CN1214414A - 振动压缩机的改进型结构 - Google Patents

Abstract

一种可使用在致冷机中的振动压缩机,包括一弹性机构,它对着一柱塞通过一移动机构、例如电动机作移动产生反作用力,以便振荡该柱塞,从而改变一压缩腔的体积。该弹性机构由若干个于中心处与柱塞相连的圆盘组成。各圆盘具有以一种旋涡状形式弯曲以形成弹性臂的槽。这些圆盘被设置成相互重叠并且相互有偏移,以便其中一个圆盘的臂部与相邻的其中一个圆盘的槽相吻合,从而避免了相邻的两个圆盘的臂部直接接触。

Description

振动压缩机的改进型结构

本发明总的涉及一种可使用在致冷机中的振动压缩机，尤其涉及一种引起压缩机的一柱塞振荡的振动压缩机的一弹性机构的一种改进型机构。

日本专利第一公开号4-347460和5-288419揭示了振动压缩机，该振动压缩机被设计成可振荡一柱塞，以便在通过一弹性机构进行吸入(intake)和压缩时改变一压缩腔的体积。该弹性机构由若干个圆盘组成。各圆盘具有若干螺旋形槽以形成弹性臂，该弹性臂对着柱塞在一方向上的移动产生反作用力，以便使该柱塞在一缸体内作往复运动。将这些圆盘设置成相互重叠。在相邻的两个圆盘之间插入垫片以避免将导致弹性臂磨损与断裂的两个圆盘的直接接触。然而，采用这种垫片增加了弹性机构的重量，并降低一包含着该柱塞的移动件的共振频率，于是导致了压缩机工作容量(capacity)的下降。因此，圆盘的振荡使得应力集中在各弹性臂的两端上，这将导致弹性臂的疲劳断裂。

因此，本发明的一主要目的在于避免已有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供一具有一延长的疲劳寿命的振动压缩机的一弹性机构的一种紧凑且轻质的结构。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种振动压缩机，它包括：(a)一封闭的外壳；(b)一具有形成于其中的一缸体的缸体块，一柱塞在该缸体中作往复运动以改变一压缩腔的体积；(c)一将柱塞在缸体中沿一第一方向移动的移动机构；以及(d)一弹性单元，该弹性单元包括若干板件，各板件在一第一部分处与缸体块相连、而在一第二部分处与柱塞相连，在各板件中形成着至少一被弯曲以构成一臂部的槽，该臂部被弹性挠曲，以便根据柱塞通过移动机构的移动而沿一与所述第一方向相反的第二方向推动柱塞，各板件的槽的宽度大于臂部的宽度，板件被相互相邻地设置，以便各板件的臂部与相邻的其中一板件的槽相重叠。

在本发明的较佳模式中，各板件的槽具有一几何学上(geometrically)取向的、以便与槽的一纵向中心线的一法线部分相吻合的端部。

还包括一自槽的端部延伸的、其宽度小于所述槽的宽度的第二弯曲槽。

各板件中形成有邻近槽的端部的诸凹部。板件的中心相互吻合，并且在角度位置上相互之间有偏移，以便各板件靠近其凹部的部分与相邻的其中一板件的凹部相接合。

其中一板件的臂部的尺寸与其它板件的臂部的尺寸是不同的。

各板件的槽具有一外端，该外端以与槽的一纵向中心线的一法线成一夹角地向外取向。该所述角度的范围从-10°到60°，较佳地从10°到50°。

各板件的槽具有一内端，该内端以与槽的一纵向中心线的一法线成一夹角地向内取向。该所述角度的范围从-30°到30°。

在与柱塞的移动同时发生的臂部的挠曲期间，各板件的槽的端部接合并保持着相邻的其中一板件的臂部的外端部分与内端部分。各板件的槽的端部具有面向柱塞的一底端死点的斜面。

通过下文所给出的详细描述以及本发明较佳实施例的附图将更全面地理解本发明，然而，本发明并不受特定实施例的限制，这些实施例只是作说明与理解之用。

附图中：

图1是本发明的一种振动压缩机的纵剖视图；

图2是沿图1中的线Ⅱ-Ⅱ剖切的横剖视图；

图3是在第一实施例的一振动压缩机内的一种弹性机构中使用的其中一个圆盘的平面图；

图4是使用在第二实施例的一种弹性机构中的其中一个圆盘的平面图；

图5是使用在第三实施例的一种弹性机构中的其中一个圆盘的平面图；

图6是使用在第四实施例的一种弹性机构中的其中一个圆盘的平面图；

图7是沿图6中的线Ⅶ-Ⅶ剖切的剖视图；

图8是第五实施例的一种弹性机构的一第一圆盘的平面图；

图9是第五实施例的一种弹性机构的一第二圆盘的平面图；

图10是使用在第六实施例的一种弹性机构中的其中一个圆盘的平面图；

图11是使用在第七实施例的一种弹性机构中的其中一个圆盘的平面图；

图12是具有第八实施例的一种弹性机构的一种振动压缩机的横剖视图；以及

图13是沿图12中的线ⅩⅢ-ⅩⅢ剖切的剖视图。

现在请参阅附图，尤其请参阅图1，图中所示为可使用在一致冷机中的本发明的一种振动压缩机。

该振动压缩机通常包括封闭的外壳1和压缩机机构2。该压缩机机构2由电动机3、缸体块4、柱塞5、空心体6、缸盖7和弹性单元18组成，并通过悬簧(图中未示出)被支撑在外壳之中。

在缸体块4中形成有缸体8，柱塞5在该缸体中作往复运动，以便例如将致冷剂从输入口7a吸入到压缩腔16内，并将其从输出口7b输送到一致冷系统内。

电动机3是由纯铁制成的定子3a和由一线圈构成的转子3b所组成的。在定子3a上设置着永久性磁铁3c。转子3b通过连接件10与柱塞5相连。

弹性单元18由若干个相互叠置的圆盘19(在该实施例中是三片)组成。这些圆盘19在中心部分18a处与柱塞5的一端相连，并在周边部分18b处与空心体6相连。在图2和图3中可以清楚地看到，在各圆盘19中形成有弧形槽20a、20b、20c和20d以构成臂部21a,21b、21c和21d，这些臂部以一种旋涡状形式延伸，以便该圆盘19可在一与其表面相垂直的方向上挠曲。

槽20a至20d的宽度分别由臂部21a至21d的内侧边缘22a、22b、22c和22d和外侧边缘23a、23b、23c和23d构成，其长度分别由内端24a、24b、24c和24d和外端25a、25b、25c和25d构成。槽20a至20d的宽度大于臂部21a至21d的宽度。

这些圆盘19在圆周方向上相互之间偏移45°，以便各圆盘19的臂部21a至21d的两端可与相邻的其中一个圆盘19的槽20a至20d的内端24a至24d以及外端25a至25d相吻合。换句话说，各圆盘19的臂部21a至21d与相邻的其中一个圆盘19的槽20a至20d相重叠。

在运行中，当电流从一交流电源流至电动机3的转子3b时，该转子3b被激励，并在由磁铁3c所形成的电场中与柱塞5一起在其纵向方向上移动，对弹性单元18加压。该弹性单元产生一反作用力，以便将柱塞5在反方向上移动，从而引起柱塞振荡，以便交替地增加及减小压缩腔16的体积。

当弹性单元18由柱塞5加压时，圆盘19的臂部21a至21d在一与圆盘19的表面相垂直的方向上挠曲或者移动。如上所述，各圆盘19的臂部21a至21d与相邻的其中一个圆盘19的槽20a至20d相重叠。因此，外部的两个圆盘19的臂部21a至21d总是相互隔开一段与圆盘19的厚度相对应的固定间距。尤其，无论柱塞5移动了多少距离，所有的圆盘19的臂部21a至21d在柱塞5的纵向方向上移动时，其间的垫片相等。这样避免了在柱塞5的振荡期间，由于任两个相邻圆盘19的臂部21a至21d的摩擦所引起的臂部21a至21d的磨损或断裂。

在各圆盘19中还可形成一以旋涡状形式延伸的单个槽，以便形成一单个臂部。可行的是，与上述实施例相似，该槽的宽度大于该臂部的宽度，并且各圆盘19的臂部与相邻的其中一个圆盘19的槽相重叠，从而避免了任两个相邻圆盘19的臂部相摩擦。

代替由转子3b和永久性磁铁3c组成的电动机3，可采用任何其它已知的、能使柱塞5作往复运动的移动机构。

图4所示为本发明第二实施例的弹性单元18，该弹性单元由若干个圆盘26组成。

在图中可以清楚地看到，在各圆盘26中形成有螺旋形槽27a、27b、27c和27d，从而构成弯曲的臂部28a、28b、28c和28d。

槽27a至27d的宽度分别由臂部28a至28d的内侧边缘29a、29b、29c和29d和外侧边缘30a、30b、30c和30d构成，其长度分别由内端31a、31b、31c和31d和外端32a、32b、32c和32d构成。一单独的槽的内端与外端，例如，槽27a的内端31a和外端32a的取向是为了与分别垂直于槽27a的纵向中心线的部分大致吻合。其它的设置与第一实施例中的设置相同，这里就不再对其进行详细说明了。

在运行中，当柱塞5作往复运动时，它将引起圆盘26在与圆盘26的表面相垂直的方向上振荡。在圆盘26的振荡期间，各圆盘26的臂部28a至28d的移动大致被相邻的其中一个圆盘26的槽27a至27d的内端31a至31d及外端32a至32d抑制(suppress)。如上所述，槽27a至27d的内端31a至31d及外端32a至32d的取向是为了分别与槽27a至27d的纵向中心线的法线相吻合，由此使由于臂部28a至28d的振荡所产生的应力至少均匀分布在整个由相邻的其中一个圆盘26的槽27a至27d的内端31a至31d及外端32a至32d所保持的臂部28a至28d的部分上。这样较第一实施例而言，减小了作用在各臂部28a至28d的端部上的最大应力，从而增加了弹性单元18的疲劳寿命。

图5所示为本发明第三实施例的弹性单元18，该弹性单元由若干个圆盘33组成。

在图中可以清楚地看到，在各圆盘33中形成有螺旋形槽35a、35b、35c和35d，从而构成弯曲的臂部39a、39b、39c和39d。槽35a至35d以及臂部39a至39d的形状与如图4所示的第二实施例中的槽27a至27d以及臂部28a至28d的形状相同。

在各圆盘33中还形成有外部狭槽36a至36d以及内部狭槽37a至37d。该外部狭槽36a至36d分别自槽35a至35d的外端34a至34d、靠近介于外端34a至34d中的相邻的两个外端之间的中间、沿着沿槽35a至35d的内侧边缘延伸的曲线向外延伸。该内部狭槽37a至37d分别自槽35a至35d的内端38a至38d、靠近介于内端38a至38d中的相邻的两个内端之间的中间、沿着沿槽35a至35d的外侧边缘延伸的曲线向内延伸。其它的设置与第二实施例中的设置相同，这里就不再对其进行详细说明了。

外部狭槽36a至36d以及内部狭槽37a至37d的形成延长了臂部39a至39d的有效长度，从而使得柱塞5的行程较第二实施例而言有所增加。另外，在圆盘33的振荡期间，靠近外部狭槽36a至36d以及内部狭槽37a至37d的端部的各圆盘33的臂部39a至39d的大部分端部分别被相邻的其中一个圆盘33的外端34a至34d与内端38a至38d在臂部39a至39d的宽度方向上压制，由此使由于臂部39a至39d的振荡所产生的应力均匀分布在整个臂部39a至39d的端部上，与第二实施例相似，这样减小了作用在臂部39a至39d的端部上的应力集中。

图6和图7所示为本发明第四实施例的弹性单元18，该弹性单元由若干个圆盘50组成。

各圆盘50具有相互间隔固定间距(即，在该实施例中为90°)的外薄壁部分41a、41b、41c和41d，以及相互间隔固定间距(即，在该实施例中为90°)的内薄壁部分43a、43b、43c和43d。在图7中可以清楚地看到，各外薄壁部分41a至41d是通过在位于槽49a至49d的外端40a至40d之外的、45°的角度范围内(over)(即，360°/(2n)°，其中n是臂部的数量)的各圆盘50的两个表面上加工凹部来形成的。类似地，各内薄壁部分43a至43d是通过在位于槽49a至49d的内端42a至42d之内的、45°的角度范围内的各圆盘50的两个表面上加工凹部来形成的。

与上述实施例相似的是，各圆盘50的角度位置相互之间偏移45°，以便各圆盘50的臂部51a至51d可与相邻的其中一个圆盘50的槽49a至49d相重叠，并且介于外部薄壁部分41a至41d之间的周边部分以及介于各圆盘50的内部薄壁部分43a至43d之间的中心部分可分别固定在相邻的其中一个圆盘50的外部薄壁部分41a至41d以及内部薄壁部分43a至43d内。这样可使弹性单元18的总厚度减小到三个圆盘50的厚度之和以下，而不必改变形状、厚度以及臂部51a至51d的弹性系数。凹部的形成可减小弹性单元18的重量。于是，可增加该振动压缩机的共振频率，从而增加其致冷工作容量。

通过在各圆盘50的任一表面内加工一单个凹部可交替形成各外部薄壁部分41a至41d和内部薄壁部分43a至43d。

图8和图9所示为本发明第五实施例的弹性单元18，该弹性单元由一定数量的第一圆盘45(图8中示出了其中的一个)和一定数量的第二圆盘46(图9中示出了其中的一个)组成。

该第一和第二圆盘45和46的臂部44a至44d与46a至46d的形状与图2和图3中所示的第一实施例中的圆盘19的臂部的形状相似，只是臂部44a至44d的宽度要大于臂部46a至46d的宽度，以便臂部44a至44d的弹性系数大于臂部46a至46d的弹性系数。第一圆盘45的厚度可与第二圆盘46的厚度一致或者不同。

因此，通过选择第一和第二圆盘45和46的组合可决定弹性单元18的移动量(即，弹性系数)、重量以及共振频率。

图10所示为本发明第六实施例的弹性单元18，该弹性单元是图4中所示的第二实施例的一种变型。对于相同部分采用图4中所使用的相同标号，而且在此省略了对其的详细说明。

形成在各圆盘26中的槽27a、27b、27c和27d分别具有外端125a、125b、125c和125d，各外端在槽27a至27d的一条槽的外端上的一点处与槽27a至27d的相应的一条槽的一纵向中心线的法线100成一夹角α向外取向。

在由柱塞5的往复运动所引起的圆盘26的振荡期间，靠近各圆盘26的周边部分18b的臂部28a至28d的外部经受了比作用在该臂部28a至28d的内部上的扭矩更大的扭矩，以至于更大的应力集中在由于相邻的其中一个圆盘26的槽27a至27d的外端125a至125d而抑制运动的各圆盘26的臂部28a至28d的部分上。在臂部28a至28d的宽度方向上的应力分布取决于槽27a至27d的外端125a至125d的取向。尤其，最大应力取决于槽27a至27d的外端125a至125d的取向。实验发现，当槽27a至27d的外端125a至125d的取向，即，夹角α的范围为-10°≤α≤60°，较佳地为10°≤α≤50°时，作用在臂部28a至28d的外部上的应力变得小于允许值。

图11所示为本发明第七实施例的弹性单元18，该弹性单元是图10中所示的第六实施例的一种变型。对于相同部分采用图10中所使用的相同标号，而且在此省略了对其的详细说明。

形成在各圆盘26中的槽27a、27b、27c和27d分别具有内端131a、131b、131c和131d，各内端在槽27a至27d的一条槽的内端上的一点处与槽27a至27d的相应的一条槽的一纵向中心线的法线100成一夹角β向内取向。

在由柱塞5的往复运动所引起的圆盘26的振荡期间，靠近各圆盘26的中心部分18a的臂部28a至28d的内部经受了一定程度的扭矩，如上所述，虽然该扭矩要小于作用在该臂部28a至28d的内部上的扭矩，以至于应力集中在由于相邻的其中一个圆盘26的槽27a至27d的内端131a至131d而抑制运动的各圆盘26的臂部28a至28d的部分上。在臂部28a至28d的宽度方向上的应力分布取决于槽27a至27d的内端131a至131d的取向。尤其，最大应力取决于槽27a至27d的内端131a至131d的取向。实验发现，当槽27a至27d的内端131a至131d的取向，即，夹角β的范围为-30°≤β≤30°时，作用在臂部28a至28d的内部上的应力变得小于允许值。

图12和图13所示为本发明第八实施例的弹性单元18，如图12所示，该弹性单元与第七实施例的不同之处仅仅在于形成在各圆盘53内的外端55a至55d和内端56a至56d的形状。图12示出了与相邻的其中一个圆盘53的臂部57a至57d相吻合的最外面的一个圆盘53的槽。图13是沿图12中的线ⅩⅢ-ⅩⅢ剖切的剖视图，其中将七个圆盘53相互叠置在一起。

在图13中可以清楚地看到，槽的各个外端55a至55d具有一面向柱塞5的底端死点(即，在与柱塞5的头部相反的方向上)的斜面。相类似地，槽的各个内端56a至56d具有一面向柱塞5的底端死点的斜面。因此，在柱塞5至底端死点的吸入行程中，除最接近顶端死点的那个圆盘之外的各圆盘53的臂部57a至57b被相邻的其中一个圆盘53的槽的外端55a至55d与内端56a至56d的锐角边61而抑制运动。在柱塞5至顶端死点的压缩行程中，除最接近底端死点的那个圆盘之外的各圆盘53的臂部57a至57b由相邻的其中一个圆盘53的槽的外端55a至55d与内端56a至56d的钝角边60而抑制运动。尤其，在压缩行程中的臂部57a至57b的有效长度变得大于其在吸入行程中的有效长度，以至于压缩行程中的臂部57a至57b的弹性系数变得小于其在吸入行程中的弹性系数。

因此，当通过升高背压腔中的压力以便将柱塞5的振幅中心朝着顶端死点移动来减小一台致冷机的致冷工作容量时，在一行程中的臂部57a至57b的平均弹性系数和共振频率变小，于是造成使致冷工作容量的变量增加到基于柱塞5的振幅中的变化估算而得的一数值之上。于是，提高了在控制致冷工作容量的情况下的致冷机的致冷效率。这使得当致冷机运行在最小致冷工作容量时，可减小背压，以便减小致冷剂从背压腔泄漏到压缩腔16的泄漏。

取代在槽的外端55a至55d及内端56a至56d上形成的斜面，可在相邻的两个圆盘53之间插入具有斜端的垫片，以便在圆盘56的振荡期间，抑制臂部57a至57b的内端与外端运动。

该实施例可与上述第一至第七实施例中的任何一个实施例一起使用。

为了便于更好地理解本发明而根据较佳实施例揭示了本发明，应当理解的是，在不脱离本发明原理的情况下，本发明可用多种途径来体现。因此，本发明应当被认为包含着所有可能的实施例以及所示实施例的变型，这些变型是在不脱离下列所附权项中所罗列出的本发明原理的情况下来体现的。例如，弹性单元18的各圆盘中可形成以一种旋涡状形式延伸以形成一单个臂部的一单个槽。另外，臂部的曲率与长度可相互而异，只要各圆盘的臂部被形成为可与相邻的一圆盘的槽相重叠即可。

Claims (9)

1．一种振动压缩机，包括：

一封闭的外壳；

一具有形成于其中的一缸体的缸体块，一柱塞在所述缸体中作往复运动以改变一压缩腔的体积；

一将所述柱塞在所述缸体中沿一第一方向移动的移动机构；以及

一弹性单元，所述弹性单元包括若干板件，所述各板件在一第一部分处与所述缸体块相连、而在一第二部分处与所述柱塞相连，在各板件中形成着至少一被弯曲以构成一臂部的槽，所述臂部被弹性挠曲，以便根据所述柱塞通过所述移动机构的移动而沿一与所述第一方向相反的第二方向推动所述柱塞，所述各板件的所述槽的宽度大于所述臂部的宽度，所述板件被相互相邻地设置，以便所述各板件的所述臂部与相邻的其中一所述板件的所述槽相重叠。

2．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，所述各板件的所述槽具有一几何学上取向的、以便与所述槽的一纵向中心线的一法线部分相吻合的端部。

3．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，还包括一自所述槽的一端延伸的、其宽度小于所述槽的宽度的第二弯曲槽。

4．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，所述各板件中形成有邻近所述槽的端部的诸凹部，并且其中所述板件的中心相互吻合，并且在角度位置上相互之间有偏移，以便所述各板件靠近其所述凹部的部分与相邻的其中一块所述板件的所述凹部相接合。

5．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，所述其中一板件的所述臂部的尺寸与其它板件的臂部的尺寸是不同的。

6．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，所述各板件的所述槽具有一外端，所述外端以与所述槽的一纵向中心线的一法线成一夹角地向外取向，所述角度的范围从-10°到60°。

7．如权利要求6所述的振动压缩机，其特征在于，所述角度的范围从10°到50°。

8．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，所述各板件的所述槽具有一内端，所述内端以与所述槽的一纵向中心线的一法线成一夹角地向内取向，所述角度的范围从-30°到30°。

9．如权利要求1所述的振动压缩机，其特征在于，在与所述柱塞的移动同时发生的所述臂部的挠曲期间，所述各板件的所述槽的端部接合并保持着相邻的其中一块所述板件的所述臂部的外端部分与内端部分，并且其中所述各板件的所述槽的所述端部具有面向所述柱塞的一底端死点的斜面。

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