專利名稱：具有推力球軸承的封閉往復(fù)式壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷凍電冰箱等的致冷循環(huán)的封閉式壓縮機。
背景技術(shù)：
在最近一些年，就用于冷凍電冰箱等的冷凍裝置的封閉式壓縮機而 言，提出了實現(xiàn)用于減少功率消耗的高效率。傳統(tǒng)地，作為用于獲得封閉 式壓縮機的高效率的裝置，與滑動軸承相比，已經(jīng)采用了其中推力軸承部 分的滑動損失降低的推力球軸承。同時，潤滑油的粘性的降低得到改進， 以便降低滑動損失。
對于這種類型的傳統(tǒng)封閉式壓縮機， 一種壓縮機為其中球的上部和下
部由墊圈夾住，并且使用采用由聚合材料制成的保持架(cage)的便宜且 簡單的結(jié)構(gòu)的推力球軸承，以獲得高效率(例如，參照專利文獻l)。
在下文中，將參照圖說明傳統(tǒng)的封閉式壓縮機。
圖5是在專利文獻1中說明的傳統(tǒng)封閉式壓縮機的縱向剖視圖，而圖6 是封閉式壓縮機的主要部分的分解透視圖。
如圖5所示，設(shè)置有定子2和轉(zhuǎn)子3的電驅(qū)動件4、以及由電驅(qū)動件4驅(qū) 動的壓縮件5容納在密閉容器1內(nèi)，并且潤滑油6儲存在密閉容器1內(nèi)。
軸10具有主軸部分11以及與主軸部分11偏心形成的偏心軸部分12，其 中轉(zhuǎn)子3固定到主軸部分11。
氣缸體14具有基本呈圓柱形的壓縮室15以及主軸承20。
活塞23往復(fù)及可滑動地插入氣缸體14的壓縮室15中，并通過連接裝置 24和活塞銷25連接到偏心軸部分12。
在軸10的主軸部分11與偏心軸部分12之間在主軸部分11的側(cè)面上，環(huán) 形墊圈上支持面27近似垂直于主軸部分11的軸心形成。此外，在主軸承20 的上端處，環(huán)形墊圈下支持面28近似垂直于主軸承20的軸心形成。
推力球軸承29設(shè)置在墊圈上支持面27和墊圈下支持面28之間，以在重力的方向上支撐軸10和轉(zhuǎn)子3的載荷。
如圖6所示，推力球軸承29由多個球30、由尼龍表示的聚合材料形成 并保持球30的保持架31、以及分別設(shè)置在球30的上方和下方的上墊圈32 和下墊圈33組成。上墊圈32和下墊圈33由進過淬火的鐵制造的平板形成。
下面將說明如上所述構(gòu)造的封閉式壓縮機的操作。
電驅(qū)動件4的轉(zhuǎn)子3使軸10旋轉(zhuǎn)，偏心軸部分12的旋轉(zhuǎn)運動通過連接裝 置24傳遞到活塞23，由此使活塞23在壓縮室15中往復(fù)運動。因此，當(dāng)致冷 劑氣體從未顯示的冷卻系統(tǒng)吸入并壓縮進壓縮室15中后，氣體被再次排出 到冷卻系統(tǒng)。
軸10和轉(zhuǎn)子3的重量由推力球軸承29支撐。當(dāng)軸10旋轉(zhuǎn)時，球30在上 墊圈32和下墊圈33之間滾動。因此，軸10平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)軸10旋轉(zhuǎn)時，上墊圈32與墊圈上支持面27緊密接觸，而下墊圈33 與墊圈下支持面28緊密接觸。此外，保持架31保持球30，使得球30不會由 于離心力跳出。
與推力滑動軸承相比，由于通過使用推力球軸承29使軸10旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩 變小，所以推力軸承中的損失可以為很小。因此，封閉式壓縮機的輸入可 以減小以獲得高效率。
然而，在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，在使用如ISOVG3到ISOVG10的低粘度等級 的潤滑油6的情況下，存在的問題是保持架31可能損壞，且可靠性可能下 降。
專利引用文獻l:日本未審查的專利公開出版物第2005-127305號

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種封閉式壓縮機，包括儲存潤滑油的密閉容器；包括 定子和轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動件；具有由電驅(qū)動件驅(qū)動的壓縮件的軸，所述軸包括 主軸以及通過凸緣部分形成的偏心軸部分，其中轉(zhuǎn)子固定到主軸；包括圓 柱形壓縮室的氣缸體；在壓縮室內(nèi)往復(fù)運動的活塞；連接活塞和偏心軸部 分的連接裝置；形成于氣缸體中以沿軸頸支撐軸的主軸部分的主軸承；以 及通過轉(zhuǎn)子和軸的自重支撐垂直載荷的推力球軸承。推力球軸承包括具有 3 mm或更小直徑的多個球、保持球并由聚合材料形成的保持部分以及分別設(shè)置在球的上方和下方的上墊圈和下墊圈，以及潤滑油的粘度等級從
ISO VG3到ISOVG10。
根據(jù)具有這種結(jié)構(gòu)的封閉式壓縮機，球制作得很輕以減小離心力，因 此減少施加到保持部分的表面壓力。通過在低于聚合材料的滑動極限的表 面壓力下使用保持部分，可以保持降低推力軸承部分的滑動損失的效果， 即使使用低粘度的潤滑油獲得高效率，也可以防止保持部分磨損。結(jié)果， 可以提供高效且高可靠性的封閉式壓縮機。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的封閉式壓縮機的縱向剖視圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的封閉式壓縮機的主要部分的剖視
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的封閉式壓縮機的推力球軸承的主要 部分的放大剖視圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的示例實施例的封閉式壓縮機的保持部分中的 PV值的特征的圖表；
圖5是傳統(tǒng)封閉式壓縮機的縱向剖視圖；以及
圖6是傳統(tǒng)封閉式壓縮機的主要部分的分解透視圖。
圖標(biāo)記說明跳封閉式壓縮機
101:密閉容器
102:潤滑油
103:定子
104:轉(zhuǎn)子
105:電驅(qū)動件
106:壓縮件
110:軸
111:主軸部分
112:凸緣部分
113:偏心軸部分120:氣缸體
121:壓縮室
122:主軸承
130:活塞
131:連接裝置
140:推力球軸承
141:上端表面
142:球
143:保持部分
144:上墊圈
145:下墊圈
150:球穴部分
151:內(nèi)表面
152:上部
153:供油通道
具體實施例方式
在下文中將參照圖說明本發(fā)明的實施例。此外，本發(fā)明不局限于該實 施例。
(實施例)
圖1是本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機的縱向剖視圖。
封閉式壓縮機100在密閉容器101中儲存潤滑油102，并容納設(shè)置有定 子103和轉(zhuǎn)子I04的電驅(qū)動件105以及通過電驅(qū)動件105驅(qū)動并設(shè)置在電驅(qū) 動件105上方的壓縮件106。
構(gòu)成壓縮件106的軸110具有主軸部分lll，轉(zhuǎn)子104固定地收縮配合 到主軸部分lll中；以及通過凸緣部分112與主軸部分111偏心地形成的偏 心軸部分113。此外，供油機構(gòu)114形成于軸110內(nèi)。
氣缸體120具有基本呈圓柱形的壓縮室121 ，并且形成有沿軸頸支撐軸 110的主軸部分111的主軸承122?；钊?30往復(fù)及可滑動地插入到氣缸體 120的壓縮室121中，并通過連接裝置131和活塞銷132連接到偏心軸部分113。在此，活塞130在壓縮室121內(nèi)往復(fù)運動。推力球軸承140設(shè)置在凸緣 部分112和主軸承122的上端表面141之間，以支撐由轉(zhuǎn)子104和軸110的自
重產(chǎn)生的垂直載荷。
圖2是本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機的主要部分的剖視圖。推力球 軸承140包括具有3mm或更小的直徑的多個球142。本發(fā)明的實施例的封閉 式壓縮機的球142具有2.0mm的直徑，且該球的數(shù)量為14。
推力球軸承140包括由為聚合材料的尼龍66形成并保持球142的保持 部分143、分別設(shè)置在球142的上方和下方的上墊圈144和下墊圈145。此外， 上墊圈144和下墊圈145為由鐵制成并經(jīng)過環(huán)形淬火的平板。
保持部分143以環(huán)形方式形成，并且包括保持沿球142的滾道的圓周以 規(guī)則間隔設(shè)置的球142的多個球穴部分(pocketportion) 150。此外，顯示 在圖2中的球142的滾道直徑d為23mm。圖3是本發(fā)明的實施例的推力球軸 承的主要部分的放大剖視圖。球穴部分150的內(nèi)表面151具有小于球142的 曲率半徑R1的曲率半徑R2，并且球142和保持部分143在球穴部分150的邊 緣處彼此形成環(huán)形線接觸。具體地，R2設(shè)定為0.9mm或更大并小于lmm， 以便稍微小于球142的曲率半徑R1 1 mm。
因此，在球142和球穴部分150之間形成微小的間隙。
此外，保持部分143設(shè)置有供油通道153，供油通道153允許保持部分 143的上部分152和球穴部分150的內(nèi)表面151在球142靠近的附近區(qū)域中在
垂直方向上彼此直接連通。
電驅(qū)動件105為其中纏繞線以集中的方式繞著設(shè)置在定子103的芯體 中的牙齒部分纏繞的集中纏繞類型。此外，電驅(qū)動件105通過變頻控制用 多個操作頻率驅(qū)動。具體地，轉(zhuǎn)子104可以以至少60Hz或更大的旋轉(zhuǎn)頻率 進行操作，而最大的旋轉(zhuǎn)頻率為80Hz。
用于本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機的致冷劑為烴基致冷劑，烴基致 冷劑為具有低升溫潛能的天然致冷劑，并且所述致冷劑由R134a或R600a 表示，其臭氧損耗潛能值為零。致冷劑與高相容性的潤滑油相結(jié)合。使用 的潤滑油102具有ISO VG3至ijISO VG10的粘度等級且為低粘度的潤滑油。
下面將說明如上所述構(gòu)造的封閉式壓縮機的操作。 電驅(qū)動件105的轉(zhuǎn)子104使軸110旋轉(zhuǎn)，且偏心軸部分113的旋轉(zhuǎn)運動通
8過連接裝置131傳遞到活塞130?；钊?30在壓縮室121內(nèi)往復(fù)運動。因此， 當(dāng)致冷劑氣體從未顯示的冷卻系統(tǒng)吸入并壓縮進壓縮室121中后，氣體被
再次排出到冷卻系統(tǒng)。
此時，當(dāng)軸110旋轉(zhuǎn)時，球142以接近軸110—半的旋轉(zhuǎn)頻率繞軸110 的軸心進行軌道運動。為此，軸110的徑向向外的離心力作用在球142上。
此離心力通過球142的質(zhì)量、球142的滾道半徑以及角速度的平方相乘 獲得。因此，通過作用在球142上的離心力作用在球穴部分150上的表面壓 力P通過此離心力除以接觸面積獲得。此外，滑動速度V根據(jù)球142的旋轉(zhuǎn) 速度獲得。公知的是通過將表面壓力P乘以滑動速度V獲得的PV值作為用 于防止咬合(seizure)的重要指數(shù)。
另一方面，使聚合材料不會產(chǎn)生咬合的滑動極限在材料制造商、科學(xué) 著作等的目錄中作為極限PV值來說明。據(jù)報導(dǎo)，尼龍66的極限PV值為大 約0.18 MPam/s，而尼龍46的極限PV值為大約0.3 MPam/s。為了使保持部 分143不會造生咬合，保持部分143的PV值需要為小于以上的極限PV值的 數(shù)值。
圖4是顯示本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機的保持部分中的PV值的 特征的圖表。
在圖4中，PV值顯示在縱坐標(biāo)軸上，球直徑顯示在橫坐標(biāo)軸上，而球 直徑設(shè)定作為參數(shù)。在球142的滾道直徑為23mm的情況下，以60 Hz的商 用功率頻率進行驅(qū)動，理論上計算的PV值由實線和虛線表示。
實線顯示在保持部分143的球穴部分150的曲率半徑超過球的曲率半 徑的情況下的PV值的特征，且球穴部分150和球142為點接觸的滑動狀態(tài)。
虛線顯示本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機，并顯示在保持部分143的 球穴部分150的曲率半徑小于球142的曲率半徑的情況下的PV值的特征， 且球穴部分150和球142為環(huán)形線接觸的滑動狀態(tài)。
在圖4中，為保持部分143的材料的尼龍66的極限PV值和尼龍46的極 限PV值用虛線顯示。
在傳統(tǒng)使用的具有為3.17mm的直徑的球中，該球的PV值估算為大約 0.19MPam/s(圖4中的黑點)，并且估算為與尼龍66的極限PV值幾乎相同。
因此，球和保持部分143之間的滑移的滑動狀態(tài)變得嚴重，且油膜破
9裂。
這將導(dǎo)致邊界潤滑狀態(tài)，且推斷在球與保持部分143之間出現(xiàn)咬合的 可能性很高。
此外，在尼龍46用于保持部分143的情況下，與尼龍66相比，尼龍46 的極限PV值變得較高。因此，改進了球和保持部分143之間的滑動部分的 可靠性。然而，與尼龍66相比，尼龍46很貴。
另一方面，當(dāng)計算本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機的PV值時，該值 估算為0.08 MPam/s或更小(圖4中的白色園圈)，且即使尼龍66用于保持 部分143，也能夠獲得在極限PV值以下的滑動狀態(tài)。
這具有兩個因素。
首先，PV值可以通過設(shè)定球142的直徑為2mm的小值以減少球的重量 以及通過減少作用在球142上的離心力而被降低，以減少作用到保持部分 143的表面壓力。
第二，保持部分143的球穴部分150的曲率半徑設(shè)定為小于球142的曲 率半徑。因此，球穴部分150和球142將為取代點接觸的滑動狀態(tài)的環(huán)形線 接觸的滑動狀態(tài)，因此接觸部分變寬。結(jié)果，可以減少作用在保持部分143 上的表面壓力P，且可以降低PV值。這兩個因素在圖4中顯示的實線和虛 線之間不同。
如上所述，在本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機中，球142制作得很輕 以減少離心力，并降低了施加到保持部分143上的表面壓力。此外，保持 部分143的球穴部分150的曲率半徑制作為小于球142的曲率半徑，使得球 穴部分150和球142可以處于環(huán)形線接觸的滑動狀態(tài)。結(jié)果，當(dāng)可以保持減 小推力軸承部分的滑動損失的效果時，即使利用低粘度的潤滑油102獲得 高效率，也可以防止保持部分143磨損。此外，在本發(fā)明的實施例的封閉 式壓縮機中，尼龍66用于保持部分143。然而，從圖4清楚可見，極限PV 值變得仍然高于尼龍46用于保持部分143的情況。因此，雖然成本變高， 但可以獲得更可靠的滑動狀態(tài)。此外，設(shè)置了供油通道153，所述供油通 道允許保持部分143的上部152與球穴部分150的內(nèi)表面151彼此直接連通。 因此，通過供油機構(gòu)114供給的潤滑油102供給到球142和球穴部分150之間 的滑動位置，使得可以形成油膜，并且可以使可靠性更高。此外，在壓縮時，借助連接裝置131通過軸110的偏心軸部分113和軸 llO的主軸部分lll，活塞130接收伴隨致冷劑的壓縮產(chǎn)生的大載荷，并且 接收分布在主軸承122的上端和下端附近的載荷。
因此，具有作為力點的偏心軸部分113以及具有作為支點的主軸承122 的上端和下端的附近區(qū)域的力矩作用在軸110上，且載荷通過主軸承122和 凸緣部分112作用在推力球軸承140上。
此外，在本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機中，球142制作為具有小直 徑。因此，力點和支點彼此靠近。因此，可以減少作用在軸110上的力矩， 并可以減少施加到主軸承122上的載荷，且可以減少滑動損失。另外，由 于可以減少由致冷劑的壓縮造成并施加到推力球軸承140上的不均勻載荷 分量，所以可以進一步改進可靠性和效率。
此外，電驅(qū)動件105通過變換器被以多個操作頻率驅(qū)動。對于在為使 施加到球142的離心力很大的最大旋轉(zhuǎn)頻率的80Hz的操作時的PV值，具有 3.17 mm直徑的傳統(tǒng)球的PV值變?yōu)榇蠹s0.44 MPam/s，并超過尼龍46的極限 PV值。然而，估計的是本發(fā)明的實施例的封閉式壓縮機的PV值變?yōu)橹淮?約為0.18MPam/s或更小，并且可以制作為低于尼龍46的極限PV值。因此， 即使轉(zhuǎn)子104以使其離心力變大的60Hz或更大的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)，也可以減 少由聚合材料形成的保持部分143的磨損，且增強可靠性的效果非常顯著。 結(jié)果，由于這可以防止球142和保持部分143咬合，特別是有效地起到保持 良好滑動狀態(tài)的作用，因此可以進一步增強可靠性。
此外，球142由軸承鋼材料制成。然而，在使用具有小密度的陶瓷或 類似材料的情況下，可以進一步減少施加到球142上的離心力，并且可以 很好地保持球142和保持部分143的滑動狀態(tài)。 工業(yè)適用性
如上所述，由于本發(fā)明的封閉式壓縮機可以保持減少推力軸承部分的 滑動損失的效果，并且可以防止保持部分磨損，所以本發(fā)明可以應(yīng)用到空 調(diào)器或冷凍及致冷設(shè)備的封閉式壓縮機。
權(quán)利要求
1.一種封閉式壓縮機，包括密閉容器，所述密閉容器儲存潤滑油；電驅(qū)動件，所述電驅(qū)動件包括定子和轉(zhuǎn)子；軸，所述軸具有由所述電驅(qū)動件驅(qū)動的壓縮件，并且包括主軸以及通過凸緣部分形成的偏心軸部分，其中所述轉(zhuǎn)子固定到所述主軸；氣缸體，所述氣缸體包括圓柱形壓縮室；活塞，所述活塞在所述壓縮室內(nèi)往復(fù)運動；連接裝置，所述連接裝置連接所述活塞和所述偏心軸部分；主軸承，所述主軸承形成于所述氣缸體中以沿軸頸支撐所述軸的所述主軸部分；以及推力球軸承，所述推力球軸承通過所述轉(zhuǎn)子和所述軸的自重支撐垂直載荷，其中，所述推力球軸承包括具有3mm或更小的直徑的多個球；保持所述球并由聚合材料形成的保持部分；以及分別設(shè)置在所述球的上方和下方的上墊圈和下墊圈，以及所述潤滑油的粘度等級從ISO VG3到ISO VG10。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封閉式壓縮機，其中，所述保持部分設(shè)置有保持所述球的多個球穴部分，所述球穴部 分的內(nèi)表面形成為具有小于所述球的曲率半徑的曲率半徑，并且所述球和 所述保持部分在所述球穴部分的邊緣處彼此環(huán)形線接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封閉式壓縮機，進一步包括-供油通道，所述供油通道允許所述保持部分的上部和所述球穴部分的 內(nèi)表面彼此直接連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封閉式壓縮機，其中，所述壓縮件設(shè)置在所述電驅(qū)動件的上方，而所述推力球軸承設(shè) 置在所述凸緣部分和所述主軸承的上端表面之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的封閉式壓縮機，其中，所述電驅(qū)動件通過變換器被以多個操作頻率驅(qū)動，且所述轉(zhuǎn)子以至少60 Hz或更高的旋轉(zhuǎn)頻率旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種封閉式壓縮機，所述封閉式壓縮機包括儲存潤滑油的密閉容器；具有定子和轉(zhuǎn)子的電驅(qū)動件；具有由電驅(qū)動件驅(qū)動的壓縮件的軸，所述軸包括偏心軸部分；氣缸體；活塞；連接活塞和偏心軸部分的連接裝置；主軸承；以及通過轉(zhuǎn)子和軸的自重支撐垂直載荷的推力球軸承。推力球軸承包括具有3mm或更小的直徑的多個球；保持球并由聚合材料形成的保持部分；以及分別設(shè)置在球的上方和下方的上墊圈和下墊圈，潤滑油的粘度等級從ISO VG3到ISO VG10。
文檔編號F04B39/00GK101542121SQ200880000409
公開日2009年9月23日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月25日
發(fā)明者坪井康祐 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社