气体轴承、压缩机及发动机

技术领域

本公开涉及压缩机技术领域，尤其涉及一种气体轴承、压缩机及发动机。

背景技术

随着技术的发展，线性压缩机技术的应用逐渐从军工、航天等领域转向民用领域，应用范围不断扩大。线性压缩机采用直线电机驱动、板弹簧支撑、间隙密封等先进技术，具有结构紧凑、质量轻、无油、运动部件少、可靠性高、低噪音、低震动、不易磨损、寿命长等优点。特别是通过采用气体轴承取消了运动部件，提高了疲劳寿命。

气体轴承利用气体做“润滑剂”，在轴与轴套之间形成“气膜”，气体轴承利用气体将相对运动且容易接触的两个部件的表面相互隔离开一定距离，用气体和固体表面的湿摩擦取代了固体表面间的干摩擦，是避免接触面与静止面直接接触的理想支撑元件，具有低摩擦、无污染、回转精度高，能在低温和高温工况下工作等特点。现有的气体轴承中需要安装单向机械阀片，在使用过程中容易造成单向机械阀片的损坏，影响气体轴承的正常使用。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种气体轴承、压缩机及发动机。

本公开提供了一种气体轴承，包括气缸和活塞，所述活塞沿轴向从所述气缸的一端插设于所述气缸内并在所述活塞的端部与所述气缸的另一端之间形成压缩腔，且所述活塞能够在第一位置和第二位置之间往复移动；所述活塞的外壁与所述气缸的内壁之间存在间隙，所述活塞内部设有储气腔，所述活塞的侧壁上设有与所述储气腔连通的第一气孔和第二气孔；所述气缸内部设有第一连通通道，所述第一连通通道的第一端与所述间隙连通，所述第一连通通道的第二端与所述压缩腔连通；所述活塞位于第二位置时，所述第一连通通道的第一端与所述第一气孔对应连通向所述储气腔内充气，所述活塞在第一位置与第二位置之间移动时，所述第一连通通道的第一端与所述第一气孔错开，所述储气腔向所述间隙内放气。

可选的，所述第一气孔的孔径大于所述第二气孔的孔径。

可选的，所述第二气孔的数量为多组，多组所述第二气孔沿所述活塞的轴向间隔设置，且每组所述第二气孔的数量为多个，每组所述第二气孔沿所述活塞的周向均匀分布。

可选的，所述第一气孔的数量为多个，多个所述第一气孔沿所述活塞的周向均匀分布。

可选的，所述第一气孔设于两组所述第二气孔之间。

可选的，所述第一连通通道包括第一通道、第二通道和第三通道，所述第一通道与所述间隙连通，所述第二通道与所述压缩腔连通，所述第三通道设置在所述气缸的内部，且所述第三通道的两端分别与所述第一通道和所述第二通道连通。

可选的，所述第一通道与所述第一气孔的数量相等且对应设置。

可选的，所述气缸上还设有气体出口，所述气体出口连通所述压缩腔与所述气缸的外部。

可选的，所述活塞在第一位置时，所述第一通道位于所述第一气孔和位于所述第一气孔的一侧的第二气孔之间；所述活塞在第二位置时，所述第一通道与所述第一气孔正对。

可选的，所述第一通道和所述第二通道均沿所述气缸的径向设置，所述第三通道沿所述气缸的轴向设置。

本公开还提供了一种气体轴承，包括气缸和活塞，所述活塞沿轴向从所述气缸的一端插设于所述气缸内并在所述活塞的端部与所述气缸的另一端之间形成压缩腔，且所述活塞能够在第一位置和第二位置之间往复移动；

所述活塞的外壁与所述气缸的内壁之间存在间隙，所述气缸的侧壁内设有储气腔室，所述气缸的侧壁的内表面上设有与所述储气腔室连通的第三气孔和第四气孔；所述活塞的内部设有第二连通通道，所述第二连通通道的第一端与所述间隙连通，所述第二连通通道的第二端与所述压缩腔连通；

所述活塞位于第二位置时，所述第二连通通道的第一端与所述第三气孔对应连通，向所述储气腔室内充气，所述活塞在第一位置与第二位置之间移动时，所述第二连通通道的第一端与所述第三气孔错开，所述储气腔室向所述间隙内放气。

本公开还提供了一种压缩机，包括上述气体轴承。

本公开还提供了一种发动机，包括上述气体轴承。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例提供的一种气体轴承，包括气缸和活塞，活塞沿轴向从气缸的一端插设在气缸内并在活塞的端部与气缸的另一端之间形成压缩腔，活塞能够在第一位置和第二位置之间往复移动，活塞的外壁与气缸的内壁之间存在间隙，活塞内部设有储气腔，活塞的侧壁上设有与储气腔连通的第一气孔和第二气孔，气缸内部设有连通通道，连通通道的第一端与间隙连通，连通通道的第二端与压缩腔连通，活塞位于第二位置时，连通通道的第一端与第一气孔对应连通向储气腔内充气，活塞在第一位置和第二位置之间移动时，连通通道的第一端与第一气孔错开，储气腔向间隙内放气。该气体轴承利用储气腔的进气和放气对气缸内的压力进行调整，通过对气缸内压力的调整实现单向阀的作用，该气体轴承不需要使用机械阀即可实现单向阀的功能，避免了在使用过程中因机械阀损坏影响气体轴承的正常使用，提高了气体轴承的安全性，延长了气体轴承的使用寿命。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述第一种气体轴承中活塞位于第一位置时的示意图；

图2为本公开实施例所述第一种气体轴承中活塞位于中间位置是的示意图；

图3为本公开实施例所述第一种气体轴承中活塞位于另一中间位置的示意图；

图4为本公开实施例所述第一种气体轴承中活塞位于第二位置时的示意图；

图5为本公开实施例所述第二种气体轴承中活塞位于第一位置时的示意图；

图6为本公开实施例所述第二种气体轴承中活塞位于中间位置是的示意图；

图7为本公开实施例所述第二种气体轴承中活塞位于另一中间位置的示意图；

图8为本公开实施例所述第二种气体轴承中活塞位于第二位置时的示意图。

其中，1、气缸；101、第一连通通道；102、压缩腔；103、储气腔室；104、第三气孔；105、第四气孔；12、间隙；2、活塞；201、第一气孔；202、第二气孔；203、储气腔；204、第二连通通道；3-气体出口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本公开实施例提供了一种气体轴承，包括气缸1和活塞2，活塞2沿轴向从气缸1的一端插设于气缸1内并在活塞2的端部与气缸1的另一端之间形成压缩腔102，活塞2能够在第一位置a和第二位置b之间往复移动；活塞2的外壁与气缸1的内壁之间存在间隙12，活塞2内部设有储气腔203，活塞2的侧壁上设有与储气腔203连通的第一气孔201和第二气孔202，气缸1内部设有第一连通通道101，第一连通通道101的第一端与间隙12连通，第一连通通道101的第二端与压缩腔102连通，活塞2位于第二位置b时，第一连通通道101的第一端与第一气孔201对应连通向储气腔203内充气，活塞2在第一位置a和第二位置b之间移动时，第一连通通道101的第一端与第一气孔201错开，储气腔203向间隙12内放气。

该气体轴承利用储气腔203的进气和放气对气缸1内的压力进行调整，通过对气缸1内压力的调整实现单向阀的作用，该气体轴承不需要使用机械阀即可实现单向阀的功能，避免了在使用过程中因机械阀损坏影响气体轴承的正常使用，提高了气体轴承的安全性，延长了气体轴承的使用寿命。

具体的，如图1所示，活塞2在第一位置a时，也就是活塞2移动到最外的位置处，此时活塞2的尾端与气缸1之间形成的压缩腔102最大，储气腔203内的压力大于气缸1内的压力，储气腔203内的气体经过第一气孔201和第二气孔202进入到间隙12内，并经过间隙12进入到第一连通通道101和压缩腔102内；如图2所示，随着活塞2压缩过程的进行，活塞2向靠近气缸1底部的方向移动，在移动到如图2所示的位置时，压缩腔102内由于被压缩，压力增大，但仍然小于储气腔203内的压力，储气腔203继续处于向压缩腔102和第一连通通道101内放气的状态；如图3所示，随着活塞2压缩过程的继续进行，活塞2继续向靠近气缸1底部的方向移动，当移动到如图3所示的位置时，压缩腔102内的压力与储气腔203内的压力持平，储气腔203内的气体经第一气孔201和第二气孔202进入到间隙12内，第一连通通道101内的气体也进入到间隙12内；如图4所示，活塞2继续向靠近气缸1底部的方向移动到第二位置b，在第二位置b处，压缩腔102的空间最小，压缩腔102内的压力达到最大，此时，第一气孔201与第一连通通道101的第一端对应连通，气缸1内的压力大于储气腔203内的压力，第一连通通道101通过第一端与第一气孔201以及第二气孔202向储气腔203内进行充气。

反之，当活塞2由第二位置b向第一位置a方向反向移动时，如图4所示，活塞2位于第二位置b处，此时活塞2的尾端与气缸1之间形成的压缩腔102最小，压缩腔102内的压力大于储气腔203内的压力，第一气孔201与第一连通通道101的第一端对应连通，第一连通通道101通过第一端与第一气孔201以及第二气孔202向储气腔203内进行充气。如图3所示，随着活塞2向第一位置a方向移动过程的继续进行，活塞2向远离气缸1底部的方向移动，当移动到如图3所示的位置时，压缩腔102内的压力与储气腔203内的压力持平，储气腔203内的气体经第一气孔201和第二气孔202进入到间隙12内，第一连通通道101内的气体也进入到间隙12内；如图2所示，随着活塞2向第一位置a方向移动过程的继续进行，活塞2向远离气缸1底部的方向移动，在移动到如图2所示的位置时，压缩腔102的体积持续增大，压力减小，此时压缩腔102内的压力小于储气腔203内的压力，储气腔203内的气体经过第一气孔201和第二气孔202进入到间隙12内，并经过间隙12进入到第一连通通道101和压缩腔102内；如图1所示，活塞2继续向远离气缸1底部的方向移动到第一位置a，活塞2在第一位置a时，也就是活塞2移动到最外的位置处，此时活塞2的尾端与气缸1之间形成的压缩腔102最大，储气腔203内的压力大于气缸1内的压力，储气腔203处于向压缩腔102和第一连通通道101内放气的状态。

在一些实施例中，第二气孔202的数量为多组，多组第二气孔202沿活塞2的轴向间隔设置，且每组第二气孔202的数量为多个，每组第二气孔202沿活塞2的周向均匀分布。

具体地，第一气孔201的数量为多个，多个第一气孔201沿活塞2的周向均匀分布。

通过设置多组第二气孔202，每组第二气孔202的数量为多个，且第一气孔201的数量也为多个，多个第一气孔201和多个第二气孔202均与间隙12连通，可有效提高储气腔203与气缸1之间的气体流通速度，从而提高活塞2的最大运动速度。

并且，多个第一气孔201均匀分布，每组第二气孔202中的所有第二气孔202均匀分布，使得活塞2各处与气缸1之间的连通均匀，从而使得储气腔203与气缸1之间气体流动均匀，保证活塞2受力均匀。

具体地，第一气孔201设于两组第二气孔202之间。

在一些实施例中，第一气孔201的孔径大于第二气孔202的孔径。

在活塞2位于第二位置b时，储气腔203内的压力小于气缸1内的压力，气体经第一气孔201和靠近压缩腔102的第二气孔202进入至储气腔203中，由于第一气孔201设置在两组第二气孔202之间，通过将第一气孔201的孔径设置为大于第二气孔202的孔径，可增大第一气孔201位置处的进气量，从而保证储气腔203内的各处气压差值较小，即保证储气腔203内气体分布均匀，储气腔203内的气体压力分布均匀。

在一些实施例中，第一连通通道101包括第一通道、第二通道和第三通道，第一通道与间隙12连通，第二通道与压缩腔102连通，第三通道设置在气缸1的内部，且第三通道的两端分别与第一通道和第二通道连通。

通过设置第一通道，可有效将压缩腔102与第一气孔201连通，提高气缸1与储气腔203之间的气体流动效率。

在一些实施例中，活塞2在第一位置a时，第一通道位于第一气孔201和位于第一气孔201的一侧的第二气孔202之间；活塞2在第二位置b时，第一通道与第一气孔201正对。

具体地，第一通道与第一气孔201的数量相等且对应设置，使得活塞2位于第二位置b时，第一气孔201可与第一通道一一对应，保证第一通道和第一气孔201之间气体流动的稳定。

具体地，第一通道和第二通道均沿气缸1的径向设置，第三通道沿气缸1的轴向设置。

上述第一通道和第二通道沿气缸1的径向设置，使得第一通道和第二通道的轴线与气缸1的轴线垂直，便于第一通道与间隙12、第二通道与连通压缩腔102之间气体流通顺畅。

在一些实施例中，气缸1上还设有气体出口3，气体出口3连通压缩腔102与气缸1的外部。

如图5至图8所示，本公开实施例中提供的气体轴承的结构还可以为包括气缸1和活塞2，活塞2沿轴向从气缸1的一端插设于气缸1内并在活塞2的端部与气缸1的另一端之间形成压缩腔102，且活塞2能够在第一位置a和第二位置b之间往复移动；

活塞2的外壁与气缸1的内壁之间存在间隙12，气缸1的侧壁内设有储气腔室103，气缸1的侧壁的内表面上设有与储气腔室103连通的第三气孔104和第四气孔105；活塞2的内部设有第二连通通道204，第二连通通道204的第一端与间隙12连通，第二连通通道204的第二端与压缩腔102连通；

活塞2位于第二位置b时，第二连通通道204的第一端与第三气孔104对应连通，向储气腔室103内充气，活塞2在第一位置a与第二位置b之间移动时，第二连通通道204的第一端与第三气孔104错开，储气腔室103向间隙12内放气。

该气体轴承利用储气腔室103的进气和放气对气缸1内的压力进行调整，通过对气缸1内压力的调整实现单向阀的作用，该气体轴承不需要使用机械阀即可实现单向阀的功能，避免了在使用过程中因机械阀损坏影响气体轴承的正常使用，提高了气体轴承的安全性，延长了气体轴承的使用寿命。

具体的，如图5所示，活塞2在第一位置a时，也就是活塞2移动到最外的位置处，此时活塞2的尾端与气缸1之间形成的压缩腔102最大，储气腔室103内的压力大于气缸1内的压力，储气腔室103内的气体经过第三气孔104和第四气孔105进入到间隙12内，并经过间隙12进入到第二连通通道204和压缩腔102内；如图6所示，随着活塞2压缩过程的进行，活塞2向靠近气缸1底部的方向移动，在移动到如图6所示的位置时，压缩腔102内由于被压缩，压力增大，但仍然小于储气腔室103内的压力，储气腔室103继续处于向压缩腔102和第二连通通道204内放气的状态；如图7所示，随着活塞2压缩过程的继续进行，活塞2继续向靠近气缸1底部的方向移动，当移动到如图7所示的位置时，压缩腔102内的压力与储气腔室103内的压力持平，储气腔室103内的气体经第三气孔104和第四气孔105进入到间隙12内，第二连通通道204内的气体也进入到间隙12内；如图8所示，活塞2继续向靠近气缸1底部的方向移动到第二位置b，在第二位置b处，压缩腔102的空间最小，压缩腔102内的压力达到最大，此时，第三气孔104与第二连通通道204的第一端对应连通，气缸1内的压力大于储气腔室103内的压力，第二连通通道204通过第一端与第三气孔104以及第四气孔105向储气腔室103内进行充气。

反之，当活塞2由第二位置b向第一位置a方向反向移动时，如图8所示，活塞2位于第二位置b处，此时活塞2的尾端与气缸1之间形成的压缩腔102最小，压缩腔102内的压力大于储气腔室103内的压力，第三气孔104与第二连通通道204的第一端对应连通，第二连通通道204通过第一端与第三气孔104以及第四气孔105向储气腔室103内进行充气。如图7所示，随着活塞2向第一位置a方向移动过程的继续进行，活塞2向远离气缸1底部的方向移动，当移动到如图7所示的位置时，压缩腔102内的压力与储气腔室103内的压力持平，储气腔室103内的气体经第三气孔104和第四气孔105进入到间隙12内，第二连通通道204内的气体也进入到间隙12内；如图6所示，随着活塞2向第一位置a方向移动过程的继续进行，活塞2向远离气缸1底部的方向移动，在移动到如图6所示的位置时，压缩腔102的体积持续增大，压力减小，此时压缩腔102内的压力小于储气腔室103内的压力，储气腔室103内的气体经过第三气孔104和第四气孔105进入到间隙12内，并经过间隙12进入到第二连通通道204和压缩腔102内；如图1所示，活塞2继续向远离气缸1底部的方向移动到第一位置a，活塞2在第一位置a时，也就是活塞2移动到最外的位置处，此时活塞2的尾端与气缸1之间形成的压缩腔102最大，储气腔室103内的压力大于气缸1内的压力，储气腔室103处于向压缩腔102和第二连通通道204内放气的状态。

在一些实施例中，第四气孔105的数量为多组，多组第四气孔105沿气缸1的轴向间隔设置，且每组第四气孔105的数量为多个，每组第四气孔105沿气缸1的内壁的周向均匀分布。

具体地，第三气孔104的数量为多个，多个第三气孔104沿气缸1的周向均匀分布。

通过设置多组第四气孔105，每组第四气孔105的数量为多个，且第三气孔104的数量也为多个，多个第三气孔104和多个第四气孔105均与间隙12连通，可有效提高储气腔室103与气缸1之间的气体流通速度。

并且，多个第三气孔104均匀分布，每组第四气孔105中的所有第四气孔105均匀分布，使得储气腔室103与气缸1之间气体流动均匀。

具体地，第三气孔104设于两组第四气孔105之间。

在一些实施例中，第三气孔104的孔径大于第四气孔105的孔径。

在活塞2位于第二位置b时，储气腔室103内的压力小于气缸1内的压力，气体经第三气孔104和靠近压缩腔102的第四气孔105进入至储气腔室103中，由于第三气孔104设置在两组第四气孔105之间，通过将第三气孔104的孔径设置为大于第四气孔105的孔径，可增大第三气孔104位置处的进气量，从而保证储气腔室103内的各处气压差值较小，即保证储气腔室103内气体分布均匀，储气腔室103内的气体压力分布均匀。

在一些实施例中，第二连通通道204包括两个通道，一个通道与间隙12连通，另一通道与压缩腔102连通，与间隙12连通的通道垂直与活塞2的轴线设置，且两端均在活塞2的外表面上形成有开口，以保证第二连通通道204与气缸1内相对设置的两个储气腔室103之间均形成气体通道，有效将压缩腔102与第三气孔104连通，提高气缸1与储气腔室103之间的气体流动效率。

本公开实施例还提供了一种压缩机，包括上述气体轴承。

本公开实施例还提供了一种发动机，包括上述气体轴承。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。