專利名稱：往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電冰箱等具有冷凍循環(huán)的裝置所使用的逆變控制方式的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)。
背景技術(shù)：
近年來，在冰箱等具有冷凍循環(huán)的裝置中，非常希望降低耗電量。尤其在可利用逆變控制使運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變化的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)中，要求低速旋轉(zhuǎn)時(shí)的高效率化。
日本特開2003-65236號公報(bào)揭示了在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也可獲得穩(wěn)定的效率的以往的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)。
圖6是以往的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)的剖視圖。在密封容器1的底部儲存有機(jī)油2。通過逆變控制而旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)要素5具有定子3和轉(zhuǎn)子4，對壓縮要素6進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
電動(dòng)要素5是小型、高效率的，其包括具有突極的定子3；集中卷繞在突極上的繞組；具有配置有磁鐵的鐵心的轉(zhuǎn)子4。
下面詳細(xì)說明壓縮要素6。曲軸8包括主軸9和偏心軸10。轉(zhuǎn)子4固定在主軸9上，曲軸8旋轉(zhuǎn)自如地軸支承在缸體7上。缸體7的內(nèi)部形成有壓縮室12。在壓縮室12內(nèi)嵌入有往復(fù)自如的活塞13。偏心軸10利用連接裝置、即連桿11并通過活塞銷14而與活塞13連接。將壓縮室12的開口端予以封止的閥片15與進(jìn)氣消聲器17一起通過缸頭16被固定在缸體7上。閥片15形成有吸氣閥(未圖示)和排氣閥(未圖示)，通常各具有1個(gè)冷媒氣體通路孔。在曲軸8的主軸9的下端形成浸入機(jī)油的油泵18。
現(xiàn)說明上述構(gòu)成的以往的密封型往復(fù)式壓縮機(jī)的動(dòng)作。
若電動(dòng)要素5被通電，則轉(zhuǎn)子4使曲軸8旋轉(zhuǎn)。主軸9的旋轉(zhuǎn)使偏心軸10的偏心運(yùn)動(dòng)通過連桿11而傳遞給活塞13，活塞13在壓縮室12內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過活塞13的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，密封容器1內(nèi)的冷媒氣體就從進(jìn)氣消聲器17的開口部被導(dǎo)入到壓縮室12內(nèi)。這些一連串的動(dòng)作使冷媒氣體連續(xù)受到壓縮。被壓縮后的冷媒氣體經(jīng)由排出管(未圖示)被送到密封容器1外的冷凍循環(huán)(未圖示)。
在以往的壓縮機(jī)中，在由逆變控制進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，因旋轉(zhuǎn)速度下降，包含轉(zhuǎn)子4和曲軸8在內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體的慣性力就變小。由此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)扭矩超過壓縮行程時(shí)潛在的壓縮負(fù)荷的極大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)角速度下降，有時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)生的扭矩不突破極大值負(fù)荷而室壓縮機(jī)產(chǎn)生失速、停止。尤其難以獲得為降低冰箱耗電量而使運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速更低、最大冷凍能力與最小冷凍能力之比較大的壓縮機(jī)。
圖7是以往的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)的扭矩特性圖，表示相對于曲軸8旋轉(zhuǎn)角度的負(fù)荷扭矩LT、電動(dòng)機(jī)扭矩MT及轉(zhuǎn)子的角速度RV。
在活塞13從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)的進(jìn)氣行程中，負(fù)荷扭矩LT幾乎無變化，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩MT也是一定的，轉(zhuǎn)子的角速度RV也大致一定。
而在活塞13從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)的壓縮行程中，隨著旋轉(zhuǎn)速度變大，壓縮室12內(nèi)的冷媒氣體被壓縮。因此，扭矩LT隨著旋轉(zhuǎn)角度的增大而急速提高，并經(jīng)過最大值(區(qū)域A)后結(jié)束壓縮行程而逐漸下降。在極大值附近，存在一個(gè)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩MT比扭矩LT小的區(qū)域C。在區(qū)域C，轉(zhuǎn)子的角速度RV逐漸下降，在與負(fù)荷扭矩LT的急速提高相對應(yīng)的位置上經(jīng)過極小值(區(qū)域B)。然后，角速度RV伴隨負(fù)荷扭矩LT的下降而上升。
當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變低時(shí)，由于包含轉(zhuǎn)子及曲軸在內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體的慣性力變小，因此，在與負(fù)荷扭矩LT的急速提高相對應(yīng)的位置上，轉(zhuǎn)子的角速度進(jìn)一步下降，在電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩不突破極大值負(fù)荷的情況下使壓縮機(jī)失速、停止。
作為解決這種問題的對策，雖然有一種對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度上的負(fù)荷扭矩進(jìn)行檢測、對電動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行控制的扭矩控制方式，但其控制回路很復(fù)雜，價(jià)格高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)具有運(yùn)轉(zhuǎn)頻率可變的電動(dòng)要素；具有偏心軸和由電動(dòng)要素驅(qū)動(dòng)的主軸的曲軸；形成封入冷媒氣體的壓縮室的缸體；在壓縮室內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞；將偏心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給活塞的傳遞裝置；以及排出簧片。在缸體上，形成有使壓縮室與缸體外部連通的多個(gè)排出孔。排出簧片對多個(gè)排出孔進(jìn)行開閉。
本壓縮機(jī)即使在低速時(shí)也可穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的密封型往復(fù)式壓縮機(jī)的剖視圖。
圖2是實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)的主要部分的剖視圖。
圖3是實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)的主要部分的分解立體圖。
圖4是實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)的排出孔的主要部分的剖視圖。
圖5是實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)的扭矩特性圖。
圖6是以往的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)的剖視圖。
圖7是以往的壓縮機(jī)的扭矩特性圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)的剖視圖。對于與以往技術(shù)相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)上相同符號而省略說明。
如圖1所示，在密封容器101內(nèi)儲存有機(jī)油102，充填有冷媒氣體150，其由對環(huán)境影響較低的R600a等碳?xì)浠衔锵道涿浇M成。在將R600a用作冷媒氣體150的場合，為了獲得與R134a等以往的HFC系冷媒相同的冷凍能力，使壓縮機(jī)的氣缸容積大致成倍增大。
下面詳細(xì)說明往復(fù)式的壓縮要素106。壓縮要素106具有形成壓縮室112的缸體107；往復(fù)自如地嵌入壓縮室112內(nèi)的活塞113；由軸支承在缸體107的軸承部(未圖示)上的主軸109和偏心軸110構(gòu)成的曲軸108；將偏心軸110和活塞113連接的連桿111；將進(jìn)氣消聲器117與閥片115抵接并固定在缸體107上的缸頭116。在曲軸108的主軸109下端形成有浸入機(jī)油102的油泵118。
可在不到商用電源頻率的多個(gè)頻率下進(jìn)行動(dòng)作的電動(dòng)要素105具有固定在缸體107的下方、與逆變驅(qū)動(dòng)回路(未圖示)連接的定子103；以及具有鐵心的轉(zhuǎn)子104，該鐵心內(nèi)部配置有由釹等稀土類構(gòu)成的磁鐵。轉(zhuǎn)子104固定在主軸109上。通過在轉(zhuǎn)子104上使用磁性特性良好的釹等稀土類構(gòu)成的磁鐵，可將轉(zhuǎn)子104做得薄而小型化。電動(dòng)要105通過逆變驅(qū)動(dòng)而以最低轉(zhuǎn)速為15r/sec、最高轉(zhuǎn)速為75r/sec、即運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比為5的大范圍旋轉(zhuǎn)速度來運(yùn)轉(zhuǎn)。由于運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的范圍大，壓縮機(jī)的冷凍能力范圍擴(kuò)大，因此可獲得省電的冰箱，這種冰箱可設(shè)定適應(yīng)使用負(fù)荷的冷凍能力。
圖2是本冷媒壓縮機(jī)的主要部分的剖視圖。圖3是本冷媒壓縮機(jī)的主要部分的分解立體圖。閥片115具有由與1個(gè)進(jìn)氣孔130對應(yīng)的進(jìn)氣簧片132構(gòu)成的進(jìn)氣閥機(jī)構(gòu)134；由與2個(gè)排氣孔131對應(yīng)的排氣簧片133構(gòu)成的排氣閥機(jī)構(gòu)135。排氣簧片133對2個(gè)排氣孔131進(jìn)行開閉。排氣簧片133設(shè)置在閥片115上所設(shè)的凹部137內(nèi)，并和對排氣簧片133的升程量進(jìn)行限制的擋塊138一起被鉚釘139固定在閥片115上。排氣閥機(jī)構(gòu)135配置在缸頭116的排氣室145內(nèi)。進(jìn)氣消聲器117(圖1)的出口與進(jìn)氣孔130作流體結(jié)合，缸體107上的缸墊140、缸墊140上的進(jìn)氣簧片132、進(jìn)氣簧片132上的閥片115、閥片115上的頭墊141、頭墊141上的進(jìn)氣消聲器117及缸頭116利用緊固螺栓(未圖示)而被固定在缸體107上。
圖4是實(shí)施形態(tài)中冷媒壓縮機(jī)的排氣孔131的主要部分的剖視圖。在閥片115上設(shè)有對排氣孔131的排氣閥座142進(jìn)行開閉的排氣簧片133，形成排氣閥機(jī)構(gòu)135。排氣閥座142的內(nèi)徑144大于排氣孔131的最小直徑143，排氣孔131具有內(nèi)徑從壓縮室112朝向其外部、即排氣室145的方向變大的錐形狀。
現(xiàn)說明如上構(gòu)成的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)和其動(dòng)作。
當(dāng)由逆變驅(qū)動(dòng)回路向電動(dòng)要素105通電時(shí)，在定子103上產(chǎn)生的磁場使轉(zhuǎn)子104與曲軸108一起旋轉(zhuǎn)。偏心軸110隨著曲軸108主軸的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的偏心運(yùn)轉(zhuǎn)利用傳遞裝置、即連桿111并經(jīng)過活塞銷114而傳遞給活塞113，活塞113在壓縮室112內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在隨著活塞113往復(fù)動(dòng)作所產(chǎn)生的進(jìn)氣行程中，密封容器101內(nèi)的冷媒氣體150在由進(jìn)氣消聲器117整流后，經(jīng)進(jìn)氣孔130而將進(jìn)氣簧片132打開，并流向壓縮室112。接著在壓縮行程中，壓縮室112內(nèi)的壓力超過排氣室145內(nèi)的壓力而推開排氣簧片133，壓縮后的冷媒氣體150經(jīng)排氣孔131而流入排氣室145內(nèi)。此外，排氣室145的冷媒氣體150經(jīng)由排氣配管(未圖示)而被送入密封容器101外的冷凍循環(huán)(未圖示)。
圖5是實(shí)施形態(tài)的冷媒壓縮機(jī)的扭矩特性圖。現(xiàn)參照圖5說明減輕由過壓縮產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子速度下降。進(jìn)氣行程與以往的冷媒壓縮機(jī)在圖7中所示的特性相同，故省略說明。
在活塞113從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)的壓縮行程中，由于實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)具有2個(gè)排氣孔131、且排氣孔131具有錐形狀，因此，排氣簧片133容易打開，流路阻力減少，可使壓縮氣體順利排出。
其結(jié)果，可抑制壓縮室112內(nèi)氣體的過壓縮，在區(qū)域A，負(fù)荷扭矩LT的極大值LT1低于以往壓縮機(jī)的極大值LT2。因負(fù)荷扭矩LT的極大值下降，區(qū)域B中轉(zhuǎn)子的角速度RV的極小值RV1就大于以往壓縮機(jī)的極小值RV2。因此，即使轉(zhuǎn)速下降、包含轉(zhuǎn)子104和曲軸108在內(nèi)的旋轉(zhuǎn)體的慣性力變小，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩也容易超過負(fù)荷的極大值。從而，實(shí)施形態(tài)的冷媒壓縮機(jī)不失速地穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。
最高運(yùn)轉(zhuǎn)頻率與最低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率之比、即運(yùn)轉(zhuǎn)頻率比為3以上的電動(dòng)要素在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣閥機(jī)構(gòu)良好動(dòng)作，有效地發(fā)揮壓縮要素的冷凍能力。另外，最低運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為20r/sec以下的電動(dòng)要素適于壓縮機(jī)的低速運(yùn)轉(zhuǎn)。
由于在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)使用由稀土類構(gòu)成的磁力大的磁鐵材料，因此，磁性特性得到改善，可獲得薄而小型的電動(dòng)要素。
使用對環(huán)境影響小的R600a冷媒的冷媒氣體的壓縮機(jī)需要較大的氣缸容積。通過將降低流路阻力的裝置用于排氣閥機(jī)構(gòu)，即使進(jìn)氣量隨著容積增加而增加，也能順利地排出壓縮氣體，因此，可減輕壓縮行程中的過大負(fù)荷，壓縮機(jī)在低速時(shí)也可穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。
在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷媒氣體的排出量增大。由于實(shí)施形態(tài)的冷媒壓縮機(jī)具有2個(gè)排氣孔131，且排氣孔131形成錐狀，因此，可確保大的通路面積而降低流路阻力。因此，可抑制冷凍能力的下降，實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)能在大范圍的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率下高效率地穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。由此，實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)無須采用在扭矩控制方式中使用的控制電動(dòng)機(jī)扭矩的復(fù)雜控制回路，可穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。
實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)具有2個(gè)排氣孔，而即使有3個(gè)以上的排氣孔，也可獲得同樣的效果。即使多個(gè)排氣孔的至少1個(gè)形成錐狀，也可獲得與實(shí)施形態(tài)的壓縮機(jī)同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，其特征在于，具有在包含商用電源頻率以下的頻率的范圍內(nèi)可變化運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的電動(dòng)要素；具有偏心軸和由所述電動(dòng)要素驅(qū)動(dòng)的主軸的曲軸；形成供冷媒氣體進(jìn)入的壓縮室的缸體；在所述壓縮室內(nèi)作往復(fù)移動(dòng)的活塞；將所述偏心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給所述活塞的傳遞裝置；在所述缸體上形成有使所述壓縮室與所述缸體外部連通的多個(gè)排氣孔、對所述多個(gè)排氣孔進(jìn)行開閉的排氣簧片。
2.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，其特征在于，所述電動(dòng)要素能以20r/sec以下的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)排氣孔具有內(nèi)徑從所述壓縮室向所述缸體的所述外部擴(kuò)大的錐形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，其特征在于，所述電動(dòng)要素包含具有鐵心的轉(zhuǎn)子，該鐵心內(nèi)部具有由稀土類構(gòu)成的磁鐵材料。
5.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，其特征在于，所述冷媒氣體是R600a。
6.如權(quán)利要求1所述的往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，其特征在于，所述電動(dòng)要素的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比是3以上。
全文摘要
一種往復(fù)式冷媒壓縮機(jī)，具有運(yùn)轉(zhuǎn)頻率可變的電動(dòng)要素；具有偏心軸和由電動(dòng)要素驅(qū)動(dòng)的主軸的曲軸；形成供冷媒氣體進(jìn)入的壓縮室的缸體；在壓縮室內(nèi)作往復(fù)移動(dòng)的活塞；將偏心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給活塞的傳遞裝置；以及排氣簧片。在缸體上形成有使壓縮室與缸體外部連通的多個(gè)排氣孔。排氣簧片對多個(gè)排氣孔進(jìn)行開閉。采用本發(fā)明，壓縮機(jī)在低速時(shí)也可穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號F04B27/02GK1590766SQ20041006855
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月26日
發(fā)明者佐伯雄二, 稻垣耕, 中野明 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社