CN110094320A - 一种双缸式直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线压缩机，特别涉及一种双缸式直线压缩机，属于能源动力领域。包括直线电机、两侧压缩机气缸和限位机构。在直线电机的驱动下，双侧活塞依次做往复直线运动，实现气体压缩，气体工质作为气体弹簧，对置式的结构使系统成为谐振系统，进行储能，提高能量利用率。同时变刚度螺旋弹簧或缓冲垫对活塞进行限位，提高系统的可靠性。本发明的一种双缸式直线压缩机，采用双缸对置的结构形式，附加限位机构，从而提高了能量利用率、提高了压缩机工作可靠性，采用直线电机为动力源，简化了压缩机结构、使压缩机更为紧凑，易实现微型化，实现压缩比快速可变。

Description

一种双缸式直线压缩机

技术领域

本发明涉及一种直线压缩机，特别涉及一种双缸式直线压缩机，属于能源动力领域。

背景技术

压缩机可应用于压缩空气、空调制冷等领域，传统容积式压缩机主要分为往复式压缩机和回转式压缩机。其中应用较多的为往复式压缩机。其结构复杂，整体结构巨大。往复式压缩机通过旋转电机带动曲柄连杆机构运动将旋转运动转化为直线运动，工作过程中，因往复运动引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全平衡，造成巨大的振动噪声，同时由于侧向力的存在，使得压缩机对润滑有较高的要求，其摩擦损失大，磨损严重。曲柄连杆机构作为中间能量转换机构产生大量能源损耗，成为限制压缩机效率的重大因素。

为提高能量利用率、简化压缩机结构，近年来直线压缩机逐渐推广应用。其将电机推力直接作用于活塞上，实现活塞的往复直线运动。同时可以通过调节电机力的大小及作用时间实现活塞速度和行程的控制，实现可变压缩比。目前多数直线压缩机为单缸式结构，即由一个直线电机带动单侧一个活塞运动，实现单个缸内气体压缩。单缸式直线压缩机其能量利用效率提高效果并不显著，同时直线电机控制导致活塞上下止点不确定性，易发生撞缸、脱缸等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术压比小，行程可调范围小导致应用范围小无法满足使用需求，能量利用率低以及系统稳定性差的问题，提供一种双缸式直线压缩机。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种双缸式直线压缩机，主要包括两侧压缩机气缸、直线电机和限位机构；压缩机气缸包括：缸体、进气门、排气门、气缸盖、活塞、活塞环和连杆；直线电机包括：电机定子和电机动子；

连接关系为：两侧压缩机气缸的两个活塞通过连杆与直线电机动子连接，形成活塞组件，通过电机动子带动活塞完成往复直线运动，通过调节电机力大小、方向实现活塞运动行程可调，进而实现压比可调；活塞环置于活塞上，用于防止活塞运动过程中气体工质的泄露；缸体与气缸盖连接，与活塞共同形成压缩腔，用于气体工质的压缩；气缸盖上安装有进气门和排气门，用于气体工质的进入和排出；电机定子为中空结构，便于套入电机动子实现电机控制。限位机构用于防止活塞撞缸和脱缸现象的发生。

所述两气缸左右对称布置，缸内气体工质可看作气体弹簧，随着两活塞的往复运动，左右缸内气体工质交替压缩，使系统处于谐振状态，便于能量积累。

所述限位机构由支架、连接法兰和若干变刚度螺旋弹簧组成；连接法兰中心处设有通孔，安装于连杆上，跟随连杆作往复运动；所述变刚度螺旋弹簧固定安装在支架和连接法兰之间，刚度较大端与支架连接，刚度较小端与连接法兰连接；所述支架固定安装在缸体或电机定子上；

所述限位机构由支架和缓冲垫组成；支架固定于缸体上，所述缓冲垫固定安装在支架上。

有益效果

1、本发明的一种双缸式直线压缩机，使用商用直线电机作为动力源，运用合理的控制策略，可快速实现行程可调、压缩比可变，且调节范围广；

2、本发明的一种双缸式直线压缩机，采用双缸对置式结构，使系统工作时处于谐振状态，系统能量利用率高；

3、本发明的一种双缸式直线压缩机，弹簧或缓冲垫限位机构能够有效防止活塞发生撞缸和脱缸，系统的稳定性好；

4、本发明的一种双缸式直线压缩机，结构紧凑，便于实现压缩机小型化；

5、本发明的一种双缸式直线压缩机，作为关键部件的气缸和电机，是成熟技术，可靠性高，加工制造方便，便于实现标准化和产品化。

附图说明

图1是本实施例1一种双缸式直线压缩机的结构示意图；

图2是本实施例2一种双缸式直线压缩机的结构示意图；

图3是本实施例3一种双缸式直线压缩机的结构示意图。

其中：1—进气门、2—排气门、3—气缸盖、4—活塞环、5—活塞、6—缸体、7—连杆、8—连接法兰、9—变刚度螺旋弹簧、10—支架、11—电机动子、12—电机定子、13—缓冲垫。

具体实施方式

下面将结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。所描述实施例仅为本发明的一部分实施例，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明的双缸式直线压缩机采用了双缸对置的结构，以直线电机为动力源，直线电机带动两侧活塞作往复直线运动，使两侧缸内气体轮流完成吸气-压缩-排气-膨胀。通过对直线电机的控制，可快速改变活塞行程，进而快速实现压缩比可调，且可调范围广。两侧气体工质可看作气体弹簧，系统工作在谐振状态下，能量利用率高。

实施例1

如图1所示，本实施例的双缸式直线压缩机采用变刚度螺旋弹簧进行限位，主要包括两侧压缩机气缸、直线电机和限位机构；压缩机气缸包括：进气门1、排气门2、气缸盖3、活塞环4、活塞5、缸体6和连杆7；限位机构包括：连接法兰8、变刚度螺旋弹簧9和支架10；直线电机包括：电机动子11和电机定子12。

所述的进气门1、排气门2、气缸盖3、活塞环4、活塞5、缸体6与现有技术中压缩机的进气门1、排气门2、缸体3、活塞环4、活塞5、缸体6相同。

其连接关系为：所述电机定子12为中空结构，电机动子11从中穿过，通过相应的控制程序，实现电机动子11的直线运动；所述活塞5通过连杆7与电机动子11固连，构成活塞组件，在电机动子11的带动下活塞5作往复直线运动，通过控制，可快速改变活塞5的运动行程，实现压缩机压缩比快速可调，调节范围大；活塞环4安装于活塞5头部，用于防止活塞5运动过程中气体工质的泄露；活塞5、套于中空的缸体6中，气缸盖3安装于缸体6的端部，形成压缩腔；所述气缸盖6上安装有进气门1、排气门2，用于气体工质的进入和排出。所述支架10固定安装在电机定子12上；所述变刚度螺旋弹簧9安装在支架10和连接法兰8之间，刚度大的一端与支架10连接，刚度小的一端与连接法兰连接；所述连接法兰8安装于连杆7上，跟随连杆7作往复运动。

工作过程：

在直线电机的驱动下，电机动子11带动活塞5等作往复直线运动，两侧气缸内气体工质轮流完成吸气-压缩-排气-膨胀过程。

以电机动子11向左运动为例，两侧活塞5跟随电机动子11向左运动，左侧气缸内气体被压缩，右侧变刚度螺旋弹簧9开始被压缩，左侧变刚度螺旋弹簧9开始被伸长，变刚度螺旋弹簧9开始储存能量。由于初始段弹簧刚度较小，对电机动子11运动阻碍作用较小，随着电机动子11继续运动，左侧气缸内工质压力不断升高，气体弹簧和变刚度螺旋弹簧9作为储能器继续储存能量，当达到排气压力要求时，排气门2打开，开始排气；当左侧活塞5靠近上止点时，此时变刚度螺旋弹簧9刚度较大，对电机动子11运动阻碍作用较大，辅助活塞5止于上止点位置。在活塞5到达上止点后，电机动子11带动活塞5反向运动，储能器释放上一环节储存能量，弹簧作用力与电机力共同推动活塞5反向运动，同理活塞向左侧运动过程。在电机力和弹簧作用力的共同作用下，活塞作往复直线运动，实现高压气体工质的持续产出。

通过控制电机力的大小，实现活塞行程快速可调，压缩比可变。系统为谐振系统，能量利用率高。

实施例2

如图2所示，本实施例的双缸式直线压缩机采用变刚度弹簧进行限位。其主要部件同实施例1。

限位机构的连接关系是：所述支架10固定安装在缸体6上；所述变刚度螺旋弹簧9安装在支架10和连接法兰8之间，刚度大的一端与支架10连接，刚度小的一端与连接法兰连接；所述连接法兰8安装于连杆7上，跟随连杆7作往复运动。其他部件连接关系同实施例1。

工作过程：

在直线电机的驱动下，电机动子11带动活塞5等作往复直线运动，两侧气缸内气体工质轮流完成吸气-压缩-排气-膨胀过程。

以电机动子11向左运动为例，两侧活塞5跟随电机动子11向左运动，左侧气缸内气体被压缩，左侧变刚度螺旋弹簧9开始被压缩，右侧变刚度螺旋弹簧9开始被伸长，变刚度螺旋弹簧9开始储存能量。由于初始段弹簧刚度较小，对电机动子11运动阻碍作用较小，随着电机动子11继续运动，左侧气缸内工质压力不断升高，气体弹簧和变刚度螺旋弹簧9作为储能器继续储存能量，当达到排气压力要求时，排气门2打开，开始排气；当左侧活塞5靠近上止点时，此时变刚度螺旋弹簧9刚度较大，对电机动子11运动阻碍作用较大，辅助活塞5止于上止点位置。在活塞5到达上止点后，电机动子11带动活塞5反向运动，储能器释放上一环节储存能量，弹簧作用力与电机力共同推动活塞5反向运动，向右侧运动过程与向左侧运动过程类似。在电机力和弹簧作用力的共同作用下，活塞作往复直线运动，实现高压气体工质的持续产出。

通过控制电机力的大小，实现活塞行程快速可调，压缩比可变。系统为谐振系统，能量利用率高。

实施例3

如图3所示，本实施例的双缸式直线压缩机采用的是缓冲垫进行限位。除限位机构其他部件均同实施例1。

所述限位机构由支架10和缓冲垫13组成。限位机构的连接关系是：支架10固定于缸体6上，所述缓冲垫13固定安装在支架上。可用于缓冲和限制活塞5的运动。

工作过程：

在直线电机的驱动下，电机动子11带动活塞5等作往复直线运动，两侧气缸内气体工质轮流完成吸气-压缩-排气-膨胀过程。

以电机动子11向左运动为例，两侧活塞5跟随电机动子11向左运动，左侧气缸内气体工质被压缩，被压缩的气体工质开始储存能量。随着电机动子11继续运动，左侧气缸内工质压力不断升高，当达到排气压力要求时，排气门2打开，开始排气；当左侧活塞5靠近上止点时，活塞5首先与缓冲垫13接触，缓冲垫13吸震、并限制活塞5的运动，辅助活塞5止于上止点位置。在活塞5到达上止点后，电机动子11带动活塞5反向运动，气体储存能量释放，与电机力共同推动活塞5反向运动，同理活塞向左侧运动过程。在电机力和气体弹簧作用力的共同作用下，活塞作往复直线运动，实现高压气体工质的持续产出。

通过控制电机力的大小，实现活塞行程快速可调，压缩比可变。系统为谐振系统，能量利用率高。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双缸式直线压缩机，其特征在于：主要包括两侧压缩机气缸、直线电机和限位机构；压缩机气缸包括：缸体、进气门、排气门、气缸盖、活塞、活塞环和连杆；直线电机包括：电机定子和电机动子；

两侧压缩机气缸的两个活塞通过连杆与直线电机动子连接，形成活塞组件，通过电机动子带动活塞完成往复直线运动，通过调节电机力大小、方向实现活塞运动行程可调，进而实现压比可调；活塞环置于活塞上，用于防止活塞运动过程中气体工质的泄露；缸体与气缸盖连接，与活塞共同形成压缩腔，用于气体工质的压缩；气缸盖上安装有进气门和排气门，用于气体工质的进入和排出；

所述限位机构由支架、连接法兰和若干变刚度螺旋弹簧组成；连接法兰中心处设有通孔，安装于连杆上，跟随连杆作往复运动；所述变刚度螺旋弹簧固定安装在支架和连接法兰之间，刚度较大端与支架连接，刚度较小端与连接法兰连接；所述支架固定安装在缸体或电机定子上。

2.一种双缸式直线压缩机，其特征在于：主要包括两侧压缩机气缸、直线电机和限位机构；压缩机气缸包括：缸体、进气门、排气门、气缸盖、活塞、活塞环和连杆；直线电机包括：电机定子和电机动子；

两侧压缩机气缸的两个活塞通过连杆与直线电机动子连接，形成活塞组件，通过电机动子带动活塞完成往复直线运动，通过调节电机力大小、方向实现活塞运动行程可调，进而实现压比可调；活塞环置于活塞上，用于防止活塞运动过程中气体工质的泄露；缸体与气缸盖连接，与活塞共同形成压缩腔，用于气体工质的压缩；气缸盖上安装有进气门和排气门，用于气体工质的进入和排出；

所述限位机构由支架和缓冲垫组成；支架固定于缸体上，所述缓冲垫固定安装在支架上。

3.如权利要求1所述的一种双缸式直线压缩机，其特征在于：限位机构用于防止活塞撞缸和脱缸现象的发生。

所述的变刚度螺旋弹簧一端弹簧刚度较大，一端弹簧刚度较小，在运动行程伊始对活塞的阻碍作用较小，在活塞止点附近对活塞的阻碍作用较大，辅助活塞止于止点；变刚度螺旋弹簧作为储能器，提高能量利用率。

4.如权利要求2所述的一种双缸式直线压缩机，其特征在于：限位机构用于防止活塞撞缸和脱缸现象的发生。

所述安装于支架处的缓冲垫，与活塞接触时，可吸震并限制活塞的运动。

5.如权利要求1或2所述的一种双缸式直线压缩机，其特征在于：所述两气缸左右对称布置，随着两活塞的往复运动，左右缸内气体工质交替压缩，使系统处于谐振状态，便于能量积累。

6.如权利要求1所述的一种双缸式直线压缩机，其特征在于：所述压缩机的工作过程为：在直线电机的驱动下，电机动子带动活塞往复直线运动，两侧气缸内气体工质轮流完成吸气-压缩-排气-膨胀过程。

当电机动子向左运动时，两侧活塞随电机动子向左运动，左侧气缸内气体工质被压缩，被压缩的气体工质开始储存能量，一侧变刚度弹簧被压缩，对侧变刚度弹簧被伸长，变刚度弹簧开始储存能量。初始段弹簧刚度较小，对电机动子阻碍运动小，；随着电机动子继续运动，左侧气缸内工质眼里不断升高，气体和变刚度螺旋弹簧继续储存能量，当达到排气要求时，排气门打开，开始排气；当左侧活塞靠近上止点时，此处变刚度螺旋弹簧刚度较大，对电机动子阻碍较大，辅助活塞止于上止点；在活塞达到上止点后，电机动子带动活塞反向运动，气体、变刚度螺旋弹簧储存的能量得到释放，与电机力共同推动活塞反向运动，同理活塞向左侧运动过程；在电机力、气体和弹簧作用力的共同作用下，活塞做往复直线运动，实现高压气体工质的持续产出。

7.如权利要求2所述的一种双缸式直线压缩机，其特征在于：所述压缩机的工作过程为：在直线电机的驱动下，电机动子带动活塞作往复直线运动，两侧气缸内气体工质轮流完成吸气-压缩-排气-膨胀过程。

当电机动子向左运动时，两侧活塞跟随电机动子向左运动，左侧气缸内气体工质被压缩，被压缩的气体工质开始储存能量；随着电机动子继续运动，左侧气缸内工质压力不断升高，当达到排气压力要求时，排气门打开，开始排气；当左侧活塞靠近上止点时，活塞首先与缓冲垫接触，缓冲垫吸震、并限制活塞的运动，辅助活塞止于上止点位置；在活塞到达上止点后，电机动子带动活塞反向运动，气体储存能量释放，与电机力共同推动活塞反向运动，同理活塞向左侧运动过程；在电机力和气体弹簧作用力的共同作用下，活塞作往复直线运动，实现高压气体工质的持续产出。