专利名称：一种单侧弹簧线性压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及压缩机技术领域，特别是涉及单侧弹簧线性压缩机。
背景技术：
压缩机是一种从能量输出机械(如电动机)处接收能量，用以压缩气体提高气体压力或输送气体的机械设备。通常，压缩机可分为往复式压缩机、旋转式压缩机和涡旋式压缩机。其中往复式压缩机工作原理 为工质被吸入到活塞和汽缸之间的压缩空间，活塞在该汽缸内作直线往复运动以压缩气态工质，经压缩后工质升高压力从压缩空间排出。传统的往复式压缩机采用旋转电机推动，需要如曲轴等机械部件将驱动电机的旋转运动转化为活塞的直线往复运动，由于运动转化而发生了巨大的能量损耗。线性压缩机中，活塞直接连接到进行直线往复运动的直线电机上，减少了因为运动转化而带来的能量损耗，可进一步提高压缩效率并简化其构造。由于线性压缩机能够比其他压缩机更节能同时噪声更小，已经应用于家用电器，例如电冰箱。在现有的线性压缩机中，一般采用在直线电机动子两侧布置谐振弹簧，图I为现有技术中线性压缩机的结构示意图。如图I所示，传统线性压缩机包括吸气阀15及排气阀16等部件构成压缩机吸排气单元10 ;压缩机的气缸30 ;在气缸30内作直线运动的活塞20 ；由动子45和定子41组成的直线电机40 ;弹簧51、弹簧52、弹簧53及弹簧54等构成线性压缩机的谐振弹簧单元50 ;油泵60。线性压缩机活塞20的头部a初始位置处于其往复运动的振荡中心附近，即处于压缩机活塞行程H的中点位置附近。气缸30与在其内部作直线运动的活塞20形成一压缩空间，电机定子41和动子45 —起构成直线电机40，电机动子45与活塞20相连，带动活塞20在气缸30内作往复的直线运动，弹簧51、弹簧52、弹簧53及弹簧54等构成线性压缩机的谐振弹簧单元50，被预压后装配在线性压缩机运动部件即电机动子45的两侧。传统线性压缩机的上述结构操作说明如下当直线电机40被操作时，直线电机40的动子45上的磁体在定子41上的线圈周围产生的磁场的作用下产生线性往复运动，直线电机40的动子45带动活塞20在汽缸30内部连续地在上死点T和右侧下死点B之间往复运动。当活塞20向右侧下死点B运动时，在压力差作用下吸气阀15打开，将工质吸入气缸30与活塞20组成的压缩空间内，同时弹簧53及弹簧54等进一步被压缩，簧51及弹簧52等压缩量减少，当活塞20运动到下死点B处后，活塞20的运动方向改变，开始向上死点T位置运动，此时吸气阀15关闭，完成压缩机的吸气过程，工质被吸入压缩腔内。另一方面，活塞20运动到下死点B位置时，其速度变为零，运动方向改变，开始向左侧上死点T位置运动，此时吸气阀15关闭，工质开始被压缩，同时弹簧51及弹簧52等进一步被压缩，弹簧53及弹簧54等压缩量减少，当活塞20和气缸30组成的压缩空间中的工质压力增大到设计的排气压力值后，此时排气阀16打开，被压缩的工质被排出压缩腔。当活塞20运动到上死点T位置后，排气阀16关闭，排气过程结束，活塞20的运动方向改变，开始向右侧下死点B运动。由于活塞20后续地向右运动，工质将被吸入活塞20和汽缸30组成的压缩腔内，此后前述操作将重复执行。然而上述的传统压缩机中，在直线电机动子两侧布置谐振弹簧，为使线性压缩机工作在最佳状态，通常使驱动直线电机工作的交流电频率与压缩机的固有频率相近。通过压缩机运动部件的质量与弹簧刚度来匹配工作电源频率，因而配置的弹簧谐振单元刚度大，弹簧用量较多，线性压缩机运动部件质量较大，从产品节材角度来说，还需要进一步地改进
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种单侧弹簧的线性压缩机，可以减少线性压缩机谐振弹簧用量和减轻线性压缩机运动部件的质量，达到使压缩机轻型化的目的。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单侧弹簧线性压缩机，其包括直线电机、活塞、气缸、谐振弹簧单元、吸排气单元及油泵；所述直线电机由直线电机定子和直线电机动子组成，所述直线电机动子产生直线往复运动；所述活塞其一端与所述直线电机动子相连，在所述气缸中作直线往复运动压缩工质，所述气缸与所述活塞之间形成压缩腔；所述吸排气单元位于与所述活塞的头部相对的气缸的端部；所述油泵与压缩机连接，为所述活塞与所述气缸之间的间隙提供润滑油；所述谐振弹簧单元其一端与所述直线电机动子相连，另一端与压缩机机身相连，用于在所述活塞往复运动时储存/释放能量。作为上述技术方案的优选，所述谐振弹簧单元由I个主弹簧或由η (η ^ 2)个弹簧构成的弹簧组组成。作为上述技术方案的优选，所述弹簧初始静止时处于自由长度状态。作为上述技术方案的优选，所述弹簧为螺旋压缩弹簧或螺旋拉伸弹簧。作为上述技术方案的优选，所述弹簧与所述直线电机动子及所述压缩机机身固定连接方式为焊接、榫接、螺塞与平端弹簧结合方式连接、带旋转螺杆的锥形端弹簧方式连接、带弯钩锥形端弹簧方式连接、拉杆弹簧方式连接或弹簧端圈带耳环方式连接。作为上述技术方案的优选，所述活塞的头部的初始位置贴近所述吸排气单元。(三)有益效果上述技术方案所提供的单侧弹簧线性压缩机中，其包括直线电机、活塞、气缸、谐振弹簧单元、吸排气单元及油泵；所述直线电机由直线电机定子和直线电机动子组成，所述直线电机动子产生直线往复运动；所述活塞其一端与所述直线电机动子相连，在所述气缸中作直线往复运动压缩工质，所述气缸与所述活塞之间形成压缩腔；所述吸排气单元位于与所述活塞的头部相对的气缸的端部；所述油泵与压缩机连接，为所述活塞与所述气缸之间的间隙提供润滑油；所述谐振弹簧单元其一端与所述直线电机动子相连，另一端与压缩机机身相连，用于在所述活塞往复运动时储存/释放能量。本发明通过将线性压缩机的谐振弹簧单元布置在直线电机动子的一侧，利用了压缩气体作为气体弹簧来减少谐振弹簧的用量，以达到减少弹簧用量和压缩机运动部件质量，使得压缩机的运动惯性减少，达到线性压缩机轻型化的目的。
图I为现有技术中线性压缩机示意图；图2为本发明实施例一的单侧弹簧线性压缩机示意图；图3为本发明实施例二的单侧弹簧线性压缩机剖面示意图；图4为本发明实施例三的单侧弹簧线性压缩机剖面示意图；图5为本发明实施例中单侧弹簧线性压缩机谐振弹簧一种连接方式的示意图；图6为本发明实施例中单侧弹簧线性压缩机谐振弹簧另一种连接方式的示意图；
其中，10 :吸排气单元；15 :吸气阀；16 :排气阀；20 :活塞；30 :气缸；40 :直线电机；41 :定子；41-1 :内定子；41~2 :外定子；45 :动子；50 :谐振弹簧单元;51 :弹簧；52 :弹簧；53 :弹簧；54 :弹簧；60 :油泵；70 :压缩机机身；81 :弹簧固定环；82 :螺塞；83 :旋转螺杆；85 :密闭容器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例I图2本发明实施例I的单侧弹簧线性压缩机示意图。如图2所示，一种单侧弹簧线性压缩机，其包括直线电机40、活塞20、气缸30、谐振弹簧单元50及吸排气单元10，油泵60 ;直线电机40由直线电机定子41和直线电机动子45组成，直线电机动子45产生直线往复运动；活塞20其一端与直线电机动子45相连，在气缸30中作直线往复运动压缩工质，气缸30与活塞20之间形成压缩腔；吸排气单元10位于与活塞20的头部a相对的气缸的端部；油泵60与压缩机连接，为活塞20与气缸30之间的间隙提供润滑油。利用压缩机机身70的振动为动力将润滑油泵入活塞20与气缸30之间的间隙；谐振弹簧单元50其一端与直线电机动子45相连，另一端与压缩机机身70相连，用于在活塞20往复运动时储存/释放能量。本实施例单侧弹簧线性压缩机利用了压缩气体作为气体弹簧来减少谐振弹簧的用量，以达到减少弹簧用量和压缩机运动部件质量，使得压缩机的惯性减少，达到线性压缩机轻型化的目的。谐振弹簧单元中的弹簧初始静止时处于自由长度状态。弹簧为螺旋压缩弹簧或螺旋拉伸弹簧。谐振弹簧单元50由I个主弹簧或由η (η ^ 2)个弹簧构成的弹簧组组成。谐振弹簧单元50布置在直线电机动子45的同侧。谐振弹簧单元50中的弹簧与直线电机动子45及压缩机机身70固定连接方式为焊接、榫接、螺塞与平端弹簧结合方式连接、带旋转螺杆的锥形端弹簧方式连接、带弯钩锥形端弹簧方式连接、拉杆弹簧方式连接或弹簧端圈带耳环方式连接。活塞20的头部a的初始位置贴近吸排气单元10。即如图中所示活塞20的头部a处于其往复运动的上死点T位置时与吸排气单元10之间间隙很小。吸排气单元10由吸气阀15及排气阀16组成；吸气阀15用于工质吸入压缩腔，排气阀16用于工质排出压缩腔。吸气阀15在活塞20远离吸排气单元10时即上死点T时打开，工质吸入压缩腔；吸气阀15在活塞20达到距离吸排气单元10的最远点反向运动时即下死点B时关闭；排气阀16在活塞20向吸排气单元10运动，压缩腔内压力达到预定压力时打开，压缩后的工质排出压缩腔；排气阀16在活塞20达到距离吸排气单元10的最近点反向运动时关闭。实施例2图3为本发明实施例2的单侧弹簧线性压缩机剖面示意图。参照图3，本实施例中单侧弹簧线性压缩机包括由吸气阀15及排气阀16等部件构成的压缩机吸排气单元10 ；压缩机气缸30 ;在气缸30内作直线往复运动的活塞20 ;由内定子41-1、外定子41-2和动子45构成的直线电机40 ;由4个圆柱螺旋压缩弹簧组成的谐振弹簧单元50 ;为活塞20在气缸30内往复运动提供润滑油的油泵60 ;压缩机机身70 ;—个密闭容器85，整个压缩机通过减震弹簧安装在一个密闭容器内部85。在该单侧弹簧线性压缩机具体结构中吸气阀15安装在活塞20的头部a处，排气阀16采用菌状阀，通过弹簧紧压在汽缸30的端头。汽缸30内部带有油路通道，活塞20安装在汽缸30内，安装好后活塞20的头部a紧靠排气阀16，其间隙非常小。电机动子45与活塞20相连，带动活塞20在气缸30内作往复的直线运动，谐振弹簧单元50，分布在电机动子45的右侧，弹簧两端通过弹簧固定环81分别固定在动子45和压缩机机身70的后盖 上，安装好的弹簧静止时处于自由长度状态，可通过弹簧固定环81的位置调整来保证压缩机的余隙容积。上述结构的单侧弹簧线性压缩机的操作说明如下当直线电机40被操作时，动子45上的磁体在外定子41-2上的线圈周围产生的磁场的作用下产生直线往复运动，直线电机40的动子45带动活塞20在汽缸30内部连续地在上死点T和右侧下死点B之间做行程为H的往复运动。当活塞20向右侧下死点B运动时，在压力差作用下吸气阀15打开，工质进入汽缸30和活塞20形成的压缩空间，同时谐振弹簧单元50中的弹簧被压缩，当活塞20运动到下死点B处后，活塞20的运动方向改变，开始向上死点T位置运动，此时吸气阀15关闭，完成压缩机的吸气过程，工质被吸入压缩腔内。另一方面，活塞20运动到下死点B位置时，其速度变为零，运动方向改变，开始向左侧上死点T位置运动，此时吸气阀15已经关闭，工质开始被压缩，同时谐振弹簧单元50中的弹簧逐步向自由长度状态恢复，当活塞20和气缸30组成的压缩空间中的工质压力增大到设计的压力值后，此时压缩腔内部工质压力大于弹簧对排气阀16的预紧力，将排气阀16打开，被压缩的工质被排出压缩腔。当活塞20运动到上死点T位置后，排气过程结束，排气阀16关闭，活塞20的运动方向改变，开始向右侧下死点B运动。由于活塞20后续地向右运动，工质将被吸入活塞20和汽缸30组成的压缩腔内，此后前述操作将重复执行。本实施例优选4个圆柱螺旋压缩弹簧组成谐振弹簧单元50的单侧弹簧线性压缩机实例能够达到高效压缩气体工质的目的，同时利用了压缩气体作为气体弹簧来减少金属弹簧的用量和压缩机运动部件的质量，达到减轻压缩机质量的目的。实施例3图4为本发明实施例3的单侧弹簧线性压缩机剖面示意图。如图4所示，一种单侧弹簧线性压缩机吸气阀15及排气阀16等部件构成压缩机吸排气单元10 ;压缩机的气缸30 ;与在气缸30内作直线往复运动的活塞20 ;由内定子41-1、外定子41-2和动子45构成的直线电机40 ;由I个圆柱螺旋拉伸弹簧组成的谐振弹簧单元50 ;为活塞20在气缸30内往复运动提供润滑油的油泵60 ;—个密闭容器85，整个压缩机通过减震弹簧安装在一个密闭容器85内部。在该单侧弹簧线性压缩机具体结构中吸气阀15安装在活塞20的头部a处，排气阀16采用菌状阀，通过预压弹簧紧压在汽缸的端头。汽缸30内部带有油路通道。活塞20穿过主弹簧51安装在汽缸30内，安装好后活塞20的头部a紧靠排气阀16，其间隙非常小。电机动子45与活塞20相连，带动活塞20在气缸30内作往复的直线运动，谐振弹簧单元50，布置在电机动子45的下方，弹簧两端通过弹簧固定环81分别固定在动子45和汽缸30上，安装好的弹簧静止时处于自由长度状态，可通过调整弹簧固定环81 的位置调整来保证压缩机的余隙容积。上述结构的单侧弹簧线性压缩机的操作说明如下当直线电机40被操作时，动子45上的磁体在外定子41-2上的线圈周围产生的磁场的作用下产生线性往复运动，直线电机40的动子45带动活塞20在汽缸30内部连续地在上死点T和下死点B之间做行程为H的往复运动。当活塞20向下死点B运动时，在压力差作用下吸气阀15打开，工质进入汽缸30和活塞20形成的压缩空间，同时谐振弹簧单元50的弹簧被拉伸，当活塞20运动到下死点B处后，活塞20的运动方向改变，开始向上死点T位置运动，此时吸气阀15关闭，完成压缩机的吸气过程，工质被吸入压缩腔内。另一方面，活塞20运动到下死点B位置时，其速度变为零，运动方向改变，开始向上死点T位置运动，此时吸气阀15关闭，谐振弹簧单元50的弹簧被拉伸到最大位置，工质开始被压缩。当活塞20和气缸30组成的压缩空间中的工质压力增大到设计压力值后，此时压缩腔内部工质压力大于预压弹簧对排气阀16的预紧力，将排气阀16打开，被压缩的工质被排出压缩腔。当活塞20运动到上死点T位置后，排气过程结束，排气阀16关闭，活塞20的运动方向改变,开始向下死点B运动。由于活塞20后续地向上运动,工质将被吸入活塞20和汽缸30组成的压缩腔内，此后前述操作将重复执行。本实施例优选I个圆柱螺旋拉伸弹簧作为的谐振弹簧单元的单侧弹簧线性压缩机实例能够达到高效压缩气体工质的目的，同时利用了压缩气体作为气体弹簧来减少金属弹簧的用量和压缩机运动部件的质量，达到减轻压缩机质量的目的，此外还可以进一步减少压缩机的体积。本发明实施例中优选的谐振弹簧的具体连接方式如图5所示，图5为单侧弹簧线性压缩机谐振弹簧一种连接方式的示意图。结合图5，一种单侧弹簧线性压缩机谐振弹簧的具体连接方式采用带有与螺旋弹簧相同螺距及相同内径的螺旋槽螺塞82与平端的弹簧51结合，螺塞82的外径与螺旋弹簧51的中径相同，通过特制的工具可以将螺旋弹簧51旋进螺塞82，螺塞82与压缩机机身70固定连接，该方式可以保证螺塞82与弹簧51的紧固连接。本发明实施例中另一种优选的谐振弹簧的具体连接方式如图6所示，图6为单侧弹簧线性压缩机谐振弹簧另一种连接方式的示意图。
结合图6，一种单侧弹簧线性压缩机谐振弹簧的具体连接方式采用带有与螺旋弹簧相同螺距、相同内径及相同锥度的旋转螺杆83与弹簧51结合，旋转螺杆83的最大断面直径与锥端螺旋弹簧51的中径相同，通过在绕制锥端弹簧锥端时将旋转螺杆83提前安置在螺旋弹簧内，以便完成进行锥端弹簧51与旋转螺杆83的安装，旋转螺杆83与压缩机机身70固定连接，该方式可以保证旋转螺杆83与锥端弹簧51的紧固连接。由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用包括直线电机40、活塞20、气缸30、谐振弹簧单元50、吸排气单元10及油泵60 ;直线电机40由直线电机定子41和直线电机动子45组成，直线电机动子45产生直线往复运动；活塞20其一端与直线电机动子45相连，在气缸30中作直线往复运动压缩工质，气缸30与活塞20之间形成压缩腔；吸排气单元10位于与所述活塞20的头部a相对的气缸30的端部；油泵60与压缩机连接，为活塞20与气缸30之间的间隙提供润滑油；谐振弹簧单元50其一端与直线电机动子45相连，另一端与压缩机机身70相连，用于在活塞20往复运动时储存/释放能量。本发明通过将线性压缩机的谐振弹簧单元布置在直线电机动子的一侧，利用了压缩气体作为气体弹簧来减少谐振弹簧的用量，以达到减少弹簧用量和压缩机运动部件质量，使得压缩机的运动惯性减少，达到线性压缩机轻型化的目的。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换·也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种单侧弹簧线性压缩机，其包括直线电机(40)、活塞(20)、气缸(30)、谐振弹簧单元(50)、吸排气单元(10)及油泵(60);所述直线电机(40)由直线电机定子(41)和直线电机动子(45)组成，所述直线电机动子(45)产生直线往复运动；所述活塞(20)其一端与所述直线电机动子(45)相连，在所述气缸(30)中作直线往复运动压缩工质，所述气缸(30)与所述活塞(20)之间形成压缩腔；所述吸排气单元(10)位于与所述活塞(20)的头部相对的气缸(30)的端部；所述油泵￠0)与压缩机连接，为所述活塞(20)与所述气缸(30)之间的间隙提供润滑油；其特征在于，所述谐振弹簧单元(50)其一端与所述直线电机动子(45)相连，另一端与压缩机机身(70)相连，用于在所述活塞(20)往复运动时储存/释放能量。
2.根据权利要求I所述的单侧弹簧线性压缩机，其特征在于，所述谐振弹簧单元(50)由I个主弹簧或由η (η ^ 2)个弹簧构成的弹簧组组成。
3.根据权利要求2所述的单侧弹簧线性压缩机，其特征在于，所述弹簧初始静止时处于自由长度状态。
4.根据权利要求2所述的单侧弹簧线性压缩机，其特征在于，所述弹簧为螺旋压缩弹簧或螺旋拉伸弹簧。
5.根据权利要求2所述的单侧弹簧线性压缩机，其特征在于，所述弹簧与所述直线电机动子(45)及所述压缩机机身(70)固定连接方式为焊接、榫接、螺塞与平端弹簧结合方式连接、带旋转螺杆的锥形端弹簧方式连接、带弯钩锥形端弹簧方式连接、拉杆弹簧方式连接或弹簧端圈带耳环方式连接。
6.根据权利要求I所述的单侧弹簧线性压缩机，其特征在于，所述活塞(20)的头部的初始位置贴近所述吸排气单元(10)。
全文摘要
本发明公开了一种单侧弹簧线性压缩机，包括直线电机、活塞、气缸、谐振弹簧单元、吸排气单元及油泵；直线电机由直线电机定子和直线电机动子组成，直线电机动子产生直线往复运动；活塞其一端与直线电机动子相连，在气缸中作直线往复运动压缩工质，气缸与活塞之间形成压缩腔；吸排气单元位于与活塞的头部相对的气缸的端部；谐振弹簧单元其一端与直线电机动子相连，另一端与压缩机机身相连，用于在活塞往复运动时储存/释放能量。本发明通过将线性压缩机的谐振弹簧单元布置在直线电机动子的一侧，利用压缩气体作为气体弹簧来减少谐振弹簧用量，以达到减少弹簧用量和压缩机运动部件质量，使压缩机的运动惯性减少，达到线性压缩机轻型化的目的。
文档编号F04B35/04GK102926968SQ201110228370
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者田长青, 唐明生, 邹慧明, 张立钦, 彭国宏 申请人:中国科学院理化技术研究所