新能源汽车电动空调压缩机变径型线涡旋盘设计

1、低温与超导第 42 卷 第 8 期制冷技术efrigerationCryo Supercond Vol 42 No 8新能源汽车电动空调压缩机变径型线涡旋盘设计谭清豹( 南京银茂压缩机有限公司，南京 211100)摘要: 提出了一种变径型线涡旋盘设计方法和加工检测方法，在新能源汽车特别是电动汽车空调压缩机中可 以使得体积更小、效率更高，生产的产品满足了设计要求。关键词: 电动涡旋压缩机; 变径型线涡旋盘Variant type line diameter scroll design for compressor of air conditioner in new energy vehicles

2、Tan Qingbao( Nanjing Yinmao Compressor Co ，LTD，Nanjing 211100，China)Abstract: A variable diameter line scroll design method and processing method were proposed In the new energy vehi- cles，especially in the electric vehicles A / C compressor，it could make the system to be smaller and more efficient

3、The products were fabricated succesfullyKeywords: Electric scroll compressor，Variable diameter vortex disk type line1前言从上世纪初法国工程师( L Greux) 克拉斯提 出涡旋机构的构思并申请美国专利，到上世纪 70 年代美国开发出第一台涡旋压缩机用于军工产品 上，及至 80 年代日本、美国相距开发出商用空调、 冰箱及车用空调涡旋压缩机，涡旋压缩机以其性能 优势得以快速普及，到现在已经过去一百多年了。在汽车空调压缩机领域特别是乘用轿车空 调，多年来传统的以内燃机为动力驱动的涡

4、旋式 压缩机涡旋盘的型线大多是不变径圆渐开线，即 涡旋盘型线壁厚是等厚的，压缩机排量一般在 80 120cc / r 左右。随着全球石油能源紧缺及环境 污染加剧，新能源车特别是纯电动车日益受到重 视和发展，电动空调压缩机也随之得以发展。与 内燃机空调压缩机转速一般在 1000 3000rpm 不 同，电动空调压缩机采用直流无刷永磁电机驱动， 电机转速可以很高，从 1000 8000rpm，因此，电 动涡旋压缩机可以选用较小排量涡旋盘。新能源 汽车特别是纯电动汽车由于受电池容量限制，要 求电动空调压缩机体积小、效率高、制冷量大、能 耗低。传统不变径型线涡旋盘与变径型线涡旋盘 相比，在排量相同的情

5、况下，其径向尺寸较大、重量较重，相对能耗较高，所以电动涡旋压缩机选用 变径型线涡旋盘可以满足新能源车的要求。2变径型线设计针对上述要求，提出一种变径型线涡旋盘设 计方法，即基圆半径连续变小的圆渐开线涡旋盘。 涡旋盘型线壁厚 t 随渐开角的变化而变化，壁厚 也随吸气腔压力较低到排气腔压力升高逐渐由薄 变厚，实现等强度设计。不变径圆渐开线方程见( 1) 式:x = a( cos + sin)( 1)y = a( sin cos)方程基本参数:基圆半径 a; 渐开线节距 P = 2a; 渐开线发 生角 = t /2a; 涡旋型线壁厚 t = 2a; 偏心距 or= P /2 t; 涡旋型线高度 h;

6、 涡旋型线圈数 n; 渐开 线渐开角 ; 渐开线最终展角 out = 2n 。基圆半径 a 是渐开角 的函数，方程( 1 ) 可以表述为( 2) 式:x = fa( ) ( cos + sin)( 2)y = fa( ) ( sin cos)所以涡旋盘型线可以有三种情况: 见图 13。收稿日期: 2014 06 13作者简介: 谭清豹( 1956 ) ，男，总工程师，从事涡旋压缩机研究、设计。第 8 期制冷技术efrigeration·91·图 1 基圆半径不变型线 头 = 尾Fig 1 adius of base circle not variant line Head

7、= Tail图 2 基圆半径连续变大型线 a头 a尾Fig 2 adius of base circle comtinuous variant big line aHead aTail图 3 基圆半径连续变小型线 a头 a尾Fig 3adius of base circle comtinuous variant smill lineaHead aTail图 1 基圆半径为常数，基圆半径不变的圆渐 开线，既 头 = 尾 ; 图 2 基圆半径连续增加，渐开线宽度逐渐增加的圆渐开线，既 a头 a尾 ; 图 3 基圆半径连续减小，渐开线宽度逐渐减小的圆渐开 线，既 a头 a尾 。涡旋盘型线由内、外侧二

8、条型线构成，内、外 侧型线为共轭型线，涡旋压缩机是由二个型线完 全相同的动、静涡旋盘相位差 180° 互相啮合时，动盘基圆圆心围绕静盘基圆圆心偏移半径 or 作平动，形成几个不断变小的密闭容积腔，来实现压 缩气体功能的，见图 5。吸气结束时吸气容积腔， 涡旋盘外径尺寸相等时，变径涡旋盘比不变径涡 旋盘的吸气容积腔大 20% 。变径型线涡旋盘是采用以下技术方案实现 的: 内、外侧型线按方程( 3) 、方程( 4) 和方程( 5) 、方程( 6) 形成，基圆半径连续减小，渐开线宽度逐 渐减小的圆渐开线，既 a头 a尾 。图 4 基圆半径连续变小涡旋盘Fig 4 Continuous ba

9、se circle radius small vortex disk图 5 一对基圆半径连续变小涡旋盘啮合图Fig 5A pair of orbiting scroll meshing figure continuous base circle radius smaller以下结合方程及附图对本设计作进一步说 明: 基圆半径连续改变时，基圆半径 a 在渐开线最 终展角 out 范围内从 a头 到 a尾 连续变化，K 为基 圆半径变化率，变化趋势是基圆半径 a 从 a头 到 a尾 连续减小，渐开线宽度逐渐减小，a头 a尾 。渐 开线发生角 也从 头 到 尾 连续变化，k 为渐开线发生角变化率，变

10、化趋势是渐开线发生角 从头 到 尾 连续减小，头 尾 。变径涡旋盘内、外侧型线方程:·92·ìx = ( a头 K) cos ( 头 k) +ïsin ( 头 k) í制冷技术efrigeration第 8 期( 3)ïïy = ( a头 K) sin ( 头 k) +îcos ( 头 k) ìx =a头 K( ) cos + ( 头 k) +ïsin + ( 头 k) í( 4)ïïy =a头 K( ) sin + ( 头 k) +îcos + ( 头

11、k) K = ( a头 a尾 ) /2out( 5)基圆半径变化率 0 K 1。k = ( 头 尾 ) /2out( 6)渐开线发生角变化率 0 k 1。方程基本参数:头部基圆半径 a头 ; 尾部基圆半径 a尾 ; 头部渐 开线节 距 P头 = 2a头 ; 尾部渐开线节距 P尾 = 2a尾 ; 头部渐开线发生角 头 = t头 /2a头 ; 尾部渐开 线发生角 尾 = t尾 /2a尾 ; 头部涡旋型线壁厚 t头 = 2a头 头 ; 尾部涡旋型线壁厚 t尾 = 2a尾 尾 ; 偏心距 or = P /2 t，头尾相等; 涡旋型线高度 h; 涡旋型 线圈数 n; 渐开线渐开角 ; 渐开线最终展角 o

12、ut= 2n 。3变径型线涡旋盘的加工与检测变径型线涡旋盘型线加工尺寸精度、公差和 形位公差要求很高，我们采用定位精度 0 003mm 高精度立式加工中心，高精高速档加工，尺寸和粗 糙度都能满足要求。一对涡旋盘啮合运动时对型 线厚度控制要求很高，所以型线厚度的控制也是 至关重要的。型线厚度沿基圆切线方向测量，见图 6 基圆半径连续变小涡旋盘实物Fig 6 Continuous base circle radius small vortex disk图 7 不变径型线涡旋盘实物Fig 7 The same diameter vortex disk type line图 8 光电测量Fig 8 The photoelectric measurement图 4，在立加加工时可以用精度 0 005mm 的光电 测量头沿基圆切线方向测量 A、B 两点，根据测量 数值随时调整刀补，可以精确控制型线厚度。图 6、图 7 分别为基圆半径连