CN1330223A - 直线压缩机 - Google Patents

Abstract

直线压缩机包括一个具有法兰和圆筒形部的汽缸由一支承机构支承在气密容器内,一个沿着轴向可移动地支承在圆筒形部内的活塞,一个将轴向力施加给活塞的弹簧件,和一个直线电动机,其定子固定在汽缸的法兰上并设置在圆筒形部外周的周围,其移动件则与活塞连接。其时在定子和圆筒形部之间形成一个空间。

Description

直线压缩机

本发明涉及一种直线(线性)压缩机用来使一个配装在汽缸内的活塞被直线电动机来回驱动，从而将气体吸入、压缩并排放。

在制冷循环中，HCFC致冷剂如R22为稳定的化合物并能分解臭氧层。近年来HFC致冷剂开始被用来作为HCFC致冷剂的替代品，但这种HFC致冷剂的性质为容易使地球变暖。因此，开始研究采用HC致冷剂，该致冷剂不会分解臭氧层或大量影响地球变暖。只是由于这种HC致冷剂是易燃的，必须防止爆炸或点燃以确保安全。为此目的，需要使该致冷剂的使用量尽可能地减少。在另一方面，HC致冷剂本身并无润滑能力并且容易熔化在润滑剂内。为此理由，当采用HC致冷剂时需要使用无油压缩机。在直线压缩机中，人们知道如果垂直施加在活塞轴线上的载荷较小并且滑动表面的压力较小，那么与往复式压缩机旋转压缩机、和涡卷压缩机相比，实现无油就较容易。

但在直线压缩机中，在汽缸和活塞之间的滑动表面的滑动程度也会影响到直线压缩机的效率和耐用性。因此需要相当复杂的设施来构造无油直线压缩机。

例如，美国专利5920133曾公开一种Stirling发动机，其中有一对叶片弹簧被设置在直线电动机的两端，有一活塞可滑动地被叶片弹簧支承着。采用这种结构，即使用直线电动机产生的磁场吸引力将使活塞倾斜的力施加在活塞上，活塞也不容易在其直径方向上位移。

但这种结构的问题是，由于活塞被设置在一对弹簧件的外侧，构成直线电动机的移动件在其轴向上就比较长，并且很难缩小直线电动机的尺寸。

在另一方面，为了缩短轴向尺寸，在有的直线电动机中就形成一个压缩室而将弹簧件只是设置在压缩室的两侧并利用直线电动机的内部空间。

但采用这种结构，由于活塞只是被压缩室两侧的弹簧件支承着，活塞在其直径方向上的位移颇大，并且施加在活塞和汽缸的滑动表面上的压力也增加。另外还有一个问题是，由于压缩室设在直线电动机的附近，压缩室容易接受直线电动机的热。

有鉴于上述情况，本发明的一个目的是要提供一种高效的直线压缩机，其中即使压缩室的形成是利用直线电动机的内部空间来缩减其尺寸，也能减少从直线电动机传到压缩室的热量，因为在直线电动机和形成压缩室的汽缸之间存在着空间。

另外，本发明的另一个目的是要提供一种直线压缩机，其中即使将直线电动机产生的磁场吸引力施加在活塞上，也可防止活塞和汽缸的滑动表面上的压力增加，并且用设在直线电动机两端的弹簧件通过连接件来支承活塞的两端使直线压缩机能够缩小尺寸。

为了达到上述目的，按照本发明第一方面所提供的直线压缩机包括一个具有法兰和圆筒形部的汽缸被一支承机构支承在气密容器内，一个沿着轴向可移动地支承在圆筒形部内的活塞，一个将轴向力施加给活塞的弹簧件，和一个直线电动机，其定子固定在汽缸的法兰上并设置在圆筒形部外周的周围，其移动件则与活塞连接，其时在定子和圆筒形部之间形成一个空间。

就第一方面言，由于在定子和圆筒形部之间存在着空间，因此从直线电动机发出的热不容易传到汽缸压缩室内的致冷剂上，从而可减少直线压缩机的受热损失并提高其效率。

按照本发明的第二方面，在第一方面的直线压缩机中，直线压缩机还具有一条连通路径使空间与汽缸和直线电动机的外周区域互相连通。

就第二方面言，由于空间内的致冷剂可对流而不会被沉淀，受热损失可进一步减少。

按照本发明的第三方面，在第二方面的直线压缩机中，连通路径是在法兰内制出的。就第三方面言，在空间内的高温的致冷剂能有效地被排放到汽缸和直线电动机的外周区域内，因此，受热损失能被降低。

按照本发明的第四方面提供的直线压缩机包括一个具有法兰和圆筒形部的汽缸被一支承机构支承在气密容器内，一个沿着轴向可移动地支承在圆筒形部内的活塞，一个直线电动机，其定子固定在汽缸的法兰上并设置在圆筒形部外周的周围，其移动件则与活塞连接，以及一对分别设置在直线电动机两端附近并将轴向力施加给活塞的弹簧件，其时在定子和圆筒形部之间形成一个空间并有一个使移动件和弹簧件更接近法兰的连通件设置在空间内。采用这种配置，从直线电动机发出的热就不容易传到汽缸压缩室内的致冷剂内，从而与第一实施例相比，直线压缩机的尺寸能缩小。

按照本发明的第五方面，在第一或第四方面的直线压缩机中，弹簧件为一基本上成C形的板，该板被这样设置使从该板一端到一虚中心的距离不同于从该板另一端到虚中心的距离。当弹簧件用压力机成形时，如果弹簧件被整体制成复杂的形状，就必须把弹性部之间的多余部分冲去。但若将弹簧件的弹性部划分成基本上为C形的板然后将这些板组合起来时，就不再需要冲去弹性部之间的多余部分，弹性部的每一块板的宽度便可相应地增加。采用这种设计，能够提高弹簧件的强度。

按照本发明的第六方面，所有C形板被组合起来。这样弹性部的每一块板的宽度可相应地增加。

按照本发明的第七方面，在第五方面的直线压缩机中，C形板的较接近虚中心的一端被固定在移动件上，而C形板的另一端被固定在定子上。因此，弹性部的宽度能被增加。

按照本发明的第八方面，在第四方面的直线压缩机中，一对弹簧件包括多个弹性部从一中心沿圆周方向螺旋地延伸出来，并且一对弹簧件被这样设置和固定使各弹性部从中心向外延伸的方向各不相同。采用这种配置，一对弹簧件的直径位移力的方向不会互相重合，因此结合在一起的弹簧件的直径上的位移能被减少，从而在活塞的外周面和汽缸的内周面之间的滑动表面的压力能进一步被降低。因此，直线压缩机的机械损失可被降低，效率可被提高，可靠性也被提高。

按照本发明的第九方面，在第四方面的直线压缩机中，连接件由非磁性材料制成。因此，即使连接件在直线电动机附近的泄漏磁场内来回移动，铁芯损失如涡流不会产生，这能有助于直线压缩机效率的提高。

按照本发明的第十方面，在第四方面的直线压缩机中，连接件沿其移动方向设有多条狭长的槽。因此，即使连接件在直线电动机附近的泄漏磁场内来回移动，铁芯损失如涡流不会产生，这能有助于直线压缩机效率的提高。

图1为示出本发明一个实施例的直线压缩机的整个结构的剖视图；

图2为示出本发明另一实施例的直线压缩机的整个结构的剖视图；

图3为本发明实施例的连接件的侧视图；

图4为本发明实施例的弹簧件的平面图；

图5和6分别为在图4中沿A-A线和B-B线切开时的剖视图，其中示出当图4中所示弹簧件被图1中所示实施例的弹簧件270替代时按照另一个实施例的直线压缩机的整个结构；

图7和8分别为在图4中沿A-A线和B-B线切开时的剖视图，其中示出当图4中所示弹簧件被图2中所示实施例的弹簧件440a和440b替代时按照另一个实施例的直线压缩机的整个结构；

图9为示出本发明的实施例的弹簧件的放样平面图。

现在根据附图说明本发明的直线压缩机的一个实施例，请看图1。

首先说明这个实施例的直线压缩机的整个结构。它主要具有：一个由支承机构292支承在气密容器295内的汽缸200，一个沿着汽缸200的轴向可滑动地被支承着的活塞220，一个将轴向力施加给活塞220的弹簧件270，一个直线电动机，其定子260固定在汽缸200上，其移动件250则支承在定子260内制出的往复路径内而可往复移动，有一个杆状件230连接到活塞220上，和一个头盖290，其上设有吸入阀和排出阀以资将致冷剂吸入及从汽缸200和活塞220构成的压缩室210内排出。杆状件230的一端被连接到弹簧件270上，移动件250也被连接到弹簧件270上。活塞220被设置在直线电动机240的内部空间内，在那里构成压缩室，从而可缩小直线压缩机的尺寸。

气密容器295为一可容纳直线压缩机主要构件的容器。致冷剂从一吸入管(未示出)供到这容器内并被引入到头盖290的吸入侧。压缩后的致冷剂从与气密容器295外面连通的排出管(未示出)排出。

支承机构292具有一个固定在气密容器295上的弹簧支承板294和多个装在该板上用来支承汽缸200的螺旋弹簧293，其作用是防止振动从汽缸200传到气密容器295上。

汽缸200包括一个具有平整表面的法兰201。螺旋弹簧293对接在法兰201上。汽缸200与从法兰201的中心向另一端(在图中为向上)突起的圆筒形部202制成一体。圆筒形部202的内周表面被制成一个活塞220对接在其上而滑动的表面200d。活塞220具有一个圆筒形体可滑动地被汽缸200的滑动表面支承着。

弹簧件270为一板状件。当该板状件的周边被固定时，其从周边到中心的部分被弹性地变形。

杆状件230为一细长的杆状件，其一端被连接在活塞220上，另一端则被固定在弹簧件270的中心。在本实施例中，这个另一端用螺栓231被连接到一个可拆卸的结构上。

直线电动机240具有移动件250和定子260。定子260具有内轭261和外轭262。内轭261具有一个圆筒形体，该体被设置得离开汽缸200的圆筒形部的外周一个预定的距离并被固定在法兰201上。采用这种配置，可在汽缸200的纵长方向上在圆筒形部202和内轭261之间形成一个空间280。在法兰201内制有一条连通路径使汽缸200的外周区域和直线电动机240和空间280互相连通。线圈241被容纳在内轭261内并被连接到电源(未示出)上。在另一方面，外轭262具有一个覆盖内轭261的圆筒形体并被固定在汽缸200的法兰201上。顺便说说，在外轭262的内周表面和内轭261的外周表面之间制有一条只占很少空间的往复移动路径。另外，在这个实施例中，弹簧件270的周边被支承并固定在外轭262上。

直线电动机240的移动件250具有一个永久磁铁251和一个用来保持它的圆筒形保持件252。这个保持件252被容纳在往复移动路径242内可在其内往复移动，并具有一个固定永久磁铁251用的周边252a和一个成为一体连接在周边252a上的圆盘252b。圆盘252b的中心被固定在弹簧件270的中心。永久磁铁251被设置在与线圈241相对的位置上。在永久磁铁251和线圈241之间形成一个细小的间隙。内轭261和外轭262被同心地设置使该细小间隙在整个圆周区域内保持均匀。

头盖290通过一块阀板291被固定到汽缸200的法兰201的端表面侧上。吸入阀(未示出)、排出阀(未示出)和能与压缩室210连通的类似物都被装配在阀板291内，这些阀门被连接到设在头盖290内的吸入侧空间(未示出)和排出侧空间内。

其次，说明具有上述结构的直线压缩机的操作。首先，如果内轭261的线圈241被供电，那么按照Fleming的左手定则会产生与电流成正比的磁力成为在移动件250和永久磁铁251之间的推力，这个推力驱动移动件250使它在轴向上移动。由于移动件250的圆筒形保持件252与杆状件230一同被连接到弹簧件270上，致使活塞220移动。线圈241被正弦波的电流供电，因此直线电动机交替产生在正常方向的推力和在反转方向的推力，从而使活塞220往复移动。

致冷剂从吸入管被引入到气密容器295内，引入的致冷剂从头盖290的吸入侧空间通过装配在阀板291内的吸入阀进入到压缩室210内。在那里被活塞220压缩，然后通过装配在阀板291内的排出阀和头盖290的排出侧空间从排放管排出。另外，由往复移动引起的汽缸200的振动可被螺旋弹簧293加以限制。

如上所述，按照本实施例，由于在构成直线电动机240定子260的内轭261和汽缸200的圆筒形部202之间留有空间280，因此，直线电动机240发出的热不容易传到在汽缸200内形成的压缩室210内的致冷剂上。直线压缩机的受热损失可被减少，效率可被提高。另外，由于在汽缸200的法兰201内设有连通路径300，在空间280内的致冷剂能够对流而不会被沉淀，受热损失还可进一步减少。

现在结合图2说明本发明的另一个实施例。图2为示出本发明的另一个实施例的直线压缩机的整个结构的剖视图，与上一实施例说明的零件相同的零件用相同的标号指出，不再作说明。

弹簧件440a和440b均为板状件，其周边440a和440b分别被支承并固定在固定件450(图2中上面的一个)和460(图2中下面的一个)上，这两固定件被设置在构成直线电动机240的外轭262的相对的两端上。

构成直线电动机240的内轭261具有一个圆筒形体。内轭261与汽缸200的圆筒形部202间隔开一个预定的距离并被固定在固定件460上。采用这种配置，在纵长方向上可形成一个空间470。顺便说说，外轭262具有一个圆筒形体覆盖在内轭261上并被固定在固定件460上。为了在外轭262和内轭261之间形成一个均匀的细小间隙，外轭262和内轭261被同心地设置在固定件460上。

汽缸200的法兰201被固定并保持在固定件460上。另外，具有一个可滑动地支承着的圆筒形体的活塞220被设置在圆筒形部202的内周部上。

连接件420具有一个圆筒形件402a被接纳在空间470内使杆状件230能在其内往复移动。连接件420的一端(图2中的上端)被连接到并固定在弹簧件440a的中心部上，而另一端(图2中的下端)制有一个法兰420b，弹簧件440b的弹性变形端固定在其上。活塞220通过杆状件230固定到并支承在连接件420的中心上。直线电动机240的移动件250和连接件420在其中心部互相连接并固定。在这个实施例中，连接件420的材料为非磁性材料如铝和不锈钢。如图3的侧视图所示，连接件420在其移动方向上设有多条细长的槽421。

如上所述，分别连接着设在直线电动机240两端附近的弹簧件440a和440b的连接件420连接并支承活塞220。因此，活塞220的两端是通过连接件420而被支承着，即使有磁场吸引力施加在活塞220上，活塞220的外周表面也不会被推向汽缸200的圆筒形部202的内周表面上，因此，滑动表面上的滑动表面压力可被降低。采用这种配置，可减少直线电动机的机械损失，提高其效率和可靠性。另外，由于在直线电动机240的内轭261和汽缸200的圆筒形部202之间形成一个纵长空间470，用来将弹簧件440a和440b连接在一起的连接件420可被容纳在空间470内，因此，压缩室210能利用直线电动机240的内部空间构成。采用这种配置，直线压缩机的尺寸能在第一实施例得到的效果上进一步缩小。

再者，由于设有多条细长槽421的连接件420由非磁性材料制成，因此即使连接件420在直线电动机240附近的泄漏磁场内往复移动，铁芯损失如涡流也不会产生，这能有助于提高直线压缩机的效率。

图4为本发明另一实施例的弹簧件的平面图。该弹簧件为两块基本上成C形的板500和501结合在一起如同从一虚中心0以圆周的方向螺旋地延伸出来。两个外周端500a和501a中的一个及两个内周端500b和501b中的一个被固定到定子上而另外两端则被固定到往复移动件上使该板500和501能被弹性变形。

当这两弹簧件用压力机成形时，如果弹性部被整体制成一个复杂的形状，那么就必需将弹性部之间的多余部分冲去。但若将弹簧件划分成基本上为C形的板500和501，然后把这两板结合起来，那么就不需将弹性部之间的多余部分冲去，而弹性部的每一块板的宽度能相应地增加。采用这种设计，能够增加弹簧件的强度。

图5和6为示出按照本发明另一实施例的直线压缩机的整个结构的剖视图，其中图4中所示弹簧件被图1中所示实施例的弹簧件270替代。图5为图4中沿A-A线看去的剖视图，图6为图4中沿B-B线看去的剖视图。

图7和8为示出按照另一个实施例的直线压缩机的整个结构的剖视图，其中图4中所示弹簧件被图2中所示实施例的弹簧件440a和440b取代。图7为图4中沿A-A线看去的剖视图，图8为图4中沿B-B线看去的剖视图。

在以上实施例中说明过的相同零件用相同的标号指出，其说明从略。

图9为按照本发明另一实施例的弹簧件及其布置。该弹簧件包括弹簧件600a和600b。弹簧件600a包括弹性部601a、602a和603a，它们从中心沿着圆周方向螺旋地延伸出来，被固定在直线电动机610的一端610a；弹簧件600b包括弹性部601b、602b和603b，它们从中心沿着圆周方向螺旋地延伸出来，但延伸的方向与600a不同，并且被固定在直线电动机610的另一端610b。在这个实施例中，600a和600b的弹性部相对于一条垂直轴线而互相对称。采用这种布置，弹簧件600a和600b的直径方向位移力不会互相重合，因此，连接在一起的弹簧件600a和600b的直径上的位移能被减少，从而在活塞外周表面和汽缸内周表面之间的滑动表面压力能进一步被降低。这样，直线压缩机的机械损失可被降低，效率可被提高，并且可靠性也被提高。

这个实施例的弹簧件可使用于图2所示直线压缩机的桔构上，但弹簧件600a和600b中只有一个能被使用于图1所示直线压缩机的结构上。

按照本发明，由于在直线电动机和汽缸的圆筒形部之间制有空间，从直线电动机发出的热不容易传到在汽缸内形成的压缩室内的致冷剂上，因此直线压缩机的受热损失可被减少，效率可被提高。

按照本发明，由于在汽缸的法兰内制有连通路径，使致冷剂可以对流而不会被沉淀，因此受热损失可进一步减少。

另外，按照本发明，由于将设置在直线电动机两端附近的弹簧件连接起来的连接件连接并支承着活塞，即使有磁场吸引力施加在活塞上，活塞的外周表面也不会被推向汽缸的圆筒形部的内周表面，因此滑动表面所受到的压力可被减少。采用这种配置，直线压缩机的机械损失可被减少，效率可被提高，可靠性可被提高。另外，用来将弹簧件连接在一起的连接件可被容纳在直线电动机的定子和汽缸的圆筒形部之间的空间内，因此，压缩室可利用直线电动机的内部空间构成。采用这种配置，直线压缩机可进一步缩小尺寸。

另外，按照本发明，将弹簧件的弹性部划分成基本上为C形的板，然后将板结合起来使它们如同从一个虚中心沿圆周方向螺旋地延伸出来，这样在用压力机成形时，可不需将弹性部之间的多余部分冲去，而弹性部的每一块板的宽度可在压力机成形时相应地增加，这样便能提高弹簧件的强度。

另外，按照本发明，由于具有多个沿圆周方向螺旋地延伸出来的弹性部的两个弹簧件的弹性部的延伸方向各不相同，因此，两个弹簧件的直径方向位移力不会互相重合，连接起来的弹簧件的直径上的位移能被减少，在活塞的外周表面和汽缸的内周表面之间的滑动表面压力能被减少，从而直线电动机的机械损失能被减少，效率能被提高，可靠性也被提高。

另外，按照本发明，由于连接件由非磁性材料制成或设有多条细长槽，即使连接件在直线电动机附近的泄漏磁场内往复移动，铁芯损失如涡流也不会产生，这能有助于直线压缩机效率的提高。

Claims (10)

1.一种直线压缩机，包括一个具有法兰和圆筒形部的汽缸被一支承机构支承在气密容器内，一个沿着轴向可移动地支承在所说圆筒形部内的活塞，一个将轴向力施加给所说活塞的弹簧件，和一个直线电动机，其定子固定在所说汽缸的法兰上，并设置在所说圆筒形部外周的周围，其移动件则与所说活塞连接，其中在所说定子和所说圆筒形部之间形成一个空间。

2.权利要求1的直线压缩机，还具有一条连通路径使所说空间与所说汽缸和所说直线电动机的外周区域互相连通。

3.权利要求2的直线压缩机，其中所说连通路径是在所说法兰内制出的。

4.一种直线压缩机，包括一个具有法兰和圆筒形部的汽缸，被一支承机构支承在气密容器内，一个沿着轴向可移动地支承在所说圆筒形部内的活塞，一个直线电动机，其定子固定在所说汽缸的法兰上并设置在所说圆筒形部外周的周围，其移动件则与所说活塞连接，以及一对分别设置在所说直线电动机两端附近并将轴向力施加给所说活塞的弹簧件，其中在所说定子和所说圆筒形部之间形成一个空间，并有一个使所说移动件和弹簧件更接近所说法兰的连通件设在所说空间内。

5.权利要求1或4的直线压缩机，其中所说弹簧件包括一基本上成C形的板，所说板被这样设置使从所说板一端到一虚中心的距离不同于从所说板另一端到所说虚中心的距离。

6.权利要求5的直线压缩机，其中所说板被组合起来。

7.权利要求5的直线压缩机，其中所说板的较接近虚中心的一端被固定在所说移动件上，而所说板的另一端被固定在所说定子上。

8.权利要求4的直线压缩机，其中所说弹簧件包括多个弹性部从一中心沿圆周方向螺旋地延伸出来，并且所说一对弹簧件被这样设置和固定，使所说各弹性部从中心向外延伸的方向各不相同。

9.权利要求4的直线压缩机，其中所说连接件由非磁性材料制成。

10.权利要求4的直线压缩机，其中所说连接件沿着其移动方向设有多条狭长的槽。

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