CN101725505A - 往复式压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有输出速度控制装置的往复式压缩机，其中，用于使吸入阀(1)上的阀卸载器(2)保持打开的致动装置(3)包括作为驱动装置的电机(5)，该电机(5)的从动元件(6)与阀卸载器(2)的不旋转的升降元件(10)以及设置于它们二者之间的滚动元件(8)结合形成滚柱丝杠驱动器。这样实现了尺寸较小、可以精确调节、具有较高致动力及较高动态运动性能的致动装置(3)。

Description

往复式压缩机
技术领域
本发明涉及一种具有容量控制装置的往复式压缩机，包括安装在该压缩机的至少一个自动作用的吸入阀处的阀卸载器，所述阀卸载器在压缩机工作周期的部分时间段上通过电动的致动装置将吸入阀的至少一个密封元件保持在打开状态，还涉及一种控制这种往复式压缩机容量的方法。
背景技术
为了控制优选以恒定旋转速度运行的往复式压缩机的容量，通常会采取所谓的逆流控制(reverse flow control)，其中每个汽缸的至少一个吸入阀在压缩行程的某个范围内保持打开。通过经由被保持打开的吸入阀被压回的气体所施加的拉力会在克服活塞行程的一部分之后将相应的吸入阀的密封元件封闭，这是因为所述密封元件将从另一侧受到一反力作用，而该反力可以根据所希望减少的容量调节。该反力越大，则压缩行程中相应的吸入阀关闭的越晚，这将导致容量降低。由于拉力有最大值，如果上述恒定的反力大于所述最大关闭力，那么吸入阀就不再关闭，所以这种类型的压缩机对于容量的最大降低量的控制范围必须受限，以避免包括压缩机暂时怠机在内的所有相关问题。一些实现这种逆流控制的具体设备已经公知，这些设备的阀卸载器只是简单地通过液压或者气压手段而施加以预加应力，以使吸入阀保持打开，同时可以通过改变相应的预加应力来对进给速率施加控制。
此外，例如在EP694693A1中已知一种往复式压缩机的逆流控制装置，其中可以通过同步于压缩循环的压力介质经由控制元件周期性地致动和解除致动的液压控制缸给阀卸载器和由此在行程方向要保持打开的吸入阀的密封元件加载。通过这种方式，液压提升力会在某个行程角突然降低，由此可以实现安全迅速地关闭吸入阀。在EP1400692A1中可以获知同样具有气动致动装置的类似的输出速度(delivery rate)控制装置，其具有可以通过往复式压缩机自身直接保持致动压力的优点。然而，由于压缩致动气体的相对较高的可压缩性，必须要精确确定转换气体量和精确设定致动时间。
此外，具有一开始提到类型的电动逆流控制装置的往复式压缩机已经被知道很长时间了。例如从DE1251121A或DE849739B及类似的专利文件中，其中一部分可以追溯到20世纪30年代，其中，接合于吸入阀密封元件处的阀卸载器通过安装在阀盖上的电磁铁移动，电磁铁被例如换向器周期性地致动，所述换向器与压缩机的曲柄轴同步旋转。由于施加在吸入阀密封元件上的局部很高的逆流压力，那么就需要有相应的大功率能耗的大型螺线管。
发明内容
本发明的目的在于开发一种具有电动逆流控制装置的往复式压缩机，其方式使得如上文所述的这种类型的已知的设计在降低总体尺寸和能耗方面有所改进，同时仍然使其可以提供具有类似于所述液压逆流控制装置的高动态移动性能的高致动力。
对于如开始所述类型的具有容量控制装置的往复式压缩机，该目的通过如下卸载装置解决，卸载装置包括作为驱动装置的电机，电机的从动元件包括在旋转方向上以倾斜方式延伸的供低摩擦滚动元件使用的导向面，低摩擦滚动元件在另一方面与在不旋转的升降元件上以倾斜方式延伸的对应导向面相互作用，不旋转的升降元件与阀卸载器相连。通过这种方式，可以使用一个相对小尺寸的电机，其旋转运动可以简单地通过以倾斜方式延伸的滚动副转换成施加在阀卸载器上的所需的打开力或者移动，且具有较高的致动力以及较高的动态运动性能。
在这种连接中特别优选的是本发明的又一实施方式，根据该实施方式，电机的从动元件与不旋转的升降元件以及设置于它们二者之间的滚动元件结合形成滚柱丝杠驱动器。在各种驱动器中这种驱动器被认为是几乎没有摩擦的线性驱动器，且可以通过将电机(仅受到长度和斜度的限制)的旋转转变成相应的线性运动来对致动力和动态性能施加相对广泛的控制。
本发明的另一个优选的实施方式包括一个更简单的设计，但是可以改变的余地更小，根据该实施方式，电机的从动元件与不旋转的升降元件以及设置于它们二者之间的滚动元件结合形成倾斜的斜面驱动器，其只允许有限角度的旋转。这允许仅使用电机旋转运动的一部分就能产生线性移动，然而却有显著低的设计成本，同时使用圆柱、截锥来代替球形或者滚动元件也是可行的，这对于产生更高的致动力有意义。
在本发明的一个进一步优选的实施方式中，电机具有包括表贴式带绕组的永久磁铁的无电刷直流电机，这允许以较小的结构产生较高的动态性能。在这种情况下最好将电机设计为具有中空轴转子的、其中一体成型有滚柱丝杠驱动器的螺母的电机，这会减小转子或者旋转驱动器整体上的惯量。
对于根据本发明的这种逆流控制装置的标准应用范围，在一个优选的附加实施方式中最好是将上述中空轴转子设计为具有30-50mm的直径，滚柱丝杠驱动器的倾斜最好为6-12mm。这样特别适于提升控制装置具有高致动力同时具有高动态性能的情形。
根据本发明的又一实施方式，滚动副至少部分是由陶瓷构成的。在某些情况下发生的电机驱动器的极高的加速度和制动动量会导致滚动元件不能直接跟上它们的引导表面的运动，这会导致滚动元件在引导表面上的滑动和由此产生的磨损。可以通过使用包括具有相应预应力的陶瓷滚动元件的陶瓷轴承或混合轴承来解决这个问题。
为了加速和/或制动致动装置的运动，可以设置额外的弹簧元件，以允许通过适当的调节来减小电机驱动装置上的应力。
在本发明的又一优选的实施方式中，可以在电机的电驱动装置中设置用于动态制动和用于暂时储存并再使用所储存电能的转换元件。电能最好暂时存储在电容中，在这个过程中产生和存储的电能既可以用于同一阀门的下一致动过程，也可以用于压缩机的不同吸入阀的下一致动过程。通过这种方式，可以显著降低致动阀卸载器的能耗，同时系统中产生热损耗也会更低，因此也就降低了热应力并避免了致动装置中的冷却问题。
根据本发明的又一优选的实施方式，当前的卸载力根据逆流力的进程来调节，其也可以用于降低致动装置的不必要的发热。当吸入阀保持打开时，逆流力的水平取决于当前的活塞速度，该活塞速度例如可以通过曲柄轴角度传感器获得。然后可以相应地调节用于产生必要的打开力的电机电流。
附图说明
下面基于图中示意性图示的实施方式对本发明进行详细解释。
图1示出了根据本发明的具有输出速度控制装置的位置压缩机的通过吸入阀区域的横截面。
图2以局部和示意性的横截面示出了根据本发明的具有输出速度控制装置的往复式压缩机的电动致动装置的一个替代性的实施方式。
图3示出了这种压缩机的致动装置的驱动装置的又一替代性实施方式的细节。
具体实施方式
根据图1，一种往复式压缩机(未更详细地进一步示出)包括设置在压缩机的自动作用的吸入阀1上的阀卸载器2，所述阀卸载器在压缩机循环的可控阶段通过电动致动装置3来保持吸入阀1的两个环形密封元件4打开。为此，该致动装置3包括作为驱动装置的电机5，该电机的从动元件6(此处示出为中心轴)包括在旋转方向上以倾斜方式延伸的供低摩擦滚动元件8使用的导向面7(此处图示为周面上的螺旋槽)，低摩擦滚动元件8在另一方面与不旋转的升降元件10上的以倾斜方式延伸的对应导向面9相互作用，所述不旋转的升降元件10与阀卸载器2相连。
只要电机5被供以电流，其从动元件6就会旋转，该从动元件6与不旋转的升降元件10以及设置于二者之间的滚动元件8结合在这里形成了滚柱丝杠驱动器，使得升降元件10或者其致动活塞11在图中向上或向下运动。因此，阀卸载器2也向上或向下移动，从而影响密封元件4的自由活动能力。这样一来，与仅由吸入阀1的上游和下游的压力条件所引起的自动致动不同，所述密封元件4可以在压缩机压缩行程的可控时段保持打开，从而允许以公知的方式通过所谓的逆流控制来对以恒定旋转速度运行的压缩机的输出速度进行调节。
根据图2，电机5(优选地示出为具有表贴式(surface-mounted)带绕组的永久磁铁12的无电刷直流电机)包括作为从动元件6的中空轴转子13，滚柱丝杠驱动器的螺母14与中空轴转子13一体地设置在中空轴转子13中。中空轴转子13最好具有30-50mm的直径，且螺母14形成有滚柱丝杠驱动器的倾斜面，滚动元件8和不旋转的升降元件10最好具有6-12mm的直径范围。中空轴转子13被安装在定子框架15上，且位于轴承16之上。与带绕组的永久磁铁12一起工作的定子用附图标记17表示。
根据图3，电机5的从动元件6与不旋转的升降元件10和设置于二者之间的滚动元件8结合形成倾斜的斜面驱动器，其只允许有限角度的旋转，也可以使用例如圆柱形、截锥形或者其他各种可能形状的滚动元件8，通过这些元件能够传递更大的轴向力。
滚柱丝杠或者倾斜面驱动器的滚动副(rolling element pairing)所涉及的元件6、7、8、9、10至少部分也可以由陶瓷构成，陶瓷与驱动器的相应的预应力一起防止在高动态致动的情况下滚动元件8发生滑动以及相关的滚动体导向面损坏的危险。
为了加速致动装置2的运动和/或对其制动，还可以设置如仅在图1中示意性示出的额外的弹簧元件18。
如仅在图1中示出的，可以在电机5的电控装置19中设置用于动态制动和用于暂时储存并再利用所储存电能的转换元件20，以防止不必要的发热或致动装置需要额外冷却的问题。此外，也可以在控制装置19中设置额外的转换元件21，用来通过控制电机5的电流供给来调节致动装置3的打开力以使之适应相应的逆流作用力，这也可以帮助降低不必要的热损耗。

Claims (12)

1.一种具有容量控制装置的往复式压缩机，其包括设置在压缩机的至少一个自动作用的吸入阀(1)上的阀卸载器(2)，所述阀卸载器在压缩机循环的部分阶段通过电动致动装置(3)来保持吸入阀(1)的至少一个密封元件(4)打开，其特征在于，该致动装置(3)包括作为驱动装置的电机(5)，该电机的从动元件(6)包括在旋转方向上以倾斜方式延伸的供低摩擦滚动元件(8)使用的的导向面(7)，低摩擦滚动元件(8)在另一方面与在不旋转的升降元件(10)上的以倾斜方式延伸的对应导向面(9)相互作用，所述不旋转的升降元件(10)与阀卸载器(2)相连。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，该电机(5)的从动元件(6)与不旋转的升降元件(10)以及设置于它们二者之间的滚动元件(8)结合形成滚柱丝杠驱动器。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，该电机(5)的从动元件(6)与不旋转的升降元件(10)以及设置于它们二者之间的滚动元件(8)结合形成只允许有限角度旋转的倾斜的斜面驱动器。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的压缩机，其特征在于，该电机(5)为包括表贴式带绕组的永久磁铁(12)的无电刷直流电机。
5.根据权利要求2和4所述的压缩机，其特征在于，该电机(5)包括中空轴转子(13)，滚柱丝杠驱动器的螺母(14)与中空轴转子(13)一体地设置在中空轴转子(13)中。
6.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，该中空轴转子(13)包括30-50mm的直径，滚柱丝杠驱动器的倾斜面最好为6-12mm。
7.根据权利要求1-6中一项或若干项所述的压缩机，其特征在于，构成滚动副的元件(6-10)至少部分由陶瓷构成。
8.根据权利要求1-7中一项或若干项所述的压缩机，其特征在于，设置有额外的弹簧元件(18)，以加速致动装置(3)的运动和/或对致动装置(3)的运动进行制动。
9.根据权利要求1-8中一项或若干项所述的压缩机，其特征在于，在电机(5)的电控装置(19)中设置有用于动态制动和用于暂时储存并再使用所储存电能的转换元件(20)。
10.根据权利要求1-9中一项或若干项所述的压缩机，其特征在于，在电机(5)的电控装置(19)中设置有转换元件(21)，该转换元件(21)用来通过控制电机(5)的电流供给来调节致动装置的打开力，以使该打开力与相应的逆流作用力相适应。
11.一种用来控制根据权利要求1-10中一项或若干项所述的往复式压缩机的输出速度的方法，其特征在于，通过电机(5)的动态制动来产生待要用来制动致动装置(3)的驱动的制动能量，并且在这个过程中产生的电流被暂时存储并再使用。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过控制电机(5)的电流供给来将致动装置(3)的打开力调节为相应的逆流作用力。
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