申请/专利权人：永康市宝正电机有限公司

申请日：2018-12-28

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN109510378B

主分类号：H02K5/24

分类号：H02K5/24

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.11#专利申请权的转移;2019.04.16#实质审查的生效;2019.03.22#公开

摘要：本发明涉及了一种斯特林电机减振系统，包括固定腔体、斯特林电机本体、以及减振装置。该减振装置包括径向减振装置和轴向减振装置，其中，径向减振装置周向均布于斯特林电机本体的外壁，且其包括倾斜布置，且上下对称的第一减振单元和第二减振单元；上述第一减振单元和第二减振单元均包括铰接于斯特林电机本体与固定腔体侧壁之间的径向柱状弹簧以及相并联的径向阻尼器。轴向减振装置包括铰接于斯特林电机本体与固定腔体底壁之间的轴向柱状弹簧以及相并联的轴向阻尼器。该斯特林电机利用了柱状弹簧和阻尼器并联使用时的减振阻力特性，从而减少了其自身轴向和径向的高频和低频振动，提高了工作平稳性，延长了使用寿命，同时，还能降低其工作噪声。

主权项：1.一种斯特林电机减振系统，包括固定腔体、斯特林电机本体、以及设置于两者之间的减振装置，其特征在于，所述减振装置包括径向减振装置和轴向减振装置，其中，所述径向减振装置至少设置为3组，且周向均布于所述斯特林电机本体的外壁；所述径向减振装置包括倾斜布置、且上下对称的第一减振单元和第二减振单元；所述第一减振单元和所述第二减振单元均包括铰接于所述斯特林电机本体与所述固定腔体侧壁之间的径向柱状弹簧以及与所述径向柱状弹簧相并联的径向阻尼器；所述轴向减振装置包括铰接于所述斯特林电机本体与所述固定腔体底壁之间的轴向柱状弹簧以及与所述轴向柱状弹簧相并联的轴向阻尼器；所述径向阻尼器和所述轴向阻尼器均采用阻尼力可调的电磁阻尼器；所述减振装置还包括控制器以及用于检测振动方向的重力传感器；所述重力传感器的数量为多个，均布于所述斯特林电机本体的外壁；所述控制器的信号输入端与所述重力传感器的信号输出端相连，所述控制器的信号输出端经过功率放大器与所述径向阻尼器及所述轴向阻尼器相连；所述径向柱状弹簧和所述轴向柱状弹簧的刚度均设置在0.6～1Kgmm之间；所述径向阻尼器的阻尼系数为50～100KN▪sm，所述轴向阻尼器的阻尼系数为80～250KN▪sm；所述减振装置还包括电液伺服作动器、反映所述斯特林电机本体振动幅值的加速度传感器；所述电液伺服作动器铰接于所述斯特林电机本体与所述固定腔体底壁之间；所述控制器的信号输入端与所述加速度传感器的信号输出端相连，所述控制器的信号输出端经过功率放大器与所述电液伺服作动器相连；所述径向柱状弹簧和所述轴向柱状弹簧均连接有电动推杆，用于调整各自的伸缩量大小。

全文数据：一种斯特林电机减振系统技术领域本发明涉及斯特林电机制造技术领域，具体是涉及一种斯特林电机减振系统。背景技术斯特林电机是一种往复式动力机械设备，既可以作为原动机使用，也可以作为制冷机、压力发生器使用。斯特林电机在运行状态中，在内部具有轴向往复运动活塞的作用下，其自身会产生较大幅度的振动，为此，需要设计有效、可靠的减振方式，目前市场上斯特林制冷机在减振技术方面，一种较常用的方法是采用两个压缩机对置的方式进行减振，这样可以较好地相互抵消而获得较低的微振动水平。然而这种方式增加了压缩机和斯特林制冷机的体积和重量。另外一种方法为将斯特林电机悬挂在低刚度弹簧上进行弹性支撑，从而可以有效地降低振动的传递，进而降低工作过程中的振动量，如中国专利CN100376780C，然而，在斯特林电机的启动关停的瞬间振动量出现阶跃，极易超出弹簧承受极限，从而影响斯特林电机运行的稳定性。因而，亟待技术人员解决上述问题。发明内容为了解决上述技术存在的问题，本发明提供一种从斯特林电机外部进行减振的设计方案，从而达到减振目的，以延长其自身寿命和提高其工作状态的稳定性。为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种斯特林电机，包括固定腔体、斯特林电机本体、以及设置于两者之间的减振装置。上述减振装置包括径向减振装置和轴向减振装置，其中，径向减振装置至少设置为3组，且周向均布于斯特林电机本体的外壁。另外，径向减振装置包括倾斜布置、且上下对称的第一减振单元和第二减振单元；上述第一减振单元和第二减振单元均包括铰接于斯特林电机本体与固定腔体侧壁之间的径向柱状弹簧以及与该径向柱状弹簧相并联的径向阻尼器。轴向减振装置包括铰接于斯特林电机本体与固定腔体底壁之间的轴向柱状弹簧以及与该轴向柱状弹簧相并联的轴向阻尼器。采用上述技术方案的斯特林电机减振系统，结构简单、灵活性高，后期维护方便，利用了柱状弹簧和阻尼器并联使用时的减振阻力特性，从而减少了斯特林电机本体轴向和径向的高频和低频振动，提高了其自身工作平稳性，延长了使用寿命，同时，还能降低其工作状态下的噪声。作为本发明的进一步改进，径向阻尼器和轴向阻尼器均采用阻尼力可调的电磁阻尼器。减振装置还包括控制器以及用于检测振动方向的重力传感器。该重力传感器的数量为多个，均布于所述斯特林电机本体的外壁。控制器的信号输入端与重力传感器的信号输出端相连，控制器的信号输出端经过功率放大器与径向阻尼器及轴向阻尼器相连。斯特林电机本体在不同的工况下时，其振动方向会实时发生变化，通过采用上述技术方案进行设置可实时根据斯特林电机本体的振动方向自动对减振单元的局部位置的阻尼大小进行调整，直至各方向振动量大小趋于一致，相较于传统隔振装置该斯特林电机具有隔振频率可调节的这一特性，无须对柱状弹簧和阻尼器并联而成的减振单元进行更换，简单易行。作为本发明的进一步改进，该斯特林电机减振系统还包括导向装置，其数量与径向减振装置相一致，且周向均布于斯特林电机本体的侧壁。导向装置包括固定于斯特林电机本体侧壁的滑槽，以及与滑槽相适配的、固定于固定腔体侧壁上的滑轨。在滑槽的底部，以及滑轨的底部设置有橡胶阻尼垫。通过采用上述技术方案进行设置，可有效地提高斯特林电机本体工作状态下的平稳性，提高其自身振动的导向性。不过在此需要说明一点，此种方式下，须配套安装橡胶阻尼垫，以防止滑轨和滑槽之间发生刚性碰撞，降低二者的使用寿命。另外，斯特林电机本体的振动也可以部分通过橡胶阻尼垫进行承受。作为本发明的进一步改进，在滑轨的侧壁和底壁镶嵌有条状石墨，另外，还在侧壁和底壁开设有容纳润滑脂的凹槽。条状石墨与凹槽均设置为多条，相互间隔布置，且沿着滑轨的长度方向均布。在斯特林电机的实际工作状态时，滑轨相对于滑槽始终作高频小距离寸动，通过采用上述技术方案进行设置，实现了石墨和润滑脂混合润滑，尽可能地降低滑轨相对于滑槽的摩擦阻力，提高斯特林电机工作的平稳性。另外，还可以有效地降低滑轨和滑槽的磨损速率，降低维护成本。作为本发明的进一步改进，滑轨的截面形状呈燕尾形，且其与滑槽采取G7h6间隙配合。燕尾形的滑轨相对于滑槽进行运动时，多方向进行受力，且具有较好的运动精度及平稳性。另外，还可以在滑轨的底部设置有塞铁，可方便对配合间隙进行调整。作为本发明的进一步改进，减振装置还包括电液伺服作动器、反映斯特林电机本体振动幅值的加速度传感器。电液伺服作动器铰接于斯特林电机本体与固定腔体底壁之间。控制器的信号输入端与加速度传感器的信号输出端相连，控制器的信号输出端经过功率放大器与电液伺服作动器相连。通过采用上述技术方案进行设置，加速度传感器实时采集斯特林电机本体的振动幅值，且经过其内设置的内置器放大后转化为相应的电信号模拟量，随后通过AD转换为数字量输入到控制器，控制器进行分析、处理后生成相应的控制信号，并经DA转化为模拟控制信号，进而对电液伺服作动器发生动作指令，从而输出相应的反向输出力至斯特林电机本体的底部，进而降低其自身的振动值。作为本发明的进一步改进，电液伺服作动器的数量设置为一个，且其中心轴线与斯特林电机本体的中心轴线相重合。轴向减振装置的数量至少设置为3组，围绕电液伺服作动器周向均布。通过采用上述技术方案进行设置，大大优化了结构布置方式，便于电液伺服作动器与轴向减振装置之间相互进行协调动作，提高减振系统工作的可靠性。作为本发明的进一步改进，径向柱状弹簧和所述轴向柱状弹簧均连接有电动推杆，用于调整各自的伸缩量大小。通过采用上述技术方案进行设置，可方便地通过电动推杆调整各减振单元中柱状弹簧的刚度，且可以增减径向减振装置和轴向减振装置中柱状弹簧处于工作状态的数量，从而可以方便、快捷地对减振装置总体刚度分布状态进行调整。作为本发明的进一步改进，电动推杆亦与控制器相连。通过采用上述技术方案进行设置，可以根据上述重力传感器和加速度传感器对斯特林电机本体振动情况的监测数据通过控制器自动地、智能对减振装置总体刚度分布状态进行调整，使得调整更加准确、及时，且减少了人工干预，降低了维护工作的劳动强度。作为本发明的进一步改进，径向柱状弹簧和轴向柱状弹簧的刚度均设置在0.6～1Kgmm之间。径向阻尼器的阻尼系数为50～100KN·sm，轴向阻尼器的阻尼系数为80～250KN·sm。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明斯特林电机减振系统第一种实施方式的结构示意图。图2是本发明斯特林电机减振系统第二种实施方式的结构示意图。图3是本发明斯特林电机减振系统第二种实施方式的I局部放大图。图4是本发明斯特林电机减振系统第三种实施方式的结构示意图。图5是本发明斯特林电机卧式布置时的结构示意图。1-固定腔体；2-斯特林电机本体；3-减振装置；31-径向减振装置；311-第一减振单元；312-第二减振单元；313-径向柱状弹簧；314-径向阻尼器；315-电动推杆；32-轴向减振装置；321-轴向柱状弹簧；322-轴向阻尼器；33-电液伺服作动器；34-铰座；4-导向装置；41-滑轨；42-滑槽；43-橡胶阻尼垫；44-安装底座；5-橡胶块。具体实施方式下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明。图1示出了本发明斯特林电机减振系统第一种实施方式的结构示意图，其由固定腔体1、斯特林电机本体2、以及设置于两者之间的减振装置3等几部分组成。上述减振装置3分为径向减振装置31和轴向减振装置32，其中，径向减振装置31设置为4组，且周向相互间隔90°均布于斯特林电机本体2的外壁。另外，径向减振装置31包括倾斜布置、且上下对称的两者不同布置方式的减振单元，为了便于进行叙述，将设置于上部的命名为第一减振单元311，相应地，将设置于下方的命名为第二减振单元312。第一减振单元311和第二减振单元312均相对于与斯特林电机本体2侧壁倾斜10～25°。上述第一减振单元311和第二减振单元312均包括铰接于斯特林电机本体2与固定腔体1侧壁之间的径向柱状弹簧313以及与该径向柱状弹簧313相并联的径向阻尼器314。轴向减振装置32包括铰接于斯特林电机本体2与固定腔体1底壁之间的轴向柱状弹簧321以及与该轴向柱状弹簧321相并联的轴向阻尼器322。在上述径向轴向柱状弹簧313、321，径向轴向阻尼器314、322的底部均设置有铰座34，用于实现其与斯特林电机本体2和固定腔体1侧壁的连接，这样一来，利用了柱状弹簧313、321和阻尼器314、322并联使用时的减振阻力特性，从而减少了斯特林电机本体2轴向和径向的高频和低频振动，提高了其自身工作平稳性，延长了使用寿命，同时，还能降低其工作状态下的噪声。在此需要说明一点，上述径向减振装置31还可以设置为三个、五个、六个等。另外，轴向减振装置32的数量也设置为多个，均布于斯特林电机本体2的底部。为了便于对阻尼系数进行调整，上述径向阻尼器314和轴向阻尼器322均采用阻尼力可调的电磁阻尼器，另外，根据斯特林电机的实际工况，对上述减振装置3使用到部件的参数选定范围进行了限定，具体为：径向柱状弹簧313和轴向柱状弹簧321的刚度均设置在0.6～1Kgmm之间。径向阻尼器的阻尼系数为50～100KN·sm，轴向阻尼器的阻尼系数为80～250KN·sm。图2、图3分别示出了本发明斯特林电机减振系统第二种实施方式的结构示意图和局部放大图，其相对于第一种实施方式中斯特林电机的区别点在于：1为了提高斯特林电机本体2振动的导向性，在其侧壁额外设置了导向装置4，其数量与径向减振装置31相一致，亦设置为4件，且其安装位置与径向减振装置31一一对应。上述导向装置4可参照如下方式进行设置：导向装置4包括滑轨41和滑槽42，其中，滑槽42固定于斯特林电机本体2的侧壁，相对应地，滑轨41固定于固定腔体1侧壁上。为了防止滑轨41和滑槽42之间发生刚性碰撞，还可以在滑槽42的底部，以及滑轨41的底部设置有橡胶阻尼垫43。橡胶阻尼垫43的厚度不宜过薄，以5～8mm为宜。2为了进一步减低斯特林电机本体2的振动量，在其底部增设了电液伺服作动器33。推荐如下方式进行布置：电液伺服作动器33的数量设置为一个，且其中心轴线与斯特林电机本体2的中心轴线相重合。轴向减振装置32的数量至少设置为3组，围绕电液伺服作动器33周向均布，如此一来，大大优化了结构布置方式，且便于电液伺服作动器33与轴向减振装置32之间相互进行协调动作。3径向柱状弹簧313和轴向柱状弹簧321均连接有电动推杆315，用于调整各自的伸缩量大小，可方便地通过电动推杆315调整减振装置3中柱状弹簧313、321的刚度，且可以增减径向减振装置31和轴向减振装置32中柱状弹簧313、321处于工作状态的数量，从而可以方便、快捷地对减振装置3总体刚度分布状态进行调整。在斯特林电机的实际工作状态时，滑轨41相对于滑槽42始终作高频小距离寸动，作为上述导向装置4的进一步优化，还可以在滑轨41的侧壁和底壁镶嵌有条状石墨图中未示出，另外，还可以在侧壁和底壁开设有容纳润滑脂的凹槽图中未示出，从而实现了石墨和润滑脂混合润滑，尽可能地降低滑轨41相对于滑槽42的摩擦阻力，提高斯特林电机工作的平稳性。条状石墨与凹槽均设置为多条，相互间隔布置，且沿着滑轨41的长度方向均布。再者，上述滑轨41的截面形状优选燕尾形，从而实现了多方向进行受力，且具有较好的运动精度及平稳性。为了便于对配合间隙调整，还可以在滑轨41的底部贴合有平板状塞铁图中未示出，推荐其与滑槽42的配合公差采用G7h6。再者，为了便于对滑轨41和滑槽42的相对位置进行调整，在两者的底部均设置了安装底座44。滑轨41和滑槽42通过螺钉与安装底座44进行可拆卸连接，安装底座44则可通过焊接方式与固定腔体1或斯特林电机本体2的侧壁连接。图4示出了本发明斯特林电机减振系统第三种实施方式的结构示意图，为了确保斯特林电机本体2振动方向的导向性，除了上述的滑轨滑槽配合形式，还可以采用直接在两安装底座件44间固定连接橡胶块5的方式。不过，为了满足减振的实际需求，该橡胶块5需具有较高的弹性和抗压缩变形性，优选由氢化丁腈橡胶制得。橡胶块5与安装底座间44可以通过螺栓进行固定。斯特林电机本体在不同的工况下运行时，其振动方向会实时发生变化，为了使得各方向振动量自动调整至一致，尽可能地降低振动量，上述减振装置3还包括控制器图中未示出以及用于检测振动方向的重力传感器图中未示出。该重力传感器的数量为多个，均匀地通过绝缘胶黏贴或其他方式绝缘地固定于斯特林电机本体2的侧壁和底部。控制器的信号输入端与重力传感器的信号输出端相连，控制器的信号输出端经过功率放大器与径向阻尼器314及轴向阻尼器322相连。从而，上述减振装置3相较于传统隔振装置该斯特林电机具有隔振频率可调节的这一特性，无须对柱状弹簧313、321和阻尼器314、322并联而成的第一减振单元311或第二减振单元312进行更换，简单易行。再者，上述减振装置3还设置有反映斯特林电机本体2振动幅值的加速度传感器图中未示出，其绝缘地固定于斯特林电机本体2的底壁。该加速度传感器亦与上述控制器进行连接，实现对上述电液伺服作动器33的控制。具体过程为：加速度传感器实时采集斯特林电机本体2的振动幅值，且经过其内设置的内置器放大后转化为相应的电信号模拟量，随后通过AD转换为数字量输入到控制器，控制器进行分析、处理后生成相应的控制信号，并经DA转化为模拟控制信号，进而对电液伺服作动器33发生动作指令，从而输出相应的反向输出力至斯特林电机本体2的底部，进而降低其自身的振动值。再者，上述电动推杆315亦与控制器相连，从而可以根据上述重力传感器和加速度传感器对斯特林电机本体2振动情况的监测数据通过控制器自动地、智能对减振装置3的总体刚度分布状态进行调整，使得调整更加准确、及时，且减少了人工干预，降低了维护工作的劳动强度。最后，上述的技术方案均以立式斯特林电机减振系统为例进行说明，当然，上述方案也适用于卧式斯特林电机如图5中所示，仅需要对减振装置的各组成部件进行参数调整。更甚，上述技术方案还适用于其他类型作往复高频直线运动的装置，如脉管制冷机、或者蒸汽压缩式制冷机。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

权利要求：1.一种斯特林电机减振系统，包括固定腔体、斯特林电机本体、以及设置于两者之间的减振装置，其特征在于，所述减振装置包括径向减振装置和轴向减振装置，其中，所述径向减振装置至少设置为3组，且周向均布于所述斯特林电机本体的外壁；所述径向减振装置包括倾斜布置、且上下对称的第一减振单元和第二减振单元；所述第一减振单元和所述第二减振单元均包括铰接于所述斯特林电机本体与所述固定腔体侧壁之间的径向柱状弹簧以及与所述径向柱状弹簧相并联的径向阻尼器；所述轴向减振装置包括铰接于所述斯特林电机本体与所述固定腔体底壁之间的轴向柱状弹簧以及与所述轴向柱状弹簧相并联的轴向阻尼器。2.根据权利要求1所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述径向阻尼器和所述轴向阻尼器均采用阻尼力可调的电磁阻尼器；所述减振装置还包括控制器以及用于检测振动方向的重力传感器；所述重力传感器的数量为多个，均布于所述斯特林电机本体的外壁；所述控制器的信号输入端与所述重力传感器的信号输出端相连，所述控制器的信号输出端经过功率放大器与所述径向阻尼器及所述轴向阻尼器相连。3.根据权利要求1-2中任一项所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，还包括导向装置，其数量与所述径向减振装置相一致，且周向均布于所述斯特林电机本体的侧壁；所述导向装置包括固定于所述斯特林电机本体侧壁的滑槽，以及与所述滑槽相适配的、固定于所述固定腔体侧壁上的滑轨；在所述滑槽的底部，以及所述滑轨的底部均设置有橡胶阻尼垫。4.根据权利要求3所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，在所述滑轨的侧壁和底壁镶嵌有条状石墨，另外，还在所述侧壁和所述底壁开设有容纳润滑脂的凹槽；所述条状石墨与所述凹槽设置为多条，相互间隔布置，且沿着所述滑轨的长度方向均布。5.根据权利要求4所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述滑轨的截面形状呈燕尾形，且其与所述滑槽采取G7h6间隙配合。6.根据权利要求2所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述减振装置还包括电液伺服作动器、反映所述斯特林电机本体振动幅值的加速度传感器；所述电液伺服作动器铰接于所述斯特林电机本体与所述固定腔体底壁之间；所述控制器的信号输入端与所述加速度传感器的信号输出端相连，所述控制器的信号输出端经过功率放大器与所述电液伺服作动器相连。7.根据权利要求6所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述电液伺服作动器的数量设置为一个，且其中心轴线与所述斯特林电机本体的中心轴线相重合；所述轴向减振装置的数量至少设置为3组，围绕所述电液伺服作动器周向均布。8.根据权利要求2所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述径向柱状弹簧和所述轴向柱状弹簧均连接有电动推杆，用于调整各自的伸缩量大小。9.根据权利要求8所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述电动推杆与所述控制器相连。10.根据权利要求3所述的斯特林电机减振系统，其特征在于，所述径向柱状弹簧和所述轴向柱状弹簧的刚度均设置在0.6～1Kgmm之间；所述径向阻尼器的阻尼系数为50～100KN·sm，所述轴向阻尼器的阻尼系数为80～250KN·sm。

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