具有轴承的涡旋式压缩的制造方法
【专利摘要】提供一种具有轴承的涡旋式压缩机。该涡旋式压缩机包括：机壳；主框架，被固定至机壳，且主框架中形成有轴插入孔；固定涡盘，被固定至机壳，并被设置在主框架之上；绕动涡盘，与固定涡盘一起形成压缩室，而且在绕动涡盘的下表面上形成有轴套部；旋转轴，在该旋转轴被插入式地设置在轴插入孔中的状态下，该旋转轴的一端部被插入式地固定在轴套部中；以及润滑层，由PEEK材料制成并形成于轴插入孔或轴套部中，其中，该润滑层是通过将液体材料施涂至轴插入孔或轴套部来形成的。
【专利说明】具有轴承的涡旋式压缩机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有轴承的涡旋式压缩机，尤其涉及一种具有被插置于涡旋式压缩机的旋转轴与绕动涡盘之间以减小摩擦损耗的轴承的涡旋式压缩机。
【背景技术】
[0002]涡旋式压缩机是包括固定涡盘和绕动涡盘的压缩机，固定涡盘具有固定涡卷，而绕动涡盘具有与固定涡卷接合的绕动涡卷，其中，随着绕动涡盘在固定涡盘上进行绕动运动，在固定涡卷与绕动涡卷之间形成的压缩室持续地改变以由此吸入和压缩制冷剂。
[0003]涡旋式压缩机连续不断地执行吸入、压缩和排放，因此这种压缩机就运行过程中产生的振动和噪音而言优于其它压缩机。
[0004]涡旋式压缩机的性能特征由固定涡卷和绕动涡卷的构造确定。固定涡卷和绕动涡卷可分别具有特定的形状，但一般地说，固定涡卷和绕动涡卷呈易于加工的渐开线形。在采用渐开线的情况下，涡卷的厚度均匀，而且根据绕动涡盘的旋转角的容积变化率也是均匀的，因此，为了获得足够程度的压缩比，涡卷的盘绕数目应当增加。然而在此情况下，压缩机的尺寸也会随着涡卷的盘绕数目的增加而增大。
[0005]同时，绕动涡盘包括呈盘状的盘部，而且上述绕动涡卷形成于盘部的一侧。在(绕动涡盘的)其上没有形成绕动涡卷的后表面中形成有轴套部，用以将绕动涡盘连接至旋转式地驱动绕动涡盘的旋转轴。这种构造的优点在于，绕动涡卷形成于盘部的大体整个面积上，因此，对于获得同样的压缩比而言，盘部的直径能够减小；但其不利之处在于，制冷剂的排斥力的施力点与被施加以抵消该排斥力的反作用力的施力点在压缩过程中沿竖直方向彼此分离，从而导致绕动涡盘在运行期间倾斜，由此使振动和噪音增大。
[0006]作为解决方案，现已提出一种涡旋式压缩机，在这种压缩机中，在其上形成绕动涡卷的表面中将旋转轴和绕动涡盘联接。在这种压缩机中，制冷剂的排斥力的施力点与该排斥力的反作用力的施力点被施加至同一点，以解决绕动涡盘倾斜的问题。
[0007]然而，在旋转轴延伸至绕动涡卷部的情况下，绕动涡盘的中心点不能被用作压缩空间，因此，为了获得与现有技术的压缩机相同水平的压缩比，绕动涡盘和固定涡盘的尺寸就需要增大。这样会不利地导致压缩机的尺寸和重量增大。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的一个方案是提供一种能够减小绕动涡盘或固定涡盘的尺寸而不损失压缩比的涡旋式压缩机。
[0009]为取得上述及其它的优点并且依照本发明的目的，如本说明书具体化和宽泛描述的，一种涡旋式压缩机包括:机壳；主框架，被固定至机壳，且在主框架中形成有轴插入孔；固定涡盘，被固定至机壳，且被设置在主框架之上；绕动涡盘，与固定涡盘一起形成压缩室，而且在绕动涡盘的下表面上形成有轴套部；旋转轴，在旋转轴被插入式地设置在轴插入孔中的状态下，该旋转轴的一端部被插入式地固定在轴套部中；以及润滑层，由PEEK材料制成，且形成于轴插入孔或轴套部中，其中，该润滑层是通过将液体材料施涂至轴插入孔或轴套部而形成的。
[0010]为取得上述及其它的优点并且依照本发明的目的，如本说明书具体化和宽泛描述的，一种涡旋式压缩机包括:机壳；固定涡盘，被固定至机壳，且该固定涡盘中形成有轴插入部；绕动涡盘，被设置在固定涡盘之上以与该固定涡盘一起形成压缩室，且具有轴套部；旋转轴，具有穿过轴插入孔并被插入到轴套部中的上端部；以及润滑层，由PEEK材料制成，且形成于轴插入孔或轴套部中，其中，该润滑层是通过将液体材料施涂至轴插入孔或轴套部而形成的。
[0011]在本发明的上述方案中，在旋转轴与主框架之间的接触表面以及旋转轴与绕动涡盘之间的接触表面的润滑的方面，由PEEK材料制成的润滑层被形成在主框架或绕动涡盘的表面上，取代了现有的轴承。
[0012]在润滑层与轴插入孔的表面之间、或者在润滑层与轴套部的表面之间可形成有底层(primer layer)。
[0013]底层的厚度可介于3iim到5iim的范围。
[0014]润滑层可包括有相同材料制成的多层。润滑层的厚度可介于55 ii m到165 ii m的范围。
[0015]该液体材料可通过使PEEK粉末分布在有机溶剂中来形成。
[0016]根据本发明的实施例，由于设置由PEEK材料制成的润滑层来取代现有技术中形成为独立构件的轴承，涡旋式压缩机的尺寸因被省略的轴承的厚度而得以减小。此外，固定涡卷和绕动涡卷的盘绕数目因被省略的轴承的厚度而得以增大，因此能够在相同尺寸下提供更高的压缩比。
[0017]此外，由于与插入轴承相关的组装程序得以简化，所以能够改善组装特性并降低制造成本。
[0018]本申请的进一步的应用范围将通过以下给出的详细描述而变得更加明显。然而应理解的是，这些详细描述和特定示例尽管表明了本发明的优选实施例，但却是仅仅以说明方式给出的，这是因为根据详细描述，各种落在本发明的精神和范围内的改变和更改对于本领域技术人员而言将会变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]本说明书包含附图以供进一步理解本发明，附图结合于说明书中并构成说明书的一部分，这些附图示出多个示例性实施例并与文字描述一起用来说明本发明的原理。
[0020]在附图中:
[0021]图1为剖视图，其示意性地示出根据本发明一实施例的涡旋式压缩机的第一示例。
[0022]图2为图1的第一轴承部的放大剖视图。
[0023]图3为曲线图，其示出润滑层的磨损量随运转时间的变化。
[0024]图4为剖视图，其示意性地示出根据本发明一实施例的涡旋式压缩机的第二示例。【具体实施方式】
[0025]以下将参照附图详细地描述根据本发明一实施例的涡旋式压缩机。
[0026]图1为示出根据本发明一实施例的涡旋式压缩机的第一示例的内部剖视图。在此，本发明的概念并非必须被局限于涡旋式压缩机，而是显然本发明的概念可应用于任何类型的利用轴承来减小旋转轴的摩擦阻力的压缩机。参照图1，在根据本发明一实施例的涡旋式压缩机100中，主框架120和子框架130被安装在气密容器110内，作为电动单元的驱动电动机140被安装在主框架120与子框架130之间；而包括固定涡盘150和绕动涡盘160的压缩单元被安装在主框架120之上，并被联接至驱动电动机140以压缩制冷剂。
[0027]驱动电动机140包括:定子141，线圈围绕该定子而被绕制；转子142，被可旋转地插入定子141内；以及旋转轴143，被压配合至转子142的中心，以将旋转动力传送至压缩机构单元。旋转轴143具有驱动销部144 ;驱动销部144被形成为从旋转轴143的上端突出，使得驱动销部144相对于旋转轴的旋转中心偏心。
[0028]压缩机构单元包括:固定涡盘150，被固定至主框架120的上表面；绕动涡盘160，被安装在主框架120的上表面上，使得绕动涡盘160与固定涡盘150接合；以及奥海姆环(Oldham ring) 170，被设置在绕动涡盘160与主框架120之间，以防止绕动涡盘160旋转。
[0029]固定涡盘150包括固定涡卷151 ;固定涡卷151按螺旋方式盘绕，以与绕动涡卷161 一起构造出压缩室P ;而绕动涡盘160包括绕动涡卷161 ;绕动涡卷161按螺旋方式盘绕，并与固定涡卷151接合以形成压缩室P。轴套部162从绕动涡盘160的下表面、亦即从绕动涡卷161的相对侧突出，并且联接至旋转轴143以接受由旋转轴143传送的转子动力。
[0030]绕动涡盘160的轴套部162内形成有第一轴承层163，使得第一轴承层163面对旋转轴143的驱动销部144的外周面。第一轴承层163是通过以涂层材料涂覆轴套部162的内表面而形成的，并用于减少旋转轴143与绕动涡盘160之间的摩擦接触。此外，在主框架120内形成第二轴承层122，以减少旋转轴143与主框架120之间的摩擦接触，而且在子框架130内安设有第三轴承层132。通过供给油使第一轴承层163、第二轴承层122和第三轴承层132能够进行平稳的润滑操作。第一轴承层163、第二轴承层122和第三轴承层132将在后面描述。
[0031]在电力被供给至驱动电动机140而使旋转轴143旋转时，偏心地联接至旋转轴143的绕动涡盘160沿预定轨迹进行旋转运动(或绕动运动)，而且随着形成在绕动涡盘160与固定涡盘150之间的压缩室P持续地向旋转运动的中心移动，压缩室P的容积减小，从而持续地吸入、压缩和排放制冷剂。
[0032]为了减少压缩单元中的各部件之间的摩擦接触，应将适量的油供给至这些部件，而在此情况下，这些油被注入和储存在气密容器110的底部112中。被注入的油可通过油流路180被供给至压缩单元的内部以及第一到第三轴承层。
[0033]附图标记“ 152”表示吸入开口，附图标记“ 153”表示排放开口，附图标记“SP”表示吸入管，而附图标记“DP”表示排放管。
[0034]在此，第一到第三轴承层由特氟龙(Teflon)或PEEK材料制成并呈环形，并且分别具有对应于旋转轴143的外周面的内径。图2为第一轴承层的放大剖视图。参照图2，第一轴承层122形成于主框架120中，且包括与主框架120的表面相邻的底层122a以及位于底层122a的表面上的PEEK层122b。[0035]底层122a被涂覆在主框架120的表面上，以掩盖该表面上出现的微小凹痕，并使PEEK层122b能够被牢固地附接至主框架120。在此情况下，为了增大底层122a与主框架120之间的附接长度，主框架在底层122a被涂覆之前受到表面处理，而且在此情况下，喷砂处理是多种表面处理方法之一。PEEK层122b是通过将PEEK涂料溶液涂布至底层122a的表面来形成的，而PEEK涂料溶液是通过使PEEK粉末分布在有机溶剂中来制备的。
[0036]此时，底层122a被形成为具有3iim到5iim的厚度，而PEEK层122b被形成为具有55iim到165iim的厚度。如上所述，在形成PEEK层122b时涂布PEEK涂料溶液，而在此情况下，PEEK层122b的最小厚度是通过一次涂布约8 ii m到15 ii m的PEEK涂料溶液来获得的。因此，PEEK层122b的最小厚度可为8 iim。
[0037]然而，如图3所示，压缩机被制造成具有如上所述的第一轴承层，而且通过以60Hz的速度重复地向第一轴承层施加3500N的负载十秒并停止十秒来操作。结果表明，PEEK层的磨损量约为55 ym，并呈稳定化趋势。因此，可看到为了使第一轴承层长时期稳定地执行所期望其具备的功能，需要PEEK层的最小厚度等于或大于55 u m。
[0038]然而，压缩机可能在液体压缩条件(此时会突然出现磨损)、液体起始条件(liquidstarting condition)、以及温度高于预设温度值的条件下或者过载条件下运转。因此,为了在这些条件下保持抗磨损性能，PEEK层优选地需要具有大于该最小厚度的厚度值。根据本申请发明人的实验结果，当PEEK层的厚度为165iim时，PEEK层即使在上述不希望出现的条件下也仍然保持足够的抗磨损水平。因此，PEEK层的最大厚度可被设定为165 V- m。
[0039]如上所述，由于PEEK层的最小厚度是通过一次涂布PEEK涂料溶液约8 iim到15um来形成的。因此，在形成厚度为55 ii m到165 y m的PEEK层的情况下，PEEK涂料溶液可被一次涂布至总厚度，但是也可考虑采用多次形成PEEK层的方法。在此情况下，PEEK层可被形成为具有大体上均匀的厚度。
[0040]同时，根据现有技术由特氟龙材料制成且具有2mm厚度的轴承在相同条件(如图3示出的的实验条件)下取得的磨损量测量结果，注意到轴承在经过约100小时后磨损约43 u m。亦即，上述根据现有技术的轴承(层)的磨损程度与根据本发明第一实施例的轴承层的磨损程度类似，但是根据本发明第一实施例的轴承层即使在厚度远小于现有技术的轴承层厚度情况下也具有类似的抗磨损性能。
[0041]厚度的减小能够使涡旋式压缩机的尺寸减小，并使涡旋式压缩机能够被用于以相同的尺寸来提供更高的压缩比。另外，在涡旋式压缩机的情况下，为了防止绕动涡盘因气体压力而后退，应向绕动涡盘的后表面施加背压。由于背压的施加，存在于压缩室中的部分量的被压缩气体被利用，而在使用传统轴承的况下，由于背压提供结构的原因，难以将轴承的尺寸增大至所希望的那样大，但在本发明实施例的情况下，能够消除这种设计上的约束。
[0042]同时，根据本发明的一实施例的合成树脂轴承也可应用于所谓的“轴穿透”涡旋式压缩机，在这种涡旋式压缩机中，固定涡盘可兼作主框架，从而省略主框架。采用术语“轴穿透”是考虑到旋转轴被插入从而穿透固定涡盘的盘部的事实。图4示出采用本发明概念的涡旋式压缩机的第二示例。
[0043]参照图4，根据本发明的第二实施例的涡旋式压缩机200包括上壳212、下壳214以及机壳210。上壳212和下壳214被焊接至机壳210，以与机壳210 —起形成气密空间。
[0044]排放管216被安装在上壳212的上部上。排放管216是供压缩后的制冷剂排放至外部的通道，而且用于分离被排放的制冷剂中所混合的油的油分离器(未示出)可连接至排放管216。抽吸管218被安装在机壳210的后表面上。抽吸管218是供引入待压缩的制冷剂的通道。在图4中，抽吸管218位于机壳210与上壳212之间的边界表面中，但抽吸管218的位置可被任意地设定。另外，下壳214用作用于储存油的油室，该油被供给至(压缩机)以使压缩机能够平稳地运转。
[0045]作为驱动单元的电动机220被安装在机壳210内的大体中央部分中。电动机220包括:定子222，被固定至机壳210的内表面；以及转子224，位于定子222内，且根据与定子222的相互作用而旋转。旋转轴226被设置在转子224的中心，而且转子224与旋转轴226
一起旋转。
[0046]油流路226a形成于旋转轴226的中央部分中，并沿旋转轴226的长度方向延伸；而且油泵226b被安装在旋转轴226的下端部中，以向上供给储存在下壳214中的油。油泵22b可被构造成具有在油流路内呈螺旋状的凹部。或者，油泵22b可包括叶轮，或者可装设正位移泵作为油泵。
[0047]大直径部226c被设置在旋转轴226的上端部中，使得大直径部226c被插入式地设置在固定涡盘中所形成的轴套部内，如下文所述。大直径部226c被形成为直径大于其余部分的直径，而且大直径部226c的端部中形成有销部226d。偏心轴承层228被插入销部226d 内。
[0048]固定涡盘230被安装在机壳210与上壳212之间的边界部分中。固定涡盘230被压配合，从而以紧缩配合方式被固定在机壳210与上壳21之间，或者可通过焊接而与机壳210和上壳212联接在一起。
[0049]固定涡盘230的下表面上形成有轴套部232，旋转轴226被插入轴套部232中。轴套部232的上表面上(基于图4)形成有通孔，以使销部226d能够穿过该通孔。因此，销部226d通过上述通孔从固定涡盘230的盘部231向上突出。第一轴承层234被安装在轴套部232的内表面上，第一轴承层234用于减小与旋转轴226的摩擦接触。
[0050]固定涡卷236形成于盘部231的上表面上，且与如下所述的绕动涡卷咬合(或接合)从而形成压缩室。在盘部231的外周部分中形成有容置如下所述的绕动涡盘240的空间部，而且侧壁部38被形成为与机壳210的内周面邻近。
[0051]绕动涡盘240被安装在固定涡盘230之上。绕动涡盘240包括大体呈环形的盘部242以及与固定涡卷236咬合的绕动涡卷244。盘部242的中央部分中形成有大体呈环形的旋转轴联接部246，以使偏心轴承层228能够被可旋转地插入并固定在旋转轴联接部246中。旋转轴联接部246的外周部分连接至绕动涡卷，因此绕动涡卷用于在压缩过程中与固定涡卷一起形成压缩室。
[0052]同时，由于偏心轴承层228被插入旋转轴联接部246内，所以旋转轴226的端部被插入穿过固定涡盘230的盘部，而且绕动涡卷、固定涡卷以及偏心轴承层228被安装成沿压缩机的横向重叠。在压缩操作期间，制冷剂的排斥力被施加至固定涡卷和绕动涡卷，而压缩力作为反作用力被施加在旋转轴支撑部与偏心轴承层之间。在轴的一部分穿透盘部从而与涡卷重叠的情况下，制冷剂的排斥力和压缩力以盘部为基准被施加至同一侧，且因此被抵消。因此，能够防止绕动涡盘因压缩力和排斥力的作用而倾斜。
[0053]尽管图中未示出，但盘部242上可形成有排放孔，以允许压缩后的制冷剂被排放至机壳210内。排放孔的位置可考虑所需的排放压力之类的因素而被任意地设定。
[0054]奥海姆环(oldhamring)250被安装在绕动涡盘240的上部，以便防止绕动涡盘240旋转。同时，下框架260被安装在机壳210的下部，用以可旋转地支撑旋转轴226的下侧；而上框架270被安装在绕动涡盘240的上部，以便支撑绕动涡盘240和奥海姆环250。上框架270的中心形成有孔。该孔与绕动涡盘240的排放孔连通，以将压缩后的制冷剂排放至上壳212。
[0055]在如上所述地被构造的根据本发明第二实施例的涡旋式压缩机中，偏心轴承层228和第一轴承234具有相同的形状，而且由与根据本发明的第一实施例的涡旋式压缩机相同的材料形成。特别地，在根据该第二实施例的涡旋式压缩机的情况下，由于旋转轴联接部被设置在绕动涡盘240的中央部分中，所以能够显著地减小将被用作绕动涡盘240的盘部中的压缩空间的空间容积。因此，一般来说，与其它类型的压缩机相比，为获得相同的压缩比，轴穿透型涡旋式压缩机的尺寸需要增大以获得相同的压缩比，但根据本发明的实施例，由于轴承的厚度被减小至现有技术的轴承厚度的一半或更小，所以能够使涡旋式压缩机的尺寸增量最小化。
[0056]前述的多个实施例和优点仅是示例性的，而不应被认为是对本发明的限定。本发明的原理能够容易地被应用于其它类型的设备。本说明书旨在进行说明，而不是限定本发明权利要求的范围。对于本领域技术人员而言，许多备选方案、修改和变例均是显而易见的。此处所描述的示例性实施例的特征、结构、方法以及其它特性可按照多种方式组合，以获得附加性的和/或替代性的示例性实施例。
[0057]由于本发明的特征可按照多种方式实施而不背离其特性，所以应理解的是，若非另有说明，上述实施例均不应被局限于以上描述的细节，反之，上述实施例应在所附权利要求书中限定的范围内被宽泛地解读，因此落入本发明权利要求的界限和边界内的所有改变和修改、或落入这些界限和边界内的等同方案均应被所附权利要求书所涵盖。
【权利要求】
1.一种涡旋式压缩机，包括: 机壳; 主框架，被固定至所述机壳，且在所述主框架中形成有轴插入孔； 固定涡盘，被固定至所述机壳，且被设置在所述主框架之上； 绕动涡盘，与所述固定涡盘一起形成压缩室，而且在所述绕动涡盘的下表面上形成有轴套部； 旋转轴，在所述旋转轴被插入式地设置在所述轴插入孔中的状态下，所述旋转轴的一端部被插入式地固定在所述轴套部中；以及 润滑层，由PEEK材料制成，且形成于所述轴插入孔或所述轴套部中； 其中，所述润滑层是通过将液体材料施涂至所述轴插入孔或所述轴套部而形成的。
2.一种涡旋式压缩机，包括: 机壳; 固定涡盘，被固定至所述机壳，且在所述固定涡盘中形成有轴插入部； 绕动涡盘，被设置在所述固定涡盘之上，以与所述固定涡盘一起形成压缩室，且所述绕动涡盘具有轴套部； 旋转轴，具有穿过所述轴插入孔并被插入到所述轴套部中的上端部；以及 润滑层，由PEEK材料制成，且形成于所述轴插入孔或所述轴套部中； 其中，所述润滑层是通过将液体材料施涂至所述轴插入孔或所述轴套部而形成。
3.如权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，在所述润滑层与所述轴插入孔的表面之间、或者在所述润滑层与所述轴套部的表面之间形成有底层。
4.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其中，所述底层的厚度介于3y m到5 y m的范围。
5.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其中，所述润滑层包括由相同材料制成的多个层。
6.如权利要求3所述的涡旋式压缩机，其中，所述润滑层的厚度介于55i!m到165i!m范围。
7.如权利要求1或2所述的涡旋式压缩机，其中，所述液体材料是通过使PEEK粉末分布在有机溶剂中而形成的。
【文档编号】F04C29/02GK103671106SQ201310449437
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】朴真成, 梁恩寿, 裴哲稷, 李丙哲 申请人:Lg电子株式会社