CN109139462B - 圆柱形对称容积式机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种圆柱形对称容积式机器，其包括协作的两个转子，即为外部转子和内部转子，所述外部转子可旋转地安装在所述圆柱形对称容积式机器中，所述内部转子可旋转地安装在所述外部转子中，其中所述机器设置有电动机，所述电动机具有用于驱动所述外部转子和所述内部转子的电动机转子和电动机定子，所述电动机围绕所述外部转子安装，其中，所述电动机定子直接驱动所述外部转子，并且其中，所述电动机沿所述外部转子和所述内部转子的长度的仅仅一部分延伸，其中所述电动机位于所述内部转子的具有最小直径的端部处。通过本发明的方案，可以使得机器更加紧凑，占地面积更小同时更为可靠。

Description

圆柱形对称容积式机器
技术领域
本发明涉及圆柱形对称容积式机器。
容积式机器也称为(英文)：“positive displacement machine(正排量式机器)”。
更特别地，本发明涉及例如具有圆柱形对称结构的膨胀器、压缩机和泵的机器，所述机器包括两个转子，即内部转子和外部转子，所述内部转子可旋转地安装到外部转子中。
背景技术
这种机器是已知的并且例如在US1892217中被描述。也已知的是，所述转子可以具有圆柱或圆锥形状。
已知这种机器可以由电动机驱动。
由此，电动机转子的转子轴将驱动内部转子或外部转子的转子轴，其中使用齿轮、联接器、带驱动装置等来实现两个转子轴之间的传动。
这种机器是非常庞大的并且由电动机、压缩机、或膨胀器转子的许多部件和相关的外壳组成。
因此，所述机器的“占地面积”或空间消耗是相对大的。
由于部件较多并且由于因此导致的更昂贵的组装，所述机器也将是相对昂贵的。
另一缺点是需要许多轴密封件和轴承以便密封所有部件并且将这些部件可旋转地安装到外壳中。
所述密封件在它们失效的情况下造成危险，而轴承也会引起损失。
发明内容
本发明的目的是提供前述和/或其它缺点的一个或更多个的解决方案。
本发明涉及一种圆柱形对称容积式机器，所述机器包括协作的两个转子，所述两个转子即为外部转子和内部转子，所述外部转子可旋转地安装在所述圆柱形对称容积式机器中，所述内部转子可旋转地安装在所述外部转子中，其中所述圆柱形对称容积式机器设置有电动机，所述电动机具有用于驱动所述外部转子和所述内部转子的电动机转子和电动机定子，其特征在于，所述电动机围绕所述外部转子安装，其中，所述电动机定子直接驱动所述外部转子，并且其中，所述电动机沿所述外部转子和所述内部转子的长度的仅仅一部分延伸，其中所述电动机位于所述内部转子的具有最小直径的端部处。
优点是不需要外部转子与电动机定子或电动机转子之间的传动装置，这是由于电动机定子直接驱动外部转子，使得需要更少的部件。
另一优点是，由于电动机围绕外部转子安装，所述机器的占地面积可以减小，并且所述机器被制造成更小且更紧凑。
此外，需要更少的轴密封件，这增加所述机器的可靠性。
此外，需要更少的轴承，这导致更少的损失并且因此导致更高效的机器。
在实用实施例中，电动机转子和外部转子作为整体被布置或形成整体。
电动机转子和外部转子可以例如借助于压配合、通过焊接或类似方法直接连结在一起。
该实施例的优点在于可以使用标准的外部转子。
在另一实用实施例中，外部转子用作电动机转子。
这将保证所述机器可以被制造成更加紧凑，似乎许多部件将不再存在，这是由于多个部件或构件的功能被组合，即共享某些部件。
附图说明
为了更好地示出本发明的特性，根据本发明的圆柱形对称容积式机器的一些优选实施例在下面参考附图通过示例而没有任何限制性质地被描述，其中：
图1示意性地示出根据本发明的机器。
具体实施方式
图1中的示意性示出的机器1在此情况中是压缩机装置。
根据本发明也可能的是，机器1是膨胀器装置。本发明也可能涉及泵装置。
机器1是圆柱形对称容积式机器1，也称作“圆柱形对称正排量式机器”。这意味着机器1呈现出圆柱形的对称，即，呈现出与圆锥相同的对称性质。
机器1包括外壳2，所述外壳2设置有用于抽吸待压缩的气体的入口3和用于已压缩的气体的出口4。外壳2限定腔室5。
在机器1的外壳2中，两个协作的转子6a、6b位于该腔室5中，两个转子6a、6b即为外部转子6a和内部转子6b，所述外部转子6a可旋转地安装到外壳2中，所述内部转子6b可旋转地安装到外部转子6a中。
两个转子6a、6b设置有凸出部(lobes)7并且能够以协作的方式在彼此上转动，其中在凸出部7之间出现压缩腔室8，所述压缩腔室8的容积通过转子6a、6b的旋转被减小，使得被俘获在该压缩腔室8中的气体被压缩。所述原理非常类似于已知的协作的切向螺旋转子。
转子6a、6b借助于轴承被安装到机器1中，其中内部转子6b在一个端部9a处被安装到机器1中。在该情况中，仅仅使用一个轴承10来将内部转子6b安装到机器1的外壳2中。该轴承10是用来承受被施加在内部转子6b上的轴向力的轴向轴承。该轴向力将指向左边。
内部转子6b的另一端部9b可以认为由外部转子6a支撑或承载。
外部转子6a在示出的示例中在两个端部9a、9b处借助于轴承安装在机器1中。因此，使用至少一个轴向轴承12。这将能够承受外部转子6a所暴露到的轴向力。外部转子6a通过其安装到外壳2中的其它轴承11可以是不同于轴向轴承的另一类型的轴承。
由于这种简单的轴承布置，与轴承10、11、12有关的损失可以被保持尽可能小。
在示出的示例中，转子6a、6b具有圆锥形状，其中转子6a、6b的直径D、D’沿轴向方向X-X’减小。对于本发明，这不是必要条件；转子6a、6b的直径D、D’也可以是恒定的或者沿轴向方向X-X’以另一方式变化。
对于压缩机和膨胀器装置，转子6a、6b的这种形状都是适当的。转子6a、6b也可以替代地具有圆柱形状，所述圆柱形状具有恒定的直径D、D’。然后，在压缩机或膨胀器装置的情况中，所述转子可以具有可变的节距使得存在混合的容积比(incorporated volumeratio)，或者在机器1是泵装置的情况中，所述转子具有恒定的节距。
外部转子6a的轴线13和内部转子6b的轴线14是不平行的，而是以角度α定位，由此这些轴线13、14在点P处彼此交叉。
对于本发明来说，这不是必要条件。例如，如果转子6a、6b具有恒定的直径D、D’，则轴线13、14可以实际上是平行的。
虽然轴线13、14以角度α定位，但所述轴线是固定的轴线13、14。这意味着，在转子6a、6b的旋转期间，轴线13、14将不相对于机器1的外壳2位移或移动。换句话说，轴线13、14将不执行绕转运动。
其优点在于，不需要另外设置例如特设的齿轮以保证两个转子3a，3b之间的正确相对移动。
此外，机器1还设置有电动机15，所述电动机15将驱动转子6a、6b。该电动机15设置有电动机转子16和电动机定子17。
根据本发明，电动机15围绕外部转子6a安装，由此电动机定子17直接驱动外部转子6a。
在示出的示例中，这被实现为外部转子6a也用作电动机转子16。
换句话说：机器1的一个部件将执行两个功能，即外部转子6a的功能和电动机转子16的功能。
以这种方式，电动机定子17将直接驱动外部转子6a。
其结果是，机器1将包括更少的部件，使得机器1将更紧凑并且更不复杂。
由于电动机15的电动机定子17通常产生圆柱形对称旋转场以驱动电动机转子16，该电动机转子16并且因此在该情况中以及外部转子6a需要呈现圆柱形对称。
由于外部转子6a接管电动机转子16的功能，因此电动机15不增加任何另外的旋转部件到所述机器1。由于该原因，因此也不存在另外的轴承和类似的与所述轴承相关的损失。
电动机15的磁体18在该情况中优选地嵌入在外部转子6a中。这些磁体18可以是永磁体。当然也可能的是，这些磁体18不嵌入在外部转子6a中，而是例如安装到其外侧上。
替代具有永磁体的电动机15(即，同步永磁体电动机)，也可以应用异步感应电动机，由此磁体18由鼠笼式电枢取代。借助于来自电动机定子17的感应，在鼠笼式电枢中感应出电流。
另一方面，电动机15也可以为磁阻式电动机或感应式电动机或组合类型的电动机。
如在图中可以见到的，电动机15沿转子6a、6b的长度L的仅仅一部分延伸，其中电动机15位于具有最小直径D的端部9b处。
这意味着磁体18位于转子6a、6b的具有较小直径D的端部9b处。当然也可能的是，磁体18和电动机15位于具有直径D’的另一较大的端部处。
这将甚至引起另外的空间节省，使得机器1变得更加紧凑。
为了使机器1尽可能紧凑，电动机15的最大直径E为外部转子6a的最大直径D’的优选地最大两倍、优选地最大1.7倍、并且更优选地最大1.5倍。
然而，本发明不限于这些前述尺寸。替代地，外部转子6a的最大直径D’可以例如大于电动机定子17的内直径F。为了使机器1更加紧凑，外部转子6a的最大直径D’可以大于电动机15的最大直径E，即，电动机定子17的外直径。
如果外部转子6a通过注射成型被制造，则磁体18优选地在注射成型过程期间被共同模制在外部转子6a中。
特别地，正是由于该特征结合电动机15位于转子6a、6b的具有最小直径D的端部9b处的事实，使得电动机15的最大直径E可以保持得如此小。电动机15的最大直径E越小，最终的机器1越紧凑并且机器1的占地面积越小。
当然，不排除机器1的其它部件(例如内部转子6b)也通过注射成型被制造。
电动机定子17以包封的方式围绕外部转子6a安装，其中电动机定子17在该情况中位于机器1的外壳2中。
通过将电动机15安装到机器1的外壳2中，不需要设置特设的电动机外壳，并且机器1可以被更紧凑地布置。此外，也不需要电动机15和转子6a、6b之间的密封件。
此外，以这种方式，电动机15和转子6a、6b的润滑可以一起被控制，这是由于它们位于同一外壳2中，并且因此没有彼此隔离。
当然，也可能的是，外壳2布置成使得其也可以用作电动机15的外壳2，或者分离的外壳2被设置成用于电动机15，所述分离的外壳可以附接到转子6a、6b的外壳2。
虽然在示出的示例中，机器1的外部转子6a用作电动机转子16，但也可能的是，电动机转子16和外部转子6a作为整体被布置或者它们形成整体，例如，当它们借助于压配合、通过焊接或类似方法直接连结在一起时。
机器1的操作是非常简单的并且如下。
在机器1的操作期间，电动机定子17将以已知的方式驱动电动机转子16。
如在该情况中，外部转子6a用作电动机转子16，其将因此被驱动。
外部转子6a将驱动内部转子6b与其一起旋转，其方式相同于具有阳螺旋转子和阴螺旋转子的已知喷油式螺杆压缩机，其中例如阳螺旋转子由电动机15驱动。
由于转子6a、6b的旋转，气体将从入口3被抽吸，所述入口3将终止于转子6a、6b之间的压缩腔室8。当气体从入口3被抽吸入时，其将根据图1中的箭头P沿电动机转子16和电动机定子17流动，并且以这种方式保证电动机转子16的冷却。
借助于旋转，压缩腔室8朝向出口4位移，并且同时容积将减小以便以这种方式保证气体的压缩。
压缩的气体然后可以通过出口4离开机器1。
在操作期间，液体将被喷射到机器1中，从而冷却和/或润滑所述部件。这些部件特别地是轴承10、11、12、内部转子6a和外部转子6b、电动机定子17的绕组等。
至此，机器1设置有液体喷射回路(图中未示出)。这种液体可以例如是油(无论是否为合成油)。
因此，液体也将被喷射在腔室5中，这将保证内部转子6a和外部转子6b之间的润滑和密封。
通过出口4，该液体将与压缩气体一起离开机器1。所述液体可以借助于分离器与所述气体分离并且被回收。
当然也可能的是，机器1是无液体的，并且润滑借助于脂肪而不是借助于油被实现。
本发明决不限于作为示例被描述的并且在图中被示出的实施例，而是根据本发明的圆柱形对称容积式机器可以以各种各样的形式和尺寸来实现而不偏离本发明的范围。

Claims (13)

1.一种圆柱形对称容积式机器(1)，所述圆柱形对称容积式机器(1)包括协作的两个转子(6a、6b)，所述两个转子即为外部转子(6a)和内部转子(6b)，所述外部转子可旋转地安装在所述圆柱形对称容积式机器(1)中，所述内部转子可旋转地安装在所述外部转子(6a)中，
其中所述圆柱形对称容积式机器(1)设置有电动机(15)，所述电动机具有用于驱动所述外部转子(6a)和所述内部转子(6b)的电动机转子(16)和电动机定子(17)，
其特征在于，所述电动机(15)围绕所述外部转子(6a)安装，
其中，所述电动机定子(17)直接驱动所述外部转子(6a)，
并且其中，所述电动机(15)沿所述外部转子(6a)和所述内部转子(6b)的长度(L)的仅仅一部分延伸，其中所述电动机(15)位于所述内部转子(6b)的具有最小直径(D)的端部(9b)处，
其中，所述外部转子(6a)和所述内部转子(6b)具有圆锥形状。
2.根据权利要求1所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述电动机转子(16)和所述外部转子(6a)作为整体被布置。
3.根据权利要求1所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述外部转子(6a)用作所述电动机转子(16)。
4.根据权利要求3所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述电动机(15)设置有永磁体(18)，所述永磁体嵌入在所述外部转子(6a)中。
5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述内部转子(6b)和所述外部转子(6a)具有轴线(13、14)，所述轴线相对于彼此以角度(α)定位，其中所述轴线(13、14)彼此交叉。
6.根据权利要求5的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述内部转子(6b)和所述外部转子(6a)的轴线(13、14)是固定的非绕转轴线。
7.根据权利要求1-4中的任何一项所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述内部转子(6b)在一个端部(9a)处借助于轴承安装到所述圆柱形对称容积式机器(1)中。
8.根据权利要求1-4中的任何一项所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述外部转子(6a)借助于至少一个轴向轴承(11)安装到所述圆柱形对称容积式机器(1)中。
9.根据权利要求1-4中的任何一项所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述圆柱形对称容积式机器(1)是膨胀器、压缩机、或泵装置。
10.根据权利要求4所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述外部转子(6a)借助于注射成型技术被制造。
11.根据权利要求10所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述永磁体(18)在所述注射成型过程期间被共同模制在所述外部转子(6a)中。
12.根据权利要求1-4中的任何一项所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述圆柱形对称容积式机器(1)设置有外壳(2)，其中所述电动机(15)安装到所述外壳(2)中，或者其中所述外壳(2)也用作所述电动机(15)的外壳(2)。
13.根据权利要求1-4中的任何一项所述的圆柱形对称容积式机器，其特征在于，所述电动机(15)的最大直径(E)为所述外部转子(6a)的最大直径(D’)的最大两倍。
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