CN106246504A - 直线压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直线压缩机，包括气缸、活塞、气缸壳、直线电机定子、磁悬浮轴承及动子。气缸壳的一端套设于气缸，另一端设有与气缸腔连通的安装腔，安装腔的腔壁分别在其周向设有定子安装槽和凸起。直线电机定子安装于定子安装槽中。磁悬浮轴承设于安装腔的腔壁。动子包括动子支架和设于动子支架的磁性件，动子支架与活塞连接，动子安装于直线电机定子的内孔和磁悬浮轴承中，直线电机定子与磁性件作用，从而推动动子带动活塞在轴向运动。谐振弹簧的两端分别与动子支架和凸起连接，谐振弹簧能与动子谐振。采用磁悬浮轴承可避免动子和直线电机定子直接接触产生的机械摩擦。谐振弹簧使得直线电机仅需很小的驱动力，进而提高直线压缩机的机械效率。

Description

直线压缩机
技术领域
本发明涉及气体压缩设备技术领域，特别是涉及一种直线压缩机。
背景技术
目前广泛使用的家用制冷压缩机多数为旋转式压缩机，旋转式压缩机的电机驱动活塞作往复运动。然而曲柄不平衡旋转质量及连杆运动产生的惯性力和旋转摩擦必然造成功率损失。传统的直线压缩机只需气缸和活塞一组摩擦副，且其活塞驱动方向与其运动方向在同一直线上，因此对应的其摩擦功率损失应该较小。目前使用的往复活塞压缩机带有四组摩擦副，因此理论上直线压缩机的机械效率要远高于往复活塞压缩机，然而实际上并非如此。这是由于直线压缩机的活塞与动子刚性连接，无法保证活塞位于定子的中心，使得活塞对气缸产生较大的侧向力，导致摩擦功耗上升，机械效率下降。因此有必要对直线压缩机进行改进，以减小其摩擦功率，提高其机械效率。
发明内容
基于此，有必要提供一种降低摩擦功耗、提高机械效率的直线压缩机。
一种直线压缩机，包括：
气缸，设有气缸腔；
活塞，安装于所述气缸腔中；
气缸壳，其一端套设于所述气缸，其另一端设有安装腔，且所述安装腔与所述气缸腔连通，所述安装腔的腔壁分别在其周向设有定子安装槽和凸起；
直线电机定子，安装于所述定子安装槽中；
磁悬浮轴承，设于所述安装腔的腔壁；
动子，包括动子支架和设于所述动子支架的磁性件，所述动子支架与所述活塞连接，所述动子安装于所述直线电机定子的内孔和所述磁悬浮轴承中，所述磁悬浮轴承给所述动子提供径向磁悬浮力，所述直线电机定子与所述磁性件作用，能够推动所述动子带动所述活塞在轴向运动；
谐振弹簧，其两端分别与所述动子支架和所述凸起连接，所述谐振弹簧能够与所述动子谐振。
上述直线压缩机，直线电机定子、磁悬浮轴承、动子及谐振弹簧均位于安装腔中，磁悬浮轴承可避免动子和直线电机定子直接接触产生的机械摩擦，能够保证活塞与气缸无接触运行，从而降低摩擦功耗。此外谐振弹簧连接于动子支架和凸起，能与动子谐振，从而使得直线电机能够以很小的驱动力推动活塞做功，进而提高直线压缩机的机械效率。
在其中一个实施例中，所述安装腔的腔壁在其周向设有轴承安装槽，所述磁悬浮轴承设于所述轴承安装槽中。
在其中一个实施例中，所述磁悬浮轴承位于所述安装腔的腔壁与所述气缸腔的腔壁相邻的一端。
在其中一个实施例中，所述安装腔的腔壁在轴向上朝外凸设形成轴承安装槽，所述磁悬浮轴承设于所述轴承安装槽中。
在其中一个实施例中，所述动子支架的端部设有用于磁悬浮支撑动子支架的轴承动子，所述轴承动子具有导磁性，所述轴承动子安装于所述磁悬浮轴承中。
在其中一个实施例中，所述直线压缩机还包括位移传感器和磁悬浮轴承控制器；所述位移传感器设于所述气缸腔的腔壁以用于感应所述活塞的轴偏移信号；所述磁悬浮轴承控制器与所述磁悬浮轴承连接，所述磁悬浮轴承控制器能够根据所述轴偏移信号调节所述磁悬浮轴承中的电流，以使所述活塞回到轴向上。
在其中一个实施例中，所述位移传感器的数量为多个，多个所述位移传感器在所述活塞的周向均匀分布。
在其中一个实施例中，所述凸起位于所述活塞与所述直线电机定子之间，所述谐振弹簧套设于所述动子上。
在其中一个实施例中，所述直线电机定子位于所述活塞与所述凸起之间，所述谐振弹簧连接于所述动子支架的端部。
在其中一个实施例中，所述直线电机定子通过过盈配合安装于所述定子安装槽中。
附图说明
图1为一实施例的直线压缩机的剖视图；
图2为图1所示直线压缩机的气缸和气缸壳的结构图；
图3为又一实施例的直线压缩机的剖视图；
图4为又一实施例的直线压缩机的剖视图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参照图1，本较佳实施例的直线压缩机10，包括气缸100、活塞200、气缸壳300、直线电机定子400、磁悬浮轴承500、动子600及谐振弹簧700。
气缸100设有气缸腔110。具体的，气缸100的材质选用耐磨性能较好的灰铸铁或者球墨铸铁。
活塞200安装于气缸腔110。具体的，活塞200一般选用导磁材料，如10号钢。活塞200在气缸腔110内往复运动，从而完成对气体的压缩和排气。
参照图1和图2，气缸壳300的一端套设于气缸100上，气缸壳300的另一端设有安装腔310。安装腔310与气缸腔110连通。安装腔310的腔壁分别在其周向设有定子安装槽320和凸起330。
具体的，在本实施例中，凸起330位于活塞200与直线电机定子400之间。即定子安装槽320设于安装腔310远离气缸100的一端。
具体的，安装腔310的腔壁在其周向设有两个凸起330，两个凸起330相对设置。可以理解，凸起330也可为环状结构。
气缸壳300的材质选用非导磁材料或弱导磁材料，如铸铝合金。一方面可以降低整机重量，减少机体的振动；另一方面还可以减少直线电机的漏磁损失，提高直线电机和磁悬浮轴承500的效率。
直线电机定子400安装于定子安装槽320中。可以理解，直线电机定子400由直线电机驱动。具体的，直线电机定子400通过过盈配合安装于定子安装槽320中。
具体的，直线压缩机10还包括与直线电机定子400连接的直线电机控制器410。直线电机控制器410根据直线压缩机10工作时负载大小的不同，控制活塞200在气缸腔310中往复直线运动的行程，并根据工况的差异进行输气量的调节。
磁悬浮轴承500设于安装腔310的腔壁。动子600安装于磁悬浮轴承500中，给动子600提供径向磁悬浮力。采用磁悬浮轴承500，可以避免动子600和直线电机定子400直接接触产生的机械摩擦，能够保证活塞200与气缸100无接触运行，理论上机械效率接近100％。而且采用磁悬浮轴承500，无需油泵，使直线压缩机10结构更紧凑，有利于减小直线压缩机10的体积和成本。
动子600包括动子支架610和设于动子支架610的磁性件620。动子支架610与活塞200连接。动子600安装于直线电机定子400的内孔中。直线电机定子610与磁性件620作用，能够推动动子600带动活塞200在轴向运动。
具体的，直线电机定子400产生的交变磁场与磁性件620作用，从而推动动子600带动活塞200在轴向运动。可以理解，直线电机定子400内设有线圈(图未示)，直线电机10通交流电后，线圈产生交变磁场。
具体的，磁性件620设于动子支架610的内部且位于直线电机定子400的内孔中。
具体的，动子支架610优选铸铝件。动子支架610和磁性件620可一体式压铸成型。具体的，在本实施例中，磁性件620为磁石。
具体的，直线压缩机10还包括连杆630，活塞200通过连杆630与动子支架610连接。具体的，连杆630选用径向刚度较大的材质，如45号合金钢。
继续参照图2，具体的，在本实施例中，安装腔310的腔壁在其周向设有轴承安装槽340，磁悬浮轴承500设于轴承安装槽340中。更具体的，磁悬浮轴承340位于安装腔310的腔壁与气缸腔110的腔壁相邻的一端。如此将轴承安装槽340设于安装腔310的腔壁的周向，有利于减小直线压缩机10的体积。
参照图3，在又一实施例中，具体的，安装腔310的腔壁在轴向上朝外凸设形成轴承安装槽340，磁悬浮轴承500设于轴承安装槽340中。如此轴承安装槽340可对磁悬浮轴承500有支撑作用，不仅方便磁悬浮轴承500的安装，而且使其安装稳固。更具体的，动子支架610的端部设有轴承动子611，该轴承动子611具有导磁性，轴承动子611安装于磁悬浮轴承340中，用于磁悬浮支撑动子支架610。
直线压缩机10还包括位移传感器800和磁悬浮轴承控制器900。位移传感器800设于气缸腔110的腔壁以用于感应活塞200的轴偏移信号。磁悬浮轴承控制器900与磁悬浮轴承500连接，且磁悬浮轴承控制器900能够根据轴偏移信号调节磁悬浮轴承500中的电流，以使活塞200回到轴向上。如此避免活塞200对气缸100产生很大的侧向力，保证活塞200在气缸100内无摩擦运行，从而提高直线压缩机10的机械效率。
位移传感器800的数量为多个。多个位移传感器800在活塞200的周向均匀分布。具体的，在本实施例中，位移传感器800的数量为4个，以得到更准确的轴偏移信号的效果。具体的，位移传感器800为电涡流位移传感器或LVDT位移传感器。
谐振弹簧700的两端分别与动子支架610和凸起330连接。谐振弹簧700能够与动子600谐振，从而使得直线电机能够以很小的驱动力推动活塞200做功，进而提高直线压缩机10的机械效率。而且采用一个谐振弹簧700直接与动子支架610连接，取代多个圆柱弹簧，可降低运动组件的重量和磁悬浮的负载，有利于直线压缩机10在高频运行。
具体的，在本实施例中，谐振弹簧700套设于动子600上。如此有利于减小直线压缩机10的体积，而且能更好的保证动子600在轴向运动，从而减小活塞200与气缸100之间的侧向力。
具体的，谐振弹簧700与凸起330通过激光焊或者氩弧焊等方式焊接。谐振弹簧700与动子支架610通过一体压铸成型。具体的，谐振弹簧700的刚度根据直线压缩机10的实际运行频率设置。具体的，直线压缩机10的运行频率一般未50～120Hz，因此谐振弹簧700的刚度一般为60N/mm～120N/mm之间。
参照图4，具体的，在又一实施例中，直线电机定子400位于活塞200与凸起330之间。即定子安装槽320位于安装腔310靠近气缸100的一端。具体的，谐振弹簧700连接于动子支架610的端部，如此谐振弹簧700作用于动子支架610的自由端，有利于谐振弹簧700更好的与动子600发生谐振，从而进一步减小直线压缩机10的能耗。
继续参照图1，具体的，直线压缩机10还包括阀组件120，阀组件120设于气缸100上，且能与气缸腔110连通。阀组件120包括分别与气缸腔110连通的吸气阀121和排气阀122，吸气阀121和排气阀122分别用于控制直线压缩机10的吸气和排气。
具体的，直线压缩机10还包括消声器130，用于对直线压缩机10吸气和进气的消音。具体的，在本实施例中，消声器130为吸气消声器。具体的，吸气消声器130一般采用阻尼较大的塑料件，如PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PPS(聚苯硫醚)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (10)

1.一种直线压缩机，其特征在于，包括：
气缸(100)，设有气缸腔(110)；
活塞(200)，安装于所述气缸腔(110)中；
气缸壳(300)，其一端套设于所述气缸(100)，其另一端设有安装腔(310)，且所述安装腔(310)与所述气缸腔(110)连通，所述安装腔(310)的腔壁分别在其周向设有定子安装槽(320)和凸起(330)；
直线电机定子(400)，安装于所述定子安装槽(320)中；
磁悬浮轴承(500)，设于所述安装腔(310)的腔壁；
动子(600)，包括动子支架(610)和设于所述动子支架(610)的磁性件(620)，所述动子支架(610)与所述活塞(200)连接，所述动子(600)安装于所述直线电机定子(400)的内孔和所述磁悬浮轴承(500)中，所述磁悬浮轴承(500)给所述动子(600)提供径向磁悬浮力，所述直线电机定子(400)与所述磁性件(620)作用，能够推动所述动子(600)带动所述活塞(200)在轴向运动；
谐振弹簧(700)，其两端分别与所述动子支架(610)和所述凸起(330)连接，所述谐振弹簧(700)能够与所述动子(600)谐振。
2.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述安装腔(310)的腔壁在其周向设有轴承安装槽(340)，所述磁悬浮轴承(500)设于所述轴承安装槽(340)中。
3.根据权利要求2所述的直线压缩机，其特征在于，所述磁悬浮轴承(500)位于所述安装腔(310)的腔壁与所述气缸腔(110)的腔壁相邻的一端。
4.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述安装腔(310)的腔壁在轴向上朝外凸设形成轴承安装槽(340)，所述磁悬浮轴承(500)设于所述轴承安装槽(340)中。
5.根据权利要求4所述的直线压缩机，其特征在于，所述动子支架(610)的端部设有用于磁悬浮支撑动子支架(610)的轴承动子(611)，所述轴承动子(611)具有导磁性，所述轴承动子(611)安装于所述磁悬浮轴承(500)中。
6.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线压缩机还包括位移传感器(800)和磁悬浮轴承控制器(900)；所述位移传感器(800)设于所述气缸腔(110)的腔壁以用于感应所述活塞(200)的轴偏移信号；所述磁悬浮轴承控制器(900)与所述磁悬浮轴承(500)连接，所述磁悬浮轴承控制器(900)能够根据所述轴偏移信号调节所述磁悬浮轴承(500)中的电流，以使所述活塞(200)回到轴向上。
7.根据权利要求6所述的直线压缩机，其特征在于，所述位移传感器(800)的数量为多个，多个所述位移传感器(800)在所述活塞(200)的周向均匀分布。
8.根据权利要求1～7任一项所述的直线压缩机，其特征在于，所述凸起(330)位于所述活塞(200)与所述直线电机定子(400)之间，所述谐振弹簧(700)套设于所述动子(600)上。
9.根据权利要求1～7任一项所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线电机定子(400)位于所述活塞(200)与所述凸起(330)之间，所述谐振弹簧(700)连接于所述动子支架(610)的端部。
10.根据权利要求1～7任一项所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线电机定子(400)通过过盈配合安装于所述定子安装槽(320)中。
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