CN116865523B - 一种电控磁力联轴机构及压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电控磁力联轴机构及压缩机，涉及联轴器技术领域。电控磁力联轴机构包括第一旋转接头、线圈座、控制模块和第二旋转接头；第一旋转接头上设置有第一磁铁，线圈座上设置有与之耦合的第一线圈；第二旋转接头上设置有第二磁铁，线圈座上设置有与之耦合的第二线圈；控制模块控制第一线圈与第二线圈之间的通断。将上述电控磁力联轴机构应用于压缩机，即可根据需要使压缩机的电机转子与转轴联动或断开。当电机转子与转轴联动时，压缩机能够对气体进行两级压缩，在高压比工况下高效运行。反之，压缩机仅对气体进行一级压缩，在低压比工况下高效运行。只需一台压缩机即可兼顾整个压比范围，价格更低，体积和重量更小，可靠性更高。

Description

一种电控磁力联轴机构及压缩机

技术领域

本发明涉及联轴器技术领域，尤其涉及一种电控磁力联轴机构及压缩机。

背景技术

当磁悬浮高速离心式压缩机的工作工况的压比范围比较宽时，磁悬浮高速离心式压缩机只能在高压比或低压比范围内高效运行，无法兼顾整个压比范围。

针对这一问题，现有技术通常采用两台磁悬浮高速离心式压缩机进行串联运行。这套方案的价格高，体积大，重量大，且可靠性低，应用场景受到限制。

以页岩气采集为例，采集现场大多在山区，无人值守，对压缩机的价格、体积、重量以及可靠性的要求较高，上述方案无法适用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种电控磁力联轴机构。

本发明提供如下技术方案：

一种电控磁力联轴机构，包括第一旋转接头、线圈座、控制模块和至少一个第二旋转接头；

所述第一旋转接头上设置有多个第一磁铁，多个所述第一磁铁绕所述第一旋转接头的旋转轴线分布，所述线圈座上设置有与所述第一磁铁耦合的第一线圈；

所述第二旋转接头上设置有多个第二磁铁，多个所述第二磁铁绕所述第二旋转接头的旋转轴线分布，所述线圈座上设置有与所述第二磁铁耦合的第二线圈；

所述控制模块分别与所述第一线圈和所述第二线圈电连接，所述控制模块至少用于控制所述第一线圈与所述第二线圈之间的通断。

作为对所述电控磁力联轴机构的进一步可选的方案，所述第一旋转接头具有筒状的第一安装部，所述线圈座具有筒状的第二安装部，所述第一安装部和所述第二安装部当中的一个环绕另一个设置；

所述第一磁铁设置于所述第一安装部上，所述第一线圈设置于所述第二安装部上。

作为对所述电控磁力联轴机构的进一步可选的方案，所述电控磁力联轴机构还包括筒状的护套，所述护套同时与每个所述第一磁铁背向所述第一安装部的一侧抵持。

作为对所述电控磁力联轴机构的进一步可选的方案，所述第一安装部环绕所述第二安装部设置；

所述第一磁铁嵌设于所述第一安装部的内侧壁，所述第一线圈嵌设于所述第二安装部的外侧壁。

作为对所述电控磁力联轴机构的进一步可选的方案，所述第二旋转接头具有盘状的第三安装部，所述线圈座具有盘状的第四安装部，所述第四安装部与所述第三安装部相互平行；

所述第二磁铁设置于所述第三安装部上，所述第二线圈设置于所述第四安装部上。

作为对所述电控磁力联轴机构的进一步可选的方案，所述第二旋转接头的数量为一个，所述第二旋转接头的旋转轴线与所述第一旋转接头的旋转轴线重合。

作为对所述电控磁力联轴机构的进一步可选的方案，所述控制模块包括断路器，所述断路器分别与所述第一线圈和所述第二线圈电连接。

本发明的另一目的是提供一种压缩机。

本发明提供如下技术方案：

一种压缩机，包括电机转子、转轴和上述电控磁力联轴机构；

所述电机转子与所述第一旋转接头连接；

所述转轴与所述第二旋转接头对应设置，所述转轴与对应的所述第二旋转接头连接。

作为对所述压缩机的进一步可选的方案，所述电控磁力联轴机构设置有至少两个，其中一个所述电控磁力联轴机构的所述第一旋转接头与所述电机转子连接，其余所述电控磁力联轴机构的所述第一旋转接头与所述转轴连接。

作为对所述压缩机的进一步可选的方案，所述压缩机还包括磁轴承，所述磁轴承套设于所述电机转子；

所述控制模块包括变频器，所述变频器分别与所述磁轴承和所述第一线圈电连接。

本发明的实施例具有如下有益效果：

在上述电控磁力联轴机构中，第一线圈与第一磁铁耦合。当第一磁铁随第一旋转接头转动时，第一磁铁产生的磁场切割第一线圈，在第一线圈中产生感应电压。若控制模块控制第一线圈与第二线圈连通，则第一线圈和第二线圈中均会产生感应电流，第二线圈进一步产生感应磁场，驱使第二磁铁转动，进而带动第二旋转接头转动。反之，若控制模块控制第一线圈与第二线圈断开，则第二线圈中不会产生感应电流，第二磁铁和第二旋转接头保持不动。

将上述电控磁力联轴机构应用于压缩机，即可根据需要使压缩机的电机转子与转轴联动或断开。当电机转子与转轴联动时，压缩机能够对气体进行两级压缩，在高压比工况下高效运行。当电机转子与转轴断开时，压缩机仅对气体进行一级压缩，在低压比工况下高效运行。因此，只需一台压缩机即可兼顾整个压比范围，价格更低，体积和重量更小，可靠性更高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的一种电控磁力联轴机构的整体结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的一种电控磁力联轴机构的爆炸示意图；

图3示出了本发明实施例提供的一种电控磁力联轴机构在另一视角下的爆炸示意图；

图4示出了本发明实施例提供的一种电控磁力联轴机构的控制电路图；

图5示出了本发明实施例提供的一种压缩机的整体结构示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种压缩机的性能图；

图7示出了现有的两台磁悬浮高速离心式压缩机串联运行时的性能图。

主要元件符号说明：

10-电控磁力联轴机构；20-机壳；21-轴承；30-电机定子；40-电机转子；50-一级叶轮；60-一级涡壳；70-转轴；80-二级叶轮；90-二级涡壳；

100-第一旋转接头；110-第一磁铁；120-第一安装部；200-线圈座；210-第一线圈；220-第二线圈；230-第二安装部；240-第四安装部；250-引接线；300-第二旋转接头；310-第二磁铁；320-第三安装部；400-控制模块；410-断路器；420-变频器；500-护套。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供一种电控磁力联轴机构10，应用于压缩机，该电控磁力联轴机构10包括第一旋转接头100、线圈座200、第二旋转接头300和控制模块400。

其中，第一旋转接头100上设置有多个第一磁铁110，且多个第一磁铁110绕第一旋转接头100的旋转轴线分布。线圈座200上设置有与第一磁铁110耦合的第一线圈210，且第一磁铁110产生的恒定磁场垂直通过第一线圈210。

第二旋转接头300设置有至少一个，每个第二旋转接头300上均设置有多个第二磁铁310，且多个第二磁铁310绕第二旋转接头300的旋转轴线分布。线圈座200上设置有与第二磁铁310耦合的第二线圈220，且第二磁铁310产生的恒定磁场垂直通过第二线圈220。

此外，控制模块400分别与第一线圈210和第二线圈220电连接，控制模块400至少用于控制第一线圈210与第二线圈220之间的通断。

当第一磁铁110随第一旋转接头100转动时，第一磁铁110产生的磁场切割第一线圈210，在第一线圈210中产生感应电压。

若控制模块400控制第一线圈210与第二线圈220连通，则第一线圈210和第二线圈220中均会产生感应电流，第二线圈220进一步产生感应磁场。该感应磁场驱使第二磁铁310转动，进而带动第二旋转接头300转动。

其中，由于第一线圈210和第二线圈220中产生的感应电流的频率与第一磁铁110产生的磁场切割第一线圈210的频率相同，故第二线圈220产生的感应磁场的频率与第一磁铁110的转频相同。在此基础上，第二磁铁310的转频也与第一磁铁110的转频相同，即第二旋转接头300和第一旋转接头100的转速相同。

反之，若控制模块400控制第一线圈210与第二线圈220断开，则第二线圈220中不会产生感应电流，第二磁铁310和第二旋转接头300保持不动。

显然，在上述电控磁力联轴机构10中，第一旋转接头100和第一磁铁110相当于发电机的转子，线圈座200和第一线圈210相当于发电机的定子。相对地，线圈座200和第二线圈220相当于电动机的定子，第二旋转接头300和第二磁铁310相当于电动机的转子。

需要注意的是，现有的线圈都是由铜线绕制而成，且铜线在绕制后浸漆或灌封固定。在低转速下，离心力不大，浸漆或灌封工艺可以满足线圈不与线圈铁芯相对运动。但是一旦转速转达到10000r/min，甚至于30000r/min，由于离心力与转速的平方成正比，故浸漆或灌封方案无法再限制线圈与线圈铁芯相对静止。此时，线圈与线圈铁芯相对运动，可能导致线圈表面的绝缘漆破损，进而导致线圈对地导通并报废。

因此，上述电控磁力联轴机构10中的第一磁铁110和第二磁铁310均为永磁体，而设置在线圈座200上的第一线圈210和第二线圈220保持不动，不必担心第一线圈210和第二线圈220在高转速下报废的问题。

在本实施例中，第二旋转接头300的数量为一个，且第二旋转接头300的旋转轴线与第一旋转接头100的旋转轴线重合，图中以X方向示意。

在本申请的另一实施例中，第二旋转接头300的数量也可以是两个或者更多。

请结合图2和图3，具体地，第一旋转接头100沿X方向的一端具有筒状的第一安装部120，线圈座200则具有筒状的第二安装部230，且第一安装部120和第二安装部230当中的一个环绕另一个设置。

此外，第一磁铁110设置在第一安装部120上，第一线圈210设置在第二安装部230上。

可选地，第一磁铁110采用胶粘或者灌胶工艺粘贴在第一安装部120上。

在本实施例中，第一安装部120的内径大于第二安装部230的外径，且第一安装部120环绕第二安装部230设置。

相应地，第一磁铁110嵌设在第一安装部120的内侧壁上，第一线圈210嵌设在第二安装部230的外侧壁上。

在本申请的另一实施例中，也可以是第二安装部230环绕第一安装部120设置。相应地，第一磁铁110嵌设在第一安装部120的外侧壁上，第一线圈210嵌设在第二安装部230的内侧壁上。

进一步地，上述电控磁力联轴机构10还包括筒状的护套500。护套500同时与每个第一磁铁110背向第一安装部120的一侧抵持，与各个第一磁铁110所组成的环形结构过盈配合，进一步防止第一磁铁110从第一安装部120上脱落。

具体地，第二旋转接头300沿X方向的一端具有盘状的第三安装部320，线圈座200则具有盘状的第四安装部240，且第四安装部240与第三安装部320相互平行。

此外，第二磁铁310设置在第三安装部320上，第二线圈220设置在第四安装部240上。

可选地，第二磁铁310嵌入第三安装部320，并配合胶粘安装在第三安装部320上。

具体地，除第一线圈210和第二线圈220外，线圈座200上还设置有分别对应于第一线圈210和第二线圈220的引接线250，第一线圈210和第二线圈220通过对应的引接线250与控制模块400电连接。

可选地，线圈座200为冲片叠压安装形成。

请参阅图4，具体地，控制模块400包括断路器410。断路器410分别通过引接线250与第一线圈210和第二线圈220电连接，并控制第一线圈210与第二线圈220之间的通断。

可选地，控制模块400还包括电阻、电容等电子部件，在此不作赘述。

总之，在上述电控磁力联轴机构10中，控制模块400可以通过控制第一线圈210与第二线圈220连通，使第一旋转接头100与第二旋转接头300同步旋转，也可以通过控制第一线圈210与第二线圈220断开，使第一旋转接头100与第二旋转接头300断开。

实施例2

请参阅图5，本实施例提供一种压缩机，其包括机壳20、电机定子30、电机转子40、一级叶轮50、一级涡壳60、转轴70、二级叶轮80、二级涡壳90和上述电控磁力联轴机构10。

其中，机壳20呈圆筒状，且机壳20的轴线沿X方向。机壳20沿X方向的一端与一级涡壳60固定连接，另一端与二级涡壳90固定连接。

电机定子30和电控磁力联轴机构10中的线圈座200均固定在机壳20的内侧壁上，电机转子40则沿X方向穿设于电机定子30。

此外，机壳20内设置有多个轴承21。其中两个轴承21套设在电机转子40上，电机转子40通过轴承21转动设置在机壳20内。

电机转子40沿X方向的一端与一级叶轮50连接，另一端则与电控磁力联轴机构10中的第一旋转接头100连接。

转轴70与电控磁力联轴机构10中的第二旋转接头300对应设置，并通过其它的轴承21转动设置在机壳20内。转轴70的一端与对应的第二旋转接头300连接，转轴70的另一端则与二级叶轮80连接。

在本实施例中，电控磁力联轴机构10的数量为一个，且电控磁力联轴机构10中第二旋转接头300的数量为一个。此时，转轴70和二级叶轮80的数量也为一个，且转轴70沿X方向设置。

当第一旋转接头100与第二旋转接头300同步旋转时，电机转子40与转轴70联动。此时，一级叶轮50和二级叶轮80同时旋转。气体通过串联的一级叶轮50和二级叶轮80，实现两级压缩，压缩机能够在高压比工况下高效运行。

当第一旋转接头100与第二旋转接头300断开时，电机转子40与转轴70断开。此时仅有一级叶轮50旋转，二级叶轮80不转，压缩机仅对气体进行一级压缩，在低压比工况下高效运行。

进一步地，轴承21采用磁轴承。相应地，控制模块400还包括变频器420，且变频器420分别与轴承21和第一线圈210电连接。

当第一线圈210与第二线圈220断开时，变频器420可以将第一线圈210与轴承21连通，将第一线圈210产生的感应电流整流后给轴承21供电。

总之，将上述电控磁力联轴机构10应用于压缩机，即可根据需要使压缩机的电机转子40与转轴70联动或断开。当电机转子40与转轴70联动时，压缩机能够对气体进行两级压缩，在高压比工况下高效运行。当电机转子40与转轴70断开时，压缩机仅对气体进行一级压缩，在低压比工况下高效运行。因此，只需一台压缩机即可兼顾整个压比范围，价格更低，体积和重量更小，可靠性更高。

本实施例中的压缩机的性能如图6所示。其中，浅色区域为压缩机高效区，深色区域为压缩机低效区。

相对地，现有的两台磁悬浮高速离心式压缩机串联运行时的性能如图7所示。

在低压比2.5工况下，相比于现有的两台磁悬浮高速离心式压缩机串联运行，本实施例中的压缩机的工作效率高5%-8%。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电控磁力联轴机构，其特征在于，包括第一旋转接头、线圈座、控制模块和至少一个第二旋转接头；

所述第一旋转接头上设置有多个第一磁铁，多个所述第一磁铁绕所述第一旋转接头的旋转轴线分布，所述线圈座上设置有与所述第一磁铁耦合的第一线圈；

所述第二旋转接头上设置有多个第二磁铁，多个所述第二磁铁绕所述第二旋转接头的旋转轴线分布，所述线圈座上设置有与所述第二磁铁耦合的第二线圈；

所述控制模块分别与所述第一线圈和所述第二线圈电连接，所述控制模块至少用于控制所述第一线圈与所述第二线圈之间的通断；

所述第一旋转接头具有筒状的第一安装部，所述线圈座具有筒状的第二安装部，所述第一安装部环绕所述第二安装部设置；

所述第一磁铁嵌设于所述第一安装部的内侧壁，所述第一线圈嵌设于所述第二安装部的外侧壁；

所述第二旋转接头具有盘状的第三安装部，所述线圈座具有盘状的第四安装部，所述第四安装部与所述第三安装部相互平行；

所述第二磁铁设置于所述第三安装部上，所述第二线圈设置于所述第四安装部上。

2.根据权利要求1所述的电控磁力联轴机构，其特征在于，所述电控磁力联轴机构还包括筒状的护套，所述护套同时与每个所述第一磁铁背向所述第一安装部的一侧抵持。

3.根据权利要求1或2所述的电控磁力联轴机构，其特征在于，所述第二旋转接头的数量为一个，所述第二旋转接头的旋转轴线与所述第一旋转接头的旋转轴线重合。

4.根据权利要求1或2所述的电控磁力联轴机构，其特征在于，所述控制模块包括断路器，所述断路器分别与所述第一线圈和所述第二线圈电连接。

5.一种压缩机，其特征在于，包括电机转子、转轴和权利要求1-4中任一项所述的电控磁力联轴机构；

所述电机转子与所述第一旋转接头连接；

所述转轴与所述第二旋转接头对应设置，所述转轴与对应的所述第二旋转接头连接。

6.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述电控磁力联轴机构设置有至少两个，其中一个所述电控磁力联轴机构的所述第一旋转接头与所述电机转子连接，其余所述电控磁力联轴机构的所述第一旋转接头与所述转轴连接。

7.根据权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述压缩机还包括磁轴承，所述磁轴承套设于所述电机转子；

所述控制模块包括变频器，所述变频器分别与所述磁轴承和所述第一线圈电连接。