TW201303156A - 以高頻操作之永久磁鐵線性馬達驅動之往復式壓縮機 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種線性壓縮機，其以高頻操作且經設計以提供最佳化效能，以減小該等壓縮機之大小，而且在不需要使用一潤滑油情況下能夠進行操作。該壓縮機由以下組成：一活塞(1)；一彈性元件(2)，其透過一中性點(3)附接至該壓縮機之一軸向彈性元件(6)且利用定位在其之端部之一者(21)處之緊固元件(41)與該活塞(1)協作；及一馬達磁鐵(5)，其透過該彈性元件(2)與該活塞(1)協作，該馬達磁鐵(5)利用定位在該彈性元件(2)之相對端部(22)上之緊固元件(42)位於該彈性元件(2)內部，且該活塞(1)/彈性元件(2)/馬達磁鐵(5)之操作頻率位於200 Hz與500 Hz之間(更明確言之，340 Hz與360 Hz之間)之範圍中。
Description
本發明係關於一種以高頻操作之線性壓縮機，其經設計以最佳化效能，以減小裝置大小，而且在不需要使用一潤滑油情況下能夠進行操作。
如該技術中已知，壓縮機係用於提高廣泛用在冷卻系統中之處於一氣體狀態之流體壓力之器件，其基本上由一活塞、一彈性元件及一馬達構成。
一般而言，當前技術中採用之壓縮機利用直接與該活塞協作之馬達操作，該彈性元件由其之一側端部緊固而相對端部支撐涉及之壓縮及拉伸應力。
通常與此等器件相關聯之一問題係關於其常常涉及低操作頻率的操作特性，這使得壓縮機尺寸相對較大，因此要針對配合此等器件使用之器件賦予新的美學解決方案。
例如，其可列舉於文獻US2010/0223936中，其揭示以介於20 Hz與200 Hz之間(但較佳40 Hz與60 Hz之間)之一頻率範圍操作之一線性壓縮機。繼而，在US7185431中揭示之壓縮機以99 Hz之一頻率操作，而文獻PI0419019列舉30 Hz與55 Hz之間之一低頻操作範圍。
文獻US 2006/0110259揭示一種根據所偵測操作條件使線性壓縮機之諧振頻率適應於諧振器件質量及/或活塞平均頻率之系統，然而未提到可實現的任何操作值或可能最大頻率。
因此，應注意本技術缺乏允許以高頻之壓縮機操作作為一效能及尺寸最佳化之解決方案，此外，在一般已知類似技術中，經常存在賦予壓縮機操作中涉及之總能量使用之相當大的電損失。
考慮到此等缺點且為了解決該等缺點，本發明之目的之一係提供一種由能夠以高頻操作之一磁鐵線性馬達驅動之往復式壓縮機。
本發明之目的之另一者係提供一種有效率且相比於已知類似者大小減小之壓縮機，此係因為較高操作頻率使得可能減小壓縮機大小。
揭示以低摩擦力工作且因此能夠在不需要使用油作為一潤滑劑情況下操作之一壓縮機亦係本發明之一目的。
揭示具有使得最大化冷卻流體之泵入同時最小化電損失之路徑及頻率之一壓縮機亦係本發明之一目的。
本發明利用由以高頻操作之一永久磁鐵線性馬達驅動之一往復式壓縮機實現上文列舉之目的，此壓縮機包括：一活塞；一彈性元件，其透過一中性點緊固至該壓縮機之軸向彈性元件，且利用定位在其之端部之一者處之緊固元件與該活塞協作；及一馬達磁鐵，其利用該彈性構件與該活塞協作，且該馬達磁鐵利用定位在該彈性元件之相對端部處之緊固元件往復於該彈性元件。
本發明進一步包括允許活塞組+彈性元件+磁鐵之操作頻
率保持在200 Hz與500 Hz之間(較佳地，300 Hz與400 Hz之間，且更明確言之，340 Hz與360Hz之間)之範圍中之構件。
根據本發明之一較佳實施例，活塞與該彈性元件之一端部內部之緊固元件之質量之總和介於32克至50克之範圍間。
仍根據本發明之較佳實施例，活塞與該彈性元件之一端部內部之緊固元件之質量之總和等於馬達磁鐵與該彈性元件之相對端部內部之緊固元件之質量之總和，可接受的差值為大約2克。
取決於操作條件(蒸發溫度及凝結溫度)，活塞與該彈性元件之一端部內部之緊固元件之質量之總和可總共比該馬達磁鐵與該彈性元件之相對端部內部之緊固元件之質量之總和大5克與20克之間之一值。
較佳地，該彈簧由金屬材料(特定言之，選自由鋼、鈦及其等之合金構成之群組)製成。
下文將基於隨附圖式中代表的實施實例更完整描述本發明。
如圖1及圖2展示的圖式中可看到，由以高頻操作之一永久磁鐵線性馬達驅動之往復式壓縮機(其係本發明之目的)基本上包括一活塞1、一彈性元件2及一馬達磁鐵5，該活塞透過緊固元件41緊固至該彈性元件之端部21，同時該馬達磁鐵5在緊固元件42幫助下緊固至該彈性元件2之端部
22，因此，在提出的實施例中，並不像在當前技術中發生的一樣，由該彈性元件之側邊緣之一者來緊固該彈性元件。
在本發明之較佳實施例中，該彈性元件2透過一中性點3緊固至該壓縮機之該軸向彈性元件(6)，此導致比將該活塞1與該馬達安裝在該彈性元件2之相同端部上之平常組態更低的振動值。
在展示的實施例中，該馬達磁鐵5藉由一彈性元件2耦合至該活塞1，當以此組之自然頻率由一週期性電流驅動該彈性元件2時，該彈性元件在使得自該馬達(圖中未展示)至該活塞1之能量傳送為最大之一條件下操作，且取決於操作條件(蒸發溫度及凝結溫度)，驅動頻率可以增加且應該增加以便確保最大能量傳送。
根據本發明之較佳實施例，該彈性元件2(圖3中詳細展示)係由一金屬材料(更明確言之，鋼、鈦或其等之合金)製成之一彈簧，當該彈簧由該等端部之一者支撐且在另一端部處經歷1毫米之一軸向位移時，該彈簧具有160 N與240 N之間(特定言之，190 N與210 N之間)之一反作用力。
此一彈簧或彈性元件2在牽引-壓縮模式中具有400 Hz與600 Hz之間(特定言之，475 Hz與525 Hz之間)之一自然頻率，即，此振動模式之變形主要發生在軸向方向上，該等端部彼此相對。
此外，該彈性元件2抵抗3.4毫米之總軸向位移。在壓縮機操作期間，將此位移之一半施加在該彈性元件2之該端
部21上，同時將相同值施加在該相對端部22上，方向位移亦彼此相對。因為將此位移施加至所列舉操作頻率，所以由該彈性元件2支撐之最小循環數目係至少1千萬個循環，出於此原因，此彈性元件2較佳應由鋼、鈦或其等之合金製成以便呈現抗疲勞之無限壽命之特性。
本發明亦包括允許活塞組1+彈性元件2+馬達磁鐵5之操作頻率保持在200 Hz與500 Hz之間(更明確言之，300 Hz與400 Hz之間且較佳340 Hz與360Hz之間)之範圍中之構件。
仍根據本發明之較佳實施例，該活塞1與該彈性元件2之該端部21內部之該等緊固元件41之質量之總和介於32克至50克之範圍間，馬達磁鐵5與該彈性元件2之該端部22內部之該等緊固元件42之質量之總和必須等於該活塞1+該彈性元件2之該端部21內部之緊固元件41之質量，可接受容差為多於2克或少於2克。
取決於操作條件(蒸發溫度及凝結溫度)，該活塞1與該彈性元件2之該端部21內部之該等緊固元件41之質量之總和可總共比該馬達磁鐵5與該彈性元件2之該端部22內部之該等緊固元件42之質量之總和大5克與20克之間之一值。
值得提及的係該活塞1及該馬達磁鐵5安裝在該彈性元件2(其可係一線圈彈簧)之相對軸向端部21、22上。
當在操作中時，該組馬達磁鐵5+活塞1+彈性元件2在自然振動模式中起作用，其中馬達及活塞1之週期性軸向移動提供170度與190度之間(較佳地，175度與185度之間)之一相位差。在此等條件下之自然振動頻率介於200 Hz與
500 Hz之間(特定言之，300 Hz與400 Hz之間)，此頻率通常稱為操作頻率，且依據此操作頻率決定該壓縮機之效能及最終尺寸。由根據本發明之一較佳實施例構建之該壓縮機實現的理想範圍介於340 Hz與360 Hz之間，其構成一200瓦容量與一儘可能較小設備體積之最佳點。
簡言之，該組之質量及剛度性質特徵化具有使得最大化冷卻流體之泵入以及壓縮機效能之路徑及頻率之一壓縮機。
因此，本發明之獨到之處係：以高頻操作，導致壓縮機大小及質量減小；因為機械加工係最後製程之一者，所以幾何精度相當高且減小剛度之改變；除此之外，藉由熱處理及「珠擊法」增加抗疲勞性；該活塞總成1+該彈性元件2之一端部21處之緊固組件41及該馬達磁鐵5+另一端部22處之緊固組件42加上透過該「中性點」將該彈性元件2緊固至該軸向彈性元件(6)，導致比將該活塞與該馬達兩者安裝在該彈性構件之相同端部上之平常組態更低的振動值；及活塞+緊固之質量類似於馬達磁鐵+緊固之質量之組態提供最高自然頻率，且因此可以進行操作。取決於操作條件(蒸發溫度及凝結溫度)，需要減小磁鐵側之質量及/或增加活塞側之質量以便保持該自然頻率係最大可能頻率。
亦明白陳述以實質上相同方式執行相同功能以便實現相同結果之所有元件組合在本發明之範圍內。亦完全希望並
涵蓋利用其他元件取代一所描述實施例之元件。
然而應瞭解上文基於以上圖式給出的描述僅僅與本發明之系統之可能實施例之一者相關，在隨附申請專利範圍中定義本發明之目的之實際範圍。
1‧‧‧活塞
2‧‧‧彈性元件
3‧‧‧中性點
5‧‧‧馬達磁鐵
6‧‧‧軸向彈性元件
21‧‧‧端部
22‧‧‧端部
41‧‧‧緊固元件
42‧‧‧緊固元件
圖1展示根據本發明之一較佳實施例構建之壓縮機之組件之一分解透視圖。
圖2展示經合適組裝且準備使用之圖1中繪示之壓縮機之一縱向剖面圖。
圖3.1及圖3.2分別以正視圖及透視圖展示將彈性元件用於圖1中展示之壓縮機之一可能實施例。
圖4.1及圖4.2以正視圖及透視圖展示至外殼之彈性元件之中性點之緊固元件之一可能實施例。
圖5.1及圖5.2以正視圖及透視圖展示至外殼之彈性元件之中性點之緊固元件之又一實施例。
1‧‧‧活塞
2‧‧‧彈性元件
3‧‧‧中性點
5‧‧‧馬達磁鐵
6‧‧‧軸向彈性元件
21‧‧‧端部
22‧‧‧端部
41‧‧‧緊固元件
42‧‧‧緊固元件
Claims (8)
- 一種由以高頻操作之永久磁鐵線性馬達驅動之往復式壓縮機，特徵在於其包括：一活塞(1)；一彈性元件(2)，其透過一中性點(3)附接至該壓縮機之一軸向彈性元件(6)，此彈性元件(2)利用定位在其之端部之一者(21)處之緊固元件(41)與該活塞(1)協作；及一馬達磁鐵(5)，其透過該彈性元件(2)與該活塞(1)協作，該馬達磁鐵(5)利用定位在該彈性元件(2)之相對端部(22)上之緊固元件(42)位於該彈性元件(2)內部，允許該活塞(1)/彈性元件(2)/馬達磁鐵(5)之操作頻率保持在200 Hz與500 Hz之間之範圍中之構件。
- 如請求項1之壓縮機，其中該活塞組(1)/彈性元件(2)/馬達磁鐵(5)之操作頻率介於300 Hz與400 Hz之間。
- 如請求項1及2之壓縮機，其中該活塞組(1)/彈性元件(2)/馬達磁鐵(5)之操作頻率介於340 Hz與360Hz之間。
- 如請求項1之壓縮機，其中該活塞(1)與該彈性元件(2)之該端部(21)內部之該等緊固元件(41)之質量之總和係在自32克至50克之範圍中。
- 如請求項4之壓縮機，其中該活塞(1)與該彈性元件(2)之該端部(21)內部之該等緊固元件(41)之質量之總和等於該馬達磁鐵(5)與該彈性元件(2)之該端部(22)內部之該等緊固元件(42)之質量之總和，一容差為多於2克或少於2克。
- 如請求項4及5之壓縮機，其中該活塞(1)與該彈性元件(2)之該端部(21)內部之該等緊固元件(41)之質量之總和係比該馬達磁鐵(5)與該彈性元件(2)之該端部(22)內部之該等緊固元件(42)之質量之總和大5克與20克之間之一值。
- 如請求項1之壓縮機，其中該彈性元件(2)係由一金屬材料製成之一彈簧。
- 如請求項7之壓縮機，其中製作該彈性元件(2)之材料係選自由鋼、鈦及其等之合金構成之群組。
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