空压机及其控制方法与流程

1.本发明涉及空压机制造技术领域，具体地，涉及一种空压机及其控制方法。


背景技术：

2.空气压缩机简称空压机，是一种压缩气体的机械设备，它将电机或燃油机输入的机械能转换为气体压力，提供气源动力，是气动系统的核心设备。
3.相关技术中，空压机的出风端的气流调节不方便，使用寿命低。


技术实现要素：

4.本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
5.相关技术中，医用呼吸机风机需要随着患者呼吸的呼及吸迅速，准确的调整转速，为患者肺部瞬时需要的压力、流量输出对应参数的空气或氧气。但这种急加速、急减速对于风机的轴承、电机、控制器都有高频、高响应性和高精确度的要求，这种交变工况对于高速轴承的可靠性和寿命、电机的输出功率及散热、控制器的高频率及响应性都提出了很高的挑战。
6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种。
7.本发明实施例的空压机包括：壳体，所述壳体具有进风端、出风端和第一腔，所述第一腔的两端分别与所述进风端和所述出风端连通；压缩组件，所述压缩组件设在所述第一腔内且所述压缩组件的一部分伸入所述进风端内，以在所述进风端内对气体进行压缩，所述压缩组件的外周面和所述第一腔的内周面间隔设置以形成气流通道，以便压缩气体通过所述气流通道流入所述出风端；调节组件，所述调节组件与所述出风端和所述气流通道中的至少一者连通，所述调节组件用于排出部分压缩气体，以便调节所述出风端的压缩气体的流量和压比。
8.本发明实施例的空压机，设置调节组件，从而动态调节空压机的出气端的气体状态参数，满足不同呼吸特征客户的循环空气需求，降低空压机对电机和控制器的响应性要求，减少变工况条件下电机和控制器的损耗及系统噪声，延长了空压机的使用寿命，进一步提供个性化的呼吸机使用体验。
9.在一些实施例中，所述调节组件与所述进风端连通，以便经所述调节组件排出的压缩气体流入所述进风端。
10.在一些实施例中，所述壳体还具有第一通道，所述第一通道的两端分别与所述气流通道和所述进风端连通，以便所述气流通道内的压缩气体通过所述第一通道流入所述进风端，所述调节组件设在所述第一通道内。
11.在一些实施例中，所述壳体还具有第二通道，所述第二通道的两端分别所述进风端和所述出风端连通，所述第二通道的两端分别与所述出风端和所述进风端连通，以便所述出风端内的压缩气体通过所述第二通道流入所述进风端，所述调节组件设在所述第二通
道内。
12.在一些实施例中，所述空压机还包括：第一叶轮，所述第一叶轮可转动地设在所述进风端；电机，所述电机设在所述第一腔内，所述电机的外周面和所述壳体的内周面间隔设置以形成所述气流通道，所述电机与所述第一叶轮相连，以便带动所述第一叶轮转动。
13.在一些实施例中，所述调节组件与所述进风端连通且位于所述第一叶轮远离所述电机的一侧。
14.在一些实施例中，所述空压机还包括：蜗壳，所述蜗壳包括第二腔、第一流道和第二流道，所述第二腔与所述气流通道连通，所述第一流道与所述第二腔连通并环绕在所述第二腔的外周侧，所述第二流道与所述第二腔连通并环绕在所述第二腔的外周侧，所述出风端形成在所述第一流道上；第二叶轮和涡轮，所述第二叶轮和所述涡轮均可转动地设在所述蜗壳内，所述第二叶轮和所述涡轮相连，以便所述涡轮带动所述第二叶轮转动，所述第二叶轮和所述第一流道沿内外方向间隔相对设置，以便经所述第二叶轮增压为高压气体通过所述第一流道排出，所述涡轮与所述第二流道沿内外方向间隔设置，以便所述第二流道内的气体驱动所述涡轮转动。
15.在一些实施例中，所述调节组件与所述第二流道连通，以便压缩气体流入所述第二流道以驱动所述涡轮转动。
16.在一些实施例中，所述调节组件为多个，多个所述调节组件沿所述壳体的周向间隔设置，多个所述调节组件的至少一部分调节组件与所述气流通道连通，多个调节组件的至少另一部分调节组件与所述出风端连通。
17.本发明实施例的空压机的控制方法，所述空压机为上述权利要求中任一项所述的空压机，所述控制方法包括如下步骤：利用所述调节组件从所述出风端和所述气流通道中的至少一者内排出部分压缩气体，以使所述出风端的压缩气体的流量和压比分别达到预设值；根据呼吸机反馈的病人实际参数，控制所述调节组件调整从所调节组件流出的压缩气体的流量和压比，以调节所述出风端的压缩气体的流量和压比。
附图说明
18.图1是本发明第一实施例的空压机的结构示意图。
19.图2是本发明第二实施例的空压机的结构示意图。
20.图3是本发明第三实施例的空压机的结构示意图。
21.附图标记：
22.空压机100；
23.壳体1；进风端11；出风端12；第一腔13；气流通道131；第一通道14；第二通道15；蜗壳16；第二腔161；第一流道162；第二流道163；
24.压缩组件2；第一叶轮21；电机22；
25.调节组件3；阀门31；阀门控制器32；
26.第二叶轮4；涡轮5。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考
附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.下面参考附图描述根据本发明实施例的空压机。
29.如图1-3所示，根据本发明实施例的空压机包括壳体1、压缩组件2和调节组件3。
30.壳体1具有进风端11、出风端12和第一腔13，第一腔13的两端分别与进风端11和出风端12连通。具体地，如图1-3所示，进风端11位于第一腔13的右侧，出风端12位于第一腔13的左侧，第一腔13的右端与进风端11相连，第一腔13的左端与出风端12相连，从而将进风端11的压缩气体通过第一腔13流入出风端12。
31.压缩组件2设在第一腔13内且压缩组件2的一部分伸入进风端11内，以在进风端11内对气体进行压缩，压缩组件2的外周面和第一腔13的内周面间隔设置以形成气流通道131，以便压缩气体通过气流通道131流入出风端12。
32.调节组件3与出风端12和气流通道131中的至少一者连通，调节组件3用于排出部分压缩气体，以便调节出风端12的压缩气体的流量和压比。具体地，如图1-3所示，调节组件3的进口与出风端12和气流通道13的至少一者连通，将壳体1内的部分压缩气体通过调节组件3排出，从而调节出风端12的压缩气体的流量和压比。
33.本发明实施例的空压机100，设置调节组件3，可使得空压机100转速在启动后达到恒定转速后，通过控制调节组件3将壳体1内的一部分压缩气体通过调节组件3排出空压机100外，减小变工控运行下对于轴承、电机22、控制器的损耗，降低对于轴承、电机22、控制器频率、响应性和精确度的要求，延长了空压机100的使用寿命。
34.在一些实施例中，调节组件3与进风端11连通，以便经调节组件3排出的气流流入进风端11。具体地，如图1-2所示，调节组件3的出口与进风端11连通，从而将壳体1内流出的部分压缩气体流入进风端11，对空压机100进行补充压缩气体，提高了空压机100的工作效率。
35.在一些实施例中，壳体1还具有第一通道14，第一通道14的两端分别与气流通道13和进风端11连通，以便气流通道13内的压缩气体通过第一通道14流入进风端11，调节组件3设在第一通道14内。具体地，如图2所示，壳体1内设有第一通道14，第一通道14的左端与气流通道13连通，第一气流通道13的右端与进风端11连通，调节组件3设在第一通道14内，从而通过调节组件3设置，以便控制流出第一通道14内的压缩气体的流量和压比，从而控制出风端12流出的压缩气体的流量和压比。
36.在一些实施例中，壳体1还具有第二通道15，第二通道15的两端分别进风端11和出风端12连通，第二通道15的两端分别与出风端12和进风端11连通，以便出风端12内的压缩气体通过第二通道15流入进风端11，调节组件3设在第二通道15内。具体地，如图1所示，壳体1内设有第二通道15，第二通道15的左端与出风端11连通，第二通道15的右端与进风端11连通，调节组件3设在第二通道15内，从而通过调节组件3设置，控制第二通道15内流出压缩气体的流量和压比，从而控制出风端12流出的压缩气体的流量和压比。
37.在一些实施例中，调节组件3包括阀门31、阀门控制器32以及阀门电机(图中未示意出)，阀门电机分别与阀门控制器32和阀门31相连，阀门控制器32控制电机22转动以带动阀门31，阀门31设在第一通道14和第二通道15内，阀门控制器32根据实际情况控制阀门电机，通过阀门电机带动阀门31在第一通道14和第二通道15内移动，从而控制第一通道14和第二通道15的开度的大小，以便控制流过第一通道14和第二通道15的气流，调整出风端12
的压缩气体的流量和压比。
38.在一些实施例中，压缩组件2包括第一叶轮21和电机22。
39.第一叶轮21可转动地设在进风端11。
40.电机22设在第一腔13内，电机22的外周面和壳体1的内周面间隔设置以形成气流通道13，电机22与第一叶轮21相连，以便带动第一叶轮21转动。具体地，如图1-3所示，第一叶轮21可转动地设在进风端11且与电机22相连，电机22设在壳体1内且位于进风端11和出风端12之间，电机22的外周面和壳体1的内周面沿内外方向间隔设置以形成气流通道13，使得电机22电动第一叶轮21转动以对气体进行压缩，并通过气流通道13流入出风端12，从而使得压缩组件2设置的更加合理。
41.在一些实施例中，调节组件3与进风端11连通且位于第一叶轮21远离电机22的一侧。具体地，如图1-2所示，调节组件3的出口与进风端11连通且位于第一叶轮21的右侧，从而通过调节组件3流出的气体重新通过第一叶轮21加压后流入进气通道，提高了空压机100的工作效率，也防止气流直接流入气流通道13内，导致气流通道13内的气体内部流场造成极强的扰动，从而减小了气流通道13内的流动损失。
42.在一些实施例中，空压机100还包括蜗壳16、第二叶轮4和涡轮5。
43.蜗壳16包括第二腔161、第一流道162和第二流道163，第二腔161与气流通道131连通，第一流道162与第二腔161连通并环绕在第二腔161的外周侧，第二流道163与第二腔161连通并环绕在第二腔161的外周侧，出风端12形成在第一流道162上。
44.第二叶轮4和涡轮5均可转动地设在蜗壳16内，第二叶轮4和涡轮5相连，以便涡轮5带动第二叶轮4转动，第二叶轮4和第一流道162沿内外方向间隔相对设置，以便经第二叶轮4增压为高压气体通过第一流道162排出，涡轮5与第二流道163沿内外方向间隔设置，以便第二流道163内的气体驱动涡轮5转动。
45.具体地，如图3所示，第二腔161在左右方向上贯穿蜗壳16，在第二腔161的外周侧环绕设置有第一流道162和第二流道163，出风端12形成在第一流道162的自由端，第二叶轮4和涡轮5均可转动地设在第二腔161内，第二叶轮4和第一流道162的入口沿内外方向相对设置，涡轮5和第二流道163的出口沿内外方向相对设置，出风端12可与外部设备(例如：中冷器、加湿器和燃料电池电堆)相连，第二流道163的进口与燃料电池电堆的废气的出口连通，将燃料电池电堆的废气通过第二流道163流入第二腔161内以驱动涡轮5转动，进而带动第二叶轮4转动，提高了电机22的工作效率，减小了电机22的能量耗损。可以理解的是：此方案应用在燃料电池用的空压机上或第二流道163内的压力低于第一流道162内的压力的空压机上。
46.在一些实施例中，调节组件3与第二流道163连通，以便压缩气体流入第二流道163以驱动涡轮5转动。具体地，如图3所示，调节组件3的出口与第二流道163连通，从而通过调节组件3流出的气体流入第二通道15内以驱动涡轮5转动，从而带动第二叶轮4转动，提高了空压机100的工作效率。
47.在一些实施例中，调节组件3为多个，多个调节组件3沿壳体1的周向间隔设置，多个调节组件3的至少一部分调节组件3与气流通道13连通，多个调节组件3的至少另一部分调节组件3与出风端12连通。具体地，多个调节组件3可根据实际情况进行设置，例如：多个调节组件3沿壳体11的周向间隔设置，多个调节组件3的进口均与气流通道13连通，或，多个
调节组件3的进口均出风端12连通，多个调节组件3的出口均可以与进风端11连通，或，多个调节组件3中的其中一部分的进口与气流通道13连通，多个调节组件3的其中一部分的出口与进风端11连通，多个调节组件3的其中另一部分的进口与出风端12连通，多个调节组件3的其中另一部分的出口与进风端11连通，由此，通过多个调节组件3即使调整出风端12的气流和压比，使得空压机100设置更加合理。
48.根据本发明实施例的空压机的控制方法，空压机100为上述实施例中任一项的空压机100，控制方法包括如下步骤：
49.利用调节组件2从出风端12和气流通道131中的至少一者内排出部分压缩气体，以使出风端12的压缩气体的流量和压比分别达到预设值。具体地，测试空压机100全工况需要的阀门31开度，将对应工况的阀门31开度存入阀门控制器32。
50.根据呼吸机反馈的病人实际参数，控制调节组件2调整从所调节组件2流出的压缩气体的流量和压比，以调节出风端12的压缩气体的流量和压比。具体地，呼吸机反馈的病人需求参数不再发给电机22控制器，而是发给阀门控制器32，从而控制阀门31的开度。换言之，通过调节组件3地阀门31的往复开度变化来代替空压机100转子转速的往复变化，从而降低空压机100对电机22和控制器的响应性要求，减少变工况条件下电机22和控制器的损耗及系统噪声。
51.本发明实施例的空压机的控制方法具有步骤简单、成本低廉、空压机100的使用寿命长等优点。
52.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
53.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
54.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少
一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
57.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。