带有变量机构的旋涡式压缩机的制作方法

专利名称:带有变量机构的旋涡式压缩机的制作方法
本发明是关于旋涡式压缩机，特别是关于带有变量机构的旋涡式压缩机。
当车厢内的空气调节载荷因空调系统而降低，或者在车厢内的温度降至预定的温度以下时，空气调节系统的压缩机的排量大到尽可能大的排量是不必要的。根据这种情况，压缩比可以减小。
众所周知，旋涡式压缩机能改变压缩比，例如美国专利No.4，505，651和1984年11月8日提出的正在审理的申请号为669，389的申请案已指出了带有变量机构的旋涡式压缩机。
然而，在美国专利NO.4，505，651中改变压缩比的方法不是很有效的。同样，在美国专利申请号为669，389的机构中指出当压缩机在高速运行时，排出流体的温度会不正常地增加。
上述问题的一种解决办法，我们在1986年6月18日在美国的正在审理的申请序号为NO.875，561的申请案已经公开。
参看图1，在美国的专利申请序号为875，561的申请案中，变量机构已经公开並有说明。压缩机的变量控制机构1包括气缸2、滑动配置在气缸2内的活塞3、安装在气缸2底部与活塞3之间的弹簧4。当电磁阀门5通电时，在排气室(未表示)里面的受压气体通过毛细管(未表示)被引入气缸2中，由于受压气体的压力大于弹簧4的回弹力和中间压力室6的压力，活塞3被向下推动，它关闭了中间压力室6的阀门口。在这种情况下，压缩机的压缩比被提高。
另一方面，当电磁阀门5断电时，受压气体不再供给气缸2。这时，在气缸2内的压力变得小于弹簧4的回弹力和中间压力室6的压力，活塞3被推动向上，中间压力室6通过气缸2与联通室7沟通。在这种情况下，在中间压力室6内的冷却气体通过气缸2流入联通室7内。这样一来，由于排入放气室内的压缩气体的体积减少，压缩机的压缩比也被减少。
在带有上述的变量机构的旋涡式压缩机中，如果关闭了电磁阀门5，则中断了气缸2和放气室之间的联系，能把最大压缩比变为最小压缩比，在气缸2内的高压气体将通过气缸2的内表面与活塞3的外围周边的间隙逐渐泄漏到联通室7和中间压力室6内。这样一来，在气缸2内的压力逐渐下降，如果气缸2内的压力变得小于弹簧4的回弹力和中间室6的压力时，活塞3被推上去。由于活塞3运动的结果，气缸2内的体积减小，气缸2内的压力增加。因而活塞3又被推下来。然而，在气缸2内的压缩气体继续漏入联通室和中间室，这样，活塞3逐渐振动地向上运动。如果活塞的振动发生在每次工作时间，则活塞的寿命将缩短。由于活塞的振动也产生了噪声。进而，如果活塞在气缸内振动地往复运动，那末，变量机构的工作情况将不能处于稳定状态。
另一方面，当活塞3向下运动並关闭了中间压力室6的阀门口时，活塞3的外边缘与气缸2的内底表面是紧密地配合並产生冲击声。由于产生冲击，活塞3也受到摩擦，丧失了控制机构的可靠性。
本发明的主要目的是提供一种带有变量机构的旋涡式压缩机，它能稳定地控制排量的改变。
本发明的另一个目的是提供一种耐久性的带有变量机构的旋涡式压缩机。
本发明还有另外一个目的是提供一种带有变量机构的旋涡式压缩机，它能以低噪声进行控制。
根据本发明所述的旋涡式压缩机包括带有一个进气口和一个排气口的壳体。一个固定式旋涡器被固定地安装在壳体内，並有一个园形端板从中伸出第一个螺旋形元件，一个轨道式旋涡器是由一个园形端板从中伸出第二个螺旋形元件。第一个和第二个螺旋形元件以一定角度差和半径差相配合组成多元线接触，在壳体内部至少限定一对流体槽。驱动机构与轨道旋涡器联接，使轨道旋涡器作轨道式运动。有一个防止自转的机构以防止轨道式旋涡器自转，以便在轨道旋涡器沿轨道运动期间流体槽的体积得以改变。固定式旋涡器的园形端板把壳体的内部分为前室和后室，前室同流体进口相联。后室又分成排气室和中间压力室，排气室联通于流体出口和由二个旋涡器形成的中心流体槽之间。通过固定式的旋涡器的园形端板至少形成一对孔，进而在流体槽和中间压力室之间形成一条流体通道。通过固定式旋涡器的园形端板形成一条联系通道，进而在中间压力室与前室之间形成流体通道。控制装置安装在中间压力室上以便控制中间压力室和前室的联通，还有一个气缸、滑动配置在气缸内的一个活塞和一个联通器。气缸与中间压力室、吸气室和排气室相联接。依照气缸内的压力和中间压力室压力的压力差值，活塞相对气缸作往复运动。气缸与排气室相接，它与排气室的联通由电磁阀装置来控制。当活塞的上部由最低位置运动到上部时，联通器把气缸内的流体泄漏到中间(压力)室内。
同样，根据本发明的旋涡式压缩机包括带有进气口和排气口的壳体。一个固定式旋涡器被固定安装在壳体内部，在其一个园形端板上伸出第一条螺旋形元件。一个轨道式旋涡器在其一个园形端板上伸出第二条螺旋形元件。第一条和第二条螺旋形元件以一定的角度差和半径差配合组成多元线接触在壳体内部至少限定一对流体槽。驱动机构与轨道式旋涡器联接，使轨道式旋涡器作轨道式运动。有一个防止自转的机构以防止轨道式旋涡器自转，以便在轨道旋涡器沿着轨道运动时流体槽的体积得以改变。固定式旋涡器的园形端板把壳体内部分为前室和后室，前室同流体进口相联。后室又被分成排气室和中间压力室，排气室联通于流体出口和由二个旋涡器形成的中心流体槽之间。通过固定式旋涡器的园形端板至少形成一对孔，并在流体槽和中间压力室之间形成一条流体通道。通过固定式的旋涡器的园形端板形成一条联系通道并在中间压力室与前室之间形成流体通道。控制装置安装在中间压力室上以便控制中间压力室和前室的联通，还有一个气缸、一个滑动配置在气缸内的活塞和一个吸振元件。气缸与中间压力室、吸气室和排气室相联接，依据气缸内的压力和中间压力室的压力的差值，活塞作往复运动。吸振元件吸收气缸内壁面和活塞之间的撞击力，以确保活塞和气缸内壁面之间的密封性。
随着本发明最佳实施例的详细描述並参照附图，将进一步理解本发明的目的、特征和概况。
图1绘制的是常用变量机构旋涡式压缩机的局部横截面图。
图2是依据本发明的一个实施例而绘制的旋涡式压缩机的横截面图。
图3(a)是图1(应是图2-译者注)沿A-A线的横截面图。
图3(b)是图1(应是图2-译者注)沿B-B线的横截面图。
图4是活塞环的透视图，活塞环用在图2所示的变量机构上。
图5是变量机构的横截面图，它是图2的改进机构。
图6是变量机构的横截面图，它用在图2的旋涡式压缩机中作为本发明的第二实施例。
图7是变量机构的横截面图，它是图6所示机构的改进型。
图8是变量机构的横截面图，它被用在图2中的旋涡式压缩机中作为本发明的第三个实施例。
图9是变量机构的横截面图，它是图8所示机构的改进型。
图10是变量机构的横截面图，它用在如图2所示的旋涡式压缩机中，作为本发明的第四个实施例。
图2是带有变量机构的旋涡式压缩机，它根据本发明一个实施例绘出。旋涡式压缩机包括一个压缩机壳体10，它装有前端板11和与前端板11的端面相连接的杯形罩壳体。孔111是前端板11的中心部位，使驱动轴13穿过。环形凸台112位于前端板11的后表面。环形凸台112面对杯形罩壳12並与孔111是同心的。环形凸台112的外周表面伸在杯形罩壳12口部的内壁。这样，杯形罩壳12的口部121用前端板11盖上。O形环14置于环形凸台112的外周边表面与杯形罩壳12口部内壁之间，密封着前端板11和杯形罩壳12的表面。
环形套筒16从前端板11的前端面伸出並环绕驱动轴13，以限定轴的密封空腔。在图1所示的实施例中，套筒16与前端板11是分开制成的。所以，套筒16是用螺钉固定在前端板11的前端面上(未示出)。另一种情况，套筒16可与前端板11构成一个整体。
驱动轴13通过轴承17由套筒16支承转动，轴承17位于套筒16前端的内部。驱动轴13在其内端有个盘形转子131，它通过安置于前端板11开口111内的轴承15由前端板11转动地支承。轴密封组件18与在套筒16的轴承密封腔内的驱动轴13相配合。
皮带轮201由滚珠轴承19支承转动，轴承19在套管16的外表面上运行。电磁线圈202靠支承板固定在套管16的外表面。在驱动轴13外端弹性支承着加强板203。皮带轮201、电磁线圈202和加强板203形成一个电磁离合器20。工作时，驱动轴13由外部动力源来带动，例如汽车发动机，通过转动传送装置诸如上述提到的电磁离合器而带动。
固定式旋涡器21、轨道旋涡器22、轨道旋涡器的驱动机构和供轨道旋涡器用的防自转机构/止推轴承机构均安装在壳体10的内部。
固定式旋涡器21包括园形端板211和螺旋形元件212，元件212被固定或由园形端板211伸出。固定式旋涡器21固定在杯形罩壳12的内室，它用螺钉25从杯形罩壳12的外部拧入端板211的。固定式旋涡器21的园形端板211把杯形罩壳12的内室分为两个室，即前室27和后室28。螺旋形元件212位于前室27内。
隔壁122是从杯形罩壳12的内端面沿轴向伸出的。隔壁122的端面与园形端板211的端面相接触。这样一来，隔壁122把后室28分为在后室28的中心部分形成的排气室281和中间室282。O形环安装在隔壁122的端面与端板211之间以确保密封性。
轨道式旋涡器22位于前室27内，它包括固定于园形端板221的端面上或从其伸出的螺旋形元件222。轨道式旋涡器22的螺旋形元件222和固定式旋涡器21的螺旋形元件212以角度相差180°和预先确定的半径差组装起来。密封空间是在两个螺旋形元件212和222之间形成。轨道式旋涡器22是由偏心衬套23支承转动，它与盘形部件131的内端通过径向滚针轴承30在驱动轴13的偏心轴线处联接的。
当轨道旋涡器作轨道运行时，轨道式旋涡器22的转动是由防止自转机构/止推轴承机构24来防止的，该机构24位于前端板11的内端面和轨道式旋涡器22的园形端板221之间。防自转/止推轴承机构24包括固定环241、固定座圈242、轨道环243、轨道座圈244和滚珠245。固定环241通过固定座圈242附在前端板11的内端面上它有许多园孔241a。轨道环243通过轨道座圈244附在轨道式旋涡器22的后端面上，它有许多孔243a。滚珠245位于固定环242的孔241a与轨道环243的孔253a之间，它沿着两个园孔241a、243a的边缘运动。来自轨道式旋涡器的轴向推力载荷通过滚珠245支承在前端板11上。
压缩机壳体10上有进气口(未示出)和排气口(未示出)以联通压缩机与外部的冷气环路。来自外部环路的冷却气体通过进气口引入吸气室271而后通过螺旋形元件之间的开口进入由两个螺旋形元件212和222形成的密封空间，也就是说，开口的形状是一个螺旋形元件的外终端和另一螺旋形元件的外缘表面分别形成的。在轨道式旋涡器22作轨道运动时，开口分别依次打开和关闭。当开口处打开时，将要被压缩的流体进入这些空间但不受压缩。当开口被封闭时，密封这些空间，不再向该空间进入流体，而开始压缩。由于每个螺旋形元件212和222的外终端的位置是在最终的渐开线角处，开口位置直接与最终的渐开线角φ端部相联。而且，在密封空间的冷却气体沿径向向内运动，随着轨道旋涡器22的轨道运动受到压缩，在中心密封空间的压缩冷空气通过排气孔213排到排气室281，排气孔213是在园形端板211的中心部位。
参看图3(a)和图3(b)，固定式旋涡器21的端板211上形成两个孔214和215，其对称布置以便使得轨道式旋涡器22的螺旋形元件222的一个轴向端面同时越过孔214和215。孔214、215联通于密封空间和中间压力室282之间。孔215位于由渐开线角φ1和沿螺旋形元件212的内壁开口所限定的位置。另一个孔214位于由渐开线角(φ1-π)和沿螺旋形元件212的外壁开口所限定的位置。控制装置，诸如具有阀板341的阀门元件34用固紧装置342与端板211的端面相联接且与每个孔214、215相对。阀门板341是由弹性材料制成的，以便靠阀门板341自身的回弹力使之关闭每个孔214、215的开口。控制机构36能控制联通室283中间室282的联通。控制机构36包括在气缸361内滑动的Ⅰ字形活塞362的气缸361的内表面和活塞环363。气缸361由第一气缸段和第二气缸段所确定的，第二气缸段在第一气缸段的下面並且它的直径比第一气缸段的直径小，锥形段361a联通于第一气缸段和第二气缸段的内表面。如图2所示，第一气缸段的内表面是个环形表面。另一方面，第一气缸段的内表面可以做成从下到上的直径是逐渐增大的倾斜表面，如图6所示。第一个开口361b是在气缸361的侧面上，它沟通了联通室283，第二个开口361c是在气缸361的底部形成的，它与中间压力室282联通。气缸361的上段通过毛细管(未示出)与排气室281相连接。气缸361和排气室281之间的联通是用安装在壳体10上的电磁阀367来控制。活塞环363以动配合安装在活塞362上部的凹槽中，并在活塞环的周边上有一切口C，如图4所示。当活塞环363在第一气缸段时，活塞环363的切口C是因本身的弹力而伸张。然而由于第二气缸段的直径小于第一气缸段的直径，若活塞环363在第二气缸段运行时，活塞环363被迫变小。因此，活塞环363的切口C也变小。
现在叙述控制机构36的工作情况。当轨道式旋涡器22由驱动轴13带动而工作时，冷却气体进入由两个螺旋形元件212和222所限定的密封空间内。在密封空间内的冷却气体向着两个螺旋形元件212和222的中心移动，其结果气体的体积减小並受到压缩，从排气口213出来排入放气室281内。
在这种条件下，当电磁阀门367通电，也就是说，在放气室281内的压缩气体通过毛细管被引入气缸361中，此时，在第一气缸段内的压力变得高于第二气缸段内的压力，第二气缸段是与中间压力282相联的，活塞362因受第一气缸段内的压缩气体的压力而被向下推动。在这种情况下，联结气缸361和中间压力室的第二孔361C被活塞362盖住。联通室283和中间压力室的联系被中断。因而，中间压力室282的压力逐渐增加，这是由于通过214和215孔而从流体槽渗漏气体的结果。压缩气体的泄漏继续到中间压力室282的压力等于流体槽的压力为止。当压力相等时，孔214、215因受阀板341的弹簧力而被关闭，致使压缩循环正常运行，封闭的流体槽内的排量达到最大。当第二开口361c被活塞362关闭时，控制机构36形成，致使活塞362的上端部处在第二气缸段至低于气缸361的锥形段361a的位置，或比第一气缸段的斜面更低的部分。因此，在第一气缸段的压缩流体的泄漏受到阻滞。
另一方面，如果电磁阀门367断电，则切断了放气室281和气缸361的联系。由于活塞362的上端部是在第二气缸段里，活塞环363安装在活塞上端部362的外周表面上且有小间隙，压缩气体从第一气缸段逐渐漏入第二气缸段，且第一气缸段的压力逐渐减小。当气缸361内的压力低于中间压力室282时，活塞362因受中间压力室282的冷却气体的压力而被推上去。此时，活塞362的上端部越过锥形段361a到达第一气缸段。受力的作用，活塞环363沿径向移动，活塞环363的切口部位C又膨胀。这样，在汽缸361内的压缩气体通过活塞环363扩大的间隙而流出。由于压缩气体渗漏的结果，活塞362迅速地被上推，中间压力室282与联通室283沟通。这样，中间压力室282的压力就下降。当中间压力室282的压力下降后，打开阀门板341孔214、215，压缩气体从流体槽通过孔214、215流入中间压力室282並通过气缸361流入联通室283。因而从旋涡元件112(应是212-译者注)、222之间的密封空间排出並流入排气室281的压缩气体容积要减小，压缩比也减小。
参见图5，是根据本发明的第二个控制机构的实施例。
在这个实施例中，槽361d在气缸361的内表面从上端部至预定位置。如图7所示，槽361d将被通过气缸形成的联系通道361e代替。当第二个开口361c由活塞362关闭时，形成控制机构36使得活塞362的上端部处在稍低于槽361d的底部或联系通道361e的口部位置。如果电磁阀门367断电，则切断了气缸361和排气室281的联系。此时，气缸361的压缩气体通过活塞环363的小间隙逐渐渗漏，因此，如果气缸361内的压力低于中间压力室的压力282，则活塞362稍向上移动。当活塞稍向上移动，那末，活塞362的外周表面和槽361d之间的间隙就形成，气缸361内的压缩气体通过槽361d流入联通室283或者压缩气体通过联系通道361e流入第二气缸段内。由于气缸内压缩气体的泄漏，结果使气缸361内压力大大下降，活塞362迅速向上移动。
参看图8，示出本发明的控制机构的第三个实施例。吸振器362a安装在活塞362的底部。如果电磁阀门通电，压缩气体从排气室281流入气缸361内。由于压缩气体大大高于中间压力室282的压力，活塞362迅速地被推下並关闭第二开口361c。此时，在活塞362底部安装一个吸振器362a，吸收第二开口部361C与活塞362之间的冲击力。
图9是图8的控制机构的改进型。吸振器362a安装在气缸361下端部周围。台阶部分369是在第二开口361c上形成的。弹簧368安装在台阶部分369和活塞362之间以推着活塞向上。如果电磁阀367通电，压缩气体从排气室281流入气缸361内，並推动活塞向下顶住弹簧的回弹力和中间压力室的气体压力。此时，活塞362的向下运动因受弹簧368的回弹力而受到阻滞，並且也与气缸361底部的吸振器362a接触，避免活塞和气缸间的冲击。
参看图10，是本发明的控制机构更进一步的实施例。活塞362是由自润滑和防摩擦特性的树脂材料制成，例如，聚三氟-氯乙烯材料。由于活塞362是由树脂材料制成的，即使活塞362猛烈地冲击气缸361的底端部，那末冲击被吸收噪声也不会发生。同时，活塞362具有自润滑特性，活塞362能在气缸内光滑地往复运动。
本发明结合最佳实施例进行了详细地叙述，但是这仅仅是一些例子而本发明並不局限于此。不离开本发明的范围的变型和改进型是能容易地制造出来的，这对本领域的熟练人员来说是显而易见的。
权利要求
1.本旋涡式压缩机包括带有一个进气口和排气口的壳体，一个固定式旋涡器被固定在所述壳体内部，并有一园形端板，其上有第一条螺旋形元件伸到所述壳体的内部，另一个是轨道式旋涡器，有一园形端板，其上有第二条螺旋形元件伸出，第一条和第二条螺旋形元件以一定角度差和半径差配合组成多元线接触，在壳体内至少限定一对流体槽。驱动机构连接着所述的轨道式旋涡器，使得轨道式旋涡器作轨道运动，在作轨道运动以改变流体槽的体积时，有一个防止自转机构以防止所述的轨道旋涡器作自转运动，固定式旋涡器的园形端板把壳体内部分为前室和后室，前室与进气口联结，后室又分为排气室和中间压力室，排气室联于出气口和由两个旋涡器所形成的中心流体槽之间，通过固定式旋涡器的园形端板至少形成一对孔，而在流体槽和中间压力室之间形成流体通道，通过所述的固定式旋涡器的园形板形成一条联通道，而在中间压力室与前室之间形成一条流体通道，为了控制中间压力室和吸气室之间的联系，控制元件安装在中间压力室上，控制元件的改进型包括气缸、滑动在气缸内的活塞和联系元件，所述的气缸与所述的中间压力室、吸气室和排气室相联接，滑动在气缸内的活塞根据气缸内的压力和中间压力室压力的压力差值而动作，当所述的活塞从最低位置推向上时，联系元件使得气缸内的排气泄入到吸气室。
2.如权利要求
1所述的旋涡式压缩机，其特征在于，联系元件包括带切口並动配合于活塞上部的沟槽内的活塞环，所述的气缸是由第一气缸段和第二气缸段和联接二者的台阶部分所组成，第一气缸段的直径大于第二气缸段的直径。
3.如权利要求
2所述的旋涡式压缩机，其特征在于第一气缸段是锥形表面。
4.如权利要求
1所述的旋涡式压缩机，其特征在于联系元件包含气缸内壁表面上的一条凹槽。
5.如权利要求
1所述的旋涡式压缩机，其特征在于联系元件包括一个在气缸壁内形成的内孔，当所述活塞阻止了气缸和中间压力室的联系时，内孔的一个开口处在要接触活塞上部的气缸内表面上，内孔的其它开口在气缸上端部被打开。
6.旋涡式压缩机包括带有一个进气口和一个排气口的壳体，固定式旋涡器安装在所述的壳体内，有一个园形端板，其上面有第一条螺旋形元件伸到壳体内部，一个是轨道式旋涡器，有一个园形端板，其上有第二个螺旋形元件伸出，第一个和第二个螺旋形元件以一定的角度差和半径差配合组成多元线接触在所述的壳体内部至少限定一对流体槽，一个驱动机构联接着轨道旋涡器使得轨道式旋涡器作轨道运动，在作轨道运动改变着流体槽的体积时，为了防止轨道旋涡器的自转，有一个防止自转的机构，固定式旋涡器的园形端板把壳体的内部分为前室和后室，前室与进气口相联，后室分为排气室、中间压力室，排气室联系于出气口和由二旋涡器构成的中心流体槽之间，改进型通过固定式旋涡器的园形端板至少形成一对孔而在流体槽与中间压力室之间形成流体通道，通过所述的固定式旋涡器的园形端板形成联系通道並在中间压力室和前室之间构成流体通道，控制装置安装在中间压力室上控制中间压力室和吸气室之间的联系，含有控制装置的改进型包括气缸、滑动在气缸内的活塞和吸振元件，所述的气缸与中间压力室、吸气室和排气室相联接，活塞的滑动是根据气缸的压力与中间压力室压力的压力差而动作的，所述的吸振器元件安装在气缸的底面以便吸收气缸的内壁面和活塞之间的冲击力，确保活塞和气缸内壁面的密封。(此处原文可能漏字-译者注)
7.如权利要求
6的旋涡式压缩机，其特征在于所述的活塞是由树脂材料制成的。
专利摘要
该压缩机包括一个带有流体进口和出口的壳体。固定式旋涡器被固定在壳体内，它有一个圆形端板，其上有第一条螺旋形元件伸出。固定式旋涡器端板把壳体的内室分为前室和后室，前室与流体的进口相联。后室又分为与流体出口相联的排气室和中间压力室。固定式旋涡器的端板上至少有二个孔联接着流体槽和中间压力室。端板上也有联通前室和中间压力室的联通孔。一个控制前室和中间压力室之间联系的控制装置位于中间压力室并含有联系元件。
文档编号F04C28/00GK86105417SQ86105417
公开日1987年4月1日 申请日期1986年8月9日
发明者佐藤忠嗣, 真部淳, 寺内清 申请人:三电有限公司