CN111059019A - 一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机。现有线性压缩机采用间隙密封来增加活塞与气缸之间的间隙，会有一定的气体泄漏。本发明包括压缩机组件、永磁体组件、交流电机组件、板弹簧组件。压缩机组件包括箱体、机架和气缸，气缸内中的活塞头外壁包覆开设有迷宫式间隙的活塞套。永磁体组件包括永磁体和轭铁，轭铁设置在永磁体的内环内。交流电机组件包括交流线圈和支撑架，交流线圈固定设置在支撑架的悬臂上，交流线圈设置在永磁体与轭铁之间的间隙处。两个板弹簧组件与活塞杆同轴设置，一个固定安装在活塞杆的另一端，另一个安装在机架与轭铁之间。本发明可以减少间隙密封泄露损失，提升压缩机腔体排气压力，显著提高了压缩机的效率。

Description

一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，涉及一种线性压缩机，具体是一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机。

背景技术

线性压缩机在低温工程中为制冷机提供动态压力波，为整个制冷循环提供动力。线性压缩机从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。现有技术中，压缩机中活塞与气缸之间使用润滑油，对压缩机的效率影响很大，甚至破坏整个压缩机系统。另外还有采用无油压缩机，线性压缩机采用间隙密封来增加活塞与气缸之间的间隙。间隙密封指的是非接触密封技术。但是，通过间隙密封会有一定的气体泄漏，特别当活塞位置发生位移时，这种泄漏会给压气机带来不可预知的损失。

现有线性压缩机一般通过线性电机电磁共振的方式工作，而不同于常规压缩机通过旋转电机以机械连接方式驱动，线性压缩机的效率比传统曲柄结构压缩机提高。线性压缩机的电机可包括同轴设置的内定子、外定子以及线圈，其中线圈可置于内定子中。现有的线性压缩机的压缩组件可包括永磁体、压缩弹簧、气缸、气缸盖和活塞等。压缩机中活塞与气缸之间使用润滑油，减少活塞与气缸之间的阻力，或者压缩机中活塞与气缸之间采用间隙密封。当线性压缩机的线圈通入交流电后，内定子与外定子之间产生交变的磁场。永磁体可在交变磁场的作用下沿轴向方向做往复运动，通过支架带动活塞往复运动，进而能够使气缸吸入气体和压缩气缸内的气体。

在现有的线性压缩机的工作过程中，为了提高压缩机的效率，需要在压缩机气缸与活塞之间采用间隙密封，当交流线圈在磁场中往复运动时，带动活塞运动，活塞位置容易发生位移，引起气体从间隙中泄漏，降低压缩腔体的排气压力，降低压缩机的效率的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机。

本发明包括压缩机组件、磁场组件、交流电机组件、板弹簧组件。

所述的压缩机组件包括箱体、机架和气缸，箱体固定安装在机架上，气缸设置在箱体内，并固定设置在机架，箱体内侧壁固定铺有绝缘层上；气缸内腔通过通气管与箱体外相通，活塞杆的一端与气缸内的活塞头固定连接，圆柱形活塞头外壁包覆有聚四氟乙烯活塞套，沿活塞套外壁开设有迷宫式间隙，形成迷宫式间隙密封结构。活塞套与气缸内壁之间光滑接触，减小摩擦，聚四氟乙烯活塞套外表面刻有迷宫式间隙，减小压缩腔到背压腔之间的气体泄漏损失。

所述的磁场组件包括永磁体和轭铁；多个永磁体固定设置在箱体内侧壁，并沿同一圆周均匀分布形成圆环；为轭铁为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，轭铁设置在永磁体围合的内环内，活塞杆穿过轭铁的中心穿孔。

所述的交流电机组件包括交流线圈和支撑架，交流线圈固定设置在支撑架的悬臂上；交流线圈与永磁体和轭铁同轴设置，并设置在永磁体与轭铁之间的间隙处；支撑架与活塞杆的另一端固定连接。

所述的板弹簧组件为结构相同的两个，每个板弹簧组件包括板弹簧底座和板弹簧组。

所述的板弹簧底座包括为台阶圆柱形，中心开有安装孔；所述的板弹簧组包括多片涡旋板弹簧；所述的涡旋板弹簧为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽，中心开有穿孔，相邻的涡旋板弹簧通过垫圈隔开，叠放的涡旋板弹簧与板弹簧底座固定连接；垫圈包括位于同一平面的内圈垫圈和外圈垫圈，涡旋渐开线槽位于内圈垫圈与外圈垫圈之间；两个板弹簧组件与活塞杆同轴设置，一个固定安装在活塞杆的另一端，另一个安装在机架与轭铁之间。

进一步，所述的间隙密封槽是沿圆柱形活塞头外壁开设的多条环形槽，环形槽的宽度为2～3mm，深度为1～3mm，相邻两条环形槽间隔3～4mm。

进一步，所述的间隙密封槽是沿圆柱形活塞头外壁开设的螺旋槽，螺旋槽的宽度为2～3mm，深度为1～3mm，螺旋槽在同一轴截面上的相邻槽间距为3～4mm。

进一步，所述的交流线圈的外沿距离永磁体的内沿1～2mm，交流线圈的内沿距离轭铁的外沿1～2mm。

进一步，每个板弹簧组包括2～5片涡旋板弹簧。

本发明采用迷宫式间隙密封活塞结构，迷宫式间隙密封活塞能够在交流电线圈的带动下往复运动时，减少间隙密封泄露的损失，提升压缩机腔体的排气压力。从而，避免了当交流线圈在磁场中往复运动时，带动活塞运动，活塞位置容易发生位移，引起气体从间隙中泄漏，降低压缩腔体的排气压力，降低压缩机的效率的问题。

本发明中活塞与气缸之间用迷宫式间隙密封，当压缩机运转过程中，交流线圈在永磁体生成的磁场中切割磁力线往复运动，带动活塞在气缸内压缩气体做功，减少间隙密封泄露损失，提升压缩机腔体排气压力，提高压缩机效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2-1为图1中一种活塞头的结构示意图；

图2-2为图1中另一种活塞头的结构示意图；

图3为图1中板弹簧组件的结构示意图；

图4为图3中板弹簧底座的结构示意图；

图5为图3中涡旋板弹簧的结构示意图；

图6为图3中垫圈的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

如图1所示，一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，包括压缩机组件、磁场组件、交流电机组件、板弹簧组件。

压缩机组件包括箱体1、机架2和气缸3，箱体1固定安装在机架2上，气缸3设置在箱体1内，并固定设置在机架2上，箱体1内侧壁固定铺有绝缘层7。气缸3内腔通过通气管4与箱体外相通，活塞杆5的一端与气缸内的活塞头6固定连接，圆柱形活塞头6外壁包覆有聚四氟乙烯活塞套6-1，沿活塞套6-1外壁开设有迷宫式间隙，形成迷宫式间隙密封结构。活塞套与气缸内壁之间光滑接触，减小摩擦，聚四氟乙烯活塞套外表面刻有迷宫式间隙，减小压缩腔到背压腔之间的气体泄漏损失。

迷宫式间隙采用以下两种方式：

1、如图2-1所示，沿活塞套6-1外壁开设有多条环形槽6-2，环形槽6-2的宽度为2～3mm，深度为1～3mm，相邻两条环形槽6-1间隔3～4mm；

2、如图2-2所示，沿活塞套6-1外壁开设螺旋槽6-3，螺旋槽6-3的宽度为2～3mm，深度为1～3mm，螺旋槽6-3在同一轴截面上的相邻槽间距为3～4mm。

磁场组件包括永磁体8和轭铁9。多个永磁体8固定设置在箱体1内侧壁，并沿同一圆周均匀分布形成圆环。为轭铁9为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，轭铁9设置在永磁体8围合的内环内，活塞杆5穿过轭铁9的中心穿孔。

交流电机组件包括交流线圈10和支撑架11，交流线圈10固定设置在支撑架11的悬臂上。交流线圈10与永磁体8和轭铁9同轴设置，并设置在永磁体8与轭铁9之间的间隙处，交流线圈10的外沿距离永磁体8的内沿1～2mm，交流线圈10的内沿距离轭铁9的外沿1～2mm。交流线圈10可在永磁体8与轭铁9之间直线运动。活塞杆5的另一端与支撑架11固定连接。

如图3所示，板弹簧组件为结构相同的两个，每个板弹簧组件包括板弹簧底座12和板弹簧组。

如图4所示，板弹簧底座12包括为台阶圆柱形，中心开有安装孔12-1。

板弹簧组包括2～5片涡旋板弹簧13(图中给出三片涡旋板弹簧)。如图5所示，涡旋板弹簧13为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽13-1，中心开有穿孔13-2，相邻的涡旋板弹簧13通过垫圈隔开，叠放的涡旋板弹簧13与板弹簧底座12固定连接。如图6所示，垫圈包括位于同一平面的内圈垫圈14和外圈垫圈15，涡旋渐开线槽13-1位于内圈垫圈14与外圈垫圈15之间。两个板弹簧组件与活塞杆5同轴设置，一个固定安装在活塞杆5的另一端，另一个安装在机架2与轭铁9之间。

本发明的工作过程如下：永磁体产生的恒定磁场的磁力线从永磁体通过轭铁的引导，穿过交流电线圈、活塞杆，回到下方永磁体。交流电线圈通入交变电流后，可在永磁体产生的磁场的作用下沿轴向带动做往复运动，通过支撑架带动活塞杆和活塞往复运动，迷宫式间隙密封活塞减少间隙密封气体的泄露，保证压缩机腔体的排气压力，使气体排出或吸入气缸内。永磁体之间的磁场与交流电的磁场相互作用，在板弹簧的支撑下驱动活塞在气缸内压缩气体，从通气管排出，提高了压缩机的效率。

永磁体沿其轴向的长度大于交流电线圈沿其轴向的长度，以保证交流电线圈高效地利用永磁体产生的磁场，提高了压缩机的效率。

在活塞两端分别放置板弹簧作为支撑系统，克服了由于侧向力及重力对活塞的影响，避免了引起活塞与气缸的侧向磨损，蜗旋渐开线槽增大了活塞的位移。采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，避免了间隙密封在气缸与活塞之间留下的缝隙中气体的泄露和降低压缩机腔体的排气压力的问题。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，包括压缩机组件、磁场组件、交流电机组件、板弹簧组件；其特征在于：

所述的压缩机组件包括箱体(1)、机架(2)和气缸(3)，箱体(1)固定安装在机架(2)上，气缸(3)设置在箱体(1)内，并固定设置在机架(2)上，箱体(1)内侧壁固定铺有绝缘层(7)；气缸(3)内腔通过通气管(4)与箱体外相通，活塞杆(5)的一端与气缸内的活塞头(6)固定连接，圆柱形活塞头(6)外壁包覆有聚四氟乙烯活塞套(6-1)，沿活塞套(6-1)外壁开设有迷宫式间隙，形成迷宫式间隙密封结构；

所述的磁场组件包括永磁体(8)和轭铁(9)；多个永磁体(8)固定设置在箱体(1)内侧壁，并沿同一圆周均匀分布形成圆环；为轭铁(9)为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，轭铁(9)设置在永磁体(8)围合的内环内，活塞杆(5)穿过轭铁(9)的中心穿孔；

所述的交流电机组件包括交流线圈(10)和支撑架(11)，交流线圈(10)固定设置在支撑架(11)的悬臂上；交流线圈(10)与永磁体(8)和轭铁(9)同轴设置，并设置在永磁体(8)与轭铁(9)之间的间隙处；支撑架(11)与活塞杆(5)的另一端固定连接；

板弹簧组件为结构相同的两个，每个板弹簧组件包括板弹簧底座(12)和板弹簧组；

所述的板弹簧底座(12)包括为台阶圆柱形，中心开有安装孔(12-1)；所述的板弹簧组包括多片涡旋板弹簧(13)；所述的涡旋板弹簧(13)为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽(13-1)，中心开有穿孔(13-2)，相邻的涡旋板弹簧(13)通过垫圈隔开，叠放的涡旋板弹簧(13)与板弹簧底座(12)固定连接；垫圈包括位于同一平面的内圈垫圈(14)和外圈垫圈(15)，涡旋渐开线槽(13-1)位于内圈垫圈(14)与外圈垫圈(15)之间；两个板弹簧组件与活塞杆(5)同轴设置，一个固定安装在活塞杆(5)的另一端，另一个安装在机架(2)与轭铁(9)之间。

2.如权利要求1所述的一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，其特征在于：所述的迷宫式间隙是沿活塞套6-1外壁开设的多条环形槽(6-2)，环形槽(6-2)的宽度为2～3mm，深度为1～3mm，相邻两条环形槽(6-2)间隔3～4mm。

3.如权利要求1所述的一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，其特征在于：所述的迷宫式间隙是沿活塞套6-1外壁开设的螺旋槽(6-3)，螺旋槽(6-3)的宽度为2～3mm，深度为1～3mm，螺旋槽(6-3)在同一轴截面上的相邻槽间距为3～4mm。

4.如权利要求1所述的一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，其特征在于：所述的交流线圈(10)的外沿距离永磁体(8)的内沿1～2mm，交流线圈(10)的内沿距离轭铁(9)的外沿1～2mm。

5.如权利要求1所述的一种采用迷宫式间隙密封活塞的线性压缩机，其特征在于：每个板弹簧组包括2～5片涡旋板弹簧(13)。

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