压电压缩机位移放大结构、压缩机及空调器 |
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| 申请号 | CN202111592426.7 | 申请日 | 2021-12-23 | 公开(公告)号 | CN114337357B | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 珠海格力电器股份有限公司; | 发明人 | 林学洋; 霍德豪; 何一波; 李琳; | ||||
| 摘要 | 一种压电 压缩机 位移放大结构、压缩机及 空调 器，压 电压 缩机位移放大结构包括压电振子组件，压电振子组件包括传振件和压电双晶片，传振件的两端均设置有压电双晶片，任一压电双晶片与 活塞 相连接，两个压电双晶片能够产生相反的弯曲 变形 ，传振件能够将两个压电双晶片的变形位移相 叠加 ，使压电振子组件能够放大活塞在压缩缸内的位移，传振件与两个压电双晶片产生共振使压电振子组件进一步放大活塞在压缩缸内的位移，解决压电压缩机驱动位移不足的问题，提高了压电压缩机的制冷效率；压电振子组件与压缩缸分离，避免了压电双晶片与压缩缸内物质 接触 ，可用于气体和液体以及混合物质的压缩，增大了压缩机的适应范围。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种压电压缩机位移放大结构，其特征在于，包括：压电振子组件，所述压电振子组件包括传振件（3）和压电双晶片，所述传振件（3）的两端均设置有压电双晶片，任一所述压电双晶片与活塞（10）相连接，两个所述压电双晶片能够产生相反的弯曲变形，所述传振件（3）能够将两个所述压电双晶片的变形位移相叠加并产生共振，使所述压电振子组件能够放大所述活塞（10）在压缩缸（7）内的位移； |
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| 说明书全文 | 压电压缩机位移放大结构、压缩机及空调器技术领域背景技术[0002] 1、活塞压缩机属于容积式压缩机，活塞在密闭的容腔内做往复运动，腔体内的压强随着活塞的运动而变化。传统的活塞压缩机采用电机进行驱动，电机与曲柄和连杆相连，通过电机带动曲柄和连杆运动，实现活塞的直线往复运动，不可避免使用多个机械连接，因而具有多个运动零件，耗能大，结构过于复杂且后期维护麻烦。 [0003] 2、压电驱动的容积式压缩机多存在驱动位移小、驱动力不足的问题，造成腔体内压强小，进而导致制冷效率低，目前针对所出现的问题提出了一些解决方案。 [0004] 例如采用压电叠堆的方式将多片压电陶瓷进行粘接作为驱动源，同时利用主动件和从动件的容积差对压电陶瓷的形变进行放大，但是这种活塞式压缩机假定主动件与从动件内的液体在挤压的过程，体积不发生变化，但位移放大的能力有限。 发明内容[0006] 因此，本发明要解决压电压缩机的驱动位移不足的技术问题，从而提供一种压电压缩机位移放大结构、压缩机及空调器。 [0007] 为了解决上述问题，本发明提供了一种压电压缩机位移放大结构，包括：压电振子组件，压电振子组件包括传振件和压电双晶片，传振件的两端均设置有压电双晶片，任一压电双晶片与活塞相连接，两个压电双晶片能够产生相反的弯曲变形并产生共振，传振件能够将两个压电双晶片的变形位移相叠加，使压电振子组件能够放大活塞在压缩缸内的位移。 [0008] 在一些实施例中，两个压电双晶片分别为第一压电双晶片和第二压电双晶片，第一压电双晶片设置在传振件的第一端，第二压电双晶片设置在传振件的第二端，第二压电双晶片与活塞相连接，第一压电双晶片能够产生弯曲变形，驱动传振件沿轴向方向移动，同时第二压电双晶片能够产生与第一压电双晶片相反方向的弯曲变形驱动活塞在压缩缸内往复运动。 [0009] 在一些实施例中，还包括中间支架和连接环，中间支架和连接环均为两端开口的管状结构，传振件同轴设置于中间支架内，第一压电双晶片的径向外端固定在中间支架的第一端的开口上，连接环同轴设置在中间支架的内部，第二压电双晶片的径向外端固定在连接环的第一端的开口上，连接环位于第二压电双晶片远离传振件的一侧，连接环的第二端与活塞固定连接。 [0010] 在一些实施例中，第一压电双晶片包括第一金属基板和第一压电陶瓷片，第一金属基板包括第一侧和第二侧，第一金属基板的第一侧和第二侧均设置有第一压电陶瓷片，第一压电陶瓷片能够产生弯曲变形，迫使第一金属基板同步弯曲，驱动传振件轴向往复运动。 [0011] 在一些实施例中，第一金属基板盖设在中间支架的第一端的开口上，传振件的第一端连接在第一金属基板与中间支架的轴线相交的位置。 [0012] 在一些实施例中，第一金属基板的形状为圆形或多边形，第一金属基板上第一压电陶瓷片的外侧设置有镂空结构，所述镂空结构由M个通孔构造而成。 [0013] 在一些实施例中，第二压电双晶片包括第二金属基板和第二压电陶瓷片，第二金属基板包括第一侧和第二侧，第二金属基板的第一侧和第二侧均设置有第二压电陶瓷片，第二压电陶瓷片能够产生弯曲变形，迫使第二金属基板同步弯曲，驱动连接环轴向往复运动。 [0014] 在一些实施例中，第二金属基板盖设连接环的第一端的开口上，传振件的第二端连接在第二金属基板与连接环的轴线相交的位置。 [0015] 在一些实施例中，第二金属基板的形状为圆形或多边形，第二金属基板上第二压电陶瓷片的外侧设置有镂空结构，所述镂空结构由N个通孔构造而成。 [0016] 在一些实施例中，还包括压电调频控制器，两个第一压电陶瓷片、两个第二压电陶瓷片、第一金属基板和第二金属基板均与压电调频控制器电连接，压电调频控制器外接交流电源。 [0017] 一种压电压缩机，包括上述的压电压缩机位移放大结构。 [0019] 在一些实施例中，还包括顶盖，顶盖盖设在中间支架的第一端，底板上设置有进气孔和排气孔，压缩缸均与进气孔和排气孔相连通，进气孔设置有单向进气阀，排气孔设置有单向进气阀。 [0020] 一种空调器，包括上述的压电压缩机。 [0021] 本发明提供的压电压缩机位移放大结构具有下列有益效果：通过在传振件的两端均设置有压电双晶片，两个压电双晶片能够产生相反的弯曲变形，任一压电双晶片与活塞相连接，传振件能够将两个压电双晶片的变形位移相叠加，使压电振子组件能够放大活塞在压缩缸内的位移，同时传振件与两个压电双晶片产生共振使压电振子组件进一步放大活塞在压缩缸内的位移，解决现有压电压缩机驱动位移不足的技术问题，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0022] 本发明的压电振子组件与压缩缸分离，避免了压电双晶片与压缩缸内物质接触，可应用于气体和液体以及混合物质的压缩，增大了压缩机的适应范围。 [0024] 图1为本发明实施例的压电压缩机位移放大结构的分解结构示意图； [0025] 图2为本发明实施例的压电压缩机位移放大结构的结构示意图； [0026] 图3为本发明实施例的压电压缩机位移放大结构的压电振子组件的结构示意图； [0027] 图4为本发明实施例的压电压缩机位移放大结构的中间支架、底板和顶盖的位置结构示意图； [0028] 附图标记表示为： [0029] 1、第一压电双晶片；11、第一金属基板；12、第一压电陶瓷片；2、第二压电双晶片；21、第二金属基板；22、第二压电陶瓷片；3、传振件；4、中间支架；5、连接环；6、底板；7、压缩缸；8、压电调频控制器；9、顶盖；10、活塞；13、螺母；14、穿线孔。 具体实施方式[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 结合图1‑4所示，本发明提供了一种压电压缩机位移放大结构，包括：压电振子组件，压电振子组件包括传振件3和压电双晶片，传振件3的两端均设置有压电双晶片，任一压电双晶片与活塞10相连接，两个压电双晶片能够产生相反的弯曲变形，传振件3能够将两个压电双晶片的变形位移相叠加并产生共振，使压电振子组件能够放大活塞10在压缩缸7内的位移。 [0032] 本实施例通过在传振件3的两端均设置有压电双晶片，两个压电双晶片能够产生相反的弯曲变形，任一压电双晶片与活塞10相连接，传振件3能够将两个压电双晶片的变形位移相叠加，使压电振子组件能够放大活塞10在压缩缸7内的位移，同时传振件3与两个压电双晶片产生共振使压电振子组件进一步放大活塞10在压缩缸7内的位移，解决压电压缩机驱动位移不足的技术问题，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0033] 另外，本实施例将压电振子组件与压缩缸7分离，避免了压电双晶片与压缩缸7内物质接触，可应用于气体和液体以及混合物质的压缩，增大了压缩机的适应范围。 [0034] 在一些实施例中，两个压电双晶片分别为第一压电双晶片1和第二压电双晶片2，第一压电双晶片1设置在传振件3的第一端，第二压电双晶片2设置在传振件3的第二端，第二压电双晶片2与活塞10相连接，第一压电双晶片1能够产生弯曲变形，驱动传振件3沿轴向方向移动，同时第二压电双晶片2能够产生与第一压电双晶片1相反方向的弯曲变形驱动活塞10在压缩缸7内往复运动。 [0035] 本实施例的两个压电双晶片分别为第一压电双晶片1和第二压电双晶片2，第一压电双晶片1设置传振件3的第一端，第二压电双晶片2设置传振件3的第二端，第二压电双晶片2与活塞10相连接，第一压电双晶片1能够产生弯曲变形，驱动传振件3沿轴向方向移动，同时第二压电双晶片2能够产生与第一压电双晶片1相反方向的弯曲变形驱动活塞10在压缩缸7内往复运动，放大活塞10在压缩缸7内的位移，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0036] 在一些实施例中，还包括中间支架4和连接环5，中间支架4和连接环5均为两端开口的管状结构，传振件3同轴设置于中间支架4内，第一压电双晶片1的径向外端固定在中间支架4的第一端的开口上，连接环5同轴设置在中间支架4的内部，第二压电双晶片2的径向外端固定在连接环5的第一端的开口上，连接环5位于第二压电双晶片2远离传振件3的一侧，连接环5的第二端与活塞10固定连接。 [0037] 本实施例通过设置两端开口的管状结构中间支架4和连接环5，传振件3同轴设置于中间支架4内，第一压电双晶片1的径向外端固定在中间支架4的第一端的开口上，连接环5同轴设置在中间支架4的内部，第二压电双晶片2的径向外端固定在连接环5的第一端的开口上，连接环5位于第二压电双晶片2远离传振件3的一侧，连接环5的第二端与活塞10固定连接，第一压电双晶片1的径向外端以中间支架4的第一端的开口为支点，第一压电双晶片1在变形后通过中心驱动传振件3沿轴向方向移动，带动第二压电双晶片2、连接环5和活塞10移动，而第二压电双晶片2与第一压电双晶片1的变形方向相反方向，第二压电双晶片2的中心以传振件3为支点，第二压电双晶片2由于与第一压电双晶片1的变形方向相反，因此通过第二压电双晶片2的径向端部进一步推动连接环5和活塞10向与第一压电双晶片1推动活塞 10移动方向相同的方向移动，放大了活塞10的移动；另外由于压电双晶片为柔性结构，使压电振子组件与连接环5和活塞10产生共振，进一步放大活塞10在压缩缸7内的位移，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0038] 同时将压电振子组件与压缩缸7分离，避免了压电双晶片与压缩缸7内物质接触，可应用于气体和液体以及混合物质的压缩，增大了压缩机的适应范围。 [0039] 另外中间支架4的结构不限于两端开口的管状结构，只要能够对实现压电振子组件做支撑的其他结构可以作为本发明的中间支架4。 [0040] 在一些实施例中，第一压电双晶片1包括第一金属基板11和第一压电陶瓷片12，第一金属基板11包括第一侧和第二侧，第一金属基板11的第一侧和第二侧均设置有第一压电陶瓷片12，第一压电陶瓷片12能够产生弯曲变形，迫使第一金属基板11同步弯曲，驱动传振件3轴向往复运动，实现放大活塞10在压缩缸7内的位移，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0041] 在一些实施例中，第一金属基板11盖设在中间支架4的第一端的开口上，传振件3的第一端连接在第一金属基板11与中间支架4的轴线相交的位置。 [0042] 本实施例的第一金属基板11盖设在中间支架4的第一端的开口上，传振件3的第一端连接在第一金属基板11与中间支架4的轴线相交的位置，此处也是第一金属基板11相对中间支架4的第一端变形位移最大处，在第一金属基板11和两个第一压电陶瓷片12都为圆形时，第一金属基板11和两个第一压电陶瓷片12均与中间支架4同轴设置时，第一金属基板11的圆心处为第一金属基板11相对中间支架4的第一端变形位移最大处，这样设置保证了第一压电双晶片1对活塞10的最大推动行程，提高了压电压缩机的制冷效率，传振件3与第一金属基板11可以通过螺母13进行紧固。 [0043] 在一些实施例中，第一金属基板11的形状为圆形或多边形等，第一金属基板11上第一压电陶瓷片12的外侧设置有镂空结构，镂空结构由M个通孔构造成。 [0044] 本实施例的第一金属基板11的形状为圆形或多边形等，也可以采用其他形状制造成的不同类型的第一压电双晶片1，但是应考虑不同形状的第一压电双晶片1驱动能力强弱，第一金属基板11上第一压电陶瓷片12的外侧设置有M个通孔，M个通孔可以均匀布置，使第一金属基板11为镂空结构，可以方便调节系统刚度，使活塞10获得更大的驱动位移，解决压电压缩机单腔体结构的驱动位移不足的技术问题，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0045] 在一些实施例中，第二压电双晶片2包括第二金属基板21和第二压电陶瓷片22，第二金属基板21包括第一侧和第二侧，第二金属基板21的第一侧和第二侧均设置有第二压电陶瓷片22，第二压电陶瓷片22能够产生弯曲变形，迫使第二金属基板21同步弯曲，驱动连接环5轴向往复运动，实现放大活塞10在压缩缸7内的位移，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0046] 在一些实施例中，第二金属基板21盖设连接环5的第一端的开口上，传振件3的第二端连接在第二金属基板21与连接环5的轴线相交的位置。 [0047] 本实施例的第二金属基板21盖设连接环5的第一端的开口上，传振件3的第二端连接在第二金属基板21与连接环5的轴线相交的位置，此处也为第二金属基板21相对连接环5的第一端变形位移最大处，在第二金属基板21和两个第二压电陶瓷片22都为圆形时，第二金属基板21和两个第二压电陶瓷片22均与连接环5同轴设置时，第二金属基板21的圆心处为第二金属基板21相对连接环5的第一端变形位移最大处，这样设置保证了第二压电双晶片2对活塞10的最大推动行程，提高了压电压缩机的制冷效率，传振件3与第二金属基板21可以通过螺母13进行紧固。 [0048] 在一些实施例中，第二金属基板21的形状为圆形或多边形，第二金属基板21上第二压电陶瓷片22的外侧设置有镂空结构，镂空结构由N个通孔构造成。 [0049] 本实施例的第二金属基板21的形状为圆形或多边形等，也可以采用其他形状制造成不同类型的第二压电双晶片2，但在采用其他形状时应考虑第二压电双晶片2与连接环5之间的装配问题，同时也应考虑不同形状的第二压电双晶片2驱动能力强弱；第二金属基板21上第二压电陶瓷片22的外侧为由N个通孔，N个通孔可以均匀布置，使第二金属基板21为镂空结构，可以方便调节系统刚度，使活塞10获得更大的驱动位移，解决压电压缩机单腔体结构的驱动位移不足的技术问题，提高了压电压缩机的制冷效率。 [0050] 在一些实施例中，还包括压电调频控制器8，两个第一压电陶瓷片12、两个第二压电陶瓷片22、第一金属基板11和第二金属基板21均与压电调频控制器8电连接，压电调频控制器8外接交流电源。 [0051] 通电后压电振子组件产生的变形使得连接环5和活塞10在压缩缸7内做往复运动，使用压电调频控制器8调节交变电压的频率，迫使压电振子组件与连接环5和活塞10发生共振，活塞10在压缩缸7内做往复运动，在前半个周期内，活塞10在垂直方向向下运动，使压缩缸7内的压强增大，气体从单向出气阀挤出压缩缸7，单向进气阀处于关闭状态，在后半个周期内，活塞10在垂直方向向上运动，压缩缸7内的压强减小，气体从单向进气阀流入压缩缸7，单向出气阀处于关闭状态。在正弦交变电压的一个周期内实现压缩缸7内压强升高和降低，完成了气体排出与吸入的全过程。 [0052] 当然也可以在中间支架4设置穿线孔14，压电调频控制器8与两个第一压电陶瓷片12、两个第二压电陶瓷片22、第一金属基板11和第二金属基板21电连接的导线从穿线孔14引出到中间支架4外。 [0053] 一种压电压缩机，包括上述的压电压缩机位移放大结构。 [0054] 在一些实施例中，当包括中间支架4时，还包括活塞10、底板6和压缩缸7，底板6固定设置在中间支架4的第二端，压缩缸7固定设置在底板6朝向中间支架4的一侧，活塞10在压缩缸7内往复运动。 [0055] 在一些实施例中，还包括顶盖9，顶盖9盖设在中间支架4的第一端，底板6上设置有进气孔和排气孔，压缩缸7均与进气孔和排气孔相连通，进气孔设置有单向进气阀，排气孔设置有单向进气阀。 [0056] 一种空调器，包括上述的压电压缩机。 [0057] 本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式可以自由地组合、叠加。 [0058] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。 |
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