CN1199951A - 线性电动机与含有线性电动机的往复式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种线性电动机及含有线性电动机的往复式压缩机,该电动机包括:含有沿外铁芯内侧中心线形成的凸块和由凸块两侧形成的两铁芯槽的外铁芯;分别缠绕在铁芯槽中的第一和第二线圈;固定在凸块上并与外铁芯齐平的磁铁;支撑在外铁芯内的内铁芯,它与外铁芯及凸块以预定的气隙相分离并沿中心轴线往复运动,线性电动机只有一个气隙,使磁通量回路通过其中并由此防止磁通量的漏泄,同时也披露了采用线性电动机的往复式压缩机。

Description

线性电动机与含有线 性电动机的往复 式压缩机

本发明涉及在往复式压缩机中用作驱动源的线性电动机，尤其是涉及一种线性电动机，其磁通量通过的回路中只含有一个气隙，从而防止了磁通量的漏泄，并由此提高了功效、可靠性及易于制造，本发明还涉及含有线性电动机的往复式压缩机。

图1是含有动磁式线性电动机常用往复式压缩机的剖视图。往复式压缩机主要包括：具有预定外形的密封罩1；安装在密封罩1内上部的凸缘2；安装在凸缘2内的活塞缸3；固定在凸缘2内侧的外铁芯4，缠绕在外铁芯4上的线圈5；固定在活塞缸3的外侧并与外铁芯4和线圈5相隔开预定距离的内铁芯6；固定且安装在凸缘2底部的活塞簧片7；固定在活塞簧片7中心的活塞支架8；固定在活塞支架8内部中央且可在活塞缸3中往复的活塞9；固定在活塞支架8的外部周边上且根据活塞支架8与活塞9的往复运动而在外铁芯4与内铁芯6之间垂直往复的磁铁10(也可称之为推进器)；一组固定弹簧11其一端连在活塞片7上，另一端连在密封罩1上，且弹性地支撑活塞簧片7；固定并安装在凸缘2表面中夹的阀门组件12；以及分别安装在阀门组件12两端的吸气消声器13和排气消声器14。

如图1所示，用于这种往复式压缩机中的动磁式线性电动机包含有两个气隙，分别限定在磁铁10与内铁芯6之间以及磁铁10与外铁芯4之间，如图2A至图2C以及3A至图3C所示。

外铁芯4由很多薄钢片围绕电动机中心轴线以辐射方向把每一钢片相互层迭而成。内铁芯6也是以与外铁芯同样的方式组成。

磁铁10其内侧面对电动机中心轴线，外侧面对外铁芯内侧，磁铁10的内外侧具有同一极性。

在图2A至图2C以及图3A至图3C中，B与F分别表示磁通密度与磁场力。

在含有这种常用的动磁式线性电动机的往复式压缩机中，由于流过线圈5的电流和在外铁芯4与内铁芯6之间垂直运动的磁铁10磁通量之间的相互作用，以及由于活塞簧片7的惯性能与弹性能的作用，使活塞9在活塞缸3中垂直往复运动。活塞9在活塞缸3中往复运动的结果，就使得压缩机重复地进行吸入、压缩和排出。

线性电动机由流经线圈5的电流以及磁铁10的磁通量的方式来运行，当交流功率加到缠绕在外铁芯4上的线圈5上时，含有磁铁10的活塞支架8就垂直地上下运动。

换句话说，当电流向外流过线圈5，磁铁10的磁通量向内指向中心轴线时，由外铁芯4出发的磁通量通过第一气隙C1，磁铁10，第二气隙C2，内铁芯6，第二气隙C2，磁铁10，第一气隙C1以及外铁芯4流动如图2A至2C所示。因而磁铁10朝着磁阻较小的方向向下移动。

另一方面，由于电流是交变电流，当电流向内流过线圈5，在外铁芯4中流动的磁通量也改变它的运动方向，如图3A至图3C所示。根据磁铁10的磁通量方向，上部的磁阻变得相对较小，于是磁铁就向上移动。

如上所述，电流以交变方向加到线圈5中，因而其感应力也是以交变方向上下变化。这样活塞支架8就可以连续地上下运动从而使得线性电动机履行它的全部功能。

然而，这种常用的动磁式线性电动机也困扰着一些不足。由于磁通量要通过两个气隙C1和C2，所以存在着严重的漏泄。这就减少了线性电动机的功效，而且由于两个气隙C1和C2也使线性电动机不易制造，同时这也减小了线性电动机的可靠性。

本发明的主要目的是提供一种能加强功效的线性电动机，它只包含一个由磁通量通过的气隙，从而防止了磁通量的漏泄。

本发明的另一目的是提供一种能易于制造且提高可靠性的线性电动机，它是藉助于减少在其中形成的气隙数来实现。

本发明的再一目的是提供一种能增强性能与生产率的往复式压缩机，其中应用了能达到上述目的线性电动机。

根据本发明的一个方面，线性电动机包括：外铁芯，它含有在沿其内侧中心线上形成的凸块以及在凸块两侧形成的一对铁芯槽；分别缠绕在铁芯槽中的第一和第二线圈；固定在凸块上且与外铁芯齐平的磁铁；以及用作推进器的内铁芯，它支撑在外铁芯中，与外铁芯及凸块以预定气隙分离，并相对于线性电动机的中心轴线平行地上下运动。

可优选地，第一和第二线圈分别以如下方式缠绕在外铁芯的铁芯槽中，即其缠绕方向垂直于外铁芯围绕线性电动机中心轴线的层迭方向，以及第一和第二线圈的缠绕方式，使交变电流以围绕线性电动机中心轴线的同一方向流过第一和第二线圈。

根据本发明的另一方面，含有线性电动机的往复式压缩机包括：具有预定外形的密封罩；在密封罩内上部安装并在其内部含有活塞缸的凸缘；固定在凸缘内侧表面上并包括沿外铁芯内侧中心线形成凸块以及在凸块两侧形成一对铁芯槽的外铁芯；分别缠绕在铁芯槽中的第一和第二线圈；固定在凸块上且与外铁芯齐平的磁铁；固定且安装在凸缘底部的活塞簧片；固定在活塞簧片中央的活塞支架；固定在活塞支架中央且可在活塞缸中往复的活塞；固定在活塞支架外侧的内铁芯，它与外铁芯以及凸块以预定的气隙分开，且作为推进器沿中心轴线上下移动；一组弹性支撑活塞簧片的固定弹簧；以及在凸缘预定的位置上分别安装并固定的阀门组件与消声器。

可优选地，第一和第二线圈分别以如下方式缠绕在外铁芯的铁芯槽中，即第一和第二线圈的缠绕方向垂直于围绕线性电动机中心轴线的外铁芯的层迭方向。第一和第二线圈按如下方式缠绕，即交变电流以围绕线性电动机中心轴线相同方向流过第一和第二线圈。

本发明的上述目的与其它优点，通过对其优选实施例的详细介绍以及参阅附图会变得更加清晰明了，其中：

图1是含有常用动磁式线性电动机的往复式压缩机的剖视图；

图2A至图2C是当其中推进器向下移动时常用的动磁式线性电动机的运行说明；

图3A至图3C是当其中推进器向下移动时常用的动磁式线性电动机的运行说明；

图4是根据本发明动铁式线性电动机主要部件的剖视图；

图5A至图5C是根据本发明当其中推进器向下移动时动铁式线性电动机的运行说明；

图6A至图6C是根据本发明当其中推进器向上移动时动铁式线性电动机的运行说明；

图7是根据本发明，依据线性电动机上所加的电压说明其电流与位移的波形；

图8是根据本发明含有动铁式线性电动机的往复式压缩机的剖视图。

下面将结合附图，对根据本发明的线性电动机及含有线性电动机的往复式压缩机的优选实施例进行详尽介绍。本发明可以用很多不同的形式来体现，而且结构上也不局限于在这里陈述的一些实施例；此外，提供的这些实施例也是更好地全面地充分地体现出本发明在已有技术领域内的覆盖范围。

图4是根据本发明的动铁式线性电动机主要部件的剖视图。如图所示，在沿外铁芯24内侧中心线上形成有一凸块21，并在凸块21的两侧形成了两个铁芯槽22和23。含有凸块21和铁芯槽22和23的外铁芯24固定在电机主体的预定部位上。第一和第二线圈25和26分别缠绕在外铁芯24的铁芯槽22和23中。磁铁27固定在凸块21上且与外铁芯24齐平。用作推进器的内铁芯29位于外铁芯24中。且与外铁芯24和磁铁27分开，这样在它们之间保持有一气隙C。内铁芯29沿电动机中心轴线往复运动。

外铁芯24用导电钢材围绕电动机中心轴线辐射方向层迭而成。凸块21具有包围第一和第二线圈25和26的结构，藉以改善磁阻效应。

第一和第二线圈25和26以如下方式各自缠绕在外铁芯的铁芯槽22和23中，即第一和第二线圈25和26缠绕方向垂直于外铁芯围绕线性电动机中心轴线的层迭方向。第一和第二线圈25和26的缠绕使交变电流也能以相同方向流过第一和第二线圈。

磁铁27以环状形式围绕电动机的中心轴线，并固定在外铁芯24的凸块21上。

内铁芯29也是用导电钢材围绕电动机中心轴线辐射方向层迭而成。内铁芯29在中心轴线方向上其长度短于外铁芯24，也是籍以改善磁阻效应。

标号30表示外铁芯24的中心线，在全部附图中，对于与上述常用技术中结构基本相同的元件都采用相同的标号来表示。

根据本发明，当磁通量通过外铁芯24时，线性电动机利用了在外铁芯24的磁阻与作为推进器的内铁芯29的磁阻之间的差异。下面介绍它的运行过程。

如图5A所示，当电流以相同的方向，例如向外方向加到分别缠绕在外铁芯24的铁芯槽22和23中的第一和第二线圈25和26中时，在外铁芯24中产生磁通量。磁通量根据图5A所示的磁铁27的磁极方向流动。这时当从外铁芯24发出的磁通量的中心与从磁铁27发出的磁通量比流入外铁芯24的磁通量的中心更接近于中心线30时，内铁芯29也就是推进器因外铁芯24的磁阻与内铁芯29的磁阻之间的差异而向下移动，即向磁阻较小的方向移动。推进器29的中心向下移动并到达等于外铁芯24中心的位置如图5B所示。由于这时下部的磁阻仍是较小，因此推进器29进一步向下移动，如图5C所示。

当推进器29到达它的底部止点时，电流则以相反方向加到第一和第二线圈25和26中，也就是说以向内方向流入，于是磁通量也改变它的运动方向如图6A所示。

这时，由于外铁芯24的磁阻与内铁芯29的磁阻之间的差异，内铁芯29向较小磁阻的方向向上移动，如图6A至图6C所示，其运行的次序和原理类似于如上述图5A至图5C中所介绍的内铁芯29向下移动的运行次序和原理。当外铁芯24的上部磁阻较小，内铁芯29便向上移动。

图7说明了根据本发明，依据加在线性电动机上的电压，其电流与位移的波形。图7中，当推进器的中心位于位置等于外铁芯24的中心位置时，其状态表示为零。上部止点与下部止点分别用Dismax与Dismin标记。在外加交流波形电压的条件下，当电流为零时，推进器到达上部止点Dismax与下部止点Dismin如图7所示的电流与位移的波形。

图8是根据本发明含有如图4所示的动铁式线性电动机的往复式压缩机的剖视图。往复式压缩机包括：具有预定外形的密封罩31；安装在密封罩31内上部的凸缘32；安装在凸缘32内的活塞缸33；外铁芯24，它固定在凸缘32的内侧，且含有沿其内侧中心线上形成的凸块21以及在凸块21两侧形成的两个铁芯槽22和23；分别缠绕在外铁芯24铁芯槽22和23中的第一和第二线圈25与26；固定在凸块21上且与外铁芯24齐平的磁铁27；固定并安装在凸缘32底部的活塞簧片34；固定在活塞簧片34中心的活塞支架35；固定在活塞支架35中央且可在活塞缸33中往复运动的活塞36；固定在活塞支架35上的内铁芯29，它用作推进器往复在电动机的中心轴线方向上，并与外铁芯24和凸块21以预定的气隙相分离；一组安装在活塞簧片34和密封罩31之间的固定弹簧37，弹性地支撑活塞簧片34；固定与安装在凸缘32表面中央的阀门组件38；以及分别安装在阀门组件38端部的吸气消声器39与排气消声器40。

根据本发明，往复式压缩机在其电动机部位上含有如图4所示的线性电动机。由线性电动机以及活塞簧片34的惯性与弹性能的作用，活塞36可以垂直地往复于活塞缸33中。由于在活塞缸33中，活塞36的垂直往复运动，制冷机就可以重复进行吸入、压缩和排出。在这种方式下，往复式压缩机实现了它的所有功能。

如上所述，根据本发明线性电动机包括：外铁芯，含有沿其内侧中心线上形成的凸块以及在凸块两侧形成的两个铁芯槽；分别缠绕在由外铁芯形成的铁芯槽中的第一和第二线圈；固定在凸块上并与外铁芯齐平的磁铁；支撑在外铁芯中的内铁芯，它与外铁芯及凸块以预定的气隙分离且可沿中心轴线往复运动。根据本发明线性电动机只包含一个气隙，磁通量的回路通过其中，因而磁通量可以避免漏泄。这也使得线性电动机增强了可靠性与功效，且易于制造。这也使得采用线性电动机的往复式压缩机的功效与生产率得以提高。

本发明结合上述实施例进行了如上介绍，很明显按照上述的描述可以对本技术进行更替、修改或改变，但是所有的更替、修改或改变都应限于本发明权利要求的精神与范围内。

Claims (6)

1.一种线性电动机包括：

外铁芯，它包括沿其内侧中心线形成的凸块和在所述凸块两侧形成的两个铁芯槽；

分别缠绕在所述铁芯槽中的第一和第二线圈；

磁铁，它固定在所述凸块上且与所述外铁芯齐平；以及

内铁芯，它支撑在所述外铁芯中，且与所述外铁芯及所述凸块以预定的气隙分开，并沿所述线性电动机的中心轴线往复运动。

2.根据权利要求1所述的线性电动机，其中所述第一和第二线圈分别以下述方式缠绕在所述外铁芯的铁芯槽中，即所述第一和第二线圈的缠绕方向垂直于所述外铁芯围绕所述线性电动机中心轴线层迭的方向。

3.根据权利要求2所述线性电动机，其中所述第一和第二线圈以下述方式缠绕，即交流电流以相同方向流入所述第一和第二线圈中。

4.一种往复式压缩机包括：

具有预定外形的密封罩；

安装在所述密封罩内上部且含有活塞缸的凸缘；

固定在所述凸缘内侧的外铁芯，且含有沿其内侧中心线形成的凸块以及在所述凸块两侧形成的两个铁芯槽；

分别缠绕在所述外铁芯的所述铁芯槽中的第一和第二线圈；

固定在所述凸块上并与所述外铁芯齐平的磁铁；以及

固定且安装在所述凸缘底部的活塞簧片；

固定在所述活塞簧片中央的活塞支架；

固定在所述活塞支架中央且可在活塞缸中往复运动的活塞；

以下述方式设置固定在所述活塞支架上的内铁芯，即所述内铁芯与所述外铁芯及所述凸块之间保持预定的气隙，所述内铁芯可以在所述往复式压缩机的中心轴线方向上往复；

一组用以弹性支撑所述活塞簧片的固定弹簧；

分别固定与安装在所述凸缘的预定位置上的阀门组件与消声器。

5.根据权利要求4所述往复式压缩机，其中所述第一和第二线圈分别以下述方式缠绕在所述外铁芯的所述铁芯槽中，即所述第一和第二线圈的缠绕方向垂直于外铁芯围绕所述线性电动机中心轴线的层迭方向。

6.根据权利要求5所述往复式压缩机，其中所述第一和第二线圈以下述方式缠绕，即交流电流以相同的方向流入所述第一和第二线圈中。

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