CN103216419B - 直线压缩机 - Google Patents

Abstract

一种直线压缩机，包括有压缩气缸、中间磁体、两个外磁体、压缩用限位气缸和复位限位结构；外磁体在朝向中间磁体的那侧磁极相同，两个外磁体连接成外磁体组件；压缩机在压缩或复位过程时两个外磁体中的一个与中间磁体相吸，另一个则相斥，并在这两种过程时分别与中间磁体相吸、相斥的外磁体不同；在中间磁体或外磁体组件中，一个是动磁体，另一个是定磁体；动磁体与压缩气缸的活塞连杆连接。它是通过改变磁体的电流方向来使磁性发生变化，实现与另外的磁体之间的作用力变化，且同一时期的磁力都是指向同一矢量方向上，这样就可通过连接结构将磁力叠加在一起来压缩气体和回程复位的，增大推力，从而提高了压缩机的能效，结构合理，节能环保。

Description

直线压缩机

技术领域

本发明涉及一种压缩机，尤其是指直线运动的压缩机。

背景技术

现有的直线压缩机大概有动磁式，动圈式，动铁式三种，它们的共同特点都是建立在现有理论基础上并增加谐振部件的产物，也就是将直线电机的磁场及运动规律近似理解为将旋转电机展开，并认为两者的工作原理相同，也就是说，直线压缩机和旋转压缩机一样其运动方向是沿着磁力线的切线方向进行的。在此基础上加上弹簧谐振并发展各种结构形状而成直线压缩机。虽然理论上直线压缩机的性能应该比传统旋转式压缩机有更大的优势，因为直线压缩机没有了曲轴等传动机构，使得能耗、体积等理应减少，但在实际应用中，其能效与传统旋转压缩机相比并没有多大提高，导致直线压缩机虽然历经百年，但依然没有取得多大突破，甚至在有些方面还不如旋转压缩机，比如在行程的控制上，直线压缩机不如旋转压缩机，在体积上也没有太大区别，而且压缩机在工作时的磨损较大。

另外，动圈式直线压缩机的行程较短，其线圈导线易损坏而导致经常发生故障；而，动磁式直线压缩机的动子较重，导致需要的谐振弹簧弹性较大，这却使得谐振不易控制，从而使得实际的压缩效果远远偏离理论上的效果；而动铁式直线压缩机极易产生径向力，造成活塞严重摩擦气缸壁。所有这些缺点，都是因为理论上将旋转运动变直线运动这一方式不适合直线压缩机，使得当前的直线压缩机一直难以得到广泛的推广应用。

再者，传统直线压缩机的限位大多采用步进直线电机，或在气缸内安装弹簧，或在气缸内安装位移探头并通过电路控制压缩机行程等方法来实现。这些控制行程的方法并不理想。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供了一种结构合理，压缩能效高、磨损小、使用寿命长的直线压缩机，其通用性强、日常维护成本低，也比较节能环保。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种直线压缩机，其特征在于，包括有压缩气缸、中间磁体、分别位于中间磁体的磁极两侧的两个外磁体、分别限定压缩气缸的压缩行程和复位行程的压缩用限位气缸和复位限位结构，其中：

所述的两个外磁体在朝向中间磁体的那一侧的磁极都相同，这两个外磁体通过连接结构固定连接成外磁体组件；压缩机在压缩或复位过程时这两个外磁体中的一个与中间磁体相吸，另一个与中间磁体相斥，并在这两种过程时分别与中间磁体相吸、相斥的外磁体不同；

在所述的中间磁体或外磁体组件中，其一个是动磁体，另一个是定磁体；所述动磁体与压缩气缸的活塞连杆、压缩用限位气缸的活塞连杆和复位限位结构连接；在所述压缩用限位气缸的缸壁上设有高出缸底的进出气孔。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述动磁体是采用永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈，所述定磁体采用由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述的动磁体是中间磁体，所述的定磁体是外磁体组件，其中的外磁体是由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述的定磁体是中间磁体，所述的动磁体是外磁体组件，其中的外磁体是永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述动磁体采用由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈，所述定磁体采用永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述的动磁体是中间磁体，所述的定磁体是外磁体组件，其中的外磁体是永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述的定磁体是中间磁体，所述的动磁体是外磁体组件，其中的外磁体是由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述直线压缩机为双缸式直线压缩机；所述的复位限位结构是与压缩用限位气缸相同结构的复位用定位气缸，在所述复位用定位气缸的缸壁上设有高出缸底的进出气孔。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述直线压缩机为单缸式直线压缩机；所述的复位限位结构是蓄能弹簧。

在对上述直线压缩机的改进方案中，所述直线压缩机为单缸式直线压缩机；所述的复位限位结构是与压缩用限位气缸相同结构的复位用定位气缸，在所述复位用定位气缸的缸壁上设有高出缸底的进出气孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）、由于它是通过通交流电或者正反脉冲电流的那个磁体在改变电流方向后磁性发生变化，来实现与另外的磁体之间的作用力变化，虽然在改变电流后一吸、一斥的磁力变成一斥、一吸的磁力，但同一时期的磁吸力和磁斥力都是指向同一矢量方向上，这样就可通过连接结构来将一吸一斥或者一斥一吸的磁力叠加在一起来压缩气体和回程复位的，这种通过两磁力的叠加能增大推力及压缩的行程，从而大大提高了压缩机的能效；而且利用定位气缸来进行行程的限位，既解决了现阶段直线压缩机运行时行程不好控制这一难点，又可以做到气体弹簧的柔性减速，以减少工作时的噪音，所以本发明的结构合理，压缩能效高，也比较节能环保；2）、另外，由于压缩气缸和压缩用限位气缸的活塞的运动都是沿气缸轴运动，使气缸的磨擦小，容易做到无油运行，减少了日常维护成本，从而提高了压缩机的使用寿命；3）、本压缩机的通用性强、日常维护成本低。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：

【附图说明】

图1 是本发明实施例一的结构示意图（双缸直线压缩机）；

图2 是图1的右视图；

图3是本发明实施例二的结构示意图（双缸直线压缩机）；

图4是本发明实施例三的结构示意图（单缸直线压缩机）；

图5 是本发明实施例四的结构示意图（单缸直线压缩机）；

图6是图5的左视图。

【具体实施方式】

本发明是一种直线压缩机，如图1至6所示，其包括有压缩气缸1、中间磁体2、分别位于中间磁体2的磁极两侧的两个外磁体3、分别限定压缩气缸1的压缩行程和复位行程的压缩用限位气缸4和复位限位结构5，其中：

所述的两个外磁体3在朝向中间磁体2的那一侧的磁极都相同（即这两个外磁体的同名磁极朝向中间磁体），这两个外磁体3通过连接结构6固定连接成外磁体组件；压缩机在压缩或复位过程时这两个外磁体3中的一个与中间磁体2相吸，另一个与中间磁体2相斥，并在这两种过程时分别与中间磁体相吸、相斥的外磁体是不同的，即在压缩时分别与中间磁体相吸、相斥的外磁体在复位时则变换为与中间磁体分别相斥、相吸，它们是通过交流通电或者正反脉冲电流使每一个外磁体和中间磁体之间变换磁性的相吸、相斥来实现压缩气缸的压缩气体和回程补充气体。

在所述的中间磁体2或外磁体组件中，其一个是动磁体，另一个是定磁体，该动磁体与压缩气缸1的活塞连杆11、压缩用限位气缸4的活塞连杆41和复位限位结构5连接；在所述压缩用限位气缸的缸壁42上设有高出缸底的进出气孔421，这样可避免限位气缸的气体因反复被压缩而产生高温，影响限位的精准和限位气缸的使用寿命，中间磁体2或外磁体3作为动磁体在推动活塞连杆11来压缩气体时，压缩用限位气缸的活塞在缸内滑动并经过进出气孔后定位气缸内的气体也跟着受压，直到定位气缸内的气体无法继续压缩时，压缩气缸1的活塞连杆11停止继续压缩气体的行程，即完成压缩机的一次压缩过程；当压缩机回程时，压缩用限位气缸的活塞在缸内滑动并离开进出气孔时外界的气体可以由进出气孔421进入到压缩用限位气缸内，为下一次压缩时的限位做好准备。通常情况下，进出气孔421离限位气缸的缸底的高度在5mm或以上。

压缩气缸1的进气孔13、排气孔12都是通过单向阀或单向阀片来实现单向进气或排气的。

当所述动磁体是采用永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈，所述定磁体采用由交流电或者按照一定频率改变方向的脉冲电流控制的通电线圈时，可以有两种方式：一种是所述的动磁体是外磁体组件，这时外磁体组件中的外磁体是永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈，此时定磁体是通交流电或者按照一定频率改变方向的脉冲电流的中间磁体；另一种是所述的动磁体是中间磁体，所述的定磁体是外磁体组件，这时外磁体组件的外磁体是由交流电控制或者按照一定频率改变方向的脉冲电流的通电线圈。

当所述动磁体采用由交流电控制或者按照一定频率改变方向的脉冲电流的通电线圈，所述定磁体采用永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈时，也可以有两种方式：一种是所述的动磁体是中间磁体，而所述的定磁体是外磁体组件，这时外磁体组件的外磁体是永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈；另一种是所述的定磁体是中间磁体，所述的动磁体是外磁体组件，这时外磁体组件中的外磁体是由交流电控制或者按照一定频率改变方向的脉冲电流的通电线圈。

以上四种方式的工作过程都是一样的，即当本发明要进行压缩气体时，都要使压缩气缸的活塞连杆推动活塞往气缸内滑动，于是通入的交流电或脉冲电流所产生的磁场要将动磁体组件推往压缩气缸，这时距离压缩气缸较近的那个外磁体与中间磁体之间的磁性相斥，距离压缩气缸较远的那个外磁体则与中间磁体之间的磁性相吸，这一斥、一吸的磁力叠加在一起后将压缩气缸的活塞往里推进，从而将压缩气缸内的气体压缩后从由压缩气缸1的排气孔12输出，在这过程中，压缩用限位气缸4先是进行排气，然后在跨过进出气孔421后气缸内的气体才开始逐渐受压，直到压缩定位气缸所产生的气压与它所受到压力持平时完成压缩气缸的行程限位。接着，由于交流电的电流方向或者脉冲电流方向发生变化，于是距离压缩气缸较近的那个外磁体与中间磁体之间的磁性相吸，而距离压缩气缸较远的那个外磁体则与中间磁体之间的磁性相斥，这一吸、一斥的磁力叠加在一起后使压缩气缸的活塞往外复位，这时外界的气体从压缩气缸的进气孔13进来，在复位时，由复位限位结构5限定压缩气缸的复位行程。

在如图1至6的实施例一、二、三、四中，中间磁体是定磁体，且是交流或正反脉冲通电线圈，并在线圈内设有磁钢21以增强通电后产生的磁性；而外磁体是永磁体或者通直流电的电磁体，它是动磁体，在此，这两个外磁体的N极同时朝向中间磁体，当然，也可以是S极同时朝向中间磁体（即交流或者正反脉冲线圈）的两端。本发明可以是双缸式直线压缩机，如图1、3的实施例一、二所示。也可以是单缸式直线压缩机，如图4、6的实施例三、四所示。

在如图1、3所示的实施例一、二中，由于是双缸式直线压缩机，这时所述的复位限位结构5是与压缩用限位气缸相同结构的复位用定位气缸50，在所述复位用定位气缸的缸壁501上设有高出缸底的进出气孔502，这样在一个气缸压缩、另一个气缸复位时，都是由定位气缸来实现压缩限位的。在如图4、6所示的实施例三、四中，由于是单缸式直线压缩机，这时所述的复位限位结构是蓄能弹簧片或弹簧（可以是压簧、拉簧，在本实施例中为压簧），当然，复位限位结构也可以采用定位气缸，只是压缩时产生的推力没有蓄能弹簧大，但蓄能弹簧在工作时会产生谐振。

可以看出，本发明的基本原理是这样的：通过通交流电或者正反脉冲电流的那个磁体在改变电流方向后磁性发生变化，来实现与另外的磁体之间的磁力变化，虽然在改变电流后一吸、一斥的磁力变成一斥、一吸的磁力，但同一时期的磁吸力和磁斥力都是指向同一矢量方向上，再通过连接结构6来将一吸一斥的磁力叠加在一起来压缩气体的，在压缩完成后交流电或者脉冲电流的电流方向开始发生变化来改变磁力的方向，从而实现压缩气缸的往复运动。本发明还专门针对直线压缩机运行时行程不好控制这一难点，设计了压缩用限位气缸，由于压缩用限位气缸的气缸只有一个开在缸壁上的进出气孔421，所以当气缸活塞向排气方向运动时，限位气缸由于该方向是盲端，所以限位活塞的运动将会受到限制，从而限制压缩机的运动行程。

从上可以看出，本直线压缩机的原理与传统旋转变直线原理完全不同。1、传统理论下直线压缩机的运动是沿着磁力线的切线方向进行，而本直线压缩机的运动是沿着磁场轴进行，并且两外磁体与中间磁体产生的一吸、一斥的磁力是指向同一矢量方向的，这样这两个磁力就可以叠加；虽然磁极两端的磁力会随着距离的增大而减少，随着距离的缩短而增强，但由于中间磁体与其中一个外磁体的距离在增加的同时，却与另一个外磁体的距离在缩短，这样就可以通过两磁力叠加后来较好克服这一缺点。对于气缸置于动磁体两端的情况，如图1、3的实施例一、二所示，这样压缩气缸的活塞在压缩时，磁场产生的推力是两极的磁力相加，即两倍磁极产生的力。对于气缸置于动磁体一端的情况，如图4、6的实施例三、四所示，它们通过弹簧蓄能作用于活塞上使活塞压缩时得到的推力是两极的磁力相加的两倍，即四倍磁极产生的力。由此结论可以得出，本直线压缩机的能效有较大突破，这是传统直线压缩机所无法比拟的。因为传统直线压缩机是沿磁力线切线运动，而且没有那么多力叠加。2、由于动磁体与定磁体之间的相对运动没有相切的条件，也就是动磁体没有与磁力线相切的条件，所以压缩气缸等部件的铜损和铁损将会容易得到较好控制，从而可提高直线压缩机的使用寿命；3、由于本设计的结构比较简单，但能获得较大推力，在同等功率下可以将直线压缩机的体积做得很小，大大降低生产成本，因此本发明的结构比较合理、紧凑，从而有利于直线压缩机的推广应用。4、由于压缩气缸和压缩用限位气缸的活塞的运动都是沿气缸轴运动，使气缸的磨擦小，容易做到无油运行，减少了日常维护成本。5、由于直线压缩机在同一矢量方向上有几个磁极产生的力叠加，所以在压缩时能获得较大推力及行程，从而提高能效比，因为压缩机做功只与缸径有关而与行程无关，所以压缩所排出的气体增多，因此能效得到提高。6、由于压缩机在运动时有几个力相加，所以容易获得较大的启动力矩，从而使压缩机能适应较大的条件变化，而使压缩机的使用寿命得到较大提高。7、本发明的通用性强，比如当用于制冷的话就可轻易解决不同环保雪种之间因需要的冷冻油不同而使压缩机不能通用这个问题。8、由于定位气缸的活塞对压缩行程的限位相当于气体弹簧，属于柔性减速，所以新压缩机的噪音将容易得到有效控制，使用起来比较环保。

两个外磁体之间的连接结构6可以连接在这两个外磁体的中间位置的连接杆，如图1、3、4的实施例一、二、三所示，也可以连接在这两个外磁体的外围，如图5的实施例四所示，这时它为连接框架。与此同时，连接结构6可以是非磁性的，也可以是带磁性的。

为确保压缩气体时足够的行程，外磁体和中间磁体之间的隔开距离要合理才行，使到压缩机在工作时，避免外磁体和中间磁体之间的碰撞。

尽管参照上面实施例详细说明了本发明，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，而在不脱离所述的权利要求限定的本发明的原理及精神范围的情况下，可对本发明做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本发明，而是由权利要求的内容限定保护的范围。

Claims (10)

1.一种直线压缩机，其特征在于，包括有压缩气缸（1）、中间磁体（2）、分别位于中间磁体（2）的磁极两侧的两个外磁体（3）、分别限定压缩气缸（1）的压缩行程和复位行程的压缩用限位气缸（4）和复位限位结构（5），其中：

所述的两个外磁体（3）在朝向中间磁体（2）的那一侧的磁极都相同，这两个外磁体（3）通过连接结构（6）固定连接成外磁体组件；压缩机在压缩或复位过程时这两个外磁体（3）中的一个与中间磁体（2）相吸，另一个与中间磁体（2）相斥，并在这两种过程时分别与中间磁体相吸、相斥的外磁体不同；

在所述的中间磁体（2）或外磁体组件中，其一个是动磁体，另一个是定磁体；所述动磁体与压缩气缸（1）的活塞连杆（11）、压缩用限位气缸（4）的活塞连杆（41）和复位限位结构（5）连接；在所述压缩用限位气缸的缸壁（42）上设有高出缸底的进出气孔（421）。

2.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述动磁体是采用永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈，所述定磁体采用由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈。

3.根据权利要求2所述的直线压缩机，其特征在于，所述的动磁体是中间磁体，所述的定磁体是外磁体组件，其中的外磁体是由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈。

4.根据权利要求2所述的直线压缩机，其特征在于，所述的定磁体是中间磁体，所述的动磁体是外磁体组件，其中的外磁体是永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈。

5.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述动磁体采用由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈，所述定磁体采用永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈。

6.根据权利要求5所述的直线压缩机，其特征在于，所述的动磁体是中间磁体，所述的定磁体是外磁体组件，其中的外磁体是永磁铁或由直流电控制的直流通电线圈。

7.根据权利要求5所述的直线压缩机，其特征在于，所述的定磁体是中间磁体，所述的动磁体是外磁体组件，其中的外磁体是由交流电或者正反脉冲电流控制的通电线圈。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线压缩机为双缸式直线压缩机；所述的复位限位结构是与压缩用限位气缸相同结构的复位用定位气缸，在所述复位用定位气缸的缸壁上设有高出缸底的进出气孔。

9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线压缩机为单缸式直线压缩机；所述的复位限位结构是蓄能弹簧。

10.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线压缩机为单缸式直线压缩机；所述的复位限位结构是与压缩用限位气缸相同结构的复位用定位气缸，在所述复位用定位气缸的缸壁上设有高出缸底的进出气孔。