CN104776006A - 一种线性压缩机 - Google Patents

Abstract

一种线性压缩机。其包括密闭容器；固定于密闭容器内的气缸；设置在上述气缸内部并能够进行直线往复运动的活塞；设置在密闭容器内，由定子、线圈及磁铁构成的单磁极直线电机，用于驱动活塞进行直线往复运动；动子骨架，用于连接活塞与磁铁，并且上述活塞、磁铁和动子骨架组成动子；用于支撑上述动子进行直线往复运动的主弹簧组；与主弹簧组相连接的质量体；位于密闭容器与质量体之间的辅助弹簧组。本发明提供的线性压缩机结构简单，易于小型化；而且涡流损耗小，因此提高了线性压缩机的效率。

Description

一种线性压缩机

技术领域

本发明属于压缩机械技术领域，特别是涉及一种易于小型化且高能效的线性压缩机。

背景技术

线性压缩机是一种利用设置在密闭容器(外壳)内的线性电机进行直线往复运动，从而带动活塞进行直线往复运动，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为一种传统的线性压缩机纵向结构剖视图。如图1所示，其主要包括密闭容器4、隔震弹簧14，16和主泵体，其中主泵体通过隔震弹簧14，16与密闭容器4相连。上述主泵体是由设置在密闭容器4内部的气缸18、活塞18a、线性电机20、连接装置30及共振弹簧34等部件构成；其中气缸18用于限定压缩空间，活塞18a以能够进行往复运动的方式设置在气缸18的内部，活塞18a的顶部设有用于导入气体的吸气阀门18c，气缸18的顶部设有用于导出气体的排气阀门42。线性电机为活塞18a进行往复运动的驱动单元，其包括内定子24，固定在磁铁28内侧；外定子22，固定在磁铁28外侧；定子线圈26，设置在外定子22内部。连接装置30的一侧连接到磁铁28上，另一侧连接在活塞18a上。在上述这种传统结构的线性压缩机中，当为定子线圈26提供交流电时，在外定子22和内定子24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，从而使磁铁28以与电流相同的频率进行往复运动，同时带动连接装置30也一同进行直线往复运动，与连接装置30相连的活塞18a将在气缸18内进行往复运动，从而将吸入的气体进行压缩，而后排出。由于活塞18a的往复运动带来的振动使得主泵体同样产生大量振动。为消除这种振动带来的不良后果，传统线性压缩机通过隔震弹簧14，16将主泵体与密闭容器4隔离减震。

由于通过隔震弹簧进行隔离减震会使传统线性压缩机小型化非常困难。为此，韩国专利(专利号：10-2006-0042683)提供了一种解决方法。图2为韩国专利提供的线性压缩机纵向结构剖视图。如图2所示，该线性压缩机是在传统线性压缩机的主泵体上添加一个质量体90和辅助弹簧16，与原有系统组成一个两自由度振动系统，在合适的频率范围内能够达到减震的效果，不再需要隔震弹簧的结构，使得线性压缩机易于小型化。但上述线性压缩机存在的问题是，其使用的是双磁极线性电机，并且电机的外定子与线性压缩机的外壳直接接触，而出于安全、成本等因素考虑，线性压缩机外壳的材料一般为导磁材料(如冷轧钢)，使得这种双磁极线性电机极易发生漏磁的问题，并且电机的涡流损耗大，从而极大地降低了电机的效率。同时，由于其外定子与内定子分离设置，这样在装配过程中，很难保证外定子与内定子所形成的环状间隙的精密度。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种既易于小型化又高能效的线性压缩机。

为了达到上述目的，本发明提供的线性压缩机包括密闭容器；固定于密闭容器内的气缸；设置在上述气缸内部并能够进行直线往复运动的活塞；设置在密闭容器内，由定子、线圈及磁铁构成的单磁极直线电机，用于驱动活塞进行直线往复运动；动子骨架，用于连接活塞与磁铁，并且上述活塞、磁铁和动子骨架组成动子；用于支撑上述动子进行直线往复运动的主弹簧组；与主弹簧组相连接的质量体；位于密闭容器与质量体之间的辅助弹簧组。

所述的磁铁包括相互连接的第一磁铁和第二磁铁，并且第一磁铁和第二磁铁都是沿着径向充磁，但是充磁方向相反。

所述的定子上只形成一个磁极，且上述线圈设置在定子内部。

所述的主弹簧组包含第一弹簧组和第二弹簧组，上述第一弹簧组位于定子与动子之间；第二弹簧组位于动子与质量体之间。

所述的第一弹簧组、第二弹簧组及第三弹簧组每组中至少包含一个螺旋弹簧。

本发明提供的线性压缩机结构简单，易于小型化；而且涡流损耗小，因此提高了线性压缩机的效率。

附图说明

图1为一种传统的线性压缩机纵向结构剖视图。

图2为韩国专利提供的线性压缩机纵向结构剖视图。

图3为本发明实施例一提供的线性压缩机纵向结构剖视图。

图4为本发明实施例二提供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线性压缩机进行详细说明。

实施例一：

如图3所示，本实施例提供的线性压缩机包含密闭容器00；吸气管01和排气管02，安装在密闭容器00上，分别用于气体的流入及流出；气缸21，固定于密闭容器00内部，用于提供压缩气体的空间，并且气缸21上设有能够打开和关闭的排气阀22；排气弹簧23，连接在密闭容器00和排气阀22之间，用于打开和关闭排气阀22；活塞11，设置在气缸21的内部，并能够在气缸21内部进行直线往复运动，并且气缸21、排气阀22与活塞11形成用于压缩气体的压缩腔；吸气阀12，设置在活塞11的端面上且能够打开和关闭，用于将气体吸入到压缩腔内；单磁极线性电机，固定于密闭容器00内部，并且由第一永磁铁32a、第二永磁铁32b、定子31和线圈33构成；上述线圈33设置在定子31的内部且靠近气缸21一侧；上述定子31上形成有环状间隙且靠近密闭容器00一侧；上述第一永磁铁32a与第二永磁铁32b以相互连接的方式设置在定子31上的环状间隙中，且两者都是沿径向充磁，但极性相反；动子骨架13，连接在活塞11与第一永磁铁32a、第二永磁铁32b之间，并且活塞11、第一永磁铁32a、第二永磁铁32b和动子骨架13构成动子；第一弹簧组4a和第二弹簧组4b，设置在密闭容器00内部，用于支撑上述动子进行直线往复运动；其中第一弹簧组4a的两端分别连接在定子31与动子骨架13上，并且靠近气缸21一侧；质量体50，设置在密闭容器00内部；第二弹簧组4b，两端分别连接在动子骨架13和质量体50上；辅助弹簧组51，两端分别连接在质量体50与密闭容器00上。

另外，所述的第一弹簧组4a、第二弹簧组4b及辅助弹簧组51每组中至少包含一个螺旋弹簧。

现将本实施例提供的线性压缩机运行方式阐述如下：

当给线圈33提供交流电流时，在定子31及其环状间隙上将产生交变磁场，此时位于环状间隙中的第一永磁铁32a和第二永磁铁32b在交变磁场的作用下将在环状间隙内进行直线往复运动，并通过动子骨架13带动活塞11以与所提供电流相同的频率在气缸21内表面上进行直线往复运动。此时，待压缩的气体将通过吸气管01进入密闭容器00的内部，然后流入活塞11内部，之后再通过开启的吸气阀12进入压缩腔并由活塞11进行压缩。其中吸气阀12是通过活塞11往复运动产生的内外压力差打开和关闭的。当气缸21内的压力达到一定值时，排气阀22将被打开，此时，经过压缩的高压气体将通过排气管02排出。同时，当动子进行直线往复运动时，其会带动与其连接的第一弹簧组4a、第二弹簧组4b、质量体50和辅助弹簧组51一起运动，其正好构成一个两自由度振动系统。由两自由度振动系统的原理可知，当激励频率在一定的范围时，动子与质量体50的运动相位正好相反，此时，其作用在密闭容器00上的力相互抵消，从而有效地减小了线性压缩机的振动。如上所述，本实施例的线性电机只有一个定子31和一个在定子31上形成的环状间隙，故称作单磁极线性电机。经过Comsol Multiphysics 4.4中的AC/DC模块进行的电机仿真，在相同的条件下，这种单磁极线性电机比传统压缩机中线性电机的涡流损失要小得多。

实施例二：

如图4所示，本实施例与实施例一的整体结构大致相同，只是单磁极线性电机的结构及第一弹簧组4a的位置略有不同。具体地，线圈33设置在靠近密闭容器00一侧而环状间隙设置在靠近气缸21一侧，同时第一弹簧组4a设置在靠近密闭容器00一侧。这种结构的优点是可以减少永磁铁的使用量，即降低了成本。

Claims (5)

1.一种线性压缩机，其特征在于：其包括密闭容器；固定于密闭容器内的气缸；设置在上述气缸内部并能够进行直线往复运动的活塞；设置在密闭容器内，由定子、线圈及磁铁构成的单磁极直线电机，用于驱动活塞进行直线往复运动；动子骨架，用于连接活塞与磁铁，并且上述活塞、磁铁和动子骨架组成动子；用于支撑上述动子进行直线往复运动的主弹簧组；与主弹簧组相连接的质量体；位于密闭容器与质量体之间的辅助弹簧组。

2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于：所述的磁铁包括相互连接的第一磁铁和第二磁铁，并且第一磁铁和第二磁铁都是沿着径向充磁，但是充磁方向相反。

3.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于：所述的定子上只形成一个磁极，且上述线圈设置在定子内部。

4.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于：所述的主弹簧组包含第一弹簧组和第二弹簧组，上述第一弹簧组位于定子与动子之间；第二弹簧组位于动子与质量体之间。

5.根据权利要求1或3所述的线性压缩机，其特征在于：所述的第一弹簧组、第二弹簧组及第三弹簧组每组中至少包含一个螺旋弹簧。