CN114754512B - 紧凑型斯特林制冷机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型斯特林制冷机，包括压缩组件、推移组件和动力组件；动力组件具有转轴，所述转轴上设置有偏心轮，所述压缩组件通过压缩连杆与偏心轮传动连接，将转轴的旋转运动转化为压缩组件的往复运动，所述推移组件通过月牙形的推移连杆与偏心轮连接，并使推移组件的运动轴线偏离旋转轴线。本发明克服了现有的整体式斯特林制冷机在紧凑性、体积和重量等方面不足的缺点，通过月牙形推移组件的结构形式，并使推移组件的运动轴线偏离旋转轴线，有效的减小了制冷机推移侧长度，使结构更为紧凑，体积更小，减小了安装空间；同时减小了推移组件的载荷，提高了可靠性，可在侦查告警、制导质控、中高空远程防空等领域的红外技术中应用。

Description

紧凑型斯特林制冷机

技术领域

本发明涉及斯特林制冷机领域。更具体地说，本发明涉及一种紧凑型斯特林制冷机。

背景技术

斯特林制冷机是一种可产生冷源并提供芯片正常工作的低温环境的设备。随着红外技术在侦查告警、制导质控、中高空远程防空等领域的不断应用，红外焦平面探测器不断发展。制冷机作为红外探测器的重要组成部分，为芯片提供低温工作环境，同时也占据了探测器的80~90%的体积，其结构和体积决定了探测器整体的体积和重量。

随着应用场景的多样化（如：野外、便携式场景），红外焦平面探测器不断往轻重量、小体积方向发展，现有的整体式斯特林制冷机在紧凑性、体积和重量等方面仍显不足。

发明内容

基于现有的整体式斯特林制冷机结构松散、安装所需体积大、侧向力大，不利于在红外焦平面探测器中的应用，现需要提出一种紧凑型斯特林制冷机，具有结构紧凑、体积小的特点。由于这些特点，当应用便携式红外设备时能够有效减小制冷机的安装空间，从而减小系统尺寸和重量，提高设备的便捷性。

为了实现本发明的这些目的和其它优点，本发明实施例提供如下技术方案：一种紧凑型斯特林制冷机，包括压缩组件、推移组件和动力组件；

动力组件具有转轴，所述转轴上设置有偏心轮，所述压缩组件通过压缩连杆与偏心轮传动连接，将转轴的旋转运动转化为压缩组件的往复运动，所述推移组件通过月牙形的推移连杆与偏心轮连接，将转轴的旋转运动转化为推移组件的往复运动，并使推移组件的运动轴线偏离转轴的旋转轴线。

本发明的一优选实施方案中，所述压缩连杆的一端通过第一轴承安装在偏心轮上，第三轴承安装在压缩连杆的另一端，所述压缩组件包括安装在第三轴承内圈的压缩销轴以及由压缩销轴带动并随着转轴转动而交替往复运动的压缩活塞，所述压缩活塞设置于供其往复运动以产生压缩气体的压缩气缸内。

本发明的一优选实施方案中，所述压缩连杆为8字形结构，其一端套设于所述第一轴承的外圈，其另一端套设于所述第三轴承的外圈。

本发明的一优选实施方案中，所述推移组件包括第四轴承、第五轴承、导向活塞、推移气缸、推移销轴和蓄冷器部件；

所述推移连杆一端通过第四轴承外圈连接在压缩连杆的一端，所述推移连杆另一端安装于第五轴承的外圈，所述推移销轴安装在第五轴承的内圈，所述推移销轴带动导向活塞交替往复运动，所述导向活塞设置于供其往复运动以产生压缩气体的推移气缸内，所述蓄冷器部件与所述导向活塞连接，实现同步运动。

本发明的一优选实施方案中，所述压缩气缸与推移气缸通过气体通道连通。

本发明的一优选实施方案中，还包括大底座组件，所述大底座组件包括大底座和深沟球轴承；所述动力组件安装在大底座上且动力组件的转轴穿入所述大底座装配于所述深沟球轴承上。

本发明的一优选实施方案中，所述压缩组件、推移组件和所述动力组件三者互呈90°布置，且所述压缩组件以及所述推移组件的部分分别位于所述动力组件的两侧且均装配于所述大底座中。

本发明的一优选实施方案中，所述动力组件包括定子组件和转子组件；

所述定子组件包括电机外壳和电机定子，所述转子组件包括所述转轴和电机转子。

本发明的一优选实施方案中，所述转子组件还包括配重块，所述配重块设置于转轴位于大底座的部分，配重块用于平衡不平衡力。

本发明的一优选实施方案中，所述定子组件与所述转子组件同轴设置。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：本申请紧凑型斯特林制冷机为微型整体式结构，通过月牙形推移组件的结构形式，并使推移组件的运动轴线偏离旋转轴线，有效的减小了制冷机推移侧长度，使结构更为紧凑，体积更小，减小了安装空间；同时减小了推移组件的载荷，提高了可靠性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的紧凑型斯特林制冷机的截面图a；

图2是根据本发明一个实施例的紧凑型斯特林制冷机的截面图b；

图3是根据本发明一个实施例的紧凑型斯特林制冷机无大底座组件的结构图；

图4是根据本发明一个实施例的压缩组件与动力组件的连接示意图。

附图标记说明：1-压缩组件，2-推移组件，3-转子组件，4定子组件，5-大底座组件，6-大底座，7-深沟球轴承，8-转轴，9-配重块，10-电机转子，11-压缩连杆，12-第三轴承，13-压缩销轴，14-压缩活塞，15-压缩气缸，16-推移连杆，17-第四轴承，18-导向活塞，19-推移气缸，20-推移销轴，21-蓄冷器部件，22-电机外壳，23-电机定子，24-第一轴承，25偏心轮，26大底座斜孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

微型斯特林制冷机在军用便携式红外设备领域广泛应用。本申请的紧凑型斯特林制冷机可应用在军用便携式红外设备领域。如图1所示，本发明提供一种紧凑型斯特林制冷机，包括压缩组件1、推移组件2和动力组件；

动力组件具有转轴8，所述转轴8上设置有偏心轮25，所述压缩组件1通过压缩连杆11与偏心轮25传动连接，将转轴8的旋转运动转化为压缩组件1的往复运动，所述推移组件2通过月牙形的推移连杆16与偏心轮25连接，将转轴8的旋转运动转化为推移组件2的往复运动，并使推移组件2的运动轴线偏离旋转轴线。

本实施方式中大底座组件5作为制冷机的外壳，将压缩组件1、动力组件的部分、推移组件2的部分装配在大底座6内，并作为支撑结构存在。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图1、4所示，所述压缩连杆11的一端通过第一轴承24安装在偏心轮25上，第三轴承12安装在压缩连杆11的另一端，所述压缩组件1包括安装在第三轴承12内圈的压缩销轴13以及由压缩销轴13带动并随着转轴转动而交替往复运动的压缩活塞14，所述压缩活塞14设置于供其往复运动以产生压缩气体的压缩气缸15内，所述压缩气缸15设置于大底座6内。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图3所示，所述压缩连杆11为8字形结构，其一端套设于所述第一轴承24的外圈，其另一端套设于所述第三轴承12的外圈。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：如图2所示，所述推移组件2包括第四轴承17、第五轴承、导向活塞18、推移气缸19、推移销轴20和蓄冷器部件21；蓄冷器部件21位于冷指气缸中，蓄冷器和冷指气缸为现有组件和结构，就不再赘述。

所述推移连杆16呈月牙形连杆结构，所述推移连杆16一端通过第四轴承17外圈连接在压缩连杆11的一端，所述推移连杆16另一端安装于第五轴承的外圈，所述推移销轴20安装在第五轴承的内圈，所述推移销轴20带动导向活塞18交替往复运动，所述导向活塞18设置于供其往复运动以产生压缩气体的推移气缸19内，所述蓄冷器部件21与所述导向活塞18连接，实现同步运动。

本实施方式中，通过月牙形连杆使推移组件2的导向活塞18气缸结构的中心轴线偏离转轴8的旋转轴线，推移侧的偏心曲柄结构能有效减小推移组件2的侧向力，从而减小磨损，提高可靠性。基于上述布置形式，一方面，可将推移组件2部分长度布置在大底座6内，有效的减小了制冷机推移侧长度，使结构更为紧凑，体积更小；另一方面，推移侧的偏心曲柄结构也能有效减小推移组件2的侧向力，从而减小磨损，提高可靠性。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述压缩气缸15与推移气缸19通过气体通道连通，如图2所示，气体通道为大底座斜孔26。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：还包括大底座组件5，所述大底座组件5包括大底座6和深沟球轴承7；所述动力组件安装在大底座6上且动力组件的转轴8穿入所述大底座6装配于所述深沟球轴承7的内圈上，所述深沟球轴承7的外圈固定于大底座6上。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述压缩组件、推移组件和所述动力组件三者互呈90°布置，且所述压缩组件以及所述推移组件的部分分别位于所述动力组件的两侧且均装配于所述大底座中。本实施方式中，压缩组件1、推移组件2和所述动力组件三者互呈90°的布置形式，一方面，可将推移组件2部分长度放入大底座6内，有效的减小了制冷机推移侧长度，使结构更为紧凑，体积更小。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述动力组件包括定子组件4和转子组件3；

所述定子组件4包括电机外壳22和电机定子23，所述转子组件3包括所述转轴8和电机转子10。

本实施方式中，电机定子23包括定子线圈和定子铁芯，电机转子10包括转子铁芯和转子线圈，通过定子组件4和转子组件3组成电机，实现电能与机械能的转换，通过转轴8完成传动。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述转子组件3还包括配重块9，所述配重块9设置于转轴8位于大底座6的部分，配重块9用于平衡不平衡力，为制冷机的常规设置，具体结构形式就不再赘述。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述定子组件4与所述转子组件3同轴设置。

在本实施方式中，制冷机工作流程与现有的旋转整体式斯特林制冷机一致。工作原理：电机驱动转轴8转动，转轴8偏心轮25通过第一轴承24、压缩连杆11、压缩销轴13等将旋转运动转化为压缩活塞14和导向活塞18、蓄冷器部件21的往复运动，压缩压缩腔内的气体工质，并依次通过压缩气缸15、大底座6斜孔、冷指气缸、推移气缸19、导向活塞18等零件相应位置的槽道，进入蓄冷器部件21中的高密度多孔介质结构，由于压缩活塞14与导向活塞18的位置关系，膨胀腔容积超前压缩腔容积，使得高压气体工质在热端压缩放热，并在冷端膨胀吸热，达到制冷效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，包括压缩组件、推移组件和动力组件；动力组件具有转轴，所述转轴上设置有偏心轮，所述压缩组件通过压缩连杆与偏心轮传动连接，将转轴的旋转运动转化为压缩组件的往复运动，所述推移组件通过月牙形的推移连杆与偏心轮连接，将转轴的旋转运动转化为推移组件的往复运动，并使推移组件的运动轴线偏离转轴的旋转轴线；

还包括大底座组件，所述大底座组件包括大底座和深沟球轴承；所述动力组件安装在大底座上且动力组件的转轴穿入所述大底座装配于所述深沟球轴承上；

所述压缩组件、推移组件和所述动力组件三者互呈90°布置，且所述压缩组件以及所述推移组件的部分分别位于所述动力组件的两侧且均装配于所述大底座中。

2.如权利要求1所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述压缩连杆的一端通过第一轴承安装在偏心轮上，第三轴承安装在压缩连杆的另一端，所述压缩组件包括安装在第三轴承内圈的压缩销轴以及由压缩销轴带动并随着转轴转动而交替往复运动的压缩活塞，所述压缩活塞设置于供其往复运动以产生压缩气体的压缩气缸内。

3.如权利要求2所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述压缩连杆为8字形结构，其一端套设于所述第一轴承的外圈，其另一端套设于所述第三轴承的外圈。

4.如权利要求2所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述推移组件包括第四轴承、第五轴承、导向活塞、推移气缸、推移销轴和蓄冷器部件；

所述推移连杆一端通过第四轴承外圈连接在压缩连杆的一端，所述推移连杆另一端安装于第五轴承的外圈，所述推移销轴安装在第五轴承的内圈，所述推移销轴带动导向活塞交替往复运动，所述导向活塞设置于供其往复运动以产生压缩气体的推移气缸内，所述蓄冷器部件与所述导向活塞连接，实现同步运动。

5.如权利要求4所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述压缩气缸与推移气缸通过气体通道连通。

6.如权利要求1所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述动力组件包括定子组件和转子组件；

所述定子组件包括电机外壳和电机定子，所述转子组件包括所述转轴和电机转子。

7.如权利要求6所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述转子组件还包括配重块，所述配重块设置于转轴位于大底座的部分，配重块用于平衡不平衡力。

8.如权利要求6所述的紧凑型斯特林制冷机，其特征在于，所述定子组件与所述转子组件同轴设置。