滚动转子式压缩机滑片部件专利技术分析

摘 要：基于专利数据库检索结果，梳理滚动转子式压缩机滑片部件的专利技术状况，通过申请总量、技术分支分布、技术演进及重要申请人等方面的信息，归纳总结出该领域技术发展走向及重点申请人研发侧重等重要结论。

关键词：滚动转子式压缩机;滑片;专利;技术分支;发展状况

中图分类号：TB652    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）12-0044-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.12.012

0    引言

滚动转子式压缩机也称为滚动活塞式压缩机，属于回转式压缩机的一种[1-2]。目前，滚动转子式压缩机广泛应用于小型空调和制冷装置中，在容量为10 kW以下的机型中，滚动转子式压缩机有很大的优势，在小容量范围内有代替往复式压缩机的趋势[3]。

1    滚动转子式压缩机基本概况

1.1    滚动转子式压缩机基本部件及工作原理

滚动转子式压缩机的基本压缩结构如图1所示，其由滚动活塞、气缸、滑片及其背部的弹簧、偏心轮轴和上下缸盖等主要零件组成。滚动活塞位于气缸内，上下端面分别由上缸盖和下缸盖所包围，气缸的吸、排气孔之间开有一径向槽，槽内容纳有能沿该槽往复运动的滑片，滑片背部装有弹簧，依靠弹簧力和背压的作用，滑片端部紧压在滚动活塞外表面上，由此将月牙形空间分成吸气腔和排气腔两部分[4]。压缩机工作时，转子主轴在原动机的带动下旋转，偏心活塞紧贴气缸内壁面回转，月牙形空间容积随之发生周期性变化，从而完成吸气、压缩和排气的过程。

1.2    滑片部件的主要技术问题

针对滚动转子式压缩机，滑片是其压缩机构中的重要部件，首先，其在运动过程中同时承受压差力、弹簧力等多重作用力综合作用，端部始终与活塞紧密接触，该处润滑情况一般处于边界润滑状态，极易引起磨损，导致活塞与滑片咬合、卡死等现象发生，严重影响压缩机性能;其次，滚动转子式压缩机内的主要泄漏是由于溶有制冷剂的润滑油泄漏到低压腔后，部分制冷剂蒸发造成的，而滑片是分割高压腔与低压腔的挡板，滑片两端与上下端盖之间的间隙、滑片与滑片槽之间的间隙均构成制冷剂泄漏的重要通道。除此之外，滑片作为压缩机构中的核心运动部件之一，其润滑、冷却、运动稳定性、背压控制等各方面性能均直接关系到压缩机的工作效率[5-6]。

2    滑片部件专利技术状况分析

本文主要针对滚动转子式压缩机滑片部件的结构和材料两个方面的专利技术进行研究，选取专利数据库CNABS和DWPI进行检索。检索使用的主要IPC分类号涉及F04C18/356、F04C29+，中文关键词包括“滑片”“叶片” “滑板”，英文关键词包括“vane” “blade”  “slider” “slipper”。针对去噪后的专利数据样本，结合数据库中申请日、申请人、公司代码、摘要、权利要求、被引证次数和同族情况等信息，对滚动转子式压缩机滑片部件的专利申请量、技术分支发展状况、主要技术分支的演进情况以及重要申请人4个方面内容进行了重点分析。

2.1    申请量年度分布

滚动转子式压缩机滑片部件专利申请的年度分布如图2所示。可以看出，全球范围内有关滑片部件的专利申请始于20世纪70年代，随着滚动转子式压缩机整体技术的发展，90年代开始，有关滑片部件的申请量开始迅速上升，并在随后的10年期间进入相对稳定的发展阶段。2005开始，随着相关技术的日益成熟，加上受世界经济形势的影响，全球范围内的专利申请量开始下降。2000年之后，随着中国加入WTO，国内经济政策日益开放，制冷、空调领域技术发展迅速，国外大型企业也开始与中国企业开展技术合作，国内专利申请量进入持续增长阶段。2013年开始，我国的专利申请量已经占到全球申请总量的一半以上。此外，2019年起，全球经济受到新冠疫情冲击明显，全球及中国申请量均呈下降趋势。

2.2    滑片部件技术分支分析

通过对各技术分支下的专利文献数量进行统计，得到滾动转子式压缩机滑片部件各技术分支的专利分布情况。从滑片部件的专利技术整体而言，结构类专利文件数量远大于材料类专利，约占到总申请量的80%。

结构类专利中，“带有功能性附件”形式的滑片种类繁多，例如有关定位、支承、防止异常磨损等多种类型的附件，并且近年来通过在叶片中设置附件实现背压、流量的精确调节等方面的相关技术发展迅速，因此，该部分的专利申请量最大。“端部型线”和“具有流体通道”方面的改进可以最直接有效地改善滑片的磨损和润滑性能，该两部分的专利申请也占到较大的比例。材料类专利文件中，铸铁/钢合金和氮化表层的滑片材料占到材料类总申请量的近80%，类金刚石、陶瓷以及其他材料虽然在硬度、耐磨性等方面具有优良的性能，但由于加工难度大、材料成本高等因素的限制，专利申请所占比例较小。

2.3    重要技术分支专利技术演进

按照时间对滚动转子式压缩机滑片部件的重点专利技术进行梳理。有关滚动转子式压缩机滑片部件材料方面的研究起步较早，早期专利文件的技术内容主要涉及合金材料的成分选择和加工工艺。20世纪90年代以后，普通的渗氮技术从理论到工艺都日趋完善，为适应替代制冷剂的润滑需求，提高滑片表层材料的耐磨损性能，该阶段有关表面渗氮、离子镀层的改进工艺开始兴起并快速发展。结构方面，滑片端部型线的发展由简单的非对称式端面开始，随着计算模型的完善，结合曲率半径、偏心量、滑片厚度、高度等多个参数，可实现对滑片的端面型线作出完整限定。滑片端部与转子表面接触方式的改进技术自20世纪90年代开始持续发展，且该方面的技术改进多与润滑、附件等其他方面的技术手段相互融合。针对滑片部件中的功能性附件，早期的简单附件多为实现滑片定位、导向等功能，2000年以后，压缩机容量调节、精密控制等方面的要求越来越高，滑片附件的功能也随之得到全面扩展，从目前的专利申请情况来看，该方向已经成为滚动转子式压缩机滑片部件的重点发展方向之一。798C12D7-4142-4A62-A798-8F84714161B4

2.4    重要申请人分析

根据滚动转子式压缩机滑片部件专利文件中申请人和申请量的统计结果，得到该领域全球重点申请人申请量排名情况，如图3所示。排名前10位的申请人均为在制冷设备、家电领域具有雄厚实力的大型企业，其中，日本企业占据6席位置，韩国、中国企业各占2席。

下面对松下电器、LG、东芝、日立4个国外重要申请人以及进入排名前10的国内申请人GMCC美芝、珠海格力的基本情况进行简要分析：

（1）松下电器产业株式会社：世界著名大型跨國企业，1918年成立于日本，松下空调作为松下电器家电产业的核心事业，成立于1957年，至今已有65年发展历史，是世界一流的空调器产品生产厂家。其在滚动转子式压缩机滑片部件领域的研究起步较早，各技术分支发展状况较为均衡，尤其在滑片部件表面渗氮方面拥有较多专利技术。

（2）乐金电子株式会社（LG）：LG集团于1947年成立于韩国首尔，是领导世界产业发展的国际性企业集团，20世纪60年代开始进入冰箱、空调等制冷设备领域。在滚动转子式压缩机滑片部件技术中，其研究的侧重点在滑片结构形式及控制组件机构方面的改进和研发，尤其在可变容滑片机构控制方面，拥有较为核心的专利技术。

（3）东芝株式会社：公司1875年7月创立于日本，在20世纪60至90年代的发展过程中以家用电器、重型电机等为重点业务领域，90年代以后逐步转向数字技术、移动通信技术和网络技术等领域，因此，其有关滚动转子式压缩机滑片部件的相关专利申请年代相对较早，且主要集中于材料方面的改进。

（4）株式会社日立制作所：于20世纪60年代来到中国，成为早期进入中国市场的少量外资企业之一，主要产品是空调、冰箱等电器。对滚动转子式压缩机滑片部件的流体通道设置、端部型线设计、功能性附件等技术的研究较为深入，除专利申请之外，上海日立、广州日立等中国子公司的研究部门在各类学术期刊、大型制冷技术会议中发表过多篇有关滑片部件的设计、润滑等方面的学术文章。

（5）GMCC美芝制冷设备有限公司：美芝是一家专业化研发、生产、销售空调用旋转式压缩机、往复式冰箱压缩机的大型中日合资企业，由中国广东美的电器股份有限公司控股、日本东芝开利株式会社参股组建而成。就其滑片部件的专利申请而言，主要涉及滑片结构方面，主要依赖于日本东芝的技术支持，虽然申请总量大，但核心技术较少。

（6）珠海格力电器股份有限公司：成立于1991年，是集研发、生产、销售、服务于一体的国有控股家电企业，旗下的核心企业凌达压缩机有限公司是目前国内最具规模和实力的空调压缩机生产企业之一，在旋转式压缩机的核心部件方面拥有大量专利技术，针对滚动转子式压缩机的滑片部件，其专利也主要分布于结构改进方面。

3    结语

本文从申请总量、技术分支分布、技术演进及重要申请人4个方面对滚动转子式压缩机滑片部件的专利技术状况进行梳理，总结了本领域技术发展走向及重点申请人研发侧重等结论，有助于本领域技术人员快速了解关键技术发展路线，为该领域专利布局提供有力支持。

[参考文献]

[1] 刘学章，司艳雷，柳旭.中国制冷与空调用压缩机专利申请现状分析[J].制冷与空调，2015，15（11）：1-4.

[2] 丁洪亮，赵平.滚动转子式冷冻压缩机叶片腾跃问题分析[C]//第七届全国食品冷藏链大会论文集，2010：197-200.

[3] 安吉阁.滚动转子式压缩机滑板有限元分析[J].制冷与空调（四川），2014，28（2）：232-236.

[4] 龙春仙.DLC（类金刚石膜）滑片在旋转式压缩机中的应用[C]//走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集，2011：1205-1209.

[5] 郭蓓，彭学院，李连生，等.旋叶式压缩机的滑片顶部形状研究[J].西安交通大学学报，2004，38（7）：717-721.

[6] 陈锋.R410A空调压缩机用滑片的表面处理[D].上海：上海交通大学，2008.

收稿日期：2022-03-25

作者简介：李杨青（1989—），女，山东济宁人，硕士研究生，助理研究员，研究方向：流体机械领域专利审查。798C12D7-4142-4A62-A798-8F84714161B4