CN208153279U - 一种热动力压缩机和热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热动力压缩机，包括发动机、电机单元和压缩机，其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机，可以采用发动机、电动机驱动压缩机，还能发电；还公开一种热泵系统，包含两台或两台以上压缩机，其中至少有一台压缩机采用热动力压缩机，可利用热动力压缩机发电驱动其他压缩机。本实用新型能实现电力和天然气的优势互补，而且有多种运行模式，能源利用效率高，具备显著的经济效益和社会效益。

Description

一种热动力压缩机和热泵系统

技术领域

本实用新型涉及燃气发电和空调领域，尤其涉及一种热动力压缩机和一种热泵系统。

背景技术

目前空调压缩机无论大型机还是小型压缩机，基本采用电力驱动，或在汽车等行业采用燃料动力压缩机，没有将电力驱动和燃料驱动整合的空调系统。其中空调负荷调节一般采用间歇启停压缩机，或采用成本较高的变频器，来改变压缩机电机转速。

实用新型内容

本实用新型提供一种技术，将发电机与开启式压缩机电机直接串联，既能采用电力驱动压缩机，也能很方便采用发动机驱动压缩机，而且当空调系统有多台压缩机时，能将多台压缩机动力驱动进行整合，由通过调节发动机转速，改变发电频率，不用变频器就能实现调节其他其压缩机的频率的功能。其技术解决方案如下：

一种热动力压缩机，其特征在于，包括发动机、电机单元和压缩机；其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机，一般为开启式离心压缩机、开启式螺杆压缩机或开启式活塞机；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述发动机的传动轴与电机单元的传动轴直接串联连接后，再与压缩机的传动轴连接；所述发动机采用燃料内燃机、燃气轮机或蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃料可采用天然气或汽柴油等。

所述发动机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连；所述前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器。

让发动机、电机单元和压缩机的四轴串联直驱，效率更高，结构更简单，更于维护。如内燃机在驱动发电动机输出50Hz三相交流电时，有的转速为3000r/min，而现有开启式压缩机所采用的两极驱动电动机在50Hz三相交流电源驱动时转速约为2960r/min，二者转速基本一样，从而使上述直驱连接成为可能。

连轴装置为连轴器或离合器。

连轴装置安装在发电机与电动机传动轴之间，传递传动轴之间的力矩；连轴器是指用法兰盘和螺栓将两根传动轴连接起来，采用连轴器连接是一种固定的连接方式，采用离合器连接是一种灵活的连接方式。

连轴装置采用电控离合器或机械可控离合器，如手动控制的机械离合器。离合器包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，使得两个传动轴同步转动；离合器分离时，两个传动轴之间不传递转矩。

另一种连轴装置为法兰盘连轴器，包括主动盘、中间连接段和从动盘，其中中间连接段的两侧还可设有柔性连接片，主动盘和从动盘分别嵌套固定在所对应的传动轴上；当主动盘、柔性连接片、中间连接段和从动盘之间用螺栓螺帽连接固定后，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之拆除螺栓螺帽，两个传动轴分离；主动盘和从动盘结构完全一样可以互换。

进一步，当所述电机单元定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机单元转子上方的定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；所述反重力励磁绕组通过在电机单元定子绕组之间增加引出导线而获得，所述反重力励磁绕组通过引出导线可与其他定子绕组电气分离，形成可独立通电工作的回路，也可接入到定子绕组回路中。

电机单元转子内主要材料为铁芯，当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承，或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承，所受的竖直向下压力减小或为零，此时工况为发动机驱动压缩机，电机单元不发电或不驱动。

由于发动机、电机单元和压缩机均为水平安装，而且在四者中的运动部件，电机单元转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。

由于采用发动机、发电机、和电动机和压缩机直接串联结构，此时整个电机单元不仅成了连接发动机与压缩机的传动轴和飞轮，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承。而且反重力励磁绕组结构，不需要在电机单元本体上额外增加部件，而是结合电机单元已有轴承、转子和定子，通过优化定子绕组，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机单元成为一个庞大的反重力轴承，和一个性能更加优质的反重力惯性飞轮。

进一步，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括依次串联的至少两个子电机单元。如电机单元采用两台电机同轴串联，其中一台电机连接电动机模块，作动力输出的电动机，另一台电机与发电模块接通，作电力输出的发电机；或采用双定子共一个转子的电机，其中一个定子与电动机模块接通，作输入电源的电动机定子，另一个定子与发电模块接通，作输出电源的发电机定子。

所述电机单元还可以作为发动机发电机组启动的动力：在发动机启动前，让电动机接通电动机模块，通过电动机带动发动机转动；当发动机启动完成之后，电动机与电动机模块断开。

进一步，所述连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置，当发动机的转速或转向与压缩机的转速不一致时，通过变速装置使二者转速或转向达到一致，一般采用齿轮变速箱或皮带轮结构。

进一步，所述的热动力压缩机还包括热动力压缩机电控系统，分别与发动机机、电机单元、压缩机、连轴装置电气连接；发动机、电机单元和压缩机均受控于电控系统。包括用于发动机控制模块、电机控制模块和压缩机控制模块；

（1）发动机控制模块控制发动机的运行；

（2）电机控制模块包括电动机模块、发电模块或反重力控制模块中的至少一种。

所述电动机模块的输出端连接电机单元，电动机模块的输入端连接外部电源，用于从外部电源获取电能为电机中的电动机供电；电动机模块还可采用频率可调电源，能根据压缩机负荷自动调整电机转速。

所述发电模块的输入端与电机单元连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接；用于将发电机产生的电能输出到外部负载，外部负载如照明单元等。当电控系统控制电动机模块与电机单元接通时，电机单元工作在电动机模式；当电控系统控制发电模块与电机单元接通时，电机单元工作在发电机模式。电动机模块和发电模块也可集成合为一个电机控制模块。

所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源，并控制对电机转子电磁吸力的方向和大小；当切换单元断开时，电机单元工作在反重力轴承模式，励磁单元与反重力励磁绕组接通，即使电机转子被其他设备带动旋转，也能对转子产生持续的反重力方向的电磁吸力；当切换单元闭合时，将反重力励磁绕组恢复到电动机或发电机的定子绕组中，电机单元恢复到电动机模式或发电机模式。

（3）所述压缩机控制模块与压缩机连接，控制其运行，包括负荷控制。

（4）当连轴装置采用电控离合器时，电控系统还包括用于控制离合器连接和分离的传动控制模块。传动控制模块连轴装置连接，控制其连接和分离。

电控系统内的各个模块之间可进行互相关联控制，如根据压缩机负荷变化，压缩机控制模块可通过发动机控制模块自动调整发动机的转速；或发电模块可根据用电负荷，通过发动机控制模块调整发动机的燃料供应量。

热动力压缩机电控系统可与空调系统控制器连接或外部通信单元相连；外部通信单元用于在现场或远程控制控制电控系统。如通过现场的现场总线控制电控系统，或通过远程无线（3G、4G或4G等）或有线（因特网）控制电控系统。

进一步，反重力励磁绕组为电机单元定子中独立设置的绕组。

一种热泵系统，包括压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水或制热水，具体包括制冷剂、压缩机，冷凝器、蒸发器和节流装置。冷凝器与蒸发器之间设有节流装置，制冷剂受到压缩机的压缩驱动，使在蒸发器、冷凝器和压缩机之间循环流动，并产生相变和温度变化。蒸发器内低温制冷剂与冷冻水换热，使出水温度降低；冷凝器内高温制冷剂与冷却水换热，使出水温度升高。夏季制冷时，冷凝器内的冷却水通过冷却水管路及冷却泵连接室外冷却塔、江水源或地下水进行散热，冷冻水通过冷冻水管路及冷冻泵送入室内末端风机盘管，为室内提供冷气；冬季制热时，通过水路阀门切换，将室外江水或地下水接入热泵机组的蒸发器；而将冷凝器的冷却水与室内末端的风机盘管的管路接通，为室内提供过暖气。

其中所述压缩机的台数为两台或两台以上，且至少有一台压缩机采用热动力压缩机，其他压缩机也可采用热动力压缩机，或采用单电力驱动的压缩机，单电力驱动的压缩机是指如全封闭或半封闭活塞式、涡旋式、转子式、螺杆式、离心式压缩机等，或开启式活塞式、螺杆式、离心式压缩机等，均采用电力驱动。

在上述热泵系统中，两台或两台以上压缩机可采用并联方式共用一套冷凝器、蒸发器、节流阀、热泵电控系统，相当于一台多机头热泵机组；也可每台压缩机都有一套独立的冷凝器、蒸发器、节流阀、热泵电控系统，相当于多台热泵机组并联。

采用前述的热泵系统，包括单台热动力压缩机的控制方法，并控制热动力压缩机运行在以下任一单机模式：

（1）单机模式1：由发动机独立驱动压缩机

同时接通电机单元与发动机和压缩机之间的前级连轴装置和后级连轴装置，并将电机单元与外部电路断开，可选的将电机单元与反重力控制模块接通；电机处于转子被动空转状态，运行发动机，由发动机驱动压缩机运行。

（2）单机模式2：电力单独驱动压缩机

让电机单元与压缩机之间的后级连轴装置接通，而让电机单元与热动力机之间的前级连轴装置分离，热动力机不工作；电机单元接入电控系统中的电源模块，电机处于电动机模式；由外部电源输电通过电机单元驱动压缩机。

（3）单机模式3:发动机与电力联合驱动压缩机

同时接通电机单元与发动机和压缩机之间的前级连轴装置和后级连轴装置；运行发动机，电机单元接入电源模块，并与外部电源接通，电机处于电动机模式；由发动机与电机单元联合驱动压缩机运行。

（4）单机模式4:发动机驱动压缩机并同步发电

同时接通电机单元与发动机和压缩机之间的前级连轴装置和后级连轴装置；运行发动机，同步驱动电机转子和压缩机，电机处于发电模式，电机单元接入发电模块，向外部用电负荷输送电能。

（5）单机模式5；单发电输出

让电机单元与压缩机之间的后级连轴装置分离，而让电机单元与发动机之间的前级连轴装置接通，电机单元接入发电模块，电机处于发电模式；运行发动机，驱动电机单元，通过发电模块，专门向外部用电负荷输送电能。

进一步，还包括多台压缩机之间的控制方法，并控制多台压缩机之间运行在以下任一多机模式；

（1）多机模式1：

当热泵系统中的任一热动力压缩机运行在可发电输出的单机模式4或单机模式5时，发动机以稳定转速运行，发电输出稳定的50Hz或60Hz电源，驱动热泵系统中的热泵电控系统、其他压缩机或外部其他用电负荷，如水泵、室内照明等。

（2）多机模式2：

热泵系统中的任一热动力压缩机运行在单机模式4或单机模式5，所发电只输送给热泵系统中的其他压缩机；可通过改变热动力压缩机内发动机的转速，改变发电输出频率，从而控制其他压缩机的转速。

（3）多机模式3：

当热泵系统中的有两台或两台以上热动力压缩机，都运行在可发电输出的单机模式4或单机模式5时，每台发动机以稳定转速运行，发电输出稳定的50Hz或60Hz电源，共同驱动热泵系统中的热泵电控系统、其他压缩机或外部其他用电负荷，如水泵、室内照明等。

在此模式和多机模式1中，利用热动力压缩机自身提供的电力，可以驱动整改空调系统，不用外部公共电网也能独立运行，甚至让整改建筑物可脱离外部电网。

（4）多机模式4：

当热泵系统中的有两台或两台以上热动力压缩机，都运行在可发电输出的单机模式4或单机模式5时，每台发动机以相同转速运行，所发电共同输送给热泵系统中的其他压缩机；可通过改变热动力压缩机内发动机的转速，改变发电输出频率，从而控制其他压缩机的转速。

对于空调而言，很多时间需要运行在低负荷状态，常通过频繁停开压缩机，或控制压缩机的排量来实现；但最佳的方式是改变压缩机电机供电频率，降低压缩机电机的转速，可获得最佳的能效比。但是变频器的价格相对较贵，结构复杂且可靠性不如简单的接触器控制。尤其对于大功率的压缩机变频器，其价格几乎接近于同等功率发动机和发电机的总价，而改变发动机的转速根本不用增加任何成本，是其基本功能。

因此在多机模式3或4下可充分利用已有电机，通过简单改变发动机转速，就能轻松改变其他压缩机的工作频率，简单可靠。

此外当压缩机采用对于高速永磁同步电机时，如离心式压缩机，叶轮转速高达15000-30000 r/min，需要特种变频器，将50 Hz或60Hz提升到250-500Hz，变频器的价格甚至超过高速永磁电机的价格。而采用本实用新型，通过采用高速发动机，如燃气轮机，或齿轮增速，和高速永磁同步发电机，可轻松获的250-500Hz的电源。

有益效果：

本实用新型公开了一种热动力压缩机、热泵系统，主要创新点如下：

1．创新之一：转子当传动飞轮，系统简化。

以发动机、电机单元和压缩机的顺序连接为例，当单独采用燃料驱动压缩机时，压缩机必须先驱动电机单元，再驱动压缩机，此时电机虽不产生动力，也不发电，转子被动空转，但却在发动机与压缩机之间充当具有缓冲、稳定的惯性飞轮。

相对于其他采用发动机与电机并联的系统，当由发动机驱动压缩机时将电机分离，虽然可减少电机空转的摩擦，但是结构复杂，实用性差。而采用机械串联的布局结构实现发动机直驱压缩机，传动效率高，不仅便于电机单独驱动压缩机，也便于发动机独立发电，使整个装置结构简单可靠，同时可方便嫁接现有且十分成熟的燃料发电机和压缩机技术，使本实用新型具有很好的实用性。

创新之二：电机单元转变成反重力轴承，系统高效。

当电机仅作传动轴和惯性飞轮时，由于转子重量较重，会产生一定的摩擦能耗，而由于在电机中采用反重力励磁绕组的结构，不仅不会增加摩擦力，反而还会减少整个系统的摩擦阻力。

通过在电机单元定子中增加引出导线，在定子绕组上部中分离出一组或多组绕组，作为反重力励磁绕组，并对其单独通电，利用定子铁芯和转子铁芯，形成一个能将转子往上吸引的电磁铁结构，通过控制电流，使电磁吸引力大小能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的竖直向下压力减小或为零。

由于发动机、电机单元和压缩机均为卧式安装，而且在三者中的运动部件，电机单元转子和传动轴的重量相对其他部件要重的多，传动轴转动时轴承产生的摩擦力只与轴承承受的竖直径向压力有关，而与压缩机负荷和传动轴的转矩大小无关，一旦该压力减小甚至为零，将大大降低轴承转动时的摩擦阻力，同时可降低震动和噪音。

这种普通轴承加转子和反重力励磁绕组的结构方式，与磁悬浮轴承结构类似，能使轴承径向方向承受的重力减小甚至到零，相当于处于失重环境下，获得近似于磁悬浮轴承的效果。

由于采用发动机、电机单元和压缩机直接串联结构，此时整个电机单元不仅成了连接发动机与压缩机的传动轴和飞轮，连轴装置采用刚性连接时，还成为能支撑发动机和压缩机自身传动轴的反重力轴承，因而将这种产生反重力效果的整体命名为反重力轴承。

电机单元变轴承，反重力励磁绕组结构看似很复杂，但其实并不需要在电机单元本体上再额外增加部件，轴承、转子和定子都是电机单元本身已有的，只是通过优化定子绕组，增加引出导线，产生出独特反重力励磁绕组结构，使已有电机单元成为一个庞大的反重力轴承，和一个更优质的零重力惯性飞轮，而成本却只有磁悬浮轴承的千分之几，这正是本实用新型巧妙之处。

当电机单元需要恢复发电和驱动功能时，通过反重力控制模块中的切换单元，对反重力励磁绕组的引线进行切换，将反重力励磁绕组立即恢复到电机单元的定子绕组中。

创新之三：用压缩机驱动压缩机

对于空调而言，很多时间需要运行在低负荷状态，常通过频繁停开压缩机，或控制压缩机的排量来实现；但最佳的方式是降低压缩机电机供电频率，降低压缩机电机的转速，可获得最佳的能效比。但是变频器的价格相对较贵，结构复杂且可靠性不如简单的接触器控制。尤其对于大功率的压缩机变频器，其价格几乎接近于同等功率发动机和发电机的总价，而改变发动机的转速十分简单，也根本不用增加任何成本，是其基本功能。

本实用新型中充分利用已有发动机和发电机，通过简单改变热动力压缩机中的发动机转速，就能轻松改变其他压缩机的工作频率，简单可靠。

此外当压缩机采用对于高速永磁同步电机时，如离心式压缩机，叶轮转速高达15000-30000 r/min，需要采用特种变频器，将外部电网的50 Hz或60Hz电源频率提升到250-500Hz，其价格甚至超过高速永磁电机的价格。而采用本实用新型，通过采用高速发动机，如燃气轮机，或采用技术十分成熟的齿轮增速箱，和高速永磁同步发电机，可轻松获的250-500Hz的电源。

本实用新型具有以下突出的优势：

本实用新型简化了目前已广泛使用的冷-电-热联产系统，提高系统效率，减少占地面积，而且适应性广，充分利用外部电网峰谷电价，可降低运行成本，同时也能提高夏季外部电网的稳定性，让燃气和电力实现优势互补，同时双能源体系更加安全高效。

1.降低运行成本，完美实现燃气与电力价格互补。

对于很多采用分时电价的用户，当白天电网处于波峰，电价高时，在使用燃气更经济时，通过燃气驱动空调或发电；当夜间电网处于波峰，电价较低时，通过电力和电机驱动空调。不仅可以减低用户运行费用，而且对可稳定电网负荷，减低电网运行及管理费用。

2.降低设备初投资

现有的很多中央空调用户，如医院、酒店、大型商场，中央空调机房和发电机都是独立标配，通过本实用新型，可以省去用户购买发电动机费用，以及安装和机房的建设费用。

3. 能源安全，所构建的双能源甚至多能源架构，可降低能源风险。

在医院酒店等场合时，一旦停电，可以采用燃气驱动本系统，不但能保障空调的正常运行，还能进一步为照明等提供供电；当空调压缩机与发电同步运行，所发电还可以驱动中央空调系统的水泵、风机等附属设备，让整个空调机房可以脱离外部电网运行。建筑的空调负荷一般占建筑用电负荷的60-70%以上，一旦空调系统可以不依赖外部电网，结合本实用新型的发电功能，也就意味整个建筑可以不依赖外部电网，同时除了可用天然气以外，发动机还可以采用燃油、生物燃料等能源，这样可以大大提高能源战略安全性。

3.实现能源分级利用，效率高。

燃气或燃油通过发动机燃烧产生的高品位热能转化为机械能，直接驱动压缩机制冷，产生大量的高温余热烟气和冷却水，供给吸收式机组回收再来制冷。制热时还可进一步采用热泵回收更低品位的余热，相对于现有技术采用燃气直接给吸收机组制冷，或燃气锅炉制热，能源利用要高很多，因而具有显著的经济效益和巨大的社会效益。

4.结构简单操作灵活。

串联结构使系统简单，通过离合器的简单切换，可在系统中实现多种运行模式。

另外，在变速装置的配合下，能实现压缩机与多种动力机构的良好匹配，从而使得各设备均能工作在最佳状态，实现整个系统的经济和稳定运行。

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

附图说明

图1为热动力压缩机的结构示意图；

图2为连轴装置接通示意图；

图3为连轴装置分离的示意图；

图4为热动力压缩机电控系统示意图；

图5为电机单元的定子绕组处于电动机或发电机模式的示意图；

图6为电机单元的定子处于反重力模块控制的示意图；

图7为双电机组成电机单元示意图；

图8为双定子电机示意图；

图9为法兰连轴器接通示意图；

图10为法兰连轴器分离的示意图；

图11为变速装置设置在前级连轴装置时的状态图；

图12为变速装置设置在后级连轴装置时的状态图；

图13为热泵系统结构示意图；

图14为为热动力压缩机的发动机驱动压缩机模式示意图；

图15为热动力压缩机的电动机驱动压缩机模式示意图；

图16为热动力压缩机的发动机和电动机联合驱动压缩机模式示意图；

图17为热动力压缩机的发动机驱动压缩机同步发电示意图；

图18为热动力压缩机的发动机驱动发电模式示意图；

具体实施方式

首先所述发动机可采用燃气或燃油的内燃机、燃气轮机、蒸汽轮机，或燃气轮机和蒸汽轮机组合形式，其中燃气最佳采用天然气。

实施例1：参照图1，热动力压缩机中，采用发动机1、电机单元2和压缩机30的顺序连接，其中电机单元2采用双伸输出的传动轴201。

参照图2和图3分别为连轴装置5接通和分离的示意图。

发动机1、电机单元2、压缩机30为串联布置，电机单元传动轴201的一端与压缩机传动轴301通过连轴装置42直接连接，同时电机单元传动轴201的另一端通过连轴装置41与发动机传动轴101直接连接。

电机单元2采用一个电机，包括一个转子20和一个定子21，可运行在电动机模式，也可运行在发电机模式。

参照图4，热动力压缩机电控系统包括发动机控制模块、电动机模块、发电模块、反重力控制模块、传动控制模块和压缩机控制模块。其中发动机控制模块与发动机1连接，控制其运行。其中压缩机模块控制压缩机40运行，还包括控制压缩机负荷大小。

其中电动机模块的输出端连接电动机3，电动机模块的输入端连接外部电源。发电模块的输入端与发电机2连接，发电模块的输出端与外部用电负荷连接。

参照图5、图6，其中电机单元包括传动轴201、转子20、定子绕组21，反重力模块包括励磁单元和切换单元，其输出端连接到位于电机单元定子绕组顶部的反重力励磁绕组211，其输入端连接外部电源。

其中传动控制模块分别与前后级连轴装置41和42连接，控制其连接和分离。

本实施例中前后级连轴装置41和42均采用电控离合器，包括主动盘和从动盘，分别嵌套固定在所对应的传动轴上，当传动控制模块控制离合器吸合时，主动盘和从动盘同步转动，并带动两个传动轴同步转动，反之亦然。主动盘和从动盘结构完全一致，可以互换。

电机单元2可以作为热动力机1启动的动力：在热动力机1启动前，让电机单元2接通电动机模块，电机单元2工作在电动机模式，通过电机单元2带动热动力机1转动；当热动力机1启动完成之后，电机单元2与电动机模块断开。

实施例3

参照图7，与实施例1的区别在于，电机单元2采用两个独立电机共轴串联，其中一个电机可作动力输出的电动机，一个电机可作为电力输出的发电机。

实施例4

参照图8，与实施例1的区别在于，采用2个定子21共一个转子20的电机，其中一个定子可作输入电源的电动机定子，另一个定子可作输出电源的发电机定子。

实施例5

参照图9和图10，与实施例1的区别在于，前级连轴装置41和后级连轴装置42均采用无传动控制模块的法兰盘连轴器，包括主动盘401、两套柔性连接片402、中间连接段403、从动盘404、连接螺栓405和螺帽406。主动盘401、柔性连接片402、中间连接段403和从动盘404上均开有若干通孔，可通过螺栓。其中一套柔性连接片402上通过螺栓405螺帽406交替与主动盘401和中间连接段403固定；另一套柔性连接片402上通过螺栓405螺帽406交替与从动盘404和中间连接段403固定。当主动盘401、柔性连接片402、中间连接段403和从动盘404之间用螺栓405螺帽406连接固定后，主动盘401和从动盘404同步转动，并带动两个传动轴同步转动；反之拆除螺栓405螺帽406，两个传动轴分离；主动盘401和从动盘404结构完全一样可以互换。

实施例6

与实施例1的区别在于，前级连轴装置41采用电控离合器，前级连轴装置42采用法兰盘连轴器。

实施例7

与实施例1的区别在于，前级连轴装置41采用法兰盘连轴器，前级连轴装置42采用电控离合器。

实施例8

参照图11，与实施例1的区别在于，前级连轴装置41上还设置有用于转速或转向变换的变速装置50，变速装置50位于前级连轴装置41的热动力机1一侧，此时电机单元2与压缩机30的转速一致。

实施例9

参照图12，与实施例1的区别在于，后级连轴装置42上还设置有用于转速或转向变换的变速装置50，变速装置50位于后级连轴装置42的压缩机30一侧，此时电机单元2与热动力机1的转速一致。

一种热泵系统，参照图13，包括三台并联的压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀、热泵电控系统等，用于制冷水或制热水。其中第一台和第二台压缩机采用上述实施例中的热动力压缩机401和402，第三台压缩机采用单电力驱动的压缩机403。

一种热泵系统的控制方法，采用前述的热泵系统，所述热泵系统控制方法，包括单台热动力压缩机401的控制方法，热动力压缩机401包括发动机1、发电机2、电动机3和压缩机40，并控制热动力压缩机401运行在以下任一单机模式：

（1）单机模式1：由发动机独立驱动压缩机

参照图14，将发电机2与外部电路断开，可选的将发电机2与发电机反重力控制模块接通；并将电动机3与外部电路断开，可选的将电动机3与电动机反重力控制模块接通；运行发动机1，由发动机1驱动压缩机40运行。

（2）单机模式2：电力单独驱动压缩机

参照图15，发动机1、发电机2均不工作；电动机3接入电动机模块，由外部电源供电，通过电动机3驱动压缩机40运行。

（3）单机模式3:发动机与电力联合驱动压缩机

参照图16，将发电机2与外部电路断开，可选的将发电机2与发电机反重力控制模块接通；运行发动机1，电动机3接入电动机模块，并与外部电源接通，由发动机1与电动机3联合驱动压缩机运行；。

（4）单机模式4:发动机驱动压缩机并同步发电

参照图17，将电动机3与外部电路断开，可选的将电动机3与电动机反重力控制模块接通；发电机2接入发电模块，运行发动机1，由发动机1驱动压缩机40运行；并同步驱动发电机2，向外部用电负荷输送电能。

（5）单机模式5；单发电输出

参照图18，压缩机40和电动机1不工作，发电机2接入发电模块；运行发动机1，驱动发电机，通过发电模块，向外部用电负荷输送电能。

还包括热泵系统的三台压缩401、402和403之间的控制方法，并控制三台压缩机之间运行在以下任一多机模式；

（1）多机模式1：

热动力压缩机401运行在单机模式4；热动力压缩机401的发动机1以稳定转速运行，发电机输出稳定的50Hz或60Hz电源，输送给热泵系统中的热泵电控系统、压缩机403或外部其他用电负荷，如水泵、室内照明等。

该模式下，热动力压缩机401也可运行在单机模式5，方法与上类似，不再另行说明。

（2）多机模式2：

动力压缩机401运行在单机模式4，所发电只输送给压缩机403；可通过改变热动力压缩机401内发动机1的转速，改变发电输出频率，从而控制压缩机403的转速。

该模式下，热动力压缩机401也可运行在单机模式5，方法与上类似，不再另行说明。

（3）多机模式3：

两台热动力压缩机401和402同时运行单机模式4，每台发动机以稳定转速运行，发电机输出稳定的50Hz或60Hz电源，共同驱动压缩机403，以及热泵系统中的热泵电控系统或外部其他用电负荷，如水泵、室内照明等。

该模式下，热动力压缩机401和402也可运行在单机模式5，方法与上类似，不再另行说明。

（4）多机模式4：

两台热动力压缩机401和402同时运行单机模式4，每台发动机以相同转速运行，所发电共同输送给压缩机403；可通过改变热动力压缩机内发动机1的转速，改变发电输出频率，从而控制压缩机403的转速。

该模式下，热动力压缩机401和402也可运行在单机模式5，方法与上类似，不再另行说明。

实施例10

与实施例1的区别在于，一种热泵系统，每台压缩机都有一套独立的冷凝器、蒸发器、节流阀、热泵电控系统，相当于热泵系统由多台热泵机组并联组成。多台压缩机之间的控制方法也完全与上述单机模式和多机模式的控制方式一样，不再另行说明。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动、变型而不脱离本实用新型的精神和范围。倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种热动力压缩机，其特征在于，包括发动机、电机单元和压缩机；其中压缩机采用带有外伸驱动轴的开启式压缩机；所述电机单元的两端均具有向外伸出的传动轴，包括定子、转子和轴承，其中定子包括定子铁芯和定子绕组；所述发动机的传动轴与电机单元的传动轴直接串联连接后，再与压缩机的传动轴连接；

所述发动机与电机单元的第一端外伸的传动轴通过前级连轴装置相连；电机单元的第二端外伸的传动轴通过后级连轴装置与压缩机的传动轴相连；所述前级连轴装置为连轴器或离合器；后级连接装置为连轴器或离合器；

所述前级或后级连轴装置上还设置有用于转速或转向变换的变速装置。

2.根据权利要求1所述的热动力压缩机，其特征在于，当所述电机定子、转子和传动轴处于水平布置时，位于所述电机转子上方的电机定子绕组中包含一个或多个反重力励磁绕组；当所述反重力励磁绕组通入电流时，能对电机转子内的铁芯产生向上反重力方向的电磁吸力，该电磁吸力能让电机单元传动轴的水平支撑轴承或连同发动机和压缩机传动轴的水平支撑轴承所受的径向竖直向下压力减小或为零。

3.根据权利要求1所述的热动力压缩机，其特征在于，所述的电机单元为发电机、电动机、复合型电机或电机组；复合型电机是指该电机单元既能作为发电机使用又能作为电动机使用；电机组为包括串联的至少两个子电机单元。

4.根据权利要求1所述的热动力压缩机，其特征在于，还包括热动力压缩机电控系统，包括发动机控制模块、电机控制模块和压缩机控制模块；

（1）发动机控制模块用于控制发动机的运行；

（2）电机控制模块包括电动机模块、发电模块和反重力控制模块中的至少一种；

所述电动机模块用于控制外部电源为电机单元供电，此时电机单元工作在电动机模式；

所述发电模块用于控制电机单元向外部负载供电，此时电机单元工作在发电机模式；

所述反重力控制模块输出端与反重力励磁绕组的引线连接，输入端连接外部电源，包括励磁单元和切换单元；其中切换单元控制反重力励磁绕组与其他定子绕组的连接与分离；励磁单元用于控制外部电源为电机定子的反重力励磁绕组提供电源，并控制对电机转子电磁吸力的方向和大小；当切换单元断开时，电机单元工作在反重力轴承模式，励磁单元与反重力励磁绕组接通，即使电机转子被其他设备带动旋转，也能对转子产生持续的反重力方向的电磁吸力；当切换单元闭合时，将反重力励磁绕组恢复到电动机或发电机的定子绕组中，电机单元恢复到电动机模式或发电机模式；

（3）压缩机控制模块用于控制压缩机的运行；

（4）当连轴装置采用电控离合器时，热动力压缩机电控系统还包括用于控制离合器连接和分离的传动控制模块；

电控系统内的各个模块之间可进行互相关联控制。

5.根据权利要求2所述的热动力压缩机，其特征在于，反重力励磁绕组为电机单元定子中独立设置的绕组。

6.一种热泵系统，包括压缩机和与压缩机吸气管连接的蒸发器，以及与压缩机排气管连接的冷凝器，用于制冷水或制热水，其特征在于，所述压缩机的台数为两台或两台以上，其中至少有一台压缩机采用如权利要求1-5任一项所述的热动力压缩机，其他压缩机采用热动力压缩机，或采用单电力驱动的压缩机。