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CN112761973A - 一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机结构 - Google Patents

一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机结构 Download PDF

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CN112761973A CN202110021651.9A CN202110021651A CN112761973A CN 112761973 A CN112761973 A CN 112761973A CN 202110021651 A CN202110021651 A CN 202110021651A CN 112761973 A CN112761973 A CN 112761973A
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代晓波
杨柏松
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Abstract

一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，包括转子，转子中部和定子间隙配合，定子外侧设有定子冷水槽，定子外部设有机壳，机壳两端和第一、第二蜗壳端盖连接；转子一端通过第一弹性箔片空气动压径向轴承进行支撑，第一轴承座和第一机壳端盖连接，转子端头依次连接有推力盘、弹性箔片空气动压推力轴承、第一叶轮并用第一螺母紧固，外侧的第一蜗壳经第一蜗壳端盖和第一机壳端盖连接；转子另一端通过第二弹性箔片空气动压径向轴承进行支撑，第二轴承座和第二蜗壳端盖连接，转子端头连接有第二叶轮并用第二螺母紧固，第二叶轮外设有的第二蜗壳和第二蜗壳端盖连接；本发明提高整机稳定性和工作效率，降低定子、转子和轴承的升温。

Description

一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机结构
技术领域
本发明涉及永磁电机驱动的氮气压缩机技术领域，具体涉及一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机结构。
背景技术
永磁电机驱动的氮气压缩机具有体积小、功率因数高、整机效率高的优势，被广泛应用于压缩机驱动。由于超高速永磁电机体积小，散热困难，因此有效的散热和冷却方式是其设计中的一个重要问题。目前压缩机冷却多采用水冷或者风冷的方式，在普通的空气压缩机中，高速永磁电机转子两端采用叶轮加风扇结构，通过在电机外壳打孔以及电机中的缝隙进气，借用风扇旋转带动空气在电机中流动进行冷却，采用单一方式对定子转子冷却效果并不理想，压缩机工作效率较低，并且转子为一体式，维修成本高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机结构，大幅度降低了轴向力和维修成本、提高整机稳定性和工作效率，降低定子、转子和轴承的温升。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，包括转子5，转子5中部外侧和定子13间隙配合，定子13外侧设有定子冷水槽12，通过定子入水管11往定子冷水槽12注入冷水，在定子冷水槽12内循环为定子13进行水冷，最后由定子出水管21流出；定子13外部设有机壳22，机壳22两端和第一机壳端盖8、第二蜗壳端盖16连接；
转子5一端通过第一弹性箔片空气动压径向轴承10进行支撑，第一轴承座9和第一机壳端盖8连接，第一弹性箔片空气动压径向轴承10通过与转子5间隙配合支撑转子5的一端；转子5端头依次连接有推力盘7、弹性箔片空气动压推力轴承6、第一叶轮3并用第一螺母4紧固，弹性箔片空气动压推力轴承6、推力盘7、第一叶轮3外侧设有第一蜗壳1，第一蜗壳1经第一蜗壳端盖2和第一机壳端盖8连接；
转子5另一端通过第二弹性箔片空气动压径向轴承15进行支撑，第二轴承座14和第二蜗壳端盖16连接，第二弹性箔片空气动压径向轴承15通过与转子5间隙配合支撑转子5的另一端；转子5端头连接有第二叶轮18，第二叶轮18和转子5间隙配合，并用第二螺母19紧固，第二叶轮18外设有第二蜗壳17，第二蜗壳17和第二蜗壳端盖16连接。
所述的机壳22为转子5及定子13提供密闭环境，机壳22上开设有转子进气口23，通过转子进气口23通入冷气，冷气经过转子5与定子13的间隙，对转子5外表面进行冷却；在机壳22外表面开有多个冷气槽，冷气通过冷气槽后汇聚到转子抽气环20，通过转子抽气环20抽出。
所述的转子5采用可拆卸结构，包括中部的转子保护套5E，转子保护套5E内部安装有并排粘接的多块磁钢5D，磁钢5D与转子保护套5E通过过盈热装的方式装配，磁钢5D采用圆柱式永磁体结构，磁钢5D两端装有堵头5C，堵头5C外侧均与拉杆5A一端螺纹连接，一侧的拉杆5A上依次间隙配合安装有轴颈5B、推力盘8和第一叶轮3，另一侧的拉杆5A上间隙配合安装有轴颈5B和第二叶轮18。
在第二弹性箔片空气动压径向轴承15的一侧，高压供气口是通过第二蜗壳端盖16进行供气，气体直接到达第二弹性箔片空气动压径向轴承15；在含有推力盘7的一侧，高压供气口是通过第一蜗壳端盖2进行供气，一侧流向第一弹性箔片空气动压径向轴承10，另一侧流向弹性箔片空气动压推力轴承6。
本发明的有益效果为：
由于本发明该采用双侧叶轮对称布置，可以很大程度上抵消掉单侧叶轮所带来的轴向力，提高转子和整机的稳定性，降低功率损耗和转子磨损；改善了转子结构，实现了转子的可拆卸功能，降低了维修成本；定子转子采用不同方式分别进行冷却，通过定子外冷水槽可以对电机进行持续冷却；缩短转子的有效长度，使其转子长度不超过定子长度，节省其伸出定子外的转子材料并提高转速；通过高压供气管将气体通入到弹性箔片空气动压径向轴承中，使得轴颈在气体的浮力作用下悬空旋转，减少摩擦；转子空气冷却，降低定子、转子和轴承的温升；本发明大幅度降低了轴向力和维修成本、提高整机稳定性和工作效率，
附图说明
图1为本发明的剖视图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为定子水冷槽轴测图。
图4为转子结构的剖视图。
图5为气体轴承高压供气图，其中图(a)为第二蜗壳端盖剖视图，图(b)为第一蜗壳端盖剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
参照图1、图2和图3，一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，包括转子5，转子5中部外侧和定子13间隙配合，定子13外侧设有定子冷水槽12，通过定子入水管11往定子冷水槽12注入冷水，在定子冷水槽12内循环为定子13进行水冷，最后由定子出水管21流出；定子13外部设有机壳22，机壳22两端和第一机壳端盖8、第二蜗壳端盖16连接；
转子5一端通过第一弹性箔片空气动压径向轴承10进行支撑，第一轴承座9和第一机壳端盖8连接，第一弹性箔片空气动压径向轴承10通过与转子5间隙配合支撑转子5的一端；转子5端头依次连接有推力盘7、弹性箔片空气动压推力轴承6、第一叶轮3并用第一螺母4紧固，弹性箔片空气动压推力轴承6、推力盘7、第一叶轮3外侧设有第一蜗壳1，第一蜗壳1经第一蜗壳端盖2和第一机壳端盖8连接；氮气F1由第一蜗壳1进口进入，经第一叶轮3加压后由氮气F2由第一蜗壳1出口流出；
转子5另一端通过第二弹性箔片空气动压径向轴承15进行支撑，第二轴承座14和第二蜗壳端盖16连接，第二弹性箔片空气动压径向轴承15通过与转子5间隙配合支撑转子5的另一端；转子5端头连接有第二叶轮18，第二叶轮18和转子5间隙配合，并用第二螺母19紧固，第二叶轮18外设有第二蜗壳17，第二蜗壳17和第二蜗壳端盖16连接；氮气F3由第二蜗壳17的进口进入，经第二叶轮18加压后氮气F4由第二蜗壳17的进口流出。
所述的机壳22为转子5及定子13提供密闭环境，机壳22上开设有转子进气口23，通过转子进气口23通入冷气，冷气经过转子5与定子13的间隙，对转子5外表面进行冷却；在机壳22外表面开有八个冷气槽，冷气通过冷气槽后汇聚到转子抽气环20，通过转子抽气环20抽出。
参照图4，所述的转子5采用可拆卸结构，包括中部的转子保护套5E，转子保护套5E内部安装有并排粘接的十八块磁钢5D，磁钢5D与转子保护套5E通过过盈热装的方式装配，磁钢5D采用圆柱式永磁体结构，磁钢5D两端装有堵头5C，堵头5C外侧均与拉杆5A一端螺纹连接，一侧的拉杆5A上依次间隙配合安装有轴颈5B、推力盘8和第一叶轮3，另一侧的拉杆5A上间隙配合安装有轴颈5B和第二叶轮18，安装时通过给拉杆5A施加外力，使第一螺母4、第二螺母19有足够的预紧力来进行防松。
参照图5，在第二弹性箔片空气动压径向轴承15的一侧，高压供气口是通过第二蜗壳端盖16进行供气，气体直接到达第二弹性箔片空气动压径向轴承15；在含有推力盘7的一侧，高压供气口是通过第一蜗壳端盖2进行供气，一侧(图(b)中向左)流向第一弹性箔片空气动压径向轴承10，另一侧(图(b)中向右)流向弹性箔片空气动压推力轴承6。
本发明的工作原理为：
利用高速旋转第一叶轮3和第二叶轮18的抽力将低压氮气吸入，并通过管道将两侧加压过的氮气合并后输出，两侧的叶轮在工作时产生的轴向力相互抵消。机壳22为转子5提供密闭环境，向转子进气口23通入冷气，冷气经过转子5与定子13的间隙，对转子5外表面进行冷却，在机壳22外表面开有八个槽，并通过抽气环20抽出。定子入水管11往定子冷水槽12注入冷水，在槽内循环后由定子出水管21流出。
在只有第二弹性箔片空气动压径向轴承15的一侧，高压供气口是通过第二蜗壳端盖16进行供气，气体直接到达第二弹性箔片空气动压径向轴承15；在含有推力盘7的一侧，弹性箔片空气动压推力轴承6和第一弹性箔片空气动压径向轴承10共用一个进气口，高压供气口是通过第一蜗壳端盖2进行供气，一侧流向第一弹性箔片空气动压径向轴承10,另一侧流向弹性箔片空气动压推力轴承6。

Claims (4)

1.一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，包括转子(5)，其特征在于：转子(5)中部外侧和定子(13)间隙配合，定子(13)外侧设有定子冷水槽(12)，通过定子入水管(11)往定子冷水槽(12)注入冷水，在定子冷水槽(12)内循环为定子(13)进行水冷，最后由定子出水管(21)流出；定子(13)外部设有机壳(22)，机壳(22)两端和第一机壳端盖(8)、第二蜗壳端盖(16)连接；
转子(5)一端通过第一弹性箔片空气动压径向轴承(10)进行支撑，第一轴承座(9)和第一机壳端盖(8)连接，第一弹性箔片空气动压径向轴承(10)通过与转子(5)间隙配合支撑转子(5)的一端；转子(5)端头依次连接有推力盘(7)、弹性箔片空气动压推力轴承(6)、第一叶轮(3)并用第一螺母(4)紧固，弹性箔片空气动压推力轴承(6)、推力盘(7)、第一叶轮(3)外侧设有第一蜗壳(1)，第一蜗壳(1)经第一蜗壳端盖(2)和第一机壳端盖(8)连接；
转子(5)另一端通过第二弹性箔片空气动压径向轴承(15)进行支撑，第二轴承座(14)和第二蜗壳端盖(16)连接，第二弹性箔片空气动压径向轴承(15)通过与转子(5)间隙配合支撑转子(5)的另一端；转子(5)端头连接有第二叶轮(18)，第二叶轮(18)和转子(5)间隙配合，并用第二螺母(19)紧固，第二叶轮(18)外设有第二蜗壳(17)，第二蜗壳(17)和第二蜗壳端盖(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，其特征在于：所述的机壳(22)为转子(5)及定子(13)提供密闭环境，机壳(22)上开设有转子进气口(23)，通过转子进气口(23)通入冷气，冷气经过转子(5)与定子(13)的间隙，对转子(5)外表面进行冷却；在机壳(22)外表面开有多个冷气槽，冷气通过冷气槽后汇聚到转子抽气环(20)，通过转子抽气环(20)抽出。
3.根据权利要求1所述的一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，其特征在于：所述的转子(5)采用可拆卸结构，包括中部的转子保护套(5E)，转子保护套(5E)内部安装有并排粘接的多块磁钢(5D)，磁钢(5D)与转子保护套(5E)通过过盈热装的方式装配，磁钢(5D)采用圆柱式永磁体结构，磁钢(5D)两端装有堵头(5C)，堵头(5C)外侧均与拉杆(5A)一端螺纹连接，一侧的拉杆(5A)上依次间隙配合安装有轴颈(5B)、推力盘(8)和第一叶轮(3)，另一侧的拉杆(5A)上间隙配合安装有轴颈(5B)和第二叶轮(18)。
4.根据权利要求1所述的一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机的结构，其特征在于：在第二弹性箔片空气动压径向轴承(15)的一侧，高压供气口是通过第二蜗壳端盖(16)进行供气，气体直接到达第二弹性箔片空气动压径向轴承(15)；在含有推力盘(7)的一侧，高压供气口是通过第一蜗壳端盖(2)进行供气，一侧流向第一弹性箔片空气动压径向轴承(10)，另一侧流向弹性箔片空气动压推力轴承(6)。
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