸滑动摩擦力大，压缩机振动较大的问题。
29.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，所述活塞11与底壁连接的一端，即所述活塞11的右端（以附图为例）开设有弹簧安装孔13；通过在所述活塞11上开设有弹簧安装孔13用于容纳压缩机动子组件的圆柱弹簧，进而能够大大缩小动子组件轴向的安装空间，从而减小压缩机的轴向尺寸。
30.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，所述动子骨架1与所述活塞11之间形成与气缸的缸体匹配的腔体14，所述底壁上开设有多个与所述腔体14连通的背压腔通气孔15。进一步的，所述背压腔通气孔15围绕所述侧壁的轴线均匀布设。若干所述背压腔通气孔15的轴线与所述动子骨架1的轴线平行。通过设置有背压腔通气孔15减少气缸的缸体（即气缸套）运动时收到的阻力，进而有效提升活塞11的压缩做功能力。
31.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，斯特林制冷机间隙密封是利用活塞11和气缸之间的径向微小间隙以及该间隙在轴向的一定长度来实现的一种密封方式。间隙密封作为斯特林制冷机的一项关键技术，对制冷机的性能和寿命有至关重要的影响。目前制冷机中的活塞11主要采用涂（镀）层的表面处理，其耐磨性难以满足制冷机长寿命的需求。且活塞11表面涂层一般为聚四氟乙烯基的高分子复合材料，气缸与活塞11基体为异种金属材料，涂层材料与金属材料的热膨胀系数不同，其热膨胀系数比金属材料大10多倍，因此很难在不同环境温度下保持比较小的动密封间隙，动密封间隙的变化直接影响制冷机的制冷效率。同时涂层存在与活塞11基体结合力低、开裂、质量不稳定、工序时间长等问题，并
且其磨屑会以粉末形式脱落，进而污染工质和阻塞回热通道、降低制冷效率。
32.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，所述活塞11外圆面上固定套设有耐磨套4。所述耐磨套4与所述活塞11通过热镶套过盈配合固定连接。所述耐磨套4的外径与气缸的内径匹配。所述耐磨套4可以为m42高速钢，所述耐磨套4的热处理硬度不小于hrc67，表面粗糙度不大于ra0.05，所述耐磨套4的内、外圆柱面的圆柱度与同轴度均不大于3um。将活塞11作为基体，在活塞11上设置有经过热处理和精加工的耐磨套4，保证耐磨套4的性能，省略了活塞11表面耐磨涂层的制备和加工工序，保证活塞11与气缸之间的动密封间隙得同时简化了动子组件的加工工序。解决现有的耐磨涂层与金属基体的热膨胀系数差异过大导致动密封间隙难以保证的问题。活塞与气缸套选取同一种高速钢材料并对其进行合适的热处理、精密加工、表面强化与结构优化，降低了活塞与气缸的摩擦阻力和磨损率，避免了在不同工作温度环境下卡死，保持相对不变的动密封间隙，满足制冷机高效率、长寿命工作需求。本发明省略了活塞表面耐磨涂层的制备工序，消除了耐磨涂层材料不同（热膨胀系数差异大）导致的问题，使得制冷机在不同环境温度下的制冷效率更高，功耗减小。
33.请参阅图1-图2，在本发明的其中一个实施例中，所述动子骨架1外圆面的一端固定设置有安装部，所述安装部上（右侧面）开设有环形槽12，所述环形槽12与所述磁钢片3匹配。所述动子骨架1的外圆面上固定套设有卡环2，所述卡环2与所述安装部分别位于所述磁钢片3的两端。所述卡环2与所述动子骨架1之间可以采用激光焊接固定。进一步的，所述卡环2的一侧设置有台阶部，所述台阶部的内径与所述磁钢片3的外径匹配。磁钢片3设置在所述安装部与所述卡环2之间，并且通过环形槽12、台阶部对磁钢片3形成限定，使得磁钢片3轴向与径向均得到可靠固定。
34.本发明的工作原理：所述动子骨架1作为带动活塞11运动的支撑主体，所述动子骨架1包括一体结构的侧壁和底壁，所述侧壁的纵截面呈圆环形，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端；即所述侧壁为筒状结构，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端。所述磁钢片3固定套设在所述侧壁的外部；使用时磁钢片3受到交变磁场力的作用进而驱动所述动子骨架1以及活塞11做往复运动。所述活塞11的一端固定设置在所述底壁上，所述活塞11与所述动子骨架1为一体式结构，且所述活塞11与所述侧壁同轴设置。所述活塞11与气缸的缸体匹配，以在气缸的缸体内运动做功。通过将活塞11与所述动子骨架1设置为一体式结构，使得两者在加工时具有统一的尺寸基准，通过加工来保证活塞11、动子骨架1的所有圆柱面的同轴度，从而保证活塞11在气缸套中直线往复运动的同轴度，减小因形位公差导致的摩擦阻力，解决现有技术中由于活塞11与动子骨架1分别进行加工，两者缺乏统一的定位基准，导致活塞11与动子骨架1在装配过程存在同轴度误差较大的问题，进而导致活塞11与气缸滑动摩擦力大，压缩机振动较大的问题。
35.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的权利要求涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种线性斯特林制冷机动子组件，其特征在于，包括：动子骨架（1），所述动子骨架（1）包括一体结构的侧壁和底壁，所述侧壁的纵截面呈圆环形，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端；磁钢片（3），所述磁钢片（3）固定套设在所述侧壁的外部；活塞（11），所述活塞（11）的一端固定设置在所述底壁上；其中，所述活塞（11）与所述动子骨架（1）为一体式结构，且所述活塞（11）与所述侧壁同轴设置。2.根据权利要求1所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述活塞（11）与底壁连接的一端开设有弹簧安装孔（13）。3.根据权利要求1所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述动子骨架（1）与所述活塞（11）之间形成与气缸匹配的腔体（14），所述底壁上开设有多个与所述腔体（14）连通的背压腔通气孔（15）。4.根据权利要求3所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述背压腔通气孔（15）围绕所述侧壁的轴线均匀布设。5.根据权利要求1所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述活塞（11）外圆面上固定套设有耐磨套（4）。6.根据权利要求5所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述活塞（11）与所述耐磨套（4）之间为过盈配合。7.根据权利要求6所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述耐磨套（4）为m42高速钢，所述耐磨套（4）的热处理硬度不小于hrc67，表面粗糙度不大于ra0.05，所述耐磨套（4）的内、外圆柱面的圆柱度与同轴度均不大于3um。8.根据权利要求1所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述动子骨架（1）外圆面的一端固定设置有安装部，所述安装部上开设有环形槽（12），所述环形槽（12）与所述磁钢片（3）匹配。9.根据权利要求8所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述动子骨架（1）的外圆面上固定套设有卡环（2），所述卡环（2）与所述安装部分别位于所述磁钢片（3）的两端。10.根据权利要求9所述的一种线性斯特林制冷机动子组件,其特征在于，所述卡环（2）的一侧设置有台阶部，所述台阶部的内径与所述磁钢片（3）的外径匹配。

技术总结
本发明公开了一种线性斯特林制冷机动子组件，包括动子骨架、磁钢片、活塞。所述动子骨架包括一体结构的侧壁和底壁，所述侧壁的纵截面呈圆环形，所述底壁固定设置在所述侧壁的一端；所述磁钢片固定套设在所述侧壁的外部；所述活塞的一端固定设置在所述底壁上，且所述活塞与底壁连接的一端开设有弹簧安装孔；其中，所述活塞与所述动子骨架为一体式结构，且所述活塞与所述侧壁同轴设置。通过将活塞与所述动子骨架设置为一体式结构，使得两者在加工时具有统一的尺寸基准，通过加工来保证活塞、动子骨架的所有圆柱面的同轴度，从而保证活塞在气缸套中直线往复运动的同轴度，减小因形位公差导致的摩擦阻力，保证动子组件的性能。保证动子组件的性能。保证动子组件的性能。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：合肥航谱时代科技有限公司
技术研发日：2023.08.31
技术公布日：2023/10/5