CN102213217A - 涡旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡旋压缩机。在低速驱动(低于35Hz)时将用驱动速度乘以卷体高度而得到的值控制在500～1000mmHz的范围之内。将该涡旋压缩机的卷体高度和驱动速度设置为最佳，从而防止涡旋压缩机以过低于或过高于预定驱动速度的速度运行。这样可以允许涡旋压缩机以与卷体高度相对应的最佳低速运行，因此压缩机与具有该压缩机的制冷循环装置可以具有增强的性能。

Description

涡旋压缩机
技术领域
本发明涉及一种涡旋压缩机(scroll compressor)，尤其涉及一种能够以低于35Hz的低速进行驱动的涡旋压缩机。
背景技术
涡旋压缩机表示这样一种压缩机，其通过改变由一对彼此面对的涡旋盘(scroll)形成的压缩室的容积来压缩制冷剂气体。这种涡旋压缩机与往复式压缩机或旋转式压缩机相比具有更高的效率和更低的噪声。此外，由于这种涡旋压缩机尺寸小且重量轻，从而被广泛应用于空调。
根据在密闭容器的内部空间填充的制冷剂的压力，涡旋压缩机大致可以分类成低压型和高压型。在低压型涡旋压缩机中，由于吸入管(suction pipe)与密闭容器的内部空间相连，所以制冷剂通过密闭容器的内部空间被间接吸入到压缩室。另一方面，在高压型涡旋压缩机中，由于吸入管与压缩单元的吸入侧直接相连，所以制冷剂在没有经过密闭容器的内部空间的情况下被直接吸入到压缩室中。
由于涡旋卷体(scroll wrap)的结构复杂，所以不容易在保持涡旋压缩机的高压缩效率的同时将多个卷体之间的摩擦损耗减到最小。为了提高涡旋压缩机的压缩效率，必须将多个卷体之间的间隙减到最小，以减少制冷剂沿半径方向的泄露。但是，在将多个卷体之间的间隙减到最小的情况下，可能会出现摩擦损耗从而降低了压缩效率。为了解决这一问题，已经提出了一种变径型(可变半径型)涡旋压缩机，其能够允许绕动涡旋盘(orbiting scroll)根据压缩室内的压力变化而向前移动。
在变径型涡旋压缩机中，沿径向进行滑动的滑套插入到绕动涡旋盘与旋转轴之间，从而使得所述多个卷体之间的间隙由于绕动涡旋盘在过压缩时向后移动而暂时增大。这样可以防止由于过压缩而降低压缩效率。
根据驱动马达的驱动方法，涡旋压缩机可以分类成恒速型(constant speed type)和变速型(inverter type)。恒速型指的是无论负荷如何变化都具有相同驱动速度的压缩机，而变速型指的是驱动速度根据负荷的变化而变化的压缩机。
与高速驱动模式相比，变径与变频型涡旋压缩机在低速驱动模式中具有较低的性能。原因在于供油量不足，以及由于绕动涡旋卷体(orbiting scroll wrap)与固定涡旋卷体(fixed scroll wrap)之间间隙的增大从而使得制冷剂由于离心力的不足而沿径向出现离心力的泄露。此外，原因还在于由于绕动涡旋盘的低浮动(floating)而在沿绕动涡旋卷体与固定涡旋盘的板之间，或者在绕动涡旋盘的板与固定涡旋盘的板之间的轴向出现间隙。
在涡旋压缩机中，一旦确定了参考圆的半径、参考角和卷体的渐开线的起始角与截止角，就可以设计涡旋盘的形状。并且，一旦确定压缩机的容量，就可以确定卷体的高度。为了改变压缩机的容量(即搏出量)，将控制卷体的高度，而不是改变涡旋盘的基本形状。
但是，常规的涡旋压缩机可能具有以下问题。
首先，当涡旋压缩机以低速运行时，如果卷体的高度低于或高于预定水平，则可能会使涡旋压缩机的性能下降。即，如果涡旋压缩机的卷体的高度非常低，则涡旋压缩机可以具有稳定的运转状态。但是，在这种情况下，涡旋压缩机的压缩量会减少。因此，为了实现与具有相对较高的卷体的涡旋压缩机的冷却容量相同的冷却容量，必须增大涡旋压缩机的驱动速度。对于相同的输入，这样可能会使涡旋压缩机的性能下降。另一方面，当涡旋压缩机的卷体的高度高于预定水平(如40mm)时，则即使以低速运行涡旋压缩机它会具有大的离心力。因此，绕动涡旋盘的轨道半径增大，摩擦损耗也增大，从而使涡旋压缩机的性能下降。
一旦将已经完全制造好的涡旋压缩机应用于诸如空调的制冷循环时，就无法改变涡旋压缩机的卷体的高度。因此，为了改变变径与变频型涡旋压缩机的容量，必须改变驱动马达的驱动速度。但是，如果在以低速(如低于35Hz的速度)驱动该驱动马达的状态下将卷体的高度变为高于或低于预定水平时，则涡旋压缩机可能具有下降的性能。因此，必须将以涡旋压缩机的卷体高度(wrap height，缩写为WH)为依据的驱动马达的驱动速度保持在适当的范围之内。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种涡旋压缩机，通过使以低于35Hz的低速运行的涡旋压缩机的卷体高度标准化，该涡旋压缩机能够具有增强的性能。
本发明的另一个目的是提供一种涡旋压缩机，根据应用于制冷循环装置的涡旋压缩机的卷体高度，该涡旋压缩机能够控制驱动马达保持在最佳的驱动速度。
为了实现这些及其他优点且根据本发明的目的，如此处所表现且广义描述的，提供一种涡旋压缩机，其特征在于形成多个卷体以使得多个涡旋盘相互啮合；连续移动的压缩室，形成为进行绕动运动的多个涡旋盘中的一个；并且进行绕动运动的涡旋盘的绕动速度是可变的，该涡旋压缩机包括：控制单元，当涡旋盘以低于35Hz的速度进行绕动运动时，该控制单元配置为将用驱动速度(V)乘以涡旋盘的卷体高度(H)而得到的值控制在500～1000mmHz的范围之内。
根据本发明的另一方案，提供一种涡旋压缩机，包括：密闭容器；驱动马达，安装在所述密闭容器的内部空间，具有可变速度，并且设置有旋转轴；固定涡旋盘，在所述驱动马达的一侧固定地联接到所述密闭容器的内周表面，并且在该固定涡旋盘的一个侧表面具有预定高度的卷体；绕动涡旋盘，在其一个侧表面具有预定高度的卷体以与所述固定涡旋盘的卷体啮合，与所述驱动马达的所述旋转轴偏心地联接，并且在相对于所述固定涡旋盘进行绕动运动的同时形成在所述多个卷体之间连续地移动的压缩室；以及滑动构件，配置为改变所述绕动涡旋盘的绕动半径，其中，当所述驱动马达的驱动速度低于35Hz时，所述固定涡旋盘与所述绕动涡旋盘具有最适于在500～1000mmHz范围之内用所述驱动马达的驱动速度(V)乘以卷体高度(H)而得到的值(HxV)的所述卷体高度(H)。
结合随附的附图，根据对本发明的下述详细描述，本发明的前述及其它目的、特征、方案与优点将变得更加明显。
附图说明
所包含的用于提供对本发明的进一步理解并且合并到说明书中且组成该说明书一部分的附图，示出本发明的实施例并且与说明书一起用于说明本发明的原理。
在附图中：
图1是根据本发明的变径型涡旋压缩机的纵向剖视图；
图2和图3是示出图1的涡旋压缩机沿径向的密封状态和泄露状态的示意图；
图4是示出根据卷体高度的涡旋压缩机的性能变化的曲线图；
图5是示出设定为22mm的卷体高度与驱动速度之间的相互关系的曲线图；
图6是示出以用驱动速度乘以卷体高度得到的每个值为依据的关于涡旋压缩机的性能的实验结果的表格。
图7是根据本发明的控制单元的框图。
具体实施方式
现在将参照附图详细地给出对本发明的描述。
为了参照附图进行简要描述，将对相同或等同的部件提供相同的附图标记，并且不再重复进行描述。
在下文中，将更详细地参照附图来更详细地解释根据本发明的涡旋压缩机。
图1是根据本发明的变径型涡旋压缩机的纵向剖视图，而图2和图3是示出图1的涡旋压缩机沿径向的密封状态和泄露状态的示意图。
如图1至图3所示，根据本发明的涡旋压缩机包括：密闭容器10；主框架20和子框架30，安装在密闭容器10中；驱动马达40，用作电力传输装置且安装在主框架20与子框架30之间；以及压缩装置，由固定涡旋盘50与绕动涡旋盘60组成且配置为通过与主框架20上方的驱动马达40联接来压缩制冷剂。
驱动马达40包括：定子41，其上缠绕线圈；转子42，可旋转地插入到定子41中；以及旋转轴43，强制地插入到转子42的中心并且将旋转力传输到压缩装置。旋转轴43设置有从其上端偏心地(eccentrically)凸出的驱动销44。
驱动销44在平面投影时形成为呈矩形圆状，并且具有形成为平表面从而可滑动地接触稍后将说明的滑套63的滑动表面63b的两个侧表面44a。驱动销44的前后表面44b(即供滑套63在此进行滑动的驱动销44的两个表面)形成为曲面。驱动销44的前后表面44b可以形成为平面。但是，当与两个侧表面44a连接的边缘形成角时，在滑套63的滑动凹陷处63a可能出现磨损。因此，优选地，在驱动销44的前后表面形成为曲面或平面的情况下，弯曲地形成边缘。
压缩部包括：固定涡旋盘50，固定到主框架20的上表面；绕动涡旋盘60，置于主框架20的上表面上，从而与固定涡旋盘50啮合；以及奥尔德姆环(Oldham ring)70，置于绕动涡旋盘60与主框架20之间且配置为防止绕动涡旋盘60旋转。
固定涡旋盘50设置有固定卷体51，该固定卷体51以盘旋状缠绕且与稍后要说明的绕动卷体61一起形成压缩室(P)。并且，绕动涡旋盘60设置有绕动卷体61，该绕动卷体61以盘旋状缠绕且通过与固定卷体51啮合而形成压缩室(P)。配置为通过与旋转轴43联接来接收旋转力的轮毂部62从绕动涡旋盘60的底面(即，与绕动卷体61相对的侧表面)凸出。
沿径向可滑动地联接到旋转轴43的驱动销44的滑套63沿径向可滑动地联接到绕动涡旋盘60的轮毂部62。滑套63的外径形成为与绕动涡旋盘60的轮毂部62的内径几乎相同。并且，滑动凹陷处63a以矩形形状形成在滑套63的中心部，以使得旋转轴43的驱动销44沿径向可滑动。
滑动凹陷处63a形成为具有与驱动销44几乎相同的形状，并且还具有比驱动销44更长的长度。如同驱动销44的侧表面44a一样，滑动凹陷处63a的两个滑动表面63b形成为平面。另一方面，如同驱动销44的前后表面44b一样，滑动凹陷处63a的前后止挡表面(stopper surface)63c形成为曲面或平面。
没有说明的附图标记52表示入口、53表示出口、SP表示吸入管、DP表示排出管。
在下文中，将如下说明根据本发明的涡旋压缩机的运行及效果。
一旦随着将电力供应到驱动马达40而使旋转轴43旋转，偏心地联接到旋转轴43的绕动涡旋盘60就沿着预定轨道进行轨道运动。并且，在绕动涡旋盘60与固定涡旋盘50之间形成的压缩室(P)作为轨道运动的中心而连续地移动，从而具有减小的容积。因此，制冷剂被连续地吸入、压缩并且排出。
将参照图2更详细地说明该方案。
当初始驱动涡旋压缩机时，压缩室(P)的气体力低于绕动涡旋盘60的离心力。因此，绕动涡旋盘60具有被离心力向外移动的趋势。由于与绕动涡旋盘60联接的滑套63可滑动联接到旋转轴40的驱动销44，所以绕动涡旋盘60向离心力方向(即驱动销44的偏心方向)进行滑动。在这一过程中，绕动涡旋盘60的绕动卷体61与涡旋盘50的固定卷体51啮合，从而稳定地形成压缩室(P)，并且连续地向中心移动。
在驱动马达40进行高速驱动(如高于35Hz)的情况下，增大绕动涡旋盘60的离心力以增大绕动涡旋盘的轨道半径。这样可允许绕动卷体61更紧密地接触固定卷体51，因而将沿径向的制冷剂的泄露减到最小，从而增强了涡旋压缩机的性能。但是，当绕动涡旋盘60的离心力大于预定水平时，绕动卷体61与固定卷体51接触太紧。在这种情况下，如果供油不足，则可能增大摩擦损耗从而使涡旋压缩机的性能下降，或者可能会破坏卷体。
当由于绕动涡旋盘60的离心力的增大而使得绕动卷体61与固定卷体51接触太紧时，压缩室(P)的气体力会生成排斥力。由于排斥力，绕动涡旋盘60接收沿离心力方向的力。由于离心力，绕动涡旋盘60通过旋转轴43的滑套63和驱动销44移动到绕动卷体61与固定卷体51间隔开的方向。这样可能引起制冷剂沿径向的泄露，因而减少绕动卷体61与固定卷体51之间的摩擦损耗。
另一方面，在驱动马达40进行低速驱动(如低于35Hz)的情况下，减小绕动涡旋盘60的离心力以减小绕动涡旋盘60的轨道半径。这样可能会允许绕动卷体61与固定卷体51间隔开，因而引起制冷剂沿径向的泄露。因此，需要绕动涡旋盘60的绕动卷体在不会引起与固定涡旋盘50的摩擦损耗的范围之内具有最大高度。这样，即使驱动马达40进行低速驱动，也可以通过将绕动涡旋盘60的离心力保持为大于预定水平的值来防止制冷剂沿径向的泄露。
例如，在驱动马达的驱动速度(即绕动涡旋盘的旋转速度)低于35Hz的情况下，绕动涡旋盘优选具有大于约20mm(如20～40mm)的绕动卷体高度，即，所述绕动卷体高度最适于使驱动速度(V)乘以绕动卷体的高度(H)而得到的值(HxV)在500～1000mmHz范围之内。绕动卷体高度与固定卷体高度对称。因此，可以用绕动卷体高度表示卷体高度。
图4是示出根据卷体高度的涡旋压缩机的性能变化的曲线图。参照图4，当以低于35Hz的低速驱动涡旋压缩机时，该涡旋压缩机根据卷体高度的变化具有显著的性能变化。并且，当用驱动速度(V)乘以卷体高度(H)而得到的值(HxV)不在预定范围(500～1000mmHz)范围之内时，涡旋压缩机可能会具有下降的性能。图5是示出设定为22mm的卷体高度与驱动速度之间的相互关系的曲线图。参照图5，当用驱动速度(V)乘以绕动卷体的高度(H)而得到的值在500～1000mmHz的范围之内时，涡旋压缩机的性能在抛物线形状上具有很小的变化。但是，当值(HxV)小于500mmHz或大于1000mmHz时，涡旋压缩机的性能会急剧地下降。这样意味着必须设置最佳卷体高度与驱动速度以使得变频型涡旋压缩机在全部区域(约20～80Hz)的驱动速度都能够保持高性能。
图6是示出以用驱动速度乘以卷体高度得到的每个值为依据的关于涡旋压缩机的性能的实验结果的表格。参照图6，当以低速运行涡旋压缩机时，随着卷体高度增大至预定高度，涡旋压缩机具有提高的性能。但是，当卷体高度大于预定高度(图6中的40mm)时，涡旋压缩机在低速驱动模式中具有下降的性能(EER)。因此，当涡旋压缩机处于低速驱动模式(低于35Hz)时，优选地，将卷体高度设计为小于40mm的高度，即20～40mm范围之内的高度，以使得值(HxV)能够在500～1000mmHz范围之内。
对于性能增强的制冷循环装置，当将具有预设卷体高度的涡旋压缩机应用于该制冷循环装置时，控制该涡旋压缩机的驱动速度，以使得值(HxV)能够保持在500～1000mmHz范围之内。
更具体地，即使基于低于35Hz的驱动速度(V)将卷体高度(H)设计为在20～40mmHz范围之内，在变频型与变径型涡旋压缩机的情况下，也能够根据负荷的变化在各个驱动区域使驱动马达40运行。
例如，当将涡旋压缩机设计成卷体高度(H)为20mm并且将其应用于制冷循环装置时，优选地，将该制冷循环装置的涡旋压缩机控制为具有25～50Hz的驱动速度。另一方面，当将涡旋压缩机设计为卷体高度(H)为40mm并且将其应用于制冷循环装置时，优选地，将该制冷循环装置的涡旋压缩机控制为具有13～25Hz的驱动速度。但是，当涡旋压缩机以大于35Hz的高速运行时，卷体该涡旋压缩机或者应用该涡旋压缩机的该制冷循环装置的性能根据卷体高度的变化没有非常大的变化。因此，在大于35Hz的区域可能无法精确地控制驱动速度。
为了防止这种问题，涡旋压缩机可以还包括控制单元100，配置为相对于卷体高度来控制驱动速度。图7是根据本发明的控制单元的框图。参照图7，控制单元100获得通过将卷体高度用作常数且将驱动速度用作变量而计算出的值，并且控制驱动马达40的驱动速度，以使得计算值能够在500～1000mmHz的范围之内。
例如，控制单元100包括：输入单元110，配置为接收驱动马达40的驱动速度(V)，驱动速度(V)由速度传感器(未示出)感测；确定单元120，配置为检查用预设卷体高度(H)乘以由输入单元110输入的驱动马达40的驱动速度(V)而得到的计算值(HxV)是否在500～1000mmHz范围之内，并且配置为确定当前驱动速度是否为最佳；以及命令单元130，配置为基于确定单元120的确定结果来控制驱动马达40的驱动速度。
当用驱动速度(V)乘以卷体高度(H)而得到的计算值(HxV)低于500mmHz时，确定单元120和命令单元130确定驱动马达40的驱动速度低于最佳驱动速度，从而输出用于增大驱动马达40的驱动速度的命令。另一方面，当计算值(HxV)大于1000mmHz时，确定单元120和命令单元130确定驱动马达40的驱动速度高于最佳驱动速度，从而输出用于减小驱动马达40的驱动速度的命令。
在将具有预设卷体高度的涡旋压缩机应用于制冷循环装置的情况下，该制冷循环装置根据负荷变化而改变驱动马达的驱动速度。这里，控制单元计算与涡旋压缩机的卷体高度相对应的最佳驱动速度，因此防止涡旋压缩机以过低于或过高于最佳驱动速度的速度运行。这样可允许涡旋压缩机以与卷体高度相对应的最佳低速运行，因而卷体压缩机与具有该压缩机的制冷循环装置的性能会增强。
在本发明中，涡旋压缩机实现为低压型涡旋压缩机。但是，由于吸入管与压缩单元的吸入侧直接相连，其中制冷剂被直接吸入压缩室而不经过密闭容器的内部空间，所以涡旋压缩机还可以应用于高压型涡旋压缩机。
前述实施例与优点仅仅是示例性的而不应解释为对本公开内容的限制。本教导易于应用到其它类型的装置。该说明书旨在为例证性的而非限制权利要求的范围。多个替换例、修改例和变化例对于本领域技术人员而言将是非常明显的。可以各种方式组合此处描述的示例性实施例的特征、结构、方法和其它特性以得到附加的和/或替代的示例性实施例。
由于可以在不脱离现有特征的特性的情况下以多种形式来表现现有特征，因此除非另有说明，否则还应当理解上述实施例不受前述描述的任何细节限制，而应当在如随附的权利要求所限定的范围内对其进行广义解释，因此，落入权利要求书范围内的全部变化和修改，或者该范围内的等同替换也因此旨在被所附权利要求书包围。

Claims (8)

1.一种涡旋压缩机，包括：
密闭容器；
驱动马达，安装在所述密闭容器的内部空间，具有可变速度，并且设置有旋转轴；
固定涡旋盘，在所述驱动马达的一侧固定地联接到所述密闭容器的内周表面，并且在该固定涡旋盘的一个侧表面具有预定高度的卷体；
绕动涡旋盘，在其一个侧表面具有预定高度的卷体以与所述固定涡旋盘的卷体啮合，与所述驱动马达的所述旋转轴偏心地联接，并且在相对于所述固定涡旋盘进行绕动运动的同时形成在所述多个卷体之间连续地移动的压缩室；以及
滑动构件，配置为改变所述绕动涡旋盘的绕动半径，
其中，所述固定涡旋盘与所述绕动涡旋盘所具有的卷体高度(H)适宜于当所述驱动马达的驱动速度低于35Hz时，使得用所述驱动马达的驱动速度(V)乘以卷体高度(H)而得到的计算值(HxV)在500～1000mmHz范围之内。
2.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，所述滑动构件置于所述绕动涡旋盘与所述旋转轴之间，并且沿半径方向可滑动地联接到所述绕动涡旋盘与所述旋转轴中的至少一个。
3.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，所述卷体高度在20～40mm的范围之内。
4.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，所述驱动马达的驱动速度在10～80Hz范围之内是可变的。
5.如权利要求1所述的涡旋压缩机，还包括：
控制单元，配置为控制所述驱动马达的驱动速度，以使得用驱动速度(V)乘以所述卷体高度(H)而得到的所述计算值(HxV)保持在所述范围之内。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的涡旋压缩机，其中，所述控制单元包括：
输入单元，配置为接收所述驱动马达的驱动速度(V)；
确定单元，配置为检查用所预设的卷体高度(H)乘以所述驱动马达的驱动速度(V)而得到的所述计算值(HxV)是否在所述范围之内，并且配置为确定当前的驱动速度是否为最佳；以及
命令单元，配置为基于所述确定单元的确定结果来控制所述驱动马达的驱动速度。
7.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，所述密闭容器的内部空间被划分成吸入空间和排出空间，吸入管被连接到所述密闭容器的吸入空间，并且排出管连接到所述密闭容器的排出空间。
8.如权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，吸入管被直接连接到由所述固定涡旋盘与所述绕动涡旋盘形成的所述压缩室，并且排出管被连接到所述密闭容器的内部空间。
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