專利名稱：密封式馬達驅動壓縮機的馬達外殼和定子鐵芯的裝配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種密封式馬達驅動的壓縮機的馬達外殼和定子鐵芯的裝配方法。
背景技術：
在密封式馬達驅動的壓縮機中，密封外殼容納例如渦旋式壓縮機機構和用于驅動該機構的馬達。馬達包括旋轉軸、轉子和定子。馬達的旋轉軸可旋轉地支撐在形成了密封外殼一部分的馬達外殼的中部。轉子牢固地裝配到旋轉軸的外圓周表面上。定子通過冷縮裝配牢固地裝配到馬達外殼的圓周表面上。定子包括圓柱形定子鐵芯和沿定子鐵芯的內圓周設置的線圈。用于將定子冷縮裝配到馬達外殼上的技術公開于例如編號為2000-224787和2003-269335的日本專利申請公開文本中。
與馬達外殼由鐵形成的情形相比，當馬達外殼由彈性模量小于鐵的鋁形成時，在馬達外殼中產生的壓力會導致馬達外殼內徑的增加相對較大。氟氯烴或二氧化碳用作充入車輛空調制冷回路中的制冷劑氣體。氟氯烴氣體的最大充氣壓力大約為1至2MPa，而二氧化碳的最大充氣壓力等于或者大于10MPa。只要馬達外殼中的最大壓力為1至2MPa，就可以通過限定在定子鐵芯和馬達外殼的冷縮裝配中的緊固過盈來防止定子相對于馬達外殼產生松動。然而，如果使用二氧化碳作為致冷劑，則將對馬達外殼施加等于或大于10MPa的壓力。
因此，如果使用二氧化碳作為致冷劑并且使用由鋁所形成的馬達外殼，那么馬達外殼必須具有相對較大的壁厚用于防止馬達外殼內徑的增大。然而，這會增大壓縮機的尺寸和重量?；蛘?，可以使用足夠大的緊固過盈來執(zhí)行定子鐵芯和馬達外殼的冷縮裝配，這樣即使馬達外殼的內圓周增大也可以保持有效的緊固過盈。然而，為了提供足夠大的緊固過盈，就必須在相對較高的溫度下執(zhí)行冷縮裝配，這樣使由鋁形成的馬達外殼的強度降低。因此難以增大冷縮裝配的緊固過盈。
相比之下，如果馬達外殼是由鐵形成的，由制冷劑氣體施加的高壓所導致的馬達外殼內徑的增加就極其微小。然而，由鐵形成的馬達外殼卻增大了壓縮機的重量。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種馬達外殼和定子鐵芯的新穎裝配方法，該方法能夠在馬達外殼和定子鐵芯之間提供足夠大的緊固過盈，從而抑制由于制冷劑氣體生成的相對較高的壓力而導致的定子鐵芯相對于馬達外殼的松動。
為了實現前述和其它目標并且依照本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種具有柱形馬達外殼和緊固到馬達外殼內部上的環(huán)狀定子鐵芯的密封式馬達驅動的壓縮機的裝配方法。該方法包括通過機械方式使馬達外殼和定子鐵芯中的至少一個產生變形從而將定子鐵芯緊固到馬達外殼上。
通過下面的描述并結合作為本發(fā)明原理的實例顯示的附圖，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將會變得更加顯而易見。
附圖描述參照對優(yōu)選實施例的下列描述并結合附圖，可以更好地理解本發(fā)明及其目的和優(yōu)點，其中

圖1是顯示根據本發(fā)明的馬達驅動的壓縮機的一個實施例的縱向剖視圖；圖2是顯示圖1中壓縮機的馬達部的部分省略剖視圖；圖3是顯示馬達外殼和定子鐵芯在裝配之前的緊固過盈的剖視圖；圖4是顯示馬達外殼彈性變形狀態(tài)的剖視圖，馬達外殼發(fā)生了彈性變形這樣定子鐵芯就可以裝配到馬達外殼中；圖5是顯示本發(fā)明的改進實施例的馬達部的部分省略剖視圖；以及圖6(a)至圖6(c)中的每一個都是顯示本發(fā)明裝配方法的改進的剖視圖。
具體實施例方式
參照圖1至4，下面將描述根據本發(fā)明的密封式馬達驅動的壓縮機10的定子鐵芯和馬達外殼的裝配方法的一個實施例。
壓縮機10包括具有殼體12和前殼13的密封外殼11。殼體12由鋁通過鍛造而形成，并且具有帶有蓋的水平圓柱形狀。前殼13牢固地連接到殼體12的前開口端上(如在圖1中右側所視)。殼體12包括壓縮機外殼14、馬達外殼15和后殼16(如在圖1中左側所視)。壓縮機外殼14位于殼體12的前部。馬達外殼15具有相對較小的直徑并且同壓縮機外殼14的后端形成一個整體。后殼16同馬達外殼15的后端形成一個整體。
壓縮機外殼14中容納了一個渦旋式壓縮機機構17。該機構17包括基板18、固定渦卷19和旋轉渦卷20?；?8牢固地裝配到壓縮機外殼14的內圓周表面14a的階梯部上。固定渦卷19牢固地裝配到壓縮機外殼14的前開口的內圓周表面上。旋轉渦卷20設置在基板18和固定渦卷19之間。壓縮室21由固定渦卷19和旋轉渦卷20界定。另外，吸入腔22界定在壓縮機外殼14內并且位于基板18的后側。
排氣室23界定于前外殼13中。制冷劑氣體從吸入腔22經過界定于基板18中的吸入口18a抽入到壓縮室21中，并且在壓縮室21內進行壓縮。然后制冷劑氣體經過界定于固定渦卷19中的排出口19a排出至排氣室23。制冷劑氣體可以是例如二氧化碳。
出口13a界定于前外殼13中，它用于將壓縮后的制冷劑氣體供應至外部制冷回路。入口16a界定于后殼16中，它用于將制冷劑氣體從外部制冷回路引入吸入腔22。
定子31牢固地裝配到形成電動馬達M的一部分的馬達外殼15的內圓周表面上。定子31包括定子鐵芯32、齒32a和線圈33。定子鐵芯32是由鐵形成的。齒32a形成在定子鐵芯32的內圓周上，并且每個線圈33都纏繞著相應的一個齒32a。軸套部16b同后殼16的內后側形成了一個整體。同樣，軸套部18b同基板18的后側形成了一個整體。
旋轉軸28由軸套部16b、18b之間的一對軸承29、30可旋轉地支撐。偏心銷34置于旋轉軸28的遠端，并且通過一個軸承連接到與旋轉渦卷20的后側形成一個整體的軸套部20a上。轉子35牢固地安裝到旋轉軸28的外圓周表面上。
當從未示出的電源向線圈33供應交流電時，就由定子31和轉子35產生電磁引力，這樣就使旋轉軸28旋轉起來。這使偏心銷34也進行回轉，從而允許旋轉渦卷20以一種防止自轉的狀態(tài)進行回轉。這樣，壓縮機機構17就壓縮制冷劑氣體。
下文將描述本發(fā)明的主要部分。
圖2是顯示了馬達外殼15和定子鐵芯32的橫向剖視圖。在所示實施例中，馬達外殼15包括第一、第二和第三膨脹部15b、15c、15d以及第一、第二和第三緊固過盈(fastening intereference)部15e、15f、15g。每個緊固過盈部15e至15g都同馬達外殼15形成一個整體并且設置于第一至第三膨脹部15b至15d中與它相鄰的兩個相應膨脹部之間。第一、第二和第三緊固表面S1、S2、S3中的每一個都沿著第一至第三緊固過盈部15e至15g中相應的一個緊固過盈部的拱形內圓周表面形成。第一至第三緊固表面S1至S3在三個各自位置上借助預定緊固力緊固到定子鐵芯32的外圓周表面32b上。
定子鐵芯32通過如下方法與馬達外殼15進行裝配。
圖3顯示了馬達外殼15和定子鐵芯32在裝配之前的狀態(tài)。在這個狀態(tài)下，相對于定子鐵芯32的軸線進行觀察時，第一至第三緊固過盈部15e至15g的第一至第三緊固表面S1至S3相對于定子鐵芯32的外圓周表面32b位于徑向內側。當相對于定子鐵芯32的軸線進行觀察時，定子鐵芯32的外圓周表面32b和每個緊固表面S1至S3之間的間距定義為緊固過盈δ。在所示實施例中，緊固過盈δ設置為例如200μm。馬達外殼15的總體緊固過盈設置為2×δ＝400μm。
參照圖4，第二和第三膨脹部15c、15d由下部的擠壓工具36接收，其中擠壓工具36在相對的兩側具有一對傾斜的支撐表面36a、36b。在這種狀態(tài)下，下方的擠壓工具36和上方的擠壓工具37將第一膨脹部15b的外圓周表面向下即從上面沿徑向朝內壓。這使第一至第三膨脹部15b至15d發(fā)生彈性變形，從而第一至第三緊固過盈部15e至15g沿徑向朝外移位。
因此，參見圖4，緊固表面S1至S3就與定子鐵芯32的外圓周表面32b上的對應位置隔開。緊固表面S1至S3和定子鐵芯32外圓周表面32b上的相應位置之間所形成的每個間隙都定義為配合過盈ε。雖然理論上可以將配合過盈ε設置為0μm，但是為了吸收馬達外殼15和定子鐵芯32的制造誤差并且易于裝配，所以配合過盈ε必須設置成大約為50μm。
如圖4所示，然后定子鐵芯32被插入到馬達外殼15內，并且保留了配合過盈ε。在這種狀態(tài)下，松釋該擠壓工具36、37施加的擠壓，從而通過彈性形狀恢復力使第一至第三緊固過盈部15e至15g中的每一個都恢復到初始狀態(tài)。由于緊固過盈δ，依照對應于配合過盈ε的距離，使得每個緊固表面S1至S3回復。因此每個緊固表面S1至S3牢固地緊固至定子鐵芯32的外圓周表面32b上。這樣，沒有使用冷縮裝配，定子鐵芯32也能牢固地緊固到馬達外殼15上。
由每個緊固過盈部15e至15g的緊固表面S1至S3相對于馬達外殼15的中心在圓周方向上界定的成形角度設置為例如5至30度。如果該成形角度過小，緊固過盈部15e至15g可能會變形。如果該成形角度過大，則難以確保緊固過盈δ。因此優(yōu)選該成形角度設置為10至20度。
參見圖2，在馬達外殼15和定子鐵芯32裝配之后的狀態(tài)下，在第一至第三膨脹部15b至15d中的相應一個膨脹部的內圓周表面和定子鐵芯32的外圓周表面32b之間界定了各個間隙G1、G2和G3。間隙G1至G3中的每一個均界定了用于將經過入口16a抽到馬達外殼15中的制冷劑氣體導入吸入腔22的通道。
密封在制冷回路中的二氧化碳制冷劑氣體導入壓縮機10中。因此，當壓縮機10實際操作時，超過10MPa的相對高壓就施加到壓縮機10上。然而，在所示實施例中，提供了400μm的緊固過盈2δ。因此，即使作用在馬達外殼15的內圓周面15a上的高壓使馬達外殼15的內徑增加，從而使馬達外殼15相對于定子鐵芯32松開了例如147μm的距離，定子鐵芯32和馬達外殼15之間仍可保持足夠大的緊固力。
所示實施例具有以下的優(yōu)點。
(1)在所示實施例中，通過使用擠壓工具36、37將馬達外殼15的第一至第三膨脹部15b至15d從外側沿徑向朝內擠壓。因此第一至第三緊固過盈部15e至15g的緊固表面S1至S3就根據緊固過盈δ和配合過盈ε沿徑向朝外產生移位。因此，每個緊固表面S1至S3就同與定子鐵芯32的外圓周表面32b對應的位置稍微地隔開。
在這種狀態(tài)下，定子鐵芯32被插入到馬達外殼15內并且釋放擠壓工具36、37。該允許第一至第三緊固過盈部15e至15g壓緊定子鐵芯32的外圓周表面32b。因此就可以很容易地保證該緊固過盈δ大于冷縮裝配或冷縮冷卻的緊固過盈。因此，不用使用冷縮裝配和冷縮冷卻的復雜技術，定子鐵芯32也能牢固地緊固到馬達外殼15上。
(2)在所示實施例中，因為二氧化碳用作制冷劑氣體，所以相對使用氟氯烴的情形而言，就可以向壓縮機10施加相對較高的壓力。另外，緊固到定子鐵芯32上的馬達外殼15可使用鋁鍛造成具有相對較小壁厚例如4mm。因此與馬達外殼15通過鑄造形成并且具有相對較大的壁厚的情形相比，這會降低壓縮機10的重量。
本發(fā)明可以包含在以下經過改進的形式中。
圖5中的改進與所示實施例的區(qū)別在于膨脹部的數目和緊固過盈部的數目有所不同。在圖5中，在馬達外殼15中形成了第一至第四膨脹部15b、15c、15d、15h。另外，第一至第四緊固過盈部15e、15f、15g、15i置于膨脹部15b、15c、15d、15h中兩個相應的相鄰膨脹部之間。第一至第四緊固表面S1至S4分別在第一至第四緊固過盈部15e、15f、15g、15i中各自的過盈部中形成。
因此，定子鐵芯32的外圓周表面32b在與第一至第四緊固表面S1至S4相對應的四個位置上緊固到馬達外殼15上。在這個改進中，在馬達外殼15同定子鐵芯32裝配之前，從對應于膨脹部15b、15c、15d、15h的四個方向或者在兩個相對的豎直位置和兩個相對的水平位置擠壓馬達外殼15。
在圖6(a)至6(c)所示的改進中，馬達外殼15具有圓柱形的形狀并且定子鐵芯32具有大體上三角形的橫截面形狀。第一至第三緊固過盈部32c、32d、32e中的每個都在定子鐵芯32的外圓周部處形成。參見圖6(b)，在三個位置上從外側沿徑向朝內擠壓馬達外殼15的外圓周表面。這使馬達外殼15上與第一至第三緊固過盈部32c至32e相對應的部分沿徑向朝外膨脹。
因此，配合過盈ε界定在第一至第三緊固過盈部32c至32e中第一至第三緊固表面S1至S3的每一個和馬達外殼15的內圓周表面15a之間。在這種狀態(tài)下，定子鐵芯32被插入到馬達外殼15中，并且馬達外殼15由圖6(b)的擠壓狀態(tài)釋放。因此，參照圖6(c)，馬達外殼15產生變形以便恢復至初始的圓柱形狀，這樣馬達外殼15就壓靠定子鐵芯32的第一至第三緊固過盈部32c至32e的第一至第三緊固表面S1至S3。這樣，定子鐵芯32就依靠預定的緊固過盈δ緊固至馬達外殼15上。
圖5和6的每個改進都具有與所示實施例相同的優(yōu)點。
本發(fā)明還可以按照以下進行進一步的改進。
只要所獲得的緊固過盈超過了冷縮裝配或冷縮冷卻的緊固過盈，馬達外殼15和定子鐵芯32就可以通過不同的方法緊固在一起。這些方法包括例如馬達外殼15或定子鐵芯32或者兩者的機械變形。
馬達外殼15可以通過除擠壓之外的其它方法進行變形。例如，可以在馬達外殼15外圓周表面上的多個位置使用多個張力工具。這樣這些工具就向馬達外殼15施加張力，從而使馬達外殼15產生變形。
另外，為了使定子鐵芯32產生變形，也可以在定子鐵芯32內圓周表面的多個位置上使用擠壓或張力工具。這樣這些工具就向定子鐵芯32施加擠壓力或張力，從而使定子鐵芯32產生變形。
在所示實施例中所使用的方法，或者馬達外殼或定子鐵芯32的彈性機械變形可以同冷縮裝配或冷縮冷卻結合使用。
也可以使用其它的不同方法，只要馬達外殼15的內圓周表面15a的圓周尺寸大于定子鐵芯32的外圓周表面32b并且定子鐵芯32可以通過馬達外殼15的變形緊固到馬達外殼15上即可。
馬達外殼15可以由除鋁之外的金屬材料形成，只要該材料的熱膨脹系數比形成定子鐵芯32的鐵材料的熱膨脹系數高即可。
可以在馬達外殼15中形成更多數目的膨脹部。然而，為了確保預定的緊固過盈，優(yōu)選在馬達外殼15中部署三至五個膨脹部。
也可以在定子鐵芯32中形成更多數目的緊固過盈部32c至32e。然而，為了確保預定的緊固過盈，優(yōu)選在定子鐵芯32中部署三至五個緊固過盈部。
另外，馬達外殼15可以制成具有卵形、三角形或者正方形的剖面。
這些實例和實施例應該被認為是示例性的而不是限制性的，并且本發(fā)明并不局限于此處給出的細節(jié)，而是還可以在所附權利要求書的范圍及等效范圍內進行改進。
權利要求
1.一種用于裝配密封式馬達驅動的壓縮機的方法，該壓縮機具有柱形馬達外殼和緊固至該馬達外殼內部的環(huán)狀定子鐵芯，該方法的特征在于通過機械方式使該馬達外殼和該定子鐵芯中的至少一個產生變形從而將該定子鐵芯緊固到該馬達外殼上。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于馬達外殼和定子鐵芯如此成形，即，使得馬達外殼的內周表面的圓周尺寸大于定子鐵芯的外周表面的圓周尺寸；使馬達外殼以彈性方式產生機械變形從而允許定子鐵芯插入馬達外殼；以及在定子鐵芯插入到馬達外殼內的情況下，允許變形的馬達外殼在彈性形狀恢復力的作用下恢復到初始形狀，以便馬達外殼緊固該定子鐵芯。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于如此設定馬達外殼內周的形狀和定子鐵芯外周的形狀，即，使得可以在馬達外殼和定子鐵芯隔開時可以界定馬達外殼和定子鐵芯之間的預定的緊固過盈；通過在馬達外殼上施加外力使馬達外殼發(fā)生彈性變形，從而消除緊固過盈；在馬達外殼保持在彈性變形狀態(tài)下將定子鐵芯插入馬達外殼中；以及在定子鐵芯插入到馬達外殼內的狀態(tài)下從馬達外殼上松釋該外力，從而使馬達外殼彈性地恢復到初始的狀態(tài)，以便馬達外殼緊固定子鐵芯。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于緊固過盈大于定子鐵芯和馬達外殼在冷縮裝配或冷縮冷卻中界定的緊固過盈。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于沿著馬達外殼和定子鐵芯中的至少一個的周向提供多個緊固過盈部，并且當馬達外殼與定子鐵芯隔開時，在馬達外殼和定子鐵芯的對應于每個緊固過盈部之間的部分上界定預定緊固過盈；通過沿徑向朝內的方向對馬達外殼外周表面的多個部分施加擠壓力而使馬達外殼發(fā)生彈性變形，以便馬達外殼的對應于緊固過盈部的部分沿馬達外殼的徑向朝外的方向產生移位；在馬達外殼保持在彈性變形狀態(tài)下，將定子鐵芯插入到馬達外殼中；并且在定子鐵芯被插入到馬達外殼內的狀態(tài)下，松釋馬達外殼上的外力，以便馬達外殼的對應于緊固過盈部的部分緊固該定子鐵芯。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于緊固過盈部形成于馬達外殼中，馬達外殼包括多個沿徑向朝外膨脹的膨脹部，每個膨脹部在馬達外殼的內周方向上設置在兩個相應的相鄰緊固過盈部之間，并且當膨脹部由擠壓工具沿徑向朝內擠壓時，馬達外殼發(fā)生彈性變形，以便緊固過盈部就沿徑向朝外產生移位。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于膨脹部沿馬達外殼周向設置在三至五個位置上。
8.如權利要求5所述的方法，其特征在于緊固過盈部形成于定子鐵芯中，并且當馬達外殼上與緊固過盈部不對應的部分由擠壓工具沿徑向朝內擠壓時，馬達外殼發(fā)生彈性變形，以便馬達外殼的對應于緊固過盈部的部分沿徑向朝外產生移位。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于膨脹部沿著定子鐵芯的周向設置在三至五個位置上。
10.如權利要求5所述的方法，其特征在于緊固過盈大于定子鐵芯和馬達外殼在冷縮裝配或冷縮冷卻中界定的緊固過盈。
11.根據權利要求1至10的任何一項所述的方法，其特征在于定子鐵芯由鐵類材料形成，并且其中馬達外殼由熱膨脹系數與該鐵類材料的熱膨脹系數不同的材料形成。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于馬達外殼是由鍛造鋁形成的。
全文摘要
一種密封式馬達驅動的壓縮機，其包括一個柱形馬達外殼和一個緊固至馬達外殼內部的環(huán)狀定子鐵芯。一種用于裝配壓縮機的方法，其包括通過使馬達外殼和定子鐵芯中的至少一個發(fā)生機械變形從而將定子鐵芯緊固至馬達外殼。因此，可以將馬達外殼和定子鐵芯之間的緊固過盈設置為足夠大的程度，以用于抑制由于制冷劑氣體產生的相對較高的壓力而導致的定子鐵芯相對于馬達外殼的松動。
文檔編號F04C18/02GK1619924SQ200410095239
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權日2003年11月21日
發(fā)明者木村一哉, 清水出, 川田剛史 申請人:株式會社豐田自動織機