电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机
专利汇可以提供电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且电机 功率与 活塞 行程 无关的超高压缩比型活塞式 压缩机 ,它以直线电机为动 力 ,从解决活塞(允许冲出 气缸 )行程控制和活塞(压力差驱动)换向启动这两大问题入手,揭示了活塞式机型的又一个发展方向:长行程和低往复 频率 。它的电机功率只与涉及出力大小的活塞直径有关,而与涉及容积余隙效率的活塞行程无关。通过尽量加长活塞行程来大幅度提高其工作压缩比(电机功率不增)的变多级为单级压缩的制冷工程系统就是一个典型的应用实例。，下面是电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机专利的具体信息内容。
1.电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机，其结构与工作特点：A.在结构上至少包括：a.作为动力装置的直线电机结构：由它处于直线往复运动的动子部件〖7〗驱动活塞〖5〗做直线往复运动；b.外设水冷散热装置〖2〗的气缸〖10〗：它的排气端口部位对活塞〖5〗的出进是采用完全敞开的结构型式；c.控制直线电机往复运行的电源转换开关装置〖13〗：当活塞〖5〗做压缩和吸气功时，它持续供电做电力功，当活塞〖5〗换向启动时，它停止供电避免电力做功；B.当活塞〖5〗直径和电机功率确定后，气缸〖10〗中的活塞〖5〗行程是其直径的1.8倍以上；
2.电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机权项1中的活塞〖5〗正常运行时的行程控制和换向启动控制的“非电力”方法：A.允需活塞冲出气缸大幅度降低行程控制要求的“非电力”控制方法：此时活塞〖5〗依靠自身的惯性顶着排气阀片〖11〗将冲出气缸〖10〗，之后又依靠气缸〖10〗端部至少是已形成的高压压力来约束其行程变化的范围，在此过程中，由压差力直接做功，而电力不做功；B.当活塞〖5〗换向启动时的“非电力”控制方法：此时活塞〖5〗依靠在气缸〖10〗端部已经形成的高压(对低压的压差)，来驱动它换向并反向加速到速度V，在此过程中，仍然由压差力直接做功，而电力不做功。--只有当活塞〖5〗反向加速到V之后，电力才开始做功，即：重新驱动活塞〖5〗做压缩和吸气功；
3.根据权利要求1和2所述的电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机，其特征在于：所述的水冷散热装置〖2〗，它是由导流兼散热的螺旋导流体〖16〗构成的；
4.根据权利要求1、2和3所述的电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机，其特征在于：所述的气缸〖10〗，当它的缸口和活塞〖5〗的顶部，二者同时与排气阀片〖11〗接触时，它们三者之间不会形成任何立体几何形状的余隙空间。
电机功率与活塞行程无关的超高压缩比型活塞式压缩机
现有的活塞式压缩机的驱动方式主要由旋转电机或直线电机来完成的。
旋转电机驱动的活塞往复式压缩机由于其制造简单、成本低廉和寿命很长等优点，已使它成为世界历史上使用寿命最长以及使用最广泛的一种机型。它的不足之处是：该机型的活塞直径、活塞行程和电机功率三者之间存在着“最佳联锁关系”，即：当涉及出力大小的活塞直径和电机功率确定后，活塞行程就不能再加长了。此时的容积余隙效率也就随之定下，难以再提高了。该机型的工作压缩比一般控制在不超过10为宜，否则，就要采用多级压缩方案来解决这个在工程上高压缩比的问题，这早已成为习以为常的事宜。
直线电机驱动的活塞式压缩机目前仍不能得到广泛地使用。还早在1977年21期的《国外科技消息》中就曾报道过有关“直线马达压缩机”的信息。报道中的这种机型实属高频振荡式压缩机，它的机械往复振荡频率极高，与50赫或60赫的交流市电同步。活塞行程极短，容积余隙效率极低。这种非机械牵制型活塞的行程控制又是靠牺牲了相当大的容积余隙效率来保证的。因此，只有在远小于10的低压缩比的工况时，它才能处于正常范围内的低效率工作。而且又由于它是处在高频机械振动状态下工作的，因此，一般只适合做成百瓦以内的小功率机型，其实用价值很有限，目前的国际市场上可能已很少见到这种机型了。
但是，这种几乎要消失的由直线马达趋动的振荡式机型，却开创了活塞式压缩机的又一个发展方向。因为它省略了由旋转电机驱动的活塞式压缩机中的“转动变平动”这一机械转换的环节，并且，一旦实现了它的长行程工作，在确定了它的最高工作压力(与电机功率有关)后，所消耗的电机功率与它的活塞行程就无关了，这就可以在不改变(提高)电机功率的前提下，为大幅度提高活塞的行程(其容积余隙效率也随之大幅度提高)创造了条件。
然而，在采用直线电机趋动的活塞式压缩机中，又由于如下的二个关键问题一直未能解决，至使这样的高效率(高压缩比)机型一直未能问世：一.正常往复运行的活塞每次换向时运行时，都会迫使直线电机的工作处于周期性的启动状态，那样，直线电机的电耗必然会大得惊人，以至完全失去了该新机型的存在价值。
二.按照现有的活塞气缸结构使用直线电机为动力时，在工作压缩比有所变化(不可避免)的情况下，尚难以准确地控制住这种非机械牵制型活塞的行程。
电控活塞行程也是一种方法，但由于它的可靠程度不够高，目前仍处于试验阶段。早在1978年1月10日由(A)US-4067667中揭示的一种可以控制行程的往复式活塞压缩机也是一种试图解决这类问题的一个技术方案。
本发明是采用直线电机为动力，又从解决上述二大关键问题(活塞的行程控制和换向启动)着手，对现有的活塞往复式压缩机进行一种目的在于大幅度提高它的工作压缩比或排气效率的改进。其总则是：活塞运行的超长行程(与电机功率无关)和低往复频率。
本发明是这样实现的：一.其结构与工作特点：
A.在结构上至少包括：a.作为动力装置的直线电机结构：由它处于直线往复运动的动子部件通过联杆和万向节直接驱动活塞做直线往复运动；b.外设水冷散热装置的气缸：它的排气端口部位对活塞的进出是采用全敞开的结构型式；c.控制直线电机往复运行的电源转换开关装置：当活塞做压缩和吸气功时，它持续供电做电力功，当活塞换向启动时，它停止供电避免电力做功。
B.当活塞直径和电机功率确定后，气缸中的活塞行程是其直径的1.8倍以上。
二.正常运行的活塞是在非机械牵制的情况下进行往复运行的，活塞的行程控制和换向启动控制是依靠二端高低气压差的“压力”做功实施的：A.允需活塞冲出气缸大幅度降低行程控制要求的非电力行程控制方法：此时活塞依靠自身的惯性顶着排气阀片将冲出气缸，之后又依靠气缸端部至少是已形成的高压压力来约束其行程变化的范围，在此过程中，由压差力直接做功，而电力不做功。
B.当活塞冲出气缸后换向启动时的非电力控制方法：此时活塞依靠在气缸端部已经形成的高压(对低压的压差)，来驱动它换向并反向加速到速度V的，在此过程中，仍然由压差力直接做功，而电力不做功。--只有当活塞反向加速到V之后，电力才开始恢复做功，即：驱动活塞重新做压缩和吸气功。
此外：在超高压缩比工作条件下的气缸冷却系统，通常采用由导流兼散热的螺旋导流体形成的水冷散热装置构成；气缸的缸口和活塞的顶部，同时与排气阀片接触时，三者之间不会形成由任何立体几何形状构成的余隙空间(由油填充的滑动间隙除外)。
本发明与现有技术比较的特点：一.由于本发明的电机功率只与涉及出力大小的活塞行程有关，而与涉及容积余隙效率的活塞行程无关，根据需要和可能，可以在电机功率和活塞直径不变的前提下，通过活塞行程的尽量加长(缩小余隙比列)来大幅度提高本发明的工作压缩比或排气效率创造了条件；二.由于本发明的活塞、气缸和排气阀片三者构成了无气隙形的排气结构，这又为提高本发明的总体容积余隙效率(缩小余隙比列)创造了条件；三.由于本发明的活塞正常运行时的换向启动功，是依靠压差力来完成的，并同时能避免电力参与做活塞这个换向启动功，这就为使得直线电机应用于活塞往复式压缩机这类往复型机械装置创造了条件；四.由于本发明运行状态(长行程和低频率)所决定，它的直线电机动子和定子之间的气隙可以做得极小，使得直线电机应用在本发明时可以发挥出最大的电效率创造了条件。
图1是作为本发明一个实施例的结构原理图。
图2是实施例中的供电原理图。
1：气缸盖；2：水冷散热装置；3：限位弹簧；4：吸气阀片；5：活塞；6：定子绕组；7：动子部件；8：低压气室；9：轴承；10：气缸；11：排气阀片；12：联杆；13：电源转换开关装置；14：底座；15：万向节；16：导流兼散热的螺旋导流体；17：高压气室；T：电力做功的时间段；t：避免电力做功的时间段。
由图1所示：本发明中的定子绕组〖6〗和动子部件〖7〗组成了交流直线电机驱动机构，交流电是通过在定子绕组〖6〗上产生的横向水平移动磁场，来趋动动子部件〖7〗作横向水平运动的，而动子部件〖7〗又是通过联杆〖12〗两端的万向节〖15〗来促使它们两端的活塞〖5〗分别做压缩功和吸气功的。限位弹簧〖3〗的主要功能是使排气阀片〖11〗定位。高压气室〖17〗由气缸〖10〗的端部位置与气缸盖〖1〗构成。
此时，两端的活塞〖5〗正在右行：在左侧气缸〖10〗中的活塞〖5〗，通过它中间开启的吸气阀片〖4〗，正从低压气室〖8〗中吸气(吸气方法为顺流式)，而在右侧气缸〖10〗中的活塞〖5〗，正顶着排气阀片〖11〗冲出气缸〖10〗。此时，已将在右侧气缸〖10〗中被压缩成的高压气体，全部从气缸〖10〗中排出。
--允许活塞〖5〗冲出气缸〖10〗，就可以大幅度地降低对活塞〖5〗行程控制的要求，这是本发明之所以能够成立的一个重要的技术保证。
当活塞〖5〗冲出气缸〖10〗开始，电源转换开关装置〖13〗即停止供电，由于左右二个活塞〖5〗两端主要是高低压差力的作用，很快会迫使活塞〖5〗停止右行，并立即反方向开始左行。当左行的活塞〖5〗又被那个高低压差力加速到具有最高的速度V时(之后若再无电力做功就会开始减速)，电源转换开关装置〖13〗才开始恢复供电(相反极性供电)，定子绕组〖6〗和动子部件〖7〗之间促使相互位移的电动力产生，让左侧的活塞〖5〗开始做压缩功，而右侧的活塞〖5〗做吸气功，直到左侧的活塞〖5〗在顶着排气阀片〖11〗冲出气缸〖10〗时，电源转换开关装置〖13〗才停止供电，又开始重复主要由高低压差力趋动的活塞〖5〗换向启动的过程。
上述活塞〖5〗左右运行过程中的这个开始停止供电的时刻，可以选择在活塞〖5〗在顶着排气阀片〖11〗冲出气缸〖10〗时的稍前或稍后的时间段内调制。
--确保电力避免参与做活塞〖5〗正常运行时的周期性“换向启动功”，是本发明之所以能够成立的另一个重要的技术保证。
当然，只有当压缩机刚开始工作，并且，其机体内部的高低压差(工作压缩比)尚未到达额定值之前，活塞〖5〗的这个“初始”的“换向启动功”才完全由电力做功来完成。
由图2所示：当一端的活塞〖5〗做压缩功和之后的排气功，而另一端的活塞〖5〗做吸气功时的行程段内，是电力做功的时间段〖T〗。
当一端的活塞〖5〗做纯排气功而另一端的活塞〖5〗仍在做吸气时，即：活塞〖5〗顶着排气阀片〖11〗冲出气缸〖10〗时的过程时间段内，以及在此之后的活塞〖5〗，被两端压力差趋动做“换向启动功”而另一端的活塞〖5〗已开始做初期压缩功时的过程时间段内，是避免电力做功的时间段〖t〗。
电源转换开关装置〖13〗需自动变换供电极性，才能趋使活塞〖5〗做换向启动功。
有关本发明实施中的相关问题：一.由于本发明中驱动活塞〖5〗运行的动子部件〖7〗是处于低频且低速状态下运行的，因此，定子绕组〖6〗和动子部件〖7〗之间的气隙可以做得极小，甚至小于同量级的旋转电机的水平，这样处理的后的电磁效率将会得到很大的提高，于提高直线电机的电效率是极其有利的，这可以弥补直线电机存在着边端效应问题所造成的不利。
二.由于本发明是一种能将现有的需要多级压缩过程的压缩系统简化为单级压缩系统的机型，因此，在超高压缩比的工况下，其冷却系统应采用效果较好的水冷散热装置〖2〗，为再提高其冷却效果，还可以进而提高冷却水的流速和降低冷却水的水温。
三.由于本发明中的气缸〖10〗和活塞〖5〗与排气阀片〖11〗三者将形成无气隙型的排气结构，即：在活塞〖5〗出进气缸〖10〗时不存在上述三者之间的余隙空间，这对于整个容积余隙效率的提高是极其有利的。
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