涡旋式压缩机以及用于运行该涡旋式压缩机的方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的涡旋式压缩机和一种按照权利要求8的用于运行该涡旋式压缩机的方法。

背景技术

由DE 102017102645 A1已知一种涡旋式压缩机。

发明内容

本发明的任务是，提供一种改进的涡旋式压缩机和一种改进的用于运行该涡旋式压缩机的方法。

该任务借助于一种按照权利要求1的涡旋式压缩机和一种按照权利要求8的方法来解决。有利的实施方式在从属权利要求中得到说明。

一种改进的涡旋式压缩机能够通过以下方式来提供，即：所述涡旋式压缩机具有定子、能够围绕着动涡旋体轴线相对于定子运动的动涡旋体以及耦合装置，其中所述定子和所述动涡旋体相互嵌合并且至少区段式地限定了至少一个工作腔，所述至少一个工作腔用于可注入到该工作腔中的流体的压缩，其中所述耦合装置具有布置在所述定子处的第一耦合单元和与所述第一耦合单元对置地布置在所述动涡旋体处的第二耦合单元，其中所述第一耦合单元与第二耦合单元磁性地耦合，并且所述第二耦合单元将围绕着所述动涡旋体轴线起作用的耦合转矩导入到所述动涡旋体中。

由此能够提供一种特别耐用的并且平稳运行的涡旋式压缩机。也能够在用于驱动所述动涡旋体的驱动马达的设计方面、尤其是其最大转矩方面较弱地选择该驱动马达。由此能够总体上特别容易地并且成本低廉地制造所述涡旋式压缩机。

在另一种实施方式中，所述涡旋式压缩机具有驱动马达，该驱动马达与动涡旋体转矩锁合地连接。所述驱动马达被构造用于提供围绕着动涡旋体轴线起作用的驱动转矩，该驱动转矩用于驱动所述动涡旋体，其中所述驱动转矩和耦合转矩作用在动涡旋体上，以便形成压缩机转矩。在维持回转方向的情况下，所述动涡旋体能够从第一位置经过第二位置再次运动到第一位置中，其中在动涡旋体的第一位置与动涡旋体的第二位置之间，所述耦合转矩反向于驱动转矩起作用，其中所述动涡旋体在第二位置中相对于第一位置被偏转，其中在动涡旋体的第二位置与第一位置之间，所述耦合转矩和驱动转矩定向相同。由此，所述驱动转矩的、尤其在第一阶中的、不均衡的转矩变化曲线得到减轻且被平滑化。此外，在调节驱动马达时，电流波动性在通往驱动马达的馈电中得到降低。这减轻了用于驱动所述动涡旋体的驱动马达以及用于支承动涡旋体的轴承装置的负荷。

在另一种实施方式中，在所述第一耦合单元与所述第二耦合单元之间布置了缝隙。由此将所述涡旋式压缩机的磨损保持得较小。

在另一种实施方式中，所述两个耦合单元中的至少一个耦合单元具有两极永磁体或多极永磁体，其用于与另一个耦合单元构成磁性耦合。这种设计方案具有的优点是，所述耦合装置特别紧凑地构成并且适应较少的部件。

在另一种实施方式中，所述第一耦合单元或第二耦合单元具有至少一个叠片组，所述至少一个叠片组具有至少两个在堆叠中并排布置的由铁磁材料构成的层。所述层关于动涡旋体轴线沿轴向方向并排地布置。这种设计方案具有的优点是，在所述涡旋式压缩机的运行中在所述叠片组中仅仅产生少量的涡流，从而避免所述具有叠片组的耦合单元的过热。

在另一种实施方式中，所述定子具有螺旋形地构造的第一壁并且所述动涡旋体具有螺旋形地构造的第二壁，其中所述第一壁和第二壁相互嵌合并且至少区段式地限定了工作腔，其中所述第一耦合单元被固定在定子的壳体处并且所述第二耦合单元被固定在动涡旋体的第二壁的第二外周侧处。特别有利的是，所述固定例如以材料锁合的方式来构成。此外，将所述第二耦合单元布置在第二壁的第二外周侧处具有以下优点，即：在这个区域中所述第二壁在外侧面上不限制工作腔并且因此存在足够的结构空间来安置耦合装置。此外，所述涡旋式压缩机的外部的结构空间不会由于耦合装置的在内侧面上的安置而扩大。

在另一种实施方式中，所述第一耦合单元的相对于动涡旋体轴线沿切向方向的最大延伸的中心布置在一个平面中，其中所述动涡旋体轴线布置在这个平面中。

上述涡旋式压缩机能够通过以下方式来运行，即：将流体导入到所述工作腔中，其中使所述动涡旋体围绕着动涡旋体轴线运动并且对所述工作腔中的流体进行压缩，其中通过所述第一耦合单元与第二耦合单元之间的磁性耦合将耦合转矩作用到所述动涡旋体上。

特别有利的是，在维持围绕着动涡旋体轴线的回转方向的情况下，使所述动涡旋体从第一位置经过第二位置重新运动到所述第一位置中，其中为了驱动所述动涡旋体而在该动涡旋体处提供围绕着动涡旋体轴线起作用的驱动转矩，其中所述驱动转矩和耦合转矩共同作用到所述动涡旋体上，以便形成压缩机转矩，其中在动涡旋体的所述第一位置与动涡旋体的所述第二位置之间，所述耦合转矩反向于驱动转矩起作用，其中在所述第二位置与所述第一位置之间，所述耦合转矩和驱动转矩定向相同。

在另一种实施方式中，在第一工作点与在时间上跟在第一工作点之后的第二工作点之间对所述工作腔中的流体进行压缩，其中在第一工作点处，在对流体的压缩开始时，所述耦合转矩反向于驱动转矩起作用。由此，能够特别显著地降低所述驱动转矩的波动性。

附图说明

下面根据附图来详细解释本发明。在此：

图1示出了按照第一种实施方式的涡旋式压缩机的示意图；

图2示出了沿着穿过处于0°位置中的图1中示出的涡旋式压缩机的图1中示出的剖切面A-A的剖视图；

图3示出了沿着穿过处于180°位置中的图1中示出的涡旋式压缩机的图1中示出的剖切面A-A的剖视图；

图4示出了沿着穿过处于0°位置中的按照第二种实施方式的涡旋式压缩机的图1中示出的剖切面A-A的剖视图；

图5示出了沿着穿过处于180°位置中的按照第二种实施方式的涡旋式压缩机的图1中示出的剖切面A-A的图4中所示的剖视图；

图6关于所述涡旋式压缩机的动涡旋体围绕着该动涡旋体的动涡旋体轴线的回转角示出了转矩变化曲线。

具体实施方式

图1示出了按照第一种实施方式的涡旋式压缩机10的示意图。

所述涡旋式压缩机10具有定子15、动涡旋体20、驱动马达25、驱动轴30、轴承装置35、入口40、出口45、壳体46和耦合装置50。

所述定子15是位置固定的并且是不动的并且与涡旋式压缩机10的壳体46机械地连接。所述动涡旋体20抗扭转地与驱动轴30连接，该驱动轴30将驱动马达25抗扭转地与动涡旋体20连接起来。所述驱动轴30以围绕着动涡旋体轴线55可旋转的方式得到支承。所述动涡旋体20相对于动涡旋体轴线55偏心地布置。在激活驱动马达25时，所述动涡旋体20围绕着动涡旋体轴线55被导引和回转。所述轴承装置35被构造用于支撑来自偏心地围绕着动涡旋体轴线55被导引的动涡旋体20的力。

图2示出了沿着穿过处于0°位置中的图1中示出的涡旋式压缩机10的图1中示出的剖切面A-A的剖视图。

所述定子15具有第一基板70和第一壁75。第一基板70基本上在垂直于动涡旋体轴线55的旋转平面中延伸。沿轴向方向，所述第一基板70能够与驱动马达25对置地布置并且与壳体46机械地连接。第一壁75螺旋形地围绕着动涡旋体轴线55被导引并且沿轴向在一侧布置在第一基板70处并且与第一基板70连接。第一基板70和第一壁75能够由非磁性材料、例如铝来材料统一地且一体地制造。在相对于第一壁75的径向外侧，在第一壁75与第一壳体46之间布置有入口40。在第一基板70中，基本上在相对于动涡旋体轴线55的中心位置中能够布置出口45。

入口40例如能够与热泵的冷却剂回路流体地连接。通过入口40能够将流体110、尤其冷却剂、例如R410以优选气态的状态导入到涡旋式压缩机10中。出口45例如能够与热泵的热交换器流体地连接。

动涡旋体20具有第二基板80(在图1中示出)和第二壁85(参见图2)。第二壁85螺旋状地围绕着动涡旋体轴线55被导引。第二壁85沿轴向在一侧上与第二基板80连接。第二基板80相对于第一基板70轴向错开地布置。在此，第二壁85在面向定子15的轴向侧上并且由此在背离第一基板70的一侧上布置在第二基板80处。优选第二基板80和第二壁85例如由非磁性材料、例如铝来材料统一地且一体地制造。

第一基板70和第二基板80相对于彼此轴向错开地布置。第一壁75和第二壁85沿轴向在第一基板70和第二基板80之间如此相对于彼此布置，使得第一壁75和第二壁85彼此嵌合。第一壁75和第二壁85与第一基板70和第二基板80一起限定了入口区域90、压缩机区域95、出口区域100和运动空间101。入口区域90布置在入口40的下游侧和压缩机区域95的上游侧。在压缩机区域95中，第一壁75和第二壁85沿径向方向限定了至少一个工作腔105。优选第一和第二壁75、85限定了多个相对于动涡旋体轴线55沿周向方向彼此分开地布置的工作腔105。在压缩机区域95处下游侧邻接着出口区域100。出口45通入出口区域100中。运动空间101布置在第二壁85的径向外侧并且沿径向方向向外通过壳体46来限定。运动空间101确保，在壳体46的壳体轮廓125的内部存在足够的用于第二壁85相对定子15和壳体46的偏心运动的结构空间，而不会使第二壁85与壳体46或定子15碰撞。

在涡旋式压缩机10的装配状态中，例如在热泵中，流体110通过入口40被导入到入口区域90中。流体110沿着第一壁75的第一外周侧115沿周向方向朝向压缩机区域95流动。在将压缩机转矩M

耦合装置50具有第一耦合单元60和第二耦合单元65。第一耦合单元60布置在定子15的壳体46的壳体轮廓125的内侧面处并且与壳体46机械地连接。在图2中，第一耦合单元60示例性地具有多极构造的永磁体131，该永磁体131在其主延伸方向上与动涡旋体轴线55相切地定向。多极永磁体131具有多个北极和南极，它们交替地沿着切线方向并排布置。第一耦合单元60优选借助于第一材料锁合连接130与壳体轮廓125机械地连接。第一耦合单元60通过多极的永磁铁131来提供磁场135，该磁场在图2中示意地借助于虚线来勾画出来。该磁场135径向向内地伸到运动空间101中。

第二耦合单元65在径向内侧与第一耦合单元60对置地布置在运动空间101中。第二耦合单元65布置在第二壁85的第二外周侧140处并且借助于第二连接145与第二外周侧140连接。优选第二连接145能够是材料锁合连接和/或形状锁合连接。尤其第二耦合单元65能够借助于粘合连接被固定在第二外周侧140处。

第二耦合单元65具有铁素体材料。优选第二耦合单元65具有由多个层150构成的布置结构，所述层150由铁素体材料、例如电工钢片构成。层150在堆叠中轴向并排布置。另外，能够设置在图2中未示出的保持器件，以便将多个电工钢片层150彼此连接起来并且由此确保将第二耦合单元65可靠地固定在第二壁85处。

作为图2中示出的具有多个电工钢片层150的第二耦合单元65的设计方案的替代方案，第二耦合单元65还能够具有另一永磁体，该另一永磁体例如具有与第一耦合单元60的永磁体131相同或相似的极数。然而，有差别的是，该另一永磁体的极布置方式与第一耦合单元60的永磁体131相反。因此，以沿径向方向与例如永磁体131的北极对置的方式面向第二耦合单元65地布置南极。

第一耦合单元60在面向第二壁85的一侧上具有内侧面155，其中内侧面155示例性地在图2中平坦地构造。在沿径向方向与内侧面155对置的情况下，第二耦合单元65在背离第二壁85的一侧上具有外侧面160，其中外侧面160示例性地平坦地构造。不仅内侧面155而且外侧面160示例性地与动涡旋体轴线55相切地定向。此外，内侧面155和外侧面160沿径向方向对置地布置。在内侧面155与外侧面160之间构造了缝隙165。缝隙165沿径向方向通过内侧面155相对于外侧面160的间距a来确定。在图2中，内侧面155相对于外侧面160的间距a被最大化。

通过缝隙165来确保，在动涡旋体20围绕着动涡旋体轴线15运动时，内侧面155不与外侧面160接触。由此避免磨损、尤其是金属颗粒进入到流体110中。此外确保，在尽管有磁性耦合的情况下，仍然能够将第二耦合单元65从第一耦合单元60移除。

在图2中示出了在关于围绕着动涡旋体轴线55的运动的0°位置中的动涡旋体20。在0°位置中，间距a被最大化。在此，例如第二耦合单元65布置在磁场135的有效作用范围之外，从而基本上消除了在第一耦合单元60与第二耦合单元65之间的磁性耦合。

图3示出了沿着穿过处于180°位置中的图1中示出的涡旋式压缩机10的图1中示出的剖切面A-A的剖视图。

在图3中，动涡旋体20相对于图2所示的示图偏转了180°并且因此处于180°的位置中。在这个位置中，在第一耦合单元60的内侧面155与第二耦合单元65的外侧面160之间的间距a被最小化。第二耦合单元65处于磁场135的作用范围内，使得第一耦合单元60与第二耦合单元65磁性耦合。在图3中，第二耦合单元65被第一耦合单元60的永磁体131用力F来吸引。

第二耦合单元65的多层构造和层150的相对于动涡旋体轴线55径向的定向具有以下优点，即：当第二耦合单元65在第一耦合单元60的磁场135中运动时避免了涡流并且由此在涡旋式压缩机10的运行中避免了第二耦合单元65的过热。此外，由此尤其在第二连接145被设计为材料锁合连接时避免了第二连接145的、尤其是硬化的胶粘剂的热损坏。

在图2和3中，第二耦合单元65示例性地沿周向方向比第一耦合单元60更细长地构造。这种设计方案具有的优点是，第二耦合单元65特别长时间地在磁场135的作用范围内运动，并且由此能够确保第一耦合单元60与第二耦合单元65之间的特别良好的磁性耦合。

图4示出了沿着穿过处于0°位置中的按照第二种实施方式的涡旋式压缩机10的图1中示出的剖切面A-A的剖视图。

涡旋式压缩机10以在图2中示出的方位来示出。涡旋式压缩机10基本上与按照第一种实施例的图1至3中示出的涡旋式压缩机10相同地构造。下面仅仅探讨图4所示的按照第二种实施方式的涡旋式压缩机10相对于涡旋式压缩机10的在图1至3中所示出的第一种实施方式的区别。

与图1至3有差别的是，第一耦合单元60具有多个层150的布置结构，所述层150由电工钢片构成。第二耦合单元65示例性地具有永磁体131。在图4中示出的设计方案具有以下优点，即：围绕着动涡旋体轴线55旋转的质量通过沿径向方向细长地构造的永磁体131而保持得特别小。由于第二耦合单元65的相对于图1至3减小了的质量，在围绕着动涡旋体轴线55导引动涡旋体20时，轴承装置35受到的机械负荷较小。由此能够提供一种特别耐用的涡旋式压缩机10。

在图4中，为了确保第一耦合单元60与第二耦合单元65之间的特别好的磁性耦合，第一耦合单元60沿径向方向并且沿周向方向被构造得比在图2和3中的第一耦合单元65宽。

图5示出了沿着穿过涡旋式压缩机10的图1中示出的剖切面A-A的图4中所示的剖视图。

在180°位置中，在第一耦合单元60的外侧面160与内侧面155之间的间距a是最小的。通过第一耦合单元60的沿周向方向的宽的构造，实现了第一耦合单元60与第二耦合单元65之间的特别好的磁性耦合。

图6示出了关于动涡旋体20的围绕着动涡旋体轴线55的回转角ω绘出的在动涡旋体20处起作用的转矩的图表。

在此，参照0°位置关于回转角ω绘出在0°位置处开始的相应的转矩M

在该图表中关于回转角ω绘出压缩机转矩M

在动涡旋体20围绕着动涡旋体轴线55从0°位置开始回转运动时，涡旋式压缩机10具有第一工作点170和第二工作点175。下面简要探讨涡旋式压缩机的针对工作腔105的工作方法。

示例性地使在图2至5中示出的动涡旋体车20围绕着动涡旋体轴线55回转。在第一工作点170处，流体110基本上完全通过出口45被从工作腔105中排出。在第一工作点170中，用于使动涡旋体20围绕着动涡旋体轴线55运动的压缩机转矩M

在第一工作点170与第二工作点175之间，对布置在(另一个)工作腔105中的流体110进行压缩。在第一工作点170与第二工作点180之间，使动涡旋体20围绕着动涡旋体轴线55运动了第一回转角ω

在第二工作点175处，工作腔105到达出口区域100。如果使动涡旋体20继续围绕着动涡旋体轴线55沿着回转方向运动，则在动涡旋体20的回转角ω的范围内将经压缩的流体110又从工作腔105中排出。在此，使动涡旋体20运动越过0°位置，直至再次达到第一工作点170。在排出期间，能够在动涡旋体20的径向外侧面处，在动涡旋体20与定子15之间，将流体110引入到沿径向更靠外面的工作腔105中，以便而后再次在第一工作点170与第二工作点175之间对该流体110进行压缩。通过交替的压缩和排出，压缩机转矩M

耦合装置50被构造用于从驱动马达的角度降低压缩机转矩M

第一耦合单元60的磁性耦合引起的结果是，由于动涡旋体20处于运动中，一方面磁性的吸引力F在其数值方面在回转角ω的范围内随着第二耦合单元65而波动。在0°位置和180°位置中，第二耦合单元65就沿着切线方向的主延伸方向而言的中心与第一耦合单元60就沿着切线方向的主延伸方向而言的中心共同布置在平面200中(参见图2和图3)。吸引力F在此在平面200中径向向外起作用。由此，耦合转矩M

耦合装置50如此定向，使得耦合力矩M

下面解释在第一工作点170处开始的起作用的转矩M

在0°位置与180°位置之间，耦合力矩M

耦合装置50如此布置在动涡旋体20和壳体46处，从而在到达第一工作点170时耦合转矩M

在关于回转角ω处于第一工作点170与第二工作点175之间的180°位置中，第一耦合单元60与第二耦合单元65之间的间距a以及相对于平面200的吸引力F是最小的。在经过180°位置之后，耦合转矩M

优选第二耦合单元65如此布置在动涡旋体20处，使得在第一工作点170与第二最大值190之间在压缩期间的第二回转角ω

通过耦合装置50的上面所描述的构造，驱动转矩M