CN112392686A - 线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种线性压缩机，包括机壳；线性电机包括定子、第一动子和第二动子；气缸限定有第一压缩腔并配有第一排气阀；第一活塞设置在第一压缩腔内，开有第一吸气孔配有第一吸气阀；连杆与第一活塞连接，在第一动子驱动下带动第一活塞往复运动，连杆具有连通第一吸气孔的第二压缩腔；第二活塞，插入第二压缩腔内开设有第二吸气孔并配有第二吸气阀；在第一活塞朝第一排气阀运动时，第二活塞在第二动子带动下逐渐远离第一活塞，使第二吸气孔内气体推开第二吸气阀进入第二压缩腔；在第一活塞远离第一排气阀运动时，第二活塞逐渐接近第一活塞，使第二压缩腔内气体被第二活塞压缩后推开第一吸气阀进入第一压缩腔。本发明通过多级压缩提升了吸气量。

Description

线性压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及一种线性压缩机。

背景技术

线性压缩机是一种应用了线性电机的活塞式压缩机，主要应用于冰箱、冷柜等较低温的制冷系统。

但是，常规结构的线性压缩机的能效仍然不够高，极大限制了其在制冷领域的推广使用。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种具有更高吸气效率的线性压缩机，以提升压缩机的能效。

本发明的另一目的是使线性压缩机的多级压缩结构更加简单、可靠。

本发明的进一步的目的是要使第二活塞的压缩动力更强。

特别地，本发明提供了一种线性压缩机，其包括：

机壳；

线性电机，设置在机壳内，包括定子、第一动子和第二动子；

气缸，设置在机壳内，其限定有第一压缩腔，并配设有第一排气阀；

第一活塞，设置在第一压缩腔内，开设有第一吸气孔，并配有第一吸气阀；

连杆，与第一活塞连接，在第一动子驱动下，带动第一活塞往复运动，连杆为中空结构以形成连通第一吸气孔的第二压缩腔；

第二活塞，插入第二压缩腔内，开设有第二吸气孔，并配设有第二吸气阀；线性压缩机配置成：

在第一活塞朝第一排气阀运动时，使第二活塞在第二动子带动下逐渐远离第一活塞，以促使第二吸气孔内的气体推开第二吸气阀，进入第二压缩腔；且

在第一活塞远离第一排气阀运动时，使第二活塞在第二动子带动下逐渐接近第一活塞，以使第二压缩腔内的气体被第二活塞压缩后，推开第一吸气阀进入第一压缩腔。

可选地，气缸位于定子的轴向一侧；连杆从定子的轴向一侧穿过定子的中央通孔抵达定子的轴向另一侧；第一动子包括从定子轴向另一侧插入定子的环状间隙的环形磁吸部和从环形磁吸部的端部径向向内延伸至连杆处且连杆固定的安装部；第二动子套固在第二活塞上。

可选地，第二动子包括永磁体、感应铁芯或感应线圈。

可选地，线性压缩机还包括：骨架，固定于机壳内，定子和气缸固定于骨架，骨架包括在定子轴向另一侧间隔设置的第一端板和第二端板，第二活塞具有位于第一端板和第二端板之间的连接板部；以及多个第一谐振弹簧和多个第二谐振弹簧，沿第二活塞的运动方向延伸，第一谐振弹簧两端分别固定于第一端板和连接板部，第二谐振弹簧两端分别固定于连接板部和第二端板。

可选地，线性压缩机还包括：多个第三谐振弹簧和多个第四谐振弹簧，沿第二活塞的运动方向延伸；第三谐振弹簧两端分别固定于第二端板和安装部，第四谐振弹簧两端分别固定于安装部和定子。

可选地，线性压缩机还包括：多个谐振弹簧，其与第二活塞和第一动子连接以共同构成一谐振系统；谐振系统配置成：在第一动子往复运动激励下，使第二活塞与第一动子沿相反方向运动。

可选地，线性压缩机还包括：骨架，固定于机壳内，定子和气缸固定于骨架内，骨架位于定子轴向另一侧的第一端板，第二活塞包括位于第一端板和安装部之间的连接板部；且多个谐振弹簧包括沿第二活塞运动方向延伸的多个第一谐振弹簧、多个第二谐振弹簧以及多个第三谐振弹簧；第一谐振弹簧两端分别固定于第一端板和连接板部；第二谐振弹簧两端分别固定于连接板部和安装部；第三谐振弹簧两端分别固定于安装部和动子；线性压缩机配置成，使谐振系统在第一动子激励下以第二阶模态振动，以使第二活塞的运动方向与第一动子的运动方向相反。

可选地，第二活塞包括：活塞头部，用于与第二压缩腔的周壁配合；活塞杆部，连接于活塞头部且朝远离第一活塞的方向伸出连杆，第二动子套固在活塞杆部上；和连接板部，其中央连接于活塞杆部的伸出端，第二吸气孔贯穿活塞头部、活塞杆部和连接板部。

可选地，活塞杆部的直径小于活塞头部的直径。

可选地，第二吸气孔连通机壳内部空间，以吸入低压气体；且第一压缩腔的排气气流与机壳的排气管连通，以排出高压气体。

本发明的线性压缩机实现了多级压缩，气缸所吸入的气体已经被第二活塞压缩，使得气缸的吸气压力增大，吸气密度增加，从而使吸气量增加，最终提升了线性压缩机的能效。

进一步地，本发明的线性压缩机中，第二压缩腔被设置在连杆内，不占据额外空间，使得线性压缩机的整体结构更加紧凑，这使得本发明的技术方案更利于导入实际产品。

进一步地，本发明的线性压缩机利用第二动子带动第二活塞运动，使其压缩更加准确、有力。

进一步地，本发明的线性压缩机基于振动原理，依靠谐振系统驱动第二活塞运动，使第二活塞的运动方向与第一动子运动方向(即第一活塞的运动方向)相反，以恰好配合第一活塞完成两级压缩过程。这相当于给第二活塞的压缩过程提供了额外动力，使其压缩能力更强，气缸吸气量的增加值更大。而且，由于第一活塞压缩时，第二活塞被驱动作绝对运动地远离第一活塞，使第二吸气孔的吸气量更大，最终也提升了气缸的吸气量的增加值。

进一步地，本发明的线性压缩机设置了第一谐振弹簧、第二谐振弹簧和第三谐振弹簧共计三组谐振弹簧，使之与第二活塞和第一动子构成一个两自由度振动系统，以便通过控制第一动子激励，使谐振系统以第二阶模态振动，实现第二活塞与第一动子的反向运动，这种结构非常巧妙，控制非常精准。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的线性压缩机在气缸处于排气阶段的示意性剖视图；

图2是图1所示线性压缩机中的压缩结构的示意图；

图3是根据图1所示线性压缩机在气缸处于吸气阶段的示意性剖视图；

图4是图3所示线性压缩机中的压缩结构的示意图；

图5是根据本发明另一实施例的线性压缩机在气缸处于排气阶段的示意性剖视图；

图6是根据图5所示线性压缩机在气缸处于吸气阶段的示意性剖视图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的线性压缩机在气缸处于排气阶段的示意性剖视图；图2是图1所示线性压缩机中的压缩结构的示意图；图3是根据图1所示线性压缩机在气缸处于吸气阶段的示意性剖视图；图4是图3所示线性压缩机中的压缩结构的示意图。图2和图4用空心箭头示意了气流流动情况。

如图1至图2所示，本发明实施例提供了一种线性压缩机，该线性压缩机可应用于蒸气压缩制冷循环系统，如冰箱或冷柜。线性压缩机一般性地可包括机壳100、线性电机700、气缸200、第一活塞300、连杆400以及第二活塞500。

机壳100限定出一容纳腔，并安装有吸气管(未图示)和排气管110。线性电机700安装于机壳100内，其包括定子720、第一动子710和第二动子730。定子720直接或间接地固定于机壳100。线性电机700通电运行时，第一动子710和第二动子730在电磁力的作用下，相对于定子720做直线往复运动。并且，第一动子710和第二动子730的运动方向始终保持相反。

气缸200设置在机壳100内，其内限定出第一压缩腔201，第一压缩腔201可为圆柱形。气缸200还配设有第一排气阀210。第一活塞300设置在第一压缩腔201内，开设有第一吸气孔301，并配设有第一吸气阀310。第一活塞300可为圆环形，中央的通孔部分构成第一吸气孔301。连杆400与第一活塞300连接，并与第一动子710相连，以受到第一动子710的驱动。连杆400在第一动子710驱动下，带动第一活塞300作往复运动，完成气缸200内第一压缩腔201内吸气、压缩和排气进程。本实施例的线性压缩机为卧式结构，气缸200的中心轴线沿水平方向延伸。

连杆400为中空结构以限定出第二压缩腔401，第二压缩腔401为圆柱形，第二压缩腔401与第一吸气孔301连通。例如，连杆400可为轴向两端均敞开的中空圆柱形。

第二活塞500插入连杆400内部(全部或部分插入)，即插入第二压缩腔401内。第二活塞500开设有第二吸气孔501，并配设有第二吸气阀510。第一排气阀210、第一吸气阀310以及第二吸气阀510均为压缩机领域常用的弹性阀片，具体结构不再赘述。第二活塞500与第二动子730相连，以受到第二动子730的驱动。

线性压缩机配置成：在第一活塞300朝向第一排气阀210运动(即沿x轴正向方向运动)，以对第一压缩腔201内的气体进行压缩、以及在第一压缩腔201内的气体压力足够大而推开第一排气阀210进行排气时，使第二活塞500在第二动子730的带动下逐渐远离第一活塞300，以促使第二吸气孔501内的气体推开第二吸气阀510，进入第二压缩腔401，参考图1和图2。也就是说，在第一压缩腔201处于压缩或排气过程时，使第二压缩腔401处于吸气过程。

在第一活塞300远离第一排气阀210运动时(即沿x轴负向方向运动)，第一压缩腔201内气体压力降低(或者说是形成负压)，迫使第一排气阀210关闭、第一吸气阀310打开，使第一压缩腔201进行吸气时，使第二活塞500在第二动子730的带动下逐渐接近第一活塞300，以使第二压缩腔401内的气体被第二活塞500压缩后，推开第一吸气阀310进入第一压缩腔201，参考图3和图4。也就是说，在第一压缩腔201处于吸气过程时，使第二压缩腔401处于压缩和排气过程，排出的具有较高压力的气体进入了第一压缩腔201。

总之，本发明实施例实现了气体的双级压缩，气缸200吸入的气体是已在第二压缩腔401被压缩后的气体，这使得气缸200的吸气压力增大，吸气密度增加，从而使吸气量增加(由于气缸200每次排气的气体体积不变，气体密度增加后，使得每次排气排出的气体质量增加)，提升了线性压缩机的吸气效率，进而提升了其能效。

此外，由于本发明实施例将第二压缩腔401设置在连杆400内，不占据额外空间，使得线性压缩机的整体结构更加紧凑，需要变更的零部件较少，使得该技术方案更利于导入实际产品。线性压缩机利用第二动子730带动第二活塞500运动，使其压缩更加准确、有力。

本领域技术人员可以理解，可以对图1至图4所示的实施例进行进一步改进，以获取三级及以上的多级线性压缩机方案。例如，以第二活塞500内部的第二吸气孔501作为第三压缩腔，在第三压缩腔内另设一个第三活塞，使第二压缩腔401吸入的是由第三活塞压缩后的气体即可。

在一些实施例中，如图1所示，定子720包括圆筒状的外定子721和圆筒状的内定子722。内定子722位于外定子721的径向内侧，其上设置有线圈723。外定子721与内定子722之间具有环状间隙701。气缸200位于定子720的轴向一侧，连杆400(沿x轴负向延伸地)从定子720的轴向一侧穿过定子720的中央通孔抵达定子720的轴向另一侧。第一动子710包括环形磁吸部712和安装部711。环形磁吸部712为筒状，其从定子720的轴向另一侧插入定子720的环状间隙701内(沿x轴正向插入，并非完全插入，一部分显露在外)。环形磁吸部712的整体或者一部分为永磁体。安装部711从环形磁吸部712的端部(显露在外的端部)径向向内延伸至连杆400处，且与连杆400固定。

具体地，可设置一骨架900。骨架900固定于机壳100内。定子720和气缸200直接或间接地固定于骨架900。例如，气缸200通过一法兰220间接固定于骨架900。法兰220固定于骨架900内，其具有内孔。法兰220的轴向一端抵靠于定子720的轴向一端，轴向另一端抵靠于骨架900的端板920的内侧。气缸200固定于法兰220的内孔内。端板920的中部具有用于容纳第一排气阀210的排气腔932，端板920外设置以端盖930封闭该排气腔932。在一些实施例中，线性压缩机为低背压结构，第二吸气孔501连通机壳100内部空间，以吸入低压气体。第一压缩腔201的排气气流与机壳100的排气管110连通，以排出高压气体。例如图1所示，使排气管110与端盖930的排出管路931连通。在一些替代性实施例中，线性压缩机也可为中背压或高背压结构，具体细节不再赘述。

第二动子730套固在第二活塞500上，以处于定子720的中央通孔内。与第一动子710原理相同地，第二动子730可包括永磁体、感应铁芯或感应线圈。通过对第二动子730与第一动子710的磁极方向进行设计，使得两者在共用一个定子的情况下实现相反运动，具体原理为电机领域技术人员熟知的，在此不再赘述。

在一些实施例中，如图1和图2所示，骨架900包括在定子720的轴向另一侧间隔设置的第一端板910和第二端板940。第一端板910具有开口911，以允许气流进出骨架900。

第二活塞500包括活塞头部520、活塞杆部530和连接板部540。第二吸气孔501贯穿活塞头部520、活塞杆部530和连接板部540。活塞头部520用于与第二压缩腔401的周壁配合，即活塞头部520的直径稍小于第二压缩腔401的内径，两者之间为油膜薄层。活塞杆部530连接于活塞头部520且朝远离第一活塞300的方向(即沿x轴负向)伸出连杆400。连接板部540的中央连接于活塞杆部530的伸出端，两者可为可拆卸连接关系，以便加工和安装。活塞杆部530的直径小于活塞头部520的直径，以避免与第二压缩腔401的内壁产生摩擦，提升机械效率。连接板部540位于第一端板910和第二端板940之间。

在一些实施例中，如图1和图3所示，线性压缩机可包括多个第一谐振弹簧810和多个第二谐振弹簧820。多个第一谐振弹簧810和多个第二谐振弹簧820均沿第二活塞500的运动方向延伸。其中，每个第一谐振弹簧810的两端分别固定于第一端板910和连接板部540。第二谐振弹簧820的两端分别固定于连接板部540和第二端板940。多个第一谐振弹簧810和多个第二谐振弹簧820共同构成一谐振系统。第二动子730作往复运动时，谐振系统的固有频率与线性压缩机的运行频率保持一致，可使线性压缩机获得最高的能效。谐振系统在线性压缩机中广泛应用，在此不再对其原理进行过多介绍。

优选使多个第一谐振弹簧810和多个第二谐振弹簧820的数量相同，例如均为10个。且使每个第一谐振弹簧810与一个第二谐振弹簧820同轴设置。并且，还可使多个第一谐振弹簧810和多个第二谐振弹簧820均在一与气缸200同轴的圆周(以x轴为中心轴线)上均布。这样使各谐振弹簧更加均匀、分散地支撑第二活塞500的连接板部540，减少谐振弹簧不必要的变形和第二活塞500不必要的移位，使其运动更加精确。

同理，如图1和图3所示，线性压缩机还可包括多个第三谐振弹簧830和多个第四谐振弹簧840。多个第三谐振弹簧830和多个第四谐振弹簧840沿所述第二活塞的运动方向延伸。每个第三谐振弹簧830的两端分别固定于第二端板940和安装部711。第四谐振弹簧840的两端分别固定于安装部711和定子720。多个第三谐振弹簧830和多个第四谐振弹簧840共同构成一谐振系统。第一动子710作往复运动时，谐振系统的固有频率与线性压缩机的运行频率保持一致，可使线性压缩机获得最高的能效。

优选使多个第三谐振弹簧830和多个第四谐振弹簧840的数量相同，例如均为10个。且使每个第三谐振弹簧830与一个第四谐振弹簧840同轴设置。并且，还可使多个第三谐振弹簧830和多个第四谐振弹簧840在一与气缸200同轴的圆周(以x轴为中心轴线)上均布。这样使各谐振弹簧更加均匀、分散地支撑于安装部711，减少谐振弹簧不必要的变形和安装部711不必要的移位，使其运动更加精确。

图5是根据本发明另一实施例的线性压缩机在气缸处于排气阶段的示意性剖视图；图6是根据图5所示线性压缩机在气缸处于吸气阶段的示意性剖视图。该实施例与图1所示实施例的主要区别在于谐振系统。

如图5和图6所示，在该实施例中，线性压缩机包括多个谐振弹簧，其与第二活塞500和第一动子710连接以共同构成一谐振系统。谐振系统被特别配置成：在第一动子710的往复运动激励下，使第二活塞500与第一动子710沿相反方向运动。

例如，骨架900包括第一端板910，第二活塞500的连接板部540位于第一端板910和安装部711之间。例如，可使多个谐振弹簧包括沿第二活塞500的运动方向(即平行于x轴的方向)延伸的多个第一谐振弹簧810、多个第二谐振弹簧820以及多个第三谐振弹簧830。第一谐振弹簧810、第二谐振弹簧820以及第三谐振弹簧830沿第二活塞500运动方向依次排列。每个第一谐振弹簧810的两端分别固定于第一端板910和连接板部540。每个第二谐振弹簧820的两端分别固定于连接板部540和安装部711。每个第三谐振弹簧830的两端分别固定于安装部711和定子720。如此一来，该谐振系统形成了一个两自由度振动系统。并且，线性压缩机配置成：使谐振系统在第一动子710激励下以第二阶模态振动，这就可以使第二活塞500的运动方向与第一动子710的运动方向相反。两自由度振动系统以第二阶模态振动，从而使两个质量块沿相反方向运动的具体原理在此不再赘述。

本发明上述实施例中，线性压缩机基于振动原理，依靠谐振系统驱动第二活塞500运动，使第二活塞500的运动方向与第一动子710运动方向(即第一活塞300的运动方向)相反，以恰好配合第一活塞300完成两级压缩过程。这相当于给第二活塞500的压缩过程提供了额外动力，使其压缩能力更强，气缸200的吸气量增加值也更大。而且，由于第一活塞300压缩时，第二活塞500被驱动作绝对运动地远离第一活塞300，使第二吸气孔501的吸气量更大，最终也提升了气缸200的吸气量的增加值。并且，通过控制第一动子710的激励，使谐振系统以第二阶模态振动，实现第二活塞500与第一动子710的反向运动，结构巧妙，控制精准。

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，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种线性压缩机，其特征在于包括：

机壳；

线性电机，设置在所述机壳内，包括定子、第一动子和第二动子；

气缸，设置在所述机壳内，其限定有第一压缩腔，并配设有第一排气阀；

第一活塞，设置在所述第一压缩腔内，开设有第一吸气孔，并配设有第一吸气阀；

连杆，与所述第一活塞连接，在所述第一动子驱动下，带动所述第一活塞往复运动，所述连杆为中空结构以形成连通所述第一吸气孔的第二压缩腔；

第二活塞，插入所述第二压缩腔内，开设有第二吸气孔，并配设有第二吸气阀；所述线性压缩机配置成：

在所述第一活塞朝所述第一排气阀运动时，使所述第二活塞在所述第二动子带动下逐渐远离所述第一活塞，以促使所述第二吸气孔内的气体推开第二吸气阀，进入所述第二压缩腔；且

在所述第一活塞远离所述第一排气阀运动时，使所述第二活塞在所述第二动子带动下逐渐接近所述第一活塞，以使所述第二压缩腔内的气体被所述第二活塞压缩后，推开所述第一吸气阀进入所述第一压缩腔。

2.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，

所述气缸位于所述定子的轴向一侧；

所述连杆从所述定子的轴向一侧穿过所述定子的中央通孔抵达所述定子的轴向另一侧；

所述第一动子包括从所述定子轴向另一侧插入所述定子的环状间隙的环形磁吸部和从所述环形磁吸部的端部径向向内延伸至所述连杆处且所述连杆固定的安装部；

所述第二动子套固在所述第二活塞上。

3.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，

所述第二动子包括永磁体、感应铁芯或感应线圈。

4.根据权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于还包括：

骨架，固定于所述机壳内，所述定子和所述气缸固定于所述骨架，所述骨架包括在所述定子轴向另一侧间隔设置的第一端板和第二端板，所述第二活塞具有位于所述第一端板和所述第二端板之间的连接板部；以及

多个第一谐振弹簧和多个第二谐振弹簧，沿所述第二活塞的运动方向延伸，所述第一谐振弹簧两端分别固定于所述第一端板和所述连接板部，所述第二谐振弹簧两端分别固定于所述连接板部和所述第二端板。

5.根据权利要求4所述的线性压缩机，其特征在于还包括：

多个第三谐振弹簧和多个第四谐振弹簧，沿所述第二活塞的运动方向延伸；

所述第三谐振弹簧两端分别固定于所述第二端板和所述安装部，所述第四谐振弹簧两端分别固定于所述安装部和所述定子。

6.根据权利要求2所述的线性压缩机，其特征在于还包括：多个谐振弹簧，其与所述第二活塞和所述第一动子连接以共同构成一谐振系统；

所述谐振系统配置成：在所述第一动子往复运动激励下，使所述第二活塞与所述第一动子沿相反方向运动。

7.根据权利要求6所述的线性压缩机，其特征在于还包括：

骨架，固定于所述机壳内，所述定子和所述气缸固定于所述骨架内，所述骨架位于定子轴向另一侧的第一端板，所述第二活塞包括位于所述第一端板和所述安装部之间的连接板部；且

所述多个谐振弹簧包括沿所述第二活塞运动方向延伸的多个第一谐振弹簧、多个第二谐振弹簧以及多个第三谐振弹簧；

所述第一谐振弹簧两端分别固定于所述第一端板和所述连接板部；

所述第二谐振弹簧两端分别固定于所述连接板部和所述安装部；

所述第三谐振弹簧两端分别固定于所述安装部和所述动子；

所述线性压缩机配置成，使所述谐振系统在所述第一动子激励下以第二阶模态振动，以使所述第二活塞的运动方向与所述第一动子的运动方向相反。

8.根据权利要求4或7所述的线性压缩机，其特征在于所述第二活塞包括：

活塞头部，用于与所述第二压缩腔的周壁配合；

活塞杆部，连接于所述活塞头部且朝远离所述第一活塞的方向伸出所述连杆，所述第二动子套固在所述活塞杆部上；和

所述连接板部，其中央连接于所述活塞杆部的伸出端，所述第二吸气孔贯穿所述活塞头部、所述活塞杆部和所述连接板部。

9.根据权利要求8所述的线性压缩机，其特征在于，

所述活塞杆部的直径小于所述活塞头部的直径。

10.根据权利要求1所述的线性压缩机，其特征在于，

所述第二吸气孔连通所述机壳内部空间，以吸入低压气体；且

所述第一压缩腔的排气气流与所述机壳的排气管连通，以排出高压气体。

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