CN1225980A - 可变排量压缩机 - Google Patents

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粥川浩明
加藤圭一
广田英
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Abstract

一种可变排量压缩机包括一个固定于驱动轴(16)的转子(17)和一个支承在驱动轴(16)上并沿驱动轴(16)的轴向滑动的摆动斜盘(18)。一铰链机构(20)配置在转子(17)和斜盘(18)之间。铰链机构(20)使斜盘(18)与转子(17)整体旋转,并对斜盘(18)的摆动和滑动进行导向。铰链机构(20)包括一个自斜盘(18)延伸的摆臂(43)。斜盘(18)由铝或铝合金材料制成。摆臂(43)和斜盘(18)分离,由铁基金属材料制成。因此,在保持斜盘(18)重量轻的同时,使铰链机构(20)很坚固。

Description

可变排量压缩机
本发明涉及例如在车辆空调器中采用的可变排量压缩机。
在日本未审定的专利公告NO.8-311634和NO.9-60587中公开了可变排量压缩机的例子。相应可变排量压气机的壳体限定一些气缸孔，每一气缸孔安装一活塞。该壳体以旋转方式支持一驱动轴，一转子固定于该驱动轴。此外，连接于该活塞的摆动斜盘与该驱动轴接合，并由其导向。该斜盘通常由铝或铝合金材料制成，以降低压缩机的重量。一铰链机构将转子连接于斜盘。该斜盘经转子和铰链机构跟驱动轴整体旋转。该铰链机构允许斜盘摆动和滑动。
该铰链机构包括一个自斜盘延伸的第一铰链部和一个自转子延伸的第二铰链部。该铰链机构还包括一对导向销。每一导向销的底端压配合于第一铰链部的相应安装孔内。每一导向销的顶端以滑动方式安装于第二铰链部的相应导向孔内。当斜盘沿驱动轴的轴向移动时，每一导向销的顶端滑入相应的导向孔中，以导向斜盘的运动。
驱动轴的转动经转子、铰链机构和斜盘转变成各活塞的往复运动。在活塞自上止点到下止点的回程期间，将致冷剂气体吸入气缸孔内。随后，在活塞自下止点到上止点的进前行程期间，在气缸孔内压缩致冷却气体，而后自气缸孔排出。通过改变斜盘的倾角来改变活塞的冲程，可调节可变排量压缩机的排量。
在现有技术中，该第一铰链部与斜盘制成一体。即第一铰链部也由铝合金材料制成。因此，跟与铁基斜盘整体制成的第一铰链部相比，铝基第一铰链部缺乏刚性。结果，难以构成具有满足强度的铝基第一铰链部。此外，难以按照确保满意的强度的方式将导向销的底端压配合到铝基第一铰链部的安装孔内。
因此，为减降压缩机的重量，以铝基斜盘代替铁基斜盘时，便降低了铰链机构的强度和耐久性。
本发明针对上述缺点。本发明的目的是提供一种具有重量轻的驱动盘和坚固的铰链机构的可变排量压缩机。
基本上说，本发明的可变排量压缩机有一壳体，在壳体内形成一气缸孔，在气缸孔内设置一活塞，一驱动轴由壳体以旋转方式支承，一转子安装于驱动轴上，与驱动轴、一驱动盘和一铰链机构整体旋转。该驱动盘与活塞连接，将驱动轴的转动转变成活塞的往复移动。该驱动盘与驱动轴倾斜，并沿驱动轴轴向滑动，这便改变了活塞的冲程，从而改变了压缩机的排量。铰链机构设置在转子和驱动盘之间，以便使驱动盘与转子一起整体旋转，并用以导向驱动盘的运动。该铰链机构包括一个连于驱动盘的第一铰链部和一个自转子延伸的第二铰链部。第一和第二铰链部彼此耦联，以允许两者摆动并在第一和第二铰链部之间滑动。该驱动盘由铝或铝合金材料制成。第一铰链部与驱动盘分离，由铁基金属材料制成。
根据下列说明，连同作为例子表示本发明原理的附图一起，本发明的其他方向和优点会变得明显。
在所附的权利要求书中，详细限定了相信具有新颖性的本发明的性质。通过参考目前最佳实施例下列说明及其附图，可清楚地理解本发明及其目的和优点，其中：
图1是本发明第一实施例的可变排量压缩机的纵剖面图；
图2是图1可变排量压缩机铰链机构的放大纵剖面图，表示斜盘倾斜到其最大的倾斜度；
图2A是由圆圈2A包围的图2部分的放大视图；
图3是类似于图2的放大的纵剖面图，表示斜盘倾斜到其最小的倾斜度；
图3A是由圆圈3A包围的图3部分的放大视图；
图4是沿图2的4-4线所取的横剖面图；
图5是本发明第二实施例铰链机构的类似于图4的横剖面图；
图6是本发明第三实施例的类似于图2的横剖面图。
参照图1至4，说明应用于车辆空调系统中的具有本发明第一实施例单头活塞的可变排量压缩机。如图1所示，前壳体11与作为中心壳体的气缸体12的前端耦联。后壳体13与气缸体12的后端耦联，一阀板14配置在气缸体12和后壳体13之间。在前壳体11和气缸体12之间限定一曲柄腔15。
驱动轴16穿过曲柄腔15。驱动轴16的两端分别由前壳体11和气缸体12以旋转方式支承。驱动轴16经诸如电磁离合器的离合器机构与外驱动源(未示)或汽车发动机耦联。因此，在汽车发动机运转时，通过啮合电磁离合器，驱动轴16便受驱动而旋转。
起旋转支承作用的转子17在曲柄腔15内固定于驱动轴16上。同样，起驱动盘作用的旋转斜盘18由铰链机构20以旋转方式支承在曲柄腔15内，并能沿驱动轴16滑动。驱动轴16穿过旋转斜盘18中的中心通孔19。在转子17和斜盘18之间设有铰链机构20，使斜盘18与驱动轴16及转子17整体旋转。铰链机构20容许斜盘18倾斜，并沿驱动轴16的轴向L滑动。
参照图2，说明形成穿孔19的工艺过程。在斜盘18的中心首先钻出一圆孔。然后，将基本上具有与该圆孔同样直径的旋转端面铣刀插入该圆孔。当端面铣刀占据该圆孔时，该端面铣刀围绕轴线S以预定的角度摆动。轴线S相驱动轴16的轴线L处在铰链机构20的相反侧，并沿垂直于斜盘18的中心轴线的方向延伸。结果，如图2A中所示，围绕轴线S形成弧形表面的啮合区在相对于驱动轴16的轴线L处于铰链机构20相反侧上的通孔19的内表面上形成。当斜盘18装于压缩机内时，在斜盘18旋转期间，啮合区19a总是与驱动轴16啮合。
现在参照图2和4，详细说明铰链机构20的细节。如图2中所示，起第一铰链部作用的摆臂43自斜盘18的前面向转子17延伸。斜盘18有一上止点定位区18a，将相应的活塞定位在其上止点位置。摆臂43的纵轴线处在平面D内(图4)，该平面自斜盘18的上止点定位区18a的中心延伸，并包括驱动轴16的轴线L。如图4中所示，一安装孔43a沿垂直于D平面的方向穿过摆臂43的顶端。由铁基金属制成的导销44压配合于安装孔43a内。导销44的两端44a分别自摆臂43的两侧向外延伸。
如图2和4中所示，一对支承臂45自转子17的后面向斜盘18延伸。支承臂45相对于D平面对称配置，起第二铰链部的作用。摆臂43保持在两支承臂45之间。如图2中所示，每一支承臂45有一椭圆形导孔45a，它向驱动轴16倾斜延伸。导销44的两端44a(图4)安装在支承臂45的相应导孔45a中。
配重21固定在斜盘18的前面，相对于驱动轴16的轴线L处在摆臂43的相反侧。
如图1中所示，在气缸体12内形成缸孔12a(在图1中仅示出缸孔12a中的一个)，后者平行于驱动轴16的轴线L延伸。缸孔12a围绕驱动轴16的轴线以等角度间隔配置。单头活塞23安装在每一缸孔12a内。每一活塞23经一对半球形瓦24与斜盘18的周边区接合。
在后壳13内中心限定一吸气腔25。在邻近后壳13的外周限定一排气腔26。对应于每一缸孔12a，在阀板14内形成一吸气口27，一吸气口阀阀瓣28，一排气口29和一排气阀阀瓣30。
如上所述，斜盘18经转子17和铰链机构20与驱动轴16整体旋转。斜盘18的转动经瓦24转变成各活塞23在其缸孔12a内的往复移动。图1表示活塞23中的一个，处在其上止点位置。当斜盘18从该位置围绕驱动轴16的轴线转动180°时，图1中所示的活塞23便定位在其下止点位置。
在活塞23自上止点到下止点的回程期间，吸气腔25内的致冷剂气体经吸气口27和吸气阀阀瓣28被吸入到缸孔12a内。在活塞23自下止点到上止点的前进行程期间，缸孔12a内的致冷却气体被压缩，并经排气口29和排气阀阀瓣30被排入到排气腔26内。
当斜盘18相对于驱动轴16摆动并沿驱动轴16的轴向L滑动时，导销44的两端44a在支承臂45的导孔45a内移动，而斜盘18沿驱动轴16滑动。随着斜盘18移离转子17，斜盘18相对于垂直于驱动轴16轴线L的平面的角度减小，即斜盘18的倾斜度减小。当斜盘18接合固定于驱动轴16的扣环31时，斜盘18达到其最小的倾斜位置(图3)。另一方面，随着斜盘18移向转子17，斜盘18的倾斜度增加。当配重21接合转子17时，斜盘18达到其最大的倾斜度(图2)。
如图1中所示，在阀板14的中心限定一放气道35，以连接曲柄腔15和吸气腔25。驱动轴16的后端由支承孔12b内的一轴承支承，支承孔在缸体12的中心形成。曲柄腔15内的致冷气体经轴承中的间隙和放气道35流入吸气腔25。输气道36穿通后壳13、阀板14和缸体12，将排气腔26与曲柄腔15连接。
在后壳13内的输气道36中设有排量控制阀37。在后壳13内形成一压力引入通道38，将吸气腔25的压力(吸气压力)引到排量控制阀37。排量控制阀37包括一个调节输气道36的开启面积大小的阀体37b和一个根据吸气压力移动阀体37b的膜片37a，经吸气压力经压力引入到通道38施加于膜片37a。
当输气道36的开启面积大小借助于阀体37b改变时，自排气腔26经输气道36输到曲柄腔15的致冷剂气体量便发生变化。这便使曲柄腔15的压力发生变化，因此，曲柄腔15和气缸孔12a之间的压差发生变化。这一压差确定了斜盘18的倾斜度。随着斜盘1 8的倾斜度发生变化，活塞23的冲程，即压缩机的排量发生变化。
例如，当致冷负载增加时，吸气压力增加。这便在膜片37a上施加一较大的压力，从而利用阀体37b减小输气道36的开启面积。结果，自排气腔26经输气道36输到曲柄腔15的致冷剂气体量便相应减少。由于经放气道35离开曲柄腔15的致冷剂气体较经输气道36进入的为多，因此曲柄腔15内的致冷剂气体压力下降。结果，斜盘18的倾斜度增加。因此，活塞23的冲程增大，从而增加了压缩机的排量，而吸气压力相应降低。
当致冷剂负载减小时，吸气腔25内的吸气压力降低。这便减小了膜片37a上侧上的压力，于是通过阀体37b增大了输气道36的开启面积。结果，自排气腔26经输气道36输到曲柄腔15的致冷剂气体量增加，使曲柄腔15的压力增大。结果，斜盘18的倾斜度减小。因此，活塞23的冲程缩小，减少了压缩机的排量，故吸气压力相应增大。
斜盘18由铝或铝合金材料制成。本发明的铝合金材料包括由共晶硅或过共晶硅制成的硬颗粒。硬颗粒含量最好大于铝合金材料的12％重量百分比。若该硬颗粒含量小于12％重量百分比，则在斜盘18的接合表面上，诸如与瓦24接合的周边表面上和与驱动轴16接合的接合区19a上，不能获得满意的抗磨性能。
这些硬颗粒的平均直径最好处在10至60微米范围内，更加优选的是处在30至40微米范围内，最优选的是处在34至37微米范围内。若这些硬颗粒的平均直径小于10微米或大于60微米，则在斜盘18的接合面上不能获得满意的抗磨性能。
摆臂43与斜盘18分离，并由铁基金属材料制成。摆臂43和配重21在底环46上整体构成。底环46用围绕驱动轴16的螺栓47固定于斜盘18的前面。底环46的形状适于将摆臂43和配重21构成一体，并适于将摆臂43和配重21连接于斜盘18上，而不与驱动轴16的转动发生干扰。
通常，设有配重21，以保持斜盘的旋转平衡。然而，在本实施例中，选择配重21的质量和位置，使斜盘的重心移向摆臂43。因此，在斜盘18转动期间，作用在斜盘18上的离心力确保了通孔19的接合区19a和驱动轴16之间的接合。
本发明提供了如下的优点。
斜盘18由比铁基金属材料轻的铝基材料制成，因此降低了压缩机的重量。摆臂43与斜盘18分离，并由比铝基材料强度高的铁基金属材料制成，因此，改善了承受大应力的摆臂43的强度和耐久性。
铁基金属摆臂43比由铝基材料制成的摆臂具有更高的强度和刚性。因此，能将导销44压配合到摆臂43的安装孔43a内，及时确保了导销44和摆臂43之间的连接有满意的强度。
斜盘18由驱动轴16直接支承。因此，本发明的构造比采用滑动地支承在驱动轴上并以摆动方式连接于斜盘上的轴套的构造简单。
斜盘18由包含硬颗粒硅的铝合金制成，因此斜盘18能抗磨。即使斜盘18直接由驱动轴16支承，也能避免与斜盘18磨损的有关问题。
摆臂43由螺栓47连接于斜盘18上。因此，摆臂43与斜盘18的连接比较简单。
摆臂43设置在两支承臂45之间。因此，不管驱动轴16被制成按顺时针转动或逆时针转动，转子17的转矩总是经处于摆臂43后侧上的支承臂45传递到摆臂43上。因此，按本发明实施例的压缩机能顺时针和/或逆时针旋转。结果，一种压缩机能顺时针旋转或逆时针旋转，它比制造两种压缩机，即仅能顺时针旋转的压缩机和仅能逆时针旋转的压缩机更加经济，能满足顾客的需求。这降低了压缩机的制造成本。
摆臂43和配重21与底环46构成一体。因此，减少了部件数量，简化了制造工艺过程。
配重21通过与转子17的接合限定了斜盘18的最大倾斜度。铁基金属材料配重21与铝合金配重相比，具有优越的强度和耐磨性。结果，避免了由于与转子17的接合而引起的配重21的变形和磨损，这样，斜盘18能被正确地定位在预定的最大倾斜度上。
本发明并不限于所示实施例。所示实施例能被如下修改。
如图5所示，本发明的第2实施例包括应用于压缩机内仅沿一个方向转动(以箭头50表示)的一个铰链机构20。该铰链机构20仅包括一个支承臂45。支承臂45设置在摆臂43的后侧。
跟图1和图5的第一和第二实施例不同，导销能被固定在支承臂45上，安装导销的导孔能在摆臂43上形成。
如图6中所示，第三实施例的铰链机构20不同于第一实施例(图1)的铰链机构20。在图6中，相同的标号用以标记相同于图1中的部件。
在图6的铰链机构20中，起第一铰链部作用的支承件43与支承环46上的配重21构成一体。支承件43和配重21均用螺栓47固定于斜盘18上。支承件43用与图1铰链机构20的摆臂43相同的材料制成。即支承件43由铁基金属材料制成。一铁基金属导销44压配合于一个在支承件43上形成的安装孔内。导销44的顶端44a为球形。支承臂45自转子17的后面伸向斜盘18。支承臂45包括一个安装导销44的球形顶端44a的导孔45a。图6的铰链机构20提供了与图1铰链机构20相同的优点。在支承臂45内，可以有两个导销44和两个相应的导孔45a。
底环46可通过摩擦焊接固定于斜盘18上。在这样做时，底环46无需任何固定件可固定于斜盘18上，因而可减少部件数。在摩擦焊接过程中，底环46和斜盘18在加载下被贴靠在一起。然后，底环相对于斜盘18旋转。这一转动产生摩擦热，将底环46和斜盘18焊接在一起。
也可采用其它的焊接方式将底环46和斜盘18固定在一起。
因此，认为本发明的示例和实施例是说明性的而非限制性的，本发明并不限于本文中所提供的细节，而可在所附权利要求书的保护范围和等同物内作出修改。

Claims (12)

1．一种可变排量压缩机，包括：
一个壳体(11,12,13)，在该壳体中形成一气缸孔(12a)；
一活塞(23)配置在该气缸孔(12a)中；
一驱动轴(16)由壳体(11,12,13)以旋转方式支承；
一转子(17)安装在驱动轴(16)上，与其一起整体旋转；
一驱动盘(18)，连于活塞(23)，将驱动轴(16)的转动转换成活塞(23)的往复移动，其中驱动盘(18)倾斜于驱动轴(16)，并沿驱动轴(16)轴向滑动，这便使活塞冲程发生变化从而改变压缩机的排量；
一铰链机构(20)，配置在转子(17)和驱动盘(18)之间，使驱动盘(18)与转子(17)一起整体旋转，并对驱动盘(18)的运动进行导向，其中铰链机构(20)包括一个连接于驱动盘(18)的第一铰链部(43)和一个自转子(17)延伸的第二铰链部(45)，其中第一与第二铰链部(43,45)彼此耦联，以允许在第一和第二铰链部(43,45)之间转动和滑动，该压缩机的特征在于：
驱动盘(18)是由铝或铝合金材料制成的，而第一铰链部(43)与驱动盘(18)分离，是由铁基金属材料制成的。
2．按权利要求1所述的压缩机，其特征在于第一铰链部(43)包含一安装孔(43a)，一销(44)压配合于该安装孔(43a)内，该销(44)的一端(44a)自第一铰链部(43)延伸，并装入第二铰链部(45)的导向开口(45a)内。
3．按权利要求1所述的压缩机，其特征在于第二铰链部包括一对支承臂(45)，第一铰链部(43)保持在该对支承臂(45)之间。
4．按权利要求3所述的压缩机，其特征在于第一铰链部(43)包括一安装孔(43a)，在该安装孔内压配合一销(44)，销(44)的两端(44a)自第一铰链部(43)延伸，并由两支承臂(45)接纳。
5．按权利要求1至4之一所述的压缩机，其特征在于由硅制成的颗粒埋置在驱动盘18内。
6．按权利要求5所述的压缩机，其特征在于硬颗粒的含量大于12％重量百分比。
7．按权利要求5所述的压缩机，其特征在于硬颗粒的平均直径处于10至60微米范围内。
8．按权利要求1至4之一所述的压缩机，其特征在于第一铰链部(43)用螺栓(47)固定于驱动盘(18)上。
9．按权利要求1至4之一所述的压缩机，其特征在于第一铰链部(43)用摩擦焊固定于驱动盘(18)上。
10．按权利要求1至4之一所述的压缩机，其特征在于驱动盘(18)包含一个用以安装驱动盘(18)的通孔(19)，其中该通孔(19)包含一啮合区(19a)，后者是限定通孔(19)的壁的一部分，在驱动盘(18)转动期间该啮合区(19a)总是与驱动轴(16)啮合。
11．按权利要求1至4之一所述的压缩机，其特征在于该压缩机还包括一配重(21)，用以调节驱动盘(18)的平衡，其中配重(21)在相对于驱动轴(16)的轴线(L)与第一铰链部(43)相反的一侧连接于驱动盘(18)，并与第一铰链部(43)构成整体。
12．按权利要求11所述的压缩机，其特征在于当驱动盘(18)达到其最大倾斜度时配重(21)与转子(17)接合。
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