[发明专利]具有磁致动活塞的旋转机器

说明书

本发明涉及一种具有磁致动活塞的旋转机器。公开了一种旋转机器，其包括限定圆周的定子、多个第一磁体阵列、转子和第一活塞。第一磁体阵列由围绕定子的圆周以第一磁性模式布置的多个离散磁体组成。转子绕旋转轴线可旋转并限定主体。主体限定第一通道。第一活塞包括多个第一磁性元件并且在转子的第一通道内被致动。多个离散磁体以第一磁性模式布置，并且定位成当转子绕旋转轴线旋转时与第一活塞的磁性元件相互作用以产生第一磁力。第一磁力表示致动第一活塞所需的第一量的力。

技术领域

本发明公开的系统涉及旋转机器，并且更具体地说，涉及包括具有磁性元件的活塞的旋转机器，其中活塞通过在转子旋转时产生的磁力被致动。

背景技术

热力发动机使用以热量形式提供的能量来做功。存在多种热力学循环可以被热力发动机使用，例如卡诺循环、斯特林循环以及各种内燃发动机循环，如奥托循环和柴油机循环。所有这些热力学热力发动机都使用气体作为工作流体。例如，斯特林循环经常用于相对较小及普通大小的低温冷却器，其中工作流体通常是氦气。

斯特林发动机可以包括用于移动和压缩工作流体并产生输出动力的内部活塞。具体而言，活塞在其上行冲程或压缩期间接收功，并且在其下行冲程或膨胀期间产生功，随后通过工作流体将给定温度的热传递至周围的散热器。通过使用柔性轴承悬挂活塞且然后使用电磁铁产生驱动运动可以致动斯特林发动机的活塞。然而，电磁铁产生的驱动力在时间上主要是正弦曲线。正弦驱动力是由电磁铁线圈的电感以及由于驱动电压和开关速度都保持相对较低而引起的。

旋转机器还包括定子和转子。至少在一些应用中，转子可能需要被冷却。为了冷却转子，来自储存器或制冷机的冷却气体可以被引入到转子和诸如定子的静止部件之间的空间中。然而，由于转子的最外表面经受大部分冷却气体，所以转子冷却不均匀。因此，为了冷却转子的内部，可能需要用于冷却气体通过的特殊旋转接头。此外，如果使用制冷机来储存冷却气体，则需要电力连接。

通过使转子与携带电流的电刷接触而在转子上产生电力。在非转子的部件上产生的电流可以流过电刷并沿转子上的电导体流动，其中电流随后被利用。但是，电流通过电导体产生热量，这又造成焦耳加热损失。此外，电刷可能会接触发动机的轴，导致磨损和维护问题。由电刷造成的磨损随着转速而增加。在另一种为转子提供动力的方法中，可以使用电池来代替电刷。然而，电池仅储存有限量的能量，并且最终需要重新充电或更换。最后，在又一种方法中，通过从位于定子上的线圈到位于转子上的线圈的感应转移产生转子的电力。然而，转子和定子上的线圈中都发生焦耳加热损失。

发明内容

一方面，公开了一种旋转机器，其包括限定圆周的定子、多个第一磁体阵列、转子和第一活塞。第一磁体阵列由围绕定子的圆周以第一磁性模式布置的多个第一离散磁体组成。转子绕旋转轴线可旋转并限定主体。主体限定第一通道。第一活塞包括多个第一磁性元件并且在转子的第一通道内被致动。多个第一离散磁体以第一磁性模式布置，并且定位成当转子绕旋转轴线旋转时与第一活塞的磁性元件相互作用以产生第一磁力。第一磁力表示在转子的第一通道内致动第一活塞所需的第一量的力。

另一方面，公开了一种在转子的通道内致动活塞的方法，其中转子是旋转机器的一部分。该方法包括使转子绕旋转轴线旋转。转子被限定圆周的定子包围，并且多个磁体阵列由围绕定子的圆周以第一磁性模式布置的多个离散磁体组成。该方法还包括当转子绕旋转轴线旋转时产生第一磁力。通过定子的所述多个离散磁体与第一活塞的多个磁性元件之间的相互作用产生第一磁力。第一磁力表示在转子的第一通道内致动第一活塞所需的一定量的力。最后，该方法包括在转子的第一通道内致动第一活塞。

通过以下描述、附图和随附权利要求，所公开的方法和系统的其他目的和优点将是明显的。

附图说明

图1是被示为包括定子、绕旋转轴线旋转的转子、压缩活塞和膨胀活塞的低温冷却器的示例性旋转机器的示意性剖面图；

图2是沿剖面线B-B观察的图1所示的热力发动机的剖面图；