CN1281535A - 具有内冷空气流的马达驱动离心空气压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种马达驱动压缩机包括一个由马达包封壳体部(16)支承的马达(13),一个在构成和压力腔的第二壳体部(17)内由该马达驱动的压缩机叶轮(11)及自加压压缩腔体部向该马达包封壳体部输送马达冷却空气流的装置(20)。在该马达驱动压缩机内,流经压缩机的小部分空气被引至马达壳体作为马达绕组的冷却空气。

Description

具有内冷空气流的马达驱动离心空气压缩机
发明领域
本发明总的涉及在各种工业工艺过程中供应压缩空气的马达驱动空气压缩机，尤其涉及对内燃机气缸供应充量空气的马达驱动压气机。
发明背景
目前在工业内燃机中使用的马达驱动压气机通常包括一个装在一铝壳内并驱动一包封的压气腔体内的一离心空气压缩机叶轮的无刷电马达，如图1所示。这种马达驱动压气机常常处于车辆的发动机隔舱内，在那里，周围的环境处在显著提高的温度之下。在这种空气压缩机运转中，马达自外电源，诸如电瓶，经一电子控制器获取电能，该电子控制器将电瓶的直流电变换为交流电，在马达绕组中产生一旋转磁场。包围安装在驱动轴上的马达磁铁的旋转磁场产生一个力矩，它驱动该压缩机叶轮和轴总成。该压缩机叶轮自大气或空气滤清器将空气引入压缩机空气进口，并自压缩腔体以高于大气压力将其压出。
在许多应用中，诸如内燃机的增压系统中，小尺寸是一个优点，而压缩机马达对温度可能是敏感的。就温度敏感马达来说，我们指的是，其可靠性可能是处于危险中或其性能可能恶化的马达，由于不能使在其运转期间产生的热及其形成的内部温度消散，为小型电马达，由于因其绕组损失产生的热及不能充分地使这些热量消失，其内部温度可能危及马达的绝缘。
内燃机增压系统和其它的应用希望采用一种由高速无刷电马达构成的紧凑压气机总成，该种电马达包括一定子和一转子及由一对轴承支承的旋转轴，该旋转轴包含一个自该对轴承中之一向外延伸的轴延伸部。这种紧凑的压气机总成可包括一个壳体，壳体具有一个支承电马达和轴承的第一部和一个围绕轴延伸部构成压缩机腔的第二部，第二部具有一中心配置的进口和一圆周配置的压缩空气出口。压缩机腔包围一离心压缩机叶轮，该叶轮由一自轴接合轮壳径向向外延伸的固体后壁和若干自该后壁径向和轴向向外伸出至在空气进口和出口之间的压缩机腔内自中心径向向外伸出的边缘部的空气转动叶片构成。该高速无刷电马达能以高速转动这种离心压缩机叶轮，以便在其周边提供一股压缩空气流。
在诸如内燃机增压系的一些应用中，一直要求在电马达的选择和应用方面进行折衷，因为敌对的马达环境和小马达效率较低。因此，在这些应用方面，由目前的马达驱动压缩机在连续的基础上可靠生产的压缩空气量通常受电马达绕组中产生的温度的限制。低速马达已采某种型式的内风扇，该风扇固定于轴上以产生一股冷却空气流，该气流流经马达并围绕其内部部件以限制它们的温度。然而，对于极高速无刷马达，小型内风扇的采用对电马达施加了一个颇大而不希望的负荷，变得更加难于实现，并使压缩腔体总成的内部结构复杂化。
发明概述
本发明提供一种马达驱动压缩机总成，其中流经离心压缩机的一小部分空气作为马达绕组的冷却空气被导至马达壳体，然后被排至大气中或被再循环到压缩机空气进口。结果，在绕组中产生的一部分内热被带走，从而允许马达在连续的基础上产生较高的功率，这又允许压缩机以较高的压力输送更多的压缩空气给接收装置。
本发明的马达驱动压缩机包括一个由马达包封壳体部支承的马达，一个由马达驱动的在第二壳体部内的包含一加压部的压缩机叶轮，和自加压压缩腔体部向马达包封壳体部提供马达冷却空气流的装置。本发明包括各种向马达壳体部提供冷却空气流的装置。本发明的一个优先实施例允许冷却空气在压缩机叶轮周围经一进气口吸入，被进气口将压气机叶轮后面供引入的选定空气量经一个或多个钻通壳体壁的孔引入马达壳体内部。在另一个实施例中，在加压压缩腔体部和马达包封壳体部之间可设置一冷却空气流的导管。例如，自增压压缩腔体部至马达包封壳体部可连接一外部导管，或自增压压缩腔体部至马达包封壳体部可将钻通的通道延伸，以便自压缩腔体部的加压部将空气放入马达壳体部。在流过马达壳体后，最好流过各绕组及绕组和马达磁铁之间的气隙后，冷却空气可自马达壳体经一单向止回阀排出，或经一外部导管可再循环到压缩机腔的空气进口部。
附图简介
图1是现有技术马达驱动离心压缩机的通过其中心线的剖面图；
图2是本发明的马达驱动离心压缩机的优先实施例的通过其中心线的剖面图；
图3是本发明的另一马达驱动离心压缩机的通过其中心线的剖面图，表示对马达壳体部提供冷却空气流的备选的装置；
图4是本发明的再一个马达驱动离心压缩机的通过其中心线的剖面图，表示对马达壳体部提供冷却空气流的另一装置；
图5是本发明的还有一个马达驱动离心压缩机的通过其中心线的剖面图，表示自马达壳体将冷却空气流再循环到压缩机进口的装置；
图6是本发明的又一个马达驱动离心压缩机的通过其中心线的剖面图，表示包含在向马达壳体部提供冷却空气流的装置内的小风扇。
本发明最佳模式详述
图1图示了现有技术的马达驱动压缩机，而图2-5图示了本发明的马达驱动压缩机，包括向压缩机的马达包封壳体部提供压缩空气流以冷却其内部部件的各种装置。
例如，图2图示了本发明的优先马达驱动压缩机。如图2所示，马达驱动压缩机10包括一个压缩机叶轮11，叶轮包括一后壁11a和若干径向延伸的压缩机叶片11b。压缩机叶轮11固定于由电马达13驱动的旋转轴12，与其一起转动。电马达13包括若干马达绕组14，它们包围固定于旋转轴12上的永久磁铁组件15。马达13最好是一种小型高速无刷电马达，能以超过4000转/分，最好在10000至50000转/分范围内的速度转动该轴12。马达13被支承在马达壳体16内，该壳体包括一个支承处于其内部16c内的马达13的定子绕组的圆柱部16a和一个自圆柱部16a径向向外延伸的平壁部16b。该马达壳体圆柱部16a在其与平壁部16b相反的端部支承一个用于轴承之一的支撑件22。如图2所示，马达13基本上由圆柱马达壳体部16a及支撑另一轴承的平壁部16b的内部所包封。马达壳体16的内部16c在其后部由一后壁27基本上包封，只是一开口23由一单向止回阀24盖住。压缩腔体17被支承在马达壳体16的平壁部16b的周围。压缩腔体17包括一个构成相对于压缩机叶轮11中心配置的空气进口17b的空气进口部17a及构成压力腔17d以收集并输送离开压缩机叶轮11周围的压缩空气流的周围蜗壳部17c。
在图2的实施例中，马达驱动压缩机10包括通过伸入压缩腔体部17d的压缩空气流内的进气口18的装置自加压压缩腔体部17d将冷却空气流输送到马达包封壳体部内部16c的装置。如图2所示，进气口包括一圆环唇18a，该唇伸入压缩空气流内使压缩机叶轮11的周围自压缩机叶轮11截取小部分选定的压缩空气流。在压缩机叶轮周围，压缩温度上升大约一半，因此，由伸出唇18a在压缩机叶轮11周围收集的冷却空气以可接受的温度为马达部件提供冷却空气。此外，冷却空气量可由该伸出唇18a允许伸入压缩空气流道17d内的距离来调节。进入端腔28的冷却也能为绕组导线端子26提供冷却。
在图2的实施例中，由环形唇18a截取的压缩空气流被引入压缩机叶轮11的后壁11a和马达壳体16的前壁16b之间，流经在马达壳体16的前壁16b上形成的一个或多个开口20和电马达15，自马达壳体16经在马达壳体16后壁27上形成的一开口23由止回阀24控制排出，止回阀可包括一个紧固在马达壳体后壁27上的弹性膜片。如对比图1和2所示，在本发明中，马达壳体16基本上在各个方面可相同于现有技术马达壳体，除了马达壳体16的前壁16b在压缩机叶轮11的周围设有开口20和进气口18，它们能可变地形成，以选择和控制经马达壳体内部16c提供的冷却空气量。如图2中所示，引导冷却空气流进入马达壳体内部16c的开口20最好配置成使冷却空气流对准马达绕组14。
图3图示本发明的另一马达驱动压缩机30。在图3的实施例中，输送冷却空气流至马达壳体的装置包括至少一根导管，而最好多根导管，自加压压缩腔体部通至马达包封壳体部。如图3中所示，马达壳体16在其平壁部31b上可设有一凸起或多个凸起31a，并在其中钻通一些孔32，以构成一空气流道，自加压压缩腔体部33进入马达壳体16的内部31c。如图3中所示，冷却空气流最好自压缩机外壳的加压部33由通道32经开口32a引至马达绕组14。如在图2实施例中那样，冷却空气经马达壳体后壁27上的止回阀控制开口23，24排至大气中。
图4图示本发明的另一马达驱动压缩机40，和图3实施例一样，它采用一空气流导管，作为向马达壳体输送冷却空气流的装置。如图4中所示，对马达壳体输送冷却空气的装置包括一根冷却空气导管，由自压缩机外壳41的加压圆周部延伸并端接于马达壳体16的圆周上的管子43构成。如图4中所示，在压缩机外壳41上设有一凸起41a，而在马达壳体16上设有一类似的凸起42。一外部导管或管子自凸起41a连至凸起42，因此冷却空气能自压缩机外壳41中的加压压缩腔体部44流经导管43，并经凸起42和通道46进入马达壳体内部45。如图4中所示，通道46引导冷却空气流向前进入壳体部内部45，因此，它可向后流经电马达的马达绕组14。冷却空气流自马达驱动压缩机40经止回阀控制开口23，24排出，如在图2和3的实施例中那样。
图5图示本发明的另一马达驱动压缩机50，除了一个用以将冷却空气流自马达壳体内部16c再循环到压缩机的空气进口部17a的附加装置51不同之外，它与图2的马达驱动压缩机10相同。如图5中所示，使冷却空气再循环的装置包括一根外部管子52，以其一端连于马达壳体16后壁54上的凸起开口53，以其另一端端接于在压缩腔体17的空气进口部17a上形成的凸起57内。图5的实施例在冷却空气流流经马达壳体16后避免了保持在冷却空气流中的任何能量损失的意义上来说是更可取的。
图6图示了本发明的再一个实施例60。尽管它并不是优先的，然而，一个小型风扇61可装在马达壳体16内的旋转轴12上，与该马达一起高速旋转。这种风扇61能有助于促使冷却空气流自加压压缩腔体部经压缩机叶片11后壁11a和马达壳体16前壁16b之间的间隙并经一些孔进入马达壳体内部16c。所产生的冷却风扇流经马达绕组14和轴承支撑件64上的孔63进入端腔65，而后经止回阀控制开口23，24排出。
虽然我们已图示和说明了我们认为包含了目前所知的本发明最佳模式的几个实施例，然而，熟悉该技术的人们会认识到本发明可包含在其它的一些实施例中，并且仅受随后的权利要求书的限定。

Claims (30)

1．一种马达驱动压缩机，包括：
一个电马达和一个受其驱动的旋转轴；
一个由所述旋转轴驱动的离心压缩机叶轮；
一个具有一第一部和一第二部的壳体，第一部包封该电马达，并支承马达驱动旋转轴的轴承系统，而第二部构成离心从压缩机叶轮的压力腔；
自加压压缩腔体部向马达包封壳体部输送冷却空气流的装置。
2．按权利要求1所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述装置包括截取加压压缩腔体部内的压缩空气流并将其引入马达包封壳体部内的装置。
3．按权利要求2所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述截取装置包括一个在离心压缩机叶轮周围伸入压缩空气流内的内部表面。
4．如权利要求3所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述内部表面包括一个基本上沿离心压缩机叶轮的整个周围伸入压缩空气流内的环形唇。
5．如权利要求3所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述内部表面在离心压缩机叶轮周围可调节地伸入压缩空气流内。
6．如权利要求1所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述自加压压缩腔体部向马达包封壳体部输送冷却空气流的装置包括一条在加压压缩腔体部和马达包封壳体部之间的空气流道。
7．如权利要求6所述的马达驱动压缩机，其特征在于该空气流道至少部分包括一条其一端通入加压压缩腔体部而另一端通入马达包封壳体部的通道。
8．如权利要求6所述的马达驱动压缩机，其特征在于该空气流道包括一根自加压压缩腔体部周围至马达包封壳体部的管子。
9．如权利要求6所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述旋转轴在马达包封壳体部内支承一小型风扇，以便经该空气流道进一步导出冷却空气流。
10．如权利要求1所述的马达驱动压缩机，其特征在于还包括一个用于连接马达包封壳体部内部和压缩机叶轮空气进口的导管装置。
11．权利要求1所述的马达驱动压缩机，其特征在于马达包封壳体部基本上包封了该电马达，并包含一个冷却空气流排出口和一个所述出口的止回阀。
12．一种马达驱动压缩机，包括：
一个离心压缩机叶轮，一个驱动压缩机叶轮的电马达和一根支承离心压缩机叶轮与电马达转子的可转动轴；
一个构成电马达的马达腔的马达壳体，所述马达壳体具有一个支承电马达定子绕组的圆柱部和一个自离心压缩机叶轮和电马达之间的圆柱部径向向外延伸的平壁部，所述马达壳体支承一对轴承及该旋转轴与马达转子总成；
一个构成一压缩机叶轮腔一通至压缩机叶轮的中心空气进口和一圆周压缩空气收集器的压缩腔体；
自压缩机腔向马达腔输送冷却空气流的装置。
13．按权利要求12所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述冷却空气流通过伸入压缩空气流中的唇部自压缩机叶轮周围被收集到压缩腔体内。
14．按权利要求13所述的马达驱动压缩机，其特征在于该唇部是在邻近离心压缩机叶轮周围的平壁部上形成的。
15．按权利要求13所述的马达驱动压缩机，其特征在于冷却空气量可通过唇部在压缩机叶轮周围伸入压缩空气流内的伸入量来调节。
16．按权利要求12所述的马达驱动压缩机，其特征在于马达部件的冷却空气流是经一条在马达壳体的径向延伸平壁部上形成的通道输送的，该通道自压缩机腔通入到马达壳体内。
17．按权利要求16所述的马达驱动压缩机，其特征在于还包括一个支承在所述旋转轴上的小型风扇，以进一步促使冷却空气流经所述通道。
18．如权利要求16所述的马达驱动压缩机，其特征在于该通道包括至少一条在圆周压缩空气收集器和马达腔之间的径向延伸壁部上形成的通道。
19．按权利要求12所述的马达驱动压缩机，其特征在于冷却空气流是经一条自圆周压缩空气收集器通入马达壳体的外部导管输送的。
20．按权利要求12所述的马达驱动压缩机，其特征在于冷却空气流是自马达壳体经一由马达壳体支承的单向止回阀排出的。
21．按权利要求12所述的马达驱动压缩机，其特征在于冷却空气流是自马达壳体经一外部导管被再循环到压缩腔体的空气进口的。
22．在内燃机的增压系统中，其改进包括一个为内燃机提供压缩充量空气流量的马达驱动压缩机，所述马达驱动压缩机包括一个安装在第一马达包封壳体部内的温度敏感电马达和一个由包含一加压部的第二壳体部包封的压缩机叶轮以及自加压压缩腔体部引导压缩空气流经马达包封壳体部以冷却该温度敏感马达的整体装置。
23．按权利要求22所述的增压系统，其特征在于所述整体装置包括在所述加压压缩腔体部内用以截取压缩空气流并将其引入马达包封壳体部内的一个进气口。
24．按权利要求23所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述进气口包括一个基本上沿离心压缩机叶轮的整个周围伸入压缩空气流内的环形唇部。
25．按权利要求23所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述进气口可调节地在离心压缩机叶轮周围伸入到压缩空气流内。
26．按权利要求22所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述壳体装置至少部分包括一条带一端自加压压缩腔体部而其另一端通至马达包封壳体部的通道。
27．按权利要求22所述的马达驱动压缩机，其特征在于所述整体装置包括一条自加压压缩腔体部周围通至马达包封壳部的外部导管。
28．按权利要求22所述的马达驱动压缩机，其特征在于还包括一个用以连接马达包封壳体部和压缩机叶轮空气进口的导管装置。
29．按权利要求22所述的马达驱动压缩机，其特征在于该马达包封壳体部基本上包封该电马达，并包含一个冷却空气流排出口和一个所述出口的止回阀。
30．按权利要求26所述的马达驱动压缩机，其特征在于还包括一个在所述马达包封壳体部内由所述温度敏感电马达驱动以进一步促使压缩空气流经所述通道的小型风扇。
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