CN1337532A - 电磁离合器和装有该离合器的气体压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够降低来自滚珠轴承中噪音和振动的电磁离合器。该电磁离合器的滚珠轴承中每排滚珠的个数为奇数。

Description

电磁离合器和装有该 离合器的气体压缩机

技术领域

本发明涉及一种电磁离合器和一种装有该电磁离合器的气体压缩机。

现有技术

在用于汽车空调机等类似场合的叶片式气体压缩机中，如图1中所示的那样，旋转动力从发动机曲轴箱皮带轮通过一皮带60和电磁离合器50被传输至转子轴40处。

该电磁离合器50具有一环形的电磁体51；一原动皮带轮52，用于通过电磁体51的磁通；多排滚珠轴承530(参看图10)，用于同轴可旋转地将原动皮带轮52保持在电磁体51上；以及一个从动外薄盘(amateur plate)54，起在磁通线作用下，被吸附到原动皮带轮52的端部表面52a上。

在发动机运转过程中，该原动皮带轮52和固定该皮带轮的滚珠轴承530一直由皮带60所驱动。

当启动气体压缩机1时，该电磁离合器50的电磁体51通电将从动外薄盘54吸附至原动皮带轮52的端部表面52a上，连接原动皮带轮52和转子轴40，因此来转动转子轴40。

电磁离合器50的滚珠轴承530通常是在每排中使用偶数个滚珠530a，例如在图10所示的那样为14个。由于该滚珠轴承的旋转，一般会产生振动和噪音。当滚珠轴承530在旋转的同时还受到皮带60的张紧力所带来的径向载荷的情况下，其将产生显著的振动和噪音。特别是当在发动机怠速运转时，其他的振动和噪音减低，由滚珠轴承530产生、并传到车辆驾驶室内的振动和噪音更不可忽略。

发明人已实施了多种试验，并已查明引起剧烈振动和噪音的一个原因就是由于滚珠轴承的滚珠数为偶数。在每排具有偶数个滚珠530a的滚珠轴承530中，各滚珠530a，530a...在内圈530b和外圈530c之间，呈现相互正对的线性对称布置。在内外圈中能产生一有规律的特定频率的变形和振动。该振动也应当认为是加大噪音的一个来源。

发明概述

本发明目的在于解决上述问题，并提供一种降低了来自电磁离合器中滚珠轴承的振动和噪音的电磁离合器，及一种装有这种电磁离合器的气体压缩机。

为解决上述问题，本发明的电磁离合器中的滚珠轴承每排具有奇数个滚珠。由于是奇数，按这种安装的滚珠将不再是一种相对的关系。当该滚珠轴承经受径向载荷时，其旋转的内外圈产生的变形是不规则且复杂的，这样就消除了在有规律的预定频率下的变形和振动，降低了振动和噪音的程度。

附图说明

图1是本发明实施例的纵向剖面图。

图2是图1所示的气体压缩机的滚珠轴承的前视图。

图3是说明性的图表，表明了滚柱轴承中滚珠的个数和噪音/振动之间的经验值关系。

图4A和4B是表明在实际车辆上本发明产品及传统产品进行噪音测量位置的平面图及侧视图。

图5A和5B是表明在实际车辆上为本发明产品及传统产品设置的振动计的安装点位置的平面图及侧视图。

图6A和6B是表明本发明产品和传统产品噪音级对比度的图表。

图7A和7B是表明本发明产品和传统产品振动级对比度的图表。

图8是说明性的视图，示意了安装有本发明电磁离合器的涡旋式气体压缩机的结构。

图9是说明性的视图，示意了安装有本发明电磁离合器的斜盘式气体压缩机的结构。

图10是背景技术中用于气体压缩机的滚珠轴承的前视图。

具体实施方式

下文将参照图1-9对本发明的一实施例进行解释说明。图1是本发明实施例的一纵向剖视图，图2是图1中所示的气体压缩机的滚珠轴承的前视图。

在图1中，该气体压缩机1装备有一电磁离合器50。该电磁离合器50传递一用于旋转的驱动力，该驱动力来源于发动机曲轴通过绕在原动机侧的原动皮带轮52上的皮带60而被传送。

当该电磁离合器50通电后，一位于从动机构一侧、且与转轴40相结合的从动外薄盘54被吸合，并且与原动皮带轮52的端面52a结合为整体而将旋转动力传输至转轴40上。在气缸室2中，该旋转带动与转轴40成一体的转子41，叶片42在转子41的径向凹槽中滑动以便压缩气缸2中的气体。

顺便提及，压缩后的气体被排出到一输出腔3中，在该腔中，气体经一排放口3a释放到例如汽车空调系统的管道系统(此处未示出)中，并且通过一吸入口4a回到吸入腔4中，则又被引入到气缸室2中。

在电磁离合器50中，设置有一环形的电磁体51，其固定于气体压缩机1的前盖(框架)5上。当电磁体51的线圈51a被通电，该电磁离合器50受激。电磁体51的磁力线穿过原动皮带轮52的内侧，以吸引从动外薄盘54至原动皮带轮52的端面52a上。

该原动皮带轮52通过几排滚珠轴承53可旋转地固定在气体压缩机1框架5上的电磁体51上。更具体来讲，该滚珠轴承53的内圈53b连接到气体压缩机1的框架5上，同时其外圈53c固定在原动皮带轮52上。也就是说，通过将内圈53b装配在不旋转的定子上，同时将外圈53c装配在旋转的转子上而形成了一种外圈旋转的组件结构。滚珠轴承53受到这样一些作用力，除去由于原动皮带轮52的重力引起的载荷外，还有类似旋转振动的负荷；在径向上更大的载荷是由于皮带60的拉力、振动等原因而引起的。

前述的结构与操作与使用普通电磁离合器的气体压缩机相类似。接下来，将对本发明的特征部分进行解释说明。

该滚珠轴承53已经表示在图2中，每排滚珠53a的个数为奇数，本实施例中为13个，它们通过一保持架(未示出)几乎等间距地安装在内圈53b和外圈53c间的一节圆P上。

图3表示了本发明中的气体压缩机产生的振动与噪音和传统的气体压缩机产生的振动与噪音相比较的结果。在图3中，本发明中的产品是指一种使用了如图2中所示的具有奇数个滚珠的滚珠轴承53的电磁离合器50的气体压缩机，而传统产品是指一种使用了如图10所示的具有偶数个滚珠的滚珠轴承530的电磁离合器50的传统气体压缩机。

图3中的数据分别表明了在相同条件下对五套本发明的产品及传统产品进行测量后，其振动和噪音的平均值。

如图3所示，其中本发明的具有奇数个滚珠的滚珠轴承组件53和传统的具有偶数个滚珠的滚珠轴承组件530相比较而言，本发明中的组件与传统产品相比，在降低噪音级方面有略大于5dB的效果；在降低振动级方面有略大于0.2G的效果。

接下来，本发明中的产品和传统产品被分别安装于实际车辆上，从而进行噪音和振动测量试验。该测量试验中的测量条件如下：

周围环境温度为30℃

车辆处于暂停状态(怠速工况)

发动机转速Ne＝1100rpm(压缩机转速Nc＝1400rpm)

空调处于开启状态(压缩机离合器闭合)

顺便提及，本发明中的产品是一种在电磁离合器50上使用了如图2所示具有奇数个(13个)滚珠的滚珠轴承53的本发明会议气体压缩机，而传统的产品是一种在电磁离合器50上使用了如图10所示具有偶数个(14个)滚珠的滚珠轴承530的传统气体压缩机。

图4A和4B示出了噪音测量的位置，其中气体压缩机1安装在汽车70的发动机室71中的发动机72上，一用于测量噪音的麦克风(噪音测量器)74安装在一车乘员室73中。

该麦克风74设置于前排座椅的中间，也就是位于驾驶员座椅和副驾驶员座椅的中间位置，同时位于与乘员耳部等高的位置。

接下来，在图5A和5B中表示出了测量振动的位置，其中该气体压缩机通过一压缩机安装支架72a被安装在发动机72上，同时一加速度传感器(振动计)75被安装到气体压缩机1的一壳体法兰1a上。该振动测量的方向被设置成顺着气体压缩机的前后方向。

之后进行频率分析(FFT快速傅里叶变换分析)。作为本发明产品的噪音测量结果被表示在图6A所示的图表中，同时传统产品的测量结果表示于图6B所示的图表中(横轴表示频率，纵轴表示噪音级)。

其间，通过安装在气体压缩机1上的振动计75得到的本发明产品的振动测量结果表示于图7A的图表中，传统产品的测量结果表示于图7B的图表中(横轴表示频率，纵轴表示振动级)。

因此，通过图6A和6B中有关本发明产品和传统产品噪音测量结果的图表间的对比可显而易见：在频率为240Hz时，传统产品具有52.53dB的显著噪音级，然而本发明产品的噪音级为42.49dB。从中可以看出在本发明中噪音级降低了10dB。

其间，通过图7A和7B所表示出的振动测量结果的对比可以看出：本发明产品的振动级为-37.98dB＝0.13G，传统产品的振动级为-28.34dB＝

0.38G。从中可以看出在本发明中振动级降低了0.2G或更多。顺便提及，应用下面的计算公式时按0dB＝10G计算振动。

[公式1] $y\left[\mathrm{dB}\right]=20\log \frac{\mathrm{\χ}\left[G\right]}{10\left[G\right]}\⇒\mathrm{\χ}\left[G\right]=10\left[G\right]\×{10}^{\frac{y\left[\mathrm{dB}\right]}{20}}=10^{\frac{y\left[\mathrm{dB}\right]}{20}+1}$

其间，由于240Hz的声音在车辆隔间中已经能够很明显地被听到，所以其它频率的声音可能被忽略。

照这样，下文的叙述可以解释为在本发明产品和传统产品之间噪音/振动程度减少的原因。

在本发明的滚珠轴承53中，其中奇数个的滚珠53a，53a不处于相互面对设置的状态，但是该滚珠轴承53的内圈53b、外圈53c的变形是不规则的、复杂的。有规则的特定频率下的变形/振动被消除，而减低其振动/噪音程度。相反的，在传统的滚珠轴承530中，其偶数个的滚珠530a，530a...是相互面对设置的，并且是线性对称安装。内圈530b、外圈530c中产生有规则的特定频率下的变形/振动，所以其振动/噪音程度要高。

上面说明的实施例描述了设置有电磁离合器50的旋转叶片式气体压缩机1，其中电磁离合器50的滚珠轴承53中具有奇数个滚珠。然而，相同结构的电磁离合器50可以被安装在如图8所示的涡旋式气体压缩机80上。同时，如图9所示，该电磁离合器50也可以本安装到一斜盘式气体压缩机90上。

该涡旋式气体压缩机80的示意性结构图和压缩操作过程以图8为基础进行解释说明。本发明中的涡旋式气体压缩机具有一布置在中心的涡旋式压缩腔室。在该压缩腔室的电磁离合器侧，设置有一用于转动该旋转涡旋的驱动部分，同时一输出腔设置在与电磁离合器相对的一端。

也就是如图8所示，在该涡旋式气体压缩机80中，一内圆周旋转的前壳体81通过一轴承81a支撑着一转子81b。前壳体81上与位于外圆周的电磁离合器50相对一侧的侧壁与固定的涡旋壳体82的一端面紧密接触，以形成一吸入腔82a的前侧侧壁。顺便提及，与转子81b成整体的转子轴81c是与电磁离合器50的一从动外薄盘54相结合的。

该固定的涡旋壳体82具有一圆柱形的外壁，在该外壁上，设置有吸入口82b。此外，该固定的涡旋壳体82设置有与所说外壁整体成型的盘状侧壁，并且其与转子旋转轴相垂直。在此侧壁上形成有一固定的螺旋形涡旋83。该固定涡旋83的最外层圆周构成了该吸入腔82a。

此外，在前壳体81中，转动支承的转子81b上设置有一偏心轴84。其位于在一与电磁离合器侧面相对侧面的端部上、且偏离转子81b的转轴的位置。在该偏心轴84上，一偏心环84a被固定以便通过一滚针轴承84b旋转支承该回转涡旋85。

被旋转地支撑在该偏心轴84上的回转涡旋85具有一盘形侧壁，并且一整体成型的螺旋形壁相对于该侧壁成型为矩形。由上述的这些固定涡旋83和回转涡旋85形成了一些半月形的压缩腔86。

此外，该固定涡旋壳体82设置有一用于排放被压缩的制冷剂气体的排放口82c，以及一用于阻止该制冷剂气体倒流的排放阀82d。

此外，一后壳体87被设置在该固定涡旋83的后侧上。该后壳体87与固定涡旋壳体82的一侧壁一起构成了一输出腔87a。在该后壳体87的外圆周上设置有一用于与外部系统相连接的排放口87b。

接下来将解释说明安装有本发明的电磁离合器50的涡旋式气体压缩机80的压缩工作过程。当该电磁离合器50受激，连接到转子轴81c从动侧上的从动外薄盘54被吸附并且联结到原动皮带轮52的端部表面52a上。一旋转力经皮带被从发动机及类似部件传送过来，经过该电磁离合器50驱动转子81b和偏心轴84。

由于偏心轴84的旋转，该回转涡旋85产生回转运动。

一旦该回转涡旋85开始了回转运动，吸入腔82a口压缩腔86通过与固定涡旋83的相对运动将会反复地连通和不连通。在连通过程中，经吸入口82b吸入且临时储存在吸入腔82a中的低压制冷剂气体被吸入至压缩腔86的最外圆周位置。

如果回转涡旋85的回转运动进行下去，该吸入腔82a和该压缩腔86的连通将被遮挡，以将低压制冷剂气体限定在半月形压缩腔86中的范围。当该回转涡旋85的回转运动继续进行，该半月形的压缩腔86朝向圆周方向的角度改变并向一内围部件移动，同时其容积会减小。与之同时，吸入腔82a和压缩腔在最外周处的下一次连通即开始，因此便连续地实施对制冷剂气体的吸入和压缩。

当该回转涡旋85的回转运动继续进行，该半月形压缩腔86达到其旋转轴的中心，并且制冷剂气体经排放口82c被上推至排放阀82d，并排放到输出腔87a。该排放至输出腔87a中的高压制冷剂气体经过排放口87b又被排放至图中未示出的高压管路系统中。

通过这种方式，即使本发明中的电磁离合器50被应用至该涡旋式气体压缩机80上，也将有类似于旋转叶片式气体压缩机的降低振动/噪音程度的操作/工作效果。

接下来，图9表示了一根据本发明安装有电磁离合器50的斜盘式气体压缩机90的示意性结构。该实施例中的斜盘式气体压缩机90是一种双斜盘式气体压缩机，其具有存在于夹层中心斜盘前后侧的压缩腔室，以便通过单体活塞的往复运动而对制冷剂气体进行吸入、压缩和排放。

根据压缩机对输出容积的要求，设有任意数目的压缩腔或活塞。在本实例中，活塞的数目为五个，压缩腔被设置为前后共十个。

在图9中，该斜盘式压缩机90首先在在前壳体91的外圆周上形成一用于连接吸入管路的吸入口91a。再制成一个与该吸入口91a相通的环形前吸入腔91b。同时，一环形的前排放口91c成型在吸入口91a的内圆周侧面上。在前壳体91压缩腔侧上的一端面上紧密地固定有一盘形的前阀片91d。

类似的，后壳体92的结构是具有一用于连接系统排放侧管路的排放口92a，同时使得管路与排放口92a间连通，环形的后排放腔92b环绕包围了一销钉的外侧圆周。此外，在后排放腔92b的外圆周侧面上成型有一后吸入腔92c，其为马蹄形的结构，且只在排放口92a与后输出控92b的连通部分处有一断开。同时，后壳体92在其压缩空侧的端部表面处紧密地固定有一盘形的后阀片92d。

一置于前壳体91和后壳体92间的圆柱缸体93具有通过垫圈93c而销钉连接的一前圆柱缸体93a和一后圆柱缸体93b。圆柱缸体93设置有一吸入通道94a，其使前吸入腔91b和后吸入腔92c之间连通，还设置有一排放通道94b，其使前输出腔91c和后输出腔92b之间连通。

此外，在圆柱缸体93中旋转地支撑有一转子轴95。在转子轴95末端的小转轴95a与电磁离合器50的从动外薄盘54相联结，以便在接受电磁离合器50侧的驱动力后被旋转驱动。

该转子轴95通过一未示出的键等元件固定有一斜盘96。该斜盘96所形成的尺寸在其外圆周处恰达到了一些径向设置的活塞97的中心处。该斜盘96在其前后表面处滑动地固定有半球形滑块96a。通过该滑块96a，斜盘96的旋转运动被转变为活塞97的轴向往复运动。

顺便提及，图9表示出了活塞97缩回后壳体92一侧时的状态，在这种状态下前压缩腔98呈现最大容积状态。

接下来，将对斜盘式气体压缩机90压缩制冷剂气体的操作进行解释说明。发动机等的旋转力会通过皮带等被传送出来，以便经电磁离合器50转动小转轴95a、转子轴95和斜盘96。

通过斜盘96的转动，活塞97通过滑块96a在旋转轴方向往复运动。由于斜盘96的旋转，该活塞97便开始向前腔室98连续的移动。

此时，低压下的制冷剂气体从吸入口91a中吸出并流入到前吸入腔91b中，且经过吸入通道94a进入到后吸入腔92c中。图中未示出的后阀片92d的阀体朝向活塞开启，以吸入到一个后压缩腔室(同样在图中未示出)中。

从另一方面讲，在同一活塞97的前压缩腔98一侧，留在前压缩腔98中的低压制冷剂气体被活塞97压缩。该压缩后的制冷剂气体达到一预定的高压值，于是制在前阀片91d上的阀体开启以将其排放至前输出腔91c中。该排放至前输出腔91c中的高压制冷剂气体经排放通道94c进入后输出腔92b，并且通过排放口92a被排放至系统中去。顺便提及，上面解释说明了本实施例中的双斜盘式气体压缩机，其也可以应用于在前后一侧制有压缩腔室的单侧斜盘式气体压缩机。

由于这种斜盘式气体压缩机90中安装的电磁离合器50的滚珠轴承具有奇数个滚珠，所以它也具有类似的降低噪音/振动的效果。

无需再说的是，应用于本发明中的滚珠轴承如果使用了不限于多排滚珠轴承的单排滚珠轴承，也将具有类似的操作/工作效果。

如上文解释说明的，在本发明中，由于用于电磁离合器的每排滚珠轴承中的滚珠个数是奇数，该旋转中的滚珠轴承的振动和噪音程度都有所降低。

Claims (6)

1、一种电磁离合器包括：

一环形的电磁体；

一可通过所说电磁体磁通的原动皮带轮；

一与电磁体同轴的滚珠轴承，其用于可旋转地支撑所说原动皮带轮，且其中每排滚珠的个数为奇数；

一从动外薄盘，可由磁通作用而吸附到原动皮带轮的端部表面上。

2、一种气体压缩机，其包括：

一具有环形电磁体的电磁离合器，一可通过电磁体磁通的原动皮带轮，一与电磁体同轴可旋转地支撑着原动皮带轮的滚珠轴承，其每排滚珠的个数为奇数，一由磁通作用吸附到原动皮带轮端部表面上的从动外薄盘；

一用于传送旋转动力的转子轴，其通过该电磁离合器压缩气体。

3、如权利要求2所述的气体压缩机，其特征为：该气体压缩机是一种旋转叶片式气体压缩机。

4、如权利要求2所述的气体压缩机，其特征为：该气体压缩机是一种涡旋式气体压缩机。

5、如权利要求2所述的气体压缩机，其特征为：该气体压缩机是一种斜盘式气体压缩机。

6、一种滚珠轴承组件，其结构为：

该滚珠轴承每排中的滚珠个数为奇数；

该滚珠轴承的内圈安装在定子一侧；

该滚珠轴承的外圈安装在转子一侧并承受径向载荷。

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