容積式壓縮機的製作方法
2023-12-11 10:53:27 2
專利名稱：容積式壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用HFC系列製冷劑、自然系列製冷劑即空氣、二氧化碳及其他壓縮性氣體的容積式壓縮機，尤其適於小型化且高輸出的壓縮機。
背景技術：
以渦旋式壓縮機、往復移動式壓縮機及旋轉式壓縮機等為代表的容積式壓縮機，不僅作為家庭/業務/裝車/車輛用途等的製冷空調設備壓縮機，還作為工廠的空氣來源或燃料電池等的空氣供給壓縮機等，廣泛地應用在各個領域上。而且，從防止地球變暖的觀點要求具有較高的能量轉換效率，在降低成本方面要求小型化。
一直以來，由於為了小型化以縮短驅動壓縮機構部的電動機的軸長來實現壓縮機的小型化，於是，已知有使用不具有線圈端部的凸極式馬達(爪形磁極馬達)縮短壓縮機的總長的方法，這種方法例如記載在專利文獻1(專利文獻1特開2001-280247號公報)上。
由於在上述現有技術中，只不過是通過消除線圈端部來實現小型化，因此，未充分考慮通過高輸出、高速運轉進行大容量範圍的運轉的情況，為了高輸出化只能將爪形磁極作為多相沿軸向疊置，使得伴隨高輸出化損害原來的小型化。
發明內容
本發明的目的在於提供可高輸出、高速運轉且具有較高的能量轉換效率並小型化了的容積式壓縮機。還有，另外的目的在於，尤其縮短容積式壓縮機的軸長，提高可靠性。
為了解決上述課題，本發明在具備起壓縮作用的壓縮機構部和驅動該壓縮機構部的電動機的容積式壓縮機中，所述電動機具備在以磁粉形成的爪形磁極交互地嚙合的狀態下，沿圓周方向排列設置的定子鐵心和對所述爪形磁極圓環狀地卷繞的環狀線圈。
根據本發明，由於使用以磁粉形成的爪形磁極構成電動機，因此，能夠得到更高速運轉且具有較高的能量轉換效率的容積式壓縮機。
圖1是表示本發明的一個實施方式中的壓縮機的整體的剖視圖。
圖2是表示一個實施方式中的定子鐵心的剖視圖。
圖3是表示一個實施方式中的爪形鐵心的俯視圖。
圖4是表示一個實施方式中的爪形鐵心的剖視圖。
圖5A-圖5C是表示一個實施方式中的轉子鐵心的俯視圖。
圖6是表示另一個實施方式中的壓縮機的整體的剖視圖。
圖7是表示其它實施方式中的壓縮機的整體的剖視圖。
圖8是表示其它實施方式中的壓縮機的整體的剖視圖。
圖9是表示其它實施方式中的壓縮機的整體的剖視圖。
圖中1、101-壓縮機構部，2-固定渦旋，3-旋轉渦旋，3c-軸支撐部，4-構架，5-密閉容器，6、26、50-軸支撐部，7-壓縮室，8-吸入口，9-吸入空間，10-排出空間，11-排出口，12-副構架，15、16-平衡器，17-潤滑油，19-密封部件，21-定子，21a、21b、21c-定子鐵心，21d、21f、21e-環狀線圈，22-轉子，23-電動機，24-曲柄軸，24a-主軸部，24b、24e-副軸部，24c-偏心銷部，25-歐氏環，30-鐵心框，31、32-爪形鐵心，33-爪形磁極。
具體實施例方式
首先，參照圖1～圖5對根據一實施方式的容積式壓縮機進行詳細說明。
容積式壓縮機是使用了小型且可高輸出的渦旋式壓縮機的壓縮機構部1，將旋轉驅動旋轉渦旋3的驅動單元收放在密閉容器5內。壓縮機構部1以固定渦旋2和旋轉渦旋3及構架4作為基本單元，固定渦旋2或構架4固定於密閉容器5上。
固定渦旋2具備螺旋狀卷板(ラツプ)2a和鑲板2b及排液口2c，並藉助於構架4和螺栓固定。卷板2a垂直地豎立設置在鑲板2b上。旋轉渦旋3具備螺旋狀卷板3a和鑲板3b及軸支撐部3c。卷板3a垂直地豎立設置在鑲板3b上。使固定渦旋2和旋轉渦旋3嚙合的壓縮室7進行通過旋轉渦旋3的旋轉運動而減少其容積的壓縮動作。
伴隨旋轉渦旋3的旋轉運動，工作流體經由吸入口8、吸入空間9被吸入到壓縮室7內，且被吸入的工作流體經過壓縮行程後從固定渦旋2的排液口2c向密閉容器5的排液空間10排出，而後，進一步經由排出口11從密閉容器5排出。由此，密閉容器5內的空間保持排液壓力。還有，為了防止以比設計壓力低的低壓比運行時所產生的過壓縮，設有過壓縮防止單元(未圖示)。過壓縮防止單元具備連通壓縮室7和排液空間10的通道和打開形成過壓縮的部分的通道的閥門。
旋轉驅動旋轉渦旋3的驅動單元具備電動機23，其由定子21和轉子22構成，定子21使用了以磁粉成型的爪形鐵心嚙合的定子鐵心21a、21b、21c；曲柄軸24；旋轉渦旋3的自傳防止機構的主要零件即歐氏環25；構架4；以及副構架12。
電動機23將轉動作用賦予給曲柄軸24。曲柄軸24具備主軸部24a和副軸部24b及偏心銷部24c。設置在構架4上的軸支撐部6、設置在副構架12上的軸支撐部26構成轉動自如地配合曲柄軸24的主軸部24a和副軸部24b的軸支撐部，設置在旋轉渦旋3上的旋轉軸支撐部3c沿旋轉軸方向可移動地且轉動自如地配合曲柄軸24的偏心銷部24c。曲柄軸的軸支撐部6、26，分別配置在壓縮機構部1的與電動機相反的一側和電動機23的與壓縮機機構部相反的一側。另外，在軸支撐部3c、6、26上除了滑動軸承以外還可使用符合使用條件的滾動軸承或其他軸支撐部件。
歐氏環25設置於由旋轉渦旋3和構架4構成的空間內。形成於歐氏環25上的正交的2組楔子部分的1組滑動在構成於構架4上的歐氏環25的承受部即楔子槽27a上，剩餘的1組滑動在構成於旋轉渦旋卷板2a的背面一側的楔子槽27b上。由此，旋轉渦旋3不在垂直於渦旋卷板的豎立設置方向即軸線方向的面內自轉地旋轉運動。
為了向密閉容器5內固定定子21，將定子鐵心21a、21b、21c收放在鐵心框30內，並使鐵心框30與固定渦旋2配合。另外，鐵心框30的配合對象，只要是固定渦旋2就能保證高精度，但也可以是壓縮機構部1的一部分、密閉容器5。
圖2放大表示了定子鐵心21a、21b、21c之中的一個，定子鐵心具有第一爪形鐵心31和第二爪形鐵心32，在定子鐵心的內部設有環狀線圈21d、21e、21f。
在爪形鐵心上，作為與轉子22相對的磁極面，沿軸向彎折設有爪形磁極33，且環狀線圈21d、21e、21f相對爪形磁極33卷繞成圓環狀。定子鐵心在設置於爪形鐵心上的爪形磁極交互地嚙合的狀態下，使兩個爪形鐵心排列設置在圓周方向上。
再有，圖3是第二爪形鐵心32的結構圖，圖4表示作為爪形鐵心32的截面的圖3中的A-A截面，定子鐵心在與轉子22的相對面上具有作為磁極面的爪形磁極。在圖2～圖4中，由於在一個爪形鐵心上存在兩個爪形磁極，因此，在一個定子鐵心上存在四個爪形磁極。並且，電動機23作為4極電動機動作。
如圖1所示，三個定子鐵心21a、21b、21c使各個定子鐵心的爪形磁極沿圓周方向彼此錯開120°，並用三相交流電源驅動。還有，定子鐵心21a、21b、21c，由於是由磁粉成型的爪形鐵心，因而若為了高輸出化而縮小轉子22的外周和爪形磁極之間的距離，則存在從爪形磁極掉落磁粉、損害可靠性的危險，因此，為了防止發生這種情況而塗覆有樹脂保護膜。作為樹脂保護膜材料，只要使用耐熱性較高的熱塑性工程塑料即PPS(聚苯硫醚)系列樹脂等即可。
至於轉子22，雖然在轉子表面上配置有磁鐵的轉子既便宜又耐用，但至於其他轉子，只要能夠用如圖5A所示的籠形的轉子或具有圖5B所示的籠形導體和磁鐵的轉子或具有圖5C所示的流量關卡(切縫)的轉子等構成與爪形磁極配合的磁極即可。另外，圖5中的40、41是籠形導體，42是磁鐵，43是流量關卡。
使設有軸支撐部26的副構架12向鐵心框30配合。另外，副構架12的配合對象也可以是密閉容器5。在副構架12上，有承受曲柄軸24向下方移動時的荷載的推力軸承13。另外，當曲柄軸24向上方移動時，用推力擋蓋18支承。
在對各個軸支撐部3c、6、26進行潤滑時，在將供油泵14設置在副構架12的下部的同時，通過曲柄軸24的轉動動作使之轉動而實現泵作用。即，用供油泵14吸引存儲在密閉容器5的下部空間內的潤滑油17，並通過設置於曲柄軸內的供油通道24d等向各部供給。另外，作為供油泵，雖然這裡未圖示，但也可以使用通過構成在曲柄軸24上的偏心轉動動作而實現的離心泵。還有，供給到軸支撐部3c、6上的潤滑油，通過設置於構架4上的圓形狀的密封部件19和供油用小孔20，能夠僅供潤滑壓縮室7內所需的供油量。
為了消除因旋轉渦旋3或曲柄軸的偏心銷部24c等的轉動引起的偏心失衡，在壓縮機構部1的與電動機相反一側和壓縮機構部1與電動機23之間設置平衡器15、16。壓縮機構部1與電動機23之間的平衡器16做成比定子21、定子鐵心21a、21b、21c的內徑小的形狀，並能夠經由曲柄軸24通過定子21的內徑部。
根據所述內容，使用了以磁粉成型的爪形鐵心嚙合的定子鐵心的電動機23，由於與現有的凸極式電動機相同地不具有末端線圈部，因此，能夠縮短電動機軸長，並且可高速轉動並具有較高的能量轉換效率的特性和高輸出特性。於是，由於通過電動機23的小型化也能縮短曲柄軸24的軸長，因此，降低曲柄軸24的變形並能夠抑制軸支撐部中的一部分，由此，提高軸支撐部可靠性。
還有，可實現容積式壓縮機的小型化和高速化，並為了防止爪形鐵心31、32的粉末掉落，在爪形鐵心上塗覆有樹脂保護膜以防止壓縮機上的異物咬入，由此，提高可靠性。
再有，由於以磁粉成型的爪形鐵心31、32收放在鐵心框30內，因此，不僅能夠防止由對密閉容器的定子鐵心的嵌合引起的爪形鐵心的破壞，還能夠消除由嵌合引起的密閉容器的變形。也就是說，能夠高精度地裝配對密閉容器配合的零件。
再有，通過將鐵心框30配合固定在固定渦旋2或壓縮機構部1上，可高精度地定位設置於構架4上的軸支撐部6和定子21的同軸度。
再有，由於鐵心框30也可以與設有軸支撐部26的副構架12配合固定，因此，可高精度地定位設置於構架4上的軸支撐部6和定子21以及副構架12的軸支撐部26的同軸度。
再有，由於可以縮短容積式壓縮機的軸長，因此，能夠進一步縮短曲柄軸24的軸長，並在轉動自如地配合曲柄軸24的兩個軸支撐部6、26之間，在可設置壓縮機構部1和電動機23的同時，在壓縮機構部1的與電動機相反一側和壓縮機構部1與電動機23之間可設置消除偏心失衡的平衡器，因此，可進一步降低高速運轉時的曲柄軸24的變形。由此，在實現高速運轉時的可靠性的提高的同時，降低由曲柄軸變形引起的軸承部的滑動損失。
再有，設置於壓縮機構部1與電動機23之間的平衡器16的外徑做成比定子21、定子鐵心21a、21b、21c的內徑小，因此，組裝性也提高，並能在壓縮機構部1上使用壓縮機構以實現小型化和高速化，使得曲柄軸24貫通旋轉渦旋3和固定渦旋2，成為以軸支撐部6、26夾持壓縮機構部的方式，而且可使作用在軸支撐部上的荷載的偏心適宜化，可進一步降低高速運轉時因明顯的偏心失衡而產生的曲柄軸變形。
下面用圖6詳細說明表示第二實施方式的容積式壓縮機。圖6表示第2實施方式中的渦旋壓縮機的整體結構。在軸支撐部6、50的配置、推力軸承13和推力軸承支撐部51以及供油方式上與第一實施方式不同。
作為曲柄軸24的軸支撐部，將軸支撐部50構成在固定渦旋2上。軸支撐部50轉動自如地配合曲柄軸的副軸部24e，即使由轉子22的振擺旋轉引起的曲柄軸24的變形較大，其所受影響也較小。
雖然在推力軸承支撐部51和構架4上設有用於支撐曲柄軸24的軸向力的推力軸承13和推力擋蓋18，但若在曲柄軸的偏心銷部24c的兩端設置推力擋蓋部則變得更簡單。另外，在圖6中，用螺栓使推力軸承支撐部51與鐵心框30結合。
作為供油方式，採用通過在曲柄軸24內偏心的供油通道24f轉動動作而發揮作用的離心供油方式，從而在配置軸支撐部50的同時，能夠減少零件件數。
如上所述，通過在固定渦旋2上配置支撐曲柄軸24的副軸部24e的軸支撐部50，能夠減少壓縮機整體上的零件件數，而且能夠做成結構簡單、小型且高效率的壓縮機。
下面用圖7詳細說明表示第三實施方式的容積式壓縮機。圖7表示旋轉式壓縮機的整體結構。
驅動源是由定子21及轉子22構成的電動機23，其中，定子21包括以磁粉成型的爪形鐵心嚙合而構成的定子鐵心21a、21b、21c和環狀線圈21d、21e、21f。定子鐵心21a、21b、21c收放在鐵心框30內。
旋轉式壓縮機的壓縮機構部101由以下各部構成氣缸102；封閉氣缸102的兩端部的第一端板103、第二端板104；配置於由氣缸102和第一端板103、第二端板104圍住的空間內的輥子105；以及具有使由氣缸102和第一端板103、第二端板104以及輥子105構成的空間容積與輥子105的運動一起變化的功能的葉輪(未圖示)構成，壓縮室106是由與輥子105的運動一起變化的氣缸102和第一端板103、第二端板104和輥子105以及葉輪構成的空間容積。工作流體經由吸入口107被吸入到壓縮室106內。工作流體隨輥子105的移動壓縮，並經由設置於第二端板104上的排液口108、排液閥109向密閉容器112內的排液空間110排出，而後經由排出口111從密閉容器112排出。
輥子105的驅動裝置具有電動機23和曲柄軸120及第一端板103以及副構架121。曲柄軸120具備主軸部120a和副軸部120b以及偏心銷部120c。配置於第一端板103上的軸支撐部122、配置於副構架121上的軸支撐部123，構成轉動自如地配合曲柄軸120的主軸部120a和副軸部120b的軸支撐部，輥子105與曲柄軸120的偏心銷部120c轉動自如地配合。曲柄軸的軸支撐部122、123分別配置在壓縮機構部101的與電動機相反的一側和電動機23的與壓縮機機構部相反的一側。另外，在軸支撐部122、123上除了滑動軸承以外，對於高速高負荷運轉滾動軸承較適宜。
在副構架121上設有承受曲柄軸120向下方移動時的荷載的推力軸承130。當曲柄軸120向上方移動時，用推力擋蓋131支承。
在對軸支撐部122、123以及輥子105與曲柄軸的偏心銷部120c之間的滑接面進行潤滑時，通過並用在曲柄軸120內使之偏心的供油通道120d所轉動動作的離心供油作用，以及利用壓縮室106和密閉容器112內的排液空間110之間的差壓的差壓供油作用而實現泵作用。即，用供油泵的作用吸引存儲在密閉容器112的下部空間內的潤滑油132並通過設置於曲柄軸內的供油通道120d等向各部供給。另外，作為供油泵，雖然這裡未圖示，但也可以使用作為外部供油泵的次擺線泵等。
為了消除因輥子105或曲柄軸的偏心銷部120c等的轉動而引起的偏心失衡，在壓縮機構部101的與電動機相反一側和壓縮機構部101與電動機23之間設置平衡器133、134。壓縮機構部101與電動機23之間的平衡器134，做成比定子21的內徑小的形狀，並能夠經由曲柄軸120的內部通過定子21的內徑部。
根據上述內容，由於電動機的軸長較短且使用鐵心框能夠進一步縮短該容積式壓縮機的軸向長度，所以進一步縮短曲柄軸120的軸向長度，並在轉動自如地配合曲柄軸120的兩個軸支撐部122、123之間，在可設置壓縮機構部101和電動機23的同時，在壓縮機構部101的與電動機相反一側和壓縮機構部101與電動機23之間可設置消除偏心失衡的平衡器，因此，可進一步降低高速運轉時的曲柄軸120的變形。由此，在實現高速運轉時的可靠性的提高的同時，因降低由曲柄軸變形引起的軸承部的滑動損失，因此，可實現高能量轉換效率化。
還有，通過將配置壓縮機構部101與電動機23之間的平衡器134的外徑做成比定子21的內徑小，因而也能夠提高組裝性。因此，可使作用在軸支撐部上的荷載的偏心適宜化，並可進一步降低高速運轉時因明顯的偏心失衡而產生的曲柄軸變形，從而能夠實現可小型、高速運轉且具有高能量轉換效率的旋轉式壓縮機。
下面用圖8詳細說明表示第四實施方式的容積式壓縮機。圖8表示旋轉式壓縮機的整體結構。
作為曲柄軸120的軸支撐部，在第二端板104上設有軸支撐部140。雖然將用於支撐曲柄軸120的軸向力的推力軸承141和推力擋蓋131構成在曲柄軸的偏心銷部120c的電動機一側和第一端板103上，但通過在偏心銷部120c的兩端構成兩推力擋蓋部等，可實現進一步的簡單化。
下面用圖9詳細說明表示第五實施方式的容積式壓縮機。圖9表示旋轉式壓縮機的整體結構。
其特徵在於，將壓縮機構部154配置在密閉容器112的下部，並將平衡器150、151配置在轉子22的兩端。平衡器150、151，不必與轉子22直接配合，也可以設置在曲柄軸上。通過在曲柄軸的偏心銷部120c的兩端構成用於支撐曲柄軸120的軸向力的推力軸承153和推力擋蓋152，可實現進一步的結構簡單化。也可以取代推力軸承153而用第一端板本身承受推力負荷，從而實現結構簡單化。
如上所述，通過在由實施了絕緣保護膜處理的磁粉成型的爪形鐵心上塗抹樹脂保護膜，能夠防止容積式壓縮機在運轉過程中從以構成電動機的定子鐵心的磁粉成型的爪形鐵心掉落粉末，並能確保容積式壓縮機的可靠度。
還有，由於由以磁粉成型的爪形鐵心構成的定子鐵心不必直接向壓縮機殼體嵌合，因此，能夠消除作用在以磁粉成型的爪形鐵心上的嵌合力，並能防止以磁粉成型的爪形鐵心的破壞。再有，由於降低由嵌合引起的壓縮機殼體的變形，因此，可高精度地向壓縮機殼體裝配與之配合的零件。
再有，由於電動機可進一步接近壓縮機構部而配置，因此，能夠實現容積式壓縮機的軸向長度的縮短，通過使設置於壓縮機構部的與電動機相反的一側的曲柄軸支撐部和定子鐵心的同軸度為高精度並使曲柄軸撓度較小，降低高速運轉時的因偏心失衡而產生的曲柄軸變形，從而能夠提高可靠性。
再有，由於可高精度地保持設置於壓縮機構部一側的曲柄軸支撐部、定子鐵心以及電動機一側的曲柄軸支撐部的同軸度，因此，使得平衡器可通過定子內部，從而提高壓縮機的組裝容易性。
再有，通過在壓縮機構部兩側設置曲柄軸支撐部，不會導致因曲柄軸長縮短而引起的軸承負荷的增大，同時，能夠降低高速運轉時的偏心失衡。
權利要求
1.一種容積式壓縮機，具備起壓縮作用的壓縮機構部；驅動該壓縮機構部的電動機；以及通過該電動機而被轉動驅動並轉動所述壓縮機構部的曲柄軸，其特徵在於，所述電動機具備在以磁粉形成的爪形磁極交互地嚙合的狀態下沿圓周方向排列設置的定子鐵心；以及對所述爪形磁極圓環狀地卷繞的環狀線圈。
2.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，在所述爪形磁極上形成了樹脂保護膜。
3.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，所述壓縮機構部使固定渦旋和旋轉渦旋嚙合，並通過所述旋轉渦旋的旋轉運動進行壓縮動作。
4.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，所述定子鐵心固定於圓環狀的鐵心框上，該鐵心框配置於所述容積式壓縮機內。
5.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，在轉動自如地支撐所述曲柄軸的兩個軸支撐部之間，設置所述壓縮機構部和所述電動機。
6.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，在所述壓縮機構部和所述電動機之間，設置了做成比所述定子鐵心的內徑還小的外徑的平衡器。
7.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，在所述壓縮機構部的與電動機相反的一側設置了平衡器。
8.根據權利要求1所述的容積式壓縮機，其特徵在於，所述壓縮機構部使固定渦旋和旋轉渦旋嚙合，並通過所述旋轉渦旋的旋轉運動進行壓縮動作，所述曲柄軸貫通所述旋轉渦旋和所述固定渦旋，並在貫通了的部分轉動自如地支撐所述曲柄軸。
9.一種容積式壓縮機，具備起壓縮作用的壓縮機構部；驅動該壓縮機構部的電動機；通過該電動機而被轉動驅動並轉動所述壓縮機構部的曲柄軸；以及轉動自如地支撐該曲柄軸的兩個軸支撐部，其特徵在於，具備所述電動機，該所述電動機具有在爪形磁極交互地嚙合的狀態下沿圓周方向排列設置的定子鐵心和對所述爪形磁極圓環狀地卷繞的環狀線圈；使固定渦旋和旋轉渦旋嚙合，並通過所述旋轉渦旋的旋轉運動進行壓縮動作的所述壓縮機構部；設置於所述軸支撐部之間的所述壓縮機構部及所述電動機；以及設置於所述壓縮機構部和所述電動機之間，並做成比所述定子鐵心的內徑還小的外徑的平衡器。
全文摘要
本發明涉及容積式壓縮機，提供可高輸出、高速運轉且小型化了的容積式壓縮機。在具備起壓縮作用的壓縮機構部(1)和驅動壓縮機構部(1)的電動機(23)及通過電動機(23)而被轉動驅動並轉動壓縮機構部(1)的曲柄軸(24)的容積式壓縮機中，電動機(23)具備在以磁粉形成的爪形磁極(33)交互地嚙合的狀態下沿圓周方向排列設置的定子鐵心(21a、21b、21c)和對爪形磁極(33)圓環狀地卷繞的環狀線圈(21d、21e、21f)。
文檔編號H02K1/17GK101046200SQ20071000826
公開日2007年10月3日 申請日期2007年1月26日 優先權日2006年3月31日
發明者土屋豪, 柳瀨裕一, 藤村和幸, 青木誠, 三宅成志, 松永睦憲, 榎本裕治, 菊地聰, 湧井真一, 野崎務 申請人:日立空調·家用電器株式會社