CN1317074A - 线性马达驱动的往复压缩机 - Google Patents

Abstract

一种直线马达驱动的往复压缩机具有：一个密封壳体(1)；固定在密封壳体(1)内的一个线性马达(2)和一个气缸(3)；在气缸(3)内往复行动并固定在一根杆(30)的一端的至少一个活塞(10)；一个将活塞(10)偶联到线性马达(2)上的驱动设施(20)；和一个横向固定在密封壳体(1)内而轴向偶合到杆(30)上的谐振弹簧(70)。每一个由杆(30)和谐振弹簧(70)形成的零件有两个接触表面(41、72；31、32)位在与气缸(3)轴线正交的平面上并在轴向上互相间隔开。每一个所说表面面向另一个零件中的相关的相对接触表面(51、62；61、52)。两对凸表面部都与气缸(3)的轴线对称且相对，其时一对凸表面部的对准方向与另一对凸表面部的对准方向正交。

Description

线性马达驱动的往复压缩机

本发明的领域

本发明一般地涉及用于致冷系统的往复压缩机，该机有一个或两个活塞在气缸内往复行动并被线性马达驱动。更具体点说，本发明涉及设在每一个活塞和与它关联的谐振系统之间的偶联器。

本发明的背景

在一线性马达驱动并设有一个或两个活塞的往复压缩机中，气体的吸入和压缩操作是由安装在密封壳体内的气缸内的每一个活塞的往复轴向运动完成的，每一活塞被各自的驱动设施驱动，设施上载有磁性构件可操作地与固定在压缩机密封壳体上的线性马达连结。

从现有技术可知，每一活塞驱动设施必需连接到固定在压缩机密封壳体上的谐振弹簧上，为的是操作时作为活塞轴向位移的导引，使整个系统按照预定的频率谐振地动作，让线性马达合适地制定尺寸以资在运行时将能量连续供应给压缩机。

由于谐振弹簧的制造公差通常要比设在活塞和气缸之间的计划间隙大得多，因此需要在活塞驱动设施组件和谐振弹簧之间设置偶联器，以资吸收在所说构件之间的对准偏差，借以防止活塞承受径向载荷及/或弯曲力矩和力，这些力可导致在气缸内沿轴向行动的活塞在倾斜的位置上工作，从而增加其与气缸壁的摩擦并造成磨损。

谐振弹簧并不具有足够的制造尺寸精度来保证活塞在气缸内往复位移时能完善地对中而不受径向作用的影响，这个径向作用是在活塞的吸气和压缩冲程中谐振弹簧在相反的轴向上弹性变形而引起的。

在一已知的现有技术的解决方案中，设在驱动设施和谐振弹簧之间的偶联器的形式为一布置在轴向上的长杆，该杆较细，具有一定的、可预先确立的易弯性，因此可较好地吸收对准的偏差。但即使该杆很细，也不能完全没有径向的刚度，因为通常不可能将该杆增加到足够的长度使该杆传送的径向作用对活塞没有关系，因此作用在活塞上的径向分力总是存在的。在另一方面，采用细杆在有较强的轴向力施加在其上时，即在吸气冲程之末和在压缩冲程之初，会在所说杆内引起弯曲变形，还会在活塞和气缸之间引起不正常摩擦的问题。

总之，可以这样说，这个在线性马达驱动的往复压缩机的活塞和谐振弹簧之间设置偶联器的方案并没有能足够有效地吸收在活塞和弹簧轴线之间的角度和径向的不对准，这样来以经济可行的方式消除不正常的径向作用，这个径向作用与上面提到的不对准有关并且是所说偶联器要传送给活塞的。

除了上面提到的与径向作用的吸收有关的问题外，已知的偶联器还使装在活塞上表面上的吸气阀及/或排放阀和通过密封壳体的壁设置的相关的输入管之间的紧密流体连接十分困难，虽然并非不能实现。在这种型式的吸气阀及/或排放阀的组件中，阀门与密封壳体外侧的连接是通过活塞体的内部在轴向上完成的，并且用一个柔性管连接件将活塞连接到设在密封壳体壁内的输入管上。

在已知的构造中，除非通过极其复杂的构造安排，偶联器并不能让活塞的内侧和设在密封壳体壁内并偶联到致冷系统上的相关的输入管之间作紧密的流体连通。

本发明的综述

因此，本发明的一个目的是要提供一种线性马达驱动的往复压缩机，该机在活塞和谐振弹簧之间有一构造紧凑的偶联器，可以吸收活塞和弹簧轴线之间径向和角度的不对准，从而可防止压缩机运行时所说不对准将产生的径向作用施加在活塞上。

本发明另一个目的是要提供一种上述的偶联器，该偶联器利用简单的构造安排，就能在活塞的内侧和密封壳体的外侧之间建立起紧密的流体连通。

上述和其他一些目的都可用线性马达驱动的往复压缩机达到。该机具有：一个密封壳体；一个线性马达和一个固定在密封壳体内的气缸；至少有一个活塞在气缸内往复行动并固定在一根杆的端头上；一个将活塞偶联到线性马达上的驱动设施；和一个谐振弹簧横向地固定在密封壳体内并在轴向上偶联到杆上。

按照本发明，由杆和由谐振弹簧形成的每一个零件都有两个接触表面位在与气缸轴线正交的平面上并在轴向上互相间隔开，每一个所说表面面对另一个零件的有关的相对接触表面，在每一对相对接触表面之间设有一个间隔体，它被松弛地和同轴地装在杆的周围并有两个在轴向上相对的接触表面位在与气缸轴线正交的平面上，每一个所说接触表面被一对与气缸轴线对称而相对的凸表面部强制地支承在所说相对接触表面中的一个表面上，每一对凸表面部可操作地与同一个间隔体连结，使凸表面部与另一对凸表面部和气缸轴线正交地对准。

附图的简要说明

下面本发明将结合附图进行说明，其中：

图1为按照现有技术构造的、具有单个活塞被线性马达驱动的往复压缩机的一部分的、概略的纵向沿直径的剖视图；

图2为按照本发明第一实施例构造的、具有单个被线性马达驱动的活塞并有杆和谐振弹簧偶联器的往复压缩机的一部分的、概略的纵向沿直径的剖视图；

图3、4和5分别为图2中示出的一个间隔体实施例的平面视图、侧视图和透视图；

图6和7分别为也可用作间隔体的弹性设施的一个实施例的平面视图和侧视图；

图8为由磁铁、驱动设施、杆和间隔体组成的组件的部分分解的、沿直径切开的视图；

图9为图8中组件的分解的透视图；

图10为示出本发明第二实施例的与图2类似的图；及

图11为示出在活塞和谐振弹簧之间的偶联器另一个实施例的概略视图。

所示实施例的说明

如图1所示，本发明被应用于致冷系统的往复压缩机上。该压缩机具有一个密封壳体1，其内固定着一个线性马达2和一个气缸3，气缸内容纳着一个往复式的活塞10，该活塞被一驱动设施20偶联到线性马达2上，驱动设施通常为管状、位在气缸3之外，并挟带有磁铁，在线性马达2接电时可在轴向上被推动。

在图1所示的实施例中，气缸3有一端被设有吸气阀4a和排放阀4b的阀板4封闭，通过这两阀门，便可有选择地使压缩室C与气缸头5相关的内部在流体上连通，该气缸头内部分别被维持与压缩机所偶联的致冷系统的低压侧和高压侧在流体上连通。

活塞10通过一根细长而在轴向上设置并制定尺寸的杆8与固定在密封壳体1内的谐振弹簧70偶联，为的是在活塞10位移时使谐振弹簧70发生弹性的轴向变形。

虽然上面举例说明了具有单个活塞10的压缩机的构造，但应知道本发明也可应用于具有两个活塞的压缩机，其时两个活塞以相反的方向在气缸3内往复行动，每一个活塞被偶联到相关的谐振弹簧上。

在这现有技术的构造型式中，在活塞10和谐振弹簧70之间的偶联器只是由杆8形成的，该杆的一端固定在活塞上，另一端固定在谐振弹簧70的中心部上，这样就不能避免地将谐振弹簧的尺寸变形造成的径向作用传送到活塞10上。除了不正常地将径向作用传送到活塞10上外，现有技术的细杆在活塞10的上表面载有吸气阀或排放阀的情况下(如同本申请人在一个专利申请中所公开的那样)，还使安装一根气体导管将活塞10内侧与密封壳体1外侧连接起来的事变得复杂。

按照图2示出的本发明的第一实施例，活塞10被连结到一根杆30的一端，该杆与活塞10同轴并这样延伸使它松弛地被引入到一个管状导套40内，该导套在轴向上与气缸3和谐振弹簧70的轴线对准，同时连结到谐振弹簧70和驱动设施20上，该导套在一端有一同轴的、圆筒形的突出部40a，其内直径显然比导套40大，通过一个环状部40b连结到导套上，环状部的内环状表面形成平直的第一接触表面与气缸3的轴线正交。

在杆30的周围装有环状的第一间隔体50，其内直径大于杆30的外直径，而其外直径小于圆筒形突出部40a的内直径，在杆30和第一间隔体50之间及在后者与圆筒形突出部40a之间的间隙被这样制定尺寸使它们在压缩机运行时能吸收杆30和谐振弹簧70之间在径向和角度定位上的偏差。

在所示实施例中，杆30采用了一个圆周突缘30a，其外直径小于圆筒形突出部40a的内直径，该突缘两端的环状表面形成接触表面31、32，被包含在轴向上互相间隔开的相关平面内并与气缸3的轴线正交。

第一间隔体设置在圆筒形突出部40a的第一接触表面41和圆周突缘30a的相邻的接触表面32之间。为了只是在安置好接触表面的条件下做好在杆30和谐振弹簧70之间的偶联，使只有轴向力被互相来回传送，而不允许杆30和谐振弹簧70在相互施加轴向力时由于轴线间在角度和径向上的不对准而造成的将径向力施加在活塞上，第一间隔体50在其两个相对的端面上，各有一个由一对圆筒形表面部51、52形成的接触表面，它们与气缸3的轴线对称而且相对，每一对的所说圆筒形表面部51、52对准的方向与另一对的两个圆筒形表面部的对准方向正交，并且分别被支承在圆筒形突出部40a的第一接触表面41和圆周突缘30a的相邻的接触表面32上。

这里应该知道，轴线与气缸3的轴线正交的圆筒形表面部可用凸表面部例如半球形部替代，取得相同的效果。

两对圆筒形表面部互相正交并分别支承在平直接触表面上的构造方案可用来在杆30和谐振弹簧70之间传送压缩性轴向力，因为这个方案允许在所说共同支承的表面之间滑动和滚动，因此能够一起吸收在所说轴向力施加轴线之间发生的在任何方向上的径向和角度的偏差。所说圆筒形表面部被环状的第一间隔体50的轴向贯通孔53在中心同轴地隔断，为的是使在活塞内侧和壳体外侧之间得到确定的、紧密的流体连接。

为了在杆30和谐振弹簧70之间传送张拉性轴向力，在圆筒形突出部40a的内侧和杆30的周围还设置一个环状的第二间隔体60，其与杆30和圆筒形突出部40a在直径上的尺寸关系与第一间隔体相同，也有两对对称而相对的圆筒形表面部61、62，每一对对准的方向与另一对的对准方向和气缸3的轴线都正交，其中一对圆筒形表面部61支承在圆周突缘30a的一个接触表面上，而另一对62则支承在圆筒形突出部40a的自由端边上的端环状唇部45内表面内形成的接触表面42上。

在图2、8和9所示的实施例中，端环状唇部45的形式为一环状突缘，它被作为单件引入，具有两个在直径上相对并位在内周边上的凹部45a，使第二间隔体60能安装到圆筒形突出部40a内，下面将说明。

虽然在杆30和谐振弹簧70之间的偶联元件的组件能够消除相互支承表面之间的轴向间隙，至少在压缩机准备开始工作时能这样，但在压缩机整个运行过程中最好有一弹性设施同时作用在杆30和谐振弹簧70上为的是强制接触表面作恒定的支承。

在图2、8和9所示的实施例中，弹性设施是由第二间隔体60本身形成的，因为在压缩机运行时只有它能传送轴向拉力。

在本实施例中，第二间隔设施为由弹簧钢制成的环状金属片按照直径对准的要求弯曲成“V”形，但顶尖为一倒圆的边。为了在“V”形轮廓之外形成一对与气缸3轴线对称而相对并支承在圆周突缘30a的邻近接触表面31上的圆筒形表面部61，所说环状金属片在“V”形轮廓之内、与两个圆筒形表面部61所对准的方向正交的方向上还引入一对外凸的表面部62，该表面部62例如可在一对在外边且在直径上相对的凸耳65中引入半球形凸台或由这两凸耳65的凸起的边缘制得。第二间隔体60的组件被这样制成使它在轴向上保持被压紧在杆30的圆周突缘30a和圆筒形突出部40a的环状唇部45之间，从而能消除装配时或由于相互接触表面之间的磨损而发生的轴向间隙。在所示实施例中，第二间隔体60的组件是这样完成的，使其两个凸耳65移动通过端环状唇部45的凹部45a，然后转动第二间隔体60，使凸表面62的相关对被支承在端环状唇部45的内面所形成的接触表面42上。

如图2所示，这种将成对凸表面部支承在扁平接触表面上来得到杆和谐振弹簧之间偶联的做法特别适合于将接触载荷较好地分布在所说表面之间。在活塞10的顶面载有吸气阀12(或排放阀)的情况下，活塞内侧可与密封壳体1的外侧保持紧密的流体连通，办法是通过杆30本身形成的导管和一个延伸通过密封壳体的部分，该部分至少部分可以弯曲以适应活塞10的位移。

在图10所示的实施例中，驱动设施20被直接偶联到杆30上，该杆呈管状、有一自由端部松弛地通过谐振弹簧70的中心环状毂部70a，所说毂部与气缸3的轴线同心地对准，其相对的两个端环状面形成两个在轴向上互相间隔开而正交于气缸3纵向轴线的接触表面71、72。杆30设有一个圆周突缘30a，其面向环状毂部70a的环状面形成第一接触表面31，该表面平直、与气缸3的轴线正交、并与环状毂部70a的相对的接触表面72在轴向上间隔开。在杆30的周围、在圆周突缘30a和环状毂部70a之间装有第一间隔体50，其构造与图2所示的相似，并具有圆筒形表面部51、52分别支承在第一接触表面31上和环状毂部70a的相邻接触表面72上。

在图10的实施例中，杆30的端部通过环状毂部70a伸出并在其上接纳第二间隔体60，其构造与图2所示的相似，还有一个端挡止件100，该挡止件可采取螺帽的形式，它可调节地被固定在杆30的周围，为的是将弹簧钢制成的第二间隔体60压紧在环状毂部70a上，并将后者压向圆周突缘30a，从而消除在相互支承的表面之间可能产生的轴向间隙。

再看图10，应该知道圆周突缘30a、环状毂部70a或者甚至端挡止件100都可引入到一个圆筒形突出部内，其构造与图2所示的相似并可这样设计使它在加压接触传送轴向力时成为零件间相对径向位移的限制设施。

图11示出另一个构造上的实施例。在这从图2派生出来的构造中，两个间隔体50、60都采取垫圈的形式。其中它们的接触表面51、52；61、62都是平直的、在轴向上相对的并都位在与气缸3轴线正交的平面上，成对的凸表面部由成对的圆筒形辊90形成，每一对辊与气缸3的轴线对称且相对，其对准的方向与气缸3的轴线和另一对可操作地连结在同一间隔体50、60上的圆筒形辊对准的方向正交。

每一对圆筒形辊都被这样设置使它们同时支承在间隔体50、60中的一个接触表面51、52；61、62上和邻近的相对接触表面41、42、72、31、32上。

圆筒形辊90的合适定位可用各种不同的方式取得，例如通过未被示出的环状轴承支撑，它们可以内接或外接在每一对圆筒形辊上。

Claims (13)

1．一种线性马达驱动的往复压缩机，具有：一个密封壳体(1)；固定在密封壳体(1)内的一个线性马达(2)和一个气缸(3)；在气缸(3)内往复行动并固定在一根杆(30)的一端的至少一个活塞(10)；一个将活塞(10)偶联到线性马达(2)上的驱动设施(20)；和一个横向固定在密封壳体(1)内而轴向偶联到杆(30)上的谐振弹簧(70)，其特征为，每一个由杆(30)和谐振弹簧(70)形成的零件有两个接触表面(41、42、72；31、32)位在与气缸(3)轴线正交的平面上并在轴向上互相间隔开，每一个所说表面面向另一个零件中的相关的相对接触表面(51、62；61、52)，在每一对相对接触表面之间设有一个间隔体(50、60)，它被松弛而同轴地装在杆(30)的周围，并有两个在轴向上相对的接触表面(51、52；61、62)位在与气缸(3)轴线正交的平面上，每一个所说接触表面被一对与气缸(3)轴线对称而相对的凸表面部强制支承在所说相对接触表面(41、32；31、42、72)中的一个表面上，每一对凸表面部可操作地与同一个间隔体(50、60)连结，其时一对凸表面部的对准方向与另一对的对准方向和气缸(3)的轴线正交。

2．权利要求1的压缩机，其特征为，凸表面部由间隔体(50、60)在轴向上的相对的接触表面(51、52；61、62)形成。

3．权利要求1的压缩机，其特征为，凸表面部由轴线与气缸(3)轴线正交的圆筒形表面部形成。

4．权利要求1的压缩机，其特征为，凸表面部由球形表面部形成。

5．权利要求1的压缩机，其特征为，它具有一个弹性设施(60)同时作用在谐振弹簧(70)和杆(30)上，为的是恒定地强制将凸表面部(51、52；61、62)抵压在邻近的接触表面(41、32；31、72)上。

6．权利要求5的压缩机，其特征为，弹性设施(60)由间隔体中的一个形成。

7．权利要求6的压缩机，其特征为，形式为间隔设施的弹性设施(60)具有一个由弹簧钢制成的环状金属片，在直径上弯曲成“V”状，其顶尖为一倒圆的边，形成一个凸表面部(61)，所说金属片在其对侧设有另一个凸表面部(62)，其轴线与第一凸表面部正交，并被制成一对在外面的并在直径上相对的凸耳(65)。

8．权利要求1的压缩机，其特征为，至少有一个间隔体(50)为环状，其两个相对的环状面各有一个由两个凸表面部形成的接触表面(51、52)，其中一个环状面的凸表面部对准的方向与另一个环状面的两个凸表面部的对准方向正交。

9．权利要求1的压缩机，其特征为，间隔体(50、60)、杆(30)和谐振弹簧(70)在中心被同轴地穿孔为的是松弛地容纳一根导管(30、80)，该导管至少其部分延伸部是易弯的，可用来连接活塞(10)的内侧和密封壳体(1)的外侧。

10．权利要求1的压缩机，其特征为，第一(50)和第二(60)间隔体受径向位移限制设施的支配，该设施被偶联到杆(30)和谐振弹簧(70)所形成的零件中的一个零件上。

11．权利要求10的压缩机，其特征为，径向位移限制设施是由一个圆筒形突出部(40a)形成的，该突出部具有扩大的直径，其内接纳着第一和第二间隔体(50、60)，并在一端被固定到杆(30)的管状导套(40)上，所说导套被固定到谐振弹簧(70)上。

12．权利要求1的压缩机，其特征为，成对的凸表面部由成对的圆筒形辊(90)形成，每一对辊与气缸(3)的轴线对称且相对，其对准的方向与气缸(3)的轴线和另一对可操作地连结在同一间隔体(50、60)上的圆筒形辊(90)的对准方向正交，每一对圆筒形辊(90)同时被支承在间隔体(50、60)中的一个接触表面(51、52；61、62)上和邻近的相对接触表面(41、42、72、31、32)上。

13．权利要求12的压缩机，其特征为，间隔体(50、60)采取垫圈的形式，它们的接触表面(51、52；61、62)是平直的、在轴向上相对的，并位在与气缸(3)轴线正交的平面上。

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