专利名称：密封式马达驱动压缩机的马达外壳和定子铁芯的装配方法
技术领域：
本发明涉及一种密封式马达驱动的压缩机的马达外壳和定子铁芯的装配方法。
背景技术：
在密封式马达驱动的压缩机中，密封外壳容纳例如涡旋式压缩机机构和用于驱动该机构的马达。马达包括旋转轴、转子和定子。马达的旋转轴可旋转地支撑在形成了密封外壳一部分的马达外壳的中部。转子牢固地装配到旋转轴的外圆周表面上。定子通过冷缩装配牢固地装配到马达外壳的圆周表面上。定子包括圆柱形定子铁芯和沿定子铁芯的内圆周设置的线圈。用于将定子冷缩装配到马达外壳上的技术公开于例如编号为2000-224787和2003-269335的日本专利申请公开文本中。
与马达外壳由铁形成的情形相比，当马达外壳由弹性模量小于铁的铝形成时，在马达外壳中产生的压力会导致马达外壳内径的增加相对较大。氟氯烃或二氧化碳用作充入车辆空调制冷回路中的制冷剂气体。氟氯烃气体的最大充气压力大约为1至2MPa，而二氧化碳的最大充气压力等于或者大于10MPa。只要马达外壳中的最大压力为1至2MPa，就可以通过限定在定子铁芯和马达外壳的冷缩装配中的紧固过盈来防止定子相对于马达外壳产生松动。然而，如果使用二氧化碳作为致冷剂，则将对马达外壳施加等于或大于10MPa的压力。
因此，如果使用二氧化碳作为致冷剂并且使用由铝所形成的马达外壳，那么马达外壳必须具有相对较大的壁厚用于防止马达外壳内径的增大。然而，这会增大压缩机的尺寸和重量。或者，可以使用足够大的紧固过盈来执行定子铁芯和马达外壳的冷缩装配，这样即使马达外壳的内圆周增大也可以保持有效的紧固过盈。然而，为了提供足够大的紧固过盈，就必须在相对较高的温度下执行冷缩装配，这样使由铝形成的马达外壳的强度降低。因此难以增大冷缩装配的紧固过盈。
相比之下，如果马达外壳是由铁形成的，由制冷剂气体施加的高压所导致的马达外壳内径的增加就极其微小。然而，由铁形成的马达外壳却增大了压缩机的重量。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种马达外壳和定子铁芯的新颖装配方法，该方法能够在马达外壳和定子铁芯之间提供足够大的紧固过盈，从而抑制由于制冷剂气体生成的相对较高的压力而导致的定子铁芯相对于马达外壳的松动。
为了实现前述和其它目标并且依照本发明的目的，本发明提供了一种具有柱形马达外壳和紧固到马达外壳内部上的环状定子铁芯的密封式马达驱动的压缩机的装配方法。该方法包括通过机械方式使马达外壳和定子铁芯中的至少一个产生变形从而将定子铁芯紧固到马达外壳上。
通过下面的描述并结合作为本发明原理的实例显示的附图，本发明的其它方面和优点将会变得更加显而易见。
附图描述参照对优选实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本发明及其目的和优点，其中
图1是显示根据本发明的马达驱动的压缩机的一个实施例的纵向剖视图；图2是显示图1中压缩机的马达部的部分省略剖视图；图3是显示马达外壳和定子铁芯在装配之前的紧固过盈的剖视图；图4是显示马达外壳弹性变形状态的剖视图，马达外壳发生了弹性变形这样定子铁芯就可以装配到马达外壳中；图5是显示本发明的改进实施例的马达部的部分省略剖视图；以及图6(a)至图6(c)中的每一个都是显示本发明装配方法的改进的剖视图。
具体实施例方式
参照图1至4，下面将描述根据本发明的密封式马达驱动的压缩机10的定子铁芯和马达外壳的装配方法的一个实施例。
压缩机10包括具有壳体12和前壳13的密封外壳11。壳体12由铝通过锻造而形成，并且具有带有盖的水平圆柱形状。前壳13牢固地连接到壳体12的前开口端上(如在图1中右侧所视)。壳体12包括压缩机外壳14、马达外壳15和后壳16(如在图1中左侧所视)。压缩机外壳14位于壳体12的前部。马达外壳15具有相对较小的直径并且同压缩机外壳14的后端形成一个整体。后壳16同马达外壳15的后端形成一个整体。
压缩机外壳14中容纳了一个涡旋式压缩机机构17。该机构17包括基板18、固定涡卷19和旋转涡卷20。基板18牢固地装配到压缩机外壳14的内圆周表面14a的阶梯部上。固定涡卷19牢固地装配到压缩机外壳14的前开口的内圆周表面上。旋转涡卷20设置在基板18和固定涡卷19之间。压缩室21由固定涡卷19和旋转涡卷20界定。另外，吸入腔22界定在压缩机外壳14内并且位于基板18的后侧。
排气室23界定于前外壳13中。制冷剂气体从吸入腔22经过界定于基板18中的吸入口18a抽入到压缩室21中，并且在压缩室21内进行压缩。然后制冷剂气体经过界定于固定涡卷19中的排出口19a排出至排气室23。制冷剂气体可以是例如二氧化碳。
出口13a界定于前外壳13中，它用于将压缩后的制冷剂气体供应至外部制冷回路。入口16a界定于后壳16中，它用于将制冷剂气体从外部制冷回路引入吸入腔22。
定子31牢固地装配到形成电动马达M的一部分的马达外壳15的内圆周表面上。定子31包括定子铁芯32、齿32a和线圈33。定子铁芯32是由铁形成的。齿32a形成在定子铁芯32的内圆周上，并且每个线圈33都缠绕着相应的一个齿32a。轴套部16b同后壳16的内后侧形成了一个整体。同样，轴套部18b同基板18的后侧形成了一个整体。
旋转轴28由轴套部16b、18b之间的一对轴承29、30可旋转地支撑。偏心销34置于旋转轴28的远端，并且通过一个轴承连接到与旋转涡卷20的后侧形成一个整体的轴套部20a上。转子35牢固地安装到旋转轴28的外圆周表面上。
当从未示出的电源向线圈33供应交流电时，就由定子31和转子35产生电磁引力，这样就使旋转轴28旋转起来。这使偏心销34也进行回转，从而允许旋转涡卷20以一种防止自转的状态进行回转。这样，压缩机机构17就压缩制冷剂气体。
下文将描述本发明的主要部分。
图2是显示了马达外壳15和定子铁芯32的横向剖视图。在所示实施例中，马达外壳15包括第一、第二和第三膨胀部15b、15c、15d以及第一、第二和第三紧固过盈(fastening intereference)部15e、15f、15g。每个紧固过盈部15e至15g都同马达外壳15形成一个整体并且设置于第一至第三膨胀部15b至15d中与它相邻的两个相应膨胀部之间。第一、第二和第三紧固表面S1、S2、S3中的每一个都沿着第一至第三紧固过盈部15e至15g中相应的一个紧固过盈部的拱形内圆周表面形成。第一至第三紧固表面S1至S3在三个各自位置上借助预定紧固力紧固到定子铁芯32的外圆周表面32b上。
定子铁芯32通过如下方法与马达外壳15进行装配。
图3显示了马达外壳15和定子铁芯32在装配之前的状态。在这个状态下，相对于定子铁芯32的轴线进行观察时，第一至第三紧固过盈部15e至15g的第一至第三紧固表面S1至S3相对于定子铁芯32的外圆周表面32b位于径向内侧。当相对于定子铁芯32的轴线进行观察时，定子铁芯32的外圆周表面32b和每个紧固表面S1至S3之间的间距定义为紧固过盈δ。在所示实施例中，紧固过盈δ设置为例如200μm。马达外壳15的总体紧固过盈设置为2×δ＝400μm。
参照图4，第二和第三膨胀部15c、15d由下部的挤压工具36接收，其中挤压工具36在相对的两侧具有一对倾斜的支撑表面36a、36b。在这种状态下，下方的挤压工具36和上方的挤压工具37将第一膨胀部15b的外圆周表面向下即从上面沿径向朝内压。这使第一至第三膨胀部15b至15d发生弹性变形，从而第一至第三紧固过盈部15e至15g沿径向朝外移位。
因此，参见图4，紧固表面S1至S3就与定子铁芯32的外圆周表面32b上的对应位置隔开。紧固表面S1至S3和定子铁芯32外圆周表面32b上的相应位置之间所形成的每个间隙都定义为配合过盈ε。虽然理论上可以将配合过盈ε设置为0μm，但是为了吸收马达外壳15和定子铁芯32的制造误差并且易于装配，所以配合过盈ε必须设置成大约为50μm。
如图4所示，然后定子铁芯32被插入到马达外壳15内，并且保留了配合过盈ε。在这种状态下，松释该挤压工具36、37施加的挤压，从而通过弹性形状恢复力使第一至第三紧固过盈部15e至15g中的每一个都恢复到初始状态。由于紧固过盈δ，依照对应于配合过盈ε的距离，使得每个紧固表面S1至S3回复。因此每个紧固表面S1至S3牢固地紧固至定子铁芯32的外圆周表面32b上。这样，没有使用冷缩装配，定子铁芯32也能牢固地紧固到马达外壳15上。
由每个紧固过盈部15e至15g的紧固表面S1至S3相对于马达外壳15的中心在圆周方向上界定的成形角度设置为例如5至30度。如果该成形角度过小，紧固过盈部15e至15g可能会变形。如果该成形角度过大，则难以确保紧固过盈δ。因此优选该成形角度设置为10至20度。
参见图2，在马达外壳15和定子铁芯32装配之后的状态下，在第一至第三膨胀部15b至15d中的相应一个膨胀部的内圆周表面和定子铁芯32的外圆周表面32b之间界定了各个间隙G1、G2和G3。间隙G1至G3中的每一个均界定了用于将经过入口16a抽到马达外壳15中的制冷剂气体导入吸入腔22的通道。
密封在制冷回路中的二氧化碳制冷剂气体导入压缩机10中。因此，当压缩机10实际操作时，超过10MPa的相对高压就施加到压缩机10上。然而，在所示实施例中，提供了400μm的紧固过盈2δ。因此，即使作用在马达外壳15的内圆周面15a上的高压使马达外壳15的内径增加，从而使马达外壳15相对于定子铁芯32松开了例如147μm的距离，定子铁芯32和马达外壳15之间仍可保持足够大的紧固力。
所示实施例具有以下的优点。
(1)在所示实施例中，通过使用挤压工具36、37将马达外壳15的第一至第三膨胀部15b至15d从外侧沿径向朝内挤压。因此第一至第三紧固过盈部15e至15g的紧固表面S1至S3就根据紧固过盈δ和配合过盈ε沿径向朝外产生移位。因此，每个紧固表面S1至S3就同与定子铁芯32的外圆周表面32b对应的位置稍微地隔开。
在这种状态下，定子铁芯32被插入到马达外壳15内并且释放挤压工具36、37。该允许第一至第三紧固过盈部15e至15g压紧定子铁芯32的外圆周表面32b。因此就可以很容易地保证该紧固过盈δ大于冷缩装配或冷缩冷却的紧固过盈。因此，不用使用冷缩装配和冷缩冷却的复杂技术，定子铁芯32也能牢固地紧固到马达外壳15上。
(2)在所示实施例中，因为二氧化碳用作制冷剂气体，所以相对使用氟氯烃的情形而言，就可以向压缩机10施加相对较高的压力。另外，紧固到定子铁芯32上的马达外壳15可使用铝锻造成具有相对较小壁厚例如4mm。因此与马达外壳15通过铸造形成并且具有相对较大的壁厚的情形相比，这会降低压缩机10的重量。
本发明可以包含在以下经过改进的形式中。
图5中的改进与所示实施例的区别在于膨胀部的数目和紧固过盈部的数目有所不同。在图5中，在马达外壳15中形成了第一至第四膨胀部15b、15c、15d、15h。另外，第一至第四紧固过盈部15e、15f、15g、15i置于膨胀部15b、15c、15d、15h中两个相应的相邻膨胀部之间。第一至第四紧固表面S1至S4分别在第一至第四紧固过盈部15e、15f、15g、15i中各自的过盈部中形成。
因此，定子铁芯32的外圆周表面32b在与第一至第四紧固表面S1至S4相对应的四个位置上紧固到马达外壳15上。在这个改进中，在马达外壳15同定子铁芯32装配之前，从对应于膨胀部15b、15c、15d、15h的四个方向或者在两个相对的竖直位置和两个相对的水平位置挤压马达外壳15。
在图6(a)至6(c)所示的改进中，马达外壳15具有圆柱形的形状并且定子铁芯32具有大体上三角形的横截面形状。第一至第三紧固过盈部32c、32d、32e中的每个都在定子铁芯32的外圆周部处形成。参见图6(b)，在三个位置上从外侧沿径向朝内挤压马达外壳15的外圆周表面。这使马达外壳15上与第一至第三紧固过盈部32c至32e相对应的部分沿径向朝外膨胀。
因此，配合过盈ε界定在第一至第三紧固过盈部32c至32e中第一至第三紧固表面S1至S3的每一个和马达外壳15的内圆周表面15a之间。在这种状态下，定子铁芯32被插入到马达外壳15中，并且马达外壳15由图6(b)的挤压状态释放。因此，参照图6(c)，马达外壳15产生变形以便恢复至初始的圆柱形状，这样马达外壳15就压靠定子铁芯32的第一至第三紧固过盈部32c至32e的第一至第三紧固表面S1至S3。这样，定子铁芯32就依靠预定的紧固过盈δ紧固至马达外壳15上。
图5和6的每个改进都具有与所示实施例相同的优点。
本发明还可以按照以下进行进一步的改进。
只要所获得的紧固过盈超过了冷缩装配或冷缩冷却的紧固过盈，马达外壳15和定子铁芯32就可以通过不同的方法紧固在一起。这些方法包括例如马达外壳15或定子铁芯32或者两者的机械变形。
马达外壳15可以通过除挤压之外的其它方法进行变形。例如，可以在马达外壳15外圆周表面上的多个位置使用多个张力工具。这样这些工具就向马达外壳15施加张力，从而使马达外壳15产生变形。
另外，为了使定子铁芯32产生变形，也可以在定子铁芯32内圆周表面的多个位置上使用挤压或张力工具。这样这些工具就向定子铁芯32施加挤压力或张力，从而使定子铁芯32产生变形。
在所示实施例中所使用的方法，或者马达外壳或定子铁芯32的弹性机械变形可以同冷缩装配或冷缩冷却结合使用。
也可以使用其它的不同方法，只要马达外壳15的内圆周表面15a的圆周尺寸大于定子铁芯32的外圆周表面32b并且定子铁芯32可以通过马达外壳15的变形紧固到马达外壳15上即可。
马达外壳15可以由除铝之外的金属材料形成，只要该材料的热膨胀系数比形成定子铁芯32的铁材料的热膨胀系数高即可。
可以在马达外壳15中形成更多数目的膨胀部。然而，为了确保预定的紧固过盈，优选在马达外壳15中部署三至五个膨胀部。
也可以在定子铁芯32中形成更多数目的紧固过盈部32c至32e。然而，为了确保预定的紧固过盈，优选在定子铁芯32中部署三至五个紧固过盈部。
另外，马达外壳15可以制成具有卵形、三角形或者正方形的剖面。
这些实例和实施例应该被认为是示例性的而不是限制性的，并且本发明并不局限于此处给出的细节，而是还可以在所附权利要求书的范围及等效范围内进行改进。
权利要求
1.一种用于装配密封式马达驱动的压缩机的方法，该压缩机具有柱形马达外壳和紧固至该马达外壳内部的环状定子铁芯，该方法的特征在于通过机械方式使该马达外壳和该定子铁芯中的至少一个产生变形从而将该定子铁芯紧固到该马达外壳上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于马达外壳和定子铁芯如此成形，即，使得马达外壳的内周表面的圆周尺寸大于定子铁芯的外周表面的圆周尺寸；使马达外壳以弹性方式产生机械变形从而允许定子铁芯插入马达外壳；以及在定子铁芯插入到马达外壳内的情况下，允许变形的马达外壳在弹性形状恢复力的作用下恢复到初始形状，以便马达外壳紧固该定子铁芯。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于如此设定马达外壳内周的形状和定子铁芯外周的形状，即，使得可以在马达外壳和定子铁芯隔开时可以界定马达外壳和定子铁芯之间的预定的紧固过盈；通过在马达外壳上施加外力使马达外壳发生弹性变形，从而消除紧固过盈；在马达外壳保持在弹性变形状态下将定子铁芯插入马达外壳中；以及在定子铁芯插入到马达外壳内的状态下从马达外壳上松释该外力，从而使马达外壳弹性地恢复到初始的状态，以便马达外壳紧固定子铁芯。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于紧固过盈大于定子铁芯和马达外壳在冷缩装配或冷缩冷却中界定的紧固过盈。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于沿着马达外壳和定子铁芯中的至少一个的周向提供多个紧固过盈部，并且当马达外壳与定子铁芯隔开时，在马达外壳和定子铁芯的对应于每个紧固过盈部之间的部分上界定预定紧固过盈；通过沿径向朝内的方向对马达外壳外周表面的多个部分施加挤压力而使马达外壳发生弹性变形，以便马达外壳的对应于紧固过盈部的部分沿马达外壳的径向朝外的方向产生移位；在马达外壳保持在弹性变形状态下，将定子铁芯插入到马达外壳中；并且在定子铁芯被插入到马达外壳内的状态下，松释马达外壳上的外力，以便马达外壳的对应于紧固过盈部的部分紧固该定子铁芯。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于紧固过盈部形成于马达外壳中，马达外壳包括多个沿径向朝外膨胀的膨胀部，每个膨胀部在马达外壳的内周方向上设置在两个相应的相邻紧固过盈部之间，并且当膨胀部由挤压工具沿径向朝内挤压时，马达外壳发生弹性变形，以便紧固过盈部就沿径向朝外产生移位。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于膨胀部沿马达外壳周向设置在三至五个位置上。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于紧固过盈部形成于定子铁芯中，并且当马达外壳上与紧固过盈部不对应的部分由挤压工具沿径向朝内挤压时，马达外壳发生弹性变形，以便马达外壳的对应于紧固过盈部的部分沿径向朝外产生移位。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于膨胀部沿着定子铁芯的周向设置在三至五个位置上。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于紧固过盈大于定子铁芯和马达外壳在冷缩装配或冷缩冷却中界定的紧固过盈。
11.根据权利要求1至10的任何一项所述的方法，其特征在于定子铁芯由铁类材料形成，并且其中马达外壳由热膨胀系数与该铁类材料的热膨胀系数不同的材料形成。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于马达外壳是由锻造铝形成的。
全文摘要
一种密封式马达驱动的压缩机，其包括一个柱形马达外壳和一个紧固至马达外壳内部的环状定子铁芯。一种用于装配压缩机的方法，其包括通过使马达外壳和定子铁芯中的至少一个发生机械变形从而将定子铁芯紧固至马达外壳。因此，可以将马达外壳和定子铁芯之间的紧固过盈设置为足够大的程度，以用于抑制由于制冷剂气体产生的相对较高的压力而导致的定子铁芯相对于马达外壳的松动。
文档编号F04C18/02GK1619924SQ200410095239
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月19日 优先权日2003年11月21日
发明者木村一哉, 清水出, 川田刚史 申请人:株式会社丰田自动织机