CN100430598C

CN100430598C - 封闭式压缩机

Info

Publication number: CN100430598C
Application number: CNB2005800001747A
Authority: CN
Inventors: 梅冈郁友; 片山诚; 矢引纯一郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2025-05-11
Also published as: CN1771394A; EP1629198B1; KR100701527B1; US20060257274A1; JP2005337160A; KR20060038921A; DE602005002205D1; WO2005116450A1; JP4337635B2; DE602005002205T2; EP1629198A1

Abstract

一种封闭式压缩机，其包括容纳有机油和用于压缩制冷剂气体的压缩机构的壳体。在该结构中，圆筒形活塞具有截槽，其至少不与活塞的气缸侧的顶面连通并且形成在除滑动面以外的活塞外圆周表面上，所述滑动面位于从活塞的轴向观察的活塞销的轴向和活塞销的垂直方向上，其中截槽在下止点附近与壳体内的空间连通。因为滑动面设置在与所述轴平行和垂直的方向上，所以活塞在垂直方向的倾斜得到抑制且同时促进了经过截槽对滑动部的供油。所以，改进了密封性能和润滑性能，从而可实现压缩机的高效率。

Description

封闭式压缩机

技术领域

本发明涉及一种用于冰箱等的制冷循环的封闭式压缩机。

背景技术

近来，强烈要求减小这种封闭式压缩机的耗电量。在国际公布号WO 02/02944中所公开的封闭式压缩机中，通过改进活塞的外形，减小了活塞和气缸之间的滑动损耗，因而实现了高效率。

在下文中，参考附图对常规的封闭式压缩机进行说明。

图7是显示美国专利号5,228,843中所说明的普通封闭式压缩机的纵剖视图；图8是显示国际公布号WO 02/02944中所说明的活塞的透视图。

如图7中所示，封闭壳体1容纳有由具有绕组部分2a的定子2和转子3组成的电动机单元4，和电动机单元4驱动的压缩单元5。此外，在封闭壳体1的下部中，容纳有机油6。

曲轴10包括主轴11和偏心轴12，其中转子3压配合且固定到所述主轴11上，且偏心轴12相对于主轴11偏心形成。在主轴11中容纳有油泵13，并且油泵13的开口部设置在机油6中。设置在电动机单元4上面的块体20具有大致呈圆筒形的气缸21和支撑主轴11的轴承22。活塞30插入到块体20的气缸21中，能够往复滑动并通过连接装置41连接到偏心轴12上。

下面参考图8对常规的活塞进行说明。活塞30包括顶面31、裙面32和外圆周表面33。此外，外圆周表面33包括密封面34、两个导向面35和除去部36。这里，密封面34是沿圆周方向形成的表面，以便与气缸21的内圆周表面进行紧密接触。导向面35的形成便于与气缸21的部分内圆周表面进行紧密接触并且大致与活塞30的运动方向平行地伸展。除去部36是凹部，不与气缸21的内圆周表面进行紧密接触。此外，由沿着活塞30的半径方向分别连接圆筒形活塞30的中心轴37和导向面35的两个边界边缘35a和35b之间的直线所构成的角度，通常为40°或者更小且优选为30°或者更小。

接着，对图7中示出的常规的封闭式压缩机的运行进行说明。

在运行中，活塞30沿着图中的水平方向作往复运动。在下止点附近，活塞30的裙侧的一部分突出到气缸21的外侧。从该状态，当活塞30进入气缸21时，即当活塞30向图7的右方移动时，活塞30由导向面35导向，从而可平滑地进入气缸21。

然而，在常规的封闭式压缩机中，活塞30相对于气缸21在垂直方向上的倾斜，仅在顶面31的边缘和密封面34的边缘之间的短部34A处，由外圆周表面33和气缸21之间的间隙进行控制。因此，活塞30可能会在垂直方向上倾斜。具体地，在从下止点到上止点的压缩冲程中(图7中向右方的运动)，活塞30的顶面31承受了制冷剂气体的压缩负荷，此外由连接装置41在与活塞的方向不同的方向上(图7中向下的方向)按压曲轴10，因此活塞30在垂直方向上的倾斜可能会加大。结果存在有制冷剂的渗漏增加的问题，且制冷能力降低从而使得效率降低。

具体地，当使用低密度制冷剂异丁烷(R600a)时，活塞30的外径增大且制冷剂的渗漏可能会发生，从而显著地降低了效率。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明的封闭式压缩机包括至少不与活塞的顶面连通的截槽，其位于除滑动面以外的外圆周表面上，该滑动面沿着活塞销的轴向和活塞销的垂直方向设置，其中截槽至少在下止点附近与壳体内的空间连通。由于滑动面积的减少，该结构可减少滑动损失。此外，通过沿着活塞销的平行和垂直方向设置的滑动表面，活塞相对于气缸的倾斜得到抑制，从而抑制了制冷剂的渗漏。另外，通过经截槽向滑动部提供机油，改进了密封性。由于上述效果，可提供具有高效率的封闭式压缩机。

具体地说，本发明第1方面涉及一种封闭式压缩机，其包括容纳有机油和用于压缩制冷剂气体的压缩机构的壳体，所述压缩机构包括：曲轴，其设置在垂直方向上并具有主轴和偏心轴；形成气缸的块体；活塞，其在所述气缸中沿气缸轴的方向往复运动；设置在所述活塞上活塞销，其中心轴与所述偏心轴平行；连杆，其将所述偏心轴与所述活塞销连接；和供油结构，其用于向所述活塞的外圆周表面提供所述机油；其特征在于：所述活塞在除滑动面以外的所述外圆周表面上设置有沿着所述活塞的轴向延伸的截槽，其中所述滑动面位于从所述活塞的轴向观察的所述活塞销的平行方向和垂直方向上；并且所述截槽与所述活塞的气缸侧的顶面分离且至少在活塞位于下止点时与所述壳体内的空间连通。

本发明第2方面涉及一种封闭式压缩机，其包括容纳有机油和用于压缩制冷剂气体的压缩机构的壳体，所述压缩机构包括：曲轴，其设置在垂直方向上并具有主轴和偏心轴；气缸；圆筒形活塞，其在所述气缸中沿气缸轴的方向往复运动；和连接部，其用于将所述活塞与所述偏心轴连接；所述活塞包括：位于所述连接部侧的裙面；位于所述气缸侧的顶面；和平行于所述气缸的外圆周表面；其特征在于：所述外圆周表面包括台肩和截槽，所述台肩与所述活塞的所述外圆周表面位于同一表面，所述截槽相对于所述外圆周表面凹进；所述台肩包括：周向形成的台肩，其从所述顶面向所述裙面以预定的宽度围绕所述活塞而形成；和轴向形成的台肩，其在外圆周表面上相对于以所述气缸轴为中心的0°、90°、180°和270°处以预定的宽度形成，且从所述周向形成的台肩到所述裙面连续地形成。

附图说明

图1是显示本发明的示例性实施例中的封闭式压缩机的纵剖视图。

图2是显示用于示例性实施例中的封闭式压缩机的活塞的周围零件的放大剖视图。

图3是显示用于示例性实施例中的封闭式压缩机的活塞的主视图。

图4是沿着图3的线4-4的部分的剖视图。

图5是显示用于示例性实施例中的封闭式压缩机的活塞的截槽的端面的放大剖视图。

图6是显示用于示例性实施例中的封闭式压缩机的活塞的末端的放大剖视图。

图7是显示常规的封闭式压缩机的纵剖视图。

图8是显示用于常规的封闭式压缩机的活塞的透视图。

具体实施方式

在下文中，参考附图对本发明的示例性实施例进行说明。这里注意，本发明不受该示例性实施例的局限。

(示例性实施例)

图1是显示本发明的示例性实施例中的封闭式压缩机的纵剖视图；图2是显示活塞周围的零件的放大剖视图；图3是显示活塞的主视图；图4是沿着图3的线4-4的部分的剖视图；图5是显示活塞的截槽的端面的放大剖视图；以及图6是显示活塞的末端的放大剖视图。

如图1至6中所示，壳体101容纳有电动机单元104和由电动机单元104驱动的压缩机构105，此外还容纳有机油106。电动机单元104包括定子102和转子103，并通过使用控制电路等可实现变频器驱动，该控制电路在包括不高于电源频率的工作频率的多个工作频率进行控制。

本示例性实施例的封闭式压缩机使用烃基制冷剂异丁烷(或R600a)。制冷剂R600a是一种具有低全球变暖潜能值的天然制冷剂。

曲轴110包括主轴111和偏心轴112且设置在大致垂直的方向上。这里，转子103压配合并固定到主轴111上，且偏心轴112相对于主轴111偏心地设置。

供油结构120包括离心泵122、竖直孔123和横向孔124。形成于曲轴110内部的离心泵122的一端开口在机油106中，且另一端与粘性泵121连接。竖直孔123的一端连接到粘性泵121的一端，且另一端开口在壳体101内的空间中。

块体130包括大致圆筒形的气缸131、支撑主轴111的主轴承132和设置在气缸131的上面的碰撞部134。气缸131包括槽口135，其设置在曲轴110侧的边缘的上部。

活塞140插入气缸131中，能够往复滑动。活塞140具有活塞销孔141，其平行于偏心轴112的中心轴而形成。空心圆筒形活塞销142配合在活塞销孔141中。活塞销142通过空心圆筒形锁销143固定到活塞140上。活塞销142通过连杆146与偏心轴112连接。

活塞销142的空心部144通过通气孔145与壳体101内的空间连通。

在活塞140的外圆周表面150上形成有截槽153。截槽153没有延伸到活塞140的顶面151而是延伸到裙面152。图4是沿着图3的线4-4取得的活塞140的一部分的剖视图，示出了从左方观察的活塞的圆筒中心轴170的状态。如图4所示，截槽153是除去以下区域而形成，其中一个区域在相对于活塞销142的轴的平行方向147具有预定宽度，另一个区域在相对于活塞销142的轴的垂直方向148具有预定宽度。截槽153的总面积不小于活塞的外圆周表面150面积的一半。此外，如显示截槽153的边缘180附近的放大视图，图5中所示，截槽153的边缘180和活塞的外圆周表面150所构成的角度θ设置为锐角。

此外，如图3中所示，活塞140的右端部以距顶面151预定的宽度设置有周向形成的台肩(land)190，在其上没有形成截槽153。另外，不属于周向形成的台肩190和截槽153的外圆周表面150称为轴向形成的台肩192。在图3中，轴向形成的台肩192相对于圆筒中心轴170平行设置，并从周向形成的台肩190沿伸且到达裙面152。如图4中所示，轴向形成的台肩192在外圆周表面上，相对于以气缸轴为中心的0°、90°、180°和270°处以预定的宽度形成。

此外，如图4所示，轴向形成的台肩192的宽度优选地设置为，使得角度ω设置为40°或者更小且优选为30°或者更小，其中该角度ω由沿着活塞的半径方向连接活塞140的圆筒中心轴170与轴向形成的台肩192的两个边界部分之间的两条直线构成。

如图4所示，在活塞的外圆周表面150中，上滑动面154和下滑动面155设置在垂直方向，而侧滑动面160设置在侧面方向。这些滑动面相应于周向形成的台肩190和轴向形成的台肩192中的一个或者两个。

此外在周向形成的台肩190上，沿活塞的外圆周方向设置有两个环形槽191。此外在活塞的外圆周表面150上，在顶面151侧的端部和裙面152侧的端部，分别设置有微小锥度201和202。

在本示例性实施例中，如图1中所示，在下止点附近，活塞140的裙侧的一部分从气缸131中突出。由于这样的结构，即使在截槽153未达到裙面152的形状中，至少当活塞140在下止点时，截槽153仍然开口在壳体内的空间中。

下面对示例性实施例的封闭式压缩机的运行和作用进行说明。

当电动机单元104的转子103转动曲轴110时，偏心轴112的旋转运动通过连杆146和作为连接部的活塞销142传输到活塞140上，因此活塞140在气缸131中往复运动。当活塞140往复运动时，制冷剂气体从冷却系统(未示出)中吸入到气缸131中，经压缩然后再次排出到冷却系统中。

接着，对供油结构120的运行进行说明。由于曲轴110的旋转，离心泵122旋转从而产生离心力。由于离心力，机油106在离心泵122中向上移动而到达粘性泵121。到达粘性泵121的机油106进一步在粘性泵121中向上移动，并通过竖直孔123和横向孔124散布在壳体101中。

散布在壳体101中的机油106与碰撞部134进行碰撞，且沿着槽口135流动从而附着到活塞的外圆周表面150上。所附着机油106相应于活塞140的往复运动，围绕外圆周表面150、截槽153、环形槽191以及微小锥度201和202移动，并且起到外圆周表面150和气缸131之间的润滑剂的作用。

在本示例性实施例的封闭式压缩机中，如图1中所示，在下止点附近，活塞140的裙侧的一部分从气缸131中突出。所以，当活塞140到达下止点时，至少截槽153的一部分从气缸131中突出，并且可与散布在壳体101中的机油106产生直接接触。因此，始终有足够的机油106供应给截槽153。

如图5所示，进入截槽153的机油106聚积在截槽153的边缘180附近。当活塞140从下止点运动到上止点时，机油106被运送到气缸131的内部。另一方面，当活塞140从上止点运动到下止点时，相应于活塞140的运动，机油106被吸入到气缸131和活塞的外圆周表面150之间，从而有效地润滑周向形成的台肩190的附近。

此外，因为边缘180和活塞的外圆周表面150所构成的角度θ形成为锐角，所以相应于活塞140的运动，机油106被有效地吸入到气缸131和活塞的外圆周表面150之间。

在本示例性实施例中，因为沿活塞140的轴向设置有四个截槽153，所以通过截槽153可将机油106提供给活塞的外圆周表面150的很宽的范围。

由于它们的协同效应，改进了活塞140的润滑性能，从而可获得极高的密封性能以便抑制制冷剂的渗漏。所以，可实现高效率。

通常，当活塞140在上止点附近时，气缸131的内部由于压缩的制冷剂而变为高压，所以制冷剂气体即将从气缸131和活塞的外圆周表面150之间渗漏。此时，在气缸131内部产生的压缩负荷，通过活塞销142和连杆146，将曲轴110按压向活塞的相反方向并可能使曲轴倾斜。当曲轴110倾斜时，活塞140可能在相对于气缸131的垂直方向上倾斜，从而形成一个部分，其中气缸131和活塞的外圆周表面150之间的间隙变宽。结果，促进了制冷剂气体从该部分的渗漏。此外，活塞140的倾斜会恶化活塞140和气缸131之间的润滑状态并可增大滑动噪音。

然而，在本示例性实施例中，如图3和4中所示，由于活塞140的上滑动表面154和下滑动表面155设置在活塞140从顶面151到裙面152的全长范围上，从而控制了活塞140在垂直方向的倾斜，因此可有效地抑制活塞140产生倾斜。作为抑制倾斜的结果，制冷剂气体从气缸131向壳体101内的渗漏得以抑制，活塞140的工作状态得以稳定，并且可降低滑动损失及抑制噪音的增加。所以，可获得高效率和低噪音性能。

此外，当活塞140在气缸131中往复运动时产生的滑动损失是在液体润滑剂的状态中，其中损失的减少与滑动面积的减少成比例。在本示例性实施例中，因为截槽153的面积设置为不少于活塞的外圆周表面150面积的一半，所以活塞140的滑动损失为大约一半。因此，通过显著的输入降低可实现高效率。

另外，在压缩冲程中，气缸131中的高压气体向外渗漏到截槽153中。然而，因为截槽153始终与壳体101内的空间在裙面152侧连通，所以渗漏的制冷剂气体没有在截槽153中积聚。因此，在活塞具有截槽与壳体101内的空间不连通的结构的情况下，当截槽从气缸中移出并且高压气体立刻释放到壳体101内的低压空间中时不会产生喷流噪音。此外，积聚在截槽中的高压气体不会回流到气缸131中，从而不会在吸气冲程中增加再膨胀损失。

这里注意，在本示例性实施例中，截槽153始终与裙面152连通。然而，以下提及的另一种结构由于将高压气体释放到壳体101内的空间中可提供同样的效果。也就是说，不使截槽153与裙面152连通，可使截槽153仅在下止点附近与壳体101内的空间连通，或者可使截槽153与活塞销孔141连通。

另外，当周向形成的台肩190设置有环形槽191，且在活塞140从气缸131中突出的下止点附近使机油106与环形槽191产生直接接触时，所附着的机油106由于毛细现象而遍布在环形槽191的整个区域范围内。其后，在活塞140从下止点到上止点的移动过程中，当制冷剂气体到达环形槽191且与槽191中的机油106合并时，巨大的粘性阻力作用在制冷剂气体上。此外，合并的机油106和制冷剂气体经反复膨胀和收缩，从而减小了压力，由此产生了所谓的迷宫式密封效果，并且相对于制冷剂从气缸131中的渗漏提高了密封性能。根据上述效果，进一步促进了对周向形成的台肩的供油，更加改进了润滑性能，此外可获得高效率。

下面，对设置在活塞140的顶面151侧和裙面152侧的两个端部的微小锥度201和202的功能进行说明。当活塞从下止点向上止点移动时，通过在活塞140的顶面151侧的微小锥度201的楔效应，机油106围绕活塞140的周向形成的台肩190流动，从而改进活塞140的润滑性能且同时改进了密封性能。另一方面，当活塞140从上止点向下止点移动时，通过在裙面152侧的微小锥度202的楔效应，机油106进入微小锥度202从而形成油膜，因而改进了润滑性能和密封性能。也就是说，微小锥度201和202的存在抑制了制冷剂的渗漏并降低了滑动损失。此外，可获得高效率。

另外，在电动机单元在多个工作频率下进行变频器驱动的情况下，在低速运行时活塞140的往复运动速度减慢，其中所述多个工作频率包括不高于电源频率的工作频率。另外，因为散布到壳体101中的机油106的量减少，所以从活塞的外圆周表面150和气缸131之间的间隙渗漏的制冷剂可能会增加。另一方面，在本示例性实施例的封闭式压缩机中，因为机油106可积聚在截槽153中且活塞140在垂直方向上的倾斜可得以抑制，所以在低速运行时仍可保持高效率。

在本示例性实施例的封闭式压缩机中使用的制冷剂R600a的密度小于在冰箱中常规使用的制冷剂R134a(1，1，1，2-四氟乙烷)的密度。所以，当使用制冷剂R600a要获得与使用制冷剂R134a的封闭式压缩机相同的制冷能力时，气缸容量增加且活塞140的外径可能增大。必然地，制冷剂的流通面积增加，且从气缸131渗漏进壳体101内的制冷剂的量可能会增加。然而，在本示例性实施例的封闭式压缩机中，因为活塞140相对于气缸131的倾斜得以抑制，所以可提高效率。

这里注意，曲轴110可设置有副轴，其设置在与主轴111相同的轴线上且与主轴相对，并且偏心轴112设置于该副轴和主轴之间，同时，可设置支撑副轴的副轴承。使用该结构，由于曲轴110在两端都得到支撑且将偏心轴112夹在其中，使得有效地抑制了活塞140在相对于气缸131的垂直方向上的倾斜。因此，由于活塞140的运行状态变得稳定，可减少滑动损失且可抑制噪音的增加，所以可实现具有高效率和低噪音性能的封闭式压缩机。

工业实用性

如上所述，因为根据本发明的封闭式压缩机产生了高生产率，并可提高效率和可靠性，所以其可广泛适用于如空调机、自动贩卖机等的封闭式压缩机的应用。

Claims

1.一种封闭式压缩机，其包括容纳有机油和用于压缩制冷剂气体的压缩机构的壳体，

所述压缩机构包括：

曲轴，其设置在垂直方向上并具有主轴和偏心轴；

形成气缸的块体；

活塞，其在所述气缸中沿气缸轴的方向往复运动；

设置在所述活塞上活塞销，其中心轴与所述偏心轴平行；

连杆，其将所述偏心轴与所述活塞销连接；和

供油结构，其用于向所述活塞的外圆周表面提供所述机油；

其特征在于：所述活塞在除滑动面以外的所述外圆周表面上设置有沿着所述活塞的轴向延伸的截槽，其中所述滑动面位于从所述活塞的轴向观察的所述活塞销的平行方向和垂直方向上；并且所述截槽与所述活塞的气缸侧的顶面分离且至少在活塞位于下止点时与所述壳体内的空间连通。

2.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述截槽的面积不小于所述活塞的所述外圆周表面面积的一半。

3.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述截槽的边缘与所述活塞的所述外圆周表面所构成的角度为锐角。

4.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述截槽连续地形成到裙面。

5.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述活塞以距所述顶面预定的宽度设置有周向形成的台肩，且所述周向形成的台肩设置有环形槽。

6.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述活塞在所述顶面与所述外圆周表面之间的边界和裙面与所述外圆周表面之间的边界中的至少一个边界上形成有锥度。

7.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其还包括转动所述曲轴的电动机单元，所述电动机单元在多个工作频率下进行变频器驱动，其中所述多个工作频率包括至少为电源频率或更低频率的工作频率。

8.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中所述制冷剂气体是R600a。

9.一种封闭式压缩机，其包括容纳有机油和用于压缩制冷剂气体的压缩机构的壳体，

所述压缩机构包括：

曲轴，其设置在垂直方向上并具有主轴和偏心轴；

气缸；

圆筒形活塞，其在所述气缸中沿气缸轴的方向往复运动；和

连接部，其用于将所述活塞与所述偏心轴连接；

所述活塞包括：

位于所述连接部侧的裙面；

位于所述气缸侧的顶面；和

平行于所述气缸的外圆周表面；

其特征在于：所述外圆周表面包括台肩和截槽，所述台肩与所述活塞的所述外圆周表面位于同一表面，所述截槽相对于所述外圆周表面凹进；

所述台肩包括：

周向形成的台肩，其从所述顶面向所述裙面以预定的宽度围绕所述活塞而形成；和

轴向形成的台肩，其在外圆周表面上相对于以所述气缸轴为中心的0°、90°、180°和270°处以预定的宽度形成，且从所述周向形成的台肩到所述裙面连续地形成。

10.如权利要求9所述的封闭式压缩机，其中所述截槽连续地形成到所述裙面。

11.如权利要求9所述的封闭式压缩机，其中所述截槽未到达所述裙面，且至少当所述活塞位于下止点时，所述截槽与所述壳体内的空间连通。