CN103352825B - 一种直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线压缩机，包括排气机构和压缩机组件二部分，排气机构包括排气阀片、排气阀板、预紧弹簧和排气腔盖；排气阀板设置在气缸端部，排气孔及排气阀片均设置在排气阀板上，排气腔盖紧固在气缸外端的壁面上，形成封闭腔作为压缩机的排气腔，预紧弹簧安装在该排气腔内。本发明成功解决了直线压缩机运行异常时撞缸所带来的活塞或排气阀板损坏或两者同时损坏的恶劣后果。排气机构在压缩机正常运行时，预紧弹簧、预紧力足够抵消气体压缩对排气阀板产生的压力。排气机构可以有效保证压缩机运行的稳定性，保障压缩机寿命，有利于控制系统的调节，保证精确控制的实现。因为加装弹簧，排气腔尺寸增大，可以降低排气噪音。

Description

一种直线压缩机

技术领域

本发明涉及一种直线压缩机，尤其涉及一种冰箱用无油润滑直线压缩机。

背景技术

往复活塞式压缩机有两种形式，曲柄连杆机构是目前最普遍的一种，由于采用曲柄连杆机构的往复活塞式压缩机运动副多、摩擦损耗大、零部件多、尺寸大等特点，另一种采用直线往复式结构的直线压缩机越来越受到重视，尤其是在冰箱等小制冷量应用领域，直线压缩机具有结构更加简单，摩擦损耗减少，噪音降低、可方便地通过调节电压调节流量，比变频调节简单可靠、可以实现少油或无油润滑油等优点。

采用曲柄连杆机构的往复活塞式压缩机的吸排气阀通常设置在阀板上，阀板与活塞、气缸一起构成压缩容积，阀板则与气缸固定在一起，排气时只有排气阀开启，由于活塞的行程由曲柄连杆机构决定，因此活塞与阀板之间不会发生碰撞，但当这种结构应用于直线压缩机时，由于直线压缩机的活塞行程不像曲柄连杆机构依靠物理方法限制活塞的最大行程，而是依靠软件控制的方法来控制活塞的行程，因此直线压缩机很容易发生活塞与阀板之间的碰撞，导致活塞和阀板受损。为了解决这个问题，申请号为200780003128.1的“用于直线压缩机的排放阀组件”发明提出一种与气缸、活塞一起构成压缩容积的排放阀，不存在阀板，排气时，整个排气阀一起打开，这样避免了直线压缩机活塞与排气阀的碰撞。但是这种排气阀每打开一次，关闭时也会和气缸顶部(或排气阀座)碰撞一次，将会影响该排气阀的使用寿命。同时，排气阀与气缸之间高频率的碰撞也会带来巨大的噪音。

另外，采用曲柄连杆机构的往复活塞式压缩机一般常采用润滑油对运动部件进行润滑，目前的一线直线压缩机如LG公司开发的用于冰箱的直线压缩机也是采用润滑油进行润滑的。采用润滑油对运动部件进行润滑可以提高往复活塞式压缩机的可靠性、有利于长时间的工作，还能起到一定的密封作用，但也存在需要润滑油泵、加工输油管路，使压缩机结构复杂，而且润滑油进入到制冷系统还会影响换热器的换热，减低制冷系统的效率。因此实现无油润滑压缩对于直线压缩机具有重要意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了直线压缩机，其目的在于实现提高压缩机寿命，降低排气噪音。

本发明提供的一种直线压缩机，包括排气机构和压缩机组件二部分，其特征在于，所述排气机构包括排气阀片、排气阀板、预紧弹簧和排气腔盖；所述排气阀板设置在气缸端部，排气孔及排气阀片均设置在排气阀板上，所述排气腔盖紧固在气缸外端的壁面上，形成封闭腔作为压缩机的排气腔，所述预紧弹簧安装在该排气腔内。

作为上述技术方案的改进，所述压缩机组件包括气缸、活塞组件、动磁式直线振荡电机、谐振弹簧和压缩机机壳；

压缩机机壳包括所述机座和末端封盖；机座为空心圆柱状，机座的前端设置排气机构，末端设置末端封盖；

活塞组件包括活塞、活塞杆、杆端板和吸气阀；活塞布置在机座内，机座、活塞和排气阀板所围成的空间构成所述气缸，吸气阀布置在中空活塞前端壁面，活塞杆由二个直线轴承和轴承支架支撑，且与活塞同轴并固定连接，杆端板设置在活塞杆末端；所述动磁式振荡电机包括外轭铁、动内轭、永磁体和线圈绕组；动内轭材料为电磁纯铁，直接固定套在活塞杆上，以约束磁场通路；永磁体固定在动内轭表面上，沿圆周成环状均匀分布；外轭铁由硅钢片扎叠成圆弧状，固定在机座上，且与永磁体相隔气隙，沿圆周分布在动内轭的外侧，线圈绕组安装在外轭铁上；支撑环有三组，设置在轴承支架和动磁式振荡电机之间是二个完全相同的支撑环，设置在位于末端的轴承支架和末端封盖之间的支撑环尺寸由谐振弹簧的安装总长度决定；直线轴承套在活塞杆上，轴承支架紧固在直线轴承外侧；所述谐振弹簧有两根，在杆端板两侧对称布置，谐振弹簧设置时为压缩状态，预紧量相同。

作为上述技术方案的进一步改进，所述活塞与机座的接触面涂覆氟碳纳米涂层，活塞杆与直线轴承接触部分壁面添加氟碳纳米涂层，以改善表面特性。

本发明成功解决了直线压缩机运行异常时撞缸所带来的活塞或排气阀板损坏或两者同时损坏的恶劣后果。本发明所采用的排气机构，在压缩机正常运行时，预紧弹簧、预紧力足够抵消气体压缩对排气阀板产生的压力。当发生异常导致活塞撞缸时，排气阀板在活塞和预紧弹簧共同作用下压缩移动。即撞缸发生，排气阀板整个打开，压缩气体进入排气腔，压缩机保持正常运行。因此，排气机构可以有效保证压缩机运行的稳定性，保障压缩机寿命，有利于控制系统的调节，保证精确控制的实现。同时，因为加装弹簧，排气腔尺寸增大，可以降低排气噪音。

作为改进，本发明的设计了动磁式振荡电机的结构，通过动内轭的设置，在保证动磁式振荡电机功率和效率的情况下，有效地减小了动磁式振荡电机的径向尺寸，从而大大减小了整个直线电机的径向尺寸。

作为进一步改进，本发明实现了无油润滑。本发明在活塞的外侧面、机座构成气缸部分的内壁面以及活塞杆与直线轴承所接触的部分均进行了氟碳纳米材料的涂层处理，改善壁面特性，减小运动副的摩擦，有利于实现无油润滑。

附图说明

图1是本发明提供的直线压缩机的第一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1中排气机构的结构示意图；

图3是图1中动磁式直线振荡电机的结构示意图；

图1-3中，1-排气机构(含17-排气阀，18-排气阀板，19-预紧弹簧，20-排气腔盖)，2-活塞，3-活塞杆，4-支撑环，5-外轭铁，6-动内轭，7-直线轴承，8-谐振弹簧，9-末端封盖，10-杆端板，11-轴承支架，12-永磁体，13-线圈绕组，14-机座，15-吸气阀，16-气缸。

图4是本发明提供的直线压缩机的第二种具体实施方式的结构示意图；

图4中，21-活塞19-预紧弹簧17-排气阀片18-排气阀板20-排气腔盖22-吸气孔23-气缸基座24-外轭铁25-线圈26-永磁体27-第一静支架28-第一共振弹簧29-动支架30-第二静支架31-吸气管32-第二共振弹簧33-减振弹簧34-机壳35-支撑脚；

图5是本发明提供的直线压缩机的第三种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，所述直线压缩机包括排气机构1和压缩机组件二部分，

所述压缩机组件包括气缸16、活塞组件、动磁式直线振荡电机、谐振弹簧8、压缩机机壳。

压缩机机壳包括所述机座14和末端封盖9。机座14为空心圆柱状，机座14的前端设置排气机构，末端设置末端封盖9。

如图2所示，所述排气机构1包括排气阀片17、排气阀板18、预紧弹簧19和排气腔盖20。所述排气阀板18设置在气缸16端部，为了进一步提高排气阀板18与气缸16之间的密封效果，排气阀板的内侧平面设置有一圈耐高温防撞垫片。在排气阀板18的内侧平面(靠气缸侧平面)可以设置成凸台状，或成平板状。排气孔及排气阀片17均设置在排气阀板18上。所述排气腔盖20用螺栓紧固在气缸16外端的壁面上，形成封闭腔作为压缩机的排气腔。所述排气腔内由于增加预紧弹簧19，结构尺寸变大，能有效减低噪音，故不再加设消音器。所述预紧弹簧19一端固定在排气阀板18上，另一端固定在排气腔盖20内侧，弹簧预先压缩量的设置与排气压力大小相关，排气管直接连接在排气腔盖20上进行直接排气。

活塞组件包括活塞2、活塞杆3、杆端板10和吸气阀15。活塞2布置在机座14内，机座14、活塞2和排气阀板18所围成的空间构成所述气缸16，活塞2与机座14的接触面涂覆氟碳纳米涂层，改善表面特性。吸气阀15布置在中空活塞2前端壁面，活塞杆3由二个直线轴承7和轴承支架11支撑，且与活塞2同轴并固定连接，杆端板10设置在活塞杆3末端。活塞杆3与直线轴承7接触部分壁面添加氟碳纳米涂层，改善表面特性。

如图3所示，所述动磁式振荡电机包括外轭铁5、动内轭6、永磁体12和线圈绕组13。动内轭6材料为电磁纯铁，直接固定套在活塞杆3上，以约束磁场通路。永磁体12固定在动内轭6表面上，沿圆周成环状均匀分布。外轭铁5由硅钢片扎叠成圆弧状，固定在机座14上，且与永磁体12相隔气隙，沿圆周分布在动内轭6的外侧，线圈绕组13安装在外轭铁5上。

支撑环4有三组，设置在轴承支架11和动磁式振荡电机之间是二个完全相同的支撑环，设置在位于末端的轴承支架11和末端封盖9之间的支撑环尺寸由谐振弹簧8的安装总长度决定。直线轴承7套在活塞杆3上，轴承支架11紧固在直线轴承7外侧。

所述谐振弹簧8有两根，在杆端板10两侧对称布置，谐振弹簧8设置时为压缩状态，预紧量相同。

上述直线压缩机工作原理如下：

线圈绕组13通入交变电流产生交变磁场，永磁体12在交变磁场中受力往复运动，带动活塞2在气缸16内作往复运动，压缩气体做功。谐振弹簧8随活塞2而运动，在设计频率下弹簧与运动件产生共振，达到设计效果。制冷剂蒸汽等气体从机座14上的接管进入机座14内，当机座14内的气体压力与气缸16内的气体压力差能够打开吸气阀片17时，机座14内的气体进入气缸16内，开始吸气过程，一直到活塞2在谐振弹簧8和动磁式振荡电机的作用下到达左右段位置时，吸气过程结束，吸气阀在自身弹簧力作用下关闭吸气孔，而活塞2谐振弹簧8和动磁式振荡电机的作用下开始向左运动，使气缸16的体积缩小，气缸16内的制冷剂蒸汽等气体被压缩，当气缸16内的气体压力与排气腔盖20内的气体压力差能够打开排气阀17时，排气阀17打开，气缸内的气体被排入排气腔盖20内，通过排气腔盖20上的接管排出压缩机，当活塞2到达最左端时，排气过程结束，排气阀在自身弹力作用下关闭排气阀孔，而活塞2在谐振弹簧8与动磁式振荡点击的作用下开始向右运动，开始膨胀过程，气缸16内的气体压力降低，当机座14内的气体压力与气缸16内的气体压力差能够打开吸气阀15时，机座14内的气体进入气缸16，进行吸气过程，并开始新一轮吸气-压缩-排气-膨胀-吸气的循环。

当发生意外情况如动磁式振荡电机控制故障或失误，导致活塞2撞击排气阀板18时，活塞2碰撞排气阀板上的防撞垫片，使排气阀板18推动预紧弹簧19，排气阀板18整体打开，压缩气体与活塞2进入排气腔，避免了活塞2与排气阀板18不会发生硬碰硬而造成活塞2或排气阀板18损坏或两者同时损坏的恶劣后果。而当动磁式振荡电机恢复正常时，排气阀板18在预紧弹簧19的作用下回到原位，一起与活塞2、机座14构成气缸16，压缩机继续保持稳定运行。

动内轭6材料为电磁纯铁，直接固定套在活塞杆3上，以约束磁场通路。永磁体12固定在动内轭6表面上，沿圆周成环状均匀分布。外轭铁5由硅钢片扎叠成一定的圆弧状，与永磁体12相隔一定的气隙，沿圆周分布在最外环。

为了在减小尺寸的情况下保证电机性能，结构中添加了材料为电磁纯铁的动内轭6，随着活塞杆3的运动而运动，以约束磁场通路。动内轭6直接固定套在活塞杆3上，在通入交流电时由固定在其上的永磁体12驱动，带动活塞杆3进而驱动活塞2做往复直线运动。

永磁体12固定在动内轭6表面上，省去了永磁体支架，减小了气隙厚度，使电机径向尺寸大幅度减小。

活塞杆3结构形式的改变，在保持活塞2尺寸不变的情况下，活塞杆3的直径减小，安装在活塞杆3上的动内轭6、永磁体12的体积和质量随之减小，这也减小了电机的径向尺寸。

本发明的特点三是实现了无油润滑，其措施与原理如下：

所述直线轴承7套在活塞杆3上，轴承支架11紧固在直线轴承7外侧。轴承支架11保证直线轴承7装配的同轴度，使活塞2运行过程中不受径向力。直线轴承7提供滚动摩擦，摩擦系数低，减小压缩机摩擦阻尼，有利于实现无油润滑。

所述活塞2、活塞杆3、气缸16表面均喷涂氟碳纳米涂层，改善壁面特性，减小摩擦系数，氟碳纳米涂层增加厚度为纳米级别，可以有效改善固体壁面粗糙度，减小表面摩擦系数。添加纳米氟碳涂层后，壁面间添摩擦系数比添加润滑油的摩擦系数更低，使压缩机达到更高的效率。

该无油润滑方案的设置结构简单、加工方便，取消了油路系统以及润滑油带来的效率降低问题。

本发明的排气阀组件可应用于其他现有的直线压缩机组件，其结构如图4所示。

排气机构1包括预紧弹簧19、排气阀片17、排气阀板18和排气腔盖20。直线压缩机组件包括活塞2、外轭铁5、第一谐振弹簧8，永磁体12，线圈13，机座14，吸气阀15，气缸16，第一静支架21，动支架22，第二静支架23，吸气管24，第二谐振弹簧25，减振弹簧26，机壳27和支撑脚28，排气机构1的安装方式与图1所示结构相同。

该压缩机的工作原理是线圈绕组13通入交流电产生交变磁场，作用于永磁体12。永磁体12与动支架22在谐振弹簧8、第二谐振弹簧5与电磁力的共同作用下做往复直线运动，实现直线压缩机的吸气、压缩、排气、膨胀等过程。采用本发明的排气组件后，压缩机正常运行时，排气过程是通过设置在排气阀板18上的排气阀片17来实现，而且行程在设计范围内，不会发生撞缸。若因某种意外导致撞缸发生时，排气阀板18在活塞2的推动下，克服预紧弹簧19的弹力，发生移动，整个排气阀板打开，不会发生活塞2或排气阀板18因撞击而产生的破坏，而当异常情况消除后，活塞2恢复到正常运行状态，排气阀板18又在预紧弹簧19的作用下压紧在气缸基座3上，排气阀片17恢复到正常工作状态。因此，该排气组件应用于现有直线压缩机上时同样能够起到发生撞缸但不会导致压缩机(活塞2和排气阀板18)的破坏，即其他直线压缩机应用本发明的排气结构时也应当属于本发明保护范围。

本发明的动磁式直线振荡电机与无油润滑技术可与其他排气阀结构组合应用，其结构如图5所示。本发明的动磁式直线振荡电机与无油润滑技术与其它结构的排气机构一起组成的一种新型的直线压缩机。该排气机构可以由排气阀片17、预紧弹簧19和排气腔盖20组成。

排气阀片17设置在气缸16端部，所述排气腔盖20用螺栓紧固在气缸16外端的壁面上，形成封闭腔作为压缩机的排气腔。所述排气腔内增设预紧弹簧19，结构尺寸变大，能有效减低噪音，故不再加设消音器。所述预紧弹簧19一端固定在排气阀片17上，另一端固定在排气腔盖20内侧，弹簧预先压缩量的设置与排气压力大小相关，排气管直接连接在排气腔盖20上进行直接排气。

该压缩机的工作原理是线圈绕组13通入交流电产生交变磁场，作用于永磁体12。永磁体12与动内轭6以及活塞杆3在共振弹簧8与电磁力的共同作用下作往复直线运动，实现直线压缩机的吸气、压缩、排气、膨胀等过程。采用本发明的动磁式直线振荡电机与无油润滑技术后，可以使得压缩机的结构尺寸缩小并且实现压缩机无油润滑运行。但此时采用了现有某种排气阀结构，气缸由活塞2、机座14和整个排气阀片17所构成，排气时，气缸内的高压气体克服预紧弹簧19推动排气阀片17打开进行排气，排完气后，整个排气阀片17又在预紧弹簧19的作用下回到机座14上，当发生异常时，活塞2撞击排气阀片(发生撞缸事故)时，也会使排气阀片17克服预紧弹簧19的预紧弹力打开，避免了活塞2或排气阀片17的损坏，但是由于该排气阀结构的排气阀片大、又需要保证在一定压力下具有足够的强度和刚度，因此，该排气阀片有一定的厚度和重量，排气阀每打开一次，关闭时也会和气缸顶部(或排气阀座)碰撞一次，将会影响该排气阀的使用寿命。同时，排气阀与气缸之间高频率的碰撞也会带来巨大的噪音。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种直线压缩机，包括排气机构和压缩机组件二部分，其特征在于，所述排气机构包括排气阀片、排气阀板、预紧弹簧和排气腔盖；所述排气阀板设置在气缸端部，排气孔及排气阀片均设置在排气阀板上，所述排气腔盖紧固在气缸外端的壁面上，形成封闭腔作为压缩机的排气腔，所述预紧弹簧安装在该排气腔内；

所述压缩机组件包括气缸、活塞组件、动磁式振荡电机、谐振弹簧和压缩机机壳；

压缩机机壳包括机座和末端封盖；机座为空心圆柱状，机座的前端设置排气机构，末端设置末端封盖；

活塞组件包括活塞、活塞杆、杆端板和吸气阀；活塞布置在机座内，机座、活塞和排气阀板所围成的空间构成所述气缸，吸气阀布置在中空活塞前端壁面，活塞杆由二个直线轴承和轴承支架支撑，且与活塞同轴并固定连接，杆端板设置在活塞杆末端；所述动磁式振荡电机包括外轭铁、动内轭、永磁体和线圈绕组；动内轭材料为电磁纯铁，直接固定套在活塞杆上，以约束磁场通路；永磁体固定在动内轭表面上，沿圆周成环状均匀分布；外轭铁由硅钢片扎叠成圆弧状，固定在机座上，且与永磁体相隔气隙，沿圆周分布在动内轭的外侧，线圈绕组安装在外轭铁上；

支撑环有三组，设置在轴承支架和动磁式振荡电机之间的二组支撑环是二个完全相同的支撑环，设置在位于末端的轴承支架和末端封盖之间的另一组支撑环的尺寸由谐振弹簧的安装总长度决定；直线轴承套在活塞杆上，轴承支架紧固在直线轴承外侧；

所述谐振弹簧有两根，在杆端板两侧对称布置，谐振弹簧设置时为压缩状态，预紧量相同。

2.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述排气阀板的内侧平面设置有一圈耐高温防撞垫片。

3.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述活塞与机座的接触面涂覆氟碳纳米涂层。

4.根据权利要求1至3中任一所述的直线压缩机，其特征在于，所述活塞杆与直线轴承接触部分壁面添加氟碳纳米涂层，以改善表面特性。

5.一种直线压缩机，包括排气机构和压缩机组件二部分，其特征在于，

该排气机构由排气阀片、预紧弹簧和排气腔盖组成；

所述压缩机组件包括气缸、活塞组件、动磁式振荡电机、谐振弹簧和压缩机机壳；

压缩机机壳包括机座和末端封盖；机座为空心圆柱状，机座的前端设置排气机构，末端设置末端封盖；

排气阀片设置在气缸端部，所述排气腔盖紧固在气缸外端的壁面上，形成封闭腔作为压缩机的排气腔，所述预紧弹簧安装在该排气腔内；

活塞组件包括活塞、活塞杆、杆端板和吸气阀；活塞布置在机座内，机座、活塞和排气阀板所围成的空间构成所述气缸，吸气阀布置在中空活塞前端壁面，活塞杆由二个直线轴承和轴承支架支撑，且与活塞同轴并固定连接，杆端板设置在活塞杆末端；所述动磁式振荡电机包括外轭铁、动内轭、永磁体和线圈绕组；动内轭材料为电磁纯铁，直接固定套在活塞杆上，以约束磁场通路；永磁体固定在动内轭表面上，沿圆周成环状均匀分布；外轭铁由硅钢片扎叠成圆弧状，固定在机座上，且与永磁体相隔气隙，沿圆周分布在动内轭的外侧，线圈绕组安装在外轭铁上；

支撑环有三组，设置在轴承支架和动磁式振荡电机之间是二个完全相同的支撑环，支撑环设置在位于末端的轴承支架和末端封盖之间，该支撑环的尺寸由谐振弹簧的安装总长度决定；直线轴承套在活塞杆上，轴承支架紧固在直线轴承外侧；

所述谐振弹簧有两根，在杆端板两侧对称布置，谐振弹簧设置时为压缩状态，预紧量相同。

6.根据权利要求5所述的直线压缩机，其特征在于，所述活塞与机座的接触面涂覆氟碳纳米涂层，活塞杆与直线轴承接触部分壁面添加氟碳纳米涂层，以改善表面特性。