CN101334025B - 用于增压器组件的转子组件及包含该转子组件的增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于增压器组件的转子组件。所述转子组件包括至少一个凸瓣，所述凸瓣限定了至少一个腔。所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述至少一个凸瓣。本发明还公开了一种集成了所述转子组件的增压器。

Description

用于增压器组件的转子组件及包含该转子组件的增压器
技术领域
本发明涉及一种用于压缩机或增压器组件的液冷式转子组件。 
背景技术
工业和汽车应用中采用罗兹型和螺纹型容积式压缩机。压缩机或增压器可操作地连接到内燃机，以增加连通到内燃机的进口空气体积，从而提高其容积效率。典型地，增压器包括两个相互交错、反向旋转的转子，每个转子形成有多个凸瓣(lobe)，用于输送进口空气，然后引入内燃机。增压器的效率取决于两个转子的每一个与壳体之间的运行间隙，两个转子可旋转地支撑在所述壳体中。 
发明内容
本发明提供了一种用于增压器组件的转子组件。所述转子组件包括至少一个凸瓣，所述凸瓣限定了至少一个腔。所述至少一个腔配置为包含流体，例如油或冷却剂，所述流体可操作用于冷却所述至少一个凸瓣 
在一个实施例中，所述转子组件包括可旋转的轴构件，所述至少一个凸瓣可操作地连接到所述轴构件。所述轴构件限定了进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔。所述轴构件还限定了返回通道，所述返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出。所述进给通道大致(或称一般性地)沿所述轴构件的旋转轴线设置，而所述返回通道大致邻近所述轴构件的外周设置。本发明还公开了一种集成了所述转子组件的增压器。 
此外，本发明还涉及以下技术方案。
1、一种用于增压器组件的转子组件，包括：
限定了至少一个腔的至少一个凸瓣；
其中，所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述至少一个凸瓣； 
可旋转的轴构件；
其中，所述至少一个凸瓣可操作地连接到所述轴构件；
其中，所述轴构件限定了进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔，并且所述轴构件限定了返回通道，所述返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出；
其中，所述至少一个凸瓣与所述轴构件共同限定了环形通道，所述环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述返回通道之间连通所述流体。
2、如技术方案1所述的转子组件，其中，所述流体是冷却剂和油中的一种。
3、如技术方案1所述的转子组件，其中，所述进给通道大致沿所述轴构件的旋转轴线设置。
4、如技术方案1所述的转子组件，其中，所述返回通道大致邻近所述轴构件的外周设置。
5、如技术方案1所述的转子组件，其中，所述至少一个腔是横向钻孔形成的。
6、一种增压器组件，包括：
壳体，限定了转子腔；
第一转子组件和第二转子组件，所述第一转子组件通过第一轴构件可旋转地支撑在所述转子腔内，所述第二转子组件通过第二轴构件可旋转地支撑在所述转子腔内；
其中，所述第一转子组件包括第一多个凸瓣，所述第二转子组件包括第二多个凸瓣；
其中，所述第一多个凸瓣和第二多个凸瓣中的每一个限定了至少一个腔；而且
其中，所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述第一多个凸瓣和第二多个凸瓣；
其中，所述第一轴构件和第二轴构件分别限定了至少一个进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔，其中，所述第一轴构件限定了第一返回通道，所述第二轴构件限定了第二返回通道，这些返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出；并且 
其中，所述第一多个凸瓣与所述第一轴构件共同限定了第一环形通道，所述第二多个凸瓣与第二轴构件共同限定了第二环形通道，所述第一环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述第一返回通道之间连通所述流体，所述第二环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述第二返回通道之间连通所述流体。
7、如技术方案6所述的增压器组件，其中，所述流体是冷却剂和油中的一种。
8、如技术方案6所述的增压器组件，其中，所述进给通道设置为大致沿所述第一轴构件和第二轴构件的每一个的旋转轴线。
9、如技术方案6所述的增压器组件，其中，所述第一返回通道设置为大致邻近所述第一轴构件的外周，所述第二返回通道设置为大致邻近所述第二轴构件的外周。
10、一种用于增压器组件的转子组件，包括：
可旋转的轴构件；
多个凸瓣，从所述轴构件大致径向地延伸，所述多个凸瓣的每一个限定了至少一个腔；
其中，所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述多个凸瓣的每一个；
其中，所述轴构件限定了至少一个进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔；以及
其中，所述轴构件限定了返回通道，所述返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出；
其中，所述多个凸瓣与所述轴构件共同限定了环形通道，所述环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述返回通道之间连通所述流体。
11、如技术方案10所述的转子组件，其中，所述流体是冷却剂和油中的一种。
12、如技术方案10所述的转子组件，其中，通过泵将所述流体连通到所述进给通道。
通过下文中对本发明最佳实施例的详细描述并结合附图，本发明的上述特征、优点以及其它特征和优点将变得显而易见。 
附图说明
图1是增压器组件的示意性透视图，所述增压器组件配置为 和内燃机使用； 
图2是在图1的增压器组件中使用第一和第二转子组件的透视图； 
图3是第一转子组件的两个相邻凸瓣的沿图2中的线3-3剖切的非平面或旋转剖视图； 
图4是图1至图3的第一转子组件的替代性实施例的类似于图3的非平面或旋转剖视图，。 
具体实施方式
参照附图，所有附图中同样的附图标记对应于相同或类似的构件，图1中所示的压缩机或增压器组件总体上用标记10表示。增压器组件10包括壳体12。壳体12限定了进口通道14，所述进口通道14配置为将进口空气(用箭头16表示)引入增压器组件10。壳体12还限定了出口通道18，所述出口通道18配置为将进口空气16从增压器组件10排出。 
转子腔20由壳体12限定，且被配置为包含第一转子组件22和第二转子组件24，所述第一转子组件22和第二转子组件24分别被可旋转地设置在转子腔20中。第一转子组件22和第二转子组件24相互交错，相对于彼此反向旋转。第一转子组件22包括多个凸瓣26，如果从进口通道14观察，凸瓣26以顺时针扭转的螺旋形状沿径向向外延伸，而第二转子组件24包括多个凸瓣28，如果从进口通道14观察，凸瓣28以逆时针扭转的螺旋形状沿径向向外延伸。第一转子组件22和第二转子组件24相互配合将进口空气16从进口通道14输送到出口通道18。第一转子组件22和第二转子组件24由各自的第一轴构件30和第二轴构件32可旋转地支撑在转子腔20内。 
在增压器组件10操作期间，第一转子组件22和第二转子组件24相互配合将进口空气16从进口通道14输送到出口通道18。当进口空气16从进口通道14转移到出口通道18时，其温度会增加，从而沿第一转子组件22和第二转子组件24的纵向轴线形成热梯度。结果，在增压器组件10操作期间第一转子组件22和第二转子组件24的热膨胀度增加，从而增加了“磨损”的可能性。磨损被定义为因为第一转子组件22和第二转子组件24相互接触或者与壳体12接触而导致的金属 迁移。在增压器组件10操作时，当运行间隙(即凸瓣26、28与壳体12之间的间隙尺度)为零时，发生磨损，导致第一转子组件22、第二转子组件24与壳体12之间出现干涉状态和材料迁移。 
图1示意性地示出了冷却系统34，例如回路或简单的容器，冷却系统34可操作用于在增压器组件10操作期间进行冷却或者从第一转子组件22和第二转子组件24的凸瓣26、28抽取热能。通过冷却凸瓣26、28，能够将第一转子组件22和第二转子组件24的热膨胀最小化，从而降低磨损的可能性。此外，因为在增压器组件10操作期间凸瓣26、28的尺寸稳定性得到提高，所以冷却系统34使得第一转子组件22、第二转子组件24与壳体12之间的运行间隙更紧密。冷却系统34包括流体36的源35，流体36例如为来自增压器组件10的齿轮箱(未示出)的油、或者来自液气增压器中间冷却器(未示出)或引擎(未示出)的冷却剂、或者是完全独立的流体回路；但是，本领域技术人员能够认识到在冷却系统34内也可以使用其它流体，并且仍然落入权利要求的范围。泵38与源35流体连通，并且可操作用于将加压流体36传递给进给通道40、42，以实现第一转子组件22和第二转子组件24的冷却，进给通道40、42由各自的第一轴构件30和第二轴构件32限定。环形槽41、43部分地由各自的第一轴构件30和第二轴构件32限定。环形槽41、43可操作用于将流体36返回到源35。 
参照图2，其示出了第一转子组件22和第二转子组件24的透视图，在该透视图中更详细地示出了凸瓣26、28的大致螺旋形的形状。此外，示出了进给通道40、42以及环形槽41、43。 
参照图3更详细地讨论第一转子组件22和第二转子组件24的结构和操作。虽然图3中只示出第一转子组件22，但是应当理解，第二转子组件24采用相同的一般性结构。参照图3并继续参照图1，图3中示出第一转子组件22的非平面剖视图。截面是沿图2中的线3-3剖切的，并且大致以凸瓣26的螺旋角旋转。第一轴构件30可绕着旋转轴线(用A表示)旋转。进给通道40大致沿旋转轴线A延伸，并与大致径向延伸通道42连通，径向延伸通道42由第一轴构件30限定。径向延伸通道42与腔44连通，腔44由凸瓣26限定。虽然图3中仅示出一个径向延伸通道42，但是应当理解，由凸瓣26限定的每个腔44都与各自的径向延伸通道42连通。凸瓣26与第一轴构件30相互配合限定一般性 的环形通道46。环形通道46沿着第一轴构件30轴向地延伸，与第一轴构件30限定的返回通道48连通。返回通道48大致沿第一轴构件30的外周轴向地延伸。 
在图1的增压器组件10操作期间，冷却系统34向进给通道40提供流体36，如图3中箭头所示。流体36通过径向延伸通道42被径向向外地推入腔44。流体36至少部分地通过因为第一轴构件30的旋转而施加给它的离心力被径向向外地推动。随后，流体36流过腔44的长度，抽取热能，从而冷却第一转子组件22的凸瓣26。流过腔44的长度之后的流体36被排入一般性的环形通道46，在环形通道46处，流体被连通到返回通道48，随后连通到冷却系统34。环形槽41由第一轴构件30限定，并且可操作以用于帮助从返回通道48排出流体36。 
通过冷却凸瓣26、28，可将凸瓣26、28与壳体12之间的运行间隙最小化，同时降低磨损的可能性。因此，通过将凸瓣26、28的温度保持在预定限度内，可提高增压器组件10的运行效率。应当理解，在第一转子组件22的某些配置和增压器组件10的某些运行速度下，因为进给通道40沿着第一轴构件30的旋转轴线A设置在中心，同时返回通道48设置在第一轴构件30的外周，所以泵38不是必须的。因此，通过第一轴构件30的旋转而施加给流体36的离心力足以代替泵38，将流体36泵送通过第一转子组件22。第一转子组件22和第二转子组件24可具有螺旋型、螺纹型、或者直线型的凸瓣26、28构型，并且仍然落入权利要求的范围。如上所述，第一转子组件22和第二转子组件24的凸瓣26、28具有一般性的螺旋形状；因此，在第一转子组件22和第二转子组件24旋转期间流体36被泵送通过腔44。 
参照图4，其中示出图1至图3的第一转子组件22的替代性实施例，总体上用22A表示。第一转子组件22A与第一转子组件22相似；但是，通过对凸瓣26A横向钻孔形成腔44。插塞50(例如杯状插塞或球轴承安装在凸瓣26A上)可操作用于防止流体36在第一转子组件22A操作期间从腔44泄漏。通过对凸瓣26A横向钻孔，传统的(即非液冷式的)转子组件可适应成液冷式转子组件。此外，通过与熔模铸造或其它铸造方法相反的横向钻孔方法，可在某些转子形状(例如螺旋形)内更容易地形成腔44。 
在第一转子组件22A的操作中，流体36连通到进给通道40， 随后经由径向延伸通道42连通到腔44。与图3的第一转子组件22的情况一样，流体36流过腔44的长度，抽取热能，从而冷却第一转子组件22A的凸瓣26A。流体流过凸瓣26A后被排入返回通道48，随后经由环形槽41连通到冷却系统34。 
虽然本发明集中讨论了增压器组件10在内燃机中的应用，但是本领域技术人员能够认识到增压器10存在其它应用，例如工业应用中的压缩机、燃料电池应用中的压缩机等等。虽然上面详细描述了本发明的最佳实施例，但是本领域技术人员能够认识到，用于实现本发明的各种替代性设计和实施例都将落入所附权利要求书的范围内。 

Claims (12)

1.一种用于增压器组件的转子组件，包括：
限定了至少一个腔的至少一个凸瓣；
其中，所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述至少一个凸瓣；
可旋转的轴构件；
其中，所述至少一个凸瓣可操作地连接到所述轴构件；
其中，所述轴构件限定了进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔，并且所述轴构件限定了返回通道，所述返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出；
其中，所述至少一个凸瓣与所述轴构件共同限定了环形通道，所述环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述返回通道之间连通所述流体。
2.如权利要求1所述的转子组件，其中，所述流体是冷却剂和油中的一种。
3.如权利要求1所述的转子组件，其中，所述进给通道大致沿所述轴构件的旋转轴线设置。
4.如权利要求1所述的转子组件，其中，所述返回通道大致邻近所述轴构件的外周设置。
5.如权利要求1所述的转子组件，其中，所述至少一个腔是横向钻孔形成的。
6.一种增压器组件，包括：
壳体，限定了转子腔；
第一转子组件和第二转子组件，所述第一转子组件通过第一轴构件可旋转地支撑在所述转子腔内，所述第二转子组件通过第二轴构件可旋转地支撑在所述转子腔内；
其中，所述第一转子组件包括第一多个凸瓣，所述第二转子组件包括第二多个凸瓣；
其中，所述第一多个凸瓣和第二多个凸瓣中的每一个限定了至少一个腔；而且
其中，所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述第一多个凸瓣和第二多个凸瓣；
其中，所述第一轴构件和第二轴构件分别限定了至少一个进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔，其中，所述第一轴构件限定了第一返回通道，所述第二轴构件限定了第二返回通道，这些返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出；并且
其中，所述第一多个凸瓣与所述第一轴构件共同限定了第一环形通道，所述第二多个凸瓣与第二轴构件共同限定了第二环形通道，所述第一环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述第一返回通道之间连通所述流体，所述第二环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述第二返回通道之间连通所述流体。
7.如权利要求6所述的增压器组件，其中，所述流体是冷却剂和油中的一种。
8.如权利要求6所述的增压器组件，其中，所述进给通道设置为大致沿所述第一轴构件和第二轴构件的每一个的旋转轴线。
9.如权利要求6所述的增压器组件，其中，所述第一返回通道设置为大致邻近所述第一轴构件的外周，所述第二返回通道设置为大致邻近所述第二轴构件的外周。
10.一种用于增压器组件的转子组件，包括：
可旋转的轴构件；
多个凸瓣，从所述轴构件大致径向地延伸，所述多个凸瓣的每一个限定了至少一个腔；
其中，所述至少一个腔配置为包含流体，所述流体可操作用于冷却所述多个凸瓣的每一个；
其中，所述轴构件限定了至少一个进给通道，所述进给通道可操作用于将所述流体连通到所述至少一个腔；以及
其中，所述轴构件限定了返回通道，所述返回通道可操作用于将所述流体从所述至少一个腔排出；
其中，所述多个凸瓣与所述轴构件共同限定了环形通道，所述环形通道可操作用于在所述至少一个腔与所述返回通道之间连通所述流体。
11.如权利要求10所述的转子组件，其中，所述流体是冷却剂和油中的一种。
12.如权利要求10所述的转子组件，其中，通过泵将所述流体连通到所述进给通道。
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