CN112253453A - 气缸结构、泵体装置及压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气缸结构、泵体装置及压缩机，气缸结构包括气缸本体，气缸本体上具有用于容纳滚子的容纳腔和与容纳腔连通的滑动槽，气缸结构还包括滑动组件，滑动组件可滑动地设置在滑动槽内并与滚子的外周面接触，以将容纳腔分为低压腔和高压腔；滑动组件包括：滑块，滑块沿气缸本体的径向方向可滑动地设置在滑动槽内；滚动体，滚动体的部分位于滑动槽内，滚动体可转动地设置在滑块靠近容纳腔的内壁的一侧，以使滚动体在低压腔和高压腔的压力差的作用下转动。本发明的气缸结构解决了现有技术中的压缩机中的气缸的滑片与气缸的滑动槽侧壁之间的摩擦功耗较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种气缸结构、泵体装置及压缩机。
背景技术
随着全球气温的升高，空调越来越成为人们生活的必须品，其需求量也日益增加，能耗也将随之增大。为响应国家节能减排的号召，以及空调行业新国标的能效升级要求，对空调系统的节能及高效工作提出了更高的要求。
就家用空调而言，其主要能耗就是压缩机的运行时的能耗，压缩机运行能耗的大小对空调系统的能效起决定性作用，因此家用空调压缩机必将朝高效节能的方向发展。
目前，家用空调使用的压缩机类型多为旋转式压缩机，其能耗的高低主要取决于电机转化效率、机械功耗损失这两个方面。
现有技术中的旋转式压缩机主要由泵体装置和电机组件两大部分组成，泵体装置包括气缸、滚子、曲轴、滑片、以及法兰和隔板等，各零部件相互配合形成密闭的吸高压腔体；电机组件则包括定子组件和转子组件。
旋转压缩机在工作时，通过电机转子与定子之间产生的电磁力作用，对曲轴产生驱动力，带动曲轴进行周期性旋转，曲轴转动时，带动滚子转动，滚子将与滑片接触挤压而紧密贴合形成密封，以将气缸隔离成两个独立的密闭腔室，随着滚子的运转、气体的吸入以及滑片的伸缩，整个气缸将被分隔成一个高压腔和一个低压腔，进而完成腔体内气体介质的吸入、密封、压缩及排出，从而保证压缩机的正常运转及稳定的工作效率。
由于在整个运转过程中，滑片一直进行伸出与缩回的往复运动，并与气缸壁存在着不停的往复摩擦，将会产生一定的摩擦功耗，更为严重的是，由于滑片处于高压腔和低压腔之间，且隔离面为矩形平面，矩形平面必将受到作用在其两侧表面的气体压力，由于高、低压腔的气压差异，滑片表面必将受到一个指向低压腔的合力。在压缩机运行过程中，由于滑片只有径向上的滑动约束，与气缸壁接触面仅靠间隙配合约束，伸出部分的滑片受到指向低压腔的合力，会造成气缸滑片槽内滑片的侧倾趋势，从而增大滑片槽内滑片与气缸壁的正压力，从而加剧滑片与气缸壁的摩擦力，进而增大滑片在运行过程中的摩擦功耗。
根据研究表明，转子压缩机的滑片与气缸壁的摩擦功耗，在整个压缩机的机械功耗中占有非常大的比重，因此从提高压缩机的能效考虑，降低滑片与气缸壁的摩擦功耗将是一个非常关键和必要的技术突破口。
在旋转式压缩机中，泵体装置的滑片主要采用金属材料制成，并且主体形状为片式结构，用于隔离高低压腔的截面形状为矩形，这种结构会使高低压腔产生的压力，直接垂直作用在滑片的侧面，加剧滑片侧面和气缸壁之间的正压力，从而加大摩擦功耗。从压缩机运行原理上分析，滑片一直与气缸壁存在相对的滑移，属于滑动摩擦形式，其摩擦功耗的大小主要取决于摩擦力的大小，摩擦的大小主要和正压力有关，一般情况下，正压力越大摩擦力越大，进而摩擦功耗也越大，因此在现有的旋转式压缩机的泵体装置中，由于滑片的本身结构以及高、低压腔之间的压力差的存在，滑片与气缸壁的摩擦功耗会随着高低压腔的压力差的增加或滑片隔离面的面积的增加而急剧增加。
当前压缩机均朝着高频、高效方面发展，尤其是那些滑片截面大、运行频率高的机型，其滑片与气缸的摩擦功耗问题将更加突出，这将会严重制约压缩机的发展，因此，解决或降低泵体装置中滑片与气缸壁的摩擦功耗问题，将会是提高压缩机能效的有效途径。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种气缸结构、泵体装置及压缩机，以解决现有技术中的压缩机中的气缸的滑片与气缸的滑动槽侧壁之间的摩擦功耗较大的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种气缸结构，包括气缸本体，气缸本体上具有用于容纳滚子的容纳腔和与容纳腔连通的滑动槽，气缸结构还包括滑动组件，滑动组件可滑动地设置在滑动槽内并与滚子的外周面接触，以将容纳腔分为低压腔和高压腔；滑动组件包括：滑块，滑块沿气缸本体的径向方向可滑动地设置在滑动槽内；滚动体，滚动体的部分位于滑动槽内，滚动体可转动地设置在滑块靠近容纳腔的内壁的一侧，以使滚动体在低压腔和高压腔的压力差的作用下转动。
进一步地，滚动体的外周面与滚子的外周面接触。
进一步地，滚动体为圆柱状，滚动体的外圆柱面与滚子的外周面和滑动槽的侧壁均接触。
进一步地，气缸结构还包括：弹性件，弹性件位于滑块远离滚动体的一侧和滑动槽的底壁之间，以使滑块在弹性件和滚子的共同作用下沿靠近或远离气缸本体的外周面的方向运动。
进一步地，弹性件为压缩弹簧，压缩弹簧的一端与滑动槽的底壁抵接，压缩弹簧的另一端与滑块远离滚动体的一侧抵接。
进一步地，滚动体为空心圆柱体或实心圆柱体。
进一步地，滚动体由金属材料、或陶瓷材料、或高分子材料制成；和/或，滑块由金属材料、或陶瓷材料、或高分子材料制成。
进一步地，滑块具有与滚动体相配合的圆弧状凹槽，滚动体的外周面与圆弧状凹槽相接触，滑块的与圆弧状凹槽相对的端面为平面；或者滑块为矩形块。
进一步地，滚动体为圆柱状，滚动体的外圆柱面的直径为D，滑动槽具有滑动槽段和开口槽段，滑动槽段为条形槽，条形槽的宽度为L，开口槽段的槽壁面为与滚动体相配合的弧形面，开口槽段朝向容纳腔的开口的长度为L0，其中，L＝D，L0<D。
根据本发明的第二个方面，提供了一种泵体装置，包括气缸结构和设置在气缸结构的容纳腔内的滚子，气缸结构为上述的气缸结构。
根据本发明的第三个方面，提供了一种压缩机，包括泵体装置和电机装置，泵体装置为上述的泵体装置。
应用本发明的技术方案，本发明的压缩机的泵体装置中的气缸结构采用具有滑块和滚动体的滑动组件来代替滑片，采用新的泵体装置的旋转式压缩机在运转时，滚动体受高压腔和低压腔的压力差的影响而转动，不会产生相对于滑动槽侧壁的侧倾力，消除了压缩机运行时对滑片造成的侧倾力的影响，极大地降低了压缩机在滑片与滑片槽壁摩擦时所产生的功耗，提高了压缩机的能效，解决了气缸中的滑片在运行过程中因受到高、低压腔的压力差作用，与滑片槽之间的压力增加的问题，进而解决了滑片与气缸的滑动槽侧壁之间的摩擦功耗较大的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的气缸的第一个实施例的结构示意图；
图2示出了根据本发明的气缸的第二个实施例的结构示意图；
图3示出了根据本发明的气缸的第三个实施例的结构示意图；
图4示出了图1至图3所示的气缸中的气缸本体的结构示意图；以及
图5示出了图1和图2所示的气缸中的滑块的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、气缸本体；11、容纳腔；111、低压腔；112、高压腔；12、滑动槽；121、滑动槽段；122、开口槽段；2、曲轴；3、滚子；4、滚动体；5、滑块；6、弹性件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图5所示，本发明提供了一种气缸结构，包括气缸本体1，气缸本体1上具有用于容纳滚子3的容纳腔11和与容纳腔11连通的滑动槽12，气缸结构还包括滑动组件，滑动组件可滑动地设置在滑动槽12内并与滚子3的外周面接触，以将容纳腔11分为低压腔111和高压腔112；滑动组件包括：滑块5，滑块5沿气缸本体1的径向方向可滑动地设置在滑动槽12内；滚动体4，滚动体4的部分位于滑动槽12内，滚动体4可转动地设置在滑块5靠近容纳腔11的内壁的一侧，以使滚动体4在低压腔111和高压腔112的压力差的作用下转动。
本发明的压缩机的泵体装置中的气缸结构采用具有滑块5和滚动体4的滑动组件来代替滑片，采用新的泵体装置的旋转式压缩机在运转时，滚动体4受高压腔112和低压腔111的压力差的影响而转动，不会产生相对于滑动槽12侧壁的侧倾力，消除了压缩机运行时对滑片造成的侧倾力的影响，极大地降低了压缩机在滑片与滑片槽壁摩擦时所产生的功耗，提高了压缩机的能效，解决了气缸本体中的滑片在运行过程中因受到高、低压腔的压力差作用，与滑片槽之间的压力增加的问题，进而解决了滑片与气缸本体的滑动槽侧壁之间的摩擦功耗较大的问题。
因此，在本发明的泵体装置中，不存在原有的滑片结构，滚动体4和滑块5的组合结构仍能将气缸本体1隔离成两个独立的腔室，完成气体的吸入和压缩过程，保证压缩机的正常运转，而且在新的气缸结构中引入的滚动体4在受到高压腔112和低压腔111产生的合力时能发生自转而消除原有结构中会加剧摩擦功耗的影响，这必将大大降低压缩机运行中的机械摩擦功耗，从而达到提高压缩机效率的作用。
可选地，滚动体4的外周面与滚子3的外周面接触。这样，通过滚动体4的外周面与滚子3的外周面接触，以保证高压腔112和低压腔111之间的密封，使滚动体4受高压腔112和低压腔111之间的压力差而自转，并能使滚动体4在滚子3的作用下沿靠近滑动槽12底壁的方向运动。
优选地，滚动体4为圆柱状，滚动体4的外圆柱面与滚子3的外周面和滑动槽12的侧壁均接触。这样，可以保证高压腔112和低压腔111之间的密封。
另外，气缸结构还包括：弹性件6，弹性件6位于滑块5远离滚动体4的一侧和滑动槽12的底壁之间，以使滑块5在弹性件6和滚子3的共同作用下沿靠近或远离气缸本体1的外周面的方向运动。
具体地，弹性件6为压缩弹簧，压缩弹簧的一端与滑动槽12的底壁抵接，压缩弹簧的另一端与滑块5远离滚动体4的一侧抵接。
如图1和图2所示，滚动体4为空心圆柱体或实心圆柱体。
可选地，滚动体4为实心圆柱体或空心圆柱体，其中，采用空心圆柱体的结构能够降低气缸结构的整体重量，减少制作滚动体4所需的材料，而实心结构的滚动体4在一定程度上会给压缩机带来一定的劣势，首先实心结构自重较大，在一定程度上会增大其与气缸端面的摩擦功耗，另外也需要更多的材料来制作，这也会增加零件的制作成本。
可选地，滚动体4由金属材料、或陶瓷材料、或高分子材料制成；和/或，滑块5由金属材料、或陶瓷材料、或高分子材料制成。
滚动体4及滑块5沿气缸本体1的轴线方向的两个端面为平面或经过表面织构化处理的端面。
滚动体4及滑块5均采用质量轻、耐磨且润滑性好的材料制作，如金属类多相结构材料或陶瓷材料或高分子材料或其他非金属材料或经表面处理后的材料，滚动体4和滑块可以采用相同的材料，亦可以采用不同的材料。
具体地，金属类材料可以是高性能球墨铸铁或高性能灰口铁或含石墨相的金属基复合材料；陶瓷材料可以是氧化锆陶瓷或氧化铝陶瓷或氮化硅陶瓷；高分子材料可以是聚四氟乙烯或尼龙或PEEK；经表面处理后的材料可以是经过磷化或钼化或凃敷耐磨涂层或凃敷润滑涂层处理的材料。
优选地，滚动体4和滑块5采用工程陶瓷材料制作，陶瓷材料具有密度小、硬度高且耐磨的特性，陶瓷材料多采用粉末烧结成型，零件表面会形成微孔结构，更有利于储油润滑，有助于降低滚动体4和滑块5在运行过程中的摩擦功耗。
优选地，滚动体4和滑块5采用氧化铝陶瓷材料制作，该种材料成型容易，质量相对较小，密度也相对较小，约为3.9g/cm3，在润滑条件下，氧化铝陶瓷材料具有摩擦系数小的特点，因此，使用氧化铝陶瓷材料制作的滚动体4和滑块5与气缸本体1的滑动槽12之间的摩擦功耗较小。另外，在众多陶瓷材料中，氧化铝资源丰富且价格便宜，更有利于低成本量产。
如图1至图3以及图5所示，滑块5具有与滚动体4相配合的圆弧状凹槽，滚动体4的外周面与圆弧状凹槽相接触，滑块5的与圆弧状凹槽相对的端面为平面；或者滑块5为矩形块。
优选地，滑块5的圆弧状凹槽的半径R与滚动体4的半径D/2一致，有利于使滚动体4与滑块5之间的紧密贴合密封，有效保证了高压腔112和低压腔111的隔离效果。
如图4所示，滚动体4为圆柱状，滚动体4的外圆柱面的直径为D，滑动槽12具有滑动槽段121和开口槽段122，滑动槽段121为条形槽，条形槽的宽度为L，开口槽段122的槽壁面为与滚动体4相配合的弧形面，开口槽段122朝向容纳腔11的开口的长度为L0，其中，L＝D，L0<D。
滚动体4的直径D大于滑动槽12的开口部的长度L0，这可限制滚动体4的移动行程，增大滚动体4与滑动槽12的侧壁之间的有效接触面积，增强其密封性，增强对高压腔112和低压腔111的隔离效果，防止高压腔112和低压腔111串气。
滑动槽段121与滑块5对应设置，滑块5垂直于滑动方向的尺寸等于滑动槽段121的宽度L，且滑块5与滑动槽12之间为间隙配合。
开口槽段122与滚动体4对应设置，开口槽段122的侧壁面为圆弧曲面，沿远离滑动槽段121的方向，开口槽段122的宽度(即开口槽段122垂直于滑动方向的尺寸)逐渐减小。
本发明还提供了一种泵体装置，包括气缸结构和设置在气缸结构的容纳腔内的滚子3，气缸结构为上述的气缸结构。
其中，本发明的泵体装置可以具有一个或多个气缸。
本发明还提供了一种压缩机，包括泵体装置和电机装置，泵体装置为上述的泵体装置。
本发明的压缩机的泵体装置的工作原理如下：
滚动体4在弹性件6和滑块5的推动下其外圆柱面与滚子3的外圆柱面接触贴合密封，将气缸本体1的容纳腔11隔离成两个独立的腔室，分别为高压腔112和低压腔111。在压缩机的运行过程中，吸入气体进入低压腔111后，曲轴2的偏心部带动滚子3转动，逐步运行，压缩气体，并推动滚动体4在气缸径向上的滑移，进而改变高压腔112和低压腔111的体积大小，由于吸气和压缩气体的过程始终是连续进行的，因此在滚动体4的两侧始终会受到高压腔112和低压腔111的气体压力，因为高压腔112和低压腔111之间的压差，滚动体4必将受到一个指向低压腔111方向的合力，但是滚动体4为圆柱形结构，在垂直于径向方向上只受平动约束，而无周向自转约束，因此在高压腔112和低压腔111合力的作用下，滚动体4会产生自转，从而消除了因高压腔112和低压腔111的气压差造成的原压缩机的泵体装置的气缸结构中滑片与滑片槽之间的正压力增加，摩擦力增大，摩擦功耗加剧的情况。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明的压缩机为旋转式压缩机，其泵体装置的结构和现有技术中的旋转式压缩机之间具有明显的差异，本发明的压缩机的泵体装置中的气缸结构采用滑块5和滚动体4的组合式新结构来代替滑片，采用新的气缸结构的泵体装置的旋转式压缩机在运转时，滚动体4受到高压腔112和低压腔111的压力差的影响而转动，不会产生相对于滑动槽12侧壁的侧倾力，消除了压缩机运行时对滑片造成的侧倾力的影响，极大地降低了压缩机在滑片与滑片槽壁摩擦时所产生的功耗，提高了压缩机的能效，解决了气缸中的滑片在运行过程中因受到高、低压腔的压力差作用，与滑片槽之间的压力增加的问题，进而解决了滑片与气缸的滑动槽侧壁之间的摩擦功耗较大的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种气缸结构，包括气缸本体(1)，所述气缸本体(1)上具有用于容纳滚子(3)的容纳腔(11)和与所述容纳腔(11)连通的滑动槽(12)，其特征在于，所述气缸结构还包括滑动组件，所述滑动组件可滑动地设置在所述滑动槽(12)内并与所述滚子(3)的外周面接触，以将所述容纳腔(11)分为低压腔(111)和高压腔(112)；所述滑动组件包括：
滑块(5)，所述滑块(5)沿所述气缸本体(1)的径向方向可滑动地设置在所述滑动槽(12)内；
滚动体(4)，所述滚动体(4)的部分位于所述滑动槽(12)内，所述滚动体(4)可转动地设置在所述滑块(5)靠近所述容纳腔(11)的内壁的一侧，以使所述滚动体(4)在所述低压腔(111)和所述高压腔(112)的压力差的作用下转动。
2.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，所述滚动体(4)的外周面与所述滚子(3)的外周面接触。
3.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，所述滚动体(4)为圆柱状，所述滚动体(4)的外圆柱面与所述滚子(3)的外周面和所述滑动槽(12)的侧壁均接触。
4.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，所述气缸结构还包括：
弹性件(6)，所述弹性件(6)位于所述滑块(5)远离所述滚动体(4)的一侧和所述滑动槽(12)的底壁之间，以使所述滑块(5)在所述弹性件(6)和所述滚子(3)的共同作用下沿靠近或远离所述气缸本体(1)的外周面的方向运动。
5.根据权利要求4所述的气缸结构，其特征在于，所述弹性件(6)为压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端与所述滑动槽(12)的底壁抵接，所述压缩弹簧的另一端与所述滑块(5)远离所述滚动体(4)的一侧抵接。
6.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，所述滚动体(4)为空心圆柱体或实心圆柱体。
7.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，
所述滚动体(4)由金属材料、或陶瓷材料、或高分子材料制成；和/或，
所述滑块(5)由金属材料、或陶瓷材料、或高分子材料制成。
8.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，
所述滑块(5)具有与所述滚动体(4)相配合的圆弧状凹槽，所述滚动体(4)的外周面与所述圆弧状凹槽相接触，所述滑块(5)的与所述圆弧状凹槽相对的端面为平面；或者
所述滑块(5)为矩形块。
9.根据权利要求1所述的气缸结构，其特征在于，所述滚动体(4)为圆柱状，所述滚动体(4)的外圆柱面的直径为D，所述滑动槽(12)具有滑动槽段(121)和开口槽段(122)，所述滑动槽段(121)为条形槽，所述条形槽的宽度为L，所述开口槽段(122)的槽壁面为与所述滚动体(4)相配合的弧形面，所述开口槽段(122)朝向所述容纳腔(11)的开口的长度为L0，其中，L＝D，L0<D。
10.一种泵体装置，包括气缸结构和设置在所述气缸结构的容纳腔内的滚子(3)，其特征在于，所述气缸结构为权利要求1至9中任一项所述的气缸结构。
11.一种压缩机，包括泵体装置和电机装置，其特征在于，所述泵体装置为权利要求10所述的泵体装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202011133614.9A CN112253453A (zh) | 2020-10-21 | 2020-10-21 | 气缸结构、泵体装置及压缩机 |
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Citations (2)
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| JPH02112692A (ja) * | 1988-10-20 | 1990-04-25 | Fujitsu General Ltd | ロータリーコンプレッサ |
| CN201771764U (zh) * | 2010-07-21 | 2011-03-23 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 一种封闭式旋转压缩机的压缩机构 |
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2020
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02112692A (ja) * | 1988-10-20 | 1990-04-25 | Fujitsu General Ltd | ロータリーコンプレッサ |
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