專利名稱：凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓縮機，尤其涉及電力驅(qū)動的軸向壓縮機。
背景技術(shù)：
電力驅(qū)動的壓縮機必須將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動，以致動一個活塞 或一系列活塞產(chǎn)生壓縮氣體。大多數(shù)壓縮機借助于曲軸和連桿組件實現(xiàn)此任務(wù)， 這與內(nèi)燃機中的情況相類似。這種設(shè)計的優(yōu)點是，具有得到證實的可靠性和高的 運行效率。 一個主要不足是，在整個循環(huán)中連桿需要空間。在用于將氣體壓縮成
通常大于廳0psi的高壓的多級壓縮機中，該不足變得特別明顯。通常，用于這些 壓縮機的較高級中的活塞和汽缸不夠大而不能容納連桿和和它所占據(jù)的動態(tài)空 間。因此，許多設(shè)計將活塞fi^限制成低于0.5英寸，且在較高壓級中4細差動活 塞(steppedpiston)。這些措施會斷氐壓縮機效率和增加組件的構(gòu)件數(shù)。
壓縮機的其他設(shè)計利用^^虔頭(nutating head)來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為線性運動。 在這些設(shè)計中，活塞行進路徑與旋轉(zhuǎn)軸線平行。汽車空調(diào)壓縮機通常使用這種類 型的壓縮機。此類壓縮機的優(yōu)點在于，它需要較少的匹配空間。此外，連桿，如 果有，鉸接程度小于與曲軸一起使用的連桿。這使得小直徑的活塞比采用曲軸設(shè) 計具有更大行程。此類型壓縮機的一個不足是，活塞往復(fù)運動主要依賴滑動，而 不是滾動。這增加了系統(tǒng)中的摩擦量，且斷氐了壓縮機總效率。
本發(fā)明的一個主要目的是將曲軸驅(qū)動壓縮機的滾動與盤旋頭壓縮機中的高活 塞微且合起來。

發(fā)明內(nèi)容
簡要的說，本發(fā)明的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機包括由電機驅(qū)動的一個或多個凸 輪，該凸輪適于旋轉(zhuǎn)360度；以及一個或多個凸輪從動件，它們中的每一個與一 個凸輪接觸。該壓縮機還包括一個或多個活塞，其中，每一個活塞加裝到一個凸 輪從動件； 一個或多個汽缸，其中每個汽缸環(huán)繞著一個活塞；以及與汽缸接觸的壓縮機端蓋。


下面，通過參看結(jié)合附圖所作的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他特征和優(yōu)點、 以及它們的實現(xiàn)方式將得到認識和更易于理解，附圖包括
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機的透視圖； 圖2是圖1的一部分的分解圖3是圖2中所示的軸向凸輪和一個凸輪從動件的透視圖4是具有圖2中所示的一個凸輪從動件的一部分的上殼體內(nèi)部的透視圖5是圖2中所示的凸輪的透視圖6是圖2中所示凸輪的上表面高度曲線的曲線圖7是圖1的一部分的橫截面；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機的透視圖； 圖9是圖8中所示的凸輪驅(qū)動活塞鄉(xiāng)縮機的分解圖； 圖10是圖9中所示的凸輪和凸輪從動件的透視圖11是壓縮機殼體的一部分和圖9所示的一個凸輪從動件的局部分解圖； 圖12是圖9中所示的一個活塞的透視圖；以及 圖13是圖9所示的凸輪軸的端部剖視圖。
可以理解，為了清楚和適合目的，在附圖中已經(jīng)重復(fù)的附圖^H己表示相應(yīng)的 特征，且在附圖中不同的元件不必按比例繪制，以便更好地示出本發(fā)明的特征。
具體實施例方式
參見圖l，根據(jù)本發(fā)明的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機10包括電機和變速箱12，下 殼體14，上殼體16，三個汽缸18、 20和22 (在圖2中示出)，壓縮機端蓋24和 三個端蓋螺釘26。在圖1中^出了形j^上殼體16中的機加工導(dǎo)槽30，通過 該導(dǎo)槽30可以看見凸輪從動件32。凸輪從動件外導(dǎo)向軸承34和帶肩螺釘36加裝 到凸輪從動件32。
圖2是軸向凸輪壓縮機10的一部分的分解圖。在圖2中示出了下殼體14，推 力軸承38，軸向凸輪40，以皿騎在凸輪40的上唇部46上的三個凸輪從動件32、 42和44。每個凸輪從動件32、 42和44分別具有相應(yīng)的活塞桿48、 50和52，所述活WM8、 50和52分別相應(yīng)iikii接到活塞54、 56和58、且分別相應(yīng)地裝配在 活塞缸18、 20和22內(nèi)，所述活塞缸18、 20和22 M端蓋螺釘26緊緊地固定到 壓縮機端蓋24上。針凸輪從動件32、 42和44保歸5個軸承夕卜軸承34、內(nèi) 導(dǎo)向軸承62、與凸輪40的唇部46的上表面接觸的兩個上凸輪從動件凸輪軸承64、 和與凸輪40的唇部46的下表面接觸的下凸輪從動件凸輪軸承66。 圖3是凸輪40、凸輪從動件44和活塞56的透視圖。
圖4是凸輪從動件32、 42或44中的一個保持在位的上殼體16的內(nèi)部的透視 圖。上殼體16包括中心定位的內(nèi)管部分68，該內(nèi)管部分68中形成有三個機加工 凹槽或?qū)Р?0。凸輪從動件32、 42和44的內(nèi)導(dǎo)向軸承62在凹槽70內(nèi)移動。
在運行過程中，軸向凸輪40將電機和魏箱12的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換鵬于驅(qū)動 三個活塞54、 56和58的線性運動。當凸輪40旋轉(zhuǎn)時，凸輪從動件32、 42和44 借助于軸承64和66被使得進行往復(fù)運動，所述軸承64和66加裝到凸輪從動件 上、且分別相應(yīng):tm騎在凸輪40的唇部46的上表面和下表面上。凸輪從動件32、 42和44借助于分別跨騎在導(dǎo)槽70和30中的內(nèi)導(dǎo)向軸承62和外導(dǎo)向軸承34被限 制成僅僅線性移動，該導(dǎo)槽70和30被加工在上殼體16中。由于凸輪從動件運動 是純粹線性的，因此甚至小直徑活塞也可被在大的距離內(nèi)致動，而沒有凸輪從動 fHt觸汽缸壁的危險。雖然來自未被排出汽缸的少量氣體的氣體壓力用于啟動活 塞的縮回，但當進氣壓力存在時，它作為主要的縮回力。對于第一級(活塞54和 汽缸18)，這^tA壓縮機的氣體壓力，但對于后級(活塞56和汽缸20，活塞58 和汽缸22)，其是來自前一級的加壓氣體(例如，當級1完成它的壓縮循環(huán)時，從 級1流出的氣術(shù)各使得級2活塞充分縮回)。此效果要求正確的凸輪正時，以高效 工作。在駄級1的壓力不足的情況下，在圖1和8中所示的壓縮機10和100分 別包括用于輔助第一級活塞縮回的驢。對于壓縮機10，凸輪從動件32、 42和 44在凸輪40的唇部46的下偵懼有下凸輪從動件凸輪軸承66，以確保活塞正確地 縮回。
圖5是凸輪40的透視圖，圖6是唇部46的上表面72的高度74相對于凸輪 40的基部76的圓周76的變化曲線。該曲線具有初始向上傾斜的區(qū)域78，緊跟著 是較平緩的向上傾斜區(qū)域80，然后該區(qū)域80之后是向下傾斜區(qū)域82。當在汽缸 中的氣體開始壓縮時，需要由電機提供的轉(zhuǎn)矩最小，然后該轉(zhuǎn)矩隨著活塞在汽缸 中進一步的，彌而增加。因此，在區(qū)域78中的初始斜率大于在區(qū)域80中的斜率，以便與區(qū)域78和80具有相同斜率的情況相比，需要電機具有更恒定的轉(zhuǎn)矩。
圖7是下殼體14、上殼體16、汽缸18和壓縮機端蓋24的橫截面視圖。在圖 中還示出了凸輪40、凸輪從動件32、以及從來自電機和z魏箱12的驅(qū)動軸84的 橫截面。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機畫的透視圖，圖9 是在圖8所示的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機100的分解圖。該凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機 包括壓縮機端蓋組件102，其中插入有三個汽缸較小直徑汽缸104、中等尺寸汽 缸106和較大直徑汽缸108。臟個汽缸104、 106禾口 108分別相應(yīng)地保持著活塞 110、 112和114。該活塞110、 112和114分別相應(yīng)地加裝到三個連桿116、 118 和120， ^H，桿分別是三個凸輪從動件122、 124和126的一部分。凸輪從動 件122 - 126位于壓縮機殼體128的三個孔內(nèi)。在壓縮機勵的運行過程中，凸輪 從動件122、 124和126由作為凸輪軸136的一部分的三個凸輪130、 132和134 向上推動，該凸輪軸136由兩個軸承座138和140支撐。該凸輪軸136由電機禾口 皮帶傳動組件142驅(qū)動。環(huán)繞連桿120設(shè)置的盤簧144將凸輪從動件126擠壓在 凸輪134上，從而使得凸輪從動件126和活塞114跟隨凸輪134的輪廓運動。如 上所述，其他凸輪從動件122和124 M作用在活塞110和112上的氣體壓力被 擠壓在凸輪130和132上。在圖9所示的實施例中，至壓縮機端蓋組件的氣體接 頭設(shè)置成使氣體壓力通過活塞110 - 114中的每個活塞逐譯形曾大。在可選擇的實施 例中，其中^31H個汽缸108 - 112的每個汽缸的氣流彼此分離，可為所有三個凸 輪從動件122 - 126艦彈簧諸如彈簧142。
如圖9、 10和11所示，凸輪從動件122-126中的每個凸輪從動件M兩個 凸輪從動件導(dǎo)環(huán)146和148被側(cè)向穩(wěn)定，該兩個凸輪從動件導(dǎo)環(huán)146和148擠壓 在壓縮機殼體128的內(nèi)孑Lh。
如圖10和11最佳示出，該凸輪從動件122 - 126具有接觸凸輪130 - 134的 凸輪從動件軸承150。該凸輪從動件軸承150通過銷釘152被保持在位。
圖12示出了活塞108的放大視圖?；钊?08和另兩個活塞104和106具有活 塞導(dǎo)環(huán)154，以防止活塞在汽缸內(nèi)側(cè)向運動?；钊?08 - 112還具有活塞密封件156。
在圖8所示的實施例中，三個凸輪130- 134具有相同的尺寸和形狀，且如圖 13所示以120°的偏移量被定向在凸輪軸的軸線上。三個凸輪130 - 134沿箭頭 158所示的方向旋轉(zhuǎn)。凸輪130 - 134的個體形狀和偏移量、以及汽缸104和108的相對直徑?jīng)Q定了 電機和皮帶傳動組件142的轉(zhuǎn)矩變化幅度。本領(lǐng):^術(shù)人員將理解，如果轉(zhuǎn)矩變 化被最小化，貝財目對于轉(zhuǎn)矩變化較大盼瞎況，較低轉(zhuǎn)矩的電機可用于壓縮機。
這些設(shè)計相對于現(xiàn)有技術(shù)具有幾個優(yōu)點。首先，凸輪可以以這種方式被成形 出，以使更多的旋轉(zhuǎn)運動用于活塞伸展而不是活塞縮回。在兩個實施例中，大約 240度的輸入旋轉(zhuǎn)用于伸展活塞，120度用于縮回活塞。由于需要更多作用力伸展 活塞，因此，以較大旋轉(zhuǎn)運動量傳遞力有助于減輕對驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)矩要求。在曲 軸驅(qū)動離旋頭壓縮ai:， It隨擇是不可利用的。
這種設(shè)計的第二優(yōu)點在于，所述的第一實施例中的殼體導(dǎo)槽和凸輪從動件軸 承、以及所述的第二實施例中的導(dǎo)環(huán)組合，以將凸輪從動件限制成作純粹的線性 運動。對于所述的第一實施例，內(nèi)和外導(dǎo)槽有助于平衡作用在凸輪從動件上的作 用力。因為在凸輪從動件上所有糊轉(zhuǎn)由向力通過滾動軸承傳遞，因此摩衞員失被 最小化。此外，該滾動接觸有助于降低熱生成、降低構(gòu)件的磨損率、且降低對潤 滑的需要。
這種設(shè)計的第三優(yōu)點在于，通過凸輪輪廓與凸輪從動件的線性運動的組合使 得長活塞沖禾誠為可能。在雌實施例中，活塞衍呈大約是1.5英寸，比相當?shù)那?軸驅(qū)動壓縮機"^H倍。通過最小化汽缸中的死體積的作用，該長的活塞行程有助 于提高壓縮機的效率。它還使得壓縮機可較慢運行，這有助于降低壓縮機的工作 ，從而延長了密封件的M。
第四優(yōu)點在于，此設(shè)計可適用于滿足不同應(yīng)用的需求。相同的電機和驅(qū)動部 分可用于驅(qū)動采用不同配置的多種活塞式壓縮機。在優(yōu)選實施例中，壓縮機利用 三個串聯(lián)的活塞，第一級是大約直徑為2英寸，第二級是直徑大約為1英寸，第 三級是直徑大約為半英寸。然而，壓縮機可以輕易地適于利用平行作用的三個相 同直徑的活塞，而不需要改變該驅(qū)動部分。其他的選擇可能包括利用具有不同尺 寸的串聯(lián)或并聯(lián)作用的2個到6個活塞。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，這些選擇中的 至少一些選擇有利地使用具有與圖6所示的凸輪輪廓不同的凸輪輪廓的凸輪，以 優(yōu)化壓縮機的性能。
選擇戶，實施例是用于提供對本發(fā)明的原理和其實際應(yīng)用的說明，從而使得 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以以各種不同的實施例實施本發(fā)明并做出適應(yīng)于所期望的實際 應(yīng)用的f參改。因此，上面描述認為是示例性的，而不用于限制，本發(fā)明的實際范圍描述于權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
1.一種凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，包括a)由電機驅(qū)動的至少一個凸輪，所述凸輪適于旋轉(zhuǎn)360度；b)與所述至少一個凸輪中的一個凸輪接觸的至少一個凸輪從動件；c)至少一個活塞，其中所述至少一個活塞中的每一個活塞加裝到所述至少一個凸輪從動件中的一個凸輪從動件；d)至少一個汽缸，其中所述至少一個汽缸中的每一個汽缸環(huán)繞著所述至少一個活塞中的一個活塞；以及e)與所述至少一個汽缸中的每一個汽缸接觸的壓縮機端蓋。
2. 如權(quán)利要求1所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述至少一個 凸輪是連接到所述電機的軸的軸向凸輪，所述凸輪具有相對于所述凸輪的基部被 成型出的上唇部，所述凸輪的基部位于與所述軸垂直的平面上。
3. 如權(quán)利要求2所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述至少一個 凸輪從動件是多個凸輪從動件，戶皿多個凸輪從動件中的每一個凸輪從動件包括:a) 定位成與戶脫唇部的下表面接觸的下唇部軸承；b) 定位成與0M唇部的上表面接觸的至少一個上唇部軸承；c) 定位在戶腿軸向凸輪壓縮機的殼體中的第一槽中的外軸承；以及d) 定位在戶，殼體中的第二槽中的內(nèi)軸承。
4. 如權(quán)利要求3所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述至少一個 活塞是相同的多個活塞，且戶腿至少一個汽缸是相同的多個汽缸。
5. 如權(quán)利要求4所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述相同的多 個汽缸中的至少兩個汽缸具有不同的直徑。
6. 如權(quán)禾頓求4所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，戶脫相同的多 個的數(shù)目為3。
7. 如權(quán)利要求4所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，同時壓縮氣體 的汽缸的數(shù)目等于或大于未壓縮氣體的汽缸的數(shù)目。
8. 如權(quán)利要求4戶;M的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，在繞著基部的 穩(wěn)定t，過程中，所述被成型出的上唇部與所述基部之間的軸向長度相對于所述 基部的圓周以，3種不同的速率變化。
9. 如權(quán)利要求1所述的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述至少一個 凸輪是多個凸輪，戶脫凸輪中的每個凸縦于在平行平面上旋轉(zhuǎn)。
10. 如權(quán)利要求9戶腿的凸輪驅(qū)動活塞頗縮機，其特征在于，戶;MM少一個凸輪從動件是相同的多個凸輪從動件，所述至少一個活塞是相同的多個活塞，且 戶皿至少一個汽缸是相同的多個汽缸。
11. 如權(quán)利要求10戶，的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述相同的 多個汽缸中的至少兩個汽缸具有不同的直徑。
12. 如權(quán)利要求10戶腿的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，戶艦相同的 多個的數(shù)目為3。
13. 如權(quán)利要求10戶脫的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，同時壓縮氣 體的汽缸的數(shù)目等于或大于未壓縮氣體的汽缸的數(shù)目。
14. 如權(quán)利要求io戶;M的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，所述相同的多個凸輪從動件中的每一個凸輪從動件包括與朋述相同的多個凸輪中的相應(yīng)的一 個凸輪接觸的可旋轉(zhuǎn)軸承。
15. 如權(quán)利要求io戶;M的凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機，其特征在于，它還包括與所述相同的多個凸輪從動件中的至少一個凸輪從動1條觸的至少一個彈簧，用于將所述相同的多個凸輪從動件中的所述至少一個凸輪從動件擠壓在戶，相同的多 個凸輪中的相應(yīng)的一個凸輪上。
全文摘要
凸輪驅(qū)動活塞式壓縮機包括由電機驅(qū)動的一個或多個凸輪，該凸輪適于旋轉(zhuǎn)360度；以及一個或多個凸輪從動件，它們中的每一個與一個凸輪接觸。該壓縮機還包括一個或多個活塞，其中每個活塞加裝到一個凸輪從動件；一個或多個汽缸，其中每個汽缸環(huán)繞著一個活塞；以及與汽缸接觸的壓縮機端蓋。
文檔編號F01B3/04GK101287891SQ200680035752
公開日2008年10月15日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月5日
發(fā)明者S·K·米切爾森, T·T·羅利 申請人:卡爾頓生命支持系統(tǒng)有限公司