一种多驱动集成旋片式压缩机及其运行方法与流程

本发明涉及一种压缩机，尤其涉及一种多驱动集成旋片式压缩机及其运行方法。

背景技术：

压缩机是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械，是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力。压缩机的种类主要包括曲柄连杆式、轴向活塞式、涡旋式和旋转叶片式，其中旋转叶片式压缩机因体积和重量可以做到很小，易于在狭小的发动机舱内进行布置，加之噪声和振动小以及容积效率高等优点，在汽车空调压缩机系统中也得到了一定的应用。

旋片式压缩机主要由转动部件、旋片和固定外缸体组成，其中转动部件上开有纵向的滑槽，旋片在其中自由滑动，转动部件在固定外缸体内偏心放置。当转动部件旋转时，旋片在离心力的作用下甩出并与外缸体紧密接触形成可变容积完成压缩。旋片式压缩机通常是从例如电动机、涡轮机、柴油机、汽油机等外动力设备获得动力，当外动力设备停止驱动时，压缩机也会停止运动而无法达到制冷效果，为使压缩机继续运转，常用的解决办法为在压缩机处单独设置与车内蓄能电池模块相连并能驱动压缩机运转的电动机，这种压缩机为复合压缩机，现有的复合压缩机都是电机和压缩机轴向连接，这样使得压缩机的轴向尺寸非常长，在车辆有限的空间里不利于零件的布置，无法满足汽车小型化、轻量化发展的趋势，且能量利用率不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有复合压缩机都是电机和压缩机轴向连接，这样使得压缩机的轴向尺寸非常长，在车辆有限的空间里不利于零件布置的问题，提供了一种小型化、轻量化的多驱动集成旋片式压缩机及其运行方法。

为实现上述目的，本申请提供了一种多驱动集成旋片式压缩机，包括外缸体以及设于所述外缸体内部的电机，所述电机由电机转子以及设于所述电机转子内部并通过电磁感应驱动所述电机转子转动的电机定子组成，在所述电机转子外侧所述电机转子的环形柱体上开有若干条滑槽，在所述滑槽内设置旋片；所述电机转子转动时，所述旋片受离心力的作用始终保持端部与所述外缸体内壁紧密接触并将所述外缸体与所述电机转子组成的密封腔体分隔成若干变化容积实现制冷剂压缩的扇形小室，所述外缸体上还设有向所述扇形小室通入制冷剂的入口和排出压缩后制冷剂的出口，所述压缩机还包括设置在所述电机转子上的与外驱动源相连的驱动轴，所述外驱动源通过所述驱动轴直接驱动所述电机转子转动。

作为本申请的进一步改进，所述电机定子上设有定子绕组，在所述电机转子上设有转子绕组或所述电机转子由永磁材料制备而成。

作为本申请的进一步改进，所述电机定子由永磁材料制备而成，在所述电机转子上设有转子绕组。

作为本申请的进一步改进，所述滑槽沿所述电机转子的环形柱体的径向线方向设置。

作为本申请的进一步改进，所述滑槽倾斜于所述电机转子的环形柱体的径向线方向。

作为本申请的进一步改进，所述旋片通过设于所述旋片端部的滚柱与所述外缸体的内壁紧密接触。

作为本申请的进一步改进，所述旋片的底部通过弹簧固定到所述电机转子上。

作为本申请的进一步改进，在所述外缸体的内部设置内缸体，所述旋片的端部固定到所述内缸体的内壁上，所述内缸体与所述外缸体之间设置滚珠，所述旋片带动所述内缸体通过滚珠相对于所述外缸体转动，所述入口和所述出口设于所述外缸体的底部。

作为本申请的进一步改进，所述密封腔体为单腔室、双腔室中的任意一种。

为实现上述目的，本申请还提供了一种压缩机的运行方法，所述运行方法包括如下步骤：s1、驱动所述电机转子转动：当所述外驱动源工作时，所述电机转子通过外驱动源直接驱动转动；当所述外驱动源停止工作时，所述电机转子通过启动位于所述外缸体内部的电机而转动；

s2、向所述外缸体内通入制冷剂，所述制冷剂通过设于所述外缸体上的入口进入所述扇形小室，所述扇形小室随着所述电机转子的转动以及设于所述滑槽内的旋片的伸缩运动实现容积变化并完成对进入所述扇形小室的制冷剂的压缩，压缩后的制冷剂由所述出口排出。

本申请的有益效果在于，本申请设计了一种电磁驱动电机与传统旋转叶片式压缩机集成的多驱动集成旋片式压缩机，通过将利用电磁感应驱动的电机设于压缩机外缸体内部，并利用电机转子、电机定子的转动功能替代传统旋转叶片压缩机内转动部件的功能，将旋片直接安装在电机转子上，实现了传统旋片压缩机与多驱动电机的集成，且在电机转子上设置与外驱动源相连的驱动轴，实现压缩机的多驱动集成，设置于压缩机外缸体内的电机与蓄能电池相连，实现在与压缩机相连的外驱动源停止工作时，压缩机仍然能继续运转实现制冷效果的问题，这种设计结构较传统压缩机外置电机的方案减少了轴向连接，减小了整体压缩模块的体积，约降低20％的体积，有利于将压缩机布置到小型化、轻量化的汽车内部，且内置电磁驱动电机在低速时效率高，通过优化匹配旋片式压缩机和内置电磁驱动电机的最佳工作区间，提升现有旋片式压缩机效率，并且通过新的滚动摩擦设计，降低旋片式压缩机的摩擦损失，进一步提升压缩机效率，以更低的成本，达到电子涡旋式压缩机的能效水平。

附图说明

图1为具有单腔室的多驱动集成旋片式压缩机的一实施例结构示意图；

图2为与外驱动源相连的多驱动集成旋片式压缩机的一实施例结构示意图；

图3为与外驱动源相连的多驱动集成旋片式压缩机的另一实施例结构示意图；

图4为与外驱动源相连的多驱动集成旋片式压缩机的另一实施例结构示意图；

图5为具有单腔室的多驱动集成旋片式压缩机的另一实施例结构示意图；

图6为具有双腔室的多驱动集成旋片式压缩机的结构示意图；

图7为多驱动集成旋片式压缩机的旋片端部结构示意图；

图8为具有单腔室的多驱动集成旋片式压缩机的另一实施例结构示意图；

图中：1、外缸体；2、电机；3、电机转子；4、电机定子；5、滑槽；6、旋片；7、入口；8、出口；9、驱动轴；10、滚柱；11、弹簧；12、内缸体；13、滚珠；14、离合器。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在本申请的描述中，需要理解的是，在不同的附图中，相同或相似的部件用相同的附图标记表示。其中部件的尺寸、比例关系以及部件的数目均不作为对本申请的限制。

本申请的目的在于解决现有的复合压缩机都是电机和压缩机轴向连接，这样使得压缩机的轴向尺寸非常长，在车辆有限的空间里不利于零件的布置的问题；压缩机和电机分开布置，电机需要设计单独的冷却系统，成本高；现有技术不能实现能量的回收利用，本发明提供了一种多驱动集成旋片式压缩机，如图1所示，包括外缸体1以及设于所述外缸体1内部的电机2，所述电机2由电机转子3以及设于所述电机转子3内部并通过电磁感应驱动所述电机转子3转动的电机定子4组成，在所述电机转子3外侧所述电机转子3的环形柱体上开有若干条滑槽5，在所述滑槽5内设置旋片6；所述电机转子3转动时，所述旋片6受所述电机转子3转动离心力的作用将所述外缸体1与所述电机转子3组成的密封腔体分隔成若干变化容积实现制冷剂压缩的扇形小室，所述外缸体1上还设有向所述扇形小室通入制冷剂的入口7和排出压缩后制冷剂的出口8，所述压缩机还包括设置在所述电机转子上的与外驱动源相连的驱动轴，所述外驱动源通过所述驱动轴直接驱动所述电机转子转动。本申请中，如图1所示，所述滑槽5沿所述电机转子3的环形柱体的径向线方向设置；如图5所示，所述滑槽5倾斜于所述电机转子3的环形柱体的径向线方向。

本申请中，实现所述电机定子4通过电磁感应驱动所述电机转子3转动的第一种方式可以为：在所述电机定子4上设有定子绕组，在所述电机转子3上设有转子绕组，所述定子绕组与所述转子绕组分别接通相应的电流时，所述定子绕组受到感应电流的作用带动所述电机定子4转动。实现所述电机定子4通过电磁感应驱动所述电机转子3转动的第二种方式可以为：所述电机定子4上设有定子绕组，所述电机转子3由永磁材料制备而成，类似无刷直流电机，所述定子绕组接通相应的电流时，在所述定子绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，这个磁场驱动所述电机转子3转动。实现所述电机定子4通过电磁感应驱动所述电机转子3转动的第三种方式可以为：所述电机定子4由永磁材料制备而成，在所述电机转子3上设有转子绕组，类似有刷直流电机，所述转子绕组产生的磁场与所述电机定子4的主磁场相互作用产生电磁转矩，从而使所述电机转子3转动。常用的永磁材料包括铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料、钕铁硼永磁材料、合金永磁材料、铁氧体永磁材料和复合永磁材料等。无论是哪种方式的电磁感应驱动，当电机转子3转动时，所述旋片6受离心力的作用从滑槽5中甩出，所述旋片6的端部始终保持与所述外缸体1的内壁紧密接触并受到外缸体1内壁的挤压力的作用，使旋片6在滑槽5内做往复运动，在所述电机转子3旋转一个周期内，所述扇形小室的容积由最大值逐渐变小，直到最小值，再由最小值逐渐变大，变到最大值，随着电机转子3的连续旋转，所述扇形小室的容积遵循上述规律周而复始的变化，实现制冷剂的压缩。

本申请中，由于旋片压缩机的旋片和缸体摩擦等原因，效率较低，本发明中利用滚柱式设计，减少了旋片和缸体之间的摩擦，提高了压缩机的效率，如图1和图7所示，为实现所述旋片6与所述机体内圆壁面的紧密接触且减少旋片6与所述机体内圆壁面的摩擦，提高压缩机效率，可以将所述旋片6的端部设置为与所述外缸体1内圆壁面的弧度配合的弧度，也可以在所述旋片6的端部设置滚柱10，并使所述旋片6通过设于所述旋片6端部的滚柱10与所述外缸体1的内壁紧密接触，这种结构可以通过在所述旋片6的端部设置圆弧槽，在所述圆弧槽内设置滚柱10，所述滚柱10圆柱截面的中心线低于所述旋片6的端部外边缘截面，滚柱10可以在圆弧槽内滚动，在旋片6旋转过程中，旋片6通过滚柱10与所述外缸体1内圆壁面紧密接触，滚柱10与所述外缸体1内圆壁面的接触为线接触，摩擦小，这种旋片端部滚柱式设计可以有效改善旋片和缸体之间的摩擦问题，提高了压缩机的工作效率。

本申请中，如图2、图3和图4所示，在所述电机转子3上还设有与外驱动源相连的驱动轴9，所述驱动轴9通过离合器14与外驱动源相连，实现了旋片式压缩机的多驱动集成设计，所述外驱动源直接驱动所述电机转子3转动。在所述电磁驱动集成旋片式压缩机上集成外驱动源混合驱动压缩机的结构设计可以实现以下操作模式：当外驱动源启动时，应用外驱动源驱动压缩机，合理利用能源资源；当外驱动源停止时，启用位于所述外缸体1内的电机2，使压缩机运转，保证制冷循环系统的持续运行，而不至于发生制冷循环系统停止的状况。进一步的，所述外驱动源可以为发动机、牵引电机等，压缩机驱动源的选择取决于高层级系统的控制策略要求。进一步的，所述驱动轴9可以为齿轮轴或圆轴。

本申请中，如图2所示，为传动内燃机车辆内电磁驱动旋片压缩机与外驱动源的连接结构，设于电机转子3上的驱动轴9通过离合器14与车辆的齿轮箱连接，齿轮箱直接与发动机和轮胎驱动轴连接，这种连接结构，可以利用车辆的齿轮箱输出轴驱动电机转子3工作，也可以通过电机定子4通电利用电磁感应驱动电机转子3工作，还可以实现能量的回收利用，具体工作模式如下：1)离合器14断开，电机定子4通电，利用电磁感应带动电机转子3旋转，电机转子3旋转时，旋片6在离心力的作用下甩出并与缸体紧密接触完成压缩；2)离合器14吸合，电机定子4不通电，利用驱动轴9带动电机转子3旋转，电机转子3旋转时，旋片6在离心力的作用下甩出并与缸体紧密接触完成压缩；3)在车辆减速阶段，可以利用车辆的动能驱动电机的电机转子3带动压缩机工作，同时额外的能量可以通过电机转子3反转实现电机发电模式，实现能量回收利用。

本申请中，如图3所示，为混合动力车辆内电磁驱动旋片压缩机与外驱动源的连接结构，设于电机转子3上的驱动轴9通过离合器14与车辆的齿轮箱连接，齿轮箱直接与发动机、牵引电机和轮胎驱动轴连接，这种连接结构，可以利用驱动轴9驱动电机转子3工作，也可以通过电机定子4通电利用电磁感应驱动电机转子3工作，还可以实现能量的回收利用，具体工作模式如下：1)离合器14断开，电机定子4通电，利用电磁感应带动电机转子3旋转，电机转子3旋转时，旋片6在离心力的作用下甩出并与缸体紧密接触完成压缩；2)离合器14吸合，电机定子4不通电，利用驱动轴9带动电机转子3旋转，电机转子3旋转时，旋片6在离心力的作用下甩出并与缸体紧密接触完成压缩；此时，使驱动轴9转动的输出方可以间接为发动机，也可以间接为牵引电机，具体取决于混合动力车辆的拓扑结构；3)在车辆减速阶段，可以利用车辆的动能驱动电机的电机转子3带动压缩机工作，同时额外的能量可以通过电机转子3反转实现电机发电模式，实现能量回收利用；4)在车辆行驶时，发动机可以驱动车辆行驶，也可以通过驱动轴9驱动电机转子3带动压缩机工作，同时额外的能量可以通过电机转子3反转实现电机发电模式，实现能量回收利用；5)在车辆行驶时，牵引电机可以驱动车辆行驶，也可以通过驱动轴9驱动电机转子3带动压缩机工作，同时额外的能量可以通过电机转子3反转实现电机发电模式，实现能量回收利用。

本申请中，如图4所示，为纯电动车辆内电磁驱动旋片压缩机与外驱动源的连接结构，设于电机转子3上的驱动轴9通过离合器14与车辆的齿轮箱连接，齿轮箱直接与牵引电机和轮胎驱动轴连接，这种连接结构，可以利用驱动轴9驱动电机转子3工作，也可以通过电机定子4通电利用电磁感应驱动电机转子3工作，还可以实现能量的回收利用，具体工作模式如下：1)离合器14断开，电机定子4通电，利用电磁感应带动电机转子3旋转，电机转子3旋转时，旋片6在离心力的作用下甩出并与缸体紧密接触完成压；2)离合器14吸合，电机定子4不通电，利用驱动轴9带动电机转子3旋转，电机转子3旋转时，旋片6在离心力的作用下甩出并与缸体紧密接触完成压缩；3)在车辆减速阶段，可以利用车辆的动能驱动电机的电机转子3带动压缩机工作，同时额外的能量可以通过电机转子3反转实现电机发电模式，实现能量回收利用，增加纯电动汽车的行驶里程。

本申请中，如图1和图6所示，所述压缩机的外缸体1与所述电机转子3组成的密封腔体可以为单腔室，此时，所述电机转子3在所述外缸体1内偏心放置；如图6所示，所述压缩机的外缸体1与所述电机转子3组成的密封腔体可以为双腔室，此时，所述外缸体1为椭圆形设计，所述电机2设于所述外缸体1的中心处，确保所述电机转子3的圆心与所述外缸体1的圆心重合，在每一个所述压缩机的外缸体1与所述电机转子3组成的独立密封腔室的外缸体1上均设有向扇形小室通入制冷剂的入口7和排出压缩后制冷剂的出口8。当电机转子3转动时，设于所述电机转子3的滑槽5内的旋片6在离心力的作用下甩出，所述旋片6的端部与所述外缸体1紧密接触，形成扇形小室，所述旋片6随着所述电机转子3转动的过程中受所述外缸体1内壁压力的作用，在所述滑槽5内做往复运动，实现扇形小室容积的变化，从而实现对制冷剂的压缩。

本申请中，电机转子3的转速低时，所述旋片6受到的离心力小，无法保证所述旋片6的端部与外缸体1的内壁面紧密接触，为了解决上述问题，本申请可以将所述旋片6的底部通过弹簧11固定到所述电机转子3上，所述弹簧11处于压缩状态，所述旋片6受弹簧11弹力的作用使所述旋片6的端部与外缸体1的内壁面紧密接触，避免泄露问题。本申请中，为保证压缩机的密封性，避免泄露问题，提高压缩机的工作效率，减少能源浪费，还可以在所述外缸体1的内部设置内缸体12，所述旋片6的端部固定到所述内缸体12的内壁上，所述内缸体12与所述外缸体1之间设置滚珠13，所述旋片6带动所述内缸体12通过滚珠13相对于所述外缸体1转动，所述入口7和所述出口8设于所述外缸体1的底部。进一步的，所述旋片6的端部与所述内缸体12之间的连接可以为机械硬链接，也可以通过铰链连接或其它固定连接方式。内外双缸式设计改善了传统旋叶压缩机的密封问题，提高了压缩机的效率。

本申请中，还提供了一种压缩机的运行方法，所述压缩机为上述提到的多驱动集成旋片式压缩机，所述运行方法包括如下步骤：当所述外驱动源工作时，所述电机转子3通过外驱动源直接驱动转动或通过启动位于所述外缸体1内部的电机2而转动，应用外驱动源直接驱动转动时，则位于所述外缸体1内部的电机停止，此种情况便于合理利用能源；通过启动位于所述外缸体1内部的电机而转动时，则停止外驱动源对电机转子3的转动。当所述外驱动源停止工作时，所述电机转子3通过启动位于所述外缸体1内部的电机而转动。所述电机转子3转动后，再向所述外缸体1内通入制冷剂，所述制冷剂通过设于所述外缸体1上的入口7进入所述扇形小室，所述扇形小室随着所述电机转子3的转动以及设于所述滑槽5内的旋片6的伸缩运动实现容积变化并完成对进入所述扇形小室的制冷剂的压缩，压缩后的制冷剂由所述出口8排出。

本申请中，通过将旋片直接安装在电机转子3上，减小了体积，节省了空间，扁平化的设计更加有利于现有车辆狭窄空间的布置；电机转子3周围有冷却液，可以有效解决电机散热问题，不再需要设计额外的的电机冷却系统，节约了成本；可以根据系统选择单腔室压缩还是双腔室压缩；内置电磁驱动电机在低速时效率高，在低速时可以获得较大的扭矩，旋片压缩机在低速时能获得较高的效率，内置电磁驱动电机与旋片压缩电机的高效率区间吻合度较高，通过优化匹配旋片式压缩机和内置电磁驱动电机的最佳工作区间，提升现有旋片式压缩机效率，并且通过新的滚动摩擦设计，降低旋片式压缩机的摩擦损失，进一步提升压缩机效率，以更低的成本，达到电子涡旋式压缩机的能效水平；此装置可以实现能量回收利用。

综上所述，本申请设计了一种电磁驱动电机与传统旋片式压缩机集成的多驱动集成旋片式压缩机，所述电磁驱动电机设于所述压缩机外缸体1内部，所述电机2由电机转子3以及设于所述电机转子3内部通过电磁感应驱动所述电机转子3转动的电机定子4组成，在所述电机转子3外侧所述电机转子3的环形柱体上开有若干条滑槽5，在所述滑槽5内设置旋片6；所述电机运行时，电机转子3转动，所述旋片6受离心力的作用将所述外缸体1与所述电机转子3组成的密封腔体分隔成若干变化容积实现气体压缩的扇形小室。本申请通过将利用电磁感应驱动的电机设于压缩机外缸体1内部，并利用电机转子3、电机定子4的转动功能替代传统旋转叶片压缩机内转动部件的功能，将旋片6直接安装在电机转子3上，将传统旋转叶片压缩机与电磁驱动电机的集成在一起，并在电机转子3上设置与外驱动源相连的驱动轴，解决了在压缩机外驱动设备停止工作时，压缩机依然能继续运转实现制冷效果的问题，这种电磁驱动旋叶压缩机的结构设计较单独外置电动机的方案减少了轴向连接，减小了整体压缩模块的体积，约减少了20％的体积，整体压缩模块体积小，方便组装到小型化、轻量化的汽车内部，降低了制造成本，而且冷却介质在电机转子3周围进行压缩，不再需要设计额外的的电机冷却系统，节约了成本，此装置还能实现能量回收利用。本申请所述的多驱动集成旋片式压缩机适用于不同驱动源车辆，如传动内燃机车辆、混合动力车辆、纯电动车辆等，而且内置电磁驱动电机在低速时效率高，通过优化匹配旋片式压缩机和内置电磁驱动电机的最佳工作区间，提升现有旋片式压缩机效率，并且通过新的滚动摩擦设计，降低旋片式压缩机的摩擦损失，进一步提升压缩机效率，以更低的成本，达到电子涡旋式压缩机的能效水平，对于不同驱动源的车辆都可以实现能量回收利用；此外，还能应用于其它制冷场合。

以上仅结合目前考虑的最实用的优选实施例对本申请进行描述，需要理解的是，上述说明并非是对本申请的限制，本申请也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本申请的保护范围。