通过磁偶合连接到驱动源的流体机械的制作方法

专利名称：通过磁偶合连接到驱动源的流体机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种经^H禺合(magnetic coupling )连接到驱动源的流体机 械，尤其涉及那种除有进口/排出口之外的气/液防漏结构{闭合型(closed type)结构}的机械，它们包括泵和压缩机，这种设有非接触式轴承而无需 供油并经磁偶合由驱动源驱动的机械是一种不用机械连接到驱动源的动力 传递机构，因此可处理有毒气体和/或与核工业相关的气体和液体。
背景技术：
为了防止机械部件磨损和由于核设备运行中的辐射导致的环境污染， 要求用于核设备的真空容器的如压缩机和真空泵之类的机械具有高的使用 寿命和可靠性，尤其具有高的防辐射和/或防磨损性能。此外，作为上面所 提到的设备的部件的机械运转时，不仅要求能防止由作为连接到这种机械 上的一些设备部件或某一部件的其它机械形成放射性环境污染，还要求形 成使这类机械与外部环境隔离的边界区域，致使不受外部环境影响。因此， 结合所述要点，必须设计出与外部隔离的机械和冷却的机械；此外，为确 保高真空度，对长期连续运行过程需要采取一些预防性措施，防止由润滑 结构、密封结构、轴承结构等可能引起的麻烦。对于如压缩机和泵之类的用来处理若气体外泄可能由有毒气体引起的麻烦的那些流体机械与上面所述情况类似。例如，在如本发明的申请人的专利参考文献l (JP:1999-44297)所示的现有技术中，将这类机械制造成除 进口 /排出口之外的闭合型机械，其借助采用非接触式气体轴承而不用供给润滑剂，还采用不用机械连接到驱动源的磁偶合。在该专利参考文献中，作为流体机械的 一 个实例示出了 一种呈双涡旋 巻状(double lapped )的干式涡旋真空泵，即， 一种包括运动涡旋件和固定 涡旋件的泵，运动涡旋件具有圓板和沿泵轴的轴线方向配置(set-up)于该 板的两侧表面的螺旋状涡旋巻(scroll laps),固定涡旋件沿朝向所述板的垂 直方向嵌合于运动涡旋件的相同的螺旋形涡旋巻中。现在结合图4和5说明该专利参考文献中所示出的流体机械结构。首先，图5示出了具有螺旋状涡旋巻的真空泵的工作原理。固定涡旋件ll具 有螺旋壁状叶片{涡旋巻(lap) }。在图5A-5D中通过将运动涡旋件13的 螺旋涡旋巻的形状制成与固定涡旋件的螺旋涡旋巻形状基本相同，使运动 涡旋件13的螺旋涡旋巻与固定涡旋件11的螺旋涡旋巻点对称，固定渴旋 件11可配合于所述运动涡旋件中，致使借助曲柄机构使运动涡旋件旋转并 围绕泵轴线平行移动。在固定涡旋件11的涡旋巻内侧表面llb和运动涡旋 件13的涡旋巻外侧表面13b之间形成月牙形闭合空间60 (压缩空间)，涡 旋件11和13的相对运动可改变压缩空间的容积，从而使吸入侧成为真空。在图5A中，当运动涡旋件13的涡旋巻外侧表面13b和固定渴旋件11 的涡旋巻内侧表面llb形成密封空间以完成吸入过程时，经由进口 14吸入 的气体被关入如图5A中用有点的区域示出的压缩腔60中。此外，如图5B 所示，当曲柄机构(未示出)的曲柄转角前进90度时，运动涡旋件13的 涡旋巻外侧表面13b开始与固定涡旋件11的涡旋巻内侧表面llb在其尾部 周围分开，形成图5B所示的开口式间隙空间61,从该空间吸入气体。此外， 在中间压缩空间62处继续压缩过程，而在中央压缩空间63处压缩过程结 束，从而开始经由排出口 64的排放过程。如图5C所示，曲柄转角再前进90度，响应运动涡旋件13的非周转 (without revolution )轨道旋转，所述有点区域60移向更中央的部位，其体 积逐渐减小，然后该室的压缩气体经由排出口 64排放。图4示出了双涡旋巻干式涡旋真空泵的横截面轮廓结构，其中，具有 一对螺旋涡旋巻的运动涡旋件13嵌合于固定涡旋件11和12中，所述一对 螺旋式涡旋巻沿泵轴线方向垂直安装于运动涡旋件的圓板的两侧。如图4 所示，该真空泵包^"泵体10和驱动部件30，泵体10包4舌涡旋压缩机主体 10a及密封组件20和25。密封组件20、 25分别不透气地联接于支撑驱动轴 16两端部分的固定涡旋件11、 12上。泵体10还包括被压缩气体的入口 17 和18及磁性联轴节(magnetic coupling) 50,通过所述入口，压力高于压缩 机出口压力的气体被分别导入密封组件20和25，磁性联轴节用于非机械接 触地将转动转矩从驱动部件30传递到驱动轴16。于是，通过作为驱动转矩 传递构件的^兹性^:轴节50真空泵与驱动部件30隔离，从吸入侧吸入的污 染物不会泄漏到周围环境侧。磁性联轴节50被构造为具有外转子(联结元件)51，该外转子为圓 柱形并具有连接到驱动轴30a的底部部分；安装在外转子51内侧的驱动磁 体52;和旋转翼53,该旋转翼用于经由设在外转子周边的通风口 34吸入 周围环境的空气以及冷却外转子51和驱动磁体52。磁性联轴节50的真空 泵侧包括联接到泵体中的驱动轴16的内转子58、安装在内转子周围的从动 磁体21 、和包围内转子58从而确保密封空间22的密封组件20。密封组件20的间隔部分是带有底部的圓柱形，其被置于外转子5的 内侧、紧邻驱动^f兹体52。联接于内转子58周围的从动磁体21运动至紧邻 密封组件20的间隔部分。从动磁体21被安置为能有效排斥和吸引驱动磁 体52。这样，内转子58响应外转子51的周转而旋转。涡旋压缩机主体10a的固定涡旋件11包括垂直于泵轴线设置的圆板和 螺旋壁状的固定涡旋巻lla,该涡旋巻lla沿泵轴线方向配置在圓板的第一 侧表面上。圆盖形板(circular, lid-shaped plate )用作涡旋压缩机主体1 Oa 的外壳的一部分，所述板的第一侧表面用作运动涡旋巻的滑动表面。另一 方面，固定涡旋件12包括垂直于泵轴线设置的圓板和螺旋壁状的固定涡旋 巻12a，涡旋巻12a沿泵轴线方向配置在圆板的第一侧表面上。圓盖形板用 作涡旋压缩机主体10a的外壳的 一部分，所述板的第 一侧表面用作运动涡旋 巻的滑动表面。此外，运动涡旋件13包括垂直于泵轴线设置的圓板和螺旋 壁状的运动涡旋巻13a，圆板被安装于由两侧轴承支撑的驱动轴16上，使 得借助于曲柄机构该板围绕轴的轴线旋转，板的侧表面用作固定涡旋巻的 滑动表面，涡旋巻13a被配置在圓板的侧表面上。在运动涡旋件13中，沿泵轴线方向配置在运动涡旋件13的圓形盘板 (circular disk plate)部分的两侧表面上的螺旋壁状运动涡旋巻13a嵌合于 螺旋壁状的固定涡旋巻lla和12a中。此外，螺旋状的固定涡旋巻的端部部 分与运动涡旋件13的圆形盘板部分的两滑动表面接触，固定涡旋件的端部 部分在圓形盘板部分的两侧表面上滑动。另一方面，在固定涡旋件11和12 中，螺旋壁状的运动涡旋巻13a的端部部分与固定涡旋件11和12的两个第 一表面接触。运动涡旋件13的圓形盘板部分以轴的轴线和圆形盘板轴线之 间具有偏心距离的方式被安装于驱动轴16上。在旋转防止装置57的辅助 作用下，运动涡旋件13围绕驱动轴轴线旋转，而不绕运动涡旋件轴线旋转。 如上面已经指出的那样，固定涡旋件11和/或12和运动涡旋件13形成多个月牙形的压缩空间，在这些空间中，同时且连续地进行经由进口 14的气体吸入过程、压缩过程和排放过程，于是，气体平稳地流过出口通路15a而流 到出口 15,从而起真空泵的作用。如已经指出的那样，固定涡旋件11和12两者都包括用作涡旋压缩机 主体10a的外壳的一部分的圓形盘板部分或圓板部分；涡旋件11和12两者 都通过密封元件55配置成不透气并与运动涡旋件13配合；另一方面，通 过密封元件56,使固定涡旋件11和密封组件20配置成不透气；于是，固 定涡旋件11和12在其中形成闭合空间并用作不透气的结构的壳体。此外，被压缩的惰性气体，此处即为压缩N2 (氮气)，经由压缩气体入 口 17和18被吹入由运动涡旋件13及固定涡旋件11和12形成的闭合空间； 借此，惰性气体的压力高于经由出口 15排出的最终排放气体的压力，即， 高于借助压缩由运动涡旋件13及固定涡旋件11和12形成的闭合空间获得 的压缩机的出口压力；这样，在闭合空间中被压缩的气体不会经由压缩气 体入口 17和18回流。另外一点在于，借助由自润滑金属制成的无油轴承(未示出)支撑泵 体内的驱动轴16,经由压缩气体入口 17和18导入的气体起润滑媒介的作 用。按照这种方式，由于无油润滑，可预计到没有油泄漏，没有润滑剂雾 气扩散进入排放气体外侧，轴承的耐用性得到提高，机械维修的消费降低； 因此，泵可以长时间不停机地运行。固定涡旋件12设有处于包括固定涡旋件12的圓盖形板的框架部分上 的冷却翅片59,因此能够通过周围环境空气自然冷却。此外，在包括用作 涡旋压缩机主体10a的外壳一部分的圓板部分或圓形盘板部分的固定涡旋 件11和12内安置有圓形冷却水套54a、 54b、 54c和54d，借助包括散热器 (未示出)和冷却水循环泵(未示出)的冷却水循环构件(未示出)是使 冷却水流动。于是，可从固定涡旋件11和12的后侧对它们进行强制冷却。如上所述，压力高于从排出口 15排出的最终排放气体的压力的被压缩 的惰性气体经由压缩气体入口 17和18被导向驱动轴轴承的每一端侧，该 惰性气体再经由排出口 15排出。结果，闭合空间中的被压缩气体不会经由 压缩气体入口 17和18回流。而且，真空泵与外侧不透气地隔离(除如进 口 14、排出口 15、压缩气体入口 17和18之类的连4妄部分外)。此外，就 作为非机械接触的驱动转矩传递构件的磁性联轴节50而论，这种泵不需要密封元件。这样，即使从原子能设备侧通过进口吸入了放射污染物质，污 染物质也不会通过泵泄漏到周围环境侧。这样，由于作为驱动转矩传递构件的磁性联轴节50的无机械接触特性， 如在此专利参考文献中描述的那样，作为流体机械的真空泵能够实现不透 气地隔离，这种泵不会导致污染物从吸入侧向外侧泄漏。此外，由于泵具 有由自润滑金属制成的无油轴承或气体轴承，泵可以长时间不停机地连续 运行。再者，由于泵设有处于固定涡旋件12的圓盖形板-框架部分上的冷却翅片59,以及在框架部分中设有用于强制冷却的圓形冷却水套54a、 54b、 54c和54d,可采取充分的预防性措施来防止由固定涡旋件11、 12和运动涡 旋件13之间的空间内的压缩气体引起的可能的热危害。然而，从进口 14吸入的气体在嵌合的固定涡旋件和运动涡旋件之间的 空间内被压缩，产生可观的热量。于是， 一部分热量传到磁性联轴节50, 当泵的运行时间长到一定程度时，热量从驱动部件30传到磁性联轴节50。 尽管如此，用于冷却磁性联轴节50的措施仅是安装在外转子51的外表面 上的旋转翼53。没有专门的措施用于冷却置于外转子51内侧的驱动磁体 52和冷却密封组件20。一方面，从驱动部件到内转子的转矩传递的角度来看，将驱动磁体52 和密封组件20之间的空间及密封组件20和安装于内转子58的外表面上的 从动磁体21之间的空间保持在一定范围之内是重要的。如果密封组件20 和/或驱动磁体52的温度升高，密封组件20和驱动磁体52之间的空间将发 生变化。最坏的情况可能使部件20和52两者互相触碰而损坏磁性联轴节 50。另一方面，密封组件20和驱动磁体52之间的空间可能扩大，使得到 达从动磁体的磁通密度减弱，使正常的转矩传递受到破坏。从安装于外转子51的外表面上的旋转翼53的角度来看，倾向于使这 些翼具有大尺寸，这要求大的空间用于翼的旋转；这需要设计更大的磁性 联轴节50，整个流体机械将更大。发明内容鉴于所述常规情形，本发明涉及如压缩机和泵之类的流体机械，这些 机械能处理因有毒气体外泄引起的问题，本发明的目的在于提供一种通过 磁耦合连接到驱动部件的不透气地密封型流体机械，其中，在不增大磁性联轴节的配置空间的前提下可对磁性联轴节进行有效冷却。为解决所述问题，本发明提供一种具有驱动部件、经磁偶合连接到驱 动部件的流体机械，该流体机械由包括压缩机在内的泵单元构成，流体机械通过磁性联轴节与驱动部件连接；所述磁性联轴节包括外转子，驱动 部件的驱动轴被连接到外转子的圓柱形底部部分；置于外转子内周边上的 外转子侧磁体；装配于流体机械的驱动轴上并处于外转子内侧的内转子； 和置于内转子外周边上的内转子侧磁体，借助于外转子侧磁体和内转子侧 磁体之间的吸引作用和排斥作用将驱动部件的转矩传递到流体机械；其中， 流体机械设置有一对封闭(encloses)流体机械驱动轴的两端部分的密封组 件，使得除具有气体进口、气体排出口和压缩气体入口外该流体机械处于 不透气的密封状态；此外，在磁性联轴节的外转子中设置借助引入和/或排 出周围环境的空气对外转子内侧空间进行通风的通气装置，以便冷却磁性 联轴节侧的密封组件和外转子侧磁体。通过在磁性联轴节的外转子中设置通过引入和/或排出周围环境的空气 对外转子内侧空间进行通风的通气装置，可避免因冷却不充分而损坏磁性 联轴节。也就是说，即使因流体机械中气体压缩产生的热量或源于驱动部 件的热量传导到磁性联轴节，磁性联轴节侧的密封组件和外转子侧磁体也 可被引入和/或排出的环境空气冷却。结果，可避免外转子侧磁体和磁性联 轴节侧的密封组件之间空间的减小，从而可避免它们之间可能的机械接触。 另一方面，在空间增大的情形下，也可避免因到达从动磁体的磁通量密度 减小而导致的转矩传递故障。此外，由于将通气装置安装于外转子本身上，既不需要增大联轴节的 尺寸，也不需要大的无用空间。因此这种装置可以实现流体机械的紧凑设 计。成通风缝隙，所以这种通气装置实现起来非常简单。本发明一优选实施例是，将通气装置安装于外转子的驱动部件侧圓柱 形底部部分中，安装于外转子的圓柱形周边部分中，安装于被联接到外转 子内周边上的外转子侧磁体之间的外转子的圓柱形周边部分中，安装于外 转子的流体机械侧的圆柱形周边端部中，或安装于所述部位中的多个位置 中。再者，由于这些通气装置(叶片/缝隙)被设置于流体机械侧和横跨外 转子圓柱形周边部分的带状区域的驱动部件侧，在那些部位，外转子侧磁 体位于外转子内侧，可调整地设计每个叶片/缝隙处的每一空气导入(inducing )和/或空气4非出动量(discharging momentum )。因Jt,能有效冷 却磁性联轴节侧的密封组件和外转子侧》兹体。至此，如上所述，将通气装置安装于磁性联轴节的外转子中时，利用 这种简单结构，本发明可防止通过磁性联轴节连接到驱动部件的流体机械 受到损坏，这种损坏是由磁性联轴节侧的密封组件和外转子侧的磁体之间 因外转子侧磁体和磁性联轴节侧的密封组件之间空间减小而导致的机械接 触造成的，所述空间的减小归因于流体机械中气体压缩产鸟的并传导到磁 性联轴节的热量，或归因于由驱动部件的驱动引起的并传导给磁性联轴节 的热量。与所述情况相反，也可以事先设计极大的空间以避免如上所述的 接触。在这种情形下，这些空间能充分满足磁性联轴节的无用温升的情况； 但却只有稀少的源自驱动磁体的》兹通量到达从动磁体而导致转矩传递故 障。本发明可防止经磁性联轴节连接到驱动部件的流体机械受到这种转矩 传递故障的影响。另外，由于将通气装置安装于外转子本身上，该装置的引入既不要求 增大磁性联轴节的尺寸，也不要求外转子周围的无用空间很大。因此，这 种装置可以实现流体机械的紧凑设计。


下面将参考本发明的一些优选实施例和附图详细描述本发明。附图中 图1以截面图形式示出了本发明的作为经磁性联轴节连接到驱动部件 的流体机械的实例的双涡旋巻干式涡旋真空泵的外形结构； 图2为图1所示的磁性联轴节的放大截面图；图3A、 3B、 3C、 3D、 3E和3F的截面图示出了作为本发明的、安装 于磁性联轴节外转子内的通风装置的叶片和缝隙的结构及该装置的安装位 置，其中，图3F为安装于外转子内的通气装置位置的截面图，图3A为沿 图3F中线A-A，剖切的横截面图，图3B为沿图3F中线B-B，剖切的横截面 图，图3C为沿图3F中线C-C，剖切的横截面图，图3D为沿图3F中线D-D' 剖切的橫截面图，图3E示出了安装于每一位置的通气装置；图4以截面图形式示出了传统的双涡旋巻干式渴旋真空泵的外形结构； 图5A、 5B、 5C和5D示出了在涡旋式真空泵的涡旋压缩主体内从吸入 过程结束到压缩过程状态的转换、以及从压缩过程到排放过程状态的转换。
具体实施方式
下文将参考附图所示出的 一 些实施例对本发明进行详细说明。显然， 除非专门具体提及之处，本发明的范围不限于这些实施例中所提到的部件的尺寸、材料、形状、相对位置等。图1以截面图的形式示出了本发明的、作为经磁性联轴节连接到驱动 部件的流体机械的实例的双涡旋巻千式涡旋真空泵的外形结构。图2为图1 所示的磁性联轴节31的放大截面图；图3以截面图的形式示出了本发明的、 作为安装于磁性联轴节的外转子32中的通风装置的缝隙(叶片)的结构。 为了说明本发明的流体机械，着重解释上面结合图4对专利参考文献所描 述的双渴旋巻干式涡旋真空泵的实例。当然，本发明明显可应用于其它通 用流体机械，例如压缩机、泵等，只要这些流体机械是经磁偶合与驱动源 相连接即可。在下面的说明中，基本采用相同的附图标记表示与图4中相 关的部件/零件。另外，为便于理解本发明，在这里和下面的说明中某些解 释可能与迄今为止对图4的说明相重复。首先，对本发明作简单概述。根据本发明，在以结合图4已作出说明 的真空泵为代表的流体机械中，将叶片安装于耦合元件(coupling element) 51(图1中32)中，以引入通风缝隙而对耦合元件51的内侧空间进行通风。 (以下耦合元件51 (32)将称为外转子51 (32)。 }如图2和3所示，将叶片 相对于外转子的旋转方向倾斜安装，并响应外转子的旋转运动将周围环境 的空气引入该空间并将引入的空气排出该空间，结果使真空泵的密封组件 20和磁性联轴节的驱动磁体(外转子侧磁体)52 (图1中33)得以冷却。在通气装置中，叶片相对于外转子51 (图1中32)的旋转方向倾斜地 安装于外转子51中，因此叶片将环境空气引入外转子51 (图1中32)内 侧空间并将引入的空气排出外转子51 (图1中32);作为通风装置的叶片 和/或缝隙被安装于外转子51的驱动部件30侧的圓柱形底部部分中，外转 子51的圓柱形的周边部分中，联接到外转子51的内周边上的外转子侧磁 体52 (图1中33)之间，在外转子51的真空泵侧的圓柱形周边端部中，或在所述部位的多个位置中。优选将叶片/缝隙(通气装置)设置于横过外转子的圓柱形周边部分的 带状区域的驱动部件30侧和真空泵侧(流体机械侧)两者处，在这些部位外转子侧磁体52 (图1中33)处于外转子内侧，可将每个叶片/缝隙处的每一空气导入和/或空气排出动量设计成可以调节，使流通空气不滞留于外转子内侧。这样，可有效地对磁性联轴节侧的密封组件20和外转子侧磁体52 (图1中33)进行冷却。至此，对本发明的经磁偶合连接到驱动部件的流体机械作了概括描述。 下面参考图l和2说明根据本发明的、作为经磁性联轴节连接到驱动部件 的流体机械的实例的双涡旋巻千式涡旋真空泵。如结合图4和5所说明的 真空泵那样，图1所示的真空泵包括运动涡旋件13及固定涡旋件11和12, 运动涡旋件具有圆板和沿泵轴的轴线方向突出地配置在该板的两侧表面上 的螺旋状涡旋巻，使得该涡旋巻与固定涡旋件的具有相同螺旋形状的涡旋 巻嵌合。图1中，真空泵包括泵体10、驱动部件30和用于支撑泵体IO和驱动 部件30的支撑件35。泵体10包括涡旋压缩机主体10a、 一对密封组件(封 闭件)20和25、所述密封組件分别不透气地联接到支撑转动运动涡旋件的 驱动轴16的每个端部部分的固定涡旋件11和12，致使每个端部的突出部 分分别被密封组件20、 25封闭。泵体10还包括压縮气体入口 17和18及 磁性联轴节31,压力高于压缩机出口压力(围巻(lap)的压缩气体压力}的 气体通过这些气体入口分别被导入密封组件20和25,磁性联轴节非机械接 触地从驱动部件30将旋转转矩传递到驱动轴16。这样，借助于作为驱动转矩传递构件的磁性联轴节31，真空泵与驱动 部件30隔离，从吸入侧吸入的污染物不会泄漏到周围环境侧。驱动部件30侧的磁性联轴节31包括圆柱形外转子32和驱动磁体(外 转子侧》兹体)33,外转子具有连接到驱动轴30a的底部部分，驱动-磁体被安 装于外转子32内侧。真空泵侧的磁性联轴节31设有连接到泵体中的驱动 轴16的内转子23,围绕内转子安装的从动磁体(内转子侧磁体)21，和围 绕内转子23确保构成密封空间22的密封组件20。(下文中，将泵侧耦合元 件23称为内转子23。)密封组件20的分隔部分呈圓柱形并被置于圓柱形外转子32内侧、紧邻驱动磁体33。内转子23被构成为使得联接于内转子23周围的从动磁体 21运动，紧邻密封组件20的分隔部分，从而有效地排斥和吸引安置在外转 子32内侧的驱动磁体(外转子侧磁体)33。这样，内转子23响应外转子 32的旋转而i走转。涡旋压缩机主体10a的固定涡旋件11包括垂直于泵轴线设置的圓板和 沿泵轴线方向配置在圓板的第一侧表面上的螺旋壁状的固定涡旋巻lla。圆 盖形板用作涡旋压缩机主体10a外壳的一部分，该板的第一侧表面用作运动 满^走巻的滑动表面。另一方面，固定涡旋件12包括垂直于泵轴线设置的圆板和沿泵轴线方 向配置在圓板的第一侧表面上的螺旋壁状的固定涡旋巻12a。圓盖形板用作 涡旋压缩机主体10a的外壳的一部分，板的第 一侧表面用作运动涡旋巻的滑 动表面。运动涡旋件具有垂直于泵轴线的圓板，该圓板被垂直于泵轴线地安装 于由两个侧轴承支撑的驱动轴16上，以便可围绕轴旋转，螺旋壁状的转动 涡旋巻13a被配置在圓板的侧表面上。在运动涡旋件13中，沿轴线方向配置在螺旋壁的两侧表面的螺旋壁状 的运动涡旋巻13a嵌合于螺旋壁状的固定涡旋巻lla和12a中。此外，螺旋 状固定涡旋巻的端部部分与运动涡旋件13的圓形盘板部分的两侧表面接 触，以便在圓形盘板部分的两侧表面上滑动。另一方面，在固定涡旋件11 和12中，螺旋壁状的运动涡旋巻13a的端部部分与固定涡旋件11和12的 两个第一侧表面接触。运动涡旋件13的圓形盘板部分以在轴的轴线和圓形 盘板轴线之间具有偏心距离的方式被安装于驱动轴16上。在旋转防止装置 (图1中未示出)的辅助作用下，动涡旋件13围绕驱动轴的轴线旋转，而 没有在运动涡旋件轴线上的旋转。如上面已经指出的那样，固定涡旋件11 和/或12及运动涡旋件13形成多个月牙形的压缩空间(压缩室)，在这些空 间中同时连续进行气体经由进口 14的吸入过程、压缩过程和排放过程，因 此，气体平稳地流过出口通路15a流到出口 15,从而起真空泵的作用。此外，已压缩的惰性气体，此处即为被压缩的N2 (氮气)，经由压缩气 体入口 17和18被吹入由运动涡旋件13及固定涡旋件11和12形成的闭合 空间并在该空间内被压缩。由于所述惰性气体的压力高于经由出口 15排放 的最终排放气体的压力，即，高于在这些闭合空间内被压缩后的压缩机出口压力，在闭合空间内^皮压缩的气体不会经由压缩气体入口 17和18回流。 另外一点在于，泵体内的驱动轴16通过由自润滑金属制成的无油轴承(未示出)支撑或由将经压缩气体入口 17和18导入的气体用作润滑介质的气体轴承(未示出)支撑。由于无油润滑，可预计没有油泄漏，没有润 滑油油雾扩散进入排放气体外侧，轴承耐用性能提高，机械维修的耗费减少，如上所述，泵可以进行长时间不停机地运行。此外，还为驱动轴设置有平衡重物42和43,以减小曲柄机构的不平衡(所谓的曲柄不平衡)。固定涡旋件12在包括固定涡旋件12的圓盖形板的框架部分上设有冷 却翅片(图l中未示出)，因此能借助周围环境的空气实现自然冷却。在包 括用作涡旋压缩机主体10a的外壳的一部分的圆形盘板部分或圓板部分的 固定涡旋件11和12中安置有圓形冷却水套(图1中未示出)，冷却水可通 过由散热器(未示出)和冷却水循环泵(未示出)构成的冷却水循环构件 (未示出)流动。这样，可实现从固定涡旋件11和12背侧对其的强制冷 却。如上所述，经压缩的、压力高于经由排出口 15排放的最终排放气体的 压力的惰性气体经由压缩气体入口 17和18被导向驱动轴轴承的各端部侧， 以通过排出口 15排放。结果，在闭合空间中经压缩的气体不通过压缩气体 入口 17和18回流。而且，真空泵与外侧不透气地隔离(除如进口 14、排 出口 15、压缩气体入口 17和18之类的连接部分外)。再者，由于作为驱动 转矩传递构件的磁性联轴节31没有机械接触部分，本泵无需密封元件。于 是，即使来自原子能设备侧的放射性污染物质通过入口被吸入，污染物质 不能通过泵泄漏到周围环境侧。对于这种连接，所述专利参考文献更加详 细地说明了作为经由磁偶合连接到驱动部件的流体机械实例的双涡旋巻干 式涡旋真空泵。图2为本发明的图1所示的磁性联轴节31的放大截面图。磁性联轴节 31设有至少一个安装于作为磁性联轴节31的组成件的外转子32内的通气 装置。例如，可将该通气装置安置在外转子32的驱动部件侧圆柱形底部部 分中如附图标记36表示的部分处，和/或外转子32的真空泵侧圓柱形外周 边端部部分中如附图标记39表示的部分处，从而形成如图2中箭头所示的 气流。在此，附图标记20表示密封组件(封闭件)，21表示内转子侧磁体， 23表示内转子，30a为驱动部件30的驱动轴，33表示外转子侧磁体，34着气门升程量和操作角度减小，进气门关闭正时前进直到其到达如图IOA中虚线所示的下死点附近的起动正时。在初始正时， 进气门22的关闭正时(IVC)相对于下死点被极大延迟，因此， 如图10B所示，发动机扭矩小。随着气门升程量和操作角度减 小，进气门关闭正时朝下死点前进，因此，发动机扭矩如图IOA 所示地增大。因此，在如图IOB所示的第二变形例的情况下， ECU40被配置成随着气门升程量和操作角度的减小而减小电 动机16的扭矩。在上述实施例中，基于来自曲柄传感器42和凸轮传感器44 的检测信号检测进气门2 2的开/闭正时，并且基于检测到的进气 门22的开/闭正时控制电动机16的输出(扭矩)。然而，本发明 不限于该布置。例如，由于发动机起动气门正时控制使进气门 22的开/闭正时随着时间的流逝从初始正时逐渐改变到起动正 时，所以，可以基于从发动机起动气门正时控制开始起流逝的 时间量控制电动机16的输出。另外，尽管直到现在所说明的实施例中存在的可变气门操 作机构(VTC34)被配置成改变进气门22的打开正时和关闭正作机构也是可行的。在本发明的图解实施例中，当起动发动机10时，电动机16 转动曲柄以起动发动机IO,并且电动机16的输出随着进气门22 的开/闭正时的变化而变化。电动机16的输出扭矩根据发动机扭 矩的变化而变化，发动机扭矩的变化伴随着进气门22的开/闭正 时的变化，因此，电动机16的输出扭矩不会变得过于不足。结 果，在尽可能抑制电动机16所消耗的电能的同时，可以维持目 标曲柄转速，由此防止电池20的电能变得不足。该结果使得能 够在不需要更大的电池的情况下更长时间地执行转动曲柄，并部分的任何部分，例如，位于外转子32内侧的外转子侧/磁体33之处的外转子圓柱形周边部分的带状区域。在如图3C所示的通气装置38中，将叶片设置在位于外转子侧磁体33 之间的外转子圓柱形周边部分中，横跨位于外转子32内侧的外转子侧磁体 33之处的外转子圓柱形周边部分的带状区域。在图3C中，将驱动磁体33 中的区域安置成朝联轴节轴线向内侧突出而不是朝叶片/缝隙38突出的区 域。然而这种突出不是必要条件，当然，这两区域、即磁体区域和叶片/缝 隙区域的内径可以相同。图3D所示的通气装置39被安装在外转子32的真空泵侧圓柱形周边端 部部分中。利用用来将周围环境的空气导入内侧的缝隙，当气流直接吹向 密封组件20的分隔部分时，可有效冷却密封组件20。另外，如前所述，可将通气装置36、 37、 38和39安置于真空泵侧(流 体机械侧)和横跨设有外转子侧磁体33的外转子圓柱形周边部分的带状区 域的驱动部件30侧两者处。由于上游侧和下游侧之间的空气导入/排出量的 差异很大，可有效冷却密封组件20,而没有空气流滞留(总体上)于外转 子32内侧。为获得所述效果，例如，可使上游侧的缝隙区域小于下游侧的缝隙区 域，周围环境空气可通过通风装置36被导入外转子32内侧，被导入的空 气通过通风装置38和39排放到外转子32外侧，周围环境的空气可通过通 风装置36导入，被导入的空气可通过通风装置36和37排出，或者排出侧 通风装置的数量可少于导入侧的通风装置数量。如迄今所描述的那样，在本发明的经磁性联轴节连接到驱动部件的流 体机械中，用来导入周围环境空气的通气装置36、 37、 38和39被安装于 磁性联轴节31的外转子32中，因此可冷却密封组件(封闭分隔部分)20 和外转子侧磁体(驱动磁体)33。通过这种结构，在流体机械中的气体/流 体压缩过程产生的热量、或源自驱动部件30的热量被传导到磁性联轴节的 情形下，封闭分隔部分20和驱动磁体33被导入的环境空气冷却。结果， 可避免外转子侧磁体33和密封组件20之间空间减小的可能性，也就是说， 可避免它们之间可能的机械接触。此外，在外转子侧磁体33和密封组件20 之间的空间增大的情形下，能避免由于到达从动磁体(内转子侧磁体)22 的磁通量密度减弱而导致的转矩传递故障。而且，由于通气装置被安装于外转子32本身上，不需要增大磁性联轴 节31的尺寸或由外转子周围常规的旋转翼所伴随的无用的大空间。结果， 就磁性联轴节和流体机械两者而论，能实现对这种装置的紧凑设计和生产。根据本发明所实现经磁偶合连接到驱动源的流体机械具有高的耐用性 和可靠性，由于磁性联轴节被有效冷却，可将热量从流体机械或从驱动源 传导到磁性联轴节。
权利要求
1.一种经磁性联轴节连接到驱动部件的流体机械，包括驱动部件，和由包括压缩机在内的泵单元构成的流体机械，该流体机械经磁性联轴节被连接到所述驱动部件；所述磁性联轴节包括，外转子，所述驱动部件的驱动轴被连接到该外转子的圆柱形底部部分，处于所述外转子的内周边上的外转子侧磁体，内转子，其被装配于所述流体机械的驱动轴上并位于所述外转子内侧，及处于所述内转子的外周边上的内转子侧磁体，借助外转子侧磁体和内转子侧磁体之间的吸引作用和排斥作用将所述驱动部件的转矩传递到所述流体机械；该流体机械设有一对封闭所述流体机械的驱动轴的两端部部分的密封组件，致使除气体进口、气体排出口和压缩气体入口外所述流体机械处于不透气的密封状态；其中，借助导入和/或排出周围环境的空气使外转子内侧空间通风的通气装置被设置于所述磁性联轴节的外转子中，以便冷却所述磁性联轴节侧的密封组件和所述外转子侧磁体。
2. 根据权利要求1所述的经磁性联轴节连接到所述驱动部件的流体机 械，其中，所述通气装置由叶片和/或缝隙构成，所述叶片沿倾斜于所述外 转子的旋转方向被装配于所述外转子的周边部分中，从叶片到叶片的空间 形成用于通风的所述缝隙。
3. 根据权利要求1或2所述的经磁性联轴节连接到所述驱动部件的流 体机械，其中，所述通气装置被安装于所述外转子的驱动部件侧圓柱形底 部部分中，所述外转子的圓柱形周边部分中，结合于所述外转子内周边上 的所述外转子侧磁体之间的所述外转子的圓柱形周边部分中，所述外转子 的流体机械侧圓柱形周边端部部分中，或所述部位中的多个部位中。
4. 根据权利要求1~3中任一项所述的经^f兹性联轴节连接到所述驱动部件的流体机械，其中，所述通气装置被设置在横跨设有所述外转子侧磁 体的所述外转子的圓柱形周边部分的带状区域的驱动部件侧和所述流体机 械侧两者处， 一部分通风装置起上游通道的作用，其余装置起下游通道的 作用，在此，所述下游通道的通道阻力小于所述上游通道的通道阻力，或 者所述上游通道的导入动量大于所述下游通道的导入动量。
全文摘要
本发明公开了一种流体机械，其中，磁性联轴节包括外转子(32)，驱动部件的驱动轴被连接到该外转子的圆柱形底部部分；置于外转子内周边上的外转子侧磁体(33)；固定于流体机械的驱动轴上并位于外转子内侧的内转子(23)；置于内转子外周边上的内转子侧磁体(21)，借助外转子侧磁体和内转子侧磁体间的吸引和排斥作用将驱动部件的转矩传递到流体机械；密封组件(20)，其分隔部分处于内转子(23)和外转子(32)之间并环绕流体机械的驱动轴以确保气密封；包括内转子(23)和内转子侧磁体(21)的轴；通气装置，其设置于磁性联轴节的外转子(32)中，通过吸入和/或排出环境空气使外转子内侧空间通风以冷却密封组件(20)和外转子侧磁体(33)。
文档编号F04C29/00GK101225821SQ20071018006
公开日2008年7月23日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者中山贵光, 芹田隆司 申请人:阿耐思特岩田株式会社