CN101346546A - 紧凑型压缩机 - Google Patents

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埃默森·莫雷拉
法夫里西奥·C·波萨马伊
达维·L·格尔根
马尔科斯·F·耶特卡
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Whirlpool SA
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Abstract

一种紧凑型压缩机，包括管状第一壳体部分(10)；管状第二壳体部分(20)，其具有向所述管状第一壳体部分(10)敞开的第一端区域(21)和限定压缩腔(C)并收容活塞(30)的第二端区域(22)；由所述管状第一壳体部分(10)承载的电动马达(40)；将所述电动马达(40)连接到所述活塞(30)的驱动装置(50)；贴靠着所述管状第二壳体部分(20)的所述第二端区域(22)的阀板(70)；和端盖(80)，其固定到所述管状第二壳体部分(20)并抵靠所述阀板(70)，所述端盖(80)内部通过所述阀板(70)在所述压缩腔(C)和所述压缩机所耦接的制冷回路的各吸入线路(1)和排放线路(2)之间提供流体连通。

Description

紧凑型压缩机
技术领域
本发明涉及一种用于制冷***的紧凑型压缩机，特别用于冷却紧凑型电子设备的部件。
背景技术
一般的电子设备，特别是计算机，具有某些电子部件诸如微处理器和集成电路，为了正常工作，除了要保证这些电子部件的操作特性之外，还需要其温度保持在一定的预定温度范围内，基本上低于该温度范围的上限。
由于这些电子部件主要在处理速度方面取得了技术进步，诸如使用这些电子部件的设备中的过热和散热问题逐渐成为制约这些电子部件充分发挥性能的因素，同时也是改进这些设备的主要羁绊之一。
传统制冷***(辐射式或对流式)无法进一步对最为敏感的电子部件提供充分的制冷能力，也不能将包括这些电子部件的设备在操作过程中产生的热量有效地耗散掉。
已知用于电子设备的制冷***解决方案采用以制冷流体工作的压缩机(类似于家用制冷***诸如冰箱和空调)，并且还存在与这种压缩机的操作需求有关的其他不便之处，这种压缩机通常为振荡(或往复)活塞式的，其中制冷流体的压缩借助缸体内的活塞往复运动来实现。所述压缩机的操作要求对相对运动的部件使用润滑油，需要设置润滑油的贮油槽以及油料泵送***，在该压缩机将要工作的电子设备中需要较大的物理空间来设置该压缩机。
此外，本领域的已知构造在装配压缩机构时采用悬挂装置，通常具有弹簧的形式，以减小活塞往复运动产生的振动传递，该缓冲装置也需要增大壳体的最终尺寸，因此在所述压缩机将要工作的电子设备中需要更多的物理空间。使用这种压缩机导致设置这种压缩机的电子设备重量增大。除了全部这些缺陷之外，已知用于家用的制冷压缩机难于安装并且不适合电子部件制冷所需的操作条件。
鉴于这些缺陷，电子设备工业已经采用了其他制冷方案，诸如文件US4434625，US5365749，US6687122和US2005/0123418中所述的方案，这些文件说明了不采用带有往复式活塞的压缩机的制冷***。
发明内容
本发明的目标是提供一种紧凑型压缩机，特别用于电子***制冷方面，所述压缩机是那种采用了家用制冷***中所用的往复式压缩机操作原理的压缩机，但是在设计用于为小尺寸电子设备提供制冷时，不存在本领域已知的这种压缩机的缺陷。
本发明进一步的目标是提供如上所述的压缩机，其不需要对相对运动的部件使用液体润滑流体。
本发明进一步的目标是提供一种压缩机，除了上述特征外，还具有较小的尺寸、较低的重量并且在小尺寸电子设备中易于装配和更换。
本发明其中一个目标是提供一种带有往复式活塞的压缩机，诸如上述的压缩机，并且存在的振动最少。
本发明进一步的目标是提供一种如上所述的压缩机，其压缩机构不需要本领域已知的那种悬挂***。
如上所述的目标依靠提供一种用于若干***诸如电子***的紧凑型压缩机来实现，该压缩机包括：管状第一壳体部分，其具有承载马达盖的第一端和敞开的第二端；管状第二壳体部分，其具有向所述管状第一壳体部分的所述第二端敞开的第一端区域和限定压缩腔的第二端区域；位于限定在所述管状第二壳体部分内的所述压缩腔中的活塞；固定在所述管状第一壳体部分内的电动马达；活塞驱动装置，其将所述电动马达连接到所述活塞，以使前者驱动后者在所述压缩腔内做往复运动；安装抵靠在所述管状第二壳体部分的所述第二端区域上的阀板，其闭合所述压缩腔一端；端盖，其固定到所述管状第二壳体部分并作用于所述阀板以保持后者密封地安装抵靠在所述管状第二壳体部分的所述第二端区域上，所述端盖在内部通过所述阀板在所述压缩腔和所述压缩机所耦接的制冷回路的各排放和吸入线路之间提供流体连通。
附图说明
现在将参照附图说明本发明，其中：
图1表示本发明压缩机的示意性正视图；
图2表示图1所示压缩机的示意性上视图；
图3表示图1所示压缩机的示意性侧视图；
图4表示图1所述压缩机的示意性纵截面图；
图5表示图4所述压缩机的示意性分解透视图；
图6表示缸体顶部区域放大的示意性纵截面图，活塞处于其压缩循环的中间位置；
图7表示图1所述压缩机的可替代构造的示意性正视图；
图8表示图7所述压缩机构造的示意性纵截面图。
具体实施方式
本发明提出一种紧凑型压缩机，虽然并不排他，但是特别用于对电子***制冷，所述紧凑型压缩机通常包括管状第一壳体部分10和管状第二壳体部分20，例如一起限定单件式主体，所述管状第二壳体部分20容纳活塞30，该活塞在限定于所述管状第二壳体部分20内部的压缩腔C内往复运动，所述管状第一壳体部分10承载电动马达40，该电动马达用来驱动所述活塞30进行制冷***的制冷气体的吸入和压缩行程，本发明的紧凑型压缩机耦接到所述制冷***。活塞30由电动马达40经由连接到活塞30部件和电动马达40上的驱动装置50驱动，如前所述，以使电动马达驱动活塞30在压缩腔C内做往复运动。
本发明包括压缩机，其中相对于彼此运动的部件构造成不需要在该压缩机内提供润滑油和用于所述油的贮油槽以及将所述油泵送到运动部件的装置。
在本发明的构造可选方案中，压缩机相对运动的部件由自润滑材料构成，诸如例如某些塑料。在本发明的另一种构造方案中，所述相对运动的部件由抗摩擦材料制成，或者设置有抗磨损低摩擦涂层。
在实施本发明的一种方式中，活塞30由自润滑材料制成，诸如例如某些工程塑料或者以抗磨损低摩擦表面涂层覆盖的传统材料，诸如例如压缩腔C，活塞30在该压缩腔中移动，该压缩腔也可以接收具有如上所述涂层的外套筒。
除了降低相对运动部件之间的摩擦之外，选择形成本发明压缩机元件的材料考虑了压缩机内的平衡问题。在这种构思中，所述紧凑型压缩机优选使其元件以低质量密度材料形成，以减小由活塞30往复运动所产生的不平衡载荷。根据本发明构造的压缩机因其所具有的特征而可以用于宽广的转速范围，例如从3000到15000rpm。
管状第一壳体部分10具有承载马达盖60的第一端11；和向管状第二壳体部分20内部敞开的第二端12，管状第二壳体部分具有向管状第一壳体部分10的第二端12敞开的第一端区域21和限定压缩腔C的第二端区域22。
在所示实施例中，管状第二壳体部分20限定缸体，活塞30在该缸体中安装在吸入和压缩行程之间。但是，应该理解，其他构造也是可行的，诸如管状第二壳体部分20承载例如抗摩擦材料制成的管状套筒，该管状套筒固定在管状第二壳体部分20纵向延伸部的内侧并在内部限定如前所述的压缩腔C。
阀板70中限定吸入口71和排放口72，该吸入口和该排放口由各吸入阀73和各排放阀74选择性地闭合，阀板70安装抵靠在管状第二壳体部分20的第二端区域22上，闭合压缩腔C的与安装活塞30的那个端部相对的一个端部。
本发明的压缩机还包括端盖80，该端盖固定到管状第二壳体部分20并作用在阀板70上，将该阀板密封地安装抵靠在管状第二壳体部分20的第二端区域22上，所述端盖80在内部通过阀板70在压缩腔C和该压缩机所耦接的制冷回路(未示出)的吸入线路1和排放线路2之间分别提供流体连通。
根据本发明，压缩腔C和吸入线路1之间的流体连通借助连接装置81限定，连接装置81的形状为设置在端盖80内部的通道，并且该连接装置容纳吸入线路1的相邻端。压缩腔C和排放线路2之间的流体连通由设置在端盖80内部的排放腔82限定，且该排放腔接收压缩腔C中压缩的制冷气体，通过排放线路2将制冷气体排放到耦接本发明压缩机的制冷***。
根据本发明，端盖80例如固定在管状第二壳体部分20整个纵向延伸部至少一部分的周围，包围所述阀板70，所述固定例如通过粘合或机械干涉来实现，所述机械干涉诸如促动设置在端盖80上的内螺纹啮合到设置在管状第二壳体部分20第二端区域22上的外螺纹上。
虽然本文所示的实施例提出了压缩腔C和吸入线路1之间通过连接装置81进行流体连通，但是应该理解，本发明还适用于吸入线路1和压缩腔C之间的流体连通借助设置在端盖80上或该位于端盖内部的机盖内的吸入腔来实现，诸如以下所述的情形。
通过吸入阀73经由连接装置81直接密封式地向压缩缸的压缩腔C的内部供应制冷气体，在管状第二壳体部分20内限定的腔20a中建立工作压力，该工作压力的中间值介于吸入压力和排放压力之间。这种构造导致活塞30两边压力差较小，因此承载件上因压缩而产生的载荷较小。此外，这种构造使得正常操作过程中，通过活塞30和管状第二壳体部分20的缸体之间的空隙泄漏到所述腔20a内部的气体最少，提高了压缩机的产能并允许所使用的活塞30和缸体之间的径向间隙比传统压缩机中所使用的径向间隙更大。
排放腔82设计成最大化地利用其内部体积衰减由压缩机工作而产生的制冷气体脉动，并将现有排放体积从吸入线路1分开。在一种构造的可选方案中，该构造能进一步固定排放阀***。
根据图1至5所示，端盖80构造成单件式部件，内部设置有连接装置81和排放腔82。但是，在本文所述的构思范围内，其他构造也是可行的，如图6和8所示，其中位于端盖80内部的缸盖90安装抵靠在阀板70上，如下所述，所述缸盖90例如局部或完全被端盖80包围。在这种构造中，缸盖在内部限定了连接装置91，该连接装置用于在压缩腔C和吸入线路1之间建立流体连通；和排放腔92，该排放腔接收压缩腔C和排放线路2中被压缩的气体。
在这种构造中，为了维持缸盖90和阀板70的部件抵靠在管状第二壳体部分20的第二端区域22上的安装状况，将端盖80压紧到管状第二壳体部分20并焊接到其上，如图6所示。
将端盖80固定到管状第二壳体部分20使得压缩机密封性得到改善，进一步允许减小其尺寸，因为消除了用于将借助螺栓、铆钉等彼此固定的部件互相安装的凸缘部分。
根据本发明，在操作中对限定在端盖80或缸盖90中的吸入侧和排放侧之间的密封性的维护是通过设置密封接头25来保证的。对准销26用于确保各部件的定位，该各部件包括管状第二壳体部分20的第二端22的闭合件，并且该部件限定压缩机头部。密封接头25应用在管状第二壳体部分20的端部22和吸入阀73之间，以调节最小压缩腔并限制压缩腔C中出现不希望的体积。
在所示的实施例中，管状第一壳体部分10限定为与管状第二壳体部分20正交，驱动装置50包括曲轴51，该曲轴具有向管状第二壳体部分20内部凸起的偏心端部52和向管状第一壳体部分10内部凸起的基部53，电动马达40固定到所述曲轴51的基部53。
在图1至5所示的实施例中，电动马达包括：内部元件或转子41，其产生转动并直接固定到曲轴51的基部53；和外部元件或定子42，其固定到管状第一壳体部分10，形状细长。在这种构造中，马达盖60固定到管状第一壳体部分10的第一端11。
在图7和8所示的构造可选方案中，借助马达轴部分40a在内部可伸缩地安装到曲轴51的基部53上而使电动马达40固定到曲轴51的基部53上。在这种构造中，马达盖60固定到所述电动马达40的端部，该端部相对着马达轴40a固定到曲轴51的端部。对于该构造，管状第一壳体部分10承载安装在第一端11周围的管状套筒15，以包围电动马达40的相邻端部，将后者固紧到所述管状第一壳体部分10。
根据实施本发明的一种方式，曲轴51在单件式结构中包括偏心端部52和基部53，该基部在电动马达40安装区域内至少沿着管状第一壳体部分10延伸。
在实施本发明的另一种方式中，曲轴51由彼此耦接的两个部件或更多个部件形成，其中所述部件中的一个由偏心端部52限定，另一部件由基部53限定，借助适当装置诸如干涉配合、胶合剂等耦接并固定到所述偏心端部52。
根据图4和5所示的内容，偏心端部52具有管状自由端，该管状自由端可伸缩地容纳曲轴51的基部53的相邻端。
驱动装置50进一步包括连接杆55，该连接杆将活塞30连接到电动马达40，所述连接杆55具有设置在活塞30内的小眼55a和设置在曲轴51的偏心端部52上的大眼55b。
在这种构造中，小眼55a设置在铰接销31周围，铰接销31借助设置在活塞30上的孔32而位于活塞30内，所述活塞30的铰接销31构造成压入连接杆55的小眼55a中，活塞30的孔32具有受控的径向间隙。活塞30的自润滑特征用来降低铰接销31和孔32之间的摩擦，避免这些部件之间发生磨损。
根据本发明，所述紧凑型压缩机还包括一对滚动轴承100，它们彼此轴向隔开地安装在管状第一壳体部分10内并承载曲轴51。
保持曲轴51的偏心端部52处于装配状态通过以下步骤实现：将轴承单元100、曲轴51和电动马达50与管状第一壳体部分10的轴线同轴地同时***，利用以前安装到连接杆55的大眼55b中的辅助滚动轴承110将连接杆55、活塞30和活塞30的铰接销组件保持就位。
在图7和8所示的构造中，曲轴51的偏心端部52经由设置在曲轴51的偏心端部52下方的配重56而由其中一个滚动轴承100支撑。为了保持曲轴51装配平衡，所述一对滚动轴承100中的另一个滚动轴承100安装在偏心端部52的管状自由端部周围且其可伸缩地耦接电动马达40的马达轴40a的相邻端，所述电动马达在与马达轴40a间隔开的相应端部42上承载马达盖60。
为了便于装配活塞30、其驱动装置以及电动马达40，本发明的管状第二壳体部分20具有端部开口24，该端部开口限定在其第一端区域21内且由额外的盖26闭合，优选焊接到管状部分20的第一端部21。
根据本发明，管状第一壳体部分10和端盖80的部件中的至少一个在外部设置有热交换翅片120，允许在操作中冷却所述压缩机。在所示实施例中，管状第一壳体部分10和管状第二壳体部分20的部件设置有热交换翅片，允许马达产生的热量以及在压缩腔C中压缩制冷流体产生的热量释放到压缩机外部。
在实施本发明的一种方式中，设置在管状第一壳体部分10上的热交换翅片120沿着圆周方向，而设置在端盖80上的热交换翅片120沿着纵向。
热交换翅片120由分别设置在管状第一和第二壳体部分10、20上的凹槽13、27限定，尺寸形成为使得不与所述壳体部分的周向尺寸发生干涉。

Claims (25)

1.一种紧凑型压缩机，其特征在于，该压缩机包括：
管状第一壳体部分(10)，该管状第一壳体部分具有承载马达盖(60)的第一端(11)和敞开的第二端(12)；管状第二壳体部分(20)，该管状第二壳体部分具有向所述管状第一壳体部分(10)的所述第二端(12)敞开的第一端区域(21)和限定压缩腔(C)的第二端区域(22)；
位于限定在所述管状第二壳体部分(20)内的所述压缩腔(C)中的活塞(30)；
固定在所述管状第一壳体部分(10)内的电动马达(40)；
活塞(30)的驱动装置(50)，该驱动装置将所述电动马达(40)连接到所述活塞(30)，以使所述电动马达(40)驱动所述活塞(30)在所述压缩腔(C)内做往复运动；
抵靠所述管状第二壳体部分(20)的所述第二端区域(22)安装的阀板(70)，该阀板闭合所述压缩腔(C)的一端；
端盖(80)，其固定到所述管状第二壳体部分(20)并作用在所述阀板(70)上以保持阀板(70)密封地安装抵靠在所述管状第二壳体部分(20)的所述第二端区域(22)上，所述端盖(80)在内部通过所述阀板(70)在所述压缩腔(C)和所述压缩机所耦接的制冷回路的各吸入线路(1)和排放线路(2)之间提供流体连通。
2.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述端盖(80)固定在所述管状第二壳体部分(20)的纵向延伸部的至少一部分周围，包围所述阀板(70)。
3.如权利要求2所述的压缩机，其特征在于，所述端盖(80)通过机械干涉固定在所述管状第二壳体部分(20)周围。
4.如权利要求3所述的压缩机，其特征在于，所述端盖(80)设置有内螺纹(83)，以用于啮合设置在所述管状第二壳体部分(20)上的外螺纹(23)。
5.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩腔(C)和所述排放线路(2)之间的流体连通由设置在所述端盖(80)内的排放腔(82)所限定。
6.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩腔(C)和所述吸入线路(1)之间的流体连通由形成在所述端盖(80)内并容纳所述吸入线路(1)的相邻端的连接装置(81)所限定。
7.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括位于所述阀板(70)和所述端盖(80)之间的缸盖(90)，所述端盖通过所述缸盖(90)作用在阀板(70)上。
8.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述缸盖(90)被所述端盖(80)包围。
9.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述压缩腔(C)和所述排放线路(2)之间的流体连通由形成在所述缸盖(90)内的排放腔(92)限定。
10.如权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述压缩腔(C)和所述吸入线路(1)之间的流体连通由形成在所述缸盖(90)内部并连接到所述吸入线路(1)相邻端的连接装置(91)所限定。
11.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述压缩腔(C)由固定在所述管状第二壳体部分(20)的所述第二端区域(22)内部、以抗摩擦材料制成的管状套筒而侧向地和周向地限定。
12.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞由自润滑材料制成。
13.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述管状第二壳体部分(20)与所述管状第一壳体部分(10)正交。
14.如权利要求13所述的压缩机，其特征在于，所述驱动装置(50)包括将所述活塞(30)连接到所述电动马达(40)上的连接杆(55)。
15.如权利要求14所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机包括：
一对滚动轴承(100)，彼此轴向隔开地安装在所述管状第一壳体部分内部；
曲轴(51)，该曲轴安装到所述一对滚动轴承(100)上并具有向所述管状第二壳体部分(20)内部凸起且其上连接所述连接杆(55)的偏心端部(52)和向所述管状第一壳体部分(10)内部凸起的基部(53)，所述电动马达(40)借助所述管状第一壳体部分(10)固定到所述曲轴(51)的所述基部(53)。
16.如权利要求15所述的压缩机，其特征在于，所述曲轴(51)包括设置在所述曲轴(51)的所述偏心端部(52)的区域上的配重(56)。
17.如权利要求16所述的压缩机，其特征在于，所述曲轴(51)的所述偏心端部(52)和所述基部(53)由彼此固定的单独部件制成。
18.如权利要求17所述的压缩机，其特征在于，所述曲轴(51)的所述偏心端部(52)可伸缩地安装并固定到所述轴的所述基部(53)的相邻端。
19.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述管状第一壳体部分(10)是细长的，且沿着其长度在内部固定所述电动马达(40)的定子(42)，所述曲轴(51)沿着所述管状第一壳体部分(10)的全部长度延伸，并承载所述电动马达(40)的转子(41)。
20.如权利要求19所述的压缩机，其特征在于，所述马达盖(60)固定到所述管状第一壳体部分(10)的所述第一端(11)。
21.如权利要求19所述的压缩机，其特征在于，所述管状第一壳体部分(10)和所述端盖(80)的部件中的至少一个外部设置有热交换翅片(120)。
22.如权利要求21所述的压缩机，其特征在于，设置在所述管状第一壳体部分(10)上的所述热交换翅片(120)沿着圆周方向。
23.如权利要求22所述的压缩机，其特征在于，设置在所述端盖(80)上的所述热交换翅片(120)沿着纵向。
24.如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述管状第二壳体部分(20)具有设置在其第一端区域内并由额外的盖(26)闭合的端部开口(24)。
25.如权利要求15所述的压缩机，其特征在于，所述电动马达(40)安装到所述管状第一壳体部分(10)的所述第一端(11)，并在与该第一端分隔开的相应端部承载所述马达盖(60)。
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