CN116221061A - 直线压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线压缩机，本发明涉及压缩机领域，提供一种直线压缩机，包括：壳体和压缩机芯，压缩机芯置于壳体内，压缩机芯包括至少两个同轴且首尾顺次连通的直线电机组件，首部的直线电机组件的背压腔与进气口连通，尾部的直线电机组件的排气腔与出气口连通，相邻直线电机组件的背压腔和排气腔连通，压缩机芯的动量和为零。本发明提供的直线压缩机，通过在壳体内设置多个串联的直线电机组件，实现每增加一个直线电机组件就可以实现一级的压缩，从而提高压缩比，并且，相邻直线电机组件的背压腔和排气腔可以共用一个腔室从而缩小直线压缩机的体积，通过使壳体内的所有所述直线电机组件的动量和为零减小机械振动，降低噪音。

Description

直线压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种直线压缩机。

背景技术

传统旋转式压缩机在通电启动后，电机转子的旋转运动通过曲柄连杆机构转换成活塞的往复直线运动，该种压缩机机械效率低，噪音振动大。直线压缩机利用直线电机驱动活塞做往复直线运动，无中间转换机构，机械效率高，噪音振动小，启动性能好，因而得到广泛的应用。

直线压缩机一般为单台电机单级压缩结构，单个活塞在运动过程中，易造成较大振动和噪声，且单级压缩达到的压比有限。为了降低直线压缩机的振动和噪声，采用成对电机对置布置的结构，来抵消运动部件的产生的振动。但是对置布置成对电机的直线压缩机在提高压缩比时，会造成系统复杂，体积过于庞大的问题。

发明内容

本发明提供一种直线压缩机，用以解决现有技术中如何减小机械振动和噪声的同时提高压缩比，降低压缩机体积的问题，实现在壳体内设置串联的直线电机组件，可以通过增加串联的直线电机组件数量从而提高压缩比，并且相邻直线电机组件的排气腔和背压腔共用一个腔室，而减小占用空间，通过使所有直线电机组件的动量和为零从而减小振动和噪音。

本发明提供一种直线压缩机，包括：

壳体，所述壳体包括进气口和出气口；

压缩机芯，所述压缩机芯置于所述壳体内，所述压缩机芯包括至少两个直线电机组件，所述直线电机组件在同一轴线上首尾顺次连通，每个所述直线电机组件包括背压腔和排气腔，首部的所述直线电机组件的所述背压腔与所述进气口连通，尾部的所述直线电机组件的所述排气腔与所述出气口连通，

其中，所述压缩机芯的所有所述直线电机组件的动量和为零。

根据本发明提供的直线压缩机，各个所述直线电机组件的电流频率相等，相邻所述直线电机组件的电流相位差为360度/N，其中，N表示所述直线电机组件的个数，N为大于1的奇数。

根据本发明提供的直线压缩机，各个所述直线电机组件的电流频率相等，相邻所述直线电机组件的电流相位差为360度/N，N表示所述直线电机组件的个数，N为大于等于2的偶数，

或者，在所述直线电机组件的数量为大于等于2的偶数个时，各个所述直线电机组件的电流频率相等，相邻所述直线电机组件的电流相位差为180度。

根据本发明提供的直线压缩机，所述直线电机组件包括定子单元、动子单元和支撑单元，所述动子单元与所述支撑单元连接，所述定子单元通电后能够驱动所述动子单元和所述支撑单元往复运动。

其中，所述定子单元包括线圈和导磁硅钢片，所述导磁硅钢片设置在所述线圈的外壁。

根据本发明提供的直线压缩机，所述动子单元包括永磁体、活塞和连接骨架，所述连接骨架连接所述永磁体和所述活塞，所述永磁体与所述线圈相对，所述线圈驱动所述永磁体做线性运动，

其中，所述连接骨架与所述支撑单元连接。

根据本发明提供的直线压缩机，所述直线电机组件还包括内架体，所述内架体将所述直线电机组件的所述背压腔和所述排气腔隔开，

所述内架体开设运动通道，所述运动通道将所述活塞与所述永磁体隔开，所述活塞在所述运动通道内做线性运动，所述永磁体置于所述运动通道外侧。

根据本发明提供的直线压缩机，所述内架体上开有气浮通道，所述气浮通道包括气浮进气口和气浮出气口，所述气浮进气口与所述排气腔连通，所述气浮出气口连通在所述活塞周向与所述运动通道的间隙处。

根据本发明提供的直线压缩机，所述活塞开设有吸气通道，所述吸气通道的一端设置第一单向阀，所述第一单向阀与所述内架体之间为压缩腔，

在所述第一单向阀打开状态下，所述吸气通道将所述压缩腔和所述背压腔连通。

根据本发明提供的直线压缩机，所述内架体上开设有排气通道，所述排气通道设置有第二单向阀，

在所述第二单向阀打开状态下，所述压缩腔与所述排气腔连通。

根据本发明提供的直线压缩机，还包括换热器和冷却器，所述换热器设置在所述背压腔的所述进气口处，所述冷却器设置在所述排气腔的所述第二单向阀处。

本发明提供的直线压缩机，通过在壳体内设置多个串联的直线电机组件，实现每增加一个直线电机组件就可以实现一级的压缩，从而高效的提高压缩比，并且，相邻直线电机组件的背压腔和排气腔可以共用一个腔室从而缩小直线压缩机的体积，通过使壳体内的所有所述直线电机组件的动量和为零减小机械振动，降低噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的直线压缩机结构示意图之一；

图2是本发明提供的直线压缩机结构示意图之二。

附图标记：

100：壳体； 101：进气口； 102：出气口；

103：冷却器； 104：换热器； 200：压缩机芯；

201：直线电机组件； 202：背压腔； 203：排气腔；

210：第一直线电机组件； 211：第一背压腔； 212：第一排气腔；

220：第二直线电机组件； 221：第二背压腔； 222：第二排气腔；

230：定子单元； 231：导磁硅钢片； 232：线圈；

240：动子单元； 241：活塞； 242：永磁体；

243：连接骨架； 250：支撑单元； 260：内架体；

261：运动通道； 262：第二单向阀； 244：吸气通道；

245：第一单向阀； 270：压缩腔； 271：第一压缩腔；

272：第二压缩腔； 300：气浮通道； 301：气浮进气口；

302：气浮出气口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图2，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下所述仅是本发明的示意性实施方式，并不对本发明构成限定。

本发明提供了一种直线压缩机，包括：壳体100和置于壳体100内的压缩机芯200，其中：

如图1所示，壳体100，壳体100包括进气口101和出气口102；压缩机芯200，压缩机芯200置于壳体100内，压缩机芯200包括至少两个同轴的直线电机组件201，所有直线电机组件201首尾顺次连通，即直线电机组件201串联，每个直线电机组件201包括背压腔202和排气腔203，首部的直线电机组件201的背压腔202与进气口101连通，尾部的直线电机组件201的排气腔203与出气口102连通，即相邻直线电机组件201中，最接近进气口101的直线电机组件201的排气腔203与最接近出气口102的直线电机组件201的背压腔202连通，，其中，压缩机芯200的所有直线电机组件201的动量和为零。

具体来说，直线压缩机包括一个进气口101，进气口101可以设置单向阀，只允许气体进入壳体100内，不允许气体从进气口101出去。气体从进气口101进入后先经过首部的直线电机组件201进行一次压缩，再经过中间直线电机组件201再次进行压缩，最后经过尾部的直线电机组件201进行最后的压缩。经过几个直线电机组件201即进行几次压缩，从而提高了直线压缩机的压缩比。尾部的直线电机组件201最终压缩后，将气体从出气口102排出。其中，出气口102可以设置单向阀，只允许气体从壳体100出去，不允许气体从出气口102进入。

进一步地，每个直线电机组件201在对空气压缩的过程，都包括背压腔202和排气腔203，一个直线电机组件201的排气腔203和另一个相邻的直线电机组件201的背压腔202连通，依次将多个直线电机组件201顺次连通。其中，与进气口101靠近的直线电机组件201为首部的直线电机组件201，首部的直线电机组件201的背压腔202与进气口101连通。与出气口102靠近的直线电机组件201为尾部的直线电机组件201，尾部的直线电机组件201的排气腔203与出气口102连通。从而形成压缩机芯200的所有直线电机组件201的串联结构。

在直线电机组件201压缩空气过程中的往复运动会造成运动部件的振动，通过控制各个直线电机组件201的电流幅值和相位，从而达到所有直线电机组件201的运动部件的动量和为零，即动子单元的动量和为零。进而实现直线电机组件201之间振动的抵消。

在本发明的一个可选实施例中，针对压缩机芯200的所有直线电机组件201的动量和为零而言，各个直线电机组件201的电流频率相等，相邻直线电机组件201的电流相位差为360度/N，其中，N表示直线电机组件201的个数。

也就是说，为了实现所有壳体100内的直线电机组件201的动量和为零，在壳体100内的直线电机组件201的数量为偶数时，各个直线电机组件201的频率相等，并且，相邻直线电机组件201的电流相位差可以为360度/N，N表示直线电机组件201的个数，N为大于等于2的偶数。或者，相邻直线电机组件201的电流相位差为180度。例如，壳体100内包括4个直线电机组件201，对空气进行4级压缩，4个直线电机组件201的频率相等，相邻直线电机组件201的相位差可以为180度或90度。

在壳体100内的直线电机组件201的数量为奇数时，各个直线电机组件201的频率相等，并且，相邻直线电机组件201的电流相位差可以为360度/N，N表示直线电机组件201的个数，N为大于1的奇数。例如，壳体100内包括3个直线电机组件201，对空气进行3级压缩，3个直线电机组件201的频率相等，相邻直线电机组件201的相位差可以为120度。

如图2所示，在本发明提供的另一个实施例中，压缩机芯200包括第一直线电机组件210和第二直线电机组件220，第一直线电机组件210包括第一背压腔211和第一排气腔212，第二直线电机组件220包括第二背压腔221和第二排气腔222，第一背压腔211与进气口101连通，第二排气腔222与出气口102连通，第一排气腔212和第二背压腔221贯通。也就是说，第一直线电机组件210和第二直线电机组件220串联，从进气口101进入的气体首先经过第一直线电机组件210进行一级压缩，在经过第二直线电机组件220进行二级压缩，然后从出气口102排出。

此外，在本发明的实施例中，第一直线电机组件210的第一背压腔211和第二直线电机组件220的第二排气腔222可以共用一个腔体，也就是说，第一直线电机组件210的第一背压腔211即为第二直线电机组件220的第二排气腔222。实现在多级压缩的过程中，简化压缩机芯200的内部结构，缩小直线压缩机的体积。

其中，第一直线电机组件210与第二直线电机组件220的电流频率相等，电流相位差为180度。针对本发明的电流相位为180度来说，即第一直线电机组件210的运动部件与第二直线电机组件220的运动部件在同一时刻的运动方向相反，从而实现两个运动部件的振动相互抵消。该电流指的是线圈的电流。

继续参考图1和图2，在本发明的一个可选实施例中，直线电机组件201包括定子单元230、动子单元240和支撑单元250，动子单元240与支撑单元250连接，定子单元230通电后能够驱动动子单元240和支撑单元250往复运动。

其中，在本实施例中支撑单元250可以为板簧支撑或气浮支撑，提供弹簧刚度和减少动子单元240漂移。定子单元230固定连接在壳体100内，动子单元240和支撑单元250在定子单元230的作用下进行往复运动。上述实施例中的电流频率以及电流相位差均为定子单元230的电流频率和电流相位差。定子单元230的电流频率和电流相位决定了动子单元240的运动状态。

进一步地，在本发明的其它实施例中，定子单元230包括线圈232和导磁硅钢片231，导磁硅钢片231设置在线圈232的外壁。

此外，在本发明的其它可选实施例中，动子单元240包括永磁体242、活塞241和连接骨架243，连接骨架243连接永磁体242和活塞241，永磁体242与线圈232相对，线圈232驱动永磁体242做线性运动，其中，连接骨架243与支撑单元250连接。

具体来说，在动子单元240的两侧各设置有一组定子单元230。定子单元230的线圈232通交流电，线圈232与永磁体242相互作用，从而带动永磁体242往复运动。永磁体242通过连接骨架243与活塞241、支撑单元250连接，带动活塞241往复运动。活塞241会对空气进行压缩，从而形成了压缩腔270和背压腔。活塞241的往复运动在压缩腔270内产生压力波，从而将电能转化为机械能。例如，动子单元240包括一个活塞241和两个永磁体242，两个永磁体242分别与两个线圈232相互作用，两个永磁体242均通过连接骨架243与一个活塞241连接，两组永磁体242和线圈232共同驱动一个活塞241往复运动。

继续参考图1，在本发明的可选实施例中，直线电机组件201还包括内架体260，内架体260将直线电机组件201的背压腔202和排气腔203隔开，内架体260开设运动通道261，运动通道261将活塞241与永磁体242隔开，活塞241在运动通道261内做线性运动，永磁体242置于运动通道261外侧。此外，定子单元230置于运动通道261两侧。运动通道261的一端封闭，一端开放，运动通道261开放的一端与背压腔202连通，运动通道261封闭的一端与活塞241形成压缩腔270。

其中，支撑单元250可以为板簧。利用支撑单元250可以使活塞241始终与运动通道261保持一定的微小间隙，不产生任何机械摩擦，延长直线电机组件201的使用寿命，提高效率。

具体地，在本发明的一些实施例中，活塞241开设有吸气通道244，吸气通道244的一端设置第一单向阀245，第一单向阀245与内架体260之间为压缩腔270。在第一单向阀245打开状态下，吸气通道244将压缩腔270和背压腔202连通。

进一步地，在本发明的一些可选实施例中，内架体260上开设有排气通道，排气通道设置有第二单向阀262，在第二单向阀262打开状态下，压缩腔270与排气腔203连通。

换句话来说，如图2所示，针对活塞241的压缩过程而言，低压气体从进气口101进入第一直线电机组件210的第一背压腔211，当第一直线电机组件210的活塞241在线圈232和永磁体242的作用下向第一背压腔211运动时，第一直线电机组件210的第一压缩腔271压力降低，并且低于第一背压腔211，此时，第一单向阀245打开，气体从第一背压腔211通过吸气通道244进入第一压缩腔271。

同时，因为第一直线电机组件210和第二直线电机组件220的相位差为180度，所以在第一直线电机组件210的活塞241向第一背压腔211运动时，第二直线电机组件220的活塞241向第二直线电机组件220的第二压缩腔272运动。第二直线电机组件220的第二背压腔221压力也就是第一排气腔212压力高于第一压缩腔271压力，第二单向阀262关闭。

在第一直线电机组件210的活塞241向第一压缩腔271运动时，第一压缩腔271压力升高，高于第一排气腔212压力，因此，第二单向阀262开启，气体从第一压缩腔271进入第一排气腔212，完成一级压缩。

由于第一排气腔212与第二背压腔221共用一个腔体，在气体从第一直线电机组件210排出后进入第二背压腔221中。而此时，第二直线电机组件220的活塞241的运动与第一直线电机组件210的活塞241的运动方向相反，第二直线电机组件220的活塞241向第二背压腔221运动。第一压缩腔271排出的气体压力高于第二压缩腔272的压力，第二直线电机组件220的第一单向阀245开启，因此气体从第一排气腔212(或第二背压腔221)通过第二直线电机组件220的活塞241的吸气通道244进入第二压缩腔272。

同理，第一直线电机组件210的压缩过程，第二直线电机组件220对气体进行二级压缩。二级压缩后的气体进入第二排气腔222，进而从出气口102排出。

另外，在本发明的一个实施例中，直线压缩机还包括换热器104和冷却器103，换热器104设置在背压腔202的进气口101处，冷却器103设置在排气腔203的第二单向阀262处。换热器104对从进气口101进入的气体进行冷却，冷却器103对压缩后的气体进行冷却。每个直线电机组件201的第二单向阀262处均设置有冷却器103。实现中间冷却，减少多级压缩的功耗。

继续参考图1和图2，在本发明的一个可选实施例中，内架体260上开有气浮通道300，气浮通道300包括气浮进气口301和气浮出气口302，气浮进气口301与排气腔203连通，气浮出气口302连通在活塞241周向与运动通道261的间隙处。

其中，如图2所示，每一级的直线电机组件201可以从自身的排气腔203导出部分气流进入运动通道261与活塞241之间的间隙处，利用气浮通道300的气流使活塞241悬浮在运动通道261内，避免活塞241与运动通道261之间的机械摩擦，提升效率和使用寿命。

此外，如图1所示，气浮通道300的气流也可以从下一级(或者更后级)的直线电机组件201的排气腔203导出，换言之，气浮通道300的气浮进气口301可以与出气口102所在的排气腔203连通，使气浮出口302的压力更高，可以使活塞241的悬浮效果更佳。为了使各级直线电机组件201的气浮通道300连通，可以在壳体100上开设相应的连通孔，实现气浮进气口301与各个气浮出气口301连通。

进一步地，气浮进气口301可以设置一个，一个气浮进气口301设置在内架体260的端面上。气浮进气口也可以设置多个，多个气浮进气口301等角度的设置在内架体260的端面上。其中气浮出气口302包括多个，均匀的开设在内架体260形成运动通道261的内壁上，气浮出口302围绕在活塞241的四周，例如可以是8个。

本发明提供的直线压缩机，通过在壳体内设置多个串联的直线电机组件，实现每增加一个直线电机组件就可以实现一级的压缩，从而高效的提高压缩比，并且，相邻直线电机组件的背压腔和排气腔可以共用一个腔室从而缩小直线压缩机的体积，通过使壳体内的所有所述直线电机组件的动量和为零减小机械振动，降低噪音。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直线压缩机，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体包括进气口和出气口；

压缩机芯，所述压缩机芯置于所述壳体内，所述压缩机芯包括至少两个直线电机组件，所述直线电机组件在同一轴线上首尾顺次连通，每个所述直线电机组件包括背压腔和排气腔，首部的所述直线电机组件的所述背压腔与所述进气口连通，尾部的所述直线电机组件的所述排气腔与所述出气口连通，

其中，所述压缩机芯的所有所述直线电机组件的动量和为零。

2.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，各个所述直线电机组件的电流频率相等，相邻所述直线电机组件的电流相位差为360度/N，其中，N表示所述直线电机组件的个数，N为大于1的奇数。

3.根据权利要求1所述的直线压缩机，其特征在于，各个所述直线电机组件的电流频率相等，相邻所述直线电机组件的电流相位差为360度/N，N表示所述直线电机组件的个数，N为大于等于2的偶数，

或者，在所述直线电机组件的数量为大于等于2的偶数个时，各个所述直线电机组件的电流频率相等，相邻所述直线电机组件的电流相位差为180度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线电机组件包括定子单元、动子单元和支撑单元，所述动子单元与所述支撑单元连接，所述定子单元通电后能够驱动所述动子单元和所述支撑单元往复运动。

其中，所述定子单元包括线圈和导磁硅钢片，所述导磁硅钢片设置在所述线圈的外壁。

5.根据权利要求4所述的直线压缩机，其特征在于，所述动子单元包括永磁体、活塞和连接骨架，所述连接骨架连接所述永磁体和所述活塞，所述永磁体与所述线圈相对，所述线圈驱动所述永磁体做线性运动，

其中，所述连接骨架与所述支撑单元连接。

6.根据权利要求5所述的直线压缩机，其特征在于，所述直线电机组件还包括内架体，所述内架体将所述直线电机组件的所述背压腔和所述排气腔隔开，

所述内架体开设运动通道，所述运动通道将所述活塞与所述永磁体隔开，所述活塞在所述运动通道内做线性运动，所述永磁体置于所述运动通道外侧。

7.根据权利要求6所述的直线压缩机，其特征在于，所述内架体上开有气浮通道，所述气浮通道包括气浮进气口和气浮出气口，所述气浮进气口与所述排气腔连通，所述气浮出气口连通在所述活塞周向与所述运动通道的间隙处。

8.根据权利要求6所述的直线压缩机，其特征在于，所述活塞开设有吸气通道，所述吸气通道的一端设置第一单向阀，所述第一单向阀与所述内架体之间为压缩腔，

在所述第一单向阀打开状态下，所述吸气通道将所述压缩腔和所述背压腔连通。

9.根据权利要求8所述的直线压缩机，其特征在于，所述内架体上开设有排气通道，所述排气通道设置有第二单向阀，

在所述第二单向阀打开状态下，所述压缩腔与所述排气腔连通。

10.根据权利要求9所述的直线压缩机，其特征在于，还包括换热器和冷却器，所述换热器设置在所述背压腔的所述进气口处，所述冷却器设置在所述排气腔的所述第二单向阀处。

Images