CN107448386B - 转子以及旋转式流体机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转子以及旋转式流体机。第一封闭构件(2)与第二封闭构件(3)封闭位于圆筒形构件(1)在两个轴向端部处的开口部。基部(411)被容纳在由圆筒形构件(1)、第一封闭构件(2)以及第二封闭构件(3)形成的空间中，并且该基部(411)绕在与圆筒形构件(1)的轴向方向相同的方向上的轴线旋转。树脂层(410)形成在基部(411)的推力面中。沟槽(C)包括树脂层(410)中的形成同心圆的多个环形沟槽或螺旋形沟槽，并且环形沟槽的环心或者螺旋形沟槽的螺旋中心不同于基部(411)的旋转中心。

Description

转子以及旋转式流体机
本申请是申请日为2015年2月19日、申请号为201580001392.6(国际申请号为PCT/JP2015/054668)、发明名称为“转子以及旋转式流体机”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及转子以及旋转式流体机。
背景技术
公知旋转式流体机，这些旋转式流体机通过使转子与叶片在封闭汽缸的两端而形成的空间内移动而抽吸以及排放流体。就这些旋转式流体机而言，存在防止转子咬死以及磨损的需求。作为用于解决此问题的技术，例如，专利文献1描述了一种具有变型了的表层的旋转式压缩机，通过利用硫氮共渗处理或硫化处理使汽缸的内周与转子的外周中的两者或一者变型而形成此变型了的表层。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP2004-278309A
发明内容
技术问题
借助专利文献1中描述的技术，不能容易地在转子的推力面上形成油膜，因此，存在这样的问题：压缩时的泄漏损失及动力消耗增加。
本发明提供这样一种技术，该技术便于在转子的推力面上形成油膜，从而能减少压缩时的泄漏损失及动力消耗。
解决问题的方案
本发明提供一种转子，该转子包括：基部，该基部被容纳在由圆筒形构件与封闭构件形成的空间中，所述封闭构件封闭所述圆筒形构件的在轴向方向上的两个端部中的每一端部处的开口部，所述基部绕在与所述轴向方向相同方向上的轴线旋转；形成在所述基部的推力面上的树脂层；以及所述树脂层上的形成同心圆的多个环形沟槽或螺旋形沟槽，所述环形沟槽的环心或者所述螺旋形沟槽的螺旋中心不同于所述基部的旋转中心。
所述环形沟槽的环心相对于所述基部的所述旋转中心的偏心量或者所述螺旋形沟槽的螺旋中心相对于所述基部的所述旋转中心的偏心量大于或等于沟槽间距。
本发明还提供一种旋转式流体机，该旋转式流体机包括：圆筒形构件；封闭构件，该封闭构件封闭所述圆筒形构件的在轴向方向上的两个端部中的每一端部处的开口部；以及上述转子。
本发明的效果
根据本发明，便于在转子的推力面上形成油膜，并因而能减少压缩时的泄漏损失及动力消耗。
附图说明
图1是示出根据一个实施方式的旋转式压缩机的局部剖面图。
图2是沿图1中所示的箭头II-II看时压缩机构6的剖面图。
图3是转子41的侧视图。
图4是转子41的平面图。
图5是沿图4中所示的箭头III-III看时沟槽C的剖面图。
图6是示出旋转式流体机的变型例的图。
图7是示出旋转式流体机的变型例的图。
图8是示出沟槽C的变型例的图。
附图标记列表
1 圆筒形构件
13 抽吸口
14 排放口
15 排放阀
2 第一封闭构件
3 第二封闭构件
4 操作部
40 驱动轴
41 转子
410 树脂层
411 基部
42 叶片(板形构件)
44 叶片沟槽
5 操作室(空间)
6 压缩机构
7 马达
80 润滑油
81 螺栓
9 旋转式压缩机
B 峰部
C 沟槽
具体实施方式
1.实施方式(旋转式压缩机的结构)
下文，在附图中将以xyz右手坐标系示出布置旋转式压缩机9的每种构造的空间，以便描述所述构造的布置。在附图中所示的坐标标记之中，内部是白色其中具有黑色圆圈的圆圈标记表示从纸张的远侧朝近侧延伸的箭头。内部是白色并且其中画有两条交叉线的圆圈标记表示从纸张的近侧朝远侧延伸的箭头。在空间中，平行于x轴线的方向将被称作是x轴方向。在x轴方向中，x分量增大的方向将被称作是+x方向，x分量减小的方向将被称作是-x方向。此外，就y分量与z分量而言，依照上述定义限定y轴方向、+y方向、-y方向、z轴方向、+z方向以及-z方向。
图1是示出根据本发明的一个实施方式的旋转式压缩机9的局部剖面图。旋转式压缩机9是根据本发明的旋转式流体机的实施例，并且用于压缩诸如例如汽车、家庭、铁路或商业用的空调机中的制冷气体之类的气体。旋转式压缩机9设置有：马达7，该马达被容纳于封闭的壳体8内的上部中并且用作驱动源；以及压缩机构6，该压缩机构布置在封闭的壳体8内的下部中并且被以上提到的马达7驱动以抽吸和排放制冷气体。
图2是沿图1中所示的箭头II-II看时压缩机构6的剖面图。压缩机构6是利用所谓的旋转式叶片系统(滑动叶片系统)的压缩机构。压缩机构6具有：圆筒形构件(下文称作圆筒形构件1)该圆筒形构件具有沿图1中的上下方向(z轴方向)的轴线；第一封闭构件2，该第一封闭构件封闭位于圆筒形构件1的下侧上的端面与开口部(下文称作第一开口部K1)；第二封闭构件3，该第二封闭构件封闭位于圆筒形构件1的上侧上的端面与开口部(下文称作第一开口部K2)；以及操作部4。圆筒形构件1是所谓的汽缸。操作室5通过利用第一封闭构件2与第二封闭构件3从该操作室的轴向方向(即，图1中从上到下)的两侧夹持圆筒形构件1并且借助多个螺栓81沿周向方向紧固圆筒形构件1的多个部分而形成在圆筒形构件1内。
操作部4具有驱动轴40、转子41、叶片42以及叶片沟槽44。尽管叶片42在图2中所示的实施例中设置于两个部分，但是叶片42可以设置在单个部分，或者叶片42可以设置在三个或更多个部分。穿过设置在第一封闭构件2和第二封闭构件3中的孔并且通向操作室5的外侧的驱动轴40穿透转子41的内周侧。驱动轴40连接至马达7，并且驱动轴40与转子41借助马达7的驱动力而沿D1方向旋转。润滑油80储存在封闭壳体8内的下部中，当转子41旋转时，润滑油80经由形成在驱动轴40的下端部内的油通道(未示出)供应至转子41的内周面与外周面。
驱动轴40与转子41绕同一轴线旋转，而驱动轴40的中心与圆筒形构件1的内周的中心不同。因此，在转子41与圆筒形构件1的内周面之间形成图2中所示的蹄形空间(操作室5)。转子41设置有容纳叶片42的叶片沟槽44，叶片42由于背压而从叶片沟槽44伸出并接收朝圆筒形构件1的内周面方向上的作用力。借助转子41的旋转，叶片42的末端在与圆筒形构件1的内周面接触的同时沿叶片沟槽44移动。因此，操作室5被叶片42分隔成多个单元，并且填充每个单元的流体从抽吸口13移动至排放口14。当每个叶片42靠近排放口14时，被叶片42分隔开的操作室5的内压增大。当内压超过排放压时，填充操作室5的内部的流体对抗排放阀1 5从排放口14排出。
图3是转子41的侧视图。转子41具有圆柱形基部411以及形成在基部411的表面(下文称作推力面)上的树脂层410，各表面与第一封闭构件2或第二封闭构件3相对。树脂层410作为粘合剂树脂包含例如聚酰胺酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、这些树脂的二异氰酸酯改性及BPDA改性、砜改性树脂、环氧树脂、聚醚醚酮树脂、酚醛树脂、聚酰胺以及弹体中的至少一者。树脂层410还作为固体润滑剂包含例如石墨、碳、二硫化钼、聚四氟乙烯、氮化硼、二硫化钨、氟树脂以及软金属(例如Sn或Bi)中的至少一者。基部411可以由铸铁制成，或者可以通过执行诸如烧结、锻造、切削、冲压以及焊接之类的多种处理而形成在诸如铝或不锈钢之类的任一材料上。基座411可以由陶瓷制成，或者可以由树脂制成。
图4是转子41的平面图。每个树脂层410上形成有形成同心圆的多个环形沟槽C。沟槽C的环心O2位于不同于转子41的旋转中心O1(驱动轴40的轴心)的位置。期望的是，沟槽C的中心O2相对于转子41的旋转中心O1的偏心量大于或等于沟槽C的单个间距(在以相等的间隔布置沟槽C的情况下)。
图5是沿图4中所示的箭头III-III看时沟槽C的剖面图。每个沟槽C的剖面具有类似U形或半圆的形状，位置越深其宽度越窄并且越接近底部变化越剧烈。通过使切割工具的刀刃沿每个树脂层410的表面移动而形成沟槽C。每个沟槽C的宽度w是在与沟槽C的延伸方向正交的剖面中沟槽C的宽度，并且是此剖面中沟槽C的两个端部的连线的长度。沟槽C的间隔p是两个相邻的沟槽C之间的间隔，并且是在与沟槽C的延伸方向正交的剖面中这些沟槽C的中心的连线的长度。间隔p是例如0.1至0.15mm。在此实施例中，每个沟槽C的宽度w与沟槽C的间隔p相同。
在此实施方式中，形成在树脂层410上的每个峰部B与第一封闭构件2或第二封闭构件3线接触。在此，因为沟槽C的中心O2位于不同于转子41的旋转中心O1的位置，所以沟槽C的每个点处的切线方向不同于转子41的旋转方向(除了位于穿过中心O2与旋转中心O1的线上的点)。因此，由于楔效应(也叫楔膜效应)，润滑油80被吸到峰部B与第一封闭构件2和第二封闭构件3之间的空间中，从而便于形成油膜。因此，根据本实施方式，与沟槽C的中心O2位于与转子41的旋转中心O1相同的位置的情况相比，树脂层410与第一封闭构件2和第二封闭构件3之间的接触部处的气密性和润滑性提高。
2.变型例
实施方式如以上描述的，但是此实施方式的内容可以变型如下。也可以结合下面的变型例。
2-1.应用实施例
上述实施方式论及汽车、家庭、铁路或商务用的用作应用旋转式压缩机9的设备的空调机。但是，旋转式压缩机9也可以应用至冷冻室、制冷设备等，并且还可以用在诸如水温调节、恒温浴器、恒湿浴器、涂装设备、粉料输送设备、食品加工设备以及空气分离器之类的多种设备中。尽管上述实施方式将旋转式压缩机9作为根据本发明的旋转式流体机的实施例，但是除此之外，处理气体的旋转式风机、处理液体的旋转泵等也能被看作是根据本发明的旋转式流体机。
2-2.变型例1
图6是示出旋转式流体机的变型例的图。操作部4a具有驱动轴40a、转子41以及叶片42a。驱动轴40a设置有具有圆柱形形状的偏心部(未示出)，该偏心部的中心是与驱动轴40a本身的轴线不同的轴线，并且此偏心部配合到转子41a(所谓的滚动活塞)的内周侧中。因此，当驱动轴40a旋转时，转子41a相应地沿圆筒形构件1a的内周面偏心地旋转。
叶片42a是具有板形形状的构件(板形构件)，该叶片从圆筒形构件1a的内周面延伸并且与转子41a的外周面接触。叶片42a由于弹簧43a而从圆筒形构件1a的内周面伸出并接受朝驱动轴40a方向的作用力，叶片42a的末端由于此作用力而按压转子41a的外周面。操作室5a是形成在转子41a与圆筒形构件1a之间的空间，该操作室被按压转子41a的外周面的叶片42a分隔开。
抽吸口13是设置在圆筒形构件1a的内周面中的开口部，并且使制冷气体从外部被抽吸到操作室5a中。当操作部4a沿箭头D2顺时针旋转时，被转子41a的外周面分隔开的操作室5a中的空间沿圆筒形构件1a的内周面顺时针移动。当操作室5a的内压小于预定的排放压时，排放口14a被排放阀15a封闭。当操作室5a的内压大于或等于排放压时，制冷气体从排放口14a排出。
此变型例中与上述实施方式中一样，在设置在转子41a的推力面上的树脂层上形成有形成同心圆的多个环形沟槽，从而便于在树脂层与第一封闭构件和第二封闭构件之间形成油膜。然而，在此变型例中，转子41a偏心旋转，并因此不管沟槽的环心位置如何都会产生楔效应。因此，在此变型例中，沟槽的环心位置是非限制性的。
2-3.变型例2
图7是示出旋转式流体机的变型例的图。在此实例中，圆筒形构件1b的内周面上设置有摆动套筒45b。操作部4b具有驱动轴40b以及转子41b。转子41b是所谓的摆动活塞，并且具有板形构件(下文中称作“板形构件412b”)以及圆柱形基部(下文称作“圆柱形基部411b”)。板形构件412b被摆动套筒45b夹持，从而维持气密性。也就是说，板形构件412b一体设置有圆柱形基部411b，从圆柱形基部411b的外周面朝圆筒形构件的内周面延伸，并且被设置在此内周面中的摆动套筒45b夹持。图7中所示的操作室5b设置在转子41b与圆筒形构件1b的内周面之间，并且此操作室5b被板形构件412b分隔开。
驱动轴40b具有偏心部，并且此偏心部配合到转子41b的圆柱形基部411b的内周面中。因此，在驱动轴40b旋转时，转子41b摆动。因而，操作室5b被板形构件412b以及圆柱形基部411b分隔处的位置移动，填充每个分隔室的流体从抽吸口13b移动至排放口14b，从而使操作室5b的内压增大。当内压超过排放压时，流体对抗排放阀15b从排放口14b排出。
要注意的是，图7未示出圆筒形构件1b的完整本体，而是示出了圆筒形构件1b的一部分(内周面、抽吸口13b、排放口14b以及排放阀15b)。为了还维持由摆动套筒45b保持的板形构件412b处的气密性，更有利的是在摆动套筒45b与板形构件412b所在的区域中提供凹口部并且形成树脂层。尽管圆筒形构件1b的形状是圆筒形的，但是不限于圆筒形形状，而可以是任一种管形形状。例如，圆筒形构件的剖面可以是椭圆形的。
此变型例中与上述实施方式中一样，在设置在圆柱形基部411b的推力面上的树脂层上形成有形成同心圆的多个环形沟槽，从而便于在树脂层与第一封闭构件和第二封闭构件之间形成油膜。然而，在此变型例中，圆柱形基部411b摆动，因此不管沟槽的环心位置如何都会产生楔效应。因此，在此变型例中，沟槽的环心位置是非限制性的。
2-4.变型例3
图8是示出沟槽C的变型例的图。在此实施例中，每个沟槽C的宽度w小于沟槽C之间的间隔p(w<p)。每个峰部B设置有位于沟槽C之间的平坦面，该平坦面具有宽度a。在此情况下，期望宽度a小于宽度w(a<w)。通过设置成宽度a小于宽度w，沟槽C不会完全被与操作部4接触并经受弹性变形的峰部B填充。也就是说，即便峰部B朝沟槽C经受弹性变形，沟槽C也会保留住润滑油80，因此旋转式流体机的气密性提高。
还期望每个沟槽C的深度h小于相邻沟槽C之间的间隔p(h<p)。在此情况下，在相邻沟槽C之间形成的峰部B中，裙部的宽度对应于间隔p，长于与每个沟槽C的深度h对应的高度。因此，峰部B相对于图8中的横向力具有相对坚固的形状。深度h例如是1至20μm。
2-5.变型例4
在上述实施方式中，基部411在垂直于驱动轴40的平面中的剖面形状是圆形的。但是，基部411的剖面形状不限于圆形。基部411的剖面形状可以是例如椭圆形、诸如鲁洛多边形之类的等宽形状或者半圆与椭圆相结合的形状。
2-6.变型例5
在上述实施方式中，沟槽C是形成同心圆的环形沟槽。然而，沟槽C可以具有螺旋形形状。在此情况下，因为即便沟槽C的螺旋中心与转子41的旋转中心一致也会产生楔效应，所以沟槽C的螺旋中心可以与转子41的旋转中心一致。但是，总的来说，当沟槽C的螺旋中心不同于转子41的旋转中心时获得更大的楔效应。因此，期望沟槽C的螺旋中心不同于转子41的旋转中心。还期望沟槽C的螺旋中心相对于转子41的旋转中心的偏心量大于或等于沟槽C的单个螺旋节距(在沟槽C的螺旋节距恒定的情况下)。
2-7.变型例6
尽管上述实施方式未提及多个沟槽C在树脂层410中形成的区域，但是沟槽C不必形成在整个树脂层410上，沟槽C可以形成在树脂层410的一部分中。沟槽C可以形成在设置于两个推力面上的树脂层410中的一者上。

Claims (3)

1.一种用于滑动叶片系统的旋转式流体机(9)的转子(41)，该转子包括：
基部(411)，该基部被构造成容纳在由圆筒形构件(1、1a)与封闭构件(2、3)形成的空间(5)中，所述封闭构件封闭所述圆筒形构件的在轴向方向上的两个端部中的每一端部处的开口部(K1、K2)，所述转子具有被构造成由驱动轴(40)穿透的内周侧，所述基部被构造成在所述驱动轴旋转时绕在与所述轴向方向相同的方向上的轴线(z)旋转，所述轴线对应于所述内周侧的中心(O1)；
其特征在于，
所述转子还包括：
形成在所述基部的推力面上的树脂层(410)；以及
形成在所述树脂层上的多个同心的环形沟槽(C)或螺旋形沟槽，所述环形沟槽的环心(O2)或者所述螺旋形沟槽的螺旋中心不同于所述内周侧的所述中心(O1)。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述环形沟槽的环心相对于所述基部的旋转中心的偏心量或者所述螺旋形沟槽的螺旋中心相对于所述基部的旋转中心的偏心量大于或等于沟槽间距。
3.一种滑动叶片系统的旋转式流体机(9)，该旋转式流体机包括：
圆筒形构件(1、1a)；
封闭构件(2、3)，该封闭构件封闭所述圆筒形构件的在轴向方向上的两个端部处的开口部(K1、K2)；以及
根据权利要求1或2所述的转子。
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