摇摆板型可变容积式压缩机的制作方法

专利名称：摇摆板型可变容积式压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于压缩空调中的制冷剂的容积式泵或压缩机，尤其涉及摇摆板型压缩机，该摇摆板型压缩机适于诸如公共汽车用压缩机的具有大排量的摇摆板型可变容积式压缩机。
背景技术：
日本未审专利出版物No.2-275070描述了用于摇摆板型可变容积式压缩机中的摇摆板的旋转停止机构。所述旋转停止机构包括与驱动轴平行地设置在摇摆板的外周边的一部分上的导杆。然而，未解决的问题是，当旋转停止机构设置在摇摆板的外周边部分上时，压缩机的径向尺寸增大，压缩机变大。并且，根据所述结构，由于旋转部分的转动惯量由摇摆板的外周边部分承受，过多的转动惯量作用于摇摆板上且旋转停止机构特别在提供大排量的高速旋转期间易于破裂。所述破裂造成整个压缩机可靠性下降。
因此，日本未审专利出版物No.2002-332961提出了一种摇摆板型压缩机，这种摇摆板型压缩机的结构为，包括万向节和不转动的中心轴的旋转停止结构设置在摇摆板的中心。所述结构能减小现有技术中旋转停止结构设置在摇摆板的外周边部分上的摇摆板型压缩机的尺寸，同时由于中心部分能承受转动部分的转动惯量，所以能减少转动惯量。结果，可提高压缩机在高速转动期间的可靠性。然而，由于包括不转动中心轴的旋转停止机构设置在摇摆板的中心部分上，所以驱动轴不能延伸到中心部分，并且不可避免地被悬臂支支撑件支撑。因此，当使用现有技术的旋转停止结构时，仅承受扭矩的摇摆板必须仍承受径向负荷。
Flon(Freon氟里昂)型HFC134a在过去通常用作汽车等的空调中的制冷剂，但是已逐渐用相对无害的CO2代替，以克服氟里昂型制冷剂造成的环境污染。当通过摇摆板型可变容积式压缩机压缩CO2制冷剂时，与现有技术压缩机相比，更大的负荷作用于摇摆板的旋转停止机构上。此外，当旋转停止机构设置在这种摇摆板型可变容积式压缩机中的摇摆板的中心部分上时，除了承受扭矩外，旋转停止机构还在径向承受负荷。结果，由于旋转停止机构在过多负荷下破裂，所以整个压缩机的可靠性有可能下降。
将恒速万向节用作摇摆板的旋转停止机构并将其设置在摇摆板的中心处的结构从美国专利No.5,112,197、5,129,752和5,509,346中可知，但是这些专利具有很多问题。
例如，在美国专利No.5,112,197中，恒速万向节利用固定到缸体的延伸套筒的一部分被支撑。顺便提及，驱动轴由延伸套筒通过滚针轴承的可转动地支撑。因此，恒速万向节本身不具有内环，而是将延伸套筒的一部分用作内环。由于这种原因，出现这样的问题难以将恒速万向节装配到套筒上。由于用于限制最小容量的装置是与连杆部分的销接合的复位弹簧，所以也存在刚性问题。
在美国专利No.5,129,752中，恒速万向节自身具有内环，但所述内环不能在轴向方向上滑动。相反，用于支撑恒速万向节的轴部件(中心轴)能在驱动轴的方向上在缸体的中心内移动。然而，扭矩由于通过将一个销(键)插在中心轴和缸体之间而被承受，所以能承受的扭矩是有限的。可利用将缸体和中心轴之间的装配部分换成装配花键的装置来解决此问题。但是当缸体由铝制成时可能发生磨损问题。当缸体由铁制成时，存在重量增加的问题。当仅有花键部分由铁制成时，组件数量增加。并且，由于中心轴前后移动，所以在与缸体相对的一侧在用于可转动支撑上的驱动轴的滚针轴承处发生滑动，且轴承寿命降低。
在美国专利No.5,509,346中，中心轴固定到缸体，从而能解决美国专利No.5,129,752中由于中心轴移动造成的问题。然而，作为恒速万向节的旋转停止机构整体具有复杂的锥形，且不能解决难以生产和装配的问题。
并且，专利No.5,112,197和5,509,346都具有共同的问题因为通过连杆部分与驱动轴一体转动的轴颈设置在摇摆板的外周边部分上，以便使其在工作期间保持平衡，所以压缩机的尺寸变大。

发明内容
当旋转停止机构设置在摇摆板型可变容积式压缩机中的摇摆板的中心处以减小压缩机尺寸时，本发明目的在于提供解决上述现有技术的问题的新颖的装置，在旋转停止机构设置在摇摆板的中心处时能防止旋转停止机构破裂，且甚至在排量变得很大的高速旋转期间或甚至在必须将制冷剂压缩到高压时，通过限制作用在旋转停止机构上和支撑摇摆板的中心轴上的径向负荷增加，能提高整个压缩机的可靠性。
本发明的另一目的是提供一种摇摆板型可变容积式压缩机，所述压缩机易于制造和装配，且具有小尺寸和良好平衡，所有这些都是大容量压缩机的重要因素。
因为作用在摇摆板的旋转停止机构上和支撑摇摆板的中心轴上的径向负荷变得太大，所以出现上述现有技术的问题。将此事实特别考虑进来，本发明将用于减少作用在旋转停止机构上和中心轴上的径向负荷的新颖的装置作为特性，以提高压缩机的可靠性。
将更具体地说明所述结构。在具有如下系统的摇摆板型可变容积式压缩机中，其中没有穿透壳体的驱动轴被悬臂，且摇摆板通过设置在摇摆板中心处的旋转停止机构由不同于驱动轴的不转动中心轴支撑，例如，两种负荷，即，由于制冷剂压缩产生的扭矩形成的在转动方向上的负荷和当摇摆板通过旋转停止机构轴中心轴支撑时产生的径向负荷，叠加地作用于摇摆板的旋转停止机构上。因此，在本发明中，这两种负荷没有仅被旋转停止机构和中心轴支撑。换句话说，旋转停止机构承受转动方向上的负荷以及径向负荷，在提供最大排量的操作条件下以减少作用于旋转停止机构和中心轴上的径向负荷的方式彼此接合的部分分别设置在驱动轴侧的一部分上和相应的驱动板的一部分上，从而由这些部分构成的特定负荷支承部分能承受径向负荷，且转动方向上的负荷和径向负荷都能被最佳部分承受。
在此情形下，彼此接合并构成负荷支承部分的部分中的至少之一能成形为在轴向方向上从驱动轴侧凸出或从驱动板侧凸出的凸起，且该部分能构成相对于驱动轴的中心轴线倾斜的斜面。因此，作用于摇摆板上的压缩反作用力被分成轴向负荷和径向负荷，且这些负荷能传送到驱动轴。由于普通驱动轴由径向轴承和止推轴承可靠地支撑，所以作为压缩反作用力分量的这些负荷没有任何问题地通过这些轴承由壳体支撑。
当在特定负荷支承部分上形成的斜面具有平面形状时，所述负荷支承部分被允许仅在提供最大排量的操作范围内和其附近有效操作。因为作用于旋转停止机构和中心轴上的径向负荷仅在提供最大排量的操作范围内和其附近成为问题，所以特定负荷支承部分能在大多数情况下充分保护旋转停止机构。然而，如果有必要在具有较宽范围的高排量的操作范围内保护旋转停止机构和摇摆板，则斜面优选具有曲面，以便扩展负荷支承部分的接合和操作范围。
当将旋转停止机构设置在壳体中心并由不转动中心轴支撑时，十字接头可用作万向节用于将作为旋转停止机构的组成部分的摇摆板和不转动中心轴互联。然而，因为十字接头在严格意义上不具有恒速性能，所以转动分量轻微留在最初不转动的摇摆板中。当该分量成为问题时，例如球笼式等其它恒速万向节可用于代替十字接头。
在根据本发明的摇摆板型可变容积式压缩机中，用于禁止摇摆板(摇摆斜盘)转动的转动停止机构具有内环，且由固定到壳体的中心轴支撑。当内环能够移动同时其在轴向上的转动被限制在中心轴上时，转动停止机构能在轴向方向上移动。因此，为了装配压缩机，可通过预先将内环装配到转动停止机构，将转动停止机构容易地装配到压缩机上。由于内环能在轴向方向上移动，所以能确保足以确保可变排量的冲程，而不会造成外环尺寸增加和转动停止机构自身尺寸增加。并且，由于中心轴固定，所以振动很小，刚性很到，从而所述结构在可靠性、振动、和噪音方面是有利的。
根据本发明的压缩机包括和转动停止机构接触或与摇摆板接触的最小容量限制部分，最小容量限制部分限制转动停止机构在轴向方向上的移动。更具体地，压缩机包括与内环接触的最小容量限制部分，最小容量限制部分限制转动停止机构在轴向方向上的移动，并确定最小容量。因此，摇摆板不会倾斜超过最小容量，且活塞顶部不会撞击阀板，从而确保了高可靠性。
在根据本发明的压缩机中，转动停止机构的摇摆中心设置的比到摇摆板一侧更靠近前侧。因此，驱动部分的重心和转动停止机构的摇摆中心彼此大体重合，且在所有容量上平衡都是最令人满意的。并且，不需要添加新的平衡器，从而压缩机的尺寸不会增加。
在根据本发明的压缩机中，转动停止机构包括万向节，所述万向节至少包括内环、外环、和滚珠。通过将球笼式恒速万向节用作使摇摆板和中心轴互连的万向节，可从摇摆板完全消除转动分量。
在根据本发明的压缩机中，支撑转动停止机构的中心轴具有悬臂支撑结构，所述悬臂支撑结构一端是自由端，另一端固定到壳体。由于将中心轴推到并固定到缸体的中心部分中，所以即使通过悬臂支撑结构也可确保刚性。
在根据本发明的压缩机中，支撑转动停止机构的中心轴具有双杠杆支撑结构，所述双杠杆支撑结构一端由设置在驱动轴上的轴承支撑，另一端以不能转动的方式由壳体支撑。因此，可能支撑作用于中心轴上的负荷，从而提高可靠性并减少振动和噪音。
在根据本发明的压缩机中，用于在轴向方向上偏压转动停止机构的偏压件设置在前侧和后侧，以便使转动停止机构介于它们之间，前侧的偏压件在最小容量方向上操作，且偏压件在最大容量方向上操作。因此，向着最大容量侧操作的偏压件能有助于容量返回时的控制，且向着最小容量操作的偏压件能在操作开始时减少功率。
在根据本发明的压缩机中，中心轴的最小容量限制部分由台阶构成，所述台阶的直径小于固定到壳体的中心轴的部分以与内环接触。由于台阶部分设置为中心轴上的最小容量限制部分，所以可易于形成最小容量限制部分。
根据本发明的压缩机可确保以作为flon(Freon氟里昂)型制冷剂的HCL134a的冷却容量计算的至少为300cc的容量。因此，可提供能应用于公共汽车的大容量压缩机。
如下所述，结合附图，根据本发明的优选实施例的描述，能更完全地理解压缩机。


在附图中图1是根据本发明第一实施例的压缩机的100％容量操作条件的纵向截面图；图2是放大地示出图1中的转动停止机构的相关部分的截面图；图3是根据第一实施例的压缩机的0％容量操作条件的纵向截面图；图4以相应于图2的方式放大地示出根据现有技术的压缩机的转动停止机构的相关部分的截面图；图5是示出与现有技术实例相比本发明的效果的条线图；图6是放大地示出根据本发明第二实施例的压缩机中的转动停止机构的相关部分的截面图；图7是在100％容量时根据本发明第三实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的总构造的纵向截面图；图8是在最小容量时根据本发明第三实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的纵向截面图；以及图9是在100％容量时根据本发明第四实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的纵向截面图。
具体实施例方式
(第一实施例)图1至3示出根据本发明第一实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的构造及其操作条件。图1示出在提供最大排量(100％)的操作条件下压缩机1的总构造。图2详细放大地示出图1的主要部分。图3示出了提供最小排量(0％)的操作条件。在这些图中，参考标号2表示作为压缩机1的外壳的一部分的前端罩。参考标号3表示通过诸如螺栓等图中未示出的紧固装置与前端罩2成一体的壳体。缸体4固定在壳体内，且多个(例如，五个)缸膛5在图1中的水平方向上(在后来出现的驱动轴的轴向方向上)绕中心线大体等距设置。吸入室6在壳体3后部的外周边部分上形成为大体环状空间，且排放室7在中心部分上形成为一空间。
参考标号8表示用于接收来自动力源的回转力的驱动轴。盘部分9与驱动轴8一体形成，从而以直角与驱动轴8相交。两个臂10形成为从靠近盘部分9的外周边的部分向后凸出，彼此平行且它们之间具有预定间隙。驱动轴8通过两个径向轴承11和12由作为壳体的一部分的前端罩2可转动支撑，且通过支撑盘部分9的背面的止推轴承13在轴向方向上由前端罩2可转动支撑。顺便提及，轴承密封装置14置于径向轴承11和12之间，并防止流体从驱动轴8的周边泄露。
参考标号15表示大体环状的驱动板，所述驱动板具有从驱动板的一部分向前凸出的臂部分16。具有预定形状并作为凸轮操作的细长开口17设置到臂部分16上，且在驱动轴8一侧装配在两个平行臂10之间以便桥接它们的销18插入细长开口17中并与之接合。这些部件构成连杆机构57，从而驱动板15能随驱动轴8转动，且驱动轴8能在角度可变的状态下相对于盘部分9倾斜。摇摆板19具有大体环形的形状，且仅能在后来出现的装置禁止其转动时摇摆，摇摆板19通过径向轴承20和止推轴承21由驱动板15支撑。顺便提及，连杆机构57当然可用展示与连杆机构57相同功能的其它机构替换。
将与摇摆板19成一体的大体柱状的外环22装配进摇摆板19的开口中，且其台阶部分23和其直径减小部分24一起支撑上述径向轴承20的内圈(lace)。径向轴承20的外圈由大体柱状的驱动板15的开口的内表面支撑。外螺纹部分25形成在图2中外环22的直径减小部分24的最左部分上，且与外螺纹部分25啮合的螺母26紧固径向轴承20的内圈和具有台阶部分23。
径向轴承20以这样的方式连接驱动板15、外环22、和摇摆板19，从而它们能相对于彼此转动。由于止推轴承21置于驱动板15和摇摆板19之间，所以摇摆板19和外环22随着驱动板15摇摆，但是能停止而没有与驱动板15的转动无关的转动。
为了阻止外环22和摇摆板19转动，一对球面28形成在外环22的内表面上，以便凹进且彼此面对。具有球形外部形状的内环29与这些球面28接合，以便能滑动。穿过球面28的中心的一对销30支撑外环22和内环29，以便能相对于彼此转动。销31在以直角与销30相交的方向上装配到内环29上，并由在轴32的远端的水平孔口33可转动地接收，其中所述中心轴由驱动轴8中心线的延长线上的缸体4支撑，且不转动。
因此，当外环22、销30、内环9、销31、和中心轴32构成作为一种万向节的已知十字接头(钩接头)37时，与外环22成一体的摇摆板19能自由倾斜并随着驱动板15摇摆，且位于销30的中心线和销31的中心线之间的交叉点52作为其中心。在下文中将所述交叉点52称为驱动板15、摇摆板19等的“摇摆中心”。
上述中心轴32由缸体4支撑，以便不在驱动轴8的延长线上转动，而是能在轴向方向上移动。因此，可利用多种已知装置，例如，在缸体4的中心处在轴向方向上形成具有花键槽和相应花键凸起的孔口51并使它们互相啮合的装置，其中所述花键凸起将配合到中心轴32外表面上的花键槽内并与之啮合；将缸体4的中心轴32和孔口51形成为正方形截面形状或其它多边形形状的装置；或通过键和键槽使缸体4的中心轴32和孔口51互连的装置。这样，被禁止转动的十字接头37和中心轴32一起构成用于根据第一实施例的压缩机1中的摇摆板19的转动停止机构56。
与上述缸膛5数量相同的球形凹部34在摇摆板19的球状部分处形成，且形成在相同数量的连接杆35的一端的数量相同的球状终端部分36与凹部34接合。球状凹部39也形成在插入各个缸膛5中以便能滑动的活塞38中，且形成在连接杆35的另一端的球状终端部分40分别与这些球状凹部39接合。
顺便提及，摇摆板19的每个球形凹部34绕连接杆35的球状终端部分36被填隙(caulked)，并被防止脱落。类似地，活塞38的每个球形凹部39绕球状终端部分40被填隙并被防止脱落。这样，在第一实施例中摇摆板19和活塞38通过铆接互连到连接杆35的球状终端部分36和40上，但是本发明中在此部分的互连方式不特别限制为铆接，在某些情形下也可采用其它互连方式。
参考标号41表示由厚板构成的阀板。至少一个吸入口42和排放口43敞开到相应于每个缸膛5的位置，以便穿透阀板41。阀板41的每个吸入口42由吸入阀从缸膛5一侧关闭，其中所述吸入阀形状类似于簧片阀，且在由弹簧薄钢板形成的吸入阀板44的一部分上形成。类似地，每个排放口43由排放阀从排放室7一侧关闭，其中所述排放阀形状类似于簧片阀，且在由弹簧薄钢板形成的排放阀板45的周边部分上形成。当阀板41、44、和45通过图中未示出的方式彼此固定并成一体时，它们被夹在并固定在缸体和壳体3之间。顺便提及，参考标号46表示用于保护通过螺钉47等装到阀板41上的排放阀的止动器。
参考标号48表示装到壳体3后端的压力控制阀。所述压力控制阀48由诸如电子控制器等未示出的控制器控制，在吸入室6中的流体(制冷剂)的压力，即吸入压力，和排放室7中的流体(制冷剂)的压力，即排放压力，之间产生任意量级的流体压力，并将所述压力作为控制压力供给驱动板15和摇摆板19所处的控制压力室49。
上面给出的解释仅涉及图中示出的实施例的摇摆板型可变容积式压缩机1中与现有技术的类似压缩机的结构相类似的基本结构部分。为了使本发明更容易理解，这里将仅对基本结构部分的操作给出解释。由于压缩机1的最适合的应用是汽车空调的制冷剂压缩机，将对压缩机1用于汽车空调的情形给出解释。
当驱动轴8被诸如安装到汽车上的内燃机或发动机等外部动力源通过皮带传动齿轮驱动或直接被驱动转动时，通过臂10、销18、细长孔口17、和臂部分16与驱动轴8的盘部分9互连的驱动板15随驱动轴8转动。然而，摇摆板19不转动，因为其通过轴承20和21与驱动板15互连，且其中心部分通过十字接头37由不转动的中心轴32支撑。当驱动板15相对于以直角与驱动轴8相交的虚平面倾斜时，摇摆板19仅进行具有相应于倾角的幅度的摇摆运动。因此，通过连接杆35互连到摇摆板19的多个活塞38在相应的缸膛5内往复运动。
结果，在多个活塞38顶面上形成的操作室内之中处于吸入冲程的操作室50膨胀并达到低压，且将被在吸入室6内压缩的制冷剂推开在阀板41的吸入口42处形成的吸入阀，并流入操作室50。相反，由于在活塞38的顶面上形成的处于压力进给冲程的操作室50变小，所以所述操作室50内的制冷剂被压缩，并达到高温，从而制冷剂推开在每个阀板41的排放口43处设置的排放阀。驱动轴8每旋转一周压缩机1的排出量与由驱动板15和摇摆板19的倾角θ确定的每个活塞38的冲程长度大体成比例。
可通过改变上述驱动板15和摇摆板19的倾角θ改变压缩机1的排量。因此，为了控制排量，作为本实例压缩机1内所有活塞38的背压力的控制压力室49内的压力由压力控制阀48控制到由图中未示出的控制器指示的任意压力。如上所述，排放室7内的高压和吸入室6内的低压之间的任意压力被从压力控制阀48导入上述控制压力室49。
例如，当控制压力室49内的压力，即活塞38的背压力升高时，改变与在每个活塞38的顶面上形成的操作室50内的压力的平衡。因此，多个活塞38共有的下部死点的位置移动到靠近阀板41的位置，在所述位置可建立新的压力平衡且摇摆板19的摇摆中心随着下部死点的移动移动到靠近阀板41的位置。因此，摇摆板19和驱动板15的倾角θ变得更大，所有活塞38的冲程同时变小，且压缩机的排量没有梯级地减小。
图3示出这样的状态，控制压力室49内的压力达到最大，活塞38的下部死点与最接近阀板41的位置上的上部死点大体重合，且活塞38的冲程大体变成零，从而排量大体零。在此情形下，由于驱动板15和摇摆板19的倾角θ大体为90°，所以即使在驱动板15随着驱动轴8转动时，摇摆板19大体停止且无转动和摇摆。因此，所有活塞38大体存在于上部死点的位置上，且实质上不在缸膛5内往复运动。然而，实际上，通过防止倾角θ严格达到90°，并留出小的排量，且通过使中心轴32的后端部接触阀板41或通过在中心轴32的后面设置压缩弹簧(未示出)不使其完全为零，改善对下一控制的响应。
相反，当通过未示出的控制器操作压力控制阀48，将控制压力室49内的压力降低到任意压力直到吸入压力时，作用于活塞38上的背压力变小，且所有活塞38的往复运动的下部死点被远离阀板41移位到背压力(控制压力室49的压力)的轴向力与由于在操作室50内的制冷剂压缩产生的压缩反作用力造成的轴向力平衡的位置。因此，如图1中所示，摇摆中心52和中心轴32在远离阀板41的方向上移动。
结果，摇摆板19与驱动板15的倾角θ变小，且摇摆幅度变大。因此，所有活塞38的冲程一起变大，且压缩机的排量没有任何梯级地变大。图1和2示出这样的状态，其中控制压力室49内的压力最小，驱动板15与摇摆板19的倾角θ变成最小，从而活塞38的冲程和压缩机1的排量变成最大。
上面解释了根据第一实施例的压缩机与现有技术共有的基本结构及其操作。接着，将说明第一实施例的压缩机1的特征部分。主要如图2中所示，凸起53形成在与驱动轴8成一体的盘部分9的周边部分的一部分上，且平坦斜面54形成在所述凸起53上。凸起55在驱动板15的一部分上形成，作为接触所述斜面54并与之接合的部件。包括斜面54的凸起53和55构成特定负荷支承部分58。
第一实施例的压缩机1的特征部分的构造如上所述。因此，在活塞38压缩操作室50内的制冷剂时由于压缩反作用力造成的作用于摇摆板19上和作用于驱动板15上的径向负荷(压缩反作用力在径向上的分量)通常通过转动停止机构56由中心轴32支撑，但是在压缩机1提供图1和2中所示的最大排量(100％容量)的操作条件或与其接近的操作条件下，驱动板15的凸起55在驱动轴8的盘部分9一侧与凸起53的斜面54接触，从而径向负荷通过由凸起53和55构成的特定负荷支承部分58直接由驱动轴支撑。
因此，由于在约为100％容量的操作下接收非常大的负荷的驱动板15和摇摆板19单元块由在轴向上设置在块的相对侧上的驱动轴8支撑，所以不会发生操作期间的中心偏差和故障。
由于由转动停止机构56承受的径向负荷由驱动轴8支撑，所以可提高十字接头的耐用性，最终，可提高压缩机1自身的可靠性。顺便提及，即使在径向负荷通过径向支撑部分58操作时，也不会发生问题，因为驱动轴8通过径向轴承11和12在径向上被牢固地支撑。尽管由于压缩反作用力负荷支承部分58的斜面54不仅产生径向负荷，也产生轴向负荷(压缩反作用力在轴向上的分量)，轴向负荷通过驱动板15、连杆机构57、驱动轴8的盘部分9、和止推轴承13由前端罩2可靠地支撑。
为了进行比较，图4示出不具有特定负荷支承部分58的传统压缩机59的主要部分。如可通过将图4与示出第一实施例的压缩机1的主要部分的图2进行比较可清楚地看到，当压缩机59进入100％容量的操作状态时，接触部分61设置在形成第一实施例的负荷支承部分58的一部分上，其中在压缩机59中，所述接触部分61由与驱动轴8的盘部分9的轴向方向上的端面60的一部分接触的平面构成。
接触部分61与盘部分9的轴向方向上的端面60接触，所述端面为垂直于驱动轴8和中心轴32共有的中心线的垂直平面。因此，即使在接触状态下，接触部分61也不能支撑作用于驱动板15和摇摆板19单元块上的轴向负荷。为此，径向负荷通过包括十字接头37的转动停止机构56由中心轴32支撑。因为对由驱动板15和摇摆板19构成的转动停止机构不利、也对由驱动板15和摇摆板19构成的单元块不利的径向负荷操作，所以这些部分的耐用性下降，从而传统压缩机59整体上失去可靠性。
图5示出在100％容量时作用于图1至3中所示的本发明第一实施例的压缩机1和图4中所示传统压缩机59的转动停止机构56上的负荷的量级的计算结果。响应于用于压缩制冷剂的压缩反作用力，用于转动停止机构56上的转动方向上的力，即扭矩，在两种压缩机中大体相等，但是作为转动停止机构56上的相同的压缩反作用力的径向方向上的分量的径向方向上的负荷(径向负荷)在本发明中大体零，因为，它通过负荷支承部分58由驱动轴8支撑，而径向负荷在现有技术实例中具有不能被忽略的量级。因此，本发明中的特定负荷支承部分58产生的效果是非常显著的。
(第二实施例)第一实施例中的负荷支承部分8在径向负荷达到最大的100％容量或100％容量附近时啮合和有效操作。图6中所示的第二实施例的特点在于，特定负荷支承部分62不仅在100％容量、而且在直到大约70％容量的宽的高排量操作范围内是有效的。在第二实例中的负荷支承部分62中，由曲面构成的斜面64在设置在驱动轴8的盘部分9上的凸起63上形成，且在与斜面64接触的驱动板15一侧的凸起65的远端形状为直径较小的诸如弧形的曲面。
因此，在第二实例的压缩机66的操作条件下，作用于驱动板15和摇摆板19单元块上的径向负荷通过特定负荷支承部分62被传送到驱动轴8，且不仅在100％容量时而且在高容量(约100到约70％)操作条件的宽广范围内由径向轴承11和12支撑。
图6中所示的第二实例的压缩机66的转动停止机构67与第一实例的转动停止机构56的不同在于，前者使用已知的球笼式(Birfield type)恒速万向节68，而后者使用十字接头37。在第二实例中，弹簧69介于驱动轴8的盘部分9和驱动板15之间，且总是在驱动板15和摇摆板19的倾角θ变大的方向(排量变小的方向)上偏压驱动板15和摇摆板19。另外，防止脱落的扣环70用于代替在连接杆35的球状端部36与摇摆板19的互连部分出的填隙。
第二实施例的压缩机66中的中心轴72在其后端固定到壳体3上，既不转动也不在轴向方向上移动。因此，在中心轴72的外周边表面上形成的花键凸起73与在恒速万向节68的内环74上形成的花键槽75啮合，允许恒速万向节68在轴向方向上移动，但是禁止摇摆板19通过内环74转动。
如上所述，作为第二实施例的本发明的主要目的的功能和效果与第一实例的功能和效果相同，尽管其构造与第一实施例的构造稍有不同。
(第三实施例)图8是示出在提供最大排量(100％容量)的操作条件下根据第三实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的总构造的纵向截面图，图8示出了提供图7中的压缩机的最小排量(0％容量)的操作条件。
第三实施例将本质上已知的球笼式恒速万向节68作为用于禁止外环22和摇摆板19转动的转动停止机构。因为所述转动停止机构及其周边部分的构造构成第三实施例的特征，所以将对其进行详细描述。由于基本结构与现有技术的结构相同，所以将省略对已经说明的那些部分的说明。
接着，将详细描述作为所述实施例的特征的转动停止机构及其周边部分的结构。所述实施例将用于机动车或工业设备的恒速万向节68用作转动停止机构。一体装配到摇摆板19的开口上的上述外环22用作恒速万向节的外环。恒速万向节68包括外环22、隔离环(cage)70、内环74、和多个滚珠71。恒速万向节68装配到中心轴32上，以便能在轴向方向上移动。换言之，中心轴32在其后端固定到缸体4上，且不转动，也不在轴向方向上移动。因此，在中心轴32的外周边表面上形成的花键凸起73与在恒速万向节68的内环74上形成的花键槽75进行花键啮合，允许恒速万向节68在轴向方向上移动，但是禁止摇摆板19通过内环74转动。
作为转动停止机构的恒速万向节68设置在中心轴68上，以便比摇摆板19更靠近前侧。因此，驱动部分(不同于中心轴的摇摆和转动部分)的重心与转动停止机构的摇摆中心大体重合，且在所有容量几乎都能保持满意的平衡。
将被固定到缸体4的中心轴32的一侧具有增大的直径，且恒速万向节68的内环74装配它以便能滑动的一侧具有减小的直径。台阶部分79形成在它们之间，并作为最小容量限制部分79操作。因此，当内环74撞击最小容量限制部分79时摇摆板19的倾角受到限制，从而限制了压缩机的最小容量。
诸如弹簧的偏压件78设置在中心轴32上，同时固定到邻近最小容量限制部分79的中心轴32的直径增加部分，并向最大容量侧偏压摇摆板19。偏压件78有助于在容量返回时的控制。诸如弹簧的偏压件77设置在中心轴32上，同时固定到与其中中心轴32固定到缸体4且被缸体4支撑的一侧相对的自由端侧上的端面上，并向后偏压恒速万向节68的内环74。在压缩机工作期间偏压件77起到帮助向压缩机的最小容量侧控制的作用，在压缩机停止时还起一直保持摇摆板19位于较小容量侧的作用。因此，可降低开始时的功率。
将说明具有上述结构的第三实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的操作。在压缩机1的最适合的应用是汽车空调的制冷剂压缩机时，将对压缩机用于汽车空调的实例给出说明。
当驱动轴8被诸如安装到汽车上的内燃机或发动机等外部动力源通过皮带传动齿轮驱动和转动或直接驱动和转动时，通过臂10、销18、细长孔口17、和臂部分16互连到驱动轴8的盘部分9的驱动板随着驱动轴8转动。然而，摇摆板19不转动，因为其通过轴承20和21互连到驱动板15，且其中心部分通过恒速万向节68由不转动的中心轴32支撑。当驱动板15相对于以直角与驱动轴8相交的虚平面倾斜时，摇摆板19仅进行具有相应于倾角的幅度的摇摆运动。因此，通过连接杆35互连到摇摆板19的多个活塞38在相应的缸膛5内往复运动。
结果，在多个活塞38的顶面上形成的多个操作室之中的处于吸入冲程的操作室50膨胀，并达到低压，且将在吸入室7内被压缩的制冷剂推开形成在阀板41的吸入口42处的吸入阀，并流入操作室50。相反，由于形成在活塞38的顶面上的处于压力进给冲程的操作室50变小，所以所述操作室50内的制冷剂被压缩，并达到高温，从而制冷剂推开设置在每个阀板41的排放口42处的排放阀。驱动轴8每旋转一周压缩机1的排量与由驱动板15和摇摆板19的倾角θ确定的每个活塞38的冲程长度大体成比例。
如上所述，可通过改变驱动板15和摇摆板19的倾角θ改变压缩机1的排量。因此，为了控制排量，控制压力室(曲轴室)49内的压力作为本实例的压缩机1内所有活塞38的背压力被压力控制阀48控制到由图中未示出的控制器指示的任意压力。排放室6内的高压和吸入室7内的低压之间的任意压力从压力控制阀48被导入上述控制压力室49。
例如，当控制压力室49内的压力，即活塞38的背压力，升高时，在每个活塞38的顶面上形成的操作室50内的压力的平衡改变。因此，多个活塞38共有的下部死点的位置移动到靠近阀板41的位置，在所述位置上，可建立新的压力平衡，且摇摆板19的摇摆中心随着下部死点的移动移动到靠近阀板41的位置。因此，将摇摆板19和驱动板15的倾角θ(θ的定义驱动板与中心轴的轴向方向所成角度)设定为θ＝0。因此，所有活塞38的冲击同时变小，且压缩机的排量减小且没有梯级。
图8示出这样的状态，其中控制压力室49内的压力达到最大，活塞38的下部死点与最接近阀板41的位置上的上部死点大体重合，且活塞38的冲程大体变成零，从而排量大体零。在此情形下，由于驱动板15和摇摆板19的倾角θ大体为90°，所以即使在驱动板15随着驱动轴8转动时，摇摆板19停止，而无转动和摇摆。因此，所有活塞38大体存在于上部死点的位置上，且实质上不在缸膛5内往复运动。然而，实际上，通过防止倾角θ严格达到0°，并留出小的排量，且通过使中心轴32的后端部接触阀板41，或通过在中心轴32的后面设置压缩弹簧(未示出)不使其完全为零，改善对下一控制的响应。
相反，当通过未示出的控制器操作压力控制阀48，将控制压力室49内的压力降低到任意压力直到吸入压力时，作用于活塞38上的背压力变小，且所有活塞38的往复的下部死点被远离阀板41移位到其中背压力(控制压力室49的压力)的轴向力与由于在操作室50内的制冷剂压缩产生的压缩反作用力造成的轴向力平衡的位置。因此，如图7中所示，摇摆中心在远离阀板41的方向上移动。
结果，摇摆板19与驱动板15的倾角θ由此变小，且摇摆幅度变大。因此，所有活塞38的冲程一起变大，且压缩机的排量变大且没有任何梯级。图7示出这样的状态，其中控制压力室49内的压力最小，驱动板15与摇摆板19的倾角θ也变成最小，从而活塞38的冲程和压缩机1的排量最大(100％容量)。
接着，将对所述实施例的特征部分的功能和效果进行说明。
在所述实例中，用于支撑作为转动停止机构的恒速万向节68的中心轴32固定到缸体4，即壳体上。
假定用于固定恒速万向节的轴没有被固定，则在容量改变时所述轴必须向缸体移动。因此，在作用于恒速万向节的负荷最大的100％容量时，由壳体(缸体4)支撑的部分变短，在轴端部出现过多负荷，且不能确保轴的滑动部分的可靠性。并且，由于轴可能移动，同时在容量改变时过多负荷作用于轴端部上，所以发生轴端部切割壳体(缸体)的问题。因为支撑恒速万向节68的中心轴32固定到壳体(缸体)上，所以本实施例能避免这样的问题。
当恒速万向节自身具有内环时，仅需要提前装配恒速万向节，接着在装配压缩机时将其装配到压缩机中。因此，装配容易。假定恒速万向节自身不具有内环，所以必须在压缩机装配的同时装配恒速万向节。因此，必须同时执行两个装配操作，从而变得困难。
并且，在该实施例中，作为转动停止机构的恒速万向节68能沿中心轴32滑动。
当恒速万向节不具有内环时，如果在恒速万向节中具有移动结构且恒速万向节的尺寸变大，则外环变大。然而，在所述实施例中，当内环在轴向上移动时，外环的尺寸不增加。因此，无需增加恒速万向节的尺寸，就可确保可变容量足够的活塞冲程。
在所述实施例中，摇摆板19比转动停止机构68更靠近后侧设置。因此，驱动部分和转动停止机构的重心彼此大体重合，且在所有容量平衡变得非常好。并且，不需要添加新的平衡器，从而压缩机的尺寸不会增加。顺便提及，术语“摇摆中心”是指恒速万向节的摇摆中心，术语“驱动部分的重心”表示诸如驱动板、摇摆板、恒速万向节的转动和摇摆的部分的重心。通过在三维CAD上确定重合位置，确定摇摆中心和重心的重合。换句话说，通过从摇摆板的球形座向前侧移动恒速万向节的摇摆中心，可确定大体重合的点。
在所述实施例中，支撑驱动板15和摇摆板19的中心轴32被推到缸体4的中心部分中并固定在其中。因此，与中心轴在轴向上移动的类型相比，振动很少，刚性很大。因此，该实施例在可靠性、震动、和噪音方面是有利的。
最小容量限制部分79被设置到中心轴32上，且与恒速万向节68的内环74接触，从而限制压缩机的最小容量。因此，摇摆板19不会在最小容量之外倾斜，且每个活塞38的顶部不会撞击摇摆板41。因此可提高可靠性。
在所述实施例中，设置诸如弹簧的用于向最大容量侧偏压的偏压件78，且在压缩机的容量返回时偏压件78有助于控制。同样，设置诸如弹簧的用于向最小容量侧偏压的偏压件77。因此，可在停止时将容量设定为最小，且减小压缩机启动时所需要的功率。
在该实施例中，优选确保以flon(Freon)型制冷剂的HFC 134a制冷剂计算的至少为300cc的容量。当所述条件满足时，可获得可应用于公共汽车等的空调的大容量压缩机。顺便提及，以制冷剂HFC134a计算的至少为300c的容量相应于例如CO2制冷剂的情形下的100cc的容量。
图9是示出在提供最大排量(100％容量)的操作条件下的根据本发明第四实施例的摇摆板型可变容积式压缩机的总结构的纵向截面图。在所述第四实施例中，凹入部分81形成在面对中心轴32的一侧的驱动轴8的中心处，且径向轴承(滑动轴承)82设置在所述凹入部分81内侧，以便可将中心轴32的端部配合到径向轴承82中并被其支撑。换句话说，尽管在第三实施例中中心轴32仅通过一端侧由缸体(壳体)4固定和支撑，但第四实施例使用双杠杆支撑结构，其中中心轴32的末端之一由驱动轴8支撑。由于其余结构与第三实施例相同，所以将省略对其的说明。
因为中心轴32在其两端被支撑，所以中心轴可以在其两端接收作用于其上的负荷，具有比悬臂结构更高的刚性，能提高可靠性，从而能进一步减少震动和噪音。
滚珠轴承(滚珠和滚柱轴承)可用于代替径向轴承82作为用于支撑中心轴32的轴承。
尽管已经对根据本发明的特定负荷支承部分能够合适地用于用在汽车空调中的摇摆板型可变容积式压缩机的效果作出了描述，但是这种负荷支撑结构当然通常可应用于包括摇摆板型泵和马达的摇摆板型流体机械。
尽管已经参考为了说明目的选择的具体实施例描述了本发明，但显然的是，本领域的技术人员可对本发明作出许多修改，而不偏离本发明的基本原理和范围。
权利要求
1.一种摇摆板型可变容积式压缩机，包括驱动轴，该驱动轴通过轴承由壳体可转动地支撑并接收来自动力源的回转力；驱动板，该驱动板被互连到所述驱动轴用于转动，并能够相对于所述驱动轴倾斜；摇摆板，该摇摆板通过轴承被互连到所述驱动板，以便能够倾斜与所述驱动板相同的倾角但不能转动；活塞，每个活塞分别被互连到所述摇摆板以便能够往复运动，被装配到缸体的相应缸膛内，并且吸入和压缩流体；中心轴，该中心轴由所述壳体支撑在所述驱动轴的延伸线上，用于支撑所述驱动板和所述摇摆板；以及用于禁止所述摇摆板转动的转动停止机构；其中在所述驱动轴侧的一部分上和在所述驱动板的相应侧的一部分上形成彼此接合的部分，以便至少在提供最大排量的操作条件下减少由所述中心轴支撑的径向负荷，且所述部分一起构成用于支撑径向负荷的负荷支承部分。
2.根据权利要求1所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述转动停止机构由所述中心轴支撑。
3.根据权利要求1所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述中心轴由所述壳体支撑，以便能够在轴向方向上前后移动。
4.根据权利要求1所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中彼此接合并构成所述负荷支承部分的所述部分中的至少一个成形为从所述驱动轴的侧面或所述驱动板的侧面沿轴向方向凸出的凸起。
5.根据权利要求1所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中彼此接合并构成所述负荷支承部分的所述部分中的至少一个包括相对于所述驱动轴的中心轴倾斜的斜面。
6.根据权利要求5所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述斜面为平面状。
7.根据权利要求5所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述斜面为曲面状。
8.根据权利要求1至7中任一所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述转动停止机构包括十字接头。
9.根据权利要求1至7中任一所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述转动停止机构包括恒速万向节。
10.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，包括最小容量限制部分，所述最小容量限制部分与所述恒速万向节接触，并限制所述恒速万向节在轴向方向上移动。
11.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述中心轴具有最小容量限制部分，所述最小容量限制部分与所述恒速万向节的所述内环接触，限制所述恒速万向节在轴向方向上移动，并确定最小容量。
12.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中与距离所述摇摆板一侧相比，所述恒速万向节的摇摆中心设置的更靠近前侧。
13.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述恒速万向节至少包括所述内环、外环、和滚珠。
14.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中支撑所述恒速万向节的所述中心轴具有悬臂支撑件，所述悬臂支撑件一端为自由端，另一端固定到所述壳体。
15.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中支撑所述恒速万向节的所述中心轴具有双杆杆支撑件，所述双杆杆支撑件一端由设置在所述驱动轴上的轴承支撑，另一端由所述壳体支撑，以便不能转动。
16.根据权利要求9所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中用于在轴向方向上偏压所述恒速万向节的偏压件设置在前侧和后侧，以便所述恒速万向节置于它们之间，位于前侧的所述偏压件在最小容量方向上操作，且所述偏压件在最大容量方向上操作。
17.根据权利要求11所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述中心轴的所述最小容量限制部分由台阶构成，所述台阶的轴直径小于固定到所述壳体的所述中心轴的部分，以接触所述内环。
18.根据权利要求10至17中任一所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其能确保以作为氟里昂型制冷剂的HFC134a的冷却容量计算的至少为300cc的容量。
19.一种摇摆板型可变容积式压缩机，包括驱动轴，该驱动轴通过轴承由壳体可转动地支撑，并接受来自动力源的回转力；驱动板，该驱动板被互连到所述驱动轴用于转动，并能够相对于所述驱动轴倾斜；摇摆板，该摇摆板通过轴承被互连到所述驱动板，以便能够倾斜与所述驱动板相同的倾角但不能转动；活塞，每个活塞分别被互连到所述摇摆板，以便能够在所述驱动轴的轴向方向上往复运动，被装配进形成在所述壳体内的相应缸膛内，且吸入和压缩流体；以及中心轴，该中心轴在所述驱动轴的延长线上由所述壳体支撑，用于支撑所述驱动板和所述摇摆板；其中所述转动停止机构具有能够沿所述中心轴在轴向方向上移动的内环，所述内环由所述中心轴支撑，且在所述中心轴上沿轴向方向移动，以限制转动，从而所述转动停止机构能在轴向方向上移动。
20.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，包括最小容量限制部分，所述最小容量限制部分与所述转动停止机构接触，并限制所述恒速万向节在轴向方向上的移动。
21.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述中心轴具有最小容量限制部分，所述最小容量限制部分与所述恒速万向节的所述内环接触，限制所述恒速万向节在轴向方向的上移动，并确定最小容量。
22.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中与距离所述摇摆板一侧相比，所述转动停止机构的摇摆中心设置的更靠近前侧。
23.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述转动停止机构至少包括所述内环、外环、和滚珠。
24.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中支撑所述转动停止机构的所述中心轴具有悬臂支撑件，所述悬臂支撑件一端为自由端，另一端固定到所述壳体。
25.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中支撑所述转动停止机构的所述中心轴具有双杆杆支撑件，所述双杆杆支撑件一端由设置在所述驱动轴上的轴承支撑，另一端由所述壳体支撑，以便不能转动。
26.根据权利要求19所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中用于在轴向方向上偏压所述转动停止机构的偏压件设置在前侧和后侧，以便所述恒速万向节置于它们之间，位于前侧的所述偏压件在最小容量方向上操作，且所述偏压件在最大容量方向上操作。
27.根据权利要求21所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其中所述中心轴的所述最小容量限制部分由台阶构成，所述台阶的轴直径小于固定到所述壳体的所述中心轴的部分，以接触所述内环。
28.根据权利要求20至27中任一所述的摇摆板型可变容积式压缩机，其能确保以作为氟里昂型制冷剂的HFC134a的冷却容量计算的至少为300cc的容量。
全文摘要
本发明提供了一种结构，其中悬臂驱动轴(8)通过连杆机构(57)互连到驱动板(15)，且能相对于驱动轴(8)转动的摇摆板(19)通过包括万向节(37)的转动停止机构(56)互连到中心轴(32)，作为压缩反作用力分量的径向负荷作用于转动停止机构(56)上，在本发明中，包括能彼此接合的凸起(53和55)及斜面(54)的特定负荷支承部分(54)介于驱动轴(8)和驱动板(15)之间，且被允许在提供最大排量的操作范围附近接合，从而驱动轴(8)能支撑径向负荷。
文档编号F04B27/08GK1690414SQ200510067760
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月26日 优先权日2004年4月26日
发明者木村成秀, 竹本刚, 川野茂, 大隈亨, 松田三起夫, 井上孝, 高桥卓瞳 申请人:株式会社电装, 株式会社日本自动车部品综合研究所