滾動轉子式壓縮機滑片部件專利技術分析

摘 要：基于專利數據庫檢索結果，梳理滾動轉子式壓縮機滑片部件的專利技術狀況，通過申請總量、技術分支分布、技術演進及重要申請人等方面的信息，歸納總結出該領域技術發展走向及重點申請人研發側重等重要結論。

關鍵詞：滾動轉子式壓縮機;滑片;專利;技術分支;發展狀況

中圖分類號：TB652? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）12-0044-03

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

0? ? 引言

滾動轉子式壓縮機也稱為滾動活塞式壓縮機，屬于回轉式壓縮機的一種[1-2]。目前，滾動轉子式壓縮機廣泛應用于小型空調和制冷裝置中，在容量為10 kW以下的機型中，滾動轉子式壓縮機有很大的優勢，在小容量范圍內有代替往復式壓縮機的趨勢[3]。

1? ? 滾動轉子式壓縮機基本概況

1.1? ? 滾動轉子式壓縮機基本部件及工作原理

滾動轉子式壓縮機的基本壓縮結構如圖1所示，其由滾動活塞、氣缸、滑片及其背部的彈簧、偏心輪軸和上下缸蓋等主要零件組成。滾動活塞位于氣缸內，上下端面分別由上缸蓋和下缸蓋所包圍，氣缸的吸、排氣孔之間開有一徑向槽，槽內容納有能沿該槽往復運動的滑片，滑片背部裝有彈簧，依靠彈簧力和背壓的作用，滑片端部緊壓在滾動活塞外表面上，由此將月牙形空間分成吸氣腔和排氣腔兩部分[4]。壓縮機工作時，轉子主軸在原動機的帶動下旋轉，偏心活塞緊貼氣缸內壁面回轉，月牙形空間容積隨之發生周期性變化，從而完成吸氣、壓縮和排氣的過程。

1.2? ? 滑片部件的主要技術問題

針對滾動轉子式壓縮機，滑片是其壓縮機構中的重要部件，首先，其在運動過程中同時承受壓差力、彈簧力等多重作用力綜合作用，端部始終與活塞緊密接觸，該處潤滑情況一般處于邊界潤滑狀態，極易引起磨損，導致活塞與滑片咬合、卡死等現象發生，嚴重影響壓縮機性能;其次，滾動轉子式壓縮機內的主要泄漏是由于溶有制冷劑的潤滑油泄漏到低壓腔后，部分制冷劑蒸發造成的，而滑片是分割高壓腔與低壓腔的擋板，滑片兩端與上下端蓋之間的間隙、滑片與滑片槽之間的間隙均構成制冷劑泄漏的重要通道。除此之外，滑片作為壓縮機構中的核心運動部件之一，其潤滑、冷卻、運動穩定性、背壓控制等各方面性能均直接關系到壓縮機的工作效率[5-6]。

2? ? 滑片部件專利技術狀況分析

本文主要針對滾動轉子式壓縮機滑片部件的結構和材料兩個方面的專利技術進行研究，選取專利數據庫CNABS和DWPI進行檢索。檢索使用的主要IPC分類號涉及F04C18/356、F04C29+，中文關鍵詞包括“滑片”“葉片” “滑板”，英文關鍵詞包括“vane” “blade”? “slider” “slipper”。針對去噪后的專利數據樣本，結合數據庫中申請日、申請人、公司代碼、摘要、權利要求、被引證次數和同族情況等信息，對滾動轉子式壓縮機滑片部件的專利申請量、技術分支發展狀況、主要技術分支的演進情況以及重要申請人4個方面內容進行了重點分析。

2.1? ? 申請量年度分布

滾動轉子式壓縮機滑片部件專利申請的年度分布如圖2所示?？梢钥闯?，全球范圍內有關滑片部件的專利申請始于20世紀70年代，隨著滾動轉子式壓縮機整體技術的發展，90年代開始，有關滑片部件的申請量開始迅速上升，并在隨后的10年期間進入相對穩定的發展階段。2005開始，隨著相關技術的日益成熟，加上受世界經濟形勢的影響，全球范圍內的專利申請量開始下降。2000年之后，隨著中國加入WTO，國內經濟政策日益開放，制冷、空調領域技術發展迅速，國外大型企業也開始與中國企業開展技術合作，國內專利申請量進入持續增長階段。2013年開始，我國的專利申請量已經占到全球申請總量的一半以上。此外，2019年起，全球經濟受到新冠疫情沖擊明顯，全球及中國申請量均呈下降趨勢。

2.2? ? 滑片部件技術分支分析

通過對各技術分支下的專利文獻數量進行統計，得到滾動轉子式壓縮機滑片部件各技術分支的專利分布情況。從滑片部件的專利技術整體而言，結構類專利文件數量遠大于材料類專利，約占到總申請量的80%。

結構類專利中，“帶有功能性附件”形式的滑片種類繁多，例如有關定位、支承、防止異常磨損等多種類型的附件，并且近年來通過在葉片中設置附件實現背壓、流量的精確調節等方面的相關技術發展迅速，因此，該部分的專利申請量最大?！岸瞬啃途€”和“具有流體通道”方面的改進可以最直接有效地改善滑片的磨損和潤滑性能，該兩部分的專利申請也占到較大的比例。材料類專利文件中，鑄鐵/鋼合金和氮化表層的滑片材料占到材料類總申請量的近80%，類金剛石、陶瓷以及其他材料雖然在硬度、耐磨性等方面具有優良的性能，但由于加工難度大、材料成本高等因素的限制，專利申請所占比例較小。

2.3? ? 重要技術分支專利技術演進

按照時間對滾動轉子式壓縮機滑片部件的重點專利技術進行梳理。有關滾動轉子式壓縮機滑片部件材料方面的研究起步較早，早期專利文件的技術內容主要涉及合金材料的成分選擇和加工工藝。20世紀90年代以后，普通的滲氮技術從理論到工藝都日趨完善，為適應替代制冷劑的潤滑需求，提高滑片表層材料的耐磨損性能，該階段有關表面滲氮、離子鍍層的改進工藝開始興起并快速發展。結構方面，滑片端部型線的發展由簡單的非對稱式端面開始，隨著計算模型的完善，結合曲率半徑、偏心量、滑片厚度、高度等多個參數，可實現對滑片的端面型線作出完整限定。滑片端部與轉子表面接觸方式的改進技術自20世紀90年代開始持續發展，且該方面的技術改進多與潤滑、附件等其他方面的技術手段相互融合。針對滑片部件中的功能性附件，早期的簡單附件多為實現滑片定位、導向等功能，2000年以后，壓縮機容量調節、精密控制等方面的要求越來越高，滑片附件的功能也隨之得到全面擴展，從目前的專利申請情況來看，該方向已經成為滾動轉子式壓縮機滑片部件的重點發展方向之一。798C12D7-4142-4A62-A798-8F84714161B4

2.4? ? 重要申請人分析

根據滾動轉子式壓縮機滑片部件專利文件中申請人和申請量的統計結果，得到該領域全球重點申請人申請量排名情況，如圖3所示。排名前10位的申請人均為在制冷設備、家電領域具有雄厚實力的大型企業，其中，日本企業占據6席位置，韓國、中國企業各占2席。

下面對松下電器、LG、東芝、日立4個國外重要申請人以及進入排名前10的國內申請人GMCC美芝、珠海格力的基本情況進行簡要分析：

（1）松下電器產業株式會社：世界著名大型跨國企業，1918年成立于日本，松下空調作為松下電器家電產業的核心事業，成立于1957年，至今已有65年發展歷史，是世界一流的空調器產品生產廠家。其在滾動轉子式壓縮機滑片部件領域的研究起步較早，各技術分支發展狀況較為均衡，尤其在滑片部件表面滲氮方面擁有較多專利技術。

（2）樂金電子株式會社（LG）：LG集團于1947年成立于韓國首爾，是領導世界產業發展的國際性企業集團，20世紀60年代開始進入冰箱、空調等制冷設備領域。在滾動轉子式壓縮機滑片部件技術中，其研究的側重點在滑片結構形式及控制組件機構方面的改進和研發，尤其在可變容滑片機構控制方面，擁有較為核心的專利技術。

（3）東芝株式會社：公司1875年7月創立于日本，在20世紀60至90年代的發展過程中以家用電器、重型電機等為重點業務領域，90年代以后逐步轉向數字技術、移動通信技術和網絡技術等領域，因此，其有關滾動轉子式壓縮機滑片部件的相關專利申請年代相對較早，且主要集中于材料方面的改進。

（4）株式會社日立制作所：于20世紀60年代來到中國，成為早期進入中國市場的少量外資企業之一，主要產品是空調、冰箱等電器。對滾動轉子式壓縮機滑片部件的流體通道設置、端部型線設計、功能性附件等技術的研究較為深入，除專利申請之外，上海日立、廣州日立等中國子公司的研究部門在各類學術期刊、大型制冷技術會議中發表過多篇有關滑片部件的設計、潤滑等方面的學術文章。

（5）GMCC美芝制冷設備有限公司：美芝是一家專業化研發、生產、銷售空調用旋轉式壓縮機、往復式冰箱壓縮機的大型中日合資企業，由中國廣東美的電器股份有限公司控股、日本東芝開利株式會社參股組建而成。就其滑片部件的專利申請而言，主要涉及滑片結構方面，主要依賴于日本東芝的技術支持，雖然申請總量大，但核心技術較少。

（6）珠海格力電器股份有限公司：成立于1991年，是集研發、生產、銷售、服務于一體的國有控股家電企業，旗下的核心企業凌達壓縮機有限公司是目前國內最具規模和實力的空調壓縮機生產企業之一，在旋轉式壓縮機的核心部件方面擁有大量專利技術，針對滾動轉子式壓縮機的滑片部件，其專利也主要分布于結構改進方面。

3? ? 結語

本文從申請總量、技術分支分布、技術演進及重要申請人4個方面對滾動轉子式壓縮機滑片部件的專利技術狀況進行梳理，總結了本領域技術發展走向及重點申請人研發側重等結論，有助于本領域技術人員快速了解關鍵技術發展路線，為該領域專利布局提供有力支持。

[參考文獻]

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[6] 陳鋒.R410A空調壓縮機用滑片的表面處理[D].上海：上海交通大學，2008.

收稿日期：2022-03-25

作者簡介：李楊青（1989—），女，山東濟寧人，碩士研究生，助理研究員，研究方向：流體機械領域專利審查。798C12D7-4142-4A62-A798-8F84714161B4