CN101737300B - 具有永磁缓冲储能装置的直线压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有永磁缓冲储能装置的直线压缩机，包括压缩腔壳体、吸排气腔体、提供动力的直线驱动装置、固定在压缩腔壳体内部的滑动轴承、由滑动轴承定位并且一端与所述的直线驱动装置连接的活塞轴、永磁缓冲储能装置。本发明通过永磁缓冲储能装置，起到缓冲储能的作用，使活塞的动能势能之间的转化效率提高，且振动噪音小，最大程度降低了加工以及装配难度，并且将永磁缓冲储能装置放置于压缩腔体内部，有效利用了腔体内部空间，使得压缩机体积更加紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及一种冰箱制冷设备，特别涉及一种采用永磁体作为存储活塞运动动能的冰箱制冷直线压缩机。
背景技术
直线压缩机不存在将电机旋转运动转变为活塞直线往复运动的曲柄连轴，而是由直线振荡电机直接驱动活塞高速往复运动，其行程及上止点由程序控制，从而降低传动损耗，提高系统效率及可靠性，并且可使压缩机结构更加紧凑。直驱式压缩机需要在上下止点之间进行往复高频振荡运动，从而完成对于制冷剂的压缩过程。因此，对于直线压缩机来说，上下止点必然作为活塞振荡运动的反向点，压缩机活塞动能应在此两点得到缓冲，以使活塞在能量损失尽可能小的情况下反向。
在已知应用的直线压缩机结构中，一般采用一组或者多组圆形柱状弹簧对于活塞动能进行缓冲并起到存储动能的作用。根据机械原理可知，当压缩机弹簧共振系统共振运行时，能量转换效率最高。此时，弹簧起到临时存储活塞运动动能的作用，活塞动能及弹簧弹性势能在动子运动过程中相互转换，使活塞完成高速往复运动以对制冷剂进行压缩。
但采用机械弹簧作为永磁缓冲储能装置存在以下缺点：
1 采用机械弹簧，振动噪音较大，是压缩机噪音主要来源之一。
2 直线压缩机效率与共振频率点直接相关，而获得较高的共振频率必须尽量降低动子质量并增大弹簧刚度，因此加大了加工以及装配的难度。
3 当各个弹簧弹簧力不均匀时，易使活塞产生侧向力，摩擦加大，压缩机总体效率下降。
在公开号CN1773112A、名称为“动磁式直线压缩机”的专利申请中，提出一种圆渐开式涡旋线性柔性弹簧，其可提供较高的弹簧刚度，同时加少了偏心力的影响，使活塞保持于中心位置。但其根本上讲，其属于一种改进的机械弹簧形式，不可避免的仍存在上述缺点。
在公开号CN101395372A、名称为“具有气体弹簧的线性压缩机”的专利申请中，提出利用压缩气体作为气体弹簧作用起到暂时存储活塞动能的目的。但根据热力学知识，气体在气缸内膨胀及压缩时表现为一定的非线性气垫作用，其与弹簧力与位移呈线性关系是明显不同的。因此，其转换活塞动能的效率必然低于机械弹簧。
发明内容
本发明提供一种用于制冷设备的直线压缩机，所使用的活塞能通过简便而节能的方式进行换向，从而实现高速的往复运动。
本发明通过在滑动轴承两侧及压缩机活塞轴上分别设置永磁磁环，起到缓冲储能的作用，从而代替机械弹簧，使得活塞尽量以最小损耗完成换向，实现对于制冷剂的压缩，提供一种效率高、噪音小，最大程度降低加工以及装配难度的技术方案。
永磁缓冲储能装置用于以势能方式缓冲存储压缩机活塞在往复运动中所具有的动能，使得活塞运动动能损失最小。永磁缓冲储能装置在反向点之前吸收动能转化为势能存储，反向点之后又将势能回传给活塞，从而使得压缩机活塞运动所需动能全部通过永磁缓冲储能装置存储，而驱动单元电磁力所作功全部用于压缩制冷剂。
一种具有永磁缓冲储能装置的直线压缩机，包括压缩腔壳体、吸排气腔体、提供动力的直线驱动装置、固定在压缩腔壳体内部的滑动轴承、一端与所述的直线驱动装置连接并由滑动轴承定位的活塞轴、永磁缓冲储能装置，所述的永磁缓冲储能装置由固定磁环和运动磁环构成，所述固定磁环包括滑动轴承一侧的第一固定磁环底座上固定的第一固定磁环和滑动轴承另一侧的第二固定磁环底座固定的第二固定磁环，所述的运动磁环包括由活塞轴第一凸起环上固定的第一运动磁环和第二凸起环上固定的第二运动磁环。
所述的第一运动磁环和第一固定磁环同极性相对布置，两磁环呈排斥状态，第二运动磁环和第二固定磁环同极性相对布置，两磁环呈排斥状态，第一运动磁环和第一固定磁环布置在滑动轴承的一侧，第二运动磁环和第二固定磁环布置在滑动轴承的另一侧，活塞轴在滑动轴承两侧的两对磁环的相互作用下达到受力平衡。
所述的第一固定磁环和第二固定磁环为环状永磁体，所述的第一运动磁环和第二运动磁环为两半环状永磁体拼接而成，以便于制造和安装。
所述的滑动轴承、固定磁环底座及活塞轴均为非导磁材料制造，有利于永磁缓冲储能装置的缓冲储能的作用，且有利于活塞在压缩腔内做往复运动。
所述的吸排气腔体由吸气室和排气室组成，吸气室和排气室中间相互隔离，气态流体经吸气口进入吸气室，并由吸气阀进入压缩气室，吸气阀单向导通；气态流体经排气阀从压缩气室排入排气室，再经排气口排出，排气阀单向导通。
工作时，直线驱动装置与活塞轴连接，驱动活塞做高速往复运动压缩制冷剂，活塞沿轴向在上止点及下止点之间运动。运动过程分析：当活塞由上止点到达下止点之前吸气阀为打开状态，排气阀为关闭状态，气态流体由吸气口经由吸气室进入压缩气室，当活塞临近下止点时，永磁缓冲储能装置吸收动能转化为势能临时存储；当活塞到达下止点时，吸气过程完成，活塞的动能完全转化为势能；当活塞由下止点开始向上止点运动时，排气过程开始，永磁缓冲储能装置释放势能转化为动能推动活塞运动，吸气阀为关闭状态，排气阀为打开状态，气态流体经排气室由排气口排出。
有益效果：本发明用永磁缓冲储能装置代替机械弹簧起到缓冲储能的作用，使活塞的动能势能之间的转化效率提高，且振动噪音小，最大程度降低了加工以及装配难度。另外，将永磁缓冲储能装置放置于压缩腔体内部，有效利用了腔体内部空间，使得压缩机体积更加紧凑。
附图说明
图1为本发明的直线压缩机结构示意图。
图2为第一固定磁环和第一运动磁环的磁极布置方式示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明所述直线压缩机的一个实施例，包括压缩腔壳体1、活塞2、活塞轴3、第一运动磁环4、第一固定磁环5、第一固定磁环底座6、滑动轴承7、直线电机8、上止点9、下止点10、压缩气室11、吸气阀12、排气阀13、吸气室14、排气室15、吸气口16、排气口17，第二运动磁环18、第二固定磁环19、第二固定磁环底座20，第一凸起环21，第二凸起环22。
其中活塞轴3一端与直线电机8连接，另一端与活塞2连接。
滑动轴承7固定于压缩腔壳体1内部，活塞轴3由滑动轴承7定位做往复运动。
永磁缓冲储能装置由固定磁环和运动磁环构成，其中在滑动轴承7两侧的第一固定磁环底座6上固定第一固定磁环5、第二固定磁环底座20固定第二固定磁环19，活塞轴3第一凸起环21上固定第一运动磁环4，第二凸起环22上固定第二运动磁环19。
所述的吸排气腔体由吸气室14和排气室15组成，吸气室14和排气室15中间相互隔离，气态流体经吸气口16进入吸气室，并由吸气阀12进入压缩气室11，吸气阀12单向导通；气态流体经排气阀13从压缩气室11排入排气室15，再经排气口17排出，排气阀13单向导通。
工作时，直线电机8与活塞轴3直接连接，驱动活塞2做高速往复运动压缩制冷剂，活塞沿轴向在上止点9及下止点10之间运动。
运动过程分析：当活塞2由上止点9到达下止点10之前吸气阀12为打开状态，排气阀13为关闭状态，气态流体由吸气口16经由吸气室14进入压缩气室，当活塞2临近下止点10时，永磁缓冲储能装置吸收动能转化为势能临时存储；当活塞2到达下止点10时，吸气过程完成，活塞2的动能完全转化为势能；当活塞2由下止点10开始向上止点9运动时，排气过程开始，永磁缓冲储能装置释放势能转化为动能推动活塞2运动，吸气阀12为关闭状态，排气阀13为打开状态，气态流体经排气室15由排气口17排出。
图2所示为第一固定磁环5和第一运动磁环4的磁极布置方式示意图：第一固定磁环5与第一运动磁环4磁极方向相反安置，即即N极和N极相对，两磁环间为斥力作用。此外，第二运动磁环18和第二固定磁环19也以相同的方式布置在滑动轴承的另一侧，活塞轴3在滑动轴承7两侧的两对磁环作用下达到受力平衡。
第一运动磁环4为两半环状永磁体拼接而成，并固定于活塞轴的第一凸起环21上。第一固定磁环5为圆环状永磁体，固定于与第一运动磁环4同侧的第一固定磁环底座6上。
Claims (3)
1.一种具有永磁缓冲储能装置的直线压缩机，包括压缩腔壳体(1)、吸排气腔体、提供动力的直线驱动装置(8)、固定在压缩腔壳体内部的滑动轴承(7)、由滑动轴承(7)定位并且一端与所述的直线驱动装置(8)连接的活塞轴(3)、永磁缓冲储能装置，其特征在于：所述的永磁缓冲储能装置由固定磁环和运动磁环构成，所述的固定磁环包括滑动轴承(7)一侧的第一固定磁环底座(6)上固定的第一固定磁环(5)和滑动轴承(7)另一侧的第二固定磁环底座(20)固定的第二固定磁环(19)，所述的运动磁环包括由活塞轴(3)上第一凸起环(21)上固定的第一运动磁环(4)和第二凸起环(22)上固定的第二运动磁环(18)；所述的第一运动磁环(4)和第一固定磁环(5)同极性相对布置，两磁环呈排斥状态，第二运动磁环(18)和第二固定磁环(19)同极性相对布置，两磁环呈排斥状态。
2.如权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于：所述的第一固定磁环(5)和第二固定磁环(19)为环状永磁体，所述的第一运动磁环(4)和第二运动磁环(18)为两半环状永磁体拼接而成。
3.如权利要求2所述的直线压缩机，其特征在于：所述的滑动轴承(7)、第一固定磁环底座(6)、第二固定磁环底座(20)及活塞轴(3)均为非导磁材料制造。
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