一種多級(jí)自增壓氣浮活塞和直線電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多級(jí)增壓技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多級(jí)自增壓氣浮活塞和直線電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]直線電機(jī)是一種動(dòng)子做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)結(jié)構(gòu)，電機(jī)動(dòng)子010與活塞連接在一起，活塞在氣缸001內(nèi)運(yùn)動(dòng)。其中一種形式將電能轉(zhuǎn)化成聲波形式的機(jī)械能，具體地，電機(jī)在交變電流驅(qū)動(dòng)下，活塞通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)可向外輸出壓力波；另一種形式將聲波形式的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，具體地，當(dāng)活塞在壓力波驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)則可向外輸出交流電。通過(guò)采取一定的支撐結(jié)構(gòu)，活塞可以始終和氣缸001之間保持一定的微小間隙，不產(chǎn)生任何摩擦，因此這種電機(jī)不會(huì)有任何磨損，壽命非常長(zhǎng)。為了使活塞和氣缸001之間保持一定的微小間隙，目前主要由兩種方式來(lái)支撐活塞:牛津板簧支撐和氣浮支撐。板簧支撐因?yàn)槭艿讲牧掀跇O限的制約，活塞的行程難以增加，在大功率的電機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用受到了很大的限制。
[0003]氣浮活塞002和氣缸001的結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)氣浮活塞002在氣缸001內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作腔016內(nèi)會(huì)產(chǎn)生壓力波，從而使得最終工作腔壓力018如圖2中波浪線所示。假設(shè)系統(tǒng)內(nèi)的平均壓力為lOMPa，產(chǎn)生的波動(dòng)壓力為IMPa，當(dāng)工作腔016內(nèi)的壓力超過(guò)單向閥導(dǎo)通壓力，例如10.6MPa時(shí)，單向閥004開(kāi)啟，氣體從工作腔016進(jìn)入活塞內(nèi)腔006，從而在活塞內(nèi)腔006形成一個(gè)比工作腔016和背壓腔017平均壓力都高的氣源，這樣只要工作腔016和背壓腔017的壓力低于活塞內(nèi)腔006的時(shí)候，氣體就會(huì)從活塞內(nèi)腔006經(jīng)過(guò)節(jié)流小孔003進(jìn)入氣浮活塞002和氣缸001之間的間隙，形成一層極薄的氣膜005，起到支撐氣浮活塞002的作用。
[0004]但是在采用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)工作腔壓力018高于或接近活塞內(nèi)腔006壓力的時(shí)刻，此時(shí)，氣膜005的支撐力很小甚至接近為零，活塞會(huì)跟氣缸001之間產(chǎn)生摩擦，雖然每個(gè)周期內(nèi)發(fā)生摩擦的時(shí)間非常短，但仍然可能最終導(dǎo)致活塞失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種多級(jí)自增壓氣浮活塞和直線電機(jī)，使得氣浮活塞與氣缸始終被氣膜分離，防止摩擦的產(chǎn)生。
[0007](二)技術(shù)方案
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多級(jí)自增壓氣浮活塞，將氣缸分成工作腔和背壓腔，內(nèi)部形成活塞內(nèi)腔和氣源腔;所述工作腔、活塞內(nèi)腔和氣源腔之間均通過(guò)單向閥依次串聯(lián)，且氣流從所述工作腔流向所述氣源腔;所述活塞內(nèi)腔中設(shè)置有子活塞，各個(gè)所述單向閥利用所述子活塞產(chǎn)生的壓力波導(dǎo)通，使得從所述工作腔通往所述氣源腔的氣流的氣壓遞增，并使得所述氣源腔中的氣壓大于所述工作腔和背壓腔中的氣壓;所述氣源腔中的氣體進(jìn)入所述氣浮活塞和氣缸的間隙之間，對(duì)所述氣浮活塞形成氣浮支撐。
[0009]優(yōu)選地，所述活塞內(nèi)腔為多級(jí)，且相鄰的所述活塞內(nèi)腔之間通過(guò)所述單向閥串聯(lián)。
[0010]優(yōu)選地，所述活塞內(nèi)腔為一級(jí)，且所述活塞內(nèi)腔通過(guò)兩個(gè)單向閥分別與所述工作腔和氣源腔連接。
[0011 ]優(yōu)選地，所述子活塞包括活塞頭和彈簧，所述活塞頭通過(guò)所述彈簧與活塞內(nèi)腔的內(nèi)腔壁連接，所述活塞頭將所述活塞內(nèi)腔分成正腔室和背腔室，所述彈簧位于所述背腔室中。
[0012]優(yōu)選地，所述工作腔中的氣流通過(guò)所述正腔室進(jìn)入所述氣源腔中。
[0013]優(yōu)選地，所述彈簧為牛津型同心渦旋臂板板簧。
[0014]優(yōu)選地，所述氣源腔中的氣體通過(guò)節(jié)流小孔通入所述氣浮活塞和氣缸的間隙之間。
[0015]本發(fā)明還提供一種直線電機(jī)，包括氣缸和在所述氣缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，所述活塞為上述多級(jí)自增壓氣浮活塞。
[0016](三)有益效果
[0017]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下技術(shù)效果:本發(fā)明的多級(jí)自增壓氣浮活塞，設(shè)置有多級(jí)增壓結(jié)構(gòu)，保證氣源腔中氣體的氣壓始終大于工作腔和背壓腔中的氣壓，使得氣流進(jìn)入氣浮活塞和氣缸的間隙形成可靠的氣膜，從而防止氣浮活塞和氣缸之間的摩擦，以便有效保護(hù)活塞和氣缸結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)氣浮活塞的安裝示意圖；
[0020]圖2是圖1中氣浮活塞對(duì)應(yīng)的各個(gè)壓力的坐標(biāo)示意圖；
[0021 ]圖3是實(shí)施例一氣浮活塞的安裝示意圖；
[0022]圖4是圖3中氣浮活塞對(duì)應(yīng)的各個(gè)壓力的坐標(biāo)示意圖；
[0023]圖5是實(shí)施例二氣浮活塞的安裝示意圖；
[0024I圖6是圖5中氣浮活塞對(duì)應(yīng)的各個(gè)壓力的坐標(biāo)示意圖；
[0025]圖中:001、氣缸;002、氣浮活塞;003、節(jié)流小孔;004、單向閥；005、氣膜;006、活塞內(nèi)腔;010、電機(jī)動(dòng)子;016、工作腔;017、背壓腔;018、工作腔壓力;019、單向閥導(dǎo)通壓力；1、
氣缸;2、氣浮活塞;3、節(jié)流小孔;4、第一單向閥；5、氣膜;6、第一級(jí)活塞內(nèi)腔;7、第二級(jí)活塞內(nèi)腔;8、第一活塞頭;9、第一彈簧；10、電機(jī)動(dòng)子；11、第二單向閥；12、第二彈簧；13、第三單向閥；14、第二活塞頭；15、氣源腔；16、工作腔；17、背壓腔；18、工作腔壓力；19、第一單向閥導(dǎo)通壓力；20、第一級(jí)活塞內(nèi)腔壓力；21、第二單向閥導(dǎo)通壓力；22、第二級(jí)活塞內(nèi)腔壓力；23、第三單向閥導(dǎo)通壓力。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不能用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0027]在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0028]本發(fā)明的多級(jí)自增壓氣浮活塞2，將氣缸I分成工作腔16和背壓腔17。其中所述氣浮活塞2內(nèi)形成活塞內(nèi)腔和氣源腔15，且工作腔16、活塞內(nèi)腔和氣源腔15依次串聯(lián)，使得氣流從工作腔16流出通過(guò)活塞內(nèi)腔，并流入氣源腔15。
[0029]顯然，活塞內(nèi)腔和氣源腔15的設(shè)置在于增壓，從而使得最終氣源腔15中的氣壓滿(mǎn)足要求，能夠在氣浮活塞2和氣缸I的間隙之產(chǎn)生穩(wěn)定的氣膜5。有鑒于此，本發(fā)明在活塞內(nèi)腔中均設(shè)置有子活塞，隨著氣浮活塞2運(yùn)動(dòng)，各個(gè)子活塞也隨之一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而在活塞內(nèi)腔中也產(chǎn)生壓力波。在此基礎(chǔ)上，工作腔16、活塞內(nèi)腔和氣源腔15之間均通過(guò)單向閥連接。也即工作腔16中的氣流要進(jìn)入活塞內(nèi)腔，首先要導(dǎo)通設(shè)置在工作腔16和活塞內(nèi)腔之間的單向閥;進(jìn)入活塞內(nèi)腔中的氣流要進(jìn)入氣源腔15中又要導(dǎo)通設(shè)置在活塞內(nèi)腔和氣源腔15之間的單向閥。
[0030]為了保證從所述工作腔16通往所述氣源腔15的氣流的氣壓遞增，并使得最終進(jìn)入所述氣源腔15中的氣壓大于所述工作腔16和背壓腔17中的氣壓，對(duì)于各個(gè)單向閥的導(dǎo)通壓力也是預(yù)先設(shè)定好的，其應(yīng)當(dāng)是大于當(dāng)前的活塞內(nèi)腔的平均壓力，從而只有利用子活塞產(chǎn)生的壓力波才可以在特定時(shí)候?qū)▎蜗蜷y，并使得流向氣源腔15的壓力逐級(jí)增高。最終氣源腔15中氣體的氣壓應(yīng)當(dāng)大于所述工作腔16和背壓腔17中的氣壓，保證氣源腔15中氣體的氣壓始終大于工作腔16和背壓腔17中的氣壓，使得氣流進(jìn)入活塞和氣缸I的間隙形成可靠的氣膜5，從而防止氣浮活塞2和氣缸I之間的摩擦，以便有效保護(hù)氣浮活塞2和氣缸I結(jié)構(gòu)。
[0031]為了對(duì)本發(fā)明的多級(jí)自增壓氣浮活塞2的工作原理進(jìn)行闡述，下面根據(jù)活塞內(nèi)腔的級(jí)數(shù)分成不同的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例一
[0033]請(qǐng)參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例一的多級(jí)自增壓氣浮活塞2，內(nèi)部形成一級(jí)活塞內(nèi)腔，也即第一級(jí)活塞內(nèi)腔6，以及氣源腔15。該第一級(jí)活塞內(nèi)腔6分別通過(guò)兩個(gè)不同的單向閥與工作腔16和氣源腔15導(dǎo)通，本實(shí)施例中設(shè)置在工作腔16和第一級(jí)活塞內(nèi)腔6之間的為第一單向閥4，設(shè)置在第一級(jí)活塞內(nèi)腔6和氣源腔15之間的為第二單向閥11。氣流的方向?yàn)閺墓ぷ髑?6中流出，經(jīng)過(guò)所述第一級(jí)活塞內(nèi)腔6后進(jìn)入氣源腔15。顯然氣流的流動(dòng)方向和單向閥的設(shè)置方向是相對(duì)應(yīng)的。
[0034]當(dāng)本實(shí)施例一的氣浮活塞2在電機(jī)動(dòng)子10的驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在工作腔16內(nèi)產(chǎn)生壓力波，從而使得工作腔壓力18如圖4中所示。當(dāng)工作腔16內(nèi)的壓力高于第一單向閥導(dǎo)通壓力19，例如10.6MPa時(shí)，第一單向閥4導(dǎo)通，氣體由工作腔16進(jìn)入第一級(jí)活塞內(nèi)腔6，從而在第一級(jí)活塞內(nèi)腔6形成平均壓力約為10.9MPa的壓力源。在第一級(jí)活塞內(nèi)腔6內(nèi)有第一子活塞，隨著氣浮活塞2往復(fù)運(yùn)動(dòng)該第一子活塞會(huì)受迫振動(dòng)。通過(guò)采用合適的第一子活塞，可以在第一級(jí)活塞內(nèi)腔6產(chǎn)生一個(gè)相