专利名称：封闭式压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于例如冰箱、空调和冷冻机等制冷循环中的封闭式压缩机。
背景技术：
近来，人们强烈需求家用冰箱和冷冻机中的封闭式压缩机能够尺寸更小、噪音更低和振动更小。在此背景下，制冷剂需要转换成碳氢化合物制冷剂，该制冷剂例如为R600a的天然制冷剂，其具有较低的全球变暖系数，该系数用臭氧消耗系数表示。此外，为了保持作为主要振动来源的活塞的平衡，使用平衡锤的方法是降低振动的有效技术。
迄今为止，就这种使用平衡锤的封闭式压缩机而言，它试图通过在曲轴上安装近似弧形轮廓的平衡锤来调整压缩机机械装置的不平衡力。
下面将参照附图对在日本待公开专利2000-213462中所披露的常规封闭式压缩机进行描述。
图5是该常规压缩机的纵向截面图，图6是该常规封闭式压缩机的水平截面图。
在图5和图6中，密闭容器1中充满制冷剂2，由带有绕组3a的定子3和转子4构成的电动马达元件5，与由电动马达元件5驱动的压缩元件6通过悬簧7的方式弹性地容纳在容器1中。轴10包括与转子4挤压接合的主轴本体11和与主轴本体11偏心设置的偏心轴本体12。在偏心轴本体12的上方安装有外周近似弧形轮廓的平衡锤22，该平衡锤以主轴本体11的轴心位置为中心，气缸体16带有近似圆柱形的压力室17，活塞20插在压力室17中而且能够往复自由滑动，活塞20通过连接装置21连接到偏心轴本体12上。
下面将描述带有此种结构的封闭式压缩机的运行。
电动马达元件5的转子4使活塞20旋转，当通过连接装置21将偏心轴本体12的旋转运动传输给活塞20时，活塞20在压力室17中往复运动，结果，制冷剂气体从冷却系统(未示出)中吸入压力室17中并被压缩，然后再排放到冷却系统中。
在压缩行程阶段，活塞20往复运动时，往复的惯性力作为不平衡力而产生，此往复的惯性力通过以与活塞20反相的方式安装平衡锤22来平衡，在此结构中，活塞20在水平方向上的往复惯性力一定程度上被抵消。
在常规的结构中，为了降低压缩机的总高度，当平衡锤22设置在活塞20的水平延长线上时，平衡锤22和活塞20在活塞20的底部死点位置处于最接近的距离，为了避免这样的干扰，平衡锤22设计成近似弧形剖面。因此，平衡锤22没有足够的惯性力，也就是说，活塞20的往复惯性力不能充分地抵消，从而增加了封闭式压缩机的振动。
发明内容
本发明是根据现有技术中存在的上述问题而设计的，因此本发明的目的在于提供一种振动小的封闭式压缩机，该压缩机带有具有更大惯性力的平衡锤，并具有平衡锤设置在活塞水平延长线上的结构。
本发明的封闭式压缩机包括(i)电动马达元件，(ii)由电动马达元件驱动的压缩元件，(iii)容纳电动马达元件和压缩元件的密闭容器，和(iv)包含在密闭容器中的制冷剂。压缩元件包括(i)带有主轴本体和偏心轴本体的轴，(ii)带有压力室的气缸体，(iii)在压力室中往复运动的活塞，(iv)连接活塞和偏心轴本体的连接装置，和(v)形成在轴上的平衡锤。活塞设置在平衡锤的水平延长线上，平衡锤的外周做成这样的形状在平衡锤和活塞相接近的间隔位置，平衡锤的外周和活塞之间的距离保持基本恒定。
图1是根据本发明优选实施例的封闭式压缩机的纵向截面图；图2是在同一优选实施例中的封闭式压缩机的水平截面图；图3是在同一优选实施例中的封闭式压缩机关键部分的放大图；图4是在同一优选实施例中的封闭式压缩机关键部分的模型图；
图5是常规压缩机的纵向截面图；图6是常规压缩机的水平截面图。
具体实施例方式
下面将参照相应附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。
图1是根据本发明优选实施例的封闭式压缩机的纵向截面图，图2是在同一优选实施例中的封闭式压缩机的水平截面图，图3是在同一优选实施例中的封闭式压缩机关键部分的放大图，图4是在同一优选实施例中的封闭式压缩机关键部分的模型图。
在图1至图4中，密闭容器101中充满了三甲基甲烷(R600a)组成的制冷剂，由定子103和转子104组成的电动马达元件105和由电动马达元件105驱动的压缩元件106通过悬簧107弹性地容纳在密闭容器101中，电动马达元件105由逆变器以包括一个小于电源频率的运行频率的多运行频率驱动，在此，30Hz或者更小的频率包括在此运行频率中。密闭容器101由索环126支撑。
轴110包括(i)与转子104挤压接合的主轴本体111，(ii)与主轴本体111偏心设置的偏心轴本体112，(iii)与主轴本体111共轴的辅助轴本体113，(iv)在偏心轴本体112和辅助轴本体113之间起连接作用的接合处114，和(v)由与轴110同样的材料制成的，位于辅助轴本体113下方的平衡锤122。活塞设置在平衡锤122的水平延长线上。
带有近似圆柱形压力室117的气缸体116包括辅助轴承119，用于在其上方支撑辅助轴本体113。用于支撑主轴本体111的主轴承118通过螺钉123安装在气缸体116的下方。活塞120滑动地插在气缸体116的压力室117中，活塞120通过连接装置121与偏心轴本体112相连。假设把主轴本体111的轴心111a作为坐标原点，平衡锤122的外周坐标(x，y)用(表达式-1)和(表达式-2)表示。
x＝[s·cos(360°-θ)+L·cos{(sin-1(s·sin(360°-θ)/L)}+C-α]·cos(360°-θ)(表达式-1)y＝[s·cos(360°-θ)+L·cos{(sin-1(s·sin(360°-θ)/L)}+C-α]·sin(360°-θ)(表达式-2)
其中s轴110的偏心值(主轴本体111的轴心111a和偏心轴本体112的轴心112a之间的距离)L连接装置121的节线长C活塞120裙长度(skirt length)α平衡锤122的外周和活塞120之间的距离θ偏心轴本体112的旋转角度例如，假如轴110的偏心值s为10mm，连接装置121的节线长L为37.3mm，活塞120的裙长度C为9.9mm，且平衡锤122的外周和活塞120之间的距离α为1.5mm，平衡锤122的外周坐标(x，y)具体由(表达式-3)和(表达式-4)确定。
x＝[10.0×cos(360°-θ)+37.3×cos{(sin-1(10.0×sin(360°-θ)/37.3))+9.9-1.5)×cos(360°-θ)(表达式-3)y＝[10.0×cos(360°-θ)+37.3×cos{(sin-1(10.0×sin(360°-θ)/37.3))+9.9-1.5)×sin(360°-θ)(表达式-4)在此结构中，在平衡锤122和活塞120接近的间隔位置，平衡锤122的外周和活塞120之间的距离一直保持在1.5mm恒定不变。也就是说，在带有设置在活塞120的水平延长线上的平衡锤122的结构中，为了有效利用活塞120的轴110一侧的空间，通过将距离α设成2.0mm或者更小，可以装备质量较大的平衡锤122。此外，如果考虑部件尺寸精度的波动，通过将距离α限定在1.5mm，能获得足够的设计质量。
通过平衡锤122的旋转所获得的惯性力的大小，与从偏心轴本体112的轴心122a到平衡锤122的重心之间的距离和平衡锤122质量的乘积成正比。因此，根据本发明的优选实施例，与现有技术中近似弧形轮廓的平衡锤122相比，可以提供一个更大的惯性力。也就是说，活塞120往复的惯性力与现有技术相比可以更有效地抵消，从而无需以减小压缩机尺寸为代价就可以使振动减小。
作为制冷剂，迄今为止，通常使用四氟乙烷(R134a)，但三甲基甲烷(R600a)可以用在此优选实施例中，R600a的密度小，大约是R134a的0.6倍。因此，为了获得与R134a相同的制冷容量，所需的容积大约是其1.7倍大，同时活塞120的质量也显著增加。然而，本实施例在有限的空间中加入了具有较大惯性力的平衡锤122，活塞120往复的惯性力可以充分地抵消，同时压缩机的振动也可以降低。
此外，为实现高效率，轴承两侧受支撑，与轴承一侧受支撑相比，整个高度会较高。然而，在平衡锤122设置在活塞120的水平延长线上的结构中，具有较大惯性力的平衡锤122可以装备在有限的空间内，因此，整个高度不会有太大增加。也就是说，无需以减小压缩机的尺寸为代价，就可以获得高效率和低振动的压缩机。
在与轴110分离地设置平衡锤122时，通过采用能够获得近似压模精度的尺寸精度的加工工序，例如，烧结成型和钢板挤压成型，可以获得高尺寸精度的平衡锤，因此，可以缩短平衡锤122外周和活塞120之间的距离α。也就是说，由于在有限的空间中能够装备具有较大惯性力的平衡锤122，所以可以进一步降低压缩机的振动。
在轴承两端被支撑的情况下，通过使用螺栓或者铆钉将分开设置的平衡锤122安装在辅助轴本体133的下方，装配起来更容易，同时可以降低压缩机的制造成本。
在此优选实施例中，支撑主轴本体111的气缸体116和主轴承118用螺钉123固定，但主轴承118也可以在气缸体116中做成一体，在此情况下，可以获得同样的效果。
与活塞120相连的连接装置121的较小端一侧呈环状，但也可以使用球形的球窝接头，在此情况下，可以获得同样的效果。
在平衡锤122的外周部分设置缺口或者凹陷，也可以获得与本发明近似相同的效果。
电动马达元件105由逆变器通过驱动电路(未示出)以多运行频率驱动，该运行频率至少包括一个小于电源频率的30Hz或者更小的运行频率。因此，在负载变化较大的家用制冷机器中，例如冰箱和冷冻机，可以获得适当的制冷效果。
另一方面，由于电动马达元件105和压缩元件106通过悬簧107弹性支撑，所以它们具有低特征值。由于逆变器以低于30Hz的运行频率驱动，压缩元件106的振动接近于其特征值，同时由于共振使振动也增加了。根据此优选实施例，由于通过平衡锤122提供的较大的惯性力而可以使压缩元件106的振动减小，因此以低于30Hz的低运行频率运行是可以实现的。
工业应用性根据本发明所述，由于通过在有限的空间中、在活塞的水平延长线上装备一个带有足够惯性力的平衡锤，可以有效抵消活塞的惯性力，所以可以减小封闭式压缩机的振动。因此本发明提出一种可以连接到冰箱、空调或者冷冻机的制冷循环中的低振动类型的封闭式压缩机。
权利要求
1.一种封闭式压缩机，包括电动马达元件；由所述电动马达元件驱动的压缩元件；容纳所述电动马达元件和压缩元件的密闭容器；和包含在所述密闭容器中的制冷剂，所述压缩元件包括带有偏心轴本体和主轴本体的轴；带有压力室的气缸体；在压力室中往复运动的活塞；连接所述活塞和所述偏心轴本体的连接装置；和设置在所述轴上的平衡锤，其中所述活塞设置在所述平衡锤的水平延长线上；和其中所述平衡锤设置成这样的形状，即在所述平衡锤和活塞接近的间隔位置所述平衡锤的外周和所述活塞之间的距离基本恒定。
2.如权利要求1所述的封闭式压缩机，其中假设把主轴本体11的轴心111a作为坐标原点，平衡锤122外周的x坐标和y坐标基本表示如下x＝[s·cos(360°-θ)+L·cos{(sin-1(s·sin(360°-θ)/L)}+C-α]·cos(360°-θ)y＝[s·cos(360°-θ)+L·cos{(sin-1(s·sin(360°-θ)/L)}+C-α]·sin(360°-θ)其中s主轴本体的轴心和偏心轴本体的轴心之间的距离，L连接装置的节线长，C活塞裙长度，α平衡锤的外周和活塞之间的距离，和θ偏心轴本体的旋转角度。
3.如权利要求1或2所述的封闭式压缩机，其中所述平衡锤外周和所述活塞之间的距离为2mm或者更小。
4.如权利要求1或2所述的封闭式压缩机，其中所述平衡锤通过烧结合金或者钢板压制工艺制造。
5.如权利要求1或2所述的封闭式压缩机，其中所述制冷剂为R600a。
6.如权利要求1或2所述的封闭式压缩机，还包括与主轴本体共轴设置的辅助轴本本体；和用于支撑所述辅助轴本体的辅助轴承，其中所述平衡锤安装在所述辅助轴本体的偏心轴本体一侧的端部。
7.如权利要求1或2所述的封闭式压缩机，其中所述电动马达元件由逆变器以多种运行频率驱动，其中所述多种运行频率至少包括一个小于电源频率的运行频率。
8.如权利要求7所述的封闭式压缩机，其中所述运行频率至少包括一个小于30Hz的频率。
全文摘要
平衡锤的外周被设计成如此形状，即在所述平衡锤和活塞最接近的间隔位置所述平衡锤的外周和所述活塞之间的距离基本恒定不变。
文档编号F04B27/02GK1701180SQ20048000090
公开日2005年11月23日 申请日期2004年6月17日 优先权日2003年8月26日
发明者垣内隆志 申请人:松下电器产业株式会社