CN101087954B - 直线压缩机及用于该直线压缩机的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于一个直线压缩机的驱动装置，具有一个机架(21，29，30)及一个通过至少一个膜片弹簧(8)支承在该机架(21，29，30)中的、可在一个方向上往复运动的振动体(24，10)。所述膜片弹簧(8)具有多个臂(14)，这些臂以一个端部作用在机架(21，29，30)上并且以另一个端部作用在该振动体(24)上。两个臂(14)各具有一些在所述两个端部之间的、反向地弯曲的区段(18，19)。

Description

直线压缩机及用于该直线压缩机的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于压缩致冷器具中的制冷剂的直线压缩机及尤其是一种用于驱动用于这种直线压缩机的振动式直线活塞运动的驱动装置。

背景技术

由US 6506032B2公开了一种直线压缩机，其驱动装置包括一个机架及一个通过一个膜片弹簧支承在该机架中的振动体。该振动体包括一个永磁铁、一个与该永磁铁刚性地连接的活塞杆及一个铰接在该活塞杆上的活塞，该活塞可在一个缸中往复运动。该活塞的运动通过一个环形地绕着该缸设置的电磁铁驱动，该电磁铁与该永磁铁交替作用。一个盘形的膜片弹簧被用螺钉拧在该活塞杆的中部上，并且该膜片弹簧的外边缘与一个轭连接，该轭包围该缸、电磁铁及永磁铁。

该振动体及膜片弹簧构成一个能振动的系统，该系统的固有频率通过振动体及膜片弹簧的质量以及该膜片弹簧的刚度确定。该膜片弹簧仅允许小的振幅，因为振动体的每个偏转都与该膜片弹簧的膨胀相关联。由于小的振幅难于将缸的死点容积可靠地作小。但该死点容积越大，则压缩机的效率就越差。此外，小的行程强制地导致该缸以与长度相比大的直径构成，以便实现给定的流量。足够地密封活塞的相当大的直径是费事的。

因为该振动体在径向上仅通过其与弹簧的连接被保持，所以存在这样的可能性，即，活塞杆的带有活塞的头部往复摆动并且在缸壁上磨损。为了防止这一点，对活塞设置了一个压缩气体支承，即由活塞扫过的缸壁具有一些开口，这些开口与该直线压缩机的高压排气口连接，以便在该缸的内壁与活塞之间形成一个气垫。但是这种压缩气体支承仅仅当在该直线压缩机的排气口上存在所需的过压时才能起作用，即不是在该压缩机起动或开动时起作用。在该时刻上存在活塞在缸壁上磨损的危险，以至于该压缩机过早地磨坏。

由US 6641377B2公开了一种直线压缩机。在该双活塞直线压缩机中，每个活塞分别由两个双臂的膜片弹簧保持。

由于臂的弯曲，可实现较大的活塞行程，但是在偏转状态中，每个膜片弹簧在活塞上施加一个转矩。如果该转矩没有被精确地补偿，则该活塞除了其直线的振动运动之外还实施一个转动振动，并且它可激励起该活塞的摇摆运动，该摇摆运动导致活塞与缸之间的接触并且因此导致增大的磨损。

发明内容

本发明的任务在于，提出用于直线压缩机的、磨损少的驱动装置，具有一个机架及一个通过一个膜片弹簧支承在机架中的振动体，其中所述膜片弹簧允许振动体的大行程，或者说它在活塞直径小的情况下可实现高的流量。

该任务通过以下方式来解决，即，膜片弹簧的多个臂分别用一个端部作用在机架上并且用另一个端部作用在振动体上，并且这些臂在所述端部之间分别具有一些成对的、带有相反的弯曲部的区段。因此，这些臂不是延伸在两个端部之间的最短路程上，以至于它们当振动体偏转时被拉伸并且接近直线的形状，而这些臂的材料不必为此必须膨胀。在同一个工件的内部非常简单的是，这样制造这些臂，使得它们的转矩彼此精确地补偿；如果像在US 6641377B2中描述的那样设置两个具有分别向不同的方向上弯曲的臂的膜片弹簧，则材料强度的从一个弹簧到另一个弹簧的偏离妨碍了所述补偿或至少使该补偿大大变难。

根据本发明的一个方面，提出一种用于一个直线压缩机的驱动装置，具有一个机架及一个通过至少一个第一膜片弹簧支承在该机架中的、可在一个直线方向上往复运动的振动体，其中所述第一膜片弹簧具有多个臂，这些臂以一个端部作用在机架上并且以另一个端部作用在该振动体上，并且在这两个端部之间具有一个弯曲的延伸，其中，所述多个臂中彼此成对的两个臂各具有一些反向地弯曲的区段。

优选该第一膜片弹簧具有臂对，后者具有分别向不同方向上弯曲的区段。

在最简单的情况下，每个臂具有一个唯一的、向一个方向上弯曲的区段。在偏转时，每个这种臂也将一个转矩施加在由其承载的振动体上，但该转矩被一个与该臂成对的、相反地弯曲的臂补偿。

优选每个臂具有两个向不同方向上弯曲的区段。因为在此不同地弯曲的区段也引起在相反方向上的转矩，因此可使每个单个的臂的转矩很小或使其消失。

有利的还有，设置至少一个第二膜片弹簧，其臂作用在振动体的一个区域上，该区域在振动运动的方向上与第一膜片弹簧的作用区域隔开距离。通过这两个膜片弹簧，振动体可靠地、线性地在所希望的振动运动的方向上被导向，并且可避免侧向的偏离运动，该偏离运动可能导致由振动体承载的活塞与包围该活塞的缸之间的接触。

同一个膜片弹簧的这些臂优选在其作用在机架的端部上和/或在其作用在振动体的端部上分别一体地连接。这些作用在机架上的端部可通过一个与板簧一体的框连接。

为了在没有材料疲劳危险的情况下实现高的行程，所述至少一个膜片弹簧的臂应由一种非常薄的材料制成。其强度可被这样勉强地确定，使得它仅仅足够避免振动体的侧向偏离。然而，这种弱的膜片弹簧将导致驱动装置的低的固有频率并且由此在预给定行程的情况下导致由该驱动装置驱动的压缩机的小流量。为了实现该驱动装置的对于所需流量足够的固有频率，优选对每个臂配置一个复位弹簧，后者抵抗该臂的变形，由此所述膜片弹簧与复位弹簧分别构成一个弹性的系统，该系统的刚性明显大于由膜片弹簧自己构成的系统。

膜片弹簧与复位弹簧的组合的有效弹簧常数可被调节，以便能根据需要协调该驱动装置的固有频率。

优选使用螺旋弹簧作为复位弹簧。

一个直线压缩机也是本发明的主题，它具有一个工作室、一个可在该工作室中往复运动以压缩工作流体的活塞及一个上述类型的、与该活塞联接以驱动所述往复运动的驱动装置。

附图说明

本发明的其他特征及优点从下面参照附图对实施例的说明中得到。图中示出：

图1：一个直线压缩机的示意性剖视图，

图2：根据本发明的、用于使用在图1的压缩机中的膜片弹簧的俯视图，

图3：一个膜片弹簧的第二构型的俯视图，

图4：一个具有图3中所示膜片弹簧的直线压缩机的部分剖割的侧视图，及

图5：一个膜片弹簧的第二构型。

具体实施方式

在图1中示出的用于一个致冷器具的直线压缩机包括一个压缩机室1，该压缩机室在一侧由一个可运动的活塞2及在另一侧由一个缸3构成边界，该缸由一个管区段4及一个盖5接合而成。在该盖5中以公知的方式方法设有未示出的一个抽吸接管、一个压力接管以及一些阀，这些阀允许制冷剂仅通过抽吸接管流入到压缩机室中并且仅通过压力接管流出。

该管区段4被一个第二管区段6同心地包围并且通过一个径向法兰7与该第二管区段连接。一个膜片弹簧8的圆周固定在该管区段6的背离法兰7的端部上。在该膜片弹簧8的中点上设置了一个振动体9，该振动体由一个活塞杆10——所述活塞2铰接在该活塞杆上、一个固定在该活塞杆10上的法兰11以及一个永磁铁12组成，该永磁铁固定在法兰11上并且沉入到这些管区段6、4之间的中间空间中。在附图中也略去了同样设置在该中间空间中用于将一个力沿着活塞杆10的方向施加在永磁铁12上的电磁铁。

图2示出该膜片弹簧8的俯视图。该膜片弹簧包括一个环绕的外环13及一些从该环13开始分别螺旋形向内延伸的、成对的、镜像对称的臂14，这些臂在其背离所述环13的端部上彼此连接。为了拧上活塞杆10，设置了一个中心的开口15。

该膜片弹簧8由弹簧钢或其他的可弹性变形、但基本上不可膨胀的材料构成。以轻微的力可以使膜片弹簧8的中心区域向着垂直于图2的图纸平面的方向上偏转，其中该偏转导致：这些臂14在俯视图中稍稍减小其曲率并且该中心区域稍微地沿着逆时针转动。该膜片弹簧8的抵抗该中心区域的向着图2的图纸平面的移动的耐久性明显大于抵抗垂直于该平面的偏转的阻力，因此该活塞杆10的固定在该膜片弹簧8的开口15中的端部可靠地直线运动地被导向。

在图3中以俯视图示出该膜片弹簧8的一个第二构型。该构型也具有一个封闭的外环13。在此，该环为矩形形状，但这对于该膜片弹簧的功能意义不大。从该框13的角部开始延伸出四个向着中心区域16的臂14，这些臂分别由三个直线的区段17及两个连接这些直线区段17的弯曲区段18、19构成。每个臂14的两个区段18、19分别具有相反的弯曲方向。四个用于固定该膜片弹簧的孔20位于该框13的角部上。

当该中心区域16偏转时，它导致所述弯曲区段18、19稍稍上弯。由于每个臂的两个弯曲区段18、19的弯曲方向相反，由所述上弯得出分别相反的转矩，因此由每个单个的臂14施加到中心区域16上的转矩很小。此外，各相邻臂14的转矩彼此补偿，因为它们中的每一个是另一个的镜像并且因此由它们施加的转矩方向相反地相等。该中心区域16及因此固定在其上的活塞杆10由此精确线性地及无扭转地被导向。

图4示出一个直线压缩机的部分剖割的侧视图，在该直线压缩机中使用图3中所示的膜片弹簧8。该压缩机具有一个带中心室21的机架，其中在两个对置的臂——在此参照图示为了清楚起见称为盖22及底23——中构造有一些开口，一个棒形的振动质量24保持间隙地穿过这些开口延伸。该室被设置用于接收未示出的、用于驱动一个插入到该振动质量中的永磁铁的往复运动的电磁铁。

振动质量24的端部借助于螺钉或铆钉25固定在图3中所示形式的膜片弹簧8的中心区域16上。每个膜片弹簧8的框13又接触在从中心室21的所述盖22或底23伸出的接片26上。接片26的高度确定了振动质量24的运动的最大行程；如果该最大行程被超过，则膜片弹簧8的中心区域16碰撞在所述盖22或底23上。

这些膜片弹簧8分别通过螺钉或铆钉27固定在所述接片26上，这些螺钉或铆钉分别与一个上部的及下部的轭29、30的脚部段28及所述框13的角部中的这些孔19之一交叉并且配合到所述中心室21中。

下部的轭30带有两个螺旋弹簧31，这些螺旋弹簧分别被这样放置，使得它们的自由的头部段32——如图3中作为虚点划线轮廓示出的那样——分别接触两个臂14的弯曲区段18，如果它们向下偏转的话，并且因此抵抗振动质量24的向下偏转。在上部的轭29上设置相应的螺旋弹簧31，这些螺旋弹簧接触上部的膜片弹簧8的臂的弯曲区段18并且抵抗振动质量的向上偏转。

上部的轭29还带有一个缸33，一个通过一个活塞杆10与该振动质量24连接的、在图中看不见的活塞可在该缸中往复运动。因为该振动质量24通过两个膜片弹簧8精确线性地被导向，所以该活塞杆12及由该活塞杆承载的活塞随着该活塞杆不横向于运动方向偏离，并且可避免活塞在该缸33的内壁上的磨损。

当振动质量24位于其轨迹的一个止点上时，则其全部的运动能量以变形能的形式存储在这些膜片弹簧8及螺旋弹簧31中，其中该能量在弹簧类型上的分布取决于它们各自的弹簧常数。因此，这些膜片弹簧可被作得非常薄并且易于变形，以至于即使在长时间运行的情况下也不会出现材料疲劳，因为那些由于这些膜片弹簧缺乏足够的刚度而不能存储的能量可被相应地确定尺寸的螺旋弹簧吸收。

此外，可以用同样模型的膜片弹簧实现具有不同流量的压缩机，其方式是，这些膜片弹簧分别与具有不同弹簧常数的螺旋弹簧组合，它们分别给出该可振动的系统的不同的固有频率。

还可考虑，一个驱动装置的固有频率可被协调，其方式是分别使这些螺旋弹簧31可移动地装配到所述轭29、30上。臂14的由螺旋弹簧31的头部段32接触的区域越靠近地位于膜片弹簧8的中心区域16上，则由膜片弹簧及螺旋弹簧组成的系统的刚性就越高，并且由此得出的驱动装置的固有频率就越高。

在极端情况下可能的是，每个轭29、30的两个螺旋弹簧31分别由一个唯一的螺旋弹簧来代替，后者直接接触在所述中心区域16上。

图5示出图3中的膜片弹簧8的一个变型，这些膜片弹簧在它们的位置上可使用在图4的压缩机中。在图5的膜片弹簧中，去掉了外框13；取而代之的是，仅是两个右边的及两个左边的臂14在它们的背离中心区域16的端部上通过一个材料条连接。其功能方式与图3中的那个膜片弹簧没有区别。

Claims (12)

1.用于一个直线压缩机的驱动装置，具有一个机架(21，29，30)及一个通过至少一个第一膜片弹簧(8)支承在该机架(21，29，30)中的、可在一个直线方向上往复运动的振动体(24，10)，其中所述第一膜片弹簧(8)具有多个臂(14)，这些臂以一个端部作用在机架(21，29，30)上并且以另一个端部作用在该振动体(24)上，并且在这两个端部之间具有一个弯曲的延伸，其特征在于：所述多个臂中彼此成对的两个臂(14)各具有一些反向地弯曲的区段(18，19)。

2.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于：每个臂(14)具有两个向不同方向上弯曲的区段(18，19)。

3.根据权利要求1的驱动装置，其特征在于：该驱动装置包括至少一个第二膜片弹簧(8)；第一及第二膜片弹簧(8)作用在振动体(24，10)的在振动运动的方向上隔开距离的区域上。

4.根据上述权利要求中一项的驱动装置，其特征在于：同一个膜片弹簧(8)的这些臂(14)在它们的作用在振动体(24，10)上的端部(16)上一体地连接。

5.根据上述权利要求1-3中一项的驱动装置，其特征在于：同一个膜片弹簧(8)的这些臂(14)在它们的作用在机架(21，29，30)上的端部上一体地连接。

6.根据权利要求5的驱动装置，其特征在于：这些作用在机架(21，29，30)上的端部通过一个与所述臂(14)一体的框(13)连接。

7.根据上述权利要求1-3中一项的驱动装置，其特征在于：对每个臂(14)配置了一个复位弹簧(31)，后者对所述臂(14)的变形起反作用。

8.根据权利要求7的驱动装置，其特征在于：膜片弹簧(8)在变形方向上的刚度小于复位弹簧(31)的刚度。

9.根据权利要求7的驱动装置，其特征在于：膜片弹簧(8)与复位弹簧(31)的组合的有效弹簧常数可被调节。

10.根据权利要求7的驱动装置，其特征在于：所述复位弹簧(31)是螺旋弹簧。

11.根据权利要求7的驱动装置，其特征在于：振动体(24，10)的质量大于所有弹簧(8，31)的质量。

12.一种直线压缩机，具有一个工作室、一个可在该工作室中往复运动以压缩工作流体的活塞及一个根据上述权利要求之一的、联接在该活塞上以驱动该往复运动的驱动装置。

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