[发明专利]一种磁性弹簧及具有其的直线电机和压缩机

说明书

技术领域

本发明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。