带有斜盘壳体入口的压缩机 【技术领域】
本发明涉及一种产生压缩空气的方法和装置。更具体地，本发明涉及一种用于汽车的、在斜盘壳体中带有入口的压缩机。
背景技术
斜盘式压缩机已为本领域技术人员所熟知。通常这些压缩机都采用有多个活塞槽的缸体安装在驱动轴上。多个活塞滑动地布置于这些活塞槽中并和斜盘耦接，斜盘也安装在驱动轴上。驱动轴的转动使得斜盘枢轴转动，引起活塞在活塞槽中往复移动，于是产生吸入和压缩冲程。
上述压缩机采用不同的机构以利用驱动轴的旋转力使斜盘枢轴转动，如在专利权人KOELZER的美国专利US6439857中披露的、一种在斜盘下带有一个斜面的驱动装置，在专利权人KIMURA的美国专利US5626463中披露的、一种旋转和非旋转盘装置，以及在专利权人TAKAGI的美国专利US5394698中披露的、一种旋转缸体装置。当斜盘枢轴转动时，活塞在缸体的活塞槽中往复移动，交替地将被压缩流体压入活塞槽中并顺序压缩和排出流体，以上所有机构在此引入作为参考。
以这种方式，轴的转动力转化为活塞的轴向运动，从而使活塞交替地执行吸入和压缩功能，这样，流体首先被吸入活塞槽，然后顺序被压缩并从活塞槽中排出。
为了使流体吸入活塞槽并顺序将其从活塞槽中排出，这些压缩机通常都包括一个带有入口阀和出口阀的压缩机头部，或布置于压缩机头部和缸体之间的带有上述入口阀和出口阀的分离阀板，所述压缩机头部或分离阀板用来调节流体的进入或排出。所述阀允许活塞槽与入口及出口槽连通，于是最终活塞槽可以与压缩机头部地入口和出口连通。
然而，上述压缩机的一个缺点就是必须方便地以一个方向从压缩机头部引入未压缩流体、以相反的方向从压缩机头部排出压缩流体。于是，压缩机头部必须设计为既有入口，又有出口，入口和出口分别与相应的槽和阀连接，以使流体交替地以相反的方向流动并阻止流体的回流。这样的装置难于制造并且价格昂贵，并常常使多个零部件难于组装。
上述压缩机的另一个缺点就是斜盘通常都包括至少一个轴承，该轴承便于将驱动轴的转动传递给活塞槽中的活塞，使活塞作轴向运动。上述轴承可能包括如耦接斜盘的内部和斜盘的外部的轴承，其中斜盘的内部与驱动轴一起旋转，斜盘的外部耦接到活塞上，该轴承如在专利权人koelzer的美国专利US6439857中披露的轴承。同样，所述轴承也可能包括通过轴承将活塞耦接到斜盘上的轴承，或是将传递斜盘运动的另一个装置耦接到斜盘上的轴承。
为了克服上述缺点，有人建议使用一种斜盘压缩机，该压缩机具有限定斜盘腔体的缸体，缸体有一个入口以允许流体流入斜盘腔体并在其中冷却轴承，如在专利权人SANULI的美国专利US4963074中披露的压缩机。上述压缩机的缸体中有一个入口，然而，其却有几个缺点。首先，因为空气流入入口的路径与活塞槽相交，所以入口常常受阻。而且，流体必须穿过缸体的内壁，而由于活塞在活塞槽中往复移动引起的摩擦力会明显加热流体，所以升高了流体的温度并降低了该流体冷却斜盘腔体内轴承的能力。
因此需要一种压缩流体的方法和装置，该方法和装置将不复杂地接收和排出流体。更进一步的需要一种方法和装置，该方法和装置能将流体压缩并也能用于冷却该装置中的至少一个轴承。
【发明内容】
据此，本发明的一个目的是提供一种压缩机，该压缩机包括一制造成本低并能够接收和排出流体的装置。
本发明的再一个目的是提供一种压缩机，该压缩机包括一易于组装并能够接收和排出流体的装置。
本发明的再一个目的是提供一种压缩机，该压缩机不仅能压缩流体，而且被压缩流体可以用于冷却压缩机中的至少一个轴承。
为了克服现有技术的不足及获得上述所列的至少一些目的和优点，本发明包括一具有一缸体的压缩机，所述缸体至少部分地限定一压缩腔，一斜盘壳体紧邻缸体安装，斜盘壳体至少部分地限定一斜盘腔，斜盘壳体上有一入口，通过该入口流体可以不经过缸体的任何部分而进入斜盘腔，以及一个通道，通过该通道斜盘腔与压缩腔连通。
在另一个实施例中，本发明包括一压缩机，该压缩机包括：一至少部分地限定了一压缩腔、并具有至少一个活塞槽的缸体；一斜盘壳体紧邻着缸体安装，斜盘壳体至少部分地限定一斜盘腔；斜盘壳体上有一入口，通过该入口流体可以不通过任何缸体部分而进入斜盘腔；一通道，通过该通道斜盘腔与压缩腔流体连通，斜盘腔里的流体通过该通道可以流入压缩腔；一布置在斜盘壳体中和缸体中的轴，一安装在该轴上的斜盘；至少一个活塞耦接到斜盘上且布置在至少一个活塞槽中并能在该槽中滑动；以及一与斜盘接触的驱动器，该驱动器在第一位置给斜盘施加一个力，以保持斜盘位置与驱动轴垂直，于是所述的至少一个活塞处于空载状态，该驱动器在第二位置给斜盘施加一个力，以枢轴转动斜盘，从而引起所述的至少一个活塞进行往复运动。
在另一个实施例中，本发明包括一种用压缩机压缩流体的方法，该压缩机包括一缸体，所述缸体至少部分地限定了一压缩腔以及一斜盘壳体，该斜盘壳体至少部分地限定一斜盘腔。该方法包括在斜盘腔里接收流体，用接收的流体冷却斜盘腔里的轴承，将流体与压缩腔相连，压缩压缩腔里的流体，以及将流体排出到车辆的空调系统中。
【附图说明】
图1是本发明的斜盘压缩机的等比投影图；
图2是图1所示压缩机的横剖面图；
图3是图1所示压缩机的另一个实施例的横剖面图；
图4是图3所示压缩机的另一个横剖面图；
图5是图4所示压缩机的压缩机头部的顶部横剖面图；
图6是图4所示压缩机的缸体的顶部横剖面图；
图7是图4所示压缩机的斜盘的等比投影图；
图8是图4所示压缩机的斜盘轴承的底部横剖面图；
图9是图4所示压缩机的斜盘活塞杆轴承的等比投影图；
图10是图4所示压缩机的万向杆轴承的等比投影图。
【具体实施方式】
根据本发明的斜盘压缩机10的一个实施例的基本组件如图1所示。在说明书中所使用的术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“上部”和“下部”指的是按图中所示方位时的参考物，而所述方位对获得本发明目的不是必须的。
通常，压缩机10包括一个主体12，一后安装盖14，一前安装法兰16。在使用中，压缩机10安装在汽车(如一辆路上行驶的卡车)上，为汽车的压力系统产生压缩空气，汽车的压力系统通常包括一箱体(未示出)，该箱体为各个附件、如制动系统提供压缩空气。压缩空气的产生开始于接收空气之后，根据空气系统中的气压达到或低于一个参考气压的减少量，压缩空气可能由或不由涡轮增压器(未示出)输送。尽管这里讨论的实施例中流体是空气，在另外的实施例中，流体可能包括任何不同的气体、液体或气液混合物。
压缩机10的主体12的一个实施例的基本组件如图2、3所示。主体12包括一在其上限定了斜盘腔22的斜盘壳体20，和一安装于壳体20上的静止的缸体26。驱动轴40通过壳体20和缸体26延伸并在其中旋转，斜盘24布置在斜盘腔22中并安装在轴40上。多个活塞30耦接到斜盘24上，缸体26有多个容纳活塞30的活塞槽32。活塞30于活塞槽32中往复移动以产生吸入和压缩冲程。
每一个活塞30有接触压缩空气的表面31。据此，从活塞槽32内的空间形成暴露活塞面31的压缩腔34。与空气系统流体连通的压缩腔34既接收被压缩的空气，又在空气被压缩后排出空气。因此，压缩腔34中的压力与空气系统中的空气压力一致，从而确保压缩机10中的压力平衡，这将在下面进一步描述。
在此所述的实施例中，斜盘24有一个外部件42和一个内部件44，其中外部件42通过轴承46耦接到内部件44上。内部件44用销钉48安装在轴40上，于是内部件44可以绕轴40旋转。当轴40旋转时，轴承46使斜盘24的外部件42被限制，而此时内部件44绕轴40旋转。因此，外部件42、活塞30、和缸体26可以都不旋转。以这种布置，即使当压缩机10不压缩空气及活塞30是空载的时候，轴40也能继续旋转。结果，耦接到轴40上的附件，如燃料泵(未示出)也能继续工作。
在某些实施例中，为了阻止外部件42转动，斜盘24容纳有一个径向延伸的止动件49，止动件49与壳体20的轴向槽啮合，如图2所示。在另一些实施例中，如图3所示，可以使用一个万向杆100来阻止外部件42旋转。
为了便于活塞30在活塞槽32中往复运动，整个斜盘24相对轴40枢轴连接。为了将斜盘24围绕轴40的枢轴转动转化为平行轴40的轴线的活塞30的往复运动，活塞30通过轴承50耦接到斜盘24上。在此讨论的实施例中，斜盘24的外部件42包括多个球连接件，每一个球连接件包括一斜盘杆52和一球元件54。在某些实施例中，通常沿着斜盘24的外周彼此以一定角度等距离地排列并径向延伸的杆52是一些螺钉，在螺钉一端具有螺纹部分56，该螺纹部分与斜盘24螺纹连接，在其另一端是一螺母58。球元件54有一个球形外表面以与活塞杆60滑动接合，该活塞杆60平行于转动轴40延伸，当球元件54和活塞杆60彼此以一定角度布置时，以便使活塞杆60可以轴向移动。
在此叙述的一个实施例中，提供一驱动器70用以产生斜盘24的枢轴转动。当作用在斜盘24上和相应于活塞30上的压缩腔34的气压而活塞产生的力大小等于并方向相反于驱动器70作用于斜盘24上的推力时，活塞30在压力平衡状态中保持空载。平衡状态发生在斜盘24相对于驱动轴40的轴线处于垂直位置。一旦气压平衡被破坏，驱动器70产生的推力超出活塞下部所受的力，使得斜盘24从其垂直位置转过一定角度。结果，活塞30开始在活塞槽32中往复移动。这样，气体系统中的气压降得越低，斜盘24的角位移越大，活塞30在活塞槽32中的行程就越长。
斜盘24靠驱动器70施加的推力绕销钉48枢轴转动。在某些先进的实施例中，驱动器70包括一弹性件72，如Bellevie垫圈，以及一凸轮环74。垫圈72连接到凸轮环74上，凸轮环74有一相对于轴40的倾斜的凸轮表面，该倾斜表面的一个延伸部分与斜盘24一直保持接触。斜盘24始终处于作用在活塞30上的压力之下，这样，为了在压力平衡状态时保持斜盘24垂直于轴40，凸轮环74必须连续地为斜盘24预先加载。然而，上述在平衡状态下的接触不能产生一个推力足以克服活塞30上的压力而枢轴转动斜盘24。在操作中，垫圈72相应于参考值或低于参考值的压力降膨胀。结果，凸轮环74发生轴向位移以枢轴转动斜盘24，斜盘的枢轴转动使活塞30产生吸入和压缩冲程。
尽管示出的驱动器70是转动地安装在轴40上，但在某些实施例中，驱动器70也可以安装在壳体20上。进一步地，在某些实施例中，其它类型的弹性件、如不同类型的压缩弹簧78，用于替代上述的Bellevie垫圈的波纹管。在另外一些实施例中，驱动器包括一伺服活塞(未示出)，该驱动器响应于一个监控信号而启动，该信号代表空气系统气压的参考值，并当压力降低到或低于临界值时由一外部源产生。在这样的实施例中，伺服活塞连接到机械连接件、如一个叉子上，从而使凸轮环74发生位移，以施加一个推力使斜盘24发生枢轴位移。
压缩机10的主体12通常还包括一个紧邻着缸体26安装的压缩机头部18。压缩机头部有一个入口通道80和一个出口通道82，二者都与压缩腔34相连通。为了控制没有压缩的气体从入口通道80进入，以及将压缩了的气体从出口通道82排出，并阻止上述气体的回流，压缩机10通常都提供有多个入口阀和出口阀84、85。阀84、85通常是单向簧片或提升阀，允许气体沿路径从高压区向低压区流动，且所述阀84、85是压缩机头部18的典型部件，或者是利用布置在压缩机头部18和缸体26之间的阀板86、87产生的。
压缩机头部18布置有一与出口通道82连通的出口92。因此，一旦压缩空气通过出口阀85从压缩腔34排出时，气体可能通过出口92直接进入空气系统。斜盘壳体20提供有一入口90，于是压缩机头部18不需要有入口和出口与入口通道80和出口通道82流体连通，相应的，入口通道80和出口通道82中的一个沿着压缩机头部18的外周面延伸，另一个围绕压缩机头部18的中心延伸，如下所述。
如图4所示，通过入口90，空气可以进入斜盘腔24。至少有一个通道94允许气体从斜盘腔22流入压缩腔34。在某些先进的实施例中，在缸体26中有多个通道94，这在图5中有清晰地表示。如图6所示，流体通道94与入口通道80流体连通，这样，流体通道94通过入口阀84与压缩腔34流体连通。以这种方式，斜盘腔22与压缩腔34流体连通。
上述布置特别有用，因为为了有效地并高效地驱动压缩机10，通常会使用各种轴承。如图7所清晰地表示出，所述的轴承中的一个可以是轴承46，如上所述，斜盘24的外部、非转动部件42通过轴承耦接到内部转动部件44上。轴承46可以采用任何不同形式。例如，如图8所示，轴承46可以是沿着内部件44的外周和外部件42的内周的球轴承或是滚子轴承。在其它实施例中，轴承可能由内部件或外部件44、42之一上的轴承座圈简单形成，通过该轴承座圈外部件或内部件42、44相应地接合。
为了驱动压缩机10通常使用的另一种轴承可以是轴承50，如上所述，斜盘24通过该轴承耦接到活塞30上。每一个轴承50都可以采用任何一种不同的形式，如活塞杆60的法兰62的内表面与球元件54的外端面配合，如图9所示。因此，当斜盘24从相对于驱动轴40垂直的位置发生一定的角位移时，球元件54和法兰62的配合表面彼此相对滑动。这种球轴承54和法兰62的相对位移允许活塞杆60和球元件54轴向一起移动，这时球元件54响应于斜盘24的角位移在法兰62内转动。尽管所描述的球元件54和法兰62的配合表面是环形的，在某些实施例中，可以使用其它形状的表面，当彼此发生角位移时这些表面可同步移动。另外，在其它实施例中，轴承50可以采取与上述轴承相似的其它形式的轴承。
另外有效地驱动压缩机10的另一种轴承可能是万向杆轴承。如上所述及图8、10所示，在某些实施例中，万向杆100通过第一转动接头102同时连接到斜盘24上，通过第二转动接头104连接到斜盘壳体20上，以阻止斜盘24的外部件42转动。通过使万向杆100可以通过接头102、104围绕两根垂直的轴转动，斜盘24以任何径向方向绕销钉48自由地枢轴转动，这样，当驱动器70在360度的转动范围内连续地给斜盘24施加推力时，斜盘24永远不会被限制枢轴转动。然而，因为万向杆100只能围绕两个转动轴转动，因此它不能围绕垂直于这两个转动轴的轴、即驱动轴40的转动轴转动。结果，万向杆100阻止斜盘24围绕驱动轴40的转动轴转动，因此，限制了斜盘24围绕轴40转动。
为了允许转动，接头102、104的每一个通常包括设在其中的至少一个滚子轴承110和一个轴颈112。这些接头可以采用各种形式。如一个轴颈帽114可以包括滚子轴承110。因此，耦接到或是连接到斜盘24或壳体20的轴颈112、或是斜盘24或壳体20的一部分的轴颈112，转动地布置在轴颈帽114上。另外，斜盘24或壳体20中的空腔118可以包括一个滚子轴承120，这样，轴颈112可转动地布置在空腔118中以构成接头104。
如图3、4所示，在工作中，空气通过入口90进入压缩机10。空气流入未被缸体26加热的斜盘腔22，该缸体26紧邻着分离的斜盘壳体20安装。空气流过上述的各种轴承，于是将这些轴承冷却并抵消至少一部分由这些运动零件产生的热。然后空气流入压缩机头部18内的流体通道94和入口通道80。从这里，空气流过入口阀84并进入压缩腔34。当活塞30通过活塞槽32中移动时，空气被压缩并通过出口阀85排出并进入出口通道82。从此，空气通过出口92从压缩机10排出进入空气系统。
可以理解，上述内容都是解释性的而非限制性的，显然本领域的技术人员在不偏离本发明的实质下可以作出各种改型。因此，本发明的范围由随后的权利要求来决定，而不是所述的具体实施例。