具体实施方式
以下参照附图具体说明本发明的优选实施例。然而,必须注意的是,本发明并非仅限于这些优选实施例。
实例1
图1是本发明的优选实施例1中的密闭型压缩机的纵截面图。图2是在同一优选实施例中当压缩负荷未起作用时的主要部分的放大截面图。图3是在同一优选实施例中当压缩负荷起作用时的主要部分的放大截面图。图4是示出同一优选实施例中的轴承部与压缩室的相对位置的主要部分的截面图。图5是示出基于同一优选实施例的实验的结果的特性图。
在图1至图3中,密闭容器101容纳具有定子102和转子103的电机驱动元件104,以及由电机驱动元件104驱动的压缩元件105。在密闭容器101的底部包含有润滑油106。
轴110具有主轴部111,以及在主轴部111的一端偏心地形成为与该主轴部111整体运动的偏心轴部112。主轴部111固定于转子103的轴心。供油通路113形成在轴110的内部和外部。轴110的下端部延伸成使得润滑油106可浸入供油通路113中至规定深度。
缸体114具有被布置成相互固定在特定位置的圆筒形(或近似圆筒形)的压缩室115和轴承部120。轴承部120通过支撑轴110的主轴部111中的偏心轴部112侧的端部而形成悬臂轴承。
活塞123可往复运动地插入压缩室115中。活塞123具有平行于偏心轴部112的活塞销125,如图2和图3中所示。
阀板150装配于缸体114的端面。在缸体114中形成圆筒形孔部116,以便与活塞123和阀板150一起形成压缩室115。
如图2和图3中所示,连杆126由大端孔部128、小端孔部129和杆部130构成。大端孔部128配合到偏心轴部112上,并且小端孔部129通过活塞销125连接于活塞123。偏心轴部112和活塞123通过连杆126及活塞销125连接在一起。
在本优选实施例中,当压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时,与常规例中相同,活塞123的轴心C由于轴110的倾斜而倾斜。然而,在本优选实施例中,通过与活塞123的倾斜对应地倾斜压缩室115的轴心D而形成压缩室115。
即,在本优选实施例中,当压缩负荷未起作用时,如图2中的放大截面图所示,活塞123的轴心C不向通过倾斜轴心D而形成的压缩室115倾斜。另一方面,当压缩负荷起作用时,如图3中的放大截面图所示,活塞123倾斜成使得压缩室115的轴心D与活塞123的轴心C可相互重合。
通过参照图4来说明压缩室115的倾斜。轴承部120和压缩室115被布置成使得示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142可以彼此相交。在第一中心线141和第二中心线142之间形成的角度a1在常规密闭型压缩机中为π/2,然而在本优选实施例中,角度a1与预定角度b1一起满足公式(1)。
在具有该配置的密闭型压缩机中,其操作和作用说明如下。在图1中,电机驱动元件104的转子103使轴110旋转。伴随轴110的旋转,偏心轴部112的旋转运动通过连杆126传递至活塞123。因此,活塞123在压缩室115中作往复运动。通过活塞123的往复运动,将制冷剂气体从具有制冷循环的未示出的冷却系统吸入到压缩室115中。制冷剂气体在压缩室115中被压缩一次,然后被再次排出到冷却系统中。
供油通路113的下端部通过轴110的旋转起类似泵的作用。通过该泵作用,密闭容器101底部的润滑油106通过供油通路113并被向上抽吸,且在密闭容器101中在整个周向上水平地喷洒。喷洒的润滑油106被供应以润滑活塞销125和活塞123。
在悬臂轴承中,仅在轴110的偏心轴部112上的主轴部111的一侧支撑压缩制冷剂气体的压缩负荷。因此,轴110在主轴部111和轴承部120之间的间隙内倾斜。由此,在轴承部120的间隙内倾斜的轴110的主轴部111的轴心144与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间的角度a1小于π/2。
为了防止由此轴110的倾斜引起的活塞123对于压缩室115的撬动,在本优选实施例中,将示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线之间的角度a1设定为稍大于π/2。
在图4中,示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142的交点假定为O。基于轴承部120与主轴部111的间隙的、轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值假定为c1。预定角度的值为角度b1。此时,将压缩室115形成为使得由示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142所形成的角度a1可以满足公式(1)和公式(3)。
b1=f(c1);f为关于独立变量c1的函数(3)
可采用实验值作为将角度b1与轴110的倾斜角度的绝对值c1相关联的具体值。图5示出了密闭型压缩机的效率的测量结果,其中准备了压缩室115的轴心的角度不同的四种缸体114,并且组装了这些缸体114。在图5中,横坐标轴表示示出压缩室115的轴心的第二中心线142相对于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的、从π/2起的扩展(在图5中记载为压缩室相对于轴承的角度b1)。纵坐标轴表示关于角度b1的效率COP(性能系数)。即,图5是关于角度b1的效率COP的测量值的二次近似特性图。
这里,线P1表示角度b1为0(rad),并且此时的效率示出常规密闭型压缩机的平均值。在该实验中,由间隙引起的轴110的倾斜角度的绝对值c1,如线Q1所示为大约3.7×10-4(rad)。由图5可知,当角度b1在大约3.7至10×10-4(rad)的范围(A)内时,效率很高。类似地,当角度b1在大约2至12×10-4(rad)的范围(B)内时,效率高于常规密闭型压缩机中的效率。
使用轴110的倾斜角度的绝对值c1来表示该角度b1的范围,并且当角度b1在1.0c1至2.7c1的范围内时,效率非常高,特别是在0.5c1至3.3c1的范围内时,效率高于常规密闭型压缩机中的效率。
因此,当用公式(1)表示由示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142所形成的角度a1时,期望角度b1和角度的绝对值c1满足公式(4)的关系。
0.5c1≤b1≤3.3c1 (4)
更优选地,期望角度b1和角度的绝对值c1满足公式(5)的关系。
1.0c1≤b1≤2.7c1 (5)
因此,通过将由公式(1)表示的角度a1限定为压缩室115的轴心的角度的设计值,并且通过与轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c1相关联而将预定角度b1设定为更接近实际值,可以更确定地防止活塞123与压缩室115之间的撬动。
另外,为了提高效率,可将配置确定为避免示出压缩室115的轴心的第二中心线142与示出轴承部120的第一中心线141之间的交叉。
下面通过参照示出本优选实施例中的轴承部和压缩室的相对位置的图6中的上表面的截面图,更具体地说明该配置。
相对于示出压缩室115的轴心的第二中心线142,示出轴承部120的第一中心线141(图6中为一点)平行地偏移了尺寸“e”,其一般称为偏移。
在图6中,平行于示出轴承部120的轴心的第一中心线141(图6中为一点)的第三中心线143(图6中为一点),即,平行于轴承部120的轴心的线,与示出压缩室115的轴心的第二中心线142彼此相交。根据实验,只要尺寸“e”在3mm以内,则在该配置中也获得了与图5中所示结果相同的结果。
因此,只要压缩室115相对于轴承部120的偏移(尺寸“e”)在3mm以内,即可获得与上述相同的效果。即,当轴承部120和压缩室115被布置成使得示出压缩室115的轴心的第二中心线142与平行于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的第三中心线143可彼此相交时,可得知以下情况。用公式(6)表示在第三中心线143和第二中心线142之间形成的角度a1’(rad),并且此时优选地,角度b1和角度的绝对值c1可满足公式(4)的关系。更优选地,角度b1和角度的绝对值c1应满足公式(5)的关系。
a1’=π/2+b1(rad) (6)
在本优选实施例的悬臂轴承中,当活塞123位于下死点处时,配置成使得活塞123的至少一部分可从缸体114中露出。具体地,形成为使得活塞123的总体长度的至少1/3或更多可沿轴向露出。
在吸入行程的后半阶段或者在压缩行程的初期阶段,当由制冷剂气体的压力引起的压缩负荷在活塞123的端面123a上的作用不是很大时,轴110保持在主轴部111与轴承部120的间隙内,并且不会倾斜很多。因此,通过将示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142的相对角度设定为稍大于π/2,活塞123与压缩室115之间的撬动增加,并且滑动损失恐怕会增加。
然而,在本优选实施例中,当活塞123位于下死点处时,设计成使得活塞123的轴向上的总体长度的至少1/3或更多可露出。即,以短尺寸形成引起撬动的活塞123的轴向长度,并且可以抑制活塞123与压缩室115之间的撬动。
因此,如果活塞123位于下死点附近,则可防止活塞123与压缩室115之间的撬动。因此,通过减少活塞123的磨损可以实现更高的可靠性,并且通过降低滑动损失可以实现更高的效率。
实例2
在优选实施例1中,通过与活塞123的倾斜对应地倾斜压缩室115的轴心D而形成压缩室115。然而,在本优选实施例中,除了优选实施例1的配置以外,还在圆筒形孔部116中形成用于形成压缩室115的锥形部。因此,在本优选实施例中,省略关于与优选实施例1中相同的配置的说明,而主要说明与优选实施例1不同的配置。
图1至图4也可适用于本优选实施例。图7是本优选实施例中的压缩室附近的主要部分的截面图,示出了活塞位于下死点处的状态。图8是同一优选实施例中的压缩室附近的主要部分的截面图,示出了活塞沿锥形部滑动的状态。图9是示出基于同一优选实施例的实验的结果的特性图。
在本优选实施例中,与在优选实施例1中相同,在缸体114中形成圆筒形孔部116,以便与活塞123和阀板150一起形成压缩室115。如图7中所示,圆筒形孔部116具有从活塞123位于上死点的一侧向位于下死点的一侧,内径从Dt增加至Db(>Dt)的锥形部117。圆筒形孔部116在与到达上死点的活塞123的压缩室115侧的端部对应的位置,还具有在轴向上长度L的区段内内径不变的笔直部118。在整个总体长度的范围内以相同的外径形成活塞123。
缸体114具有在圆筒形孔部116的周壁的一部分中,即,在上壁部119中切出的槽口,以便如图7中所示,当活塞123位于下死点处时露出活塞123的反压缩室115侧。
在本优选实施例的该配置中,通过与在压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时轴110的倾斜所引起的活塞123的倾斜相对应地倾斜压缩室115的轴心D而形成压缩室115,并且还在圆筒形孔部116中形成用于形成压缩室115的锥形部117。
对通过倾斜压缩室的轴心D而形成压缩室的配置进行具体说明。如在优选实施例1中的图4中所说明,轴承部120和压缩室115被布置成使得示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142可以彼此相交。在第一中心线141与第二中心线142之间形成的角度当中,在第一中心线141下方的轴承部120侧与第二中心线142的压缩室115侧之间的角度假定为a1。在常规密闭型压缩机中,如在优选实施例1中所述,角度a1为π/2。在本优选实施例中,与在优选实施例1中相同,假定预定值的角度为b1,角度a1和角度b1满足公式(1)。
以下是对形成压缩室115的圆筒形孔部116的锥形部117和笔直部118的配置的具体说明。如图7和图8中所示,当活塞123的外周沿锥形部117滑动时的活塞123的轴心与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间形成的角度假定为d1。此时,由图7和图8可知,在锥形部117与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间形成的角度对应于d1。
在具有该配置的密闭型压缩机中,操作和作用与在优选实施例1中所述的基本相同。因此,轴110在主轴部111与轴承部120之间的间隙内倾斜。因而,在轴承部120的间隙内倾斜的轴110的主轴部111的轴心144与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间的角度a1小于π/2。
为了防止由该轴110的倾斜引起的活塞123对于压缩室115的撬动,在本优选实施例中,将示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间的角度a1设定为稍大于π/2。
在图4中,与在优选实施例1中相同,示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142的交点假定为O。基于轴承部120与主轴部111的间隙的、轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值假定为c1。将预定角度的值假定为角度b1,在本优选实施例中,与在优选实施例1中相同,将压缩室115形成为使得由示出轴承部120的轴心的第一中心线141与示出压缩室115的轴心的第二中心线142所形成的角度a1可以满足公式(1)和公式(3)。
如上所述,在本优选实施例中,防止了由于轴110的倾斜引起的活塞123对于压缩室115的撬动。同时,还在压缩行程中,直到向上死点侧移动的中间点,将滑动损失抑制得较低,并且当活塞123接近上死点位置时,防止了由于制冷剂气体的压力增加引起的气体泄漏的发生。因此,在本优选实施例中,如图7和图8中所示,形成压缩室115的圆筒形孔部116具有在轴向上内径不变的笔直部118,其形成在与活塞123位于上死点时活塞123的压缩室115侧的上端部对应的位置。另外,圆筒形孔部116具有邻近笔直部118形成的锥形部117,其内径从活塞123位于上死点的一侧向位于下死点的一侧增加。
另外,通过与角度c1相关联来设定将预定角度b1加到在活塞123的外周沿锥形部117滑动时的活塞123的轴心C与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间形成的角度d1上而得到的值。即,将压缩室115形成为使得角度b1与角度d1的和可以满足公式(7)。
(b1+d1)=f’(c1);f’为关于独立变量c1的函数 (7)
因此,在本优选实施例中,作为预定角度b1的值,或者将角度b1与锥形部117的设定角度d1相加而得到的值,可采用实验值作为与轴110的倾斜角度的绝对值c1相关联的具体值。图9示出了本优选实施例中的密闭型压缩机的效率的测量结果,其中准备了示出压缩室115的轴心的第二中心线142的角度不同的几种缸体114,并且组装了这些缸体114。
即,将示出压缩室115的轴心的第二中心线142相对于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的、从π/2起的展开角度b1与锥形部117的角度d1之和(b1+d1)除以轴110的倾斜角度的绝对值c1,并且在横坐标轴上绘出所获得的无量纲数。在纵坐标轴上表示与横坐标轴上的各角度对应的效率COP。即,图9是在(b1+d1)/c1处的效率的各测量值的二次近似特性图。
这里,在横坐标轴上的0值处的效率表示在常规密闭型压缩机中的没有锥形部117的配置中的平均值。在本实验中的间隙中的轴110的倾斜角度的绝对值c1为大约3.7×10-4(rad)。因此,在图9中,这些值由线P2和线Q2表示。
由图9可知,当(b1+d1)/c1的值在大约1至3.2的范围(A)内时,效率很高。还可知当(b1+d1)/c1的值在大约0.3至4的范围(B)内时,效率高于常规密闭型压缩机。
因此,当用公式(1)表示示出压缩室115的轴心的第二中心线142相对于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的角度a1时,角度b1和角度c1应优选地满足公式(8)的关系。
0<b1≤2.5c1 (8)
同时,通过将角度b1设定为不包括0(rad)的正值,特别是在压缩行程中,可以有效地防止当轴110在主轴部111与轴承部120的间隙内很大程度地倾斜时的笔直部118与活塞123之间的撬动。另外,通过将角度b1设定为2.5c1或更小,在吸入行程的后半阶段或在压缩行程的初期阶段,当轴110在主轴部111与轴承部120的间隙内没有倾斜很多时,可以有效地防止在活塞123与压缩室115之间产生撬动。
同时,由当活塞123的外周沿锥形部117滑动时的活塞123的轴心C与示出压缩室115的轴心的第二中心线142所形成的角度d1优选地满足与角度b1、角度c1和角度d1相关的公式(9)。
0.3c1≤(b1+d1)≤4c1 (9)
更优选地,角度b1、角度d1和角度c1应当具有满足公式(10)的关系。
c1≤(b1+d1)≤3.2c1 (10)
这里,说明将压缩室115的轴心142相对于轴承部120的轴心141的角度设定为大于π/2的效果,以及在压缩室115的连杆126侧形成锥形部117的效果。
首先,将示出压缩室115的轴心的第二中心线142相对于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的角度设定为大于π/2的效果与在优选实施例1中所说明的相同。即,可以有效地防止在由悬臂轴承压缩制冷剂气体时的压缩负荷所引起的轴110在轴承部120的间隙内的倾斜所导致的活塞123对于压缩室115的撬动。
然而,当活塞123在压缩室115中往复运动时,由于活塞123的外周与压缩室115的内周壁之间的滑动,滑动损失变得相对较大。
为了减少活塞123的外周与压缩室115的内周壁之间的滑动损失,在本优选实施例中,在压缩室115的上死点侧设置有在轴向上内径不变的笔直部118,并且还在压缩室115的连杆126侧形成有设置成从上死点侧向下死点侧内径增加的锥形部117。
因此,在压缩行程中直到向上死点侧移动的中间状态,几乎不产生漏气(即,在压缩室115中压缩的制冷剂从活塞123的外周与压缩室115的内壁之间的间隙中泄漏的现象)。另外,活塞123的滑动阻力(滑动损失)变得更小。此外,在压缩行程一直进行到活塞123接近上死点的状态中,与在整个长度上形成锥形部117的情况相比,可以减少由气压增加引起的制冷剂气体的气体泄漏的产生。
这里,在压缩行程中,可以考虑的是活塞123的外周可沿锥形部117滑动。如图8中的压缩室附近的主要部分的截面图中所示,当活塞123的外周沿锥形部117在重力方向上向下滑动时,活塞123的轴心C相对于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的倾斜比π/2大(b1+d1)。因此,在不仅考虑角度b1而且考虑锥形部117的角度d1的情况下,可以考虑通过与基于轴承部120和主轴部111之间的间隙的、轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c1的关系来进行优化。
作为替换,在仅考虑锥形部117的角度d1的情况下,如果通过与基于轴承部120和主轴部111之间的间隙的、轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c1的关系来进行设计,如果在压缩室115的上死点侧设置沿轴向内径不变的笔直部118,则对于在笔直部118与活塞123之间滑动的情况,不能够防止由轴110对于轴承部120的倾斜引起的活塞123与压缩室115之间的撬动。
在将活塞123的轴心C对于示出轴承部120的轴心的第一中心线141的倾斜与在常规密闭型压缩机中同样地保持在π/2时,在与基于轴承部120和主轴部111的间隙的、轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c1相关地设计锥形部117的角度d1的情况下,如果锥形部117的角度d1较大,则活塞123在压缩室115中的行为不稳定,并且噪音可能会增大。同时,活塞123与压缩室115之间的润滑油106的保持变得不充分,并且制冷剂气体的泄漏可能会增大。
相反地,如果锥形部117的角度值d1较小,则降低活塞123的外周与压缩室115的内周壁之间的滑动损失的效果被减弱。
因此,可以防止由轴110对于轴承部120的倾斜引起的活塞123与压缩室115之间的撬动。同时,还可有效地减少在压缩行程中直到向上死点侧移动的中间状态的活塞123的滑动阻力(滑动损失)。另外,在压缩行程一直进行到活塞123接近上死点位置的状态中,减少了由气压增加引起的制冷剂气体的气体泄漏的产生。为了满足这些要求,将压缩室115的轴心相对于轴承部120的轴心的角度设定为大于π/2,同时在压缩室115的连杆126侧设置锥形部117,使得可获得协同效果。
然而,仅通过将压缩室115的轴心相对于轴承部120的轴心的角度设定为大于π/2并且在压缩室115的连杆126侧设置锥形部117,不能互补彼此的问题。即,在考虑压缩室115的轴心相对于轴承部120的轴心的角度a1以及锥形部117的角度d1两者的情况下,角度b1、角度d1和角度c1可被限定为满足公式(9)或公式(10)的关系,并可通过与基于轴承部120和主轴部111之间的间隙的、轴110对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c1相关联而被设定为更接近实际值,且实现以上效果。
此时,另外地,当角度b1和角度d1满足公式(11)的关系时,根据实验结果,效果进一步提高,并且可靠性和效率比常规密闭型压缩机中高得多。
0.5b1≤d1≤1.5b1 (11)
如果锥形部117的角度d1小于角度b1的0.5倍,则降低活塞123的外周与压缩室115的内周壁之间的滑动损失的效果减弱,相反地,如果锥形部117的角度d1大于角度b1的1.5倍,则由于活塞123在压缩室115内的行为不稳定而导致噪音增加,并且这里意在从两种特性的角度进行优化。
在本优选实施例中,同样地,与在优选实施例1中相同,为了获得更高效率,部件可被布置成使得示出压缩室115的轴心的第二中心线142可以不与示出轴承部120的轴心的第一中心线141相交。在这种情况下,同样在本优选实施例中,与通过参照图6在优选实施例1中所述相同,角度a1’和角度b1可被限定为满足公式(6)。
同样在本优选实施例中,当活塞123位于下死点处时,至少活塞123的一部分被形成为从缸体114中露出。更具体地,活塞123的总体长度的1/3以上沿其轴向露出。因此,与在优选实施例1中所述相同,在本优选实施例中,同样地,可以防止当活塞123位于下死点附近时的活塞123与压缩室115之间的撬动。
在本优选实施例中,同时,在与当活塞123位于上死点时活塞123的压缩室115侧的上端部对应的压缩室115的内周壁上,形成沿轴向内径不变的笔直部118。然而,在不形成笔直部118的情况下,只要设置有锥形部117本发明即可适用。即,如果仅形成锥形部117,尽管从压缩室115的制冷剂气体的泄漏增加并且效率倾向于下降,然而可以借助通过与基于轴承部120和主轴部111之间的间隙的、轴110对于轴承部120的倾斜的绝对值c1相关联而将角度d1设定为更接近实际值的设计来解决这些问题。
实例3
在优选实施例1和2中,通过与活塞123的倾斜对应地倾斜压缩室115的轴心而形成压缩室115。然而,在本优选实施例中,通过与在压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时由轴110的倾斜引起倾斜的连杆的倾斜对应地倾斜销孔的轴心而形成销孔。
图10是本优选实施例中的密闭型压缩机的纵截面图。图11是在同一优选实施例中当压缩负荷未起作用时的主要部分的放大截面图。图12是在同一优选实施例中当压缩负荷起作用时的主要部分的放大截面图。图13是示出同一优选实施例中的活塞与销孔的相对位置的主要部分的截面图。图14是示出基于同一优选实施例的实验的结果的特性图。本优选实施例的密闭型压缩机的基本配置与优选实施例1和2中相同,不过将再次进行说明。
在图10至图12中,密闭容器101容纳具有定子102和转子103的电机驱动元件104,以及由电机驱动元件104驱动的压缩元件105。在密闭容器101的底部包含有润滑油106。
轴110具有主轴部111,以及在主轴部111的一端偏心地形成为与该主轴部111整体运动的偏心轴部112。主轴部111固定于转子103的轴心。供油通路113形成在轴110的内部和外部。轴110的下端部延伸成使得润滑油106可浸入供油通路113中至规定深度。
缸体114具有被布置成相互固定在特定位置的近似圆筒形的压缩室115和轴承部120。轴承部120通过支撑轴110的主轴部111中的偏心轴部112侧的端部而形成悬臂轴承。
活塞123可往复运动地插入压缩室115中。活塞123具有销孔124,且活塞销125插入并固定在销孔124中。
如图11和图12中所示,连杆126由大端孔部128、小端孔部129和杆部130构成。大端孔部128配合到偏心轴部112上。小端孔部129通过活塞销125连接于活塞123。偏心轴部112和活塞123通过连杆126及活塞销125连接在一起。
在本优选实施例中,当压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时,连杆126也由于轴110的倾斜而倾斜。然而,通过与连杆126的倾斜对应地倾斜销孔124的轴心而形成销孔124。
参照图11和图12来说明该倾斜的状态。在图11中,压缩负荷未起作用,并且该图示出通过相对于压缩室115的轴心D倾斜销孔124的轴心而形成的活塞123的轴心C的状态的放大截面图。在图12中,压缩负荷起作用,并且该图示出使得压缩室115的轴心D可与活塞123的轴心C重合的活塞123的状态的放大截面图。
在图13中示出了销孔124的倾斜,其中,在示出活塞123的轴心C的第一中心线141与示出销孔124的轴心的第二中心线142之间形成的角度a2,在常规密闭型压缩机中为π/2,但在本优选实施例中被限定成与预定角度b2一起满足公式(2)。
在具有该配置的密闭型压缩机中,其操作和作用说明如下。电机驱动元件104的转子103使轴110旋转。伴随轴110的旋转,偏心轴部112的旋转运动通过连杆126传递至活塞123。因此,活塞123在压缩室115中往复运动。通过活塞123的往复运动,制冷剂气体被从未示出的冷却系统吸入到压缩室115中,并被压缩一次,且被再次排出到冷却系统中。
供油通路113的下端部通过轴110的旋转起类似泵的作用。通过该泵作用,密闭容器101底部的润滑油106通过供油通路113并被向上抽吸,且在密闭容器101中在整个周向上水平地喷洒。喷洒的润滑油106被供应以润滑活塞销125和活塞123。
在悬臂轴承中,仅在轴110的偏心轴部112上的主轴部111的一侧支撑压缩制冷剂气体的压缩负荷。因此,轴110在主轴部111与轴承部120之间的间隙内倾斜。因而,在轴承部120的间隙内倾斜的轴110的主轴部111的轴心144与压缩室115的轴心D之间的相对角度小于π/2。
为了防止由该轴110的倾斜引起的活塞123对于压缩室115的撬动,在本优选实施例中,将示出活塞123的轴心的第一中心线141与示出销孔124的轴心的第二中心线142之间的相对角度设定为稍大于π/2。
在图12和图13中,示出活塞123的轴心C的第一中心线141与示出销孔124的轴心的第二中心线142的交点假定为O。基于轴承部120与主轴部111的间隙的、主轴部111的轴心144相对于轴承部120的轴心的倾斜角度的绝对值假定为c2。预定角度的值为角度b2,并且销孔124被形成为使得由示出活塞123的轴心C的第一中心线141与示出销孔124的轴心的第二中心线142所形成的角度a2可以满足公式(2)和公式(12)。
b2=f(c2);f为关于独立变量c2的函数 (12)
可采用实验值作为将预定角度b2与轴110的倾斜角度的绝对值c2相关联的具体值。图14示出了密闭型压缩机的效率的测量结果,其中准备了销孔124的轴心的角度不同的活塞123,并且组装了这些活塞123。即,横坐标轴表示示出销孔124的轴心的第二中心线142相对于示出活塞123的轴心的第一中心线141的、从π/2起的展开(在图14中记载为销孔轴心相对于活塞轴心的角度b2)。纵坐标轴表示相对于角度b2的效率COP。即,图14是关于角度b2的效率COP的测量值的二次近似特性图。
这里,在由线P3示出角度b2为0处的效率示出常规密闭型压缩机的平均值。在该实验中,由间隙引起的轴110的倾斜角度的绝对值c2为大约3.7×10-4。由图14可知,当角度b2在大约3.7至10×10-4的范围(A)内时,效率很高。类似地,当角度b2在大约2至12×10-4的范围(B)内时,效率高于常规密闭型压缩机中的效率。
使用轴110的倾斜角度的绝对值c2来表示该角度b2的范围,并且当角度b2在1.0c2至2.7c2的范围内时,效率非常高,特别是在0.5c2至3.3c2的范围内时,效率高于常规密闭型压缩机中的效率。
因此,当用公式(2)表示由示出活塞123的轴心的第一中心线141与示出销孔124的轴心的第二中心线142所形成的角度a2时,期望角度b2和角度的绝对值c2满足公式(13)的关系。
0.5c2≤b2≤3.3c2 (13)
更优选地,期望角度b2和角度c2满足公式(14)的关系。
1.0c2≤b2≤2.7c2 (14)
因此,在本优选实施例中,通过将由公式(2)表示的角度a2限定为销孔124的轴心的角度的设计值,并且通过与轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c2相关联而将预定角度b2设定为更接近实际值,可以防止活塞123与压缩室115之间的撬动。
另外,在本优选实施例的悬臂轴承中,当活塞123位于下死点处时,设计成使得活塞123的至少一部分可从缸体114中露出。更具体地,活塞123的轴向上的总体长度的1/3以上可以露出。
在吸入行程的后半阶段或者在压缩行程的初期阶段,当由制冷剂气体的压力引起的压缩负荷在活塞123的端面123a上的作用不是很大时,轴110保持在主轴部111与轴承部120的间隙内,并且不会倾斜很多。因此,通过将示出活塞123的轴心的第一中心线141与示出销孔124的轴心的第二中心线142的相对角度设定为稍大于π/2,活塞123与压缩室115之间的撬动增加,并且滑动损失恐怕会增加。
然而,在本优选实施例中,当活塞123位于下死点处时,设计成使得活塞123的轴向上的总体长度的至少1/3或更多可以露出。即,以短尺寸形成引起撬动的活塞123的轴向长度,并且可以抑制活塞123与压缩室115之间的撬动。
因此,如果活塞123位于下死点附近,则可防止活塞123与压缩室115之间的撬动。因此,通过减少活塞123的磨损可以实现更高的可靠性,并且通过降低滑动损失可以实现更高的效率。
在本优选实施例中,活塞123在竖直方向上是非对称的,使得在组装过程中可以容易地区分上下。具体地,在活塞123的上部形成有判断孔146a。通过组装成使得该判断孔146a可处于上侧,不会上下颠倒地组装活塞123。因此,可以确定地获得活塞123与压缩室115之间的防止撬动的效果。
在本优选实施例中同样地,与在优选实施例2中所述相同,通过在圆筒形孔部116中形成用于形成压缩室115的锥形部117,获得了与优选实施例2中相同的效果。即,除了在图10至图13中说明的配置以外,通过应用图7和图8中所示的配置,获得了如图9中所示的特性。在图7至图9中,用相同的附图标记标识与优选实施例2中相同的部件,并且用与优选实施例2中相同的标记说明角度。在本优选实施例中,通过与角度c2相关联来设定将预定角度b2加到在活塞123的外周沿锥形部117滑动时的活塞123的轴心C与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间形成的角度d2上所得的和。将压缩室115形成为使得角度b2与角度d2的和可以满足公式(15)。
(b2+d2)=f”(c2);f”为关于独立变量c2的函数 (15)
在本优选实施例中,同样地,作为预定角度b2或者角度b2与锥形部117的预定角度d2之和,可采用实验值作为与轴110的倾斜角度的绝对值c2相关联的具体数值。通过与优选实施例2中相同的实验,获得了与图9中相同的测量结果。
因此,在本优选实施例中,同样地,在活塞123的外周沿锥形部117滑动时的活塞123的轴心C与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间形成的角度d2优选地满足关于角度b2、角度c2和角度d2的公式(16)的关系。
0.3c2≤(b2+d2)≤4c2 (16)
另外,角度b2、角度d2和角度c2应当优选地满足公式(17)的关系。
c2≤(b2+d2)≤3.2c2 (17)
此外,当角度b2和角度d2满足公式(18)时,获得与优选实施例2中相同的效果,并且可靠性和效率比常规密闭型压缩机中高得多。
0.5b2≤d2≤1.5b2 (18)
实例4
在优选实施例1和2中,通过与活塞123的倾斜对应地倾斜压缩室115的轴心而形成压缩室115。在优选实施例3中,通过与在压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时由轴110的倾斜引起倾斜的连杆126的倾斜对应地倾斜销孔124的轴心而形成销孔124。然而,在本优选实施例中,与压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时的轴110的倾斜对应地相对于大端孔部128的轴心倾斜小端孔部129的轴心。
本优选实施例的密闭型压缩机的基本配置与在图10中说明的优选实施例3中的基本配置相同。图15是在本优选实施例中当压缩负荷未起作用时的主要部分的放大截面图。图16是在同一优选实施例中当压缩负荷起作用时的主要部分的放大截面图。图17是示出同一优选实施例中的连杆的大端孔部与小端孔部的相对位置的主要部分的截面图。图18是示出基于同一优选实施例的实验的结果的特性图。
参照图10、图15和图16对本优选实施例的总体配置的说明与优选实施例3中相同,且因此省略。在本优选实施例中,如上所述,与压缩制冷剂气体的压缩负荷起作用时的轴110的倾斜相对应,相对于大端孔部128的轴心倾斜小端孔部129的轴心。
参照图15和图16来说明该倾斜的状态。图15示出了当压缩负荷未起作用时活塞123的轴心C相对于压缩室115的轴心D的状态的放大截面图。图16示出了使得在压缩负荷起作用时压缩室115的轴心D与活塞123的轴心C可相互重合的活塞123和连杆126的状态的放大截面图。
在图17中示出了大端孔部128的轴心与小端孔部129的轴心的倾斜关系。如图17中所示,在示出大端孔部128的轴心的第一中心线141与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142之间形成的角度当中,在第一中心线141上方的偏心轴部112侧(反主轴部111侧)与第二中心线142或线143上方的偏心轴部112侧(反主轴部111侧)之间形成的角度假定为a3。基于轴承部120与主轴部111之间的间隙的、轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值假定为c3。在常规密闭型压缩机中,角度a3为0。在本优选实施例中,角度a3由公式(19)限定。
0.5c3≤a3≤3.3c3 (19)
即,大端孔部128的轴心和小端孔部129的轴心随着从偏心轴部112侧(上方)向主轴部111侧(下方)的行进,沿靠近的方向稍稍倾斜。
在具有该配置的密闭型压缩机中,基本操作和作用与在优选实施例3中相同,且省略其说明。在本优选实施例中,同样地,在悬臂轴承中,压缩制冷剂气体时的压缩负荷仅由轴110的偏心轴部112的一侧上的主轴部111来支撑。因而,轴110在主轴部111与轴承部120的间隙内倾斜。
因此,在轴承部120的间隙内倾斜的轴110的主轴部111的轴心144与压缩室115的轴心D的相对角度小于π/2。
为了防止由该轴110的倾斜引起的活塞123对于压缩室115的撬动,在本优选实施例中,将示出大端孔部128的轴心的第一中心线141与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142之间的相对角度设定为稍大于0。
在图16和图17中,大端孔部128和小端孔部129被形成为使得示出大端孔部128的轴心的第一中心线141与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142之间的角度a3,以及基于轴承部120与主轴部111的间隙的、主轴部111的轴心144相对于轴承部120的轴心的倾斜角度的绝对值c3可以满足公式(15)。在图17中,为了易于理解角度a3,标示出与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142平行的线143,并且用角度a3来表示该线143与示出大端孔部128的轴心的第一中心线141之间的角度。
可采用实验值作为将角度a3与轴110的倾斜角度的绝对值c3相关联的具体值。图18示出了密闭型压缩机的效率COP的测量结果,其中准备了大端孔部128的轴心与小端孔部129的轴心之间的相对角度a3变化的连杆126,并且组装了这些连杆126。即,在横坐标轴上绘出示出大端孔部128的轴心的第一中心线141与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142之间的角度(在图18中为连杆的大端孔部的轴心与小端孔部的轴心的角度a3)。在纵坐标轴上绘出对于各角度a3值的效率COP。即,图18是在各角度a3值的效率COP的各测量值的二次近似特性图。
这里,在由线P4示出角度a3为0处的效率示出常规密闭型压缩机的平均值。由线Q4示出的由本实验中的间隙引起的轴110的倾斜角度的绝对值c3为大约3.7×10-4。由图18可知,当角度a3在大约3.7至10×10-4的范围(A)内时,效率很高。类似地,当角度a3在大约2至12×10-4的范围(B)内时,效率高于常规密闭型压缩机中的效率。
使用轴110的倾斜角度的绝对值c3来表示该角度a3的范围,并且当角度a3在1.0c3至2.7c3的范围内时,效率非常高,特别是在0.5c3至3.3c3的范围内时,效率高于常规密闭型压缩机中的效率。
因此,由示出大端孔部128的轴心的第一中心线141与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142形成的角度a3以及角度c3应当优选地满足公式(19)的关系。更优选地,期望角度a3和角度c3满足公式(20)的关系.
1.0c3≤a3≤2.7c3 (20)
然而,如果角度a3对于角度c3设定得过小,特别是在压缩行程中,则不能防止当轴110在主轴部111与轴承部120的间隙内倾斜很多时笔直部118与活塞123之间的撬动,或者相反地,如果角度a3对于角度c3设定得过大,则在吸入行程的后半阶段或者在压缩行程的初期阶段,当轴110在主轴部111与轴承部120的间隙内没有倾斜很多时,不能防止活塞123与压缩室115之间的撬动。
因此,在本优选实施例中,通过与轴110相对于轴承部120的倾斜角度的绝对值c3相关联地将大端孔部128的轴心与小端孔部129的轴心的角度a3限定为更接近实际值,可以防止活塞123与压缩室115之间的撬动。
另外,在本优选实施例的悬臂轴承中,当活塞123位于下死点处时,设计成使得活塞123的至少一部分可从缸体114中露出。更具体地,活塞123的轴向上的总体长度的1/3以上可以露出。
在本优选实施例中,与在优选实施例3中相同,在吸入行程的后半阶段或者在压缩行程的初期阶段,通过将示出大端孔部128的轴心的第一中心线141与示出小端孔部129的轴心的第二中心线142的相对角度设定为稍大于0,活塞123与压缩室115之间的撬动增加,并且滑动损失恐怕会增加。
然而,在本优选实施例中,当活塞123位于下死点处时,设计成使得活塞123的轴向上的总体长度的至少1/3或更多可以露出。即,以短尺寸形成引起撬动的活塞123的轴向长度,并且可以抑制活塞123与压缩室115之间的撬动。
因此,如果活塞123位于下死点附近,则可防止活塞123与压缩室115之间的撬动。因此,通过减少活塞123的磨损可以实现更高的可靠性,并且通过降低滑动损失可以实现更高的效率。
在本优选实施例中,连杆126在竖直方向上是非对称的,使得在组装过程中可以容易地区分上下。具体地,在连杆126的上部形成有判断凸起146b。通过组装成使得该判断凸起146b可处于上侧,不会上下颠倒地组装连杆126。因此,可以确定地获得活塞123与压缩室115之间的防止撬动的效果。
为了更高的效率,部件可被布置成使得示出压缩室115的轴心的中心线可以不与轴承部120的轴心相交。在该情况下,同样地,与在优选实施例1中相同,只要压缩室115从轴承部120的偏移在3mm以内,即可获得与本优选实施例中相同的效果。
在本优选实施例中,同样地,与在优选实施例2和3中所述相同,通过在圆筒形孔部116中形成用于形成压缩室115的锥形部117,获得了与优选实施例2和3中相同的效果。
因此,在本优选实施例中,同样地,当活塞123的外周沿锥形部117滑动时在活塞123的轴心C与示出压缩室115的轴心的第二中心线142之间形成的角度d3优选地满足关于预定角度b3、角度c3和角度d3的公式(21)的关系。
0.3c3≤(b3+d3)≤4c3 (21)
另外,角度b3、角度d3和角度c3应当优选地满足公式(22)的关系。
c3≤(b3+d3)≤3.2c3 (22)
此外,当角度b3和角度d3满足公式(23)时,获得与优选实施例2中相同的效果,并且可靠性和效率比常规密闭型压缩机中高得多。
0.5b3≤d3≤1.5b3 (23)
实例5
图19是使用优选实施例1至4中说明的任何一种密闭型压缩机的、本发明的优选实施例5中的冷柜冰箱的示意性配置图。在图19中,本优选实施例的冷柜冰箱200包括设置在箱体201的正面的多个储藏室202,以及设置在背面的机械室203。机械室203容纳如优选实施例1至4中所述的密闭型压缩机204。密闭型压缩机204通过管206连接于诸如冷凝器的制冷循环组成元件205。密闭型压缩机204由控制装置207控制,并且运行适当的制冷循环。因此,根据本优选实施例,获得了高可靠性和高效率的冷柜冰箱。