具体实施方式

参照图1，以两级制冷剂压缩机的形式图示的压缩机总体上以100表示。压缩机系统100总体上包括压缩机壳体102，该压缩机壳体102形成有至少一个密封腔，在密封腔内完成每一级制冷剂压缩。压缩机系统100包括：第一制冷剂入口110，该第一制冷剂入口110将制冷剂蒸气引入到第一压缩级(在图1中未标出)中；第一制冷剂出口114；制冷剂传递导管112，该制冷剂传递导管112将压缩的制冷剂从第一压缩级传递至第二压缩级；第二制冷剂入口118，该第二制冷剂入口118将制冷剂蒸气引入到第二压缩级(在图1中未标出)中；以及第二制冷剂出口120。制冷剂传递导管112在相反的端部处分别操作性地连接至第一制冷剂出口114和第二制冷剂入口118。第二制冷剂出口120将压缩的制冷剂从第二压缩级递送至冷却系统，压缩机系统100结合在该冷却系统中。制冷剂传递导管112还可以包括制冷剂排放口122，该制冷剂排放口122用以根据需要在压缩机系统100处添加或移除冷却剂。

参照图2，压缩机壳体102在压缩机100的相反端部处封围第一压缩级124和第二压缩级126。第一压缩级124包括第一叶轮106，该第一叶轮106构造成为经由第一制冷剂入口110进入的制冷剂增加动能。由第一叶轮106向制冷剂赋予的动能随着制冷剂速度在制冷剂向形成在第一轴承壳体200与外部压缩机壳体102的一部分之间的密封腔(例如，扩散器)传递时减慢而被转换为增加的制冷剂压力(即压缩)。类似地，第二压缩级126包括第二叶轮116，该第二叶轮116构造成为从第一压缩级124传递的经由第二制冷剂入口118进入的制冷剂增加动能。由第二叶轮116向制冷剂赋予的动能随着制冷剂速度在制冷剂向形成在轴承壳体200与外部压缩机壳体102的第二部分之间的密封腔(例如，扩散器)传递时减慢而被转换为增加的制冷剂压力(即压缩)。压缩的制冷剂经由第二制冷剂出口120(未在图2中示出)离开第二压缩级126。

参照图2和图3，第一级叶轮106和第二级叶轮116连接在驱动轴104的相反端部处。驱动轴104操作性地连接至定位在第一级叶轮106与第二级叶轮116之间的马达108，使得第一级叶轮106和第二级叶轮116以选定的旋转速度旋转以将制冷剂压缩至离开第二制冷剂出口120的预先选定压力。可以将任何合适的马达结合到压缩机系统100中，包括但不限于电动马达。驱动轴104由定位在每个轴承壳体200/200a的套筒202内的气体箔轴承组件300支承，如以下另外详细描述的。如图2中所示，每个轴承壳体200/200a包括用于将相应的轴承壳体200/200a连接至压缩机壳体102的安装结构210。

参照图4，每个轴承壳体200/200a(图4中仅示出轴承壳体200)支承驱动轴104，并且驱动轴104相对于套筒202相反地穿过轴承壳体200/200a而突出，并且叶轮106连接至驱动轴104的突出端部。参照图5和图7，气体箔轴承组件300定位在轴承壳体200内的筒形孔206内。驱动轴104紧密配合在气体箔轴承组件300内，该气体箔轴承组件300包括：与套筒202的内壁相邻定位的外顺应性箔或外顺应性箔层302、与驱动轴相邻定位的内顺应性箔或内顺应性箔层306(也称为“顶箔”)104、以及定位在内箔层306与外箔层302之间的波箔或波箔层310。气体箔轴承组件的箔或层302/306/310形成基本上筒形的管，该管定大小成通过如由现有箔轴承设计方法所确定的相对较小的或没有间隙的设计来接纳驱动轴104。箔轴承组件300的部件、比如外箔层302、内箔层306和波箔层310可以由使得箔轴承组件300能够如本文中所述那样起作用的任何合适的材料构成。合适的材料包括例如但不限于金属合金。在一些实施方式中，例如，外箔层302、内箔层306和波箔层310中的每一者由不锈钢(例如，17-4不锈钢)构成。

再次参照图5，图示的实施方式中的箔轴承组件300还包括一对箔保持器312a/312b，所述一对箔保持器312a/312b与层302/306/310的相反端部邻近定位以抑制层302/306/310在套筒202的筒形孔206内沿轴向方向滑动。分别与箔保持器312a/312b邻近定位的一对箔保持夹314a/314b将层302/306/310固定在筒形孔206内的锁定轴向位置中。箔保持夹314a/314b可以以可移除的方式连接至轴承壳体200。图8进一步图示了箔保持器312a和箔保持夹314a在箔轴承组件300的一个端部处的布置。

在其他实施方式中，如图6所示，每个轴承壳体200/200a包括箔保持唇部214，该箔保持唇部214与轴承壳体200一体形成(例如，铸造)并且从限定筒形孔206的径向内表面204径向向内地突出。在图示的实施方式中，箔保持唇部214定位在筒形孔206的靠近叶轮116(如图2至图3中所示)的叶轮端部216附近。箔保持唇部214定大小且定尺寸成从径向内表面204突出一定径向距离，所述径向内表面204与箔轴承组件300的层302/306/310的至少一部分交叠。箔保持唇部214可以完全围绕径向内表面204的周向延伸，或者箔保持唇部可以包括两个或更多个区段，所述两个或更多个区段在径向内表面204的周向的一部分上延伸并且通过与邻近径向内表面204齐平的空间部分隔开。

图6中所示的实施方式的箔轴承组件300还包括单个箔保持夹314，该箔保持夹314邻近层302/306/310的与箔保持唇部214相反的端部定位以抑制层302/306/310在套筒202的筒形孔206内的轴向运动。在该实施方式中，箔保持夹314卡合到形成在筒形孔206的径向内表面204内位于筒形孔206的马达端部218附近的周向凹槽212中。图9和图10进一步图示了箔保持夹314在箔轴承组件300的一个端部处的布置。箔保持夹314定大小且定尺寸成为外层302提供间隙并且与轴承保持特征304/308交叠，轴承保持特征304/308形成径向向外突出的凸片316，如以下进一步描述的。

箔保持唇部214可以定位在筒形孔206的位于叶轮端部216附近的任何区域内，包括但不限于与筒形孔206的位于叶轮端部216处的开口紧相邻的位置。替代性地，箔保持唇部214可以定位在筒形孔206的位于马达端部218附近的任何区域内，包括但不限于与筒形孔206的位于马达端部218处的开口紧相邻的位置。在这样的实施方式中，箔保持夹314在与图6中所示的布置基本上相反的布置中卡合到形成在筒形孔206的径向内表面204内位于叶轮端部216附近的周向凹槽212中。

再次参照图6，通过下述方式将箔轴承组件300安装在轴承壳体200内：在马达端部218处将箔轴承组件300插入到轴承壳体200的筒形孔206中。箔轴承组件300然后朝向叶轮端部216轴向地推进到筒形孔206中，直到层302/306/310接触箔保持唇部214。箔保持夹314然后卡合到筒形孔206的位于马达端部218附近的周向凹槽212中以将箔轴承组件300锁定到位。

在其他实施方式中，可以使用用于将箔轴承组件300固定在套筒202内的任何合适的方法。合适方法的非限制性示例包括保持器和保持夹、粘合剂、固定螺钉和任何其他合适的固定方法。

参照图11、图12和图13，每个轴承壳体200/200a的安装结构210将相应的轴承壳体200/200a连接至压缩机壳体102(在图1和图2中示出)。在图示的实施方式中，安装结构210通常沿径向向外方向突出至与压缩机壳体102的外部尺寸匹配的尺寸。轴承壳体200可以包括任何形式的安装结构210，包括但不限于环形凸缘。此外，在图示的实施方式中，每个轴承壳体200/200a与压缩机壳体102的一部分一起形成封围每个压缩级的密封隔室(例如，扩散器)，以增大由于叶轮所引发的加速和膨胀到密扩散器中而引起的制冷剂压力升高的效果，如上所述。轴承壳体200/200a还可以用作各种元件所用的安装结构，各种元件包括但不限于径向轴承比如上述箔轴承组件300、推力轴承、以及用作对于被动或主动控制方案的反馈的传感装置250(在图4中所示)比如接近探头、压力换能器、热电偶、键相位器等。轴承壳体200还可以包括外部冷却剂导管或通道220(在图17中所示)，以实现箔轴承组件的主动冷却。

参照图17，在一些实施方式中，每个轴承壳体200/200a可以包括一个或更多个径向延伸的冷却通道220，冷却通道220用以将来自外部源和/或来自制冷剂系统流的冷却剂递送至轴承壳体200/200a和箔轴承组件300。在图示的实施方式中，每个通道220从筒形孔206径向向外地延伸至形成在轴承壳体200/200a的径向外边缘222处的开口260(也参见图7)。一个或更多个径向通道220朝向筒形孔206径向向内地递送冷却剂流224。冷却剂流224的第一部分226可以直接地递送到筒形孔206中，从而向驱动轴104提供冷却。冷却剂流224的第一部分226也可以通过形成在轴承壳体200/200a中的一个或更多个冷却通道228被引导至推力轴承及推力轴承周围(例如，连接至驱动轴104的推力转盘128和/或连接至轴承壳体200的推力轴承板130)。冷却剂流224的第二部分230可以在筒形孔206的径向内表面204与箔轴承组件300之间递送以向箔轴承组件300提供冷却。

附加地或替代性地，一个或更多个径向延伸的冷却通道220可以限定在压缩机壳体102的除了轴承壳体200/200a之外的一部分中。例如，在图17中所示的实施方式包括径向延伸的冷却通道220，该冷却通道220限定在压缩机壳体102的连接至轴承壳体200的端部盖132中。

每个轴承壳体200/200a还可以设置有至少一个附加通道232，所述至少一个附加通道232用以引导从离开压缩机壳体102的冷却剂流236转移的内部冷却剂流234以有利于推力轴承、箔轴承组件300、驱动轴104和/或马达108(图17中未示出)的冷却。转移的内部冷却剂流234被引导经过定位在叶轮116附近的通道232中的迷宫式轴密封件238，并且随后被径向向外地引导在推力轴承的上方和周围。内部冷却剂流234的第一部分240(例如，马达冷却剂流)可以通过冷却通道242进给至马达108，该冷却通道242形成在轴承壳体200中的从筒形孔206径向向外的位置处并且轴向延伸通过轴承壳体200。转移的内部冷却剂流234的第二部分244可以被径向向内地引导经过推力转盘128且朝向驱动轴104，并且随后被轴向地引导在驱动轴104与箔轴承组件300之间通过筒形孔206。在一些实施方式中，内部冷却剂流234的第一部分240可以被引导通过形成在轴承壳体200与压缩机壳体102的相邻表面之间(例如，在端部盖132与轴承壳体200之间)的导管246。

参照图13和图14，轴承壳体套筒202具有限定筒形孔206的径向内表面204。筒形孔的横截面轮廓可以是基本上圆形的或者可以是任何倒圆的或多边形形状，但不限于比如椭圆形、方形、八边形等。径向内表面204定大小且定尺寸成接纳箔轴承组件300，使得箔轴承组件300的外层302接触径向内表面204。

参照图13，径向内表面204设置有至少一个或更多个附加特征，以使得箔轴承组件能够保持在套筒202内的在轴向及旋转方面固定的位置中。例如，在一些实施方式中，在径向内表面204内形成有第一周向凹槽212a和第二周向凹槽212b。第一周向凹槽212a和第二周向凹槽212b定大小且定尺寸成分别接纳箔保持夹314a和314b，如图5中所示。在其他实施方式中，第一周向凹槽212a可以由周向的箔保持唇部214(参见图6)代替。

参照图14，轴承壳体200的径向内表面204还设置有轴承组件锁定特征208。轴承组件锁定特征208与设置在箔轴承组件300上的一个或更多个轴承保持特征互锁，如下所述。轴承组件锁定特征208可以是任何合适形式的机械互锁特征而不受限制。合适的机械互锁特征的非限制性示例包括凸起特征比如轴向脊部、键接合部或凸片以及形成在径向内表面204内的轴向凹陷部比如轴向延伸槽、轴向延伸键孔或保持器，如在图14中所示。

参照图15和图16，箔轴承组件300还包括至少一个轴承保持特征304/308，所述至少一个轴承保持特征304/308用以配合地接合轴承组件锁定特征208以在轴承壳体内将箔轴承组件保持在套筒202的筒形孔206内在旋转方面固定的位置处。也就是说，轴承保持特征304/308和轴承组件锁定特征208定尺寸和定形状成彼此互补使得在轴承保持特征304/308与轴承组件锁定特征208接合时，轴承组件锁定特征208至少抑制或限制轴承保持特征304/308的旋转方面的运动。至少一个轴承保持特征304/308可以包括任何合适形式的机械互锁特征而不受限制。在一些实施方式中，至少一个轴承保持特征304/308是基于对设置在筒形孔206内的轴承组件锁定特征208的选择来选定的。合适的机械互锁特征的非限制性示例包括凸起特征、比如轴向脊部、键接合部或凸片以及至少形成在箔轴承组件300的外箔层302内的轴向凹陷部比如轴向槽、轴向键孔或保持器。

在一些实施方式中，箔轴承组件300包括沿着外层302的边缘形成的第一轴承保持特征304和沿着内层306的边缘形成的第二轴承保持特征308。在这种实施方式中，第一轴承保持特征304和第二轴承保持特征308一起形成轴向凸片316，轴向凸片316定大小且定尺寸成与以轴向槽208形式设置的轴承组件锁定特征208互锁，如图14中所示。

箔轴承组件300可以以任何合适的形式设置而不受限制。例如，箔轴承组件300可以设置有两层、三层、四层或额外层而不受限制。内层306形成与传动轴104的表面紧密装配的筒形内表面，如图15中所示。箔轴承组件300的波箔310可以由径向弹性结构形成，以在压缩机100操作期间为旋转的驱动轴104提供回弹表面。波箔310可以由任何合适的径向弹性结构形成而不受限制，合适的径向弹性结构包括但不限于：设计成在间歇性压缩径向载荷下变形和回弹的可变形波状部或其他特征的阵列，以及能够在间歇压缩径向载荷下压缩和回弹的任何其他弹性地回弹材料。波箔310可以连接至至少一个相邻层，包括但不限于外层302和内层306中的至少一者。在一些实施方式中，波箔310可以连接至外层302和内层306两者。在其他实施方式中，波箔310可以是自由浮动的并且不连接至箔轴承组件300的任何层。

在一些实施方式中，外层302为支承相邻的波箔层310提供光滑内表面，以在压缩机100操作期间将由驱动轴104施加的径向力所引起的瞬态偏转有效地传送至内层306。外层302独立于轴承壳体200的筒形孔206的下方径向内表面204的表面光滑度来提供该光滑内表面。因此，在一些实施方式中，外层302的使用有利于增加筒形孔206的径向内表面204的表面规格，或者，换句话说，降低径向内表面204的表面光滑度要求。在一些实施方式中，箔轴承组件300适合在“铸态”条件下与轴承壳体200一起使用，无需用以使轴承壳体200的筒形孔206的径向内表面204光滑的进一步机加工、研磨或任何其他手段。因此，在一些实施方式中，筒形孔206的径向内表面204是铸态表面。也就是说，筒形孔206的径向内表面204是铸造轴承壳体200的下述表面：该表面没有经过铸造后机加工、研磨或类似手段以使径向内表面204光滑。

另外，在一些实施方式中，外层302改进了箔轴承组件300的热管理，从而增加箔轴承部件和压缩机100的可靠性和耐用性。更特别地，通过使用顺应性箔层302，工作流体可以在箔轴承组件300的两侧上循环，从而改进箔层302和306的冷却。此外，通过将箔层302和306直接地保持在轴承壳体套筒202内，而不需要辅助的轴承组件套筒。这消除了辅助轴承组件套筒与轴承壳体套筒202之间的潜在界面，这样改进了远离箔轴承组件300的热传导。这允许更小的轴承壳体套筒202，从而导致较少的热质量来保持在箔轴承组件内产生的热。

此外，在一些实施方式中，外层302的使用有利于减少箔轴承组件300的空间需求并且提供更加紧凑的设计。更特别地，通过使用顺应性箔层302，而不需要辅助轴承组件套筒。顺应性箔层302提供了辅助轴承壳体通常会提供的针对波箔310的适当功能的表面光洁度要求。这允许轴承壳体套筒202的外径减小，从而减少空间需求并且提供更加紧凑的设计。例如，通过减小轴承壳体套筒202的外径，轴承壳体套筒202可以轴向地延伸到或定位在马达108的一部分(例如，由马达绕组封围的筒形马达腔)内，如图2中所示，从而导致压缩机100的轴向长度整体减小。

轴承壳体可以用作组装压缩机的方法的一部分。组装方法包括使用如上所述的轴承壳体的安装结构将轴承壳体安装至压缩机壳体。该组装方法还包括将箔轴承组件插入到筒形孔中，并且通过将箔轴承组件中的至少一层中的轴承保持特征与轴承组件锁定特征配合地接合来将箔轴承组件连接至轴承壳体，以将箔轴承组件保持在轴承壳体内的如上所述的在旋转方面固定的位置处。该方法还包括将至少一个箔保持夹插入到形成在筒形孔的内表面内的周向凹槽中以将箔轴承组件相对于筒形孔保持在固定轴向位置中。

与现有系统和方法相比，所描述的系统和方法的实施方式实现了优异的结果。包括用以支承压缩机的驱动轴的气箔轴承组件的轴承系统在不使用油基润滑剂的情况下实现对驱动轴的低摩擦支承。无油箔轴承组件能够与广泛的多种工作流体兼容，工作流体包括但不限于冷却压缩机中的CFC、HCFC、无CFC制冷剂以及涡轮增压器压缩机中的燃料空气混合物。轴承系统适于与任何类型的冷却压缩机一起使用，任何类型的冷却压缩机包括但不限于旋转叶片压缩机、旋转涡旋压缩机、旋转螺杆压缩机和离心式压缩机。不受任何特定理论的限制，已知气箔式轴承非常适合支承以高旋转速度为特征的驱动轴。在各个方面中，所公开的轴承系统能够与离心式压缩机兼容，离心式压缩机通常以高驱动轴旋转速度操作。轴承系统可以结合到任何类型的离心式压缩机的设计中。适用于所公开的轴承系统的离心式压缩机的非限制性示例包括单级、两级和多级离心式压缩机。

与包括至少一个箔轴承组件的已知轴承系统不同，所描述的轴承系统的单个轴承壳体使得公差叠加能够减少，从而导致公差更严格和制造精度提高，这两者都是如上所论述的离心式压缩机的成功实现的重要因素。另外，将多个连结部分结合到所公开的轴承系统的单个轴承壳体中提供了来自定位在轴承壳体的套筒内的箔轴承组件的增强的热传递，从而减少或消除了与箔轴承组件的热损耗和机械故障相关联的不利操作条件。此外，轴承壳体可以设置有用以进一步提高轴承壳体的传热能力的如上所述的附加冷却剂导管。由所公开的轴承系统的特征实现的箔轴承组件的更严格的公差、提高的制造精度与增强的热管理进行组合以提高箔轴承组件的工作寿命和耐用性，从而提高了箔轴承组件在HVAC系统的制冷剂压缩机的具有挑战性操作环境使用的适用性。

以上详细描述了轴承系统和方法比如结合有所公开的轴承系统的制冷剂系统和对包括所公开的轴承组件的压缩机进行组装的方法的示例实施方式。系统和方法不限于本文中描述的特定实施方式，而是相反地，系统的部件和方法可以与本文中描述的其他部件独立地且分开地使用。例如，本文中描述的轴承壳体和轴承组件可以在除了制冷剂压缩机之外的压缩机比如涡轮增压器压缩机等中使用。

当介绍本公开或其实施方式的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”意在表示设置有这些元件中的一个或更多个。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”意在是包括性的，并且意味着除了所列举元件之外可能还设置有附加的元件。使用指示特定取向的术语(例如，“顶”、“底”、“侧”等)是为了便于描述而并非要求所描述项目的任何特定取向。

在不脱离本公开的范围的情况下可以对上述构造和方法进行各种改变，所意图的是，上述描述中包含的和在附图中示出的所有内容应当被解释为是说明性的而不具有限制意义。