專利名稱：一種產(chǎn)生壓力波的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生周期性壓力波的方法及其專用裝置，特別是涉及一種采用可壓縮的金屬波紋膜盒在電磁驅(qū)動(dòng)力下周期性地改變體積，從而產(chǎn)生壓力波的方法及其專用裝置。
背景技術(shù)：
壓力波發(fā)生器在工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用，特別是在低溫回?zé)崾街评錂C(jī)有許多應(yīng)用。目前，由電磁振蕩驅(qū)動(dòng)汽缸活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓力波發(fā)生器如文獻(xiàn)[1]郁永章，劉勇編著，特種壓縮機(jī)動(dòng)力、化工及制冷用；北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1989所介紹的它是直接由交流電產(chǎn)生往復(fù)推動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；如圖1所示它主要包括永磁體(3)、導(dǎo)磁體A、B(2、4)、繞有線圈(7)的動(dòng)圈骨架(8)、支撐彈簧(10)、活塞(6)、汽缸(5)和殼體(1)等。雖然這一種壓力波發(fā)生器具有潛在的高效率的特點(diǎn)，但它需要汽缸活塞有極高的加工精度、完善的裝配工藝和措施。一般情況下，這種壓力波發(fā)生器的活塞汽缸之間由于加工和裝配困難而存在很大的摩擦，從而嚴(yán)重地影響了其可靠性和效率。此外，由于汽缸活塞的加工和安裝精度很高，因此成本很高。特別是，當(dāng)這種壓力波發(fā)生器用于回?zé)崾降蜏刂评錂C(jī)時(shí)，由于摩擦產(chǎn)生的鐵銷以及內(nèi)部材料的放氣污染，常常引起制冷機(jī)性能的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決氣缸活塞型電磁振動(dòng)壓力波發(fā)生器的上述缺點(diǎn)；為了提高壓力波發(fā)生器的可靠性和效率；為了提供一種加工和裝配方便，以及成本低的采用可壓縮的金屬波紋膜盒來代替汽缸活塞的壓力波發(fā)生器和產(chǎn)生壓力波的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的壓力波發(fā)生器(如圖2所示)包括殼體，導(dǎo)磁體A和B、永磁體、繞有導(dǎo)電線圈的動(dòng)圈骨架；其特征是還包括接線柱、彈簧、可壓縮的波紋彈簧膜盒；其中殼體呈圓桶形狀，殼體底部有一突出的小圓柱臺(tái)和有接線柱，一突出的小圓柱臺(tái)上安有支撐彈簧；支撐彈簧的一端安裝在圓形的動(dòng)圈骨架的一端，動(dòng)圈骨架的圓周上纏有導(dǎo)線，導(dǎo)線兩端各接一接線柱，呈山字形的動(dòng)圈骨架的另一端與金屬膜盒通過焊接的方法相連接，金屬膜盒的另一端與圓柱體也是通過焊接而連接成一體的，圓柱體的中心開有一與外部使用部件相連接的通道，并用圓柱體的端面通過圖中所示的螺栓固定金屬膜盒；呈圓桶狀的導(dǎo)磁體A、永磁體和導(dǎo)磁體B順序安裝在殼體的內(nèi)腔，形成一磁路的縫隙，而動(dòng)圈骨架纏有導(dǎo)線的部分則插入這個(gè)縫隙中。另外，還包括在圓柱體的另一面通過一連接件再安裝一壓力波發(fā)生器構(gòu)成對(duì)置式壓力波發(fā)生器(如圖3所示)，并在連接件的側(cè)壁開有一通道，該一通道只與圓柱體的通道連通。
所述的金屬波紋膜盒采用彈性較好的材料制作，如鈹青銅、高彈性不銹鋼。制作方式有通常液壓成型或者焊接而成；為了使波紋彈簧膜盒獲得足夠的位移，一般應(yīng)采用多層彈簧，這樣可使波紋彈簧膜盒有很長的使用壽命。
所述的動(dòng)圈骨架的圓周上纏有的導(dǎo)線包括直徑為1-3毫米的高絕緣銅導(dǎo)線或其它1-3毫米的高絕緣的導(dǎo)線。
所述的可壓縮的金屬波紋膜盒由厚度為0.1-0.2毫米之間的多層不銹鋼片焊接而成。
該壓力波發(fā)生器中的導(dǎo)磁體A、永磁體、導(dǎo)磁體B在狹縫之間形成一磁場(chǎng)回路，由彈簧支撐的繞有銅導(dǎo)線的動(dòng)圈骨架通入交流電。根據(jù)安培定律，通入交流電的動(dòng)圈骨架在磁場(chǎng)的作用下將受到往復(fù)的推動(dòng)力而使線圈來回運(yùn)動(dòng)。在本方案中，動(dòng)圈骨架與可壓縮的波紋彈簧膜盒的一端連在一起，但波紋彈簧膜盒與壓力波發(fā)生器內(nèi)部并不相通，以防止壓力波發(fā)生器內(nèi)部材料的放氣污染。由于動(dòng)圈的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使波紋彈簧膜盒內(nèi)部的容積發(fā)生周期性的變化。當(dāng)波紋彈簧膜盒內(nèi)部容積發(fā)生周期性的變化時(shí)，其內(nèi)部的氣體的壓力就發(fā)生周期性的變化，即產(chǎn)生了壓力波。本方案中的金屬波紋膜盒由于采用多層波紋彈簧膜盒，其內(nèi)部的死體積較大，因而在本壓力波發(fā)生器中加入減小死體積的圓柱。
應(yīng)用本發(fā)明的壓力波發(fā)生器產(chǎn)生壓力波的方法1.在磁體A、永磁體、導(dǎo)磁體B在狹縫之間形成一磁場(chǎng)回路；磁力線的方向在整個(gè)狹縫內(nèi)是沿著半徑方向由內(nèi)向外或者由外向內(nèi)(根據(jù)永磁體的N、S左右兩極的布置來決定)；該磁路系統(tǒng)提供了一個(gè)穩(wěn)定的永久磁場(chǎng)；2.從引線通入交流電后，線圈上也就有了沿圓周方向的交流電，在交流電的正半周期時(shí)，由于交流電與永久磁場(chǎng)的相互作用，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用在動(dòng)圈骨架上的作用力，該作用力的方向向右(或者向左)；反之，在交流電的負(fù)半周期，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向左(或者向右)的作用在動(dòng)圈骨架上的力；3.由于動(dòng)圈骨架與金屬膜盒是連接在一起的，因此，動(dòng)圈骨架在向右或者向左的這種周期性的作用力下，將周期性推動(dòng)金屬膜盒運(yùn)動(dòng)，使金屬膜盒內(nèi)部的氣體介質(zhì)受到壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生了氣體壓力周性地升高和降低，即產(chǎn)生了壓力波。
本發(fā)明的壓力波發(fā)生器和產(chǎn)生壓力波的方法與汽缸活塞型的電磁振動(dòng)壓力波發(fā)生器相比，其優(yōu)點(diǎn)是(1)徹底消除了汽缸活塞之間的摩擦，因而壓力波發(fā)生器的可靠性和效率都可以得到更大的提高；(2)不需要高精度的加工制作和安裝工藝，因而制作成本可以大幅度降低；(3)由于壓力波發(fā)生器中的氣體與金屬波紋膜盒中的氣體不相通，因而可以防止金屬波紋膜盒中的工作氣體受到污染。
(4)應(yīng)用本發(fā)明的壓力波發(fā)生器產(chǎn)生壓力波的方法簡(jiǎn)單，效率高。


圖1已有技術(shù)中電磁振蕩式壓力波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)壓力波發(fā)生器的的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例對(duì)置式壓力波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意面說明殼體-1 導(dǎo)磁體A-2 導(dǎo)磁體B-4永磁體-3 汽缸-5活塞-6
導(dǎo)線(線圈)-7 動(dòng)圈骨架-8 接線柱-9支撐彈簧-10 金屬波紋膜盒-11圓柱體-12通道-13 狹縫-14連接部件-15徑向通道-1具體實(shí)施方式
實(shí)施例1按圖2制作一單驅(qū)動(dòng)壓力波發(fā)生器該壓力波發(fā)生器的殼體1采用合金鋁制作，其目的是減小重量和增強(qiáng)換熱；永磁體3采用磁能級(jí)較高的釹鐵硼材料，它可以在磁場(chǎng)回路的狹縫14產(chǎn)生達(dá)到1-1.3T(特斯拉)之間的磁場(chǎng)強(qiáng)度，有利于降低線圈動(dòng)圈7上的電流，從而降低線圈中的焦耳熱損失。導(dǎo)磁體A-2、導(dǎo)磁體B-4采用DT4電工純鐵制作。動(dòng)圈骨架8由呈山字形的合金鋁骨架上纏繞直徑為1-3毫米的高絕緣銅導(dǎo)線而成?？蓧嚎s的金屬波紋膜盒12由厚度為0.1-0.2毫米之間的多層不銹鋼片(市場(chǎng)有定型產(chǎn)品可以選用)焊接而成。動(dòng)圈骨架8與金屬波紋膜盒11通過膠粘接或者其它方式連接成一體(在裝配之前就已經(jīng)焊接為一體)。殼體1呈圓桶形狀，殼體1底部有一突出的小圓柱臺(tái)和有接線柱9，一凸起上安有支撐彈簧10；支撐彈簧10的一端安裝在動(dòng)圈骨架8的一端，金屬膜盒11的另一端與圓柱體12也是通過焊接而連接成一體的，圓柱體12的中心開有一通道13，并用圓柱體12的端面通過圖中所示的螺栓固定金屬膜盒11；導(dǎo)磁體A和永磁體3順序安裝在殼體1的內(nèi)腔上部，一帶沿的套桶形的導(dǎo)磁體B的沿壓蓋在永磁體3上，其導(dǎo)磁體B的套桶穿進(jìn)動(dòng)圈骨架8縫隙中；由于金屬波紋膜盒內(nèi)有一圓柱體12，用來減小波紋膜盒11內(nèi)的死體積。當(dāng)通入1-3安培的交流電時(shí)，動(dòng)圈骨架8帶動(dòng)金屬波紋膜盒作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使金屬波紋膜盒內(nèi)的容積發(fā)生周期性的變化。如果該系統(tǒng)充入氣體，則在金屬波紋膜盒內(nèi)產(chǎn)生周期性的壓力變化。
該壓力波發(fā)生器可廣泛用于制冷與低溫行業(yè)中的回?zé)崾街评錂C(jī)中，例如斯特林、脈沖管制冷機(jī)以及熱聲制冷機(jī)。
應(yīng)用該壓力波發(fā)生器產(chǎn)生壓力波的方法1.在導(dǎo)磁體A、永磁體3、導(dǎo)磁體B在狹縫14之間形成一磁場(chǎng)回路。磁力線的方向在整個(gè)狹縫內(nèi)是沿著半徑方向由內(nèi)向外或者由外向內(nèi)(根據(jù)永磁體3的N、S左右兩極的布置來決定)。該磁路系統(tǒng)提供了一個(gè)穩(wěn)定的永久磁場(chǎng)；2.從引線9通入交流電后，線圈7上也就有了沿圓周方向的交流電。在交流電的正半周期時(shí)，由于交流電與永久磁場(chǎng)的相互作用，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用在動(dòng)圈骨架8上的作用力，該作用力的方向向右(或者向左)；反之，在交流電的負(fù)半周期，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向左(或者向右)的作用在動(dòng)圈骨架8上的力。
3.由于動(dòng)圈骨架8與金屬膜盒11是連接在一起的，因此，動(dòng)圈骨架8在向右或者向左的這種周期性的作用力下，將周期性推動(dòng)金屬膜盒11運(yùn)動(dòng)，使金屬膜盒11內(nèi)部的氣體介質(zhì)受到壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生了氣體壓力周性地升高和降低，即產(chǎn)生了壓力波。
實(shí)施例2按圖3制作一雙驅(qū)動(dòng)對(duì)置式壓力波發(fā)生器該壓力波發(fā)生器有關(guān)零部件的材料和制作工藝與實(shí)施1基本相同，只是增加了一個(gè)壓力波發(fā)生器，兩個(gè)壓力波發(fā)生器之間通過一采用硬鋁制作的連接部件15將左右兩個(gè)單壓力波發(fā)生器固定成一體，并在該連接部件15的徑向加工一個(gè)通道16，即是壓力波輸出口，該徑向加工的通道16與壓力波發(fā)生器的圓柱體12的通道13相通。該壓力波發(fā)生器由于左右對(duì)稱，因而其振動(dòng)和噪音極小，在回?zé)崾街评錂C(jī)中有更為廣泛的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種壓力波發(fā)生器，包括殼體(1)，導(dǎo)磁體A(2)和B(4)、永磁體(3)、繞有導(dǎo)電線圈(7)的動(dòng)圈骨架(8)；其特征是還包括接線柱(9)、彈簧(10)、可壓縮的波紋彈簧膜盒(11)、其上開有通道(13)的圓柱體(12)；其中殼體(1)呈圓桶形狀，殼體(1)底部有一突出的小圓柱臺(tái)和有接線柱(9)，一突出的小圓柱臺(tái)上安有支撐彈簧(10)；支撐彈簧(10)的一端安裝在圓形的動(dòng)圈骨架(8)的一端，動(dòng)圈骨架(8)的圓周上纏有導(dǎo)線(7)，導(dǎo)線(7)兩端各接在一接線柱(9)上，呈山字形的動(dòng)圈骨架(8)的另一端與金屬膜盒(11)通過焊接連接，金屬膜盒(11)的另一端與圓柱體(12)焊接連成一體，圓柱體(12)的中心開有一與外部使用部件相連接的通道(13)，并用圓柱體(12)的端面通過螺栓固定金屬膜盒(11)；圓桶狀的導(dǎo)磁體A(2)、永磁體(3)和導(dǎo)磁體B(4)順序安裝在殼體(1)的內(nèi)腔，并形成縫隙(14)；動(dòng)圈骨架(8)纏有導(dǎo)線的部分則插入縫隙(14)之中。
2.按權(quán)利要求1所述的壓力波發(fā)生器，其特征是還包括在圓柱體(12)的另一面通過一連接件(15)再安裝一壓力波發(fā)生器，并在連接件的側(cè)壁開有一通道(16)，該通道(16)只與圓柱體(12)的通道(13)連通。
3.按權(quán)利要求1所述的壓力波發(fā)生器，其特征是所述的金屬波紋膜盒(11)采用彈性材料，用通常液壓成型或者焊接而制作成。
4.按權(quán)利要求1所述的壓力波發(fā)生器，其特征是所述的金屬波紋膜盒(11)采用鈹青銅、高彈性不銹鋼制作的。
5.按權(quán)利要求1所述的壓力波發(fā)生器，其特征是所述的動(dòng)圈骨架的圓周上纏有的導(dǎo)線包括直徑為1-3毫米的高絕緣銅導(dǎo)線或其它1-3毫米的高絕緣的導(dǎo)線。
6.按權(quán)利要求1所述的壓力波發(fā)生器，其特征是所述的可壓縮的金屬波紋膜盒由厚度為0.1-0.2毫米之間的多層不銹鋼片焊接而成。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的壓力波發(fā)生器產(chǎn)生壓力波的方法，其特征是壓力波發(fā)生器的導(dǎo)磁體A(2)、永磁體(3)、導(dǎo)磁體B(4)的狹縫(14)之間形成一磁場(chǎng)回路；磁力線的方向在整個(gè)狹縫內(nèi)是沿著半徑方向由內(nèi)向外或者由外向內(nèi)，根據(jù)永磁體(3)的N、S左右兩極的布置來決定，該磁路系統(tǒng)提供了一個(gè)穩(wěn)定的永久磁場(chǎng)；然后從引線(9)通入交流電后，線圈(7)上也就有了沿圓周方向的交流電；在交流電的正半周期時(shí)，由于交流電與永久磁場(chǎng)的相互作用，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用在動(dòng)圈骨架(8)上的作用力，該作用力的方向向右或者向左；反之，在交流電的負(fù)半周期，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向左(或者向右)的作用在動(dòng)圈骨架(8)上的力；由于動(dòng)圈骨架(8)與金屬膜盒(11)是連接在一起的，因此，動(dòng)圈骨架(8)在向右或者向左的這種周期性的作用力下，將周期性推動(dòng)金屬膜盒(11)運(yùn)動(dòng)，使金屬膜盒(11)內(nèi)部的氣體介質(zhì)受到壓縮和膨脹，從而產(chǎn)生了氣體壓力周期性地升高和降低，產(chǎn)生了壓力波。
全文摘要
本發(fā)明涉及壓力波發(fā)生器及方法，它包括一殼體底部有一突出和有接線柱，一突出上安有支撐彈簧；支撐彈簧的一端安裝在圓形的動(dòng)圈骨架的一端，動(dòng)圈骨架的圓周上纏有銅導(dǎo)線，動(dòng)圈骨架的另一端與金屬膜盒通過焊接相連，金屬膜盒的另一端與圓柱體焊接連成一體，圓柱體的中心開有一與外部使用部件相連接的通道，并用圓柱體的端面通過螺栓固定金屬膜盒；導(dǎo)磁體A和永磁體順序安裝在殼體的內(nèi)腔上部，一帶沿的套桶形的導(dǎo)磁體B的沿壓蓋在永磁體上，其導(dǎo)磁體B的套桶穿進(jìn)動(dòng)圈骨架縫隙中。在交變電流的作用下，電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)金屬膜盒往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致膜盒內(nèi)的氣體壓力發(fā)生周期性地升高和降低，并向外輸出壓力波。
文檔編號(hào)F04B43/09GK1421660SQ0113984
公開日2003年6月4日 申請(qǐng)日期2001年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者羅二倉, 吳劍峰, 胡勤國, 公茂瓊 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所