线性压缩机.pdf

本发明公开了一种线性压缩机，其包括固定缸、运动活塞和静止活塞。第一压缩腔形成于固定缸中，固定缸的一侧设有出口部件。线性电机驱动运动活塞前后运动，以压缩第一压缩腔中的流体。第二压缩腔形成于运动活塞中，在第二压缩腔与第一压缩腔相通之处运动活塞设有第一阀。静止活塞固定设置于该压缩机中。静止活塞装于运动活塞中，使第二压缩腔中的流体随运动活塞的往复运动而被压缩。在静止活塞中形成流体进入通道，流体通过该流体通道被导入。在流体进入通道与第二压缩腔相通之处静止活塞设有第二阀。该线性压缩机在排出流体之前能以多级的形式依次压缩流体，从而可提高线性压缩机的效率，减小线性压缩机的整体尺寸。

1.  一种线性压缩机，包括：
一固定缸，其中形成有一第一压缩腔，该固定缸的一侧设置有一出口部件；
一借助于线性电机前后运动的运动活塞，其用于压缩所述第一压缩腔中的流体，该运动活塞中形成有一第二压缩腔，在所述第二压缩腔与所述第一压缩腔相通之处该运动活塞设有第一阀组件；  以及
一固定设置于所述压缩机中的静止活塞，该静止活塞装配于所述运动活塞中，使所述第二压缩腔中的流体随所述运动活塞的往复运动而被压缩，所述静止活塞中形成有一流体进入通道，通过该流体进入通道导入流体，在所述流体进入通道与所述第二压缩腔相通之处所述静止活塞设有第二阀组件。

2.  根据权利要求1所述的压缩机，其中，所述固定缸的前部设有一出口阀，当所述第一压缩腔中的压力大于一规定压力时，所述出口阀开启。

3.  根据权利要求1所述的压缩机，其中，所述运动活塞包括：
一作线性运动的活塞部分，该活塞部分的一部分插入所述固定缸中；以及
一与所述活塞部分的后部连接的运动缸部分，该运动缸部分插入所述静止活塞中。

4.  根据权利要求3所述的压缩机，其中，所述活塞部分的后侧设有一凸缘，该凸缘固定于所述线性电机的转子上，以及
所述运动缸部分固定连接到所述凸缘的所述后部。

5.  根据权利要求1所述的压缩机，其中，当所述运动活塞向后朝所述静止活塞运动时，所述第一阀组件开启。

6.  根据权利要求1所述的压缩机，其中，当所述运动活塞向前朝固定缸运动时，所述第二阀组件开启。

7.  根据权利要求1所述的压缩机，其中，所述第一和第二阀组件是板阀，它们分别设置于所述运动活塞和所述静止活塞的前端。

8.  根据权利要求1所述的压缩机，其中，还包括一用来开启/关闭所述第二阀组件的阀致动单元。

9.  根据权利要求8所述的压缩机，其中，所述第二阀组件是设置于所述静止活塞前部的板阀；以及
所述阀致动单元包括：一根据外部信号产生驱动力的致动器和一推杆，该推杆连接于所述致动器和所述板阀之间，其用来根据所述致动器的操作推动所述板阀。

10.  一种线性压缩机，包括：
一第一缸；
一设置在所述第一缸前部的出口阀；
一与一线性电机连接的第一活塞，该第一活塞在所述第一缸中前后运动，在该第一活塞中形成一第一流体通道，该第一流体通道与所述第一缸内部相通；
一设置于所述第一活塞前部的第一入口阀，其用于开启和关闭所述第一流体通道；
一与所述第一活塞的所述后部相连的第二缸，所述第二缸随所述第一活塞运动，在所述第二缸中形成一第二流体通道，该第二流体通道与所述第一流体通道相通；
一设置在所述压缩机中的后盖，在该后盖上形成一进入口；
一固定装配于所述后盖上的第二活塞，所述第二活塞装配于所述第二缸中，致使所述第一和第二流体通道中的流体随所述第一活塞和所述第二缸的往复运动而被压缩，在所述第二活塞中形成一第三流体通道，所述后盖的所述进入口通过所述第三流体通道与所述第二流体通道相通；以及
一设置在所述第二活塞的所述前部的第二入口阀，其用于开启和关闭所述第三流体通道。

线性压缩机
技术领域
本发明涉及一种线性压缩机，更具体地说，涉及一种在排出流体之前利用多个压缩腔能顺序地压缩流体的线性压缩机。
背景技术
通常线性压缩机被构造成将来自线性电机的线性驱动力传递给活塞，使活塞在缸中作线性往复运动，从而导入如制冷剂气体之类的流体、并对其进行压缩和排出。
图1是传统线性压缩机的纵向截面图。
如图1所示，传统的线性压缩机包括内腔10，内腔10安装在气密封壳体1内侧。内腔10为具有规定长度的圆柱体形状。后盖20固定于内腔10的一侧，流体进入通道18形成于后盖20上。
用来产生驱动力的线性电机30装配于内腔10内侧。活塞40与线性电机30相连接，流体通道38形成于活塞40上，用来开启和关闭流体通道38的入口阀50固定在活塞40上。具有缸58的缸体60固定于内腔10的另一侧。活塞40可移动地设置于缸58中，致使活塞40能在缸58中前后运动。
出口阀70与缸体60连接，该出口阀开启缸58时，已被压缩的流体排出，该出口阀关闭缸58时，不排出已被压缩的流体。出口阀70和缸58及活塞40一起限定出压缩腔C。
进入连接管2与气密封壳体1相连接，来自外部的流体通过该进入连接管被导入气密封壳体1中，进入连接管2设置在后盖20的流体进入通道18的前部。
入口阀50为板状，该板的一侧固定在活塞40上，该板被弹性地弯曲，以便开启和关闭活塞40的流体通道38。
出口阀70包括排出盖72和阀体76，排出盖装配于缸体60上，其一侧与出口管相连；阀体由设置在排出盖72内的弹簧74支撑，以便开启和关闭缸。
下面将详细描述具有上述结构的传统线性压缩机的运行过程。
向线性电机30供给电流时，线性电机30运转，致使活塞40在缸58中作线性往复运动。当活塞40在缸58中作线性往复运动时，出口阀70和入口阀50被开启和关闭。
此时，流体通过进入管2被导入气密封壳体1中。然后，流体通过后盖20的流体进入通道18和活塞40的流体通道38流入压缩腔C中。导入压缩腔C中的流体通过活塞40的线性往复运动被压缩，已被压缩的高温高压气态流体通过出口阀70和出口管被排出气密封壳体1。
但是，上述传统的线性压缩机的缸体中仅设置了单个压缩腔，结果，被导入压缩机中的流体只在形成于活塞40和出口阀70之间的压缩腔C中被压缩一次，然后被排出。因此，传统的线性压缩机的压缩效率非常低，线性压缩机的性能受到限制。
发明内容
因此，考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种线性压缩机，该线性压缩机在排出流体之前能以多级形式顺序压缩流体，从而提高线性压缩机的压缩效率，并且减小了线性压缩机的整体尺寸。
根据本发明的一方面，提供了一种能实现上述和其他目的的线性压缩机，该线性压缩机包括：一固定缸，其内形成有一第一压缩腔，该固定缸的一侧设置有一出口部件；一由线性电机驱动可前后运动的运动活塞，其用于压缩第一压缩腔中的流体，该运动活塞中形成有一第二压缩腔；在第二压缩腔与第一压缩腔相通之处该运动活塞设有第一阀组件；和一固定设置于压缩机中的静止活塞，该静止活塞装配于运动活塞中，致使第二压缩腔中的流体随运动活塞的往复运动而被压缩，在静止活塞中形成有一流体进入通道，流体通过该流体进入通道被导入，在流体进入通道与第二压缩腔相通之处，静止活塞设有第二阀组件。
优选在固定缸的前部设置一出口阀，当第一压缩腔中的压力高于规定压力时，出口阀开启。
优选运动活塞包括：可作线性运动的活塞部分，该活塞部分的一部分插入固定缸中；和与该活塞部分的后部连接的运动缸部分，并且该运动缸部分被插入静止活塞中。
优选所述活塞部分的后侧设有一凸缘，该凸缘固定于线性电机的转子上，所述运动缸部分固定连接该凸缘的后侧。
优选当运动活塞向后朝静止活塞运动时，第一阀组件开启，当运动活塞向前朝固定缸运动时，第二阀组件开启。
优选第一和第二阀组件都是板阀，它们分别设置在运动活塞前端和静止活塞前端。
优选该压缩机还包括一阀致动单元，其用于开启/关闭第二阀组件。
优选第二阀组件是一设置在静止活塞前部的板阀，所述阀致动单元包括：一根据外部信号产生驱动力的致动器；和一连接在致动器和板阀之间的推杆，其用于根据致动器的操作推动板阀。
根据本发明的另一方面，提供了一种线性压缩机，其包括：一第一缸；一设置在所述第一缸前部的出口阀；一与线性电机连接的第一活塞，第一活塞可在第一缸中前后运动，在该第一活塞中形成有一第一流体通道，该第一流体通道与第一缸内部相通；一设置在第一活塞前部用于开启和关闭第一流体通道的第一入口阀；一与第一活塞后部连接的第二缸，第二缸可随第一活塞运动，第二缸中形成有一第二流体通道，该第二流体通道与第一流体通道相通；一设置在压缩机中的后盖，在该后盖上形成一进入口；一固定装配于后盖上的第二活塞，该第二活塞装配于第二缸中，致使第一和第二流体通道中的流体随第一活塞和第二缸的往复运动而被压缩，一第三流体通道形成于第二活塞中，后盖的进入口通过第三流体通道与第二流体通道连接；和一设置在第二活塞前部的第二入口阀，该阀用于开启和关闭第三流体通道。
根据本发明，在具有上述结构的线性压缩机中，用来压缩流体的压缩腔互相连通。制冷剂首先在其中一压缩腔中被压缩，然后在另一压缩腔中被压缩。因此，流体的压缩效率高。
并且，本发明的线性压缩机包括用来强制开启其中一压缩腔的阀致动单元。因此，通过该阀致动单元的操作，可改变线性压缩机地压缩量。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，能更加透彻地理解本发明的上述及其他目的、特征和其他有益效果。附图中：
图1是传统线性压缩机的纵向截面图；
图2是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的纵向截面图；
图3是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向前运动时该线性压缩机的主要部件；
图4是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向前运动终止时该线性压缩机的主要部件；
图5是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向后运动时该线性压缩机的主要部件；
图6是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向后运动终止时该线性压缩机的主要部件；
图7是本发明第二优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向前运动时该线性压缩机的主要部件；
图8是本发明第二优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向前运动终止时该线性压缩机的主要部件；
图9是本发明第二优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向后运动时该线性压缩机的主要部件；和
图10是本发明第二优选实施方式中的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向后运动终止时该线性压缩机的主要部件。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。
尽管下面仅对本发明的最优选的实施方式进行描述，但是应当理解，根据本发明还可以推荐很多本线性压缩机的优选实施方式。
图2是纵向截面图，它示出了本发明第一优选实施方式的线性压缩机的内部结构。
如图2所示，本发明的线性压缩机包括：气密封壳体100，该气密封壳体100包括：上部敞开的下部壳体102；和一上盖104，该上盖用来盖住下部壳体102的敞开的上部。
将内部形成有第一缸109的缸体110设置成在气密封壳体100中缸体110位于安装在下壳体102一侧的第一减震器106上，同时施加于缸体110的振动被第一减震器106吸收。将内部形成有进入口120a的后盖120设置成在气密封壳体100中后盖120位于安装于下部壳体102另一侧的第二减震器108上，流体通过吸入口120a被吸入，同时，施加于后盖120上的振动由第二减震器108吸收。
用来产生压缩流体所需的驱动力的线性电机130设置于缸体110和后盖120之间。第一活塞140与线性电机130连接，当第一活塞在第一缸109中往复运动时，该第一活塞140将流体传送到第一缸109中，并在第一缸109中压缩这些流体。
线性电机130包括定子S和转子M。定子S包括：外叠片铁心131；内叠片铁心132，该内铁心132与外铁心131隔开规定间隙；和缠绕于外叠片铁心131上的线圈133。转子M包括：由围绕线圈133产生的磁力驱动而前/后运动的磁体134；和设置于外铁心131和内铁心132之间以使磁框136前/后运动的磁框136。磁体134固定于磁框136上，磁框136与第一活塞140连接。
外铁心131设置在缸体110和后盖120之间，同时外铁心131通过合适的紧固构件固定于缸体110和后盖120上。内铁心132通过合适的紧固构件固定于缸体110上，磁框136通过合适的紧固构件固定于第一活塞140上。
第一活塞140的一部分装配在第一缸109中，同时该部分在第一缸109中往复运动，因此第一活塞140在第一缸109中可前后运动。一在径向上延伸的凸缘142形成在第一活塞140另一部分的端部。该凸缘142通过合适的紧固构件固定于磁框136上。
设置在凸缘142的一表面和缸体110之间的第一弹簧144与设置在凸缘142另一表面和后盖120之间的第二弹簧145弹性地支撑第一活塞140，因此，第一活塞140随着线性电机130的转子M作往复运动。
第一流体通道146纵向贯穿于第一活塞140中。第一流体通道146与第一缸109内部相通，因此流体通过第一活塞140被吸入到第一缸109中。
优选第一入口阀148是板阀，该板阀的一侧固定于活塞140前端。与第一活塞140的流体通道146相对应的板阀部分弹性地弯曲，因而活塞140的流体通道146的开口可被开启或关闭。
因此，当第一活塞140向后朝后盖120运动时，流体通道146中的流体使第一入口阀148的与活塞140的流体通道146相对应的部分在与后盖120相对的方向上弯曲，从而使流体通道146开启。另一方面，当第一活塞140向前朝出口阀150运动时，第一入口阀148的与活塞140的流体通道146相对应的部分由于第一缸109中的流体和自身的弹力在相对于出口阀150的方向上伸直，从而使流体通道146关闭。
设置在线性压缩机中的出口阀150开启/关闭第一缸109。出口阀150和第一缸109及第一活塞140限定出第一压缩腔C1。
出口阀150包括：装配于缸体110上并与第一缸109相通的内部排出盖152，一流体排出孔151形成在该内部排出盖152的一侧；设置在内部排出盖152外侧并与内部排出盖152相互隔开的外部排出盖154；和通过设置在内部排出盖152中的弹簧156被弹性地支撑的阀体158，该阀用于开启和关闭第一缸109。
因此，当第一压缩腔C1中的流体压力大于弹簧156的弹力时，阀体158被流体推动，使第一缸109开启。另一方面，当第一压缩腔C1中的流体压力小于弹簧156的弹力时，阀体158被弹簧156推动，使第一缸109关闭。
该线性压缩机还包括：与第一活塞140连接的第二缸162，第二缸162随第一活塞140往复运动，第二流体通道160纵向贯穿于第二缸162中，因此第二流体通道160与第一流体通道146相通；与后盖120连接的第二活塞172，当第二缸162向前运动时，该第二活塞将流体传送到第二缸的第二流体通道160中，并且压缩处于第一流体通道146和第二流体通道160中的流体。第二流体通道160和第一流体通道146一起限定出第二压缩腔C2。
第二缸162呈空心圆柱体形状，第二流体通道160形成于其中。第二缸162的一端固定连接第一活塞140的凸缘142，致使第二缸162沿第一活塞140的前/后运动方向设置，并与第一入口阀148相对设置。
第二活塞172的一端固定于后盖120上。第二活塞172的外径小于第二缸162的内径，因而当第二缸162前后运动时，第二活塞172能在第二缸162中往复运动。
并且，第二活塞172呈空心圆柱体形状，第三流体通道170纵向贯穿于其中。第三流体通道170与进入口120a及第二流体通道160相通。第二活塞172设有用于开启和关闭第三流体通道170的第二入口阀180。
优选第二入口阀180是板阀，该板阀的一侧固定于第二缸172上，与第二缸172的第三流体通道170相对应的板阀部分弹性地弯曲。
因此，当第一活塞140和第二缸162向前朝出口阀150运动时，第二入口阀180的与第三流体通道170相对应的部分由于第一和第二流体通道146和160及第三流体通道170之间的压差而朝出口阀150弯曲，因而使第三流体通道170开启。另一方面，当第一活塞140和第二缸162向后朝后盖120的进入口120a运动时，借助于第一流体通道146和第二流体通道160中的流体及第二入口阀自身的弹力，第二入口阀180关闭第三流体通道170。
附图标记122表示形成在后盖120上的插入槽122，第二活塞172的一端插入到该插入槽122中。
附图标记200表示与气密封壳体100连接的进入连接管，同时进入连接管200穿入气密封壳体100中。来自外侧的流体通过进入连接管200被导入密封壳体100中。附图标记202表示与出口阀150的外部排出盖154连接的出口管以使被吸入到出口阀150中的流体通过。附图标记204表示环状管，该环状管204的一端与出口管180连接，附图标记206表示一端与环状管204连接的出口连接管，该出口连接管206穿过气密封壳体100，致使出口连接管206延伸到外侧。
下面将根据本发明详细描述具有上述结构的线性压缩机的运行。
当向线性电机130的线圈133供给电流时，在线圈133周围产生磁场，由于在线圈133周围产生磁场使磁铁134前后运动。磁铁134的前/后运动通过磁框134传递给第一活塞140和第二缸162。因此，第一活塞140和第二缸162在出口阀150的阀体158和后盖120的吸入口120a之间作线性往复运动。
第一活塞140在第一缸109中向前运动，通过第一活塞140压缩第一压缩腔C1内部的流体。第二缸162沿第二活塞172向后运动，通过第二活塞172压缩第二压缩腔C2内部的流体。第一活塞140和第二缸162的往复运动使第一入口阀148、第二入口阀180和出口阀150开启或关闭。因此，流体在依次流过第二压缩腔C2和第一压缩腔C1的同时被压缩。
现在，参照附图3至6将详细描述根据第一活塞140和第二缸162的往复运动而压缩流体的过程。
图3是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向前运动时线性压缩机的主要部件；图4是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向前运动终止时线性压缩机的主要部件。
如图3和4所示，当第一活塞140和第二缸162向前朝出口阀150移动时，第一入口阀148的与第一流体通道146相对应的部分由于第一压缩腔C1和第二压缩腔C2之间的压差或由于自身的弹力而关闭。结果，处于第一压缩腔C1中的流体被压缩，然后通过出口阀150被排出。第二入口阀180的与第三流体通道170相对应的部分由于第二压缩腔C2和第三流体通道170之间的压差而朝出口阀150开启。结果，处于后盖120外侧的流体通过后盖120的吸入口120a与第三活塞172的第三流体通道170被导入第二压缩腔C2中。
也就是说，当第一活塞140和第二缸162向前运动时，在第一压缩腔C1中的流体被压缩，然后从第一压缩腔C1排出，同时将所述流体导入第二压缩腔C2中。
图5是本发明第一优选实施方式中的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向后运动时线性压缩机的主要部件；图6是本发明第一优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向后运动终时线性压缩机的主要部件。
如图5和6所示，当第一活塞140和第二缸162向后朝后盖120的吸入口120a移动时，处于第二压缩腔C2中的流体被压缩，并且第二入口阀180的与第三流体通道170相对应的部分由于第二压缩腔C2和第三流体通道170之间的压差或由于自身的弹力而关闭。第一入口阀148的与第一流体通道146相对应的部分由于第一压缩腔C1和第二压缩腔C2之间的压差而朝出口阀150开启。结果，在第二压缩腔C2中被压缩的流体被导入第一压缩腔C1中。
即，当第一活塞140和第二缸162向后运动时，在第二压缩腔C2中被压缩的流体被导入第一压缩腔C1中，同时这些流体在第二压缩腔C2中被压缩，然后流体被导入第一压缩腔C1中。
图7是本发明第二优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向前运动时线性压缩机的主要部件；图8是本发明第二优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向前运动终止时线性压缩机的主要部件。图9是本发明第二优选实施方式的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸开始向后运动时线性压缩机的主要部件；图10是本发明第二优选实施方式中的线性压缩机的截面图，它示出了第一活塞和第二缸的向后运动终止时线性压缩机的主要部件。
在本发明的第二优选实施方式的线性压缩机中，除了还包括一用来制动第二入口阀180的阀致动单元210以外，本发明第二优选实施方式中的线性压缩机的结构和运行与前述第一优选实施方式的线性压缩机的结构和运行相同。因此，本发明的第二优选实施方式中的与本发明第一优选实施方式中的部件相对应的部件用与第一优选实施方式的相应部件相同的附图标记表示，并省略对它们的详细描述。
阀致动单元210包括：一装配于后盖120外侧的致动器212；和一与致动器212连接的推杆216，该推杆设置于第三流体通道170中，同时该推杆216前后运动，其用于朝出口阀150方向推动第二入口阀180的与第三流体通道170相对应的部分。
致动器212优选是常用的螺线管传动器。也可选择该致动器由齿条和小齿轮构成，其用于将来自电机的旋转力转变成直线运动，从而使推杆216作线性运动。
根据本发明的第二优选实施方式，本线性压缩机装配有阀致动单元，第二入口阀180的与第三流体通道170相对应的部分能在致动器212的操作下通过推杆216保持开启状态。在这种情况下，流体被导入第一压缩腔C1，同时这些流体在第二压缩腔C2中不被压缩，然后被排出。结果，与第二入口阀180的与第三流体通道170相对应的部分反复开启和关闭的情况相比，该线性压缩机的压缩量减小。
在本发明第二优选实施方式的线性压缩机中，通过阀致动单元210可方便地调节压缩量。
从上述描述可清楚得出，本发明提供了一种具有多个用来压缩流体的压缩腔的线性压缩机，这些压缩腔互相连通，制冷剂先在其中的一压缩腔中被压缩，然后在这些制冷剂被排出之前在另一压缩腔中被压缩，从而提高了流体的压缩效率。
本发明的线性压缩机包括第一缸和第二缸，第一压缩腔形成于第一缸内，第二缸与第一活塞连接，第一活塞随线性电机作前/后运动。在第一活塞和第二缸中限定出第二压缩腔。本发明的线性压缩机还包括第二活塞，当第一活塞和第二缸向前移动时，第二压缩腔通过第二活塞被压缩。因此，这种具有多个压缩腔的线性压缩机的结构非常简单，从而减小了该线性压缩机的整体尺寸。
而且，本发明的线性压缩机还包括用来强制地开启其中一压缩腔的阀致动单元，从而通过该阀致动单元，可改变线性压缩机的压缩量。
尽管上面说明性地描述了本发明的优选实施方式，但是对于本领域的技术人员来说，可以理解在不超出本发明所附的权利要求书中所披露的构思和保护范围的前提下，本发明还可以有各种变型、补充和替换。