CN109690086B - 具有集成电机的压缩机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种回转式压缩机装置(100)，该回转式压缩机装置包括以轴线(X)为中心的固定构件(40)，以及围绕该固定构件(40)旋转的旋转构件(90)；该固定构件(40)和旋转构件(90)在压缩机装置(100)中的气密密封内容积内部；压缩机装置(100)包括具有绕组装置(211)的定子(210)，该绕组装置在定子(210)内部生成电磁力，该定子(210)布置在气密密封内容积外部；该压缩机装置(100)还包括多个磁体(221)，这些磁体直接附接到旋转构件(90)并且面向定子(210)中的绕组装置(211)，使得旋转构件(90)通过来自定子(210)的旋转电磁场带动旋转。本发明还涉及一种冷却/制冷系统，该冷却/制冷系统包括这样的回转式压缩机装置(100)。

Description

具有集成电机的压缩机装置
技术领域
本发明涉及包括集成电机的压缩机装置，并且更具体地讲，涉及优选地用于冷却或制冷系统中的叶片型回转式压缩机装置。
背景技术
目前，冷却或制冷系统中使用不同类型的压缩机。气体压缩机是通过减小气体的容积来增加气体压力的机械装置：通过改变气体状态，其温度也会改变。因此，当气体通过冷凝器时，其可用作制冷压缩机中的制冷剂。
对于家庭应用而言，叶片回转式压缩机由于尺寸较小而被普遍用作制冷压缩机。通常，叶片回转式压缩机包括圆形转子，其在由压缩机外壳的内壁构造的较大圆形腔内旋转。转子和腔的中心错开，造成偏心。叶片布置在转子中，并且通常滑入和滑出转子并被张紧以在腔的内壁上密封，从而形成压缩工作流体(通常为制冷剂气体)的叶片腔室。在循环的吸气部分期间，制冷剂气体通过进气口进入压缩腔室，其中转子的偏心运动使该压缩腔室的容积减小，然后经过压缩的流体通过排气口排出。
虽然小尺寸叶片回转式压缩机是有利的，但是制冷剂透过压缩机外壳的内壁表面泄漏却是不利的。这就是为什么这些压缩机还要使用润滑油，润滑油具有两个主要的功能：一是润滑活动部件，二是密封活动部件之间的间隙，从而使可不利地影响压缩机效率的气体泄漏最小化。
存在不同类型的制冷压缩机，这根据它们的构型而变化。通常，制冷压缩机可以是开放的、半气密的或气密的。在气密密封式压缩机中，压缩机及其驱动电机联接到相同轴并且包封在刚性气密壳体中。该类型的气密密封式压缩机是气密的，并且确保工作流体不会泄漏到外面。它们通常用于例如家庭的家用冰箱、冷冻机或空调中。半气密压缩机还在壳体内包括压缩机及其驱动电机；然而，在需要修理的情况下，可打开该壳体以便接近电机和压缩机本身。另一方面，开放压缩机被构造为没有压缩机或电机的机壳，因此它们不防漏并且易于泄漏，依赖于需要润滑的轴封，来防止工作流体泄漏并维持内部压力。
气密压缩机的主要优点之一是其被构造为单个单元，因此其由于其紧凑性而易于运输。此外，其噪声较小，并且安装非常简单。然而，通常预期不用修理该压缩机，因此，当出现问题时，整个单元被新的单元替换。
半气密压缩机与气密压缩机相比更易于修理，因为它们是易接近的。然而，发生某些泄漏导致压缩机性能的一定损失。
在气密和半气密压缩机中，壳体内的电子器件和布线经受非常高的温度，因为它们布置在该气密机壳内，这使得这些类型的压缩机成本高昂。另外，绕组的最终烧坏可污染整个系统。
另一方面，在开放构型中，压缩机和电机在故障的情况下易于接近以便维修，维护成本低且容易。气密腔室外部的电机允许更多种类的电机选择以及使用成本更低的电机类型，因为它们在环境条件下工作。这样的构型的缺点是这些压缩机类型噪声大，不紧凑并且在电机/腔室连接处存在一定的气体泄漏，这导致其性能的损失。此外，轴封中需要润滑油，以使得它们保持其密封特性。
因此，期望提供这样的压缩机，该压缩机具有开放、气密和半气密压缩机的优点，同时避免它们的缺点。
在现有技术中已知，例如在文献EP 2307734 B1中，回转式压缩机装置具有旋转轴，其中电机结构集成在压缩机装置内。整个结构由气密密封在电机和压缩机内部的外部外壳包封，因此构成气密压缩机。该结构是紧凑的，但存在内部电子构件达到高温的缺点，不能适当冷藏。
根据本发明的压缩机装置提供紧凑、气密，同时安静且成本有效的解决方案：压缩腔室处于密封的内部容积中；电子部件在外部并且在环境条件下工作，而且它们之间没有直接物理连接，因此防止任何泄漏。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及回转式压缩机装置100，该回转式压缩机装置包括以轴线X为中心的固定构件40，以及围绕固定构件40旋转的旋转构件90；固定构件40和旋转构件90在压缩机装置100中的气密密封内容积内部；压缩机装置100包括具有绕组装置211的定子210，该绕组装置在定子210内部生成电磁力，定子210布置在气密密封内容积外部。本发明的压缩机装置还包括多个磁体221，这些磁体直接附接到旋转构件90并且面向定子210中的绕组装置211，使得旋转构件90通过来自定子210的旋转电磁场带动旋转。
根据优选的实施方案，本发明的回转式压缩机装置100还包括滚动构件10，该滚动构件相对于固定构件40偏心地布置，使得在其间形成腔室；装置100还包括通过旋转构件90带动旋转的至少一个卫星元件50；至少一个卫星元件50在偏移轴线Y处轨道运动，并且使滚动构件10带动旋转，并且确保固定构件40和滚动构件10之间的接触。
优选地，本发明的回转式压缩机装置还包括顶板和底板，该顶板和底板被布置成在高度上以紧密方式闭合形成于固定构件40和滚动构件10之间的至少一个压缩腔室110。
通常，回转式压缩机装置还包括至少一个分段元件，该分段元件布置在顶板和/或底板之间以允许至少一个压缩腔室110的紧密密封以及滚动构件10的运动。至少一个分段元件80优选地包括低摩擦材料。
在本发明的回转式压缩机装置中，优选地，至少一对卫星元件50,50’在高度上以使得磁体221位于其间的方式布置在旋转构件(90)中。
通常，在本发明的回转式压缩机装置中，旋转构件90被构造为圆柱体，磁体221直接附接在其外部直径圆周中。
通常，将卫星元件安装在轴承300上，优选地为滚珠轴承上。
在本发明的回转式压缩机装置中，定子210通常包括嵌入树脂材料中的层压磁芯，定子210是电机外壳230的整体部分。
根据优选的实施方案，将本发明的回转式压缩机装置中的绕组装置211和磁体221分离的距离尽可能小，通常小于约1mm。
本发明的回转式压缩机装置优选地还包括至少一个密封活塞30，该密封活塞在滚动构件10的旋转期间可在固定构件40内滑动，从而形成至少一个压缩腔室110，该压缩腔室的容积通过滚动构件10的旋转而减小，使得可压缩流体(优选地为制冷剂气体)在排出之前被压缩。
通常，在本发明的回转式压缩机装置中，润滑油还同与其相容的可压缩流体一起提供。
根据第二方面，本发明涉及冷却/制冷系统，该冷却/制冷系统包括如前所述的回转式压缩机装置100。
附图说明
结合附图，在阅读本发明实施方案的以下详细描述后，本发明的其他特征、优点和目的对于技术人员而言将变得显而易见。
图1示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置中的主要构件的代表性视图。
图2示出根据本发明的如图1所示的具有集成电机的压缩机装置的外部视图。
图3示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置中的电机的定子以及电机的磁体的代表性视图。
图4示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置中的定子和绕组以及旋转元件的布置的代表性视图。
图5示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置的剖面图。
图6示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置的俯视图。
图7a-图7b-图7c示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置中的外部构型的分解图，分别为包括磁体的旋转元件以及包括绕组的定子的。
图8a-图8b-图8c-图8d示出根据本发明的具有集成电机的压缩机装置中的外部构型的分解图，分别为包括磁体的旋转元件、滚动元件、叶片和固定主体、以及包括绕组的定子。
具体实施方式
如图6所示，例如，本发明涉及叶片回转式压缩机装置，以下称之为回转式压缩机装置100或简称为回转式压缩机100。本发明的回转式压缩机100优选地用于冷却或制冷系统中，并且工作流体通常为任何可压缩气体，优选地为制冷剂气体或包含制冷剂气体的混合物。
回转式压缩机100包括入口130和出口140，工作流体通过入口进入压缩机，该流体被压缩之后通过出口从所述压缩机排出。
在本发明的优选实施方案中，如例如在图8c中可见，压缩机还包括滚动构件10，在该滚动构件内部，固定主体40以轴线X为中心布置。压缩机还包括叶片或密封活塞30，其可滑入狭槽31中以便接触滚动构件10的内部壁并形成紧密压缩腔室，流体将在该压缩腔室中被压缩，如以下将更详细地进一步解释。如图8c所示，固定主体40偏心地布置在滚动构件10内部。重新参见图6，用于工作流体的入口130和出口140布置在固定主体40中，并且优选地布置在密封活塞30附近。
本发明的布置被制造成使得轴(和轴线X)和固定主体40是回转式压缩机100内的一个一体式部件并且是静止的。然而，滚动构件10围绕主体40旋转，实际上该滚动构件借助于至少一个卫星元件50在带动旋转的固定主体40的外表面上滚动，如将进一步解释的。
密封活塞30可在布置于主体40中的狭槽31内滑动：保持该狭槽31中的压力，以使密封活塞30在滚动构件10围绕固定主体40的整个滚动期间接触滚动构件10的内壁。为了实现这一点，存在狭槽31内的张紧装置，该装置对密封活塞30施加压力，使其接触滚动构件10的内壁：提供这种功能的任何种类的张紧装置均可使用，通常是弹簧，不过也有可能是气动装置。在本发明的布置中，如图6所示，密封活塞30形成可变容积的压缩腔室110。不止一个密封活塞可用于本发明的不同实施方案中，因此形成不止一个压缩腔室。
在本发明的回转式压缩机装置中，参考系统实际上是倒置的：主体40是固定的，并且滚动构件10通过由至少一个卫星元件50在其上旋转时施加的压力而在其上滚动。
本发明的布置还包括安装在旋转构件90上的至少一个卫星元件50：通过该旋转构件90的旋转，卫星元件50被推过滚动构件10并且围绕其滚动，从而将其推向固定主体40。因此，在旋转构件围绕滚动构件10旋转的同时，滚动构件10和主体40之间始终存在接触(通常，当固定主体40和滚动构件10为圆柱形形状时，存在纵向接触线)。同样明显的是，该接触与卫星元件50的位置对准。通过接触滚动构件10的内壁的密封活塞30，形成具有可变容积(随时间减小)的紧密压缩腔室110，其中工作流体在排出之前被压缩。
卫星元件在轴线Y处偏离轴线X布置，如例如图5所示，并且被制造成围绕固定主体40轨道运动。卫星元件50在一定的压力或力下接触滚动构件10的外部壁(即，轴线X和Y之间的距离使得在卫星元件的整个轨道运动期间施加并保持该力)：如之前所解释，卫星元件50和滚动构件10的外部壁在压力下的这种接触使卫星元件50带动滚动构件10在固定主体40上的旋转(实际上在其上滚动)，类似于齿轮布置。
当参见例如图7b或图8b时，一对卫星元件50和50’例如布置在一定高度处，压在滚动构件10的外部壁上，与固定主体40和滚动构件10的内接触对准。这些图还表示例如另一对卫星元件50”和50”’，它们在高度上布置并且还压在滚动构件10的外部壁上：在该构型中，滚动构件10的内壁与固定主体40的接触在该对卫星元件50,50’和50”,50”’的外部接触之间的中间点中。
卫星元件通常安装在轴承300上，优选地为滚珠轴承上，如例如图1或图4所示。
通常，本发明的压缩机装置与作为工作流体的制冷剂气体一起工作，并且压缩机中的制冷剂还夹杂有油，以便润滑活动部件并密封它们之间的间隙或空隙。优选地利用油泵(未示出)将油引入压缩机中，并且还通常设有用于收集该油并将其送回油泵的装置(未示出)，使得该油与制冷剂一起被再次泵送。润滑油可以是与压缩机中用作工作流体的制冷剂相容的任何油。制冷剂可以是在给定的所关注温度范围内有效的任何合适的制冷剂。
通常，本发明的压缩机装置还包括顶板和底板，该顶板和底板闭合压缩机的顶部和底部，从而密封与密封活塞30一起形成的压缩腔室110。尽管可对卫星元件进行一定的间隙调整或补偿，但两个板之间的距离以及构造滚动构件10的主体的高度必须精确，以便正确地密封并形成压缩腔室110。然而，构造本发明的压缩机布置的其他部件不需要如同已知现有技术中的情况那样设置精确的公差，这使得该装置更容易制造并且因此成本更低。通常，进一步在顶板和/或底板之间布置至少一个分段元件，以允许压缩腔室110的紧密密封并且同时允许滚动构件10的运动。以使得滚动构件10相对于固定主体40和板的运动中允许较低摩擦的方式实现该布置。优选地，构造分段元件的材料是低摩擦材料，通常为
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这些低摩擦材料通常在需要部件的滑动动作的应用中实现长使用寿命解决方案，并且易于维护。材料的摩擦特性通常由摩擦系数给定，其给出了一个值，该值表示当物体在由这种材料制成的表面上移动时，由该表面所施加的力，该力使得在物体和表面两者之间存在相对运动。通常对于Teflon而言，该摩擦系数在0.04和0.2之间。低摩擦材料具有低于0.4，更优选地低于0.3，甚至更优选地低于0.2的摩擦系数。
本发明的目的是将驱动电机结构集成到回转式叶片压缩机本身的布置中。根据本发明的这种电机集成可在具有固定轴线(或与轴线X一起的固定主体40)和外部旋转部件(在该情况下，为外部旋转构件90)的压缩机装置中完成。在本发明的优选实施方案中，压缩机装置100的构型包括卫星元件，该卫星元件安装在旋转构件90中，将滚动构件10推过固定主体40，如所论述的。绕组211安装在外部定子210上，而磁体221直接附接到旋转构件90的外表面上，直接面向这些绕组211，其间未布置金属元件。磁体和绕组之间的距离应是自由的并且尽可能小，通常低于1mm；否则效率将急剧下降并且不可能旋转转子。
当电流通过绕组211循环时，在定子210内部生成电磁力或电磁场：这些绕组用作电磁体并且因此具有磁极，其相对磁极在磁体221中直接附接到旋转构件90。在这些磁极之间形成的磁场被设计成定向并产生力，从而在旋转构件90中提供扭矩，使其旋转。
很明显，在传统的回转式压缩机中，绕组和磁体的这样的布置是不可能的，因为没有外部旋转元件，磁体可附接在该外部旋转元件中，并且在该外部旋转元件中磁体可直接面向(没有任何插置的金属元件)转子中的绕组。本发明的构型是特别有利的，因为它将压缩机的转子(压缩机装置的旋转部件，旋转构件90)与电机的转子(即，永磁体所在的位置)集成在一个单独元件中，因此提供紧凑和气密的解决方案。此外，定子的绕组布置在外部，并且与其中它们在闭合腔室内部的气密解决方案相比，可有利地冷藏。气密密封在本发明的装置100中的腔室分组在主体40、滚动构件10、旋转元件90和磁体221内部，如例如图5所示。因此，定子210与绕组211一起可布置在该气密腔室外部并且可容易地冷藏，如例如图1或图2中的任一个所示。
本发明的装置中的定子210通常包括嵌入树脂中的层压磁芯，其被构造为电机外壳的整体部分(定子210构成电机外壳的竖直部分)。层压磁芯通常包括多个薄金属片，它们基本上与磁通线平行放置，因此磁芯相当于许多单独的磁路，每个磁路接收一小部分磁通量，因此高度限制了大部分涡流的流动。
概括地说，本发明的装置提出要使用的压缩机的旋转部件以及电机的转子的用途。这允许直接驱动该旋转部件，这大大减少了部件数量和噪声。压缩机装置的最终结构非常坚固和紧凑，并且被制成能够承受20巴的压力，以保持所用制冷剂气体的紧密。另外，通过使用其上安装有旋转部件的轴承，该布置也非常紧凑。另外，由于直接与外部空气接触，因此改善了定子的热耗散。因此，集成在压缩机装置中的磁路的刚性结构有助于电机外壳的机械阻力。
现在参见附图，图1示出由滚动构件10偏心地包围的固定主体40的布置，该滚动构建被制成借助于安装在轴承300上的旋转构件90在主体40的外部壁上滚动。磁体221直接附接到旋转构件90的外壁上，面向定子210中的对应绕组211。然而，在该图中未示出定子的典型层压结构。
图2示出从外部看到的整个压缩机装置100，作为电机外壳230在外部的完整紧凑结构，示出了遮挡在绕组211内部的定子210。图3示出这些绕组位于定子210内部的位置以及它们面向(浮动视图)磁体221的方式。
图4示出卫星元件布置在压缩机内的位置，安装在旋转构件90上。
图5示出根据本发明的优选实施方案的压缩机装置的剖面图，示出在内部集聚磁体221、旋转构件90、滚动构件10和固定主体40的气密腔室。具有绕组211的定子210布置在该气密腔室外部。
图6示出回转式叶片压缩机的结构，该压缩机具有用于压缩后的流体的流体入口130和流体出口140。示出了密封活塞30，其可滑入狭槽31中以便接触滚动构件10的内部壁并且形成紧密压缩腔室110，其中流体在通过出口140排出之前被压缩。示出了两个卫星元件50和50”，其将滚动构件10推过固定主体40以改变腔室110的容积。此处可以看出，滚动构件10的内壁与固定主体40的外壁的接触在卫星元件50和50”与滚动构件10的外部接触之间的中间角位置处发生的方式。
图7a、图7b和图7c示出具有定子210的电机外壳230(图7a)；磁体221附接在外部的旋转构件90，以及一对卫星元件50,50’和另一对卫星元件50”,50”’在高度上布置在该构件90中以推过滚动构件10并在其上滚动的方式(图7b)；具有绕组211的定子构型210，该绕组将面向磁体221(图7c)。
图8a、图8b、图8c和图8d示出具有定子210的电机外壳230(图8a)；磁体221附接在外部的旋转构件90，以及一对卫星元件50,50’和另一对卫星元件50”,50”’在高度上布置在该构件90中以推过滚动构件10并在其上滚动的方式，以及磁体221布置在何者之间(图8b)；偏心地布置在固定主体30上的滚动构件10，以及接触其内壁的密封活塞30(图8c)；具有绕组211的定子构型210，该绕组将面向磁体221(图8d)。
虽然已参考本发明的优选实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下作出许多修改和更改。

Claims (12)

1.一种回转式压缩机装置(100)，所述回转式压缩机装置包括以轴线(X)为中心的固定构件(40)，以及围绕所述固定构件(40)旋转的旋转构件(90)；
所述固定构件(40)和所述旋转构件(90)在所述回转式压缩机装置(100)中的气密密封内容积内部；
所述回转式压缩机装置(100)包括具有绕组装置(211)的定子(210)，所述绕组装置在所述定子(210)内部生成电磁力，所述定子(210)布置在所述气密密封内容积外部；
所述回转式压缩机装置(100)还包括多个磁体(221)，所述多个磁体直接附接到所述旋转构件(90)并且面向所述定子(210)中的所述绕组装置(211)，使得所述旋转构件(90)通过来自所述定子(210)的旋转电磁场带动旋转；
所述回转式压缩机装置(100)还包括滚动构件(10)，所述滚动构件相对于所述固定构件(40)偏心地布置，使得在所述滚动构件和所述固定构件之间形成至少一个压缩腔室(110)，
其中所述回转式压缩机装置(100)还包括顶板和底板，所述顶板和所述底板被布置成在高度上以紧密方式闭合形成于所述固定构件(40)和所述滚动构件(10)之间的所述至少一个压缩腔室(110)，
所述回转式压缩机装置(100)还包括至少一个分段元件，所述至少一个分段元件布置在所述顶板和所述底板之间以允许至少一个压缩腔室(110)的紧密密封以及所述滚动构件(10)的运动，所述至少一个分段元件包括低摩擦材料。
2.根据权利要求1所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述回转式压缩机装置(100)还包括通过所述旋转构件(90)带动旋转的至少一个卫星元件(50)；
所述至少一个卫星元件(50)在偏移轴线Y处轨道运动，并且使所述滚动构件(10)带动旋转，并且确保所述固定构件(40)和所述滚动构件(10)之间的接触。
3.根据权利要求1所述的回转式压缩机装置(100)，其中至少一对卫星元件(50,50’)在高度上以使得所述磁体(221)位于所述至少一对卫星元件之间的方式布置在所述旋转构件(90)中。
4.根据权利要求3所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述旋转构件(90)被构造为圆柱体，所述磁体(221)直接附接在所述旋转构件的外部直径圆周中。
5.根据权利要求3或4所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述卫星元件安装在轴承(300)上。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述定子(210)包括嵌入树脂材料中的层压磁芯，所述定子(210)是电机外壳(230)的整体部分。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，其中将所述绕组装置(211)和所述磁体(221)分离的距离小于1mm。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的回转式压缩机装置(100)，还包括至少一个密封活塞(30)，所述密封活塞在所述滚动构件(10)的旋转期间能够在所述固定构件(40)内滑动，从而形成至少一个压缩腔室(110)，所述压缩腔室的容积通过所述滚动构件(10)的旋转而减小，使得可压缩流体在排出之前被压缩。
9.根据权利要求8所述的回转式压缩机装置(100)，其中润滑油还与所述可压缩流体一起提供。
10.根据权利要求5所述的回转式压缩机装置(100)，其中所述卫星元件安装在滚珠轴承上。
11.根据权利要求8所述的回转式压缩机装置(100)，其中，所述可压缩流体为制冷剂气体。
12.一种冷却/制冷系统，所述冷却/制冷系统包括根据权利要求1-11中任一项所述的回转式压缩机装置(100)。
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