本实用新型涉及电机冷却领域，尤其涉及一种直线电机冷却结构。
背景技术：
直线电机是一种通过直线往复运动实现电能和机械能之间相互转换的能量转换设备。当有压力波动驱动电机的活塞往复运动时，永磁体跟随活塞往复运动改变线圈内的磁通量，从而感应出电流，将机械能转化为电能输出，这时直线电机就是一台发电机。当有外界交流电能输入电机时，交变电流会诱导线圈产生交变磁场驱动永磁体往复运动，从而带动活塞使压缩腔内的气体压缩或膨胀，将电能转换机械能，这时直线电机就是一台压缩机。
一般情况下，直线电机的活塞可以通过气浮或者板簧的方式支撑，因此直线的活塞和气缸之间可以实现零摩擦和磨损，因此理论寿命非常高，同时能量转换效率也非常高。直线电机可以通过对置布置的方式抵消运动部件的振动，因此振动噪音非常小。被广泛应用于热声发动机、热声制冷机，斯特林发电机、斯特林制冷机和脉管制冷机中。传统的直线电机通常都比较小，通常在十瓦到千瓦的量级，电本身的损耗比较小，同时因为电机功率密度设计也并不高，因此电机的冷却并不是一个主要的问题，只要对电机壳体进行简单的风冷即可。在功率稍大一点的电机中，在电机外壳上进行水冷就完全可以满足冷却将温的要求。
但随着电机功率和功率密度的增大，电机的发热量越来越大。电机发热的主要部件集中在永磁体和外定子周围，易导致直线电机内部永磁体和线圈等结构因温度过高而失效。在传统的外壳冷却方案中，热量必须通过电机内的工作气体作为传热介质传递到外壳上。但工作气体往外壳上的传热能力是很弱的。外定子虽然与外壳位置接近，但随着电机尺寸的增大，二者之间的换热也较弱。因此，对于大功率直线电机的换热冷却亟需探索新的方法。
技术实现要素：
本实用新型实施例提供一种直线电机冷却结构，用以解决大功率电机内部温度过高，避免直线电机内部永磁体和线圈等结构因温度过高而失效的问题。
本实用新型实施例提供一种直线电机冷却结构，包括：
外壳和设置在所述外壳内的第一背腔、第二背腔、内定子、外定子、永磁体、动子和换热器；
所述动子与所述永磁体连接，所述永磁体安装在所述外定子和所述内定子之间，所述换热器安装在所述第一背腔中，所述换热器将所述第一背腔分隔成第一外背腔和第一内背腔，所述第一外背腔通过所述换热器与所述第一内背腔连通；所述第一内背腔通过所述内定子与所述永磁体间的间隙与所述第二背腔连通，所述第一外背腔通过所述外定子中的间隙与所述第二背腔连通。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述直线电机冷却结构还包括：设置在所述外壳内的活塞、压缩腔和气缸。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述动子上设有若干气孔，所述第二背腔通过所述气孔与所述活塞和所述气缸间的间隙连通。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述换热器的内径与所述外定子的内径相等，所述换热器呈环形安装在所述第一背腔中。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述直线电机冷却结构还包括：用于诱导直流的单向机构；所述单向机构安装在所述第一背腔和/或所述第二背腔中。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述单向机构安装在所述第二背腔中，所述第一外背腔依次通过所述外定子和所述单向机构与所述第二背腔连通。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述单向机构安装在所述第一背腔中，所述第一外背腔通过所述单向机构与所述第一内背腔连通。
根据本实用新型一个实施例的直线电机冷却结构，所述单向机构为喷射泵或单向阀。
本实用新型实施例提供的直线电机冷却结构，通过在第一背腔内设置换热器，利用换热器将第一外背腔和第一内背腔连通，使得动子往复运动时，在换热器内被冷却的工作气体也可以流入到内定子与永磁体之间的间隙，同时还可将外定子中的热量导入换热器冷却，气体就可以将各间隙中的热量带走，从而形成了对直线电机内部的有效冷却。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的直线电机冷却结构的结构示意图；
图2是图1中a-a截面的示意图；
附图标记：
1、外壳；2、第一背腔；3、第二背腔；4、内定子；5、外定子；6、永磁体；7、动子；8、换热器；9、活塞；10、气缸；11、压缩腔；12、单向机构；21、第一外背腔；22、第一内背腔；51、铁芯；52、线圈；71、气孔。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合图1至图2描述本实用新型实施例的提供的直线电机冷却结构，该直线电机冷却结构包括：外壳1和设置在外壳1内的第一背腔2、第二背腔3、内定子4、外定子5、永磁体6、动子7和换热器8。动子7与永磁体6连接，永磁体6安装在外定子5和内定子4之间，换热器8安装在第一背腔2中，换热器8将第一背腔2分隔成第一外背腔21和第一内背腔22，第一外背腔21通过换热器8与第一内背腔22连通。第一内背腔22通过内定子4与永磁体6间的间隙与第二背腔3连通，第一外背腔21通过外定子5中的间隙与第二背腔3连通。
本实施例提供的直线电机冷却结构，在第一背腔2中设置了换热器8，换热器8将第一背腔2分成了内外两个区域，分别为第一外背腔21和第一内背腔22，换热器8能够对第一外背腔21和第一内背腔22内的工作气体进行冷却。由于第一外背腔21和第一内背腔22的容积很小，当动子7往复运动时，在换热器8内被冷却的工作气体可以流入到永磁体6与外定子5之间的间隙，同时还可将外定子5中的热量导入换热器8冷却。因此，气体就可以将气隙壁面的热量带走，从而形成对永磁体6和外定子5的冷却。
本实用新型实施例提供的直线电机冷却结构，通过在第一背腔内设置换热器，利用换热器将第一外背腔和第一内背腔连通，使得动子往复运动时，在换热器内被冷却的工作气体也可以流入到内定子与永磁体之间的间隙，同时还可将外定子中的热量导入换热器冷却，气体就可以将各间隙中的热量带走，从而形成了对直线电机内部的有效冷却。
在本实用新型提供的一实施例中，如图1和图2所示，直线电机冷却结构还包括：设置在外壳1内的活塞9、压缩腔11和气缸10。
活塞9可活动地安装在气缸10中，气缸10外侧则为内定子4。活塞9的活动端与动子7连接，压缩腔11依次通过活塞9和气缸10间的间隙及内定子4和永磁体6间的间隙与第一内背腔22连通。由于第一背腔中设置有换热器8，压缩腔11的热量、活塞9与气缸10间的热量以及内定子4与永磁体间的热量均可通过换热器8进行冷却。
为保证冷却效果，还可在动子7上设有若干气孔71。第二背腔3通过气孔71与活塞9和气缸10间的间隙连通。设置气孔71还可以使工作气体可以在第一背腔2第二背腔3内区之间流动，强化冷却效果。
根据需要冷却的效果，气孔71的数量可为多个。各气孔71依次呈环形设置在动子7上。
其中，外定子5包括：铁芯51和线圈52；铁芯51的槽内缠绕有线圈52。铁芯51可选用硅钢片，硅钢片叠成若干块成圆形包围住线圈52。
当动子7往复运动时，在换热器8内被冷却的工作气体可以流入到永磁体6与外定子5之间的间隙，还可将铁芯51和线圈52中的热量导入换热器8冷却。同时，压缩腔11的热量、活塞9与气缸10间的热量以及内定子4与永磁体间的热量还可通过换热器8进行冷却。从而形成对直线电机内部的有效冷却。
为保证换热效果，通常第一内背腔22的容积需要设计的越小越好，一般可以将换热器8的内径与外定子5的内径相等，而且换热器8呈环形安装在第一背腔2中。保证永磁体6的运动空间即可。越小的容积越有利于工作气体在穿过换热器8时同时还可以进入到永磁体6两侧的间隙中。特别是当活塞9的运动幅度足够大时，工作气体往复运动的行程可能覆盖到换热器8、第一内背腔22以及永磁体6两侧的间隙区域。
本实施例中，直线电机冷却结构还包括：用于诱导直流的单向机构12。单向机构12可根据需求安装在第一背腔2或第二背腔3中，或同时安装在第一背腔2和第二背腔3中。
单向机构12可安装在第一背腔2中，第一外背腔21通过单向机构12与第一内背腔22连通。
为提升诱导效果，单向机构12一般安装在第二背腔3中，第一外背腔21依次通过外定子5和单向机构12与第二背腔3连通。
根据实际需求，也可在第一背腔2和第二背腔3中同时安装单向机构12，仅需保证两个单向机构12诱导的方向相同即可。
根据冷却效果，单向机构12可选用喷射泵或单向阀，仅需要保证其能够在直线电机内诱导直流的即可。
当工作气体往复运动通过单向机构12时，由于单向机构12不同方向的流动阻力不对称，它可以使交变运动的工作气体诱导出一股直流，也就是让一部分气体沿着从第二背腔3到永磁体6两侧间隙，再到第一内背腔22、换热器8、第一外背腔21和硅钢间隙，最后回到单向机构12的方向稳定流动。当然如果单向机构12反向安装，则气体的流动方向相反。因为行程这样一股稳态流动，气体就可以将线圈、硅钢片、永磁体上的热量有效地通过换热器输出，形成对电机的更加有效的冷却。
综上所述，本实用新型实施例提供的直线电机冷却结构，通过在第一背腔内设置换热器，利用换热器将第一外背腔和第一内背腔连通，使得动子往复运动时，在换热器内被冷却的工作气体也可以流入到内定子与永磁体之间的间隙，同时还可将外定子中的热量导入换热器冷却，利用工作气体的往复运动和诱导直流，从而形成了对直线电机内部的有效冷却。此外，本实施例还在第二背腔中设置单向机构，利用工作气体的往复运动和诱导直流，进一步提升了直线电机的冷却效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
1.一种直线电机冷却结构，其特征在于，包括：
外壳和设置在所述外壳内的第一背腔、第二背腔、内定子、外定子、永磁体、动子和换热器；
所述动子与所述永磁体连接，所述永磁体安装在所述外定子和所述内定子之间，所述换热器安装在所述第一背腔中，所述换热器将所述第一背腔分隔成第一外背腔和第一内背腔，所述第一外背腔通过所述换热器与所述第一内背腔连通；所述第一内背腔通过所述内定子与所述永磁体间的间隙与所述第二背腔连通，所述第一外背腔通过所述外定子中的间隙与所述第二背腔连通。
2.根据权利要求1所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述直线电机冷却结构还包括：设置在所述外壳内的活塞、压缩腔和气缸。
3.根据权利要求2所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述动子上设有若干气孔，所述第二背腔通过所述气孔与所述活塞和所述气缸间的间隙连通。
4.根据权利要求1所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述换热器的内径与所述外定子的内径相等，所述换热器呈环形安装在所述第一背腔中。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述直线电机冷却结构还包括：用于诱导直流的单向机构；所述单向机构安装在所述第一背腔和/或所述第二背腔中。
6.根据权利要求5所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述单向机构安装在所述第二背腔中，所述第一外背腔依次通过所述外定子和所述单向机构与所述第二背腔连通。
7.根据权利要求5所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述单向机构安装在所述第一背腔中，所述第一外背腔通过所述单向机构与所述第一内背腔连通。
8.根据权利要求5所述的直线电机冷却结构，其特征在于，所述单向机构为喷射泵或单向阀。
技术总结