CN109477471A - 压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种压缩单元，包括：气缸；第一活塞，其构造成沿着所述气缸滑动；以及连杆，其在第一端处附接到所述第一活塞并且在第二端处附接到曲柄，所述曲柄被构造成直接附接到马达轴；并且其中所述连杆的长度L基本上大于所述曲柄的操作半径R。

Description

压缩机
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月17日提交的第62/337,346号美国临时专利申请的优先权，该申请在此通过引用以其整体并入。
发明领域
本发明涉及压缩机领域，并且更特别地涉及轴向双活塞压缩机(axial doublepiston compressors)领域。
发明背景
用于压缩流体(即，液体和气体)的压缩机通常包括活塞或多个活塞，活塞在气缸(cylinder)内移动以压缩流体。活塞由连杆(connecting rod)操作，连杆借助于活塞销(piston pin)或轴头销(gudgeon pin)连接到活塞的下侧，活塞销或轴头销横向于活塞轴线定向。活塞销穿过活塞杆(piston rod)的小的端部处的环，使得活塞杆可以相对于活塞销旋转。活塞具有相对较大的纵向延伸，以防止活塞相对于纵向轴线倾斜以及在气缸内中可能的卡顿(sticking)。
连杆的大的端部自由地连接到由另一机构，例如电动马达(electrical motor)或内燃机驱动的曲柄(crank)。
这种类型的压缩机存在的缺点在于它们由大量部件(parts)构成，这一事实需要精确生产部件，因此增加了它们的成本，并且组装起来费力，这需要大量时间和更多的成本。此外，这种结构在活塞和气缸之间产生大的横向力(transverse force)。
本发明的目的是提供一种显著减少或克服上述缺点的压缩机。
本发明的另一个目的是提供一种压缩机，其中活塞、活塞销和连杆由单个件形成，该单个件可以通过注射模制(injection molding)或使用本领域已知的其它技术制造。以这种方式，根据本发明的压缩机获得了以下优点：减少的部件数量，组装的部件之间不需要精确的精度，并且不需要费力地组装。
本发明的还有的另一个目的是提供一种压缩机，其中马达直接连接到凸轮(cam)，从而节省重量、金钱并且降低操作噪音。
本发明的又一个目的是提供一种压缩机，其在运行期间显著减小或消除活塞和气缸之间的任何横向力。
发明概述
本发明提供了一种压缩单元，其在连杆和一个活塞之间具有一体柔性枢轴(integral flexible pivot)。这是由于连杆相对于与该连杆连接的曲柄的长度相对较长而实现的。
这种结构能够将由活塞施加在气缸上的任何横向力消除或减至最小。因此，活塞的滑动表面的纵向延伸可以减小到最小。
根据本发明的一个实施例，提供了一种压缩单元，该压缩单元包括气缸、构造成沿着气缸滑动的第一活塞、以及在第一端处附接到第一活塞并在第二端处附接到曲柄的连杆。曲柄被构造成直接附接到马达轴。
在一些实施例中，连杆的长度L基本上大于曲柄的操作半径R。可选地，连杆的长度L比曲柄的操作半径R大至少五倍。可选地，连杆的长度L比曲柄的操作半径R大至少十倍。
在一些实施例中，连杆的第一端包括一体柔性枢轴。此外，一体柔性枢轴与第一活塞成一体。
在一些实施例中，第一活塞包括滑动表面，该滑动表面具有与气缸接触的大幅减小的纵向延伸。滑动表面可以与第一活塞成一体。
在一些实施例中，压缩单元包括构造成沿着气缸滑动的第二活塞。
在一些实施例中，压缩单元包括将第一活塞连接到第二活塞的活塞杆。
在一些实施例中，连杆的长度L大于活塞杆的长度的一半。
在一些实施例中，马达轴包括电动马达轴。
根据本发明的实施例还提供了一种制造压缩单元的方法，该方法包括整体的。连杆在第一端处与第一活塞成一体，并且在第二端处连接到曲柄。曲柄被构造成直接附接到马达轴。连杆的长度L基本上大于曲柄的操作半径R。
在一些实施例中，该方法包括使用注射模制将第一活塞与柔性枢轴及连杆一体地模制。
在一些实施例中，该方法包括将活塞杆与第一活塞一体地模制。
在一些实施例中，该方法包括将第二活塞与活塞杆一体地模制。
根据本发明的实施例，还提供了一种使用压缩单元的方法，该方法包括：以相当高的速度旋转曲柄，该曲柄直接连接到马达轴；使用连杆将来自曲柄的旋转运动转换成线性运动，连杆在第一端处附接到第一活塞且在第二端处附接到曲柄；以及使第一活塞在气缸内向前和向后滑动。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出本发明在实践中可以如何实施，现在将参考附图，其中：
图1是根据本发明的压缩机的压缩单元的侧剖视图；
图2是根据本发明的图1的压缩单元的透视图；和
图3是根据本发明的图1的曲柄的侧剖视放大图。
优选实施例的描述
请注意图1、2和3，它们示出了根据本发明的压缩机12(为了简单起见，未整体示出)的压缩单元10。压缩单元10包括具有纵向轴线A的细长气缸14。一对活塞16位于气缸14内，并且与纵向轴线A同轴。
应当注意，贯穿说明书出现的方向术语，例如“向前”、“后”、“上”、“下”等。用于方便区分各个表面相对于彼此的位置。这些术语是参照附图来定义的，然而，它们仅用于说明性目的，并不旨在限制本发明的范围。
活塞16借助于活塞杆18连接在活塞16和之间。根据一些实施例，活塞杆18由单个件(single piece)组成。根据其它实施例，活塞杆18由连接在两个活塞16之间的两个单独的杆组成。
每个活塞16包括前压缩表面20、后表面22和滑动表面24，滑动表面24与气缸14接触并在气缸14上滑动。
因为两个活塞16之间的距离相对较大，所以能够实现活塞16在气缸14内沿着纵向轴线A的稳定平移运动。因此，能够产生具有最小纵向延伸的滑动表面24，同时仍然在活塞16和气缸14之间提供足够的密封。根据一些实施例，每个活塞16的滑动表面24具有1毫米的纵向延伸。
活塞16和气缸14之间的密封部分可以安装在活塞的滑动表面24上，或者可以有利地与滑动表面24形成一体部分。
压缩单元10借助于电动马达(图中未示出)操作，该电动马达位于气缸14之外且垂直于纵向轴线A定向。电动马达的轴直接连接到曲柄28的电动马达轴座(electric motorshaft seating)26中。曲柄28具有曲柄销30，曲柄销30被插入到连杆34的第一端32中的对应销孔中，连杆34的第一端32邻近第一活塞36的后表面22。长度为L的连杆34相对较大，并且几乎延伸到活塞杆18的整个长度。
连杆34的第二端38通过一体柔性枢轴42连接到第二活塞40的后表面22。连杆34、一体柔性枢轴42、活塞16和活塞杆18都由单个整体件(unitary piece)形成，该整体件通过注射模制或本领域已知的其它方法形成，并且这些方法可以包括三维打印(three-dimensional printing)。
曲柄28具有限定在电动马达轴线B和曲柄销轴线C之间的操作半径R。因为连杆34的长度L远大于曲柄28的操作半径R，所以连杆34的第一端32与曲柄28一起围绕电动马达轴线B的旋转仅引起连杆34的第二端38相对于第二活塞40的后表面22的少量旋转和平移运动。因此，可以将连杆34、一体柔性枢轴42和活塞16以及还有活塞杆18和另一活塞16形成为单个整体件，从而一方面能够降低制造和组装成本，并且另一方面能够延长一体柔性枢轴42的使用寿命。
由于曲柄28直接连接到电动马达轴，而不是通过减速机构(speed-reducingmechanism)，因此获得了各种优点：(1)曲柄28以相对非常高的速度旋转，从而产生活塞16的快速压缩动作和对小冲程的补偿，(2)由于不需要减速机构而节省了资金，(3)由于不需要使用减速机构，使用寿命更长，(4)由于避免使用减速机构，整个压缩机的动作更安静的多。
压缩单元10以交替冲程效果(alternating-stroke effect)有效地操作，即，当第一活塞36进行压缩冲程时，则第二活塞40进行吸入冲程，并且当第二活塞40进行压缩冲程时，则第一活塞36进行吸入冲程。
尽管已经以一定程度的特定性描述了本发明的实施例，但应理解，可以做出各种改变和修改而不脱离下文所描述的本发明的精神或范围。
例如，连杆34的第二端38不必通过一体柔性枢轴42连接到第二活塞40的后表面22。可替代地，连杆34的第二端38可以通过另一种类型的接头(joint)连接到第二活塞40的后表面22，该接头不必与第二活塞40成一体。
连杆34的第二端38不必通过一体柔性枢轴42连接到第二活塞40的后表面22。可替代地，连杆的第二端可以连接到连接杆(connecting link)，该连接杆连接在活塞杆之间，并且基本垂直于纵向轴线A定向。根据一些实施例，连接杆不必连接到活塞的后表面。

Claims (15)

1.一种压缩单元，所述压缩单元包括：
气缸；
第一活塞，所述第一活塞构造成沿着所述气缸滑动；和
连杆，所述连杆在第一端处附接到所述第一活塞，且在第二端处附接到曲柄，所述曲柄构造成直接附接到马达轴；并且
其中所述连杆的长度L基本上大于所述曲柄的操作半径R。
2.一种压缩单元，其中所述连杆的所述长度L比所述曲柄的所述操作半径R大至少五倍。
3.一种压缩单元，其中所述连杆的所述长度L比所述曲柄的所述操作半径R大至少十倍。
4.根据权利要求1所述的压缩单元，其中所述连杆的所述第一端包括一体柔性枢轴。
5.根据权利要求4所述的压缩单元，其中，所述一体柔性枢轴与所述第一活塞成一体。
6.根据权利要求1所述的压缩单元，其中所述第一活塞包括与所述活塞成一体的滑动表面。
7.根据权利要求1所述的压缩单元，还包括构造成沿着所述气缸滑动的第二活塞。
8.根据权利要求7所述的压缩单元，还包括将所述第一活塞连接到所述第二活塞的活塞杆。
9.根据权利要求8所述的压缩单元，其中所述连杆的所述长度L大于所述活塞杆的长度的一半。
10.根据权利要求1所述的压缩单元，其中所述马达轴包括电动马达轴。
11.一种制造压缩单元的方法，所述方法包括：
将第一活塞与连杆及柔性枢轴一体地制造，所述柔性枢轴在所述连杆和所述第一活塞之间，
其中所述连杆在第一端处与所述第一活塞成一体，并且在第二端处连接到曲柄，所述曲柄构造成直接附接到马达轴；并且
其中所述连杆的长度L基本上大于所述曲柄的操作半径R。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括使用注射模制将所述第一活塞与所述柔性枢轴及所述连杆一体地制造。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括将活塞杆与所述第一活塞一体地模制。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括将第二活塞与所述活塞杆一体地模制。
15.一种使用压缩单元的方法，所述方法包括：
以相当高的速度旋转直接连接到马达轴的曲柄；
使用连杆将来自所述曲柄的旋转运动转换成线性运动，所述连杆在第一端处附接到第一活塞，并且在第二端处附接到所述曲柄；和
使所述第一活塞在气缸内向前和向后滑动；
其中所述连杆的长度L基本上大于所述曲柄的操作半径R。
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