CN105781934B - 气缸活塞组件以及直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气缸活塞组件以及直线压缩机。该气缸活塞组件包括气缸、活塞以及永磁结构，活塞安装在气缸中，永磁结构安装在活塞与气缸之间，其中永磁结构包括至少两对永磁体，至少两对永磁体围设在活塞的周侧；每对永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体安装在活塞上，第二永磁体安装在气缸的内壁上，且用于安装第二永磁体的气缸的内壁的相应位置的截面形状为多边形，用于安装第一永磁体的活塞的外壁的相应位置的截面形状也为多边形，第一永磁体与第二永磁体相互平行，且第一永磁体与第二永磁体最接近的表面磁极相同，使得活塞能够悬浮在气缸的气缸孔中。

Description

气缸活塞组件以及直线压缩机

技术领域

本发明涉及压缩设备领域，特别是涉及一种用于直线压缩机的气缸活塞组件，以及含有上述气缸活塞组件的直线压缩机。

背景技术

目前，直线压缩机为线性电机直接驱动活塞做往复运动，只存在活塞和气缸内壁一个摩擦副，活塞不承受径向力，容易实现无油润滑，结构简单，效率高。

现有的常规直线压缩机通常需要通过润滑油润滑活塞和气缸，需要泵油结构来供油，结构复杂，成本高，同时润滑油的存在使系统效率下降，存在机械摩擦效率低，可靠性不好，且会产生不必要的热量等问题。

而无油的直线压缩机实现的方式常见为气体静压轴承。使用直线压缩机排气压力为气源，使活塞和气缸直接形成气体膜，活塞和气缸无机械接触，几乎没有摩擦。但是其存在如下缺点：使用直线压缩机的排气作为气体源，存在气体泄漏，导致性能下降；启动瞬间由于压缩机没有排气无法形成气体润滑，存成机械摩擦，影响可靠性，同时节流孔容易堵塞。

无油的直线压缩机还可以为通过永磁铁来实现，气缸的缸体为永磁体磁筒，将由永磁环支撑的活塞安装在气缸的缸体中，能够实现无油润滑、高效节能的作用。但是，根据磁场原理，磁筒形气缸中心剩余磁场强度B非常弱，悬浮力微弱，悬浮非常困难；且工艺上无法实现均匀的环形充磁；磁铁成型也有很大难度。

发明内容

基于此，有必要针对现有的直线压缩机存在系统效率低、可靠性不高的问题，提供一种能够实现系统的高效率、高可靠性且便于加工的用于直线压缩机的气缸活塞组件，以及含有上述气缸活塞组件的直线压缩机。上述目的通过下述技术方案实现：

一种气缸活塞组件，用于直线压缩机，包括气缸、活塞以及永磁结构，所述活塞安装在所述气缸中，所述永磁结构安装在所述活塞与所述气缸之间；

其中所述永磁结构包括至少两对永磁体，所述至少两对永磁体围设在所述活塞的周侧；

每对所述永磁体包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体安装在所述活塞上，所述第二永磁体安装在所述气缸的内壁上，且用于安装所述第二永磁体的气缸的内壁的相应位置的截面形状为多边形；用于安装所述第一永磁体的活塞的外壁的相应位置的截面形状为多边形，所述第一永磁体与所述第二永磁体相互平行，且所述第一永磁体与所述第二永磁体最接近的表面磁极相同。

在其中一个实施例中，所述第一永磁体的长度大于等于所述第二永磁体的长度的两倍再加上所述活塞运行的最大行程。

在其中一个实施例中，任意相邻的两个所述第一永磁体的磁极交替排列；

任意相邻的两个所述第二永磁体的磁极交替排列。

在其中一个实施例中，所述第一永磁体与所述第二永磁体呈多边形分布，且所述多边形的每条边对应一对所述永磁体。

在其中一个实施例中，所述第一永磁体与所述第二永磁体均为平板形。

在其中一个实施例中，所述第一永磁体与所述第二永磁体均为圆弧形或者瓦形。

在其中一个实施例中，所述永磁结构的数量为至少两个，且至少两个所述永磁结构沿所述活塞的轴向并排设置。

在其中一个实施例中，所述气缸活塞组件还包括气体静压轴承，所述气体静压轴承套装在所述活塞上。

在其中一个实施例中，所述第一永磁体通过粘接、镶嵌注塑或者螺纹件固定的方式安装在所述活塞上；

所述第二永磁体通过粘接、镶嵌注塑或者螺纹件固定的方式安装在所述气缸的内壁上。

还涉及一种直线压缩机，包括壳体和如上述任一技术特征所述的气缸活塞组件，所述气缸活塞组件安装在所述壳体内。

本发明的有益效果是：

本发明的气缸活塞组件以及直线压缩机，结构设计简单合理，在气缸与活塞之间增加含有永磁体的永磁结构，第一永磁体与第二永磁体的磁极相同的表面相对设置，第一永磁体与第二永磁体之间产生排斥力，在至少两对排斥力的作用下，使活塞能够悬浮于气缸中，活塞在气缸中往复运动时能够实现无机械摩擦，使用该气缸活塞组件的直线压缩机无需使用润滑油，从而提高系统的效率，增加直线压缩机的可靠性。同时，多边形的气缸的内壁及活塞的外壁能够使得永磁体采用比较简单的结构，便于永磁结构的安装，进而便于永磁结构的加工，降低永磁结构的生产成本。

附图说明

图1为现有技术的气缸与活塞的剖视图；

图2为本发明一实施例的气缸活塞组件的剖视图；

图3为图2所示的气缸活塞组件中永磁结构的磁极排布图；

图4为图2所示的气缸活塞组件中的永磁结构为正方形时的A-A处的剖视图；

图5为图2所示的气缸活塞组件中的永磁结构为正八边形时的A-A处的剖视图；

其中：

100-气缸活塞组件；

110-气缸；

120-活塞；

130-永磁结构；131-第一永磁体；132-第二永磁体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的气缸活塞组件以及直线压缩机进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图2至图4，本发明一实施例的气缸活塞组件100，用于直线压缩机，包括气缸110、活塞120以及永磁结构130。气缸110设置有气缸孔，活塞120安装在气缸110的气缸孔中，永磁结构130安装在活塞120与气缸110之间，且永磁结构130围设在活塞120的周侧，活塞120通过永磁结构130的作用悬浮在在气缸孔中并进行往复运动。其中永磁结构130包括至少两对永磁体，至少两对永磁体围设在活塞120的周侧，至少两对永磁体能够产生较强的磁场力，使得活塞120的外壁不与气缸孔的内壁相接触。同时，至少两对永磁体沿活塞120的周向均匀分布，使得活塞120受力均匀。每对永磁体包括第一永磁体131和第二永磁体132，第一永磁体131安装在活塞120上，第二永磁体132安装在气缸110的内壁上。第一永磁体131与第二永磁体132相互平行，且第一永磁体131与第二永磁体132最接近的表面磁极相同。

进一步地，用于安装第二永磁体132的气缸110的内壁的相应位置的截面形状为多边形，用于安装第一永磁体131的活塞120的外壁的相应位置的截面形状也为多边形，这样能够使第一永磁体131与第二永磁体132的加工工艺容易实现，减少永磁材料的使用量，降低生产成本，同时，还可以提高永磁结构130的刚度和承载能力。在活塞120的外壁或与活塞120固定连接的结构设计成多边形，气缸110的内壁对应部位也设计成多边形，在活塞120的外壁上的多边形的表面上安装第一永磁体131，在气缸110的内壁对应部位安装相应的第二永磁体132，这样还能够避免第一永磁体131与第二永磁体132之间的磁力相互抵消，避免活塞120的位置发生偏移，保证运动平稳。第一永磁体131与第二永磁体132按照多边形排布，根据多边形的形状来选择第一永磁体131与第二永磁体132的形状。

第一永磁体131与第二永磁体132的磁极相同的表面相互贴近，也就是说第一永磁体131与第二永磁体132分别以相同的磁极方向指向彼此，即第一永磁体131的N极总是与第二永磁体132的N极相对，或者第一永磁体131的S极总是与第二永磁体132的S极相对。活塞120上的第一永磁体131和气缸110上第二永磁体132相互平行，最接近的表面磁极相同，第一永磁体131和第二永磁体132相互之间会产生排斥力。在至少两对永磁体的作用下产生相应的排斥力，使活塞120悬浮于气缸110中，这样活塞120在气缸110内往复运动时能够实现活塞120和气缸110之间无机械摩擦。气缸活塞组件100应用于直线压缩机上，而直线压缩机的活塞120只有往返运动，因此该结构含有的至少两对永磁体可以满足直线压缩机的运行要求，提高直线压缩机的性能，提高可靠性。

参见图1，目前，现有的常规直线压缩机通常需要通过润滑油润滑活塞120和气缸110，存在机械摩擦效率低，可靠性不好，且会产生不必要的热量等问题。无油的直线压缩机实现的方式常见为气体静压轴承。使用直线压缩机排气压力为气源，使活塞120和气缸110直接形成气体膜，活塞120和气缸110无机械接触，但是存在气体泄漏，导致性能下降，影响可靠性，同时节流孔容易堵塞等问题。参见图2至图4，本发明的用于直线压缩机的气缸活塞组件100在气缸110和活塞120之间增加含有永磁体的永磁结构130，第一永磁体131与第二永磁体132最接近的表面磁极相同，第一永磁体131与第二永磁体132之间产生排斥力，在至少两对排斥力的作用下，使活塞120能够悬浮于气缸110中，实现活塞120在气缸110中往复运动时无机械摩擦。该气缸活塞组件100应用在直线压缩机上时，能够实现包括启动过程的全部运行时间内无机械摩擦，无需使用润滑油，提高直线压缩机的性能，降低噪声，提高系统效率，降低成本。

作为一种可实施方式，第一永磁体131的长度大于等于第二永磁体132的长度的两倍再加上活塞120的最大行程。为了避免沿气缸110的轴线方向产生不利的附加力，第一永磁体131的长度与第二永磁体132的长度应当不相同，具体表现为：第一永磁体131的长度小于第二永磁体132的长度，或者第一永磁体131的长度大于第二永磁体132的长度。在本实施例中，第一永磁体131的长度大于第二永磁体132的长度，且第一永磁体131的长度等于第二永磁体132的长度的两倍再加上活塞120运行的最大行程。

进一步地，第一永磁体131与其相对应的第二永磁体132之间的最小距离为0.5mm～3mm，最小距离在上述范围内能够保证第一永磁体131与第二永磁体132之间的排斥力能够足够大，使得活塞120能够悬浮在气缸110的气缸孔中。当第一永磁体131与其相对应的第二永磁体132之间的最小距离小于0.5mm时，不便于活塞120安装在气缸110的气缸孔中。当第一永磁体131与其相对应的第二永磁体132之间的最小距离大于3mm时，第一永磁体131与第二永磁体132之间的排斥力较小。活塞120安装在气缸110的气缸孔中，活塞120会在重力作用下下落，当最下方的第一永磁体131与其相对应的第二永磁体132之间的距离在0.5mm～3mm范围内时，会产生排斥力使得活塞120悬浮在气缸110的气缸孔中。但是活塞120悬浮在气缸110的气缸孔中受力不均，在往复运动时会存在活塞120悬浮不稳定的问题。

作为一种可实施方式，如图3所示，任意相邻的两个第一永磁体131的磁极交替排列；任意相邻的两个第二永磁体132的磁极交替排列，也就是说一对永磁体按照S极-N极-N极-S极排布，与该对永磁体相邻的另一永磁体按照N极-S极-S极-N极排布。按照第一永磁体131的磁极采用交替排列方式，可以提高永磁结构130的刚度，同时还可以使永磁结构130具有旋转方向的刚度，使轴承更加结构的稳定。第一永磁体131的磁极采用交替排列方式，相应的，第二永磁体132的磁极也应采用交替排列方式。为了满足任意相邻的两个永磁体的磁极交替排列的条件，永磁体的对数应该为偶数个。

如图2所示，作为一种可实施方式，第一永磁体131与第二永磁体132均为平板形。进一步地，平板形的第一永磁体131与第二永磁体132呈多边形分布，且多边形的每条边对应一对永磁体。再进一步地，第一永磁体131的宽度为多边形边长的0.4～1，相应的第二永磁体132的宽度与第一永磁体131的宽度相等，以保证第一永磁体131与第二永磁体之间的排斥力能够足够的大，使得活塞120能够悬浮在气缸110的气缸孔中。

为了使活塞120能够更好地悬浮在气缸110的气缸孔中，多边形的每条边可以对应一对永磁体，这样多边形的每条边处都会产生相应的排斥力，更好地实现气缸110与活塞120的无机械摩擦运动。当然，永磁体的对数也可以相应的减少，即任意相邻的两条边中只存在一对永磁体，以保证活塞120悬浮在气缸110的气缸孔中受力均匀。在本发明中，多边形的边数大于等于四。如图4所示，在本实施例中，多边形为正方形，且永磁体的对数为四对。当然，如图5所示，多边形也可以为正八边形。

当然，第一永磁体131与第二永磁体132也可以均为圆弧形或者瓦形。圆弧形或者瓦形的第一永磁体131均匀设置在活塞120的外壁的多边形的表面上，圆弧形或者瓦形的第二永磁体132设置在气缸110的内壁对应部位。这样能够使得第一永磁体131与第二永磁体132的结构简单，便于加工，节约生产成本。在本实施例中，第一永磁体131与第二永磁体132均为平板形，这样可以减少永磁材料的使用量，同时充磁和组装工艺更好，也可以提高永磁结构130的制造精度。

作为一种可实施方式，永磁结构130的数量为至少两个，至少两个永磁结构130沿活塞120的轴向并排设置。为了满足活塞120径向刚度的需求，在活塞120与气缸110之间可以增加永磁结构130。进一步地，两个第一永磁体131沿活塞120的轴向并排设置后，两个第一永磁体131的长度之和为活塞120长度的0.6～0.9，这样活塞120在气缸110内往复运动时，第一永磁体131始终能够和气缸110的内壁的第二永磁体132相对，使得活塞120能够悬浮在气缸110中，实现活塞120和气缸110之间无机械摩擦运动。更近一步地，两个第一永磁体131之间存在预设距离，在保证第一永磁体131始终能够和气缸110的内壁的第二永磁体132相对的条件下，使第一永磁体131合理的分布在活塞120的外壁上，这样第一永磁体131不用沿活塞120的长度方向布满活塞120的外壁，能够节约第一永磁体131的生产成本，减少永磁材料的使用量。

作为一种可实施方式，气缸活塞组件100还包括气体静压轴承，气体静压轴承套装在活塞120上。可以采用气体静压轴承与永磁结构130相组合的方式来代替至少两个并排设置的永磁结构130。气体静压轴承与永磁结构130相组合形成气磁混合式轴承，以提高活塞120的承载能力和刚度。

作为一种可实施方式，第一永磁体131通过粘接、镶嵌注塑或者螺纹件固定的方式安装在活塞120上，以便于第一永磁体131能够紧固的固定在活塞120上；第二永磁体132通过粘接、镶嵌注塑或者螺纹件固定的方式安装在气缸110的内壁上，以便于第二永磁体132能够紧固的固定在气缸110上。

本发明的一种直线压缩机，包括壳体和气缸活塞组件100，气缸活塞组件100安装在壳体内。直线压缩机还包括直线电机，直线电机安装在壳体内，且直线电机的输出端与气缸活塞组件100的活塞120连接，活塞120通过永磁结构130产生的排斥力悬浮在气缸110的气缸孔中，直线电机带动活塞120往复运动，能够实现包括启动过程的全部运行时间内无机械摩擦，无需使用润滑油，提高直线压缩机的性能，降低噪声，提高系统效率，降低成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种气缸活塞组件，用于直线压缩机，其特征在于，包括气缸(110)、活塞(120)以及永磁结构(130)，所述活塞(120)安装在所述气缸(110)中，所述永磁结构(130)安装在所述活塞(120)与所述气缸(110)之间；

其中所述永磁结构(130)包括至少两对永磁体，所述至少两对永磁体围设在所述活塞(120)的周侧；

每对所述永磁体包括第一永磁体(131)和第二永磁体(132)，所述第一永磁体(131)安装在所述活塞(120)上，所述第二永磁体(132)安装在所述气缸(110)的内壁上，且用于安装所述第二永磁体(132)的气缸(110)的内壁的相应位置的截面形状为多边形，用于安装所述第一永磁体(131)的活塞(120)的外壁的相应位置的截面形状也为多边形，所述第一永磁体(131)与所述第二永磁体(132)相互平行，且所述第一永磁体(131)与所述第二永磁体(132)最接近的表面磁极相同；

所述第一永磁体(131)的长度大于或等于所述第二永磁体(132)的长度的两倍再加上所述活塞(120)运行的最大行程。

2.根据权利要求1所述的气缸活塞组件，其特征在于，任意相邻的两个所述第一永磁体(131)的磁极交替排列；

任意相邻的两个所述第二永磁体(132)的磁极交替排列。

3.根据权利要求2所述的气缸活塞组件，其特征在于，所述第一永磁体(131)与所述第二永磁体(132)呈多边形分布，且所述多边形的每条边对应一对所述永磁体。

4.根据权利要求3所述的气缸活塞组件，其特征在于，所述第一永磁体(131)与所述第二永磁体(132)均为平板形。

5.根据权利要求3所述的气缸活塞组件，其特征在于，所述第一永磁体(131)与所述第二永磁体(132)均为圆弧形或者瓦形。

6.根据权利要求1至5任一项所述的气缸活塞组件，其特征在于，所述永磁结构(130)的数量为至少两个，且至少两个所述永磁结构(130)沿所述活塞(120)的轴向并排设置。

7.根据权利要求1至5任一项所述的气缸活塞组件，其特征在于，所述气缸活塞组件(100)还包括气体静压轴承，所述气体静压轴承套装在所述活塞(120)上。

8.根据权利要求1至5任一项所述的气缸活塞组件，其特征在于，所述第一永磁体(131)通过粘接、镶嵌注塑或者螺纹件固定的方式安装在所述活塞(120)上；

所述第二永磁体(132)通过粘接、镶嵌注塑或者螺纹件固定的方式安装在所述气缸(110)的内壁上。

9.一种直线压缩机，包括壳体，其特征在于，还包括如权利要求1至8任一项所述的气缸活塞组件(100)，所述气缸活塞组件(100)安装在所述壳体内。