專利名稱：一種直線壓縮機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓縮機，尤其涉及一種直線壓縮機。
背景技術：
傳統(tǒng)的壓縮機大多是一種往復式壓縮機， 一般使用普通旋轉(zhuǎn)電機，通過曲柄連桿 機構(gòu)帶動活塞在缸體內(nèi)往復運動來壓縮氣體。當活塞進行壓縮行程時，吸氣閥關閉， 排氣閥打開。當活塞進行抽吸行程時，排氣閥關閉，吸氣閥打開。這種壓縮機的工作 壓縮比小，而且將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動的結(jié)構(gòu)復雜，效率低，還有機械傳動機構(gòu)工 作時噪聲大。
針對上述現(xiàn)狀，市場上出現(xiàn)了直線壓縮機，現(xiàn)有的直線壓縮機大多采用單定子線 圈結(jié)構(gòu)，該種直線壓縮機要實現(xiàn)其內(nèi)動子的往復運動來壓縮氣體， 一般在動子完成壓 縮行程后，需要依靠彈簧回復力進行復位?？蓮椈傻氖褂迷黾恿嘶钊苿訒r的阻力， 且在動子回復過程中不再壓縮空氣，因而存在著系統(tǒng)效率低的缺陷。
也有一種采用單定子線圈結(jié)構(gòu)的直線壓縮機，它采用永磁鐵來實現(xiàn)動子壓縮行程 后的復位。如一專利號為ZL01135627.8(公告號為CN1363770Y)的中國實用新型專利 《電機功率與活塞行程無關的超高壓縮比型活塞式壓縮機》就披露了這樣一種壓縮 機，包括有作為動力裝置的直線電機結(jié)構(gòu)由它處于直線往復運動的動子部件驅(qū)動活 塞做直線往復運動；外設水冷散熱裝置的氣缸它的排氣端口部位對活塞的出進是采 用完全敞開的結(jié)構(gòu)型式；控制直線電機往復運行的電源轉(zhuǎn)換開關裝置。該專利主要是 對汽缸作了改進，根據(jù)對該專利的理解，結(jié)合本領域技術人員的相關知識可知改變 同一線圈的電流方向，要實現(xiàn)動子在定子產(chǎn)生的變化磁場內(nèi)往復移動，所述的動子必 須附有永磁鐵(或者在動子外表面附有復位彈簧)，可在變化磁場內(nèi)，永磁鐵動子不 管朝哪個方向移動都會產(chǎn)生阻力，且兩邊的阻力不相同，同時該壓縮機的磁路結(jié)構(gòu)也 不可能產(chǎn)生與氣體壓縮特性相一致的力特性。即在磁路、電路、阻力等方面都不是平 衡對稱的，因此該壓縮機仍然具有工作效率低、耗能大的特點。
還有一專利號為ZL200410030847.0(公告號為CN1563714Y)的中國實用新型專利 《直線電機驅(qū)動的往復泵》，它明確披露了這樣一種采用永磁鐵動子的直線電機驅(qū)動 的往復泵，包括缸套、缸套內(nèi)設有活塞、活塞桿，活塞桿與直線電機動子連接并固 定，直線電機外殼內(nèi)有定子固定環(huán)，直線電機定子是由硒鋼片纏繞阻組成，定子內(nèi)有直線電機動子，動子表面貼有永磁鐵，永磁鐵外表面與定子內(nèi)表面之間的距離在l-3毫 米之間。直線電機外殼端部有電機端蓋，電機端蓋上有直線軸承。利用直線電機為往 復泵直接提供直線往復運動的動力。由于該專利文獻中的直線電機采用不對稱的結(jié) 構(gòu)，且采用永磁鐵來實現(xiàn)動子的復位運動，因而存在著與上述相同的缺陷。另外，由 于該往復泵壓縮的是流體，流體的壓縮特性不同于空氣，因此用這種磁路結(jié)構(gòu)的直線 壓縮機上，是無法達到壓縮空氣的目的。
綜上所述，現(xiàn)有的直線壓縮機均存在工作效率低、耗能大的缺點，故還可作進一 步改進。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術現(xiàn)狀而提供一種結(jié)構(gòu)合理而 具有效率高、耗能少的直線壓縮機，
本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為該直線壓縮機包括有直線電 機總成以及固定在直線電機總成兩端的左、右壓縮氣缸；其中直線電機總成包含有由 機殼和設置在機殼兩端的左、右端蓋圍成的殼體，以及定位于殼體內(nèi)的定子線圈和在 定子線圈內(nèi)作軸向運動的動子；所述動子左、右兩端的主軸分別貫穿左、右端蓋后與 對應側(cè)壓縮氣缸內(nèi)的活塞相固連，并在主軸與相應端蓋之間支承有直線軸承；其特征 在于所述的定子線圈有兩個，分別以機殼為中心對稱分布而形成結(jié)構(gòu)相同的左、右 定子線圈，并在該左、右定子線圈之間的機殼內(nèi)間隔固定有左、右環(huán)狀磁路元件；上 述主軸之外的動子部分為鐵心，而在上述左、右端蓋的內(nèi)表面上分別具有伸入各自定 子線圈內(nèi)的凸部，對應地，所述鐵心的兩端面上分別具有與上述凸部相匹配的凹部， 且在自然狀態(tài)下，所述動子的兩端分別部分伸入到左、右定子線圈內(nèi)，以使機殼中心 兩側(cè)分別形成由上述機殼、對應側(cè)端蓋、動子、對應的環(huán)狀磁路元件構(gòu)成的對稱平衡 的左、右磁路。
為了能方便地調(diào)整活塞與對應壓縮氣缸缸底之間的余隙，在上述動子的中心貫穿 有一帶位置傳感器的限位鍵，對應地，在機殼上開有軸向的限位槽，上述限位鍵端部 穿過限位槽而外露于機殼，并在自然狀態(tài)下，限位鍵處于該限位槽的中部。采用這樣 的結(jié)構(gòu)后，利用限位鍵的外露，就可方便地按需移動限位鍵上的位置傳感器，即可快 速地改變動子的移動幅度，也就是調(diào)整了活塞和對應壓縮氣缸缸底之間的余隙量，使 氣缸的余隙降低到最小，而獲得更好的運行性能；同時若位置傳感器控制失效的情況 下，又可借助于限位鍵與限位槽邊沿的抵觸，來有效地防止活塞撞擊壓縮氣缸的缸底 而具有防撞的功能。
考慮到加工的方便性，上述的各凸部的外周面以設計成圓錐面為佳，所述的凹部 的內(nèi)周面也以呈相應的圓錐面為佳。當然上述各凸部的外周面以及各凹部的內(nèi)周面也200
可以呈橢球面或多級臺階面，這樣的磁路結(jié)構(gòu)同樣可以使動子在軸向做強迫諧振運動 過程中，磁動力的變化符合氣體壓縮特性，從而有效地保證本實用新型具有與氣體壓 縮時的壓力特性要求相一致的電機的力特性曲線，
為便于將環(huán)狀磁路元件固定在機殼內(nèi)，上述的各環(huán)狀磁路元件上開多個定位孔， 對應在機殼的兩端開有與各定位孔相應的穿孔。固定時只需用定位銷插入穿孔及定位 孔內(nèi)即可，以使定位方便、準確。
由于活塞和壓縮氣缸之間不可避免會存在一定配合間隙誤差，活塞在移動過程中 難免會有一定的晃動，如果活塞和主軸之間為剛性連接，則活塞和主軸的連接處容易 損壞；同時為了確保兩個氣缸之間形成對稱平衡的負載，上述的主軸與對應的活塞之 間通過萬向節(jié)相連。由于主軸和活塞之間連接是多角度的，即使活塞在移動過程中發(fā) 生晃動，其也能通過萬向節(jié)將該晃動消除，起到一定自調(diào)心作用，因此能保證兩個氣 缸之間形成對稱平衡的負載，確保各活塞作直線運動。
與現(xiàn)有技術相比，由于本實用新型的機殼中心兩側(cè)分別設置了結(jié)構(gòu)相同的左、右 定子線圈，以及對稱平衡的左、右磁路和由凸起、凹部形成的相同結(jié)構(gòu)的空氣間隙， 且動子表面又為鐵心，因而本實用新型無需依靠彈簧或永磁體來復位，只要對左、右 定子線圈輪流通以反向電流，就可使機殼內(nèi)兩側(cè)形成磁路、電路、負載、阻力都對稱 平衡的結(jié)構(gòu)，且在吸引動子做往復強迫諧振運動的過程中，磁動力的變化完全滿足氣 體壓縮時的壓力特性曲線，使電機的力特性符合這種曲線特性的要求，而順利地實現(xiàn) 壓縮功能。同時，這種借助于另一線圈通以反向電流吸引動子復位的結(jié)構(gòu)，減小了動 子回復時的阻力，降低了直線電機無用功的耗電量，而使本實用新型具有整體工作效 率高，耗能低的優(yōu)點。在實際試用中，帶來了意想不到的技術效果，因而值得推廣應 用。


圖1為本實用新型實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型實施例的正面示意圖； 圖3為圖2的A-A向剖視圖； 圖4為氣體壓縮時的壓力特性曲線示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。 如圖1 3所示，為本實用新型的一個優(yōu)選實施例。
該直線壓縮機包括有直線電機總成l以及位于直線電機總成l兩端結(jié)構(gòu)相同的左壓 縮氣缸2a和右壓縮氣缸2b，左、右壓縮氣缸上分別設有一吸氣口和出氣口，各吸氣口
5和各出氣口上均安裝有控制閥，以保證吸氣口只為進氣，出氣口只是排出氣體，它們 都是現(xiàn)有壓縮機的常規(guī)技術，因此在圖紙中沒有顯示吸氣口、出氣口和控制閥結(jié)構(gòu)。
所述的直線電機總成l包含有殼體、定位于殼體內(nèi)結(jié)構(gòu)相同的左定子線圈5a、右定 子線圈5b和可在左、右定子線圈內(nèi)作軸向運動的動子，其中，殼體又由筒體狀的機殼 3、通過螺栓固定在機殼3兩端且結(jié)構(gòu)相同的左端蓋4a和右端蓋4b圍成，上述左壓縮氣 缸2a的缸體固定在左端蓋4a上，右壓縮氣缸2b則固定于右端蓋4b;機殼3的外部還設有 支承腳33;
所述的左定子線圈5a、右定子線圈5b結(jié)構(gòu)也相同，在這里，左定子線圈5a緊靠左 端蓋4a，右定子線圈5b緊靠右端蓋4b，即分別以機殼3為中心對稱分布；
所述動子由主軸9和附在主軸中部的鐵心6構(gòu)成，主軸9兩端分別貫穿左、右端蓋后 與對應側(cè)壓縮氣缸內(nèi)的活塞相固連，即主軸9的右端與右壓縮氣缸2b內(nèi)的右活塞8b相 連，主軸9的左端與左壓縮氣缸2a內(nèi)的左活塞8a相連，并在主軸9與相應端蓋之間支承 有直線軸承10;同時了為確保各活塞的直線運動，上述主軸9的兩端是通過各自的萬向 節(jié)ll與對應側(cè)的活塞相連；
所述的左、右定子線圈之間的機殼3內(nèi)還間隔固定有左環(huán)狀磁路元件7a和右環(huán)狀磁 路元件7b。在本實施例中，左環(huán)狀磁路元件7a鄰近左定子線圈5a，右環(huán)狀磁路元件 7b，鄰近的右定子線圈5b。上述各環(huán)狀磁路元件采用鐵磁材料制成。為了方便定位， 在各環(huán)狀磁路元件上還開多個定位孔，即左環(huán)狀磁路元件定位孔71a和右環(huán)狀磁路元件 定位孔71b，對應在機殼3的上開有與各定位孔相應的穿孔31，組裝時，只需將定位銷 依次插入穿孔31和相應的定位孔后即可將環(huán)狀磁路元件定位在機殼3內(nèi)。這樣，機殼、 左端蓋、鐵心、左環(huán)狀磁路元件構(gòu)成了左磁路，機殼、右端蓋、鐵心、右環(huán)狀磁路元 件構(gòu)成了右磁路，且左、右磁路分別以機殼為中心對稱平衡分布；
為了滿足如圖4所示的氣體壓力特性曲線(圖中，O點為起始位置，X代表活塞的 行程，F(xiàn)代表所需的壓縮力)，上述左、右端蓋的內(nèi)表面上還分別具有伸入各自定子線 圈內(nèi)的凸部，即左端蓋凸部41a和右端蓋凸部41b，各凸部的外周面為圓錐面，對應 地，鐵心6的兩端面上分別具有和上述各凸部相匹配的凹部，即左凹部61a和右凹部 61b，所述各凹部的內(nèi)周面也呈相應的圓錐面；且在自然狀態(tài)下，上述鐵心6的兩端分 別部分伸入到左、右定子線圈內(nèi)，以使各凹部與對應的凸部之間形成一定的空氣間 隙，當對應側(cè)的定子線圈通電后，可使動子獲得最小起動所需的磁吸力，并在動子的 軸向運動過程中，凸部與凹部之間的相對距離將發(fā)生變化，此時的磁動力變化完全滿 足氣體壓縮時的壓力特性曲線，使本壓縮機的力特性與氣體的壓縮特性相一致。
在本實施例中，為了方便調(diào)節(jié)各氣缸的余隙，在上動子的中心貫穿有一帶位置傳 感器(圖中未示)的限位鍵12，對應地，在機殼3上開有軸向的限位槽32，上述限位鍵 12端部穿過限位槽32而外露于機殼3，并在自然狀態(tài)下，限位鍵12處于該限位槽32的中部。通過調(diào)節(jié)位置傳感器的位置，可快速地改變動子左右移動的幅度，進而可確保各 活塞能移動到各自壓縮氣缸的底部，以減小余隙對運行性能的負面影響，并且，當位 置傳感器控制失效的情況下，又可借助于限位鍵與限位槽邊沿的抵觸，來有效地防止 活塞撞擊壓縮氣缸的缸底而具有防撞的功能，起到安全防護的作用。
本實用新型的工作原理及過程如下
當左定子線圈5a通電，右定子線圈5b斷電時，在機殼的左部形成一磁場，吸引動 子在機殼3內(nèi)向左邊軸向移動，動子便帶動左活塞8a向左移動，左活塞8a壓縮左壓縮氣 缸2a內(nèi)的氣體，即左壓縮氣缸2a進行排氣動作，將被壓縮的高壓氣體從左壓縮氣缸2a 內(nèi)排出。同時，動子帶動右活塞8b也向左移動，右壓縮氣缸2b作吸氣過程。當左活塞 8a移動到極限位置時，位置傳感器發(fā)出信號，使左定子線圈5a斷電，右定子線圈5b通 電，同理，左、右壓縮氣缸的動作過程剛好相反，即左壓縮氣缸2a進行吸氣過程，右 壓縮氣缸2b進行排氣過程。在周需復始的工作過程中，動子在磁力線的作用下做強迫 諧振運動，左、右壓縮氣缸輪流交替作吸、排氣工況。
從上述工作原理分析可知，動子軸向來回運動所受到的磁吸力、磁路、負載等是 完全對稱的，因此該直線壓縮機整體的工作效率高，耗能少。
還有，本直線壓縮機在工作時，僅有氣體在壓縮時活塞在氣缸內(nèi)滑動的噪聲，而 沒有傳統(tǒng)壓縮機的各自機械傳動噪聲，因此本實施例涉及的壓縮機在運行過程中噪聲 比傳統(tǒng)壓縮機要低的多。
權利要求1、一種直線壓縮機，包括有直線電機總成(1)以及固定在直線電機總成(1)兩端的左、右壓縮氣缸(2a、2b)；其中，所述的直線電機總成(1)包含有由機殼(3)和設置在機殼(3)兩端的左、右端蓋(4a、4b)圍成的殼體，以及定位于殼體內(nèi)的定子線圈和在定子線圈內(nèi)作軸向運動的動子；所述動子左、右兩端的主軸(9)分別貫穿左、右端蓋(4a、4b)后與對應側(cè)壓縮氣缸內(nèi)的活塞(8a、8b)相固連，并在主軸(9)與相應端蓋之間支承有直線軸承(10)；其特征在于所述的定子線圈有兩個，分別以機殼(3)為中心對稱分布而形成結(jié)構(gòu)相同的左、右定子線圈(5a、5b)，并在該左、右定子線圈(5a、5b)之間的機殼(3)內(nèi)間隔固定有左、右環(huán)狀磁路元件(7a、7b)；上述主軸之外的動子部分為鐵心(6)，而在上述左、右端蓋(4a、4b)的內(nèi)表面上分別具有伸入各自定子線圈內(nèi)的凸部，對應地，所述鐵心(6)的兩端面上分別具有與上述凸部相匹配的凹部，且在自然狀態(tài)下，所述動子的兩端分別部分伸入到左、右定子線圈(5a、5b)內(nèi)，以使機殼(3)中心兩側(cè)分別形成由上述機殼(3)、對應側(cè)端蓋、動子(6)、對應的環(huán)狀磁路元件構(gòu)成的對稱平衡的左、右磁路。
2、 根據(jù)權利要求l所述的直線壓縮機，其特征在于所述的動子中心貫穿固定有 一帶位置傳感器的限位鍵(12)，對應地，在所述機殼(3)上開有軸向的限位槽(32)，上述 限位鍵(12)端部穿過限位槽(32)而外露于所述的機殼(3),并在自然狀態(tài)下，所述的限位 鍵(12)處于該限位槽(32)的中部。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的直線壓縮機，其特征在于所述各凸部的外周面為圓 錐面，所述的各凹部的內(nèi)周面也呈相應的圓錐面。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的直線壓縮機，其特征在于所述的左、右環(huán)狀磁路元 件(7a、 7b)上分別開多個定位孔(71a、 71b)，對應地在機殼(3)的兩端開有與各定位孔( 71a、 71b)相對應的穿孔(31)。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的直線壓縮機，其特征在于所述的主軸(9)與對應的 活塞之間通過萬向節(jié)(l l)相連接。
專利摘要一種直線壓縮機，其在原有直線電機總成、壓縮氣缸等基礎上加以改進，即電機內(nèi)的定子線圈為以機殼為中心對稱分布的左、右定子線圈，該兩定子線圈之間的機殼內(nèi)固定有左、右環(huán)狀磁路元件；主軸之外的動子部分為鐵心，而左、右端蓋的內(nèi)表面分別具有伸入各自定子線圈內(nèi)的凸部，鐵心的兩端面上分別具有與上述凸部相匹配的凹部，且在自然狀態(tài)下，動子兩端分別部分伸入到各定子線圈內(nèi)，以使機殼中心兩側(cè)分別形成對稱平衡的左、右磁路。由于本實用新型的結(jié)構(gòu)、磁路、電路、負載、阻力均對稱平衡布置，且動子表面又為鐵心，因而只要對左、右定子線圈輪流通以反向電流，就可吸引動子做強迫諧振運動而順利地實現(xiàn)空氣的壓縮，且整體工作效率高，耗能低。
文檔編號F04B41/00GK201162645SQ20072013328
公開日2008年12月10日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權日2007年12月27日
發(fā)明者李承漢, 陳茂幸 申請人:寧波億盛電機有限公司