CN115628547A - 空调设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空调设备，包括空调组件及调谐阻尼组件。空调组件包括空调本体。调谐阻尼组件包括惯性质量元件及弹性元件，惯性质量元件可移动地设置于空调本体上，弹性元件连接于惯性质量元件及空调本体之间，并在惯性质量元件移动时发生弹性形变。其中，在空调本体振动时，惯性质量元件在自身惯性与弹性元件弹力的作用下相对空调本体移动。上述空调设备，其空调本体在发生振动时，惯性质量元件会在惯性与弹性力的作用下产生一个与空调本体相反的位移，空调本体的振动能量将转换为惯性质量元件的动能和弹性元件的弹性势能，而达到吸收减振的效果。空调本体的减振不完全依赖于固定连接的内部部件，也就可以避免其因应力超标而断裂。

Description

空调设备

技术领域

本发明涉及温度调节设备技术领域，特别是涉及一种空调设备。

背景技术

对于使用环境较为恶劣的空调来讲，例如军用方舱空调，当其随车进行任务时，需适应根据GJB1913A-2006的要求，需适应5Hz-200Hz-5Hz扫频振动，交越频率8.57Hz以下位移幅值8.5mm、交越频率8.57Hz、加速度为2.5g的振动条件。

目前大部分空调采用增强内部器件连接固定的方式实现减振，通过空调内部器件如管路件、钣金件等表面产生应变从而释放掉振动能量。然而，对于这种方式来讲，若内部器件表面应力过大，超出材料的最大强度，则会造成器件断裂使得空调功能失效。

发明内容

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种能够降低振动且避免内部部件因应力超标而断裂的空调设备。

一种空调设备，所述空调设备包括：

空调组件，包括空调本体；及

调谐阻尼组件，包括惯性质量元件及弹性元件，所述惯性质量元件可移动地设置于所述空调本体上，所述弹性元件连接于所述惯性质量元件及所述空调本体之间，并在所述惯性质量元件移动时发生弹性形变；

其中，在所述空调本体振动时，所述惯性质量元件在自身惯性与所述弹性元件弹力的作用下相对所述空调本体移动。

在其中一个实施例中，所述空调组件还包括用于控制所述空调本体工作的电器盒，所述电器盒位于所述空调本体外，并作为所述惯性质量元件。

在其中一个实施例中，所述调谐阻尼组件包括阻尼元件，所述阻尼元件连接于所述惯性质量元件与所述空调本体之间。

在其中一个实施例中，所述阻尼元件的阻尼比ξ为：

ξ＝3μ/[8(1+μ)^2]；

其中，m为惯性质量元件的质量为m，M为空调本体的质量为M，μ为两者的质量比：μ＝m/M。

在其中一个实施例中，所述弹性元件的弹性系数与所述惯性质量元件的质量的比值：

k/m＝[ω₀(1+μ)]^2；

其中，k为所述弹性元件的弹性系数，ω₀为所述空调本体的振动频率。

在其中一个实施例中，所述调谐阻尼组件设置于所述空调本体的顶部。

在其中一个实施例中，所述空调组件还包括设置于所述空调本体顶部的框架，所述框架由至少两个支撑梁形成，所述惯性质量元件在所述框架内移动。

在其中一个实施例中，所述空调组件还包括滑轨，所述滑轨设置于所述支撑梁上，所述惯性质量元件通过所述滑轨沿所述支撑梁在所述空调本体的顶部滑动。

在其中一个实施例中，所述框架包括首尾顺次连接的第一支撑梁、第二支撑梁、第三支撑梁以及第四支撑梁，所述框架为矩形框，所述惯性质量元件沿相对设置的所述第一支撑梁及所述第三支撑梁在所述空调本体的顶部滑动；

所述弹性元件一端连接所述第二支撑梁，另一端连接所述惯性质量元件。

在其中一个实施例中，所述调谐阻尼组件还包括滑轮，所述滑轮设置于所述惯性质量元件的底部，所述惯性质量元件通过所述滑轮沿所述空调本体的顶部滑动。

上述空调设备，其空调本体在发生振动时，调谐阻尼组件的惯性质量元件在自身惯性及弹性元件的弹性力的作用下，会产生与空调本体相反的位移。在此过程中，空调本体的振动能量将转换为惯性质量元件的动能和弹性元件的弹性势能，而达到吸收减振的效果。也正由于调谐阻尼组件的吸收减振作用，空调本体的减振不完全依赖于固定连接的内部部件，内部部件所分担的压力降低，也就可以避免因应力超标而断裂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中空调设备的俯视图；

图2为图1所示空调设备A-A处的截面示意图。

附图标记说明：100、空调设备；10、空调组件；11、空调本体；13、电器盒；15、框架；151、第一支撑梁；152、第二支撑梁；153、第三支撑梁；154、第四支撑梁；30、调谐阻尼组件；31、惯性质量元件；33、弹性元件；35、阻尼元件；37、滑轮。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1及图2，本发明一实施例提供了一种空调设备100，包括空调组件10及调谐阻尼组件30。空调组件10包括空调本体11。调谐阻尼组件30包括惯性质量元件31及弹性元件33，惯性质量元件31可移动地设置于空调本体11上，弹性元件33连接于惯性质量元件31及空调本体11之间，并在惯性质量元件31移动时发生弹性形变。其中，在空调本体11振动时，惯性质量元件31在自身惯性与弹性元件33弹力的作用下相对空调本体11移动。

空调本体11承担调节温度的功能，可以理解地，为实现其正常功能，空调本体11通常可以包括冷凝器、蒸发器、压缩机以及节流装置等，在此不再赘述。空调本体11会因其安装环境的振动或自身的运行而发生振动，这种振动如果单纯通过固定连接的方式克服，利用管路件、钣金件等表面产生应变来释放振动能量，会对这些部件的材料强度要求较高，且在恶劣使用环境下会加大材料断裂的风险。

基于此，空调设备100具有调谐阻尼组件30，其中，惯性质量元件31为具有一定质量的质量块，可相对空调本体11移动地设置于其上。在空调本体11振动时，惯性质量元件31不会简单地跟随其同步振动，惯性质量元件31的振动是自身惯性与弹性元件33的弹性力的共同作用结果。惯性质量元件31的振动可视为在自身惯性下相对空调本体11的移动和在弹性元件33的弹性力下克服自身惯性的移动。

惯性质量元件31与空调本体11之间并没有形成稳定的连接关系，空调本体11在振动时主要通过弹性元件33向惯性质量元件31传递力的作用，而弹性元件33若想产生力来克服惯性质量元件31的惯性，则势必需要发生形变，而这种形变也是以惯性质量元件31与空调本体11的相对移动而产生的。具体来讲，由于自身的惯性，惯性质量元件31与空调本体11发生相对移动，连接于两者之间的弹性元件33会被拉伸或压缩而发生弹性形变而积蓄弹性势能，并在随后过程中逐渐释放，这一滞后的释放过程会使惯性质量元件31与空调本体11的振动之间势必存在相位差，发生方向相反的位移，进而惯性质量元件31的振动能够达到消弭空调本体11振动、快速减小其振幅的效果，即调谐阻尼组件30对空调本体11的振动产生阻尼效果。

可以理解地，惯性质量元件31的振动的位移方向与空调本体11完全相反，频率近似或完全相同时，减振效果尤为明显。其中，为满足两者频率相同，可以在设计之初通过仿真技术计算得到空调本体11的振动频率ω₀，再根据惯性质量元件31振动频率ω₁与弹性元件33弹性系数k及惯性质量元件31的质量m之间的关系式：

ω₁^2＝k/m 公式(1)

令惯性质量元件31的预期振动频率ω₁＝ω₀，易得，弹性元件33的弹性系数与质量元件的质量之间的比值关系，并基于此选用具有合适参数的弹性元件33与惯性质量元件31。在设计时，可以考虑根据恶劣工况下空调本体11的振动情况为设计基础。

上述空调设备100，其空调本体11在发生振动时，调谐阻尼组件30的惯性质量元件31在自身惯性及弹性元件33的弹性力的作用下，会产生与空调本体11相反的位移。在此过程中，空调本体11的振动能量将转换为惯性质量元件31的动能和弹性元件33的弹性势能，而达到吸收减振的效果。也正由于调谐阻尼组件30的吸收减振作用，空调本体11的减振不完全依赖于固定连接的内部部件，内部部件所分担的压力降低，也就可以避免因应力超标而断裂。

进一步地，空调组件10还包括用于控制空调本体11工作的电器盒13，电器盒13位于空调本体11外，并作为惯性质量元件31。

电器盒13通常可以包括盒体及安装于盒体内的控制器主板以及各类线路等，而与常规方式不同的是本空调组件10中的电器盒13位于空调本体11外部。换言之，电器盒13不但承担常规的控制空调本体11工作的功能，在空调本体11发生振动时，其本身还作为调谐阻尼组件30中的惯性质量元件31发挥作用，电器盒13即惯性质量元件31。

将原本存在的电器盒13作为惯性质量元件31，可以避免引入新的质量载荷，减少设备结构负荷。作为惯性质量元件31的电器盒13装在空调本体11外，还可以缩减空调本体11的结构大小，节约空间。尤其是对于存在外形尺寸和重量要求的情况，将电器盒13作为惯性质量元件31可以降低增加调谐阻尼组件30后的达标难度。

其中，电器盒13可以通过有线或无线的方式与空调本体11通讯连接。值得注意的是，当电器盒13与空调本体11有线通讯连接时，为满足其作为惯性质量单元移动的需求，连接线应当留有一定的裕度，避免在电器盒13往复移动过程中拉扯连接线而造成连接线松脱或损坏。

更进一步地，调谐阻尼组件30包括阻尼元件35，阻尼元件35连接于惯性质量元件31与空调本体11之间。

阻尼元件35则可限制惯性质量元件31于一定范围内运动，避免其因移动范围过限而导致调谐阻尼组件30损坏或与其它部件碰撞。同时，阻尼元件35同样能够吸收并耗散振动能量，达到增强减振效果的目的。

但另一方面，阻尼元件35的阻尼比也并非越大越好，随着阻尼增大，惯性质量元件31的位移量也会受限，其吸能减振的能力也会降低。

优选地，所述阻尼元件35的阻尼比ξ为：

ξ＝3μ/[8(1+μ)^2] 公式(2)

其中，m为惯性质量元件31的质量为m，M为空调本体11的质量为M，μ为两者的质量比：μ＝m/M。在设计阶段即可根据惯性质量元件31，即电器盒13的质量与空调本体11的质量比来确定阻尼元件35的阻尼比，并根据该参数选择合适的阻尼元件35。

具体地，在增加阻尼元件35后，会使惯性质量元件31的相位略微偏移，因此弹性元件33的弹性系数与惯性质量元件31的质量的比值不再由前述公式(1)直接推得。增加阻尼元件35后惯性质量元件31的振动频率ω₂＝ω₁/(1+μ)，令ω₂＝ω₀，带入关系式：ω₁^2＝k/m。此时，弹性元件33的弹性系数与惯性质量元件31的质量的比值：

k/m＝[ω₀(1+μ)]^2 公式(3)

如此，便可在设计阶段根据仿真技术计算得到的空调本体11的振动频率ω₀，计算得到弹性元件33的弹性系数与惯性质量元件31的质量的比值，并基于此选用具有合适参数的弹性元件33与惯性质量元件31。

在一些实施例中，调谐阻尼组件30设置于空调本体11的顶部。当然地，惯性质量元件31位于空调本体11的顶部。

由于空调本体11常常通过底部安装的固定方式，当产生水平方向振动时，空调本体11越靠近顶部的部件表面形变量和振幅越大。因此，将调谐阻尼组件30设置在空调本体11顶部，其惯性质量元件31的位移量相比其它位置而言更大，能发挥的减振效果也就更明显，对空调本体11的部件保护作用更佳。

此外，安装在顶部也更为简单，惯性质量元件31仅依靠重力就可放置在空调本体11顶部。

考虑到其它的空调固定方式，调谐阻尼组件30还可以设置于空调本体11的其它位置，以为惯性质量元件31获取较大位移量为宜。在其它位置时，惯性质量元件31还可以通过套设于滑动杆等方式完成可移动地设置于空调本体11上。

进一步地，空调组件10还包括设置于空调本体11顶部的框架15，框架15由至少两个支撑梁形成，惯性质量元件31在框架15内移动。支撑梁在空调顶部形成的框架15作为惯性质量元件31的移动限定范围，以避免其移动过限。可以理解地，框架15与空调本体11固接。

更进一步地，空调组件10还包括滑轨(图未示)，滑轨设置于支撑梁上，惯性质量元件31通过滑轨沿支撑梁在空调本体11的顶部滑动。

支撑梁除了限定惯性质量元件31移动范围外，还限定惯性质量元件31的移动方向，惯性质量元件31能够在滑轨的引导下沿支撑梁的延伸方向移动，避免惯性质量元件31沿不期望的方向移动，增强其稳定性。因此，支撑梁的设定方向与空调本体11的振动方向存在直接相关。

在一些实施例中，框架15包括首尾顺次连接的第一支撑梁151、第二支撑梁152、第三支撑梁153以及第四支撑梁154，框架15为矩形框。惯性质量元件31沿相对设置的第一支撑梁151及第三支撑梁153在空调本体11的顶部滑动。弹性元件33一端连接第二支撑梁152，另一端连接惯性质量元件31。

惯性质量元件31设置于第一支撑梁151与第三支撑梁153之间，并同时沿两者滑动，滑动方向稳定。第二支撑梁152连接于第一支撑梁151与第三支撑梁153之间，弹性元件33一端连接于第二支撑梁152，进而间接地与空调本体11连接，另一端连接惯性质量元件31。如此，弹性元件33就可以沿平行于第一支撑梁151和第三支撑梁153的方向，也就是惯性质量元件31的移动方向进行伸缩。弹性元件33可以为螺旋弹簧，螺旋弹簧的结构简单、形成弹力方向较为固定，性能可靠。在其它一些实施例中，弹性元件33还可以为钢板弹簧、弹性胶条等。

在一具体实施例中，阻尼元件35以同样的方式一端连接第二支撑梁152，另一端连接惯性质量元件31。此外，在其它一些实施例中，弹性元件33与阻尼元件35中一者或两者可以为两个，第二个弹性元件33或阻尼元件35可以一端连接与第二支撑梁152相对的第四支撑梁154，另一端连接惯性质量元件31。

在一些实施例中，调谐阻尼组件30还包括滑轮37，滑轮37设置于惯性质量元件31的底部，惯性质量元件31通过滑轮37沿空调本体11的顶部滑动。

滑轮37可以降低惯性质量元件31与空调本体11之间的摩擦力，有利于惯性质量元件31在空调本体11上相对空调本体11移动。

上述空调设备100，空调组件10中空调本体11使用时通过底部安装固定，电器盒13安装于空调本体11的顶部。在空调本体11发生振动时，位于其顶部的电器盒13将作为调谐阻尼组件30的惯性质量单元31。电器盒13在自身惯性与弹性元件33弹性力以及阻尼元件35的阻尼力的作用下，通过滑轮37与，产生与空调本体11相反的位移，在此过程中，空调本体11的部分振动能量将转换为电器盒13的动能和弹性元件33的弹性势能，另外部分则通过阻尼元件33耗散，而达到吸收减振的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种空调设备(100)，其特征在于，所述空调设备(100)包括：

空调组件(10)，包括空调本体(11)；及

调谐阻尼组件(30)，包括惯性质量元件(31)及弹性元件(33)，所述惯性质量元件(31)可移动地设置于所述空调本体(11)上，所述弹性元件(33)连接于所述惯性质量元件(31)及所述空调本体(11)之间，并在所述惯性质量元件(31)移动时发生弹性形变；

其中，在所述空调本体(11)振动时，所述惯性质量元件(31)在自身惯性与所述弹性元件(33)弹力的作用下相对所述空调本体(11)移动。

2.根据权利要求1所述的空调设备(100)，其特征在于，所述空调组件(10)还包括用于控制所述空调本体(11)工作的电器盒(13)，所述电器盒(13)位于所述空调本体(11)外，并作为所述惯性质量元件(31)。

3.根据权利要求2所述的空调设备(100)，其特征在于，所述调谐阻尼组件(30)包括阻尼元件(35)，所述阻尼元件(35)连接于所述惯性质量元件(31)与所述空调本体(11)之间。

4.根据权利要求3所述的空调设备(100)，其特征在于，所述阻尼元件(35)的阻尼比ξ为：

ξ＝3μ/[8(1+μ)^2]；

其中，m为惯性质量元件(31)的质量为m，M为空调本体(11)的质量为M，μ为两者的质量比：μ＝m/M。

5.根据权利要求4所述的空调设备(100)，其特征在于，所述弹性元件(33)的弹性系数与所述惯性质量元件(31)的质量的比值：

k/m＝[ω₀(1+μ)]^2；

其中，k为所述弹性元件(33)的弹性系数，ω₀为所述空调本体(11)的振动频率。

6.根据权利要求1-5任一项所述的空调设备(100)，其特征在于，所述调谐阻尼组件(30)设置于所述空调本体(11)的顶部。

7.根据权利要求6所述的空调设备(100)，其特征在于，所述空调组件(10)还包括设置于所述空调本体(11)顶部的框架(15)，所述框架(15)由至少两个支撑梁形成，所述惯性质量元件(31)在所述框架(15)内移动。

8.根据权利要求7所述的空调设备(100)，其特征在于，所述空调组件(10)还包括滑轨，所述滑轨设置于所述支撑梁上，所述惯性质量元件(31)通过所述滑轨沿所述支撑梁在所述空调本体(11)的顶部滑动。

9.根据权利要求8所述的空调设备(100)，其特征在于，所述框架(15)包括首尾顺次连接的第一支撑梁(151)、第二支撑梁(152)、第三支撑梁(153)以及第四支撑梁(154)，所述框架(15)为矩形框，所述惯性质量元件(31)沿相对设置的所述第一支撑梁(151)及所述第三支撑梁(153)在所述空调本体(11)的顶部滑动；

所述弹性元件(33)一端连接所述第二支撑梁(152)，另一端连接所述惯性质量元件(31)。

10.根据权利要求6所述的空调设备(100)，其特征在于，所述调谐阻尼组件(30)还包括滑轮(37)，所述滑轮(37)设置于所述惯性质量元件(31)的底部，所述惯性质量元件(31)通过所述滑轮(37)沿所述空调本体(11)的顶部滑动。

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