CN104196647A - 一种高精度的斯特林循环机的导磁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高精度的斯特林循环机的导磁结构，包括设于所述外壳的内腔中的外定子、内定子和永磁体，所述外定子、内定子和永磁体的形状呈环形，所述环形的永磁体设于所述环形的外定子和内定子之间，所述环形的外定子、内定子和永磁体中心轴在同一天直线上，所述外定子和内定子由软磁复合材料通过粉末冶金压制而成。本发明的技术方案通过使用具有三维磁路结构的软磁复合材料模压成型电磁机构的定子，可以实现硅钢片难以实现的磁路结构，提高了磁性能和散热效果，同时设计加工灵活，通过粉末冶金工艺实现了精度加工，提高了电磁机构的制作精度和斯特林循环机的运行稳定性。
Description
技术领域
本发明属于机械设备制造领域，涉及一种导磁结构，尤其涉及一种高精度的斯特林循环机的导磁结构。
背景技术
与传统循环理论不同，斯特林循环理论是一种更为高效的热力学理论。随着新材料、新技术不断发展而石油资源日益短缺，斯特林循环机已越来越受本领域技术人员的重视。
但是现有的斯特林循环机的电磁机构中的定子大多使用硅钢片层压制成。在斯特林电机的体积较小时，通过硅钢片层压制作定子一方面增加了制作难度，容易产生残次品，增加了成本；另一方面也难以保证制作精度，使得斯特林循环机的性能稳定性大大降低；此外，硅钢片的二维磁路结构和散热性能也逐渐成为了斯特林循环机性能提升的瓶颈。
CN 101373109公开了一种作为斯特林循环机的电磁结构的自由活塞型斯特林制冷循环机，其包括汽缸7、在所述汽缸7中往复运动的活塞18以及由动子20和定子35组成的电磁机构19，其中所述动子20配置成使所述永磁体24设置在由磁导材料制成的内轭23的外侧，所述活塞18与动子20以轴向排列设置，而所述定子35和所述汽缸7也以轴向排列设置。通过这样的配置，可减小所述电磁驱动机构19的动子20的外径RM，因而可减小在所述动子20外侧设置的所述定子35的内径RS和外径，以及最终减小整个斯特林循环制冷机的外径。但该专利的永磁体同样存在着上述的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明通过使用具有三维磁路结构的软磁复合材料模压成型电磁机构的定子，可以实现硅钢片难以实现的磁路结构，提高了磁性能和散热效果，同时设计加工灵活，通过粉末冶金工艺实现了精度加工，提高了电磁机构的制作精度和斯特林循环机的运行稳定性。
为达到上述目的，具体技术方案如下：
一种高精度的斯特林循环机的导磁结构，所述斯特林循环机包括外壳，所述外壳内设有圆柱形的内腔，所述斯特林循环机的导磁结构包括设于所述外壳的内腔中的外定子和内定子，所述斯特林电机的永磁体设于所述外定子和内定子之间，所述外定子、内定子和永磁体的形状呈环形，所述环形的永磁体设于所述环形的外定子和内定子之间，所述环形的外定子、内定子和永磁体中心轴在同一天直线上，所述外定子和内定子由软磁复合材料通过粉末冶金压制而成。
优选的，所述软磁复合材料中包括铁粉和有机材料。
优选的，所述软磁复合材料中还包括但不限于镍粉、铝粉、钴粉、硅粉。
优选的，所述软磁复合材料中铁粉和有机材料的重量比为82～75：6～12。
优选的，所述软磁复合材料的粉末冶金压制工艺包括混合、模压成型和热处理。
优选的，所述模压成型的压力为620～850MPa，所述热处理的温度为480～660℃。
优选的，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的内定子的外径为2.5～3.5cm，所述内定子的内径为1.7～2.5cm，所述内定子的高度为2.5～5cm。
优选的，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的外定子的外径为5.5～8cm，所述外定子的内径为4.2～6.4cm，所述外定子的高度为1.5～2cm。
优选的，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的内定子的外径为10.5～13cm，所述内定子的内径为9～10.5cm，所述内定子的高度为6～8cm。
优选的，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的外定子的外径为16～18.5cm，所述外定子的内径为11.0～14.0cm，所述外定子的高度为7.5～9.5cm。
相对于现有技术，本发明的技术方案通过使用软磁复合材料模压成型的定子，提高了磁性能和散热效果，同时设计加工灵活，提高了电磁机构的制作精度和斯特林循环机的运行稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的内定子的结构示意图；
图2为本发明实施例的粉末冶金形成的外定子的结构示意图；
图3为本发明实施例的斯特林电机中的外定子的结构示意图。
具体实施方式
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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。
如图1和图2中所示的本发明的实施例的一种斯特林循环机的导磁结构，斯特林循环机包括外壳，外壳内设有圆柱形的内腔。斯特林循环机的导磁结构包括设于外壳的内腔中的内定子1和外定子2。斯特林电机的永磁体设于外定子2和内定子1之间。外定子2、内定子1和永磁体的形状呈环形，环形的永磁体设于环形的外定子2和内定子1之间，并可在其间往复运动。环形的外定子2、内定子1和永磁体中心轴在同一天直线上，并与外壳内圆柱形的内腔同轴。外定子2和内定子1由软磁复合材料通过粉末冶金压制而成。
本发明的实施例通过使用具有三维磁路结构的软磁复合材料模压成型电磁机构的定子，可以实现硅钢片难以实现的磁路结构，提高了磁性能和散热效果，同时设计加工灵活，通过粉末冶金工艺实现了精度加工，提高了电磁机构的制作精度和斯特林循环机的运行稳定性。
在本发明的实施例中，软磁复合材料中包括但不限于铁粉、镍粉、铝粉、钴粉、硅粉、有机材料。
并优选软磁复合材料中铁粉和有机材料的重量比为82～75：6～12，更优选其中铁粉、镍粉、硅粉、有机材料的重量比为76：6：8：8。
在本发明的实施例中，粉末冶金压制软磁复合材料通过混合、模压成型和热处理形成。模压成型的压力为620～850MPa，时间为25～26分钟，热处理的温度为480～660℃。优选通过500MPa压制30分钟，800℃下热处理，得到磁导率μ-max为500，磁化强度为270A/m的电磁机构的定子。。
如图1和2中所示，在本发明的实施例中，通过粉末冶金工艺形成的内定子1和外定子2均分为大小两种型号，在较小型号中，内定子1的外径为2.5～3.5cm，内径为1.7～2.5cm，高度为2.5～5cm。并进一步优选外径为3.0±0.2cm，内径为2.3±0.2cm，高度为3±0.2cm。
而通过粉末冶金工艺形成的外定子2的外径为5.5～8cm，内径为4.2～6.4cm，高度为1.5～2cm。并进一步优选外径为6.2±0.2cm，内径为3.5±0.2cm，高度为1.5±0.2cm。
在较大型号中，内定子1的外径为10.5～13cm，内径为9～10.5cm，高度为6～8cm。并进一步优选外径为12.0±0.2cm，内径为9.5±0.2cm，高度为7±0.2cm。
而通过粉末冶金工艺形成的外定子2的外径为16～18.5cm，内径为11.0～14.0cm，高度为7.5～9.5cm。并进一步优选外径为17.5±0.2cm，内径为13±0.2cm，高度为8±0.2cm
如图3中所示，在本发明的实施例中，可通过两个粉末冶金工艺形成的外定子2组合形成斯特林电机中的外定子，并在两个外定子2之间套嵌入线圈3，以通过复合软磁材料形成的外定子加强线圈3所形成的磁场。
本发明的实施例的软磁复合材料制成的与硅钢片层压形成的电磁机构相比具有以下优点：
1，软磁材料具有3维磁路，对于磁场具有较好的导磁作用；
2，高频下的低铁损，频率稳定性好；
3，部件精度高，通过粉末冶金工艺可以实现较高的加工精度。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种高精度的斯特林循环机的导磁结构，所述斯特林循环机包括外壳，所述外壳内设有圆柱形的内腔，其特征在于，所述斯特林循环机的导磁结构包括设于所述外壳的内腔中的外定子和内定子，所述斯特林电机的永磁体设于所述外定子和内定子之间，所述外定子、内定子和永磁体的形状呈环形，所述环形的永磁体设于所述环形的外定子和内定子之间，所述环形的外定子、内定子和永磁体中心轴在同一天直线上，所述外定子和内定子由软磁复合材料通过粉末冶金压制而成。
2.如权利要求1所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料中包括铁粉和有机材料。
3.如权利要求2所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料中还包括但不限于镍粉、铝粉、钴粉、硅粉。
4.如权利要求3所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料中铁粉和有机材料的重量比为82～75：6～12。
5.如权利要求4所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料的粉末冶金压制工艺包括混合、模压成型和热处理。
6.如权利要求5所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述模压成型的压力为620～850MPa，所述热处理的温度为480～660℃。
7.如权利要求6所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的内定子的外径为2.5～3.5cm，所述内定子的内径为1.7～2.5cm，所述内定子的高度为2.5～5cm。
8.如权利要求7所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的外定子的外径为5.5～8cm，所述外定子的内径为4.2～6.4cm，所述外定子的高度为1.5～2cm。
9.如权利要求6所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的内定子的外径为10.5～13cm，所述内定子的内径为9～10.5cm，所述内定子的高度为6～8cm。
10.如权利要求9所述的高精度的斯特林循环机的导磁结构，其特征在于，所述软磁复合材料通过粉末冶金压制的外定子的外径为16～18.5cm，所述外定子的内径为11.0～14.0cm，所述外定子的高度为7.5～9.5cm。
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