专利摘要

本实用新型涉及一种活塞式压缩机，所述活塞式压缩机包括壳体(8)和活塞(10)，所述壳体具有位于其中的压缩腔室(13)，所述压缩腔室具有入口和出口，所述活塞在由运动机构(20)界定的上死点和下死点之间沿轴向方向(X‑X’)可往复移动地布置在所述压缩腔室(13)中，所述活塞(10)与所述运动机构连接，其特征在于，所述驱动装置仅由所述活塞(10)的电磁线性驱动装置(25)形成。通过本实用新型，不再需要旋转驱动马达，并且具有曲柄‑杆机构的驱动组可以以更紧凑、更轻且成本更低的方式实现。

权利要求

1.一种活塞式压缩机，所述活塞式压缩机包括壳体和活塞(10)，所述壳体具有位于其中的压缩腔室(13)，所述压缩腔室具有入口和出口，所述活塞被布置成能够借助于驱动装置在所述压缩腔室(13)中在由运动机构(20)界定的上死点和下死点之间沿轴向方向(X-X’)往复移动，所述活塞(10)与所述运动机构连接，其特征在于，所述驱动装置仅由所述活塞(10)的电磁线性驱动装置(25)形成。

2.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述电磁线性驱动装置(25)包括所述活塞(10)的直接电磁驱动装置，所述直接电磁驱动装置具有围绕所述压缩腔室(13)布置的一个或多个电线圈，所述一个或多个电线圈能够与所述活塞(10)感应地相互作用。

3.根据权利要求1所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述电磁线性驱动装置(25)包括所述活塞(10)的具有柱塞(29)的间接电磁驱动装置，所述柱塞被布置成能够在平行于所述压缩腔室(13)的轴向方向(X-X’)延伸的线性引导件(30)中往复移动，并且所述间接电磁驱动装置具有围绕或沿着所述线性引导件(30)布置的一个或多个电线圈，所述一个或多个电线圈能够与相应的柱塞(29)感应地相互作用。

4.根据权利要求3所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述柱塞(29)的所述线性引导件(30)布置在所述压缩腔室(13)的轴向方向(X-X’)的延伸部中，并且所述柱塞(29)布置在杆(18)上，所述杆与所述活塞(10)机械地固定连接并且与所述活塞(10)的线性移动同步地往复移动。

5.根据权利要求3所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞(10)和/或所述柱塞(29)和/或所述壳体的气缸罩(9)和/或所述线性引导件(30)具有一个或多个磁体。

6.根据权利要求2所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞(10)和/或所述壳体的气缸罩(9)具有一个或多个磁体。

7.根据权利要求5或6所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述一个或多个磁体是永磁体。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述运动机构(20)包括曲柄-杆机构，所述曲柄-杆机构具有曲柄(21)以及驱动杆(22)，所述曲柄能够围绕垂直于所述活塞(10)的线性移动方向的曲柄轴(32)旋转，所述驱动杆在一端处通过曲柄销(23)与所述曲柄(21)铰接连接并且在其另一端处通过活塞销(24)与所述活塞(10)铰接连接。

9.根据权利要求8所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞(10)通过杆(18)与所述曲柄-杆机构连接，所述杆连接至所述活塞(10)并且与所述活塞(10)同步地往复移动。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞式压缩机(1)设置有控制器(27)以用于在所述活塞(10)从所述活塞(10)的下死点到上死点的整个压缩冲程期间启动所述电磁线性驱动装置(25)。

11.根据权利要求10所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述控制器(27)构造成根据曲线来输送全部压缩功率，所述曲线与通过所述活塞(10)的假想驱动仅借助于旋转马达(6)经由所述运动机构(20)而输送到所述活塞(10)的功率的曲线对应。

12.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述壳体不包括用于驱动所述活塞(10)的输入轴或输出轴。

13.根据权利要求1-3中的任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述运动机构(20)是曲柄-杆机构，所述曲柄-杆机构具有仅通过封闭的滚柱轴承支承的曲柄轴(32)、曲柄销(23)和活塞销(24)。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞式压缩机(1)的其中具有所述运动机构(20)和容纳活塞的压缩腔室的壳体是气密密封的壳体。

15.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞(10)的往复移动的频率与所述活塞式压缩机(1)的自身频率相对应。

16.根据权利要求15中所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞(10)的往复移动的频率与所述活塞(10)和同气动弹簧、机械弹簧或机电弹簧组合的所述运动机构(20)的整体的自身频率相对应。

17.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞式压缩机是多级活塞式压缩机，所述多级活塞式压缩机具有至少两个压缩腔室(13)，所述至少两个压缩腔室通过它们的入口和出口彼此串联连接，并且其中，所述活塞(10)能够通过电磁线性驱动装置(25)往复移动，并且其中，每个所述活塞(10)与其自身的运动机构(20)连接。

18.根据权利要求17所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述运动机构中的至少两个运动机构彼此机械连接，使得它们彼此同步地移动。

19.根据权利要求18所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述运动机构(20)包括曲柄-杆机构，所述曲柄-杆机构具有曲柄(21)以及驱动杆(22)，所述曲柄能够围绕垂直于所述活塞(10)的线性移动方向的曲柄轴(32)旋转，所述驱动杆在一端处通过曲柄销(23)与所述曲柄(21)铰接连接并且在其另一端处通过活塞销(24)与所述活塞(10)铰接连接，所述运动机构(20)中的至少两个运动机构的曲柄(21)布置在共同的曲柄轴(32)上。

20.根据权利要求17所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞式压缩机(1)设置有控制器(27)以用于在所述活塞(10)从所述活塞(10)的下死点到上死点的整个压缩冲程期间启动所述电磁线性驱动装置(25)，所述控制器(27)构造成根据曲线来输送全部压缩功率，所述曲线与通过所述活塞(10)的假想驱动仅借助于旋转马达(6)经由所述运动机构(20)而输送到所述活塞(10)的功率的曲线对应，至少两个所述活塞(10)的所述电磁线性驱动装置(25)的所述控制器(27)是共同的。

21.根据权利要求9所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述杆是线性活塞杆。

22.根据权利要求1-3中任一项所述的活塞式压缩机，其特征在于，所述活塞式压缩机是最大压缩功率大于30kW的活塞式压缩机(1)。

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种活塞式压缩机。

背景技术

更具体地，但不是限制性的，本实用新型涉及一种高功率活塞式压缩机，例如具有大于30kW至600kW或更高的功率。

这种活塞式压缩机例如用于以非常高的工作压力来(例如2000kPa或更高的工作压力下)压缩气体。

传统上，活塞式压缩机包括活塞式压缩机元件，该活塞式压缩机元件设置有具有压缩腔室的壳体，在该压缩腔室中活塞借助于由旋转马达驱动的驱动轴在上止点和下止点之间沿轴向方向能够往复移动地布置，并且其中，运动机构以曲柄-杆机构的形式设置在该驱动轴和活塞之间，并且可能还设置有额外的活塞杆，该活塞杆与活塞一起线性地移动并且在活塞和曲柄-杆机构之间形成联接。

为了实现这种高气体压力，通常使用多级活塞式压缩机，其具有两个或更多个前述活塞式压缩机元件，这些活塞式压缩机元件经由其气体入口和其气体出口彼此串联连接，并且安装在呈壳体形式的联合驱动组上，联合驱动轴支撑在该壳体中，曲柄-杆机构连接到每个活塞式压缩机元件，并且可能连接到活塞杆以用于将活塞与曲柄-杆机构联接。

驱动组的特征在于旋转马达(通常是电马达)用于在大多数情况下经由皮带传动来驱动联合驱动轴。这种皮带传动具有相对便宜的优点，但是它也具有造成相对大的功率损失的缺点，高达马达的额定功率的3％至5％。

不言而喻，驱动组必须设计成处理马达的满负荷功率，因此也处理其全部压缩功率，并且因此在具有高功率的活塞式压缩机的情况下，驱动组相对较重且体积较大。

考虑到作用在曲柄-杆机构中的高机械力，通常使用油膜轴承，这可能造成5％和10％之间的功率损失，并且此外，这需要复杂的喷射系统以便在所有情况下为轴承提供足够的油。

为了防止压缩气体泄漏到驱动组的壳体中并且经由驱动轴逸出，使用特别设计的轴向密封件，借助于该轴向密封件，壳体永远不能完全气密地密封。

此外，在先已知的是活塞式压缩机的应用，其中活塞通过电磁激活往复移动，以便压缩压缩腔室中的气体。然而，这种应用限于低功率。较高功率的学术研究已经导致压缩机极其沉重和庞大，例如针对30kW的功率活塞为400kg。

此外，该应用需要具有宽的安全裕度的更复杂的运动控制，以避免在压缩冲程结束时活塞头部和压缩腔室的端壁之间的碰撞。考虑到这种宽的安全裕度，当到达上死点时，在活塞和压缩腔室的端壁之间必须总是有足够的游隙，这导致活塞式压缩机的较小的应用领域，因为它还导致建立比具有较小的安全裕度的理论上可能的压力更小的压力，并且还导致较低的容积增益。

实用新型内容

本实用新型的任务是提供一种解决上述和其它缺点中的一个或多个的方案。

为了这些目的，本实用新型涉及一种活塞式压缩机，所述活塞式压缩机包括壳体和活塞，所述壳体具有位于其中的压缩腔室，所述压缩腔室具有入口和出口，所述活塞被布置成能够在所述压缩腔室中在由运动机构界定的上死点和下死点之间沿轴向方向借助于驱动装置往复移动，所述活塞与所述运动机构连接，其中，所述驱动装置仅由所述活塞的电磁线性驱动装置形成。

因为不再如通常那样通过曲柄-杆机构驱动一个或多个活塞，所以不再需要旋转驱动马达，并且具有曲柄-杆机构的驱动组可以以更紧凑、更轻且成本更低的方式实现。

此外，由于消除了马达和皮带传动装置中的损失，并且因为常规的“流体轴承”可以由具有更低损失且与封闭的油脂润滑轴承(例如油脂润滑的滚子轴承)相比也不需要润滑的更传统的轴承代替，根据本实用新型的这种活塞式压缩机更加有效，但是“更小的”流体轴承仍然可行，所述封闭的油脂润滑轴承即具有被封闭在内圈和外圈之间的充满油脂的空间中的滚动元件的轴承。

维持运动机构确保了在压缩冲程结束时在活塞的上死点处不存在活塞与压缩腔室的端壁碰撞的风险，从而可以使用非常小的安全余量，允许活塞非常接近该端壁，在两者之间具有最小的净空(headroom)。这是有用的，因为净空越小，压缩腔室中的气体的安装压力越大，并且因此压缩机的应用领域越大。

因此，根据本实用新型的活塞式压缩机也不需要用于维持最小的净空高度的复杂的控制。

在压缩冲程结束时的任何小偏差都被运动机构吸收，该运动机构不允许活塞移动超过其上死点。

优选地，活塞以与活塞式压缩机自身频率近似对应的频率被驱动，特别地以与活塞和与气动弹簧、机械弹簧或机电弹簧组合的运动机构的整体的自身频率近似对应的频率被驱动。这允许以能量上更有效的方式压缩气体。

运动机构优选地包括简单的传统曲柄-杆机构，所述曲柄-杆机构具有曲柄以及驱动杆，所述曲柄能够围绕垂直于所述活塞的线性移动方向的曲柄轴旋转，所述驱动杆在一端处通过曲柄销与所述曲柄铰接连接并且在其另一端处通过活塞销与所述活塞铰接连接，其中曲柄轴、曲柄销和活塞销优选地由封闭的油脂润滑轴承支承。

由于活塞式压缩机的壳体没有用于驱动活塞的输入轴或输出轴，并且由于不需要对轴承进行外部润滑，所以壳体可以完全气密地密封，当然除了通向压缩腔室的的气体入口和排出压缩腔室的气体出口之外。

电磁驱动装置可以包括直接电磁驱动装置，所述直接电磁驱动装置通过围绕压缩腔室的一个或多个电线圈对活塞具有直接电磁作用。

此外或替代地，电磁驱动装置可以包括活塞的间接电磁驱动装置，所述间接电磁驱动装置具有与活塞连接并且在平行于压缩腔室的轴向方向延伸的线性引导件或壳体中与活塞同步地往复移动的柱塞，并且具有围绕线性引导件布置的一个或多个线圈，该线圈能够与相应的柱塞感应地相互作用。

本实用新型还涉及一种多级活塞式压缩机，其具有至少两个压缩腔室，所述至少两个压缩腔室通过其入口和出口彼此串联连接，并且其中活塞能够借助于线性电磁驱动装置往复移动，并且每个活塞与其自身的运动机构连接。

在这种情况下，可能至少两个运动机构彼此机械连接，使得它们同步移动。在曲柄-杆机构的情况下，这些至少两个机构的曲柄安装在共同的曲柄轴上。

附图说明

为了更好地展示本实用新型的特征，下文参照附图以示例性方式而非任何限制性特征描述了根据本实用新型的活塞式压缩机的一些示例，其中

图1示意性地示出了常规的活塞式压缩机；

图2示出了当图1的活塞式压缩机在使用中时操作的力的曲线图；

图3是根据本实用新型的活塞式压缩机的示意图；

图4示出了为了比较的目的而在图3的活塞式压缩机的活塞上操作的力的曲线图以及图2的曲线图的力；

图5示出了根据本实用新型的活塞式压缩机的变型实施例；

图6和7示出了根据本实用新型的多级活塞式压缩机的两个不同变型。

具体实施方式

图1中所示的现有技术的活塞式压缩机1包括驱动组2和安装在其上的活塞式压缩机元件3。

驱动组2包括壳体4，并且借助于旋转马达6通过皮带传动装置7驱动，驱动轴5可旋转地支撑在该壳体中。

活塞式压缩机元件3具有安装在驱动组2的壳体4上的壳体8，该壳体具有气缸罩9，在该气缸罩中活塞10沿轴向方向X-X’可往复移动地设置，并且所述气缸罩在一侧上由端壁11封闭。

在活塞顶12、上述端壁11和活塞式压缩机元件3的气缸罩9之间，压缩腔室13被封闭，以常规方式通过入口阀15经由可密封的入口14并且通过出口阀17经由可密封的出口16与周围环境连接，以用于如箭头I所示吸入气体以用于压缩，并且用于在压缩冲程结束时沿箭头O的方向排出气体。

在压缩冲程期间，活塞10在端壁11的方向上从离端壁11最远的所谓下死点移动到离端壁11最近的所谓上死点，并且在入口阀15和出口阀17关闭的情况下这样做。

在上死点中，压缩腔室13的容积(即所谓的死容积)最小，并且此时压缩腔室13中的气体压力很强。

活塞杆18连接到活塞10，该活塞杆在轴向方向X-X’上延伸并且能够在壳体的密封引导件19中与活塞10同步地往复移动，该密封引导件在活塞式压缩机元件3的壳体8和驱动组2的壳体4之间形成气体密封，以便防止压缩气体经由驱动组2的壳体4和驱动轴的通道泄漏。

在活塞杆18和驱动轴5之间设置有运动机构20，所述运动机构设置成用于将驱动轴5的旋转移动转换为活塞10的往复移动。

在图1的情况下，这是曲柄-杆机构，其具有驱动杆22和与驱动轴5一起旋转的径向指向的曲柄21，该驱动杆在一端通过曲柄销23与曲柄21枢转地附接，并且在另一端通过活塞销24与活塞10或活塞杆18枢转地附接。

根据现有技术的活塞式压缩机的操作是简单的，如下所述。

驱动轴5由马达6沿一个方向驱动，使得曲柄21进行旋转移动，并且活塞10往复移动。

在从上死点到下死点的任何吸入冲程中，气体经由入口14被吸入压缩腔室13，而在从下死点到上死点的相反方向的任何移动中，吸入的气体随着入口阀15和出口阀17被关闭而被压缩。

在操作期间，活塞杆18和活塞销24受到如图1所示的具有其调和函数(harmonics)的气体力Fg和正弦惯性力Fi，其中瞬时值在图2的曲线图中示出为曲柄21的枢转角度A的函数。气体力Fg明显与活塞式压缩机1的所需操作压力成比例。

在该曲线图中，还示出了作用在活塞杆18和活塞销24上的合力Fg+Fi，其是力Fg和Fi的总和。在活塞10的压缩冲程期间，这是压缩力，活塞杆18通过该压缩力被压缩。

建设性地，该合力可能不高于特定的最大值Frmax，Frmax主要由活塞杆18的压缩强度和/或活塞销24的强度确定，并且通常是根据期望操作压力对活塞式压缩机进行设计或选择的限制因素，并且必须选择具有足够强以处理期望气体压力的活塞杆和活塞销的驱动组。

如图3中示意性地示出的，根据本实用新型的活塞式压缩机1与图1的传统活塞式压缩机1的不同之处在于，在本实用新型的情况下，不存在用于经由运动机构20驱动活塞10的马达6，而是活塞10的驱动装置仅由活塞10的电磁线性驱动装置25形成。

在这种情况下，活塞也与运动机构20直接连接，意味着没有活塞杆的介入。

电磁线性驱动装置25由一个或多个电线圈26形成，所述电线圈围绕或沿着压缩腔室13布置，并且当被控制器27激励时所述电线圈直接地且感应地在活塞10上施加轴向力Fe，所述电磁线性驱动装置为此目的由合适的导磁材料实现，或者可以例如具有一个或多个永磁体，这里未示出。

在图3的情况下，设置了三个线圈26，其可以单独地或联合地被激励以便将特定力曲线施加到活塞10，以便以适当的方式使活塞(包括要在压缩腔室13中被压缩的气体)往复移动。

为此，活塞式压缩机1具有用于识别活塞10的当前位置的器件28，例如成用于测量给定时刻曲柄21的角度A的器件的形式，该器件与控制器27连接。

根据测量角度A，每个线圈26被分别激励，以便在曲柄21旋转期间使活塞10受到三个电磁力Fe1、Fe2和Fe3，如图4的曲线图所示，其中这三个力Fe1、Fe2和Fe3的力曲线可以在时间上彼此重叠，以便最佳地接近图2的力曲线Fg+Fi，以便产生确保在上死点和下死点处合力的方向被反转的合力。

控制器27的控制程序不必非常精确，因为运动机构20对活塞10在下死点和上死点之间的往复移动施加限制，使得即使在与合力曲线有小偏差的情况下，也不存在活塞10在压缩冲程结束时与端壁11碰撞的风险，所述小偏差将防止当到达上死点或下死点时合力的方向改变。

因此，不需要考虑宽的安全裕度来设计控制，因此，活塞10和压缩腔室13的端壁11之间的死体积可以被减小到最小，从而允许实现更高的压力。

活塞的往复移动的频率优选地与活塞式压缩机的自身频率一致，特别地，与活塞10和结合有例如由压缩腔室13中的压缩空气形成的气动、机械或机电弹簧的运动机构20的整体的自身频率一致，因此，可以实现能量有效的压缩。

由于在本实用新型的情况下，省略了马达6和带传动装置7，运动机构20不必传递用于驱动活塞10的力，并且因此，该运动机构20可以以更轻且更不笨重的方式设计，并且对该运动机构20的支承和润滑的要求可以更低。

出于相同的原因，由壳体4和8界定的内部空间可以由活塞气密地封闭。

显然，活塞10可以通过与活塞10连接的活塞杆18与运动机构20连接。由于活塞不是由该活塞杆18驱动，因此施加在活塞上的力远小于由旋转马达驱动的传统活塞式压缩机的情况下施加在活塞上的力。

图5示出了根据本实用新型的活塞式压缩机1的变型，其中，在这种情况下，活塞10是传统的活塞，其没有围绕气缸罩9的线圈26，但是其中，活塞10的电磁驱动装置25通过外部柱塞29实现，该外部柱塞被布置成能够在线性引导件30中往复移动，其中一个或多个线圈26被布置在外部柱塞周围，当被激励时该一个或多个线圈能够与相应的柱塞29感应地相互作用以便经由连接杆31间接地电磁驱动活塞10，所述连接杆向外延伸穿过压缩腔室13和前述端壁11。

显然，活塞10的直接激励与通过内部或外部柱塞29的间接激励的组合也是可能的。

此外，能够将活塞10和一个或多个柱塞29设计为线性马达，更具体地设计为线性步进马达。

图6示出了具有四级的多级活塞式压缩机1，每级具有在其自身的压缩腔室13中被电磁驱动的活塞10，其中压缩腔室13通过其入口14和出口16彼此串联连接。

在这种情况下，每个活塞10与其自身的运动机构20一起布置在其自身的密封壳体4-8中。

在这种情况下，控制器27为四个活塞10所共有。

图7示出了具有两级的多级活塞式压缩机1，其布置在共同的气密封闭壳体4-8中，每个活塞式压缩机具有活塞10和其自身的运动机构20，但是其中两个运动机构20彼此机械连接，这是因为在这种情况下曲柄21布置在共同的曲柄轴32上，该曲柄轴在传统球轴承33上被支承在壳体4-8中。

本实用新型决不限于上述和附图中所示的实施例。相反，根据本实用新型的活塞式压缩机可以在不超出本实用新型的框架的情况下以不同的变型实现。

活塞式压缩机专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。