CN103362783A

CN103362783A - 一种高效率且低成本的线性压缩机

Info

Publication number: CN103362783A
Application number: CN2013102650067A
Authority: CN
Inventors: 李衡国; 孙浩议
Original assignee: TIANJIN TANFENG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TIANJIN TANFENG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: CN103362783B

Abstract

一种高效率且低成本的线性压缩机。其包括密闭容器；设置在密闭容器底部的润滑油；设置在密闭容器内部的气缸；设置在气缸内部的活塞；设置在气缸和密闭容器间的密封圈；由活塞的外圆周面与气缸的内圆周面形成的环状狭小间隙；形成在气缸上的高压油孔；形成在活塞前部的吸入路径；设置在活塞顶端的吸气阀；设置在气缸顶端的排气阀；设置在密闭容器内且由外定子、定子线圈、内定子及永磁铁组成的线性电机；通过连接装置与活塞连接的弹性装置；连接在低压区和吸入路径之间的吸油装置。本发明的高效率且低成本的线性压缩机具有如下优点：1、结构设计合理、简单，并且便于组装；2、能够大幅度降低成本；3、油路设计合理，因此气缸和活塞的磨损小。

Description

一种高效率且低成本的线性压缩机

技术领域

本发明涉及一种线性压缩机，特别是涉及一种高效率且低成本的线性压缩机。

背景技术

线性压缩机是一种利用设置在密闭容器(壳体)内的线性电机进行直线运动，从而带动活塞进行往复运动，由此将吸入在气缸内部的气体进行压缩而后排出的装置。图1为一种已有技术的线性压缩机纵向结构剖视图。如图1所示，这种线性压缩机包括：壳体2，其底部含有润滑油O，并且其上贯穿设置有气体吸入管3和气体排出管4；线性压缩单元10，通过减震器8以可振动的方式设置在壳体2中，以进行气体的吸入、压缩以及排出操作；以及供油装置，其设置在线性压缩单元10的下方，在线性压缩单元10振动时将壳体2底部的润滑油O提供给线性压缩单元10；

所述的线性压缩单元10包括：框架16，中心部位安装有气缸12；后盖24，安装在框架16的右端，其上设有流体吸入管22，并且流体吸入管22与气体吸入管3相靠近设置；活塞30，以能够进行直线往复运动的方式设置在气缸12中，并且活塞30的内部形成有气体吸入路径28，以使气体能够吸入到气缸12中；吸入阀22，安装在活塞30上，用于打开或关闭气体吸入路径28；线性电动机34，包括内定子、外定子、定子线圈及永磁铁，并且永磁铁与活塞30相连，用于带动活塞30进行直线往复运动；以及排出阀组件35，安装在气缸12的左端，用于打开或关闭气缸12，并且与气体排出管4相连；

为了润滑/冷却气缸12和活塞20，在气缸12的内圆周面与活塞30的外圆周面的至少一个上形成有油槽36；

供油路径37贯穿气缸12与框架16的下部形成，并且上端与油槽36相连通，以便通过供油装置将润滑油O提供到油槽36中；另外，排油路径38贯穿气缸12与框架16的上部形成，并且下端与油槽36相连通，以便将油槽36中的润滑油O排出线性压缩单元10之外。

所述的供油装置包括：油管39，下端浸入润滑油O中；油盖41，连接在框架16的左端下部，由此在其与框架16之间形成油路40；油缸44，设置在线性压缩单元10的下方，并且与油路40相连通；油活塞45，设置在油缸44中；左侧弹簧46和右侧弹簧47分别设置在油缸44内油活塞45的左右侧，用于弹性支撑油活塞45；吸油阀48，设置在油路40的入口处，其根据油管39与油路40之间的压差来打开或关闭油路40的入口；以及排油阀49，设置在油路40的出口处，其根据油路40与供油路径37之间的压差来打开或关闭油路40的出口。

现将这种线性压缩机的工作原理阐述如下：当为线性压缩单元10上的定子线圈提供交流电时，在外定子和内定子之间将会产生磁场。由于所提供的电流为交流电，因此其磁场的极性呈周期性变化，从而使永磁铁以与电流相同的频率进行直线往复运动，同时带动与其相连的活塞30也一同在气缸12内进行直线往复运动，从而将从气体吸入管3经流体吸入管22及气体吸入路径28吸入到气缸12内的气体进行压缩，而后经排出阀组件35及气体排出管4向外排出。

在上述线性压缩单元10进行振动过程中，油活塞45将会同时进行直线往复运动。具体来说，当油活塞45向右移动时，油路40处于低压状态，从而使吸油阀48打开，这时润滑油O将通过油管39进入到油路40中。相反，当油活塞45向左移动时，油路40处于高压状态，从而使排油阀49打开，这时油路40中的润滑油O将通过供油路径37提供给油槽36，然后流入气缸12与活塞30之间的间隙而对气缸12与活塞30进行润滑/冷却，之后，这部分润滑油O将通过排油路径38而排到线性压缩单元10之外，并重新流回到壳体2的底部。

但是，这种已有技术的线性压缩机存在下列问题：如上所述，润滑油O存储在壳体2的底部，再通过泵油部件将其送入气缸12与活塞30之间的间隙中。由于无法得到高压油，因此其只能起润滑作用，而无法实现密封，而且泵油主要是依靠压缩机主体结构的振动来实现，当压缩机主体结构振动不稳定时，其供油也就变得不稳定，甚至有可能无法供油到气缸12与活塞30之间的间隙，从而导致气缸12和活塞30因缺少润滑而出现磨损等问题。另外，由于需要专门的泵油部件为活塞30与气缸12之间供油，这就导致其结构复杂，组装困难，且增加了制造成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单，效率高且成本低的线性压缩机。

为了达到上述目的，本发明提供的高效率且低成本的线性压缩机包括密闭容器，其上设有吸气管及排气管；设置在密闭容器底部的润滑油；设置在密闭容器内部的气缸；设置在气缸内部且能够进行往复运动的活塞；设置在气缸和密闭容器之间的密封装置，由此将密闭容器内部分为低压区和高压区；由活塞的外圆周面与气缸的内圆周面形成的环状狭小间隙；形成在气缸上且与上述环状狭小间隙及高压区相连通的高压油孔；形成在活塞前部的吸入路径；设置在活塞顶端的吸气阀；设置在气缸顶端的排气阀；设置在密闭容器内且由外定子、定子线圈、内定子及永磁铁组成的线性电机，且永磁铁通过连接装置与活塞相连接，以便驱使活塞在气缸内部进行直线往复运动；通过连接装置与活塞相连的弹性装置；连接在低压区和吸入路径之间的吸油装置，用于将低压区的润滑油导入到吸入路径，然后通过吸气阀吸入到气缸内部，再通过排气阀排入到高压区。

所述的密闭容器内排气阀的外侧设有油气分离装置。

所述的吸油装置为低压油管，一端设置在活塞内靠近吸入路径处，另一端位于低压区下部。

所述的密封装置为密封圈。

所述的弹性装置为螺旋弹簧组。

所述的线性压缩机上还设有与弹性装置相连的质量元件。

本发明提供的高效率且低成本的线性压缩机包括密闭容器，其上设有吸气管及排气管；设置在密闭容器内部的框架，且排气管延伸至框架内部；设置框架底部和密闭容器底部之间的支撑装置；设置在框架底部的润滑油；设置在框架内部的气缸；设置在气缸内部且能够进行往复运动的活塞；设置在气缸和框架之间的密封圈，由此将框架内部分为低压区和高压区；由活塞的外圆周面与气缸的内圆周面形成的环状狭小间隙；形成在气缸上且与上述环状狭小间隙及高压区相连通的高压油孔；形成在活塞前部的吸入路径；设置在活塞顶端的吸气阀；设置在气缸顶端的排气阀；设置在框架内且由外定子、定子线圈、内定子及永磁铁组成的线性电机，且永磁铁通过连接装置与活塞相连接，以便驱使活塞在气缸内部进行直线往复运动；通过连接装置与活塞相连的弹性装置；连接在低压区和吸入路径之间的吸油装置，用于将低压区的润滑油导入到吸入路径，然后通过吸气阀吸入到气缸内部，再通过排气阀排入到高压区。

所述的支撑装置为多个支撑弹簧。

所述的框架内排气阀的外侧设有油气分离装置。

本发明提供的高效率且低成本的线性压缩机具有如下优点：1、结构设计合理、简单，并且便于组装；2、能够大幅度降低成本；3、油路设计合理，因此气缸和活塞的磨损小。

附图说明

图1为一种已有技术的线性压缩机纵向结构剖视图。

图2为本发明提供的高效率且低成本的线性压缩机纵向结构剖视图。

图3为本发明实施例2提供的高效率且低成本的线性压缩机纵向结构剖视图。

图4本发明实施例3提供的高效率且低成本的线性压缩机纵向结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的高效率且低成本的线性压缩机进行详细描述。

实施例1：

如图2所示，本实施例提供的高效率且低成本的线性压缩机包括密闭容器01；吸气管02及排气管03，分别贯穿设置在密闭容器01的左右两端面上；气缸11，设置在密闭容器01的内部；高压油孔14，形成在气缸11上；密封圈12，设置在密闭容器01与气缸11之间，由此将密闭容器01的内部分为左侧的低压部分和右侧的高压部分；活塞21，在气缸11的内部进行直线往复运动；油凹槽23，形成在活塞21的表面；吸入路径22，形成在活塞21的前部；吸气阀24，设置在活塞21的顶端上，用于打开或关闭吸入路径22；排气阀25，设置在气缸11的前端，用于打开或关闭气缸11的前端口；排气弹簧04，固定在密闭容器01的右端内表面上，且与排气阀25相连接；线性电机，包括内定子31、定子线圈32、外定子33及永磁铁34，并且永磁铁34通过磁体固定架35及弹簧座36与活塞21连接，用于驱动活塞21在气缸11内进行直线往复运动；弹性元件，包括左弹簧组42a、右弹簧组42b、左弹簧支撑41和右弹簧支撑43，其中左弹簧支撑41和右弹簧支撑43分别固定在密闭容器01的左端内表面和气缸11的左端面上；左弹簧组42a和右弹簧组42b的一端分别固定在左弹簧支撑41和右弹簧支撑43上；弹簧座36的外部则固定在左弹簧组42a和右弹簧组42b之间；低压油存储区50a，设置在密闭容器01内的低压部分下部；高压油存储区50b，设置在密闭容器01内的高压部分下部，与高压油孔14相连通，并且低压油存储区50a和高压油存储区50b中至少有一个部分存有润滑油50；低压油管51，一端设置在活塞12内靠近吸入路径22处，另一端位于低压油存储区50a中。

所述的线性压缩机还包括设置在气缸11右端上的油气分离装置52。

所述的左弹簧组42a和右弹簧组42b由相隔距离呈环形设置的多个螺旋弹簧组成。

现将本发明提供的线性压缩机的工作原理阐述如下：

当为线性电机上的定子线圈32提供交流电时，在外定子33和内定子31之间将会产生磁场。由于所提供的电流为交流电，因此其磁场的极性呈周期性变化，从而使永磁铁34以与电流相同的频率进行直线往复运动，同时带动与其相连的活塞21也一同在气缸11内进行直线往复运动，从而将气体从吸气管02吸入到密闭容器01内的低压部分，这部分气体将与通过低压油管51吸入的润滑油50在活塞21内部形成低压混合流体，该流体将通过吸入路径22及开启着的吸气阀24进入到气缸11内进行压缩。当气缸11内的气压达到一定值时，低压混合流体将成为高压混合流体，此时排气阀25打开，高压混合流体将进入到高压部分。然后可通过设置在气缸11上的油气分离装置52将高压气体和润滑油50分开，最后高压气体将通过排气管03排出，润滑油50则流到高压油存储区50b中。在高气压的作用下，这部分润滑油50将通过高压油孔14进入到设置在活塞11表面的油凹槽23中，进而流入到活塞21外表面与气缸11内表面之间的狭小间隙中，形成高压油膜，从而起到润滑及密封的作用。同时，由于高压的持续作用，高压油膜将泄漏到低压部分的低压油存储区50a中。当线性压缩机持续运转时，低压油存储区50a中的润滑油50又将通过低压油管51与低压气体一同吸入到气缸11内进行压缩，从而形成了一个完整的油路循环。

研究表明，当线性压缩机的固有频率与激励频率一致时，其将达到共振状态，此时压缩机能够高效且稳定的运行。因此，本发明提供的线性压缩机的固有频率与其激励频率相同或相近。同时，在电机功率一定的情况下，电机的频率越高，电机的电流越小，压缩机的电机损耗越小，因为P_motor＝α*i*V ′，其中P_motor指电机功率，α指电机系数，i指电机的电流，V′指电机驱动动子在直线上进行往复运动的平均速度。众所周知，电机速度V′与电机频率f_motor成正比。同时，电机频率的提高有助于减少电机尺寸，从而能够极大地降低电机成本，同时，较小的电机使得压缩机密闭容器尺寸也能够减小，这样将会进一步降低成本。相对地，为了达到共振状态，电机频率的提高使得压缩机的固有频率需要提高，这就需要更多的弹性元件，但由于我们使用的是螺旋弹簧，其价格低廉，因此，其成本增加较小。综上所述，由于电机频率的提高使得线性压缩机的总体成本得到了极大的改善。

在机械结构方面，线性压缩机的损耗主要来之于摩擦损耗及泄露造成的损失。其中摩擦损耗f_mech主要取决于活塞运动速度V及活塞和气缸之间的间隙ε，其关系为f_mech∝V²/ε。为了尽可能降低摩擦力，由于共振频率的提高，需要增大活塞和气缸之间的间隙ε，但这就带来了另外一个问题，泄露的损失增大，因为泄露损失和该间隙成正比。为了降低泄露损失，本发明人将压缩机运行后存储在高压部分的润滑油50通过高压油孔14导入到活塞21与气缸11之间的间隙中。由于高压的作用，润滑油50会在气缸11与活塞21的间隙内形成高压油膜，其起到了密封、润滑的作用，从而更加有效地降低了摩擦力，并且减少了泄露损失。不过很明显，由于高压的作用，润滑油50会不断地从间隙中泄露到低压部分。为了实现油路循环，需要将低压部分的润滑油50重新导入到高压部分。本发明是在存储于低压油存储区50a中的润滑油50与吸入路径22之间设置一个低压油管51。由于吸入路径22左侧附近的压力比低压油存储区50a还要低，使得润滑油50通过压力作用吸入到吸入路径22，再通过吸气阀24进入到高压部分。但是，由于油是通过雾化的形式和低压气体一起进入高压部分，为了保证润滑油50不通过排气管03排出，本发明人在排气端安装了小型的油气分离装置52，以确保润滑油50能够全部进入到高压油存储区50b中，从而保证了整个油路的循环。

实施例2：

如图3所示，本实施例提供的线性压缩机与实施例1中的线性压缩机不同之处在于其在密闭容器01的内部水平设置了一个左端呈开口状的筒状框架53，同时在筒状框架53的底部和密闭容器01的底部之间安装多个支撑弹簧05，除密闭容器01之外的其它部件全部以相同的形式安装在框架53内部，同时排气管03的内端延伸至框架53内，这样通过支撑弹簧05将框架53和密闭容器01隔离开，从而减小了由框架53传递给密闭容器01的振动。

实施例3：

如图4所示，本实施例提供的线性压缩机与实施例1中的线性压缩机不同之处在于其在左侧又增加了一组弹簧组42c，并且在左弹簧组42a和弹簧组42c之间安装了质量元件37。当活塞21进行往复运动时，其会带动与其连接的左弹簧组42a、右弹簧组42b、质量元件37和弹簧组42c一起运动。当激励频率在一定的范围时，活塞21与质量元件37的运动相位正好相反，此时，其作用在密闭容器01上的力相互抵消，因此，线性压缩机的振动减小了。

Claims

1.一种高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的线性压缩机包括密闭容器，其上设有吸气管及排气管；设置在密闭容器底部的润滑油；设置在密闭容器内部的气缸；设置在气缸内部且能够进行往复运动的活塞；设置在气缸和密闭容器之间的密封装置，由此将密闭容器内部分为低压区和高压区；由活塞的外圆周面与气缸的内圆周面形成的环状狭小间隙；形成在气缸上且与上述环状狭小间隙及高压区相连通的高压油孔；形成在活塞前部的吸入路径；设置在活塞顶端的吸气阀；设置在气缸顶端的排气阀；设置在密闭容器内且由外定子、定子线圈、内定子及永磁铁组成的线性电机，且永磁铁通过连接装置与活塞相连接，以便驱使活塞在气缸内部进行直线往复运动；通过连接装置与活塞相连的弹性装置；连接在低压区和吸入路径之间的吸油装置，用于将低压区的润滑油导入到吸入路径，然后通过吸气阀吸入到气缸内部，再通过排气阀排入到高压区。

2.根据权利要求1所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的密闭容器内排气阀的外侧设有油气分离装置。

3.根据权利要求1所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的吸油装置为低压油管，一端设置在活塞内靠近吸入路径处，另一端位于低压区下部。

4.根据权利要求1所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的密封装置为密封圈。

5.根据权利要求1所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的弹性装置为螺旋弹簧组。

6.根据权利要求1所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的线性压缩机上还设有与弹性装置相连的质量元件37。

7.一种高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的线性压缩机包括密闭容器，其上设有吸气管及排气管；设置在密闭容器内部的框架，且排气管延伸至框架内部；设置框架底部和密闭容器底部之间的支撑装置；设置在框架底部的润滑油；设置在框架内部的气缸；设置在气缸内部且能够进行往复运动的活塞；设置在气缸和框架之间的密封圈，由此将框架内部分为低压区和高压区；由活塞的外圆周面与气缸的内圆周面形成的环状狭小间隙；形成在气缸上且与上述环状狭小间隙及高压区相连通的高压油孔；形成在活塞前部的吸入路径；设置在活塞顶端的吸气阀；设置在气缸顶端的排气阀；设置在框架内且由外定子、定子线圈、内定子及永磁铁组成的线性电机，且永磁铁通过连接装置与活塞相连接，以便驱使活塞在气缸内部进行直线往复运动；通过连接装置与活塞相连的弹性装置；连接在低压区和吸入路径之间的吸油装置，用于将低压区的润滑油导入到吸入路径，然后通过吸气阀吸入到气缸内部，再通过排气阀排入到高压区。

8.根据权利要求7所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的支撑装置为多个支撑弹簧。

9.根据权利要求7所述的高效率且低成本的线性压缩机，其特征在于：所述的框架内排气阀的外侧设有油气分离装置。