本实用新型通常涉及蒸汽压缩系统中的电机冷却。更具体地，本实用新型涉及一种加热、通风和空调(HVAC)系统及用于其的电机。
背景技术：
在例如加热、通风和空调(HVAC)系统的蒸汽压缩系统中的电机可以以高转速运行，这可能在电机的各部件之间产生摩擦并导致热量。可以利用蒸汽压缩系统的工作流体(例如传热流体，如制冷剂)冷却电机。
技术实现要素：
本实用新型通常涉及蒸汽压缩系统中的电机冷却。更具体地，本实用新型涉及一种加热、通风和空调(HVAC)系统及用于其的电机。
在一个实施例中，用于蒸汽压缩系统的电机包括设置于壳体内的转子、定子、轴和叶轮。根据一个实施例，叶轮可以固定至轴、转子的末端或转子的另一部分。在一个实施例中，转子可额外地包括一个或多个翅片。
公开了一种用于蒸汽压缩系统的电机。该电机被提供有工作流体。该电机包括壳体，该壳体内部形成有腔。壳体包括转子、定子和轴。转子固定至轴，定子围绕转子的至少一部分。气隙形成于转子和定子之间。壳体的入口接收工作流体，并与气隙流体连通。壳体的出口与气隙流体连通，并从气隙接收工作流体。电机进一步包括叶轮，叶轮引导工作流体在入口和出口之间流动。
还公开了一种电机，该电机为加热、通风和空调(HVAC)系统中的压缩机提供机械功率。该电机包括壳体，该壳体内部形成有腔。壳体包括转子、定子和轴。转子固定至轴，定子围绕转子的至少一部分。气隙形成于转子和定子之间。轴与压缩机连接。壳体还包括入口，该入口接收工作流体并与气隙流体连通；出口，该出口与气隙流体连通并从气隙接收工作流体；和叶轮，该叶轮引导工作流体在入口和出口之间流动。
还公开了加热、通风和空调(HVAC)系统。HVAC系统包括压缩机，和连接至压缩机的电机。电机为压缩机提供机械功率。电机包括壳体，壳体内部形成有腔，壳体包括转子、定子和轴，转子固定至轴，定子围绕转子的至少一部分，气隙形成于转子和定子之间，轴与压缩机连接；入口，入口接收工作流体并与气隙流体连通；出口，出口与气隙流体连通并从气隙接收工作流体；和叶轮，叶轮引导工作流体在入口和出口之间流动。
还公开了一种用于冷却蒸汽压缩系统中的电机的方法。电机包括壳体，壳体内部形成有腔，壳体包括转子、定子和轴，其中转子固定至轴，定子围绕转子的至少一部分，气隙形成于转子和定子之间。该方法包括将工作流体提供至壳体的入口；通过从壳体的入口移动工作流体通过气隙来冷却电机，工作流体接收来自电机的热量；并从壳体的出口排出工作流体。
附图说明
参考构成本实用新型一部分的附图，其展示了可以实施说明书中描述的本实用新型的系统和方法的实施例。
图1为根据一些实施例的传热回路的示意图。
图2为根据一个实施例的用于蒸汽压缩系统的电机的一部分的侧视图。
图3为根据一个实施例的用于蒸汽压缩系统的电机的一部分的侧视图。
图4为根据一个实施例的用于蒸汽压缩系统的电机的一部分的侧视图。
图5为根据一个实施例的包括用于蒸汽压缩系统的电机的压缩机的侧视图。
相似的附图标记始终表示相似的元件。
具体实施方式
本实用新型通常涉及蒸汽压缩系统中的电机冷却。更具体地，本实用新型涉及一种加热、通风和空调(HVAC)系统及用于其的电机。
在蒸汽压缩系统中，来自蒸汽压缩系统的工作流体的一部分可被转去冷却电机。当蒸汽压缩系统例如包含在HVAC系统中时，可以将工作流体(例如，传热流体，如制冷剂等)提供至电机，以冷却电机的部件(例如，转子、定子等)。当用工作流体冷却电机时，将工作流体的一部分提供至，例如转子和定子之间的气隙(例如转子和定子之间的间距)，以除去电机的转子和定子产生的热量。通常，电机的气隙设计为具有小的横截面面积。结果，提供至气隙的工作流体通常以相对高压提供，以便提供足够量的工作流体，从而实现对电机的部件的理想冷却。提供这种相对高压流体的常见方法是在使用电机的蒸汽压缩系统的吸入流中创建节流区(例如，对提供至压缩机的工作流体进行节流的节流区)，从节流区的入口吸取一部分工作流体，将该部分工作流体提供至气隙，并将工作流体提供至节流区的出口侧。在一个实施例中，从吸入流吸取的并提供至气隙的工作流体可以占到工作流体的吸入流的约 1％至2％(例如约1％至2％的工作流体从节流区提供至气隙，剩余的约98％至99％的工作流体从节流区提供至压缩机)。
在HVAC系统的传热回路的吸入流中创建节流区可能对效率，例如传热回路中的压缩机的效率，有不利影响。例如，通过降低传热流体的压力，将传热流体从较低吸入压力时进行压缩，从而使得压缩机在较高的压差下工作，这增加了压缩机所需的功率量。在一些情况下，吸入质量流率降低，因此蒸汽压缩系统的总容量降低。也就是说，节流区可导致容量的降低和功率消耗的增加，这导致压缩机和系统效率的降低。
本实用新型的实施例涉及提供位于电机的壳体内的叶轮，以促进工作流体(例如传热流体，如制冷剂)流过壳体。在一个实施例中，相比在吸入流中产生压降更可行地，叶轮可使工作流体以更高的流率通过例如电机的气隙。
图1为根据一个实施例的传热回路10的示意图。传热回路10通常包括压缩机12、冷凝器14、膨胀装置16和蒸发器18。压缩机12由电机20A、20B或20C供电(如图2-4 所展示和描述的)。传热回路10是示例性的，并可以更改以包括其他部件。例如，在一个实施例中，传热回路10可以包括节能换热器、一个或多个流量控制装置、接收罐、干燥器、吸入液换热器等。
传热回路10通常可以应用在用于控制空间(通常称为空调空间)中的环境条件(例如，温度、湿度、空气质量等)的各种系统(例如，蒸汽压缩系统)中。系统的例子包括但不限于，HVAC系统、运输制冷系统等。
传热回路10的部件流体连接。传热回路10可具体配置成能够在冷却模式下运行的冷却系统(例如HVAC系统和/或空调系统的流体冷却器)。或者，传热回路10可具体地配置成热泵系统，该热泵系统可以在冷却模式和加热/除霜模式下运行。
传热回路10根据通常已知的原理进行操作。传热回路10可配置为加热或冷却过程流体。在一个实施例中，过程流体可以是例如流体，例如但不限于，水等，在这种情况下，传热回路10通常可以代表冷却器系统。在一个实施例中，过程流体可以是例如流体，例如但不限于，空气等，在这种情况下，传热回路10通常可以代表空调或热泵。
压缩机12可以是，例如离心式压缩机。在操作中，压缩机12将工作流体(例如，诸如制冷剂等的传热流体)从相对低压力的气体压缩到相对高压力的气体。相对高压力和相对高温的气体从压缩机12排出并流过冷凝器14。根据通常已知的原理，工作流体流过冷凝器10并将热量排除到过程流体(例如，传热流体或介质，例如但不限于水，空气等)，从而冷却工作流体。现在为液体形式的被冷却的工作流体流入膨胀装置16。膨胀装置16降低工作流体的压力。结果，工作流体的一部分转化为气体形式。现在为液体和气体混合形式的工作流体流入蒸发器18。工作流体流过蒸发器18，并从过程流体(例如，传热流体或介质，例如但不限于水，空气等)吸收热量，工作流体被加热并转化为气体形式。气态工作流体随后返回压缩机12中。当传热回路例如在冷却模式(例如，当启用压缩机12时)运行时，上述过程继续进行。
图2为根据一个实施例的用于蒸汽压缩系统的电机20A(例如用于图1中的传热回路10的压缩机12的电机)的一部分的侧视图。
电机20A通常包括壳体22，该壳体内部形成有腔24。壳体22进一步包括定子26、转子28和轴30。转子28固定至轴30，并转动轴30，轴30还连接至压缩机12。气隙34形成于定子26和转子28之间。
电机20A通过轴30为压缩机12提供机械功率。电机20A可以在流体入口Fi处被提供有工作流体(例如诸如制冷剂等的传热流体)的一部分，该工作流体的一部分流过腔24，并具体地在箭头F的方向(一般相对于图从左向右)流过电机20A的气隙34，并经流体出口Fo离开腔24。在一个实施例中，工作流体可以是气体形式。应该理解的是，工作流体的气体形式可以包括液体形式的部分，但是气体形式包括比液体形式更高的工作流体的气体形式部分。在一个实施例中，流体入口Fi的位置可以改变。例如,在一个实施例中,流体入口Fi 可设置在电机20A的中心或中心附近。
叶轮32包含在腔24内。在所示实施例中，叶轮32设置在轴30上。在一个实施例中，叶轮32也可以设置在转子28上。例如，叶轮32可以固定至转子28的一端或其他部分。当设置在这样的位置时，叶轮32可以以与转子28和轴30相同的频率旋转。因为将叶轮32 固定在这样的位置，所以叶轮32可以在压缩机的任何操作状态下旋转。也就是说，如果电机20A向压缩机提供机械功率，则叶轮32可以通过气隙34移动工作流体。在一个实施例中，随着电机20A的速度增加，叶轮32可提供相对较大量的冷却。在一个实施例中，当电机20A的速度处于最大速度时，叶轮32可以提供相对较大量的冷却。在一个实施例中，叶轮32可以通过例如焊接等固定到轴30。在一个实施例中，轴30和叶轮32可以是单件式的整体结构。
在图示的实施例中，叶轮32设置在定子26和转子28的下游侧D的轴30上。结果，叶轮32通常可以从定子26和转子28的上游侧U向定子26和转子28的下游侧D拉动工作流体。
在一个实施例中，叶轮32可设置在定子26和转子28的上游侧U。在该实施例中，叶轮32通常从上游侧U朝向下游侧D推动工作流体。
在一个实施例中，轴30可以包括多个叶轮32。在这样的实施例中，多个叶轮中的一个可以设置在上游侧U，多个叶轮中的另一个可以设置在下游侧。
叶轮32的设计可以改变。在一个实施例中，叶轮32可以设计为用于特定的压缩机应用(例如，特定容量等)。在一个实施例中，叶轮32可以设计成提供通过空腔24的经选择的质量流。在一个实施例中，叶轮32可以设计成提供通过空腔24的经选择的扬程(Lift)。例如，在一个实施例中，叶轮32可设计成提供相当于压缩机吸入质量流的约1％至2％的、通过气隙34的工作流体的质量流率。在一个实施例中，叶轮32可设计成提供接近压缩机吸入质量流的约100％的、通过气隙34的工作流体的质量流率。这可以发生在例如电机20A 以低负载和高速运转时。应当理解，特定质量流率旨在是一个示例，并且实际值可以超出所述范围。例如，如果需要额外冷却电机20A，则叶轮32可设计成提供比压缩机的吸入质量流的大约2％更大的质量流率。
在一个实施例中，叶轮32可以设计成使压缩机扬程最小化(例如，冷凝器工作流体压力和蒸发器工作流体压力之差)。
在一个实施例中，叶轮32可以提供提高的蒸汽压缩系统的效率。例如，压缩机的容量通常不会降低，因为叶轮32不需要吸入流中的压降。在一个实施例中，因为叶轮32可设计为提供所需的电机冷却量，所以叶轮32可以为电机20A提供额外的冷却。
图3为根据一个实施例的电机20B的一部分的侧视图。上面已经参考图2描述过的图3的方面将不再详细描述。
在图3中，电机20B包括围绕电机20B的部件(例如定子26和转子28)的“液套”的形式的附加冷却。图3所示的电机20B额外地设置有流动通道36，该流动通道围绕电机 20B的定子26和转子28。将工作流体提供至流动通道36。工作流体通常以液相提供。由定子26和转子28产生的热量排放到工作流体中，工作流体作为两相流体(例如气态和液态传热流体的混合物)离开壳体22。在一个实施例中，工作流体可以从可以提供作为两相流体的工作流体的任何部件(例如，冷凝器14(图1))被提供给流动通道36，并且可以提供给系统的另一部件(例如，蒸发器，节能换热器等)。
图4为根据一个实施例的电机20C的一部分的侧视图。上面已经参考图2-3描述过的图4的方面将不再详细描述。
在图4中，电机20C包含插入附加工作流体形式的附加冷却方式。这种插入可以设置在定子26的绕组38处或周围的位置处。在一个实施例中，该插入可设置在上游侧U处。在一个实施例中，该插入可以设置在下游侧D。在一个实施例中，该插入可以设置在上游侧 U和下游侧D处。在一个实施例中，该插入可以是来自喷嘴的喷雾形式。所提供的工作流体通常可以是液体形式，当从定子26和转子28接收热量时，该工作流体被加热成气态形式。可以通过流体出口Fo从壳体22移除气态工作流体，类似于图2电机20A中的流动方式。
应该理解，电机20A(图2)，20B(图3)和20C(图4)包括为了简化说明书单独示出的特征，但是这些实施例中的特征可以相互结合，以为电机提供制冷。
图5为根据一个实施例的、包括用于蒸汽压缩系统的电机20D(例如用于图1中的传热回路10的压缩机12的电机)的压缩机的侧视图。图5总体示出了包括在压缩机12中的电机20D。在所示实施例中，压缩机12代表螺杆式压缩机。电机20D的各方面可以与上述电机20A～20C的各方面相同或者相似。
螺杆式压缩机12包括转子壳体40和电机壳体50。转子壳体40包括吸入口76和排出口78。转子42a，42b相互啮合并且至少部分地设置在转子壳体40内。螺杆式压缩机12 可以根据通常已知的原理操作以压缩经由吸入口76接收的工作流体，并经由排出口78排出。
根据一个实施例，电机壳体50容纳电机20D。电机壳体50可以与转子壳体40一体形成。电机20D可驱动相互啮合的转子42a，42b。叶轮32可设置在电机壳体50内。叶轮 32被示出为设置在相对更靠近转子42a，42b的电机20D的一端。应当理解，叶轮32可以设置在相对远离转子42a，42b(与图5所示的相对端)的电机20D的一端。
在图5所示的实施例中，电机20D可以被提供有工作流体(例如，诸如制冷剂等的传热流体)的一部分，该工作流体的一部分以一般从图中的右到左的流动方向流过电机20D 的气隙34，并且被提供到吸入口76。在一个实施例中，工作流体可以是气体形式。应该理解的是，工作流体的气体形式可以包括液体形式的部分，但是气体形式包括比液体形式更高的工作流体的气体形式部分。
方面
应该理解，方面1至11中的任何一项可以与方面12-22,23-24和25-29中的任何一项结合。方面12至22中的任何一项可以与方面23-24和25-29中的任何一项结合。方面23至24中的任何一项可以与方面25-29中的任何一项结合。
方面1.一种用于蒸汽压缩系统的电机，所述电机被提供有工作流体，所述电机包括：
壳体，该壳体内部形成有腔，所述壳体包括：
转子，定子和轴，其中所述转子固定至所述轴，所述定子围绕所述转子的至少一部分；
气隙，其形成于所述转子和所述定子之间；
入口，该入口接收所述工作流体，并与所述气隙流体连通；
出口，该出口与所述气隙流体连通，并从所述气隙接收所述工作流体；和
叶轮，该叶轮引导所述工作流体在所述入口和所述出口之间流动。
方面2.根据方面1所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述转子和所述定子的上游侧。
方面3.根据方面2所述的电机，其中，所述叶轮配置为从所述入口向所述出口推动所述工作流体。
方面4.根据方面1所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述转子和所述定子的下游侧。
方面5.根据方面4所述的电机，其中，所述叶轮配置为从所述入口向所述出口拉动所述工作流体。
方面6.根据方面1所述的电机，进一步包括第二叶轮，其中，所述叶轮设置在所述转子和所述定子的上游侧。
方面7.根据方面1所述的电机，进一步包括第二叶轮，其中，所述第二叶轮设置在所述转子和所述定子的下游侧。
方面8.根据方面1至7中任一项所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述轴上。
方面9.根据方面1至7中任一项所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述转子上。
方面10.根据方面1至9中任一项所述的电机，进一步包括流动通道，该流动通道围绕所述转子和所述定子。
方面11.根据方面1至10中任一项所述的电机，进一步包括流动通道，该流动通道围绕所述转子和所述定子。
方面12.一种电机，其为加热、通风和空调(HVAC)系统中的压缩机提供机械功率，所述电机包括：
壳体，该壳体内部形成有腔，所述壳体包括：
转子、定子和轴，其中所述转子固定至所述轴，所述定子围绕所述转子的至少一部分，气隙形成于所述转子和所述定子之间，所述轴与所述压缩机连接；
入口，该入口接收所述工作流体，并与所述气隙流体连通；
出口，该出口与所述气隙流体连通，并从所述气隙接收所述工作流体；和
叶轮，该叶轮引导所述工作流体在所述入口和所述出口之间流动。
方面13.根据方面12所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述转子和所述定子的上游侧。
方面14.根据方面13所述的电机，其中，所述叶轮配置为从所述入口向所述出口推动所述工作流体。
方面15.根据方面12所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述转子和所述定子的下游侧。
方面16.根据方面15所述的电机，其中，所述叶轮配置为从所述入口向所述出口拉动所述工作流体。
方面17.根据方面12所述的电机，进一步包括第二叶轮，其中，所述叶轮设置在所述转子和所述定子的上游侧。
方面18.根据方面12所述的电机，进一步包括第二叶轮，其中，所述第二叶轮设置在所述转子和所述定子的下游侧。
方面19.根据方面12至18中任一项所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述轴上。
方面20.根据方面12至18中任一项所述的电机，其中，所述叶轮设置在所述转子上。
方面21.根据方面12至20中任一项所述的电机，进一步包括流动通道，该流动通道围绕所述转子和所述定子。
方面22.根据方面12至21中任一项所述的电机，进一步包括设置在所述定子的绕组附近的喷嘴。
方面23.一种加热、通风和空调(HVAC)系统，包括：
压缩机；和
电机，该电机连接至所述压缩机，其中所述电机为所述压缩机提供机械功率，所述电机包括：壳体，该壳体内部形成有腔，所述壳体包括：
转子、定子和轴，其中所述转子固定至所述轴，所述定子围绕所述转子的至少一部分，气隙形成于所述转子和所述定子之间，所述轴与所述压缩机连接；
入口，该入口接收所述工作流体，并与所述气隙流体连通；
出口，该出口与所述气隙流体连通，并从所述气隙接收所述工作流体；和
叶轮，该叶轮引导所述工作流体在所述入口和所述出口之间流动。
方面24.根据方面23所述的HVAC系统，进一步包括冷凝器、蒸发器和膨胀装置。
方面25.一种用于冷却蒸汽压缩系统中的电机的方法，所述电机包括壳体，该壳体内部形成有腔，所述壳体包括转子、定子和轴，其中所述转子固定至所述轴，所述定子围绕所述转子的至少一部分，气隙形成于所述转子和所述定子之间，所述方法包括：
将工作流体提供至所述壳体的入口；
通过从所述壳体的所述入口移动所述工作流体通过所述气隙来冷却所述电机，所述空气流体接收来自所述电机的热量；和
从所述壳体的出口排出所述工作流体。
方面26.根据方面25所述的方法，其中，从所述壳体的所述入口移动所述工作流体通过所述气隙包括通过设置在所述轴上的叶轮从所述入口向所述出口推动所述工作流体，所述叶轮位于所述转子和所述定子的下游侧。
方面27.根据方面25-26中任意一项所述的方法，其中，从所述壳体的所述入口移动所述工作流体通过所述气隙包括通过设置在所述轴上的叶轮从所述入口向所述出口推动所述工作流体，所述叶轮位于所述转子和所述定子的上游侧。
方面28.根据方面25-27中任意一项所述的方法，其中，所述工作流体以理想质量流率移动通过所述气隙。
方面29.根据方面28所述的方法，其中，所述理想质量流率为所述蒸汽压缩系统的所述压缩机的质量流的约1％至2％。
本说明书中使用的术语旨在描述特定实施例，而不是限制性的。术语“一个”和“所述”也包括复数形式，除非另有明确说明。当在本说明书中使用时，术语“包括”和/ 或“包含”表示所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件。
关于前面的描述，应当理解，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对所采用的构造材料以及零件的形状、尺寸和布置进行详细的改变。在本说明书中使用的词语“实施例”可以但不必然指代相同的实施例。描述的说明书和实施例仅是示例性的。在不脱离本实用新型的基本范围的情况下，可以设计出其他和进一步的实施例，本实用新型的真实范围和精神由随后的权利要求限定。