CN205278199U - 一种磁性弹簧及具有其的直线电机和压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁性弹簧及具有其的直线电机和压缩机，该磁性弹簧包括：支撑架，至少设置于支撑架两端之一的弹性振荡单元，以及安装于支撑架两端之间的驱动单元；弹性振荡单元，包括：安装于支撑架端部的直线振荡磁石，以及分别隔离设置于直线振荡磁石上下的固定磁石组，使得支撑架端部悬浮于固定磁石组中间；驱动单元被驱动，通过至少设置于支撑架两端之一的弹性振荡单元的协同作用，使得支撑架进行直线往复运动。本实用新型的方案，可以克服现有技术中储能小、损耗大和装配难度大等缺陷，实现储能大、损坏小和装配难度小的有益效果；其中，磁性弹簧可替代谐振弹簧，提高可靠性，延长使用寿命。

Description

一种磁性弹簧及具有其的直线电机和压缩机

技术领域

本实用新型涉及弹性支撑装置技术领域，具体地，涉及一种磁性弹簧及具有其的直线电机和压缩机。

背景技术

目前压缩机用直线电机大都使用钢制弹簧，实现往复谐振运动。弹簧固有频率单一，无法实现变频调整冷量，而采用变容方式调整压缩机冷量导致制冷能效较低，如图1所示的例子。

参见图1，该线性压缩机100包括：汽缸200、活塞300，以及设有内定子420、外定子440及永磁体460的线性电机400，各部件均容置于壳体110内。当永磁体460由于内定子420与外定子440之间的相互电磁力而线性往复运动时，连接于永磁体460的活塞300沿着永磁体460接合地运动，从而进行线性往复运动。内定子420固定于汽缸200的外围，且外定子440通过机架520和定子端盖540轴向固定。支撑件320连接于活塞300的后侧，两个前主弹簧820的两端由支撑件320和定子端盖540支撑，一个后主弹簧840的两端由支撑件320和后盖560支撑，且后盖560结合于定子端盖540的后侧，前主弹簧820和后主弹簧840构成主弹簧800。消声器700设于活塞300的后侧。在汽缸200的前部设有排放阀620，在排放阀620的前部设有支撑帽640及排放罩660。

如果不采用弹簧，仅依靠电机实现往复运动和压缩气体存在更多的难题。首先是排气瞬间需求出力较大，没有惯性的情况下，需要电机单周期或半周期出力较多，并且多于谐振状态下的做功值；其次单缸压缩，电机需要实现反向，就需要起到刹车和再加速的作用，浪费较多能量；再者在考虑节能的前提下计算频率，相比之下要低很多，无法高频运行，动子质量越重，频率越低。

在专利(申请)号为“201010104727.6”的专利文献中，公开了具有永磁缓冲储能装置的直驱压缩机，如图2所示。该方案中，永磁体磁力与储能及距离关系性极大，距离越远，越无法起到储能的作用；磁石上止点无法准确控制，对安装要求极高；无法解决侧偏力的影响，侧方向磨损应该较为严重；实际生产可操作性低。

参见图2，该具有永磁缓冲储能装置的直线压缩机，包括压缩腔壳体1、活塞2、活塞轴3、第一运动磁环4、第一固定磁环5、第一固定磁环底座6、滑动轴承7、直线电机8、上止点9、下止点10、压缩气室11、吸气阀12、排气阀13、吸气室14、排气室15、吸气口16、排气口17，第二运动磁环18、第二固定磁环19、第二固定磁环底座20，第一凸起环21，第二凸起环22。其中，活塞轴3一端与直线电机8连接，另一端与活塞2连接。滑动轴承7固定于压缩腔壳体1内部，活塞轴3由滑动轴承7定位做往复运动。永磁缓冲储能装置由固定磁环和运动磁环构成，其中在滑动轴承7两侧的第一固定磁环底座6上固定第一固定磁环5、第二固定磁环底座20固定第二固定磁环19，活塞轴3第一凸起环21上固定第一运动磁环4，第二凸起环22上固定第二运动磁环19。吸排气腔体由吸气室14和排气室15组成，吸气室14和排气室15中间相互隔离，气态流体经吸气口16进入吸气室，并由吸气阀12进入压缩气室11，吸气阀12单向导通；气态流体经排气阀13从压缩气室11排入排气室15，再经排气口17排出，排气阀13单向导通。工作时，直线电机8与活塞轴3直接连接，驱动活塞2做高速往复运动压缩制冷剂，活塞沿轴向在上止点9及下止点10之间运动。

在专利(申请)号为“201010600482.6”的专利文献中，公开了具有磁力弹簧结构的直线压缩机，如图3所示。该方案的可实施性较差，未能考虑应用的其他问题。

参见图3，该具有磁力弹簧结构的直线压缩机，磁力弹簧34、运动活塞组件33、直线电机32、压缩机机体31和排气阀30；所述磁力弹簧34，包括永久动磁体和永久定磁体；所述运动活塞组件33，包括电机动子、活塞及永久动磁体；所述直线电机32，包括电机内定子、电机外定子、动子及线圈，动子与活塞及永久动磁体联为一体；压缩机机体31，固定直线电机内定子、外定子及永久定磁体。其中，磁力弹簧34的永久动磁体镶嵌在活塞组件33上。磁力弹簧34的永久定磁体镶嵌在压缩机机体上。运动活塞组件33在电机交变推力的作用下沿电机轴线方向做往复直线运动，从而完成压缩机的吸气-压缩-排气过程。

以上技术中，磁力储能较小，较难实现大容量使用；行程限制大，短行程无法正常工作；侧向力较大，侧向磨损会较为严重；整机安装困难，基本无法实施；安装方面对运动方向尺寸要求高，该因素也导致磁石要求准确安装；活塞、气缸座材料要求苛刻，必须不导磁，否则无法实现，并且可能导致较多的附加损耗；动子缺乏支撑点，活塞承受全部的侧偏力，会导致较大的磨损。

现有技术中，存在储能小、损耗大和装配难度大等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述缺陷，提出一种磁性弹簧及具有其的直线电机和压缩机，以增大储能能力、减小装配难度。

本实用新型一方面提供一种磁性弹簧，包括：支撑架，至少设置于所述支撑架两端之一的弹性振荡单元，以及安装于所述支撑架两端之间的驱动单元；所述弹性振荡单元，包括：安装于所述支撑架端部的直线振荡磁石，以及分别隔离设置于直线振荡磁石上下的固定磁石组，使得所述支撑架端部悬浮于所述固定磁石组中间；所述驱动单元被驱动，通过至少设置于所述支撑架两端之一的弹性振荡单元的协同作用，使得所述支撑架进行直线往复运动。

优选地，所述驱动单元，包括安装于所述支撑架两端之间的驱动磁石。

优选地，所述固定磁石组包括第一固定磁石组，所述第一固定磁石组包括四个固定磁石，所述四个固定磁石在直线振荡磁石的垂直方向上呈田字形对称包罗于所述直线振荡磁石外围。

优选地，所述第一固定磁石组围绕所述直线振荡磁石的一端设置。

优选地，所述固定磁石组还包括第二固定磁石组，所述第二固定磁石组与所述第一固定磁石组结构相同，围绕所述直线振荡磁石的另一端设置。

优选地，所述直线振荡磁石包括至少两个，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在每两个直线振荡磁石之间围绕设置有一组所述固定磁石组。

优选地，所述直线振荡磁石包括至少两个，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在每个直线振荡磁石的相同一端围绕设置有所述固定磁石组，形成串联结构。

优选地，所述直线振荡磁石包括至少两行，每行所述直线振荡磁石包括一个直线振荡磁石；至少两行直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向并行设置，在每行直线振荡磁石的相同一端围绕设置有所述固定磁石组，且两行之间的固定磁石共用，形成并联结构。

优选地，所述直线振荡磁石包括至少两行，至少两行直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向并行设置；每行所述直线振荡磁石包括至少两个直线振荡磁石，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在两个直线振荡磁石之间围绕设置有一组所述固定磁石组，且两行之间的固定磁石共用。

优选地，每两个直线振荡磁石之间的间距，大于直线振荡的单边振幅。

优选地，当所述弹性振荡单元设置于所述支撑架两端时，设置于所述支撑架两端的弹性振荡单元分别为第一弹性振荡单元与第二弹性振荡单元，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元，具有相同的结构，对称于所述驱动单元设置；或者，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元，具有不同的结构，不对称于所述驱动单元设置；或者，当所述弹性振荡单元设置于所述支撑架一端时，设置于所述支撑架一端的弹性振荡单元包括第一弹性振荡单元与第二弹性振荡单元，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元具有相同的结构或具有不同的结构，且所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元之间隔开预设距离以使所述驱动单元平衡。

优选地，所述直线振荡磁石与所述固定磁石之间的垂向距离为0.5mm-1.2mm，所述直线振荡磁石的厚度小于1.5mm，所述固定磁石的厚度小于5mm且大于所述直线振荡磁石的厚度，所述直线振荡磁石与所述固定磁石的交叠距离为0-5mm。

与上述磁性弹簧相匹配，本实用新型另一方面提供一种直线电机，包括：以上所述的磁性弹簧，其中，所述支撑架为动子支撑架，所述驱动单元为动子。

与上述直线电机相匹配，本实用新型再一方面提供一种压缩机，包括活塞和具有其的气缸，还包括以上所述的直线电机；当所述弹性振荡单元为两个时，两个弹性振荡单元位于所述驱动单元两侧或一侧；其中，所述两个弹性振荡单元位于所述驱动单元两侧时，所述一个弹性振荡单元位于活塞与驱动单元之间，所述另一个弹性振荡单元位于所述驱动单元远离活塞的一端；所述两个弹性振荡单元位于所述驱动单元一侧时，其使用方式包括两种情况：其一，活塞位于所述驱动单元另一侧，活塞与气缸的缸孔配合，用于支撑所述驱动单元；其二，活塞的连杆采用柔性杆时，两个磁性振荡单元在驱动单元一侧，活塞在另一侧，且两个磁性振荡单元之间隔开预设距离以使所述驱动单元平衡；所述固定磁石组固定在压缩机机架或机架延伸固定件上。

本实用新型方案，通过磁石的摆放排布、磁石的大小等，解决本实用新型方案磁石的侧向偏移难题，提高本实用新型方案的实际的应用能力。

进一步，本实用新型方案，通过磁性弹簧代替钢制弹簧，解决了钢制弹簧容易疲劳断裂的寿命问题。磁性弹簧在一定的温度和磁场强度范围内能够稳定保证其工作特性，可靠性高，可是实行强。

进一步，本实用新型方案，通过使用磁性弹簧实现永磁磁悬浮轴承，将弹簧和轴承集合在一起设计，并且是无源无损耗设计，能够大大提升电机效率、压缩机性能。

由此，本实用新型方案利用磁石的摆放排布、磁石的大小等，解决磁石的侧向偏移难题，提升储能能力、减小装配难度的问题，从而，克服现有技术中储能小、损耗大和装配难度大的缺陷，实现储能大、损坏小和装配难度小的有益效果。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有压缩机的结构示意图；

图2为现有具有永磁缓冲储能装置的直驱压缩机的结构示意图；

图3为现有具有磁力弹簧结构的直线压缩机的结构示意图；

图4为本实用新型的磁性弹簧的主体方案即方案一的一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的磁性弹簧的方案一的2D图示的一实施例的结构示意图，其中，(a)为第一弹性振荡单元的纵截面结构示意图，(b)为第一弹性振荡单元的横截面结构示意图，箭头表示往复运动方向；

图6为本实用新型的磁性弹簧的方案一的可调整方案的一实施例的结构示意图，其中，(a)为可调整方案一，(b)为可调整方案二；

图7为本实用新型的磁性弹簧的方案二的一实施例的结构示意图；

图8为本实用新型的磁性弹簧的方案二图示的一实施例的结构示意图，箭头表示直线往复运动方向；

图9为本实用新型的磁性弹簧的问题方案分析的一实施例的结构示意图；

图10为本实用新型的磁性弹簧的采用图6模型仿真分析出力的一实施例的结构示意图，其中，纵轴是中间磁石，也就是支撑架上直线振荡磁石受力情况；

图11为本实用新型的磁性弹簧的衍生方案一的一实施例的结构示意图；

图12为本实用新型的磁性弹簧的衍生方案一改变充磁方向一的实施例的结构示意图；

图13为本实用新型的磁性弹簧的衍生方案二的一实施例的结构示意图；

图14为本发明的磁性弹簧的衍生方案二采用并联方式增加磁性弹簧容量的一实施例的结构示意图。

结合附图1，本实用新型实施例中附图标记如下：

100-线性压缩机；110-壳体；120-前支撑弹簧；140-支撑弹簧；200-汽缸；300-活塞；310-阀；320-支撑件；400-线性马达；420-内定子；440-外定子；460-永磁体；520-机架；540-定子端盖；560-后端盖；620-排放阀；640-支撑帽；660-排放帽；700-消声器；800-主弹簧；820-前主弹簧；840-后主弹簧。

结合附图2，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-压缩腔壳体；2-活塞；3-活塞轴；4-第一运动磁环；5-第一固定磁环；6-第一固定磁环底座；7-滑动轴承；8-直线驱动装置；9-上止点；10-下止点；11-压缩气室；12-吸气阀；13-排气阀；14-吸气室；15-排气室；16-吸气口；17-排气口；18-第二运动磁环；19-第二固定磁环；20-第二固定磁环底座；21-第一凸起环；22-第二凸起环。

结合附图3，本实用新型实施例中附图标记如下：

30-排气阀；31-压缩机机体；32-直线电机；33-运动活塞组件；34-磁力弹簧。

结合附图4-图13，本实用新型实施例中附图标记如下：

40-支撑架(例如：动子支撑架)；42-驱动磁石；51-第一固定磁石；52-第二固定磁石；53-第三固定磁石；54-第四固定磁石；55-第五固定磁石；56-第六固定磁石；57-第七固定磁石；58-第八固定磁石；61-第一直线振荡磁石；62-第二直线振荡磁石；63-第三直线振荡磁石；64-第四直线振荡磁石；50-弹性振荡单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种磁性弹簧。所述磁性弹簧包括：支撑架40，至少设置于所述支撑架40两端之一的弹性振荡单元(例如：弹性振荡单元50)，以及安装于所述支撑架两端之间的驱动单元；所述弹性振荡单元，包括：安装于所述支撑架端部的直线振荡磁石，以及分别隔离设置于直线振荡磁石上下的固定磁石组，使得所述支撑架端部悬浮于所述固定磁石组中间；所述驱动单元被驱动，通过至少设置于所述支撑架两端之一的弹性振荡单元的协同作用(即通过设置于所述支撑架两端或设置于所述支撑架两端之一的弹性振荡单元的协同作用)，使得所述支撑架进行直线往复运动。通过驱动单元的驱动和弹性振荡单元的协同作用，使得支撑架进行直线往复运动，可以实现直线弹性压缩或伸展，储能能力强，装配难度小；该磁性弹簧可替代谐振弹簧，以提高可靠性高，并延长使用寿命。

具体地，所述驱动单元，包括安装于所述支撑架两端之间的驱动磁石42。通过采用驱动磁石作为驱动单元，可以更好地与弹性振荡单元共同作用，有利于提高支撑架的直线弹性运动能力。

在一个例子中，通过将驱动单元的充磁方向设置为与多组固定磁石的充磁方向一致、且支撑架两端的直线振动磁石的充磁方向相反，可以更好地实现直线振动磁石的直线往复运动，且运动的稳定性好。

优选地，所述固定磁石组包括第一固定磁石组，所述第一固定磁石组包括四个固定磁石(例如：第一固定磁石51、第二固定磁石52、第三固定磁石53和第四固定磁石54)，所述四个固定磁石在直线振荡磁石的垂直方向上呈田字形对称包罗于所述直线振荡磁石外围。通过固定磁石和直线振荡磁石的交错排布构成弹性振荡单元，磁场强度的稳定性和可靠性均可以得到保障。

例如：参见图4，作为本实用新型方案的主体方案一，动子上单边磁性弹簧采用6片磁石(例如：第一直线振荡磁石61和第二直线振荡磁石62，以及第一固定磁石51、第二固定磁石52、第三固定磁石53和第四固定磁石54)，其中两片磁石(例如：第一直线振荡磁石61和第二直线振荡磁石62)固定在动子支撑架上，4片磁石(例如：第一固定磁石51、第二固定磁石52、第三固定磁石53和第四固定磁石54)固定在相应的固定件(例如：压缩机机架或机架延伸估计件)上，磁石的充磁方向(例如：极性)如图4所示，采用同性相斥的原理设计，能够有效的悬浮动子部分。其中，驱动部分(例如：驱动单元)为简化替代表示，可采用多种方案。

在一个实施方式中，所述第一固定磁石组围绕所述直线振荡磁石的一端设置。

其中，所述固定磁石组还包括第二固定磁石组，所述第二固定磁石组与所述第一固定磁石组结构相同，围绕所述直线振荡磁石的另一端设置。

由此，可以采用一个直线振荡磁石与相应的固定磁石组配合设置，实现支撑架的直线往复运动。例如：参见图6，上述主体方案一可调整为，省去动子支撑架上一片磁石，磁性弹簧也能够工作(保护衍生方案)；本实施例的磁性弹簧采用磁极极性切向方向运动及受力设计，受力如图7所示。由于磁石的能量密度较大，相比钢制弹簧，能够将体积做到更小，所以，通过磁石的交错排布构成弹性振荡单元，磁场强度稳定。相反，采用如图9方案设计的磁性弹簧，无法保证动子在侧方向上稳定，会出现侧偏，会导致压缩机泵体较大的磨损。

在一个实施方式中，所述直线振荡磁石包括至少两个，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在每两个直线振荡磁石之间围绕设置有一组所述固定磁石组。通过至少两个直线振荡磁石可以增强磁场强度，进而增强固定磁石运动的可靠性和稳定性。

其中，每两个直线振荡磁石之间的间距，大于直线振荡的单边振幅。

例如：磁石可以使用强磁性材料，采用多块磁石交错排布的方式，如图4，支撑架40(例如：动子支撑架)上两片磁石(例如：第一直线振荡磁石61和第二直线振荡磁石62)，该两片磁石的极性相同、且充磁方向均向上，磁石间距大于直线振荡的单边振幅，该单边振幅是第一弹性振荡单元或第二弹性振荡单元离开平衡位置的最大距离。其余4片磁石(例如：第一固定磁石51、第二固定磁石52、第三固定磁石53和第四固定磁石54)呈包罗形式包罗支撑架40端部固定的两片磁石，其余4片磁石呈田字形。

在一个实施方式中，所述直线振荡磁石包括至少两个(例如：第一直线振荡磁石61、第二直线振荡磁石62、第三直线振荡磁石63和第四直线振荡磁石64)，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在每个直线振荡磁石的相同一端围绕设置有所述固定磁石组，形成串联结构(例如：与第一至四固定磁石串联的第五至六固定磁石，如第五固定磁石55、第六固定磁石56、第七固定磁石57和第八固定磁石58)。通过扩充与原来一组固定磁石的充磁方向相反的至少一组固定磁石，可以更好地控制直线往复运动，控制精度高，稳定性好。

例如：参见图12，可在动子支撑架末端继续增加串联，从而提升磁性弹簧的容量。图12仅表示单边增加，适合于单缸压缩场合，左边为排气端。

其中，通过将一个弹性振荡单元中多个固定磁石的充磁方向设置为一致、且两个直线振动磁石的充磁方向设置为相反，可以提高磁性弹簧的储能能力及稳定性。

在一个实施方式中，所述直线振荡磁石包括至少两行，每行所述直线振荡磁石包括一个直线振荡磁石；至少两行直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向并行设置，在每行直线振荡磁石的相同一端围绕设置有所述固定磁石组，且两行之间的固定磁石共用，形成并联结构。例如：参见图14，可采用并联的方式增加磁性弹簧的容量。通过扩充固定磁石并调整直线振动磁石的排布方式，可以更好地扩充磁性弹簧的储能容量，并提高磁场稳定性。

在一个实施方式中，所述直线振荡磁石包括至少两行，至少两行直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向并行设置；每行所述直线振荡磁石包括至少两个直线振荡磁石，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在两个直线振荡磁石之间围绕设置有一组所述固定磁石组，且两行之间的固定磁石共用。

由此，磁性弹簧容量可以采用并联或串联的形式，增加磁性弹簧的储能容量。如图4中增加4片田字形磁石在动子支撑架尾端，增加动子支撑架上直线振荡磁石3片或者更多。也可在动子支撑架上并行增加2片磁石，使得田字型磁石增加为6片或者更多，实现磁性弹簧的储能增加。通过适应性增加磁石的数量，可以扩充磁性弹簧的容量，增强磁场强度，进而更有利于提高直线往复运动的稳定性和可靠性。

优选地，当所述弹性振荡单元设置于所述支撑架两端时，设置于所述支撑架两端的弹性振荡单元分别为第一弹性振荡单元与第二弹性振荡单元，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元，具有相同的结构，对称于所述驱动单元设置。其中，通过采用较好的对称设计，可以有效降低动子在垂直于纸面方向的力，使其在非运动方向上平衡作用力，实现永磁磁悬浮。如图9所示，如果不采用对称设计，动子很容易侧偏，处于不稳定状态。

或者，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元，具有不同的结构，不对称于所述驱动单元设置。通过支撑架两端弹性振荡单元的不对称结构，可以根据需要调整支撑架相应端磁石的数量和排布方式，从而提升磁性弹簧的容量。通过调整多个磁石的充磁方向和排布方式，可以调节磁性弹簧的储能效果，从而扩大磁性弹簧的应用范围和提高磁性弹簧的适应能力。

优选地，当所述弹性振荡单元设置于所述支撑架一端时，设置于所述支撑架一端的弹性振荡单元包括第一弹性振荡单元与第二弹性振荡单元，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元具有相同的结构或具有不同的结构，且所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元之间隔开预设距离以使所述驱动单元平衡。通过将弹性振荡单元设置于支撑架一端，可以加大磁性弹簧的应用范围，增强其通用性。

例如：参见图13，作为上述衍生方案一改变充磁方向的方案，图12中单边磁性弹簧出力方向有两个方向，更类似于钢制弹簧的压缩拉伸状态。图12中动子(例如：驱动单元)目前位置为零点位置，向左运动、受力向右，向右运动、受力向左。而图13中的磁性弹簧，相当于钢制弹簧进行了预压，图12中所示平衡位置，动子左边部分一直受向右的作用力。图12、图13中两边弹簧大小不一致，初始平衡不在图示位置，这种形式，有利于设计特殊使用条件使用。

由此，通过将各固定磁石的充磁方向设置为一致、并与一个直线振动磁石的充磁方向相反，可以提高直线往复运动的稳定性和可靠性。

例如：参见图5，作为上述主体方案一的二维效果图，该方案3号磁石(参见图4的S3)的极性方向可对调，能够明显提升磁性弹簧的储能效果。

由此，通过对调直线振荡磁石的极性方向，可以根据需要提升磁性弹簧的储能能力，并减小装配难度。例如：参见图7，单边磁性弹簧采用9片磁石设计，动子支撑架(例如：支撑架40)上采用1片磁石设计，磁石充磁方向如图5描述可调整。由于该磁石的极性方向可对调，能够明显提升磁性弹簧的储能效果。

更具体地，上述直线振荡磁石与固定磁石之间的垂向距离为0.5mm-1.2mm，所述直线振荡磁石的厚度小于1.5mm，所述固定磁石的厚度小于5mm且大于所述直线振荡磁石的厚度，所述直线振荡磁石与所述固定磁石的交叠距离为0-5mm。例如：参见图5，D2为磁石间距，0.5mm<D2<1.2mm，H1、H2为磁石厚度，1.5mm<H1、H2<5mm，D1为磁石交叠距离，0mm<D1<5mm，D3为田字形磁石间距。通过选用强磁体的多个磁石之间合适的排布方式，可以增强弹簧的储能能力和直线往复运动的稳定性。

由此，本实施例的磁性弹簧的衍生方案及可行方案如图6、图7、图12、图13、图14。充磁方向可如图7、图13灵活变换，实现不同形式的磁性弹簧。图6衍生方案可减少动子支撑架上磁石；图7衍生方案，动子支撑架上采用一片磁石，增加田字形磁石一圈；图12衍生方案，增加田字形磁石，或可同时增加动子支撑架上的磁石，串联增加磁性弹簧的储能容量；图13衍生方案，磁石充磁方向可灵活调整，同样实现磁性弹簧功能。图14衍生方案，可采用并联的形式增加磁性弹簧储能。也可同时使用串联、并联的形式增加磁性弹簧储能。

本实用新型的方案有较多可使用衍生方案，能够有效增加磁性弹簧的储能容量。如图6，可省去一个磁石，减少磁石用量；如图12、图13，可采用图4方案串联的形式，增加磁性弹簧的储能，也可如图14，采用并联的方式，增加磁性弹簧的储能。

根据仿真距离与出力的图10可见，行程较大时，出力接近稳定值，即左右两边的弹簧合理设计时，可保证动子悬浮，但是左右行动是无阻力的，可通过直线电机的驱动设计，使其工作在不同的频率下，实现高效变频运行，解决目前直线压缩机单一频率运行的难题。该效果意义重大，能够拓宽直线压缩机最高性能的冷量范围，提高直线压缩机应用的适应能力。

例如：参见图10，采用图6模型仿真分析出力，出力随距离变化如图。中间磁石从图11中位置以1mm/s的速度向下。当大于6mm后，线性度较好非常适合使用。

在图11中，其中，F1表示左下磁石对其的排斥力，F2表示右下磁石对其的排斥力，F1、F2的合力方向向上，左右方向的力是平衡的；N、S表示磁石的磁极方向即极性，1mm/s表示仿真中模型采用这种方式进行动态仿真，正好取得时间轴数字与距离数字一一对应。

由此，本实施例的磁性弹簧，可靠性高，可实施性高，设计范围内能够安全稳定运行。而现有技术中，钢制弹簧寿命有限制，制造难度大，材料要求苛刻，成本高，并且目前很少有能够加工的厂家，国内没有可以加工的厂家；板弹簧因寿命原因，无法正常应用。

本实用新型方案利用钕铁硼材料的强磁性、抗退磁、同极性间强烈的排斥，永磁材料间可以将势能(动能、重力势能等)转化为磁场的磁势能，并且能够基本无损耗的将磁势能再释放出来，转化成动能，从而实现能量的高效转换。

该特性正好符合往复振荡的直线电机应用场合的技术所需，能够实现钢制弹簧的振荡、储能、能量转换的作用。该特性在部分方面还明显优于钢制弹簧，通过对隔磁材料的选用和设置，能够减小附加损耗和装配困难，并提升容量。

由此，本实施例的磁性弹簧，可以应用于直线振荡压缩机和其他场合，能够替代钢制弹簧，起到往复运动的作用，实现动能与磁性势能的无损转换。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过磁石的摆放排布、磁石的大小等，解决本实用新型方案磁石的侧向偏移难题，提高本实用新型方案的实际应用能力。

根据本实用新型的实施例，还提供了对应于磁性弹簧的一种直线电机。该直线电机包括：以上所述的磁性弹簧，其中，所述支撑架为动子支撑架，所述驱动单元为动子。

其中，所述动子支撑架、及固定件均采用有机高强度材料。动子支撑架、及磁石固定部件都采用有机高强度材料，能够有效避免附加铁损和涡流损耗，使磁性弹簧无损高效运行。

在本实施例中，磁性弹簧可以起到轴承的作用，实现较精准的悬浮，降低或消除摩擦损耗，相当于板弹簧的大径向刚度；可以节省空间，相比普通弹簧，磁性材料能量密集度高，能够更好的节省空间；且磁性弹簧的频率一定范围内可调。

磁性弹簧需距离驱动部分一定距离，防止附加铁损及影响电机正常驱动。

其中，该直线电机中的磁性弹簧，以图4为例，单边弹簧采用6片磁石设计，磁石为平板状磁石，采用平行充磁。其中两片磁石固定在动子支撑架的一侧，磁石充磁方向同向上、或者相对(都可以实现磁性弹簧的功能)，磁石并排摆放，磁石间距与直线电机振荡的幅值密切相关。这里的磁石间距指的是磁性弹簧部分的磁石间距，经过仿真分析，磁性弹簧的有效行程与磁石的长度、磁石的间距相关，磁石间距过小，其有效行程会较短，磁石间距过大，磁性弹簧将不够稳定。磁性弹簧的行程根据实际压缩机或电机需求的振幅来设计是比较合理的，能够充分发挥磁性材料的利用率。

由于本实施例的直线电机中磁性弹簧所实现的处理及功能基本相应于前述磁性弹簧的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过磁性弹簧代替钢制弹簧，解决了钢制弹簧容易疲劳断裂的寿命问题。磁性弹簧在一定的温度和磁场强度范围内能够稳定保证其工作特性，可靠性高，可是实行强。

根据本实用新型的实施例，还提供了对应于直线电机的一种压缩机。该压缩机包括活塞和具有其的气缸，还包括以上所述的直线电机；当所述弹性振荡单元为两个时，两个弹性振荡单元位于所述驱动单元两侧或一侧；其中，所述一个弹性振荡单元位于活塞与驱动单元之间，所述另一个弹性振荡单元位于所述驱动单元远离活塞的一端；所述两个弹性振荡单元位于所述驱动单元一侧时，其使用方式包括两种情况：其一，活塞位于所述驱动单元另一侧，活塞与气缸的缸孔配合，用于支撑所述驱动单元；其二，活塞的连杆采用柔性杆时，两个磁性振荡单元在驱动单元一侧，活塞在另一侧，且两个磁性振荡单元之间隔开预设距离以使所述驱动单元平衡；所述固定磁石组固定在压缩机机架或机架延伸固定件上。

其中，当所述的两个弹性振荡单元均位于驱动单元同一侧时，相当于机械结构中悬臂梁结构，支撑、平衡问题可以解决；磁性弹簧的结构中，磁石与磁石间距离较大，磁性力较大，自平衡能力较强，可以实现。

其中，与传统的钢制弹簧类似，两个弹性振荡单元也可以在驱动单元的一侧使用，不受限制，可根据实际情况灵活调整。例如：两个磁性振荡单元也可放在驱动单元一侧时，其使用方式可分为两种：其一，活塞在驱动单元另一侧，活塞与气缸的缸孔配合，具备支撑能力，可以起到滑动轴承的作用；其二，活塞的连杆采用柔性杆连接，这时不能起到支撑动子的作用，两个磁性振荡单元在驱动单元一侧，活塞在另一侧，两个磁性振荡单元需隔开一定的距离，相当于双支撑悬臂梁结构，有利于改善支撑平稳性，即，使支撑更加平稳。

优选地，如该压缩机为双汽缸对称设计结构时，另一个弹性振荡单元也位于活塞与驱动单元之间。

其中，所述直线电机为E型、C型、横向磁通结构中任一种。其中，E型、C型、横向磁通结构，这三种类型都是现有直线电机设计类型。目前都有应用，本实用新型的磁性弹簧适用于这些结构的直线电机。通过采用多种形式(例如：E型、C型、横向磁通结构等)的直线电机，可以扩展压缩机的适用范围和压缩能效。

其中，其中，直线电机磁石安装方向与磁性弹簧方向垂直；有效解决支撑另一个方向上容易侧滑的难题，保证了结构的稳定性。

其中，磁性弹簧与压缩机缸头和壳体需要控制好距离，避免附加损耗产生。

其中，磁性弹簧，利用磁石极性方向的切向插入产生排斥力的原理，并通过对称上下部分，抵消极性方向受力，产生稳定的水平方向的弹力。该对称设计还能通过磁石间距离差异形成水平方向上的稳定磁悬浮，从而具有防止动子支撑架反转、提高稳定性的效果。

由于本实施例的压缩机中磁性弹簧和直线电机所实现的处理及功能基本相应于前述磁性弹簧和直线电机的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

例如：初始位置如图4所示，磁石动子整体平衡。当动子受电机驱动，向左运动，此时磁性弹簧向左压缩，动子动能储存为弹性势能，直至速度将为零，动子开始向有运动，磁性弹簧释放磁势能，直至平衡位置，速度达到最大；再往右运动，磁性弹簧向右压缩，动能转化为磁势能。当动能全部转化为势能后，速度为零，然后磁势能释放将动子推动往左运动。如此往复，实现振荡运动。

考虑电机不断的增加动能，压缩排气吸收动能，磁势能实现能量传动与循环，形成高效的直线振荡压缩过程。

本实用新型方案的磁性弹簧，不同于专利(申请)号为“201010104727.6”的方案，出力如图10中，比较均匀，能够是压缩机驱动控制较好的控制上止点，实现高效的压缩制冷。

经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过使用磁性弹簧实现永磁磁悬浮轴承，将弹簧和轴承集合在一起设计，并且是无源无损耗设计，能够大大提升电机效率、压缩机性能。而现有技术中旋转电机常采用滑动轴承、滚珠轴承，直线电机目前有厂家采用滑动平面轴承、气浮轴承，电机效率较差。

由此，本实用新型的方案，优于专利申请号为“201010104727.6”的方案，其采用的是磁石极性方向正面排斥的原理设计弹簧，缺点在于其出力与距离成反比例函数关系，距离越近，出力急剧增加，压缩机难以正常控制上止点，容易出现撞缸和余隙过大，实际应用困难(参见图9所示的例子)。专利申请号为“201010104727.6”的方案，无法保证非运动方向的平稳性，侧向力无法控制，机械磨损较大；计对装配和隔磁要求极高，几乎无法实现。本实用新型方案大大提高了这几个方面的能力，具有很大的实施应用能力。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (14)

1.一种磁性弹簧，其特征在于，包括：支撑架，至少设置于所述支撑架两端之一的弹性振荡单元，以及安装于所述支撑架两端之间的驱动单元；

所述弹性振荡单元，包括：安装于所述支撑架端部的直线振荡磁石，以及分别隔离设置于直线振荡磁石上下的固定磁石组，使得所述支撑架端部悬浮于所述固定磁石组中间；

所述驱动单元被驱动，通过至少设置于所述支撑架两端之一的弹性振荡单元的协同作用，使得所述支撑架进行直线往复运动。

2.根据权利要求1所述的弹簧，其特征在于，所述驱动单元，包括安装于所述支撑架两端之间的驱动磁石。

3.根据权利要求1所述的弹簧，其特征在于，所述固定磁石组包括第一固定磁石组，所述第一固定磁石组包括四个固定磁石，所述四个固定磁石在直线振荡磁石的垂直方向上呈田字形对称包罗于所述直线振荡磁石外围。

4.根据权利要求3所述的弹簧，其特征在于，所述第一固定磁石组围绕所述直线振荡磁石的一端设置。

5.根据权利要求4所述的弹簧，其特征在于，所述固定磁石组还包括第二固定磁石组，所述第二固定磁石组与所述第一固定磁石组结构相同，围绕所述直线振荡磁石的另一端设置。

6.根据权利要求3所述的弹簧，其特征在于，所述直线振荡磁石包括至少两个，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在每两个直线振荡磁石之间围绕设置有一组所述固定磁石组。

7.根据权利要求3所述的弹簧，其特征在于，所述直线振荡磁石包括至少两个，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在每个直线振荡磁石的相同一端围绕设置有所述固定磁石组，形成串联结构。

8.根据权利要求3所述的弹簧，其特征在于，所述直线振荡磁石包括至少两行，每行所述直线振荡磁石包括一个直线振荡磁石；至少两行直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向并行设置，在每行直线振荡磁石的相同一端围绕设置有所述固定磁石组，且两行之间的固定磁石共用，形成并联结构。

9.根据权利要求3所述的弹簧，其特征在于，所述直线振荡磁石包括至少两行，至少两行直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向并行设置；每行所述直线振荡磁石包括至少两个直线振荡磁石，至少两个直线振荡磁石沿着所述支撑架的直线往复运动方向设置；在两个直线振荡磁石之间围绕设置有一组所述固定磁石组，且两行之间的固定磁石共用。

10.根据权利要求6所述的弹簧，其特征在于，每两个直线振荡磁石之间的间距，大于直线振荡的单边振幅。

11.根据权利要求1-10之一所述的弹簧，其特征在于，

当所述弹性振荡单元设置于所述支撑架两端时，设置于所述支撑架两端的弹性振荡单元分别为第一弹性振荡单元与第二弹性振荡单元，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元，具有相同的结构，对称于所述驱动单元设置；或者，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元，具有不同的结构，不对称于所述驱动单元设置；

或者，

当所述弹性振荡单元设置于所述支撑架一端时，设置于所述支撑架一端的弹性振荡单元包括第一弹性振荡单元与第二弹性振荡单元，所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元具有相同的结构或具有不同的结构，且所述第一弹性振荡单元与所述第二弹性振荡单元之间隔开预设距离以使所述驱动单元平衡。

12.根据权利要求1-10之一所述的弹簧，其特征在于，所述直线振荡磁石与所述固定磁石之间的垂向距离为0.5mm-1.2mm，所述直线振荡磁石的厚度小于1.5mm，所述固定磁石的厚度小于5mm且大于所述直线振荡磁石的厚度，所述直线振荡磁石与所述固定磁石的交叠距离为0-5mm。

13.一种直线电机，其特征在于，包括：如权利要求1-12任一所述的磁性弹簧，其中，所述支撑架为动子支撑架，所述驱动单元为动子。

14.一种压缩机，其特征在于，包括活塞和具有其的气缸，还包括如权利要求13所述的直线电机；当所述弹性振荡单元为两个时，两个弹性振荡单元位于所述驱动单元两侧或一侧；其中，

所述两个弹性振荡单元位于所述驱动单元两侧时，所述一个弹性振荡单元位于活塞与驱动单元之间，所述另一个弹性振荡单元位于所述驱动单元远离活塞的一端；

所述两个弹性振荡单元位于所述驱动单元一侧时，其使用方式包括两种情况：其一，活塞位于所述驱动单元另一侧，活塞与气缸的缸孔配合，用于支撑所述驱动单元；其二，活塞的连杆采用柔性杆时，两个磁性振荡单元在驱动单元一侧，活塞在另一侧，且两个磁性振荡单元之间隔开预设距离以使所述驱动单元平衡；

所述固定磁石组固定在压缩机机架或机架延伸固定件上。