用于往復(fù)式壓縮機的電磁致動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種壓縮機，所述壓縮機包括設(shè)置在外殼41中并且限定壓縮室43的一對相對活塞42、44。電磁致動器20與力蓄積器協(xié)作往復(fù)驅(qū)動所述外殼內(nèi)的所述活塞42、44。所述力蓄積器在第一往復(fù)運動期間存儲力，使得所述活塞42、44減速，并且在隨后的往復(fù)運動中施加所述力，從而使得所述活塞加速。在一個實施例中，兩個電磁致動器驅(qū)動所述壓縮活塞。在另一個實施例中，單個電磁致動器驅(qū)動所述壓縮活塞。本發(fā)明還公開一種操作系統(tǒng)和操作方法。
【專利說明】用于往復(fù)式壓縮機的電磁致動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明書公開的主題總體上涉及壓縮機。更具體地，本說明書公開的主題涉及適用于使流體如石油或天然氣移位的電磁驅(qū)動往復(fù)式壓縮機。

【背景技術(shù)】
[0002]在石油和天然氣工業(yè)中廣泛使用往復(fù)式壓縮機來使氣體加壓和移位。例如，在天然氣管道傳輸系統(tǒng)和分配網(wǎng)中，往復(fù)式壓縮機通過攝入相對低壓氣體并且在較高壓力下排出氣體來將天然氣從生產(chǎn)基地移動至最終用戶。往復(fù)式壓縮機還在工業(yè)工廠如石油精煉廠和化工廠中執(zhí)行這種相同的功能，其中壓縮機移動中間和最終產(chǎn)品氣體。
[0003]往復(fù)式壓縮機通常包括由旋轉(zhuǎn)電動機如內(nèi)燃機或電動機驅(qū)動的活塞。在此類系統(tǒng)中，曲軸和連桿將電動機軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為壓縮室中的活塞平移。缸筒內(nèi)的活塞平移進(jìn)而壓縮在壓縮室中位于缸筒一端的氣體。此類機器可以是單動作，其中氣體壓縮僅在活塞在單一方向上移動時發(fā)生；或雙動作，其中氣體壓縮在活塞在兩個方向上移動時發(fā)生。
[0004]旋轉(zhuǎn)往復(fù)式壓縮機具有若干缺點。
[0005]首先，在電動機軸的每次旋轉(zhuǎn)的大部分期間，連桿相對于活塞平移軸線以某個角度向活塞施加力。
[0006]由于曲軸是機械連接活塞，因此每個沖程期間的活塞行進(jìn)是固定的。因此，活塞在沖程期間掃過的體積也是固定的。這意味著，為了改變隨時間的推移泵送的氣體體積，必須改變操作速度。為了改變隨時間的推移泵送的氣體體積(這在分配網(wǎng)中的氣體需求量增加或減少時將是必要的)，則要使機器加快或減慢，而操作速度變化在泵送容量的范圍內(nèi)會限制機器靈活性。改變操作速度是不希望的，因為這會降低效率并且改變施加于設(shè)備的振動頻率。
[0007]這些問題的一個解決方案是電磁致動往復(fù)式壓縮機。此類系統(tǒng)使用附接至活塞桿的線性電動機來驅(qū)動單個壓縮室中的相對活塞。當(dāng)活塞以O(shè)度偏移同相移動從而在相對活塞之間維持固定距離時，壓縮室體積保持恒定，并且往復(fù)運動實現(xiàn)最小氣體移位(或氣體壓縮)。當(dāng)活塞以180度偏移異相移動從而在活塞到達(dá)上死點時使得壓縮室體積最小化，并且在活塞到達(dá)下死點時使得壓縮室體積最小化時，往復(fù)運動使得體積交替地最小化和最大化以便實現(xiàn)最大氣體移位(或氣體壓縮)。在這兩個極端值之間改變相位角，因此提供一種使移位(和壓縮)在活塞“同相”移動時的最小值與活塞“異相”移動時的最大值之間改變的方式。
[0008]不幸地，由于相關(guān)的高慣性桿加載，當(dāng)前可用的線性電動機技術(shù)不適用于此類定相壓縮機?，F(xiàn)有線性電動機可以產(chǎn)生有限量的力，并且與適于在天然氣系統(tǒng)中使用的機器中的活塞桿/壓縮活塞組件相關(guān)聯(lián)的慣性超過從現(xiàn)有線性電動機可得的慣性。另外，標(biāo)準(zhǔn)往復(fù)式壓縮機中相對布置的活塞將使得機器過大。并且在標(biāo)準(zhǔn)往復(fù)式壓縮機中改變相對布置的活塞之間的相位不是簡單或快速的操作。
[0009]相應(yīng)地，需要用于活塞桿的電磁致動器，其中可以通過控制對電磁電動機的當(dāng)前命令來容易地獲得相位控制。進(jìn)一步需要允許緊湊機器的電磁致動器。最后，需要可以克服與使活塞桿/壓縮活塞組件加速和減速相關(guān)聯(lián)的高慣性力的電磁致動器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)附圖和【具體實施方式】，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會明白本發(fā)明的各種其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點。
[0011]在一個實施例中，提供往復(fù)式壓縮機。所述往復(fù)式壓縮機包括:具有限定壓縮室的內(nèi)表面的外殼，所述外殼具有第一孔和第二孔；具有壓縮面的第一活塞，所述活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)；具有近端部分和遠(yuǎn)端部分的第一活塞桿，所述近端部分可滑動地接收在所述第一孔內(nèi)并且可驅(qū)動地連接至所述第一活塞；具有與所述第一活塞壓縮面相對的壓縮面的第二活塞，所述第二活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)；具有近端部分和遠(yuǎn)端部分的第二活塞桿，所述近端部分可滑動地接收在所述第二孔內(nèi)并且可驅(qū)動地連接至所述第二活塞；附接至所述第一活塞桿的遠(yuǎn)端部分的第一致動器；以及附接至所述第二活塞桿的所述遠(yuǎn)端部分的第二致動器?；钊麠U限定延伸穿過壓縮室的平移軸線，并且第一致動器和第二致動器配置用于使第一活塞和第二活塞在壓縮室內(nèi)沿著所述平移軸線可驅(qū)動地往復(fù)運動。
[0012]在往復(fù)式壓縮機的另一個實施例中，所述壓縮機包括:具有限定壓縮室的內(nèi)表面的外殼，所述外殼具有孔；具有壓縮面的第一活塞，所述活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)；具有近端部分和遠(yuǎn)端部分的第一活塞桿，所述近端部分可滑動地接收在所述孔內(nèi)并且可驅(qū)動地連接至所述第一活塞；具有與所述第一活塞壓縮面相對的壓縮面的第二活塞，所述第二活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)；具有近端部分和遠(yuǎn)端部分的第二活塞桿，所述近端部分可滑動地接收在所述第一活塞桿內(nèi)并且可驅(qū)動地連接至所述第二活塞；附接至所述第一活塞桿的遠(yuǎn)端部分的第一致動器；以及附接至所述第二活塞桿的所述遠(yuǎn)端部分的第二致動器。第一活塞桿和第二活塞桿限定延伸穿過壓縮室的平移軸線，并且第一致動器和第二致動器配置用于使第一活塞和第二活塞在壓縮室內(nèi)沿著所述平移軸線可驅(qū)動地往復(fù)運動。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說明后，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)點，在附圖中，類似的符號代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0014]圖1示出本發(fā)明的實施例的具有帶共振彈簧的雙電磁致動器的定相活塞往復(fù)式壓縮機的圖解截面圖。
[0015]圖2至圖3是圖解在壓縮機操作期間施加在往復(fù)式部件上的力的圖1中壓縮機的圖解截面圖。
[0016]圖4示出本發(fā)明的實施例的具有同軸嵌套活塞桿和帶共振彈簧單電磁致動器的定相活塞往復(fù)式壓縮機的圖解截面圖。
[0017]圖5至圖6是圖解在壓縮機操作期間施加在往復(fù)式部件上的力的圖4中壓縮機的圖解截面圖。

【具體實施方式】
[0018]在以下詳述中，參照形成本說明書的一部分的附圖，并且在附圖中以圖解方式示出可以實踐的具體實施例。足夠詳細(xì)地對這些實施例進(jìn)行了描述，以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵺`各實施例，并且應(yīng)當(dāng)了解，也可以利用其他實施例，并且在不背離這些實施例的范圍的情況下可以做出邏輯、機械、電氣及其他改變。因此，以下詳述不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。
[0019]圖1至圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有由帶共振彈簧的雙電磁致動器驅(qū)動的定相活塞的壓縮機。
[0020]圖1示出壓縮機10，所述壓縮機10包括第一驅(qū)動組件20、第一蓄積器組件30、壓縮組件40、第二蓄積器組件50和第二驅(qū)動組件60。第一活塞桿12將第一驅(qū)動組件20、第一蓄積器組件30和壓縮組件40連接起來。第二活塞桿14將第二驅(qū)動組件60、第二蓄積器組件50和壓縮組件40連接起來。第一活塞桿12和第二活塞桿14沿著軸線16串聯(lián)且大體上同軸地布置，所述軸線16延伸穿過壓縮組件40的中心。
[0021]第一驅(qū)動組件20與第一蓄積器組件30和壓縮組件40通過第一活塞桿12機械地連通。第一蓄積器組件30與第一驅(qū)動組件20和壓縮組件40通過第一活塞桿12機械地連通。第二驅(qū)動組件60與第二蓄積器組件50和壓縮組件40通過第二活塞桿14機械地連通。第二蓄積器組件50與第二驅(qū)動組件60和壓縮組件40通過第二活塞桿14機械地連通。
[0022]如圖1中所示，壓縮組件40包括外殼41、第一壓縮活塞42和第二壓縮活塞44。如以下更全面地描述，第一壓縮活塞42和第二壓縮活塞44軸向設(shè)置在外殼41內(nèi)，并且限定至少一個流體隔離的壓縮室。在一個實施例中，壓縮活塞(42，44)將外殼體積分成三個室，每個室相對于其他室大體上流體隔離。
[0023]外殼41進(jìn)一步包括第一孔和第二孔，每個孔均與軸線16大體上對齊，所述孔限定使外殼的內(nèi)部與壓縮組件40外部的環(huán)境連接的孔口。第一孔沿著軸線16可滑動地和可密封地接收第一活塞桿12，第一活塞桿12延伸到外殼41中并且連接至第一壓縮活塞42。第二孔沿著軸線16可滑動地和可密封地接收第二活塞桿14，第二活塞桿14延伸到外殼41中并且連接至第二壓縮活塞44。
[0024]第一活塞42包括表面。所述第一活塞表面包括邊緣，所述邊緣配置用于可滑動地和可密封地接合外殼的內(nèi)表面。第一活塞表面進(jìn)一步包括近端面，所述近端面與軸線16大體正交并且面向第二活塞44。第一活塞表面進(jìn)一步包括與其近端面相對的遠(yuǎn)端面，所述背面與軸線16大體正交。在實施例中，第一活塞桿12在第一壓縮活塞42的背面處連接至第一壓縮活塞42。如本說明書所使用，術(shù)語“近端”指朝向壓縮組件40的中心的放置或移動。如本說明書所使用，術(shù)語“遠(yuǎn)端”指遠(yuǎn)離壓縮組件40的中心的放置或移動。
[0025]第二活塞44包括表面。所述第二活塞表面包括邊緣，所述邊緣配置用于可滑動地和可密封地接合外殼內(nèi)表面。第二活塞表面進(jìn)一步包括近端面，所述近端面與軸線16大體正交并且面向第一活塞42的近端面。第二活塞表面進(jìn)一步包括與其近端面相對的遠(yuǎn)端面，所述背面與軸線16大體正交。在實施例中，第二活塞桿14在第二壓縮活塞44的遠(yuǎn)端表面處連接至第二壓縮活塞44。
[0026]外殼內(nèi)表面的一部分、第一活塞近端面和第二活塞近端面共同限定中央壓縮室
43。中央壓縮室43進(jìn)而通過入口閥/出口閥47與流體源(未示出)和流體目的地(也未示出)流體連通。在實施例中，外殼內(nèi)表面的一部分和第一活塞遠(yuǎn)端面進(jìn)一步限定第一壓縮室45。第一壓縮室45進(jìn)而也通過入口閥/出口閥48與流體源和流體目的地流體連通。在實施例中，外殼內(nèi)表面的一部分和第二活塞遠(yuǎn)端面進(jìn)一步限定第二壓縮室46。第二壓縮室46進(jìn)而通過入口閥/出口閥49與流體源和流體目的地流體連通。在實施例中，中央壓縮室43、第一壓縮室45和第二壓縮室46中任一個是彼此大體上流體隔離的。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，鑒于本說明書的公開內(nèi)容和教示，“流體”是指包括液體、氣體或包括流體和氣體組合的材料。
[0027]在實施例中，閥(47，48，49)中的至少一個包括螺線管致動器(未示出)。在其他實施例中，閥(47，48，49)中的至少一個包括磁性齒輪傳動致動器(未示出)?？刹僮鞯兀y(47，48，49)與活塞(42，44)的移動協(xié)作以允許流體在第一壓力下進(jìn)入至少一個壓縮室并且在第二壓力下離開所述室。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，鑒于本說明書的公開內(nèi)容和教示，室(43，45，46)與流體供應(yīng)源/目的地之間的流體連通可以通過圖1至圖3中所示的專用的單獨入口閥和出口閥來完成，或通過配置用于將所述室與流體源和流體目的地選擇性地連接的單個閥來完成。
[0028]如圖1中進(jìn)一步示出，第一驅(qū)動組件驅(qū)動器20包括定子22和芯24。芯24附接至活塞桿12的遠(yuǎn)端并且定子22相對于芯24固定。可操作地，定子22配置用于在芯24上施加電磁力，從而沿著軸線16在遠(yuǎn)端和近端方向上往復(fù)驅(qū)動芯24。
[0029]如圖1中還示出，第二驅(qū)動組件驅(qū)動器60包括定子62和芯64。芯64附接至活塞桿14的遠(yuǎn)端并且定子62相對于芯64固定?？刹僮鞯?，定子62配置用于在芯64上施加電磁力，從而沿著軸線16在遠(yuǎn)端和近端方向上往復(fù)驅(qū)動芯64。
[0030]在實施例中，電磁驅(qū)動器20是線性電動機，其中定子22包括通過控制器可選擇性地連接至電源的一連串相鄰線圈。當(dāng)將所選擇的線圈連接至電源時，所述線圈在所選擇的該線圈上施加電動勢，從而沿著軸線16軸向地驅(qū)動活塞桿/壓縮活塞。當(dāng)將一組相鄰線圈連接至電源時，電磁力增大。在將活塞桿/壓縮組件平移方向上的相鄰線圈增加至連接至電源的線圈組，以及將與平移方向相反的相鄰線圈從連接至電源的線圈組中減少時，定子22在芯24上維持恒定水平的電磁力。這樣，所述控制器配置用于在任何給定時間動態(tài)地選擇連接至電源的線圈組，并且通過使線圈通電和斷電，配置用于使線圈沿著軸線16可控制地移位。在本發(fā)明的實施例中，電磁驅(qū)動器包括市場上可購得的線性電動機。
[0031]如圖1中另外示出，第一蓄積器30包括第一法蘭32、第一彈性構(gòu)件34、第一支柱38、第二彈性構(gòu)件37和第二法蘭39。在實施例中，法蘭(32，39)之一或兩者可以由活塞桿12限定。在其他實施例中，所述法蘭之一或兩者可以通過向活塞桿12附接組件來構(gòu)造。第一支柱38包括孔36，所述孔36可滑動地接收活塞桿12并且相對于活塞桿12固定。每個彈性構(gòu)件(34，37)包括第一端和第二端。第一彈性構(gòu)件34在第一端處附接至第一法蘭32并且第一彈性構(gòu)件34在第二端處附接至第一支柱38。第二彈性構(gòu)件37在第一端處附接至第二法蘭39并且第二彈性構(gòu)件34在第二端處附接至第一支柱38。
[0032]如圖1中進(jìn)一步示出，第二蓄積器50包括第三法蘭52、第三彈性構(gòu)件54、第二支柱56、第四彈性構(gòu)件57和第四法蘭59。在實施例中，法蘭(54，59)之一或兩者可以由活塞桿14限定。在其他實施例中，所述法蘭之一或兩者可以通過向活塞桿14附接組件來構(gòu)造。第二支柱56包括孔58，所述孔58可滑動地接收活塞桿14并且相對于活塞桿14固定。每個彈性構(gòu)件(54，57)包括第一端和第二端。第三彈性構(gòu)件54在第一端處附接至第三法蘭52并且第三彈性構(gòu)件54在第二端處附接至第二支柱56。第四彈性構(gòu)件57在第一端處附接至第四法蘭59并且第四彈性構(gòu)件57在第二端處附接至支柱56。
[0033]圖2和圖3示出由驅(qū)動組件(20,60)施加在活塞桿/壓縮活塞組件(12,42 ;14，44)上的力。如本說明書中所使用，短語“上死點”指代其中設(shè)置在壓縮組件40中的活塞
(42.44)大體上位于其沿著軸線16的最遠(yuǎn)端平移點處的位置布置。如本說明書中所使用，短語“下死點”指代其中設(shè)置在壓縮組件40中的活塞(42，44)大體上位于其沿著軸線16的最近端平移點處的位置布置。
[0034]圖2示出施加用于沿著軸線16在近端方向上驅(qū)動第一活塞桿/壓縮活塞組件
(12.42)的力。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，活塞42大體位于上死點處。在近端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，第一驅(qū)動組件20通過在所述組件上施加上述電動勢F1來使所述組件加速，從而沿著軸線16在近端方向上驅(qū)動所述組件。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第一彈性構(gòu)件34返回其正常形狀，從而在所述組件上施加近端定向的加速力F2。第三，隨著中央壓縮室43內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在壓縮活塞42的近端面上施加遠(yuǎn)端定向的力F3。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞42到達(dá)下死點的某一時刻，第二彈性構(gòu)件37變形(拉長)，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的減速力F4。
[0035]圖2還示出施加用于沿著軸線16在近端方向上驅(qū)動第二活塞桿/壓縮活塞組件
(14.44)的力。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，活塞44大體位于上死點處。如上所述，在近端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，第二驅(qū)動組件60通過在所述組件上施加上述電動勢F5來使所述組件加速，從而沿著軸線16在近端方向上驅(qū)動所述組件。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第三彈性構(gòu)件57返回其正常形狀，從而在所述組件上施加近端定向的加速力F6。第三，隨著中央壓縮室43內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在壓縮活塞44的近端面上施加遠(yuǎn)端定向的力F7。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞44到達(dá)下死點的某一時刻，第四彈性構(gòu)件54變形(拉長)，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的減速力F8。
[0036]圖3示出施加用于沿著軸線16在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動第一活塞桿/壓縮活塞組件
(12.42)的力。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，活塞42大體位于下死點處。在遠(yuǎn)端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，第一驅(qū)動組件20通過在所述組件上施加上述電動勢作為力F9來使所述組件加速，從而沿著軸線16在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動所述組件。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第二彈性構(gòu)件37返回其正常形狀，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的加速力匕㈧第三，隨著第一壓縮室45內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在第一壓縮活塞42的遠(yuǎn)端面上施加近端定向的力Fn。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞42到達(dá)上死點的某一時刻，第一彈性構(gòu)件34變形(拉長)，從而在所述組件上施加近端定向的減速力F12。
[0037]圖3還示出施加用于沿著軸線16在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動第二活塞桿/壓縮活塞組件
(14.44)的力。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，活塞44大體位于下死點處。如上所述，在遠(yuǎn)端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，第二驅(qū)動組件60通過在所述組件上施加上述電動勢F13來使所述組件加速，從而沿著軸線16在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動所述組件。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第二彈性構(gòu)件54返回其正常形狀，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的加速力F14。第三，隨著第二壓縮室46內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在壓縮活塞44的遠(yuǎn)端面上施加近端定向的力F15。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞44到達(dá)上死點的某一時刻，第四彈性構(gòu)件57變形(拉長)，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的減速力F16。
[0038]在所述沖程期間，所述力的總和指示所述組件在其沿著軸線16平移期間加速和減速的速率。當(dāng)所述組件加速時，所述組件的慣性增大。當(dāng)所述組件減速時，所述組件的慣性減小。當(dāng)所述組件以固定速度行進(jìn)時，所述組件的慣性是恒定的。因此，在沖程開始時，第一彈性構(gòu)件的松弛使所述組件加速，從而增加駐留在所述組件中的慣性。在行進(jìn)的某一時刻，第二彈性構(gòu)件開始變形，使所述組件減速，從而減少駐留在所述組件中的慣性?？傮w而言，彈性構(gòu)件具有以下技術(shù)效果:在第一沖程期間存儲駐留在所述組件中的慣性能量，并且在隨后的沖程期間將所存儲的能量傳給所述組件，從而在往復(fù)運動期間保存活塞桿/壓縮活塞組件(12，42 ;14，44)中所存在的能量。
[0039]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白，鑒于本說明書的公開內(nèi)容和教示，可更改上述彈性構(gòu)件對的配置以便改變施加相關(guān)力的時間。例如，所示彈性構(gòu)件對(34，37 ;54，57)具有不同的彈性常數(shù)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。可替代地，彈性構(gòu)件施加力的距離在一對彈性構(gòu)件(34，37 ;54，57)內(nèi)可以是不同的。最后，以下情況在本發(fā)明的范圍內(nèi):單個彈性構(gòu)件執(zhí)行上述功能，例如以便以在沖程開始時在遠(yuǎn)端方向上拉長開始沖程，在沖程進(jìn)程期間松弛，并且在沖程的結(jié)束部分期間在近端方向上變形。
[0040]有利地，彈性構(gòu)件包括共振彈簧，所述共振彈簧具有彈簧常數(shù)、共振頻率和彈簧共振頻率諧頻。在所示實施例中，共振彈簧34配置成隨著活塞通過第一法蘭32相對于第一支柱38的遠(yuǎn)端平移接近上死點而發(fā)生變形，從而使所述共振彈簧伸長，導(dǎo)致所述彈簧吸收能量，隨著活塞接近上死點，所述彈簧使活塞桿/壓縮活塞組件(12，42)進(jìn)一步減速。在所述實施例中，伸長的共振彈簧34在隨后的沖程期間返回至其正常形狀，由此使活塞桿/壓縮活塞組件(12，42)在近端方向上加速，從而在沿著軸線16的第一遠(yuǎn)端沖程期間使駐留在所述組件中的慣性能量累積，并且在沿著軸線16的第二近端沖程期間通過使所述組件沿著軸線16在近端方向上加速來使能量返回至所述組件。
[0041]在某些實施例中，所述彈簧是共振彈簧，所述共振彈簧配置用于在其振動(往復(fù)運動)的頻率與共振彈簧的自然頻率或其諧頻匹配時吸收更多能量。例如，當(dāng)活塞桿12/壓縮活塞42的往復(fù)運動速率與共振彈簧34的自然頻率大體匹配時，上述周期性彈簧變形使得由所述彈簧在連續(xù)往復(fù)運動中累積和施加的能量最大化。在此類實施例中，操作壓縮機10以使得活塞桿/壓縮活塞組件以與彈簧共振頻率或其諧頻大體匹配的速率往復(fù)運動會最大限度地降低驅(qū)動力要求。
[0042]有利地，壓縮機的實施例可以在部分負(fù)載狀態(tài)下運行。在一種模式下，可以通過閥48的選擇性操作來控制室45與流體源/目的地之間的流體連通的時間以調(diào)節(jié)活塞42的遠(yuǎn)端面上的負(fù)載。例如，可以通過操作閥48來部分卸載活塞42，以使得進(jìn)入室45的流體與離開室45的流體之間的壓力差在活塞移動的一部分期間減小或大體最小化。類似地，可以通過閥49的選擇性操作來控制室46與流體源/目的地之間的流體連通的時間以調(diào)節(jié)活塞44的遠(yuǎn)端面上的負(fù)載。例如，可以通過操作閥49來部分卸載活塞44，以使得進(jìn)入室46的流體與離開室46的流體之間的壓力差在活塞移動的一部分期間減小或大體最小化。在另一種模式下，可以通過閥47的操作來控制室43與流體源/目的地之間的流體連通的時間以調(diào)節(jié)活塞(42，44)的近端面上的負(fù)載。例如，，可以通過操作閥47來部分卸載活塞(42，44)，以使得進(jìn)入室43的流體與離開室43的流體之間的壓力差在活塞移動的一部分期間減小或大體最小化。此類操作模式允許靈活操作，如在流體需求量改變的時期，如當(dāng)天然氣分配網(wǎng)中的天然氣需求量改變時。
[0043]有利地，在實施例中，所述壓縮機是可變?nèi)萘繅嚎s機。例如，所述控制器可以通過記錄在非易失性機器可讀介質(zhì)上的指令組進(jìn)行編程而配置用于改變活塞相位以及由此壓縮機容量，所述指令組導(dǎo)致控制器(i)接收壓縮機相位設(shè)置，所述相位設(shè)置包括O度與180度之間的活塞偏移；(ii)從在活塞桿/壓縮活塞的沖程期間連接至電源所必需的多個線圈中選擇線圈組以便限定對應(yīng)沖程長度；(iii)限定每個所選擇的線圈必須連接至電源的時間，限定其中所述線圈在對應(yīng)沖程期間連接至電源的時間段，并且限定所述線圈在對應(yīng)沖程期間從電源斷開的時刻；以及(iv)在所限定的時間將所識別的線圈選擇性地連接至電源，允許所選擇的線圈持續(xù)所限定的時間段保持連接至電源，并且在所限定的時間選擇性地斷開所識別的線圈以便驅(qū)動活塞桿/壓縮活塞組件。在實施例中，控制器還可以配置用于接收沖程長度設(shè)置，所述沖程長度設(shè)置用于選擇線圈并且限定連接時間、連接持續(xù)時間和斷開時間。
[0044]圖4至圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有由帶共振彈簧的單電磁致動器驅(qū)動的定相活塞的壓縮機。
[0045]圖4示出壓縮機200，所述壓縮機200包括驅(qū)動組件220、第一蓄積器組件230、壓縮組件240和第二蓄積器組件250。第一活塞桿212將驅(qū)動組件220、第一蓄積器組件230和壓縮組件240連接起來。第二活塞桿214將驅(qū)動組件220、第二蓄積器組件250和壓縮組件240連接起來。
[0046]第二活塞桿214是中空的，包括通路(未示出)，所述通路在其遠(yuǎn)端上具有遠(yuǎn)端開口 228并且在其近端上具有近端開口 215。所述第二活塞桿配置用于沿著其軸向長度可滑動地和可密封地接收第一活塞桿212的一部分，所述第一活塞桿和所述第二活塞桿沿著軸線216同軸地對齊。如圖4中所示，虛線218指示第一活塞桿212接收在第二活塞桿214內(nèi)的一部分?？刹僮鞯?，所述活塞桿配置成使得活塞桿(212，214)可以沿著軸線216相對于彼此獨立地平移。
[0047]驅(qū)動組件220與第一蓄積器組件230和壓縮組件240通過第一活塞桿212機械地連通。第一蓄積器組件230與驅(qū)動組件220和壓縮組件240通過第一活塞桿212機械地連通。驅(qū)動組件220還與第二蓄積器組件250和壓縮組件240通過第二活塞桿214機械地連通。第二蓄積器組件250與驅(qū)動組件220和壓縮組件240通過第二活塞桿214機械地連通。
[0048]如圖4中所示，壓縮組件240包括外殼241、第一壓縮活塞242和第二壓縮活塞244。第一壓縮活塞244和第二壓縮活塞242軸向設(shè)置在外殼241內(nèi)，并且限定至少一個流體隔離的壓縮室。在圖4所示的實施例中，壓縮活塞(242，244)將外殼體積分成三個室，每個室相對于其他室大體上流體隔離。
[0049]外殼241進(jìn)一步包括與軸線216大體上對齊的孔，所述孔限定使外殼的內(nèi)部與壓縮組件240外部的環(huán)境連接的孔口。第一孔沿著軸線216可滑動地和可密封地接收第二活塞桿214，第二活塞桿214延伸到外殼241中并且連接至第二壓縮活塞242。
[0050]第二壓縮活塞242包括表面。所述第二壓縮活塞表面包括邊緣，所述邊緣配置用于可滑動地和可密封地接合外殼241的內(nèi)表面。所述第一活塞表面進(jìn)一步包括近端面，所述近端面與軸線216大體正交。第一活塞近端面進(jìn)一步包括孔215，第一活塞桿212延伸穿過孔215并且附接至第一壓縮活塞244。第一壓縮活塞表面進(jìn)一步包括與近端面相對的遠(yuǎn)端面，所述背面與軸線216大體正交。在實施例中，第二活塞桿214在第二壓縮活塞242的背面處連接至第二壓縮活塞242。
[0051]第一壓縮活塞244包括表面。所述第一壓縮活塞表面包括邊緣，所述邊緣配置用于可滑動地和可密封地接合外殼內(nèi)表面。第一壓縮活塞表面進(jìn)一步包括近端面，所述近端面與軸線216大體正交并且面向第二壓縮活塞242的近端面。第一活塞表面進(jìn)一步包括與其近端面相對的遠(yuǎn)端面，所述背面與軸線216大體正交。在圖4所示的實施例中，第一活塞桿212在第一壓縮活塞244的近端表面處連接至第一壓縮活塞244。
[0052]外殼內(nèi)表面的一部分、第一活塞近端面和第二活塞近端面共同限定中央壓縮室243。中央壓縮室243進(jìn)而通過入口閥/出口閥247與流體源(未示出)和流體目的地(也未示出)流體連通。在實施例中，外殼內(nèi)表面的一部分和第一活塞遠(yuǎn)端面進(jìn)一步限定第一壓縮室245。第一壓縮室245進(jìn)而也通過入口閥/出口閥248與流體源和流體目的地流體連通。在實施例中，外殼內(nèi)表面的一部分和第二活塞遠(yuǎn)端面進(jìn)一步限定第二壓縮室246。第二壓縮室246進(jìn)而通過入口閥/出口閥249與流體源和流體目的地流體連通。在實施例中，中央壓縮室243、第一壓縮室245和第二壓縮室246中任一個是彼此大體上流體隔離的。
[0053]在實施例中，閥(247，248，249)中的至少一個包括螺線管致動器(未示出)。在其他實施例中，閥(247，248，249)中的至少一個包括磁性齒輪傳動致動器(未示出)。可操作地，閥(247，248，249)與活塞(242，244)的移動協(xié)作以允許流體在第一壓力下進(jìn)入至少一個壓縮室并且在第二壓力下離開所述室。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，鑒于本說明書的公開內(nèi)容和教示，室(243，245，246)與流體供應(yīng)源/目的地之間的流體連通可以通過圖4至圖6中所示的專用的單獨入口閥和出口閥來完成，或通過配置用于將所述室與流體源和流體目的地選擇性地連接的單個閥來完成。
[0054]如圖4中進(jìn)一步示出，驅(qū)動組件驅(qū)動器220包括定子222、第一芯226和第二芯228。第一芯226附接至第一活塞桿212，第二芯228附接至第二活塞桿214的遠(yuǎn)端部分，并且定子222相對于芯(226，228)固定?？刹僮鞯?，定子222配置用于在芯(226，228)上施加電磁力，從而沿著軸線216在遠(yuǎn)端和近端方向上往復(fù)驅(qū)動芯(226，228)。在本發(fā)明的實施例中，所述定子配置用于相對于彼此獨立地驅(qū)動芯(226，228)。
[0055]在實施例中，驅(qū)動組件220包括線性電動機，其中定子222包括通過控制器(未示出)可選擇性地連接至電源(未示出)的多個線圈225。當(dāng)來自多個線圈2251的單獨線圈連接至電源時，所述線圈在芯(226，228)上施加電動勢，從而沿著軸線16軸向地驅(qū)動附接至對應(yīng)芯的活塞桿/壓縮活塞。當(dāng)向連接至電源的線圈組增加線圈時，電磁力增大。當(dāng)從連接至電源的線圈組減少線圈時，電磁力減小。在將活塞桿/壓縮組件平移方向上的相鄰線圈增加至連接至電源的線圈組，以及將與平移方向相反的相鄰線圈從連接至電源的線圈組中減少時，定子222在對應(yīng)芯24上維持恒定的電磁力，當(dāng)所述芯沿著軸線平移時，電磁力實際上跟隨所述芯。在本發(fā)明的一個實施例中，電磁驅(qū)動器包括市場上可購得的線性電動機。
[0056]如圖4中另外示出，第一蓄積器230包括第一法蘭232、第一彈性構(gòu)件234、第一支柱238、第二彈性構(gòu)件237和第二法蘭239。在實施例中，法蘭(232，239)之一或兩者可以由第一活塞桿212限定。在其他實施例中，所述法蘭之一或兩者可以通過向第一活塞桿212附接組件來構(gòu)造。第一支柱238包括孔236，所述孔236可滑動地接收活塞桿212并且支柱238相對于活塞桿212固定。每個彈性構(gòu)件(234，237)包括第一端和第二端。第一彈性構(gòu)件234在其第一端處附接至第一法蘭232，并且第一彈性構(gòu)件234在其第二端處附接至第一支柱238。第二彈性構(gòu)件237在其第一端處附接至第二法蘭239，并且第二彈性構(gòu)件234在其第二端處附接至第一支柱238。
[0057]如圖4中示出，第二蓄積器250包括第三法蘭252、第三彈性構(gòu)件254、第二支柱256、第四彈性構(gòu)件257和第四法蘭259。在實施例中，法蘭(254，259)之一或兩者可以由第二活塞桿214限定。在其他實施例中，所述法蘭之一或兩者可以通過向第二活塞桿214附接組件來構(gòu)造。第二支柱256包括孔258，所述孔258可滑動地接收第二活塞桿214并且相對于第二活塞桿214固定。每個彈性構(gòu)件(254，257)包括第一端和第二端。第三彈性構(gòu)件254在其第一端處附接至第三法蘭252，并且第三彈性構(gòu)件254在其第二端處附接至第二支柱256。第四彈性構(gòu)件257在其第一端處附接至第四法蘭259，并且第四彈性構(gòu)件257在其第二端處附接至支柱256。
[0058]圖5和圖6示出由壓縮機200中的驅(qū)動組件(220)施加在活塞桿/壓縮活塞組件(212，242 ;214，244)上的力。
[0059]圖5示出施加用于驅(qū)動第一活塞桿/壓縮活塞組件(212，214)以便沿著軸線216在近端方向上驅(qū)動活塞244的力，如在壓縮機200的第一往復(fù)運動期間將施加。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，活塞242大體位于上死點處。在近端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，驅(qū)動組件220通過在所述組件上施加上述遠(yuǎn)端定向的電動勢F-來使所述組件加速，從而沿著軸線216在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動所述組件。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第一彈性構(gòu)件237返回其正常形狀，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的加速力F1(l2。第三，隨著中央壓縮室243內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在壓縮活塞244的近端面上施加相反力F1(l3。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞244到達(dá)下死點的某一時刻，第二彈性構(gòu)件3234變形(拉長)，由此在所述組件上施加相反力Fltl4,從而隨著所述活塞接近其下死點位置使所述組件減速。
[0060]圖5還示出施加用于驅(qū)動第二活塞桿/壓縮活塞組件(214，242)以便沿著軸線216在近端方向上驅(qū)動活塞242的力，如在壓縮機200的第一往復(fù)運動期間將施加。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，活塞242大體位于上死點處。在第二活塞近端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，驅(qū)動組件220通過在所述組件上施加上述近端定向的電動勢Fltl5來使所述組件加速，從而沿著軸線216在近端方向上驅(qū)動所述組件。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第三彈性構(gòu)件254返回其正常形狀，從而在所述組件上施加近端定向的加速力F1(l6。第三，隨著中央壓縮室243內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在第二壓縮活塞242的近端面上施加相反力F1(l7。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞242到達(dá)下死點的某一時刻，第四彈性構(gòu)件257變形(拉長)，由此在所述組件上施加另外的相反力Fltl8,從而隨著所述活塞接近其下死點位置使所述組件減速。
[0061]可操作地，起作用的力加到一起，并且所得到的力導(dǎo)致活塞移動。有利地，彈性構(gòu)件施加的力僅持續(xù)所述沖程的一部分施加并且補償驅(qū)動組件力。例如，蓄積器的一個彈性構(gòu)件在拉長狀態(tài)下開始沖程，從而具有使否則通過在所述沖程開始時施加另外的力所要求的驅(qū)動組件的力減小的技術(shù)效果。類似地，蓄積器的互補彈性構(gòu)件在正常狀態(tài)下開始沖程，并且在趨向沖程結(jié)束時變得拉長，從而具有使所述組件減速并且存儲慣性能量用于所述組件的隨后往復(fù)運動的技術(shù)效果。
[0062]圖6示出施加用于沿著軸線216在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動第一活塞桿/壓縮活塞組件(212,244)的力，如在壓縮機200的第二往復(fù)運動期間將施加。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，第一壓縮活塞244大體位于下死點處。在遠(yuǎn)端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，驅(qū)動組件220通過在所述組件上施加近端定向的電動勢Fltl9來使所述組件加速，從而沿著軸線216在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動活塞。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第一彈性構(gòu)件234返回其正常形狀，從而在所述組件上施加近端定向的加速力F11(l。第三，隨著第一壓縮室245內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在第一壓縮活塞244的遠(yuǎn)端面上施加相反力Fm。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到活塞42大體到達(dá)上死點位置的某一時刻，第二彈性構(gòu)件237變形(拉長)，由此在所述組件上施加相反力F112,從而隨著活塞接近其上死點位置使所述組件減速。
[0063]圖6示出施加用于沿著軸線216在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動第二活塞桿/壓縮活塞組件(214,242)的力，如在壓縮機200的第二往復(fù)運動期間將施加。在沖程開始時，所述組件是大體不運動的，第二壓縮活塞242大體位于下死點處。在第二壓縮活塞242的遠(yuǎn)端平移期間四個力施加在所述組件上。首先，驅(qū)動組件220通過在所述組件上施加上述電動勢F113來使所述組件加速，從而沿著軸線216在遠(yuǎn)端方向上驅(qū)動活塞242。第二，在沖程開始時并且對于所述沖程的一部分，變形的(拉長的)第四彈性構(gòu)件257返回其正常形狀，從而在所述組件上施加遠(yuǎn)端定向的加速力F114。第三，隨著第二壓縮室246內(nèi)的體積減小，駐留在所述室中的氣體在壓縮活塞242的遠(yuǎn)端面上施加相反力F115。最后，在沖程結(jié)束之前并且繼續(xù)直到第二壓縮活塞242大體到達(dá)其上死點位置的某一時刻，第三彈性構(gòu)件254變形(拉長)，由此在所述組件上施加相反力F116,從而隨著活塞接近其上死點位置使所述組件減速。
[0064]在所述沖程期間，所述力的總和指示所述組件在其沿著軸線216平移期間加速和減速的速率。當(dāng)所述組件加速時，所述組件的慣性增大。當(dāng)所述組件減速時，所述組件的慣性減小。當(dāng)所述組件以固定速度行進(jìn)時，所述組件的慣性是恒定的。因此，在沖程開始時，第一彈性構(gòu)件的松弛使所述組件加速，從而增大駐留在所述組件中的慣性。在行進(jìn)的某個時刻，第二彈性構(gòu)件開始變形，使得所述組件減速，從而減小駐留在所述組件中的慣性?？傮w而言，彈性構(gòu)件具有以下技術(shù)效果:在第一沖程期間存儲駐留在所述組件中的慣性能量，并且在隨后的沖程期間將所存儲的能量傳給所述組件，從而在往復(fù)運動期間保存活塞桿/壓縮活塞組件(212，244 ;214，242)中所存在的能量。
[0065]有利地，彈性構(gòu)件包括共振彈簧，所述共振彈簧具有彈簧常數(shù)、共振頻率和彈簧共振頻率諧頻。在所示實施例中，共振彈簧34配置成隨著活塞通過第一法蘭32相對于第一支柱38的遠(yuǎn)端平移而接近上死點發(fā)生變形，從而使所述共振彈簧伸長，導(dǎo)致所述彈簧吸收能量，隨著活塞接近上死點，所述彈簧使活塞桿/壓縮活塞組件(12，42)進(jìn)一步減速。在所述實施例中，伸長的共振彈簧34在隨后的沖程期間返回至其正常形狀，由此使活塞桿/壓縮活塞組件(12，42)在近端方向上加速，從而在沿著軸線16的第一遠(yuǎn)端沖程期間使駐留在所述組件中的慣性能量累積，并且在沿著軸線16的第二近端沖程期間通過使所述組件沿著軸線16在近端方向上加速來使能量返回至所述組件。
[0066]在某些實施例中，所述彈簧是共振彈簧，所述共振彈簧配置用于在其振動(往復(fù)運動)的頻率與共振彈簧的自然頻率或其諧頻匹配時吸收更多能量。例如，當(dāng)活塞桿12/壓縮活塞42的往復(fù)運動速率與共振彈簧34的自然頻率大體匹配時，上述周期性彈簧變形使得由所述彈簧在連續(xù)往復(fù)運動中累積和施加的能量最大化。在此類實施例中，操作壓縮機10以使得活塞桿/壓縮活塞組件以與彈簧共振頻率或其諧頻大體匹配的速率往復(fù)運動會最大限度地降低驅(qū)動力要求。
[0067]有利地，壓縮機的實施例可以在部分負(fù)載狀態(tài)下運行。在一種模式下，可以通過閥248的選擇性操作來控制室245與流體源/目的地之間的流體連通的時間以調(diào)節(jié)活塞242的遠(yuǎn)端面上的負(fù)載。例如，可以通過操作閥248來部分卸載活塞242，以使得進(jìn)入室245的流體與離開室245的流體之間的壓力差在活塞移動的一部分期間減小或大體最小化。類似地，可以通過閥249的選擇性操作來控制室246與流體源/目的地之間的流體連通的時間以調(diào)節(jié)活塞244的遠(yuǎn)端面上的負(fù)載。例如，可以通過操作閥249來部分卸載活塞244，以使得進(jìn)入室246的流體與離開室246的流體之間的壓力差在活塞移動的一部分期間減小或大體最小化。在另一種模式下，可以通過閥247的操作來控制室243與流體源/目的地之間的流體連通的時間以調(diào)節(jié)活塞(242，244)的近端面上的負(fù)載。例如，可以通過操作閥247來部分卸載活塞(242，244)，以使得進(jìn)入室243的流體與離開室243的流體之間的壓力差在活塞移動的一部分期間減小或大體最小化。此類操作模式允許靈活操作，如在流體需求量改變的時期，如當(dāng)天然氣分配網(wǎng)中的天然氣需求量改變時。
[0068]有利地，在實施例中，所述壓縮機是可變?nèi)萘繅嚎s機。例如，所述控制器可以通過記錄在非易失性機器可讀介質(zhì)上的指令組進(jìn)行編程而配置用于改變活塞相位以及由此壓縮機容量，所述指令組導(dǎo)致控制器(i)接收壓縮機相位設(shè)置，所述相位設(shè)置包括O度與180度之間的活塞偏移；(ii)從在活塞桿/壓縮活塞的沖程期間連接至電源所必需的多個線圈中選擇線圈組以便限定對應(yīng)沖程長度；(iii)限定每個所選擇的線圈必須連接至電源的時間，限定其中所述線圈在對應(yīng)沖程期間連接至電源的時間段，并且限定所述線圈在對應(yīng)沖程期間從電源斷開的時刻；以及(iv)在所限定的時間將所識別的線圈選擇性地連接至電源，允許所選擇的線圈持續(xù)所限定的時間段保持連接至電源，并且在所限定的時間選擇性地斷開所識別的線圈以便驅(qū)動活塞桿/壓縮活塞組件。在實施例中，控制器還可以配置用于接收沖程長度設(shè)置，所述沖程長度設(shè)置用于選擇線圈并且限定連接時間、連接持續(xù)時間和斷開時間。
[0069]有利地，壓縮機200的嵌套活塞桿(212，214)會得到更小、更緊湊的壓縮機并且允許所述壓縮機由單個驅(qū)動組件構(gòu)造而成。因此，機器的整體尺寸更小，從而有利地減小容納壓縮機所需設(shè)施的大小。
[0070]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易明白，鑒于本說明書的公開內(nèi)容和教示，可更改上述彈性構(gòu)件對的配置以便改變施加相關(guān)力的時間。例如，所示互補彈性構(gòu)件(234，237;254，257)具有不同的彈性常數(shù)在本發(fā)明的范圍內(nèi)?？商娲兀瑥椥詷?gòu)件施加力的距離在互補彈性構(gòu)件(234，237 ;254，257)之間可以是不同的。最后，以下情況在本發(fā)明的范圍內(nèi):單個彈性構(gòu)件執(zhí)行上述功能，例如以便以在沖程開始時在遠(yuǎn)端方向上伸長開始沖程，在沖程進(jìn)程期間松弛，并且在沖程的結(jié)束部分期間在近端方向上變形。
[0071]根據(jù)可能的有利實施例，電容器具有固定的第一導(dǎo)體和附接至第一活塞桿或第二活塞桿弧的第二導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體和所述第一導(dǎo)體由電介質(zhì)(例如空氣)隔開；這樣，電容器具有移動板(準(zhǔn)確地說是一個板相對于另一個板移動)并且因此具有可變電容。根據(jù)此實施例的一個變體，兩個導(dǎo)電板之間的電介質(zhì)占據(jù)的距離隨活塞桿的平移而變化。第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體可一次性充電并在壓縮機的操作過程中保持隔離，或者可以不同方式充電并在壓縮機的不同運行階段期間保持隔離，或者可在壓縮機運行期間永久地連接至恒定電壓發(fā)生器，或者可在壓縮機運行期間永久地連接至可變電壓發(fā)生器(通常發(fā)電機的電壓相對于可平移組件的振蕩周期而緩慢地變化)。這樣的蓄積器存儲對應(yīng)于活塞桿移動的可改變電荷，電容器由此儲存活塞桿的慣性能量并且配置用于供應(yīng)用以為活塞棒的隨后平移提供動力的電荷。使用一個或多個電容器可與使用具有恒定或可變的彈簧常數(shù)的一個或多個彈簧進(jìn)行組合。
[0072]值得注意的是，本發(fā)明的實施例的彈簧可具有相對于時間和空間而言恒定的彈簧常數(shù)，這對應(yīng)于對于螺旋彈簧來說最常見的情況；可替代地，彈簧常數(shù)可隨時間和/或位置發(fā)生變化，特別是沿其長度(即，彈簧常數(shù)取決于彈簧的壓縮程度)。根據(jù)可能的有利實施例，提供這樣的可變蓄積器:配置用于通過增長沖程并保持致動時間來改變壓縮機容量，從而允許優(yōu)化磁體位置。以說明性的方式，蓄積器包括具有多個可選擇的平行彈簧的彈性構(gòu)件。沖程中使用的彈簧數(shù)量可改變，由此改變彈簧常數(shù)，從而改變沖程長度并優(yōu)化磁體位置。
[0073]更一般地說，這樣的蓄積器可包括具有第一端和第二端的彈簧組件，所述第一端聯(lián)接至第一活塞桿抑或第二活塞桿并且所述第二端相對于第一活塞桿抑或第二活塞桿固定。彈簧組件可包括多個彈簧，并且此彈簧組件的彈簧常數(shù)可為可調(diào)節(jié)的；所述彈簧可具有不同的彈簧常數(shù)并且平行布置以便選擇性地起作用?？商娲?，彈簧組件可包括具有不同長度且平行布置的多個彈簧以便具有不同的有效沖程(即，在可平移組件的第一位移范圍內(nèi)，第一組彈簧在可平移組件上起作用，在第一位移范圍內(nèi)，第二組彈簧起作用，在第三位移范圍內(nèi)，第三組彈簧起作用……)表達(dá)“平行布置”應(yīng)從功能視角來解釋；事實上，彈簧的軸線可彼此平行(在極限情況下甚至重合)或向彼此傾斜。
[0074]盡管已經(jīng)參考某些實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出各種改變并且可以用等效物來替代各實施例。另夕卜，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以做出許多修改以使具體情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教示。因此，本發(fā)明的意圖在于并不限于所公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落在隨附權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種往復(fù)式壓縮機(100)，所述往復(fù)式壓縮機(100)包括: 具有限定至少一個壓縮室(43)的內(nèi)表面(25)的外殼(41)，所述外殼具有第一孔(26)和第二孔(27)； 具有至少一個壓縮面(28)的第一活塞(42)，所述活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)；具有近端部分(11)和遠(yuǎn)端部分(13)的第一活塞桿(12)，所述近端部分可滑動地接收在所述第一孔內(nèi)，所述第一活塞桿可驅(qū)動地連接至所述第一活塞； 具有與所述第一活塞壓縮面相對的至少一個壓縮面(29)的第二活塞(44)，所述第二活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)； 具有近端部分(15)和遠(yuǎn)端部分(17)的第二活塞桿(14)，所述近端部分可滑動地接收在所述第二孔內(nèi)，所述第二活塞桿可驅(qū)動地連接至所述第二活塞； 附接至所述第一活塞桿的遠(yuǎn)端部分的第一致動器(24);以及 附接至所述第二活塞桿的所述遠(yuǎn)端部分的第二致動器(64); 其中所述第一活塞桿和所述第二活塞桿限定延伸穿過所述壓縮室的平移軸線(16)，并且 其中所述第一致動器和所述第二致動器配置用于使所述第一活塞和所述第二活塞在所述壓縮室內(nèi)沿著所述平移軸線可驅(qū)動地往復(fù)運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式壓縮機，其中至少一個致動器包括力發(fā)生器和力蓄積器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述蓄積器包括彈簧組件，所述彈簧組件具有附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一的第一端以及相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定的第二端，其中所述彈簧組件包括一個或多個彈簧，其中所述彈簧組件的彈簧常數(shù)是可調(diào)節(jié)的。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述彈簧組件的至少一個彈簧具有沿其長度可變的彈簧常數(shù)。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述彈簧組件包括具有不同長度并且平行布置的多個彈簧，以便具有不同的有效沖程。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述彈簧組件包括具有不同彈簧常數(shù)并且平行布置以便選擇性地起作用的多個彈簧。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述活塞桿被配置成以某一頻率往復(fù)運動，所述頻率與所述彈簧的共振頻率和所述彈簧的所述共振頻率的諧頻之一大體匹配。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述蓄積器包括電容器，所述電容器具有附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一的第一導(dǎo)電材料以及相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定的第二導(dǎo)電材料，由此所述至少一個電容器具有移動板并且具有可變的電容量。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述致動器包括具有電樞和固持板的螺線管，其中所述固持板附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一，并且其中所述電樞相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述螺線管致動器被配置成沿著所述平移軸線平移。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述致動器包括具有牽引機和芯的線性電動機，其中所述芯附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一，并且其中所述牽引機相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定。
12.—種往復(fù)式壓縮機(200)，所述往復(fù)式壓縮機(200)包括: 具有內(nèi)表面(250)并且限定至少一個壓縮室的外殼(241)，所述外殼具有孔(260); 具有至少一個壓縮面的第一活塞(242)，所述活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)； 具有近端部分(263)和遠(yuǎn)端部分(264)的第一活塞桿(214)，所述近端部分可滑動地接收在所述孔內(nèi)，所述第一活塞桿可驅(qū)動地連接至所述第一活塞； 具有與所述第一活塞壓縮面相對的至少一個壓縮面(265)的第二活塞(244)，所述第二活塞可滑動地設(shè)置在所述壓縮室內(nèi)； 具有近端部分(267)和遠(yuǎn)端部分(266)的第二活塞桿(214)，所述近端部分可滑動地接收在所述第一活塞桿內(nèi)，所述第二活塞桿可驅(qū)動地連接至所述第二活塞； 附接至所述第一活塞桿的遠(yuǎn)端部分的第一致動器(224);以及 附接至所述第二活塞桿的所述遠(yuǎn)端部分的第二致動器(226); 其中所述第一活塞桿和所述第二活塞桿限定延伸穿過所述壓縮室的平移軸線(216)，以及 其中所述第一致動器和所述第二致動器配置用于使所述第一活塞和所述第二活塞在所述壓縮室內(nèi)沿著所述平移軸線可驅(qū)動地往復(fù)運動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的往復(fù)式壓縮機，包括在權(quán)利要求2至11中任一項中闡述的技術(shù)特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13所述的往復(fù)式壓縮機，其中至少一個致動器包括力發(fā)生器和力蓄積器。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述蓄積器包括彈簧組件，所述彈簧組件具有附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一的第一端以及相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定的第二端，其中所述彈簧組件包括一個或多個彈簧，其中所述彈簧組件的彈簧常數(shù)是可調(diào)節(jié)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述彈簧組件的至少一個彈簧具有沿其長度可變的彈簧常數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述彈簧組件包括具有不同長度并且平行布置的多個彈簧，以便具有不同的有效沖程。
18.根據(jù)權(quán)利要求12至17中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述彈簧組件包括具有不同彈簧常數(shù)并且平行布置以便選擇性地起作用的多個彈簧。
19.根據(jù)權(quán)利要求12至18中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述活塞桿配置用于以某一頻率往復(fù)運動，所述頻率與所述彈簧的共振頻率和所述彈簧的所述共振頻率的諧頻之一大體匹配。
20.根據(jù)權(quán)利要求12至19中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述蓄積器包括電容器，所述電容器具有附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一的第一導(dǎo)電材料以及相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定的第二導(dǎo)電材料，由此所述至少一個電容器具有移動板并且具有可變的電容量。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述致動器包括具有電樞和固持板的螺線管，其中所述固持板附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一，并且其中所述電樞相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定。
22.根據(jù)權(quán)利要求12至21中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述螺線管致動器配置用于沿著所述平移軸線平移。
23.根據(jù)權(quán)利要求12至22中任一項所述的往復(fù)式壓縮機，其中所述致動器包括具有牽引機和芯的線性電動機，其中所述芯附接至所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一，并且其中所述牽引機相對于所述第一活塞桿和所述第二活塞桿之一固定。
【文檔編號】F04B35/04GK104487706SQ201380025391
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】巴加利 R., 托納雷利 L. 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)股份有限公司