CN104929957B - 马达驱动涡轮压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种马达驱动涡轮压缩机。在本发明的压缩机中，在前壳体中形成有中间压力端口，第一排放室和马达室通过中间压力端口彼此连通。具有中间压力的制冷剂被排放至所述第一排放室。因此，能够将第一排放室中的具有中间压力的制冷剂导引至马达室，并且能够通过具有中间压力的制冷剂对在致动期间产生热的电动马达进行冷却。在压缩机中，第一叶轮和第二叶轮设置成使得第一叶轮的大直径部与第二叶轮的大直径部彼此面对。第二叶轮的直径小于第一叶轮的直径。因此，在压缩机中，产生于第一叶轮侧的第一推力和产生于第二叶轮侧的第二推力作用成彼此抵消。第一推力与第二推力的合力减小。

Description

马达驱动涡轮压缩机

技术领域

本发明涉及马达驱动涡轮压缩机。

背景技术

日本专利申请特开N0.H11-294879公开了常规马达驱动涡轮压缩机(下文称为压缩机)。该压缩机包括壳体、电动马达、旋转轴、第一叶轮和第二叶轮。

在壳体中，形成有第一叶轮室、第二叶轮室以及马达室。第一叶轮室位于壳体的一端侧。第二叶轮室位于壳体的另一端侧。马达室位于第一叶轮室与第二叶轮室之间。在壳体中，形成有第一吸入端口、第二吸入端口、第一排放室以及第二排放室。第一吸入端口在壳体的一端侧沿旋转轴的轴向方向延伸并且与第一叶轮室连通。第二吸入端口在壳体的另一端侧沿旋转轴的轴向方向延伸并且与第二叶轮室连通。第一排放室通过第一扩散器与第一叶轮室连通。第二排放室通过第二扩散器与第二叶轮室连通。

此外，第一连通路径和第二连通路径连接至壳体。第一连通路径在一端侧与第一排放室连通并且在另一端侧与马达室连通，同时延伸至壳体外侧。第二连通路径在一端侧与马达室连通并且在另一端侧与第二吸入端口连通，同时延伸至壳体外侧。

旋转轴由壳体以能够旋转的方式支承并且能够在第一叶轮室和第二叶轮室中旋转。电动马达容置在马达室中并且驱动成使旋转轴旋转。第一叶轮和第二叶轮布置成跨过电动马达。第一叶轮的大直径部和第二叶轮的大直径部彼此面对。

第一叶轮联接至旋转轴的一端。第一叶轮通过第一叶轮的旋转使第一叶轮室中的制冷剂的动能增大。此后，第一叶轮通过第一扩散器将制冷剂的动能转换成压力能并压缩制冷剂并且将压缩的制冷剂排放至第一排放室。第二叶轮联接至旋转轴的另一端。第二叶轮通过第二叶轮的旋转使第二叶轮室中的制冷剂的动能增大。此后，第二叶轮通过第二扩散器将制冷剂的动能转换成压力能并压缩制冷剂并且将压缩的制冷剂排放至第二排放室。

在压缩机中，制冷剂从第一吸入端口被吸入。制冷剂通过第一叶轮室和第一扩散器排放至第一排放室。此后，制冷剂通过第一连通路径被引入马达室。制冷剂通过第二连通路径从马达室被吸入第二吸入端口并且通过第二叶轮室和第二扩散器被排放至第二排放室。以此方式，制冷剂以两级的方式被压缩。

在这种情况下，由于第一叶轮的大直径部位于马达室侧，因此产生了用于迫使旋转轴被牵引至第一叶轮室中的第一推力。由于第二叶轮的大直径部也位于马达室侧，因此产生了用于迫使旋转轴被牵引至第二叶轮室中的第二推力。也就是说，第一推力和第二推力可以彼此抵消。此处，也可以设定第一叶轮的外径与第二叶轮的外径之间的差以尽可能减小第一推力与第二推力的合力。在这种情况下，由于推力轴承的尺寸可以减小，因此能够实现制造成本的减少以及压缩机尺寸的减小。

另外，在压缩机中，由于排放至第一排放室的制冷剂通过第一连通路径被引入马达室，因此能够冷却电动马达。因而，能够实现电动马达耐久度的提高。

然而，在压缩机中，第一排放室与马达室通过延伸至壳体外侧的第一连通路径彼此连通。马达室与第二吸入端口通过延伸至壳体外侧的第二连通路径彼此连通。因此，第一连通路径和第二连通路径从壳体的外周向表面突出。影响了压缩机的本体直径的尺寸减小。

另外，在压缩机中，第一叶轮室、第一扩散器以及第一排放室形成在壳体的一端侧。第二叶轮室、第二扩散器以及第二排放室形成在壳体的另一端侧。因此，第一连通路径和第二连通路径必然在轴向方向上较长。因此，在压缩机中，还出现了轴向长度的增大。制冷剂的通道阻力较大。还存在对能量损失的担忧。

已经鉴于过去的情况设计了本发明，并且本发明要解决的问题是提供下述马达驱动涡轮压缩机，在该马达驱动涡轮压缩机中，几乎不发生能量损失，同时确定地实现制造成本的降低、尺寸的减小以及耐久度的提高。

发明内容

本发明的马达驱动涡轮压缩机包括：

壳体，在该壳体中形成有叶轮室和马达室；

电动马达，该电动马达容置在马达室中；

旋转轴，该旋转轴设置在壳体中并且由电动马达驱动以进行旋转；

第一叶轮和第二叶轮，该第一叶轮和该第二叶轮容置在叶轮室中并且设置在旋转轴上使得第一叶轮的大直径部与第二叶轮的大直径部彼此面对；

第一吸入端口，该第一吸入端口形成在壳体中并且构造成将制冷剂吸入叶轮室；

第一排放室，该第一排放室形成在壳体中，并且经由第一吸入端口供给至第一叶轮并且通过第一叶轮的旋转而被压缩的制冷剂被排放至第一排放室中；

中间压力端口，该中间压力端口形成在壳体中，并且第一排放室通过中间压力端口与马达室连通；

第二吸入端口，该第二吸入端口形成在壳体中并且与马达室连通；以及

第二排放室，该第二排放室形成在壳体中，并且经由第二吸入端口供给至第二叶轮并且通过第二叶轮的旋转而被压缩的制冷剂被排放至第二排放室中。第一叶轮、第二叶轮以及电动马达以此顺序沿所述旋转轴的轴向方向布置。第一叶轮和第二叶轮的直径小于马达室的内径。第二叶轮的直径小于第一叶轮的直径。第一排放室相对于旋转轴的径向方向位于第一叶轮的外侧。第二排放室相对于旋转轴的径向方向位于第二叶轮的外侧。中间压力端口相对于旋转轴的径向方向位于第二排放室的外侧。

根据以下描述和附图中公开的实施方式、图中示例的说明以及整个描述和图中公开的本发明的构思，本发明的其他方面和优点将是明显的。

附图说明

图1是示出实施方式中的压缩机的截面图。

图2是根据实施方式的压缩机的从图1中的II-II方向观察的箭头截面图。

图3是根据实施方式的压缩机的从图1中的III-III方向观察的箭头截面图。

图4是根据实施方式的压缩机的从与图2中的方向相同的方向观察的截面图。

图5是根据变型1的压缩机的第一叶轮和第二叶轮的截面图。

图6是根据变型2的压缩机的第一叶轮和第二叶轮的截面图。

具体实施方式

下面参照附图解释实施本发明的实施方式。本实施方式中的压缩机是用于车辆的马达驱动涡轮压缩机。该压缩机安装在车辆上并且构造用于车辆的空调设备的制冷回路。

如图1所示，本实施方式中的压缩机包括壳体1、旋转轴3、电动马达5、第一叶轮7和第二叶轮9。

壳体1包括前壳体11、端板13和后壳体15。

前壳体11包括第一前壳体11a、第二前壳体11b、第三前壳体11c以及第四前壳体11d。在前壳体11中，第一前壳体11a、第二前壳体11b、第三前壳体11c和第四前壳体11d以此顺序从前端侧朝向后端侧接合。前壳体11整体上形成为大致圆筒形形状。在前壳体11中形成有第一叶轮室17、第二叶轮室19、第一扩散器21、第二扩散器23、第一排放室25、第二排放室27、马达室29、第一突出部31、第一吸入端口33、第二吸入端口35、中间压力端口37以及排放端口39。第一叶轮室17和第二叶轮室19构成叶轮室。

第一叶轮室17形成在前壳体11的前端侧。更具体地，第一叶轮室17的前端侧形成在第一前壳体11a中。第一叶轮室17的后端侧形成在第二前壳体11b中。第一叶轮室17形成为从前端侧朝向后端侧直径逐渐扩大的形状。

第二叶轮室19在前壳体11中形成在第一叶轮室17的后侧。更具体地，第二叶轮室19的前端侧形成在第二前壳体11b中。第二叶轮室19的后端侧形成在第三前壳体11c中。第二叶轮室19的直径小于第一叶轮室17的直径。第二叶轮室19形成为从前端侧朝向后端侧直径逐渐缩小的形状。在第二前壳体11b中，形成有在壳体1中沿旋转轴3的轴向方向延伸的第一轴孔41a。

第一扩散器21形成在第二前壳体11b的前端侧并且相对于旋转轴3的径向方向位于第一叶轮室17的外侧。第一扩散器21在第一叶轮室17的最大直径部分中与第一叶轮室17连通。第二扩散器23形成在第三前壳体11c的前端侧并且相对于旋转轴3的径向方向位于第二叶轮室19的外侧。第二扩散器23在第二叶轮室19的最大直径部分中与第二叶轮室19连通。第二扩散器23的直径形成为小于第一扩散器21的直径。

第一排放室25的前端侧形成在第一前壳体11a中。第一排放室25的后端侧形成在第二前壳体11b中。如图2所示，第一排放室25相对于旋转轴3的径向方向位于第一扩散器21的外侧并且与第一扩散器21连通。因此，第一叶轮室17和第一排放室25通过第一扩散器21彼此连通。第一排放室25形成为螺旋形形状。第一排放室25形成为使得通道截面面积逐渐地增大。

如图1所示，第二排放室27的前侧形成在第二前壳体11b中。第二排放室27的后端侧形成在第三前壳体11c中。如图3所示，第二排放室27相对于旋转轴3的径向方向位于第二扩散器23的外侧并且与第二扩散器23连通。因此，第二叶轮室19和第二排放室27通过第二扩散器23彼此连通。与第一排放室25类似，第二排放室27形成为螺旋形形状。第二排放室27形成为使得通道截面面积逐渐增大。

此处，如以上解释的，第二叶轮室19和第二扩散器23的直径分别小于第一叶轮室17和第一扩散器21的直径。因此，如图4所示，第一排放室25相对于旋转轴3的径向方向位于第二排放室27的外侧。此外，如图3所示，第二排放室27的外圆周侧与排放端口39连通。排放端口39沿壳体1的径向方向延伸。

如图1所示，马达室29形成在第四前壳体11d中。因此，在前壳体11中，第一叶轮室17、第二叶轮室19以及马达室29以此顺序从前端侧朝向后端侧而形成。马达室29沿壳体1的轴向方向延伸并且由第四前壳体11d和端板13限定。

第一突出部31在第四前壳体11d中形成在马达室29的前端侧并且沿壳体1的轴向方向朝向马达室29的后端侧延伸。在第一突出部31中，形成有沿壳体1的轴向方向延伸的第二轴孔41b。在第二轴孔41b中，设置有第一径向箔片轴承(radial foil bearing)43a。

第一吸入端口33形成在第一前壳体11a的前端侧。也就是说，第一吸入端口33位于壳体1的前端侧。第一吸入端口33沿壳体1的轴向方向延伸。第一吸入端口33的前端侧通向第一前壳体11a的前端面。第一吸入端口33的后端侧与第一叶轮室17连通。

第二吸入端口35形成为延伸通过第三前壳体11c的后端侧和第四前壳体11d的前端侧。第二吸入端口35的后端侧在第一突出部31的前端侧与马达室29连通。另一方面，第二吸入端口35的前端侧与第二叶轮室19连通。另外，第二吸入端口35与第二轴孔41b连通。马达室29、第二轴孔41b以及第二叶轮室19通过第二吸入端口35彼此连通。

如图1所示，中间压力端口37相对于旋转轴3的径向方向位于第二排放室27的外侧。中间压力端口37形成为沿壳体1的轴向方向延伸通过第二前壳体11b至第四前壳体11d。如图2所示，在第二前壳体11b中，中间压力端口37的前端侧与第一排放室25的外圆周侧连通。另一方面，如图1所示，在第四前壳体11d中，中间压力端口37的后端侧与马达室29连通。因此，第一排放室25与马达室29通过中间压力端口37在轴向方向上彼此连通。此外，如图4所示，在前壳体11中，中间压力端口37和排放端口39形成在沿径向方向平移的位置中。

端板13接合至第四前壳体11d的后端，即前壳体11的后端。马达室29的后端由端板13限定。在端板13中，形成有沿壳体1的轴向方向朝向马达室29侧延伸的第二突出部45。在第二突出部46中，形成有沿壳体1的轴向方向延伸的第三轴孔41c。在第三轴孔41c中，设置有第二径向箔片轴承43b。

后壳体15位于壳体1的后面并且接合至端板13。即，后壳体15连同前壳体11将端板13夹在中间。在后壳体15中，设置有第一推力箔片轴承47a、第二推力箔片轴承47b和支承板49。第一推力箔片轴承47a位于支承板49的前端侧并且被端板13与支承板49夹在中间。第二推力箔片轴承47b位于支承板49的后端侧并且被支承板49与后壳体15夹在中间。

旋转轴3包括旋转轴主体30a、位于旋转轴主体30a的前端侧的第一小直径部30b以及位于旋转轴主体30a的后端侧的第二小直径部30c。旋转轴主体30a以旋转轴3的最大直径形成。另一方面，第一小直径部30b和第二小直径部30c二者的直径形成为小于旋转轴主体30a的直径。第一小直径部30b的直径形成为小于第二小直径部30c的直径。

旋转轴3插入穿过壳体1并且能够在壳体1中旋转。具体地，旋转轴主体30a的前端侧插入穿过第二轴孔41b并且由第一径向箔片轴承43a以能够旋转的方式支承。另一方面，旋转轴主体30a的后端侧插入穿过第三轴孔41c并且由第二径向箔片轴承43b以能够旋转的方式支承。另外，第一小直径部30b插入穿过第一轴孔41a。第一小直径部30b的后端侧位于第二吸入端口35中。也就是说，旋转轴3的一部分暴露于第二吸入端口35中。第二小直径部30c在后壳体15中插入穿过支承板49。因此，第二小直径部30c以及引申开来的旋转轴3，由第一推力箔片轴承47a和第二推力箔片轴承47b经由支承板49支承。

电动马达5设置在马达室29中。电动马达5包括定子5a和转子5b。定子5a固定至马达室29的内壁。定子5a电连接至未示出的电池。转子5b相对于旋转轴3的径向方向位于定子5a的内侧。在马达室29中，转子5b设置在第一突出部31与第二突出部45之间。转子5b固定至旋转轴主体30a。因此，转子5b能够在定子5a中与旋转轴3一体地旋转。

第一叶轮7压配至第一小直径部30b的前端侧并且设置在第一叶轮室17中。因此，第一叶轮7能够根据旋转轴3的旋转在第一叶轮室17中旋转。第一叶轮7的直径形成为小于马达室29的内径。第一叶轮7形成为从前端侧朝向后端侧直径逐渐扩大的形状。第一叶轮7的后端侧形成为大直径部7a。另外，在第一叶轮7的表面上以预定的间隔设置有多个叶片70。

第二叶轮9压配至第一小直径部30b的后端侧并且设置在第二叶轮室19中。因此，第二叶轮9能够根据旋转轴3的旋转在第二叶轮室19中旋转。第二叶轮9的直径也形成为小于马达室29的内径。另外，第二叶轮9形成为类似第一叶轮7并且形成为具有为第一叶轮7的尺寸的大约70％至90％的尺寸。第二叶轮9形成为从前端侧朝向后端侧直径逐渐缩小的形状。第二叶轮9设置在第一小直径部30b上使得在前端侧的大直径部9a位于前壳体11的前端侧。因此，在压缩机中，在前壳体11中，第一叶轮7和第二叶轮9沿第一叶轮7的后侧与第二叶轮9的后侧彼此面对的方向设置。另外，在第二叶轮9的表面上以预定间隔设置有多个叶片90。

在压缩机中，连接至冷凝器101的管201连接至排放端口39。冷凝器101通过管202和膨胀阀102连接至蒸发器103。蒸发器103通过管203连接至第一吸入端口33。用于车辆的空调设备的制冷回路由压缩机、冷凝器101、膨胀阀102、蒸发器103等构成。

在如上所述构成的压缩机中，定子5a通过电动马达5的电力使转子5b旋转。因此，旋转轴3被驱动成在壳体1中绕旋转轴线O旋转。因此，第一叶轮7在第一叶轮室17中旋转。第二叶轮9在第二叶轮室19中旋转。

另外，穿过蒸发器103的低压制冷剂通过管203被吸入第一吸入端口33并且到达第一叶轮室17的内部。在第一叶轮室17中旋转的第一叶轮7增大了第一叶轮室17中的制冷剂的动能。此后，第一叶轮7通过第一扩散器21将制冷剂的动能转换成压力能并压缩制冷剂并将压缩的制冷剂排放至第一排放室25。因此，第一排放室25中的制冷剂的压力改变为中间压力。具有中间压力的制冷剂从第一排放室25循环至中间压力端口37并流入马达室29中，如在图1中由实线箭头所指示的。

流入马达室29中的制冷剂从第二吸入端口35被吸入第二叶轮室19，如在图1中由实线箭头所指示的。在这种情况下，循环通过第二吸入端口35的制冷剂被吸入第二叶轮室19同时与旋转轴3的第一小直径部30b相接触。在第二叶轮室19中旋转的第二叶轮9增大第二叶轮室19中的制冷剂的动能。此后，第二叶轮9通过第二扩散器23将制冷剂的动能转换成压力能并压缩制冷剂并且将压缩的制冷剂排放至第二排放室27。以此方式，在压缩机中，从第一吸入端口33吸入的制冷剂以两级的方式被压缩。

在压缩机中，第一叶轮7、第二叶轮9以及电动马达5以此顺序沿旋转轴3的轴向方向布置。因此，在压缩机中，第一叶轮室17、第二叶轮室19以及马达室29以此顺序相对于前壳体11从前端侧朝向后端侧沿轴向方向布置。在压缩机中，中间压力端口37形成在前壳体11中并且相对于旋转轴3的径向方向位于第二排放室27的外侧。第一排放室25和马达室29通过中间压力端口37沿前壳体11的轴向方向彼此连通。因此，在压缩机中，在前壳体11中，能够将第一排放室25中的具有中间压力的制冷剂导引通过中间压力端口37至马达室29。因而，在压缩机中，能够通过具有中间压力的制冷剂对在致动期间产生热的电动马达5进行冷却。

在压缩机中，中间压力端口37沿前壳体11的轴向方向形成。因此，能够抑制压缩机本体直径的增大。另外，由于第一叶轮7和第二叶轮9二者的直径小于马达室29的内径，因此能够抑制压缩机的本体直径的增大。此处，在压缩机中，第二叶轮9的直径小于第一叶轮7的直径。第二叶轮室19的尺寸小于第一叶轮室17的尺寸。因此，在压缩机中，能够容易地使第一排放室25与马达室29通过中间压力端口37沿轴向方向彼此连通。

另外，在压缩机中，第二吸入端口35形成在前壳体11中。第一排放室25与第二吸入端口35通过中间压力端口37和马达室29彼此连通。在压缩机中，第一叶轮室17、第二叶轮室19以及马达室29以此顺序相对于前壳体11沿轴向方向形成。因此，在压缩机中，在前壳体11中，第二吸入端口35和马达室29靠近彼此布置。第二吸入端口35的后端侧通向马达室29。因此，在压缩机中，马达室29中的制冷剂被适当地吸入第二吸入端口35。因此，在压缩机中，能够减小从马达室29循环至第二叶轮室19的制冷剂的能量损失。

在压缩机中，循环通过第二吸入端口35的制冷剂被吸入第二叶轮室19中同时与第一小直径部30b相接触。因此，在压缩机中，能够通过循环通过第二吸入端口35的制冷剂对旋转轴3进行冷却。

另外，在压缩机中，第一叶轮7和第二叶轮9沿第一叶轮7的后侧与第二叶轮9的后侧彼此面对的方向设置。也就是说，在压缩机中，第一叶轮7和第二叶轮9设置有面向彼此的大直径部7a和9a。在压缩机中，第二叶轮9的直径形成为小于第一叶轮7的直径。因此，在压缩机中，第一推力和第二推力作用成彼此抵消。第一推力和第二推力的合力减小。因此，在压缩机中，能够采用小尺寸的第一推力箔片轴承47a和第二推力箔片轴承47b。

因而，就实施方式中的压缩机而言，几乎不发生动力损失，同时确定地实现了制造成本的减少、尺寸的减小以及耐久度的提高。

以上根据实施方式解释了本发明。然而，本发明不限于该实施方式。毋庸置疑的是可以在不背离本发明的主旨的情况下适当地改变和应用本发明。

例如，尽管实施方式中的第一叶轮7和第二叶轮9为分别压配至旋转轴3的第一小直径部30b的前端侧和后端侧的分开的构件，但第一叶轮7和第二叶轮9可以结合成叶轮8(变型1)，如图5所示。另外，第一叶轮7和第二叶轮9可以通过使用连接器10结合成叶轮12(变型2)，如图6所示。

Claims (2)

1.一种马达驱动涡轮压缩机，包括：

壳体，在所述壳体中形成有叶轮室和马达室；

电动马达，所述电动马达容置在所述马达室中；

旋转轴，所述旋转轴设置在所述壳体中并且由所述电动马达驱动以进行旋转；

第一叶轮和第二叶轮，所述第一叶轮和所述第二叶轮容置在所述叶轮室中并且设置在所述旋转轴上使得所述第一叶轮的大直径部与所述第二叶轮的大直径部彼此面对；

第一吸入端口，所述第一吸入端口形成在所述壳体中并且构造成将制冷剂吸入到所述叶轮室中；

第一排放室，所述第一排放室形成在所述壳体中，并且经由所述第一吸入端口供给至所述第一叶轮并且通过所述第一叶轮的旋转而被压缩的所述制冷剂被排放至所述第一排放室中；

中间压力端口，所述中间压力端口形成在所述壳体中，并且所述第一排放室通过所述中间压力端口与所述马达室连通；

第二吸入端口，所述第二吸入端口形成在所述壳体中并且与所述马达室连通；以及

第二排放室，所述第二排放室形成在所述壳体中，并且经由所述第二吸入端口供给至所述第二叶轮并且通过所述第二叶轮的旋转而被压缩的所述制冷剂被排放至所述第二排放室中，其中，

所述第一叶轮、所述第二叶轮以及所述电动马达以此顺序沿所述旋转轴的轴向方向布置，

所述第一叶轮的直径和所述第二叶轮的直径小于所述马达室的内径，

所述第二叶轮的直径小于所述第一叶轮的直径，

所述第一排放室相对于所述旋转轴的径向方向位于所述第一叶轮的外侧，

所述第二排放室相对于所述旋转轴的径向方向位于所述第二叶轮的外侧，以及

所述中间压力端口相对于所述旋转轴的径向方向位于所述第二排放室的外侧。

2.根据权利要求1所述的马达驱动涡轮压缩机，其中，

所述叶轮室包括容置所述第二叶轮的第二叶轮室，

所述马达室通过所述第二吸入端口与所述第二叶轮室连通，以及

所述旋转轴的一部分暴露于所述第二吸入端口中。