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CN111089042B - 一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机 - Google Patents

一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机 Download PDF

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CN111089042B CN201911230322.4A CN201911230322A CN111089042B CN 111089042 B CN111089042 B CN 111089042B CN 201911230322 A CN201911230322 A CN 201911230322A CN 111089042 B CN111089042 B CN 111089042B
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Abstract

本发明公开了一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机。现有技术中永磁体与定子间的撞击导致消磁和电机效率下降。本发明包括压缩机组件、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。本发明可以提供线圈与线圈之间的产生的稳定磁场，又可以提高线圈与线圈之间的磁场强度，显著提高了线性压缩机的效率。

Description

一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机
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，具体是一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机。
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制冷剂气体，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、工作的强度等性能的要求越来越高。本专利针对传统线性压缩机存在的这些问题，提出了采用双线圈结构的线性压缩机，其中直流线圈能够根据电流的大小生成不同磁场强度的磁场，用于快速响应负载变化，进而提高压缩机效率；交流线圈在直流线圈生成的磁场中切割磁力线往复运动，带动活塞在气缸内压缩气体做功。
专利号为CN105756894A现有线性压缩机一般通过线性电机电磁共振的方式工作，而不同于常规压缩机通过旋转电机以机械连接方式驱动，线性压缩机的效率比传统曲柄结构压缩机提高。线性压缩机的电机可包括同轴设置的内定子、外定子以及线圈，其中线圈可置于内定子中。现有的线性压缩机的压缩组件可包括永磁体、压缩弹簧、气缸、气缸盖和活塞等。当线性压缩机的线圈通入交流电后，内定子与外定子之间产生交变的磁场。永磁体可在交变磁场的作用下沿轴向方向做往复运动，通过支架带动活塞往复运动，进而能够使气缸吸入气体和压缩气缸内的气体。
在现有的线性压缩机的工作过程中，首先，当需要压缩机高负荷运转时，只能通过改变交流电线圈的交变电流，加快活塞运动的频率。其次，现有的线性压缩机使用的是永磁体，压缩机的成本大。最后，现有的线性压缩机只能改变一组线圈电流，导致电机效率下降、线圈发热、永磁体消磁的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机。
本发明包括压缩机组件、直线电机组件、交流电机组件、板弹簧组件。
所述的压缩机组件包括箱体、机架和气缸，箱体固定安装在机架上，气缸设置在箱体内，并固定设置在机架上，气缸内腔通过通气管与箱体外相通，活塞杆的一端与气缸内的活塞头固定连接，箱体内侧壁固定铺有绝缘层。
所述的直线电机组件包括直流线圈和轭铁；直流线圈为圆环形线圈，轭铁为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，轭铁设置在直流线圈的内环内，活塞杆穿过轭铁的中心穿孔。
所述的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；交流线圈与直流线圈和轭铁同轴设置，并设置在直流线圈与轭铁之间的间隙处；活塞杆的另一端与支撑架固定连接。
所述的板弹簧组件为结构相同的两个，每个板弹簧组件包括板弹簧底座和板弹簧组。
所述的板弹簧底座包括为台阶圆柱形，中心开有安装孔。所述的板弹簧组包括多片涡旋板弹簧；所述的涡旋板弹簧为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽，中心开有穿孔，相邻的涡旋板弹簧通过垫圈隔开，叠放的涡旋板弹簧与板弹簧底座固定连接；垫圈包括位于同一平面的内圈垫圈和外圈垫圈，涡旋渐开线槽位于内圈垫圈与外圈垫圈之间；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。
进一步，所述的交流线圈的外沿距离直流线圈的内沿1-2mm，内沿距离轭铁的外沿1-2mm。
进一步，每个板弹簧组包括2-5片涡旋板弹簧。
本发明采用直流、交流用双线圈结构，直流线圈能够根据电流的大小生成磁场强度变化的磁场，用于快速响应负载变化，进而提高压缩机效率。本发明避免了永磁体与外定子和内定子之间的撞击带来的消磁和电机效率下降的问题，既可以提供线圈与线圈之间的产生的稳定磁场，又可以提高线圈与线圈之间的磁场强度，显著提高了线性压缩机的效率。当压缩机处于高负荷状态下，能够多变量地控制压缩机运转效率。从而，避免了由于压缩机高负荷运转情况下，只能改变一组线圈电流，导致电机效率下降、线圈发热、永磁体消磁的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中板弹簧组件的结构示意图；
图3为图2中板弹簧底座的结构示意图；
图4为图2中涡旋板弹簧的结构示意图；
图5为图2中垫圈的结构示意图。
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所示，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1、机架2和气缸3，箱体1固定安装在机架2上，气缸3设置在箱体1内，并固定设置在机架2上，气缸3内腔通过通气管4与箱体外相通，活塞杆5的一端与气缸内的活塞头6固定连接，箱体1内侧壁固定铺有绝缘层7。
直线电机组件包括直流线圈8和轭铁9。直流线圈8为圆环形线圈，轭铁9为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，轭铁9设置在直流线圈8的内环内，活塞杆5穿过轭铁9的中心穿孔。
交流电机组件包括交流线圈10和支撑架11，交流线圈10固定设置在支撑架11的悬臂上。交流线圈10与直流线圈8和轭铁9同轴设置，并设置在直流线圈8与轭铁9之间的间隙处，交流线圈10的外沿距离直流线圈8的内沿1-2mm，交流线圈10的内沿距离轭铁9的外沿1-2mm，交流线圈10可在直流线圈8与轭铁9之间直线运动。活塞杆5的另一端与支撑架11固定连接。
如图2所示，板弹簧组件为结构相同的两个，每个板弹簧组件包括板弹簧底座12和板弹簧组。
如图3所示，板弹簧底座12包括为台阶圆柱形，中心开有安装孔12-1。
板弹簧组包括2-5片涡旋板弹簧13(图中给出三片涡旋板弹簧)。如图4所示，涡旋板弹簧13为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽13-1，中心开有穿孔13-2，相邻的涡旋板弹簧13通过垫圈隔开，叠放的涡旋板弹簧13与板弹簧底座12固定连接。如图5所示，垫圈包括位于同一平面的内圈垫圈14和外圈垫圈15，涡旋渐开线槽13-1位于内圈垫圈14与外圈垫圈15之间。两个板弹簧组件与活塞杆5同轴设置，一个固定安装在活塞杆5的另一端，另一个安装在机架2与轭铁9之间。
本发明的工作过程如下：当直流线圈通入的直流电后，直流线圈之间产生恒定的从上向下的磁场。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，在板弹簧的支撑下驱动活塞在气缸内压缩气体，从通气管排出。
直流线圈沿其轴向的长度大于交流电线圈沿其轴向的长度，以保证交流电线圈高效地利用直流线圈产生的磁场。由于直流线圈之间产生的磁场是稳定的，避免了现有技术中心永磁体与外定子、内定子之间的撞击带来的消磁和电机效率下降的问题。
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，达到多变量的控制动圈式线性压缩机的效率的目的，能寻找最优匹配，使得活塞的位移最大，优化压缩最优工况。其次，避免了由于压缩机高负荷运转情况下，只能改变一组线圈电流，导致电机效率下降、线圈发热、永磁体消磁的问题。
采用使用直流线圈替换永磁体作为定子来产生磁场，提高了磁场的稳定性，大大节省了永磁体的成本。
在活塞两端分别放置板弹簧作为支撑系统，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，蜗旋渐开线槽增大了活塞的位移。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，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 (3)

1.一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；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)固定安装在机架(2)上，气缸(3)设置在箱体(1)内，并固定设置在机架(2)上，气缸(3)内腔通过通气管(4)与箱体外相通，活塞杆(5)的一端与气缸内的活塞头(6)固定连接，箱体(1)内侧壁固定铺有绝缘层(7)；
所述的直线电机组件包括直流线圈(8)和轭铁(9)；直流线圈(8)为圆环形线圈，轭铁(9)为圆柱形电工纯铁，中心开有穿孔，轭铁(9)设置在直流线圈(8)的内环内，活塞杆(5)穿过轭铁(9)的中心穿孔；
所述的交流电机组件包括交流线圈(10)和支撑架(11)，交流线圈(10)固定设置在支撑架(11)的悬臂上；交流线圈(10)与直流线圈(8)和轭铁(9)同轴设置，并设置在直流线圈(8)与轭铁(9)之间的间隙处；活塞杆(5)的另一端与支撑架(11)固定连接；
所述的板弹簧组件为结构相同的两个，每个板弹簧组件包括板弹簧底座(12)和板弹簧组；
所述的板弹簧底座(12)包括为台阶圆柱形，中心开有安装孔(12-1)；所述的板弹簧组包括多片涡旋板弹簧(13)；所述的涡旋板弹簧(13)为圆片形，表面开有涡旋渐开线槽(13-1)，中心开有穿孔(13-2)，相邻的涡旋板弹簧(13)通过垫圈隔开，叠放的涡旋板弹簧(13)与板弹簧底座(12)固定连接；垫圈包括位于同一平面的内圈垫圈(14)和外圈垫圈(15)，涡旋渐开线槽(13-1)位于内圈垫圈(14)与外圈垫圈(15)之间；两个板弹簧组件与活塞杆(5)同轴设置，一个固定安装在活塞杆(5)的另一端，另一个安装在机架(2)与轭铁(9)之间。
2.如权利要求1所述的一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机，其特征在于：所述的交流线圈(10)的外沿距离直流线圈(8)的内沿1-2mm，内沿距离轭铁(9)的外沿1-2mm。
3.如权利要求1所述的一种采用双线圈结构的动圈式线性压缩机，其特征在于：每个板弹簧组包括2-5片涡旋板弹簧(13)。
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