位與工作腔16內(nèi)反相的壓力波，從而得到第一級活塞內(nèi)腔壓力20如圖4中所述。
[0035]當(dāng)?shù)谝患壔钊麅?nèi)腔6的壓力高于第二單向閥導(dǎo)通壓力21，例如11.2MPa時，第二單向閥11開啟，氣流從第一級活塞內(nèi)腔6進入氣源腔15，并在氣源腔15形成一個平均壓力為11.3MPa的壓力源。由于氣源腔15的壓力高于工作腔16和背壓腔17任何時刻的壓力，因此氣流就會總是從氣源腔15中進入氣浮活塞2與氣缸I之間的間隙中，形成氣膜5，對氣浮活塞2起到支撐的作用，并且在任何時刻氣膜5的支撐力都存在，不會使氣浮活塞2與汽缸產(chǎn)生任何摩擦。
[0036]本實施例一中的工作腔壓力18、第一單向閥導(dǎo)通壓力19、第一級活塞內(nèi)腔壓力20和第二單向閥導(dǎo)通壓力21的關(guān)系請進一步參見圖4。
[0037]顯然本實施例一中，一級活塞內(nèi)腔連接兩個單向閥，從而氣流總共進行了兩次增壓。也即每經(jīng)過一個單向閥，則進行了一次增壓。需要注意的是，本實施例中涉及到壓力的具體數(shù)據(jù)都是基于參數(shù)特定的氣浮活塞2和氣缸I確定的，顯然該數(shù)據(jù)并不是唯一確定的，根據(jù)不同的工作情況以及氣浮活塞2和氣缸I選擇，各級壓力也是可以進行適應(yīng)性的改變或者調(diào)整的。
[0038]在本實施例一中，氣浮活塞2是工作活塞，質(zhì)量和體積最大，需要采用氣浮支撐活塞的方式。而第一子活塞的作用主要是用來增壓，起到輔助的作用，掃氣量通常小于氣浮活塞2。其中，第一子活塞的形式可以為第一活塞頭8和第一彈簧9連接的形式。具體地，所述第一活塞頭8通過所述第一彈簧9與第一級活塞內(nèi)腔6的內(nèi)腔壁連接，所述第一活塞頭8將所述第一級活塞內(nèi)腔6分成正腔室和背腔室，并且第一彈簧9所在的腔室為背腔室。其中通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)第一彈簧9的剛度，可以使第一子活塞的第一活塞頭8質(zhì)量非常小，因此它跟第一級活塞內(nèi)腔6的內(nèi)腔壁面之間即使是直接摩擦，也不會產(chǎn)生過渡磨損。第一彈簧9也可以采用牛津板簧結(jié)構(gòu)，具體為牛津型同心渦旋臂板板簧，對第一活塞頭8起到徑向支撐的作用，防止第一活塞頭8與第一級活塞內(nèi)腔6的內(nèi)腔壁面之間的摩擦。
[0039]需要說明的是，本實施例的附圖中單向閥都是與正腔室連通，從而氣流是經(jīng)過第一級活塞內(nèi)腔6的正腔室進入氣源腔15，該附圖并不構(gòu)成對氣流途徑的限制，顯然氣流也可以是流經(jīng)背腔室后進入氣源腔15。同樣當(dāng)活塞內(nèi)腔為多級時，氣流的路徑也可以經(jīng)過任意正腔室或者背腔室。
[0040]此外，正腔室和背腔室只是為了區(qū)分附圖中第一級活塞內(nèi)腔6內(nèi)位于第一活塞頭8左側(cè)的腔室和右側(cè)的腔室。當(dāng)然第一彈簧9也可以設(shè)置在附圖中第一活塞頭8右側(cè)的腔室。此外，第一活塞頭8還可以是多段式，且各段之間通過彈簧連接。顯然本實施例一種的子活塞的形式不受附圖局限，任何現(xiàn)有技術(shù)中成熟的活塞技術(shù)都可以應(yīng)用到本實施例一中。
[0041]本實施例的氣源腔15為設(shè)置在氣浮活塞2上沿氣缸I長度方向延伸的腔體，且其中的氣流通過與所述氣源腔15連通的節(jié)流小孔3穩(wěn)定的通入到氣浮活塞2和氣缸I的間隙之間。顯然，如圖中氣源腔15的結(jié)構(gòu)不構(gòu)成對氣源腔15的限制。只要能夠最終保證在氣浮活塞2和氣缸I的間隙之間形成穩(wěn)定的氣膜5，則任意形式的氣源腔15或者是等效結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)是包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)的。
[0042]實施例二
[0043]本實施例二和實施例一不同之處僅僅在于活塞內(nèi)腔的級數(shù)。
[0044]請參見圖5，本實施例二的多級自增壓氣浮活塞2，內(nèi)部形成二級活塞內(nèi)腔和氣源腔15。其中活塞內(nèi)腔也即第一級活塞內(nèi)腔6和第二級活塞內(nèi)腔7 ο工作腔16和第一級活塞內(nèi)腔6之間，第一級活塞內(nèi)腔6和第二級活塞內(nèi)腔7之間，以及第二級活塞內(nèi)腔7與氣源腔15之間均通過單向閥連接，且分別為第一單向閥4、第二單向閥11和第三單向閥13。
[0045]當(dāng)本實施例二的氣浮活塞2在電機動子10的驅(qū)動下做往復(fù)運動時，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6中所示。當(dāng)工作腔16內(nèi)壓力高于第一單向閥導(dǎo)通壓力19，例如10.6MPa時，第一單向閥4導(dǎo)通，氣體由工作腔16進入第一級活塞內(nèi)腔6，從而在第一級活塞內(nèi)腔6形成平均壓力約為10.9MPa的壓力源。在第一級活塞內(nèi)腔6內(nèi)有第一子活塞，隨著氣浮活塞2往復(fù)運動該第一子活塞會受迫振動。通過采用合適的第一子活塞，可以在第一級活塞內(nèi)腔6產(chǎn)生一個相位與工作腔16內(nèi)反相的壓力波，從而得到第一級活塞內(nèi)腔壓力20如圖6中所述。
[0046]當(dāng)?shù)谝患壔钊麅?nèi)腔6的壓力高于第二單向閥導(dǎo)通壓力21，例如11.2MPa時，第二單向閥11開啟，氣流從第一級活塞內(nèi)腔6進入第二級活塞內(nèi)腔7，并在第二級活塞內(nèi)腔7形成一個平均壓力為11.3MPa的壓力源。在第二級活塞內(nèi)腔7內(nèi)同樣設(shè)置有一個第二子活塞，隨著氣浮活塞2的運動，第二級活塞內(nèi)腔7內(nèi)的第二子活塞，也會產(chǎn)生受迫振動，得到第二級活塞內(nèi)腔壓力22如圖6所示。通過采用合適的第二子活塞，可以在第二級活塞內(nèi)腔7產(chǎn)生一個相位與工作腔16內(nèi)相同的壓力波，如圖6所示。
[0047]當(dāng)?shù)诙壔钊麅?nèi)腔7的壓力高于第三單向閥導(dǎo)通壓力23，例如11.5MPa時，第三單向閥13開啟，氣流從第二級活塞內(nèi)腔7進入氣源腔15，并在氣源腔15內(nèi)形成一個平均壓力為
11.51MPa的壓力源。由于氣源腔15的壓力高于工作腔16和背壓腔17任何時刻的壓力，因此氣流就會總是從氣源腔15流經(jīng)節(jié)流小孔3進入氣浮活塞2與氣缸I之間的間隙，形成氣膜5，對氣浮活塞2起到支撐的作用，并且在任何時刻氣膜5的支撐力都存在，不會使氣浮活塞2與汽缸產(chǎn)生任何摩擦。
[0048]請進一步參見附圖5，第一子活塞包括互相連接的第一活塞頭8和第一彈簧9，第二子活塞包括互相連接的第二活塞頭14和第二彈簧12。
[0049]本實施例二中的工作腔壓力18、第一單向閥導(dǎo)通壓力19、第一級活塞內(nèi)腔壓力20、第二單向閥導(dǎo)通壓力21、第二級活塞內(nèi)腔壓力22和第三單向閥導(dǎo)通壓力23的關(guān)系請進一步參見圖6。
[0050]顯然，本發(fā)明的多級自增壓氣浮活塞2中的活塞內(nèi)腔并不局限為一級或者兩級，其還是可以是任意多級。
[0051]此外，本發(fā)明還提供一種直線電機，包括氣缸I和在所述氣缸I中做往復(fù)運動的活塞，且其中的活塞采用上述的多級自增壓氣浮活塞2。
[0052]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1.一種多級自增壓氣浮活塞，將氣缸分成工作腔和背壓腔，其特征在于，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入所述氣浮活塞和氣缸的間隙之間，對所述氣浮活塞形成氣浮支撐。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級自增壓氣浮活塞，其特征在于，所述活塞內(nèi)腔為多級，且相鄰的所述活塞內(nèi)腔之間通過所述單向閥串聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級自增壓氣浮活塞，其特征在于，所述活塞內(nèi)腔為一級，且所述活塞內(nèi)腔通過兩個單向閥分別與所述工作腔和氣源腔連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的多級自增壓氣浮活塞，其特征在于，所述子活塞包括活塞頭和彈簧，所述活塞頭通過所述彈簧與活塞內(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。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級自增壓氣浮活塞，其特征在于，所述工作腔中的氣流通過所述正腔室進入所述氣源腔中。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級自增壓氣浮活塞，其特征在于，所述彈簧為牛津型同心渦旋臂板板簧。7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的多級自增壓氣浮活塞，其特征在于，所述氣源腔中的氣體通過節(jié)流小孔通入所述氣浮活塞和氣缸的間隙之間。8.—種直線電機，包括氣缸和在所述氣缸中做往復(fù)運動的活塞，其特征在于，所述活塞為權(quán)利要求1至7中任意一項所述的多級自增壓氣浮活塞。
【專利摘要】本發(fā)明涉及多級增壓技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種多級自增壓氣浮活塞和直線電機。其中氣浮活塞將氣缸分成工作腔和背壓腔，且內(nèi)部形成活塞內(nèi)腔和氣源腔；工作腔、活塞內(nèi)腔和氣源腔之間均通過單向閥依次串聯(lián)；活塞內(nèi)腔中設(shè)置有子活塞，各個單向閥利用子活塞產(chǎn)生的壓力波導(dǎo)通，使得從工作腔通往氣源腔的氣流的氣壓遞增，并使得氣源腔中的氣壓大于工作腔和背壓腔中的氣壓；氣源腔中的氣體進入氣浮活塞和氣缸的間隙之間。本發(fā)明的多級自增壓氣浮活塞，設(shè)置有多級增壓結(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，以便有效保護活塞和氣缸結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】F15B15/08, F15B3/00, H02K7/18
【公開號】CN105570205
【申請?zhí)枴緾N201610005157
【發(fā)明人】胡劍英, 羅二倉, 吳張華, 陳燕燕, 張麗敏
【申請人】中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月5日