CN1224813C - 封闭式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种可减小对旋转轴作用力、平衡不平衡力、减小振动的封闭式压缩机。压缩机构部设有旋转运动的偏心部。下部平衡锤位于转子端面与偏心部相对的位置。在转子的另一端面，设有安装在与偏心部相同方向位置的上部平衡锤或安装于与偏心部相反位置的旋转轴方向的孔中的一个。下部平衡锤设有插入下部平衡锤与转子端面间的衬垫，其高度高于安装于转子端面的另一个锤。

Description

封闭式压缩机

技术领域

本发明是关于空调冷冻机等所用的封闭式压缩机。

技术背景

如图6所示，现有封闭式压缩机是在封闭容器101内设有压缩机构部102，通过旋转轴103，由电动机元件104的转子105驱动。

在这里，压缩机构部102为旋转压缩机。压缩机构部102设有气缸106、对通过旋转轴103的偏心部107而在气缸106内偏心旋转的活塞108与气缸106两端面进行封闭的上端板109以及下端板110构成。

上端板109与下端板110分别设有支持旋转轴可自由旋转的滑动轴承部。在压缩机构部102的活塞108与旋转轴103的偏心部107的旋转运动下，产生不平衡力。为平衡该不平衡力，在转子105的两端以相互成180度的旋转角度安装有上部平衡锤111与下部平衡锤112。

压缩机构部102远距离侧的上部平衡锤111配置于与偏心部107的偏心方向相同的方向。压缩机构部102近距离侧的下部平衡锤112配置于旋转轴103的偏心部107的相反侧。

由于上部平衡锤111与偏心部107同向偏心，所以累加了失衡产生的力。下部平衡锤112的重量与转子径向位置固定，消除了该累加力。即：如图7所示，如果偏心部107失衡产生的力为F1，上部平衡锤失衡产生的力为F2、下部平衡锤112失衡产生的力为F3，那么三者的关系为F3＝F1+F2。

压缩机构部偏心部107与电机元件的转子105支持于上端板109上所设的滑动轴承部，配置于其两侧，并进行旋转运动。在这里，偏心部107及上部、下部平衡锤失衡所产生的力F1、F2、F3的设定，以设于上端板109上的滑动轴承部为支点，力矩平衡。即：F1与F3产生相同方向的力矩，F2产生与F1、F3方向相反的力矩。

因此，如果滑动轴承部中心与F1间的距离为L1，与F2间的距离为L2，与F3间的距离为L3，那么，三者的关系为F2×L2＝F1×L1+F3×L3。

通过上述构造，可消除偏心部107的失衡以及使旋转轴进行“擂槌”运动(tilted pivot)的力矩。由此，可得到振动小、并可确保轴承的可靠性的封闭式压缩机。

因此，采用现有技术制造的封闭式压缩机高速运转时，可考虑到下述情况。

平衡锤111与112的离心力为旋转速度的2倍。旋转轴103的挠曲量为距离心力作用部位与支持部(轴承部)距离的3倍。

特别是，上部平衡锤111离心力作用下的旋转轴103的挠曲量变大。因此，转子103与定子113有时会发生接触。旋转轴103与上端板109、下端板111上所设滑动轴承间产生金属接触，并发生磨擦乃至粘合。

日本专利公开公报特开平2-33876号公报中提出了解决对策，减轻上部平衡锤111的重量，以产生失衡。但是，采用此方法，要想失去平衡，压缩机的振动就变大。其结果，空调机或冷冻机的振动变大，可能使连接压缩机的配管受损。

最近，为保护环境，已禁止使用破坏臭氧层的Hydro Chloro Fluoro Carbon(HCFC，氟氯烃)。因此，目前使用以不含氯的Hydro Chloro Fluoro Carbon(HCFC)类制冷剂以及二氧化碳为代表的天然制冷剂。

作为空调机用制冷机所用的HFC类制冷剂及二氧化碳与HCFC类制冷剂相比，在相同饱和温度下压力高。使用的话，对旋转轴的作用力将变大，所以磨擦、振动也变大。

本发明的目的是，针对上述课题，提供一种可减小平衡锤离心力产生的挠矩所引起的旋转轴的挠曲量，平衡偏心部的不平衡力，减小振动的封闭式压缩机。

在本发明的封闭式压缩机中，压缩机构部设有旋转运动的偏心部。旋转轴由轴承支持，并可自由旋转，同时与偏心部连接。转子固定于从轴承支持部位向压缩机构部相反侧延伸的部分。定子对转子提供旋转磁场。

下部平衡调整部包括使重心旋转轴方向的位置靠近压缩机构侧的下部平衡锤。

上部平衡锤，至少设有下述二者中的一个，即：i)安装于与上述偏心部相同旋转方向位置的上部平衡锤；ii)在旋转方向与压缩机构偏心部成180度偏离位置安装的上述旋转轴方向的孔。

下部平衡通过设置插入其与转子端面间的衬垫，使其重心的轴向位置靠近压缩机构部侧。

下部平衡锤与设于转子端面的另一个平衡锤相比，由于其高度增加，所以，其重心轴向位置更靠近压缩机构部侧。

这样，上部平衡锤与下部平衡锤便可平衡偏心部的不平衡力。

由此，可减小以轴承部为支点的下部平衡锤所产生的力矩。因此，由于该力矩的消除，上部平衡锤所产生的力矩也变小。其结果，可减小上部平衡锤的失衡量。

这样，可在不牺牲低振动性及轴承可靠性的情况下，防止高速运转时由于离力心而使轴弯曲。

附图的简单说明

图1为本发明第1实施形态的剖视图；图2为本发明第2实施形态的剖视图；图3为本发明第3实施形态的剖视图；图4为本发明第4实施形态的剖视图；图5为本发明第5实施形态的剖视图；图6为现有封闭式压缩机的剖视图；图7为显示平衡锤与旋转轴系统运转时产生的力矩的概念图。

最佳实施形态的说明

下面，利用图说明一下本发明的实施形态。

(实施形态1)

图1为本发明第一实施形态。

在图1中，压缩机构部2由气缸6、偏心部7、活塞8、内部为圆筒形空间的气缸6、上端板9、下端板10构成。

偏心部7在气缸6的内部进行偏心旋转运动。活塞8与在自由滑动状态下与偏心部7连接的气缸6的内圆周面连接，同时通过偏心旋转进行压缩运动。上端板9与下端板10安装于气缸6的两端，并封闭成圆筒形空间，同时，支持与偏心部7一体的旋转轴3自由旋转。

电机元件4由固定于旋转轴3上的转子5、上部平衡锤11、下部平衡锤12、定子13构成。

上部平衡锤11在转子5距压缩机构部的远端侧，偏向安装于与偏心部7偏心方向相同的方向。下部平衡锤12在转子5距压缩机构部的近端侧，偏向安装于与偏心部7的偏心方向相反的一侧，中间装有衬垫14。定子13向转子提供旋转磁场，产生旋转扭矩。

为防止旋转轴3的“擂槌”运动，必须设上部平衡锤11。但是，由于离心力为转数的2倍，所以在高速旋转时，由于与安装于上端板9的轴承部的距离远，所以会对旋转轴3产生大的挠矩。因此，旋转轴3可能会弯曲，与定子发生接触。因此，最好尽量减小上部平衡锤的质量。

日本专利申请公告公报平2-33876号中所述压缩机正是着眼于这一点，充分减小了上部平衡锤的质量。但是，此时，通过减小上部平衡锤11质量，抵消了本来得到不平衡力的目的，不得不牺牲控制振动的功能。

在本发明申请中，下部平衡锤12与转子5的端面间插入了衬垫14。因此，下部平衡锤便远离转子5的端面。也就是说，下部平衡锤与轴承部间的距离变小。这样，即使上部平衡锤质量变小，也不会抵消不平衡力，不必牺牲本来控制振动的功能。

换言之，以轴承部为支点的下部平衡锤12产生的力矩变小。因此，为消除此部分力矩，上部平衡锤11所产生的力矩也变小。其结果，可减小上部平衡锤的失衡量，所以不用牺牲低振动性及轴承可靠性，也可防止轴由于高速运转时的离心力而弯曲。

在本实施形态中，下部平衡锤12与衬垫14具有下部平衡调整部的作用。上部平衡锤具有上部平衡调整部的作用。

(实施形态2)

图2为本发明第二实施形态。

在图2中，上部平衡锤11质量足够地小，小于可以与压缩机构部不平衡力相平衡的质量。

在转子5上，相对下部平衡锤12与旋转轴3相对的另一侧的端面上安装有径向截面下部平衡锤12形状相同的锤12a。

下部平衡锤12距转子5的端面的高度比锤12a高。这样，下部平衡锤12的重心位置接近上端板9的轴承部。这样，可恢复压缩机构部间不平衡力的平衡。

在本实施形态中，不必准备衬垫，层叠用冲压机对平衡锤进行冲裁后形成的板，即可实现部件标准化。

在本实施形态中，下部平衡锤12与锤12a具有下部平衡调整部的作用。上部平衡锤11具有上部平衡调整部的作用。

(实施形态3)

图3为本发明第三实施形态。

在图3中，上部平衡锤11质量足够地小，小于可与压缩机构部不平衡力相平衡的质量。

下部平衡锤12与转子5端面间插入衬垫，下部平衡锤12的重心位置接近上端板9的轴承部。同时，衬垫14上设有孔15。构成衬垫14的材质的比重小于平衡锤11、12的比重。这样，可恢复压缩机构部不平衡力的平衡。同时减小对旋转轴3的负荷力。

在本实施形态中，也可在不牺牲低振动性及轴承可靠性的情况下，防止在高速运转时离心力作用下轴弯曲，同时减小旋转轴的负荷。

在本实施形态中，下部平衡锤12与衬垫具有下部平衡调整部的作用。上部平衡锤11具有上部平衡调整部的作用。

(实施形态4)

图4为第四实施形态。

在图4中，上部平衡锤11质量足够地小，小于可与压缩机构部不平衡力平衡的质量。在转子5端面的上部平衡锤11相对旋转轴的另一侧设有孔16。

下部平衡锤11与转子5端面间插入衬垫14，下部平衡锤12的重心位置接近上端板9的轴承部。

这样，通过小的平衡锤12与小孔16，可得到与下部平衡锤12间的平衡。因此，转子5与平衡锤12质量也可变小。这样，可恢复压缩机构部间不平衡力的平衡，同时减小旋转轴3的负荷。

在本实施形态中，要想使设于旋转轴上的轴向孔具有辅助平衡锤的功能，只要使上部平衡锤变小即可，此时，转子质量也变小。

在本实施形态中，下部平衡锤12与衬垫14具有下部平衡调整部的作用。上部平衡锤11与孔16具有上部平衡调整部的作用。

(实施形态5)

图5为本发明第五实施形态。

在图5中，在转子5远离压缩机构部2侧的端面上，在偏向偏心部7的偏心方向的相反方向的位置处，设有孔17。孔17的大小要足以产生小于平衡压缩机构部不平衡力的不平衡力。

在下部平衡锤12与转子5的端面间，插入衬垫14，下部平衡锤12的重心位置接近上端板9的轴承部。由此，必须使孔17比较第三实施形态足够地大。另一方面，由于不需要上部平衡锤，转子的质量也更小，所以部件数有所减少，转子与平衡锤的质量也小。因此，可恢复压缩机构部间不平衡力的平衡，同时减小旋转轴3的负荷。

在本实施形态中，下部平衡锤12与衬垫14具有下部平衡调整部的作用，孔17具有上部平衡调整部的作用。

在上述实施形态1至5中，作为制冷剂，可使用HFC类制冷剂。即使使用与现有HCFC类制冷剂相比压力高且对旋转轴作用力大的HFC类制冷剂，也不会发生旋转轴弯曲。因此，是一种环保型的小型封闭式压缩机。

在上述实施形态1至5中，作为替代HFC的制冷剂，也可使用以丙烷及二氧化碳为代表的天然制冷剂。此时，在上述实施形态1至5中，即使使用与目前HCFC类制冷剂相比压力高、对旋转轴作用力大的丙烷类及二氧化碳等天然制冷剂，也不会使旋转轴弯曲。因此，可得到环保型的小型封闭式压缩机。

综上所述，在本发明的任一实施形态中，均可防止旋转轴与上端板间的磨擦与粘合，同时通过平衡不平衡力，减小振动。

根据本发明第一实施形态，充分减小了上部平衡锤，并使上部平衡锤的重量小于与压缩机构部不平衡力相平衡的重量。

在下部平衡锤与转子间插入衬垫，下部平衡锤的位置远离上部平衡锤。这样，便可恢复压缩机构部与上部平衡锤间不平衡力的平衡。防止旋转轴与上端板间的磨擦与粘合，同时通过平衡不平衡力，减小振动。

根据本发明第二实施形态，代替在下部平衡锤与转子端面间插入衬垫，而在转子端的旋转方向与下部平衡锤相对侧，安装有与下部平衡锤径向截面形状相同的锤。下部平衡锤距离转子端面的高度大，以使其质量大于另一个锤。

根据本发明第三实施形态，可使衬垫的质量变小，所以可减轻旋转轴的负荷。

根据本发明第四实施形态，在上部平衡锤的转子端面旋转方向另一侧设有孔。这样，上部平衡锤可更小。并且，孔的大小也变小。因此，可减小对电机元件特性的影响。

根据本发明第五实施形态，省略了上部平衡锤，在转子端面应安装上部平衡锤部位的旋转方向的另一侧设有孔。这样，可减少部件数，实现轻型化。

如果层叠板金冲裁的锤与下部平衡锤而成板料，由于金属模可通用，可得到廉价的封闭式压缩机。

在本发明的各实施形态中，可使用与现有HCFC类制冷剂相比压力高的HFC类制冷剂或天然制冷剂。此时，即使对旋转轴的弯曲力变大，旋转轴也不会发生弯曲。这样，便可提供一种环保小型封闭式压缩机。

Claims (9)

1.一种封闭式压缩机，其特征在于，所述封闭式压缩机包括：

(a)具有进行旋转运动的偏心部的压缩机构部；

(b)在可自由旋转状态下由轴承支持，并连接于上述偏心部的旋转轴；

(c)固定于从上述旋转轴的轴承支持的部分向压缩机构部相反侧延伸部分的转子；

(d)向上述转子提供旋转磁场的定子；

(e)位于上述转子靠近上述压缩机构部侧的端面，相对所述偏心部，在上述转子的旋转方向偏离180度位置所安装的、具有下部平衡锤的下部平衡调整部；

(f)上部平衡调整部，所述上部平衡调整部在上述转子远离上述压缩机构部侧的端面，具有与上述压缩机构的偏心部在所述旋转方向上偏离180度位置所安装的、上述旋转轴方向的孔；

使上述下部平衡锤重心接近上述压缩机构部侧。

2.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其特征是，为使上述下部平衡锤重心接近上述压缩机构部侧，在上述下部平衡锤和转子端面间插入配置衬垫。

3.如权利要求2所述的封闭式压缩机，其特征是，上述衬垫设有孔。

4.如权利要求2所述的封闭式压缩机，其特征是，所述衬垫采用比重小于上述下部平衡锤的材质。

5.如权利要求2所述的封闭式压缩机，其特征是，所述上部平衡调整部还设有相对所述旋转轴方向的孔，在旋转方向偏离180度位置具有重心的上部平衡锤。

6.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其特征是，所述下部平衡调整部还具有一重锤，所述重锤在所述转子径向上的截面与上述下部平衡锤在上述转子径向上的截面形状相同，并且在所述偏心部的偏心方向上偏心地安装；

上述下部平衡锤的高度高于所述重锤的高度，由此使下部平衡锤重心在上述旋转轴方向的位置接近压缩机构部侧。

7.如权利要求1至6之任一项所述的封闭式压缩机，其特征是，致冷剂使用HFC类致冷剂。

8.如权利要求1至6之任一项所述的封闭式压缩机，其特征是，致冷剂使用天然制冷剂。

9.如权利要求8所述的封闭式压缩机，其特征是，所述天然制冷剂使用丙烷类制冷剂或二氧化碳。

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