压缩机的制作方法

专利名称：压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用在家用冰箱制冷器中的压缩机，尤其涉及一种压缩机活塞。
背景技术：
在全世界关于能源节约的意识中，强烈要求例如家用冰箱制冷器等电器产品降低能量消耗。这些电器中的许多压缩机以低运行频率由逆变器控制和驱动。然而，在低速运行期间压缩机性能的稳定性仍然是有待解决的任务，另一个任务是提高效率。
以在日本专利公开号2000-145637中公开的压缩机为例对传统的压缩机技术进行描述。根据传统压缩机中的典型结构，对压缩机的组件的上下布置进行描述。
图13所示的是传统压缩机的垂直横截面图，图14所示的是水平横截面图，而图15所示的是当从上方观察时压缩机活塞的透视图。
如图13所示，密封壳体1容纳有充注在壳体内部空间的制冷剂15，储存在底部的油2，由定子3和具有内置永磁体的转子4组成的电动机元件5，以及由电动机元件5驱动的压缩元件6。
下面描述压缩元件6。
垂直布置的曲轴9由主轴7和偏心轴8组成。曲轴9具有内置油泵20，该泵通过螺旋形槽17连接到偏心轴8的顶部。油泵20底部的开口端浸入油2中。气缸体12支撑主轴7以使该轴可以进行自由旋转，并且具有用于形成压缩室10的缸膛11。
活塞50配合插入缸膛11中，并进行往复运动。柱形活塞销14与偏心轴8平行布置，销14保持在活塞中设置的活塞销孔51内。连接结构13具有用于插入偏心轴8的主连接孔33、用于插入活塞销14的辅连接孔31、以及通过活塞销14将偏心轴8与活塞50连在一起的杆32。
图15表示的是活塞50，当从压缩机上方观察时，观察者这侧的端部连接到曲轴9。活塞50具有关于左右侧对称的近似圆筒形。至于活塞的两端，与缸膛11一起构成压缩室10的表面称为活塞顶面52，而与连接结构13连接的另一端面称为活塞裙面53。在图15中，活塞裙面53位于图的(底部)这侧。
上述结构的压缩机以下述方式运行。
当电动机元件5由电力驱动，转子4开始顺时针(当从压缩机上方观察时)旋转，使曲轴9同样旋转。偏心轴8的旋转运动通过连接结构13和活塞销14传递给活塞50。然后，连接结构13相对于活塞销14摆动，活塞50在缸膛11中往复运动。作为活塞50往复运动的结果，充注在密封壳体1的制冷剂15被吸入压缩室10的内部，被压缩然后排到密封壳体1的外部。重复此循环。
当曲轴9开始旋转时，油泵20开始吸入油2并且该油通过螺旋槽17向上提升。油从偏心轴8的顶端喷散以润滑滑动表面，例如连接结构13的辅连接孔31与活塞销14之间的表面以及活塞50与缸膛11之间的表面等。
然而，当用在可以以低旋转速度(例如1500r/min的运行频率)运行的家用冰箱制冷器的制冷系统中时，上述传统的密封压缩机在作为压缩元件6组成部件的活塞50与缸膛11之间的滑动接触表面有时显示出不对称的磨损。
本发明的发明人对以低运行速度驱动的传统密封压缩机进行测试以观察活塞50在缸膛11中的姿态。已经发现滑动接触表面存在不对称的磨损。当从压缩机上方观察且曲轴9位于观察者这侧时，相对于包含活塞50的中心轴的垂直平面，磨损从活塞裙面53右部的点(即图15中的点L)，和活塞顶面52的左部的点(即图15中的点H)开始。也就是说，处于倾斜状态的活塞50碰撞接触缸膛11。
当由于这种接触而逐渐出现磨损时，在活塞50和缸膛11之间将产生导致在吸入和压缩循环期间制冷剂15泄漏的间隙。这将引起压缩机性能的不稳定和/或下降，从而难以长时间保证运行的可靠性。
另一方面，当通过机械设计，材料使用等方式对活塞50和缸膛11采取抗磨损措施时，必然引起例如增加结构的复杂性，增加制造成本等这样的问题。

发明内容
在根据本发明设计的压缩机中，活塞和缸膛之间所形成的滑动接触表面区域在压缩载荷侧做得比在反压缩载荷侧更大；因此，在压缩载荷侧由于流体摩擦引起的滑动阻力增加。通过这样做，增加的滑动阻力将抵消由活塞销和连接结构之间的摩擦而引起的活塞的逆时针摆动力矩；因此，活塞可以在缸膛中维持笔直状态。可以防止由于活塞与缸膛之间不对称的碰撞而引起的磨损。
由于本发明提供了防止活塞和缸膛出现不对称磨损的手段，所以有利于以低成本实现高可靠性的压缩机。


图1是根据本发明第一示范性的实施方式所述的压缩机的垂直横截面图；图2是根据第一实施方式所述的压缩机的水平横截面图；图3是当从上方观察时，第一实施方式中的压缩机活塞的透视图；图4是用于描述第一实施方式中的活塞的运转状态的图解；图5是根据本发明第二示范性的实施方式所述的压缩机的垂直横截面图；图6是根据第二实施方式所述的压缩机的水平横截面图；图7是当从上方观察时，第二实施方式中的压缩机活塞的透视图；图8是用于描述第二实施方式中的活塞的运转状态的图解；图9是根据本发明第三示范性的实施方式所述的压缩机的垂直横截面图；图10是根据第三实施方式所述的压缩机的水平横截面图；图11是当从上方观察时，第三实施方式中的压缩机活塞的透视图；图12是用于描述第三实施方式中的活塞的运转状态的图解；图13是传统压缩机的垂直横截面图；图14是传统压缩机的水平横截面图；图15是当从上方观察时，压缩机活塞的透视图。
具体实施例方式
根据本发明的压缩机包括具有定子和转子的电动机元件，以及由电动机元件驱动的压缩元件；这些元件容纳在储存有油的密封壳体中。压缩元件包括由主轴和偏心轴形成的曲轴；气缸体，其支撑主轴以使该轴可以自由旋转，并且具有用于形成压缩室的缸膛；活塞，其在缸膛中进行往复动作；以及用于连接偏心轴与活塞的连接结构。活塞与缸膛之间的滑动接触面积在压缩载荷侧大于反压缩载荷侧。
以下是压缩载荷侧和反压缩载荷侧。
连接结构相对于活塞做摆动。设想一个垂直于连接结构的摆动平面并包括活塞中心轴的参考平面。相对于该参考平面，在压缩冲程中不与连接结构在同一区域的圆周面一侧称为压缩载荷侧；而圆周面的相反侧称为反压缩载荷侧。
与反压缩载荷侧的情况相比，压缩载荷侧的圆周面由于在压缩阶段施加给活塞的力而更强烈地压靠缸膛壁。
通过增加由流体摩擦在压缩载荷侧引起的滑动阻力，可以抵消由活塞销与连接结构之间的摩擦而引起的活塞的逆时针摆动力矩，并且活塞可以在缸膛中维持笔直状态。从而，防止了由活塞与缸膛之间的不对称接触而引起的磨损。因此，本发明有利于以低成本实现高可靠性的压缩机。
根据本发明的活塞的圆周面长度在压缩载荷侧比在反压缩载荷侧长。由于活塞的轮廓形状主要由模具的形状决定，根据本发明的活塞不需要利用后加工处理来区别右边和左边的滑动接触表面面积。因此活塞适于大量生产，并且以低成本就可以获得高可靠性的压缩机。
根据本发明的活塞在圆周面中设有非滑动接触的中空区域。该非滑动接触的中空区域有利于降低由流体摩擦而引起的滑动阻力，并且有利于降低压缩机输入功率。因此本发明有利于以低成本实现可靠的压缩机。
根据本发明的活塞在圆周面中设有非滑动接触的区域，至少在活塞顶面和活塞裙面的端部保留(leaving)滑动接触表面。这意味着滑动接触表面的最终抛光可以使用无心磨床进行，生产效率较高。因此以低成本就可以获得高可靠性的压缩机。
根据本发明的活塞设有压缩载荷侧滑动接触表面和反压缩载荷侧滑动接触表面；各自的表面沿着活塞往复运动的方向延伸，压缩载荷侧表面的宽度大于反压缩载荷侧表面的宽度。由于压缩载荷侧滑动接触表面没有被非滑动接触区域分开，所以即使系统中由于高压制冷剂或者其他运行条件而引起压缩室内压力变大，沿着压缩载荷侧滑动接触表面存在的油膜也不容易破坏。因此本发明有利于以低成本实现高可靠性的压缩机。
本发明中的压缩机可以在包括至少比正常商用电源频率更低的频率下运行。该压缩机输入功率可以降低，并且活塞可以长时间稳定地维持在正确状态；所有这些因素都有助于使能量消耗更低，并且实现高可靠性的制冷压缩机。
接下来将参照附图对本发明的示范性实施方式进行说明。应该注意这些实施方式只是举例说明；它们不应解释为对本发明的范围进行限制。
第一示范性实施方式参照以下附图对根据本发明的第一实施方式所述的压缩机进行说明图1是垂直横截面图，图2是水平横截面图，图3是从上方观察时，活塞的透视图，图4是活塞的运转状态。
密封壳体101充注有制冷剂115，例如异丁烷(R600a)，并且底部储存有油102，例如粘度相对较低的矿物油。
电动机元件105固定到气缸体112的下部。电动机元件105为逆变器控制电动机，其包括与逆变电路(未示出)连接的定子103，以及具有内置永磁体并且固定到主轴107下部的转子104。逆变电路以包括那些低于商用电源频率(例如1500r/min)的多种运行频率驱动电动机元件105。
下面描述压缩元件106。
垂直布置的曲轴109由主轴107和偏心轴108组成。主轴107具有内置油泵120，该泵通过螺旋形槽117连接到偏心轴108的顶部，同时底部开口浸入油102中。气缸体112支撑主轴107以使该轴可以自由旋转，并且具有用于形成压缩室110的缸膛111。
活塞150配合地插入缸膛111中，以使活塞在缸膛中可以往复运动。活塞销114呈近似柱形，其与偏心轴108平行布置，以固定在活塞150中设置的活塞销151内。连接结构113具有用于插入偏心轴108的主连接孔133，用于插入活塞销114的辅连接孔131，以及通过活塞销114将偏心轴108与活塞150连在一起的杆132。
在本实施方式压缩机的附图中，当从上方观察且曲轴109位于观察者这侧时，相对于包含活塞气缸中心轴的垂直横截面(即平行于中心轴的平面)，活塞150右边圆周面一侧表示压缩载荷侧160，而左边表示反压缩载荷侧170。
在本实施方式中，圆周面在活塞150往复运动方向上的长度被设置成在压缩载荷侧160处比在反压缩载荷侧170处长。通过这样做，压缩载荷侧滑动接触表面的面积大于反压缩载荷侧滑动接触表面的面积。
与缸膛111一起构成压缩室110的活塞150表面称为活塞顶面152，而与连接结构113旋转连接的另一端称为活塞裙面153。当从圆形活塞销孔151的中心轴上方观察时，活塞顶面152与活塞裙面153彼此不平行。在示例中，活塞顶面152垂直于活塞150的中心轴，而活塞裙面153偏离垂直于该中心轴的平面。
压缩元件106的上述许多滑动部件可以由铸铁，烧结铁，碳钢等含铁的材料制成。然而，考虑到抗磨损性能，连接结构113可以由与铁相容的例如铝压铸件等含铝的材料制成。
接下来描述上述结构的压缩机的运行。
当电动机元件105通过电力驱动，转子104开始顺时针(当从压缩机上方观察时)旋转，使曲轴109同样旋转。偏心轴108的旋转运动通过连接结构113和活塞销114传递给活塞150，连接结构113相对于活塞销114振动(或进行摆动)，活塞150在缸膛111中往复运动。作为活塞150往复运动的结果，充注在密封壳体101的制冷剂115被吸入压缩室110，然后被压缩以排到密封壳体101的外部。重复压缩和排出循环。
当曲轴109开始旋转时，油泵120吸入油102并且该油通过螺旋槽117向上运送，以从偏心轴108的顶端喷散。因此所喷散的油102润滑滑动表面，例如辅连接孔131与活塞销114之间的表面，以及活塞150与缸膛111之间的表面。
现在，参照图4压缩冲程后阶段期间压缩机中的活塞150的运行进行描述；压缩机中活塞150的状态被认为在此阶段将恶化。图4所示的是当从上方观察时的压缩元件，偏心轴108位于观察者这侧。主轴107绕中心轴O顺时针旋转。点S表示偏心轴108的中心轴，点Q为活塞销114的中心轴，圆195表示偏心轴108的中心轴S的轨迹，虚线圆196表示主轴107的外径。
活塞150受到压缩力P的影响。随着在辅连接孔131处的逆时针旋转，产生如箭头所示的实质性逆时针摆动力矩180。同时，由于压缩力P的侧面矢量F，由流体摩擦在压缩载荷侧160处的活塞150的圆周面与缸膛111之间引起的滑动阻力f2大于由流体摩擦在反压缩载荷侧170处的圆周面与缸膛111之间引起的滑动阻力f1。因此，产生与逆时针摆动力矩180相反的顺时针摆动力矩185。在本实施方式中，压缩载荷侧160的圆周面是与连接结构113在压缩冲程中相对于活塞150进行摆动的侧面相反的圆周面的一侧。
在传统压缩机中，压缩载荷侧160和反压缩载荷侧170的圆周面具有相同的长度，逆时针摆动力矩180大于顺时针摆动力矩185。因此，活塞150在缸膛111中呈现向左倾斜，并且活塞150的圆周面在对应于L和H的位置碰撞缸膛111。该碰撞接触将产生磨损。
而另一方面，本实施方式中的活塞150在压缩载荷侧160具有比反压缩载荷侧170更长的圆周面。在上述结构的情况下，由流体摩擦在压缩载荷侧160的圆周面与缸膛111之间引起的滑动阻力f2大于由流体摩擦在反压缩载荷侧170的圆周面与缸膛111之间引起的滑动阻力f1。因此，顺时针摆动力矩185更大，从而与逆时针摆动力矩180实现平衡。
也就是说，顺时针摆动力矩185可以抵消逆时针摆动力矩180。不存在对活塞150产生影响的摆动力矩；因此，由此可以认为活塞向左倾斜的状态消失。因此，在低速运行期间，活塞150可以在缸膛111中维持笔直状态。从而可以防止由活塞150与缸膛111在对应于L和H的滑动表面位置发生的不对称机械接触而引起的磨损现象。
参照图4，相对于垂直于连接结构113的摆动平面并包括活塞150中心轴的参考平面，连接结构113位于左边。也就是说，连接结构113在压缩冲程(即活塞处于从底部死点到顶部死点的途中)位于上述参考平面的左边；因此，在本实施方式中压缩载荷侧圆周面是表面160。通过将压缩载荷侧活塞处的滑动接触表面面积制造成大于反压缩载荷侧170处的滑动接触表面面积，在低速运行期间，活塞150在缸膛111中的状态可以基本维持笔直。
在发明人实际使用运行测试压缩机进行的试验中，在本实施方式中活塞150的表面很难观察到由于与缸膛111的不对称接触而引起的损伤。而且，在本实施方式的压缩机与传统压缩机之间对于低速运行和其他速度运行的许多性能值进行比较测试。在测试中，本实施方式中的压缩机显示出在每一个性能值的平均值方面有改进，并且值的离散度(dispersion)降低超过20％。
如上所述，根据本实施方式，可以防止由于活塞150与缸膛111的不对称接触而引起的磨损。压缩机低速运行的效率可以提高，并且性能稳定。因此本发明有利于提供一种成本低且可靠的压缩机。
活塞150在压缩载荷侧160处的长度与在反压缩载荷侧170处的长度的比率可以根据系统设计方提供的旋转频率，压力要求等条件进行优化。
尽管上述描述是基于压缩元件106设置在电动机元件105上方的普遍流行的结构而进行的，但是本发明当然也可以以相反的设置方式实施。
第二示范性实施方式参照以下附图对根据本发明的第二实施方式所述的压缩机进行说明图5是垂直横截面图，图6是水平横截面图，图7是从上方观察时，活塞的透视图，图8是活塞的运转状态。
密封壳体201充注有制冷剂215，或者异丁烷(R600a)，并且底部储存有油202，例如粘度相对较低的矿物油。
电动机元件205固定到气缸体212的下部；电动机元件为逆变器控制电动机，其包括与逆变电路(未示出)连接的定子203，以及具有内置永磁体并且固定到主轴207下部的转子204。逆变电路以包括那些低于商用电源频率(例如1500r/min)的多种运行频率驱动电动机元件105。
下面描述压缩元件206。
垂直布置的曲轴209由主轴207和偏心轴208组成。曲轴209具有内置油泵220，该泵通过螺旋形槽217连接到偏心轴208的顶端，而底部开口浸入油202中。气缸体212支撑主轴207以使该轴可以自由旋转，并且具有用于形成压缩室210的缸膛211。
活塞250配合地插入缸膛211中，以使活塞可以在其中往复运动。近似柱形的活塞销214与偏心轴208平行布置，以固定在活塞250中设置的活塞销孔251内。连接结构213具有用于插入偏心轴208的主连接孔233、用于插入活塞销214的辅连接孔231、以及通过活塞销214将偏心轴208与活塞250连在一起的杆232。
在本实施方式压缩机的附图中，当从上方观察时，曲轴209位于观察者这侧，相对于包含活塞气缸中心轴的垂直横截面平面(即平行于中心轴的平面)，活塞250右边圆周面一侧表示压缩载荷侧260，而左边表示反压缩载荷侧270。活塞的两端之中，与缸膛211一起构成压缩室210的表面称为活塞顶面252，而其中插入连接结构213用以实现旋转连接的另一端称为活塞裙面253。在本实施方式中，活塞250的圆周面在活塞顶面252的边缘和活塞裙面253的边缘分别设有滑动接触表面。每一个滑动接触表面以其自身的特定宽度形成在各自的圆周边缘。也就是说，在滑动接触表面之间是非滑动接触区域290，并且非滑动接触区域290的直径小于滑动接触表面的直径。压缩载荷侧260滑动接触表面的长度总和(L11+L12)大于反压缩载荷侧270的总和(L21+L22)。因此，压缩载荷侧260滑动接触表面的面积大于反压缩载荷侧270的面积。
换句话说，当从圆形活塞销孔251的中心轴上方观察时，活塞顶面252与活塞裙面253彼此不平行。在这个示例中，活塞顶面252垂直于活塞气缸的中心轴，而活塞裙面253偏离该垂直平面。
压缩元件206的许多上述滑动部件可以由铸铁，烧结铁，碳钢等含铁的材料制成。然而，考虑到抗磨损性能，连接结构213可以由与铁相容的例如铝压铸件等含铝的材料制成。
接下来描述上述结构的压缩机的运行。
一旦电动机元件205由电力驱动，转子204就开始顺时针(当从压缩机上方观察时)旋转，使曲轴209同样旋转。偏心轴208的旋转运动通过连接结构213和活塞销214传递给活塞250，连接结构213相对于活塞销214摆动，活塞250在缸膛211中往复运动。作为活塞250往复运动的结果，充注在密封壳体201的制冷剂215被吸入压缩室210，然后被压缩以排到密封壳体201的外部。重复压缩和排出循环。
当曲轴209开始旋转时，油泵220吸入油202并通过螺旋槽217将其向上运送，以从偏心轴208的顶端喷散。因此所喷散的油202润滑滑动表面，例如辅连接孔231与活塞销214之间的表面，以及活塞250与缸膛211之间的表面。
现在，参照图8对根据本实施方式的活塞250的运行进行描述。活塞250的状态被认为在压缩阶段的后阶段将恶化。图8所示的是当从上方观察时的压缩元件，偏心轴208设置在观察者这侧。主轴207绕中心轴O顺时针旋转。点S表示偏心轴208的中心轴，点Q为活塞销214的中心轴，圆295表示偏心轴208的中心轴S的轨迹，虚线圆296表示主轴207的外径。
活塞250受到压缩力P的影响，随着在辅连接孔231位置的逆时针旋转，产生如箭头所示的实质性逆时针摆动力矩280。同时，由于压缩力P的侧面矢量F，由流体摩擦在压缩载荷侧260活塞250的圆周面与缸膛211之间引起的滑动阻力f2大于由流体摩擦在反压缩载荷侧270的圆周面与缸膛211之间引起的滑动阻力f1。因此，产生与逆时针摆动力矩280相反的顺时针摆动力矩285。
在传统压缩机中，压缩载荷侧和反压缩载荷侧的圆周面面积是相等的，并且逆时针摆动力矩280大于顺时针摆动力矩285。因此，活塞250最终受到逆时针摆动力矩的影响。所以活塞250在缸膛211中呈现向左倾斜，并且在对应于L和H的位置活塞250的圆周面碰撞缸膛211。该碰撞接触将产生磨损。
另一方面，在本实施方式中的活塞250中，圆周表面由非滑动接触区域290分隔，压缩载荷侧260滑动接触表面的长度总和(L11+L12)大于反压缩载荷侧270的总和(L21+L22)。在上述结构的情况下，由流体摩擦在压缩载荷侧260滑动接触表面与缸膛211之间引起的滑动阻力f2大于由流体摩擦在反压缩载荷侧270滑动接触表面与缸膛211之间引起的滑动阻力f1。因此，顺时针摆动力矩285增大到与逆时针摆动力矩280实现平衡。
也就是说，顺时针摆动力矩285可以抵消逆时针摆动力矩280。不存在对活塞250产生影响的碰撞运动；因此，由此可以认为活塞向左倾斜的状态消失。因此，在低速运行期间，活塞250可以在缸膛211中维持笔直状态。从而可以防止由于活塞250与缸膛211在对应于L和H的滑动表面位置发生的不对称机械接触而引起的磨损现象。
在由发明人实际使用运行测试压缩机进行的试验中，本实施方式中活塞250的表面很难观察到由于与缸膛211的不对称接触而引起的损害。而且，在本实施方式的压缩机与传统压缩机之间对于低速运行和其他速度运行的许多性能值进行比较测试。在测试中，本实施方式中的压缩机显示出在每一个性能值的平均值方面有改进，并且值的离散度降低超过40％。
如上所述，在压缩冲程期间(即活塞处于从底部死点到顶部死点的途中)，连接结构213位于垂直于连接结构213的摆动平面并且包括活塞250中心轴的参考平面的左边。因此，表面260表示压缩载荷侧表面。通过将压缩载荷侧260活塞的滑动接触表面面积形成得大于反压缩载荷侧270的滑动接触表面面积，在低速运行期间，活塞250在缸膛211中的状态可以基本维持笔直，并且可以防止由于活塞250与缸膛211的不对称接触而引起的磨损。因此，压缩机低速运行的效率可以提高，并且性能稳定。所以本发明有利于提供一种成本低、可靠性高的压缩机。
而且，在本实施方式中活塞250的圆周面具有中空区域，或者非滑动接触区域290。由流体摩擦在活塞250与缸膛211之间引起的滑动阻力可以降低与中空区域对应的一定数值。因此，压缩机输入功率可以降低，能量消耗可以降低。
另外，在本实施方式中活塞250的圆周面设有非滑动接触区域290，邻接于活塞顶面252和活塞裙面253的滑动接触表面分别具有各自的一定宽度。因此，活塞250的滑动接触表面的最终抛光可以使用无心磨床进行。这意味着无需大规模的加工设备就可以生产活塞，活塞具有较高的生产性。
在本实施方式的活塞250中，沿往复运动方向压缩载荷侧260滑动接触长度的总和与反压缩载荷侧270的长度总和之间的比率，以及非滑动接触区域290的合成长度可以根据系统设计方提供的旋转频率条件，压力条件等进行优化。
尽管上述描述是基于压缩元件206设置在电动机元件205上方的普遍流行的结构而进行的，但是本发明当然也可以以相反的设置方式实施。
第三示范性实施方式参照以下附图对根据本发明的第三实施方式所述的压缩机进行说明图9是垂直横截面图，图10是水平横截面图，图11是从上方观察时，活塞的透视图，图12是活塞的运转状态。
密封壳体301充注有制冷剂315，例如异丁烷(R600a)，并且底部储存有油302，例如粘度相对较低的矿物油。
电动机元件305固定到气缸体312的下部。电动机元件305为逆变器控制电动机，其包括与逆变电路(未示出)连接的定子303，以及具有内置永磁体并且固定到主轴307下部的转子304。逆变电路以包括那些低于商用电源频率(例如1500r/min)的多种运行频率驱动电动机元件305。
下面描述压缩元件306。
垂直布置的曲轴309由主轴307和偏心轴308组成。曲轴309具有内置油泵320，该泵通过螺旋形槽317连接到偏心轴308的顶端，而底部开口浸入油302中。气缸体312支撑主轴307以使该轴可以自由旋转，并且具有用于形成压缩室310的缸膛311。
活塞350配合地插入缸膛311中，以使活塞在其中可以往复运动。活塞销314呈近似柱形，其与偏心轴308平行布置，以固定在活塞350中设置的活塞销孔351内。连接结构313具有用于插入偏心轴308的主连接孔333，用于插入活塞销314的辅连接孔331，以及通过活塞销314将偏心轴308与活塞350连在一起的杆332。
在本实施方式压缩机的附图中，当从上方观察时，曲轴309位于观察者这侧，相对于包含活塞气缸中心轴的垂直横截面平面(即平行于中心轴的平面)，活塞350右边圆周面一侧表示压缩载荷侧，而左边表示反压缩载荷侧。
活塞350的圆周面具有非滑动接触的中空区域390，以使滑动接触表面沿活塞350的往复运动方向在压缩载荷侧360和反压缩载荷侧370延伸。通过将压缩载荷侧360沿滑动接触表面的圆周方向的宽度形成得比反压缩载荷侧370上的更长，可以使压缩载荷侧滑动接触表面的面积大于反压缩载荷侧的面积。
压缩元件306的许多上述滑动部件可以由铸铁，烧结铁，碳钢等含铁的材料制成。然而，考虑到抗磨损性能，连接结构313可以由与铁相容的例如铝压铸件等含铝的材料制成。
接下来描述上述结构的压缩机的运行。
一旦电动机元件305由电力驱动，转子304就开始顺时针(当从压缩机上方观察时)旋转，使曲轴309同样旋转。偏心轴308的旋转运动通过连接结构313和活塞销314传递给活塞350，连接结构313相对于活塞销314摆动，活塞350在缸膛311中往复运动。作为活塞350往复运动的结果，充注在密封壳体301的制冷剂315被吸入压缩室310，然后被压缩以排到密封壳体301的外部。重复压缩和排出循环。
当曲轴309开始旋转时，油泵320吸入油302并且该油通过螺旋槽317运送到偏心轴308的顶端以在此喷散。因此所喷散的油302润滑滑动表面，例如辅连接孔331与活塞销314之间的表面，以及活塞350与缸膛311之间的表面等。
现在，参照图12压缩冲程后阶段期间压缩机中的活塞350的运行进行描述；压缩机中活塞350的状态被认为在此阶段将恶化。图12所示的是当从上方观察时的压缩元件，偏心轴308位于观察者这侧。主轴307绕中心轴O顺时针旋转。点S表示偏心轴308的中心轴，点Q为活塞销314的中心轴，圆395表示偏心轴308的中心轴S的轨迹。
活塞350受到压缩力P的影响，因此，随着在辅连接孔331位置的逆时针旋转，产生如箭头所示的实质性逆时针摆动力矩380。同时，由于压缩力P的侧面矢量F，由流体摩擦在压缩载荷侧360活塞350的圆周面与缸膛311之间引起的滑动阻力f2大于由流体摩擦在反压缩载荷侧370活塞350的圆周面与缸膛311之间引起的滑动阻力f1。因此，产生与逆时针摆动力矩380相反的顺时针摆动力矩385。
在传统压缩机中，压缩载荷侧和反压缩载荷侧的滑动接触表面的面积是相等的，逆时针摆动力矩380大于顺时针摆动力矩385。因此，活塞350最终受到逆时针摆动力矩的影响，在缸膛311中向左倾斜；在对应于L和H的位置活塞350的滑动接触表面碰撞缸膛311。该碰撞接触将产生磨损。
另一方面，在本实施方式中，压缩载荷侧360活塞350的滑动接触表面的宽度大于反压缩载荷侧370滑动接触表面的宽度。因此，由流体摩擦在压缩载荷侧360的滑动接触表面与缸膛311之间引起的滑动阻力f2大于由流体摩擦在反压缩载荷侧370的滑动接触表面与缸膛311之间引起的滑动阻力f1。因此，增大的顺时针摆动力矩385大致与逆时针摆动力矩380实现平衡。
也就是说，顺时针摆动力矩385可以抵消逆时针摆动力矩380。不存在对活塞350产生影响的碰撞运动；因此，由此可以认为活塞向左倾斜的状态消失。因此，在低速运行期间，活塞350可以在缸膛311中维持笔直状态。从而可以防止由于活塞350与缸膛311在对应于L和H的滑动表面位置发生的不对称机械接触而引起的磨损现象。
在发明人实际使用运行测试压缩机进行的试验中，在本实施方式中活塞350的表面很难观察到由于与缸膛311的不对称接触而引起的损害。而且，在本实施方式的压缩机与传统压缩机之间对于低速运行和其他速度运行的许多性能值进行比较测试。测试中，本实施方式中的压缩机显示出在每一个性能值的平均值方面有改进，并且值的离散度降低超过50％。
如上所述，在压缩冲程期间(即活塞处于从底部死点到顶部死点的途中)，连接结构313位于一参考平面的左边，该参考平面垂直于连接结构313的摆动平面并且包括活塞350中心轴。因此，表面360表示压缩载荷侧表面。通过将压缩载荷侧360活塞的滑动接触表面面积形成得大于反压缩载荷侧370的滑动接触表面面积，在低速运行期间，活塞350在缸膛311中的状态可以基本维持笔直。因此，可以防止由于活塞350与缸膛311的不对称接触而引起的磨损。并且压缩机低速运行的效率可以提高，并且性能稳定。所以本发明有利于提供一种成本低、可靠性高的压缩机。
在本实施方式中，压缩载荷侧360活塞350的滑动接触表面没有被非滑动接触区域390分开。因此，即使根据驱动系统的运行条件使用高压制冷剂或者压缩室310中的压力变大时，在压缩载荷侧360滑动接触表面与缸膛311之间存在的油膜也不容易破坏。因此可以有效防止由于活塞350与缸膛311的金属接触而引起的可能的磨损。
而且，设置在活塞350圆周面中的非滑动接触的中空区域390使得由流体摩擦在活塞250与缸膛211之间引起的滑动阻力降低一个与该中空区域对应的值。因此，压缩机输入功率可以降低，总的能量消耗可以降低。
在本实施方式的活塞350中，压缩载荷侧360滑动接触表面的宽度与反压缩载荷侧370的宽度的比率可以根据系统设计方提供的旋转频率条件，压力条件等进行优化。
尽管在本实施方式中压缩元件306设置在电动机元件305上方，但是本发明当然也可以以相反的设置方式实施。
产业适用性本发明有利于提供一种高可靠性的压缩机。因此，适用于采用制冷循环的产品领域的广泛范围，例如家用冰箱、除湿装置、冷冻陈列柜、自动贩卖机等。
权利要求
1.一种压缩机，包括电动机元件和由所述电动机元件驱动的压缩元件，所述电动机和压缩元件都置于储存有油的壳体中，所述压缩元件包括曲轴，其具有主轴和与所述主轴连接的偏心轴，汽缸体，其支撑所述主轴以使所述主轴可以自由旋转，并且设有用于形成压缩室的缸膛，活塞，其在所述缸膛中往复运动，以及连接结构，其连接所述活塞与所述偏心轴；其中在所述缸膛中的所述活塞上形成的滑动接触表面的面积在压缩载荷侧大于反压缩载荷侧。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其中，所述活塞圆周面沿往复运动方向的长度在压缩载荷侧大于反压缩载荷侧。
3.根据权利要求1所述的压缩机，其中，所述活塞在所述缸膛侧具有活塞顶面，且在所述连接结构侧具有活塞裙面，所述活塞在所述圆周面上设有非滑动接触的中空区域。
4.根据权利要求3所述的压缩机，其中，所述活塞在所述圆周面上的所述活塞顶面一端和所述活塞裙面一端分别设有滑动接触表面，每个滑动接触表面距所述一端具有其各自的长度，而所述非滑动接触的中空区域置于所述活塞顶面一端的滑动接触表面与所述活塞裙面一端的滑动接触表面之间。
5.根据权利要求3所述的压缩机，其中，所述活塞在所述压缩载荷侧和所述反压缩载荷侧分别设有从所述活塞顶面延伸至所述活塞裙面的滑动接触表面，所述滑动接触表面沿圆周方向的宽度在压缩载荷侧大于反压缩载荷侧。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的压缩机，其在低于商用电源频率的至少一个运行频率下被驱动。
7.一种压缩机，包括曲轴，其由主轴和在上部与所述主轴连接的偏心轴组成，汽缸体，其支撑所述主轴以使所述主轴可以自由旋转，并且设有用于形成压缩室的缸膛，活塞，其在所述缸膛中往复运动，以及连接结构，其连接所述活塞与所述偏心轴，并且相对于所述活塞进行摆动；其中在压缩冲程中，相对于一参考平面，与所述连接结构位于相同侧的活塞圆周面的一侧的滑动表面小于位于相反侧的滑动表面，其中所述参考平面为垂直于所述摆动平面且包括所述活塞的中心轴的平面。
8.根据权利要求7所述的压缩机，其中，所述活塞在所述缸膛侧具有活塞顶面，在所述连接结构侧具有活塞裙面，并且所述活塞顶面与所述活塞裙面彼此不平行。
9.根据权利要求7所述的压缩机，其中，所述活塞的圆周面设有用于与所述缸膛滑动接触的表面以及不参与所述滑动接触的中空区域。
全文摘要
一种压缩机，包括在设置于气缸体中的缸膛(111)内往复运动的活塞(150)。压缩载荷侧(160)的圆周面长度形成得比反压缩载荷侧(170)的圆周面长度更长，因此压缩载荷侧滑动接触表面的面积大于反压缩载荷侧滑动接触表面的面积。上述结构可以有效防止由于活塞与缸膛的不对称接触而发生磨损。所以可以防止制冷能力和性能稳定性的下降。
文档编号F04B39/12GK1806121SQ20058000048
公开日2006年7月19日 申请日期2005年6月14日 优先权日2004年7月8日
发明者石田贵规 申请人:松下电器产业株式会社