CN107317456A - 一种新型压缩制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型压缩制冷装置，包括定子磁管、动子铁芯、线圈、控制开关、外部电源和压缩缸，构成定子磁管的永磁体的N极或S极全部朝向定子磁管的内部并形成管内同极且能在定子磁管的两端集成由里到外方向相反的逆向磁场；定子磁管呈梯田形层状结构固定设置在压缩缸的外表面；动子铁芯活动设置在压缩缸内；动子铁芯与压缩缸所围成的密封空间为气缸。本发明的创新之处在于把直线电机与压缩机一体化整合和定子磁管采用梯田形层状结构，直线电机与压缩机的整合大大的缩小了压缩制冷装置的体积和重量并且提高了能源的利用率，使压缩制冷高效节能集磁控向电机更具先进性、经济性、实用性、与市场化。

Description

一种新型压缩制冷装置

技术领域

本发明涉及一种压缩装置，特别涉及到一种新型压缩制冷装置。

背景技术

众所周知，制冷压缩机是通过改变气体的容积来完成气体的压缩和输送 过程。任何动力设备都需要有个原动力来作功完成，压缩机也一样，它需要一个 旋转式电动机(马达)来带动。

制冷压缩机种类和形式很多，其中容积式是最为普遍的。容积型压缩机 又分为往复式活塞式和回转式两种，在中国均有一定的市场空间。往复活塞式是 通过活塞在气缸内做往复运动改变气体工作容积，发展历史悠久，生产技术成熟。 回转式压缩机包括刮片(滑片)旋转式压缩机、螺杆式压缩机，技术复杂精度高 (日本主导该技术市场)。前者成本低但效率低，后者效率高但成本高。从市场 竞争的角度而言，除了掌握核心技术以外，还必须能够实现“成本低、效率高”。

目前行业内较通用的解决方案是“动磁式直线压缩机”，动磁式直线 压缩机与传统的往复式压缩机相比，可广泛应用于需要直线驱动的特殊场合，能 够省去复杂曲柄连杆结构，节省能源的中间消耗，可大幅度提高机械系统的运行 效率，而且推力更大。与传统的往复式压缩机相比，虽然动磁式直线压缩机在通 往“成本低、效率高”目的的道路上迈出了一大步，但仍存在很大的距离。制冷 压缩机是通过改变气体的容积来完成气体的压缩和输送过程。任何动力设备都需 要有个原动力来作功完成，压缩机也一样，它需要一个旋转式电动机来带动—— 无论是传统的往复压缩式(往复活塞式)还是现代的旋转压缩式(回转螺杆式)。

往复活塞式是通过活塞在气缸内做往复运动改变气体工作容积，发展历 史悠久，生产技术成熟。回转式压缩机包括刮片(滑片)旋转式压缩机、螺杆式 压缩机，技术复杂精度高(日本主导该技术市场)。前者成本低但效率低——需 将电机旋转运动转化为活塞直线运动并涉及曲柄连杆机构；后者效率高于前者但 成本高——效率虽然高于前者，但小型电机仍不能突破公知的效率“瓶颈”。

到目前为止，无论是往复活塞式还是回转螺杆式，电机和压缩装置都是 “分体”的，而“分体”则意味着“整合”程度低并存在在某种程度上制约效率 (提高)与成本(下降)的问题。为此，人们提出了一种直线压缩制冷的方法， 即把直线电机与压缩装置整合成一个整体，这样减少了中间能量的消耗，节约能 源，提高了电机的工作效率。

发明内容

本发明的目的是提出一种新型压缩制冷装置，以实现上述目的。

一种新型压缩制冷装置，包括定子磁管、动子铁芯、线圈、控制开关和 外部电源，所述的动子铁芯上缠绕有线圈，线圈与控制开关电性连接，所述的控 制开关上电性连接有外部电源；所述定子磁管由永磁体构成，所述构成定子磁管 的永磁体的N极或S极全部朝向定子磁管的内部并形成管内同极且能在定子磁 管的两端集成由里到外方向相反的逆向磁场；还包括压缩缸，所述的定子磁管呈 梯田形层状结构固定设置在压缩缸的外表面；所述的动子铁芯活动设置在压缩缸 内；动子铁芯与压缩缸所围成的密封空间为气缸。

进一步，所述层状结构的定子磁管至少由二层永磁体叠加而成且由里到 外一层比一层要短。

进一步，所述动子铁芯的行程决定于定子磁管的叠加层数与叠加结构。

进一步，所述的压缩缸为采用合金材料制作。

进一步，所述的定子磁管由整体式或多块组合的永磁铁构成，也可以通 过席卷制作而成；所述的定子磁管的横截面为多边形，所述的横截面可以为方形、 菱形。

进一步，所述由永磁体构成的定子磁管采用钕铁硼材料或铁氧体材料或 胶磁材料或其它磁性材料制作；制作的材料可以是厚型磁性材料或薄型磁性材料 或超薄型磁性材料或硬质磁性材料或软质磁性材料；制作材料可以根据具体的使 用环境选择。

进一步，所述的动子铁芯采用硅钢材料或铁磁性材料制作。

进一步，所述的控制开关为直流换向控制器；所述线圈通过控制开关连 接外部电源而实现动子铁芯的(直线)往复运动；本发明所述的换向开关或换向 控制器为可实现动子铁芯作直线往复运动的普通机械换向开关或普通电子换向 开关。

进一步，所述的线圈为超导线圈，为了节省使用成本超导线圈也可以用 常规线圈代替。

进一步，所述的外部电源采用直流电源，采用直流是集磁控向的创新技 术不仅可省去复杂的现有的、常规的、复杂的控制装置，而且还可大大提高动子 的行程、推力与加速度，通过一次通、断电过程便可实现动子的一次单向“无缝” 直线运动，控制更简单、节电更显著，输出效率更高。

本发明的创新之处在于把直线电机与压缩机一体化整合和定子磁管采 用梯田形层状结构，该结构的运用可使集磁控向技术赋以直线电机更具理想的行 程、推力与加速度；直线电机与压缩机的整合大大的缩小了压缩制冷装置的整体 体积和减小了整体的重量并且提高了能源的利用率避免中间能源的消耗，对压缩 制冷装置行业来说是个全新的改革，使压缩制冷高效节能集磁控向电机更具先进 性、经济性、实用性、与市场化。

本发明具有以下所述的显著优点与积极效果：

1.超越了传统控制技术、现代控制技术、智能控制技术的范畴，以低成本的 创造取代高成本的智造，产品结构变得更加简单、生产成本变得更加低廉，市场 化程度大为提高，适合大、中、微小企业生产与开发；

2.不仅可省去复杂的现有的、常规的、复杂的控制装置，而且还可大大提高 动子的行程、推力与加速度，制冷效果更快更好；

3.更加适合高、低温与高、低压和湿度差异大等各种不同的工作环境，运行 更加可靠，使用寿命更长，维护检修趋零；

4.采用直线电机与压缩机一体化整合的集磁控向直线电机的性价比更高，更 具“远程”化、高速化、高效化、小型化、实用化与市场化；

5.为压缩制冷技术的发展提供了一条全新的发展道路，不仅可使空调或冰箱 挤身高端市场，而且绝无仅有的“双低”特性(售价低、电费低)使其更加贴 近庞大的中低端市场用户，市场前景广阔，竞争能力卓越。

附图说明

图1为本发明一种新型压缩制冷装置的通电前的结构示意图；

图2为本发明一种新型压缩制冷装置的通电后的结构示意图。

具体实施方案

以下结合附图对本发明进行详细说明：

集磁控向技术打破了常规，通过永磁体同极集合而形成的管形磁场，不 仅可以大幅度提高集合空间中的磁场强度，而且还可以导致集合空间中所产生的 磁路走向两端逆反的磁场。

众所周知，直线电机的行程是一个至关重要的技术问题(前提是推力与 加速度需要保持在一定的理想状态)，该问题事关直线电机的实用性、广泛性与 市场化。本发明所提供的技术很好的解决了直线电机推力、行程与加速度的问题。

为此，本发明提供了一种新型压缩制冷装置，包括定子磁管1、动子铁 芯2、线圈3、控制开关4、外部电源5和压缩缸6，所述的动子铁芯2上设置有 线圈3，线圈3与控制开关4电性连接，所述的控制开关4上电性连接有外部电 源5；所述定子磁管1由永磁体构成，所述构成定子磁管1的永磁体的N极全部 朝向定子磁管1的内部并形成管内同极且能在定子磁管1的两端集成由里到外方 向相反的逆向磁场；所述的定子磁管1呈梯田形层状结构固定设置在压缩缸6 的外表面，所述层状结构的定子磁管1由四层永磁体叠加而成且由里到外一层比 一层要短。所述的动子铁芯2活动设置在压缩缸6内，此时的动子铁芯2就充当 活塞的角色，动子铁芯2的行程决定于定子磁管1的叠加层数与叠加结构；动子 铁芯2与压缩缸6所围成的密封空间为气缸7，在动子铁芯2通电后会做直线运 动并对气缸7内的气体做功。

从图1中可以看出，定子磁管1由四层相互叠加呈梯田形的层状结构永 磁体组成。所述定子磁管1的第一层磁管11由四块长200mm×宽50mm×厚5mm 的钕铁硼永磁体构成，所围成的定子磁管1的内径(方形的)为45mm×45mm； 所述第二层磁管12由四块长150mm×宽60mm×厚5mm的钕铁硼永磁体构成； 所述第三层磁管13由四块长100mm×宽70mm×厚5mm的钕铁硼永磁体构成； 所述第四层磁管14由四块长50mm×宽80mm×厚5mm的钕铁硼永磁体构成。

所述的动子铁芯2的长度为120mm；动子铁芯2为硅钢工形铁芯，两工 形圆头的直径均小于39mm(放环需要)，两工形圆头的厚度均为10mm；动子 铁芯2的直径为18mm，缠绕线圈3的有效长度为100mm。所述压缩缸6为采 用合金材料制作；压缩缸6外径约为45mm，缸体长度为230mm，缸壁厚度约 为3mm；动子铁芯2在压缩缸6内的有效直线行程为100mm。所述线圈3采用 线径为0.41mm的漆包线环绕而成的超导线圈；所述外部电源5采用直流电源； 所述控制开关4采用直流换向控制器。

在实施过程中，压缩缸6上还应该设置有进气口和出气口，其连接的进 气系统和出气系统可采用现有技术；线圈3的连接方式也可采用现有技术。

当控制开关4通电并使线圈3不断地进行正、反向通电时，充当活塞角 色的动子铁芯2即可随之不断地做往复直线运动即对气缸7进行压缩。压缩制冷 用高效节能集磁控向直线电机处于待机状态时，动子铁芯2处于图1所示的位置。 线圈3正向通电导致动子铁芯2所产生的N、S极。当线圈3通过控制开关4正 向通电时，动子铁芯2就会受到向前的磁场力迅速移动到图2所示的位置即对气 缸7进行压缩；当线圈3通过控制开关4反向通电时，动子铁芯2就会产生相反 的磁场，受到的磁场力也会相反，即动子铁芯2会移动到如图1的原在位置(可 通过图中的虚线观察，虚线为基准线)。如此不断循环，动子铁芯2便可不断地 做来回往复直线运动(压缩与制冷)。

本实施方式通过集磁控向技术最大限度地实现了动力与压缩制冷装置 一体化，不但可以省去复杂曲柄连杆结构，减少电能的中间消耗，还可以通过逆 向磁场加长活塞行程的方式大幅度提高机械系统的运行效率,从而使“活塞”的 推力在节能省电中变得更为强大；而且使整体的重量和体积都有所改变，体积更 小重量更轻，这样运用的场合也就更广泛。

在本发明中定子磁管1还可以采用单层模式，不过单层模式的定子磁管 1限制了动子铁芯2的行程，动子铁芯2所得到的推力和加速度也不理想。增加 定子磁管1的厚度或长度虽然能使磁管两端的磁场增强，但动子铁芯2的有效直 线行程(单向)并未得到明显的提高，所以关键在于采用梯田形层状结构的定子 磁管1才能使动子铁芯2具有满意的行程、推力与加速度。

综上可见，在推力输出的整个过程中，输入电流的控制非常纯粹——仅 仅体现在电路的通与断。换句话说，一个始“通”、止“断”的简单动作足矣。 换言之，在始“通”——止“断”这段行程中，输入电流是“恒稳”的。“恒稳” 的工作电流意味着什么？意味着已实现行程控制去传统控制化、现代控制化、智 能控制化。简言之，已去技术复杂化。

需要说明的是，上述涉及的案例参数仅用于表述实施方式，并不代表产 品的实际数据。另外，上述实施例只为表述本发明的实施方式，并非以此限制本 发明的实施范围，故凡依照本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均涵盖 于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型压缩制冷装置，包括定子磁管(1)、动子铁芯(2)、线圈(3)、控制开关(4)和外部电源(5)，所述的动子铁芯(2)上缠绕有线圈(3)，线圈(3)与控制开关(4)电性连接，所述的控制开关(4)上电性连接有外部电源(5)；所述定子磁管(1)由永磁体构成，所述构成定子磁管(1)的永磁体的N极或S极全部朝向定子磁管(1)的内部并形成管内同极且能在定子磁管(1)的两端集成由里到外方向相反的逆向磁场；

其特征在于，还包括压缩缸(6)，所述的定子磁管(1)呈梯田形层状结构固定设置在压缩缸(6)的外表面；所述的动子铁芯(2)活动设置在压缩缸(6)内；动子铁芯(2)与压缩缸(6)所围成的密封空间为气缸(7)。

2.根据权利要求1所述的一种压缩制冷用高效节能一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述层状结构的定子磁管(1)至少由二层永磁体叠加而成且外一层比内一层要短。

3.根据权利要求2所述的一种压缩制冷用高效节能一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述动子铁芯(2)的行程决定于定子磁管(1)的叠加层数与叠加结构。

4.根据权利要求3所述的一种压缩制冷用高效节能一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述的压缩缸(6)为采用合金材料制作。

5.根据权利要求4所述的一种压缩制冷用高效节能一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述的定子磁管(1)由整体式或多块组合的永磁铁构成。

6.根据权利要求5所述的一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述由永磁体构成的定子磁管(1)采用钕铁硼材料或铁氧体材料或胶磁材料或其它磁性材料制作。

7.根据权利要求6所述的一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述的动子铁芯(2)采用硅钢材料或铁磁性材料制作。

8.根据权利要求2～7中任一所述的一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述的控制开关(4)为直流换向控制器；所述线圈(3)通过控制开关(4)连接外部电源(5)而实现动子铁芯(2)往复运动。

9.根据权利要求8所述的一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述的线圈(3)为超导线圈。

10.根据权利要求9中任一所述的一种新型压缩制冷装置，其特征在于，所述的外部电源(5)采用直流电源。