CN116877380A - 基于磁悬浮支撑的线性压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于磁悬浮支撑的线性压缩机。本发明包括压缩机组件、直流电机组件、交流电机组件和磁悬浮机构。压缩机组件包括箱体、机架和气缸。直流电机组件包括轭铁和直流线圈，直流线圈环绕轭铁设置。交流电机组件包括支撑架和交流线圈，交流线圈设置在支撑架悬臂一端，并设置在轭铁与直流线圈之间的间隙处。磁悬浮机构包括两个第一磁力组件和两个第二磁力组件。两个第一磁力组件分别设置在支撑架固定安装部外壁和的活塞杆外壁。两个第二磁力组件分别设置在箱体内壁，对应第一磁力组件位置设置。对应设置的第一磁力组件与第二磁力组件的磁力相斥。本发明能够避免引起活塞与气缸的侧向磨损，延长压缩机使用寿命，降低维护成本，提高压缩机效率。

Description

基于磁悬浮支撑的线性压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，涉及一种动圈式线性压缩机，具体是一种基于磁悬浮支撑的线性压缩机。

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气态制冷剂，为制冷循环提供动力。压缩机中存在电机效率较低，面对负载变化响应速度较慢等问题，导致压缩机效率下降，使得各领域中对压缩机的稳定性、工作强度、生产制造及维护费用等要求越来越高。

专利号为201911230322.4的发明专利公开了一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机。包括压缩机组件、直线电机组件、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。直线电机组件包括直流线圈和轭铁，轭铁设置在直流线圈的内环内。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，交流线圈设置在直流线圈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。该线性压缩机结构在运行过程中存在以下问题：1.活塞杆和支撑架在受到电磁场激励作往复运动时，需要克服板弹簧的弹性势能做功，降低了压缩机的效率；2.由于用板弹簧作固定结构，会导致支撑架和活塞杆与板弹簧间产生机械摩擦与阻力，也在一定方面降低了压缩机的性能；3.采取的双线圈结构在通电后，产生的磁场会对压缩机内部其他金属器件产生影响，干扰压缩机稳定工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于磁悬浮支撑的线性压缩机。

本发明包括压缩机组件、直流电机组件、交流电机组件和磁悬浮机构。

所述的压缩机组件包括箱体、机架和气缸。箱体为一侧开放的金属壳体，内侧壁铺有绝缘层，机架固定安装在箱体的开放端。气缸嵌入机架的中部，气缸的活塞端朝向箱体的内部，活塞杆的一端与气缸内的活塞头固定连接；贯通机架和气缸开有通气管，气缸的内腔通过通气管与箱体外相通。

所述的直流电机组件包括轭铁和直流线圈。所述的轭铁为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，活塞杆穿过轭铁的中心穿孔，并具有间隙。所述的直流线圈为圆环形线圈，环绕轭铁设置。

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安装部和悬臂，固定安装部为圆柱形，活塞杆的另一端与固定安装部固定连接。悬臂的一端与固定安装部固定连接，交流线圈固定设置在悬臂的另一端。

所述的轭铁、直流线圈、交流线圈和固定安装部与活塞杆同轴设置，交流线圈设置在轭铁与直流线圈之间的间隙处。

所述的磁悬浮机构包括两个第一磁力组件和两个第二磁力组件。两个第一磁力组件分别设置在固定安装部外壁和的活塞杆外壁。两个第二磁力组件分别设置在箱体内壁，对应第一磁力组件位置设置。对应设置的第一磁力组件与第二磁力组件间隙1-2mm，磁力相斥。

进一步，所述的第一磁力组件为永磁体组。构成一个第一磁力组件的六个永磁体固定设置在固定安装部外壁的同一圆周上，沿该圆周均匀分布；构成另一个第一磁力组件的六个永磁体固定设置在活塞杆外壁的同一圆周上，沿该圆周均匀分布。每个第二磁力组件包括六个电磁铁。电磁铁设置在屏蔽套管内，屏蔽套管采用坡莫合金材料。电磁铁和屏蔽套管通过安装座设置在箱体的内壁。每个第二磁力组件的六个电磁铁与对应的第一磁力组件的六个永磁体位置对应，一对永磁体和电磁铁之间磁力相斥。

进一步，所述的第一磁力组件为永磁体环，两个第一磁力组件均与活塞杆同轴设置，一个永磁体环固定设置在固定安装部的外壁，另一个永磁体环固定设置在活塞杆的外壁。每个第二磁力组件包括一永磁铁环和铝板。所述的铝板为圆环片，外沿固定在箱体内壁，永磁铁环固定设置在圆环片内沿。永磁体环与永磁铁环位置对应，同极相对，产生相斥磁力。

本发明在活塞两端分别设置第一、第二磁力组件组合作为支撑系统，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。本发明避免了在活塞杆在原有机械结构固定上的机械磨损，一定程度上延长了压缩机使用寿命，降低了维护成本。同时，将原本活塞杆与机械结构的摩擦转变为与空气的摩擦，能有效减小活塞杆在行程中的阻力做功和摩擦生热，进而提高压缩机效率。

附图说明

图1为本发明的一实施例结构示意图；

图2为图1中磁悬浮机构的平面结构示意图；

图3为本发明的另一实施例结构示意图；

图4为图3中磁悬浮机构的平面结构示意图。

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和3所示，一种基于磁悬浮支撑的线性压缩机，包括压缩机组件、直流电机组件、交流电机组件和磁悬浮机构。

压缩机组件包括箱体1、机架2和气缸3，箱体1为一侧开放的金属壳体，内侧壁铺有绝缘层4，机架2固定安装在箱体1的开放端。气缸3嵌入机架2的中部，气缸3的活塞端朝向箱体1的内部，活塞杆5的一端与气缸内的活塞头6固定连接。贯通机架和气缸开有通气管7，气缸3的内腔通过通气管7与箱体外相通。

直流电机组件包括轭铁8和直流线圈9。轭铁8为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，活塞杆5穿过轭铁8的中心穿孔，并具有间隙。直流线圈9为圆环形线圈，环绕轭铁8设置。

交流电机组件包括支撑架和交流线圈10。支撑架包括固定安装部11和悬臂12，固定安装部11为圆柱形，活塞杆5的另一端与固定安装部11固定连接。悬臂12一端与固定安装部11固定连接，交流线圈10固定设置在悬臂12的另一端。

轭铁8、直流线圈9、交流线圈10和固定安装部11与活塞杆5同轴设置，交流线圈10设置在轭铁8与直流线圈9之间的间隙处，交流线圈10的外沿与直流线圈9的内沿间隔1-2mm，交流线圈10的内沿与轭铁8的外沿间隔1-2mm，交流线圈10可在轭铁8与直流线圈9之间直线运动。

磁悬浮机构包括两个第一磁力组件和两个第二磁力组件。两个第一磁力组件分别设置在固定安装部11外壁和的活塞杆5外壁。两个第二磁力组件分别设置在箱体1内壁，对应第一磁力组件位置设置。对应设置的第一磁力组件与第二磁力组件的磁力相斥。

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杆和活塞往复运动，使气体排出或吸入气缸内。直流线圈通入直流电后产生的恒定磁场的磁力线从直流线圈通过轭铁的引导，穿过交流电线圈、活塞杆，回到下方直流线圈。直流线圈之间的磁场与交流电的磁场相互作用，驱动活塞在气缸内压缩气体，从通气管排出。

当压缩机处于低负荷运转情况下时，直流线圈只需要通入较小的直流电，交流电线圈只需通入较小的交流电；当压缩机处于高负荷情况下时，既可以提高直流线圈的直流电，增加直流电线圈之间的磁场强度，又可以提高交流电线圈的交流电，显著提高了动圈式线性压缩机的效率。

第一磁力组件和第二磁力组件可以采用如下两种方式：

实施例1：如图1和2所示，构成一个第一磁力组件的六个永磁体13固定设置在固定安装部11外壁的同一圆周上，沿该圆周均匀分布；构成另一个第一磁力组件的六个永磁体13固定设置在活塞杆5外壁的同一圆周上，沿该圆周均匀分布。

每个第二磁力组件包括六个电磁铁14，电磁铁14与直流线圈9共用同源的直流电。电磁铁14设置在屏蔽套管15内，屏蔽套管采用坡莫合金材料。电磁铁14和屏蔽套管15通过安装座16设置在箱体1内壁。每个第二磁力组件的六个电磁铁14与对应的第一磁力组件的六个永磁体13位置对应，每对永磁体13和电磁铁14之间距离1-2mm，并且磁力相斥。永磁体13的长度设置为在活塞杆5直线运动时，能够保证电磁铁14始终与其产生相斥的磁力；厚度设置为在活塞杆5直线运动时，能够保证活塞杆5以及电磁铁14自由穿过轭铁8的中心穿孔。

当直流线圈与电磁铁组通入同源的直流电后，直流线圈之间产生恒定的从上向下的磁场，电磁铁14则产生大小恒定的径向磁场，与永磁体构成相斥磁极来固定支撑架与活塞杆。

实施例2：如图3和4所示，两个第一磁力组件均为永磁体环17，均与活塞杆同轴设置。一个永磁体环固定设置在固定安装部11的外壁，另一个永磁体环固定设置在活塞杆5的外壁。

每个第二磁力组件包括一永磁铁环18和铝板19，铝板19为圆环片，外沿固定在箱体1内壁，永磁铁环18固定设置在内沿。永磁体环17与永磁铁环18位置对应，同极相对，产生相斥磁力。相对应的永磁体环17的外环与永磁铁环18的内环之间距离1-2mm，保证磁力充分。永磁体环17和永磁铁环18的厚度设置为在活塞杆5直线运动时，能够保证二者始终具有相斥的磁力；永磁体环17的高度设置为在活塞杆5直线运动时，能够保证活塞杆5以及永磁体环17自由穿过轭铁8的中心穿孔。

本发明在活塞两端分别设置磁悬浮机构作为支撑系统，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。电磁铁组件生成的磁场与永磁铁组合，或永磁体环和永磁铁环组合，将原本活塞杆与机械结构的摩擦转变为与空气的摩擦，能有效减小活塞杆在行程中的阻力做功和摩擦生热，进而提高压缩机效率并且避免了在活塞杆在原有机械固定结构上的机械磨损，延长了压缩机使用寿命。在永磁铁逐渐消磁的过程中，可以调节电磁铁组件的磁场俩调节斥力，使活塞杆继续维持在水平位置，降低了维护成本，提高了稳定性。

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 (7)

1.基于磁悬浮支撑的线性压缩机，包括压缩机组件、直流电机组件、交流电机组件和磁悬浮机构；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)为一侧开放的金属壳体，内侧壁铺有绝缘层(4)，机架(2)固定安装在箱体(1)的开放端；气缸(3)嵌入机架(2)的中部，气缸(3)的活塞端朝向箱体(1)的内部，活塞杆(5)的一端与气缸内的活塞头(6)固定连接；贯通机架和气缸开有通气管(7)，气缸(3)的内腔通过通气管(7)与箱体外相通；

所述的直流电机组件包括轭铁(8)和直流线圈(9)；所述的轭铁(8)为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，活塞杆(5)穿过轭铁(8)的中心穿孔，并具有间隙；所述的直流线圈(9)为圆环形线圈，环绕轭铁(8)设置；

所述的交流电机组件包括支撑架和交流线圈(10)；所述的支撑架包括固定安装部(11)和悬臂(12)，固定安装部(11)为圆柱形，活塞杆(5)的另一端与固定安装部(11)固定连接；悬臂(12)的一端与固定安装部(11)固定连接，交流线圈(10)固定设置在悬臂(12)的另一端；

所述的轭铁(8)、直流线圈(9)、交流线圈(10)和固定安装部(11)与活塞杆(5)同轴设置，交流线圈(10)设置在轭铁(8)与直流线圈(9)之间的间隙处；

所述的磁悬浮机构包括两个第一磁力组件和两个第二磁力组件；两个第一磁力组件分别设置在固定安装部(11)外壁和的活塞杆(5)外壁；两个第二磁力组件分别设置在箱体(1)内壁，对应第一磁力组件位置设置；对应设置的第一磁力组件与第二磁力组件之间间隙1-2mm，且磁力相斥。

2.如权利要求1所述的基于磁悬浮支撑的线性压缩机，其特征在于：

所述的第一磁力组件为永磁体组；构成一个第一磁力组件的六个永磁体(13)固定设置在固定安装部(11)外壁的同一圆周上，沿该圆周均匀分布；构成另一个第一磁力组件的六个永磁体(13)固定设置在活塞杆(5)外壁的同一圆周上，沿该圆周均匀分布；

每个第二磁力组件包括六个电磁铁(14)；电磁铁(14)设置在屏蔽套管(15)内，屏蔽套管(15)采用坡莫合金材料；电磁铁(14)和屏蔽套管(15)通过安装座(16)设置在箱体(1)内壁；每个第二磁力组件的六个电磁铁(14)与对应的第一磁力组件的六个永磁体(13)位置对应，每对永磁体(13)和电磁铁(14)之间距离1-2mm，且磁力相斥。

3.如权利要求2所述的基于磁悬浮支撑的线性压缩机，其特征在于：所述的电磁铁(14)与直流线圈(9)共用同源的直流电，当直流线圈与电磁铁组通入同源的直流电后，直流线圈之间产生恒定的从上向下的磁场，电磁铁(14)产生大小恒定的径向磁场。

4.如权利要求2所述的基于磁悬浮支撑的线性压缩机，其特征在于：所的永磁体(13)的长度设置为在活塞杆(5)直线运动时，能够保证电磁铁(14)始终与其产生相斥的磁力；厚度设置为在活塞杆(5)直线运动时，能够保证活塞杆(5)以及电磁铁(14)自由穿过轭铁(8)的中心穿孔。

5.如权利要求1所述的基于磁悬浮支撑的线性压缩机，其特征在于：

所述的第一磁力组件为永磁体环(17)，两个第一磁力组件均与活塞杆同轴设置，一个永磁体环固定设置在固定安装部(11)的外壁，另一个永磁体环固定设置在活塞杆(5)的外壁；

每个第二磁力组件包括一永磁铁环(18)和铝板(19)；所述的铝板(19)为圆环片，外沿固定在箱体(1)内壁，永磁铁环(18)固定设置在圆环片内沿；永磁体环(17)与永磁铁环(18)位置对应，同极相对，产生相斥磁力；相对应的永磁体环(17)的外环与永磁铁环(18)的内环之间距离1-2mm。

6.如权利要求5所述的基于磁悬浮支撑的线性压缩机，其特征在于：所述的永磁体环(17)和永磁铁环(18)的厚度设置为在活塞杆(5)直线运动时，能够保证二者始终具有相斥的磁力；永磁体环(17)的高度设置为在活塞杆(5)直线运动时，能够保证活塞杆(5)以及永磁体环(17)自由穿过轭铁(8)的中心穿孔。

7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的基于磁悬浮支撑的线性压缩机，其特征在于：所述的交流线圈(10)的外沿与直流线圈(9)的内沿间隔1-2mm，内沿与轭铁(8)的外沿间隔1-2mm。