一种双磁悬浮工况活塞式压缩机

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体涉及一种双磁悬浮工况活塞式压缩机。

背景技术

现在市场上的制冷压缩机基本都是活塞往复式及螺旋式两大类压缩机，这种传统压缩机的基本原理是以旋转出力工况的感应电机为动力，通过电机带动往复机构从而带动活塞或双螺旋结构对气体进行压缩做功，原理上都属于电磁能先转为旋转的机械能，再通过曲轴连杆变成往复的动能带动活塞做功，这种结构的特点是成熟、原理简单，但是存在的缺陷问题如下：

一，能量的转换损失：间接的能量转换会带来一定功率损失，因为电机发出的功率而带动曲轴再通过曲轴或偏心轮带动联杆往复，这套结构的缺点是当曲轴工况于不同的旋转角度所转换推力的效能有所不同，不同的推力夹角占据了工况的大部份，这结构形成的功耗是主因，实际计算很复杂，但是以蒸汽机机车车轮同样结构的为例，它的能效只有约18％，显而易见这就足以证明曲轴或偏心轮式的结构转换效率低下，这也是蒸汽机被淘汰的一个重要因素。所以这样结构的转换就是由扭距转为推拉力耗能节点，但由于传统的意识形态设计者也习惯接受这种结构，包括大量用在内燃机上，结果是热效率也只能停留在约40％天花板上，而用于在压缩机也是能效很低的。

二，磨擦系数：在传统的活塞式压缩机中，除了要解决活塞环与缸壁的磨擦系数外，随着现在纳米镀膜等技术的出现，都能将活塞与缸壁的减到最小，但还是由于偏心轮或曲轴结构导致的电机前轴承增大，偏心轮或曲轴与连杆的摆动磨擦、连杆与活塞的磨擦等等各种因复合应力因素，都会导至整体的摩擦系数增加，而且不可避免，这些磨擦系数占能耗12％左右。

三，工况曲线：由于在该等的机构压缩机的压缩运动出力曲线都是不可迁就的，电机不管你每次活塞压缩的气压渐变，是空载或满载，其实每一次的压缩周期都存在的状况，电机总是以同一速度旋转，也会在活塞上至最顶端时令峰值电流变大，用平衡块惯量冲峰也会让平均电流变大，没有闭环式的精细控制.

四，电机效能：现用的压缩机基本采用以感应电机为多，而感应电机本身能效就不高，只有75-80％，最要命的是空载也要占了60％电能(每个压缩周期的前50％行程接近空载工况)，这样叠加起来能效是就是现在应用的效率。

五，废热造成系统的臃肿：当一套制冷系统的电机能效系数、磨擦系数大，反之会造成发热量产生，而因为电机的发热量大，废热刚好是制冷系统的天敌，散热器的1/3面积是用来散电机、磨擦的热，结果是散热系统体积庞大臃肿，拉低了系统的制冷效果及增加了制造成本，还会使压缩机工作时间变长而耗能。

发明内容

针对现有技术存在上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是传统活塞式压缩机的效能低、磨擦系数及发热量大等问题，通过该发明采用能效最高的磁动力直接推拉活塞，设计出极简的压缩机结构，降低诸多种磨擦因素，并采用现代化的精细控制方式，使压缩机能耗低至合适到极致，具体技术方案如下：

一种双磁悬浮工况活塞式压缩机，包括定子、动子组件、活塞推杆和缸体，定子内部固定安装两组磁极方向相同的強磁铁，两组強磁铁之间夹有铁介质组成双稳态磁场，动子组件套装在定子内部，定子前方安装缸体，活塞推杆后端连接动子组件而前端穿过定子中心强磁后伸入缸体内，活塞推杆前端设有一体化活塞环，活塞环套入缸体内。

作为本发明的一种优选方案，动子在强磁铁中间孔内装有直线轴承。

作为本发明的一种优选方案，所述压缩机为其工况是活塞环运动在PID算法加持控制惯量下呈现出在不同的气压下表现出两端极点为精准位置软着陆磁悬浮做功方式。

作为本发明的一种优选方案，所述压缩机具活塞运动工况及动子抗不转两组磁悬浮功能。

作为本发明的一种优选方案，所述动子组件包括动子支架和线圈绕组，动子支架中布满了双向45度夹角的通风微孔，动子支架前后侧设有微小扰风翅。

作为本发明的一种优选方案，线圈绕组截面为矩形或三角形。

作为本发明的一种优选方案，所述活塞推杆采用PEEK材料一体成型制成。

作为本发明的一种优选方案，所述缸体采用铝合金材料制成，缸体内壁镀纳米陶瓷涂层。

作为本发明的一种优选方案，活塞环可运动到缸体极点形成零空积气门结构。

有益效果：本发明双磁悬浮工况的活塞式压缩机结构设计合理，強磁铁配合动子组件通电时产生的磁场两者互斥或互吸的力距直接作用于活塞推杆使活塞环运动做功，动能原理是永磁同步电机的直线应用，设计的目的为排除所有影响能效的电机旋转转换往复推拉结构过程、并减少结构中所有的磨擦系数，过程工况呈磁悬浮状态，具有能效高，兼采用精细闭环控制电流、惯量等特征，可颠覆传统的活塞式、螺旋式小型压缩机结构原理，在制氧、冰箱、家用空调\汽车空调领域应达到节能20％以上的目标。

附图说明

图1是本发明的立体图；

图2是本发明的定子结构示意图；

图3是本发明的动子组件的结构示意图；

图4是本发明的活塞推杆的结构示意图；

图5是本发明的整体结构示意图；

图6是本发明的另一种实施结构的示意图；

图7是本发明的抗不转结构的示意图；

图8是本发明磁悬浮活塞式压缩机与现有感应式压缩机的工况对照示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和2所示，一种双磁悬浮工况活塞式压缩机，包括定子1、动子组件2、活塞推杆3和缸体4，定子1内部固定安装两组磁极方向相同的強磁铁5，強磁铁5通过空心铆钉直接固定于定子1，定子1为圆筒形，定子1、強磁铁5同心，两组强磁铁5之间夹有铁介质6组成双稳态磁场，动子组件2活动套装在定子1的強磁铁内，定子1前方安装缸体4，活塞推杆3后端连接动子组件而前端穿过定子中心强磁后伸入缸体内，活塞推杆3前端设有一体化活塞环，活塞环31套入缸体4内。

如图3所示，动子组件2包括动子支架21和线圈绕组22，动子支架21用氮化硅陶瓷材料烧制而成，漆包线缠绕在动子支架外周侧形成线圈绕组22，线圈绕组22截面为矩形或三角形，动子支架21中布满了双向45度夹角的通风微孔21a，动子支架21前后侧设有扰风翅21b，有利于快速散热。

如图4所示，活塞推杆3后端设有台阶32和外螺纹33，外螺纹33从台阶32面延伸到活塞推杆3端部，活塞推杆3后端穿过动子组件2后外螺纹连接螺丝7，当动子组件2移动时，动子组件2带着活塞推杆3移动，活塞环31在缸体4内移动，活塞推杆采用PEEK材料一体成型制成，缸体4采用铝合金材料制成，缸体4内壁镀纳米氮化硅涂层。

如图5所示，还包括气门座8和导向盖9，缸体4前方安装气门座8，气门座8前方安装导向盖9，气门座8也是采用PEEK材料制成，导向盖9用于气体的进入及导出经压缩的空气，气门为零空积设计，活塞环31可运动到缸体极点形成零空积气门结构，即活塞环31与缸体顶端的间隙非常小，活塞环31可把压缩气体近似全部排出。

具体的，动子组件2后端安装有光栅尺10，定子1后端安装有检测光栅尺位置的传感器11，传感器11检测光栅尺位置并把信号传输到MCU处理器，MCU处理器通过PID算法计算出活塞推杆位置，从而控制输入动子组件2的线圈绕组22的电流大小。

如图6所示，双磁悬浮工况活塞式压缩机的另一实施方式中，动子组件2在強磁铁中间孔内装有直线轴承12，直线轴承12用于作末端动子支撑。

具体的，压缩机为其工况是活塞环运动在PID算法加持控制惯量下呈现出在不同的气压下表现出两端极点为精准位置软着陆磁悬浮做功方式，即活塞环在每次运动准备到达到缸体的上下端极点前，线圈所输入的电流值是变小的，活塞环是依靠惯量软着陆运动到极点。

具体的，压缩机具活塞运动工况及动子抗不转两组磁悬浮功能，活塞运动工况指的是两组強磁铁5之间夹有铁介质6组成双稳态磁场工况，动子抗不转结构13如图7所示，抗不转结构13由三块强磁组成的安装在外部保证动子不断的上下运动。

本发明的优点在于：

(1)动力特点：众所周知，一般的活塞式压缩机都是旋转电机发出扭距带动偏心轮或曲轴再通过偏心轮或曲轴带动连杆活塞形成往复运动做功，而电机的扭距是跟据T＝9550p/n得出，以一千瓦的4极感应电机为例，它的扭距约只有6牛/米左右，而永磁直线电机的峰值推力往往能接近于每瓦/1牛的效果，永磁的同步直线电机一般的效能都能达到93％一96％之间，最后作用压缩机活塞所需的推拉力是要直接的动力，而不是通过曲轴、偏心轮转换扭距成推拉力，用这种型态的直线驱动方式作动力是目前可见能效最高的方法之一。

(2)结构特点：传统活塞式压缩机不外乎由电机、曲轴或偏心轮、摆动联杆及数个节点力距转换轴承组成的纽距转推拉力组件实现往复动作。虽然这个原理已经原用了100多年，但由于它的转换效率低，例如用在蒸汽机车上效能仅有17％，现用内燃机上也只有区区40％左右的热效率，这些都与该等结构的原理有关，在360°的循环下，每一点的角度转为推拉力的效能都不同，加上一把在侧应力的轴承之磨擦系数就可想而知了，该专利发明就是省略这一些，排除所有影响能效的结构、磨擦系数，连活塞环，缸壁的涂层材料该专利也做了最优化之低磨擦系数、高寿命之更改，简化成采用电磁直接推拉方式。

(3)精细控制：传统的活塞式压缩机一般采用交流电作电源，除了开关外不具备其它的功能，唯有靠电机根据负载作电流的大小自调，这种是传统活塞式压缩机最常见的工作控制方式，而该发明则不然，它采用未端传感器或线圈作依据，高频率刹间跟据活塞的加速度换算成气压通过系统作微工况的占空比电流瞬间调整，且在单次往复工况中作数十次的自适应闭环调整，这也是该发明能够达到智慧省电其中之一功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。