CN217783803U - 用于制冷***的离心压缩机和制冷*** - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于制冷***的离心压缩机和制冷***。离心压缩机带有反向制动功能并且包括：转子轴；与所述转子轴联接的压缩机叶轮；所述转子轴上的制动件，所述制动件的外圈由导磁材料制成；固定设置在所述制动件外周的多组电磁铁；感测所述转子轴转速和转动方向的传感器装置；以及与所述传感器装置连接的控制器，其中，所述控制器接收所述传感器装置的信号并基于所述信号向所述多组电磁铁供电。根据各个实施例的离心压缩机和制冷***有效抑制意外停机时的反向气流导致的压缩机转子轴的反向转动。

Description

用于制冷***的离心压缩机和制冷***
技术领域
本实用新型涉及制冷***领域，更具体地，本实用新型涉及一种带有反向制动的用于制冷***的离心压缩机。
背景技术
在制冷***中通常包括压缩机，冷凝器，节流元件和蒸发器。压缩机对气体加压，使得其出口的气压高于其入口的气压。然而，在压缩机由于控制因素或意外断电等原因而意外停机时，压缩机出口如冷凝器中的高压气体由于压差将反向向压缩机入口如蒸发器方向流动，该反向流动的气体将导致压缩机转子轴的反转，并且将导致压缩机叶轮处的不期望的流混乱，压缩机转子上的非平衡力和压缩机转子震动，并产生对转子轴轴承的推力。在采用磁悬浮轴承的压缩机中，该反转可能导致压缩机转子震动过大而撞击保护轴承并伴有较大噪音。从长期角度来看将影响***稳定性和压缩机寿命。为了防止该压缩机转子轴的反向转动，一些现有技术中在压缩机出口设置单向阀由此防止产生反向气流。然而，在压缩机正常工作时，压缩机出口处的单向阀将产生流阻，导致压缩机出口气流在经过单向阀时的发生压降，由此影响***的效率，另外单向阀的开关也会产生很大的噪音和振动。
实用新型内容
本申请的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
一方面，提供了一种用于制冷***的离心压缩机，其带有反向制动功能并且包括：
转子轴；
与所述转子轴联接的压缩机叶轮；
所述转子轴上的制动件，所述制动件的外圈由导磁材料制成；
固定设置在所述制动件外周的多组电磁铁；
感测所述转子轴转速和转动方向的传感器装置；以及
与所述传感器装置连接的控制器，其中，所述控制器接收所述传感器装置的信号并基于所述信号向所述多组电磁铁供电。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述多组电磁铁在通电时各自向所述转子轴的制动件施加抑制所述转子轴反转的制动力，并且所述多组电磁铁对转子轴的制动件施加的吸引力的合力方向向上，其中，所述多组电磁铁施加的吸引力的合力在所述转子轴重力的10%-80%之间。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述多组电磁铁具有不同的匝数和/或所述多组电磁铁具有不同的供应电压，由此实现由所述多组电磁铁施加的吸引力的合力方向向上。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述多组电磁铁由在竖直方向上位于所述转子轴的制动件正下方的第一电磁铁和位于所述转子轴的制动件正上方的第二电磁铁组成，在通电时，所述第二电磁铁具有大于所述第一电磁铁的磁场强度。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述多组电磁铁由在竖直方向上位于所述转子轴的制动件正下方的第一电磁铁和分别位于所述转子轴的制动件上方两侧对称位置的第二电磁铁和第三电磁铁组成，其中，所述第一电磁铁、所述第二电磁铁和所述第三电磁铁具有基本相同的磁场强度。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述多组电磁铁中的每个电磁铁包括导磁体和线圈绕组，所述导磁体包括弧形区段和所述弧形区段两端向所述制动件延伸的第一端部和第二端部，所述线圈绕组缠绕在所述弧形区段上并且在所述绕线通电时，所述第一端部和第二端部分别具有相反的第一磁性和第二磁性。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述多组电磁铁中的每个电磁铁包括导磁体和线圈绕组，所述导磁体包括弧形区段和所述弧形区段的中部和两端向所述制动件延伸的中部端部，第一端部和第二端部，所述线圈绕组缠绕在所述中部端部上并且在所述线圈绕组通电时，所述中部端部具有第一磁性，所述第一端部和第二端部分别具有与所述第一磁性相反的第二磁性。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述制动件为联接至所述转子轴的制动盘，所述制动盘由导磁材料制成，所述离心压缩机还包括轴向上对所述转子轴限位的轴向磁轴承组件和位于所述转子轴两端在径向上支撑所述转子轴的径向磁轴承组件，其中，所述轴向磁轴承组件，所述径向磁轴承组件和所述多组电磁铁均接有备用电源，以便在异常断电时由备用电源供电。
可选地，在所述的离心压缩机的实施例中，所述传感器装置包括布置在转子轴同一轴向位置外圈，周向上间隔布置的两个接近传感器，所述转子轴上与所述接近传感器对应的轴向位置上具有探测特征，所述控制器基于所述两个接近传感器发送的信号顺序和间隔时间判断所述转子轴是否正在反转或具有反转趋势，并且在所述转子轴正在反转或具有反转趋势时控制向所述多组电磁铁供电。
还提供了一种制冷***，所述制冷***包括根据各个实施例所述的离心压缩机。
根据各个实施例的离心压缩机和制冷***有效抑制意外停机时的反向气流导致的压缩机转子轴的反向转动。
附图说明
参照附图，本申请的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1是根据实施例的离心压缩机的结构示意图；
图2是根据一个实施例的电涡流制动装置的示意图；
图3是图2的电涡流制动装置的局部放大原理图；
图4是根据另一个实施例的电涡流制动装置的示意图；以及
图5是根据另一个实施例的电涡流制动装置的示意图。
具体实施方式
首先参考图1，其示出了根据本实用新型的实施例的离心压缩机的内部结构示意图。离心压缩机包括外壳(未绘出)，外壳中的定子41，转子轴4上的转子42与定子41位置对应，以提供转子轴4的旋转驱动力。转子轴4两端设置了叶轮43,44。转子轴4在两端处的叶轮内侧43,44分别由径向磁轴承组件22,24支撑。另外，在一端的径向磁轴承组件22和转子42之间设置了轴向磁轴承组件32以对转子轴4在轴向上限位，而在另一端的径向磁轴承组件24和转子42之间设置传感器装置51,52和电涡流制动装置61,62。应当理解，图1所示出的详细实施例仅是示例性的，例如尽管在图1的实施例中示出了传感器装置、轴向磁轴承、电机转子和电涡流制动装置的轴向相对位置，但在备选实施例中，在可行的情况下，各个装置的轴向位置可相互交换或改变，另例如，尽管本实用新型的实施例结合采用磁悬浮轴承的无油压缩机来阐述，但根据各个实施例的电涡流制动装置也可应用于其他类型的压缩机，例如采用传统轴承的压缩机。
根据一些实施例，传感器装置可感测转子轴4的转速和转动方向，例如传感器装置可包括布置在转子轴4同一轴向位置外圈，在周向上间隔布置的两个接近传感器51,52，如霍尔传感器，光传感器，磁传感器，两个接近传感器51,52之间可例如间隔90度，转子轴41上与接近传感器51,52对应的轴向位置上具有探测特征，如凹槽45，光反射器或磁体等，在凹槽与接近传感器51,52接近时接近传感器将产生信号，通过信号顺序和间隔时间可以获得转子轴41的转动方向和转速，由此判断转子轴的转速和转动方向，另外，基于转速的变化可获得转子轴41的转动趋势，这类判断可通过逻辑电路实现，是本领域技术人员技术容易做到的。
继续参考图2和图3来介绍电涡流制动装置的具体结构。电涡流制动装置包括：转子轴上的制动件61以及固定设置在制动件61外周的多组电磁铁621,622，多组电磁铁621,622通过磁场作用于制动件61，并且与制动件61存在间隙。制动件61的至少外圈由导磁材料制成，在所示的实施例中制动件61采用完全由导磁材料制成的导磁盘的形式，备选地，制动件61也可与转子轴一体成型。多组电磁铁621,622的供电U1，U2由一控制器(未示出)控制，控制器基于传感器装置51，52发送的信号向多组电磁铁621,622供电。例如控制器在传感器信号反馈转子轴有反转趋势或正在反转时给多组电磁铁621,622供电，多组电磁体621,622各自产生的磁场作用于制动件61以向转子轴4提供制动力，以抑制其反向转动。反转趋势可定义为当转子轴正在低速正转且具有一定减速度地向零速减速，则判断为具有反转趋势。更具体地，如图3所示，电磁铁产生的磁场作用于制动件61，在制动件61转动时经过该磁场而导致制动件61表层产生电涡流68，并由于电涡流效应产生周向上的制动力f，使得转子轴的动能转化为热能，由此降低转子轴61的速度以实现制动，由此抑制压缩机转子轴的反转以及与之相关联的碰撞和噪音。
由于制动件61由导磁体制成，多组电磁铁621,622将对制动件61产生吸引力。在一些实施例中，多组电磁铁621,622对转子轴的制动件61施加的吸引力的合力向上，例如竖直向上。本发明人发现在转子轴反向转动时，尤其是在磁轴承的情况下，在重力方向上磁轴承需承受转子轴的重力和震荡力两者，震荡力的方向不确定并且将不停改变，但当震荡力与重力重合时，两者的合力可能突破磁轴承的能力极限而导致转子轴与保护轴承的碰撞，因此，通过多组电磁铁在转子轴反转时提供重力方向上对冲力，由此保证径向磁轴承的能力裕度，可更有效地避免或缓解转子轴与保护轴承的碰撞。应当理解，该合力例如为转子轴重力的10%-80%的范围内。
在图2所示的实施例中，多组电磁铁由在竖直方向上位于转子轴的制动件正下方的第一电磁铁622和位于转子轴的制动件正上方的第二电磁铁621组成。在通电时，第二电磁铁621的磁场MF1的磁场强度大于第一电磁铁622的磁场MF2的磁场强度，由此实现合力向上。具体而言，可通过控制施加至第二电磁铁621和第一电磁铁622的电压U1和U2或者控制第二电磁铁621和第一电磁铁622的线圈绕组的匝数来控制两者的磁场强度。
在图2的实施例中，第二电磁铁621和第一电磁铁622包括导磁体63和线圈绕组64，导磁体63包括弧形区段631和弧形区段631两端向制动件延伸的第一端部632和第二端部633。在一些实施例中，弧形区段631可具有与转子轴的旋转中心同心的曲率中心，而第一端部632和第二端部633可基本沿径向方向延伸。在一些实施例中，弧形区段631可延伸对应大于60度的圆心角。线圈绕组64缠绕在弧形区段631上并且在线圈绕组通电时，第一端部632和第二端部633分别具有相反的第一磁性和第二磁性，如图所示第一端部632为N极，第二端部633为S极。第二电磁铁621的第一端部632和第二端部633对转子轴的制动件61的吸引力分别为F11和F12，其合力F1竖直向上，类似地，第一电磁铁622的转子轴的制动件61的吸引力分别为F21和F22，其合力F2竖直向下，由于磁场强度的差别，F1大于F2，因此，多组电磁铁的对于转子轴制动件的吸引力的合力竖直向上。
继续参考图4来介绍根据本实用新型的另一个实施例。在该实施例中，多组电磁铁的布置方式与图2的实施例相同，但每个电磁铁的具体结构不同。具体而言，在该实施例中，每个电磁铁包括导磁体和线圈绕组64，导磁体包括弧形区段631和在弧形区段631的中部和两端分别向制动件延伸的中部端部634、第一端部632和第二端部633，线圈绕组64缠绕在中部端部634上并且在线圈绕组64通电时，中部端部634具有第一磁性，第一端部632和第二端部633分别具有与第一磁性相反的第二磁性，例如以第二电磁铁621为例，中部端部634可为S极，第一端部632和第二端部633可为N极。图3所示的第一电磁体和第二电磁体同样分别产生竖直向下的合力F2和竖直向上的合力F1，而F1大于F2以实现总的合力竖直向上。
继续参考图5，在该实施例中，各个电磁铁的结构与图4所示的相同，但电磁铁的数量和布置方式不同。具体而言，在一些实施例中，多组电磁铁由在竖直方向上位于所述转子轴的制动件正下方的第一电磁铁622和分别位于转子轴的制动件上方两侧对称位置的第二电磁铁621和第三电磁铁623组成，在该实施例中，所述第一电磁铁、所述第二电磁铁和所述第三电磁铁具有基本相同的磁场强度，例如串联至同一电源U1，并具有基本相同的线圈匝数。对称布置的第二电磁铁621和第三电磁铁623的吸引力的合力F1可大于第一电磁铁622的吸引力F2，由此提供竖直向上的合力。应当理解，基于本公开的实施例，本领域技术人员可容易地对电磁铁的具体结构和布置方式作出改变以实现与本实用新型相同的功能，例如，图5中的电磁铁可替换为图2中所示的，或者可布置4组电磁铁或更多组电磁铁，本实用新型的范围旨在包括这些改型。另外，应当理解，在压缩机中，轴向磁轴承组件，径向磁轴承组件和多组电磁铁均接有备用电源，以便在异常断电时由备用电源供电，使得即使在压缩机突然断电时，这些部件仍然能够发挥作用。
本申请以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本申请的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本实用新型的原理更容易理解。在不脱离本申请的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本申请进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本申请的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制冷***的离心压缩机，其包括：
转子轴；
与所述转子轴联接的压缩机叶轮；
其特征在于，还包括：
所述转子轴上的制动件，所述制动件的外圈由导磁材料制成；
固定设置在所述制动件外周的多组电磁铁；
感测所述转子轴转速和转动方向的传感器装置；以及
与所述传感器装置连接的控制器，其中，所述控制器接收所述传感器装置的信号并基于所述信号向所述多组电磁铁供电。
2.根据权利要求1所述的离心压缩机，其特征在于，所述多组电磁铁在通电时各自向所述转子轴的制动件施加抑制所述转子轴反转的制动力，并且所述多组电磁铁对转子轴的制动件施加的吸引力的合力方向向上，其中，所述多组电磁铁施加的吸引力的合力在所述转子轴重力的10%-80%之间。
3.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，所述多组电磁铁具有不同的匝数和/或所述多组电磁铁具有不同的供应电压，由此实现由所述多组电磁铁施加的吸引力的合力方向向上。
4.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，所述多组电磁铁由在竖直方向上位于所述转子轴的制动件正下方的第一电磁铁和位于所述转子轴的制动件正上方的第二电磁铁组成，在通电时，所述第二电磁铁具有大于所述第一电磁铁的磁场强度。
5.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，所述多组电磁铁由在竖直方向上位于所述转子轴的制动件正下方的第一电磁铁和分别位于所述转子轴的制动件上方两侧对称位置的第二电磁铁和第三电磁铁组成，其中，所述第一电磁铁、所述第二电磁铁和所述第三电磁铁具有基本相同的磁场强度。
6.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，所述多组电磁铁中的每个电磁铁包括导磁体和线圈绕组，所述导磁体包括弧形区段和所述弧形区段两端向所述制动件延伸的第一端部和第二端部，所述线圈绕组缠绕在所述弧形区段上并且在所述线圈绕组通电时，所述第一端部和第二端部分别具有相反的第一磁性和第二磁性。
7.根据权利要求2所述的离心压缩机，其特征在于，所述多组电磁铁中的每个电磁铁包括导磁体和线圈绕组，所述导磁体包括弧形区段和在所述弧形区段的中部和两端分别向所述制动件延伸的中部端部、第一端部和第二端部，所述线圈绕组缠绕在所述中部端部上并且在所述线圈绕组通电时，所述中部端部具有第一磁性，所述第一端部和第二端部分别具有与所述第一磁性相反的第二磁性。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述制动件为联接至所述转子轴的制动盘，所述制动盘由导磁材料制成，所述离心压缩机还包括轴向上对所述转子轴限位的轴向磁轴承组件和位于所述转子轴两端在径向上支撑所述转子轴的径向磁轴承组件，其中，所述轴向磁轴承组件，所述径向磁轴承组件和所述多组电磁铁在异常断电时均由备用电源供电。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的离心压缩机，其特征在于，所述传感器装置包括布置在转子轴同一轴向位置外圈，周向上间隔布置的两个接近传感器，所述转子轴上与所述接近传感器对应的轴向位置上具有探测特征，所述控制器基于所述两个接近传感器发送的信号顺序和间隔时间判断所述转子轴是否正在反转或具有反转趋势，并且在所述转子轴正在反转或具有反转趋势时控制向所述多组电磁铁供电。
10.一种制冷***，其特征在于，所述制冷***包括如权利要求1-9中任一项所述的离心压缩机。
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