CN112901445B - 基于电流磁效应的双线圈直线压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于电流磁效应的双线圈直线压缩机。本发明包括压缩机组件、交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件。压缩机组件包括箱体、气缸和气缸座，箱体与气缸座围合成工作腔，活塞杆的一端固定安装有交流电机组件。交流电机组件包括支撑架和交流线圈。永磁体组件包括磁轭和电磁铁，磁轭整体为圆筒形，形成一端半开放的磁力腔，电磁铁设置在磁力腔内，交流线圈位于磁轭与电磁铁之间的间隙。两个结构相同的板弹簧组件固定安装在活塞杆上。本发明采用电磁铁作为定子来产生恒定磁场，加入铁芯提高了磁场的稳定性，且体积小巧，方便控制，节省成本，提高了压缩机效率。

Description

基于电流磁效应的双线圈直线压缩机
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，涉及一种直线压缩机，具体是一种基于电流磁效应的双线圈直线压缩机。
背景技术
直线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。直线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。当永磁体产生稳定的磁场后，线圈通入交变电流，在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。
直线压缩机一般通过线性电机电磁共振的方式工作，一般包括同轴设置的内定子、外定子以及线圈。传统直线压缩机定子采用永磁体，形体大而重，具有较大的噪声和震动、效率低，且耗费材料的问题。同时由于永磁体不能改变磁力大小，通过调整交流线圈电流来调整压缩机输出。而交流线圈铜丝存在最大允许输入电流，限制了交流线圈所受安培力的大小，制约了压缩机活塞的行程，限制了压缩机输出功率。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于电流磁效应的双线圈直线压缩机。
本发明包括压缩机组件、交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件。
所述的压缩机组件包括箱体、气缸和气缸座。所述的箱体为一端封闭、一端开放的圆筒形，内侧壁固定铺有绝缘层。所述的气缸座中心开设气缸安装孔，气缸固定设置在气缸安装孔内，气缸的内腔通过气缸座开设的通气管与压缩机外界相通。气缸的内腔设置有活塞头，活塞杆的一端与活塞头固定连接，另一端固定安装有交流电机组件。箱体开放的一端与气缸座固定相接，箱体与气缸座围合成工作腔。交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件设置在工作腔内。
所述的交流电机组件包括支撑架和交流线圈。所述的支撑架包括固定架和与固定架连接的悬臂。固定架的中心部位与活塞杆的头部固定连接，交流线圈固定设置在支撑架的悬臂上。
所述的电磁铁组件包括磁轭和电磁铁。磁轭整体为圆筒形，围合成磁力腔；磁轭的一个端面封闭，另一个端面中心开有通孔，形成圆环形端面。电磁铁固定设置在磁力腔内，整体位于磁轭圆环形端面的中心通孔内。交流线圈位于磁轭圆环形端面与电磁铁之间的间隙。所述的交流线圈、磁轭、电磁铁与活塞杆同轴设置。
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。所述的板弹簧底座为台阶圆柱形，中心开有板弹簧安装孔。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。所述的垫圈包括位于同一平面同心设置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。板弹簧底座中心台阶部分穿过涡旋板弹簧的穿孔，叠放的涡旋板弹簧与板弹簧底座固定连接。活塞杆穿过板弹簧安装孔，两个板弹簧组件分别与活塞杆固定连接。
进一步，所述的交流线圈与磁轭的最近距离为1～2mm，与电磁铁的最近距离为1～2mm。
进一步，每个板弹簧组包括2～5片涡旋板弹簧。
本发明在压缩机运转过程中，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。通过调整电磁铁的电流大小实时调节磁场大小，进而调节活塞往复运动行程大小和运动速度，进而调节压缩机的输出功率。当压缩机处于高负荷情况下时，可以通过提高直流电，提高磁场强度，从而提高了线性压缩机的效率，达到控制线性压缩机效率的目的。本发明采用使用电磁铁作为定子来产生磁场，加入铁芯提高了磁场的稳定性，且体积小巧，方便控制，节省了成本，提高了效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中板弹簧组件的结构示意图；
图3为图2中板弹簧底座的结构示意图；
图4为图2中涡旋板弹簧的结构示意图；
图5为图2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，基于电流磁效应的双线圈直线压缩机，包括压缩机组件、交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件。
压缩机组件包括箱体1、气缸2和气缸座3。箱体1为一端封闭、一端开放的圆筒形，箱体1的内侧壁固定铺有绝缘层4。气缸座3中心开设气缸安装孔，气缸2固定设置在气缸安装孔内，气缸2的内腔通过气缸座开设的通气管5与压缩机外界相通。气缸2的内腔设置有活塞头6，活塞杆7的一端与活塞头6固定连接，另一端固定安装有交流电机组件。箱体1开放的一端与气缸座3固定相接，箱体1与气缸座3围合成工作腔8。交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件设置在工作腔8内。
交流电机组件包括支撑架9和交流线圈10。支撑架9包括固定架和与固定架连接的悬臂。固定架的中心部位与活塞杆7头部固定连接，交流线圈10固定设置在支撑架9的悬臂上。
电磁铁组件包括磁轭11和电磁铁12。磁轭11为软磁材料制作，在磁路中起磁力线传输的作用。磁轭11整体为圆筒形，一个端面封闭，另一个端面中心开有通孔，形成圆环形端面。磁轭11内为一端封闭、一端半开放的磁力腔13。电磁铁12固定设置在磁力腔13内，电磁铁12整体位于磁轭圆环形端面的中心通孔内。交流线圈10位于磁轭圆环形端面与电磁铁12之间的间隙，交流线圈10与磁轭11的最近距离为1～2mm、与电磁铁12的最近距离为1～2mm。交流线圈10、磁轭11、电磁铁12与活塞杆7同轴设置。
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14和板弹簧组。
如图3所示，板弹簧底座14为台阶圆柱形，中心开有板弹簧安装孔14-1。
板弹簧组包括2～5片涡旋板弹簧15(图中给出三片涡旋板弹簧)。如图4所示，涡旋板弹簧15为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽15-1，中心开有穿孔15-2，相邻的涡旋板弹簧15通过垫圈隔开。如图5所示，垫圈包括位于同一平面同心设置的内圈垫圈16和外圈垫圈17，涡旋渐开线槽13-1位于内圈垫圈16与外圈垫圈17之间。
板弹簧底座14中心台阶部分穿过涡旋板弹簧15的穿孔15-2，叠放的涡旋板弹簧15与板弹簧底座14固定连接。活塞杆7穿过板弹簧安装孔14-1，两个板弹簧组件与活塞杆7固定连接。
本发明的工作过程如下：电磁铁通过直流电，产生恒定的磁场。交流电线圈通入交变电流后，可在恒定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往复运动，使气体排出或吸入气缸内。电磁铁产生的恒定磁场的磁力线从N极出发，穿过交流线圈，回到S极。电磁铁产生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。
电磁铁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电磁铁产生的磁场。由于电磁铁之间产生的磁场是稳定的，避免了现有技术中外定子、内定子之间的撞击带来的消磁和电机效率下降的问题。
电磁铁中心为纯铁铁芯，缠绕铜线圈，铜线直径可以根据所需通过最大电流进行设定。通过调整电磁铁的电流大小实时调节磁场大小，进而调节活塞往复运动行程大小和运动速度，进而调节压缩机的输出功率。当压缩机处于低负荷运转情况下时，电磁铁只需通入较小的直流电。当压缩机处于高负荷情况下时，可以提高直流电，提高磁场强度，从而提高了线性压缩机的效率，达到控制线性压缩机的效率的目的。
使用电磁铁作为定子来产生磁场，加入铁芯提高了磁场的稳定性，且体积小巧，方便控制，节省了成本，提高了效率。
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。
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 (3)

1.基于电流磁效应的双线圈直线压缩机，包括压缩机组件、交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件；其特征在于：
所述的压缩机组件包括箱体(1)、气缸(2)和气缸座(3)；所述的箱体(1)为一端封闭、一端开放的圆筒形，内侧壁固定铺有绝缘层(4)；所述的气缸座(3)中心开设气缸安装孔，气缸(2)固定设置在气缸安装孔内，气缸(2)的内腔通过气缸座开设的通气管(5)与压缩机外界相通；气缸(2)的内腔设置有活塞头(6)，活塞杆(7)的一端与活塞头(6)固定连接，另一端固定安装有交流电机组件；箱体(1)开放的一端与气缸座(3)固定相接，箱体(1)与气缸座(3)围合成工作腔(8)；交流电机组件、电磁铁组件、板弹簧组件设置在工作腔(8)内；
所述的交流电机组件包括支撑架(9)和交流线圈(10)；所述的支撑架(9)包括固定架和与固定架连接的悬臂；固定架的中心部位与活塞杆(7)头部固定连接，交流线圈(10)固定设置在支撑架(9)的悬臂上；
所述的电磁铁组件包括磁轭(11)和电磁铁(12)；磁轭(11)整体为圆筒形，围合成磁力腔(13)；磁轭(11)的一个端面封闭，另一个端面中心开有通孔，形成圆环形端面；电磁铁(12)固定设置在磁力腔(13)内，整体位于磁轭圆环形端面的中心通孔内；交流线圈(10)位于磁轭圆环形端面与电磁铁(12)之间的间隙；所述的交流线圈(10)、磁轭(11)、电磁铁(12)与活塞杆(7)同轴设置；
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(14)和板弹簧组；所述的板弹簧底座(14)为台阶圆柱形，中心开有板弹簧安装孔(14-1)；所述的板弹簧组包括多片涡旋板弹簧(15)；所述的涡旋板弹簧(15)为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽(15-1)，中心开有穿孔(15-2)，相邻的涡旋板弹簧(15)通过垫圈隔开；所述的垫圈包括位于同一平面同心设置的内圈垫圈(16)和外圈垫圈(17)，涡旋渐开线槽(13-1)位于内圈垫圈(16)与外圈垫圈(17)之间；板弹簧底座(14)中心台阶部分穿过涡旋板弹簧(15)的穿孔(15-2)，叠放的涡旋板弹簧(15)与板弹簧底座(14)固定连接；活塞杆(7)穿过板弹簧安装孔(14-1)，两个板弹簧组件分别与活塞杆(7)固定连接。
2.如权利要求1所述的基于电流磁效应的双线圈直线压缩机，其特征在于：所述的交流线圈(10)与磁轭(11)的最近距离为1～2mm，与电磁铁(12)的最近距离为1～2mm。
3.如权利要求1所述的基于电流磁效应的双线圈直线压缩机，其特征在于：每个板弹簧组包括2～5片涡旋板弹簧(15)。
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