专利名称：具有可调节的曲柄销结构的可变排量压缩机的制作方法
该申请是申请日为1998年1月26日，申请号为No.09/013154，名称为“具有可调节的曲柄销(Crankpin Throw)结构的可变排量压缩机”的美国申请的部分继续申请。
发明的背景本发明涉及可变排量压缩机，真空泵或其他泵或机械，特别是那些在制冷，空调系统或热泵等等中用的往复活塞压缩机，其包括诸如US4838769中所述制动棒轭(scotch yoke)压缩机之类的机械，其中该机械希望根据冷却负荷的需要改变压缩机的输出，即进行压缩机排量调节。这种调节可获得很大的收益，同时通常可降低噪音，改善可靠性，并改善生物的舒适性，例如可获得下列效果中的一个或多个即降低噪音，更好地除湿，在热泵方式下的更温暖的空气等等。
因压缩机排量调节而造成的收益在各种商业应用中是很有益的。例如，大部分民用冰箱当前都采用一单一排量的压缩机，并且使该压缩机进行接通和断开循环，从而在该冰箱的储存箱中保持一定的温度。在正常运行时，该冰箱的温度因压缩机周围环境的空气温度的增加而增加，或当该冰箱的门打开时，或在将温度比储存箱温度更高的易腐物品放入该冰箱时，冰箱温度都会增加。如果温度超过预定极限，则压缩机启动使该冰箱的储存箱冷却。考虑到更高的负荷情况，即当冰箱门打开或将易腐物品放入储存箱中时，压缩机的制冷能力必须大于为在环境条件下维持一特定的温度所需要的最小值。利用这种设计，为了适应负荷情况的改变，压缩机必须多次启动并停车。启动和停车的次数越高，压缩机的寿命将越低。因此在最小负荷期间仍使压缩机处于满制冷能力下运行是不经济的。
对压缩机进行调节的一种已经存在的方法是转换冲程长度，即转换一个或多个往复活塞的冲程，从而改变气缸的容积排量。在这些压缩机中，活塞的往复运动是由经一连杆装置连接到该活塞上的曲柄销，即曲轴偏心件的运动轨迹确定的。该连杆装置具有一个轴承，偏心件可旋转地安装在该轴承中。
在已经出版的现有技术中提出的一种用于控制冲程的机构，是在曲轴偏心件上安装一凸轮衬套，该衬套当在偏心件上旋转时，将使连杆轴承的运动轨迹轴线沿径向并相对于曲轴的旋转轴线平行地移动，从而使该连杆轴承的轨迹半径变小或增大。这样又转过来改变活塞的冲程。在这样的凸轮作用机构中，变小冲程的活塞不会到达处于气缸中满冲程或原始冲程的上死点(TDC)处。这个设计缩短了压缩，并允许只部分压缩的制冷剂进行一定的再膨胀。因此该压缩机的效率明显地受到损害。
在US4479419；4236874；4494447；4245966和4248053各专利中示出了并描述了一些现有技术的凸轮机构，其中公开的内容及常规压缩机的机构和气缸，活塞，曲轴，曲柄销和曲柄移动的机构都接合在本文中并将它们作为一整体进行参考。相对这些专利，该曲柄销轴颈包括一个内轴颈和一个或多个结构为偏心的外轴颈，该内轴颈是曲柄销或偏心件的外表面，而该外轴颈在这些专利中称之为“偏心凸轮或环”。这些外轴颈是可旋转地安装的，并叠置在内轴颈上。连杆的轴承可旋转地安装在最外的外轴颈的外表面上。在这些专利中，该连接结构或从曲轴到连杆的可移动的曲柄活塞动力传送链的所有轴颈和支承表面，都是常规的环形的。
具体参照US4245966，活塞的上死点(TDC)位置是依靠两个偏心环到达的，该偏心环设置有止动件以便在希望到达TDC时给各凸轮定位取向。这种结构从商业意义上讲非常复杂，成本高，并且很难制造和组装。此外，如该专利第4栏第32-38行所述，依靠这两个偏心件到达TDC的可操作性基本上是随机的，并且正好可能导致活塞与阀板相撞击。
发明的目的本发明的一个目的是提供一种用于一单缸或多缸压缩机的曲柄销曲柄移动机构的改进连接结构，在该结构中不管冲程如何变化，活塞总可获得原始的TDC位置。
本发明的另一个目的是为包括这种改进的连接结构的单缸或多缸压缩机提供改进的商业应用。本发明的这些目的和其他目的可从下面表述的说明书和各权利要求中清楚地得出。
发明的概述因此，本发明的一方面内容是针对一种用于将连杆轴承和一曲柄销进行功能性相连的独特，简单和可靠的连接结构。这种结构适合于改变一活塞的原始冲程，同时不管冲程任何变化，都可影响所述活塞在其上冲程的原始上死点位置。
根据本发明的另一方面内容，如本文具体的和广义上所述的那样，本发明是针对一个两级往复压缩机的。该压缩机包括一个可在正转和反转方向旋转的可反转电动机，一个具有一单缸和相关单个压缩腔及单个活塞的机体。在该电动机和单个活塞之间设置一机械系统，以便当电动机正转时驱动活塞在下死点和上死点之间按满冲程方式工作，在电动机反转时驱动活塞在一中间位置和上死点之间按减少中程方式工作。还设置有一个用于有选择地控制所述电动机或以一第一预选的固定速度正转或以一第二预选的固定速度反转的控制。
根据另一方面内容，本发明是针对一冰箱装置的，该冰箱装置包括一个两级往复压缩机，该压缩机具有一个电动机和一个带有一相关的单个压缩腔和单个活塞的单个气缸。压缩机或者可用一第一排量按一第一级运行，或者可用一减少的第二排量按一第二级运行。
在另一方面，本发明是针对一个用于对一封闭空间内的空气进行调节的加热，通风和空调(HVAC)系统的。该HVAC系统包括一个两级往复压缩机，该压缩机具有一个电动机和一个带有一相应单个压缩腔和单个活塞的单个气缸。压缩机或者可用一第一排量按一第一级运行，或者可用一减少的第二排量按一第二级运行。
在再一方面，本发明是针对一个用于一加热和/或空调系统(HVAC)的电动机驱动部件的电力系统的。该电力系统包括一个带有一启动绕组和运行绕组的感应电动机，和一个用于控制该电动机在一第一级中正转而在一第二级中反转的电路。该电路设计包括一个连接到线路电源上的第一接线端，一个连接到线路电源上的第二接线端，一个电容器和一个开关装置。当电动机处于第一级时，开关装置使电容器与启动绕组串联，并用运行绕组作为主绕组，当电动机处于第二级时，开关装置使电容器与启动绕组串联，并用启动绕组作为主绕组。
如下面详细说明的那样，本发明提供了一种结构简单的连接结构，该结构可被制造出来并可得到任何理想的压缩机排量变化。本发明的连接结构可用来使多缸压缩机的两个或多个活塞具有不同的冲程，并在压缩机的排量方面，在不降低压缩机效率的情况下，通过明显的余隙容积(即上死点TDC处活塞顶和阀板之间的间隙)可提供所希望的宽范围的变化。本发明还包括一个电动机控制电路，该电路可有利地与所公开的压缩机一起使用，从而可获得综合工作效率的显著改善。
应该懂得前述的概述和下面的详细说明都只是示范性的和解析性的，并不是象权利要求所述的那样是对本发明的限制。
各附图的简要说明从下面不是按比例绘制的各附图和说明中可以更进一步地理解本发明，为了清楚，有些结构部分的尺寸被放大了。其中
图1是一个用于加热，通风和空调(“HVAC”)系统的两级往复式压缩机的剖视图，整体上示出了本发明的一种连接结构；图2a-2b是根据本发明将反转电动机连接到活塞上的机械系统的透视图；图3a是本发明的曲轴的剖视图；图3b是图3a所述曲轴的端视图；图4a是本发明的偏心凸轮的透视图；图4b是图4a所述偏心凸轮的剖视图；图4c是图4a所述偏心凸轮的第二透视图；图5a是本发明的连杆的透视图；图5b是图5a所述连杆的前视平面图；图5c是图5a所述连杆的剖视图；图6a是偏心凸轮的第二实施例的前视平面图；图6b是连杆的第二实施例的前视平面图；图7是制冷压缩机的各部分的局部剖视图；图8是沿图7中2-2线剖取的曲轴和曲柄销的剖视图；图9是图7所示局部的放大视图，表示止动机构结构的一种变形；图10是沿图11中线4-4及箭头方向剖取的，如图7那样的放大视图，并且表示该止动机构的一种变形；图11是沿图10中5-5线及箭头方向剖取且在图纸的平面内旋转90°的剖视图；图12是图11所示凸轮衬套本身的独立视图13a-13e是本发明的机械系统的一组前视图，表示机械系统按满冲程方式运行的运行方式；图14a-14e是本发明的机械系统的一组后视图，表示机械系统按半冲程方式运行的运行方式；图15a是一个用于将反转电动机连接到活塞上的机械系统的前视图，其表示出压缩机按满冲程方式运行时的平衡系统；图15b是一个用于将反转电动机连接到活塞上的机械系统的后视图，其表示出压缩机按一半冲程方式运行时的平衡系统；图16是压缩机按完全排量运行的电动机控制示意图；图17是压缩机按降低的排量运行而电动机反转的电动机控制示意图；图18是制冷循环的示意图；图19是加热，通风和空调(“HVAC”)系统的示意图；图20是冰箱的透视图。
实施例的详细说明现在详细参照本发明的各个优选实施例，其示例表示在各附图中。可能的话，在所有的附图中相同的标号用来表示相同或相似的零部件。
本发明是为了改进两级，可反转的往复压缩机及其这种压缩机在制冷系统中应用，该制冷系统包括冰箱和加热，通风及空调(“HVAC”)系统，但并不仅限于这些系统。这些压缩机包括一个在电动机反转时改变至少一个活塞的冲程的机械系统。当电动机正转时，活塞在各自气缸中运动通过满冲程。当电动机反转时，活塞在气缸中运动通过一变小的冲程。该机械系统最好能保证活塞在满冲程运行方式和减小冲程运行方式时在气缸中可以到达上死点。在各示范性实施例中，图中示出的该机械系统在各压缩机中具有一单一的压缩腔和活塞。然而，本发明认为该机械系统也可用在具有多个压缩腔和活塞的压缩机。
一个两级往复压缩机的一示范性实施例表示于图1中并整体上用参考标号80表示。如图所示，压缩机80包括一个形成有一气缸9的机体82。气缸9中装纳一个可在其中作往复运动的活塞8。
活塞8连接到一个也安装在该机体82内的可旋转的曲轴15上。一个可反转的电动机86有选择地使曲轴15在正转方向旋转或在反转方向旋转，从而影响活塞8的运动。
根据本发明，提供一个机械系统将活塞和可旋转的曲轴连接起来。当电动机正转时，该机械系统驱动活塞在上死点和下死点之间通过满冲程。当电动机反转时，该机械系统驱动活塞在上死点和一中间位置中间运动通过一半冲程。
如图1所示，机械系统84包括一个偏心曲柄销14，一偏心凸轮16和一连杆27。如图3a和3b所示，偏心曲柄销14形成为曲轴15的一部分并具有一偏心距18。如图4a-4c所示，偏心凸轮16包括一个孔101，曲柄销14可旋转地安装在该孔中并具有一偏心距19。如图5a-5c所示，曲柄销27包括一个孔92，偏心凸轮16可旋转地安装在该孔中。
如图2a和2b所示，连杆27由一活塞销28连接到活塞。这种连接可使连杆27相对活塞8旋转。可以想象使用其他类似的连接装置对本技术领域的普通技术人员来说是很明显的。
该机械系统还包括一个在电动机使曲轴正转时用于限制偏心凸轮围绕曲柄销的相对转动的第一止动机构，和一个在电动机使曲轴反转时用于限制偏心凸轮相对连杆的相对转动的第二止动机构。因此当电动机正转时，偏心凸轮由第一止动机构固定到曲柄销上处于一第一位置，同时偏心凸轮相对连杆旋转。当电动机反转时，偏心凸轮旋转退出第一位置进入第二位置，此时，第二止动机构将凸轮固定到连杆上。在优选实施例中，在第二位置处，曲柄销在偏心凸轮内旋转。
在图3a和3b所示的一示范性实施例中，第一止动机构包括一个位于曲轴15上邻近偏心曲柄销14的止动件110。如图4a-4c所示，偏心凸轮16包括一个终止于表面104上的第一斜凸体102。当曲轴15在正转方向旋转时，止动件110与表面104接合，因此偏心凸轮16相对偏心曲柄销14固定。当曲轴15反转时，止动件110靠着斜凸体102，使偏心凸轮16沿曲柄销14滑动，直到止动件110最终下落在表面104上为止。因此当曲轴15反转时，偏心曲柄销14在偏心凸轮16中是自由旋转的。
最好，第一止动机构的各零部件布置在曲轴15和偏心凸轮16上，所以当曲轴15在第一方向旋转且偏心凸轮相对曲柄销固定时，曲柄销14的偏心距18与偏心凸轮16的偏心距19对齐。图13a-13e示出了在满冲程方式下该连接结构的运行情况。曲柄销14在图中箭头114所示第一方向旋转。如图13a所示，当曲柄销14处于其旋转底部时，凸轮16和曲柄销14的组合偏心距使连杆27和相连的活塞运动到底部位置。相似地，如图13c所示，当曲柄销14处于其旋转顶部时，凸轮16和曲柄销14的组合偏心距使连杆27和相连的活塞运动到上死点位置。
如图4a-4c所示，第二止动机构包括一个处于偏心凸轮16上的第二斜凸体106，最好处于偏心凸轮上与第一斜凸体102相对的相对侧。该第二斜凸体106终止于表面108中。如图5a-5c所示，连杆27包括一个止动件94，该止动件具有两个呈L形离开孔92的并在其范围内延伸的支承件96和98。支承件98包括两个表面110和102。
当曲轴15正转时，第一止动机构将偏心凸轮16固定到曲柄销14上，并且偏心凸轮在连杆27中旋转。当偏心凸轮16在连杆27中旋转时，止动件94的表面102沿斜凸体106安放，因此使偏心凸轮16沿曲柄销14滑动。最终，止动件94的表面102在斜凸体106的表面108上运动。当反向旋转时，第一止动机构脱开，且曲柄销14在偏心凸轮16内自由旋转。偏心凸轮相对连杆27进行反转，直到偏心凸轮16上斜凸体106的表面108与连杆27上的止动件94接合为止。当曲轴反转时，这种接合将限制偏心凸轮相对连杆的旋转。
最好，如图2a和2b所示，一弹簧88和一凸缘89定位于曲轴15上。弹簧88和凸缘89相对曲轴15旋转。弹簧88通过凸缘89起作用，从而沿曲柄销14压偏心凸轮16。弹簧的作用可保证在曲轴15的旋转方向变换时偏心凸轮16上的表面104和108分别与曲轴15和连杆27上的止动件110和94对齐并接合。可以想象的是该机械系统的零部件的尺寸和公差可以这样，即弹簧88和凸缘89可以省略，并且当电动机反转时产生的加速力将保证第一止动机构和第二止动机构仍与连杆和曲轴上相应止动件保持啮合。
图14a-14e表示冲程减少的方式下连接结构的工作情况。曲柄销15如箭头115所示反向旋转。应该注意到图14a-14e表示连接结构与图13a-13e的相对侧。因此尽管在两幅图中曲柄销14的旋转都是反时针方向的，但曲柄销的实际方向是处于相反的方向的。
最好，第二止动件的零部件布置在偏心凸轮16和连杆27上，所以当曲轴15反转时，偏心凸轮16的偏心距18与连杆27的轴线23对齐。因此，在曲柄销14处于其旋转顶点时，曲柄销14的偏心距19只与该偏心凸轮的偏心距18对齐。如图14c所示，这种对齐导致当按半冲程方式运行时活塞到达上死点位置。如图14a和14e所示，当曲柄销14处于其旋转底部时，凸轮16的偏心距与曲柄销14的偏心距相对。因此，活塞只运动到一中间位置，而不运动到底部。应该注意到变小冲程运行的冲程长度分别可由改变偏心凸轮和曲柄销的偏心距18和19来改变。
本发明认为第一止动机构和第二止动机构的许多变形对本技术领域的普通技术人员来说都是明显的。例如，如图6a和6b所示，偏心凸轮16可以包括一个具有表面122的凸伸体120。连杆27可包括一个终止于一止动件124中的斜凸体123。当曲轴15正转时，偏心凸轮上的凸伸体120将靠在连杆27的斜凸体123。然而，当曲轴的旋转方向反转时，偏心凸轮的表面122将与连杆27上止动件124啮合，从而防止偏心凸轮相对连杆产生旋转。
图7和8表示第一和第二止动机构的另一个示范性实施例。该实施例的连接结构整体上标为12，并且表示与一个冰箱压缩机相连，该冰箱压缩机具有一个安装在一气缸9中的活塞8和一个安装在一阀板10上的簧片式排气阀21，该阀板具有一个贯穿的排气孔11。第一止动装置20包括由偏心凸轮16上的销30和在曲柄销14中机加工出的台肩32配合作用的台肩装置，而其中所述第二止动装置24包括由诸如连杆27上的销34和在偏心凸轮16中机加工出的台肩部分36配合作用的台肩装置。该销30和34由压缩弹簧40从其凹槽38中沿径向向内连续施压。
如图9所述，作为一种替换止动机构，一片状弹簧或等效结构42由螺丝44或类似物固定在连杆27中被机加工出的槽43中，并且通常由弹性力作用进入在偏心凸轮16中被机加工出的槽46中。当偏心凸轮16沿反时针轨迹运动时，弹簧42沿径向向外弯曲进入槽43中。应该注意到弹簧42和槽46的尺寸可这样确定，以致于在曲柄销和偏心凸轮每一次沿轨迹作反时针运动时该弹簧不会撞击槽的底面48，且不会产生讨厌的声音。此外在这种考虑中，相对槽46的出口半径50可进一步降低，或消除因弹簧42与偏心凸轮的接触而产生的任何噪音。这种结构也可用于曲柄销与偏心凸轮的连接。
参见图10-12表示该止动机构的另一个变形，该机构可通过一个可消除止动件与一旋转结构之间的不必要接触的制动连接进行工作。在这个例如用于偏心凸轮和连杆的实施例中，整体上标为52的一止动臂固定连接到一个可旋转地安装在一凹腔54中的曲柄销14上的轴套53上，处于偏心凸轮16的一表面55内。臂52包括一个固定连接到轴套53上的内部分56，和一个提供一止动端59的外止动部分58。部分56和58由一铰接销60可旋转地连接。
在工作中，图10-12的止动机构与电动机和曲轴沿顺时针方向旋转以便减少冲程，其中只有曲柄销沿顺时针轨迹运动，该曲柄销将拖动偏心凸轮16也沿顺时针方向旋转，从而使其凹腔边缘68和止动臂52啮合，并使止动臂从其虚线所示自然位置70运动到如图10所示的工作止动位置72并伸直，其中端部59嵌入凹腔74中。这种作用是将偏心凸轮16锁定到连杆27上，处于精确位置，偏心凸轮16的偏心距与该连杆的冲程轴线23对齐，从而保证TDC。一个固定到部分56和58之一上并可在另一个上滑动的轻型弹簧76可用来迫使部分58向下(如图中所示)，从而帮助它插入凹腔74中。也可使用其他弹簧，例如安装在旋转销60的一延伸部分上的扭力弹簧。
电动机和曲轴的旋转方向反转到满冲程的顺时针方向将使偏心凸轮16旋转，从而使其凹腔78与臂52接合，并且使它容易地制动抵抗住弹簧76的作用力，如图10中臂部分56和58的虚线位置70所示。这个作用在所述的精确位置70处将使偏心凸轮16和曲柄销14的偏心距以与该止动装置配合的方式保持对齐，该止动装置可使曲柄销14和偏心凸轮16操作地连接，以便使运动轨迹同步，从而保证TDC。
应该注意当曲柄销14在减少冲程期间单独沿其轨迹运动时，则凸轮的偏心距19将来回摆动到活塞冲程轴线25的每一侧，但如近似的虚线23所示的那样，该凸轮偏心距基本上与连杆轴线23保持对齐。
很明显，本发明在广义上讲并不仅限于使用具体形式的止动机构，并且此处图中所示的各止动部件可反向安装，如弹簧40和销30可安装在凸轮衬套和在轴承中切出的台肩36中在图示各实施例中，偏心凸轮和曲柄销的偏心距基本上是相等的，因此气缸排量可从满排量变换到曲轴反转时的大致一半的排量。
应该特别注意到只要两偏心距在满冲程时对齐，第一和第二止动装置或止动机构就可绕曲柄销和偏心凸轮，并绕偏心凸轮和连杆分别定位在任何角度位置，并且轴套的偏心距基本上与减少冲程方式的连杆冲程轴线对齐。
如图15a和15b所示，第一止动机构130和第二止动机构132最好与连杆轴线23偏离。当曲轴正转获得满冲程方式时，第一止动机构在活塞刚好通过上死点后存在一种不稳定的倾向。如果第一止动机构130如图15a所示是偏心的，则产生的不稳定力将作用在偏心凸轮16上，使该偏心凸轮运动与该曲轴上的止动件连接，因此消除了不稳定性。
当曲轴反转并使活塞运动通过一半冲程时，该系统不存在不稳定的倾向，但存在瞬间的不稳定性。因此第二止动机构132最好如图15b所示可提前防止任何不稳定的情况。
根据本发明，为了控制可反转的电动机，开发了一种独特的电路，并且该电路可用在下面将要结合一单缸压缩机进行说明的本发明的优选实施例中，该电路示意性地表示在图16和17中。
图16所示的控制示意图等效于工业上常规的使用预定电源的PSC(固定的分离电容器)线路示意图。线路I通过引到电动机保护电路中的公用接线端(C)运行。离开电机保护电路后，电流被分流，流过启动电路(S)和主电路，即，带有闭合的高触点M(电动机)的运行绕组(R)。这个阶段将采用运行绕组R作为主绕组，并将运行电容器与启动绕组串联，获得在活塞的满冲程作用，即满排量运行时电动机的标准旋转。
图17所示的本发明的独特控制电路根据其应用采用一预定的电源。线路一将通过公共接线端(C)运行，该接线端引到电动机的保护电路中。离开电动机的保护电路后，电流分流同时流过初始启动绕组和初始主绕组，利用M的低触点激励。现在该压缩机将用启动绕组作为主绕组，并使运行电容器与初始主绕组串联。按这种方式设置的运行电容器可促进电动机和机械转动两者变化，并且可同时减小电动机强度，以与最终减少的活塞冲程配合，因此可使电动机在减少的负荷时达到最大的效率。特别应该注意到在某些应用情况下，在压缩机排量减少的方式中，当电动机达到运行速度后，初始主绕组和启动电容可由一离心开关或类似物与线路断开。
例如合适的电磁驱动接触器或开关可用作本发明的“开关装置”，它们公开并说明在通用电器公司产品信息小册子GEA-115408 4/87 ISM 1800，第23页，名称为“有限目的控制”中，其整个内容结合在本文中并作为参考。
如众所周知，此时为了使用下面所述的单缸压缩机，动力单元应该采用下面的结构和工作特性电动机--可反转，鼠笼感应式，PSC,1-3hp；保护器--对两种负荷方式的过载进行保护。温度T0和电流传感器；运行电容器----35μF/370VAC；速度(额定负荷)----3550rpm；电动机强度----252 oz.ft.Max(盎司.英尺.最大)/90oz.ff.(盎司.英尺)额定负荷；电源--任何频率或电压的单相或三相电源，例如230V-60Hz的单相电源，或460V-60Hz的三相电源；开关机构--根据负荷要求，对该负荷要求作出响应的控制电路，以便控制电磁接触器并使该运行电容器或与启动绕组串联或与主绕组串联。
该压缩机大致具有下列结构和运行特性(a)大小(排量)--------------------------3吨；(b)气缸数------------------------------1个；(c)满冲程时气缸排量--------------------3.34in3/rev；(d)满冲程长度--------------------------0.805in；(e)满冲程时的正常运行压力范围----------- 77-297Psig。
根据本发明，上述的两级往复压缩机和控制系统可用在使用制冷循环的各种商业应用中。一种制冷循环的示范性实施例表示于图18中，并且整体上用标号143表示。如图所示，制冷循环143包括一个冷凝器148，一个膨胀装置146，一个蒸发器152和一个两级往复压缩机150。一种制冷剂通过该制冷循环进行循环。如现有技术所述，压缩机150的排量直接影响在蒸发器中由制冷剂提供的冷却量。当两级往复压缩机按满冲程方式工作时，压缩机150以满排量工作并给蒸发器提供最大的冷却。当两级往复压缩机按减少冲程方式运行时，提供给蒸发器的冷却量也同时减少。
所希望的是本发明的两级往复压缩机可以用在各种商业应用中。例如如图19所示，制冷循环143可用在加热，通风和空气调节(HVAC)系统中。该HVAC系统可用来对一封闭室156中的空气进行调节。空气由一鼓风机164作用并通过供给管道160流过HVAC单元154和返回管道166。鼓风机164使空气流过制冷循环的蒸发器，从而在空气进入屋内之前使之冷却。温度传感器158位于封闭室156内。当传感器158确定封闭室中的温度上升超过预定极限值时，则传感器158根据测得的温度按满冲程方式或减少冲程方式启动压缩机。根据屋内的当前条件使压缩机按适当的排量工作这样可改善系统的综合效率。所希望的是本发明也可用在其他空调系统中，例如用在热泵或类似物中。
该制冷循环也可用在冰箱中。如图20所示。一冰箱140包括至少一个隔热冷却储存箱144。一温度传感器142设置在该储存箱144中。根据储存箱144中的温度，压缩机可按满冲程方式工作或减少冲程方式工作。最好，压缩机连续按减少冲程方式工作，直到冰箱要求高冷却时，例如开启冰箱门或放入较温暖的易腐物时为止。当传感器142检测到因储存箱144中温度上升而产生的高温要求时，可将该压缩机变换到满冲程方式，以便对温度上升的要求作出补偿。按这种方式，冰箱140的储存箱144中可保持有效和可靠的冷却。
在考虑到本文所公开的本发明的说明及实际应用后，本发明的其他实施例对本技术领域的普通技术人员是很明显的。因此本发明的说明及各示例只能认为是示范性的，而不能认为是限制性的，本发明的真正范围和精神实质由下面的各权利要求确定。
权利要求
1.一种用于将一连杆装置的连杆轴承功能性地连接到一曲轴的一偏心曲柄销上的连接结构，该结构可用来改变安装在所述连杆装置上的一活塞的原始冲程的长度，同时在活塞向上的冲程中，不管冲程长度如何变化都可影响所述活塞的原始上死点位置，其中所述结构包括一个圆环形凸轮衬套，该衬套偏心地且可旋转地安装在所述曲柄销上并处于所述连杆轴承内，其中所述凸轮和所述曲柄销的组合偏心距等于所述活塞的原始冲程；一个第一止动机构，其用于使所述凸轮在所述曲柄销沿一个方向旋转时在所述曲柄销上保持稳定，从而在所述曲轴用来形成满冲程的所述旋转期间，在所述曲柄销和凸轮沿运行轨迹同步旋转期间，所述曲柄销和凸轮的偏心距相互对齐并保持；一个第二止动机构，其用来使所述凸轮在所述曲轴沿反向旋转时在所述轴承内保持稳定，从而使凸轮的偏心距与所述连杆的冲程轴线基本上对齐并保持，而所述曲柄销单独运动通过其旋转轨迹以便形成减少冲程。
2.如权利要求1所述连接结构，其中所述第一止动机构包括在所述凸轮和所述曲轴上的配合台肩，并且所述第二止动机构包括所述凸轮和所述轴承上的配合台肩，所述第一和第二止动机构在所述曲轴反转时在功能上是可互换的。
3.如权利要求2所述连接结构，其中所述凸轮和所述曲柄销的偏心距基本上是相等的，因此在曲轴反转时，气缸排量可从满排量转换到大致一半排量。
4.一种用于一可反转的交流(AC)电动机的电控系统，其中所述系统的所述电动机的一个旋转方向设置有第一和第二并列电路，所述第一电路具有一个与一电容器串联的启动绕组，所述第二电路具有一运行绕组，并且在所述电动机反转时，所述系统设置有第三和第四并列电路，所述第三电路具有所述启动绕组，所述第四电路具有与所述电容器串联的所述运行绕组；所述系统具有一电源供给线路和返回线路，所述供给线路给全部所述电路供给电能，所述返回线路使全部所述电路接地，并且开关装置根据负荷的要求用于将所述第一和第二电路接在用于高负荷的线路上，并切换到电动机反转用的所述第三和第四电路上，同时对低负荷用的电动机强度和效率进行优化。
5.一种具有用于将一连杆装置的连杆轴承功能性地连接到一曲轴的一偏心曲柄销上的连接结构的气体压缩机，所述曲轴由一可反转的AC电动机驱动，所述连接结构可借助于所述电动机的反转用来改变安装在所述连杆装置上的一活塞的原始冲程的长度，同时在活塞向上的冲程中，不管冲程长度如何变化都可影响所述活塞的原始上死点位置，其中所述结构包括一个圆环形凸轮衬套，该衬套偏心地且可旋转地安装在所述曲柄销上并处于所述连杆轴承内，其中所述凸轮和所述曲柄销的组合偏心距等于所述活塞的原始冲程；一个第一止动机构，其用于使所述凸轮在所述曲柄销沿一个方向旋转时在所述曲柄销上保持稳定，从而在所述曲轴用来形成满冲程的所述旋转期间，在所述曲柄销和凸轮沿运行轨迹同步旋转期间，所述曲柄销和凸轮的偏心距相互对齐并保持；一个第二止动机构，其用来使所述凸轮在所述曲轴沿反向旋转时在所述轴承内保持稳定，从而使该凸轮的偏心距与所述连杆的冲程轴线基本上对齐并保持，而所述曲柄销单独运动通过其旋转轨迹以便形成减少冲程，所述电动机具有一个电控系统，其中所述电控系统为所述电动机的一个旋转方向设置有第一和第二并列电路，所述第一电路具有一个与一电容器串联的启动绕组，所述第二电路具有一个运行绕组，并且在所述电动机反转时，所述系统设置有第三和第四并列电路，所述第三电路具有所述启动绕组，所述第四电路具有与所述电容器串联的所述运行绕组；所述系统具有一电源供给线路和返回线路，所述供给线路给全部所述电路供给电能，并且开关装置根据负荷的要求用于将所述第一和第二电路接在用于高负荷的线路上，并切换到电动机反转用的所述第三和第四电路上，同时对低负荷用的电动机强度和效率进行优化。
6.一种两级往复压缩机，其包括一个带有一单个气缸和相应的单个压缩腔及单个活塞的机体；一个可在正转和反转方向旋转的可反转电动机；一个在该电动机和单个活塞之间用于在电动机正转时驱动活塞在上死点和下死点之间进行满冲程运动，在电动机反转时驱动活塞在一中间位置和上死点之间进行减少的冲程运动的机械系统；及一个用于有选择地控制所述电动机在正转方向按一第一预定的固定速度运行，在反转方向按一第二预定的固定速度运行的控制(control)。
7.如权利要求6所述压缩机，其中所述机械系统包括由所述电动机转动的一曲轴，形成在所述曲轴上的一偏心曲柄销，可旋转地安装在该曲柄销上的一个偏心的两位置凸轮，和一个将所述凸轮连接到所述活塞上的连杆，当一电动机正转时，所述凸轮在一第一位置处相对所述曲柄销旋转并操作，当该电动机反转时，所述凸轮在一第二位置相对所述曲柄销旋转并操作，所述曲柄销和所述凸轮的各偏心距共同作用使活塞在电动机正转时具有满冲程，在电动机反转时活塞具有减少的冲程。
8.如权利要求7所述压缩机，其中所述凸轮可滑动地安装在所述曲柄销上，并且所述凸轮在第一运行位置和第二运行位置之间旋转时沿曲柄销进行轴向滑动。
9.如权利要求8所述压缩机，其中所述凸轮包括一个具有一第一表面的第一斜凸体，和一个具有一第二表面的第二斜凸体，第一表面的构成使得可在电动机正转时与曲轴结合，第二表面的构成使得可在电动机反转时与连杆结合。
10.如权利要求9所述压缩机，其中所述曲柄销包括一止动件，且所述连杆包括一止动件，所述第一表面与曲柄销的止动件结合，以便限制所述凸轮围绕曲轴的相对旋转，所述第二表面与连杆上的止动件结合，以便在曲轴反转时限制所述凸轮在连杆内的相对旋转。
11.如权利要求10所述压缩机，其中还包括一个弹簧，该弹簧使所述凸轮受沿曲柄销轴向偏压作用，使所述凸轮的第一和第二斜凸体与曲柄销的止动件和连杆的止动件对齐。
12.如权利要求7所述压缩机，其中还包括一个用于在电动机正转时限制所述凸轮围绕所述曲柄销的相对旋转的第一止动机构，和一个用于在电动机反转时限制所述凸轮相对所述连杆的相对旋转的第二止动机构。
13.如权利要求12所述压缩机，其中所述第一止动机构包括一个在所述曲轴上的止动件和一个在所述凸轮上的相应止动件。
14.如权利要求12所述压缩机，其中所述第二止动机构包括一个在所述曲轴上的止动件和一个在所述凸轮上的止动件。
15.如权利要求7所述压缩机，其中还包括一个当电动机沿一个方向旋转时使凸轮在曲柄销上第一位置保持稳定的第一系统，和一个当电动机在反方向旋转时使所述凸轮在连杆上第二位置保持稳定的第二机构。
16.如权利要求7所述压缩机，其中所述电动机包括用于在电动机正转时控制电动机的第一和第二并列电路，所述第一电路具有一个与一电容器串联的启动绕组，而所述第二电路具有一个运行绕组；及用于在电动机反转时控制电动机的第三和第四并列电路，所述第三电路具有所述启动绕组，而所述第四电路具有与所述电容器串联的所述运行绕组。
17.如权利要求16所述压缩机，其中所述控制(control)包括一个根据负荷要求用于将所述第一和第二电路接到高负荷用的线路上，并切换到低负荷用的所述第三和第四电路的开关。
18.如权利要求7所述压缩机，其中对所述凸轮和所述曲柄销的偏心距进行选择，以致在电动机反转时压缩机的排量从满排量变换到大约一半的排量。
19.一种冰箱装置，其包括至少一个绝热冷却储存箱；一个两级往复压缩机，该压缩机具有一个电动机和一个带有一个相应的单个压缩腔和单个活塞的单个气缸，所述压缩机或者在第一级时以一第一排量工作或在一第二级时以一减少的第二排量工作；一蒸发器，一膨胀阀和一冷凝器与所述压缩机串联，并设置在设计用来对所述冷却储存箱进行冷却的系统中；一个用于检测所述冷却储存箱中的温度的传感器；及一个与所述传感器连接用来根据冷却储存箱内的温度或者在第一级或者在第二级操作所述压缩机的控制系统。
20.如权利要求19所述冰箱装置，其中所述控制系统在检测到的温度和理想温度之间的差值超过一预定值时，在第一级处操作压缩机，在该差值下降到该预定值之下但高于一第二预定值时，在第二级处操作所述压缩机。
21.如权利要求20所述冰箱装置，其中所述压缩机包括一个可在正转方向和反转方向旋转的可反转电动机；及一个在该电动机和该单个活塞之间用于在电动机正转时驱动活塞在上死点和下死点之间以满冲程运动，在电动机反转时驱动活塞在一中间位置和上死点之间以减少的冲程运动的机械系统。
22.如权利要求21所述冰箱装置，其中所述机械系统包括一个由所述电动机旋转的曲轴，一个形成于曲轴上的偏心曲柄销，和一个可旋转地安装在曲柄销上的偏心凸轮，当电动机正转时，所述凸轮在一第一位置相对所述曲柄销旋转并操作，当电动机反转时，所述凸轮在一第二位置相对所述曲柄销旋转并操作，所述曲柄销和所述凸轮的偏心距共同作用，使活塞在电动机正转时具有满冲程，在电动机反转时具有减少的冲程。
23.如权利要求22所述冰箱装置，其中所述电动机包括用于在电动机正转时控制电动机的第一和第二并列电路，所述第一电路具有一个与一电容器串联的启动绕组，而所述第二电路具有一个运行绕组；及用于在电动机反转时控制电动机的第三和第四并列电路，所述第三电路具有所述启动绕组，而所述第四电路具有与所述电容器串联的所述运行绕组。
24.一种用于调节一封闭空间中的空气的加热，通风和空调(HVAC)系统，其包括一冷凝器；一膨胀装置；一蒸发器；一个具有一电动机和一个带有一相应的单个压缩腔和单个活塞的单个气缸的两级往复压缩机，所述压缩机或者在第一级时以一第一排量工作或在一第二级时以一减少的第二排量工作；一个用于检测所述冷却封闭空间中的温度的传感器；及一个与所述传感器连接用来根据冷却封闭空间内的温度或者在第一级或者在第二级操作所述压缩机的控制系统。
25.如权利要求24所述系统，其中所述控制系统在检测到的温度和理想温度之间的差值超过一预定值时，在第一级处操作压缩机，在该差值下降到预定值之下但高于一第二预定值时，在第二级处操作所述压缩机。
26.如权利要求25所述系统，其中所述压缩机包括一个可在正转方向和反转方向旋转的可反转电动机；及一个在电动机和单个活塞之间用于在电动机正转时驱动活塞在上死点和下死点之间以满冲程运动，在电动机反转时驱动活塞在一中间位置和上死点之间以减少的冲程运动的机械系统。
27.如权利要求26所述系统，其中所述机械系统包括一个由所述电动机旋转的曲轴，一个形成于该曲轴上的偏心曲柄销，和一个可旋转地安装在曲柄销上的偏心凸轮，当电动机正转时，所述凸轮在一第一位置相对所述曲柄销旋转并工作，当电动机反转时，所述凸轮在一第二位置相对所述曲柄销旋转并工作，所述曲柄销和所述凸轮的偏心距共同作用使活塞在电动机正转时具有满冲程，在电动机反转时具有减少的冲程。
28.如权利要求26所述系统，其中所述电动机包括用于在正转时操作电动机的第一和第二并列电路，所述第一电路具有一个与一电容器串联的启动绕组，而所述第二电路具有一个运行绕组；及用于在电动机反转时操作电动机的第三和第四并列电路，所述第三电路具有所述启动绕组，而所述第四电路具有与所述电容器串联的所述运行绕组。
29.一种用于一加热和/或空调系统(HVAC)的电动机驱动部件的动力系统，其包括一个带有一启动绕组和运行绕组的感应电动机；一个用于控制该电动机在第一级时在正转方向旋转而在第二级时在反转方向旋转的电路，所述电路设计包括一个用于与线路电源连接的第一接线端；一个用于与线路电源连接的第二接线端；一个电容器；和一个开关装置，在电动机处于第一级中时，该开关装置使电容器与启动绕组串联，并利用运行绕组作为主绕组，在该电动机处于第二级中时，该开关装置使电容器与启动绕组串联，并利用启动绕组作为主绕组。
30.如权利要求29所述系统，其中该绕组和电容器的值进行选择，使电动机在第二级时按一个基本上较低的功率消耗方式工作。
31.如权利要求29所述系统，其中还包括一个当电动机在第一级或第二级处达到运行速度后，使电容器与线路断开的开关。
32.如权利要求29所述系统，其中电动机是一台单相感应式电动机。
33.如权利要求32所述系统，其中电动机根据HVAC系统的负荷要求工作。
34.如权利要求29所述系统，其中开关装置连接到一两级恒温器上。
35.如权利要求29所述系统，其中还包括一个在所述电动机和电动机驱动的部件之间的可反向机构，当所述电动机反转时，所述机构的输出反向，因此该电动机驱动部件总是在相同的方向旋转。
全文摘要
本发明提供了一种两级往复压缩机。该压缩机包括:一个转动曲轴的可反转的电动机。该曲轴由一机械系统连接到一活塞上。当电动机正转时;机械系统驱动活塞在上死点和下死点之间按满冲程工作;当电动机反转时,机械系统驱动活塞在一中间位置和上死点之间按减少的冲程工作。压缩机还包括一个用于可选择地控制电动机按一第一预定的固定速度正转,或按一第二预定的固定速度反转的控制。
文档编号F04B49/12GK1300348SQ99803424
公开日2001年6月20日 申请日期1999年1月26日 优先权日1998年1月26日
发明者戴维·T·蒙克, 乔·T·希尔, 菲利普·C·瓦格纳, 约瑟夫·F·洛普雷特, 迈克尔·R·扬, 查尔斯·A·辛格尔特里 申请人:布里斯托尔压缩机公司