压缩机组件和车辆

技术领域

本发明涉及压缩机领域，具体而言，涉及一种压缩机组件和车辆。

背景技术

在用于制冷管路的压缩机的应用方案中，最大的挑战点在于制冷系统希望整个电机最好被完整密封在制冷管路之中，因为作为制冷管路的一部分，最好需要防止冷媒的泄漏。而对于向外输出动力，系统则希望以简单的方式进行，易于连接便于设计。电机对向出轴，作为最简单的动力输出方式，会带来动密封的问题。

概括来说，这样的设备在开发中，必然需要在以下三点之间产生冲突和取舍：

1.压缩机电机需要浸没在制冷剂循环通路中，这有利于电机散热。但因为制冷剂循环通路最好需控制泄漏，所以电机机壳最好是密封的；

2.对于压缩机电机动力输出来说，对向出轴是最常规的想法，但轴和机壳间高速转动的动密封会是一个极大的挑战。尤其以车用电机的恶劣环境，全寿命来评估，动密封会对寿命带来严重的影响；

3.如果放弃压缩机电机浸没在制冷剂中的设计，就面临着电机因散热变差而不得不大大增加其体积和成本的挑战。

简而言之，在可靠密封、廉价高功率密度电机和简单出轴输出动力之间，传统设计无法兼得，必须取二舍一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压缩机组件，其可以工作两种不同的模态，通过行程结构使定子移动的方式，使电机实现在动力输出和驱动压缩机之间的切换。

此外，本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本发明通过提供一种压缩机组件和车辆来解决上述问题，具体而言，根据本发明的一方面，提供了：

一种带动力输出的压缩机组件，其中，其包括可移动定子、压缩机、行程结构以及可彼此独立旋转的动力输出转子和压缩机侧转子，所述压缩机侧转子与所述压缩机连接，所述行程结构用于使所述可移动定子移动并且所述可移动定子具有第一工作位置和第二工作位置，在所述第一工作位置中，所述可移动定子的磁场与所述动力输出转子的磁场耦合并带动所述动力输出转子旋转以输出动力，在所述第二工作位置中，所述可移动定子的磁场与所述压缩机侧转子的磁场耦合并带动所述压缩机侧转子旋转以驱动所述压缩机运行。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述压缩机组件包括外壳，所述可移动定子、所述压缩机、所述行程结构和所述压缩机侧转子相对于外界密封地设置于所述外壳内，所述动力输出转子相对于外界密封地部分地设置于所述外壳内，并且部分地延伸至所述外壳之外。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述行程结构构造成轴向行程结构，以使所述可移动定子能够进行轴向移动。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述行程结构构造成电磁吸合装置。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述压缩机组件还包括与所述动力输出转子磁场耦合的位置固定的动力输出侧定子以及与所述压缩机侧转子磁场耦合的位置固定的压缩机侧定子，所述动力输出侧定子和所述压缩机侧定子相对于外界密封地设置于所述外壳内，所述可移动定子布置于所述动力输出侧定子与所述压缩机侧定子之间，在所述第一工作位置中，所述可移动定子、所述动力输出侧定子和所述动力输出转子构成动力输出电机进行工作，在所述第二工作位置中，所述可移动定子、所述压缩机侧定子和所述压缩机侧转子构成压缩机侧电机进行工作。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述压缩机包括静涡盘和动涡盘，所述静涡盘与所述可移动定子连接成一体式并设置于所述动涡盘与所述动力输出转子之间，所述动涡盘与所述压缩机侧转子连接，在所述第一工作位置中，所述静涡盘与所述动涡盘彼此分离，在所述第二工作位置中，所述静涡盘与所述动涡盘彼此密封地结合。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述行程结构设置于所述可移动定子之内并且设置于所述静涡盘与所述动力输出转子之间，所述行程结构用于使所述静涡盘连带所述可移动定子进行移动。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述压缩机组件还包括密封盖板，所述密封盖板的纵向上的一端抵接所述外壳的外壁内周面，纵向上的另一端抵接所述行程结构，并且所述密封盖板设置于所述行程结构与所述动力输出转子之间，在所述第一工作位置中，所述可移动定子抵接所述密封盖板，在所述第二工作位置中，所述可移动定子与所述密封盖板分离。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述密封盖板由非导电非导磁材料制成。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种车辆，其中，其包括上述任一种压缩机组件。

所提供的压缩机组件和车辆的有益之处包括：

1.使用全密封的压缩机结构，确保压缩机的全寿命密封，避免动密封带来的复杂维护问题；

2.使用穿透机壳的旋转磁场来带动外部转子，实现动力透过密封壳向外输出，实现动力多用的可能，可用于用压缩机输出辅助动力；

3.使用轴向的行程结构，使电机实现在动力输出和驱动压缩机之间的模式切换；

4.实现车辆动力的整体简化，同时实现了辅助动力输出和压缩机工作。

附图说明

参考附图，本发明的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出了根据本发明的一种压缩机组件的示意图；

图2示出了图1的压缩机组件在可移动定子在第一工作位置的情况下的示意图；

图3示出了图1的压缩机组件在可移动定子在第二工作位置的情况下的示意图；

图4示出了根据本发明的一种压缩机组件的结构图，其中，可移动定子处在第一工作位置；以及

图5示出了图4的压缩机组件，其中，可移动定子处在第二工作位置。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

参考图1至图3，它们分别示出了根据本发明的一种压缩机组件的示意图、图1的压缩机组件在可移动定子在第一工作位置的情况下的示意图，以及图1的压缩机组件在可移动定子在第二工作位置的情况下的示意图。

所述压缩机组件1带动力输出，其中，所述压缩机组件1包括可移动定子11、压缩机14、行程结构15(在图4和图5中示出)以及可彼此独立旋转的动力输出转子12和压缩机侧转子13，所述压缩机侧转子13与所述压缩机14连接，所述行程结构15用于使所述可移动定子11移动并且所述可移动定子11具有第一工作位置和第二工作位置，在所述第一工作位置中，所述可移动定子11的磁场与所述动力输出转子12的磁场耦合并带动所述动力输出转子12旋转以输出动力，也就是说，当定子给出旋转磁场时，就会带动动力输出转子12输出动力，例如作为车辆驱动的辅助动力。在所述第二工作位置中，所述可移动定子11的磁场与所述压缩机侧转子13的磁场耦合并带动所述压缩机侧转子13旋转以驱动所述压缩机14运行，也就是说当定子给出旋转磁场时，就会带动压缩机侧转子13旋转，拖动压缩机14工作，例如用于压缩制冷剂使空调系统工作。这种可变的电机结构可以使原来用于压缩机的电机可以在两个模式之间互相切换，从而达到向外输出功率的目的。

应当理解，“所述行程结构15用于使所述可移动定子11移动”包括了行程结构直接带动可移动定子移动的情况，也涵盖了行程结构以间接的方式带动可移动定子的情况，例如行程结构首先直接带动一中间构件移动，该中间构件再直接带动可移动定子移动。上述两种情况均落入了本公开的保护范围内。此外，“所述压缩机侧转子13与所述压缩机14连接”意味着该压缩机侧转子可以与该压缩机的一部件连接，例如不可相对旋转地连接，由此所述压缩机侧转子可以带动压缩机的该部件一起旋转，进而实现压缩机的本职功能。在图中，所述第一工作位置为可移动定子处于左侧转子(即动力输出转子12)处的位置，所述第二工作位置为可移动定子处于右侧转子(即压缩机侧转子13)处的位置。如有需要，所述可移动定子也可以具有其它工作位置或过渡位置，这些也并未被排除在本公开的保护范围中。另外，本领域技术人员应当知晓，定子与转子的磁场耦合即意味着定子与转子此时可以被看作为一个起作用的电机，因此，本技术方案通过可移动定子的移动能够实现两种不同用途的电机的切换，进而实现两种工作模式，由此实现了发明目的。最后，“压缩机侧转子”的名称并不一定是指该转子需要靠近压缩机，也并不一定要求该转子相对于动力输出转子更加靠近压缩机，而是由于其与压缩机连接而得此名，本领域技术人员知晓根据实际要求和实际应用来调整各零件之间的位置关系和相距的距离、数量、甚至是规格、形状等，各种调整均适用于本公开的实施例。

对比于电机压缩机独立的技术方案，本发明整体更廉价，体积更小，结构高度整合，而且电机得到了更加良好的散热。

参考图4和图5，它们分别示出了根据本发明的一种压缩机组件的结构图，其中，可移动定子处在第一工作位置；以及示出了图4的压缩机组件，其中，可移动定子处在第二工作位置。

由图可见，所述压缩机组件1包括外壳16，所述可移动定子11、所述压缩机14、所述行程结构15和所述压缩机侧转子13相对于外界密封地设置于所述外壳16内，所述动力输出转子12相对于外界密封地部分地设置于所述外壳16内，并且部分地延伸至所述外壳16之外。

应当理解，所述外壳16用于保护和密封其内部的各零件，并且除了动力输出转子12及设置在其外侧处的第一轴承20之外，其它零件(包括下面还要提到的零件)均受保护和密封地布置于所述外壳16之内。也就是说，本实施例利用外壳实现了密封性，对比现有技术的直接出轴方案，本发明不存在动密封，设计寿命更长，可靠性更好，冷媒泄漏之后也易于维护检修。在使用时，电机和压缩机可能被用于被密封在制冷管路内或制冷剂循环回路或系统的使用工况中，因此这种设计的显著性跃然体现，能够兼顾背景技术中提到的三点冲突。例如，从图中可清楚地看出的是，除了设置动力输出转子12及其第一轴承20的空间之外，整个外壳16为封闭式结构，包括支撑所述第一轴承20的部分，以及支撑压缩机侧转子13的第二轴承21(其设置于所述压缩机侧转子13的右侧)的部分。所述动力输出转子12的一部分伸出至所述外壳16之外，具体在图中是其转子轴向左侧(或向外侧)伸出超过了第一轴承20以及外壳16边缘，以较好地与需要进行动力输出传递的元件相连接。

另外，在一些实施例中，本压缩机组件还包括第三轴承22和第四轴承23，分别设置于动力输出转子12的右侧以及压缩机侧转子13的左侧，具体是所述第三轴承22设置于所述行程结构15之内，所述第四轴承23设置于所述压缩机14(如下面还要提到的动涡盘142)的右侧。多个轴承在相应的转子两侧的设计能够更加稳定地支撑转子的旋转。就此而言，所述外壳16在其内部还设计了相应的轴承支撑部161，其从所述外壳16的外壁内侧出发延伸至所述第四轴承23，并因此位于所述压缩机侧转子13与所述压缩机14(如下面还要提到的动涡盘142)之间，在保证了对相应的轴承的支撑作用的同时维持了对右侧零件的密封性。

关于所述行程结构15的设计方式，示例性的是，所述行程结构15构造成轴向行程结构，以使所述可移动定子11能够进行轴向移动。应当理解，这里的轴向可以是指整个压缩机组件的轴向，或是用转子的轴的延伸方向来理解，在图中为左右方向。由此，动力输出转子12和压缩机侧转子13为共轴设计的，方便可移动定子以简单的轴向移动的方式在二者之间进行切换式的磁场耦合和组合电机。

对比于其它整合电机的密封方案，本发明采用轴向行程结构，可以在模式间切换，保证在两个模式中都更有效率，磁场耦合更加高效，浪费更少。实现了对于相对更昂贵的材料(如铜线、硅钢片)的更高效的使用。

更具体地，所述行程结构15可以构造成电磁吸合装置，也就是说其通过与相关零件(如下面还要提到的静涡盘141)的电磁作用的方式产生吸引或排斥力，进而实现可移动定子的移动效果。也就是说，所述行程结构15本身是固定不动的，以电磁作用的方式实现移动的目的。本领域技术人员应当知晓所涉及的零件(如静涡盘141)选取支持这种电磁作用的材料来制作。这种设计的优点包括行程结构15不需要移动，从而其位置稳固，并且其与所配合的零件的接触很少，提高了它们的使用寿命。这种电磁触发移动的方式与纯机械式的接触方式相比还能够减少噪音，提高移动稳定性和准确度，并便于在需要时进行远程控制，例如通过调节电磁力来实现吸引或排斥力的大小调节和开闭，进而实现定子移动的速度调节和开关。

由此可见，本实施例的设计中，模式切换结构被设计成一个微小行程的结构，通过安装在零件间的电磁铁或者其它执行结构来执行。因为其微小的行程，系统可以设计得很紧凑。而且整个可移动定子结构在使用时会被浸没在制冷剂和润滑油互溶的管路之中，微小的行程结构以及分布在外壳和可移动定子之间的导轨都会被充分地润滑。因此，全寿命的高可靠性可以得到保证。

为了更好地实现两种工作模式的切换，特别是为了使可移动定子11的移动行程较短，尺寸较小，从而使得整个压缩机组件较为紧凑并提高移动零件的寿命和切换效率并节约制造成本，使磁场回路更加容易设计，运行更为可靠，示例性的是，所述压缩机组件1还包括与所述动力输出转子12磁场耦合的位置固定的动力输出侧定子17以及与所述压缩机侧转子13磁场耦合的位置固定的压缩机侧定子18，所述动力输出侧定子17和所述压缩机侧定子18相对于外界密封地设置于所述外壳16内，所述可移动定子11布置于所述动力输出侧定子17与所述压缩机侧定子18之间，在所述第一工作位置中，所述可移动定子11、所述动力输出侧定子17和所述动力输出转子12构成动力输出电机进行工作，在所述第二工作位置中，所述可移动定子11、所述压缩机侧定子18和所述压缩机侧转子13构成压缩机侧电机进行工作。

本领域技术人员知晓，关于具体激活哪个电机，可以采用调整相应的电机的气隙大小的方式来决定电机的工作。本领域技术人员还知晓，气隙是指从定子一侧的磁材料到另一侧磁材料的距离，通常来说，定子中有导电体和磁材料，此时以磁材料为准。由此，在所述第一工作位置中，右侧气隙会变大，左侧气隙会变小，可移动定子、动力输出转子和动力输出侧侧定子共同构成了完整的电机，其动力会随着动力输出转子的输出轴向外做动力输出；而在所述第二工作位置中，左侧的气隙扩大，而右侧的气隙减少，左侧的磁力线从外侧的定子中脱出，主要穿过气隙来形成，因而磁路的磁阻大大的增加，其对于动力输出转子的驱动能力即下降。而同样的道理，因为右侧的气隙被压缩，压缩机侧转子可以全功率地完全工作。即，可移动定子、压缩机侧转子和压缩机侧定子共同构成了一个完整的电机。如下面还会介绍地，此电机因为其机械结构本身即连接着压缩机的动涡盘，此时完整功率通过压缩机侧转子输出到涡盘之中，完成压缩机的本职功能。

所述动力输出侧定子17和所述压缩机侧定子18分别设置于外壳16内的左边和右边，相对于相应的转子均靠外侧。也就是说，这两个定子与相应的转子已经预先形成了一部分的电机，只要可移动定子11分别移动到第一或第二工作位置时即可与相应的固定定子和转子形成完整的电机，完成相应工作模式的激活。也可以理解为，所述动力输出侧定子17和所述压缩机侧定子18承担了一部分可移动定子11的在定子方面的本职功能，因此所述可移动定子11的移动行程可以较小，以及其尺寸也可以设计得较小，并实现上述技术效果。此外，所述可移动定子11、动力输出侧定子17和压缩机侧定子18可以设计成圆环形，是轴向磁通的定子结构。

所述压缩机14包括静涡盘141和动涡盘142，所述静涡盘141与所述可移动定子11连接成一体式并设置于所述动涡盘142与所述动力输出转子12之间，所述动涡盘142与所述压缩机侧转子13连接，在所述第一工作位置中，所述静涡盘141与所述动涡盘142彼此分离，在所述第二工作位置中，所述静涡盘141与所述动涡盘142彼此密封地结合。

在这种设计方案的情况下，所述静涡盘141与所述可移动定子11一起进行移动，由此能够同时实现定子移动所引起的工作模式切换以及实现压缩机功能的解除和激活效果。此外，本领域技术人员应当知晓动、静涡盘各自的工作原理以及相配合所能够产生的压缩效果。例如，动涡盘可以通过一定的传动和定位机构和右侧的压缩机侧转子13相连。随压缩机侧转子的转动，动涡盘会做圆周运动，从而实现对气体的逐级压缩。需要说明的是，各涡盘可以构造成数字涡盘或非数字涡盘。本公开是以数字涡盘为例，因为其一体的结构能使机械结构更加的简化，从而更大的发挥本发明的优势。

在一些实施例中，所述行程结构15设置于所述可移动定子11之内并且设置于所述静涡盘141与所述动力输出转子12之间(具体是行程结构位于静涡盘左侧)，所述行程结构15用于使所述静涡盘141连带所述可移动定子11进行移动。

由此可见，所述行程结构15通过带动静涡盘141移动的方式，间接地带动了所述可移动定子11移动。由于所述静涡盘141与所述可移动定子11是一体式的，因此二者的移动仍然是同步的，即，直接带动和间接带动没有实质性的差别，反而间接带动还能够同时实现压缩机功能的解除或激活。并且这种技术方案也使得所述行程结构15可以布置在靠中间的位置，从而释放了外侧空间供可移动定子11进行安装和布置。

依托于之前描述过的可移动定子微小轴向行程带来的电机磁路和涡盘的结构变化，此实施例可以同时实现压缩机负载的减轻、电机结构的改变和模式切换。在极其紧凑的体积内实现压缩机正常和电机动力输出的两者兼顾。相对于较大的行程而言节约了空间、磁场回路容易设计，运行更为可靠。同时对比于其它的双转子方案，此实施例可以实现磁路的高度耦合，可以精巧而且高效地输出转矩，而且两侧的转速也可以实现完全的解耦，简化整体控制的难度和复杂度。

所述压缩机组件1还包括密封盖板19，所述密封盖板19的纵向上的一端抵接所述外壳16的外壁内周面，纵向上的另一端抵接所述行程结构15，并且所述密封盖板19设置于所述行程结构15与所述动力输出转子12之间，在所述第一工作位置中，所述可移动定子11抵接所述密封盖板19，在所述第二工作位置中，所述可移动定子11与所述密封盖板19分离。

所述密封盖板19的纵向就是指其长度方向或图中的上下方向。在不同的工作位置中，可移动定子与密封盖板的抵接与分离的目的也是用于满足不同气隙大小的要求，以便实现不同电机的激活。由此可见，借助于密封盖板19等零件，整个外壳16的内部被分成了若干密封的内腔，用于分别布置：动力输出转子、动力输出侧定子；可移动定子、行程结构、动、静涡盘、第三轴承；压缩机侧转子、第二轴承、压缩机侧定子。本发明方案在可以通过对于定子腔做完整的静密封来防止制冷剂泄漏，其中定子和转子的耦合磁路，通过可以透过磁场的材料来同时实现密封和磁场穿透的效果。压缩机组件在一定的行程变化之后，其电磁结构的一部分可以高效地用于另一种模式，达到向外输出动力的目的。

所述密封盖板19可以由非导电非导磁材料制成，例如高分子工程塑料制成，再具体地可以是ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)塑料。ABS塑料兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热，并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性并改善电性能。因此ABS塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料。

所述密封盖板19在此布置于可移动定子和行程结构的左侧。这块盖板和外壳共同围成的对于压缩机制冷剂的密封腔体。因为其中各个部分均是通过静密封实现，可以大大简化对于压缩密封的要求。定子的部分磁场穿透这块物理上密封的盖板，驱动左侧的动力转子转动。应当理解，整个外壳也可以由相同或类似的材料制成，允许磁场穿透，以便带动相应的转子旋转。

由此，此方案在本发明主体精神之上兼顾了压缩机密封、压缩机负载的减轻、行程距离的限制，以及整体电机设计的可行性。另外，通过上述对本公开的实施例的描述，可以得知本压缩机组件的工作原理：

通过行程结构的作用，将可移动定子和静涡盘沿轴向向右做小行程的移动。在这个移动被执行后(压缩机模式)，电机和压缩机腔体的结构均有变化，对于压缩机腔体来说，原本分离的静涡盘和动涡盘会结合在一起，因为之间的距离缩小了，在动静涡盘间的油膜重新填充了缝隙，各个腔室之间重新得到了密封。压缩机此时即可正常转动压缩气体，压缩机侧的负载被加载。

而对于电机来说，因为轴向的行程，左侧的气隙扩大，而右侧的气隙减少。左侧的磁力线从外侧的定子中脱出，主要穿过气隙来形成。因而磁路的磁阻大大的增加，其对于左侧转子的驱动能力即下降。而同样的道理，因为右侧的气隙被压缩，右侧的转子可以全功率的完全工作。可移动定子、压缩机侧转子和压缩机侧定子共同构成了一个完整的轴向磁通的盘式电机。此电机因为其机械结构本身即连接着压缩机的动涡盘，此时完整功率通过右侧转子输出到涡盘之中，完成压缩机的本职功能。

而当行程结构作用使可移动定子向左移动时，静涡盘和动涡盘会再次分离，因为其分离，各个涡盘腔室之间都会重新连通，压缩机因为各腔室的连通，其压缩气体的负载撤去。此时整个压缩机侧的负载仅为一些机械上的摩擦转矩。而此时盘式电机的右侧气隙会变大，左侧气隙会变小。可移动定子、动力输出转子和动力输出侧定子共同构成了另一个完整的轴向磁通的盘式电机，其动力会随着左侧输出转子的输出轴向外做动力输出。

应当理解的是，本发明的压缩机组件可装设在各种车辆上，包括轿车、货车、客车、混合动力车辆、纯电动汽车等等。因此，本发明的主题还旨在保护装设有本发明的压缩机组件的各种车辆。例如，所述压缩机组件可以装设于车辆的电驱动系统中。

综上所述，本发明的主体精神即在电机的结构中设计一个轴向可变的机械结构，允许部分的电机结构可以沿轴向移动一段距离。因为电机结构的改变，整个电机的磁路因而改变，从而带来了不同的工作模式。在不同工作模式下，电机工作在驱动压缩机和向外输出动力的状态，实现动力分配的效果。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本发明的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本发明的法律保护范围内。