CN110073109B - 具有磁齿轮的螺杆压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种螺杆压缩机(12)，包括：外壳(20)，所述外壳具有抽吸口和排放口；公转子(28)，所述公转子可相对于所述外壳绕第一轴线(A)旋转；母转子(30)，所述母转子可相对于所述外壳绕第二轴线(B)旋转；以及磁齿轮系统，所述磁齿轮系统包括与所述公转子相关联的第一磁齿轮(60)以及与所述母转子相关联的第二磁齿轮(62)。所述第一磁齿轮和所述第二磁齿轮被定位成使得所述第一磁齿轮的磁场与所述第二磁齿轮相互作用以驱动所述母转子绕所述第二轴线的旋转。

Description

具有磁齿轮的螺杆压缩机
背景技术
本公开的实施方案大体上涉及致冷器制冷系统，并且更明确地说，涉及在致冷器制冷系统的压缩机中润滑剂与制冷剂的分离。
在许多应用中使用制冷系统来调节环境。环境的冷却或加热负荷可以随着环境条件、占用程度、意识到的和潜在的负荷需求的其它变化而改变并且在环境的占用者调整温度和/或湿度设定点时改变。
螺杆型压缩机通常用于空气调节和制冷应用中。在这类压缩机中，互相啮合的公与母叶形转子或螺杆绕其轴线旋转以将工作流体(例如，制冷剂)从低压入口端泵抽到高压出口端。在旋转期间，公转子的顺序叶片用作活塞，将制冷剂向下游驱动并且将其压缩在母转子叶片的相邻对与壳体之间的空间内。同样地，母转子的顺序叶片产生制冷剂在公转子叶片的相邻对与壳体之间的空间内的压缩。在其中发生压缩的公转子与母转子的叶片间空间形成压缩袋(或者被描述为在啮合区处连接的共同压缩袋的公和母部分)。
通常向压缩机提供润滑剂，诸如油，所述润滑剂用于润滑轴承和其它运转中的表面。油与制冷剂混合，使得离开压缩机的制冷剂包括大量的油。这有点不合需要，因为在闭合制冷系统中，这有时可能会变成难以维持用于润滑压缩机表面的润滑剂的适当供应。
发明内容
根据第一实施方案，螺杆压缩机包括：外壳，所述外壳具有抽吸口和排放口；公转子，所述公转子可相对于所述外壳绕第一轴线旋转；母转子，所述母转子可相对于所述外壳绕第二轴线旋转；以及磁齿轮系统，所述磁齿轮系统包括与所述公转子相关联的第一磁齿轮以及与所述母转子相关联的第二磁齿轮。所述第一磁齿轮和所述第二磁齿轮被定位成使得所述第一磁齿轮的磁场与所述第二磁齿轮相互作用以驱动所述母转子绕所述第二轴线旋转。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，在所述第一磁齿轮绕所述第一轴线旋转时所述第一磁齿轮的所述磁场与所述第二磁齿轮的磁场相互作用，以驱动所述第二磁齿轮绕所述第二轴线旋转。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述第一磁齿轮绕所述第一轴线在第一方向上的旋转驱动所述第二磁齿轮绕所述第二轴线在与所述第一方向相反的第二方向上旋转。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述第一磁齿轮与所述第二磁齿轮磁性对准以在所述第一磁齿轮与所述第二磁齿轮之间传递所需的扭矩。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述第一磁齿轮与所述第二磁齿轮未被布置成物理上接触。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述第一磁齿轮具有第一配置，并且所述第二磁齿轮具有第二配置，所述第一配置和所述第二配置是相同的。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述第一磁齿轮具有第一配置，并且所述第二磁齿轮具有第二配置，所述第一配置和所述第二配置是不同的。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述第一磁齿轮和所述第二磁齿轮形成磁齿轮对，并且所述磁齿轮系统包括多个所述磁齿轮对。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述多个磁齿轮对中的第一磁齿轮对与所述公转子和所述母转子的抽吸端相邻定位，并且所述多个磁齿轮对中的第二磁齿轮对与所述公转子和所述母转子的排放端相邻定位。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，包括可操作地耦合到所述公转子的电动机。
除了上述特征中的一者或多者之外，或作为可选方案，在其它实施方案中，所述螺杆压缩机是制冷系统的部件。
附图说明
被认为是本公开的主题在说明书结尾处的权利要求书中具体地指出并明确地要求权利保护。从结合附图进行的以下详细描述中，本公开的前述和其它的特征以及优点是显而易见的，在附图中：
图1是制冷系统的实例的示意图；
图2是制冷系统的螺杆压缩机的一部分的实例的截面图；以及
图3是根据一个实施方案的螺杆压缩机的简化截面示意图。
所述详细描述参看附图举例阐释了本公开的实施方案以及优点和特征。
具体实施方式
现在参看图1，示意性地示出空气调节系统的常规蒸汽压缩或制冷循环10的实例。制冷剂R被配置成循环流过蒸汽压缩循环10，使得制冷剂R在低温和低压下蒸发时吸收热量并且在较高的温度和压力下冷凝时释放热量。在此循环10内，制冷剂R如箭头所指示按顺时针方向流动。压缩机12接收来自蒸发器18的制冷剂蒸汽并且将其压缩到较高的温度和压力，其中相对较热的蒸汽随后传递到冷凝器14，在所述冷凝器处，通过与冷却介质(诸如空气或水)的热交换关系，蒸汽冷却并冷凝到液体状态。液态制冷剂R随后从冷凝器14传递到膨胀阀16，其中制冷剂R在传递到蒸发器18时膨胀到低温双相液体/蒸汽状态。在蒸发器中增添热量之后，低压蒸汽随后返回到压缩机12，在所述压缩机处重复所述循环。
现在参看图2，更详细地示出常规螺杆压缩机12(通常用在空气调节系统中)的一部分的实例。螺杆压缩机12具有外壳组件20，所述外壳组件包括主外壳22、排放侧外壳24和端盖26。具有相应的纵轴线A和B的公转子28和母转子30安装在主外壳22内。如图所示，纵轴线A、B彼此大体上平行。公转子28包括绕第一轴杆34安装的叶形主体32，所述第一轴杆被配置成绕纵轴线A旋转，并且母转子30包括绕第二轴杆38安装的叶形主体36，所述第二轴杆被配置成绕纵轴B线旋转。公转子28的叶形主体32和母转子30的叶形主体36可以有相同数目或者不同数目的齿形成于其中。公转子28和母转子30被布置成使得公转子28的齿与母转子30的齿交错。
一个或多个轴承，诸如例如轴颈轴承，可以用于将公转子28和母转子30安装到外壳20。举例来说，经由一个或多个入口轴承40将公转子28和母转子30的轴杆34、38的抽吸端安装到外壳20，并且通过一个或多个出口轴承42将公转子28和母转子30的轴杆34、38的排放端安装到外壳20，以绕相关联的转子轴线A、B旋转。可选地或另外地，止推轴承44可以位于转子28、30的排放端处以防止转子28、30在压缩机12的操作期间沿着其相应的纵轴线A、B平移。在所示的非限制性实施方案中，止推轴承44紧邻出口轴颈轴承42的下游端布置。另外，一个或多个轴杆密封装置46可以设置于主外壳22与相应的转子28、30之间并且设置于排放侧外壳24与相应的转子28、30之间。
一对定时齿轮48、50分别安装到公转子28和母转子30的轴杆34、38。公转子28的定时齿轮48与母转子30的定时齿轮50按相互啮合接合来布置，使得所述定时齿轮中的一者(诸如例如与公转子28相关联的定时齿轮48)的旋转被传递到另一个定时齿轮(诸如例如与母转子30相关联的定时齿轮50)。由于此接合，定时齿轮48、50被配置成使公转子28和母转子30在相反的方向上旋转。耦合到所述转子中的一者的轴杆34、38的电动机(在M处示意性地示出)可操作以绕该转子(图示为公转子28)的旋转轴线A驱动该转子。通过定时齿轮48、50之间的接合，另一个转子30类似地绕其相应的旋转轴线B旋转。虽然在本文中示出并描述了特定的压缩机类型和配置，但是其它压缩机(诸如例如具有三个转子)属于本发明的范围内。
在一些应用中，希望去除螺杆压缩机12的所有或至少一部分的需要润滑的机械部件，诸如例如定时齿轮48、50。现在参看图3，在一个实施方案中，分别用磁齿轮60、62来替代与螺杆压缩机12的公转子28和母转子30相关联的定时齿轮48、50。虽然在本文中相对于磁齿轮来示出和描述螺杆压缩机12，但是将理解，合适的可选方案(诸如例如磁耦合器)也被认为属于本公开的范围内。在所示的非限制性实施方案中，一对磁齿轮60、62与转子28、30的抽吸侧和排放侧相邻安装。然而，仅具有一对磁齿轮60、62或者具有两对以上磁齿轮60、62的实施方案也属于本公开的范围内。
磁齿轮60、62可以由磁性材料形成，使得齿轮60、62的外表面被局部磁化以产生多个小的磁极。每个齿轮60、62的磁极的相互作用的磁力可以以类似于常规机械齿轮的齿的方式起作用。因此，由与公转子28相关联的一个或多个磁齿轮60产生的磁场被配置成与和母转子30相关联的一个或多个磁齿轮62的磁场相互作用。因此，通过磁齿轮60、62的相互吸引和排斥来在所述磁齿轮之间传递扭矩。因此，公转子28的一个或多个磁齿轮60的旋转驱动母转子30的一个或多个磁齿轮62旋转，由此使母转子30绕其轴线B旋转。空气间隙(在64处示意性地示出)布置在磁齿轮60、62之间，使得齿轮60、62彼此不在物理上接触。
可以基于所要的扭矩传递来选择压缩机12中的磁齿轮60、62中的每一者的尺寸和配置。影响在双轴磁齿轮60、62之间传递的扭矩的量值的参数包括：磁齿轮60、62之间的距离、磁齿轮60、62的磁性材料层的厚度、齿轮60、62的导磁材料层的厚度、磁齿轮60、62中的磁化极的数目以及磁性材料层的内径和外径。在一个实施方案中，与公转子28相关联的磁齿轮60的配置与和母转子30相关联的磁齿轮62的配置基本上相同。然而，在其它实施方案中，与公转子28和母转子30相关联的磁齿轮60、62可以是不同的。另外，在包括多个磁齿轮对的螺杆压缩机12的实施方案中，与公转子28相关联的磁齿轮60中的每一者是基本上相同的，并且与母转子30相关联的磁齿轮62中的每一者是相同的，使得在每对磁齿轮60、62之间均一地传递扭矩。
通过使用磁齿轮60、62来使螺杆压缩机12的转子28、30的旋转同步，其非接触操作去除了对润滑的需要，由此减少所述系统的污染和成本。另外，磁齿轮60、62消除了与摩擦和磨损有关的问题，这样通过减少所述系统的摩擦损失而提高效率。因此，磁齿轮导致较长的部件使用期限，同时减少由转子28、30的旋转引起的噪声和振动。
虽然仅结合有限数目个实施方案来详细地描述本公开，但是应容易地理解，本公开不限于此类公开的实施方案。而是，本发明可以经过修改以结合迄今未描述但与本公开的精神和范围一致的任何数目的变型、更改、取代或等效布置。另外，虽然已描述了本公开的各种实施方案，但是将理解，本公开的方面可以仅包括所描述实施方案中的一些。因此，本公开不被视为受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (9)

1.一种螺杆压缩机，所述螺杆压缩机包括：
外壳，所述外壳具有抽吸口和排放口；
公转子，所述公转子可相对于所述外壳绕第一轴线旋转；
母转子，所述母转子可相对于所述外壳绕第二轴线旋转；以及
磁齿轮系统，所述磁齿轮系统包括与所述公转子相关联的第一磁齿轮以及与所述母转子相关联的第二磁齿轮，所述第一磁齿轮和所述第二磁齿轮被定位成使得所述第一磁齿轮的磁场与所述第二磁齿轮相互作用以驱动所述母转子绕所述第二轴线旋转；
其特征在于，所述第一磁齿轮和所述第二磁齿轮形成磁齿轮对，并且所述磁齿轮系统包括多个所述磁齿轮对；
其中所述多个磁齿轮对中的第一磁齿轮对与所述公转子和所述母转子的抽吸端相邻定位，并且所述多个磁齿轮对中的第二磁齿轮对与所述公转子和所述母转子的排放端相邻定位；并且
其中与所述公转子相关联的所述磁齿轮中的每一者是相同的，并且与所述母转子相关联的所述磁齿轮中的每一者是相同的。
2.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其中在所述第一磁齿轮绕所述第一轴线旋转时所述第一磁齿轮的所述磁场与所述第二磁齿轮的磁场相互作用，以驱动所述第二磁齿轮绕所述第二轴线旋转。
3.如权利要求2所述的螺杆压缩机，其中所述第一磁齿轮绕所述第一轴线在第一方向上的旋转驱动所述第二磁齿轮绕所述第二轴线在与所述第一方向相反的第二方向上旋转。
4.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其中所述第一磁齿轮与所述第二磁齿轮磁性对准以在所述第一磁齿轮与所述第二磁齿轮之间传递所需的扭矩。
5.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其中所述第一磁齿轮与所述第二磁齿轮未被布置成物理上接触。
6.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其中所述第一磁齿轮具有第一配置，并且所述第二磁齿轮具有第二配置，所述第一配置和所述第二配置是相同的。
7.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其中所述第一磁齿轮具有第一配置，并且所述第二磁齿轮具有第二配置，所述第一配置和所述第二配置是不同的。
8.如权利要求1所述的螺杆压缩机，所述螺杆压缩机还包括可操作地耦合到所述公转子的电动机。
9.如权利要求1所述的螺杆压缩机，其中所述螺杆压缩机是制冷系统的部件。
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