CN2445112Y - 内置永磁直线动力的压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内置永磁直线动力的压缩机,其把柱塞式压缩机与现代管形永磁直流直线电动机,在结构和性能上合为一体,便成为内置永磁直线动力的压缩机。本实用新型采用了现代永磁直流直线电动机构,作为压缩机的内置动力,提高了压缩机整体的功率因数。靠压缩机自身结构密封,并用永磁直流直线电动机的电磁运动去驱动压缩机活塞。该活塞把管形气缸缸体分隔成两个对置的气缸,在活塞的往复运动中,使每个行程都包含一个气缸的压缩排气和另一气缸的吸气动作。

Description

内置永磁直线动力的压缩机

本实用新型涉及一种压缩机，确切地说为柱塞式压缩机，其赋予永磁直流直线电动机的结构和性能，因而成为一种能够自身驱动的内置永磁直线动力的压缩机。

传统柱塞式压缩机是由旋转电动机带动的，经过机械变速器减速，再由曲轴联杆机构或涡轮螺杆机构，把转动变成压缩机活塞的往复直线运动。在压缩机活塞的一推一拉之间，完成吸气和压缩气体的使命。这种柱塞式压缩机与旋转电动机的驱动模式，多年来一直为国内外家用电器行业和空气压缩机厂家广泛应用，尤其用在空调机和电冰箱中。目前，压缩机厂的生产规模有的已达到年产几百万台水平，估计世界压缩机的年产量可能接近亿台之数。所以这方面的技术进步和节能挖潜工作有着重大实际意义，开发新的产品，必将会产生巨大的社会效益和经济效益，同时也蕴含着极大的商机和利润，这也就是本行业21世纪发展的趋势。在分析现有的压缩机工作状态和能量转化因数时，不难发现以下事实：

1、现今大量使用的单相交流(220伏)异步电动机(电容运转方式)的功率因数较低，若改用永磁节能电机，将会有较大改进。

2、各种机械变速器都存在着与电动机匹配损耗和传动的能量损耗。

3、曲轴联杆或涡轮螺杆机构，虽然能把电动机的圆周运动变成压缩机的往复直线运动，却会引起很大功率损耗和振动。

4、压缩机往复运动的两个行程中，只有一个行程压缩气体做功，而且压缩行程和吸气行程，二者的工作状态完全不同，这既扩大了功率和电能的消耗，也决定了压缩机的机械振动和噪声，尤其是启动时的振动和噪声是难以消除的。在这种技术条件下，奢谈安静型空调机和电冰箱，是没有意义的。

5、处于强制运动状态下工作的压缩机，会加剧机件的磨损和压缩机使用寿命的缩短。

以上种种结论表明，现有的柱塞式压缩机与旋转电动机的驱动模式，存在极大节能节电和改善运行品质的空间。

本实用新型的目的就是克服上述现有压缩机的不足，提供一种内置永磁直线动力的压缩机，其简化了压缩机及动力驱动系统，实现了大幅度节电节省原材料的目的，为安静型无振动家电生产提供良好的基础。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的，本实用新型的内置永磁直线动力压缩机，其特征是它包括一个机体，在机体内有直线电动机的管形初级铁心(即定子)作为往复压缩机的缸体，该电动机的次级永磁铁心(即动子)作为压缩机的活塞，在该活塞上有非磁性润滑材料制成的活塞环，该活塞环起着保持电动机定子与转子之间电磁空隙的作用。活塞把压缩机缸体分隔成两个对置的气缸，在缸体两端侧分别设有吸气管、进气阀和排气管及排气阀，该压缩机的电动机由CPU数控直流电源驱动。

在机体与管形初级铁心之间设有硅树脂密封。

所述的直线电动机为多个单极电动机的轴向组合的多极结构，而起压缩机气缸作用的铁心则是整体尺寸的延长，活塞也相应延长。

本实用新型在管形永磁直流直线电动机的管形定子(初级)铁心的外围，沿圆周绕制电枢。铁心选用优质软磁合金材料制造，其内壁兼作压缩机气缸。该电动机的动子(次级)为永磁铁心，被加工成圆柱形。它在管形定子气缸内作往复运动，起压缩机活塞作用。永磁铁心动子(活塞)是高磁能积永磁材料：稀土永磁材料(钕铁硼、稀土钴等)、铁氧体永磁材料(锶铁氧体、锂铁氧体等)、铝镍铬永磁材料等制作而成。永磁铁心动子(活塞)与直线电动机定子(即压缩机的气缸)之间的电磁间隙尺寸，本发明人则采用具有自润滑功能的非磁性材料制成活塞环，并靠活塞环的厚度尺寸来确定的。

作为一种内磁式直线电动机，它的永磁动子铁心的直径和行程是由压缩机的尺寸和容积决定的。而该电动机的性能参数和工作曲线，则由电动机的电枢绕组、动子和定子铁心的尺寸和直流驱动电源的工作状态决定的。为适应压缩机的往复工作曲线的动力需求，应调整并最终确定该直线电动机的诸项性能参数，包括：峰值推力值、持续推力值、电动机动子的最大位移速度、最大行程、往复频率和往复工作曲线。

本实用新型的另一种结构安排，是外磁式管形永磁直流直线电动机与压缩机，二者在结构和性能的结合。恰恰与前一种内磁式管形永磁直流直线电动机与压缩机的组合安排相反。在这里，作为压缩机气缸的是该直线电动机的管形永磁定子(次级)铁心，而作为压缩机活塞的却是，由顺磁铁心与直线驱动控制的电枢共同组成的电动机(次级)动子。

本实用新型为全封闭压缩机结构，无需全封闭保护罩。在管形压缩缸体的两端的端盖处分别安装进气单向阀、进气管和出气单向阀、出气管，并由往复运动的活塞分成两个气缸。这一对气缸在中间活塞的往复运动中，实现双气缸的全行程双向压缩和吸气做功过程。当活塞向前完成压缩过程之时，在活塞的后方气缸便已完成吸气过程。这样就使压缩机每个行程都包含着压缩和吸气两个动作，因而，把往复式压缩机的工作效率整整提高了一倍。同时，也决定了该压缩机能够始终处于平稳和无噪声状态下工作，包括启动过程。经过长期使用之后，活塞被磨损漏气，但所漏气体只能进入活塞另一侧的气缸中，成为吸气的组份。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型压缩机自带动力，不用另配电动机驱动。

2、不使用任何机械传动变速系统，也没有曲轴联杆或涡轮螺杆机构，因为根本不存在旋转动力，自然不用把旋转动力变为直线运动动力。

3、本实用新型采用了现代永磁直流直线电动机构，作为压缩机的内置动力，提高了压缩机整体的功率因数。

4、取消了传统的锅形保护外壳，靠压缩机自身结构密封和散热，并以永磁直流直线电动机构的电磁运动去驱动压缩机活塞。该活塞把管形气缸缸体分隔成两个对置的气缸，在活塞的往复运动中，每个行程都包含一个气缸的压缩排气和另一气缸的吸气动作。这样就把现有的往复式柱塞压缩机的单向工作，变为双向工作，使每个工作循环的压缩效率，整整提高一倍。

5、实现了压缩机往复行程工作状态的统一，即对置双气缸的双向全行程的平衡吸气和压缩动作，这就决定了本实用新型压缩机的平稳、无振动和无噪声的运行和启动。因此，只有应用本项实用新型的柱塞式压缩机，才能生产出真正名符其实的“安静型”、节能空调机和电冰箱。

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的结构原理，其中：

图1为本实用新型的内置永磁直线动力压缩机的剖面示意图；

图2为压缩机的电动机的驱动电路示意图；

图3为压缩机的电动机的控制电路示意图。

首先参见图1，本实用新型的内置永磁直线动力压缩机包括一个机体1，在机体1内有直线电动机的管形初级铁心2，它就是电动机的定子，其内管作为往复压缩机的缸体3，该电动机的次级永磁铁心，即作为压缩机的活塞4，实质上它是电动机的动子，在该活塞4上有非磁性自润滑材料制成的活塞环5，该活塞环5起着保持电动机定子与转子之间的电磁空隙作用，活塞4把压缩机的缸体3分隔成两个对置的气缸；在缸体3的两端分别设有吸气管8，进气阀9和排气管10及排气阀11，该压缩机的电动机通过电源线6由CPU数控直流电源驱动(现有技术)。机体1与初级铁心2之间设有硅树脂密7。

压缩机内置直流直线电动机，其正向和反向运动的驱动电源为可控硅双向全波桥式整流电源。它把单相交流(220V)市电，经双向全波整流、滤波后，用于驱动电动机。其线路示意于图2中。

作为一种电流源，我们采用定值和幅值可调的双脉冲单稳态电路作触发电路。由它产生交替的定时正向脉冲电压和定时反向脉冲电压，去触发如图3所示的开关控制电路(现有技术)。其工作原理是从驱动电源与直线直流电动机之间取样，它的反馈电流经I/V变换，滤波处理后，输入CPU数字逻辑运算和调制器模块(现有技术)。该取样电压经数字逻辑电路(现有技术)处理和放大，又与来自给定触发器的定时正向和定时反向脉冲电压信号一起，进行矩形等幅脉冲宽度调制(PWM)或正弦脉冲宽度调制(SPWM)，输出调制载波电压控制信号。而处于驱动电源内双向全波整流电路中的可控硅整流二极管的控制极，则接受该电压控制信号，并按它规定的开关周期、正向和反向导通控制偏压执行，完成开关、正向和反向整流作业。因而，才使驱动电源能够按给定的时间周期进行开关控制，并交替给出定值正向驱动电流和定值反向驱动电流。这也就决定了压缩机活塞的往复行程的周期和推力的大小。

当生产厂家把开关、启动和应急启动程序、数字化的行程和周期以及工作程序输入中央处理器CPU(现有技术)以后，结合源自压缩机内参数传感器的实测信号，经模数转换后便由CPU通过实时发出操控信号指令给触发器，对整个电源进行全面调控，使电源的工作(输出电流的大小和开关)能够完全满足压缩机工作的需求。

Claims (3)

1、一种内置永磁直线动力压缩机，其特征是它包括一个机体，在机体内有直线电动机的管形初级铁心作为往复压缩机的缸体，该电动机的次级永磁铁心作为压缩机的活塞，在该活塞上有非磁性润滑材料制成的活塞环，该活塞环起着保持电动机定子与转子之间电磁空隙的作用，活塞把压缩机缸体分隔成两个对置的气缸，在缸体两端侧分别设有吸气管、进气阀和排气管及排气阀，该压缩机的电动机由CPU数控直流电源驱动。

2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征是机体与管形初级铁心之间设有硅树脂密封。

3、根据权利要求1所述的压缩机，其特征是所述的直线电动机为多个单极电动机的轴向组合的多极结构，而起压缩机气缸作用的铁心则是整体尺寸的延长，活塞也相应延长。

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