CN1727677A - 往复式压缩机及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种往复式压缩机及其制造方法。该往复式压缩机包括：安装在机壳内的框架；具有线圈并固定在该框架上的外定子；以预定间隙放置在外定子内并通过粉末冶金工艺利用金属粉末烧结而成的内定子；包含位于该外定子和该内定子之间的永久磁铁的转子；置于往复式马达的该内定子内的、用于形成压缩腔并通过粉末冶金工艺利用金属粉末烧结而成的汽缸；滑动插入到该汽缸的内圆周内的、用于通过线性往复运动吸入并压缩气体的活塞；及用于弹性支撑该活塞及该转子的连接部分并引起该活塞共振的多个共振弹簧。因此，内定子不使汽缸变形，由此可以预先防止由于气缸变形引起的活塞和气缸的摩擦。而且，可以通过简化的制造过程容易地制造往复式压缩机。

Description

往复式压缩机及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种往复式压缩机及其制造方法，尤其是涉及一种能由简化的制造过程容易制造且能避免气缸变形所导致的活塞及气缸磨损的往复式压缩机及其制造方法。
背景技术
一般地，压缩机作为空调、冰箱等制冷及温度调节的主要部件，已被广泛应用于各种工业领域。依据压缩制冷剂的压缩机构，压缩机可分为旋转式压缩机、涡卷式压缩机和往复式压缩机。
在往复式压缩机中，活塞在汽缸内线性往复运动来吸入、压缩并排出气体。通常，仅线性运动为必要时，可优选采用无需特殊设备就能进行线性运动的往复式压缩机。
现在来说明传统的往复式压缩机的一个实例。
图1为传统的往复式压缩机一个实例的剖视图。图2和图3示出了往复式压缩机内定子实例的立体图。
参照图1，该传统的往复式压缩机包括机壳10、框架单元20、往复式马达30、压缩单元40和共振弹簧单元50。在机壳内10安装有吸气管SP和排出管DP；框架单元20被弹性支撑在机壳10内；往复式马达30由框架单元20支撑并固定在机壳10内；压缩单元40通过将活塞42连接到往复式马达30的转子33上来进行线性往复运动、以及吸入并压缩制冷气体；共振弹簧单元50通过弹性支撑往复式马达30来引起共振。
框架单元20包括前部框架21、中间框架22和后部框架23。前部框架21用于支撑往复式马达40的外定子31及内定子32的一侧面，并同时支撑压缩单元40的汽缸41及活塞42；中间框架22通过位于中间框架22和前部框架21之间的往复式马达30连接到前部框架21上，用于支撑往复式马达30的外定子31；后部框架23连接到中间框架22上，用于支撑共振弹簧单元50。
往复式马达30包括外定子31、内定子32和转子33。外定子31具有线圈并被固定在前部框架21和中间框架22之间；内定子32置于外定子31内并固定在后面讨论的压缩单元40的汽缸41上；转子33置于外定子31和内定子32之间，用于进行沿磁通量方向上的线性往复运动。
沿径向逐片将多个定子铁芯堆叠来形成铁芯块(core block)，然后将铁芯块相互面对面地放置在线圈31a的两侧，从而制成外定子31。
如图2所示，形成矩形板形状的薄定子铁芯32a，然后沿径向堆叠定子铁芯32a，从而制成内定子32。如图3所示，为了使叠片系数最大化，可以将薄定子铁芯32b和32c制成
Figure A20051008841800051
形、相互对称放置并沿径向堆叠。
转子33包括磁体框架33a和磁体33b。磁体框架33a形成圆筒形并被固定在活塞42的后端；并且，磁体33b固定在磁体框架33a的外圆周上，并位于外定子31和内定子32之间。
压缩单元40具有汽缸41、活塞42、吸入阀43、排出阀44、阀弹簧45和排出罩46。汽缸41插入到前部框架21内；活塞42连接到往复式马达30的转子33上，用于执行在汽缸41内的线性往复运动、从气体通道F吸入制冷气体并压缩制冷气体；吸入阀43安装在活塞42的前端，用于打开/关闭气体通道F；排出阀44可拆卸地安装在汽缸41的前端，用于限制被压缩气体的排出；阀弹簧45用于弹性支撑排出阀44；排出罩46容纳排出阀44和阀弹簧45，并通过汽缸41固定在前部框架21上。
共振弹簧单元50包括弹簧支撑元件51、多个正面共振弹簧52和多个背面支撑弹簧53。弹簧支撑元件51连接到转子33和活塞42的连接部分上；多个正面共振弹簧52用于支撑弹簧支撑元件51的正面；多个背面支撑弹簧53用于支撑弹簧支撑元件51的背面。
在此，标记32d表示固定环，P表示压缩腔。
下面来说明传统的往复式压缩机的运行。
将电力施加到往复式马达30的外定子31上时，在外定子31和内定子32之间形成磁通量，从而转子33和活塞42沿磁通量方向运动。由此，活塞42在汽缸41内通过弹簧单元50进行线性往复运动，并在汽缸41的压缩腔P内产生压力差，从而将制冷气体吸入到压缩腔P内、压缩制冷气体到预定压力并将被压缩气体排出。然后重复上述过程。
在传统的往复式压缩机中，为了减少由交变电流磁通量所产生的铁芯损耗并增加磁通量的磁通路径面积，所以沿径向逐片地将薄定子铁芯32a堆叠或沿径向将定子铁芯32b、32c成对堆叠而形成内定子32。但是，很难沿径向堆叠薄定子铁芯32a、32b及32c，这将导致生产成本增加。
此外，因为要逐片形成定子铁芯32a、32b及32c，所以难以控制其尺寸。因此，当定子铁芯32a、32b及32c的外圆周不规则时，内定子32和外定子31之间的间隙加大；当定子铁芯32a、32b及32c的内圆周不规则时，汽缸41将凹入内定子32使汽缸41产生变形。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种往复式压缩机及其制造方法，其通过简化定子生产过程能轻易制造并通过防止内定子使汽缸变形来避免活塞和汽缸磨损的。
为达到这些其它优点并依据本发明的目的，正如在此具体实施的并广泛说明的，提供了一种往复式压缩机，包括：框架，该框架安装在机壳内；外定子，该外定子具有线圈并固定在该框架上；内定子，该内定子以预定间隙放置在外定子内，并通过粉末冶金工艺利用金属粉末烧结而成；转子，该转子包含位于该外定子和该内定子之间的永久磁铁；汽缸，该汽缸置于往复式马达的该内定子内，用于形成压缩腔，并通过粉末冶金工艺利用金属粉末烧结而成；活塞，该活塞滑动插入到该汽缸的内圆周内，用于通过线性往复运动吸入并压缩气体；及，多个共振弹簧，该共振弹簧用于弹性支撑该活塞和该转子的连接部分，并引起该活塞的共振。
依据本发明的另一方面，提供了一种往复式压缩机的制造方法，包括：第一步，将构成汽缸的第一金属粉末放入模具内，形成预定形状的汽缸；第二步，在适当温度下加热并首先烧结该模具内的第一金属粉末，从而制成该汽缸；第三步，将构成内定子的第二金属粉末放入该模具内的该汽缸的外圆周上，形成预定形状的该内定子；及第四步，在适当温度下加热并二次烧结该模具内的第二金属粉末，从而制成该内定子。
依据本发明的又一方面，提供了一种往复式压缩机的制造方法，包括：第一步，将构成汽缸的第一金属粉末和构成内定子的第二金属粉末放入模具内，同时形成该汽缸和该内定子，从而制成临时产品；及，第二步，在适当温度下加热并烧结该临时产品，并在适当温度下局部加热并烧结构成该汽缸的第一金属粉末。依据本发明的再一方面，提供了一种往复式压缩机的制造方法，包括：第一步，在适当温度下加热并烧结模具内的第一金属粉末而制成汽缸，并且，在适当温度下加热并烧结另一模具内的第二金属粉末而制成内定子；及第二步，将该内定子插入并结合到该汽缸的内圆周上。
通过参考附图对本发明进行如下的详细描述，本发明的前述和其他目的、特征、方案及优点将变得更清晰。
附图说明
所包含的附图用于进一步理解本发明，并合并在说明书中构成说明书的一部分，附图列举了本发明的实施例，并与说明书一起来解释本发明的原理。
其中：
图1为传统的往复式压缩机一个实例的剖视图；
图2为传统的往复式压缩机内定子一个实例的立体图；
图3为传统的往复式压缩机内定子另一个实例的立体图；
图4为依据本发明的第一实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的分解立体图；
图5为依据本发明的第一实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的剖视图；
图6为依据本发明的第二实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的剖视图；
图7为依据本发明的第三实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的剖视图；
图8为依据本发明的第一实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸制造方法的方框图；
图9为依据本发明的第二实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸制造方法的方框图；
图10为依据本发明的第三实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸制造方法的方框图；
图11为依据本发明的第四实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸制造方法的方框图。
具体实施方式
现在详细说明本发明的优选实施例，附图中示出了这些优选实施例的示例。
下面参考附图来详细说明依据本发明的往复式马达的定子结构。机壳、框架单元及共振弹簧单元与传统的往复式马达的机壳、框架单元及共振弹簧单元相同，故在此不予说明。
图4为依据本发明的第一实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的分解立体图。图5为依据本发明的第一实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的剖视图。图6为依据本发明的第二实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的剖视图。
参照图4，利用软磁性复合物(composite)，该软磁性复合物是一种金属粉末，采用粉末冶金工艺，以整体圆筒形形成往复式马达的内定子110，并且涂上绝缘涂层来提高应用到诸如马达之类电磁系统中的电磁性能。这里，粉末冶金工艺利用金属粉末或混合粉末高温硬化现象来制造具有特殊性能的材料或具有特殊形状的产品。
内定子110与汽缸120合为一体。将构成内定子110的外部烧结使其具有磁性，但将构成汽缸120的内部烧结使其具有耐磨性。内定子110能由磁性金属粉末或普通金属粉末和磁性金属粉末的复合物来制成。在构成内定子110的部分中，磁性金属粉末与普通金属粉末之间的比例(以下称为粉末比例)被设定高于汽缸120的粉末比例，由此来提高内定子110的磁场强度。
采用与内定子110相同的材料，即诸如软磁性复合物之类的金属粉末，通过粉末冶金工艺来制造汽缸120。另外，如图6所示，采用普通金属粉末通过粉末冶金工艺只能制造汽缸120。在此情况下，因为普通金属粉末要比磁性金属粉末更便宜，所以在不严重降低马达效率的情况下，能够降低生产的主要成本。
当通过普通金属粉末和磁性金属粉末混合来制造汽缸120时，汽缸120的粉末比例要设置成低于内定子110的粉末比例，从而降低费用并提高内定子110的强度。
优选地，在汽缸120的内圆周上形成耐磨涂层，从而降低与活塞滑动运动中的磨损，同时，该耐磨涂层应足够厚来使强度增加。
另一方面，采用烧结磁性金属粉末或其它金属粉来单独制造内定子110和汽缸120，然后通过扩散结合将它们相互结合。图7为依据本发明的第三实施例的往复式压缩机的内定子和汽缸的剖视图。如图7所示，单独制造内定子110和汽缸120，随后将内定子110插入到汽缸120的外圆周上。
现在来说明本发明的制造方法。
一般地，高温加热磁性金属粉末时，金属粒子的结合强度得以提高从而增加耐磨性。但是，在烧结过程中，在500℃以上的高温下加热磁性金属粉末时，磁性金属粉末将被消磁。因此，非常重要的是在不使内定子110消磁并且不使汽缸120的耐磨性降低的情况下完成烧结过程。优选地，内定子110的烧结温度范围为330-500℃，并且，汽缸120的烧结温度范围为900-1100℃。
为此，如图8所示，将第一金属粉末放入模具内临时形成汽缸120。
在1000℃左右的高温下首先烧结模具内的第一金属粉末，从而制成汽缸120。
将第二金属粉末放入到模具内的已制造的汽缸120外圆周上，临时形成内定子110。在400℃左右的温度下二次烧结第二金属粉末，从而制成内定子110。由此，内定子110和汽缸120合为一体。
图9示出了依据本发明的第二实施例的往复式压缩机制造方法的方框图。
如图9所示，将第一金属粉末和第二金属粉末提供给预定形状的模具，可以在单套模具(single form)内临时形成内定子110和汽缸120。加热构成内定子110的临时产品的外部，并在400℃左右的温度下进行首先烧结；同时，局部加热构成汽缸120的临时产品的内部，并在1000℃左右的温度下进行二次烧结。这样，在单套模具内制成内定子110和汽缸120。
图10为本发明的第三实施例的往复式压缩机制造方法的方框图。
如图10所示，将第一金属粉末和第二金属粉末提供给预定形状的模具，可以在单套模具内临时形成内定子110和汽缸120。在保持内定子110磁性的温度下，即在400℃左右的温度下，整体烧结临时产品；随后，局部加热构成汽缸120的部分，并在1000℃左右温度下烧结来提高耐磨性。于是，在单套模具内制成内定子110和汽缸120。
图11为本发明的第四实施例的往复式压缩机制造方法的方框图。
如图11所示，将第一金属粉末和第二金属粉末提供不同的模具，随后分别在内定子110所必须的温度下(400℃左右)和汽缸120所必须的温度下(1000℃左右)加热并烧结第一金属粉末和第二金属粉末，可以单独制造内定子110和汽缸120。之后，通过扩散结合将内定子110结合到汽缸120的外圆周上。
正如另外一个例子所给出的，尽管在此没有给出，利用磁性金属粉末，通过在内定子110所必须的温度下(400℃左右)加热和烧结磁性金属粉末，使内定子110和汽缸120在预定形状的模具中形成。在汽缸120的内圆周上能形成耐磨涂层。
现在来说明本发明的效果。
与传统的沿径向将几百片薄定子铁芯逐片堆叠所形成的内定子相比，本发明的内定子能够由大量简化的制造过程而容易地制成。
因为通过烧结同样的金属粉末来制造内定子和汽缸，所以内定子没有使汽缸变形。因此，可以预先避免由汽缸变形所导致的活塞及汽缸磨损，这将导致压缩机具有高可靠性。
正如在本发明可以以几个形式来具体实施而不脱离其精神和基本特性一样，也应该清楚的是，除非另有说明，上述实施例不受前述任何细节的限制，而是在如所附权利要求所界定的精神和范围内被广泛地解释，因此所有落入权利要求范围内及边界上、或落在这些范围和边界的等同物内的变化和修改，都将被所附的权利要求所包含。

Claims (14)

1.一种往复式压缩机，其中包括：
框架，该框架安装在机壳内；
外定子，该外定子具有线圈并固定在该框架上；
内定子，该内定子以预定间隙放置在外定子内，并通过粉末冶金工艺利用金属粉末烧结而成；
转子，该转子包含位于该外定子和该内定子之间的永久磁铁；
汽缸，该汽缸置于往复式马达的该内定子内，用于形成压缩腔，并通过粉末冶金工艺利用金属粉末烧结而成；
活塞，该活塞滑动插入到该汽缸的内圆周内，用于通过线性往复运动吸入并压缩气体；及
多个共振弹簧，该共振弹簧用于弹性支撑该活塞和该转子的连接部分，并引起该活塞的共振。
2.如权利要求1所述的往复式压缩机，其中，构成该内定子和该汽缸的该金属粉末为涂有绝缘涂层的软磁性复合物。
3.如权利要求1所述的往复式压缩机，其中，构成该内定子和该汽缸的该金属粉末可通过将普通金属粉末和磁性金属粉末混合来形成。
4.如权利要求3所述的往复式压缩机，其中，该内定子中的磁性金属粉末对普通金属粉末的比例高于该汽缸中的磁性金属粉末对普通金属粉末的比例。
5.如权利要求1所述的往复式压缩机，其中，构成该内定子和该汽缸的该金属粉末为磁性金属粉末。
6.如权利要求1所述的往复式压缩机，其中，该内定子通过烧结磁性金属粉末制成，该汽缸通过烧结普通金属粉末制成，而且该内定子和该汽缸相互结合在一起。
7.如权利要求1所述的往复式压缩机，其中，在该汽缸的内圆周上形成耐磨涂层。
8.一种往复式压缩机的制造方法，其中包括：
第一步，将构成汽缸的第一金属粉末放入模具内，并形成预定形状的汽缸；
第二步，在适当温度下加热并首先烧结该模具内的第一金属粉末，从而制成该汽缸；
第三步，将构成内定子的第二金属粉末放入该模具内的该汽缸的外圆周上，形成预定形状的内定子；及
第四步，在适当温度下加热并二次烧结该模具内的第二金属粉末，从而制成该内定子。
9.一种往复式压缩机的制造方法，其中包括：
第一步，将构成汽缸的第一金属粉末和构成内定子的第二金属粉末放入模具内，并同时形成该汽缸和该内定子，从而制成临时产品；及
第二步，在适当温度下加热并烧结该临时产品，并在适当温度下局部加热并烧结构成该汽缸的第一金属粉末。
10.一种往复式压缩机的制造方法，其中包括：
第一步，在适当温度下加热并烧结模具内的第一金属粉末而制成汽缸，并且，在适当温度下加热并烧结另一模具内的第二金属粉末而制成内定子；及
第二步，将该内定子插入并结合到该汽缸的外圆周上。
11.如权利要求8、9、10的任一所述的制造方法，其中，该汽缸的烧结温度范围是900至1100℃，并且该内定子的烧结温度范围是300至500℃。
12.如权利要求8、9、10的任一所述的制造方法，还包括在该汽缸的内圆周上形成耐磨涂层的步骤。
13.如权利要求8、9、10的任一所述的制造方法，其中，通过以预定比例将普通金属粉末和磁性金属粉末混合来形成该第一金属粉末和该第二金属粉末，并且，该第一金属粉末中的磁性金属粉末对普通金属粉末的比例低于该第二金属粉末中的磁性金属粉末对普通金属粉末的比例。
14.如权利要求8、9、10的任一所述的制造方法，其中，该第一金属粉末为普通金属粉末，并且该第二金属粉末为磁性金属粉末。
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