CN105189927B - 带有发电涡卷的涡旋式膨胀机 - Google Patents

带有发电涡卷的涡旋式膨胀机 Download PDF

Info

Publication number
CN105189927B
CN105189927B CN201480019674.4A CN201480019674A CN105189927B CN 105189927 B CN105189927 B CN 105189927B CN 201480019674 A CN201480019674 A CN 201480019674A CN 105189927 B CN105189927 B CN 105189927B
Authority
CN
China
Prior art keywords
scrollwork
conductors
equipment according
equipment
coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201480019674.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105189927A (zh
Inventor
王吉红
罗星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Warwick
Original Assignee
University of Warwick
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Warwick filed Critical University of Warwick
Publication of CN105189927A publication Critical patent/CN105189927A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105189927B publication Critical patent/CN105189927B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/005—Means for transmitting movement from the prime mover to driven parts of the pump, e.g. clutches, couplings, transmissions
    • F04C29/0064—Magnetic couplings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/0207—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/34—Reciprocating, oscillating or vibrating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1892—Generators with parts oscillating or vibrating about an axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2251/00—Material properties
    • F05C2251/12—Magnetic properties

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)

Abstract

一种用于产生电力的设备(1)，所述设备包括具有第一涡卷和第二涡卷(11a、12a)的涡旋式膨胀机(10)，所述第一涡卷和第二涡卷被配置为当流体以比出口处的压力更高的压力提供到入口时相对于彼此移动。所述第一涡卷被配置为提供磁场，并且所述第二涡卷包括一个或多个导体(22)，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个导体中感应出电流。

Description

带有发电涡卷的涡旋式膨胀机
技术领域
本发明涉及用于产生电力的设备。
背景技术
涡旋式压缩机被广泛地用作例如空调和冰箱中的压缩机。它们通常包括两个交错的螺旋涡卷，其中一个相对于另一个以圆形路径移动。该运动使得在交错的涡卷之间形成的腔室从涡卷的外端向设备中心移动。腔室的容积减小，从而压缩流体。特别是，涡旋式压缩机可以比其它类型的压缩机更紧凑，并且可以更安静地运转。
涡旋式膨胀机，或换句话说，涡旋式空气马达，对应于反向操作的涡旋式压缩机。例如压缩空气的高压流体可被提供到设备中心，以使一个涡卷相对于另一涡卷移动。以此方式，涡旋式膨胀机从流体的膨胀和传输能量中产生机械功。
涡旋式膨胀机可以有各种应用。
例如，US2003/0028169A1描述了包括涡旋式膨胀机的微型热电联产系统。该系统利用以朗肯循环(Rankine-type cycle)方式循环的有机工作流体进行操作。流体被热源过热，通过渐开线螺旋卷绕(涡卷)式膨胀机膨胀，使得流体通过膨胀机保持过热、在冷凝器中冷却，并通过泵加压。系统内的热交换循环提供了热水生产能力，而发电机联接到涡旋式膨胀机以产生电力。
美国2005/0188689A1描述了用于产生备用电力的系统。该系统包括适于容纳大量压缩气体的容器和用以以预定压力从容器中释放出气体的阀。涡旋式膨胀机适于接收并传递释放的气体。发电机被驱动地连接到膨胀机的可旋转构件，以产生电力供给。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于产生电力的设备，所述设备包括具有第一涡卷和第二涡卷的涡旋式膨胀机，所述第一涡卷和第二涡卷被配置为当流体以比出口处的压力更高的压力提供到入口时相对于彼此移动。所述第一涡卷被配置为提供磁场，并且所述第二涡卷包括一个或多个导体，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个导体中感应出电流。
因此，该设备可用于直接产生电力，也就是说，无需联接到单独的发电机。
在下面描述的一些示例性实施例中，所述第一涡卷是移动涡卷，而所述第二涡是固定涡卷。
该设备可包括围绕所述第一涡卷延伸和/或围绕所述第一涡卷间隔开的一个或多个磁区。所述一个或多个磁区中的至少一个可被单向磁化。所述至少一个磁区可以在大致平行于从所述第一涡卷的中心通过所述磁区的中心的径向线的方向上被单向磁化(也就是说在单一方向上磁化)。
所述一个或多个磁区均可包括磁化的硬铁磁性材料。
该设备可包括电连接到所述一个或多个导体的一个或多个电输出。
该设备可包括围绕所述第二涡卷间隔开的多个导体。
该设备可包括多个磁区和多个导体。所述多个导体中的一个或多个可被布置成与所述多个磁区中对应的一个或多个相关联。
所述一个或多个导体中的至少一个可包括线圈。线圈的轴线与来自所述第一涡卷的中心的径向线大致对齐。
所述一个或多个导体中的至少一个可包括连接两个导电板的一个或多个导电构件。所述导电构件可以在大致垂直于来自所述第一涡卷的中心的径向线的方向上延伸。
因此，磁场的特性、一个或多个导体的特性以及它们之间的相互作用的特性可被控制，以便控制电输出，例如以便使电力最大化。
该设备可包括被包括在所述第一涡卷内的至少一个磁区和/或所述一个或多个导体中的至少一个可被包括在所述第二涡卷内。与所述第二涡卷相关联的板可包括通往所述第二涡卷内的一个或多个通道，以使电连接能够建立到所述至少一个导体。
因此，可以包括磁区、导体和/或电连接，而不会对该设备处理流体和移动的原始效率产生不利影响。
该设备可包括电路，所述电路电连接到所述一个或多个导体，并且被配置为转换感应电流以提供具有预定特性的电输出。该电路可包括至少一个整流器，各整流器均连接到所述导体中的一个或者连接到所述导体中彼此电连接的两个或更多个。
因此，电输出可以以适合于特定的外部电路的形式提供。
所述第二涡卷还可进一步被配置为提供另外的磁场。所述第一涡卷可进一步包括一个或多个另外的导体，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个另外的导体中感应出电流。
可提供包括所述设备的系统。所述系统可以是微型热电联产系统、压缩空气能量存储系统、后备供电系统、备用供电系统或不间断电源(UPS)系统。
该设备可包括涡旋式压缩机，而不是涡旋式膨胀机。涡旋式压缩机可包括第一涡卷和第二涡卷，所述第一涡卷和第二涡卷被配置为响应于施加到所述第一涡卷和/或所述第二涡卷的驱动力而相对于彼此移动，以泵送、压缩或加压流体。所述第一涡卷可被配置为提供磁场，并且所述第二涡卷可包括一个或多个导体，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个导体中感应出电流。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本发明的某些实施例，其中：
图1a例示形成用于产生电力的设备的一部分的涡旋式膨胀机的横截面图，其中该视图在图1b中限定；
图1b例示图1a的涡旋式膨胀机的横截面图，其中该视图在图1a中限定；
图2a例示图1a和1b的涡旋式膨胀机的移动部件的剖视图，其中该视图在图2b中限定，其中该移动部件具有单个磁区；
图2b例示图2a的移动部件的剖视图，其中该视图在图2a中限定；
图3a例示涡旋式膨胀机的替代移动部件的剖视图，其中该视图在图2b中限定，其中该替代移动部件具有多个磁区；
图3b例示图3a的移动部件的剖视图，其中该视图在图3a中限定；
图4例示由图3a和3b中的移动部件提供的磁场；
图5a例示图1a和1b的涡旋式膨胀机的固定部件的剖视图，其中该视图在图5b中限定；
图5b例示图5a的固定部件的剖视图，其中该视图在图5a中限定；
图6例示可以被包括在图5a和5b的固定部件中的线圈的透视图；
图7例示可以被包括在图5a和5b的固定部件中的替代线圈的透视图；
图8a、8b、8c和8d例示图1a和1b的涡旋式膨胀机中分别处于第一、第二、第三和第四位置的磁场；
图9是包括用于产生电力的设备的系统方框图。
具体实施方式
参照图1a和1b，示出了涡旋式膨胀机10。涡旋式膨胀机10构成在或被包括在用于产生电力的设备1(图9)中。
涡旋式膨胀机10包括移动部件11和固定部件12。移动部件11包括涡卷11a(以下称作“移动涡卷”)和板11b(以下称作“移动板”)。固定部件12包括涡卷12a(以下称作“固定涡卷”)和板12b(以下称作“固定板”)。
两个涡卷11a、12a均是螺旋形式的。两个涡卷11a、12a是交错的。在移动涡卷11a和固定板12b之间以及固定涡卷12a和移动板11b之间形成密封。诸如末端密封件(未示出)的其它元件被包括以形成这些密封。在移动涡卷11a和固定涡卷12a之间也形成密封。因此，在两个涡卷11a、12a之间形成月牙形腔室181、182。
涡旋式膨胀机10包括中央入口15，用于从源(未示出)提供的流体，通常为压缩空气。涡旋式膨胀机10包括在各涡卷11a、12a的外端处的用于流体的出口区域161、162(以下简称为“出口”)。涡旋式膨胀机10包括主体外壳(未示出)，该主体外壳可以具有单个出口。
当流体以比出口161、162处的压力高的压力提供到入口15时，使移动部件11相对于固定部件12沿一轨道移动。涡旋式膨胀机10将流体从两个涡卷11a、12a的内部运载到外部。流体被运载在腔室181、182中。腔室181、182的容积朝两个涡卷11a、12a的外侧增加，并因此流体膨胀。流体的膨胀能量以及流体的传输能量驱动移动部件11移动。流体可包括诸如压缩空气的气体，或者诸如有机制冷剂的液体。流体可以低于、等于或高于室温。
如将在下面更详细地解释的，移动涡卷11a包括磁区21，以提供磁场。固定涡卷12a包括一个或多个线圈22，当涡卷11a、12a相对于彼此移动时，在线圈中感应出电流。涡旋式膨胀机10包括附接到线圈22的一个或多个输出91(图9)，感应电流可经由输出91被提供给外部电路92(图9)。
涡旋式膨胀机10通常包括若干其它部件，为了清楚起见，图中未示出这些部分。这些其它部件本身对于本领域技术人员是已知的。涡旋式膨胀机10可包括将移动部件11的轨道运动传递到轴的旋转的轴承，以及用于将移动部件11和固定部件12推在一起的机构。
参考图2a和2b，现在将更详细地描述涡旋式膨胀机10的移动部件11。
移动板11b包括限定第一平面的平坦的主表面11e(以下称作“上表面”，相反的表面11f以下称作“下表面”)。移动涡卷11a从移动板11b的上表面11e沿垂直于该第一平面的方向延伸。
在本示例中，移动板11b是圆柱形的。然而，移动板11b可以是不同的形状。移动板11b可以包括附加的元件(未示出)，例如，在其下表面11f上的用于连接到上述轴承和推力机构的元件。
移动涡卷11a的长轴在平行于由移动板11b的上表面11e限定的第一平面的平面中螺旋延伸。在本示例中，该螺旋是圆的渐开线。该螺旋有大约二又四分之一转。然而，该螺旋可以是不同形状的和/或可具有更少或更多转。移动涡卷11a具有矩形横截面。该矩形横截面的长轴垂直于第一平面。该矩形横截面的长轴的长度(以下称作“高度”)是整体恒定的。该矩形横截面的短轴的长度(以下称作“宽度”)除了接近螺旋的端部的区域之外也是恒定的。在其它示例中，移动涡卷11a可以是不同的高度、宽度和/或形状。
移动部件11可以由例如金属材料、塑料材料和/或陶瓷材料形成。移动部件11可以通过例如材料的模制和/或机加工形成。
移动涡卷11a包括磁区21，以提供磁场。
磁区21包括磁化的“硬”铁磁材料(以下简称为“磁性材料”)。磁性材料可以是稀土类磁性材料，诸如钕-铁-硼或钐-钴。在本示例中，移动涡卷11a包括单个磁区21和单件磁性材料。磁区21可以在整体上具有相同的磁化方向。
磁区21被包括在移动涡卷11a内。磁区21的长轴沿着由移动涡卷11a的轴线限定的螺旋的一部分延伸。磁区21延伸大约一又四分之三转，在移动涡卷11a的两端留有无磁性材料的区域。磁区21被布置在移动涡卷11a的横截面的中央。磁区21具有矩形横截面。该矩形横截面的长轴垂直于由移动板11b的上表面11e限定的第一平面。该矩形横截面的长轴的长度(以下称作“高度”)和短轴的长度(以下称作“宽度”)整体上大致恒定。磁区21的高度小于移动涡卷11a的高度。垫圈23被提供在磁区21的距移动板11b最远的表面上(以下称作“上表面”)。垫圈23覆盖磁区21，并且适于密封和/或保护磁区21。垫圈23可以由例如金属材料、塑料材料和/或陶瓷材料形成。磁区21的宽度小于移动涡卷11a的宽度。在其它示例中，磁区21可以是不同的高度、宽度和/或形状，和/或可以在移动涡卷11a中不同地布置。垫圈23不是必需包括的。
磁性材料例如通过烧结或粘结被预先形成，或者可以以粉末形式包括。磁性材料可以例如被预先磁化或现场磁化。
移动涡卷11a可设有空隙，磁性材料被引入该空隙中。移动涡卷11a也可以在磁区21的周围形成。
参照图3a和3b，示出了替代的移动部件11'。涡旋式膨胀机10可包括替代的移动部件11'，而不是上述移动部件11。
替代的移动部件11'包括数个磁区21'。在本示例中，其包括十二个磁区211'、212'、213'、214'、215'、216'、217'、218'、219'、2110'、2111'、2112'。然而，可以有更少或更多的磁区21'，如六个或十八个磁区21'。磁区21'被包括在移动涡卷11a'内。磁区21'均沿由移动涡卷11a'的轴线限定的螺旋的一部分延伸，并且具有类似于以上关于移动部件11中的磁区21所描述的矩形横截面。在其它示例中，某些或所有的磁区21'可以是不同形状的，例如矩形。磁区21'沿着由移动涡卷11a的轴线限定的螺旋的一部分布置，而在磁区21'之间无任何间隙。在其它示例中，磁区21'可以不同地布置，例如在其间存在间隙。
替代的移动部件11'的移动涡卷11a'具有空隙11c'，磁区211被包括在该空隙内。空隙11c'在移动涡卷11a的距移动板11b最远的表面处开放。空隙11c'具有这样的横截面，即移动涡卷11a包括在空隙11c'的两侧上的厚度均匀的壁。垫圈23'覆盖磁区21'并占据空隙11c'的距移动板11b'最远的区域。在其它示例中，空隙11c'可以被不同地布置和/或成形。移动涡卷11a'可具有一个以上的空隙12c。垫圈23'不是必需包括的。
磁区21'均可以包括单件的预先磁化的磁性材料。例如，其均可具有大致平行于从移动涡卷11a'的中心通过磁区21'的中心的径向线的磁化方向。该磁化可以导向为径向向内或向外，或者可以在相邻的磁性材料片之间交替。
参照图4，示出了替代的移动部件11'中及其周围的磁场。在此情况下，如上所述，磁区21'的磁化被导向为径向向外。图中的箭头指示磁场的方向和分布，并且阴影表示替代的移动部件11'中的磁通密度的大小。标记‘a’、‘b’、‘c’、‘d’和‘e’用于识别某一阴影水平。
参照图5a和5b，现在将更详细地描述涡旋式膨胀机10的固定部件12。
固定部件12通常相当于移动部件11的镜像。
固定板12b包括限定第二平面的平坦的主表面12e(以下称作“上表面”，相反的表面12f以下称作“下表面”)。固定涡卷12a从固定板12b的上表面12e在垂直于第二平面的方向上延伸。
固定板12b具有在上表面12e和下表面12f之间从其穿过的流体通路，该流体通路限定入口15。如将在下面更详细地说明的那样，入口15适于从源93(图9)接收高压流体(通常为压缩空气)。入口15处于或靠近固定部件12的中心。具体地说，该入口15可以位于限定固定涡卷12a的渐开线螺旋的区域内。
在本示例中，固定板12b是圆柱形的。然而，固定板12b可以是不同的形状。固定板12b可包括附加的元件(未示出)，例如在其下表面12f上的用于将固定部件12b安装在涡旋式膨胀机10中和用于方便连接到入口15的元件。
固定涡卷12a的长轴在平行于由固定板12b的上表面12e限定的第二平面的平面中螺旋延伸。该螺旋是移动涡卷11a中的螺旋的镜像。固定涡卷12a具有矩形横截面。该矩形横截面的长轴垂直于第一平面。该矩形横截面的长轴的长度(以下称作“高度”)是整体恒定的。该矩形横截面的短轴的长度(以下称作“宽度”)在除了接近螺旋的端部的区域之外也是恒定的。在其它示例中，固定涡卷12a可以是不同的形状。在任何情况下，移动涡卷11a和固定涡卷12a适于协同以如上所述地运载流体。
如同移动部件11，固定部件12可以由例如金属材料、塑料材料和/或陶瓷材料形成。固定部件12可通过例如材料的模制和/或机加工制成。
固定涡卷12a包括一个或多个导电线圈22，当移动涡卷11a相对于固定涡卷12a移动时，在导电线圈22中感应出电流。
在本示例中，固定涡卷12a包括二十七个线圈221、…、2227。然而，可以有更少或更多的线圈22。线圈22被包括在固定涡卷12a之内。线圈22沿由固定涡卷12a的轴线限定的螺旋的一部分均匀地分布。线圈22沿大约一又四分之三转分布，在固定涡卷12a的两端留有无线圈22的区域。在其它示例中，线圈22可以不同地布置，例如，其可以围绕固定涡卷12a不均匀地分布。
固定涡卷12a具有空隙12c，线圈22被包括在空隙12c中。空隙12c在固定涡卷12a的距固定板12b最远的表面(以下称作“顶”表面)处开放。空隙12c具有这样的横截面，即固定涡卷12a包括在空隙12c的两侧上的厚度均匀的壁。垫圈24覆盖线圈22并占据空隙12c的距固定板12b最远的区域。在其它示例中，空隙12c可以被不同地布置和/或成形。固定涡卷12a可具有一个以上的空隙12c。垫圈24不是必需包括的。
固定板12b具有从其穿过的线通道12d1、…、12d27，以使电连接能够建立到线圈22。在本示例中，每个线圈22均有一个通道12d。然而，每个线圈22可以有一个以上的通道12d。例如，可以有两个通道12d，以能够对每个线圈22的每一端建立电连接。每个线圈22可以有少于一个的通道12d。例如，每一端，两个或更多个线圈22的组可以在空隙12c内彼此电连接，并且可以存在通道12d以能够对每个线圈22的组建立电连接。
通路12d将固定板中的空隙12c连接到固定板12b的下表面12f。以此方式，可建立电连接，而不会对涡旋式膨胀机10的各部件之间的密封并因此对腔室181、182的形成产生不利影响。
参考图6，示出了可以被包括在固定涡卷12a中的线圈22。
线圈22包括围绕芯62缠绕的导线61。
芯62包括立方形的中央部件62a和两个立方形的侧板62b、62c。侧板62b、62c被附接到中央部件62a的相反面，形成围绕中央部件62a的其它四个面的通道。
导线61在通道中围绕中央部件62a缠绕。在本示例中，有四匝导线61。然而，可以有更少或更多匝。例如，可以有几十匝。在一些示例中，代替导线61，线圈22可以包括不同类型的细长导体，例如导电带。
芯62的中央部件62a包括“软”铁磁性材料，例如铁。以此方式，感应电流可以增大。在其它示例中，中央部件62a可以是非磁性的。侧板62b、62c可以是非磁性的。
该线圈22位于固定涡卷12a中的空隙12c中并且被对齐，使得线圈轴线63与来自固定涡卷12a的中心的径向线大致对齐。在与所述径向线平行的方向上，线圈22与空隙12c的尺寸大致相同(以下称作“宽度”)。在垂直于由固定板12b的上表面12e限定的第二平面的方向上，线圈22具有比空隙12c小的尺寸(以下称作“高度”)。因而存在用于垫圈24的空间(图5b)。在其它示例中，线圈22可以具有不同的高度和/或宽度。
在其它示例中，代替立方形，线圈22可以是不同的形状，例如圆柱形或椭圆柱形。线圈22并不必需包括侧板62b、62c。线圈22可以以不同的方式对齐，例如与由固定涡卷12a限定的螺旋大致对齐。
导线61的每个端部处的长度61a、61b延伸通过固定板12b中的通道12d。在其它示例中，单独的线可以例如经由线圈22上的连接器连接到导线62的各端，并且可以延伸通过通道12d。
参考图7，示出了可以用于固定涡卷12a中的替代的线圈22'。
替代的线圈22'包括由漆包线73形式的一组大致平行的构件相互连接的两个大致平行的板71、72。板71、72和线73由诸如铜的导电材料形成。在本示例中，板71、72是立方形的，而线73是圆柱形的。然而，它们可以是不同的形状。在本示例中，有二十条线73。然而，可以有更少或更多的线73。
替代的线圈22'位于固定涡卷12a中的空隙12c中并且被对齐，使得构件73大致垂直于由固定板12b的上表面12e限定的第二平面。在其它示例中，构件73可以以不同的方式对齐。例如，其可以大致平行于第二平面，并且大致平行于来自固定涡卷12a的中心的径向线。在本示例中，替代的线圈22'具有与上述线圈22相同的高度和宽度。然而，替代的线圈22'可以具有不同的高度和/或宽度。
导线74、75被连接到板71、72的每个，并延伸通过固定板12b中的通道12d。
参照图8a、8b、8c和8d，示出了涡旋式膨胀机10'的一个示例中的磁场。涡旋式膨胀机10'对应于上述涡旋式膨胀机10，具有对应于上述替代的移动部件11'(参见图3a和3b)的移动部件以及对应于上述具有三十七个线圈22的固定部件12(参见图5a和5b)的固定部件。
涡旋式膨胀机10'示出为处于移动部件11'的第一、第二、第三和第四位置(分别参见图8a、8b、8c和8d)。在每一个位置(即在第一、第二、第三和第四位置中的每个位置)，该涡旋式膨胀机10'的移动部件已经围绕其轨道在其旋转方向上从先前位置(即，分别从第四、第一、第二和第三位置)移动了90°。
图中的箭头指示磁场的方向和分布，阴影表示涡旋式膨胀机10'的各元件中的磁通密度的大小。标记‘a’、‘b’、‘c’、‘d’和‘e’用于识别某一阴影水平。移动部件11'中的磁通密度的大小在各附图中是非常相似的，因此该元件仅在图8a中标记。
每个线圈22中的磁场的磁通密度的大小随着移动部件11'的移动而变化。此外，变化的磁场在很大程度上与线圈22的轴线对齐。因此，在各个线圈22中存在变化的磁通量，并因此在各个线圈22两端产生电压。
参照图9，现在将更详细地描述包括涡旋式膨胀机10的设备1的一些方面。
该设备1包括电连接到线圈22、22'的一个或两个或更多个电输出91。反过来，电输出91又可电连接到外部电路92。
外部电路92可包括使用电力的任何设备，例如照明设备或计算设备。外部电路92可包括能量存储设备，如可充电电池。外部电路92可包括配电或输电网，以及相关联的逆变器连接电路。
设备1包括连接在线圈22、22'和电输出91之间的电路94。电路94用于将感应电流转换成适合于外部电路92的形式。在其它示例中，例如，如果感应电流已经是适合的形式，或者如果外部电路92包括其自身的转换电路，则不需要包括电路94。
各线圈22、22'中的感应电流通常具有交流(AC)波形。AC波形的振幅、形状、频率和相位将取决于涡旋式膨胀机10的特性，包括例如由移动涡卷11a提供的磁场特性、线圈22，22'的特性、移动部件11的移动速度以及线圈22、22'在固定涡卷12a中的位置。
电路94可包括一个或多个功率转换器。在一些示例中，整流器被连接到各个线圈22、22'。该整流器适于将感应电流转换为直流(DC)电流。在一些示例中，每个线圈22、22'的DC电流随后被集中并提供到输出91。在一些示例中，可以提供例如平滑电路(smoothingcircuitry)的附加元件。电路94可包括逆变器，用以将DC电流转换为对应于例如市电(mains electricity)的AC电流。电路94可包括DC到DC转换器，用以例如在适合于外部电路92的预定电压下提供DC电输出。
在一些示例中，两个或多个线圈22、22'的组可以在连接到电路94之前彼此电连接。所有的线圈22、22'可以以此方式相互连接。线圈22、22'之间的电连接可以是串联或并联。电连接可以在固定涡卷12a内建立(如上所述)，或在其他处例如在固定板12b的下表面12f上建立。以此方式，线圈22、22'中的电流或电压可以在提供到电路94之前被集中。整流器或逆变器例如可以连接到两个或多个线圈22、22'的各组。
仍参照图9，现在将描述包括设备1的系统90。
在一些示例中，系统90是用于由压缩空气产生电力的系统。具体地，在一些示例中，系统90是压缩空气能量存储系统。在这些示例中，涡旋式膨胀机10的入口15连接到压缩空气的源93。源93可以是例如充满压缩空气的气缸、罐或地下洞室。源93可以被预填充，或者系统90可以包括用于以压缩空气填充源93的装置(未示出)，例如压缩机。该系统90还可以包括阀(未示出)以启动或停止压缩空气向入口15的流动并因此启动或停止涡旋式膨胀机的运行。系统90还可以包括压力调节器(未示出)，以控制压缩空气的压力，并因此控制涡旋式膨胀机10的移动速度和感应电流的特性。阀和压力调节器可以是电子控制的。涡旋式膨胀10的出口16可以将空气释放到大气中。该系统90可以包括对涡旋式膨胀机的润滑油服务单元(未示出)，用于降低空气泄漏并使其运动平滑。
在一些示例中，系统90是微型热电联产系统。在这些例子中，诸如有机制冷剂的工作流体可在闭环中循环，在该闭环中流体经由例如冷凝器(未示出)、泵(未示出)和锅炉(未示出)从涡旋式膨胀机10的输出16返回到的输入15。这样的系统90还适于使用废热生产热水。
因此，上述设备1可以是简单、有效并且高性价比的直流发电机，它可以用在各种不同的应用中。
将理解，可以对前面描述的实施例做出许多其它修改。
例如，移动涡卷11a可以包括一个或多个磁场线圈(或，换句话说，电磁体)以提供磁场。磁区21可被包括在移动涡卷11a的一个或多个表面上。移动涡卷11a本身可以由适合的磁性材料形成。
被描述为与移动部件11相关联的一个或多个特征部可以与固定部件12相关联，反之亦然。
例如，在磁区21可以被包括在固定部件12中，并且线圈22可被包括在移动部件11中。
移动部件11和/或固定部件12可同时包括磁区21和线圈22。在一些示例中，两个部件11、12中的磁区可被布置成彼此相互作用以在两个部件11、12之间在某些相对位置处产生附加力(转矩)。这可以减少空气泄漏，提高涡旋式膨胀机的能量效率，并使涡旋式膨胀机能够以相对较低的压力流体工作。
磁区21和/或线圈22可被包括在移动和/或固定板11b、12b中。
涡旋式膨胀机1的两个部件均可以移动。
代替涡旋式膨胀机10，设备1可包括涡旋式压缩机。在此情况下，设备1可包括用于驱动涡旋式压缩机的装置。在此情况下，设备1可以适于例如空气的压缩流体，并且同时产生电力。
该设备1可包括涡旋式膨胀机/压缩机，该涡旋式膨胀机/压缩机适于在第一模式(例如，当可以得到过剩电力时)下压缩例如空气的流体，并且适于在第二模式下产生电力(例如，当需要电力时)。

Claims (17)

1.一种用于产生电力的设备，所述设备包括具有第一涡卷和第二涡卷的涡旋式膨胀机，所述第一涡卷和第二涡卷被配置为当流体以比出口处的压力更高的压力提供到入口时相对于彼此移动，其中所述第一涡卷被配置为提供磁场，并且所述第二涡卷包括一个或多个导体，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个导体中感应出电流。
2.根据权利要求1所述的设备，包括围绕所述第一涡卷延伸和/或围绕所述第一涡卷间隔开的一个或多个磁区。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述一个或多个磁区中的至少一个被单向磁化。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述一个或多个磁区中的所述至少一个在大致平行于从所述第一涡卷的中心通过所述磁区的中心的径向线的方向上被磁化。
5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中所述一个或多个导体包括围绕所述第二涡卷间隔开的多个导体。
6.根据权利要求1所述的设备，包括多个磁区，并且其中所述一个或多个导体包括多个导体，并且其中所述多个导体中的一个或多个被布置成与所述多个磁区中对应的一个或多个相关联。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二涡卷包括一个或多个线圈，所述线圈包括所述一个或多个导体。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述线圈的轴线与来自所述第一涡卷的中心的径向线大致对齐。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个导体中的至少一个包括连接两个导电板的一个或多个导电构件，其中所述导电构件在大致垂直于来自所述第一涡卷的中心的径向线的方向上延伸。
10.根据权利要求1所述的设备，包括被包括在所述第一涡卷内的至少一个磁区，和/或其中所述一个或多个导体中的至少一个被包括在所述第二涡卷内。
11.根据权利要求10所述的设备，其中与所述第二涡卷相关联的板包括通往所述第二涡卷内的一个或多个通道，以使电连接能够建立到所述一个或多个导体中的所述至少一个。
12.根据权利要求1所述的设备，包括电路，所述电路电连接到所述一个或多个导体，并且被配置为转换感应电流以提供具有预定特性的电输出。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述电路包括至少一个整流器，各整流器均连接到所述导体中的一个或者连接到所述导体中的两个或更多个，所述两个或更多个导体彼此电连接。
14.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二涡卷进一步被配置为提供另外的磁场。
15.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一涡卷进一步包括一个或多个另外的导体，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个另外的导体中感应出电流。
16.根据权利要求1所述的设备，包括替代涡旋式膨胀机的涡旋式压缩机，所述涡旋式压缩机包括第一涡卷和第二涡卷，所述第一涡卷和第二涡卷被配置为响应于施加到所述第一涡卷和/或所述第二涡卷的驱动力而相对于彼此移动，以泵送、压缩或加压流体，其中所述第一涡卷被配置为提供磁场，并且所述第二涡卷包括一个或多个导体，当所述第一涡卷和第二涡卷相对于彼此移动时，在所述一个或多个导体中感应出电流。
17.一种包括根据前述任一项权利要求所述的设备的系统，其中所述系统是微型热电联产系统、压缩空气能量存储系统、后备供电系统、备用供电系统或不间断电源系统。
CN201480019674.4A 2013-04-05 2014-04-04 带有发电涡卷的涡旋式膨胀机 Expired - Fee Related CN105189927B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1306165.0A GB2512649A (en) 2013-04-05 2013-04-05 Device
GB1306165.0 2013-04-05
PCT/GB2014/051062 WO2014162150A1 (en) 2013-04-05 2014-04-04 Scroll expander with electricity generating scrolls

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105189927A CN105189927A (zh) 2015-12-23
CN105189927B true CN105189927B (zh) 2018-04-03

Family

ID=48483388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480019674.4A Expired - Fee Related CN105189927B (zh) 2013-04-05 2014-04-04 带有发电涡卷的涡旋式膨胀机

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9970441B2 (zh)
EP (1) EP2981675B1 (zh)
CN (1) CN105189927B (zh)
GB (1) GB2512649A (zh)
WO (1) WO2014162150A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318679A (ja) * 1989-06-16 1991-01-28 Mitsubishi Electric Corp スクロール圧縮機
JPH06249162A (ja) * 1993-02-23 1994-09-06 Mitsubishi Electric Corp スクロール流体装置
CN1292850A (zh) * 1998-03-05 2001-04-25 开利公司 带有压力比一压力差溢流阀的涡旋压缩机

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4456858A (en) * 1981-10-15 1984-06-26 Loven James F Permanent magnetic A.C.-D.C. motor
JP3595348B2 (ja) * 1993-04-30 2004-12-02 三菱重工業株式会社 スクロール型流体機械の回転数検出装置
JPH0791380A (ja) * 1993-09-22 1995-04-04 Mitsubishi Electric Corp スクロール圧縮機
JP2002106485A (ja) * 2000-09-29 2002-04-10 Toyota Industries Corp モータ一体型スクロール圧縮機
US6598397B2 (en) 2001-08-10 2003-07-29 Energetix Micropower Limited Integrated micro combined heat and power system
US7669419B2 (en) 2002-12-07 2010-03-02 Energetix Group Limited Electrical power supply system
JP2005030312A (ja) * 2003-07-14 2005-02-03 Toyota Industries Corp 膨張機兼圧縮機
JP4549941B2 (ja) * 2004-10-05 2010-09-22 株式会社デンソー 複合流体機械
GB0600588D0 (en) * 2006-01-12 2006-02-22 Boc Group Plc Scroll-type apparatus
US8668479B2 (en) 2010-01-16 2014-03-11 Air Squad, Inc. Semi-hermetic scroll compressors, vacuum pumps, and expanders
JP5291317B2 (ja) * 2007-09-28 2013-09-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 スクロール式流体機械及びそれを用いたエアサスペンション装置
GB0823184D0 (en) * 2008-12-19 2009-01-28 Edwards Ltd Scroll compressor
JP2011012595A (ja) * 2009-07-01 2011-01-20 Nippon Soken Inc 回転機械
GB0912162D0 (en) * 2009-07-14 2009-08-26 Edwards Ltd Scroll compressor
US9074598B2 (en) * 2011-08-09 2015-07-07 Air Squared Manufacturing, Inc. Scroll type device including compressor and expander functions in a single scroll plate pair
JP6208534B2 (ja) * 2013-10-25 2017-10-04 株式会社ヴァレオジャパン 電動スクロール圧縮機
US9628001B2 (en) * 2015-05-19 2017-04-18 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for measurement and control of linear actuator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0318679A (ja) * 1989-06-16 1991-01-28 Mitsubishi Electric Corp スクロール圧縮機
JPH06249162A (ja) * 1993-02-23 1994-09-06 Mitsubishi Electric Corp スクロール流体装置
CN1292850A (zh) * 1998-03-05 2001-04-25 开利公司 带有压力比一压力差溢流阀的涡旋压缩机

Also Published As

Publication number Publication date
EP2981675A1 (en) 2016-02-10
GB2512649A (en) 2014-10-08
EP2981675B1 (en) 2017-05-31
WO2014162150A1 (en) 2014-10-09
CN105189927A (zh) 2015-12-23
GB201306165D0 (en) 2013-05-22
US9970441B2 (en) 2018-05-15
US20160290337A1 (en) 2016-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105637732B (zh) 永久磁铁嵌入式电动机、压缩机和制冷空调装置
US10122242B2 (en) Compressed air energy storage unit with induction pump and method for the production of such a compressed air energy storage unit
US7474020B2 (en) Relaying piston multiuse valve-less electromagnetically controlled energy conversion devices
CN102105690B (zh) 线性压缩机
JP6599985B2 (ja) 流体冷却式の巻きストリップ構造
US20080179982A1 (en) Transverse flux, switched reluctance, traction motor with bobbin wound coil, with integral liquid cooling loop
KR102068991B1 (ko) 전동기, 압축기, 및 냉동 사이클 장치
CN102105689B (zh) 线性压缩机
KR102505889B1 (ko) 열을 전기에너지로 변환하는 열 사이클 장치
CN102278294B (zh) 容积式压缩机
CN104081631A (zh) 电动机及使用了该电动机的电动压缩机
CN106797146B (zh) 电动机、压缩机以及制冷循环装置
KR20100018416A (ko) 리니어 압축기
CN109565191B (zh) 电动机、压缩机及制冷空调装置
CN104852630A (zh) 可控磁路永磁动力装置
CN203851065U (zh) 电控永磁动力装置
CN204103802U (zh) 可控磁路永磁动力装置
JP2013042588A (ja) 電動機
CN107210626B (zh) 爪极式电动机和包括爪极式电动机的家用电器
CN104852538A (zh) 旁路调控永磁动力装置
CN105189927B (zh) 带有发电涡卷的涡旋式膨胀机
CN106505764A (zh) 转子结构、电机及压缩机
CN206370734U (zh) 转子结构、电机及压缩机
CN104852629A (zh) 电控永磁动力装置
CN100507274C (zh) 电动机螺杆泵

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180403

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee