CN1004505B - 电机功率与活塞行程无关的压缩机 - Google Patents

Abstract

电机功率与活塞行程无关的压缩机。涉及到种采用直线电机为动力的压缩机，它从解决活塞换向启动和活塞行程控制这二大关键问题着手。提出了活塞式机型的又一个发展方向：长行程和低往复频率。它的电机功率只与涉及到出力大小的活塞直径有关，而与涉及到容积余隙效率的活塞行程无关，因而能通过尽量加长活塞行程来达到大幅度提高工作压缩比和排气效率的目的。它可以将多级压缩制冷系统减化为单级压缩制冷系统就是一应用实例。

Description

电机功率与活塞行程无关的压缩机

本发明涉及到一种采用直线电机为动力的压缩机。

现有的活塞式压缩机分为旋转电机驱动型和直线电机驱动型二大类。旋转电机驱动型活塞式压缩机由于制造简单、成本低、使用寿命长等优点，已使它成为目前世界上历史最长、使用最广泛的一种机型，它的不足之处是：该机型的活塞直径、活塞行程和电机功率三者之间存在着最佳联锁关系，当活塞直径和电机功率两者一定时，活塞行程不能随意加长，因此余隙效率上不去，它的工作压缩比最大一般只能控制在10左右为宜，否则就要采用多级压缩，这是习已为常的。直线电机驱动型活塞式压缩机目前仍处于启蒙阶段，见《国外科技消息》（77年21期第7页）中关于“直线马达压缩机”的报道，报道中的这种机型实属高频电磁振荡型活塞式压缩机，它的活塞往复振荡频率极高，与50赫或60赫的交流市电同步，活塞行程极短，容积余隙效率很低，并且这种非牵制型活塞的行程控制是靠牺牲一定的容积余隙效率来保证的。因此只有工作在远小于10的低压缩比工况时，它的效率才有可能高于旋转电机驱动型活塞式压缩机，这样的机型结构同样存在着活塞直径、活塞行程和电机功率三者之间的最佳联锁关系，而且它只适合于做成一、二百瓦左右的小功率机型，因此它的实用价值很有限，但它的问世开创了活塞式压缩机的一个发展方向。众所周知：自从直线电机问世以来，就应该在活塞式压缩机领域有所应用，省略“转动变平动”这一机械转换环节和大幅度扩大活塞行程以提高活塞式压缩机的效率，然而由于如下的二个关键的问题一直未能合理地解决，至使这样的新机型难以问世。其一是：正常往复运行的活塞每次换向时都将迫使直线电机的工作处于启动状态，如果直线电机周期性频繁地处于这样的启动状态，那么直线电机的能耗将必然是大得惊人，以至完全失去了该新机型存在的价值。其二是：按现有的活塞气缸结构使用直线电机为动力，在工作压缩比较高且有所变化的情况下，难以准确地控制住这种非牵制型活塞的行程，电控活塞行程也是一种方法，但由于它的可靠程度不够高，目前仍处于试验阶段。1978年1月10日，由（A）US-4067667中揭示的一种可以控制行程的往复式活塞压缩机也是一种试图解决这类问题的一个技术方案。

本发明是从解决上述二大关键问题着手，对现有的活塞式压缩机进行的一种目的在于大幅度提高它的工作压缩比和排气效率的改进，这种改进的总则是：活塞运行的长行程和活塞运行的低往复频率。

图1是本发明实施例的结构原理示意图，图2是实施例中随时间变化的供电原理示意图，其中：

〔1〕是气缸盖;〔2〕是气缸头;〔3〕是限位弹簧;〔4〕是吸气阀片;〔5〕是活塞;〔6〕是定子绕组;〔7〕是动子部件;〔8〕是低压气室;〔9〕是轴承;〔10〕是气缸;〔11〕是排气阀片;〔12〕是联杆;〔13〕是供电装置;〔14〕是底板;〔15〕是万向节;〔16〕是散热翅片;〔17〕是高压气室;以实线表示的〔A〕是一个供电电极延续的供电时间，以虚线表示的〔B〕是另一个供电电极延续的供电时间，〔T₁〕是〔A〕和〔B〕的时间长度，表示供电时间，〔T₂〕是断电时间。

以下结合附图作详细说明：

如图1所示，由定子绕组〔6〕和动子部件〔7〕组成了交流直线电机驱动机构，定子绕组〔6〕和动子部件〔7〕之间的气隙可以做得极小，接近甚至小于同量极的旋转电机水平，交流电在定子绕组〔6〕中产生横向水平移动磁场来驱动动子部件〔7〕作横向水平运动，促使两侧的活塞〔5〕做压缩功和吸气功。正如图1所示，此时活塞〔5〕正在右行，左侧的气缸〔10〕通过活塞〔5〕上开启的吸气阀片〔4〕处从低压气室〔3〕中吸气，右侧的气缸〔10〕中被压缩成的高压气体已被顶着排气阀片〔11〕冲出气缸〔10〕的活塞〔5〕压入高压气室〔17〕，-允许活塞〔5〕冲出气缸〔10〕，就可以大幅度降低对活塞〔5〕行程控制的要求，这是本发明能够成立的一个技术保证。这时，供电装置〔13〕已经断电。定子绕组〔6〕和动子部件〔7〕之间已不存在相互促使位移的电动力，由于左右活塞〔5〕两端的高低压差力的作用，很快就迫使活塞〔5〕停止右行，并立即反向开始左行，当左行的活塞〔5〕被压差力加速到具有最高的速度V₀时，供电装置〔13〕才恢复正常供电（此时两个供电电极已自动互换过），定子绕组〔6〕和动子部件〔7〕之间相互促使位移的电动力产生，让左侧的活塞〔5〕继续做压缩功，右侧的活塞〔5〕做吸气功，直到左侧的活塞〔5〕快要触到排气阀片〔11〕时，供电装置又开始断电，让活塞〔5〕重复上述的由高低压差力进行的换向启动过程。……当然，只有当这种压缩机刚开始工作，机体内部的高低压差尚未到达额定值时，活塞的换向启动过程才主要由供电装置〔13〕输出的电力来完成，这类同于旋转电机开始运行时的启动状态。-确保电力不参与做活塞〔5〕的换向启动功是本发明能够成立的又一个技术保证。

如图2所示，在第一个〔T₁〕供电时间内，一侧活塞〔5〕做压缩功，另一侧活塞〔5〕做吸气功，在〔T₂〕断电时间内，二只活塞〔5〕依靠机体内部的高低压差力做换向启动功，在第二个〔T₁〕供电时间内，原来做压缩功的活塞〔5〕改做吸气功，另一只活塞〔5〕改做压缩功。每个供电时间〔T₂〕开始时，活塞〔5〕的速度正好达到V₀。……供电装置〔13〕的供电执行部件采用无触点极性转换开关。

本发明的压缩机可以通过以下措施来达到：它的中部是直线电机驱动机构，它的两侧是长行程活塞〔5〕气缸〔10〕结构，再加上驱动活塞〔5〕进行正常的低频往复运行的，但又不参与做活塞〔5〕换向启动功的间断换极型供电装置组成。包括常规的吸气阀片〔4〕、排气阀片〔11〕、限位弹簧〔3〕等等。它的长行程活塞〔5〕气缸〔10〕结构的特点是：在最大活塞〔5〕直径一定和电机功率一定的前提下，两侧气缸中的活塞〔5〕行程可以是活塞〔5〕直径的几倍、十几倍、以至更大;行程主要受电力和机体内部的高低压差力控制的活塞〔5〕可以顶着排气阀片〔11〕冲出气缸〔10〕。它的供电装置〔13〕的特点是：它有二个供电电极是随着活塞〔5〕周期性地往复运行而周期性地相互变换;当正常运行的活塞〔5〕依靠机体内部的高低压差力进行换向启动时，它自行断电，断电时间是〔T₁〕不让电力参与做活塞〔5〕的换向启动功，并转换好供电极性，当活塞〔5〕的速度被上述高低压差加速到前述的最大值V₀时，它才开始连续供电，供电时间是〔T₂〕，让活塞〔5〕做运行功。

与现有技术比较：本发明的电机功率只与涉及到出力大小的活塞直径有关，而与涉及到容积余隙效率的活塞行程无关，根据需要，活塞行程可以尽量加长而电机功率不必增加，从而为大幅度提高压缩机的容积余隙效率、进而大幅度提高压缩机的工作压缩比和排气效率创造了条件;本发明由于避免了电力参与做活塞正常运行时的换向启动功，而采用了活塞的非电力型的压差力换向启动方式，从而使得直线电机应用于活塞式压缩机这类往复型机械装置成为可能创造了条件;本发明由于本身结构所决，它的直线电机动子和定子之间的气隙可以做得极小，甚至可以小于同量级的旋转电机，从而使得直线电机应用于本机型时，可以发挥出最大的电效率创造了条件;本发明的活塞由于处于低频运行状态，为延长压缩机的使用寿命创造了条件。

Claims (4)

1、一种电机功率与活塞行程无关的压缩机，它的中部是直线电机驱动机构，它的二侧是活塞气缸结构，含有：吸气阀片〔4〕、排气阀片〔11〕、限位弹簧〔3〕，它还有一个控制活塞进行往复运动的供电装置〔13〕，其特征在于：

a.当活塞〔5〕直径和电机功率确定后，气缸〔10〕中的活塞〔5〕行程可以是活塞〔5〕直径的二倍以上。

b.当正常往复运行中的活塞〔5〕换向启动时，供电装置〔13〕断电，断电时间是〔T₂〕，当活塞〔5〕被高低压差加速到最高速度V₀时，供电装置〔13〕开始供电，供电时间是〔T₁〕。

2、按照权利要求1所述的一种电机功率与活塞行程无关的压缩机，其特征在于：所述的活塞〔5〕，它可以顶着排气阀片〔11〕冲出气缸〔10〕。