CN100400866C - 冷却器的活塞组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种活塞组件，其包括：空心圆柱形磁铁套管，其具有结合在其外部圆周表面上的磁铁；空心圆柱形活塞，其插入在磁铁套管的空腔中；和空心圆盘形环圈，通过冷缩配合处理将其固定到活塞，并将其焊接到由与环圈相同的材料构成的磁铁套管，以获得磁铁套管和活塞彼此接合的活塞组件结构。

Description

冷却器的活塞组件

技术领域

本发明涉及一种活塞组件，其中活塞与线性马达的电枢相接合，尤其涉及一种通过焊接不锈钢环圈或插入用于焊接的固定部件而构成的冷却器的活塞组件，以使得固定部件被固定到线性马达的电枢的弯曲部分以提高线性马达的活塞和电枢的接合处理的方便性。

背景技术

通常，冷却器是一种通过诸如氦、氢等工作流体的压缩、膨胀等等来产生冷却效果的装置。图1是现有冷却器的示意图。

如图1所示，冷却器1包括：驱动部分100，用于通过由线性马达130的电磁相互作用而引起的活塞140的线性往复运动，把冷却剂气体压缩成高温和高压状态；散热部分200，用于吸收在驱动部分100中被压缩的高温和高压的冷却剂气体的部分热量，或辐射到外部；和冷却部分300，用于在散热部分200吸收相当数量的热量之后，通过冷却剂气体在热交换器330中往复运动的热力循环把冷却剂气体变换成超低温状态。

驱动部分100包括具有内部空间的壳管120，并固定到框架110，框架100同心地环绕有具有置换器310的内部/外部散热部分210、220；线性马达130，其具有定子130a和电枢(磁性套管)130b，并被安装在壳管120内部；固定到线性马达130的电枢130b的一端的活塞140，并且其做出与由线性马达130的电磁相互作用引起的电枢130b线性往复运动相同的运动；固定在框架110的内部中心上的气缸150使活塞140的线性往复运动能被均匀地发送到置换器310，该活塞被与内部散热部分210同心地插入其中；片簧160，其用于固定地支承置换器连杆320的一端，以使插入活塞140内部的置换器连杆320和与连杆320相螺旋接合的置换器310与活塞140和内部散热部分210同心；和弹簧支承170，用于通过固定装置固定的支承片簧160。未描述的参考数字130c是内部电枢，线性马达130的一个元件。

散热部分200包括：位于框架110前部与气缸150和活塞140同心的内部散热部分210，以便置换器310随活塞140的线性往复运动的做出均匀的线性往复运动，并用于从活塞140吸收被压缩成高温和高压状态的冷却剂气体的热量；和固定到内部散热部分210的外部圆周表面的外部散热部分220，用于把从内部散热部分210发送的冷却剂气体的热量辐射到冷却器1的外部。

冷却部分300包括：置换器310和置换器连杆320，其通过从活塞140挤压的冷却剂气体的压缩和膨胀在片簧160的弹性变形范围内线性往复运动，该片簧160被固定到内部散热部分210中并支承置换器连杆320的一端；热交换器330，其安装在置换器310中并存储在活塞140挤压之后并被压缩进置换器310的高温和高压的冷却剂气体的热焓(sensible heat)，并且在冷却剂气体膨胀之后，通过把温度补偿到回到低温地冷却剂气体，发送热量到高温的冷却剂气体；和空心圆柱形的置换器外壳340，以在其中安装置换器310，并具有固定到圆柱体一端的冷却侧面机件350，冷却侧面机件350与外部交换热量以使通过安装在置换器310内部的热交换器330的冷却剂气体膨胀并变成低温。

下面描述上述结构的冷却器1的工作关系。

首先，通过作为冷却器1的一个元件的线性马达130也就是，定子130a和电枢130b的电磁相互作用，电枢130b开始线性运动，而固定到电枢130b的一端的活塞140做与电枢130b相同的线性运动以便压缩冷却剂气体，填充在压缩空间C中的氦或氢。

当经过散热部分200时，压缩的冷却剂气体通过散热部分200将一部分热量放射出冷却器1，并在经过置换器310之后被引入到热交换器330中。

置换器310被线性移动到片簧160的弹性变形内的膨胀空间P，其中置换器连杆320的一端被固定到片簧，并由于压缩的冷却剂气体的压力朝着冷却部分300变形。

引入线性移动的置换器310的压缩的冷却剂气体经过安装在置换器310内部的热交换器330，并发送热量以在热交换器330中存储热能，并且流到与置换器310相对的膨胀空间P。通过由于活塞140的压力减少的弹性恢复，置换器310被运动到压缩空间C。

接着，通过流到膨胀空间P膨胀地冷却剂气体的压力被，置换器310在与活塞140相反的方向线性往复。通过由置换器310线性往复引起的置换器连杆320的强有力的输入，片簧160朝着冷却部分300相对侧变形。

接着，膨胀空间P由于冷却剂气体的膨胀被冷却下降到很低的温度，并且膨胀的低温冷却剂气体再次经过热交换器330，并接收热交换器330中存储的要被引入到压缩空间C的热能。由于膨胀空间P中膨胀的冷却剂气体减少的膨胀，通过片簧160的弹性恢复，置换器310被移动回到压缩空间C。通过重复再次压缩被引入到压缩空间C中的冷却剂气体的循环，完成执行冷却器1的冷却操作。

现在，下面将详细描述作为冷却器1的一个元件的线性马达130。

线性马达是在三维形状中普通马达中产生磁场平面的马达。通过在该平面上定子上形成的磁场的改变，平面形的电枢被驱动在该平面上线性运动。

图2是线性马达的图。

如图2所示，线性马达包括：具有多个磁铁139的电枢13b，磁铁彼此均匀间隔，粘附在其中插入活塞的套管137的外部圆周表面上；和具有其中插入电枢130b的定子130a，用于允许电枢130b通过电枢130b的磁铁139和作为定子130a的元件的定子铁心135的电磁相互作用线性往复运动。

特别的是，电枢130b包括空心圆柱形套管137和磁铁139。空心圆柱形套管137由不锈钢构成，并具有该圆柱体一端上的上弯部分，以直角被向外上弯到套管137，和该圆柱体的另一端上的弯曲部分145，以直角被向内弯曲到套管137。围绕弯曲部分145，提供了以相同间距间隔开的多个螺栓插孔146，以便通过使用小螺栓143和螺母144固定活塞140。

此外，以均匀间距在套管137的圆周表面上形成长度中的缝隙138。

如图2所示，定子130a包括具有一定深度沟槽形的定子130a的圆周表面上的线圈绕组部分131；圆柱形的定子主体133，并具有在绕组部分的两端上整体形成的终端部件132；定子线圈134缠绕在定子主体133的线圈绕组部分131上；和多个定子铁心135，其具有通过在其中心上形成的沟槽136的定子主体，以便线圈134被粘附地固定到具有缠绕线圈134的定子主体133的外部圆周表面。

图3是现有活塞组件的接合截面图。

如图3所示，在通过线性马达的电磁相互作用，电枢130b和活塞在定子130a内部线性往复运动的情况下，通过使用多个小螺栓143和螺母144，在电枢130b的末端上形成的弯曲部分145被固定到活塞140的凸缘部分141以形成活塞组件，从而通过接收电枢130b的线性往复运动，活塞140可以做出与电枢130b相同的线性往复运动。

为了形成上述结构的现有活塞组件，电枢130b和活塞140被放入手套箱(密封的透明箱)，并戴着橡胶手套通过使用小螺栓143和螺母144，将活塞140的凸缘部分141和电枢130b的弯曲部分145彼此接合固定。

然而，上述的接合方法很不方便并耗费时间，因为接合方法包括把多个小螺栓143分别逐个插入在活塞140的凸缘部分141以及电枢130b的弯曲部分145上形成的螺栓插入孔142、146的处理，并且还要在小箱子内比如手套箱戴着橡胶手套逐个用螺母扣紧螺栓143。

此外，难于把螺母144固定到插入外部圆周表面的螺栓143，因为套管长且深。

因此，活塞组件的现有的接合方法缺点在于降低了操作效率和产量，这是由于电枢130b和活塞140的困难和不方便的螺丝接合处理。

发明内容

因此，本发明涉及一种活塞组件，其充分地克服由于现有技术的限制和缺点所带来的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种活塞组件，通过焊接线性马达电枢和不锈钢环圈代替现有情况中使用小的螺栓或螺丝，电枢由与环圈相同的材料构成，与现有技术相比，简化了磁铁套管和活塞的接合处理。

此外，本发明的磁铁套管和活塞的接合处理被简化，因为固定部件被插入到活塞的凸缘部分上形成的螺栓插入孔中，并且通过施加电流固定部件被焊接并固定到磁铁套管的弯曲部分。

作为结果，由于简化了接合处理，减少了用于接合和装配的时间。因此，本发明的另一个目的是节省产品成本和提高生产率。

本发明的其他优点、目的和特征将在下面的说明中部分地阐明，通过检验下面的内容和从本发明地实践中学校，本发明的其他优点、目的和特征对本领域普通技术人员来说是显而易见的。通过说明书和其权利要求书以及附图所特别指出的结构，可以实现和获得本发明的目的和优点。

为实现这些目的和其他的优点，并根据本发明目的，如在此具体实施并广义描述的，活塞组件包括：空心圆柱形磁铁套管，其具有在其空腔的一端上向内弯曲的弯曲部分，和结合在其外部圆周表面上的磁铁；空心圆柱形活塞，其被插入地配备在磁铁套管的空腔中并具有在其凸缘部分中形成的固定部件插入孔；和固定部件，通过施加电流将其熔化固定到磁铁套管，并作为溶剂来将磁铁套管的弯曲部分和活塞的凸缘部分彼此固定。

在本发明的另一方面，活塞组件包括：空心圆柱形磁铁套管，其具有在其空腔的一端上的向内弯曲的弯曲部分，和结合在其外部圆周表面上的磁铁，该弯曲部分具有固定部件插入孔；空心圆柱形活塞，其被插入地配备在磁铁套管的空腔中并具有在其凸缘部分中形成的固定部件插入孔；和固定部件，通过施加电流将其熔化固定到磁铁套管，并作为溶剂来将磁铁套管的弯曲部分和活塞的凸缘部分彼此固定。

应该明白的是，本发明的前面的一般性描述和下面的详细描述是示例性的，并意在提供如权利要求所述的本发明的进一步的解释。

附图说明

所包括的附图提供本发明的进一步解释，并被结合和构成本申请的一部分，其说明了本发明的实施例，并且连同说明书作用来解释本发明的原理。在附图中：

图1是现有冷却器的示意结构图；

图2是现有线性马达的示意结构图；

图3是现有活塞组件的接合截面图；

图4是根据本发明第一实施例的活塞组件的分解透视图；

图5是根据本发明第一实施例的活塞组件的接合截面图；

图6是根据本发明第二实施例的活塞组件的分解透视图；

图7是根据本发明第二实施例的活塞组件的接合截面图；和

图8是根据本发明第三实施例的活塞组件的接合截面图。

具体实施方式

现在将详细说明本发明的优选实施例，其例子被示例在附图中。

图4是根据本发明第一实施例的活塞组件的分解透视图，图5是根据本发明第一实施例的活塞组件的接合截面图。

根据本发明第一实施例的活塞组件400包括：以一定厚度形成的空心圆柱形磁铁套管420，具有多个磁铁410，每个磁铁具有预定的尺寸，被结合在其外部圆周表面上；空心圆柱形活塞430，其插入磁铁套管420的空腔中；以及空心圆盘形环圈440，其由不锈钢构成，并通过冷缩配合处理被强制的固定到活塞430以便被定位在磁铁套管420和活塞430之间。环圈440被焊接到由与圈440相同的材料构成地磁铁套管420该套管环圈，以便通过接合磁铁套管420和活塞430获得活塞组件结构。附图中未描述的参考数字470表示焊接部分。

下面，将详细描述根据本发明第一实施例的活塞组件400。

在图2和3所示的现有活塞组件的情况，通过使用小螺丝或螺栓143来固定啮合活塞140和磁铁套管130b，这导致装配处理的不方便和困难。

而且，在现有的活塞组件中，由于活塞的凸缘和磁铁套管由不同的材料构成(即，活塞的凸缘由铝构成而磁铁套管由不锈钢构成)，两块难以焊接在一起。

相反，在如图4所示的根据本发明第一实施例的活塞组件400中，去除了现有活塞的凸缘，而由不锈钢制成的环圈440通过冷缩配合处理被插入活塞430和磁铁套管420之间。接着，通过将由相同的材料即不锈钢构成地磁铁套管420和环圈440焊接在一起，它们都是，磁铁套管420和活塞430形成一个组件。

前述的冷缩配合处理表示将由不锈钢构成的活塞430和环圈440强制接合的方法。一般的说，如果环圈440的内部直径小于活塞430的外部直径50μm(1μm：1/000mm)，在室温中活塞430不能被插入环圈440中，但如果环圈440被加热到200-250℃，经热膨胀来使环圈440的内部直径膨胀以使得活塞430能被插入环圈440中。在此状态下，如果环圈440的温度降低，环圈440紧密地与活塞430接合以至于不可能使活塞430和环圈440分离。

然后，焊接处理表示通过加热磁铁套管420和环圈440的接触部分并熔化两个部件来焊接磁铁套管420和环圈440的方法。焊接方法可以根据加热方法而被分类，例如，摩擦焊接、电阻焊接、等离子焊接、激光焊接等等。

活塞组件400的磁铁套管420包括具有磁铁410的空心圆柱形套管460。如图4和5所示，由不锈钢制成的套管460具有空心圆柱形，并在该圆柱体的一端上具有弯曲部分450，其以直角向外弯曲。

通过多个磁铁410来提供磁铁套管420，其中一侧的壁被紧密地固定到套管460的一端上形成的弯曲部分450。磁铁410被粘合的固定在套管460的外部圆周表面上。

如图4和5所示，活塞430具有空心圆柱形，由铝制成并且从其上去掉了凸缘部分(参考如图3的141)，而且长于磁铁套管420。

如图4和5所示，环圈440由与磁铁套管420相同的材料即不锈钢制成，并且具有要被强制的插入磁铁套管420和活塞430之间的空心圆盘形。

下面将描述处理过程，其中前述的配置的元件被耦合，并完成根据本发明第一实施例的活塞组件400。

首先，通过冷缩配合处理方法，环圈440被强制装配到空心圆柱形活塞430，两个部件由不同的材料构成。接着，具有固定于其的环圈440的活塞430被插入到磁铁套管420的空腔中。利用上面的插入，环圈440的一部分的外围表面和磁铁套管420的另一侧的壁，即套管420的上弯部分450的相对侧，彼此粘附。

接着，如图5所示，由相同材料不锈钢制成的两个部件磁铁套管420和环圈440通过焊接磁铁套管420和环圈440的接触部分彼此相互接合，使得磁铁套管420和活塞430形成一个组件。

图6是根据本发明第二实施例的活塞组件600的分解透视图，图7是根据本发明第二实施例的活塞组件600的接合截面图。

根据本发明第二实施例的活塞组件600包括：空心圆柱形磁铁套管620，其具有在该圆柱体的一端上向内弯曲的弯曲部分680，从其上去除了形成弯曲部分680中的螺栓插入孔，使得通过由施加电流引起的固定部件670的熔化固定，磁铁套管620的弯曲部分680被固定到活塞630的凸缘部分640；固定部件670，通过施加电流其熔化固定到磁铁套管620，并作为溶剂来固定磁铁套管620的弯曲部分680和活塞630的凸缘部分640；和活塞630，其具有在活塞630的凸缘部分640上形成的多个固定部件插入孔660，其中当固定部件670插入穿过时，固定部件670与磁铁套管620的弯曲部分680接触，并通过施加电流固定部件670被熔化，并被固定到磁铁套管620的弯曲部分680以使磁铁套管620和活塞630彼此固定。

固定部件670由适于通过施加的电流使其熔化的材料制成，并在整体结构中具有铆钉形状。

下面，将详细描述根据本发明第二实施例的活塞组件600。

在如图6所示根据本发明第二实施例的活塞组件中，不同于图3所示的通过使用多个小固定螺栓143和螺母144来固定磁铁套管13b的方法，用于焊接的固定部件670被插入活塞630的凸缘部分640上形成的固定部件插入孔660，并且然后，如果电流被施加到固定部件670和磁铁套管620，固定部件670被熔化在磁铁套管620的弯曲部分680上，以使得形成铆钉并使得磁铁套管620和活塞630彼此接合。

固定部件670的接合使用电阻焊接方法，其中电流被施加到磁铁套管620和固定部件670，在从固态变成液态的固定部件670的相变过程中，将预定的压力施加到固定部件670以焊接磁铁套管620的弯曲部分680和活塞630的凸缘部分640。

如上述的结构，在通过焊接固定部件670形成耦合磁铁套管620和活塞630的活塞组件中，如图6和7所示，套管690具有空心圆柱形，由不锈钢制成，并具有在该圆柱体的一端上向上弯曲部分650，其以直角向外上弯到套管690，和圆柱体另一端上的弯曲部分680，其以直角向内下弯到套管690。

特别的是，磁铁套管620被配置具有多个结合的磁铁610，其彼此间隔，围绕着套管690的外部圆周表面，每个磁铁具有一定曲率的曲线形状。

如图6和7所示，由铝制成的活塞630是空心圆柱形的，并被配置具有在圆柱体的一端上具有一定厚度的凸缘部分640，以使其表面粘合地固定到磁铁套管620的弯曲部分680，并且凸缘部分640还具有在凸缘部分640外围表面上地多个固定部件插入孔660，每个孔具有一定直径，以使得固定部件670被穿过其插入并通过施加的电流进行相变，从而固定磁铁套管620和活塞630。

如图6和7所示，固定部件670由适于电阻焊接方法的材料制成，其中通过施加的电流固定部件670从固态相变成液态，以焊接磁铁套管620和活塞630，并且其整体地成铆钉形状。

图8是根据本发明第三实施例的活塞组件800的接合截面图。该实施例中相应部件的附图标记对应于图6所示的第二实施例中的附图标记，只不过附图标记的首位数字由“6”变为“8”。例如，图8中的附图标记810、850、890分别相应于图6中的附图标记610、650、690。

参考图8，根据本发明第三实施例的活塞组件800包括：空心圆柱形磁铁套管820，其具有在该圆柱体一端上向内弯曲的弯曲部分880，和弯曲部分880上的多个固定部件插入孔860b，以使通过固定部件870的通过施加的电流的熔化固定，将磁铁套管820的弯曲部分880固定到活塞830的凸缘部分840；固定部件870，通过施加的电流，其熔化固定到磁铁套管820，并作为溶剂来固定磁铁套管820的弯曲部分880和活塞830的凸缘部分840；和活塞830，其具有活塞830的凸缘部分840上形成的多个固定部件插入孔860a，当固定部件870被穿过其插入时，固定部件870与磁铁套管820的弯曲部分880的固定部件插入孔860b接触，并通过施加到固定部件870和磁铁套管820的电流来熔化固定部件870以使其固定到磁铁套管820，从而磁铁套管820和活塞830被彼此固定。

固定部件870由适于通过施加的电流熔化的材料制成，并在整体结构中具有铆钉形状。

代替图3所示的多个小固定螺栓143和螺母144，在根据本发明第三实施例的活塞组件中，固定部件870被放入磁铁套管820的弯曲部分上以及活塞830的凸缘部分840上分别形成的固定部件插入孔860a、860b中，并被穿过其插入，然后，如果将电流施加到固定部件870以使磁铁套管820和活塞830彼此固定。

下面，通过将上述配置的元件固定，来详细描述本发明的磁铁套管和活塞的接合处理。

首先，活塞830的空心圆柱形凸缘部分840被粘附到磁铁套管820的弯曲部分880，然后，固定部件870被放入磁铁套管820的弯曲部分880以及活塞830的凸缘部分840上分别形成的固定部件插入孔860a、860b中，其中固定部件870的末端插入穿过磁铁套管820的弯曲部分880。

如果通过电阻焊接机等(未显示)把电流施加到磁铁套管820和固定部件870，则固定部件从固态相变到液态。如果用预定压力压相变的固定部件870，那么固定部件870熔化固定在磁铁套管820的弯曲部分880和活塞830的凸缘部分840之间，以固定地接合磁铁套管820和活塞830，如图8所示。

上述结构的线性马达的磁铁套管和活塞的操作与前述的现有磁铁套管和活塞的操作相同，因而省略重复描述。

如上所述，根据本发明的磁铁套管和活塞的接合处理比现有技术的更方便并大大增加了生产率，这是由于不锈钢环圈被强制的插入在磁铁套管和活塞之间，并且由与环圈相同的材料制成磁铁套管，和环圈被焊接在一起以形成本发明的活塞组件。

此外，由于固定部件被插入在活塞的凸缘部分上形成的固定部件插入孔，并且将电流施加到磁铁套管，以使得固定部件被接触固定到磁铁套管的弯曲部分，从其去除了螺栓和螺丝，因此，相比于现有技术，根据本发明的磁铁套管和活塞的接合处理变得更简单，并且由于简单的处理减少了用于接合处理的时间，减少了费用和提高了生产率。

而且，现有的活塞组件经常是引起冷却剂污染的主要原因，因为使用的螺丝和螺栓留下了许多缝隙，并且在装配之后经常发生渗气穿过该缝隙污染冷却剂。然而，根据本发明的活塞组件中则有很少或没有缝隙，因而防止了由于该原因的性能下降。

在本发明中可以作出各种修改和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的是。因此，本发明意在覆盖落入所附权利要求及其等效物范围内的本发明的修改和变化。

Claims (8)

1.一种活塞组件，该活塞组件包括：

空心圆柱形磁铁套管，其具有在其空腔的一端上的向内弯曲的弯曲部分，和结合在其外部圆周表面上的磁铁；和

空心圆柱形活塞，其被插入地配备在磁铁套管的空腔中，并具有在其凸缘部分中形成的固定部件插入孔；

其特征在于，还包括固定部件，其被通过施加的电流熔化固定到磁铁套管，并作为溶剂来使磁铁套管的弯曲部分和活塞的凸缘部分彼此固定。

2.根据权利要求1所述的活塞组件，其中该固定部件由在施加电流时能使其熔化的材料制成。

3.根据权利要求1所述的活塞组件，其中该固定部件是整体地成铆钉形状的。

4.根据权利要求1所述的活塞组件，其中使用电阻焊接方法来接合固定部件以焊接磁铁套管的弯曲部分和活塞的凸缘部分。

5.一种活塞组件，该活塞组件包括：

空心圆柱形磁铁套管，其具有在其空腔的一端上向内弯曲的弯曲部分，和结合在其外部圆周表面上的磁铁，该弯曲部分具有固定部件插入孔；和

空心圆柱形活塞，其被插入地配备在磁铁套管的空腔中，并具有在其凸缘部分中形成的固定部件插入孔；

其特征在于，还包括固定部件，其被通过施加的电流熔化固定到磁铁套管，并作为溶剂来使磁铁套管的弯曲部分和活塞的凸缘部分彼此固定。

6.根据权利要求5所述的活塞组件，其中该固定部件由在施加电流能使其熔化的材料制成。

7.根据权利要求5所述的活塞组件，其中该固定部件是整体地成铆钉形状的。

8.根据权利要求5所述的活塞组件，其中使用电阻焊接方法来固定该固定部件以焊接磁铁套管的弯曲部分和活塞的凸缘部分。

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