TWI222495B - Scroll compressor - Google Patents

Description

1222495 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容 '實施*方式及圊式簡單說明） 【發明所屬之技術領域】 發明領域 [0001]本發明係與螞形機有關。更特別地，本發明係 5與一主要軸承殼之蜗形壓縮機有關，該主要軸承殼具有係 被設計成與該驅動軸之對應於第一振動模式的該驅動軸節 點一致的彈性中心。 L· Tltr Jt 發明背景和概要 10 [0002]在習知技藝中有一種被稱為媧形機的機器類 型’其係用於更換各種不同類型的流體。該螞形機可被架 構成一膨脹器、一排量式引擎、一泵以及一壓縮機等等， 而本發明的技術特徵可以應用在任何的此類機器中。然而 ，為了例示說明的目的，本發明所揭示的具體例係為一密 15 封的冷凍蜗形壓縮機的形式。 [0003]媧形壓縮機主要地由於其等可以被非常有效 率的運作，而在例如冷凍和空氣調節的兩種應用中變得越 來越普遍地被用來作為壓縮機。通常，這些機器結合了一 對互相嚙合的蜗捲線，其中之一者係相對於另一者環繞運 2〇動，以界定出一或更多的移動腔室，該腔室係在其持續地 由外部的吸入口至一中央的排放口運行時，在大小上逐漸 地減少。一電動馬達係被提供以經由一連接至馬達轉子之 適當的驅動軸而驅動該環繞運動的蝸形構件。在一密封壓 6 1222495 玖、發明說明 縮機中’該密封的外殼的底部通常包令有一用於潤滑與冷 卻之目的油池。 [0004] 該電動馬達典型地包含有一壓嵌至該壓縮機 的外冗又内之馬達定子。該驅動轴係典型地壓嵌至該馬達 5轉子，且其係被一主要軸承殼與一下部軸承殼而可旋壓地 固定。每個軸承殼也都會固定至壓縮機外殼。在壓縮機操 作的時候，該等驅動軸會由於在驅動軸上的淨力而經歷所 «月的#載變开且其係為不同的激發源之動態負載的結果 。本發明的發明人已經發現在操作中的壓縮機的聲音大小 10 ，主要疋源自於由於該驅動軸的較低頻率振動。 [0005] 驅動軸的行為在主要軸承殼的主要軸承附近具 有一節點（零橫向位移）。該驅動軸相對於主要軸承殼的主 要軸承之運動，說明在主要軸承中的應力主要會因為該驅 動軸區域性邊緣負載而過大的。該區域性邊緣負載一部分 15係來自於支持主要軸承的主要軸承殼的剛性。此種過量的 應力會由於邊緣負載會導致主要軸承之過度磨耗而發生在 主要軸承中，而最後該軸承將提早磨損並減少壓縮機的使 用壽命。除此之外，此-負載的動能部分將能被傳送到壓 縮機外殼並且使其產生噪音。 0 【發明内容3 _6]本發明提供此技藝—«特的主要軸承殼， 其係被設計成將該被承受負載的驅動轴節點定位在主要袖 承的彈性中心，以去除邊緣負载和其之相關問題。本發明 7 1222495 玖、發明說明 的主羑軸承殼係被設計成配合該支持主要軸承的區域，其 會將驅動軸的節點定位在接近該主要軸承的彈性中心。 it匕 種在以主要軸承殼來安置旁主要軸承的配合方式，會改盖 驅動軸至主要軸承的接觸分布且更進一步有助於除去邊緣 5 負載現象。 [0007]本發明的其他優點和目的對於習於此藝者而 言將由之後的詳細描述、隨附的申請專利範圍和圖式而變 得明顯。 圖式簡要說明 10 [0008]在該等例示被用於實施本發明之現有最佳態 樣的圖式中： [0009] 第1圖是與依據本發明的軸承殼結合之獨特 的密封蝸形壓縮機合之垂直剖面圖； [0010] 第2圖是在第i圖中所顯示的主要軸承殼 15 之垂直剖面圖； [0011] 第3圖是在第2圖中所顯示的主要軸承殼 的一頂透視圖； [0012] 第4圖是在第2圖中所顯示的主要軸承殼 的一底透視圖； 20 [0013]第5圖是例示說明一由習知壓縮機產生之典 型的聲波頻譜圖；和 [0014] $ 6圖是一在典型的結構和理想的結構兩者 中’驅動軸相對於主要軸承殼的運動的圖示★兒明。 8 玖、發明說明 【實施方式】 體例的#纟a勃明 10 [0015]現在參照圖式，其中類似的元件標號係代表 在所有的料圖式中，與第丨圖中所顯示的與依據本發 月之獨特的主要軸承殼結合的卿壓縮機類似的或對應的 讀’該聊壓縮機通常係以元件標號ig來代表。蜗形 壓縮機10通常包含有一圓筒形密封殼12，在其上端焊 接有-帽!_ 14’而在其下端有一具有數個自其一體化成 型的安裝腳（未顯示）之底I 16。帽蓋14具有—冷束劑 的排放°接頭18 «中可以具有一般的排放閥門。-二 向延伸部分2G係在帽i 14被焊接至殼12的相同的點 上沿者其之邊緣焊接於& 12。—壓縮機安裝框架22係 被壓喪至豸12的裡面並由底座16所支持。底座16在 直控上係約略地是小於《12以使得底座16被收容在殼 15 12裡面並如第1圖所顯示的沿著其之邊緣加以焊接。 [0016]附接至框架22的壓縮機10之主要元件包 含有-兩件式主要軸承殼總《24、—底軸承殼％和一 馬達定子28。-驅動軸或曲柄軸％在其之上端具有一 偏心曲柄们2’其係在一固定在主要軸承殼總成24的 轴承34以及一固定在底軸承殼26的第二軸承36裡面 可轉動地運轉的。曲_ 3G在其之底端具有—相對較大 直徑的同心孔38,其係與_徑向向外設置的較小直徑之 孔40相通，該小直徑孔自其向上延伸至該到曲柄軸刊 9 20 玖、發明說明 的頂端。殼12的内側底部界定一填滿至約略高於一轉子 仏的下端之潤滑油的油池44，而該等孔38係用來作為 -泵以向上泵送潤滑流體至曲相軸3〇並進入孔4〇内， 而最後到達壓縮機10需要潤滑的所有各種不同部分。 5 _7]曲柄軸30係被_包含定子28㈣動馬達 而可旋轉地驅動，該電動馬達包含有通過其之堝捲線48 與壓嵌至曲柄軸3〇的轉子46。—上配重％係被固定 到曲柄軸30而一下配重52係被固定到轉子46 — 10 15 _8]該兩件式主要軸承殼總成24的上表面具有 -平的止推轴承表面54,其上設置了—具有從—個端板 6〇向域相-般獅“或·之環繞縣蝸形構件 %…圓筒形的穀盤62從環繞運動蜗形構件％的端 板60之下表面向下突出，該較盤在其中具有一在其内轉 動地設置-驅動襯套66之轴頸軸承64，而在該驅動觀 套内具有-曲柄銷32純驅動地設置於其中之内部孔。 曲柄銷32在-表面上具有一平面，該平面係驅動地與一 形成在驅動軸襯66的部分内孔中的平面屬合，以提供一 徑向配合的驅動έ士爐，啤& 動、、Ό構，老如在受讓人的美國專利第 4,877,382號中所* ,其之揭示内容在此被併入以供參考 ° 〇隱咖聯接68也被提供設置在環繞運動蜗形構件％ 和兩件式軸承殼總成24之間。〇ldham聯接Μ係被鎖 到壤繞運動蜗形構件56與一非環繞運動堝形構件Μ之 間’以避免環繞運動卿構件56的迴轉運動。 10 20 玖、發明說明 [0019]非環繞運動蝸形構件7〇 ★ U也具有一自端板74 向下延伸之i捲線72，其純設置成與環繞運動蜗形構 件56的㈣線58成替連接。⑽繞運動鄉構件川 具有一設置於中央之排洩通道76，里扦企, 具知與一向上開放的凹 口 78相連通，其接著係與一被一 、服中目盍Μ與分隔器20 一環狀凹口 所界定的排洩消音室80成流體上相通的。 82也在環繞運動蝸形構件7〇裡面形成，在其中設置了 浮動密封總成84.

[0020]凹口 78 和 而界定軸向壓力偏向室 82和浮動密封總成84 —起作用 其接收由螞線捲5 8和72所壓 ^的增H體，以在非環繞運動卿構件7q上施加一輛 向偏向力，而因此逼使個別的蝸線捲％和Μ尖端，分 另m相對的端74和6〇之端板表面形成密封連接。: 動密封總成84係較佳為如受讓人的美國專利第5找539 號中所詳細描述的類型，其之揭示内容在此被併人以供參 考。環繞運動蜗形構件7G係被設計成相對於兩件式主要 轴承殼24 ’具有在—適當的方式中有限的轴向運動，例如 於上述的美國專利帛4,877,382號或本案受讓人的美國專 利第5，102,316號中所揭露的，其等之揭示内容在此被併 入以供參考。 [0021 ]本發明係與主要軸承殼總成％的獨特設計 有關。主要軸承殼總成24包含—主要軸承殼9Q和一止 推板92。止推板92係利賤個馳（未顯示）而固定到 玖、發明說明 要軸承成9G,。止推板％界定—止推軸承平面54，其 上設置了環繞運_形構件56，其係為鳴_聯接器 68所支持的平面94。 [〇22]現在參照第2圖，主要軸承殼90包含一支 持止推板92之通常為環形的部分1〇〇。數個腳呢（在 10 15 具體例中顯示為四隻腳)係從環形部分100肖外徑向地 申在所例不s兒明的具體例中，每個聊的外表面 界疋有效直徑，其提供一與殼12之間的間隙。每 個腳102都包含一向上直立的桿塔1〇6，其有一延伸通 過的安裝孔1〇8。安裝孔⑽係被如第！圖所顯示的 利用螺拾110來將主要轴承殼9〇固定至壓縮機安襄框架 22。在本發明的另一個具體例中（未顯示），每個腳102 的外表面H)4都界定至該殼12内的有效直徑。 在這個具體例中，在每個桿塔1〇6中的安裝孔⑽都被 除去，因為主要軸承殼90係連接至殼12，並且不是直 接地連接至框架22。每個桿塔1〇6的内表面m均被 機器加工以徑向地支持止推板92。 [0023]主要軸承殼90進一步包含有一向下形成角度 之截頭錐形板U4以支持-圓筒形部分116。截頭錐形板 係由環形部分100的下端延伸到圓筒形部分ιΐ6的 下端。在圓筒形料U6裡面界定有_軸承34係被塵巍 進去的内部孔118。主要軸承殼90與截頭錐形板ιΐ4以 及圓筒形部分Π6的設計提供主要軸承殼的因應設計，而 12 20 1222495 玖、發明說明 改良主要軸承34與圓筒形部分116的動態校準，並藉此 改良壓縮機1〇的可靠性同時減少從曲柄軸30傳遞至殼 12動力負載。如果需要的話，主要軸承殼⑽與截頭錐形 板114以及圓筒形部分116，可被設計成將該負載驅動轴 5節點安置在主要軸承34的彈性中心。 [0024]驅動轴3〇係在驅動地連接並且以上配重％ 與下配重52來提供負載的曲柄銷32上提供負載。主要 軸承34與下較軸承36提供這些負載的反作用點。此種 力的結合扭曲驅動軸3〇。驅動軸30的扭曲形狀會符合 10匕的瞬時負載狀態。為了要說明在驅動軸3〇的旋轉作用 中的扭曲現象’該扭曲現象可以該負載的動態振動加上曲 柄銷32的位置之平均形狀來檢視。因此，主要軸承驅動 軸30的軸頸在某些角度時並不是與壓縮機1〇的軸平行 ，而這個角度的方向會隨著驅動軸3〇旋轉而改變。達成 15 5亥具有負載的驅動軸30之主要扭曲的彈性配合方式將是 重要且不同之積極做法。藉由改良此種配合方式，主要軸 承部分34和環形部分116會偏斜以對準該扭曲的主要 驅動轴30軸頸。過硬的主要軸承殼板114會避免主要 轴承34和圓筒形部分116偏斜而與驅動軸30的主要 20軸頸平行對準，而因此產生上部的邊緣負載現象。過軟的 主要轴承殼板114則會使得主要軸承34和圓筒形部分 116偏斜超過驅動軸30而因此產生下部的邊緣負載。圓 同幵^邛分116應該被設計成硬到足以作為一支持主要轴 13 1222495 玖、發明說明 承34的堅硬體。過薄的圓筒形部分⑽使得圓筒形部 分116㈣端部分偏斜遠離軸頸負載而產生對於主要軸 承34的上端部分面的負載分布不足之中心負載。 [0025]本發明的第二個重要成果係為配合在驅動軸 5 30的彎曲度上的動態變化，以使得邊緣負載不會破壞油 膜所產生金屬-至-金屬接觸，並因此避免主要軸承％的 耗損。本發明的第三個重要成果係將主要軸承34設置在 驅動車由3〇的節點，其使得傳遞至主要軸承殼90和周圍 環境的振動最小化。 10 [0026]習知技藝術的壓縮機所產生之聲波頻譜方框圖 具有獨特且容易辨識的形狀。該聲波頻譜展現二個”隆起，， ，其之位置會依據壓縮機大小而在頻譜中些微地改變。本 發明的發明人已經如第5圖所顯示的確定在聲波頻譜中與 壓縮機的特定原件有關的聲頻帶。該在右側或該聲波頻譜 15的上半部週率之”隆起”，已經被歸納係與壓縮機上帽蓋有 關，其典型地具有該頻率範圍的自然頻率。其之激發來源 是排出氣體衝擊在上帽蓋上。該在左侧或該聲波頻譜的下 半部週率之”隆起”，係由不同的情況所產生而本發明的發 明家已確定這些較低頻率帶中的音量大小，主要是來自於 2 0 驅動轴的振動。 [〇〇27]現在參照第6圖’ 一種習知技藝術的壓縮機 之驅動軸振動行為，如沒有主要軸承34之第6圖的虛線 所顯示的在主要的秘承殼13〇附近具有—節點（零橫向位 14 玖、發明說明 移）。理想地，該節點係位於如第6圖的實線132所顧示 的主要軸承34彈性中心。當該節點並不位在主要軸承μ 的彈性中心（第6圖的虛、線134)的時候，在轴承上的應 力將會因為來自驅動軸區域性的邊緣負載而變的過大。截 頭錐形板114係被設計成產生如第6圖的實線所顯示的 振動仃為。±要軸承殼板114卩及其與環形部分⑽的 介面和圓筒形部分116的設計，都提供該系統在彈性匹配 °亥軸與軸承所需的配合性而顯著地減少邊緣負載。邊緣負 載由於該軸和該軸承的彈性匹配而允許該轴承在其之自然 頻率下振動時撓曲而減少。 [〇〇28]雖然上述的詳細說日㈣述本發明的較佳具體例 1該要了解的是本發明容易進行修改、變化和替換而不 背離隨附的申請專利範圍之範圍與實際意義。 【圓式簡單^說^明】 第1圖是與依據本發明的軸承殼結合之獨特的密封 螞形壓縮機合之垂直剖面圖； "圖疋在第1圖中所顯示的主要軸承殼之垂直剖 面圖； '圖疋在第2圖中所顯示的主要軸承殼的一頂透 視圖； ★圖疋在第2圖中所顯示的主要轴承殼的一底透 視圖； 1222495 玖、發明說明 第5圖是例示說日月一由習知壓縮機產生之典型的聲 波頻t替圖；和 第6圖是一在典型的結構和理想的結構兩者中，驅動 軸相對於主要軸承殼的運動的圖示說明。 【圖式之主要元件代表符號表】 10 該蜗形壓縮機 46 轉子 12 密封殼 48 蝸捲線 14 帽蓋 50 上配重 16 底座 52 下配重 18 接頭 54 止推軸承表面 20 橫向延伸部分 56 環繞運動蝸形構件 22 框架 60 端板 24 主要軸承殼總成 、 62 轂盤 26 底轴承殼 64 軸頸軸承 28 馬達定子 66 襯套 30 驅動軸或曲柄軸 68 Oldham聯接 32 偏心曲柄銷 70 非環繞運動蝸形構件 34 軸承 72 蝸捲線 36 第二軸承 74 端板 38 同心孔 76 排洩通道 40 78 凹口 44 油池 80 排洩消音室

16 1222495 玖、發明說明 82環狀凹口 108安裝孔. 84浮動密封總成 110螺拴 90主要軸承殼 112内表面 92止推板 114截頭錐形板 94平面 116圓筒形部分 100環形部分 118内部孔 102腳 130主要軸承殼 104外表面 132實線 106桿塔 134虛線 17

Claims (1)

1222495 拾、申請專利範圍 1 · 一種壓縮機總成，其包含： · 一外殼； 一壓縮機，其係設置於該外殼内； 一主要軸承殼，其係設置在該外殼内，該主要軸承 殼界定一孔； 一下軸承殼，其係設置在該殼中；與 一驅動構件，其係可轉地被該主要軸承殼的該孔與 该下軸承殼孔所支持·，該驅動構件從一通常與該孔對 準的直線狀態，偏斜成一在該驅動構件旋轉期間的通 常為扭曲的狀態； 該主要軸承殼係被設計成會偏斜以使得該孔與該驅 動構件之間的對準可以被維持。 2.如申請專利範圍第1項的壓縮機總成，其進一步包含 一被該主要軸承殼的該孔所固定的主要軸承。 15 3·如申請專利範圍第2項的壓縮機總成，其中該主要軸 承之一彈性中心，係與該驅動構件在震動模式期間之 該驅動構件的節點一致。 4.如申請專利範圍第！項的壓縮機總成，其中在該主要 轴承殼中之該孔的一彈性中心，係與該驅動構件在震 動模式期間之該驅動構件的節點一致。 孔 5·如申請專利範圍帛！項的壓縮機總成，其中該主要轴 承殼界定一環形部分、一圓筒形部分以及一設置於該 環形部分與該圓筒形部分之間的截頭錐形部分，該μ 係被設置在圓筒形部分的裡面。 18 20 1222495 拾、申請專利範圍 6.如申請專利範圍第5項的壓縮機總，成，其中該圓筒形 ^分界定一第-末端與-第二末端，該截頭錐形部分 係附接在接近該第一末端的位置上。 刀 7·如申請專利範圍帛5項的壓縮機總成，其中該圓筒形 部分係相對於該截頭錐形部分而樞轉，以維持該孔與 该驅動構件之間的對準。 8·如申請專利範圍第2項的壓縮機總成，其中該驅動構 件界定該驅動構件在.震動模式期間的一·第一節點與一 第二節點；以及 ίο 一與該驅動構件之該第一節點一致的該主要軸承之 彈性中心。 15 9 ·如申咕專利範圍第8項的壓縮機總成，其中該主要軸 承殼界定一環形部分、一圓筒形部分以及一設置於該 環形部分與该圓筒形部分之間的截頭錐形部分，該主 要軸承係被設置在圓筒形部分裡面。 10·如申請專利範圍第9項的壓縮機總成，其進一步包含 數個設置在該環形部分與該外殼之間的桿塔。 20 11 ·如申請專利範圍第1項的壓縮機總成，其中該外殼界 定一吸入壓力區與一排放壓力區，該壓縮機係被設置 在該吸入壓力區裡面。 12·如申請專利範圍第U項的壓縮機總成，其進一步包含 一設置在該吸入壓力區裡面的馬達。 13· —種蝸形機器，其包含： 一外殼； 19 拾、申請專利範圍 第蜗形構件，其係缉置於該外殼内，該第一 媧形構件具右_ 心 ^ 弟一端板向外突出的第一蜗線捲 ^第一蝸形構件，其係設置於該外殼内，該第二 蜗形構件具有一從_第二端板向外突出的第二蝸線捲 ’該第二蝸形蝸線捲係被該第一蝸線捲插入，以在第 /構件％繞该第一蝸形構件運轉時，在該第一蜗 $構件與该第二_構件之間界定數個可動腔室； 10 一主要軸承殼，其係設置於該外殼内，該主要軸 承设係支持該第二蝸形構件； 主要軸承，其係設置在該主要軸承殼裡面； 一下軸承殼，其係設置於該外殼内； 15 驅動構件’其係在該主要軸承殼與下軸承殼之 ]可轉動地m要轴承所支持，該驅動構件會使得 該第二蜗形構件環繞該第一蜗形構件運轉；以及 -4彡’其得、可操作地連接至該驅動構件以使該 驅動構件旋轉，其中·· 該驅動構件界定該驅動構件在震動模式期間的— 第一節點與一第二節點；以及 20 —與該驅動構件之該第H致的該主要轴承 之彈性中心。 14.如申請專利範圍第13項的蝸形機器，其中該主要軸 承殼界定-環形部分、一圓筒形部分以及—設置於該 20 1222495 拾、申請專利範圍 5 錐形部分，該主 ’其中該圓筒形 該戴頭錐形部分 :環形部分與該圓筒形部分之間的裁頭 要軸承係被設置在圓筒形部分裡面。 15.如申請專利範圍第14項的蝸形機器 部分界定一第一末端與一第二末端， 係附接在接近該第一末端的位置上。 16.如申請專利範圍第14項的蝸形機器，其進一步包含 數個没置在該環形部分與該外殼之間的桿塔。

17·如申請專利範圍第1φ項的蜗形機器，其中該圓筒形部 10 分係在該·驅動構件的振動模式期間相對於該截頭錐形 部分而樞轉。 % 21