CN107429705A - 具有支承着轴的两个球形件的压缩机或水泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气压缩机或水泵(1)，它包括框架(2)，该框架中安装有定子(4)、与所述定子相互作用以构成同步电机并包括轴(6)的转子(5)、至少一个由所述轴承载的涡轮(12)、通向涡轮的流体供应通道(14)、压缩流体的出口通道(16)，该转子的轴通过第一轴承(7)和第二轴承(8)围绕轴线(A)可旋转地安装在框架上，其特征在于，所述第一轴承、所述第二轴承相应地包括分别设置在轴的第一端(9)、第二端(10)上并相对于轴的轴线居中布置的第一球形件(18)、第二球形件(22)，和设置在框架中并具有帽的形式的相应的第一容座(20)、第二容座(24)，该帽相对于轴的轴线居中布置并设置成支承相应的第一球形件、第二球形件。

Description

具有支承着轴的两个球形件的压缩机或水泵
技术领域
本发明涉及一种空气压缩机或水泵，尤其涉及高速空气压缩机或水泵，该空气压缩机或水泵包括框架，在该框架中安装有定子、与所述定子相互作用以构成同步电机并且包括轴的转子、由所述轴承载的至少一个涡轮(涡轮机)、通向涡轮的流体供应通道、压缩流体的出口通道，转子的轴通过两个轴承围绕一轴线可旋转地安装在框架上。
背景技术
这种流体压缩机一般称为涡轮压缩机或离心压缩机。它们配备有定子和转子，该定子和转子构成永磁同步电机(无刷电机)。这类压缩机能够达到非常高的速度，例如100,000至500,000转/分钟。电机驱动高速涡轮，涡轮压缩流体。流体可以是空气、水、气体、制冷剂或任何其它适当的流体。这些压缩机在多种工业、医药、制药、食品、汽车应用中特别地用于供应压缩空气，或在制冷、加热或空调应用中用于供应压缩流体。
在这些压缩机中，电机轴通过两个轴向轴承可旋转地安装在框架上。这些轴承可以包括滚珠轴承。然而，由于滚珠和滚珠轨道之间的速度差，使用这种滚珠轴承难以得到旋转速度。另外，尽管所使用的滚珠由陶瓷制成，由于高旋转速度，这些轴承的寿命局限于约100小时。可以使用其它类型的轴承，例如空气动力轴承。然而，这类轴承具有在启动时或在变速期间横向移置的缺点，这在轴承件处产生摩擦力。
另外，压缩机一般通过润滑剂润滑。缺点在于润滑剂存在与流体混合的风险，使得压缩流体被润滑剂污染。例如在医药应用、如牙科应用的情况下，这特别危险，对于牙科应用，进入嘴中的压缩空气必须是安全的。
最后，压缩机一般用在尺寸非常大的设施中，压缩机远离需要压缩流体的设备。压缩流体通过设置在网络中的供应回路供应。一般地，该供应回路很长，这包含流体沿着回路泄漏的风险。压缩空气回路泄漏包含失压，失压造成非常高的经济损失。另外，由于压缩机与需要压缩流体的设备分隔的距离，网络永久保持处于压力之下，以能够根据需要迅速响应设备。压缩机的永久运行表现出高的电能消耗。
发明内容
本发明的目的特别是弥补已知的高速压缩机的多个缺点。
更具体地，本发明的一个目的是提供一种高速空气压缩机或水泵，该高速空气压缩机或水泵不需要润滑介质，并且不包含任何压缩流体污染。
为此，本发明涉及一种空气压缩机或水泵，它包括框架，在该框架中安装有定子、与所述定子相互作用以构成同步电机并且包括轴的转子、至少一个由所述轴承载的涡轮、通向涡轮的流体供应通道、压缩流体的出口通道，该转子的轴通过第一和第二轴承围绕一轴线可旋转地安装在框架上。
根据本发明，所述第一轴承、所述第二轴承相应地包括设置在轴的第一端、第二端上并且相对于轴的轴线居中布置的相应的第一球形件、第二球形件，和设置在框架中并且具有帽的形式的相应的第一容座、第二容座，该帽相对于轴的轴线居中布置，并且设置成支承相应的所述第一球形件、所述第二球形件。
因此，根据本发明的空气压缩机或水泵能够以非常高的速度转动，而不使用可能污染压缩流体的润滑介质。
有利地，第一容座可以设置在流体供应通道中。
根据一个具体的优选实施例，所述第一容座可以设置在第一支承件中，该第一支承件相对于轴的轴线居中地布置在流体供应通道中，并且通过分支保持在所述流体供应通道的壁部上，流体可以在这些分支之间流通。
有利地，第二容座可以设置在第二支承件中，该第二支承件相对于轴的轴线居中地布置在框架中，并且与第一支承件相对。
根据一个优选实施例中，第二支承件可以安装成在框架中滑动，并且通过弹性装置连接到所述框架，该弹性装置设置成吸收转子和定子之间的间隙变动。
有利地，基本上在转子的轴的各侧附加地设置至少两个空气动力轴承。
根据一个实施例，第一空气动力轴承可以设置在涡轮的上游，所述第一空气动力轴承由第三支承件承载，该第三支承件相对于轴的轴线居中地布置在流体供应通道中，并且通过分支保持在所述流体供应通道的壁部上，流体可以在这些分支之间流通。
根据另一实施例，第一空气动力轴承可以设置在涡轮的下游。
有利地，第二空气动力轴承可以在转子的轴的端部处设置在流体供应通道的相对侧上。
根据一个优选实施例，转子的轴的第一端和第二端中的至少一个可以包括第三容座，该第三容座具有帽的形式，该帽相对于轴的轴线居中布置，并且设置成接纳所述球形件，该球形件自由地安装在所述第三容座中。
根据另一实施例，球形件可以与转子的轴的第一端和第二端中的至少一个成为一体。
附图说明
在下文对本发明的实施例的详细描述中，本发明的目的、优点和特征将更加清晰地显现出来，该描述仅通过非限制性示例给出，并且通过附图示出，图中：
-图1示出根据本发明的高速空气压缩机或水泵的透视图，
-图2示出图1的压缩机的剖视图，
-图3和4分别是图2的区域B和C的放大图，和
-图5示意性地示出配备有根据本发明的压缩机的机器。
具体实施方式
参考图1和2，其中示出涡轮压缩机或离心压缩机型的高速空气压缩机或水泵1，空气压缩机用于增加空气的压力，水泵用于增加水的压力。在下文的描述中，术语“流体”可以是空气—当与压缩机相关联时，或者是水—当与泵相关联时。
以本身已知的方式，空气压缩机或水泵1包括框架2，在该框架中安装有定子和转子，定子和转子分别使用附图标记4和5示意性表示。定子4和转子5相互作用，以构成永磁同步电机(无刷电机)。
转子5包括轴6，该轴6通过第一轴承7和第二轴承8围绕轴线A可旋转地安装在框架2上，第一轴承7设置成支承轴6的第一轴向端9，第二轴承8设置成支承轴6的第二轴向端10。下面将详细描述第一和第二轴承7和8。
轴6承载布置在第一轴向端9一侧上的涡轮12。当然，可以设置多个涡轮。
空气压缩机或水泵1还包括用于沿着涡轮12的方向供应流体的通道14、主体15和压缩流体的出口通道16，这些元件与框架2成为一体。
空气压缩机或水泵的这些元件对于本领域技术人员是已知的，在这里不需要详细描述。
根据本发明，第一轴承7包括第一球形件18和第一容座20，该第一球形件18布置在轴6的第一端9上并且相对于轴6的轴线A居中，该第一容座20设置在框架2上、具有相对于轴6的轴线A居中布置的帽的形式、并且设置成支承所述第一球形件18。
类似地，第二轴承8包括第二球形件22和第二容座24，该第二球形件22布置在轴6的第二端10上并且相对于轴6的轴线A居中，该第二容座24设置在框架2上、具有相对于轴6的轴线A居中布置的帽的形式、并且设置成支承所述第二球形件22。
如图3更精确所示，支承第一球形件18的第一容座20设置在流体供应通道14中。为此，具有截头卵形的形式的该第一支承件26相对于轴6的轴线A居中地布置在流体供应通道14中。第一容座20具有帽的形式，它具有完整的表面，并且朝向内部形成在第一支承件26的端部处。构成第一容座20的帽的半径比第一球形件18的半径大。第一容座20和第一球形件18的尺寸使得所述第一球形件18与第一容座20的向内弯曲的基部接触。优选地，构成第一容座20的帽和第一球形件18是完美的(理想的)球形，以在所述第一容座20和所述第一球形件18之间具有切向接触。第一支承件26通过三个分支28(见图1)保持在所述流体供应通道14的内壁上。这些分支28彼此隔开，以允许流体进入空气压缩机或水泵。
根据所表示的实施例，轴6的第一轴向端9包括第三容座29，该第三容座29具有帽的形式，它具有完整的表面、相对于轴6的轴线A居中地布置、并且设置成接纳第一球形件18，该第一球形件18自由地安装在所述第三容座29中。构成第三容座29的帽的半径比第一球形件18的半径大。第三容座29和第一球形件18的尺寸使得所述第一球形件18与第三容座29的向内弯曲的基部接触。因此，第一球形件18具有自由地安装在构成第一和第三容座20、29的两个帽之间的球的形式，第一球形件18保持在该两个帽之间。优选地，构成第三容座29的帽和第一球形件18是完美的球形，以在所述第三容座29和所述第一球形件18之间具有切向接触。构成第三容座29的帽的半径可以与构成第一容座20的帽的半径相等或不同。
如图4更精确所示，支承第二球形件22的第二容座24设置在第二支承件30中，该第二支承件30布置在框架2中、相对于轴6的轴线A居中并且与第一支承件26相对。第二容座24以帽的形式在第二支承件30中构成，它具有完整的表面并且与轴6相对地布置。构成第二容座24的帽的半径比第二球形件22的半径大。第二容座24和第二球形件22的尺寸使得所述第二球形件22与第二容座24的向内弯曲的基部接触。优选地，构成第二容座24的帽和第二球形件22是完美的球形，以在所述第二容座24和所述第二球形件22之间具有切向接触。第二支承件30安装成在框架2中滑动，该第二支承件30通过诸如弹簧的弹性装置32连接到该框架2，使得可以吸收转子5和定子4之间的间隙变动。
根据所示的实施例，轴6的第二轴端10包括第四容座34，该第四容座34具有帽的形式，它具有完整的表面、相对于轴6的轴线A居中地布置、并且设置成接纳第二球形件22，该第二球形件22自由地安装在所述第四容座34中。构成第四容座34的帽的半径比第二球形件22的半径大。第四容座34和第二球形件22的尺寸使得所述第二球形件22与第四容座34的向内弯曲的基部接触。因此，第二球形件22具有自由地安装在构成第二和第四容座24、34的两个帽之间的球的形状，第二球形件22保持在该两个帽之间。优选地，构成第四容座34的帽和第二球形件22是完美的球形，以在所述第四容座34和所述第二球形件22之间具有切向接触。构成第四容座34的帽的半径可以与构成第二容座24的帽的半径相等或不同。
根据未示出的另一实施例变型，第一球形件18与轴6的第一轴向端9成为一体。类似地，第二球形件22与轴6的第二轴向端10成为一体。为此，球形件18、22可以被胶合、钉入(敲入)轴6的端部中，或与所述轴6构成单体件。
球形件优选地由陶瓷材料制成，或由任何其它适当的材料制成，所述材料能具有带有滑动效果的表面处理(例如由聚四氟乙烯、如制成的涂层，或本领域技术人员已知的任何其它适当的涂层，以便具有极低的摩擦系数)。
有利地，空气压缩机或水泵1附加地包括第一和第二空气动力轴承，它们基本上设置在转子的轴6的各侧，朝向第一和第二轴向端9和10，示意性地用附图标记36和38表示。
根据图3所表示的实施例，第一空气动力轴承36设置在涡轮12的上游。为此，设置有第三支承件40，该第三支承件40具有中心体42，该中心体42在第一支承件26的下游相对于轴6的轴线A居中地布置在流体供应通道14中。第一空气动力轴承36被容纳在中心体42中。第三支承件40通过三个分支44保持在所述流体供应通道14的内壁上。这些分支44彼此隔开，以允许流体进入空气压缩机或水泵1。这些分支44包括通道，该通道使得可以将空气供应到第一空气动力轴承36。
在未示出的另一变型中，第一空气动力轴承可以设置在涡轮12的下游。使得可以将空气供应到第一空气动力轴承36的通道由此可以设置在框架2中，这使得可以简化组件的结构。
第二空气动力轴承38设置在第二轴向端10附近，并且可以布置成保证轴向和径向保持。根据一种未示出的变型，可以将第二支承件30连接到电磁系统，该电磁系统使得能在低速时或在变速的情况下定位所述第二支承件30，以便支承第二球形件22，从而保证轴6的居中定位，以保证第二空气动力轴承38处的功能性轴向和径向间隙。在其它情况下，设置电磁系统，以使第二支承件30与第二球形件22隔开和使所述第二球形件22自由，空气动力轴承38由此足以保证功能性轴向和径向间隙。
所使用的空气动力轴承对于本领域技术人员是已知的，在这里不需要详细描述。很明显，空气动力轴承的使用是可选的，可以只使用第一和第二轴承7和8。
参考图5，其中示出机器50，该机器包括主框架52，该主框架52包括至少一个功能件53和一控制单元54，该功能件使得可以实现机器的功能。该机器包括如上所述的空气压缩机或水泵1，所述空气压缩机或水泵1在主框架52内部集成在机器中。为此，主框架52包括流体入口，该流体入口设置用以供给空气压缩机或水泵1和在流体供应通道14处供应流体。主框架52还包括供应回路56，该供应回路56设置成将离开空气压缩机或水泵1的压缩流体供应到功能件53。
主框架52还包括压缩流体贮器58和压力倍增器59，该压力倍增器59设置在空气压缩机或水泵1和压缩流体贮器58之间。
另外，主框架52包括空气压缩机或水泵1的控制单元60，该控制单元60设置成致动空气压缩机或水泵1。控制单元54设置成与控制单元60通讯，以仅在功能件53需要时致动空气压缩机或水泵1。
优选地，通过使转子5的轴6的轴线A垂直就位来将空气压缩机或水泵1布置在机器50中。该垂直就位以及本发明的包括单个的居中的球形件的轴承使得能在中心保持转子5的重量，并最大程度地降低轴6位移的风险。因此，轴6是自动居中的，根据本发明的轴承允许轴向和径向保持。另外，结合本发明的轴承使用空气动力轴承使得可以在转子5启动或变速期间保持功能性径向和轴向间隙。
根据本发明的空气压缩机或水泵使得可以实现介于100,000转/分钟和1,000,000转/分钟之间的非常高的旋转速度。对于相同的动力，这些非常高的速度使得可以提供具有更小尺寸的空气压缩机或水泵，允许将其集成在机器的主框架中。免除了机器与压缩机的任何属于中央网络的连接。因此，到功能件的压缩流体供应回路很短。这一方面降低了泄漏的风险，另一方面避免了可能发生在压缩流体输送通过中央网络期间的污染。这还允许空气压缩机或水泵非常迅速的反应时间，使得空气压缩机或水泵能够仅响应功能件的需求而运行。当功能件53不需要压缩流体时，空气压缩机或水泵1停止，使得在该停机时间期间不消耗能量，其结果是减少机器的总能量消耗。另外，根据本发明的空气压缩机或水泵不使用润滑介质运行，使得润滑剂没有污染压缩流体的风险。
根据本发明的空气压缩机或水泵可以在诸如工业、医药、制药、食品、汽车应用的多种应用中特别地用于供应压缩空气，或在制冷、加热或空调应用中用于供应压缩流体。

Claims (11)

1.空气压缩机或水泵(1)，它包括框架(2)，在该框架中安装有定子(4)、与所述定子(4)相互作用以构成同步电机并且包括轴(6)的转子(5)、由所述轴(6)承载的至少一个涡轮(12)、通向涡轮(12)的流体供应通道(14)、压缩流体的出口通道(16)，该转子(5)的轴(6)通过第一轴承(7)和第二轴承(8)围绕轴线(A)可旋转地安装在框架(2)上，其特征在于，所述第一轴承(7)、所述第二轴承(8)相应地包括分别设置在该轴的第一端(9)、第二端(10)上并且相对于该轴(6)的轴线(A)居中地布置的第一球形件(18)、第二球形件(22)，以及设置在框架(2)中并且具有帽的形式的相应的第一容座(20)、第二容座(24)，该帽相对于该轴(6)的轴线(A)居中地布置并且设置成支承相应的所述第一球形件(18)、所述第二球形件(22)。
2.根据权利要求1所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，第一容座(20)设置在流体供应通道(14)中。
3.根据权利要求2所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，所述第一容座(20)设置在第一支承件(26)中，该第一支承件相对于轴(6)的轴线(A)居中地布置在流体供应通道(14)中，并且通过分支(28)保持在所述流体供应通道(14)的壁部上，流体能在这些分支之间流通。
4.根据前述权利要求之一所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，第二容座(24)设置在第二支承件(30)中，该第二支承件相对于轴(6)的轴线(A)居中地布置在框架(2)中并且与第一支承件(26)相对。
5.根据权利要求4所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，第二支承件(30)安装成在框架(2)中滑动，并且通过弹性装置(32)连接到所述框架(2)，该弹性装置设置成吸收转子(5)和定子(4)之间的间隙变化。
6.根据前述权利要求之一所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，至少两个空气动力轴承(36、38)基本上设置在转子(5)的轴(6)的各侧。
7.根据权利要求6所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，第一空气动力轴承(36)设置在涡轮(12)的上游，所述第一空气动力轴承(36)由第三支承件(40)承载，该第三支承件相对于轴(6)的轴线(A)居中地布置在流体供应通道(14)中并且通过分支(44)保持在所述流体供应通道(14)的壁部上，流体能在这些分支之间流通。
8.根据权利要求6所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，第一空气动力轴承设置在涡轮(12)的下游。
9.根据权利要求6至8之一所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，第二空气动力轴承(38)在转子(5)的轴(6)的端部处设置在流体供应通道(14)的相对侧上。
10.根据前述权利要求之一所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，转子(5)的轴(6)的第一端(9)和第二端(10)中的至少一个包括第三容座(29、34)，该第三容座具有帽的形式，该帽相对于轴(6)的轴线(A)居中地布置，并且设置成接纳所述球形件(18、22)，该球形件自由地安装在所述第三容座(29、34)中。
11.根据权利要求1至9之一所述的空气压缩机或水泵，其特征在于，球形件(18、22)与转子(5)的轴(6)的第一端(9)和第二端(10)中的至少一个成为一体。
CN201680021400.8A 2015-04-13 2016-03-17 具有支承着轴的两个球形件的压缩机或水泵 Active CN107429705B (zh)

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