專利名稱：直線壓縮機(jī)與其氣體推力軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
線壓縮機(jī)。、》 、 、、 背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，氣體推力軸承包括包圍一容腔的軸承襯套，在所述軸承 襯套內(nèi)一本體被支承以允許具有小間隙的運(yùn)動，而多個供氣孔穿過所 述軸承襯套，其中壓縮氣體可以在所述軸承襯套的外側(cè)上被供應(yīng)至所 述供氣孔。經(jīng)由供氣孔流入容腔的氣體形成襯套的內(nèi)壁與可移動本體 之間的氣墊，通過該氣墊，本體在容腔內(nèi)以無接觸的方式被保持。本 體可以在軸承襯套內(nèi)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或可以沿軸向移動。
保持本體被支承而其不與軸承襯套相接觸要求壓縮氣體的連續(xù)供 應(yīng)。然而如果使用氣體推力軸承的裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)，那么通常期望能中 斷壓縮氣體的供應(yīng)，從而不提高不必要的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。如果裝置本身產(chǎn) 生壓縮氣體，那么關(guān)閉裝置不可避免地導(dǎo)致壓縮氣體供應(yīng)的中斷。然 而如果壓縮氣體供應(yīng)被關(guān)閉或不充足，那么在可移動本體與軸承襯套 之間出現(xiàn)摩擦接觸并且因而當(dāng)本體被移動時出現(xiàn)磨損。為在這樣的情 況下最小化磨損，期望在運(yùn)動開始之后能以最小可能延遲的方式建立 功能性氣墊。
上述類型的氣體推力軸承充當(dāng)氣體彈簧，從而同樣壓力的所供應(yīng) 的壓縮氣體，出現(xiàn)了軸承可以接受(在可移動的本體與軸承襯套之間 沒有任何接觸)的力，而幾微米到幾十微米等級的小間隙寬度隨著間 隙寬度的增加而增加。相反地這意味著，對于軸承襯套與可移動本體
之間的大寬度間隙，所供應(yīng)的壓縮氣體的較低壓力足以使得氣墊承載 可移動本體的重量并防止本體與軸承襯套之間的接觸。這意味著在軸 承襯套與本體之間造成間隙，從而最小化壓縮氣體供應(yīng)開始之后氣體
4推力軸承起作用的時間延遲。然而在軸承襯套與本體之間的大間隙也 要求形成氣墊的氣體從間隙流出，這意味著，為保持軸承起作用，氣 體輸送量需要隨著間隙寬度的增加而增加，這樣反過來導(dǎo)致了運(yùn)營成 本的增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提出一種氣體推力軸承， 一方面在所供應(yīng)的 氣體壓力較低時所述氣體推力軸承已經(jīng)能夠建立高效的氣墊且另一方 面在低氣體輸送量情況下允許長期運(yùn)轉(zhuǎn)。
該目的得以實(shí)現(xiàn)在于，對于在背景部分中所述類型的氣體推力軸 承，本體與軸承襯套由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料制成。然而對于氣
體推力軸承典型的非運(yùn)轉(zhuǎn)溫度而言，在軸承殼與可移動本體之間可以 具有大間隙，從而甚至利用低氣壓也可以無接觸地保持本體，控制運(yùn) 轉(zhuǎn)期間的氣體推力軸承的溫度使得間隙被縮窄以確保在低氣體輸送量 情況下的運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了以這種方式控制間隙(column)寬度，提供對作為氣體推力 軸承部件的軸承襯套和/或可移動本體調(diào)溫的調(diào)溫裝置。
這種調(diào)溫裝置可具有各種不同的形式；例如軸承襯套可被設(shè)置有 電阻加熱器，或者設(shè)置用于需要的話通過移動而在可移動本體內(nèi)感應(yīng) 渦電流的裝置。
調(diào)溫的有利間接選擇是設(shè)置對供應(yīng)到供氣孔的壓縮氣體調(diào)溫的調(diào)
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，調(diào)溫裝置是壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)導(dǎo)致在壓縮機(jī)內(nèi) 壓縮氣體的絕熱加熱。
具體地，軸承襯套的容腔可以是操作容室，且可移動本體可以是 該壓縮機(jī)的活塞。
壓縮機(jī)的氣體輸送量可以是供氣孔的輸送量的多倍；即僅需要小 部分的壓縮氣體以保持氣墊，而其余的主要部分可用于其他應(yīng)用。
如果氣體推力軸承的溫度在運(yùn)轉(zhuǎn)期間高于在非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的溫 度，則為了在運(yùn)轉(zhuǎn)期間縮窄間隙，活塞應(yīng)具有比軸承襯套更高的熱膨脹系數(shù)。
因此，可移動的本體尤其可由不銹鋼制成，且軸承襯套由工具鋼 制成。


參照附圖，從以下給出的示例性實(shí)施例說明可清楚本發(fā)明的其它 特征與優(yōu)點(diǎn)，所述附圖如下
圖1是根據(jù)本發(fā)明帶有氣體推力軸承的壓縮機(jī)的示意性剖視以及
圖2是用于所述壓縮機(jī)的驅(qū)動單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出的壓縮機(jī)包括殼體21，所述殼體具有一界定工作容 室22的中空圓柱形軸承襯套23。軸承襯套23由一容腔24包圍，且 該容腔反過來由大致圓筒形殼體部分25限定。軸承襯套23與殼體部 分25分別在其一個端部圍繞延伸有環(huán)形凸緣26或27，其中軸承襯套 23的凸緣26在一側(cè)與殼體部分25限定的切口接合、而在另一側(cè)與彈 簧片28接合，而軸承襯套23被固定至殼體部分25，且彈簧片28與 殼體部分25的凸緣27以任何適合的方式被剛性相連，并與彈簧片28 形成氣密性密封。在遠(yuǎn)離凸緣27、 28的端部，容腔24通過軸承襯套 23與殼體部分25之間夾持的O型圈37被密封。
附著至彈性板28的、與殼體部分25相反的側(cè)部的蓋29限定了兩 個容室30、 31，所述兩個容室30、 31經(jīng)由閥32、 33與工作容室22 連通，其中閥32、 33如圖中所示且優(yōu)選地由彈簧片28 —體形成。閥 32、 33是單向閥，它們分別只允許氣體從閥上游的、吸氣側(cè)的容室30 流入工作容室22中或從工作容室22流入下游的、壓力側(cè)的容室31。 孔34將壓力側(cè)的容室31與包圍軸承襯套23的容腔24相連。
經(jīng)由延伸穿過軸承襯套23的多個孔35，壓縮氣體可從容腔24進(jìn) 入工作容室22，并可在軸承襯套23的內(nèi)側(cè)與可在軸承襯套23中被移 動的活塞36之間形成氣墊。活塞36可經(jīng)由連桿38通過在圖2中示出的驅(qū)動裝置而被驅(qū)動，且可被驅(qū)動成產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動。
活塞36由不銹鋼制成。不銹鋼的熱膨脹系數(shù)大體是16X10'6K—、 另一方面，軸承襯套23由工具鋼制成并具有13X10'6K"的熱膨脹系 數(shù)。自然地，只要活塞材料具有比相應(yīng)的軸承襯套更高的熱膨脹系數(shù)， 則也可以考慮活塞36與軸承襯套23的其他材料組合。活塞36與軸承 襯套23的一部分也可由不滿足上述條件的材料制成，只要這不顯著改 變這兩個部件的整體熱膨脹系數(shù)之差；具體地，這兩個部件可設(shè)有硬 化的和/或降低摩擦的表面涂層。
根據(jù)優(yōu)選應(yīng)用，圖1中示出的壓縮機(jī)可被用于壓縮家用電冰箱中 的制冷劑。在這樣的情況下，壓縮機(jī)在非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下基本處于室溫。 活塞36的外徑與軸承襯套23的內(nèi)徑達(dá)到大約30毫米，而活塞的直徑 在室溫下被制成比襯套23的直徑小大約14微米，從而，如果活塞36 被準(zhǔn)確地對中，則活塞將與軸承襯套23分開7微米寬的環(huán)繞間隙。
如果壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)且驅(qū)動單元開始移動活塞36，則最初在工作容室 22與容腔24之間沒有壓差。沒有產(chǎn)生氣墊且活塞36與軸承襯套23 接觸地移動。僅僅通過活塞36的往復(fù)運(yùn)動，在容室31內(nèi)產(chǎn)生輸送壓 力，且在工作容室22內(nèi)被壓縮以及被排入到壓力側(cè)容室31的一部分 氣體制冷劑流回到容腔24內(nèi)且在此被施加至孔35。在充足的過壓 (overpressure)在容腔24內(nèi)產(chǎn)生之后，氣墊開始產(chǎn)生作用并防止活塞 36與軸承襯套23之間進(jìn)一步的摩擦。
工作容室22內(nèi)的壓縮導(dǎo)致壓縮的制冷劑加熱，且熱的制冷劑回流 到容腔24內(nèi)還導(dǎo)致軸承襯套23與活塞36在運(yùn)轉(zhuǎn)期間加熱。該加熱大 體上可達(dá)到約50K。這種加熱將活塞36與軸承襯套23之間的間隙寬 度從當(dāng)壓縮機(jī)被起動時的7微米減少到持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)期間的約4.75微米。 作為間隙變窄的結(jié)果，通過孔35的氣體輸送量在熱的狀態(tài)下與啟動階 段相比顯著減少。
由于相對大部分的制冷劑被改向以保持氣墊，因此在啟動階段壓 縮機(jī)具有相對低的效率。然而同時，制冷劑的相對低的供應(yīng)壓力在啟 動階段足以防止活塞36與軸承襯套23進(jìn)行接觸。在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中，具 有可用的壓縮制冷劑的足夠壓力也保證甚至在減小的間隙寬度情況下不發(fā)生接觸。間隙寬度通過加熱而減小的事實(shí)意味著在此狀態(tài)下必須 用以保持氣墊的制冷劑數(shù)量可被減少，而這樣提高了壓縮機(jī)的效率。
圖2示出了驅(qū)動活塞36進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動單元的示意圖。所述 驅(qū)動單元包括兩個E形軛部(E-shapedyoke) 1，其中所述E形軛部具 有相對的三對臂3、 4、 5。臂3、 4、 5的彼此相向的端部分別形成限 定空氣間隙2的極靴7。激勵繞組8分別繞中央臂4附著。兩個激勵 繞組8能通過控制電路而被供應(yīng)電流，而在兩個激勵繞組8中的電流 方向分別被限定成中央臂4的相對的極靴7形成不同極性的磁極。外 側(cè)臂3與5的極靴分別形成與相鄰的中心臂4相比不同極性的磁極。
在空氣間隙2內(nèi)，電樞IO被懸置在上下反轉(zhuǎn)點(diǎn)(或在圖2中所示
圖形中分別為右側(cè)與左側(cè)反轉(zhuǎn)點(diǎn))之間的兩個彈簧11之間，從而電樞
的運(yùn)動可以被顛倒。在上反轉(zhuǎn)點(diǎn)處的電樞10的位置由實(shí)線示出，而在
下反轉(zhuǎn)點(diǎn)的位置由虛線示出。彈簧11是由一片金屬沖壓而成的片簧， 該片簧具有以Z字形延伸的多個臂12。 一個彈簧11的各臂12分別作
為另一個的鏡像從電樞10上的中央附著點(diǎn)延伸至未示出的剛性框架 上的懸置點(diǎn)13，其中軛部1和壓縮機(jī)也被錨定至所述剛性框架。本實(shí) 施例使彈簧11很難沿電樞10的縱向方向并沿其每一個正交方向變形， 從而它們沿電樞的縱向可逆地引導(dǎo)電樞10。
大致桿型的電樞10在其中心區(qū)域具有四極永磁芯部14。而在彈 簧11的松弛位置，其中在所述松弛位置，每個彈簧11的各臂12基本 位于同一平面內(nèi)，磁體14在空氣間隙2內(nèi)居中安置，且在圖1中示出 在磁體左極與右極之間的邊界線15居中穿過中央臂4，為繞組8供應(yīng) 電流從而取決于電流方向?qū)㈦姌?0向左或向右移動。
以上解釋的示例性實(shí)施例利用與壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的制冷劑的絕 熱加熱以在運(yùn)轉(zhuǎn)中加熱活塞36。自然地，在運(yùn)轉(zhuǎn)與非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之間改 變活塞與軸承襯套之間的間隙寬度的溫度的變化也可通過直接加熱 (或冷卻)活塞與軸承襯套而實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1. 一種氣體推力軸承，所述氣體推力軸承包括包圍一容腔(22)的軸承襯套(23)以及可在所述容腔(22)內(nèi)移動的本體(36)，其中所述軸承襯套(23)具有多個穿過其的供氣孔(35)，壓縮氣體可在所述軸承襯套(23)的外側(cè)(24)上被施加至所述供氣孔，以使得在所述內(nèi)側(cè)容室(22)內(nèi)產(chǎn)生用于支承所述可移動的本體(36)的氣墊，其特征在于，所述本體(36)和所述軸承襯套(23)由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料制成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體推力軸承，其特征在于，還包括對 所述軸承襯套和/或所述可移動的本體(36)調(diào)溫的調(diào)溫裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的氣體推力軸承，其特征在于，還包括對 施加至所述供氣孔(35)的壓縮氣體調(diào)溫的調(diào)溫裝置。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的氣體推力軸承，其特征在于，所 述調(diào)溫裝置是壓縮機(jī)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的氣體推力軸承，其特征在于，所 述容腔(22)是一工作容室(22)，并且所述可移動的本體(36)是所 述壓縮機(jī)的活塞(36)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體推力軸承，其特征在于，所述壓縮 機(jī)的氣體輸送量是所述供氣孔(35)的輸送量的多倍。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的氣體推力軸承，其特征在于，所 述活塞(36)具有比所述軸承襯套(23)更高的熱膨脹系數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體推力軸承，其特征在于，所述可移動的本體(36)由不銹鋼制成，且所述軸承襯套(23)由工具鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及尤其是用于直線壓縮機(jī)的氣體推力軸承。所述軸承包括圍繞腔(22)的軸承襯套(23)以及可在所述腔(22)中被移動的本體(36)。所述軸承襯套(23)被多個供氣孔(35)穿透，為了形成在內(nèi)部(22)支承所述可移動本體的氣墊，所述多個供氣孔(35)可允許來自所述襯(23)外部(24)的壓縮氣體進(jìn)入。所述本體(36)與所述軸承襯套(23)由具有不同熱膨脹系數(shù)的材料制造。
文檔編號F04B35/04GK101535643SQ200780041216
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者J-G·舒伯特 申請人:Bsh博世和西門子家用器具有限公司