具有共振弹簧和变形控制装置的直线驱动单元的制作方法
【专利摘要】本发明的装置应用于直线驱动单元，该直线驱动单元包括：直线电动机(M)，所述直线电动机由电动机外壳(C)和磁衔铁(A)形成，所述电动机外壳被电激励并且固定到固定结构(1)，所述磁衔铁以往复轴向运动移位；和螺旋状共振弹簧(50)，该螺旋状共振弹簧具有联接到固定结构(1)的端部和联接到磁衔铁(A)的相对的端部。变形控制装置(60)被安装用来接触弹性地且径向地变形的共振弹簧(50)的表面延伸部，并且产生与所述表面延伸部的摩擦和/或变形控制装置(60)的弹性变形，从而以足以至少最小化共振弹簧(50)的所述径向弹性变形的值吸收能量。
【专利说明】具有共振弹簧和变形控制装置的直线驱动单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用来控制直线驱动单元(例如，制冷压缩机的直线电动机)的共振弹簧的某些变形的装置，该直线驱动单元包括:电动机外壳，该电动机外壳被电激励且固定到固定结构；和磁衔铁，该磁衔铁通过电动机外壳的电激励以往复轴向运动移位。当应用于制冷压缩机时，磁衔铁在一侧联接到要在气缸或压缩室的内部中移位的活塞，并且在另一侧联接到螺旋共振弹簧的端部，该螺旋共振弹簧的相对的端部固定到所述固定结构。
[0002]本发明可以应用于直线压缩机，或使用共振弹簧的任何其它类型的构造，该共振弹簧结合电动直线驱动单元操作，用来避免共振弹簧的径向弹性变形消极地影响通常在协作元件的内部中的要被驱动单元直线地且往复地移位的元件的操作(如制冷压缩机的活塞和气缸之间的操作关系中出现的)。
【背景技术】
[0003]螺旋弹簧通常用作在用于多种应用的共振系统中，诸如在直线驱动单元(例如，制冷压缩机的直线电动机)中，用来存储势能的元件。如附图的图1中示例性地示出的，通常用于制冷并且由直线类型的电动机驱动的压缩机包括外壳1，该外壳通常是封闭的并且容纳非共振组件，该非共振组件包括曲轴箱10，该曲轴箱可以通过例如螺旋式弹簧的悬挂弹簧11安装在外壳I中。
[0004]曲轴箱10包括气缸12，在该气缸内部中限定压缩室13，该压缩室具有通常由阀板且由盖25封闭的端部13a，和敞开的相对的端部13b，通过该敞开的相对端部13b安装活塞20，该活塞在压缩室13的内部中往复运动。活塞20通过通常呈杆30的形式的联接装置联接到磁衔铁A,该磁衔铁承载直线电动机M的磁体40,该直线电动机还包括电动机外壳C,该电动机外壳固定到固定结构并且被电激励以便轴向地且往复地移位磁衔铁A。
[0005]在制冷压缩机的直线驱动单元的构造中，电动机外壳C可以直接固定到所述压缩机的外壳I，或所述压缩机的非共振组件的任何组成部分，例如并且如示出的，其曲轴箱
10。在这种情况中，压缩机的外壳I限定固定结构，该固定结构用于电动机外壳C的固定。
[0006]直线电动机M负责产生必要的驱动以便使活塞20在气缸12的压缩室13的内部中移位，并且因此以便压缩呈气体的形式的制冷流体。
[0007]共振弹簧装置联接到由活塞、杆和磁衔铁限定的可移动的组件，该共振弹簧装置通常包括至少一个螺旋共振弹簧50，该螺旋共振弹簧被安装成在活塞在压缩室13的内部中往复轴向移位时在活塞20上施加相反的轴向力。共振弹簧50用作活塞20的轴向移位的引导件，并且也与压缩机的直线电动机M联合地致动压缩可移动组件。压缩可移动组件(活塞-杆-磁衔铁)和共振弹簧50限定压缩机的共振组件。在图1中例示的现有技术构造中，共振弹簧50具有螺旋状形状，其端部50a联接到固定结构，并且相对的端部50b联接到磁衔铁A，以便与磁衔铁A的往复轴向运动联合地轴向地且弹性地变形。在示出的构造中，共振弹簧50的端部50a和50b分别固定到非共振组件，例如，到曲轴箱10或到其支撑结构，和到压缩可移动组件。[0008]共振弹簧的致动引起主振动模式(轴向弹性变形)的巨大变形，该主振动模式是在压缩机的操作期间负责气缸10的内部中的活塞20的正确共轴定位的模式。呈主振动模式的共振弹簧50的变形与共振弹簧的存储和恢复用来移动活塞20的能量的能力成比例。
[0009]虽然希望具有呈确定的振动模式的共振弹簧50的巨大变形能力，但其它振动模式通常是不希望的。扭转和径向模式可能产生沿不希望的非轴向方向的活塞20的巨大的扭力和移位，导致压缩机出现突变失效。
[0010]目前，由共振弹簧50的致动引起的不希望的振动模式的存在的控制通过以下方式被实现:在方案中避免这种模式(即，接近压缩机操作的频率谐波的模式)的存在；和在压缩机的操作时，避免共振弹簧50的这种不希望的振动模式被电动机M的磁衔铁A的运动引起。
[0011]然而，在以可变容量(或可变操作频率)工作的压缩机中，所述控制难以实现，这是由于，压缩机不再以固定的基本频率操作，而是在一系列频率内操作，促进激活不希望的模式的可能性。
【发明内容】
[0012]鉴于上述，本发明的一般目标是提供一种用于直线驱动单元中的共振弹簧的变形控制装置，该变形控制装置通过简单的构造允许控制共振弹簧的变形，在直线驱动单元的整个使用寿命期间，限制所述变形到确定的主振动模式，最小化或者甚至消除不希望的其它振动模式，保留主振动模式的能量并且不需要改变共振弹簧的构造特性。
[0013]本发明还具有以下目标:提供一种如上所述的控制装置，并且该控制装置允许控制和最小化由所述不希望的振动模式引起的共振弹簧的侧向和扭转移位。
[0014]本发明的另外目标是提供一种如上所述的控制装置，并且该控制装置在制冷压缩机的情况下可以保证弹簧/活塞/气缸对齐，在压缩机的使用寿命期间减小弹簧线材上的扭力。
[0015]为了服从上述目标，本发明提出一种用于直线驱动单元中的共振弹簧的变形控制装置，该直线驱动单元包括:直线电动机，所述直线电动机由电动机外壳和磁衔铁形成，所述电动机外壳被电激励并且固定到固定结构，所述磁衔铁通过所述电动机外壳的电激励以往复轴向运动移位；和螺旋共振弹簧，所述螺旋共振弹簧具有联接到所述固定结构的端部和联接到所述磁衔铁的相对端部，以便以往复轴向运动被所述磁衔铁移位并且弹性地变形。根据本发明，用于直线驱动单元中的共振弹簧的变形控制装置安装到共振弹簧，以便维持接触共振弹簧的表面延伸部，该变形控制装置在所述共振弹簧的往复轴向运动时弹性地且径向地变形，并且产生以下状态中的至少一个状态:与所述共振弹簧的所述表面延伸部的摩擦；和所述变形控制装置的弹性变形，从而以足以至少最小化所述共振弹簧的所述径向弹性变形的值吸收能量。
[0016]根据本发明的特别方面，变形控制装置围绕并且沿着共振弹簧的线材延伸部布置。根据本发明的构造形式，该变形控制装置由呈圆柱形螺旋弹簧的形式的阻尼弹簧限定，该阻尼弹簧直接地且紧密地围绕共振弹簧的所述线材延伸部安装。
[0017]根据本发明的另一构造形式，变形控制装置由管状覆盖层限定，该管状覆盖层成一体地且周向地包围共振弹簧的所述线材延伸部，保持与共振弹簧的线材延伸部直接接触或者围绕阻尼弹簧(当存在时)布置。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面将参考附图描述本发明，该附图通过本发明的实施例的例子的方式被给出并且其中:
[0019]图1代表去除本发明的控制装置的根据现有技术布置的压缩机的示意性的且简化的纵向剖视图，该压缩机由直线电动机驱动并且具有共振弹簧，该共振弹簧安装到压缩可移动组件和非共振组件的部件；
[0020]图2示意性地代表直线驱动单元的共振弹簧的一部分的放大透视图，该共振弹簧诸如图1的共振弹簧，但承载由弹性体的管状覆盖层限定的变形控制装置；
[0021]图3示意性地代表直线驱动单元的共振弹簧的一部分的放大透视图，该共振弹簧诸如图1的共振弹簧，但承载由条材制成的阻尼弹簧限定的变形控制装置；
[0022]图4示意性地代表直线驱动单元的共振弹簧的一部分的放大透视图，该共振弹簧诸如图1的共振弹簧，但承载由圆柱形线材形成的阻尼弹簧限定的变形控制装置；
[0023]图5示意性地代表图4中示出的并且承载阻尼弹簧的共振弹簧的线圈的剖视图，该阻尼弹簧由圆柱形丝制成并且被热可缩回的管状覆盖层包围；
[0024]图6示意性地代表图4中示出的并且承载阻尼弹簧的共振弹簧的部分纵向剖视图，该阻尼弹簧由圆柱形线材制成，被热可缩回的管状覆盖层包围；
[0025]图7示出要被施加在共振弹簧的表面延伸部上的变形控制装置的可能构造形式的透视图；
[0026]图7A和7B代表图7的变形控制装置以及共振弹簧的剖视图，分别示出变形控制装置相对于共振弹簧的安装前状态和最终安装状态；并且
[0027]图8示意性地代表曲线图，该曲线图示出通过本发明方案的控制装置获得的以频率为单位的振动的衰减。
【具体实施方式】
[0028]本发明包括用于共振弹簧的变形控制装置，该变形控制装置可以应用于任何直线驱动单元并且该直线驱动单元包括:直线电动机M，该直线电动机由电动机外壳C和磁衔铁A形成，该电动机外壳被电激励并且固定到固定结构I，该磁衔铁通过电动机外壳C的电激励以往复轴向运动移位；和螺旋共振弹簧50，该螺旋共振弹簧的弹簧线材的端部50a联接到固定结构1，并且相对的端部50b联接到磁衔铁A，以便在压缩机的操作期间通过磁衔铁轴向地且往复地移位。
[0029]将考虑特别形式的直线驱动单元(诸如由直线电动机M驱动的类型的制冷压缩机)描述本发明。应当理解，虽然在图1中示出并且在本说明书的【背景技术】中描述的直线驱动单元由制冷压缩机例示，但这里给出的构思可以应用于具有这里限定的基本特性的任何直线驱动单元。对于制冷压缩机中的应用，固定结构I由所述压缩机的外壳Ia限定。
[0030]本发明提出上述类型的用来限制共振弹簧50的变形的变形控制装置60。
[0031]图1的压缩机的构造代表已经讨论的现有技术，它不提供由共振弹簧50的操作引起的不希望的振动模式的阻尼。[0032]本发明的变形控制装置60被安装到共振弹簧50，以便接触在磁衔铁A的往复轴向运动时经受径向弹性变形的共振弹簧50的线材的表面延伸部。
[0033]变形控制装置60被构造并且安装到共振弹簧50以便在共振弹簧的轴向弹性变形期间产生以下操作状态中的至少一个:变形控制装置60和共振弹簧50之间的摩擦力的产生；和/或变形控制装置60的弹性变形力的产生，所述操作状态以足以最小化或者甚至消除共振弹簧50的不希望的径向弹性变形的值吸收能量。
[0034]本发明允许通过添加结构阻尼在共振弹簧50的确定的点中控制该变形。施加点应当通过观察被认为不希望的(有害的)结构模式，并且通过保存基本模式(弹性轴向变形)的变形能量被选择。
[0035]本方案的变形控制装置60控制共振弹簧50的侧向和扭转移位，保证弹簧/活塞/气缸对齐并且减小形成所述共振弹簧50的线材上的扭力。在执行本发明的一种方式中，变形控制装置60围绕并且沿着共振弹簧50的线材延伸部被布置，所述变形控制装置60例如为管状覆盖层，该管状覆盖层成一体地且周向地包围共振弹簧50的确定的线材延伸部。该方案作为主要优点提供围绕弹簧线材安装管状覆盖层的便利。
[0036]根据这种构思，共振弹簧的控制装置60可以为例如由弹性体限定的管状覆盖层61 (图2)，所述弹性体例如为直接硫化在经受不希望的径向或扭转变形的共振弹簧50的一个或更多个线材延伸部上的橡胶。
[0037]在未示出的另一构造选择中，可以以塑性材料，例如以热可缩回塑性材料获得管状覆盖层61。在这种情况中，通过该覆盖层被施加到希望的弹簧部分并且随后被加热，通过加热的材料经受直径减小并且保持牢固地安装在该线材上，也方便安装。
[0038]根据执行本发明的另一方式，变形控制装置60以螺旋状布置沿共振弹簧50的一个或更多个线材延伸部设置，保持直接接触共振弹簧的线材延伸部，如图3、4、5和6中所示。在这种构造的特别形式中，变形控制装置60由阻尼弹簧62限定，该阻尼弹簧以螺旋状布置沿共振弹簧50的确定的线材延伸部设置。这种方案的使用引起具有低成本的优点。
[0039]根据这种构造构思，变形控制装置60可以呈金属的或合成材料的由条材62a或由圆柱形杆62b制成的螺旋弹簧的形式，该螺旋弹簧直接地且紧密地围绕共振弹簧50的所述线材延伸部螺旋状地安装，例如分别在图3和4中示出的。除了提供与共振弹簧的线材部分的较大接触面积外，这种类型的螺旋状条材也容易获得并且具有低的成本。
[0040]如图5和6中所示，变形控制装置60可以同时地包括:阻尼弹簧62，该阻尼弹簧直接地且紧密地以螺旋状布置围绕共振弹簧50的线材施加；和管状覆盖层61，该管状覆盖层施加在阻尼弹簧62上，并且如上面已经提及的，该管状覆盖层可以由不同的材料制成，诸如硫化橡胶或热可缩回塑料，增加变形控制装置的有效性。
[0041]管状覆盖层61不仅包围共振弹簧50的线材，而且包围整个阻尼弹簧62，迫使阻尼弹簧62和共振弹簧50的线材之间的更多接触，允许共振弹簧50的任何不希望的径向或扭转变形传输到变形控制装置60，提供所述摩擦或变形状态的至少一个，所述摩擦或变形状态对于至少部分地吸收产生共振弹簧50的所述不希望的变形的能量来说是必要的。
[0042]在包括阻尼弹簧62和塑性材料(热可缩回的)的管状覆盖层61的变形控制装置60的所述构造选择中，通过相互摩擦或通过管状覆盖层的变形，管状覆盖层还允许阻尼弹簧62更紧密地围绕共振弹簧50安装，通过变形控制装置60提供共振弹簧50的变形能量的更好吸收。
[0043]根据本发明，用于变形控制装置的优选构造形式是由弹性体材料制成的管状覆盖层限定的类型的一种构造形式，该管状覆盖层通过硫化过程被施加在该弹簧上，这是由于该管状覆盖层是最实用的并且允许共振弹簧50在弹性体材料已经被施加且硫化在其上的情况下由弹性体材料的供应者提供。
[0044]变形控制装置60从共振弹簧50吸收能量，将所述能量转变为热，该热耗散在其中安装变形控制装置60的环境中。吸收的能量是由除了基本模式外的特定振动模式产生的能量，该特定模式妨碍活塞20在气缸10的内部中的希望共轴操作。
[0045]应当理解，变形控制装置60可以布置在更倾向于提供不希望的移位的共振弹簧50的特定区域中，而该变形控制装置布置在共振弹簧50的整个延伸部中不利于所述共振弹簧50的主移位。
[0046]在变形控制装置60是阻尼弹簧62的情况中，这必须被固定以对抗沿共振弹簧50的纵向移位。这种固定可以通过施加粘合剂到柔性材料的基部被实现。
[0047]例如，对于由钢制成的阻尼弹簧62 (呈线材或条材的形式)，在共振弹簧50的变形时，存在阻尼弹簧62的材料不允许的共振弹簧的旋转，并且在一个元件和另一个元件之间的这种旋转差异中，在所述元件的面对的且相邻的表面之间存在相对运动，在所述表面之间产生摩擦和热，并且因此从该系统吸收能量并且阻碍共振弹簧50的不希望的变形。如果变形控制装置60呈管状覆盖层61的形式，这个另外的元件将通过其自身结构的变形从共振弹簧50吸收能量。
[0048]根据图7中示出的本发明的另一构造形式，变形控制装置60由半管状覆盖层63限定，该半管状覆盖层包围共振弹簧50的所述表面延伸部的周向轮廓的一部分，维持与共振弹簧的所述表面延伸部的直接接触。该半管状覆盖层63由彼此间隔开且彼此连接的多个半环形段63a限定成单体件。
[0049]在图7中示出的构造中，半环形段63a布置成彼此平行且间隔并且也在其端部通过小的纵向段63b顺序地且交替地互连。应当理解，半环形段63a可以通过中间纵向段被互连。虽然在附图中未示出，但应当理解，半环形段63a可以不彼此平行。替代地，所述半环形段63a可以通过交替的端部纵向段互连，或通过中间纵向段互连，或者也通过其端部直接地互连。
[0050]如通过图7A和7B可以注意的,半环形段63a的周向延伸部63a略微超过共振弹簧50的线材的周向轮廓，以便允许半管状覆盖层63容易地安装在共振弹簧50的线材上，并且同时保证在共振弹簧50上的半管状覆盖层63的可靠保持。
[0051]对于任何上述方案，半管状覆盖层63优选地由塑性材料或热塑性材料形成，直接地布置在共振弹簧50的表面延伸部上，并且所述塑性材料可以为热可缩回的类型。
[0052]如所述的，半管状覆盖层63可以通过弹性变形容易地安装到共振弹簧50，而不需要从共振弹簧的敞开端部沿共振弹簧50的线材安装它。在半管状覆盖层63的情况中，通过半环形段63a的弹性变形，可以安装在该弹簧的表面上。
[0053]也应当指出，半管状覆盖层63可以由金属的、塑料的或热塑性的材料的线材或条材制成。
[0054]应当理解，这里描述的本发明的不同构造变体可以以特别的构造被提供，或者也部分地或完全地彼此组合。
[0055]虽然这里已经仅仅示出本装置的一些构造变体，但应当理解，提出的技术方案的组成元件的形式和布置的修改可以被引入，而不偏离伴随本公开的权利要求中限定的发明构思。
【权利要求】
1.一种用于直线驱动单元中的共振弹簧的变形控制装置，所述直线驱动单元包括: 直线电动机(M)，所述直线电动机由电动机外壳(C)和磁衔铁㈧形成，所述电动机外壳被电激励并且固定到固定结构(I)，所述磁衔铁通过所述电动机外壳的电激励以往复轴向运动移位； 螺旋共振弹簧(50)，所述螺旋共振弹簧具有联接到所述固定结构(I)的端部和联接到所述磁衔铁(A)的相对端部，以便以往复轴向运动被所述磁衔铁移位并且弹性地变形， 其特征在于，所述变形控制装置(60)被安装到所述共振弹簧(50)，以便保持接触所述共振弹簧(50)的表面延伸部，所述变形控制装置在所述共振弹簧(50)的往复轴向运动时弹性地且径向地变形，并且产生与所述共振弹簧(50)的所述表面延伸部的摩擦状态和所述变形控制装置(60)的弹性变形状态中的至少一个状态，从而以足以至少最小化所述共振弹簧(50)的所述径向弹性变形的值吸收能量。
2.根据权利要求1所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置围绕并且沿着所述共振弹簧(50)的线材延伸部布置。
3.根据权利要求2所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置由管状覆盖层(61)限定，所述管状覆盖层(61)成一体地且周向地包围所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部，维持与所述共振弹簧的所述线材延伸部的直接接触。
4.根据权利要求3所述的变形控制装置，其特征在于，所述管状覆盖层(61)由橡胶形成，所述橡胶被直接硫化在所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部上。
5.根据权利要求3所述的变形控制装置，其特征在于，所述管状覆盖层(61)由塑性材料形成，所述塑性材料被直接布置在所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部上。
6.根据权利要求5所述的变形控制装置，其特征在于，所述管状覆盖层(61)由热可缩回塑性材料形成。
7.根据权利要求2所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置设置成沿所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部呈螺旋状布置，维持与所述共振弹簧的所述线材延伸部的直接接触。
8.根据权利要求7所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置由阻尼弹簧(62)限定，所述阻尼弹簧呈由圆柱形杆(62b)制成的螺旋弹簧的形式，并且所述阻尼弹簧直接地且紧密地围绕所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部螺旋状地安装。
9.根据权利要求7所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置由呈条材(62a)的形式的、围绕所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部螺旋状地安装的阻尼弹簧(62)限定。
10.根据权利要求8或9所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置还包括管状覆盖层(61)，所述管状覆盖层成一体地且周向地包围围绕所述共振弹簧(50)的所述线材延伸部安装的所述阻尼弹簧(62)。
11.根据权利要求10所述的变形控制装置，其特征在于，所述管状覆盖层(61)由橡胶形成，所述橡胶围绕所述阻尼弹簧(62)被硫化。
12.根据权利要求10所述的变形控制装置，其特征在于，所述管状覆盖层(61)由塑性材料形成，所述塑性材料围 绕所述阻尼弹簧(62)布置。
13.根据权利要求12所述的变形控制装置，其特征在于，所述管状覆盖层(61)由热可缩回塑性材料形成。
14.根据权利要求1所述的变形控制装置，其特征在于，所述变形控制装置由半管状覆盖层(63)限定，所述半管状覆盖层包围所述共振弹簧(50)的所述表面延伸部的周向轮廓的一部分，保持与所述共振弹簧的所述表面延伸部的直接接触，所述半管状覆盖层(63)由彼此间隔开的且彼此连接的多个半环形段(63a)限定成单体件。
15.根据权利要求14所述的变形控制装置，其特征在于，所述半环形段(63a)通过所述半环形段的端部顺序地且交替地互连。
16.根据权利要求15所述的变形控制装置，其特征在于，所述半环形段(63a)彼此平行并且通过小的纵向段(63b)互连。
17.根据权利要求14、15或16中的任一项所述的变形控制装置，其特征在于，所述半管状覆盖层(63)由直接布置在所述共振弹簧(50)的所述表面延伸部上的、由金属条材、金属丝、塑性材料、热塑 性材料和热可缩回的塑性材料限定的材料中的一种材料形成。
【文档编号】F04B39/00GK104024637SQ201280065779
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年11月23日 优先权日:2011年11月25日
【发明者】R·普夫, A·R·施罗德 申请人:惠而浦股份有限公司