DE112014004018T5

DE112014004018T5 - Abgedichteter Kompressor und damit ausgestattete Gefriervorrichtung oder Kühlschrank

Info

Publication number: DE112014004018T5
Application number: DE112014004018.5T
Authority: DE
Inventors: Ko Inagaki; Masanori Kobayashi; Hiroyuki Kawano
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Appliances Refrigeration Devices Singapore Pte Ltd
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-07-14
Also published as: CN105518299B; JPWO2015033536A1; JP6469575B2; CN105518299A; WO2015033536A1; US20160201661A1; US11236740B2

Abstract

Ein abgedichteter Behälter (102) nimmt eine mit einem Stator (114) und einem Läufer (116) ausgestattete elektrische Einheit (110) und eine oberhalb der elektrischen Einheit (110) angeordnete Verdichtungseinheit (112) auf. Die Verdichtungseinheit (112) enthält eine Welle (118), die einen Haupt-Wellenbereich (120) und einen exzentrischen Wellenbereich (122) enthält, und einen Zylinderblock (124). Die Verdichtungseinheit (112) enthält weiter einen Verbindungsbereich (136), der einen hin- und hergehend in den Zylinder (130) eingesetzten Kolben (128) und den exzentrischen Wellenbereich (122) verbindet, und ein Drucklager, das eine Last der Welle (118) in einer vertikalen Richtung aufnimmt. Das Drucklager enthält einen oberen Laufring in Kontakt mit einem Flanschbereich der Welle (118), einen unteren Laufring in Kontakt mit einer Druckfläche des Zylinderblocks (124) und ein Wälzelement. Eine Gesamthöhe des abgedichteten Behälters (102) ist so bemessen, dass sie eine Länge des Sechsfachen eines Durchmessers des Kolbens (128) nicht übersteigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen abgedichteten Kompressor, der eine Druckkugel zum Verringern eines Gleitverlusts enthält, und einen Kühlschrank oder eine Gefriervorrichtung, die mit diesem Kompressor ausgestattet ist.
Technischer Hintergrund
Auf dem Gebiet der abgedichteten Kompressoren dieses Typs sind abgedichtete Kompressoren kompakter Größe bekannt, die im Hinblick auf eine Platzersparnis miniaturisiert sind (siehe beispielsweise PTL 1). Es sind auch abgedichtete Kompressoren bekannt, deren Wellendrucklager im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad aus einem Wälzlager bestehen (siehe beispielsweise PTL 2).
Ein in PTL 1 beschriebener herkömmlicher abgedichteter Kompressor wird einleitend beschrieben.
17 ist eine vertikale Schnittansicht eines herkömmlichen, abgedichteten Kompressors. 18 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils des in 17 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressors. Wie in den 17, 18 dargestellt, ist Schmieröl 4 in einem Bodenbereich des abgedichteten Behälters 2 gelagert. Der Kompressor-Hauptteil 6 enthält eine elektrische Einheit 10, ausgestattet mit einem Ständer bzw. Stator 14 und einem Läufer 16, und die Verdichtungseinheit 12, angeordnet oberhalb der elektrischen Einheit 10. Der Kompressor-Hauptteil 6 wird von einer Tragfeder 8 getragen und ist in einem abgedichteten Behälter 2 untergebracht. Die elektrische Einheit 10 ist ein bürstenloser Schenkelpol-Gleichstrommotor mit konzentrierter Wicklung. Der Ständer bzw. Stator 14 enthält einen Eisenkern und eine mit Hilfe von Isoliermaterial direkt um die Magnetpolzähne des Eisenkerns gewickelte Wicklung. Der Läufer 16 weist einen Eisenkern 16a und einen im Eisenkern 16a untergebrachten Permanentmagneten 16b auf, um Bestandteil eines Motor mit eingebettetem Magneten zu sein.
Die Welle 18, die Bestandteil der Verdichtungseinheit 12 ist, enthält einen Haupt-Wellenbereich 20, einen Kragen- bzw. Flanschbereich 62 an einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs 20 und einen exzentrischen Wellenbereich 22, der sich vom Flanschbereich 62 nach oben erstreckt und bezüglich des Haupt-Wellenbereichs 20 exzentrisch ist. Die Welle 18 enthält weiter eine Ölzufuhrvorrichtung 46, die sich von einem unteren Ende zu einem oberen Ende der Welle 18 erstreckt. Ein Zylinderblock 24 weist im Wesentlichen einen zylindrischen Zylinder 30 und ein Hauptlager 26 auf, das den Haupt-Wellenbereich 20 drehbar trägt. Eine obere Endfläche des Hauptlagers 26 steht in Kontakt mit dem Flanschbereich 62 der Welle 18, um ein Druckgleitlager zu bilden.
Ein Kolben ist hin- und hergehend in den Zylinder 30 eingesetzt, um eine Verdichtungskammer 34 zu bilden, welche durch den Zylinder 30 und eine Ventilplatte 32 eingeschlossen ist, die an einer Endfläche des Zylinders 30 vorgesehen ist. Der Kolben 28 ist mit dem exzentrischen Wellenbereich 22 über einen Verbindungsbereich 36 verbunden. Ein Ansaugschalldämpfer 40 ist zwischen der Ventilplatte 32 und einem Zylinderkopf 38 eingesetzt, um dazwischen befestigt zu werden.
Der Stator 14 der elektrischen Einheit 10 ist radial außerhalb des Läufers 16 angeordnet, während er dabei im Wesentlichen einen konstanten Abstand vom Läufer 16 einhält, und ist an einem Fußbereich 25 des Zylinderblocks 24 befestigt. Der Läufer 16 ist am Haupt-Wellenbereich 20 durch den Aufschrumpfbereich 42 befestigt. Ein Abstand zwischen einem oberen Ende des Läufers 16 und einem in 18 dargestellten Tragbereich 27 des Zylinderblocks 24 ist als H bezeichnet. Eine Länge des Hauptlagers 26 des Zylinderblocks 24 ist als L bezeichnet. Eine Wanddicke des Tragbereichs 27 des Zylinderblocks 24 ist als D bezeichnet. Eine Befestigungsbreite der Befestigung zwischen dem Aufschrumpfbereich 42 und dem Haupt-Wellenbereich 20 ist als W bezeichnet.
Wie in 17 dargestellt, enthält der Läufer 16 Überhangbereiche 16c, 16d, vorgesehen, um den Betrag an effektiven Magnetflusses zu erhöhen und dadurch den Wirkungsgrad der elektrischen Einheit 10 zu verbessern. Demgemäß weist der Läufer eine um eine Höhe beider Überhangbereiche 16c, 16d größere Höhe auf als die des Eisenkerns des Stators 14.
Betriebsweise und Wirkung des wie oben aufgebauten, abgedichteten Kompressors wird nachstehend beschrieben.
Wenn die elektrische Einheit 10 mit Strom versorgt wird, wird der Läufer 16 zusammen mit der Welle 18 durch ein im Stator 14 erzeugtes Magnetfeld gedreht. Gemäß der Drehung des Haupt-Wellenbereichs 20 dreht sich der exzentrische Wellenbereich 22 exzentrisch. Diese exzentrische Bewegung wird über den Verbindungsbereich 36 in eine hin- und hergehende Bewegung umgewandelt, die den Kolben 28 im Zylinder 30 hin- und herbewegt. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens 28 verursacht den Verdichtungsbetrieb des Einsaugens von im abgedichteten Behälter 2 enthaltenem Kältemittelgas in die Verdichtungskammer 34, um das Kältemittelgas zu verdichten.
Ein unteres Ende der Welle 18 ist in Schmieröl 4 eingetaucht. Das Schmieröl 4 wird jeweiligen Teilen der Verdichtungseinheit 12 zugeführt, um gleitende Bauteile durch einen Betrieb der Ölzufuhrvorrichtung 46 entsprechend der Rotation der Welle 18 zu schmieren.
Während des Verdichtens des Kältemittelgases durch den Kolben 28 wirkt eine Verdichtungslast auf den Kolben 28 weiter über den Verbindungsbereich 36 auf den exzentrischen Wellenbereich 22 und wird durch den Haupt-Wellenbereich 20 und das Hauptlager 26 aufgenommen.
Dieser Typ eines abgedichteten Kompressors sorgt für eine ausreichende Länge L des Hauptlagers 26, während er eine Gesamthöhe des abgedichteten Kompressors reduziert. Demgemäß ist der abgedichtete Kompressor in der Lage, eine Last bzw. Beanspruchung zu reduzieren, die durch ein Moment erzeugt wird, das sich vergrößert, wenn sich die Länge L des Hauptlagers 26 verringert, und einen Anstieg eines Lagerverlustes zu verhindern, während er für Haltbarkeit sorgt.
Darüber hinaus weist der Fußbereich 25 des Zylinderblocks 24, d. h. ein Teil, an dem der Stator 14 angebracht ist, eine geringe Länge auf, um die Gesamthöhe zu reduzieren.
Weiter sind die Wanddicke D des Tragbereichs 27 des Zylinderblocks 24 und der Abstand H zwischen dem oberen Ende des Läufers 16 und dem Tragbereich 27 des Zylinderblocks 24 beide reduziert, um die Gesamthöhe des abgedichteten Kompressors durch eine Verringerung eines Abstands zwischen der Verdichtungseinheit 12 und der elektrischen Einheit 10 zu reduzieren.
Außerdem ist der Stator 14 vom Schenkelpoltyp mit konzentrierter Wicklung, der eine kleine Vorsprungshöhe der Wicklung aufweist, und ist bei einem Motor mit eingebettetem Magneten angewendet, der durch geringe Baugröße und hohen Wirkungsgrad gekennzeichnet ist, um die Gesamthöhe des abgedichteten Kompressors durch eine Verringerung einer Höhe des Stators 14 zu verringern.
Ein herkömmlicher, abgedichteter Kompressor mit einem anderen Aufbau gemäß PTL 2 wird nachstehend beschrieben. Anordnungen, die entsprechenden Anordnungen in der PTL 1 ähnlich sind, sind mit ähnlichen Bezugsnummern versehen, und dieselbe genaue Beschreibung wird nicht wiederholt.
19 ist eine Schnittansicht des herkömmlichen, abgedichteten Kompressors mit einem anderen Aufbau gemäß PTL 2. 20 ist eine Schnittansicht, die einen Hauptteil eines Druckkugellagers und seine Umgebung darstellt, das in dem in 19 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressor enthalten ist. 21 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Tragelement des Druckkugellagers darstellt, das in dem in 20 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressor enthalten ist. 22A, 22B sind schematische Ansichten, die das Druckkugellager in einem geneigten Zustand einer Welle des in 20 dargestellten herkömmlichen abgedichteten Kompressors darstellt.
Wie in den 19, 20 dargestellt, enthält das Hauptlager 26 eine Druckfläche 48, die einem flachen Flächenbereich senkrecht zu einer Wellenmitte entspricht, und einen rohrförmigen Ansatzbereich 50, der sich nach oben von der Druckfläche 48 erstreckt und eine Innenfläche aufweist, die dem Haupt-Wellenbereich 20 zugewandt ist.
Das Druckkugellager 64 besteht aus einem oberen Laufring 52, einer in einem Käfig 56 untergebrachten Kugel bzw. Kugeln 54, einem unteren Laufring 58 und einem Tragelement 60 und ist auf einer äußeren Umfangsseite des rohrförmigen Ansatzbereichs 50 angeordnet.
Sowohl der obere Laufring 52 als auch der untere Laufring 58 bestehen aus einer ringförmigen flachen Metallplatte und weisen jeweils zueinander parallele obere und untere Flächen auf.
Wie in 21 dargestellt, sind untere Vorsprünge 60a, 60b und obere Vorsprünge 60c, 60d an einer ringförmigen, flachen Metallplatte des Tragelements 60 vorgesehen. Diese Vorsprünge bestehen jeweils aus einer gekrümmten Fläche und weisen einen identischen Radius auf. Die jeweiligen Vorsprünge sind so angeordnet, dass eine Linie, die die Scheitel der oberen Vorsprünge verbindet, und eine Linie, die die Scheitel der unteren Vorsprünge verbindet, einander im rechten Winkel schneiden.
Wie in 20 dargestellt, sind das Tragelement 60, der untere Laufring 58, die Kugel 54 und der obere Laufring 52 auf der Druckfläche 48 in dieser Reihenfolge übereinander in Kontakt miteinander angeordnet, um das Druckkugellager 64 zu bilden. Der Flanschbereich 62 der Welle 18 liegt auf einer oberen Fläche des oberen Laufrings 52 auf.
Die unteren Vorsprünge 60a, 60b des Tragelements 60 stehen in linearem Kontakt mit der Druckfläche 48, während die oberen Vorsprünge 60c, 60d in linearem Kontakt mit dem unteren Laufring 58 stehen. Das Druckkugellager 64 ist ein Wälzlager, in dem die Kugel 54 aufgenommen ist, die in Punktkontakt mit dem oberen Laufring 52 und dem unteren Laufring 58 steht und daher die Drehreibung verringert, während sie eine Last aufnimmt, die in einer vertikalen Richtung wirkt, wie etwa die Gewichte der Welle 18 und des Läufers 16.
Demgemäß weist der Zylinderblock 24 einen ausreichenden vertikalen Platz auf, um den oberen Laufring 52, die Kugel 54, den unteren Laufring 58 und das Tragelement 60 aufzunehmen, die auf der Seite der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Ansatzbereichs 50 übereinander in der vertikalen Richtung angeordnet sind.
Die Betriebsweise des so aufgebauten abgedichteten Kompressors wird nachstehend beschrieben.
Das Druckkugellager 64 erzeugt eine geringe Reibung im Vergleich mit dem in der PTL 1 beschriebenen Gleitlager. Demgemäß nimmt die Verwendung des Druckkugellagers 64 in den letzten Jahren zum Zweck der Wirkungsgradverbesserung zu. Andererseits erzeugt die in Punktkontakt mit dem oberen Laufring 52 und dem unteren Laufring 58 stehende Kugel 54 einen extrem hohen Kontaktdruck an einem Kontaktpunkt. Es besteht sogar eine Möglichkeit der plastischen Verformung, wenn sich eine Kontaktlast mehrmals erhöht. Es ist daher erforderlich, ein örtliches Einwirken einer zu schweren Last zu vermeiden. Bei dem in der PTL 2 beschriebenen, abgedichteten Kompressor ist zu diesem Zweck das Tragelement 60 vorgesehen.
Die Funktionsweise des Tragelements 60 wird nachstehend mit Bezug auf die 22A, 22B beschrieben.
Gemäß einem ausladenden Lageraufbau kommt die Welle 18 in einen in einem Bereich eines Abstands zwischen dem Haupt-Wellenbereich 20 und einem Hauptlager (nicht gezeigt) ein wenig geneigten Zustand, wenn eine Verdichtungslast wirkt.
Wenn die Welle 18 von einem normalen Zustand, wie in 22A dargestellt, durch die Verdichtungslast bzw. Verdichtungsbeanspruchung geneigt ist, wie in 22B dargestellt, ist das zwischen der Druckfläche 48 und dem unteren Laufring 58 angeordnete Tragelement 60 entsprechend geneigt, um die Stellungen des oberen Laufrings 52 und des unteren Laufrings 58 parallel zueinander zu halten.
Eine Kontaktlast zwischen der Kugel 54 und dem oberen und dem unteren Laufring 52 und 58 werden durch eine Wirkung einer Ausrichtungsfunktion des Tragelements 60 ausgeglichen, um den oberen Laufring 52 und den unteren Laufring 58 parallel zueinander zu halten. Demgemäß ist eine Verkürzung der Lebensdauer als Ergebnis einer großen, auf einen Teil der Kugeln 54 wirkenden Belastung vermeidbar.
Gemäß dem herkömmlichen Aufbau verringert sich jedoch die Länge L des Hauptlagers 26, besonders wenn der abgedichtete Behälter 2 des abgedichteten Kompressors eine geringe Gesamthöhe aufweist. In diesem Fall ist aufgrund der Verringerung einer Aufschrumpfbreite des Läufers 16 mindestens eine Hälfte des Hauptlagers 26 in den Läufer 16 aufgenommen. Weiter sind die obere Fläche des Läufers 16 und der Tragbereich 27 des Zylinderblocks nahe beieinander angeordnet. Außerdem ist eine Verringerung der Wanddicke D des Tragbereichs 27 rund um das Hauptlager 26 des Zylinderblocks 24 erforderlich.
In diesem Fall verringert sich ein Winkel des Haupt-Wellenbereichs 20 der Welle 18 bei der maximalen Neigung im Hauptlager 26, wenn sich die Länge L des Hauptlagers 26 verringert. Darüber hinaus bringt das Drucklager, das das Tragelement 60 zum Abfangen der Neigung der Welle 18 enthält, die Kugel 54 in gleichmäßigen Kontakt mit dem oberen Laufring 52 und dem unteren Laufring 58 und erzeugt daher keine Gegenkraft in einer Richtung zum Wiederherstellen der Neigung der Welle 18. Demgemäß wird die Welle 18 leichter geneigt.
Wenn sich die Neigung der Welle 18 erhöht, erhöht sich eine Neigung des mit dem exzentrischen Wellenbereich 22 über den Verbindungsbereich 36 verbundenen Kolbens 28 im Zylinder 30. In diesem Zustand entweicht Kältemittelgas leicht aus der Verdichtungskammer 34 durch eine Lücke zwischen Kolben 28 und Zylinder 30 und bewirkt eine Verschlechterung der Verdichtungsleistung.
Darüber hinaus vergrößert sich die Gesamthöhe des Drucklagers 64 um die Dicke des Tragelements 60, wenn das Drucklager 64 das Tragelement 60 enthält. Diese Anordnung erfordert einen vertikal breiten Platz oberhalb des Tragbereichs 27. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist eine Verringerung der Wanddicke D des Tragbereichs 27 erforderlich. Wenn die Wanddicke D verringert ist, verringert sich die Steifigkeit des Zylinderblocks 24, und das Hauptlager 26 wird durch die Verdichtungslast leicht verformt. Im Fall der Verformung des Hauptlagers 26 verstärkt sich die Neigung der Welle 18; dadurch verstärkt sich die Neigung des Kolbens 28 entsprechend. Als Ergebnis kann ein Problem der Leistungsverschlechterung auftreten.
Die Neigung der Welle 18 verstärkt sich, wenn sich die Steifigkeit des Zylinderblocks 24 verringert, der den Tragbereich 27 enthält, und das Hauptlager 26 wird durch die Verdichtungslast leicht verformt. In diesem Fall verringert sich örtlich eine Dicke eines Ölfilms zwischen dem Haupt-Wellenbereich 20 und dem Hauptlager 26, das die Verdichtungslast aufnimmt, was zu einem Zustand mit Mischschmierung und zu einer Erhöhung der Lagerverluste führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein abgedichteter Kompressor geschaffen, der in der Lage ist, eine Leistungsverbesserung zu erreichen, indem eine Neigung eines Kolbens verringert wird, die durch eine Neigung einer Welle hervorgerufen wird, um ein Austreten von Kältemittelgas aus einer Verdichtungskammer zu verringern.
Weiter wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein abgedichteter Kompressor geschaffen, der in der Lage ist, eine Verringerung einer Gesamthöhe und eine Wirkungsgradverbesserung zu erreichen.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur

PTL 1: Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-132261
PTL 2: Japanische Übersetzung der PCT-Veröffentlichung Nr. 2005-500476

Zusammenfassung der Erfindung
Ein abgedichteter Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen abgedichteten Behälter, der Schmieröl lagert bzw. aufnimmt, und der eine elektrische Einheit, die mit einem Ständer bzw. Stator und einem Läufer ausgestattet ist, sowie eine oberhalb der elektrischen Einheit angeordnete Verdichtungseinheit aufnimmt. Die Verdichtungseinheit enthält eine Welle, die einen Haupt-Wellenbereich, an dem der Läufer befestigt ist, und einen exzentrischen Wellenbereich aufweist, sowie einen Zylinderblock, der einen Zylinder enthält. Die Verdichtungseinheit weist weiter einen hin- und hergehend in den Zylinder eingesetzten Kolben und einen Verbindungsbereich auf, der den Kolben und den exzentrischen Wellenbereich verbindet. Die Verdichtungseinheit enthält weiter ein Hauptlager, das im Zylinderblock vorgesehen ist und eine auf den Haupt-Wellenbereich der Welle in einer radialen Richtung wirkende Last bzw. Beanspruchung aufnimmt, und ein Drucklager, das eine Last bzw. Beanspruchung der Welle in einer vertikalen Richtung aufnimmt. Das Drucklager ist ein Wälzlager, das einen oberen Laufring in Kontakt mit einem Kragen- bzw. Flanschbereich der Welle, einen unteren Laufring in Kontakt mit einer Druckfläche des Zylinderblocks und ein Wälzelement bzw. mehrere Wälzelemente in Kontakt mit dem oberen Laufring und dem unteren Laufring enthält. Eine Gesamthöhe des abgedichteten Behälters ist so bemessen, dass sie eine Länge des Sechsfachen eines Durchmessers des Kolbens nicht übersteigt.
Gemäß diesem Aufbau ist die Gesamthöhe des abgedichteten Behälters auf eine geringe Länge festgelegt, die eine Länge des Sechsfachen des Durchmessers des Kolbens nicht übersteigt. In diesem Fall ist die Länge des Hauptlagers gering, weshalb sich der Haupt-Wellenbereich der Welle im Hauptlager als Ergebnis einer Neigung der Welle im Hauptlager beispielsweise unter der Einwirkung einer Verdichtungslast bzw. Verdichtungsbeanspruchung leicht neigt. Jedoch wird eine Gegenkraft im Drucklager in einer Richtung zum Verringern der Neigung des Haupt-Wellenbereichs erzeugt. Demgemäß verringert sich die Neigung der Welle. Diese Verringerung der Neigung der Welle verringert auch die Neigung des Kolbens im Zylinder und dadurch das Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer durch eine Lücke zwischen dem Kolben und dem Zylinder.
Darüber hinaus werden die folgenden vorteilhaften Wirkungen durch den abgedichteten Kompressor geboten, der den abgedichteten Behälter enthält, dessen Gesamthöhe auf eine geringe Länge festgelegt ist, die eine Länge des Sechsfachen des Durchmessers des Kolbens nicht übersteigt, und setzt das aus dem Wälzlager bestehende Drucklager ein, um die Wanddicke eines Tragbereichs rund um das Hauptlager des Zylinderblocks zu verringern. Das aus dem Wälzelement, dem oberen Laufring in Kontakt mit dem Flanschbereich der Welle und dem unteren Laufring in Kontakt mit der Druckfläche des Zylinderblocks bestehende Drucklager weist eine geringe Gesamthöhe auf. In diesem Fall wird ermöglicht, dass sich die Wanddicke des Tragbereichs des Zylinderblocks erhöht und eine Verringerung der Steifigkeit vermeidet. Demgemäß verringert sich die Neigung der Welle als Ergebnis einer durch eine Verdichtungslast verursachten Verformung des Hauptlagers, weshalb sich die Neigung des Kolbens im Zylinder ebenfalls verringert. Diese Neigungsverringerung vermindert auch ein Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer durch die Lücke zwischen dem Kolben und dem Zylinder.
Gemäß dem abgedichteten Kompressor nach der vorliegenden Erfindung besteht das Drucklager zum Aufnehmen der Last der Welle in der vertikalen Richtung aus dem Wälzlager, das den oberen Laufring in Kontakt mit dem Flanschbereich der Welle, den unteren Laufring in Kontakt mit der Druckfläche des Zylinderblocks und das Wälzelement in Kontakt mit dem oberen Laufring und dem unteren Laufring enthält. Die elektrische Einheit ist ein Oberflächenmagnet-Elektromotor, der einen Permanentmagneten auf der Oberfläche des Läufers enthält.
Dieser Aufbau lässt ein am Drucklager vorgesehenes Tragelement wegfallen. In diesem Fall wird ermöglicht, dass sich die Gesamthöhe des Drucklagers um einen einer Dicke des Tragelements entsprechenden Betrag verringert; deshalb wird ermöglicht, dass sich die Wanddicke des Zylinderblocks rund um das Hauptlager erhöht. Darüber hinaus erhöht sich der effektive Magnetfluss auf der Oberfläche des Läufers im Falle des Läufers des Oberflächenmagnet-Elektromotors, der einen auf der Oberfläche des Läufers angeordneten Permanentmagneten enthält. In diesem Fall wird ermöglicht, dass sich ein Überhangbereich im Vergleich zu einem Läufer eines Elektromotors mit eingebettetem Magneten verringert. Demgemäß wird ermöglicht, dass sich die Höhe des Läufers verringert.
Ein Abstandsraum zwischen dem Zylinderblock und dem Läufer vergrößert sich daher sogar in dem Fall des abgedichteten Kompressors, der den abgedichteten Behälter mit einer geringen Gesamthöhe enthält. Als Ergebnis wird ermöglicht, dass sich die Wanddicke des Zylinderblocks um das Hauptlager vergrößert, um die Steifigkeit des Hauptlagers zu steigern.
Demgemäß verringert sich eine durch die auf die Welle wirkende Verdichtungslast verursachte Verformung des Hauptlagers, weshalb die Neigung der Welle und die Neigung des Kolbens gleichzeitig verringert werden.
Der abgedichtete Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Druckkugellager und die aus einem Außenläufermotor bestehende elektrische Einheit.
Das Druckkugellager verursacht weniger Reibung als ein Gleitlager; deshalb verringert sich ein an einem Druckbereich einer Kurbelwelle verursachter Gleitverlust. Darüber hinaus kann die aus einem Außenläufermotor bestehende elektrische Einheit einen erweiterten Lagerbereich aufweisen, der eine Befestigungsposition zwischen der Hauptwelle und dem Läufer erreicht. In diesem Fall wird ermöglicht, dass sich die Länge des Lagerbereichs auf die maximale Länge vergrößert, wenn sich der Befestigungspunkt zwischen der Hauptwelle und dem Läufer unterhalb des Stators befindet. Dieser Aufbau verringert den maximalen Neigungswinkel der Kurbelwelle im Lagerbereich und verringert dadurch die Neigung des Kolbens in einer Zylinderbohrung. Demgemäß verringert sich das Verkanten zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil eines Drucklagers darstellt, das in dem abgedichteten Kompressor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
3A ist eine schematische Ansicht, die einen Normalzustand eines Druckkugellagers des abgedichteten Kompressors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3B ist eine schematische Ansicht, die einen geneigten Zustand einer durch eine Verdichtungslast bzw. Verdichtungsbeanspruchung geneigten Welle des Druckkugellagers des abgedichteten Kompressors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Kennliniendarstellung, die Änderungen einer Verlustrate über Änderungen einer Lagerlänge des Druckkugellagers des abgedichteten Kompressors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil eines Drucklagers darstellt, das in dem abgedichteten Kompressor gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
7 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Kühlschrank gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines Druckkugellagerteils darstellt, der in dem abgedichteten Kompressor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
10 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines Hauptlagerbereichs des abgedichteten Kompressors gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem effektiven Magnetfluss eines Läufers und einer Länge eines Überhangbereichs des abgedichteten Kompressors gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12A ist eine schematische Ansicht, die einen Normalzustand eines Druckkugellagers des abgedichteten Kompressors gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12B ist eine schematische Ansicht, die einen geneigten Zustand einer durch eine Verdichtungslast geneigten Welle des Druckkugellagers des abgedichteten Kompressors gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Kühlschrank gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines Druckkugellagers darstellt, das in dem abgedichteten Kompressor gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
16 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung einer Gefriervorrichtung gemäß einer siebenten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
17 ist eine vertikale Schnittansicht eines herkömmlichen, abgedichteten Kompressors.
18 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines in dem in 17 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressor enthaltenen Drucklagerbereichs darstellt.
19 ist eine vertikale Schnittansicht eines weiteren herkömmlichen, abgedichteten Kompressors.
20 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines in dem in 19 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressor enthaltenen Druckkugellagerbereichs darstellt.
21 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Tragelement darstellt, das in dem in 20 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressor enthalten ist.
22A ist eine schematische Ansicht, die einen Normalzustand des Druckkugellagers des in 20 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressors darstellt.
22B ist eine schematische Ansicht, die einen geneigten Zustand einer durch eine Verdichtungslast geneigten Welle des Druckkugellagers des in 20 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressors darstellt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend sind Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Erste beispielhafte Ausführungsform
1 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil eines Drucklagers darstellt, das in dem abgedichteten Kompressor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 3A, 3B sind schematische Ansichten, die einen Zustand des Druckkugellagers in einem geneigten Zustand einer Welle des abgedichteten Kompressors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Wie in 1, 2 dargestellt, ist Schmieröl 104 in einem inneren Bodenbereich des abgedichteten Behälters 102 gelagert. Der Kompressor-Hauptteil 106 wird innen im abgedichteten Behälter 102 von einer Aufhängungsfeder bzw. Tragfeder 108 getragen. Der abgedichtete Behälter 102 ist mit R600a (Isobutan) gefüllt, das ein Kältemittelgas mit einem niedrigen Treibhauspotenzialwert ist.
Der Kompressor-Hauptteil 106 enthält eine elektrische Einheit 110 und eine durch die elektrische Einheit 110 angetriebene Verdichtungseinheit 112. Ein Stromversorgungsanschluss 113 ist am abgedichteten Behälter 102 angebracht, um die elektrische Einheit 110 mit Strom zu versorgen.
Einleitend wird die elektrische Einheit 110 beschrieben.
Die elektrische Einheit 110 ist ein bürstenloser Schenkelpol-Gleichstrommotor mit konzentrierter Wicklung, der einen Ständer bzw. Stator 114 und einen Läufer 116 enthält. Der Stator 114 besteht aus einem Eisenkern, der ein Paket von Stahlblechen enthält, und eine Wicklung (nicht gezeigt), die über Isoliermaterial direkt um eine Vielzahl von Magnetpolzähnen des Eisenkerns gewickelt ist. Der Läufer 116 ist radial im Stator 114 angeordnet und enthält einen Permanentmagneten (nicht gezeigt).
Eine Länge eines Eisenkerns des Läufers 116 ist größer als eine Länge eines Eisenkerns des Stators 114 in einer Höhenrichtung. Genauer beträgt die Höhe des Stators 114 26 mm, während die Höhe des Läufers 116 36 mm beträgt. Der Läufer 116 ragt vom Stator 114 um jeweils etwa 5 mm nach oben und unten.
Die Wicklung des Stators 114 verläuft durch den Stromversorgungsanschluss 113 und ist über eine Anschlussleitung mit einem Umrichterschaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, der außerhalb des abgedichteten Kompressors angeordnet ist. Die elektrische Einheit 110 wird mit einer Vielzahl von Drehfrequenzen angetrieben, einschließlich Drehfrequenzen von mehr als 60 Hz, was einer Netzstromversorgungsfrequenz entspricht.
Die Verdichtungseinheit 112 wird nachstehend beschrieben.
Die Verdichtungseinheit 112 ist oberhalb der elektrischen Einheit 110 angeordnet.
Eine Welle 118, die Bestandteil der Verdichtungseinheit 112 ist, enthält einen Haupt-Wellenbereich 120 und einen exzentrischen Wellenbereich 122, welcher sich von einem Kragen- bzw. Flanschbereich 162 erhebt, der an einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs 120 ausgebildet ist und sich parallel zum Haupt-Wellenbereich 120 erstreckt. Der Läufer 116 ist am Haupt-Wellenbereich 120 durch Aufschrumpfen befestigt.
Der Zylinderblock 124 enthält das Hauptlager 126 mit einer zylindrischen Innenfläche. Mindestens eine Hälfte einer Gesamtlänge des Hauptlagers 126 ist in eine Bohrung eingesetzt, die in einer Mitte des Läufers 116 ausgebildet ist, und überlappt sich mit dem Läufer 116. In diesem Zustand ist der Haupt-Wellenbereich 120 drehbar in das Hauptlager 126 eingesetzt, um die Welle 118 zu tragen. Die Verdichtungseinheit 112 weist einen ausladenden Lageraufbau auf, der eine auf den exzentrischen Wellenbereich 122 wirkende Last bzw. Beanspruchung unter Verwendung des Haupt-Wellenbereichs 120 und des Hauptlagers 126 aufnimmt, die unterhalb des exzentrischen Wellenbereichs 122 angeordnet sind.
Der Zylinderblock 124 enthält einen durch eine zylindrische Bohrung gebildeten Zylinder 130. Ein Kolben 128 ist hin- und hergehend in den Zylinder 130 eingesetzt.
Ein Kopfendbereich einer äußeren Umfangsfläche des Kolbens 128 bildet einen Gleitbereich 166, der einer inneren Umfangsfläche des Zylinders 130 zugewandt ist, wobei eine kleine Lücke bzw. Freiraum zwischen dem Kolben 128 und dem Zylinder 130 gebildet ist. Der Gleitbereich 166 hält eine Luftdichtheit und nimmt eine Last auf. Ein Hinterendbereich der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 128 bildet einen nicht gleitenden Bereich 168, der einen um etwa 0,3 mm kleineren Radius aufweist als ein Radius des Gleitbereichs 166. Der Hinterendbereich erzeugt eine große Lücke von der inneren Umfangsfläche des Zylinders 130 und erzeugt eine geringe viskose Reibung. Der Gleitbereich 166 besteht aus einem ringförmigen Spitzenbereich und einem Bereich, der sich nach beiden Seiten in einer seitlichen Richtung erstreckt. Der nicht gleitende Bereich 168 besteht aus der oberen und der unteren hinteren Außenumfangsfläche des Kolbens 128.
Ein Verbindungsbereich 136 verbindet den exzentrischen Wellenbereich 122 und den Kolben 128 durch ein Koppeln von Löchern, die an dem einen und dem anderen Ende des Verbindungsbereichs 136 ausgebildet sind, mit einem am Kolben 128 bzw. am exzentrischen Wellenbereich 122 angebrachten Kolbenbolzen (nicht gezeigt).
Eine Ventilplatte 132 ist an einer Endfläche des Zylinders 130 angebracht, sodass die Verdichtungskammer 134 aus der Ventilplatte 132, dem Zylinder 130 und dem Kolben 128 besteht. Weiter ist ein Zylinderkopf 138 befestigt, um die Ventilplatte 132 abzudecken und zu verschließen. Ein Ansaugschalldämpfer 140 zum Ausbilden eines schallgedämpften Innenraums ist aus Kunstharz, wie etwa Polybutylenterephthalat (PBT), gegossen und an dem Zylinderkopf 138 angebracht.
Ein unteres Ende des Haupt-Wellenbereichs 120 der Welle 118 ist in Schmieröl 104 eingetaucht, das in dem inneren Bodenbereich des abgedichteten Behälters 102 gelagert ist, um eine Ölzufuhrvorrichtung 146 zu bilden. Die Ölzufuhrvorrichtung 146 enthält eine Spiralnut 144, die in einer Außenfläche des Haupt-Wellenbereichs 120 ausgebildet ist und sich vom unteren Ende zum oberen Ende der Welle 118 erstreckt.
Das Hauptlager 126 enthält eine Druckfläche 148, die einem flachen Oberflächenbereich senkrecht zu einer Wellenmitte entspricht, und einen rohrförmigen Ansatzbereich 150, der sich nach oben von der Druckfläche 148 erstreckt und eine Innenfläche aufweist, die dem Haupt-Wellenbereich 120 zugewandt ist. Ein unterer Laufring 158 ist oberhalb der Druckfläche 148 und radial außerhalb des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 angeordnet. Aus Kugeln bestehende Wälzelemente 153 und ein Käfig 156 sind oberhalb des unteren Laufrings 158 angeordnet. Weiter ist ein oberer Laufring 152 oberhalb der Wälzelemente 153 und des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 vorgesehen.
Der Käfig 156 ist eine ringförmige flache Platte aus Kunstharz und enthält eine Vielzahl von Löchern, in denen jeweils ein aus einer Kugel bestehendes Wälzelement 153 untergebracht ist. Der Käfig 156 ist frei an die radiale Außenseite des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 angepasst, sodass der Käfig 156 und der rohrförmige Ansatzbereich 150 frei gegeneinander drehbar sind.
Jeder aus dem oberen Laufring 152 und dem unteren Laufring 158 ist eine ringförmige flache Platte aus Metall und enthält eine entlang einer Bahn ausgebildete Rille in Kontakt mit Kugeln der Wälzelemente 153, mit solchen Maßen, dass sie im Wesentlichen gleichwertig mit dem jeweiligen Radius der Wälzelemente 153 sind.
Der untere Laufring 158, die Wälzelemente 153 und der obere Laufring 152 sind übereinander auf der Druckfläche 148 in dieser Reihenfolge in Kontakt miteinander angeordnet, um das Drucklager 164 zu bilden. Der Flanschbereich 162 der Welle 118 liegt auf einer oberen Fläche des oberen Laufrings 152 auf.
Die Maßverhältnisse jeweiliger Einheiten werden nachstehend beschrieben.
Ein Maß B, das einer Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 102 entspricht, ist so bemessen, dass es eine Länge des Sechsfachen eines Maßes A nicht übersteigt, das einem Durchmesser des Kolbens 128 entspricht. Genauer beträgt das Maß A, das dem Durchmesser des Kolbens 128 entspricht, 25,4 mm, während das Maß B, das der Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 102 entspricht, 140 mm beträgt. Demgemäß beträgt ein Verhältnis von (Maß B als der Gesamthöhe)/(Maß A als dem Durchmesser) 5,5, was nicht mehr als 6 ist.
Die Länge C des Hauptlagers 126 beträgt 45 mm. Ein Verhältnis von (Maß C als der Länge)/(Maß A als dem Durchmesser) beträgt 1,8, was in einem Bereich von 1,5 bis 2 liegt.
Ein Maß E entspricht einer Höhe von einem unteren Ende des Läufers 116 zu einem unteren Ende des abgedichteten Behälters 102 und enthält einen Abstand zwischen dem Läufer 116 und dem Schmieröl 104, eine Tiefe des Schmieröls 104 und eine Blechdicke des Bodenbereichs des abgedichteten Behälters 102. Eine gewisse Breite des Abstands zwischen dem Läufer 116 und dem Schmieröl 104 ist erforderlich, um ein Rühren des Schmieröls 104 durch den Läufer 116 zu vermeiden, sogar wenn das Schmieröl 104 bei einem Anfahren geschmolzenes Kältemittelgas enthält. Außerdem ist eine geeignete Menge an Schmieröl 104 im Hinblick auf ein Sicherstellen der Zuverlässigkeit erforderlich; daher muss das Maß E auf eine Höhe festgelegt sein, die etwa 1,5-mal so groß ist wie das Maß A des Kolbens 128.
Eine Höhe F vom Zylinder 130 zu einem oberen Ende des Hauptlagers 126 ist auf ein Maß festgelegt, das etwa 0,2-mal so groß ist wie der Durchmesser A des Kolbens 128.
Eine Höhe G von einem oberen Ende der inneren Umfangsfläche des Zylinders 130 zu einem oberen Ende des abgedichteten Behälters 102 enthält eine Wanddicke des Zylinderblocks 124, einen Abstand zwischen dem abgedichteten Behälter 102 und dem innen im abgedichteten Behälter 102 aufgehängten Kompressor-Hauptteil 106 und eine Blechdicke einer oberen Fläche des abgedichteten Behälters 102. Ein gewisses Maß der Wanddicke des Zylinderblocks 124 ist erforderlich, um die Luftdichtheit der Verdichtungskammer 134 sicherzustellen. Darüber hinaus ist ein bestimmter Abstand zwischen dem abgedichteten Behälter 102 und dem Kompressor-Hauptteil 106 erforderlich, um die Erzeugung anormaler Geräusche als Ergebnis eines Zusammenstoßens zwischen dem innen aufgehängten Kompressor-Hauptteil 106 und dem abgedichteten Behälter 102 zu vermeiden. Demgemäß muss die Höhe G eine Höhe aufweisen, die im Wesentlichen gleichwertig mit dem Maß A des Kolbens 128 ist.
Ein Bereich des Läufers 116, der der Breite W zum Aufschrumpfen entspricht, ist durch Aufschrumpfen am Haupt-Wellenbereich 120 befestigt.
Die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 ist eine Summe von Durchmesser A, Länge C, Höhe E, Höhe F, Höhe G und Breite W.
Die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 kann klein genug bemessen sein, dass sie eine Länge des Sechsfachen des Durchmessers A nicht übersteigt, wenn die Aufschrumpfbreite W kleiner festgelegt ist als eine 0,5-fach größere Länge als der Durchmesser A des Kolbens 128, um mindestens die Hälfte der Länge des Hauptlagers 126 im Läufer 116 aufzunehmen.
Wenn mindestens die Hälfte der Gesamtlänge des Hauptlagers 126 in der Bohrung in der Mitte des Läufers 116 aufgenommen ist, befindet sich der Läufer 116 nahe beim Tragbereich 127 des Zylinderblocks 124. Demgemäß ist die Dicke D des Tragbereichs 127 des Zylinderblocks 124 reduziert, um ein ausreichendes Abstandsmaß H zwischen dem oberen Ende des Läufers 116 und dem Tragbereich 127 sicherzustellen.
Dieses Anordnen der Verdichtungseinheit 112 und der elektrischen Einheit 110 nahe beieinander trägt auch zur Verringerung der Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 102 bei.
Betriebsweise und Wirkung des wie oben aufgebauten abgedichteten Kompressors werden nachstehend beschrieben.
Wenn die elektrische Einheit 110 über den Stromversorgungsanschluss 113 mit Strom versorgt wird, wird der Läufer 116 zusammen mit der Welle 118 durch ein im Stator 114 erzeugtes Magnetfeld gedreht. Die durch die Rotation des Haupt-Wellenbereichs 120 erzeugte exzentrische Rotation des exzentrischen Wellenbereichs 122 wird auf den Verbindungsbereich 136 übertragen und in eine Bewegung für den hin- und hergehenden Kolben 128 im Zylinder 130 umgewandelt. Diese hin- und hergehende Bewegung ändert ein Volumen der Verdichtungskammer 134 und bewirkt einen Verdichtungsbetrieb des Ansaugens von Kältemittelgas aus dem abgedichteten Behälter 102 in die Verdichtungskammer 134, um das Kältemittelgas zu verdichten.
In diesem Ansaugschritt während des Verdichtungsbetriebs wird das Kältemittelgas im abgedichteten Behälter 102 über den Ansaugschalldämpfer 140 intermittierend in die Verdichtungskammer 134 gesaugt und in der Verdichtungskammer 134 verdichtet. Das resultierende Kältemittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck strömt durch eine Austrittsrohrleitung 149 und dergleichen und zu einem Tiefkühlkreis (nicht gezeigt).
Im Bodenbereich des abgedichteten Behälters 102 gelagertes Schmieröl 104 wird vom unteren Ende der Welle 118 nach oben gefördert und von einer Spitze des exzentrischen Wellenbereichs 122 durch den Betrieb der Ölzufuhrvorrichtung 146 verteilt, der gemäß der Rotation der Welle 118 erfolgt.
Während des Verdichtungsbetriebs wirkt vom Kolben 128 über den Verbindungsbereich 136 eine Verdichtungslast auf den exzentrischen Wellenbereich 122 der Welle 118. Als Ergebnis wird die Welle 118 in dem Zwischenraum zwischen dem Haupt-Wellenbereich 120 und dem Hauptlager 126 ein wenig geneigt.
3A, 3B stellen schematisch das Drucklager 164 beim Neigen der Welle 118 durch die Verdichtungslast dar.
In einem Zustand ohne die Verdichtungslast, wie in 3A dargestellt, wird eine Last in der vertikalen Richtung, wie etwa ein Gewicht der Welle 118, gleichmäßig über Kontaktpunkte zwischen Kugeln jeweiliger Wälzelemente 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158 aufgenommen. Demgemäß sind die jeweiligen Kontaktlasten klein.
Wenn andererseits die Welle 118 durch eine Wirkung eines durch die Verdichtungslast erzeugten Moments gegen den Uhrzeigersinn geneigt ist, wie in 3B dargestellt, sind Wälzelemente 153A, die den rechten Kugeln entsprechen, vom oberen und vom unteren Laufring 152 und 158 getrennt. In diesem Zustand ist keine Kontaktlast zwischen den rechten Kugeln und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158 erzeugt bzw. vorhanden. Jedoch wirken große Kontaktlasten zwischen den Wälzelementen 153B, die den linken Kugeln entsprechen, und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158.
In diesem Fall wirkt durch die Kontaktlasten ein Moment im Uhrzeigersinn, in der entgegengesetzten Richtung zu dem durch die Verdichtungslast erzeugten Moment gegen den Uhrzeigersinn auf die Welle 118. Demgemäß verringert sich die durch die Verdichtungslast verursachte Neigung der Welle 118.
Als Ergebnis verringert sich auch die Neigung des mit der Welle 118 über den Verbindungsbereich 136 verbundenen Kolbens 128, wodurch eine durch ein Entweichen von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 134 durch die Lücke zwischen dem Kolben 128 und dem Zylinder 130 verursachte Verschlechterung von Leistung und Wirkungsgrad vermeidbar ist.
Wenn der Kontakt zwischen Kugeln der Wälzelemente 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158 ungleichmäßig ist, wirken große Kontaktlasten auf bestimmte Wälzelemente 153. Jedoch erzeugen die im oberen und im unteren Laufring 152 und 158 ausgebildeten kreisbogenförmigen Rillen einen im Wesentlichen linearen Kontakt zwischen den Wälzelementen 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158; unter dieser Bedingung erhöht sich eine Kontaktfläche dazwischen mikroskopisch. Demgemäß ist die Haltbarkeit der Wälzelemente 153 sicherstellbar.
Weiter verringern die so ausgebildeten Rillen den Kontaktdruck an den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln der Wälzelemente 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158. In diesem Fall ist eine Beschädigung der Wälzelemente 153 und des oberen und des unteren Laufrings 152 und 158 vermeidbar, sogar wenn beim Übergang des abgedichteten Kompressors ein Stoß auftritt. Demgemäß verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors.
Wenn die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 auf eine geringe Länge eingestellt ist, die eine Länge des Sechsfachen des Durchmessers A des Kolbens 128 nicht übersteigt, um die Gesamthöhe des abgedichteten Kompressors zu verringern, ist infolgedessen die Länge des Hauptlagers 126 klein. Wenn der Abstand zwischen dem Hauptlager 126 und dem Haupt-Wellenbereich 120 unverändert ist, erhöht sich demgemäß eine in dem Zwischenraum erzeugte mögliche Neigung.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist jedoch diese Neigung durch die in 3B dargestellte Funktionsweise des Drucklagers 164 verringert. Besonders wenn die Länge des Hauptlagers 126 auf eine kleine Länge reduziert ist, die eine doppelte Länge des Durchmessers des Kolbens 128 nicht übersteigt, ist die Wirkung der durch das Drucklager 164 gebotenen Neigungsverringerung merklich.
4 zeigt einen Gleitverlust über einer Änderung der Lagerlänge des Hauptlagers 126, berechnet auf Grundlage theoretischer Berechnung.
In dieser Figur gibt eine horizontale Achse ein Verhältnis der Länge C des Hauptlagers 126 zum Durchmesser A des Kolbens 128 an, d. h. (Länge C)/(Durchmesser A). Andererseits gibt eine vertikale Achse einen Gleitverlust unter der Annahme an, dass ein Verlust von 100% erzeugt wird, wenn (Länge C)/(Durchmesser A) gleich 2 ist.
Wie aus 4 zu ersehen, verringert sich eine über Drehmoment wirkende Last, wenn sich der Wert (Länge C)/(Durchmesser A) erhöht, d. h. die Länge des Hauptlagers erhöht. In diesem Fall verringert sich der Gleitverlust. Anderseits erhöht sich die Neigung, wenn sich der Wert (Länge C)/(Durchmesser A) verringert. Beispielsweise ändert sich in einem Zustand, in dem (Länge C)/(Durchmesser A) von 2 auf 4 verdoppelt ist, um die Länge des Hauptlagers auf eine doppelt so große Länge festzulegen, die Verlustrate von 100% auf 80%, weshalb sich der Verlust nur um etwa 20% verringert. Wenn andererseits der Wert (Länge C)/(Durchmesser A) von 2 auf 1 halbiert ist, ändert sich die Verlustrate von 100% auf 150%, weshalb sich der Verlust um etwa 50% erhöht.
Wie aus dem Obigen zu erkennen ist, verringert sich der Gleitverlust sogar bei extremer Verlängerung des Hauptlagers nicht wesentlich. Andererseits erhöht sich der Gleitverlust drastisch, wenn das Hauptlager extrem verkürzt ist. Demgemäß ist es im Hinblick auf die Verringerung des Gleitverlusts vorzuziehen, dass der Wert (Länge C)/(Durchmesser A) auf einen größeren Wert als 1,5 festgelegt ist. Jedoch ist das kürzestmögliche Hauptlager im Hinblick auf die Verringerung der Gesamthöhe des abgedichteten Behälters des abgedichteten Kompressors erwünscht. In Anbetracht dieser Punkte trägt ein Festlegen des Wertes (Länge C)/(Durchmesser A) innerhalb eines Bereichs von 1,5 bis 2,0 zur Verringerung des Gleitverlusts sowie zur Verringerung der Gesamthöhe des abgedichteten Behälters bei, um eine Verbesserung des Wirkungsgrads des abgedichteten Kompressors zu erreichen.
Darüber hinaus kann, wenn die Höhe des Stators 114 auf eine kleinere Länge als die Höhe des Läufers 116 reduziert ist, eine Auflagefläche der Aufhängungsfeder 108 an einer unteren Fläche des Stators 114 oberhalb des unteren Endes des Läufers 116 angeordnet sein. Demgemäß verringert sich die Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 102 des abgedichteten Kompressors weiter.
Andererseits liegt in dem Fall der Gestaltung, die die Höhe des Stators 114 auf eine kleinere Länge als die Höhe des Läufers 116 verringert, das obere Ende des Läufers 116 höher als das obere Ende des Stators 114. Demgemäß muss sich zum weiteren Verringern der Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 102 des abgedichteten Kompressors die Dicke D des Tragbereichs 127 rund um das Hauptlager 126 des Zylinderblocks 124 verringern. In diesem Fall verringert sich durch die Reduktion der Dicke D leicht die Steifigkeit des Zylinderblocks 124.
Insbesondere wenn das Drucklager 164 für einen höheren Wirkungsgrad aus einem Wälzlager besteht, ist ein vertikaler Zwischenraum zum Aufnehmen des Drucklagers 164 erforderlich. In diesem Fall ist eine weitere Verringerung der Dicke D des Tragbereichs 127 erforderlich.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform fällt die Verwendung eines herkömmlich eingebauten Tragelements weg. Stattdessen ist ein Drucklager 164 vorgesehen, das aus Kugeln bestehende Wälzelemente 153, einen mit dem Flanschbereich 162 der Welle 118 in Kontakt stehenden oberen Laufring 152 und einen mit der Druckfläche 148 des Zylinderblocks 124 in Kontakt stehenden unteren Laufring 158 enthält. Gemäß diesem Aufbau ist die Gesamthöhe des Drucklagers 164 verringert, weshalb die Bestandteile ohne eine Verringerung der Dicke D des Tragbereichs 127 montiert werden können. In diesem Fall verringert sich die Steifigkeit des Tragbereichs 127 des Zylinderblocks 124 nicht.
Als Ergebnis verringert sich die durch eine Verformung des Hauptlagers 126 durch eine Verdichtungslast hervorgerufene Neigung der Welle 118, weshalb sich die Neigung des Kolbens 128 im Zylinder 130 verringert. Demgemäß verbessert sich der Wirkungsgrad des abgedichteten Kompressors durch eine Verringerung des Austretens von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 134 durch die Lücke zwischen dem Kolben 128 und dem Zylinder 130.
Wenn die Seite des Hauptlagers 126 an einem Hinterende des Kolbens 128 einen nicht gleitenden Bereich 168 bildet, wie in dieser beispielhaften Ausführungsform, ist die Länge des Kolbens 128 im Wesentlichen klein. Dieser Aufbau verringert die Regulierung der Neigung des Kolbens 128 im Zylinder 130 und ermöglicht leicht eine Neigung des Kolbens 128. Als Ergebnis verschlechtert sich die Leistung leicht aufgrund von Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 134. Gemäß dem in 3B dargestellten Beispiel reduziert jedoch die Funktion des Drucklagers 164 die Neigung des Kolbens 128 und verringert dadurch das Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 134 durch die Lücke zwischen dem Kolben 128 und dem Zylinder 130 und verbessert die Leistung entsprechend.
Weiter sind die Rillen im oberen Laufring 152 und im unteren Laufring 158 des Drucklagers 164 entlang den Bahnen in Kontakt mit den Kugeln der Wälzelemente 153 ausgebildet. In diesem Fall werden die Wälzelemente 153 durch die auf die Kugeln der Wälzelemente 153 wirkende Zentrifugalkraft gegen die Seitenflächen der Rillen des oberen Laufrings 152 und des unteren Laufrings 158 gedrückt, sogar bei einer hohen Rotationsfrequenz, die eine Netzstromversorgungsfrequenz von 60 Hz übersteigt. Demgemäß ist eine durch einen Schlupf der Wälzelemente 153 verursachte Beschädigung vermeidbar, weshalb sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors verbessert.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform bestehen die Wälzelemente 153 aus Kugeln. Jedoch können die Wälzelemente 153 Walzen anstelle von Kugeln sein. Im Falle, dass die Wälzelemente 153 aus Walzen bestehen, erzeugen die Kontaktbereiche der Walzen einen linearen Kontakt und verringern daher den Kontaktdruck, sogar wenn keine Rillen im oberen Laufring 152 und im unteren Laufring 158 ausgebildet sind. Demgemäß ist eine Beschädigung der Wälzelemente 153 und des oberen und des unteren Laufrings 152 und 158 vermeidbar, sogar wenn während des Übergangs des abgedichteten Kompressors ein Stoß auftritt. Als Ergebnis verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors.
Zweite beispielhafte Ausführungsform
5 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 6 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil eines Drucklagers darstellt, das in dem abgedichteten Kompressor gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Wie in den 5, 6 dargestellt, ist Schmieröl 204 in einem inneren Bodenbereich des abgedichteten Behälters 202 gelagert. Der Kompressor-Hauptteil 206 ist innen im abgedichteten Behälter 202 über eine Tragsfeder 208 aufgehängt. Der abgedichtete Behälter 202 ist mit R600a (Isobutan) gefüllt, das ein Kältemittelgas mit einem niedrigen Treibhauspotenzialwert ist.
Der Kompressor-Hauptteil 206 enthält eine elektrische Einheit 210 und eine durch die elektrische Einheit 210 angetriebene Verdichtungseinheit 212. Ein Stromversorgungsanschluss 213 ist am abgedichteten Behälter 202 angebracht, um die elektrische Einheit 210 mit Strom zu versorgen.
Einleitend wird die elektrische Einheit 210 beschrieben.
Die elektrische Einheit 210 ist ein bürstenloser Schenkelpol-Gleichstrommotor mit konzentrierter Wicklung, der einen Stator 214 und einen Läufer 216 enthält. Der Stator 214 besteht aus einem Eisenkern, der ein Paket von Stahlblechen enthält, und eine Wicklung (nicht gezeigt), die über Isoliermaterial direkt um eine Vielzahl von Magnetpolzähnen des Eisenkerns gewickelt ist. Der Läufer 216 ist radial im Stator 214 angeordnet und enthält einen Permanentmagneten (nicht gezeigt).
Eine Höhe eines Eisenkerns des Läufers 216 in einer vertikalen Richtung ist größer als eine Höhe des Eisenkerns des Stators 214. Genauer beträgt die Höhe des Stators 214 26 mm, während die Höhe des Läufers 216 36 mm beträgt. Der Läufer 216 ragt vom Stator 214 um jeweils etwa 5 mm nach oben und unten.
Die Wicklung des Stators 214 verläuft durch den Stromversorgungsanschluss 213 und ist über eine Anschlussleitung mit einem Umrichterschaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, der außerhalb des abgedichteten Kompressors angeordnet ist. Die elektrische Einheit 110 wird mit einer Vielzahl von Drehfrequenzen angetrieben.
Die Verdichtungseinheit 212 wird nachstehend beschrieben.
Die Verdichtungseinheit 212 ist oberhalb der elektrischen Einheit 210 angeordnet.
Eine Welle 218 als Bestandteil der Verdichtungseinheit 212 enthält einen Haupt-Wellenbereich 220 und einen exzentrischen Wellenbereich 222, der sich von einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs 220 nach oben erhebt und sich parallel zum Haupt-Wellenbereich 220 erstreckt. Der Läufer 216 ist am Haupt-Wellenbereich 220 durch Aufschrumpfen oder andere Verfahren befestigt. Der Zylinderblock 224 enthält das Hauptlager 226 mit einer zylindrischen Innenfläche. Ein Spitzenbereich des Hauptlagers 226 ist in eine in einer Mitte des Läufers 216 ausgebildete Bohrung eingesetzt. In diesem Zustand ist der Haupt-Wellenbereich 220 drehbar in das Hauptlager 226 eingesetzt, um die Welle 218 zu tragen. Die Verdichtungseinheit 212 weist einen ausladenden Lageraufbau auf, der eine auf den exzentrischen Wellenbereich 222 wirkende Last unter Verwendung des Haupt-Wellenbereichs 220 und des Hauptlagers 226 aufnimmt, die unterhalb des exzentrischen Wellenbereichs 222 angeordnet sind.
Der Zylinderblock 224 enthält einen Zylinder 230, der einer zylindrischen Bohrung entspricht. Ein Kolben 228 ist hin- und hergehend in den Zylinder 230 eingesetzt. Aussparungen 230a, 230b sind im oberen und im unteren Hinterende des Zylinders ausgebildet.
Ein Kopfendbereich und ein Hinterendbereich einer äußeren Umfangsfläche des Kolbens 228 bilden Gleitbereiche 266 bzw. 267, von denen jeder zwischen dem Kolben 228 und einer inneren Umfangsfläche des Zylinders 230 angeordnet ist, wobei ein kleiner Abstand verbleibt. Andererseits bildet ein Zwischenbereich des Kolbens 228 einen nicht gleitenden Bereich 268, der einen um etwa 0,3 mm kleineren Radius aufweist als jeder Radius der Gleitbereiche.
Ein Verbindungsbereich 236 verbindet den exzentrischen Wellenbereich 222 und den Kolben 228 durch ein Koppeln von Löchern, die an dem einen und dem anderen Ende des Verbindungsbereichs 236 ausgebildet sind, mit einem am Kolben 228 bzw. am exzentrischen Wellenbereich 222 angebrachten Kolbenbolzen (nicht gezeigt).
Eine Ventilplatte 232 ist an einer Endfläche des Zylinders 230 angebracht, sodass die Verdichtungskammer 234 aus der Ventilplatte 232, dem Zylinder 230 und dem Kolben 228 besteht. Weiter ist ein Zylinderkopf 238 befestigt, um die Ventilplatte 232 abzudecken und zu verschließen. Ein Ansaugschalldämpfer 240 zum Ausbilden eines schallgedämpften Innenraums ist aus Kunstharz, wie etwa PBT, gegossen und an dem Zylinderkopf 238 angebracht.
Ein unteres Ende des Haupt-Wellenbereichs 220 der Welle 218 ist in Schmieröl 204 eingetaucht, das in dem inneren Bodenbereich des abgedichteten Behälters 202 gelagert ist, um eine Ölzufuhrvorrichtung 246 zu bilden. Die Ölzufuhrvorrichtung 246 enthält eine Spiralnut 244, die in einer Außenfläche des Haupt-Wellenbereichs 220 ausgebildet ist und sich vom unteren Ende zum oberen Ende der Welle 218 erstreckt.
Das Hauptlager 226 enthält eine Druckfläche 248, die einem flachen Oberflächenbereich senkrecht zu einer Wellenmitte entspricht, und einen rohrförmigen Ansatzbereich 250, der sich nach oben von der Druckfläche 248 erstreckt und eine Innenfläche aufweist, die dem Haupt-Wellenbereich 220 zugewandt ist. Ein Ansatzbereich 251 mit einem größeren Durchmesser als ein Durchmesser des Haupt-Wellenbereichs 220 ist an einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs 220 der Welle 218 ausgebildet. Ein unterer Laufring 258 ist oberhalb der Druckfläche 248 und radial außerhalb des rohrförmigen Ansatzbereichs 250 angeordnet. Aus Kugeln bestehende Wälzelemente 253, ein Käfig 256 und ein oberer Laufring 252 sind radial außerhalb des Ansatzbereichs 251 angeordnet.
Der Käfig 256 ist eine ringförmige flache Platte aus Kunstharz und enthält eine Vielzahl von Löchern, in denen jeweils ein aus einer Kugel bestehendes Wälzelement 253 untergebracht ist. Der Käfig 256 ist frei an die radiale Außenseite des Ansatzbereichs 251 angepasst, sodass der Käfig 156 und der Ansatzbereich 251 frei gegeneinander drehbar sind.
Jeder aus dem oberen Laufring 252 und dem unteren Laufring 258 ist eine ringförmige flache Platte aus Metall und enthält eine entlang einer Bahn ausgebildete Rille in Kontakt mit Kugeln der Wälzelemente 253, mit solchen Maßen, dass sie im Wesentlichen gleichwertig mit dem jeweiligen Radius der Wälzelemente 253 sind.
Der untere Laufring 258, die Wälzelemente 253 und der obere Laufring 252 sind übereinander auf der Druckfläche 248 in dieser Reihenfolge in Kontakt miteinander angeordnet, um das Drucklager 264 zu bilden. Der Flanschbereich 262 der Welle 218 liegt auf einer oberen Fläche des oberen Laufrings 252 auf.
Die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 202 ist so bemessen, dass sie eine Länge des Sechsfachen eines Durchmessers A nicht übersteigt, der einem Durchmesser des Kolbens 228 entspricht. Genauer beträgt der Durchmesser A des Kolbens 128 25,4 mm, während die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 140 mm beträgt. Demgemäß beträgt ein Verhältnis von (Gesamthöhe B)/( Durchmesser A) 5,5; das ist nicht mehr als 6.
Die Länge C des Hauptlagers 226 beträgt 45 mm. In diesem Fall beträgt ein Verhältnis von (Länge C)/(Durchmesser A) 1,8; das liegt in einem Bereich von 1,5 bis 2.
Betriebsweise und Wirkung des wie oben aufgebauten abgedichteten Kompressors werden nachstehend beschrieben.
Wenn die elektrische Einheit 210 über den Stromversorgungsanschluss 213 mit Strom versorgt wird, wird der Läufer 216 zusammen mit der Welle 218 durch ein im Stator 214 erzeugtes Magnetfeld gedreht. Die durch die Rotation des Haupt-Wellenbereichs 220 erzeugte exzentrische Rotation des exzentrischen Wellenbereichs 222 wird auf den Verbindungsbereich 236 übertragen und in eine Bewegung für den hin- und hergehenden Kolben 228 im Zylinder 230 umgewandelt. Diese hin- und hergehende Bewegung ändert ein Volumen der Verdichtungskammer 234 und bewirkt einen Verdichtungsbetrieb des Ansaugens von Kältemittelgas aus dem abgedichteten Behälter 202 in die Verdichtungskammer 234, um das Kältemittelgas zu verdichten.
In diesem Ansaugschritt während des Verdichtungsbetriebs wird das Kältemittelgas im abgedichteten Behälter 202 über den Ansaugschalldämpfer 240 intermittierend in die Verdichtungskammer 234 gesaugt und in der Verdichtungskammer 234 verdichtet. Das resultierende Kältemittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck strömt durch eine Austrittsrohrleitung 249 und dergleichen und zu einem Tiefkühlkreis (nicht gezeigt).
Im Bodenbereich des abgedichteten Behälters 202 gelagertes Schmieröl 204 wird vom unteren Ende der Welle 218 nach oben gefördert und von einer Spitze des exzentrischen Wellenbereichs 222 durch den Betrieb der Ölzufuhrvorrichtung 246 verteilt, der gemäß der Rotation der Welle 218 erfolgt.
Ein Teil des Schmieröls 204 wird von einem oberen Ende des Hauptlagers 226 dem Drucklager 264 zugeführt. Dieses Schmieröl 204 wird dem unteren Laufring 258 zugeführt, der sich nicht dreht. In diesem Fall wird am unteren Laufring 258 haftendes Schmieröl 204 nicht unmittelbar durch Zentrifugalkraft verteilt, sondern verbleibt auf dem Gleitbereich. Dieser Aufbau erhöht daher eine Schmierwirkung des Drucklagers 264 und verbessert die Zuverlässigkeit entsprechend.
Während des Verdichtungsbetriebs wirkt vom Kolben 228 über den Verbindungsbereich 236 eine Verdichtungslast auf den exzentrischen Wellenbereich 222 der Welle 218. Als Ergebnis wird die Welle 218 in einem Zwischenraum zwischen dem Haupt-Wellenbereich 220 und dem Hauptlager 226 ein wenig geneigt.
Jedoch wirkt, wie in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben, eine Rückstellkraft in einer Richtung zum Verringern der Neigung der Welle 218 auf Grundlage einer Anordnung des Drucklagers 264, die kein Stützelement zum Absorbieren der Neigung enthält. Als Ergebnis verringert sich die Neigung der Welle 218, wodurch sich die Neigung des mit der Welle 218 über den Verbindungsbereich 236 verbundenen Kolbens 228 verringert. Demgemäß ist eine durch ein Entweichen von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 234 durch die Lücke zwischen dem Kolben 228 und dem Zylinder 230 verursachte Verschlechterung von Leistung und Wirkungsgrad vermeidbar.
Gemäß dem abgedichteten Kompressor, der eine Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 202 auf eine geringe Länge verringert, die eine Länge des Sechsfachen des Kolbendurchmessers nicht übersteigt, verringert sich infolgedessen eine Länge des Hauptlagers 226. In diesem Fall erhöht sich leicht die Neigung des Haupt-Wellenbereichs 220 im Zwischenraum des Hauptlagers 226. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform verringert sich jedoch die Neigung der Welle 218 durch eine durch das Drucklager 264 in einer Richtung zum Verringern der Neigung der Welle 218 ausgeübte Gegenkraft. Diese Wirkung ist besonders merklich, wenn die Länge des Hauptlagers 226 auf eine kleine Länge festgelegt ist, die eine doppelte Länge des Durchmessers des Kolbens 228 nicht übersteigt.
Eine Breite zum Aufschrumpfen zwischen dem Läufer 216 und dem Haupt-Wellenbereich 220 ist reduziert, um mindestens eine Hälfte der Gesamtlänge des Hauptlagers 226 in die Bohrung des Läufers 216 einzusetzen. In diesem Fall ist ermöglicht, dass sich die Gesamthöhe des abgedichteten Behälters 202 verringert, während eine ausreichend Länge des Hauptlagers 226 sichergestellt ist. Außerdem ist eine Höhe des Stators 214 kleiner als eine Höhe des Läufers 216. In diesem Fall liegt die Auflagefläche der Aufhängungsfeder 208 an der unteren Fläche des Stators 214 im Wesentlichen auf demselben Niveau wie das untere Ende des Hauptlagers 226. Demgemäß verringert sich die Höhe des abgedichteten Kompressors weiter.
Andererseits hebt dieser Aufbau die Position des oberen Endes des Läufers 216 und erfordert somit eine Verringerung der Wanddicke rund um das Hauptlager 226 des Zylinderblocks 224. Wenn diese Wanddicke reduziert ist, verringert sich leicht die Steifigkeit. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform weist das Druckwälzlager jedoch durch einen Wegfall des Tragelements eine geringere Höhe auf. Darüber hinaus ist nur der untere Laufring 258 in einer Vertiefung radial außerhalb des rohrförmigen Ansatzbereichs 250 angeordnet. Der rohrförmige Ansatzbereich 250 weist eine geringe Höhe auf. Demgemäß ist ermöglicht, dass sich die Wanddicke des Tragbereichs 227 des Zylinderblocks 224 auf eine sichere Steifigkeit des Zylinderblocks 224 erhöht. Als Ergebnis verringert sich die Neigung der Welle 218; daher verbessert sich die Leistung durch eine Verringerung des Austretens von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 234.
Aussparungen 230a, 230b sind am Hinterende des Zylinders 230 ausgebildet. Dieser Aufbau sieht nur eine begrenzte Regulierung der Neigung des Kolbens 228 im Zylinder 230 vor. In diesem Fall wird der Kolben 228 leicht geneigt; daher verschlechtert sich die Leistung leicht aufgrund von Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 234. Jedoch ist diese Neigung durch ein Vorsehen des Drucklagers 264 reduzierbar. Demgemäß verbessert sich die Leistung des abgedichteten Kompressors dieser beispielhaften Ausführungsform.
Dritte beispielhafte Ausführungsform
7 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Kühlschrank gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 7 dargestellt, enthält ein Wärmedämmkasten 270 einen inneren Kasten 271, bestehend aus einem vakuumgeformten Kunstharz-Hauptteil, wie etwa ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere), einen äußeren Kasten 272 aus Metallwerkstoff, wie etwa vorbeschichtetem Stahlblech, und wärmedämmende Wände, hergestellt durch ein Einspritzen eines Wärmedämmstoffs 273 in einen zwischen dem inneren Kasten 271 und dem äußeren Kasten 272 ausgebildeten Zwischenraum und ein Aufschäumen des in den Zwischenraum gefüllten Wärmedämmstoffs 273. Der Wärmedämmstoff 273 besteht beispielsweise aus Urethan-, Phenol- oder Styrol-Hartschaumstoff. Im Hinblick auf die Verhinderung der globalen Erwärmung ist es vorzuziehen, dass das Treibmittel aus dem Kohlenwasserstoff-basierten Cyclopentan besteht.
Der Wärmedämmkasten 270 ist in eine Vielzahl von Wärmedämmabschnitten aufgeteilt. Ein oberer Teil des Wärmedämmkastens 270 ist mit einer Schwenktür ausgestattet, während ein unterer Teil des Wärmedämmkastens 270 mit Schubkästen ausgestattet ist. Ein Kühlfach 274 ist im oberen Teil angeordnet. Unterhalb des Kühlfachs 274 sind ein schubladenartiges Wechselfach 275 und ein Eisfach 276 Seite an Seite in einer horizontalen Richtung gesetzt vorgesehen. Unterhalb der beiden Fächer 275 und 276 befindet sich ein schubladenartiges Gemüsefach 277. Unterhalb des Gemüsefachs 277 befindet sich ein schubladenartiges Gefrierfach 278.
Eine wärmegedämmte Tür ist über eine Dichtung für jeden der Wärmedämmabschnitte vorgesehen. Eine Kühlfach-Schwenktür 279 ist im oberen Teil angeordnet. Unterhalb der Kühlfach-Schwenktür 279 befinden sich eine Wechselfach-Schubladentür 280 und eine Eisfach-Schubladentür 281. Unterhalb der beiden Türen 280 und 281 befindet sich eine Gemüsefach-Schubladentür 282. Unterhalb der Gemüsefach-Schubladentür 282 befindet sich eine Gefrierfach-Schubladentür 283.
Der äußere Kasten 272 des Wärmedämmkastens 270 enthält einen Vertiefungsbereich 284, der einer vertieften hinteren oberen Fläche entspricht.
Ein Tiefkühlkreis besteht aus einer ringförmigen Verbindung eines abgedichteten Kompressors 285, elastisch am Vertiefungsbereich 284 gehalten, eines Kondensators (nicht gezeigt), eines Kapillarrohrs 286, eines Trockners (nicht gezeigt), eines Verdampfers 288, angeordnet hinter dem Gemüsefach 277 und dem Gefrierfach 278, und einer Ansaugrohrleitung 289. Ein Kühlgebläse 287 ist in der Nähe des Verdampfers 288 vorgesehen.
Betriebsweise und Wirkung des so aufgebauten Kühlschranks werden nachstehend beschrieben.
Einleitend werden die Temperatureinstellungen und die Kühlsysteme der jeweiligen Wärmedämmabschnitte beschrieben.
Eine Fachtemperatur des Kühlfachs 274 ist im Allgemeinen in einem Bereich von 1°C bis 5°C oberhalb eines Gefrierpunkts zum gekühlten Aufbewahren festgelegt.
Eine Temperatureinstellung des Wechselfachs 275 ist durch einen Benutzer zwischen vorgegebenen Temperaturen in einem Bereich von einer Gefrierfach-Temperaturzone bis zu einer Gemüsefach-Temperaturzone veränderbar. Das Eisfach 276 ist ein unabhängiges Eis-Aufbewahrungsfach und enthält eine nicht gezeigte automatische Eisbereitungsvorrichtung zum automatischen Bereiten von Eis und zum Aufbewahren des bereiteten Eises. Eine Fachtemperatur des Eisfachs 276 liegt zum Aufbewahren von Eis in der Gefriertemperaturzone. Jedoch kann diese Temperatur zum alleinigen Zweck des Aufbewahrens von Eis auf eine Gefriertemperatur in einem Bereich von –18°C bis –10°C eingestellt werden, einem Bereich, der relativ höher ist als die Gefriertemperaturzone.
Eine Fachtemperatur des Gemüsefachs 277 ist oft in einem Bereich von 2°C bis 7°C eingestellt, einer Temperatur, die gleichwertig oder ein wenig höher ist als die Fachtemperatur des Kühlfachs 274. Blattgemüse bleibt länger frisch, wenn die Aufbewahrungstemperatur auf eine niedrigere Temperatur in einem solchen Bereich eingestellt ist, dass das Gemüse nicht gefriert.
Eine Fachtemperatur des Gefrierfachs 278 ist zur Gefrierlagerung im Allgemeinen in einem Bereich von –22°C bis –18°C eingestellt. Jedoch kann diese Temperatur zum Verbessern der Gefrierlagerungsbedingungen auf eine niedrigere Temperatur eingestellt werden, wie etwa –30°C und –25°C.
Die jeweiligen Fächer sind durch Wärmedämmwände abgeteilt, um wirksam unterschiedliche Temperatureinstellungen einzuhalten. In diesem Fall kann der Wärmedämmstoff 273 zur Kostenverringerung und Verbesserung der Wärmedämmleistung ganzheitlich eingespritzt und aufgeschäumt werden. Durch das Einspritzen des Wärmedämmstoffs 273 erhöht sich die Wärmedämmleistung auf ungefähr das Doppelte der Wärmedämmleistung eines Wärmedämmstoffs, wie etwa Styrolschaumstoff. Demgemäß ist ermöglicht, dass sich ein Aufbewahrungsvolumen durch eine Verringerung der Trennwanddicke erhöht.
Die Betriebsweise des Gefrierkreises wird nachstehend beschrieben.
Der Kühlbetrieb wird auf Grundlage von für den Kühlschrank eingestellten Temperaturen gemäß Signalen gestartet oder gestoppt, die von einem Temperaturfühler (nicht gezeigt) und einer Steuerplatine erzeugt werden. Der abgedichtete Kompressor 285 führt gemäß Anweisungen des Kühlbetriebs einen vorgegebenen Verdichtungsbetrieb aus. Das abgegebene Kältemittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck gibt an einem Kondensator (nicht gezeigt) Wärme ab und kondensiert und verflüssigt sich. Das Kältemittel wird als Ergebnis der Druckminderung durch das Kapillarrohr 286 zu verflüssigtem Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck und strömt zum Verdampfer 288.
Das Kältemittelgas im Verdampfer 288 wird durch Wärmeaustausch mit im Kühlschrank enthaltener Luft gemäß dem Betrieb des Kühlgebläses 287 verdampft und in Dampf verwandelt. Die Kühlluft niedriger Temperatur wird nach dem Wärmeaustausch durch Verwendung einer Drosselklappe (nicht gezeigt) oder dergleichen zu den jeweiligen Fächern verteilt, um die jeweiligen Fächer zu kühlen.
Gemäß dem Kühlschrank, der den vorstehenden Betrieb durchführt, enthält der abgedichtete Kompressor 285 ein Drucklager zum Aufnehmen einer Last einer Welle in einer vertikalen Richtung. Das Drucklager besteht aus einem Wälzlager, das einen oberen Laufring in Kontakt mit einem Flanschbereich der Welle, einen unteren Laufring in Kontakt mit einer Druckfläche eines Zylinderblocks und ein Wälzelement in Kontakt mit dem oberen Laufring und dem unteren Laufring enthält. Eine Gesamthöhe des Drucklagers ist so bemessen, dass sie eine Länge des Sechsfachen eines Durchmessers des Kolbens nicht übersteigt.
Gemäß diesem Aufbau verringert sich eine Gesamthöhe des abgedichteten Behälters des abgedichteten Kompressors 285. Demgemäß verbessert sich die Benutzerfreundlichkeit des Kühlschranks durch eine Vergrößerung eines Innenvolumens des Kühlschranks.
Außerdem ist das Druckwälzlager in der Lage, Verluste zu verringern, und erzeugt eine Gegenkraft in einer Richtung zum Verringern der Neigung der Welle im Hauptlager durch die Funktion des Drucklagers bei der Neigung der Welle, beispielsweise durch eine Verdichtungslast. Demgemäß verringert sich die Neigung der Welle. Als Ergebnis verringert sich die Neigung eines Kolbens dementsprechend; unter dieser Bedingung verbessert sich der Wirkungsgrad des abgedichteten Kompressors durch eine Verringerung des Austretens von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer durch eine Lücke zwischen dem Kolben und dem Zylinder. Der abgedichtete Kompressor 285 entspricht daher dem abgedichteten Kompressor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Vierte beispielhafte Ausführungsform
8 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines Druckkugellagerbereichs des abgedichteten Kompressors gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 10 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines Hauptlagerbereichs darstellt, der im abgedichteten Kompressor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 11 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem effektiven Magnetfluss und einer Länge eines Überhangbereichs eines Läufers darstellt, der im abgedichteten Kompressor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 12A ist eine schematische Ansicht, die das Druckkugellager in einem Normalzustand bezüglich der Neigung einer Welle darstellt, die in dem abgedichteten Kompressor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. 12B ist eine schematische Ansicht, die das Druckkugellager in einem geneigten Zustand der durch eine Verdichtungslast geneigten Welle in dem abgedichteten Kompressor gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Bestandteile des abgedichteten Kompressors gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mit ähnlichen Bezugsnummern versehen wie die Bezugsnummern der entsprechenden Bestandteile der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in den 8 bis 10 dargestellt, ist Schmieröl 104 im Bodenbereich des abgedichteten Behälters 102 gelagert. Der Kompressor-Hauptteil 106 ist innen im abgedichteten Behälter 102 über eine Aufhängungsfeder 108 aufgehängt. Der abgedichtete Behälter 102 ist mit R600a (Isobutan) gefüllt, das ein Kältemittelgas mit einem niedrigen Treibhauspotenzialwert ist.
Der Kompressor-Hauptteil 106 enthält eine elektrische Einheit 110 und eine durch die elektrische Einheit 110 angetriebene Verdichtungseinheit 112. Ein Stromversorgungsanschluss 113 ist am abgedichteten Behälter 102 angebracht, um die elektrische Einheit 110 mit Strom zu versorgen.
Einleitend wird die elektrische Einheit 110 beschrieben.
Die elektrische Einheit 110 ist ein bürstenloser Oberflächenmagnet-Gleichstrommotor und enthält einen Stator 114 und einen Läufer 116. Der Stator 114 ist vom Schenkelpoltyp mit konzentrierter Wicklung, die über Isoliermaterial direkt um eine Vielzahl von Magnetpolzähnen (nicht gezeigt) des Eisenkerns 114a gewickelt ist. Der Eisenkern 114a enthält ein Paket von Stahlblechen. Der Läufer 116 enthält einen Permanentmagneten 116b, der radial im Stator 114 angeordnet und an einer Oberfläche des Eisenkerns 116a befestigt ist.
Wie in 10 dargestellt, ist ein Maß R des Eisenkerns 116a des Läufers 116 des Oberflächenmagnetmotors in einer Höhenrichtung gleichwertig mit einem Maß des Eisenkerns 114a des Stators 114 in der Höhenrichtung. Genauer beträgt jede der Höhen der Eisenkerne 114a, 116a 30 mm. Der an der Oberfläche des Läufers 116 befestigte Permanentmagnet 116b enthält Überhangbereiche 116c, 116d, die vom Eisenkern 116a des Läufers 116 jeweils um 2 mm nach oben und unten ragen. Eine Höhe des Permanentmagneten ist auf 34 mm festgelegt.
Die Wicklung des Stators 114 verläuft durch den Stromversorgungsanschluss 113 und ist über eine Anschlussleitung mit einem Umrichterschaltkreis (nicht gezeigt) verbunden, der außerhalb des abgedichteten Kompressors angeordnet ist. Die elektrische Einheit 110 wird mit einer Vielzahl von Drehfrequenzen angetrieben, einschließlich Drehfrequenzen von mehr als 60 Hz, was einer Netzstromversorgungsfrequenz entspricht.
Die Höhe R des in der elektrischen Einheit 110 enthaltenen Läufers 116 wird nachstehend im Vergleich mit einer Höhe des Läufers 16 des in 17, 18 dargestellten herkömmlichen Motors mit eingebettetem Magneten beschrieben.
Im Allgemeinen entspricht eine Höhe eines Läufers einer Summe einer Höhe eines Eisenkerns eines Stators und Längen oberer und unterer Überhangbereiche. 11 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen den Längen der Überhangbereiche und Kennlinien des effektiven Magnetflusses zeigt, zum Vergleich zwischen dem Motor mit eingebettetem Magneten und dem Oberflächenmagnetmotor, die gleichwertigen Wirkungsgrad und Drehmoment erzeugen.
Wie an einer Stelle „Oberflächenmagnettyp” in 11 angezeigt, weist der Oberflächenmagnet-Elektromotor einen großen Betrag an effektivem Magnetfluss auf der Oberfläche des Läufers 116 auf, da der Permanentmagnet 116b auf der Oberfläche angeordnet ist. Demgemäß ist ermöglicht, dass jede Länge der Überhangbereiche 116c, 116d für gesättigten effektiven Magnetfluss auf eine kleinere Länge verringert wird als die entsprechende Länge des Läufers 16 des Elektromotors mit eingebettetem Magneten.
Darüber hinaus müssen die Überhangbereiche 116c, 116d des Oberflächenmagnet-Elektromotors nur an dem auf der Oberfläche vorgesehenen Permanentmagneten 116b vorgesehen sein, um einen Betrag des effektiven Magnetflusses zu erhöhen. In diesem Fall kann die Höhe R des Eisenkerns 116a des Läufers 116 gleichwertig mit der Höhe des Eisenkerns 114a des Stators 114 sein. Demgemäß ist ermöglicht, dass sich eine Höhe der oberen Endfläche 116e des Läufers 116 des Oberflächenmagnet-Elektromotors, der gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform eingesetzt ist, auf eine beträchtlich kleinere Länge verringert als die Höhe der oberen Endfläche 16a des Läufers des Elektromotors mit eingebettetem Magneten, der in dem in 18 dargestellten, herkömmlichen, abgedichteten Kompressor enthalten ist.
Die Verdichtungseinheit 112 wird nachstehend beschrieben.
Die Verdichtungseinheit 112 wird oberhalb der elektrischen Einheit 110 angeordnet.
Eine Welle 118, die Bestandteil der Verdichtungseinheit 112 ist, enthält einen Haupt-Wellenbereich 120, einen Flanschbereich 162 an einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs 120 und einen exzentrischen Wellenbereich 122, der sich nach oben von dem Flanschbereich 162 erhebt und sich parallel zum Haupt-Wellenbereich 120 erstreckt. Der Läufer 116 ist am Haupt-Wellenbereich 120 durch Aufschrumpfen befestigt.
Der Zylinderblock 124 enthält ein Hauptlager 126 mit einer zylindrischen Innenfläche. Mindestens eine Hälfte einer Gesamtlänge des Hauptlagers 126 ist in eine Bohrung eingesetzt, die in einer Mitte des Läufers 116 ausgebildet ist, und überlappt sich mit dem Läufer 116. Der Haupt-Wellenbereich 120 ist drehbar in das Hauptlager 126 eingesetzt, um die Welle 118 zu tragen. Die Verdichtungseinheit 112 weist einen ausladenden Lageraufbau auf, der eine auf den exzentrischen Wellenbereich 122 wirkende Last unter Verwendung des Haupt-Wellenbereichs 120 und des Hauptlagers 126 aufnimmt, die unterhalb des exzentrischen Wellenbereichs 122 angeordnet sind.
Der Zylinderblock 124 enthält einen durch eine zylindrische Bohrung gebildeten Zylinder 130. Ein Kolben 128 ist hin- und hergehend in den Zylinder 130 eingesetzt.
Ein Spitzenbereich der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 128 ist einer inneren Umfangsfläche des Zylinders 130 zugewandt, wobei ein kleiner Abstand zwischen Kolben 128 und Zylinder 130 verbleibt, um einen Gleitbereich 166 zu bilden, der eine Luftdichtheit hält und eine Last aufnimmt.
Ein Verbindungsbereich 136 verbindet den exzentrischen Wellenbereich 122 und den Kolben 128 durch ein Koppeln von Löchern, die an dem einen und dem anderen Ende des Verbindungsbereichs 136 ausgebildet sind, mit einem am Kolben 128 bzw. am exzentrischen Wellenbereich 122 angebrachten Kolbenbolzen (nicht gezeigt).
Eine Ventilplatte 132 ist an einer Endfläche des Zylinders 130 angebracht, sodass die Verdichtungskammer 134 aus der Ventilplatte 132, dem Zylinder 130 und dem Kolben 128 besteht. Weiter ist ein Zylinderkopf 138 befestigt, um die Ventilplatte 132 abzudecken und zu verschließen. Ein Ansaugschalldämpfer 140 zum Ausbilden eines schallgedämpften Innenraums ist aus Kunstharz, wie etwa Polybutylenterephthalat (PBT), gegossen und an dem Zylinderkopf 138 angebracht.
Ein unteres Ende des Haupt-Wellenbereichs 120 der Welle 118 ist in Schmieröl 104 eingetaucht, das in dem inneren Bodenbereich des abgedichteten Behälters 102 gelagert ist, um eine Ölzufuhrvorrichtung 146 zu bilden. Die Ölzufuhrvorrichtung 146 enthält eine Spiralnut 144, die in einer Außenfläche des Haupt-Wellenbereichs 120 ausgebildet ist und sich vom unteren Ende zum oberen Ende der Welle 118 erstreckt.
Wie in 9 dargestellt, enthält das Hauptlager 126 eine Druckfläche 148, die einem flachen Oberflächenbereich senkrecht zu einer Wellenmitte entspricht, und einen rohrförmigen Ansatzbereich 150, der sich nach oben von der Druckfläche 148 erstreckt und eine Innenfläche aufweist, die dem Haupt-Wellenbereich 120 zugewandt ist. Ein unterer Laufring 158 ist oberhalb der Druckfläche 148 und radial außerhalb des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 angeordnet. Aus Kugeln bestehende Wälzelemente 153 und ein Käfig 156 sind oberhalb des unteren Laufrings 158 angeordnet. Weiter ist ein oberer Laufring 152 oberhalb der Wälzelemente 153 und des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 angeordnet.
Der Käfig 156 ist eine ringförmige flache Platte aus Kunstharz und enthält eine Vielzahl von Löchern, in denen jeweils ein aus einer Kugel bestehendes Wälzelement 153 untergebracht ist. Der Käfig 156 ist frei an die radiale Außenseite des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 angepasst, sodass der Käfig 156 und der rohrförmige Ansatzbereich 150 frei gegeneinander drehbar sind.
Jeder aus dem oberen Laufring 152 und dem unteren Laufring 158 ist eine ringförmige flache Platte aus Metall und enthält eine entlang einer Bahn ausgebildete Rille in Kontakt mit Kugeln der Wälzelemente 153, mit solchen Maßen, dass sie im Wesentlichen gleichwertig mit dem jeweiligen Radius der Wälzelemente 153 sind.
Der untere Laufring 158, die Wälzelemente 153 und der obere Laufring 152 sind übereinander auf der Druckfläche 148 in dieser Reihenfolge in Kontakt miteinander angeordnet, um das als Wälzlager arbeitende Drucklager 164 zu bilden. Die Druckfläche 162a des Flanschbereichs 162 der Welle 118 liegt auf einer oberen Fläche des oberen Laufrings 152 auf.
Eine Aufgliederung der Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 wird nachstehend beschrieben.
Wie in 8 dargestellt, ist die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 eine Summe von Durchmesser A, Länge C, Höhe E, Höhe F, Höhe G und Breite W.
In diesem Fall enthält eine Höhe E von einem unteren Ende des Läufers 116 zu einem unteren Ende des abgedichteten Behälters 102 einen Abstand zwischen dem Läufer 116 und dem Schmieröl 104, eine Tiefe des Schmieröls 104 und eine Blechdicke des Bodenbereichs des abgedichteten Behälters 102. Eine gewisse Breite ist für den Abstand zwischen dem Läufer 116 und dem Schmieröl 104 erforderlich, um ein Rühren des Schmieröls 104 durch den Läufer 116 zu vermeiden, sogar wenn das Schmieröl 104 bei einem Anfahren geschmolzenes Kältemittelgas enthält. Außerdem ist eine geeignete Menge an Schmieröl 104 im Hinblick auf ein Sicherstellen der Zuverlässigkeit erforderlich; daher ist für das Maß E eine bestimmte Höhe erforderlich.
Ein bestimmtes Maß ist für die Höhe F vom Zylinder 130 zu einem oberen Ende des Hauptlagers 126 benötigt.
Eine Höhe G von einem oberen Ende der inneren Umfangsfläche des Zylinders 130 zu einem oberen Ende des abgedichteten Behälters 102 enthält eine Wanddicke des Zylinderblocks 124, einen Abstand zwischen dem abgedichteten Behälter 102 und dem innen im abgedichteten Behälter 102 aufgehängten Kompressor-Hauptteil 106 und eine Blechdicke einer oberen Fläche des abgedichteten Behälters 102. Ein gewisses Mail ist für eine Wanddicke des Zylinderblocks 124 erforderlich, um die Luftdichtheit der Verdichtungskammer 134 sicherzustellen. Darüber hinaus ist ein bestimmter Abstand zwischen dem abgedichteten Behälter 102 und dem Kompressor-Hauptteil 106 erforderlich, um die Erzeugung unnormaler Geräusche als Ergebnis eines Zusammenstoßens zwischen dem innen aufgehängten Kompressor-Hauptteil 106 und dem abgedichteten Behälter 102 zu vermeiden. Demgemäß muss die Höhe G eine Höhe aufweisen, die im Wesentlichen gleichwertig zum Maß A des Kolbens 128 ist.
Ein Bereich, der der Breite W des Läufers 116 entspricht, ist durch Aufschrumpfen am Haupt-Wellenbereich 120 befestigt. Ein gewisses Maß ist für die Breite W erforderlich.
Der Durchmesser A ist ein Innendurchmesser des Zylinders 130. Ein gewisses Maß ist für den Durchmesser A erforderlich.
Demgemäß ist die Gesamthöhe B des abgedichteten Behälters 102 durch die Länge C bestimmt.
Die Länge C wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figur beschrieben.
Die Länge C entspricht einer Höhe des Hauptlagers 126 des Zylinderblocks 124.
Die Länge C ist auf folgende Weise auf Grundlage der Druckfläche 162a des Flanschbereichs 162 der Welle 118 definiert. Die Länge C entspricht einer Höhe, die berechnet ist durch ein Subtrahieren des Abstands V zwischen der Druckfläche 162a und dem oberen Ende 150a des rohrförmigen Ansatzbereichs 150 und der Breite des Aufschrumpfbereichs 142 des Läufers 116 von der Höhe J zwischen der Druckfläche 162a des Flanschbereichs 162 und der unteren Endfläche 116f des Läufers 116, wie in 10 dargestellt.
Betriebsweise und Wirkung des wie oben aufgebauten abgedichteten Kompressors werden nachstehend beschrieben.
Wenn die elektrische Einheit 110 über den Stromversorgungsanschluss 113 mit Strom versorgt wird, wird der Läufer 116 zusammen mit der Welle 118 durch ein im Stator 114 erzeugtes Magnetfeld gedreht. Die durch die Rotation des Haupt-Wellenbereichs 120 erzeugte exzentrische Rotation des exzentrischen Wellenbereichs 122 wird auf den Verbindungsbereich 136 übertragen und in eine Bewegung für den hin- und hergehenden Kolben 128 im Zylinder 130 umgewandelt. Diese hin- und hergehende Bewegung ändert ein Volumen der Verdichtungskammer 134 und bewirkt einen Verdichtungsbetrieb des Ansaugens von Kältemittelgas aus dem abgedichteten Behälter 102 in die Verdichtungskammer 134, um das Kältemittelgas zu verdichten.
In diesem Ansaugschritt während des Verdichtungsbetriebs wird das Kältemittelgas im abgedichteten Behälter 102 über den Ansaugschalldämpfer 140 intermittierend in die Verdichtungskammer 134 gesaugt und in der Verdichtungskammer 134 verdichtet. Das resultierende Kältemittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck strömt durch eine Austrittsrohrleitung 149 und dergleichen und zu einem Tiefkühlkreis (nicht gezeigt).
Im Bodenbereich des abgedichteten Behälters 102 gelagertes Schmieröl 104 wird vom unteren Ende der Welle 118 nach oben gefördert und von einer Spitze des exzentrischen Wellenbereichs 122 durch den Betrieb der Ölzufuhrvorrichtung 146 verteilt, die gemäß der Rotation der Welle 118 arbeitet.
Während des Verdichtungsbetriebs wirkt vom Kolben 128 über den Verbindungsbereich 136 eine Verdichtungslast auf den exzentrischen Wellenbereich 122 der Welle 118. Als Ergebnis wird der Haupt-Wellenbereich 120 der Welle 118 in dem Zwischenraum zwischen dem Haupt-Wellenbereich 120 und dem Hauptlager 126 ein wenig geneigt.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Tragelement beseitigt, das in einem herkömmlichen abgedichteten Kompressor enthalten ist. In diesem Fall ist die Höhe T des Drucklagers 164 um die Länge des Tragelements kleiner als die Höhe eines herkömmlichen Druckkugellagers 64. Demgemäß ist ermöglicht, dass sich die Dicke D des Tragbereichs 127 um die entsprechende Länge vergrößert.
Weiter ist in dieser beispielhaften Ausführungsform der Oberflächenmagnetmotor verwendet. In diesem Fall ist ermöglicht, dass sich jede aus einer Höhe R und einer Höhe der oberen Endfläche 116e des Läufers 116 auf eine beträchtlich geringere Höhe verringert als die Höhe der oberen Endfläche 16e des Läufers 16 des herkömmlichen Motors mit eingebettetem Magneten. Dieser Aufbau ermöglicht eine weitere Erhöhung der Dicke D des Tragbereichs 127.
Demgemäß ist die Steifigkeit des Tragbereichs 127 dieser beispielhaften Ausführungsform höher als die Steifigkeit des Tragbereichs 27 des in 18 dargestellten herkömmlichen Zylinderblocks 24, weshalb sich die Verformung verringert. Als Ergebnis verringert sich ein Lagerverlust des Haupt-Wellenbereichs 120 durch eine Verringerung der Neigung des Haupt-Wellenbereichs 120.
Weiter verringert diese Verringerung der Neigung des Haupt-Wellenbereichs 120 die Neigung des Kolbens 128 im Zylinder 130 während der über den exzentrischen Wellenbereich 122 der Welle 118 und den Verbindungsbereich 136 erreichten hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 128. Dieser Aufbau verringert den durch ein Verkanten zwischen dem Kolben 128 und dem Zylinder 130 erzeugten örtlichen Abrieb, wodurch ein Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 134 verringert ist. Demgemäß verbessert sich der volumetrische Wirkungsgrad des abgedichteten Kompressors.
Die Funktionsweise des Drucklagers 164 wird nachstehend mit Bezug auf die 12A, 12B beschrieben.
12A stellt einen Zustand dar, in dem keine Verdichtungslast wirkt. In diesem Zustand wird eine vertikale Last, wie etwa ein Gewicht der Welle 118, gleichmäßig an Kontaktpunkten zwischen Kugeln von Wälzelementen 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158 aufgenommen. Demgemäß sind die jeweiligen Kontaktlasten klein.
Wenn jedoch die Welle 118 durch eine Wirkung eines durch eine Verdichtungslast erzeugten Moments entgegen dem Uhrzeigersinn geneigt ist, wie in 12B dargestellt, sind Wälzelemente 153A, die den rechten Kugeln entsprechen, vom oberen und vom unteren Laufring 152 und 158 getrennt. In diesem Zustand ist keine Kontaktlast zwischen den rechten Kugeln und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158 erzeugt.
Jedoch wirken große Kontaktlasten zwischen den Wälzelementen 153B, die den linken Kugeln entsprechen, und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158.
In diesem Fall wirkt durch die Kontaktlasten ein Moment in einer entgegengesetzten Richtung zu dem durch die Verdichtungslast erzeugten Moment entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Welle 118. Demgemäß verringert sich die durch die Verdichtungslast verursachte Neigung der Welle 118.
Demgemäß ist eine Mischschmierung aufgrund von örtlichen Ölfilmen vermeidbar, die durch einen Teilkontakt zwischen dem Haupt-Wellenbereich 120 und dem Hauptlager 126 erzeugt sind, das die Verdichtungslast aufnimmt, weshalb sich ein Lagerverlust verringert.
Darüber hinaus verringert sich auch die Neigung des mit der Welle 118 über den Verbindungsbereich 136 verbundenen Kolbens 128, weshalb eine durch ein Entweichen von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer 134 durch die Lücke zwischen dem Kolben 128 und dem Zylinder 130 verursachte Verschlechterung von Leistung und Wirkungsgrad vermeidbar ist.
Wenn der Kontakt zwischen den aus Kugeln bestehenden Wälzelementen 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158 ungleichmäßig ist, wie in diesem Beispiel, wirken große Kontaktlasten auf bestimmte Wälzelemente 153. Jedoch erzeugen die im oberen und im unteren Laufring 152 und 158 ausgebildeten kreisbogenförmigen Rillen einen im Wesentlichen linearen Kontakt zwischen den Wälzelementen 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158; unter dieser Bedingung erhöht sich eine Kontaktfläche dazwischen mikroskopisch. Demgemäß ist die Haltbarkeit der Wälzelemente 153 sicherstellbar.
Weiter verringern die so ausgebildeten Rillen den Kontaktdruck an den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln der Wälzelemente 153 und dem oberen und dem unteren Laufring 152 und 158. In diesem Fall ist eine Beschädigung der Wälzelemente 153 und des oberen und des unteren Laufrings 152 und 158 vermeidbar, sogar wenn beim Übergang des abgedichteten Kompressors ein Stoß auftritt. Demgemäß verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors.
Weiter sind die Rillen im oberen Laufring 152 und im unteren Laufring 158 des Drucklagers 164 ausgebildet, die entlang der Bahn in Kontakt mit den aus Kugeln bestehenden Wälzelementen 153 stehen. Dieser Aufbau erzeugt die folgenden Wirkungen sogar bei einer hohen Rotationsfrequenz, die einer Netzstromversorgungsfrequenz entsprechende 60 Hz übersteigt. Die Wälzelemente 153 werden durch die auf die Kugeln der Wälzelemente 153 wirkende Zentrifugalkraft gegen die Seitenflächen der Rillen des oberen Laufrings 152 und des unteren Laufrings 158 gedrückt. Demgemäß verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors durch ein Vermeiden einer durch einen Schlupf der Wälzelemente 153 verursachten Beschädigung.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform bestehen die Wälzelemente 153 aus Kugeln. Jedoch können die Wälzelemente 153 aus Walzen bestehen. (Ein Lager, das aus Kugeln oder Walzen bestehende Wälzelemente enthält, ist als Drucklager bezeichnet.) In diesem Fall erzeugen die Kontaktbereiche einen linearen Kontakt, und verringern daher den Kontaktdruck, sogar wenn keine Rillen im oberen Laufring 152 und im unteren Laufring 158 ausgebildet sind. Als Ergebnis ist eine Beschädigung der Wälzelemente 153 und des oberen und des unteren Laufrings 152 und 158 vermeidbar, sogar wenn während des Übergangs des abgedichteten Kompressors ein Stoß auftritt. Demgemäß verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors.
Fünfte beispielhafte Ausführungsform
13 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Kühlschrank gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, der einen abgedichteten Kompressor gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
In dem Kühlschrank gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltene Bestandteile sind mit ähnlichen Bezugsnummern versehen wie die Bezugsnummern der entsprechenden Bestandteile des Kühlschranks der dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 13 dargestellt, enthält ein Wärmedämmkasten 270 einen inneren Kasten 271, bestehend aus einem vakuumgeformten Kunstharz-Hauptteil, wie etwa ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere), und einen äußeren Kasten 272 aus Metallwerkstoff, wie etwa vorbeschichtetem Stahlblech. Der Wärmedämmkasten 270 enthält weiter wärmedämmende Wände, hergestellt durch ein Einspritzen eines Wärmedämmstoffs 273 in einen zwischen dem inneren Kasten 271 und dem äußeren Kasten 272 ausgebildeten Zwischenraum und ein Aufschäumen des in den Zwischenraum gefüllten Wärmedämmstoffs 273. Der Wärmedämmstoff 273 besteht beispielsweise aus Urethan-, Phenol- oder Styrol-Hartschaumstoff. Im Hinblick auf die Verhinderung der globalen Erwärmung ist es vorzuziehen, dass das Treibmittel aus Kohlenwasserstoff-basiertem Cyclopentan besteht.
Der Wärmedämmkasten 270 ist in eine Vielzahl von Wärmedämmabschnitten aufgeteilt. Ein oberer Teil des Wärmedämmkastens 270 ist mit einer Schwenktür ausgestattet, während ein unterer Teil des Wärmedämmkastens 270 mit Schubkästen ausgestattet ist. Ein Kühlfach 274 ist im oberen Teil angeordnet. Unterhalb des Kühlfachs 274 sind ein schubladenartiges Wechselfach 275 und ein Eisfach 276 Seite an Seite in einer horizontalen Richtung angeordnet vorgesehen. Unterhalb der beiden Fächer 275 und 276 befindet sich ein schubladenartiges Gemüsefach 277. Unterhalb des Gemüsefachs 277 befindet sich ein schubladenartiges Gefrierfach 278.
Eine wärmegedämmte Tür ist über eine Dichtung für jeden der Wärmedämmabschnitte vorgesehen. Die Kühlfach-Schwenktür 279 ist im oberen Teil angeordnet. Unterhalb der Kühlfach-Schwenktür 279 befinden sich die Wechselfach-Schubladentür 280 und die Eisfach-Schubladentür 281. Unterhalb der beiden Türen 280 und 281 befindet sich die Gemüsefach-Schubladentür 282. Unterhalb der Gemüsefach-Schubladentür 282 befindet sich die Gefrierfach-Schubladentür 283.
Der äußere Kasten 272 des Wärmedämmkastens 270 enthält einen Vertiefungsbereich 284, der einer vertieften hinteren oberen Fläche entspricht.
Ein Tiefkühlkreis besteht aus einer ringförmigen Verbindung eines abgedichteten Kompressors 285, elastisch am Vertiefungsbereich 284 gehalten, eines Kondensators (nicht gezeigt), eines Kapillarrohrs 286, eines Trockners (nicht gezeigt), eines Verdampfers 288, angeordnet hinter dem Gemüsefach 277 und dem Gefrierfach 278, und einer Ansaugrohrleitung 289. Ein Kühlgebläse 287 ist in der Nähe des Verdampfers 288 vorgesehen.
Der abgedichtete Kompressor 285 besteht aus dem in der vierten beispielhaften Ausführungsform beschriebenen abgedichteten Kompressor.
Betriebsweise und Wirkung des so aufgebauten Kühlschranks werden nachstehend beschrieben.
Nachstehend werden die Temperatureinstellungen und die Kühlsysteme für die jeweiligen Wärmedämmabschnitte beschrieben.
Eine Fachtemperatur des Kühlfachs 274 ist im Allgemeinen in einem Bereich von 1°C bis 5°C oberhalb eines Gefrierpunkts zum gekühlten Aufbewahren festgelegt.
Eine Temperatureinstellung des Wechselfachs 275 ist durch einen Benutzer zwischen vorgegebenen Temperaturen in einem Bereich von einer Gefrierfach-Temperaturzone bis zu einer Gemüsefach-Temperaturzone veränderbar. Das Eisfach 276 ist ein unabhängiges Eis-Aufbewahrungsfach und enthält eine nicht gezeigte automatische Eisbereitungsvorrichtung zum automatischen Bereiten von Eis und zum Aufbewahren des bereiteten Eises. Eine Fachtemperatur des Eisfachs 276 liegt zum Aufbewahren von Eis in der Gefriertemperaturzone. Jedoch kann diese Temperatur zum alleinigen Zweck des Aufbewahrens von Eis auf eine Gefriertemperatur in einem Bereich von –18°C bis –10°C eingestellt werden, einem Bereich, der relativ höher ist als die Gefriertemperaturzone.
Eine Fachtemperatur des Gemüsefachs 277 ist oft in einem Bereich von 2°C bis 7°C eingestellt, einer Temperatur, die gleichwertig oder ein wenig höher ist als die Fachtemperatur des Kühlfachs 274. Blattgemüse bleibt länger frisch, wenn die Aufbewahrungstemperatur auf eine niedrigere Temperatur in einem solchen Bereich eingestellt ist, dass das Gemüse nicht gefriert.
Eine Fachtemperatur des Gefrierfachs 278 ist zur Gefrierlagerung im Allgemeinen in einem Bereich von –22°C bis –18°C eingestellt. Jedoch kann diese Temperatur zum Verbessern der Gefrierlagerungsbedingungen auf eine niedrigere Temperatur eingestellt werden, wie etwa –30°C und –25°C.
Die jeweiligen Fächer sind durch Wärmedämmwände abgeteilt, um wirksam unterschiedliche Temperatureinstellungen einzuhalten. In diesem Fall kann der Wärmedämmstoff 273 zur Kostenverringerung und Verbesserung der Wärmedämmleistung ganzheitlich eingespritzt und aufgeschäumt werden. Durch das Einspritzen des Wärmedämmstoffs 273 erhöht sich die Wärmedämmleistung auf ungefähr das Doppelte der Wärmedämmleistung eines Wärmedämmstoffs, wie etwa Styrolschaumstoff. Demgemäß kann sich ein Aufbewahrungsvolumen durch eine Verringerung der Trennwanddicke erhöhen.
Die Betriebsweise des Gefrierkreises wird nachstehend beschrieben.
Der Kühlbetrieb wird auf Grundlage von für den Kühlschrank eingestellten Temperaturen gemäß Signalen gestartet oder gestoppt, die von einem Temperaturfühler (nicht gezeigt) und einer Steuerplatine erzeugt werden. Der abgedichtete Kompressor 285 führt gemäß Anweisungen des Kühlbetriebs einen vorgegebenen Verdichtungsbetrieb aus. Das abgegebene Kältemittelgas mit hoher Temperatur und hohem Druck gibt an einem Kondensator (nicht gezeigt) Wärme ab und kondensiert und verflüssigt sich. Das Kältemittel wird als Ergebnis der Druckminderung durch das Kapillarrohr 286 zu verflüssigtem Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck und strömt zum Verdampfer 288.
Das Kältemittelgas im Verdampfer 288 wird durch Wärmeaustausch mit im Kühlschrank enthaltener Luft gemäß dem Betrieb des Kühlgebläses 287 verdampft und in Dampf verwandelt. Die Kühlluft niedriger Temperatur wird nach dem Wärmeaustausch durch Verwendung einer Drosselklappe (nicht gezeigt) oder dergleichen zu den jeweiligen Fächern verteilt, um die jeweiligen Fächer zu kühlen.
Der den vorstehenden Betrieb durchführende abgedichtete Kompressor 285 besteht aus dem in der vierten beispielhaften Ausführungsform beschriebenen abgedichteten Kompressor mit einer verringerten Gesamthöhe. Gemäß diesem Aufbau verringert sich eine Höhe des Vertiefungsbereichs 284 in einem Zustand des Anbringens des abgedichteten Kompressors 285. Demgemäß verbessert sich die Benutzerfreundlichkeit des Kühlschranks durch eine Vergrößerung eines Innenvolumens des Kühlschranks.
Darüber hinaus enthält der abgedichtete Kompressor 285 das Drucklager, um Verluste und Lagerverluste durch ein Verringern einer durch eine Verdichtungslast verursachten Neigung der Welle im Hauptlager zu verringern. In diesem Fall verringert sich die Neigung des Kolbens im Zylinder, wodurch sich auch ein Austreten von Kältemittelgas aus der Verdichtungskammer durch die Lücke zwischen dem Kolben und dem Zylinder vermindert. Demgemäß verringert sich die Leistungsaufnahme des Kühlschranks auf Grundlage der Verbesserung des Wirkungsgrads des Kompressors.
Weiter verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors durch eine Verringerung des Kontaktdrucks auf Grundlage linearen Kontakts der Kontaktbereiche der Wälzelemente des Wälzlagers. Demgemäß verbessert sich die Zuverlässigkeit des Kühlschranks.
Wie oben beschrieben, verbessert sich die Benutzerfreundlichkeit des Kühlschranks durch eine Vergrößerung eines Innenvolumens des Kühlschranks. Darüber hinaus verringert sich die Leistungsaufnahme des Kühlschranks auf Grundlage des höheren Wirkungsgrads des abgedichteten Kompressors. Demgemäß verbessert sich die Zuverlässigkeit des Kühlschranks mit der Verbesserung der Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors.
Sechste beispielhafte Ausführungsform
14 ist eine vertikale Schnittansicht eines abgedichteten Kompressors gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 15 ist eine Schnittansicht, die einen vergrößerten Hauptteil eines Drucklagers des abgedichteten Kompressors gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in den 14, 15 dargestellt, enthält der abgedichtete Kompressor gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform eine elektrische Einheit 302 und einen Kompressor-Hauptteil 304, beide in einem aus tiefgezogenem Eisenblech hergestellten abgedichteten Behälter 301 untergebracht. Der Kompressor-Hauptteil 304 besteht hauptsächlich aus der Verdichtungseinheit 303 und wird durch die elektrische Einheit 302 angetrieben. Der Kompressor-Hauptteil 304 ist durch eine Aufhängungsfeder 305 elastisch getragen.
Kältemittelgas 306, das R600a enthält, einen Kohlenwasserstoff mit einem geringen Erderwärmungspotenzial, ist beispielsweise in einem abgedichteten Behälter 301 bei einem Druck, der gleichwertig einem niedrigen Druck einer Gefriervorrichtung (nicht gezeigt) ist, und einer relativ niedrigen Temperatur eingeschlossen. Andererseits ist Schmieröl 307 in einem Bodenbereich des abgedichteten Behälters 301 eingeschlossen.
Der abgedichtete Behälter 301 enthält ein Ansaugrohr 308 und ein Austrittsrohr 309. Ein Ende des Ansaugrohrs 308 steht in Verbindung mit einem Innenraum des abgedichteten Behälters 301, während das andere Ende des Ansaugrohrs 308 in Verbindung mit der Gefriervorrichtung (nicht gezeigt) steht. Das Austrittsrohr 309 leitet durch die Verdichtungseinheit 303 verdichtetes Kältemittelgas zur Gefriervorrichtung (nicht gezeigt).
Die Verdichtungseinheit 303 enthält eine Welle 310, einen Zylinderblock 311, einen Kolben 312 und einen Verbindungsbereich 313. Die Welle 310 enthält einen exzentrischen Wellenbereich 314, einen Haupt-Wellenbereich 315, einen Flanschbereich 316, an einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs 315 vorgesehen, und eine Ölzufuhrvorrichtung 317, die sich verbindend von einem in Schmieröl 307 eingetauchten unteren Ende des Haupt-Wellenbereichs 315 zu einem oberen Ende des exzentrischen Wellenbereichs 314 erstreckt. Eine Spiralnut 317a ist in einem Zwischenbereich der Ölzufuhrvorrichtung 317 in einer Oberfläche des Haupt-Wellenbereichs 315 ausgebildet.
Ein Zylinder 319, der Bestandteil der Verdichtungskammer 318 ist, ist einstückig mit dem Zylinderblock 311 ausgebildet. Der Zylinderblock 311 enthält ein Hauptlager 320, das den Haupt-Wellenbereich 315 so hält, dass der Haupt-Wellenbereich 315 drehbar ist, und ein Drucklager 322, angeordnet oberhalb einer Druckfläche 321 und eine Last der Welle 310 in einer vertikalen Richtung aufnehmend.
Ein Kolben 312 bewegt sich im Zylinder 319 hin und her und enthält einen so angeordneten Kolbenbolzen 323, dass sich ein Schaftzentrum des Kolbenbolzens 323 parallel zu einem Schaftzentrum des exzentrischen Wellenbereichs 314 erstreckt.
Der Verbindungsbereich 313 enthält einen Stangenbereich 324, ein großes Endloch 325 und ein kleines Endloch 326. Das große Endloch 325 koppelt sich mit dem exzentrischen Wellenbereich 314, während sich das kleine Endloch 326 mit dem Kolbenbolzen 323 koppelt. Der exzentrische Wellenbereich 314 und der Kolben 312 sind miteinander über die Kopplung dieser Löcher verbunden.
Eine Ventilplatte 329, die ein Ansaugloch und ein Abgabeloch enthält, ein Ansaugventil zum Öffnen und Schließen des Ansauglochs und ein Zylinderkopf 331 zum Schließen der Ventilplatte 329 sind gemeinsam über einen Kopfbolzen (nicht gezeigt) an der Öffnungsendfläche 319a des Zylinders 319 an der Seite entgegengesetzt zur Seite der Welle 310 befestigt.
Der Zylinderkopf 331 enthält einen Austrittsraum, in den Kältemittelgas 306 abgegeben wird. Der Austrittsraum steht über ein Austrittsrohr (nicht gezeigt) in direkter Verbindung mit dem Austrittsrohr 309.
Wie in 15 dargestellt, enthält das Hauptlager 320 einen rohrförmigen Ansatzbereich 334, der sich nach oben von der Druckfläche 321 erstreckt und eine Innenfläche aufweist, die dem Haupt-Wellenbereich 315 zugewandt ist. Ein Drucklager 322 ist oberhalb der Druckfläche 321 und radial außerhalb des rohrförmigen Ansatzbereichs 334 angeordnet.
Das Drucklager 322 enthält einen unteren Laufring 335, aus Kugeln bestehende Wälzelemente 336 und einen oberen Laufring 337, in dieser Reihenfolge übereinander in Kontakt miteinander auf der Druckfläche 321 angeordnet. Ein Flanschbereich 316 der Welle 310 liegt auf einer oberen Fläche des oberen Laufrings 337 auf.
Jeder aus dem oberen Laufring 337 und dem unteren Laufring 335 ist eine ringförmige flache Platte aus Metall und enthält eine entlang einer Bahn ausgebildete Rille (nicht gezeigt) in Kontakt mit Kugeln der Wälzelemente 336, mit solchen Maßen, dass sie im Wesentlichen gleichwertig mit dem jeweiligen Radius der Wälzelemente 336 sind.
Jedes der Wälzelemente 336 ist in einem entsprechenden aus einer Vielzahl von Löchern aufgenommen, die in einem Käfig 338 ausgebildet sind. Der Käfig 338 ist eine ringförmige flache Platte aus Kunstharz. Eine Innendurchmesserfläche des Käfigs 338 und eine Außendurchmesserfläche des rohrförmigen Ansatzbereichs 334 sind frei aneinander angepasst, sodass der Käfig 338 und der rohrförmige Ansatzbereich 334 frei gegeneinander drehbar sind.
Wie in 14 dargestellt, enthält die elektrische Einheit 302 einen Stator 339, durch eine Presspassung oder andere Verfahren an einem Außenumfang des Hauptlagers 320 befestigt, und einen Läufer 340 außerhalb des Stators 339, der koaxial mit dem Stator 339 angeordnet und durch Aufschrumpfen oder andere Verfahren am Haupt-Wellenbereich 315 befestigt ist. Der Stator 339 und der Läufer 340 bilden einen Außenläufermotor. Ein Innendurchmesser des Isolators 341 des Stators 339 ist größer als ein Außendurchmesser des Drucklagers 322. Eine Länge des Läufers 340 in einer Höhenrichtung ist größer als eine entsprechende Länge des Stators 339. Demgemäß ragt der Läufer 340 vom Stator 339 nach oben und unten.
Ein unteres Ende des Hauptlagers 320 erstreckt sich von einem unteren Ende des Stators 339 nach unten. Ein Befestigungsbereich 342 zwischen dem Läufer 340 und der Hauptwelle ist unterhalb eines unteren Endes des Hauptlagers 320 angeordnet.
Betriebsweise und Wirkung des wie oben aufgebauten abgedichteten Kompressors werden nachstehend beschrieben.
Das Ansaugrohr 308 und das Austrittsrohr 309 des abgedichteten Kompressors sind mit einer Gefriervorrichtung (nicht gezeigt) mit einer bekannten Gestaltung verbunden, um einen Gefrierkreis zu bilden.
Wenn die elektrische Einheit 302 mit diesem Aufbau mit Strom versorgt wird, fließt Strom im Stator 339. Als Ergebnis wird der an dem Haupt-Wellenbereich 315 befestigte Läufer 340 durch die Erzeugung eines Magnetfelds gedreht. Weiter dreht die Drehung des Läufers 340 die Welle 310, wodurch sich der Kolben 312 über den am exzentrischen Wellenbereich 314 drehbar angebrachten Verbindungsbereich 313 im Zylinder 319 hin- und herbewegt.
Gemäß dieser Hin- und Herbewegung des Kolbens 312 wird Kältemittelgas 306 zum Verdichten in die Verdichtungskammer 318 gesaugt und nach dem Verdichten aus der Verdichtungskammer 318 abgegeben.
Während dieses Verdichtungsschritts empfängt der Kolben 312 eine Verdichtungs-Gegenkraft von dem in der Verdichtungskammer 318 verdichteten Kältemittelgas 306. Diese Verdichtungs-Gegenkraft drückt den exzentrischen Wellenbereich 314 über den Verbindungsbereich 313 in die Richtung eines unteren Totpunkts. Als Ergebnis wird der Haupt-Wellenbereich 315 in einem Bereich eines Zwischenraums zwischen dem Haupt-Wellenbereich 315 und dem Hauptlager 320 ein wenig geneigt.
Um eine Gesamthöhe eines herkömmlichen abgedichteten Kompressors zu verringern, ist folglich eine Verringerung einer Länge des Hauptlagers 320 erforderlich. Eine Verringerung der Länge des Hauptlagers 320 erhöht die Neigung des Haupt-Wellenbereichs 315, wenn der Abstand zwischen dem Haupt-Wellenbereich 315 und dem Hauptlager 320 unverändert bleibt.
Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform besteht die elektrische Einheit 302 jedoch aus einem Außenläufermotor. In diesem Fall durchdringt das Hauptlager 320 den innen angeordneten Stator 339 und erstreckt sich lang, um die Stelle des Befestigungsbereichs 342 zwischen dem Haupt-Wellenbereich 315 und dem Läufer 340 unterhalb des unteren Endes des Stators zu erreichen. In diesem Fall verringert sich ein maximaler Neigungswinkel der Welle 310 im Hauptlager 320.
Als Ergebnis verringert sich die Neigung des mit der Welle 310 über den Verbindungsbereich 313 verbundenen Kolbens 312 im Zylinder 319, weshalb eine durch ein Verkanten zwischen dem Kolben 312 und dem Zylinder 319 verursachte Verschlechterung von Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit vermeidbar ist.
Darüber hinaus ist die Wicklung nicht um einen Bereich des Stators 339 gewickelt, der sich innerhalb eines Innendurchmessers des Isolators 341 befindet, weshalb dieser Bereich eine geringere Höhe aufweist. Dieser Aufbau ermöglicht eine Vergrößerung einer Wanddicke des Tragbereichs 343 rund um das Hauptlager 320 des Zylinderblocks 311. Genauer ist es erforderlich, um das Drucklager 322 vorzusehen, ohne die Höhe des Kompressors zu vergrößern, eine Wanddicke des Tragbereichs 343 um einen Betrag zu verringern, der einem zum Aufnehmen des Drucklagers 322 erforderlichen Platz entspricht. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform befindet sich ein Außendurchmesser des Drucklagers 322 im Innendurchmesser des Isolators 341, weshalb eine ausreichende Wanddicke des Tragbereichs 343 sichergestellt ist. In diesem Fall erhöht sich die Steifigkeit des Zylinderblocks 311, weshalb eine durch eine Verdichtungslast verursachte Verringerung der Verformung des Hauptlagers 320 und deshalb eine Verringerung der Neigung der Welle 310 erreichbar sind. Als Ergebnis verringert sich die Neigung des Kolbens 312 im Zylinder 319. Demgemäß ist eine Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Zuverlässigkeit durch eine Verringerung eines Gleitverlusts und eines Abriebs vermeidbar, die durch ein Verkanten zwischen Kolben 312 und Zylinder 319 verursacht sind.
Weiter verringern die entlang den Bahnen des oberen Laufrings 337 und des unteren Laufrings 335 des Drucklagers 322 ausgebildeten Rillen die Höhe des Drucklagers 322 um einen Betrag einer Rillentiefe. Dieser Aufbau ermöglicht eine Verringerung eines zum Aufnehmen des Drucklagers 322 erforderlichen Platzes und daher eine weitere Erhöhung der Wanddicke des Tragbereichs 343 um den entsprechenden Betrag. Die erhöhte Wanddicke des Tragbereichs 343 steigert die Steifigkeit des Zylinderblocks 311 und verringert dadurch eine durch eine Verdichtungslast verursachte Verformung des Hauptlagers 320. In diesem Fall verringert sich die Neigung der Welle 310. Als Ergebnis verringert sich die Neigung des Kolbens 312 im Zylinder 319. Demgemäß ist eine Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Zuverlässigkeit durch eine Verringerung eines Gleitverlusts und eines Abriebs vermeidbar, die durch ein Verkanten zwischen Kolben 312 und Zylinder 319 verursacht sind.
Die aus Kugeln bestehenden Wälzelemente 336 und der obere und der untere Laufring 337 und 335 befinden sich in einem Zustand nahezu linearen Kontakts miteinander. In diesem Fall verringert sich der Kontaktdruck an den Kontaktpunkten. Demgemäß ist eine Beschädigung der Wälzelemente 336 und des oberen und des unteren Laufrings 337 und 335 vermeidbar, sogar wenn während des Übergangs des abgedichteten Kompressors ein Stoß auftritt. Als Ergebnis verbessert sich die Zuverlässigkeit des abgedichteten Kompressors.
Wenn der abgedichtete Kompressor gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform durch die Umrichteransteuerung mit niedriger Drehzahl gedreht wird, erhöht sich eine Trägheitswirkung des Läufers 340 im Vergleich zu einem Innenläufermotor, der über einen Läufer im Inneren verfügt. Unter dieser Bedingung ist ermöglicht, dass sich Drehmomentschwankungen verringern, weshalb sich der Wirkungsgrad durch einen Wegfall einer komplizierten Regelung verbessert.
Siebente beispielhafte Ausführungsform
16 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung einer Gefriervorrichtung gemäß einer siebenten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Kältemittelkreis der Gefriervorrichtung gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform enthält den in der sechsten beispielhaften Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung beschriebenen abgedichteten Kompressor. Eine Kurzdarstellung der Grundanordnung der Gefriervorrichtung wird nachstehend beschrieben.
Wie in 16 dargestellt, enthält die Gefriervorrichtung 400 einen Hauptteil 401, Aufteilungswände 404 und einen Kältemittelkreis 405. Der Hauptteil 401 besteht aus einem Wärmedämmkasten, der eine mit einer Tür ausgestattete Öffnung enthält. Die Aufteilungswände 404 teilen ein Inneres des Hauptteils 401 in einen Warenaufbewahrungsraum 402 und eine Maschinenkammer 403. Der Kältemittelkreis 405 kühlt ein Inneres des Aufbewahrungsraums 402.
Der Kältemittelkreis 405 enthält eine ringförmige Rohrleitungsverbindung, die einen abgedichteten Kompressor 406 mit der in der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebenen Anordnung, einen Radiator 407, einen Druckminderer 408 und einen Wärmeabsorber 409 verbindet.
Der Wärmeabsorber 409 ist im Aufbewahrungsraum 402 angeordnet, in dem ein Gebläse (nicht gezeigt) untergebracht ist. Kühlung vom Wärmeabsorber 409 wird durch das Gebläse bewegt und zirkuliert im Aufbewahrungsraum 402, wie durch die Pfeile mit gestrichelter Linie angezeigt.
Die hier beschriebene Gefriervorrichtung enthält einen abgedichteten Kompressor 406 mit der in der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebenen Anordnung. Demgemäß erreicht die Gefriervorrichtung eine Energieeinsparung. Genauer bietet der in der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschriebene abgedichtete Kompressor die Vorteile des Verringerns eines Gleitverlustes und von Abrieb, die durch ein Verkanten zwischen einem Kolben und einem Zylinder verursacht sind, und des Verhinderns von Beschädigung eines Drucklagers sowie eine Verbesserung des Wirkungsgrads auf Grundlage der Betriebsweise des Drucklagers. Darüber hinaus verringern sich Drehmomentschwankungen bei niedrigen Drehzahlen ohne den Bedarf einer Regelung, weshalb eine effiziente Ansteuerung erreichbar ist. Als Ergebnis verbessern sich Wirkungsgrad und Zuverlässigkeit. Demgemäß verringert die Gefriervorrichtung, die diesen abgedichteten Kompressor enthält, die Leistungsaufnahme und erzielt eine Energieeinsparung.
Darüber hinaus ist eine Verringerung der Höhe des abgedichteten Kompressors gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Diese Höhenverringerung trägt zum Verringern eines Raums zum Unterbringen des Kompressors bei. Demgemäß kann sich ein Innenvolumen der Gefriervorrichtung nach dieser beispielhaften Ausführungsform vergrößern.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Geschaffen werden gemäß der hier beschriebenen vorliegenden Erfindung ein abgedichteter Kompressor, der in der Lage ist, den Wirkungsgrad zu erhöhen, während er eine Gesamthöhe eines abgedichteten Behälters verringert, und eine Gefriervorrichtung, wie etwa ein Kühlschrank, die diesen abgedichteten Kompressor enthält. Der abgedichtete Kompressor und die Gefriervorrichtung sind bei einer breiten Vielfalt von Gefriervorrichtungen anwendbar, wie etwa Klimageräten und Verkaufsautomaten, sowie elektrischen Haushalts-Gefrier- und Kühlvorrichtungen.
Bezugszeichenliste

2, 102, 202, 301: Abgedichteter Behälter
4, 104, 204, 307: Schmieröl
8, 108, 208, 305: Aufhängungsfeder
10, 110, 210, 302: Elektrische Einheit
12, 112, 212, 303: Verdichtungseinheit
14, 114, 214, 339: Stator
16, 116, 216, 340: Läufer
18, 118, 218, 310: Welle
20, 120, 220, 315: Haupt-Wellenbereich
22, 122, 222, 314: Exzentrischer Wellenbereich
24, 124, 224, 311: Zylinderblock
26, 126, 226, 320: Hauptlager
28, 128, 228, 312: Kolben
30, 130, 230, 319: Zylinder
36, 136, 236, 313: Verbindungsbereich
48, 148, 162a, 248, 321: Druckfläche
50, 150, 250, 334: RohrförmigerA nsatzbereich
52, 152, 252, 337: Oberer Laufring
153, 153A, 153B, 253, 336: Wälzelement
56, 156, 256, 338: Käfig
58, 158, 258, 335: Unterer Laufring
62, 162, 262, 316: Flanschbereich
64, 164, 264, 322: Drucklager
168, 268: Nicht gleitender Bereich
251: Ansatzbereich
285: Abgedichteter Kompressor
341: Isolator
400: Gefriervorrichtung
405: Kältemittelkreis
406: Abgedichteter Kompressor
407: Radiator
408: Druckminderer
409: Wärmeabsorber

Claims

Abgedichteter Kompressor enthaltend einen abgedichteten Behälter, der Schmieröl aufnimmt, und der eine elektrische Einheit, die mit einem Stator und einem Läufer ausgestattet ist, sowie eine oberhalb der elektrischen Einheit angeordnete Verdichtungseinheit aufweist, wobei die Verdichtungseinheit enthält: eine Welle, die einen Haupt-Wellenbereich, an dem der Läufer befestigt ist, und einen exzentrischen Wellenbereich enthält, einen Zylinderblock, der einen Zylinder aufweist, einen Kolben, der hin- und hergehend in den Zylinder eingesetzt ist, einen Verbindungsbereich, der den Kolben und den exzentrischen Wellenbereich verbindet, ein Hauptlager, das im Zylinderblock vorgesehen ist und eine auf den Haupt-Wellenbereich der Welle in einer radialen Richtung wirkende Last aufnimmt, und ein Drucklager, das eine Last der Welle in einer vertikalen Richtung aufnimmt, wobei das Drucklager ein Wälzlager ist, das einen oberen Laufring in Kontakt mit einem Flanschbereich der Welle, einen unteren Laufring in Kontakt mit einer Druckfläche des Zylinderblocks und ein Wälzelement in Kontakt mit dem oberen Laufring und dem unteren Laufring enthält, und eine Gesamthöhe des abgedichteten Behälters so bemessen ist, dass sie eine Länge des Sechsfachen eines Durchmessers des Kolbens nicht übersteigt.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1, wobei das Wälzelement eine Kugel ist, und eine Rille jeweils im oberen Laufring und im unteren Laufring entlang einer Bahn in Kontakt mit den Wälzelementen ausgebildet ist.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1, wobei eine Länge des Hauptlagers in einem Bereich vom 1,5-Fachen des Durchmessers des Kolbens bis zum Doppelten des Durchmessers des Kolbens festgelegt ist.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1, wobei ein nicht gleitender Bereich auf einer Lagerseite eines Außendurchmessers des Kolbens oder auf der Lagerseite eines Innendurchmessers des Zylinders vorgesehen ist.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1, enthaltend: einen rohrförmigen Ansatzbereich, der sich nach oben von der Druckfläche des Zylinderblocks erstreckt, und einen Käfig, der frei an eine Außendurchmesserseite des rohrförmigen Ansatzbereichs angepasst ist und das Wälzelement des Drucklagers hält.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 1, enthaltend einen Erweiterungsbereich, der einen größeren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser des Haupt-Wellenbereichs und an einem oberen Ende des Haupt-Wellenbereichs der Welle angeordnet ist, wobei der Käfig des Drucklagers frei an eine Außendurchmesserseite des Ansatzbereichs angepasst ist.
Kühlschrank, enthaltend den abgedichteten Kompressor nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6.
Abgedichteter Kompressor, enthaltend einen abgedichteten Behälter, der Schmieröl aufnimmt, und der eine elektrische Einheit, die mit einem Stator und einem Läufer ausgestattet ist, sowie eine oberhalb der elektrischen Einheit angeordnete Verdichtungseinheit aufnimmt, wobei die Verdichtungseinheit enthält: eine Welle, die einen Haupt-Wellenbereich, an dem der Läufer befestigt ist, und einen exzentrischen Wellenbereich aufweist, einen Zylinderblock, der einen Zylinder enthält, einen Kolben, der hin- und hergehend in den Zylinder eingesetzt ist, einen Verbindungsbereich, der den Kolben und den exzentrischen Wellenbereich verbindet, ein Hauptlager, das im Zylinderblock vorgesehen ist und eine auf den Haupt-Wellenbereich der Welle in einer radialen Richtung wirkende Last aufnimmt, und ein Drucklager, das eine Last der Welle in einer vertikalen Richtung aufnimmt, wobei das Drucklager ein Wälzlager ist, das einen oberen Laufring in Kontakt mit einem Flanschbereich der Welle, einen unteren Laufring in Kontakt mit einer Druckfläche des Zylinderblocks und ein Wälzelement in Kontakt mit dem oberen Laufring und dem unteren Laufring enthält, und die elektrische Einheit ein Oberflächenmagnet-Elektromotor ist, der einen Permanentmagneten auf einer Oberfläche des Läufers enthält.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 8, wobei das Wälzelement eine Kugel ist und eine Rille mindestens in einem aus dem oberen Laufring und dem unteren Laufring entlang einer Bahn in Kontakt mit der Kugel ausgebildet ist.
Gefriervorrichtung, enthaltend den abgedichteten Kompressor nach Anspruch 8.
Abgedichteter Kompressor, enthaltend einen abgedichteten Behälter, der Schmieröl aufnimmt, und der eine elektrische Einheit, die mit einem Stator und einem Läufer ausgestattet ist, sowie eine oberhalb der elektrischen Einheit angeordnete Verdichtungseinheit aufnimmt, wobei die Verdichtungseinheit enthält: eine Welle, die einen Haupt-Wellenbereich und einen exzentrischen Wellenbereich aufweist, einen Zylinderblock, der einen Zylinder enthält, der in einer zylindrischen Form durchbrochen ist, einen Kolben, der sich im Zylinder hin- und herbewegt, einen Verbindungsbereich, der den Kolben und den exzentrischen Wellenbereich verbindet, ein Hauptlager, das im Zylinderblock vorgesehen ist und eine auf den Haupt-Wellenbereich der Welle in einer radialen Richtung wirkende Last aufnimmt, und ein Drucklager, das eine Last der Welle in einer vertikalen Richtung aufnimmt, wobei das Drucklager ein Wälzlager ist, das einen oberen Laufring in Kontakt mit einem Flanschbereich der Welle, einen unteren Laufring in Kontakt mit einer Druckfläche des Zylinderblocks und ein Wälzelement in Kontakt mit dem oberen Laufring und dem unteren Laufring enthält, und die elektrische Einheit ein Außenläufermotor ist, der den an einem Außenumfang des Hauptlagers befestigten Stator und den außerhalb des Stators angeordneten und am Haupt-Wellenbereich befestigten Läufer enthält.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 11, wobei ein Innendurchmesser eines Isolators des Stators größer ist als ein Außendurchmesser des Drucklagers.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 11, wobei eine Rille in mindestens einem aus dem oberen Laufring und dem unteren Laufring entlang einer Bahn in Kontakt mit dem Wälzelement ausgebildet ist.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 11, wobei sich ein unteres Ende des Hauptlagers zu einer Stelle unterhalb eines unteren Endes des Stators erstreckt.
Abgedichteter Kompressor nach Anspruch 11, wobei die elektrische Einheit durch einen Umrichter bei einer Vielzahl von Betriebsfrequenzen angesteuert wird.
Gefriervorrichtung, enthaltend den abgedichteten Kompressor nach Anspruch 11.