專利名稱：往復(fù)式壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有容量控制裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)，包括安裝在該壓縮機(jī)的至少
一個自動作用的吸入閥處的閥卸載器，所述閥卸載器在壓縮機(jī)工作周期的部分時間段上通過電動的致動裝置將吸入閥的至少一個密封元件保持在打開狀態(tài)，還涉及一種控制這種往復(fù)式壓縮機(jī)容量的方法。
背景技術(shù)：
為了控制優(yōu)選以恒定旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行的往復(fù)式壓縮機(jī)的容量，通常會采取所謂的逆流控制(reverse flow control)，其中每個汽缸的至少一個吸入閥在壓縮行程的某個范圍內(nèi)保持打開。通過經(jīng)由被保持打開的吸入閥被壓回的氣體所施加的拉力會在克服活塞行程的一部分之后將相應(yīng)的吸入閥的密封元件封閉，這是因?yàn)樗雒芊庠牧硪粋?cè)受到一反力作用，而該反力可以根據(jù)所希望減少的容量調(diào)節(jié)。該反力越大，則壓縮行程中相應(yīng)的吸入閥關(guān)閉的越晚，這將導(dǎo)致容量降低。由于拉力有最大值，如果上述恒定的反力大于所述最大關(guān)閉力，那么吸入閥就不再關(guān)閉，所以這種類型的壓縮機(jī)對于容量的最大降低量的控制范圍必須受限，以避免包括壓縮機(jī)暫時怠機(jī)在內(nèi)的所有相關(guān)問題。 一些實(shí)現(xiàn)這種逆流控制的具體設(shè)備已經(jīng)公知，這些設(shè)備的閥卸載器只是簡單地通過液壓或者氣壓手段而施加以預(yù)加應(yīng)力，以使吸入閥保持打開，同時可以通過改變相應(yīng)的預(yù)加應(yīng)力來對進(jìn)給速率施加控制。
此外，例如在EP694693A1中已知一種往復(fù)式壓縮機(jī)的逆流控制裝置，其中可以通過同步于壓縮循環(huán)的壓力介質(zhì)經(jīng)由控制元件周期性地致動和解除致動的液壓控制缸給閥卸載器和由此在行程方向要保持打開的吸入閥的密封元件加載。通過這種方式，液壓提升力會在某個行程角突然降低，由此可以實(shí)現(xiàn)安全迅速地關(guān)閉吸入閥。在EP1400692A1中可以獲知同樣具有氣動致動裝置的類似的輸出速度(delivery rate)控制裝置，其具有可以通過往復(fù)式壓縮機(jī)自身直接保持致動壓力的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于壓縮致動氣體的相對較高的可壓縮性，必須要精確確定轉(zhuǎn)換氣體量和精確設(shè)定致動時間。 此外，具有一開始提到類型的電動逆流控制裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)已經(jīng)被知道很長時間了 。例如從DE1251121A或DE849739B及類似的專利文件中，其中 一 部分可以追溯到20世紀(jì)30年代，其中，接合于吸入閥密封元件處的閥卸載器通過安裝在閥蓋上的電磁鐵移動，電磁鐵被例如換向器周期性地致動，所述換向器與壓縮機(jī)的曲柄軸同步旋轉(zhuǎn)。由于施加在吸入閥密封元件上的局部很高的逆流壓力，那么就需要有相應(yīng)的大功率能耗的大型螺線管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種具有電動逆流控制裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)，其方式使得
如上文所述的這種類型的已知的設(shè)計(jì)在降低總體尺寸和能耗方面有所改進(jìn)，同時仍然使其
可以提供具有類似于所述液壓逆流控制裝置的高動態(tài)移動性能的高致動力。 對于如開始所述類型的具有容量控制裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)，該目的通過如下卸載裝置解決，卸載裝置包括作為驅(qū)動裝置的電機(jī)，電機(jī)的從動元件包括在旋轉(zhuǎn)方向上以傾斜方式延伸的供低摩擦滾動元件使用的導(dǎo)向面，低摩擦滾動元件在另一方面與在不旋轉(zhuǎn)的升降元件上以傾斜方式延伸的對應(yīng)導(dǎo)向面相互作用，不旋轉(zhuǎn)的升降元件與閥卸載器相連。通過這種方式，可以使用一個相對小尺寸的電機(jī)，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可以簡單地通過以傾斜方式延伸的滾動副轉(zhuǎn)換成施加在閥卸載器上的所需的打開力或者移動，且具有較高的致動力以及較高的動態(tài)運(yùn)動性能。 在這種連接中特別優(yōu)選的是本發(fā)明的又一實(shí)施方式，根據(jù)該實(shí)施方式，電機(jī)的從動元件與不旋轉(zhuǎn)的升降元件以及設(shè)置于它們二者之間的滾動元件結(jié)合形成滾柱絲杠驅(qū)動器。在各種驅(qū)動器中這種驅(qū)動器被認(rèn)為是幾乎沒有摩擦的線性驅(qū)動器，且可以通過將電機(jī)(僅受到長度和斜度的限制)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的線性運(yùn)動來對致動力和動態(tài)性能施加相對廣泛的控制。 本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實(shí)施方式包括一個更簡單的設(shè)計(jì)，但是可以改變的余地更小，根據(jù)該實(shí)施方式，電機(jī)的從動元件與不旋轉(zhuǎn)的升降元件以及設(shè)置于它們二者之間的滾動元件結(jié)合形成傾斜的斜面驅(qū)動器，其只允許有限角度的旋轉(zhuǎn)。這允許僅使用電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的一部分就能產(chǎn)生線性移動，然而卻有顯著低的設(shè)計(jì)成本，同時使用圓柱、截錐來代替球形或者滾動元件也是可行的，這對于產(chǎn)生更高的致動力有意義。 在本發(fā)明的一個進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式中，電機(jī)具有包括表貼式帶繞組的永久磁鐵的無電刷直流電機(jī)，這允許以較小的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較高的動態(tài)性能。在這種情況下最好將電機(jī)設(shè)計(jì)為具有中空軸轉(zhuǎn)子的、其中一體成型有滾柱絲杠驅(qū)動器的螺母的電機(jī)，這會減小轉(zhuǎn)子或者旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器整體上的慣量。 對于根據(jù)本發(fā)明的這種逆流控制裝置的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍，在一個優(yōu)選的附加實(shí)施方
式中最好是將上述中空軸轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為具有30-50mm的直徑，滾柱絲杠驅(qū)動器的傾斜最好為
6-12mm。這樣特別適于提升控制裝置具有高致動力同時具有高動態(tài)性能的情形。 根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式，滾動副至少部分是由陶瓷構(gòu)成的。在某些情況下發(fā)
生的電機(jī)驅(qū)動器的極高的加速度和制動動量會導(dǎo)致滾動元件不能直接跟上它們的引導(dǎo)表
面的運(yùn)動，這會導(dǎo)致滾動元件在引導(dǎo)表面上的滑動和由此產(chǎn)生的磨損?？梢酝ㄟ^使用包括
具有相應(yīng)預(yù)應(yīng)力的陶瓷滾動元件的陶瓷軸承或混合軸承來解決這個問題。 為了加速和/或制動致動裝置的運(yùn)動，可以設(shè)置額外的彈簧元件，以允許通過適
當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)來減小電機(jī)驅(qū)動裝置上的應(yīng)力。 在本發(fā)明的又一優(yōu)選的實(shí)施方式中，可以在電機(jī)的電驅(qū)動裝置中設(shè)置用于動態(tài)制
動和用于暫時儲存并再使用所儲存電能的轉(zhuǎn)換元件。電能最好暫時存儲在電容中，在這個
過程中產(chǎn)生和存儲的電能既可以用于同一閥門的下一致動過程，也可以用于壓縮機(jī)的不同
吸入閥的下一致動過程。通過這種方式，可以顯著降低致動閥卸載器的能耗，同時系統(tǒng)中產(chǎn)
生熱損耗也會更低，因此也就降低了熱應(yīng)力并避免了致動裝置中的冷卻問題。 根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選的實(shí)施方式，當(dāng)前的卸載力根據(jù)逆流力的進(jìn)程來調(diào)節(jié)，其
也可以用于降低致動裝置的不必要的發(fā)熱。當(dāng)吸入閥保持打開時，逆流力的水平取決于當(dāng)
前的活塞速度，該活塞速度例如可以通過曲柄軸角度傳感器獲得。然后可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)用
于產(chǎn)生必要的打開力的電機(jī)電流。


下面基于圖中示意性圖示的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的具有輸出速度控制裝置的位置壓縮機(jī)的通過吸入閥區(qū) 域的橫截面。 圖2以局部和示意性的橫截面示出了根據(jù)本發(fā)明的具有輸出速度控制裝置的往 復(fù)式壓縮機(jī)的電動致動裝置的一個替代性的實(shí)施方式。 圖3示出了這種壓縮機(jī)的致動裝置的驅(qū)動裝置的又一替代性實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)圖1， 一種往復(fù)式壓縮機(jī)(未更詳細(xì)地進(jìn)一步示出)包括設(shè)置在壓縮機(jī)的自動 作用的吸入閥1上的閥卸載器2，所述閥卸載器在壓縮機(jī)循環(huán)的可控階段通過電動致動裝 置3來保持吸入閥1的兩個環(huán)形密封元件4打開。為此，該致動裝置3包括作為驅(qū)動裝置 的電機(jī)5，該電機(jī)的從動元件6(此處示出為中心軸)包括在旋轉(zhuǎn)方向上以傾斜方式延伸的 供低摩擦滾動元件8使用的導(dǎo)向面7(此處圖示為周面上的螺旋槽)，低摩擦滾動元件8在 另一方面與不旋轉(zhuǎn)的升降元件10上的以傾斜方式延伸的對應(yīng)導(dǎo)向面9相互作用，所述不旋 轉(zhuǎn)的升降元件10與閥卸載器2相連。 只要電機(jī)5被供以電流，其從動元件6就會旋轉(zhuǎn)，該從動元件6與不旋轉(zhuǎn)的升降元 件IO以及設(shè)置于二者之間的滾動元件8結(jié)合在這里形成了滾柱絲杠驅(qū)動器，使得升降元件 10或者其致動活塞11在圖中向上或向下運(yùn)動。因此，閥卸載器2也向上或向下移動，從而 影響密封元件4的自由活動能力。這樣一來，與僅由吸入閥1的上游和下游的壓力條件所 引起的自動致動不同，所述密封元件4可以在壓縮機(jī)壓縮行程的可控時段保持打開，從而 允許以公知的方式通過所謂的逆流控制來對以恒定旋轉(zhuǎn)速度運(yùn)行的壓縮機(jī)的輸出速度進(jìn) 行調(diào)節(jié)。 根據(jù)圖2，電機(jī)5 (優(yōu)選地示出為具有表貼式(surface-mounted)帶繞組的永久磁 鐵12的無電刷直流電機(jī))包括作為從動元件6的中空軸轉(zhuǎn)子13，滾柱絲杠驅(qū)動器的螺母14 與中空軸轉(zhuǎn)子13 —體地設(shè)置在中空軸轉(zhuǎn)子13中。中空軸轉(zhuǎn)子13最好具有30-50mm的直 徑，且螺母14形成有滾柱絲杠驅(qū)動器的傾斜面，滾動元件8和不旋轉(zhuǎn)的升降元件IO最好具 有6-12mm的直徑范圍。中空軸轉(zhuǎn)子13被安裝在定子框架15上，且位于軸承16之上。與 帶繞組的永久磁鐵12 —起工作的定子用附圖標(biāo)記17表示。 根據(jù)圖3，電機(jī)5的從動元件6與不旋轉(zhuǎn)的升降元件10和設(shè)置于二者之間的滾動
元件8結(jié)合形成傾斜的斜面驅(qū)動器，其只允許有限角度的旋轉(zhuǎn)，也可以使用例如圓柱形、截
錐形或者其他各種可能形狀的滾動元件8，通過這些元件能夠傳遞更大的軸向力。 滾柱絲杠或者傾斜面驅(qū)動器的滾動副(rolling element pairing)所涉及的元件
6、7、8、9、10至少部分也可以由陶瓷構(gòu)成，陶瓷與驅(qū)動器的相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力一起防止在高動態(tài)
致動的情況下滾動元件8發(fā)生滑動以及相關(guān)的滾動體導(dǎo)向面損壞的危險。 為了加速致動裝置2的運(yùn)動和/或?qū)ζ渲苿?，還可以設(shè)置如僅在圖1中示意性示
出的額外的彈簧元件18。 如僅在圖1中示出的，可以在電機(jī)5的電控裝置19中設(shè)置用于動態(tài)制動和用于暫 時儲存并再利用所儲存電能的轉(zhuǎn)換元件20，以防止不必要的發(fā)熱或致動裝置需要額外冷卻
5的問題。此外，也可以在控制裝置19中設(shè)置額外的轉(zhuǎn)換元件21，用來通過控制電機(jī)5的電 流供給來調(diào)節(jié)致動裝置3的打開力以使之適應(yīng)相應(yīng)的逆流作用力，這也可以幫助降低不必 要的熱損耗。
權(quán)利要求
一種具有容量控制裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)，其包括設(shè)置在壓縮機(jī)的至少一個自動作用的吸入閥(1)上的閥卸載器(2)，所述閥卸載器在壓縮機(jī)循環(huán)的部分階段通過電動致動裝置(3)來保持吸入閥(1)的至少一個密封元件(4)打開，其特征在于，該致動裝置(3)包括作為驅(qū)動裝置的電機(jī)(5)，該電機(jī)的從動元件(6)包括在旋轉(zhuǎn)方向上以傾斜方式延伸的供低摩擦滾動元件(8)使用的的導(dǎo)向面(7)，低摩擦滾動元件(8)在另一方面與在不旋轉(zhuǎn)的升降元件(10)上的以傾斜方式延伸的對應(yīng)導(dǎo)向面(9)相互作用，所述不旋轉(zhuǎn)的升降元件(10)與閥卸載器(2)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該電機(jī)(5)的從動元件(6)與不旋轉(zhuǎn)的 升降元件(10)以及設(shè)置于它們二者之間的滾動元件(8)結(jié)合形成滾柱絲杠驅(qū)動器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該電機(jī)(5)的從動元件(6)與不旋轉(zhuǎn)的 升降元件(10)以及設(shè)置于它們二者之間的滾動元件(8)結(jié)合形成只允許有限角度旋轉(zhuǎn)的 傾斜的斜面驅(qū)動器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該電機(jī)(5)為包括表貼式帶 繞組的永久磁鐵(12)的無電刷直流電機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2和4所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該電機(jī)(5)包括中空軸轉(zhuǎn)子(13)， 滾柱絲杠驅(qū)動器的螺母(14)與中空軸轉(zhuǎn)子(13) —體地設(shè)置在中空軸轉(zhuǎn)子(13)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該中空軸轉(zhuǎn)子(13)包括30-50mm的直 徑，滾柱絲杠驅(qū)動器的傾斜面最好為6-12mm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中一項(xiàng)或若干項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，構(gòu)成滾動副的元件 (6-10)至少部分由陶瓷構(gòu)成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)或若干項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，設(shè)置有額外的彈簧 元件(18)，以加速致動裝置(3)的運(yùn)動和/或?qū)χ聞友b置(3)的運(yùn)動進(jìn)行制動。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8中一項(xiàng)或若干項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，在電機(jī)(5)的電控裝 置(19)中設(shè)置有用于動態(tài)制動和用于暫時儲存并再使用所儲存電能的 轉(zhuǎn)換元件(20)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l-9中一項(xiàng)或若干項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，在電機(jī)(5)的電控 裝置(19)中設(shè)置有轉(zhuǎn)換元件(21)，該轉(zhuǎn)換元件(21)用來通過控制電機(jī)(5)的電流供給來 調(diào)節(jié)致動裝置的打開力，以使該打開力與相應(yīng)的逆流作用力相適應(yīng)。
11. 一種用來控制根據(jù)權(quán)利要求i-io中一項(xiàng)或若干項(xiàng)所述的往復(fù)式壓縮機(jī)的輸出速 度的方法，其特征在于，通過電機(jī)(5)的動態(tài)制動來產(chǎn)生待要用來制動致動裝置(3)的驅(qū)動 的制動能量，并且在這個過程中產(chǎn)生的電流被暫時存儲并再使用。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過控制電機(jī)(5)的電流供給來將致動 裝置(3)的打開力調(diào)節(jié)為相應(yīng)的逆流作用力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有輸出速度控制裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)，其中，用于使吸入閥(1)上的閥卸載器(2)保持打開的致動裝置(3)包括作為驅(qū)動裝置的電機(jī)(5)，該電機(jī)(5)的從動元件(6)與閥卸載器(2)的不旋轉(zhuǎn)的升降元件(10)以及設(shè)置于它們二者之間的滾動元件(8)結(jié)合形成滾柱絲杠驅(qū)動器。這樣實(shí)現(xiàn)了尺寸較小、可以精確調(diào)節(jié)、具有較高致動力及較高動態(tài)運(yùn)動性能的致動裝置(3)。
文檔編號F04B39/00GK101725505SQ200910211690
公開日2010年6月9日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月2日
發(fā)明者B·施皮格爾, P·施泰因呂克 申請人:賀爾碧格壓縮機(jī)技術(shù)控股有限公司