CN113969881A - 一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机，包括缸体机构和缸盖机构，缸体机构，包括缸体和电磁活塞组件，缸体内设有工作腔，电磁活塞组件安装在工作腔内并在工作腔内移动；缸体设有第一单向阀组件；缸盖机构在缸体端部并经第一单向阀组件与工作腔相通，缸盖机构设有出气口；所述电磁活塞组件，包括活塞、活塞连杆和电磁动力件；电磁动力件带动活塞连杆和活塞一起在工作腔内移动；活塞上安装有第二单向阀组件；活塞的外壁与工作腔内壁密封连接且活塞将工作腔分割为若干个工作子腔；缸体上的进气口与一个工作子腔相通；相邻工作子腔通过第二单向阀组件相通。本发明利用磁场力作为驱动力，结构最简单，成本低，机械效率高，噪音小。

Description

一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机

技术领域

本发明属于电磁、机械制造及流体和散热技术领域，具体涉及一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机。

背景技术

随着科技的日新月异的快速发展，各行各业对清洁压缩空气能源的需求越来越普及且越来越高。而无油活塞式空气压缩机由于结构简单、性能稳定而倍受市场青睐。目前，市场上流行比较广、技术相对比较成熟的活塞式无油空气压缩机，都是通过电机旋转运动，驱动连杆，再带动活塞再气缸内作往复运动，从而压缩气体做功，在单相阀的作用下，能够连续不断向外输出压缩气体。由于电机的旋转运动在变化成活塞的直线运动过程中，电机轴的受力每时每刻都在变化，其动平衡是以往活塞式压缩机无法解决的难题，只能做到相对平衡。所以，以往的活塞式空压机输出气体的压力不可能很高，一般在1.25MPa左右，额定压力下的排气量与电机的转速、活塞的行程成正比，同样由于动平衡原因，排气量能做到400L/min已经困难。

发明内容

针对上述现有技术中描述的不足，本发明提供一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机。

本发明所采用的技术方案为：

一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机，包括缸体机构和缸盖机构，所述缸体机构，包括缸体和电磁活塞组件，缸体内设有工作腔，电磁活塞组件安装在工作腔内并在工作腔内移动；缸体的端部设有第一单向阀组件；缸盖机构安装在缸体端部并经第一单向阀组件与工作腔相通，且缸盖机构设有出气口；所述电磁活塞组件，包括活塞、活塞连杆和电磁动力件；活塞通过活塞连杆与电磁动力件连接，电磁动力件带动活塞连杆和活塞一起在工作腔内移动；活塞上安装有第二单向阀组件；活塞的外壁与工作腔内壁密封连接且活塞将工作腔分割为若干个工作子腔；缸体上的进气口与一个工作子腔相通；相邻工作子腔通过第二单向阀组件相通。

作为本发明的一种优选方案，所述缸体包括至少一个筒形的磁轭，利用磁轭不仅能够作为磁能的通道，同时还作为气体压缩的工作腔，且作为黑色金属材料又便于进行表面处理，即简化了结构，能够控制、降低成本。

作为本发明的一种优选方案，所述活塞与缸体内壁接触处设有自润滑密封件，本发明可利用聚四氟乙烯复合材料的自润滑弹性，作为活塞与气缸之间的密封件，做到无油运行。

作为本发明的一种优选方案，所述缸盖机构包括缸盖体，缸盖体设有出气口，出气口与活塞连杆轴线相同，并且缸盖体朝向第一单向阀组件的端面设有出气腔槽，出气腔槽与出气口相通，从第一单向阀组件压缩过来的高压气体经出气腔槽从出气口排出。出气口设在缸盖体的轴线方向，与压缩后气体的流动方向一致，减小气体对其通道的冲击，有利于降低噪音。

作为本发明的一种优选方案，所述缸体的两个端部均设置有第一单向阀组件；且所述电磁活塞组件，包括两个相对设置的活塞，分别为活塞I和活塞II，活塞I和活塞II通过活塞连杆连接在一起，且活塞I与活塞II之间的工作腔为低压腔，低压腔与进气口相通；活塞I与一个第一单向阀组件之间的工作腔、活塞I与另一个第一单向阀组件之间的工作腔均为压缩腔。双活塞结构能够在工作腔内每往返运动一次，都能对工期各压缩一次，即活塞的任一方向的运动，都能在压缩空气的同时完成吸气，往、返都压缩空气做功，也就是活塞没有空行程。

作为本发明的一种优选方案，所述电磁动力件包括至少一个螺旋线圈，螺旋线圈安装在活塞连杆上，采用螺旋线圈通电后产生磁场，而同向磁场相互排斥，异向磁场相互吸引来作为驱动力，即利用磁场力直接作为压缩机的驱动力，通过改变螺旋线圈的通电方向，即改变螺旋线圈中产生磁场的方向，以达到螺旋线圈的左右运动，从而推动活塞压缩气体，再借助单向阀的作用，能够源源不断输出压缩气体。

作为本发明的一种优选方案，所述电磁动力件包括固定螺旋线圈、运动螺旋线圈I和运动螺旋线圈II，固定螺旋线圈与缸体固定连接，运动螺旋线圈I和运动螺旋线圈II分列在固定螺旋线圈两侧，且运动螺旋线圈I和运动螺旋线圈II通电方向相反，固定螺旋线圈与运动螺旋线圈I或运动螺旋线圈II通电方向相同；且运动螺旋线圈I和运动螺旋线圈II均安装在活塞连杆上，活塞连杆穿过固定螺旋线圈。

三个螺旋线圈是为了加大线圈的出力效果，中间为固定线圈，两端为运动线圈，三个线圈通过电流时，能够确保运动线圈的受力沿同一方向增大。通过改变线圈中电流方向，即改变线圈中产生磁场的方向，以达到运动线圈的左右运动，从而推动活塞压缩气体，再借助单向阀的作用，能够源源不断输出压缩气体。

并且固定螺旋线圈是同心螺旋线圈用环氧树脂与磁盘浇注在一起，两侧与磁轭固定的结构。将两个运动螺旋线圈连接在一起的活塞连杆能够在固定线圈的中心往复运动。

无论是固定螺旋线圈，还是运动螺旋线圈都是同心螺旋线圈，当同心螺旋线圈通过电流时，其产生的磁场沿螺旋线圈的中心轴线方向，同一螺旋线圈中两个线圈间产生的磁场力也沿线圈的轴线，这与压缩机活塞的运动方向完全一致，这样的结构，能够全部电能转化成机械能时，其转换效率会非常高。

作为本发明的一种优选方案，所述活塞连杆包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，第一连杆与活塞I可拆卸式连接，第二连杆穿过固定螺旋线圈并将第一连杆和第三连杆可拆卸式连接在一起，第三连杆与活塞II可拆卸式连接。为了便于组装和拆卸，将活塞连杆设置成三节式结构。而且，运动线圈与活塞成为一个刚性体，在线圈运动而推动活塞压缩气体做功的过程中，没有连杆铰链类的相对转动，从而又节省了一部分机械效能损失。

本发明的运动螺旋线圈在磁轭中作直线运动，与活塞的运动轨迹完全一致，在由电能转化成机械能的过程中，能够缩小压缩机的主要部件：活塞的长度尺寸，使得产品的结构尺寸变小。再者，线圈中产生的磁能与压缩气体的方向处在同一轴线上，能量不向其它方向发散，机械效率会有所提高。还有，线圈带动活塞压缩气体做功的同时，活塞除受轴向力，在其它方向没有任何分力，即活塞与磁轭或说气缸之间的摩擦力几乎没有，也会对机械效率提高有一定帮助。

并且本发明还具有以下特点：

1.具有无油活塞式空气压缩机的特点：组成产品的各零部件结构简单，无需特殊的加工工艺，加工工艺成熟，制造简单，生产成本低、调试方便、安装容易。利用具有自润滑特性的聚四氟乙烯复合材料作为密封介质，无需润滑油，输出的气体无油、清洁，无污染。

2.冷却方式可以强制风冷，也可水冷，给使用者多种选用空间。强制风冷成本比水冷低，但水冷有利于吸收振动性价比高。不同的冷却方式，能够满足不同行业、不同领域的用户要求。

3.三线圈设计，在利用线圈通过不同方向电流，从而产生不同方向磁场，在达到增大磁场力的同时，这样的结构最简单，不仅有利于降低成本，更确保产品可靠性的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为本发明线圈不同通电方向产生磁力的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机，如图1和2所示，包括缸体机构和缸体机构，所述缸体机构，包括缸体1和电磁活塞组件，所述缸体1由两个筒形磁轭充当，为磁轭A和磁轭B。在缸体1的两个端部设有第一单向阀组件；第一单向阀组件，包括单向阀板10，单向阀板10上设有单向阀I。并且缸体1内设有工作腔2，缸盖机构安装在缸体1端部并经第一单向阀组件与工作腔2相通，且缸盖机构设有出气口8。本实施例中缸盖机构包括上缸盖机构11和下缸盖机构12，上缸盖机构和下缸盖机构结构相同，都包括缸盖体91，缸盖体91设有出气口8，出气口8与活塞连杆轴线相同，并且缸盖体朝向第一单向阀组件的端面设有出气腔槽，出气腔槽与出气口相通，从第一单向阀组件压缩过来的高压气体经出气腔槽从出气口排出。出气口设在缸盖体的轴线方向，与压缩后气体的流动方向一致，减小气体对其通道的冲击，有利于降低噪音。

所述的电磁活塞组件，包括活塞、活塞连杆和电磁动力件；活塞通过活塞连杆与电磁动力件连接，电磁动力件带动活塞连杆和活塞一起在工作腔内移动；活塞上安装有第二单向阀组件；活塞的外壁与工作腔2内壁密封连接，并且活塞与缸体1内壁接触处设有自润滑密封件，本实施例可利用聚四氟乙烯复合材料的自润滑弹性，作为活塞与气缸之间的密封件，做到无油运行。

本实施例中，所述电磁活塞组件，包括两个相对设置的活塞，分别为活塞I31和活塞II32，活塞I31和活塞II32通过活塞连杆连接在一起，且活塞I31与活塞II32之间的工作腔为低压腔7，低压腔7与进气口6相通；活塞I32与一个第一单向阀组件之间的工作腔、活塞I32与另一个第一单向阀组件之间的工作腔均为压缩腔。压缩腔通过对应活塞上的第二单向阀组件与低压腔相通。

并且为了加大线圈出力效果，所述电磁动力件包括固定螺旋线圈51、运动螺旋线圈I52和运动螺旋线圈II53，固定螺旋线圈51与缸体1固定连接，运动螺旋线圈I52和运动螺旋线圈II53分列在固定螺旋线圈51两侧，且运动螺旋线圈I52和运动螺旋线圈II53通电方向相反，固定螺旋线圈51与运动螺旋线圈I52或运动螺旋线圈II53通电方向相同；且运动螺旋线圈I52和运动螺旋线圈II53均安装在活塞连杆上，活塞连杆穿过固定螺旋线圈51。

所述的活塞连杆包括第一连杆41、第二连杆42和第三连杆43，第一连杆41与活塞I31可拆卸式连接，第二连杆42穿过固定螺旋线圈51并将第一连杆41和第三连杆43可拆卸式连接在一起，第三连杆43与活塞II32可拆卸式连接。为了便于组装和拆卸，将活塞连杆设置成三节式结构。而且，运动线圈与活塞成为一个刚性体，在线圈运动而推动活塞压缩气体做功的过程中，没有连杆铰链类的相对转动，从而又节省了一部分机械效能损失。

三个螺旋线圈是为了加大线圈的出力效果，中间为固定线圈，两端为运动线圈，三个线圈通过电流时，能够确保运动线圈的受力沿同一方向增大。通过改变线圈中电流方向，即改变线圈中产生磁场的方向，如图3所示，以达到运动线圈的左右运动，从而推动活塞压缩气体，再借助单向阀的作用，能够源源不断输出压缩气体。

并且固定螺旋线圈是同心螺旋线圈用环氧树脂与磁盘浇注在一起，两侧与两个磁轭夹持固定的结构。将两个运动螺旋线圈连接在一起的活塞连杆能够在固定线圈的中心往复运动。

无论是固定螺旋线圈，还是运动螺旋线圈都是同心螺旋线圈，当同心螺旋线圈通过电流时，其产生的磁场沿螺旋线圈的中心轴线方向，同一螺旋线圈中两个线圈间产生的磁场力也沿线圈的轴线，这与压缩机活塞的运动方向完全一致，这样的结构，能够全部电能转化成机械能时，其转换效率会非常高。

并且本实施例中，进气口设置在中间线圈的附近，虽然与活塞的运动方向垂直，但这时是低压力，气流速度、温度等都不高，对产品的噪音、振动、温升等性能没有太大影响。而出气口方向与运动方向一致，能够有效避免高压力、高速度、高温度气流对气流通道的冲击，对产品的运行稳定非常有利。

对以往的无油活塞压缩机，由于电机带动，从电机的旋转运动到活塞的直线运动，势必引起不必要的机械振动和能量损失，以及噪音的增大。从旋转运动到直线运动，还必然会引起与活塞轴线垂直方向的分力，引起活塞在气缸内摆动，所以，以往的无油活塞压缩机的活塞外表面必需用聚四氟乙烯复合材料作为耐磨和吸震材料。而这种无轴承式无油活塞压缩机，只需在芯轴与中间线圈的中心做好导向，且活塞受力只有轴向力，无需对活塞外表面进行表面处理，同样会降低产品成本。

当活塞I和活塞II在螺旋线圈的磁场力作用下向一起向上缸盖机构11运动压缩时，上缸盖机构的缸盖体对应的单向阀I开启，下缸盖机构对应的单向阀I关闭，活塞I31上的单向阀II关闭，活塞II32上的单向阀开启，低压气体从进气口进入到低压腔；上缸盖机构对应的单向阀板10和活塞I31之间形成高压腔，高压腔内的气体被活塞I从单向阀I排出至上缸盖机构的出气腔槽，进而从出气口排出；活塞II与下缸体机构对应的单向阀板10之间的压缩腔作为预备高压腔；低压腔内的低压气体从活塞II32的单向阀II进入到预备高压腔内；改变两个运动螺旋线圈的通电方向后，活塞的运动方向改变，活塞II上的单向阀II关闭，活塞I上的单向阀II开启；上缸盖机构对应的单向阀板上的单向阀I开启；下缸盖机构对应的单向阀板上的单向阀I关闭；活塞I与单向阀板之间的压缩腔作为预备高压腔，活塞II与单向阀板10之间的压缩腔作为高压腔，将压缩的高压气体从下缸盖机构的出气口排出。

本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无电机直动型无油活塞式空气压缩机，包括缸体机构和缸盖机构，其特征在于：所述缸体机构，包括缸体（1）和电磁活塞组件，缸体（1）内设有工作腔（2），电磁活塞组件安装在工作腔（2）内并在工作腔（2）内移动；缸体（1）的端部设有第一单向阀组件；缸盖机构安装在缸体（1）端部并经第一单向阀组件与工作腔（2）相通，且缸盖机构设有出气口（8）；所述电磁活塞组件，包括活塞、活塞连杆和电磁动力件；活塞通过活塞连杆与电磁动力件连接，电磁动力件带动活塞连杆和活塞一起在工作腔内移动；活塞上安装有第二单向阀组件；活塞的外壁与工作腔（2）内壁密封连接且活塞将工作腔（2）分割为若干个工作子腔；缸体（1）上的进气口（6）与一个工作子腔相通；相邻工作子腔通过第二单向阀组件相通。

2.根据权利要求1所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述缸体（1）包括至少一个筒形的磁轭。

3.根据权利要求1所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述活塞与缸体（1）内壁接触处设有自润滑密封件。

4.根据权利要求1所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述缸盖机构包括缸盖体（91），缸盖体（91）设有出气口（8），出气口（8）与活塞连杆轴线相同。

5.根据权利要求1-4中任一所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述缸体（1）的两个端部均设置有第一单向阀组件；且所述电磁活塞组件，包括两个相对设置的活塞，分别为活塞I（31）和活塞II（32），活塞I（31）和活塞II（32）通过活塞连杆连接在一起，且活塞I（31）与活塞II（32）之间的工作腔为低压腔（7），低压腔（7）与进气口（6）相通；活塞I（32）与一个第一单向阀组件之间的工作腔、活塞I（32）与另一个第一单向阀组件之间的工作腔均为压缩腔。

6.根据权利要求5所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述电磁动力件包括至少一个螺旋线圈，螺旋线圈安装在活塞连杆上。

7.根据权利要求6所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述电磁动力件包括固定螺旋线圈（51）、运动螺旋线圈I（52）和运动螺旋线圈II（53），固定螺旋线圈（51）与缸体（1）固定连接，运动螺旋线圈I（52）和运动螺旋线圈II（53）分列在固定螺旋线圈（51）两侧，且运动螺旋线圈I（52）和运动螺旋线圈II（53）通电方向相反，固定螺旋线圈（51）与运动螺旋线圈I（52）或运动螺旋线圈II（53）通电方向相同；且运动螺旋线圈I（52）和运动螺旋线圈II（53）均安装在活塞连杆上，活塞连杆穿过固定螺旋线圈（51）。

8.根据权利要求7所述的无电机直动型无油活塞式空气压缩机，其特征在于：所述活塞连杆包括第一连杆（41）、第二连杆（42）和第三连杆（43），第一连杆（41）与活塞I（31）可拆卸式连接，第二连杆（42）穿过固定螺旋线圈（51）并将第一连杆（41）和第三连杆（43）可拆卸式连接在一起，第三连杆（43）与活塞II（32）可拆卸式连接。

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