[發明專利]一種直線電機驅動的環形壓縮機有效

申請號：	201210430376.7	申請日：	2012-11-01
公開（公告）號：	CN102966512A	公開（公告）日：	2013-03-13
發明（設計）人：	張曉青;李奎	申請（專利權）人：	華中科技大學
主分類號：	F04B35/04	分類號：	F04B35/04;F04B37/00;F04B39/00;F04B39/10
代理公司：	華中科技大學專利中心 42201	代理人：	李智
地址：	430074 湖北***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種直線電機驅動環形壓縮機
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于電機及壓縮機技術領域，特別是涉及一種直線電機驅動的環形壓縮機。

背景技術

壓縮機是將低壓氣體提升為高壓氣體的一種耗功率的流體機械，廣泛應用于需要氣體壓縮和驅動的場合，如蒸汽壓縮式制冷系統。也可應用于其它流體泵送或流體振蕩的場合，如回熱式制冷系統以及其它流體壓縮驅動系統。壓縮工質不限于是氣體，也可以是液體。

曲柄連桿式往復活塞壓縮機歷史悠久，至今仍在廣泛應用。圖1為一種常用往復活塞式壓縮機剖面圖，它主要由電機定子001、轉子002、壓縮機缸體003、活塞004、曲軸005、連桿006等組成。首先是將電機定子001形成旋轉的磁場，與轉子002相互作用，拖動轉子002作旋轉運動。曲軸005和連桿006將電機旋轉運動轉換成活塞004的往復運動，由活塞004的位移改變容腔體積進行壓縮。這種壓縮機必須有一套將電動機的旋轉運動轉變為活塞直線往復運動的轉換機構。通過對這類壓縮機的動力學分析（以曲柄連桿機構為例）可見：作用在曲柄連桿機構上的力主要有三種--慣性力、氣體力（負載）、摩擦力。慣性力又分為活塞往復運動所產生的慣性力、曲柄不平衡旋轉質量所產生的離心慣性力、連桿運動所產的慣性力；壓縮機的摩擦功率包括往復摩擦功率、旋轉摩擦功率。其中曲柄不平衡旋轉質量所產生的離心慣性力、連桿運動所產生的慣性力以及旋轉摩擦力都是因為使用旋轉式電動機而直接引起的，將帶來能量的損失，而往復摩擦功率的損失則很大程度上是由曲柄連桿機構造成的活塞所受側向力引起的。總之，這種機器總體體積龐大、傳動效率低、噪聲大、磨損厲害、壓縮熱效率低、壽命短。所有這些不利因素和局限性都是因為做旋轉運動的電機以及將旋轉運動轉換為直線運動的機構所致。因此，傳統往復活塞式壓縮機有可能因為使用一種新型的直線電機驅動方式而使性能大為改善。

圖2為一種動磁式直線電機驅動的往復壓縮機結構。具有圓桶狀軸對稱的外鐵軛011和內鐵軛012，也稱為鐵芯。電樞線圈0002鑲嵌在外鐵軛011的槽中。四塊永磁環41、42、43、44位于內外鐵軛的氣隙中，并與其相連的構件及活塞一起構成動子。當線圈0002中通入交變的電流時，在內外鐵軛011、012產生電磁場，與動子上的永磁體相互作用，并驅動活塞往復運動。這種結構的壓縮機利用電能直接轉換成活塞的往復運動，不需要中間轉換機構，因而結構緊湊。但最優工作頻率受制于機械諧振系統的頻率，不利于變頻調節。另外，鐵芯在端部開斷，引起較大的附加磁阻推力，影響控制性能和效率。

圖3為一種環形壓縮機剖面圖（專利號CN200810154262）。這種環形壓縮機由環形腔1-11，螺旋形的線圈，兩個滑塊1-31、1-32，進排氣孔1-41、1-42構成。在一個滑塊運動過程中，另外一個滑塊固定在腔體1-11內的進排氣孔1-41、1-42中間。兩個滑塊通過彈性碰撞交換動量，使運動的滑塊靜止，靜止的滑塊運動。在兩個滑塊接近的過程中，實現對氣體的壓縮，在分離的過程實現吸氣。其結構簡單，體積小，成本低。但通過彈性碰撞交換滑塊運動狀況，難以保證定位可靠性。頻繁碰撞會導致噪聲，材料疲勞，并消耗動能降低能效。該結構未考慮氣體力對靜止滑塊的作用，實際上高壓側和低壓側的壓差會導致靜止滑塊受到單向的推力難以保持靜止。另外，該結構未給出可操作的驅動方法。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提出了一種直線電機驅動的環形壓縮機，具有優良的變頻特性、高效率、低振動、運行可靠和結構簡單緊湊的特點。

一種直線電機驅動的環形壓縮機，包括

環形腔體；

環形定子軛鐵，其套放于環形腔體的外部，內表面呈齒槽結構；

線圈，其纏繞于環形定子軛鐵的齒槽結構上；

滑塊，其安放于環形腔體內部，作為活塞能沿環形腔體內壁滑動；

閥門，其設在環形腔體內，閥門兩側的環形腔體壁面上分別開有吸氣口和排氣口。

進一步地，所述滑塊上安裝有永磁體，使得在其外圓周上形成至少一個單一磁極或者至少一對交替磁極。

進一步地，所述滑塊與環形腔體內壁緊密貼合。

進一步地，所述閥門為一個或一個以上。

進一步地，所述滑塊的長度小于形腔長度。