本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機，包括軸、永磁體序列、空心杯繞組、一端封閉的筒體、柔性板彈簧、筒狀氣缸；軸上安裝有永磁體序列，軸的一端連接柔性板彈簧，另一端連接筒體的封閉端面，永磁序列、軸、筒體和板彈簧共同構(gòu)成活塞往復直線運動部件；筒體的外部套有筒狀氣缸；軸上的永磁體序列與筒體側(cè)壁之間安放有空心杯繞組。本發(fā)明專利技術(shù)通過直流電逆變驅(qū)動，可實現(xiàn)非常優(yōu)良的變頻特性；電機運動部件與活塞構(gòu)成一體，無需運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了能量傳遞損耗；采用無鐵心的電樞結(jié)構(gòu)，消除了磁阻力波動，改善了驅(qū)動力性質(zhì)；電樞曝露于流體中，有利于實現(xiàn)散熱，提高功率密度和效率，改善電機性能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于壓縮機
，特別是涉及一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機。
技術(shù)介紹
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(qū)動的場合，如蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。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(tǒng)以及其它流體壓縮驅(qū)動系統(tǒng)。壓縮工質(zhì)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I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(zhuǎn)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(zhuǎn)的磁場，與轉(zhuǎn)子002相互作用，拖動轉(zhuǎn)子002作旋轉(zhuǎn)運動。曲軸005和連桿006將電機旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成活塞004的往復運動，由活塞004的位移改變?nèi)萸惑w積進行壓縮。這種壓縮機必須有一套將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊本€往復運動的轉(zhuǎn)換機構(gòu)。通過對這類壓縮機的動力學分析(以曲柄連桿機構(gòu)為例)可見作用在曲柄連桿機構(gòu)上的力主要有三種一慣性力、氣體力(負載)、摩擦力。慣性力又分為活塞往復運動所產(chǎn)生的慣性力、曲柄不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力、連桿運動所產(chǎn)的慣性力；壓縮機的摩擦功率包括往復摩擦功率、旋轉(zhuǎn)摩擦功率。其中曲柄不平衡旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力、連桿運動所產(chǎn)生的慣性力以及旋轉(zhuǎn)摩擦力都是因為使用旋轉(zhuǎn)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(gòu)造成的活塞所受側(cè)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(zhuǎn)運動的電機以及將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動的機構(gòu)所致。因此，傳統(tǒng)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(qū)動方式而使性能大為改善。圖2為一種動磁式直線電機驅(qū)動的往復壓縮機結(jié)構(gòu)。具有圓桶狀軸對稱的外鐵軛011和內(nèi)鐵軛012，也稱為鐵芯。電樞線圈02鑲嵌在外鐵軛011的槽中。四塊永磁環(huán)41、42、43、44位于內(nèi)外鐵軛的氣隙中，并與其相連的構(gòu)件及活塞一起構(gòu)成動子。當線圈02中通入交變的電流時，在內(nèi)外鐵軛011、012產(chǎn)生電磁場,與動子上的永磁體相互作用，并驅(qū)動活塞往復運動。這種結(jié)構(gòu)的壓縮機利用電能直接轉(zhuǎn)換成活塞的往復運動，不需要中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)緊湊。但最優(yōu)工作頻率受制于機械諧振系統(tǒng)的頻率，不利于變頻調(diào)節(jié)。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。
技術(shù)實現(xiàn)思路
鑒于上述問題，本專利技術(shù)提出一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運行可靠，具有優(yōu)良的變頻特性、高效率、低噪聲的特點。一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機，其特征在于，包括軸、永磁體序列、空心杯繞組、一端封閉的筒體、柔性板彈簧、筒狀氣缸；軸上安裝有永磁體序列，軸的一端連接柔性板彈簧，另一端連接筒體的封閉端面，永磁序列、軸、筒體和板彈簧共同構(gòu)成活塞往復直線運動部件；筒體的外部套有筒狀氣缸；軸上的永磁體序列與筒體側(cè)壁之間安放有空心杯繞組。進一步地，所述永磁體序列至少具有一個徑向充磁的永磁環(huán)，相鄰的永磁環(huán)充磁方向相反。進一步地，所述永磁體序列至少具有一個軸向充磁的永磁環(huán),永磁環(huán)兩側(cè)設(shè)置導磁環(huán)，導磁環(huán)直徑大于永磁環(huán)直徑。進一步地，所述永磁體序列采用海爾貝克結(jié)構(gòu)。 進一步地，所述空心杯繞組為單相、兩相和多相繞組中的任意一種。進一步地，所述空心杯繞組為三相相繞，三相繞組按照星形連接或者三角形連接，每匝線圈中不少于1/3的部分沿著繞組杯體的圓周方向纏繞。本專利技術(shù)的技術(shù)效果體現(xiàn)在I、本專利技術(shù)通過直流電逆變驅(qū)動，可實現(xiàn)非常優(yōu)良的變頻特性，電機運動部件與活塞構(gòu)成一體，無需運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了能量傳遞損耗。2、本專利技術(shù)采用無鐵心的電樞結(jié)構(gòu)，消除了磁阻力波動，改善了驅(qū)動力性質(zhì)。另外，電樞暴露于流體中，有利于實現(xiàn)散熱，提高功率密度和效率，改善電機性能。基本消除了固定的電樞與運動的永磁序列之間的徑向吸引力，降低了裝配難度。3、本專利技術(shù)比較適宜作微型壓縮機驅(qū)動器或聲波發(fā)生器，并容易實現(xiàn)微型化。4、本專利技術(shù)可采用直流電源供電，并可以配置內(nèi)置換相元件，并可以采用調(diào)節(jié)電壓的方式調(diào)速，方便可靠。附圖說明圖I為一種典型結(jié)構(gòu)的往復式蒸汽壓縮機截面示意圖；圖2為一種典型結(jié)構(gòu)的永磁直線電機橫截面不意圖；圖3為專利技術(shù)的一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機橫截面示意圖；圖4為專利技術(shù)的一種無刷空心杯直線電機永磁結(jié)構(gòu)及磁感應矢量示意圖；圖5為專利技術(shù)的一種無刷空心杯直線電機電流主磁極及電樞電流層示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實例對本專利技術(shù)作進一步的詳細說明。參看圖3，本專利技術(shù)一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機包括筒狀氣缸I、空心杯繞組2、永磁體序列3、軸4、一端封閉的筒體5、柔性板彈簧6。永磁體序列3安置在軸4上。柔性板彈簧6與軸4 一端相連，與軸4的另一端相連是筒體5的封閉端面。筒體5同時兼具磁路外軛鐵和活塞的作用。筒體5的外部套有筒狀氣缸I。軸4上的永磁體序列3與筒體5側(cè)壁之間安放有空心杯繞組2。永磁序列3、軸4、筒體5和板彈簧6共同構(gòu)成壓縮機的往復運動部件。筒形氣缸I采用非導磁材料制造，腔體內(nèi)表面需要有足夠的表面精度。筒體5與筒形氣缸I保持同心，且表面材料需與氣缸I材料構(gòu)成一對摩擦副，以便在相對運動時減小磨損。筒體5同時兼具磁路外軛鐵和活塞的作用，一種情況下可以選擇鐵磁性材料做筒體本體，在筒體外表面做處理改善材料屬性。永磁體序列3可采用稀土永磁材料制成。無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機的工作過程為通過換相電路板對空心杯繞組供電，空心杯繞組與永磁序列之間產(chǎn)生交變電磁力，在柔性板彈簧提供的回復力協(xié)助下，驅(qū)動活塞(筒體)在氣缸往復運動實現(xiàn)氣體的壓縮和膨脹。一種情況下，永磁體序列至少具有一個徑向充磁的永磁環(huán)，對于多個磁環(huán)的情況，相鄰的永磁環(huán)充磁方向相反。一種情況下，永磁體序列至少具有一個軸向充磁的永磁環(huán)，磁環(huán)兩側(cè)設(shè)置導磁環(huán)，一般導磁環(huán)直徑大于永磁環(huán)直徑。一種情況下，永磁體序列可以采用海爾貝克(Halbach)結(jié)構(gòu)，其具有至少一個徑向 磁環(huán)及其兩側(cè)設(shè)置的充磁方向相反的軸向永磁環(huán)。在如圖4所示的情形下，部分磁感應線的方向如帶箭頭曲線所示。采用這種結(jié)構(gòu)可以省去永磁外側(cè)的軛鐵，并強化腔體內(nèi)側(cè)的磁場。這種結(jié)構(gòu)也有利于減輕運動部件質(zhì)量。一種情況下，空心杯繞組可為單相、兩相或多相繞組。本專利技術(shù)實施例采用三相繞組，并沿著軸向方向布置。每匝線圈中至少一部分(不少于1/3)應該沿著杯體的圓周方向纏繞。三相繞組按照星形連接或者三角形連接。如圖5所示，采用一定換相手段，在主永磁磁極下(例如31、32、33 )產(chǎn)生交替的電流層(21、22、23 )。永磁磁場和電樞電流相互作用下產(chǎn)生電磁推動力，驅(qū)動活塞往復運動。一種情況下，壓縮機可作為聲泵用于斯特林制冷系統(tǒng)，特別地，使用于制冷量不大的微型制冷機，可在外界腔體內(nèi)形成接近正弦的波動壓力。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本專利技術(shù)的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術(shù)，凡在本專利技術(shù)的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本專利技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機，其特征在于，包括軸、永磁體序列、空心杯繞組、一端封閉的筒體、柔性板彈簧、筒狀氣缸；軸上安裝有永磁體序列本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種無刷空心杯直線電機驅(qū)動的壓縮機，其特征在于，包括軸、永磁體序列、空心杯繞組、一端封閉的筒體、柔性板彈簧、筒狀氣缸；軸上安裝有永磁體序列，軸的一端連接柔性板彈簧，另一端連接筒體的封閉端面，永磁序列、軸、筒體和板彈簧共同構(gòu)成活塞往復直線運動部件；筒體的外部套有筒狀氣缸；軸上的永磁體序列與筒體側(cè)壁之間安放有空心杯繞組。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張曉青，李奎，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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