CN105298792A - 电动直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可应用于新能源汽车的具有高效、紧凑特点的电动直线压缩机，其定子由同轴线的具有环形结构的内外磁轭与永磁体阵列组成；永磁体阵列采用径向和轴向充磁方向组成的Halbach阵列；自由活塞组件通过连接组件与动子线圈相连，自由活塞组件与动子线圈的运动方向与定子轴线方向一致。动子线圈可在工作气隙内作往复直线运动，与共振弹簧共同驱动自由活塞组件在静平衡位置作简谐振动，且振幅可调，进而完成进气、压缩、排气及膨胀过程。本发明的电动直线压缩机具有高比推力、高可控性及高共振频率的特点，可显著提高直线压缩机的功率因数，降低容积比能。

Description

电动直线压缩机

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其是汽车用的压缩机，具体而言涉及一种电动直线压缩机。

背景技术

在国家节能减排的大背景下，电动及混合动力等新能源汽车成为汽车工业领域的一项新技术，并且有望发展为汽车工业技术的主流。在电动及混合动力等新能源汽车上，原先通过传动装置由发动机驱动的部件需改为电驱动，其中就包括了应用于汽车空调的制冷压缩机以及用于气压制动的空气压缩机。在传统的压缩机结构当中，通常需要一套将旋转运动转换为活塞往复直线运动的传动机构(如曲柄连杆机构)，由于传递环节较多、摩擦损失大，使得压缩机的效率始终维持在一个较低的水平，这使得如何提高电驱动压缩机的效率并在新能源汽车上得到应用是汽车零部件电动化的关键技术问题。

电磁直线振荡作动器是一种将电能直接转换成高频往复直线运动形式的机械能而不需通过中间任何转换装置的元件，在工业技术领域内均有着应用需求，采用直接驱动的思想，由电磁直线振荡作动器的动子直接驱动压缩机活塞作高频往复直线运动，替代传统的旋转电机+曲柄连杆机构，使得直线压缩机较传统的压缩机具有明显优势。目前的电动直线压缩机多以动磁式直线振荡作动器作为驱动执行机构，其比推力较大，但动子质量偏高，不利于共振弹簧的设计，难以提高系统的紧凑型。此外，由于定位力的存在，电磁推力控制精度不高。

发明内容

本发明目的在于提供一种能耗低、效率高、体积小、活塞行程可调的电动直线压缩机。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明的第一方面提出一种电动直线压缩机，包括缸盖、阀体组件、汽缸、自由活塞组件、共振弹簧、弹簧轴承座、直线轴承、连接组件、动子线圈、定子、左端盖、右端盖、壳体等组成，所述的电动直线压缩机结构形式为圆筒型，定子由同轴线的具有环形结构的内外磁轭与永磁体阵列组成，永磁体阵列为径向和轴向充磁方向组成的Halbach阵列并在气隙内产生恒定磁场，动子线圈通过连接组件与自由活塞组件相连，通电后在气隙恒定磁场的作用下驱动自由活塞组件作往复直线运动，自由活塞组件、汽缸、共振弹簧、直线轴承、弹簧轴承座、连接组件等均与定子同轴线，且嵌于定子内部，减小了压缩机的轴向尺寸，同时自由活塞组件运动方向与定子轴线方向一致。所述共振弹簧由两个相同螺旋弹簧并联组成，以提高系统刚度。

与现有技术相比，本发明的显著优点在于：

1)电磁直线振荡执行器具有比推力高与可控性好的优点，同时由于动子质量小，有利于共振弹簧的设计，使得系统共振频率得以提高，可显著提升直线压缩机的功率因数，降低容积比能；

2)运动部件及其连接、支撑机构与共振弹簧均集成在定子内部，可显著提高压缩机的紧凑型，有利于新能源汽车上有限空间的布置。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是根据本发明某些实施例的电动直线压缩机的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

根据本发明的实施例，提出一种新能源汽车用的高效、紧凑型电动直线压缩机，可用于气压制动空气压缩机。结合图1所示，本例的电动直线压缩机包括下述组成部分：缸盖1、阀体组件2、汽缸16、自由活塞组件15、共振弹簧12、弹簧轴承座13、直线轴承14、连接组件、动子线圈5、定子、左端盖3、右端盖8、壳体10。

结合图1，电动直线压缩机整体来说构造为圆筒形结构。定子由具有环形结构的内磁轭4、外磁轭7、永磁体阵列6组成，内磁轭4、外磁轭7、永磁体阵列6均为同轴线的环形。

左端盖3与右端盖8起安装定位作用时，缸盖1与阀体组件2安装定位于左端盖3上，内磁轭4与外磁轭7通过左端盖3与右端盖8进行安装与定位。

同时，左端盖3与右端盖8作为导磁元件，在定子端部形成闭合磁路。

永磁体阵列6由径向充磁和轴向充磁的永磁体通过Halbach阵列方式组成，且永磁体阵列6的外径与外磁轭7的内径相配合，永磁体阵列6固定于外磁轭7的内侧。

动子线圈5为环形，置于永磁体阵列6与内磁轭4所形成的环形气隙当中，连接组件由托盘9与直连杆11组成，动子线圈5与托盘9固连，自由活塞组件15与直连杆11固连。

自由活塞组件15、汽缸16、共振弹簧12、弹簧轴承座13、直线轴承14、连接组件均与定子同轴线，且均内嵌于内磁轭4，自由活塞组件15的运动方向与轴线方向一致。

通过控制电流的大小与方向，动子线圈5在气隙当中作往复直线运动，与共振弹簧12共同驱动自由活塞组件15在静平衡位置作简谐振动，且振幅可调，进而完成进气、压缩、排气及膨胀过程，其中共振弹簧12由两个相同的螺旋弹簧并联组成，静平衡位置位于动子线圈5的行程中点。

结合图1所示，本例的电动直线压缩机的工作循环可描述为一单自由度强迫振动系统，其固有频率由压缩气体、共振弹簧刚度及动子质量决定。当电流频率与系统固有频率相一致，系统效率达到最高，容积比能最低，且通过控制电流的大小可对振幅进行控制，实现变流量调节。

结合图1所示，Halbach永磁体阵列6通过定子、左端盖3及右端盖6在气隙内产生高磁通密度，载流动子线圈5在该气隙磁场中受到与电流大小呈线性关系的电磁推力，且比推力高，动子线圈5进而驱动自由活塞组件15在由共振弹簧决定的平衡位置作简谐振动，从而完成进气、压缩、排气及膨胀过程，该工作循环可描述为一单自由度强迫振动系统。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种电动直线压缩机，其特征在于，该电动直线压缩机包括：缸盖[1]、阀体组件[2]、汽缸[16]、自由活塞组件[15]、共振弹簧[12]、弹簧轴承座[13]、直线轴承[14]、连接组件、动子线圈[5]、定子、左端盖[3]、右端盖[8]以及壳体[10]；其中：

所述缸盖[1]与阀体组件[2]安装固定于左端盖[3]上；

所述定子由内磁轭[4]、外磁轭[7]、永磁体阵列[6]组成，所述内磁轭[4]与外磁轭[7]通过左端盖[3]与右端盖[8]进行安装与定位；所述永磁体阵列[6]由径向充磁和轴向充磁的永磁体通过Halbach阵列方式组成，且永磁体阵列[6]的外径与外磁轭[7]的内径相配合，永磁体阵列[6]固定于外磁轭[7]的内侧；所述内磁轭[4]、外磁轭[7]、永磁体阵列[6]均为同轴线的环形。；

所述动子线圈[5]为环形，置于永磁体阵列[6]与内磁轭[4]所形成的环形气隙当中，通过控制动子线圈[5]的电流的大小与方向，动子线圈[5]在气隙当中作往复直线运动；所述自由活塞组件[15]、汽缸[16]、共振弹簧[12]、弹簧轴承座[13]、直线轴承[14]、连接组件均同轴线；连接组件由托盘[9]与直连杆[11]组成，动子线圈[5]与托盘[9]固连，自由活塞组件[15]与直连杆[11]固连，动子线圈[5]的往复直线运动推动自由活塞组件[15]做往复直线运动。

2.根据权利要求1所述的电动直线压缩机，其特征在于，所述自由活塞组件[15]、汽缸[16]、共振弹簧[12]、弹簧轴承座[13]、直线轴承[14]、连接组件均内嵌于内磁轭[4]内。

3.根据权利要求1或2所述的电动直线压缩机，其特征在于，所述定子、动子线圈[5]、自由活塞组件[15]、共振弹簧[12]同轴线，自由活塞组件[15]的运动方向与其轴线方向一致。

4.根据权利要求1或2所述的电动直线压缩机，其特征在于，所述共振弹簧[12]由两个相同的螺旋弹簧并联组成，静平衡位置位于动子线圈[5]的行程中点。

5.根据权利要求4所述的电动直线压缩机，其特征在于，所述动子线圈[5]被设置成可在不同大小和方向电流的激励下，在工作气隙内作往复直线运动，与共振弹簧[12]共同驱动自由活塞组件[15]在静平衡位置作简谐振动，且振幅可调，进而完成进气、压缩、排气及膨胀过程。