CN105485003A - 涡旋式流体设备 - Google Patents

Abstract

一种涡旋式流体设备(1)，该涡旋式流体设备(1)的自转阻止机构(36)包括：自转阻止销(38)，该自转阻止销(38)从直立设有动涡盘(16)的涡卷壁(16b)的基板(16a)和与基板(16a)相对定位的外壳(4)的台座部(4a)中的任意一方直立设置；以及限制环(40)，该限制环(40)压入收容孔(42)内并与自转阻止销(38)游隙配合，其中，所述收容孔(42)穿透设置在基板(16a)和台座部(4a)中的另一个上，在收容孔(42)的开口部(42a)内确保有避让空间(44)，当自转阻止销(38)的突出部(38a)在限制环(40)的内周面(40a)上滑动时，该避让空间(44)容许伴随限制环(40)的弹性变形产生的扩大。

Description

涡旋式流体设备

技术领域

本发明涉及一种涡旋式流体设备，特别是涉及一种在车辆用空调装置的制冷回路中使用的涡旋式流体设备。

背景技术

已知一种具有自转阻止机构的涡旋式流体设备，该自转阻止机构能够在不妨碍动涡盘相对于固定于外壳的定涡盘的公转回旋运动的情况下，阻止上述动涡盘的自转。

此外，在自转阻止机构中，已知一种所谓销环式的自转阻止机构，该销环式的自转阻止机构具有多组自转阻止销(以下也仅称为销)和限制环(以下也仅称为环)。

销例如具有从外壳的台座部直立设置并向动涡盘的基板侧突出的突出部，该外壳的台座部与直立设置有动涡盘的涡卷壁的基板相对地定位。此外，将环例如压入限制孔内，该限制孔穿透设置在动涡盘的所述基板的背面上。销的突出部与环游隙配合，利用动涡盘相对于定涡盘的公转回旋运动，上述销的突出部在环的内周面上滑动。

另外，公开了一种流体设备，在该流体设备中，通过将销的突出部设为锥形，从而即使在销和环的位置关系发生变化时，也能够正确地维持销和环的面接触，降低销相对于环的接触面压，抑制销的磨损(参照日本专利授权第4884904号公报)。

此外，公开了一种涡旋压缩机，在该涡旋压缩机中，通过在环和收容孔之间夹装弹性构件，从而抑制销的突出部在环的内周面上滑动时的冲击力，进而抑制由此引起的噪声(参照日本专利特开2008-208715号公报)。

由于动涡盘的旋转速度变快，使得动涡盘的旋转载荷(动涡盘对定涡盘的推压力)增大，因此，销的轴线有时与环的高度方向出现交叉，而导致销倾斜。

在上述现有的流体设备中，由于通过将销的突出部设为锥形，从而使倾斜的销的突出部与环的内周面的接触面积增大，进而能够降低销与环的接触面压力，因此，能够抑制销的磨损。

但是，当动涡盘的旋转速度变慢，动涡盘的旋转载荷变小，销的轴线与环的高度方向平行的情况下，通过将销的突出部的前端形成为锥形，反而会使销与环的内周面的接触面积变小，进而使销与环的接触面压力增大。因此，在以低负荷长期使用流体设备时，可能会促进销的磨损。

另一方面，在上述现有的涡旋压缩机中，如果将弹性构件夹装在环与收容孔之间，则虽然在销的突出部在环的内周面上滑动时，能够吸收其冲击力，但环会沿径向局部挠曲而发生弹性变形，无法将从环的高度方向观察的环的形状保持为正圆。因此，可能反而会增大压缩机的噪声，也可能会局部地促进销的磨损。

此外，在使动涡盘的公转旋转速度变快，而使动涡盘的旋转载荷增大时，销的轴线与环的高度方向交叉，当销倾斜时，销的突出部的根部有时会与环的开口端的角发生端缘抵接(日文：ェッジ当たりする)。在上述现有的流体设备及涡旋压缩机中，并没有特别考虑因上述端缘抵接引起的销的磨损。

发明内容

本发明为解决上述问题而作，其目的在于提供一种涡旋式流体设备，无论该涡旋式流体设备的运转状况如何，均能够同时提高其耐久性和静音性。

为了实现上述目的，本发明的涡旋式流体设备包括自转阻止机构，该自转阻止机构在不妨碍动涡盘相对于固定在外壳上的定涡盘的公转回旋运动的情况下，阻止动涡盘的自转，自转阻止机构包括：自转阻止销，该自转阻止销从直立设有动涡盘的涡卷壁的基板和与基板相对定位的外壳的台座部中的任意一方直立设置；以及限制环，该限制环压入收容孔内并与自转阻止销游隙配合，其中，所述收容孔穿透设置在基板和台座部中的另一方上，在收容孔的开口部内确保有避让空间，当自转阻止销的突出部在限制环的内周面上滑动时，所述避让空间容许伴随限制环的弹性变形产生的扩大。

较为理想的是，通过使收容孔的开口部的内周面在其全周范围内扩径，来形成避让空间。

较为理想的是，收容孔的内周面包括：压入面部，该压入面部供限制环压入固定；锥面部，该锥面部从压入面部朝向开口部的开口端延伸，并朝向使收容孔直径扩大的方向倾斜；以及沉孔面部，该沉孔面部从锥面部朝向开口端延伸，并与锥面部的最大扩径部直径相同，避让空间形成在环的外周面与锥面部及沉孔面部之间。

较为理想的是，避让空间的环的高度方向上的避让空间长度最大为沿环的高度方向上的环全长的20％。

根据上述涡旋式流体设备，无论涡旋式流体设备的运转状况如何，均能够提高其耐久性和静音性。

附图说明

图1是本发明一实施方式的涡旋压缩机的纵剖视图，

图2是从图1的A-A方向观察图1的自转阻止机构的俯视图。

图3是从图2的B-B方向观察图2的一组环和收容孔的放大剖视图。

图4是放大表示图3的避让空间的放大剖视图。

图5是表示图1的销的根部与环的开口部的角短暂发生端缘抵接的状态的剖视图。

图6是表示图5的倾斜的销被进一步向环推压而使环发生扩大变形的状态的剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明一实施方式进行说明。

图1是本发明一实施方式的涡旋压缩机的纵剖视图。上述压缩机1组装在例如装载于未图示的车辆上的车辆用空调装置的制冷回路中。制冷回路包括压缩机1的工作流体即制冷剂的制冷剂循环路径，压缩机1从制冷剂循环路径的返回路径(日文：回路)吸入制冷剂，并将该制冷剂压缩后朝向制冷剂循环路径的出发路径排出。

如图1所示，压缩机1包括后外壳2和前外壳(外壳)4。在后外壳2和前外壳4之间设置有涡旋单元6。驱动轴8在前外壳4内延伸，上述驱动轴8通过轴承而被能自由旋转地支承在前外壳4上。此外，在前外壳4上朝向其内部突出设置有台座部4a。

在驱动轴8的从前外壳4伸出的突出端上，安装有内置了电磁离合器10的驱动滑轮12。驱动滑轮12通过轴承被能自由旋转地支承在前外壳4上。能通过未图示的驱动带将车辆发动机的动力传递至驱动滑轮12，并能通过电磁离合器10将驱动滑轮12的旋转传递至驱动轴8。因此，如果在发动机的驱动中使电磁离合器10进行导通动作，则驱动轴8与驱动滑轮12一体地旋转。

涡旋单元6具有定涡盘14和动涡盘16。动涡盘16被组装成与定涡盘14啮合。定涡盘14位于后外壳2与前外壳4之间，并利用沿驱动轴8的轴线方向延伸的未图示的多个固定螺栓，由后外壳2和前外壳4夹持上述定涡盘14。

动涡盘16包括基板16a，在该基板16a上朝向定涡盘14直立设置有涡卷壁16b。动涡盘16的基板16a的背面16c定位成与前外壳的台座部4a相对。

在定涡盘14的基板14a上，也朝向动涡盘16的基板16a直立设置有涡卷壁14b。此外，通过使定涡盘14和动涡盘16各自的涡卷壁14b、16b相对并啮合，从而形成压缩机1工作流体即制冷剂的压缩室18，该压缩室18的容积伴随着动涡盘16相对于定涡盘14的公转回旋运动而增减。

定涡盘14的涡卷壁14b的外周部与前外壳4的端壁4b抵接，动涡盘16的基板16a位于前外壳4内。在前外壳4的端壁4b和基板16a之间确保制冷剂的吸入室20。所述制冷剂循环路径的返回路径与吸入室20连通。

定涡盘14的基板14a与后外壳2的端壁2a抵接。在后外壳2内形成有与基板14a划分开的制冷剂的排出室22，所述制冷剂循环路径的出发路径与排出室22连通。此外，排出室22通过穿透设置于定涡盘14的基板14a上的排出孔24而与压缩室18连通。在排出室22内配置有将排出孔24开闭的排出阀26，排出阀26通过止动板28来限制其开度。

在动涡盘16的基板16a的背面16c上突出设置有凸点30，凸点30通过轴承被能自由旋转地插入衬套32内。在衬套32内偏心支承有驱动轴8的偏心轴部8a，利用驱动轴8的旋转，对动涡盘16施加公转回旋运动。此外，在动涡盘16的基板16a的背面16c与前外壳4的台座部4a之间设置有环形板状的推力板34。在动涡盘16发生公转回旋运动时，动涡盘16的基板16a的背面16c在推力板34上滑动。

此外，在动涡盘16的基板16a的背面16c与前外壳4的台座部4a之间配置有自转阻止机构36。自转阻止机构36在不妨碍动涡盘16相对于定涡盘14的公转回旋运动的情况下，阻止动涡盘16的自转。

根据所述压缩机1，伴随驱动轴8的旋转，动涡盘16一边使背面16c在推力板34上滑动，一边以不发生自转的方式进行公转回旋运动。由此，从制冷剂循环路径的返回路径被吸入到吸入室20的制冷剂形成压缩室18，压缩室18内的制冷剂在一边向涡旋单元6的中心移动一边被压缩后，经由排出孔24朝排出室22排出，并从排出室22向制冷剂循环路径的出发路径送出。

图2是从图1的A-A方向观察自转阻止机构36的俯视图。如图2所示，自转阻止机构36是具有四组自转阻止销38和限制环40的销环式的机构。销38被压入固定在前外壳4的台座部4a内，并具有向动涡盘16的基板16a一侧突出的突出部38a。此外，环40被压入固定在穿透设置于动涡盘16的基板16a的背面16c上的收容孔42内。

销38和环40两者均由SUJ2(高碳铬轴承钢)等高硬度材料形成。销38的突出部38a在其径向上与环40游隙配合，伴随着动涡盘16相对于定涡盘14的公转回旋运动，上述销38的突出部38a在环40的内周面40a上滑动。

图3是从图2的B-B方向观察图2所示的一组环40和收容孔42的放大剖视图。如图3所示，在收容孔42的开口部42a内确保有避让空间44。避让空间44与环40的外周面40b的一部分不接触，当销38的突出部38a在环40的内周面40a上滑动时，允许伴随环40的弹性变形而扩大。

通过使收容孔42的开口部42a的内周面42b在其全周范围内扩径，来形成避让空间44。

图4放大表示图3所示的形成在动涡盘16的基板16a的外周面16d一侧的避让空间44。如图4所示，收容孔42的内周面42b包括压入面部46、锥面部48和沉孔面部50。

压入面部46是供环40压入固定的环状面。锥面部48是从压入面部46朝向收容孔42的开口部42a的开口端42c延伸并朝使收容孔42扩径的方向倾斜的环状面。沉孔面部50是从锥面部48朝向收容孔42的开口部42a的开口端42c延伸并与锥面部48的最大扩径部48a的直径相同的环状面。

即，避让空间44在收容孔42内呈环状区域，该环状区域形成在环40的外周面40b与收容孔42的内周面42b的锥面部48及沉孔面部50之间。

通过在收容孔42的内周面42b形成锥面部48，从而能够容易地进行使用夹具将环40压入收容孔42时的压入作业。另一方面，通过在收容孔42的内周面42b上形成沉孔面部50，能够促进动涡盘16的基板16a的小径化，进而能够促进压缩机1和涡旋单元6的小型化。

具体地说，如图3所示，因动涡盘16的小径化，必须将收容孔42形成在动涡盘16的基板16a的外周面16d附近。因而，通过将避让空间44的面向开口端42c的部位设置成沉孔面部50，从而能够在外周面16d附近确保动涡盘16的基板16a的背面16c。因此，不仅能够实现动涡盘16的小径化，而且能够在实现抑制动涡盘相对于定涡盘的倾斜的动涡盘的顺畅的公转回旋的同时，形成避让空间44。

如图4所示，在形成避让空间44时，收容孔42的各尺寸规定如下，在环40的高度方向Y上的环40的全长：环全长L1；避让空间44在高度方向Y上的长度：避让空间长度L2；在高度方向Y上的环40的压入长度：环压入长度L3；在收容孔42中用于加工锥面部48和沉孔面部50的高度方向Y上的深度：收容孔加工深度D1；从收容孔42的开口端42c到销38的高度方向Y的深度：环压入深度D2；锥面部48的最大扩径部48a(或沉孔面部50)与销38的在环40的径向X上的间隙：避让间隙G1。

另一方面，环40形成为具有限定避让空间长度L2的扩大容许部52和限定环压入长度L3的压入部54。

以下，示出图4中限定的几个尺寸的数值的一个例子。

·环全长L1：5mm

·避让空间长度L2：1mm

·避让间隙G1：0.1mm

从这些数据可以看出，经过发明人进行实验后发现，较为理想的是，使避让空间长度L2相对于环长L1的比率最大为20％。如果该比率超过20％，则由于环压入长度L3不足，无法将环40牢固地支承在收容孔42内，因此，伴随着压缩机1的动作，环40有可能发生从收容孔42脱落等情况。

此外，可以发现，较为理想的是，将避让间隙G1设定为0.1mm左右。此外，可以发现，较为理想的是，将环压入深度D2设定成比以往更浅(小)。以下，参照图5和图6，对上述避让间隙G1和环压入深度D2的优选范围的理由进行详细说明。

图5表示销38的突出部38a的位于推力板34附近的根部38b与环40的开口部40c的角短暂发生端缘抵接的状态。在这种状态下，环40的压入部54维持向收容孔42的压入面部46的压入。

在图5中，限定了基于动涡盘16的旋转载荷(动涡盘16对定涡盘14的推压力)产生的力F作用于销38的作用点P1，以及被压入固定在前外壳4的台座部4a上的销38从台座部4a露出的销38的支承点P2。作用点P1是基部38b与环40的开口部40c的角发生端缘抵接的部位，支承点P1和作用点P2隔着距离Dm而分开。

根据推力板34的厚度T和环压入深度D2等来确定距离Dm。根据压缩机1所要求的运转状况，在动涡盘16的公转回旋速度变快，而使动涡盘16的转动负荷增大时，作用于作用点P1的力F增大，进而力F和距离Dm相乘后的作用于销38的力的力矩M也增大。因力矩M的增大，使得销38的突出部38a发生弹性变形，销38的突出部38a的轴线Lp与环40的高度方向Y发生交叉，使得销38相对于高度方向Y以倾斜角α倾斜。

这样，环压入深度D2对距离Dm、力矩M、倾斜角α，进而是后述的环40的扩大角β带来影响。因此，如上所述，通过将环压入深度D2设定为比以往浅，从而与以往相比能够使距离Dm、进而使力矩M减小，并且能够使销38与高度方向Y间的倾斜角α减小，因此，能够适当地控制环40的扩大角β。

图6表示倾斜后的销38从图5的状态进一步向环40推压，而使环40发生扩大变形的状态。如果从销38与环40间短暂的端缘抵接状态开始，使销38以克服环40的刚性的力被推压至环40，则通过在收容孔42内确保避让空间44，来使环40的扩大容许部52相对于环40的高度方向Y具有扩大角β，而朝环40的扩大的方向发生弹性变形。

即使在环40发生弹性变形时，也能够维持环40的压入部54压入至收容孔42的压入面部46。此外，由于图5所示的销38的倾斜角α与扩大角β相等，因此，倾斜后的销38的突出部38a的外周面38c在扩大容许部52中的环40的内周面40a的高度方向Y的整个区域内滑动。

根据假定的动涡盘16的旋转载荷、销38及环40的弹性系数等，预先将环40的扩大角β设定成即便扩大角β成为最大，扩大容许部52也不与沉孔面部50接触，不会限制环40的扩大变形这样的规定范围。由此，基于发明者对能够确保环40的扩大变形后的避让空间44的扩大角β进行研究后的结果，可以得出如上所述，较为理想的是将环40的扩大变形前的避让间隙G1设定为0.1mm左右。

如上所述，在本实施方式中，在收容孔42的开口部42a内，确保有当销38的突出部38a在环40的内周面40a上滑动时容许伴随环40的弹性变形产生的扩大的避让空间44。由此，无论压缩机1的运转状况如何，均能够同时提高压缩机1的耐久性和静音性。根据发明者进行的耐久试验，与以往相比，实际的销的磨损量降低50％～60％。

具体地说，当动涡盘16的旋转载荷比较小时，销38的突出部38a的轴线Lp与环40的高度方向Y平行，销38不倾斜。因此，即使销38的突出部38a在环40的内周面40a上滑动，环40也利用自身的刚性维持其形状，而不发生弹性变形。因而，由于能确保销38与环40的接触面积，因此，能够降低销38与环40的接触面压，进而能够抑制销38的磨损和噪声。

另一方面，当动涡盘16的旋转载荷比较大时，销38的突出部38a的轴线Lp与环40的高度方向Y交叉，销38发生倾斜。但是，由于动涡盘16的旋转载荷较大，因此，如果销38的突出部38a在环40的内周面40a上滑动，则销38以克服环40的刚性的力而被朝环40按压。

因而，环40跟随销38的倾斜，而朝环40扩大的方向发生弹性变形。因此，即使在销38倾斜的情况下，也能够抑制销38与环40发生端缘抵接，并且能够确保销38与环40的接触面积，从而能够降低销38与环40的接触面压，进而能够抑制销38的磨损和噪声。

此外，通过使收容孔42的开口部42a的内周面42b在其全周范围内扩径，来形成避让空间44。由此，由于能够通过简单的加工形成收容孔42中的避让空间44，因此，能够有助于提高压缩机1的生产率。而且，无论压缩机1的运转状况如何，均能够将从高度方向Y观察时的环40保持为正圆。因而，与在收容孔42内局部地形成避让空间44时相比，能够进一步有效地同时提高压缩机1的耐久性和静音性。

此外，由于通过在收容孔42的内周面42b上形成锥面部48，从而能够容易地进行使用夹具将环40压入收容孔42时的压入作业，因此，能够提高压缩机1的生产率。

此外，通过在收容孔42的内周面42b上形成沉孔面部50，从而在形成收容孔42时，能够在确保动涡盘16的基板16a的背面16c在动涡盘16的外周面16d附近的同时，能够实现动涡盘16的小径化。因而，能够抑制动涡盘16相对于定涡盘14的倾斜，能在实现动涡盘16的顺畅的公转回旋的同时，能够促进压缩机1的小型化。

此外，在环40的高度方向Y上的避让空间44长度、即避让空间长度L2被限定成最大为环40的高度方向Y上的环40全长、即环全长L1的20％。由此，即使环40向扩大的方向发生弹性变形，也能够可靠地维持环40压入收容孔42的压入面部46。因而，能够排除环40未牢固地支承在收容孔42内，伴随压缩机151的动作而使环40从收容孔42脱落等的危险，从而能够提高压缩机1的可靠性。

本发明并不限于上述实施方式，可以进行各种变形。

例如，也可以从动涡盘16的基板16a直立设置销38，并且将收容孔42设置在前外壳4的台座部4a上。

此外，构成自转阻止机构36的销38和环40并不限于四组。

此外，在本实施方式中，通过使收容孔42的开口部42a中的内周面42b在其全周范围内扩径，来形成避让空间44。但是，也可以仅在销38倾斜且在收容孔42的内周面42b上滑动的部位处，局部地形成避让空间44。在这种情况下，虽然不能将收容孔42和环40的形状维持为正圆，但是至少与以往相比，能提高压缩机1的耐久性和静音性。

此外，如果能够确保动涡盘16的基板16a的背面16c在动涡盘16的外周面16d附近，则也可以省略沉孔面部50，仅由面向开口端42c的锥面部48形成退避空间44。即使在这种情况下，至少与以往相比，能提高压缩机1的耐久性和静音性。

此外，在上述实施方式中，对组装在车辆用空调装置内的发动机驱动的涡旋压缩机1进行了说明。但是，本发明能够应用于电动机驱动的涡旋压缩机、使用各种工作流体的各领域的压缩机或膨胀机等全部涡旋式流体设备。

Claims (4)

1.一种涡旋式流体设备(1)，包括自转阻止机构(36)，所述自转阻止机构(36)在不妨碍动涡盘(16)相对于固定在外壳(4)上的定涡盘(14)的公转回旋运动的情况下，阻止所述动涡盘(16)的自转，其特征在于，

所述自转阻止机构(36)包括：

自转阻止销(38)，所述自转阻止销(38)从直立设有所述动涡盘(16)的涡卷壁(16b)的基板(16a)和与所述基板(16a)相对定位的所述外壳(4)的台座部(4a)中的任意一方直立设置；以及

限制环(40)，所述限制环(40)压入收容孔(42)内并与所述自转阻止销(38)游隙配合，其中，所述收容孔(42)穿透设置在所述基板(16a)和所述台座部(4a)中的另一个上，

在所述收容孔(42)的开口部(42a)确保有避让空间(44)，当所述自转阻止销(38)的突出部(38a)在所述限制环(40)的内周面(40a)上滑动时，所述避让空间(44)容许伴随所述限制环(40)的弹性变形产生的扩大。

2.根据权利要求1所述的涡旋式流体设备，其特征在于，

通过使所述收容孔(42)的所述开口部(42a)的内周面(42b)在其全周范围内扩径，来形成所述避让空间(44)。

3.根据权利要求2所述的涡旋式流体设备，其特征在于，

所述收容孔(42)的所述内周面(42b)包括：压入面部(46)，所述压入面部(46)供所述限制环(40)压入固定；锥面部(48)，所述锥面部(48)从所述压入面部(46)朝向所述开口部(42a)的开口端(42c)延伸，并朝向使所述收容孔(42)扩径的方向倾斜；以及沉孔面部(50)，所述沉孔面部(50)从所述锥面部(48)朝向所述开口端(42c)延伸，并与所述锥面部(48)的最大扩径部(48a)直径相同，

所述避让空间(44)形成在所述限制环(40)的外周面(40b)与所述锥面部(48)及所述沉孔面部(50)之间。

4.根据权利要求3所述的涡旋式流体设备，其特征在于，

所述避让空间(44)的所述限制环(40)的高度方向上的避让空间长度最大为所述限制环(40)的所述高度方向上的环全长的20％。