CN107709782A - 涡旋压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供设有由强度不同的材料构成且分别具有涡卷齿的固定涡旋(1)以及摆动涡旋(2)的涡旋压缩机(100)，形成为如下形状：在将固定涡旋和摆动涡旋中的、材料强度低的一方的涡卷齿的形状的坐标设为x＝a{cosφ+(φ±α)sinφ}(a为基圆半径，φ为渐开角，α为相位角)、y＝a{sinφ－(φ±α)cosφ}、tl＝2aα(tl为涡卷齿厚)时，将材料强度高的一方的涡卷齿的形状的相位角β设为β<α，使该涡卷齿的形状的坐标表示成x＝a{cosφ+(φ±β)sinφ}(β为相位角)，y＝a{sinφ－(φ±β)cosφ}，th＝2aβ(th为涡卷齿厚)，使固定涡旋以及摆动涡旋中的、材料强度高的一方的涡卷齿厚th比材料强度低的一方的涡卷齿厚tl薄。

Description

涡旋压缩机

技术领域

本发明涉及一种涡旋压缩机，所述涡旋压缩机例如作为空气调节装置或者制冷装置等所采用的制冷循环的一个构成要素来使用。

背景技术

在涡旋压缩机中，一般使用圆的渐开线构成涡卷齿形状。在该情况下，涡卷齿形状由基圆半径a、相位角α、渐开角φ以及齿高h决定，对于涡卷齿厚t而言，由

t＝2aα

表示。

以往，有一种涡旋压缩机，所述涡旋压缩机具备压缩机构，所述压缩机构包括由强度互不相同的材料构成的摆动涡旋和固定涡旋，在所述涡旋压缩机中，将摆动涡旋与固定涡旋的基圆半径以及相位角设为相互大致相等的值，将摆动涡旋与固定涡旋的涡卷齿厚设定成相互大致相等(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-27066号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，将摆动涡旋与固定涡旋的基圆半径以及相位角设为相互大致相等的值，将摆动涡旋与固定涡旋的涡卷齿厚设定成相互大致相等，所以将材料强度相对高的一方的涡旋的涡卷齿厚设定成大到所需以上。因此，与使涡卷齿厚大到所需以上的量相应地，制冷剂泄漏间隙增加，招致性能下降。

本发明是为了解决如上课题而做出的，其目的在于，在具备由摆动涡旋和固定涡旋构成的压缩机构的涡旋压缩机中实现性能改善，所述摆动涡旋和固定涡旋由强度互不相同的材料构成。

用于解决课题的方案

本发明的涡旋压缩机设置有由强度互不相同的材料构成的、分别具有涡卷齿的固定涡旋以及摆动涡旋，所述涡旋压缩机形成为如下形状：

在以渐开角为参数，将所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对低的一方的涡卷齿的形状的坐标设为

x＝a{cosφ+(φ±α)sinφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，α为相位角)

y＝a{sinφ-(φ±α)cosφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，α为相位角)

tl＝2aα

(在此，tl为涡卷齿厚，a为基圆半径，α为相位角)时，将所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿的形状的相位角β设定成β<α，以渐开角为参数，将该涡卷齿的形状的坐标表示成

x＝a{cosφ+(φ±β)sinφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，β为相位角)

y＝a{sinφ-(φ±β)cosφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，β为相位角)

th＝2aβ

(在此，th为涡卷齿厚，a为基圆半径，β为相位角)，

使所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿厚th比材料强度相对低的一方的涡卷齿厚tl薄。

发明效果

根据本发明的涡旋压缩机，在具备包括由强度互不相同的材料构成的摆动涡旋和固定涡旋的压缩机构的情况下，使固定涡旋以及摆动涡旋的涡卷齿形成为按照上式表示的形状，使固定涡旋以及摆动涡旋中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿厚比材料强度相对低的一方的涡卷齿厚薄，从而能够抑制制冷剂泄漏间隙的增加以及性能下降，实现性能改善。

附图说明

图1是本发明的实施方式的涡旋压缩机的纵剖视概略图。

图2是本发明的实施方式的涡旋压缩机的涡卷齿形状的说明图。

图3是本发明的实施方式的涡旋压缩机的制冷剂泄漏间隙的说明图。

具体实施方式

以下，基于附图，说明本发明的实施方式。此外，本发明并不被以下说明的实施方式限定。另外，在以下的附图中，有时各结构部件的大小关系与实际的大小关系不同。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式的涡旋压缩机100的纵剖视概略图。

以下，基于图1，对涡旋压缩机100的结构以及动作进行说明。

本实施方式的涡旋压缩机100例如为冰箱、冰柜、自动售货机、空气调节装置、制冷装置、热水供给器等各种工业装置所使用的制冷循环的构成要素之一。

涡旋压缩机100吸入在制冷循环中循环的制冷剂，进行压缩而使其成为高温高压的状态并排出。该涡旋压缩机100在密闭容器23内具备将固定涡旋1与相对于固定涡旋1摆动的摆动涡旋2进行组合而成的压缩机构，所述密闭容器23包括中心外壳7、上部外壳21、下部外壳22。另外，涡旋压缩机100在密闭容器23内具备由电动旋转装置等构成的旋转驱动单元。如图1所示，在密闭容器23内，在上侧配置有压缩机构，在下侧配置有旋转驱动单元。

密闭容器23是在中心外壳7的上部以及下部设置上部外壳21以及下部外壳22而构成的。下部外壳22为储存润滑油的贮油部。另外，用于吸入制冷剂气体的吸入管14连接于中心外壳7。用于排出制冷剂气体的排出管16连接于上部外壳21。此外，中心外壳7内部成为低压室17，上部外壳21内部成为高压室18。

固定涡旋1包括固定涡旋台板1b以及固定涡旋涡卷齿1a，所述固定涡旋涡卷齿1a为竖立设置于固定涡旋台板1b的一个面的涡卷状突起。另外，摆动涡旋2包括摆动涡旋台板2b以及摆动涡旋涡卷齿2a，所述摆动涡旋涡卷齿2a为竖立设置于摆动涡旋台板2b的一个面的涡卷状突起。此外，摆动涡旋台板2b的另一个面(与摆动涡旋涡卷齿2a的形成面相反一侧的面)作为摆动涡旋推力轴承面2c发挥作用。

此外，固定涡旋涡卷齿1a以及摆动涡旋涡卷齿2a相当于本发明的“涡卷齿”。

固定涡旋1和摆动涡旋2收纳于具有制冷剂吸入口的框架19。

另外，摆动涡旋2在压缩机运转过程中产生的推力轴承载荷经由摆动涡旋推力轴承面2c而由框架19支承。在框架19与摆动涡旋推力轴承面2c之间，以改善滑动性为目的而配置有止推板3。

固定涡旋1以及摆动涡旋2使固定涡旋涡卷齿1a与摆动涡旋涡卷齿2a相互组合，安装于密闭容器23内。在固定涡旋涡卷齿1a与摆动涡旋涡卷齿2a之间形成容积变化的压缩室24。此外，在固定涡旋1以及摆动涡旋2中，为了减少制冷剂从固定涡旋涡卷齿1a以及摆动涡旋涡卷齿2a的前端面泄漏，在固定涡旋涡卷齿1a的前端面(下端面)以及摆动涡旋涡卷齿2a的前端面(上端面)配设有密封件25、26。

固定涡旋1由螺栓等固定于框架19。在固定涡旋1的固定涡旋台板1b的中央部形成有将被压缩成高压的制冷剂气体排出的排出口15。并且，被压缩成高压的制冷剂气体被排出到设于固定涡旋1的上部的高压室18。排出到高压室18的制冷剂气体经由排出管16被排出到制冷循环。此外，在排出口15处设有防止制冷剂从高压室18倒流到排出口15侧的排出阀27。

摆动涡旋2通过配备阻止自转运动并使其公转的十字环6，相对于固定涡旋1不进行自转运动而进行公转运动。另外，在摆动涡旋2的与摆动涡旋涡卷齿2a形成面相反一侧的面的大致中心部形成有中空圆筒形状的毂部2d。设于主轴8的上端的偏心轴部8a插入于该毂部2d。

十字环6配置于形成一对十字键槽5的框架19与形成一对十字键槽4的摆动涡旋2之间。在十字环6的环部6b的下表面形成有插入于框架19的十字键槽5的十字键6ac，在十字环6的环部6b的上表面形成有插入于摆动涡旋2的十字键槽4的十字键6ab。这些十字键6ac、6ab分别嵌合于框架19的十字键槽5及摆动涡旋2的十字键槽4，一边在形成于被润滑材料充满的各十字键槽内的滑动面上进退，一边将马达的旋转力传递到公转的摆动涡旋2。

旋转驱动单元由固定于主轴8的转子11、定子10以及作为旋转轴的主轴8等构成。转子11热装固定于主轴8，通过开始向定子10通电而进行旋转驱动，使主轴8旋转。即，由定子10以及转子11构成电动旋转装置。转子11与热装固定于中心外壳7的定子10一起配置于第1平衡配重12的下部，该第1平衡配重12固定于主轴8。此外，经由设于中心外壳7的电源端子9对定子10供给电力。

主轴8与转子11的旋转相伴地旋转，使摆动涡旋2公转。该主轴8的上部由设于框架19的主轴承20支承。另一方面，主轴8的下部由副轴承29旋转自如地支承。该副轴承29被压入固定于轴承收纳部，所述轴承收纳部形成于副框架28的中央部，所述副框架28设于密闭容器23的下部。另外，在副框架28上设有容积型的油泵30。被该油泵30吸引的润滑油经由形成于主轴8的内部的油供给孔31被送到各滑动部。

另外，在主轴8的上部，为了抵消由于摆动涡旋2安装于偏心轴部8a并摆动从而产生的不平衡，设有第1平衡配重12。在转子11的下部，为了抵消由于摆动涡旋2安装于偏心轴部8a并摆动从而产生的不平衡，设有第2平衡配重13。第1平衡配重12通过热装固定于主轴8的上部，第2平衡配重13在转子11的下部与转子11一体地固定。

接下来，对涡旋压缩机100的动作进行说明。

当对电源端子9通电时，在定子10的电线部流过电流，产生磁场。该磁场以使转子11旋转的方式起作用。也就是说，在定子10以及转子11产生转矩，转子11旋转。当转子11旋转时，与其相伴地主轴8被旋转驱动。当主轴8被旋转驱动时，由于配备有十字环6而抑制了自转的摆动涡旋2进行公转运动。

在转子11旋转时，由固定于主轴8的上部的第1平衡配重12和固定于转子11的下部的第2平衡配重13对摆动涡旋2的偏心公转运动保持平衡。由此，偏心支承于主轴8的上部且利用十字环6抑制了自转的摆动涡旋2开始公转运动，根据公知的压缩原理来压缩制冷剂。

由此，制冷剂气体的一部分经由框架19的框架制冷剂吸入口流到压缩室24内，开始吸入过程。另外，制冷剂气体的剩余的一部分经过定子10的钢板的缺口(未图示)而冷却电动旋转装置和润滑油。压缩室24通过摆动涡旋2的公转运动向摆动涡旋2的中心移动，体积进一步缩小。由于该工序，被吸入到压缩室24的制冷剂气体被压缩。被压缩了的制冷剂经过固定涡旋1的排出口15，推开排出阀27，流入到高压室18。然后，经由排出管16从密闭容器23排出。

由压缩室24内的制冷剂气体的压力产生的推力轴承载荷由支承摆动涡旋推力轴承面2c的框架19承受。另外，由于主轴8旋转而在第1平衡配重12和第2平衡配重13产生的离心力以及制冷剂气体载荷由主轴承20以及副轴承29承受。此外，低压室17内的低压制冷剂气体和高压室18内的高压制冷剂气体被固定涡旋1、框架19隔开，保持气密。当停止向定子10通电时，涡旋压缩机100停止运转。

在本实施方式中，在材料强度互不相同的摆动涡旋2和固定涡旋1中，抑制由于将它们的基圆半径以及相位角设为相互大致相等的值并将材料强度相对高的一方的涡卷齿厚设定成大到所需以上而导致的制冷剂泄漏间隙的增加、与其相伴的性能下降。因此，将材料强度互不相同的摆动涡旋2与固定涡旋1的涡卷齿形状的相位角设为互不相同的值，设定为与彼此的材料强度相当的涡卷齿厚。

在以渐开角为参数，将材料强度相对低的一方的涡卷齿的形状的坐标设为

x＝a{cosφ+(φ±α)sinφ}

y＝a{sinφ-(φ±α)cosφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，α为相位角)时，将材料强度相对高的一方的涡卷齿的形状的相位角β设定成β<α，以渐开角为参数，将该涡卷齿的形状的坐标设为

x＝a{cosφ+(φ±β)sinφ}

y＝a{sinφ-(φ±β)cosφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，β为相位角)。

在此，在将材料强度相对低的一方的涡卷齿厚设为tl、将材料强度相对高的一方的涡卷齿厚设为th时，使用基圆半径a以及相位角α、β，表示成

tl＝2aα

th＝2aβ，如前所述设定成β<α，所以

th＝2aβ<2aα＝tl。

如以上那样，使固定涡旋1以及摆动涡旋2的涡卷齿形成为按照上式表示的形状，使固定涡旋1以及摆动涡旋2中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿厚比材料强度相对低的一方的涡卷齿厚薄(th<tl)，从而能够抑制制冷剂泄漏间隙的增加以及性能下降，实现性能改善。

图2是本发明的实施方式的涡旋压缩机100的涡卷齿形状的说明图，图3是本发明的实施方式的涡旋压缩机100的制冷剂泄漏间隙的说明图。

接下来，基于图2以及图3，对涡旋压缩机100的作用效果进行说明。

在本实施方式的涡旋压缩机100中，由固定涡旋涡卷齿1a的侧面支承因摆动涡旋2的摆动运动而产生的摆动涡旋离心力，所以在固定涡旋涡卷齿1a以及摆动涡旋涡卷齿2a的根部产生应力σ。该应力σ与涡卷齿厚t的2次方成反比例。也就是说，σ＝k/t²(在此，k为比例常数)。

例如，以作为铝合金的铝－硅类合金为材料构成摆动涡旋2，以作为铸铁类材料的球状石墨铸铁为材料构成固定涡旋1，将固定涡旋1的材料强度设为摆动涡旋2的材料强度的2.25倍。

在此，当将材料强度相对低的摆动涡旋2的涡卷齿厚设为t1、将材料强度相对高的固定涡旋1的涡卷齿厚设为t2、将材料强度相对低的摆动涡旋2的涡卷齿形状的相位角设定成α、将材料强度相对高的固定涡旋1的涡卷齿形状的相位角设定成β＝α/1.5时，

t1＝2aα

t2＝2aβ＝2aα/1.5，固定涡旋涡卷齿1a的根部所产生的应力σ2以及摆动涡旋涡卷齿2a的根部所产生的应力σ1成为

σ1＝k/t1²＝k/4a²α²

σ2＝k/t2²＝k/4a²β²＝1.5×1.5k/4a²α²

＝2.25k/4a²α²。

也就是说，固定涡旋涡卷齿1a的根部所产生的应力σ2为摆动涡旋涡卷齿2a的根部所产生的应力σ1的2.25倍。

如上那样，在本实施方式中，由固定涡旋涡卷齿1a的侧面支承摆动涡旋离心力，从而摆动涡旋涡卷齿2a的根部所产生的应力σ1与固定涡旋涡卷齿1a的根部所产生的应力σ2之比等于摆动涡旋2的材料强度与固定涡旋1的材料强度之比。

通过这样做，能够将摆动涡旋2以及固定涡旋1的涡卷齿厚设定为与相互的材料强度相当的涡卷齿厚。也就是说，能够确保可承受摆动涡旋2以及固定涡旋1中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿的根部所产生的应力的强度，并使涡卷齿厚薄型化。其结果，图3所示的制冷剂泄漏间隙40、41减少，所以实现性能改善。

此外，在本实施方式中，使摆动涡旋涡卷齿2a的根部所产生的应力σ1与固定涡旋涡卷齿1a的根部所产生的应力σ2之比等于摆动涡旋2的材料强度与固定涡旋1的材料强度之比，但只要能够得到上述性能改善的效果，则应力σ1与应力σ2之比为摆动涡旋2的材料强度与固定涡旋1的材料强度之比以下也可以。

此外，在本实施方式中，以铝合金构成摆动涡旋2，以铸铁类材料构成固定涡旋1，但只要是强度互不相同的材料，也可以使用上述材料以外的材料。

另外，在本实施方式中，将摆动涡旋2与固定涡旋1的基圆半径设定成相等，但只要能够得到上述性能改善的效果，也可以不相等。

另外，在本实施方式中，将涡卷齿的根部所产生的应力σ与涡卷齿厚t的关系设为

σ＝k/t²(在此，k为比例常数)，

但应力σ与涡卷齿厚t的关系也可以不是上式。

此外，为了得到充分的性能改善的效果，摆动涡旋2以及固定涡旋1中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿厚th最好为材料强度相对低的一方的涡卷齿厚tl的0.8倍以下。

附图标记说明

1：固定涡旋；1a：固定涡旋涡卷齿；1b：固定涡旋台板；2：摆动涡旋；2a：摆动涡旋涡卷齿；2b：摆动涡旋台板；2c：摆动涡旋推力轴承面；2d：毂部；3：止推板；4：十字键槽；5：十字键槽；6：十字环；6ab：十字键；6ac：十字键；6b：环部；7：中心外壳；8：主轴；8a：偏心轴部；9：电源端子；10：定子；11：转子；12：第1平衡配重；13：第2平衡配重；14：吸入管；15：排出口；16：排出管；17：低压室；18：高压室；19：框架；20：主轴承；21：上部外壳；22：下部外壳；23：密闭容器；24：压缩室；25：密封件；26：密封件；27：排出阀；28：副框架；29：副轴承；30：油泵；31：油供给孔；40：制冷剂泄漏间隙；41：制冷剂泄漏间隙；100：涡旋压缩机。

Claims (4)

1.一种涡旋压缩机，设有固定涡旋以及摆动涡旋，所述固定涡旋以及摆动涡旋由强度互不相同的材料构成，并且分别具有涡卷齿，其中，

所述涡旋压缩机形成为如下形状：

在以渐开角为参数，将所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对低的一方的涡卷齿的形状的坐标设为

x＝a{cosφ+(φ±α)sinφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，α为相位角)，

y＝a{sinφ-(φ±α)cosφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，α为相位角)，

tl＝2aα

(在此，tl为涡卷齿厚，a为基圆半径，α为相位角)，

时，将所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿的形状的相位角β设定成β<α，以渐开角为参数，使该涡卷齿的形状的坐标表示成

x＝a{cosφ+(φ±β)sinφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，β为相位角)，

y＝a{sinφ-(φ±β)cosφ}

(在此，a为基圆半径，φ为渐开角，β为相位角)，

th＝2aβ

(在此，th为涡卷齿厚，a为基圆半径，β为相位角)，

使所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿厚th比材料强度相对低的一方的涡卷齿厚tl薄。

2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其中，

在将所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对低的一方的涡卷齿的根部所产生的应力设为σl、将材料强度相对高的一方的涡卷齿的根部所产生的应力设为σh时，

调整所述固定涡旋以及所述摆动涡旋的涡卷齿厚，以使应力σl与应力σh之比成为相对低的一方的材料强度与相对高的一方的材料强度之比以下。

3.根据权利要求1或者2所述的涡旋压缩机，其中，

所述摆动涡旋的材料为铝合金，所述固定涡旋的材料为铸铁类材料。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的涡旋压缩机，其中，

所述固定涡旋以及所述摆动涡旋中的、材料强度相对高的一方的涡卷齿厚为材料强度相对低的一方的涡卷齿厚的0.8倍以下。