CN221568918U - 一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，包括壳体、转子主轴和定子，转子主轴可转动设置在壳体内，且转子主轴的两端与壳体之间设置有第一轴承座和第二轴承座，定子与转子主轴同轴分布，且位于转子主轴的外侧，转子主轴与定子之间还存在间隙，还包括散热套和冷却叶轮，冷却叶轮同轴固定在转子主轴上，第一轴承座位于冷却叶轮与定子之间，且第一轴承座上开设有排气通道，散热套套设在定子中部的外侧，且散热套的侧壁上设置与壳体的内壁相接触的隔环，隔环靠近定子的绕组末端分布；优点是能够有效解决高功耗和高热负荷问题，同时优化散热效率，确保设备的高效、稳定和长期可靠运行。

Description

一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机

技术领域

本实用新型涉及压缩机技术领域，尤其是指一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机。

背景技术

空气悬浮离心压缩机，以其无油运行和高效性能而受到广泛应用，通常采用空气动压轴承、离心叶轮以及高速永磁同步电机的设计方案，这种设计使得空气悬浮离心压缩机在高速涡轮机械领域得到了广泛的应用，然而，随着高速永磁同步电机转子主轴的转速达到数十万转每分钟，以及定子电枢绕组电流与定子铁芯磁通密度频率的显著增加，定子铁耗、绕组铜耗及转子主轴表面涡流损耗均大幅提高，这一系列因素加剧了散热问题，尤其是在体积小、热源密度高的高速永磁同步电机中，导致散热成为一项重大挑战。

当前市场上的空气悬浮离心压缩机主要集中在小功率（低于75kW）设备，这些设备普遍采取液态冷却方案来解决电机散热问题，尽管液态冷却方案在某种程度上可行，但其复杂的结构、高昂的成本以及在应对大功率机型发热问题时的局限性，使得这种冷却策略难以满足所有场合的需求，更为关键的是，不恰当的冷却方案不仅可能导致转子主轴中永磁体发生不可逆的退磁现象，还可能引发电机温度过高、电机绝缘损坏，最终导致空气悬浮离心压缩机无法正常运行。

综上所述，面对空气悬浮离心压缩机中存在的高功耗导致散热困难、小功率机型中液态冷却方案的高成本和结构复杂性、以及大功率机型散热方案的有效性和经济性问题，亟需开发一种新的冷却技术方案，以优化高速永磁同步电机的散热性能，确保设备的高效、稳定和长期可靠的运行。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供了一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其能够有效解决高功耗和高热负荷问题，同时优化散热效率，确保设备的高效、稳定和长期可靠运行。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，包括壳体、转子主轴和定子，所述转子主轴可转动设置在所述壳体内，且所述转子主轴的两端与所述壳体之间设置有第一轴承座和第二轴承座，所述定子与所述转子主轴同轴分布，且位于所述转子主轴的外侧，所述转子主轴与所述定子之间还存在间隙，还包括散热套和冷却叶轮，所述冷却叶轮同轴固定在所述转子主轴上，所述第一轴承座位于所述冷却叶轮与所述定子之间，且所述第一轴承座上开设有排气通道，所述散热套套设在所述定子中部的外侧，且所述散热套的侧壁上设置与所述壳体的内壁相接触的隔环，所述隔环靠近所述定子的绕组末端分布，所述隔环将所述定子与所述壳体之间的空间分隔为第一散热通道和第二散热通道，所述定子的中部和所述定子的绕组前端均位于所述第一散热通道内，所述定子的绕组末端位于所述第二散热通道内，所述壳体上分别设置有与所述第一散热通道相连通的第一进气孔以及与所述第二散热通道相连通的第二进气孔，所述间隙分别与所述第一散热通道和所述排气通道相连通，所述排气通道还与所述第二散热通道相连通。

优选地，所述散热套的侧壁上均匀设置有多个散热翅片，所述散热翅片沿所述散热套的轴向分布，相邻所述散热翅片之间形成有散热槽。

优选地，所述散热套的侧壁上周向均匀设置有抵靠块，所述抵靠块位于所述散热套的左侧，且所述抵靠块与所述壳体的内壁相接触。

优选地，所述壳体的内壁上设置有定位环，所述隔环的端部抵靠在所述定位环上。

优选地，所述散热套的左端设置有供所述定子抵靠的限位环。

优选地，所述第一进气孔的个数为多个，且周向均匀分布在所述壳体上，所述第一进气孔布置于靠近所述隔环的区域。

优选地，所述壳体上还周向均匀开设有多个与所述第一散热通道相连通的第三进气孔，所述第三进气孔布置于远离所述隔环的区域。

优选地，所述排气通道的个数为多个，且周向均匀开设在所述第一轴承座上。

优选地，所述壳体内还设置有冷却轮盖，所述冷却轮盖与所述转子主轴同轴分布并环绕所述冷却叶轮设置。

与现有技术相比较，本实用新型的优点在于：本装置优化了压缩机的散热系统，通过精巧的内部气流管理，大大提高了散热效率，保证了高速运转设备的稳定性和可靠性，该压缩机利用一个同轴的散热套，覆盖在位于转子主轴外侧的定子中部，散热套的侧壁装配有与壳体内壁接触的隔环，专门设计来细分定子与壳体间的空间为两个独立的散热通道，在定子绕组前端和中部周围形成的第一散热通道，以及绕组末端周围形成的第二散热通道，有效隔离了不同热源区域，优化了冷却空气的流向，并配有两组进气孔分别向这两个散热通道输送空气，提高了内部散热的靶向性和效率。

此外，冷却叶轮的存在不仅利用转子主轴的旋转产生冷却气流，而且通过第一轴承座上设立的排气通道，形成气流循环通道，进一步强化了对内部高温区域的散热作用，冷却叶轮与散热通道相结合，形成了一种主动和被动散热机制的混合设计，不仅提高了压缩机的工作效率，还有效延长了设备的使用寿命。

总体而言，本装置通过对空气流动路径和散热区域的设计，确保即使在高负荷和小体积条件下，空气悬浮离心压缩机也能够维持最佳运行状态，有效避免了由于散热不足引起的性能下降或设备损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对将实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的剖视图；

图3是本实用新型中散热套的立体结构示意图；

图4是本实用新型中转子主轴与定子配合时的立体结构示意图；

图中，1、壳体；2、转子主轴；3、定子；4、第一轴承座；5、第二轴承座；6、散热套；7、冷却叶轮；8、排气通道；9、隔环；10、第一散热通道；11、第二散热通道；12、第一进气孔；13、第二进气孔；14、散热翅片；15、散热槽；16、抵靠块；17、定位环；18、限位环；19、第三进气孔；20、冷却轮盖。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一：如图1-图4所示，一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，包括壳体1、转子主轴2和定子3，转子主轴2可转动设置在壳体1内，且转子主轴2的两端与壳体1之间设置有第一轴承座4和第二轴承座5，定子3与转子主轴2同轴分布，且位于转子主轴2的外侧，转子主轴2与定子3之间还存在间隙，还包括散热套6和冷却叶轮7，冷却叶轮7同轴固定在转子主轴2上，第一轴承座4位于冷却叶轮7与定子3之间，且第一轴承座4上开设有排气通道8，散热套6套设在定子3中部的外侧，且散热套6的侧壁上设置与壳体1的内壁相接触的隔环9，隔环9靠近定子3的绕组末端分布，隔环9将定子3与壳体1之间的空间分隔为第一散热通道10和第二散热通道11，定子3的中部和定子3的绕组前端均位于第一散热通道10内，定子3的绕组末端位于第二散热通道11内，壳体1上分别设置有与第一散热通道10相连通的第一进气孔12以及与第二散热通道11相连通的第二进气孔13，间隙分别与第一散热通道10和排气通道8相连通，排气通道8还与第二散热通道11相连通。

本装置巧妙地结合了多种冷却手段，以提升整体的散热效率并确保设备的稳定性和可靠性，通过将冷却叶轮7与转子主轴2共轴直连，在运行时强制吸入周围环境中的空气通过机壳上的冷却孔进行冷却，实现了对转子主轴的直接冷却，极大提高了散热效果，此外，壳体1上不同位置对应的进气孔允许冷却空气分阶段进入，第二进气孔13专门对定子3的绕组末端（图中指的是定子3的右端位置）进行冷却，而第一进气孔12则针对定子3的中部和定子3的绕组前端（图中指的是定子3的左端位置），两者在定子3与转子主轴2间的气隙混合并带走热量，最后在第一轴承座4的排气通道8处混合，再共同进入冷却叶轮7，这种多段混合冷却不仅优化了空气流动路径，确保各关键热点区域得到有效冷却，还显著提升了整体散热效率，从而保障了空气悬浮离心压缩机在高负荷下的持续、稳定运行。

实施例二：如图1-图4所示，与实施例一不同的是，散热套6的侧壁上均匀设置有多个散热翅片14，散热翅片14沿散热套6的轴向分布，相邻散热翅片14之间形成有散热槽15。

该结构中散热套6的设计，优化了定子3的散热性能，显著提高了整机的冷却效率，散热套6的侧壁均匀设置有多个散热翅片14，这些翅片沿散热套6的轴向分布，并且散热翅片14之间相隔设置有散热槽15，形成一种有效的散热结构，这种结构的工作原理基于增加散热表面积以及通过散热槽15引导空气流动的机制，每个散热翅片14提供了额外的表面积，与之相联系的空气可以吸走热量，而散热槽15则起到指导空气流通的作用，促使冷空气流过每一个翅片，增强了空气流与散热套6的接触效果，从而加速了热交换的过程，散热槽15中流动的空气在通过翅片时，因受到翅片表面散热的影响而加热，再由散热槽15带走，形成一股向外排放的热空气流，这样就实现了对定子3以及整个压缩机内部持续高效的冷却，这种设计不仅使得散热更加迅速和彻底，同时也保证了压缩机在高速运转时的稳定性和设备的长期可靠性，从而满足了高性能空气悬浮离心压缩机对散热管理的严格要求。

本实施例中，散热套6的侧壁上周向均匀设置有抵靠块16，抵靠块16位于散热套6的左侧，且抵靠块16与壳体1的内壁相接触。

在本结构中，散热套6的一个突出特点是其侧壁上周向均匀设置的抵靠块16，这些抵靠块16位于散热套6的前部，并且直接与壳体1的内壁相接触，这样的结构设计具有多项优点，主要包括稳定定位和优化空气流动，抵靠块16的存在使得散热套6能够在壳体1内稳固定位，避免因振动或转子主轴2运动而引起的不必要的移动，从而保持散热效果的一致性和冷却系统的整体性能，同时，抵靠块16和壳体1内壁之间的接触有助于形成一定的空气流通间隙，这样的设计利于空气流经散热套6前部时的引导和分流，使得空气能更均匀地分布并吸收散热套6及定子3更多的热量，此外，散热套6与壳体1内壁之间的接触也有助于增加热交换面积，从而确保装置在各种工作条件下都能维持适宜的温度，进而提升性能稳定性和延长使用寿命。

本实施例中，壳体1的内壁上设置有定位环17，隔环9的端部抵靠在定位环17上。

定位环17作为一个关键的结构组件，它在壳体1内部提供了一个精确的安装参考点，确保了隔环9及散热套6能够以预定的位置和姿态安装于壳体1之内，这种安装定位尤其重要，因为散热套6与壳体1之间采用了过盈配合，这要求在安装过程中必须有极高的精确度，以确保散热套6能够紧密贴合壳体1内壁，从而确保热量通过接触面有效传递。

定位环17的使用有效简化了装配过程，减少了安装误差，确保了散热套6和隔环9在壳体1中的正确位置，保证了冷却系统的设计效果得以实现，通过这种精确的安装和过盈配合，可以使冷却空气在壳体1内的流动路线更加合理，使得散热套6周围的冷却空气流动效率最大化，增强了装置的整体散热能力。

本实施例中，散热套6的左端设置有供定子3抵靠的限位环18。

在本结构中，散热套6的左端设置了一个供定子3抵靠的限位环18，这一构造优化了压缩机整体的稳定性与散热功能，限位环18的存在确保了定子3在装配过程中能够精确地对准并固定于其预定位置，防止了由于运行颤动或外部冲击导致的定位偏移，从而提高了压缩机的运行效率和机械可靠性。

实施例三：如图1-图4所示，与实施例二不同的是，第一进气孔12的个数为多个，且周向均匀分布在壳体1上，第一进气孔12布置于靠近隔环9的区域。

通过在壳体1周向均匀布置多个第一进气孔12，且将它们布置在靠近隔环9的区域，这一设计促使进气孔更加有效地捕捉到周围环境中的空气，并将其直接输送至散热所需的关键区域，此外，均匀分布的进气孔确保了进入气体的分布均衡，有助于形成稳定而均匀的气流，从而提高冷却效果，避免局部过热并确保压缩机各部件间温差小，而将第一进气孔12放置在接近隔环9的位置，可以使冷空气更迅速而直接地与壳体1内部较热的部分进行热交换，加速热量散发，这种设计使得空气悬浮离心压缩机即使在高功率和紧凑空间的应用环境中，也能有效维持操作温度，保障长期稳定运行。

本实施例中，壳体1上还周向均匀开设有多个与第一散热通道10相连通的第三进气孔19，第三进气孔19布置于远离隔环9的区域。

在本结构中，第三进气孔19的设置起着至关重要的辅助进气作用，尤其注重对定子3绕组前端这一发热严重区域的冷却，通过在与定子3绕组前端相对应的壳体1位置精确地开设第三进气孔19，进一步增强了冷却系统的目标性和效率，这个结构的优势在于，它使得冷却气体能够直接并快速地到达定子3绕组前端及其周边区域，即那些因为电流流经而产生大量热量的关键部位，冷却气流的这种直接输送不仅能够及时带走这些部位累积的热量，减轻热积累带来的影响，还能优化整个冷却过程，提高热交换的效率和速度。

此外，这种定点冷却的结构通过提高特定热点区域冷却气体的通量，保证了即使在长时间高速运行的情况下，压缩机内部的温度也能保持在合理的范围内，从而避免了因过热造成的性能下降或部件损坏，确保了设备的稳定性和可靠性，同时，这也有助于提升能效比，因为能够准确针对需要冷却的部位实施冷却，避免了无效或过度冷却，从而实现能量的高效利用。

本实施例中，排气通道8的个数为多个，且周向均匀开设在第一轴承座4上。

在上述结构中，由于排气通道8数量的增加以及均匀分布的特点，确保了没有气流死角，从而使得工作热量能夜得到高效率的导出，避免了热积累对压缩机性能的影响，促进了设备内温度的均衡和散热效率的提升，同时，周向均匀排列的设计也有利于消除由于热扩散不均引发的结构应力，进而降低了振动和噪音，提高了设备的运行稳定性。

本实施例中，壳体1内还设置有冷却轮盖20，冷却轮盖20与转子主轴2同轴分布并环绕冷却叶轮7设置。

在本结构中，冷却轮盖20的主要优势在于其能够有效地导引和集中冷却空气流经冷却叶轮7，增强了通过冷却叶轮7的气流的动力，从而提高了系统的冷却效率，由于冷却轮盖20的存在，吸入的冷空气可以被更加集中地引导至冷却叶轮7，并且随着转子主轴2的旋转，这些气流被加速并推动向压缩机的各个热点区域，如定子3的绕组及其散热套6等，而冷却轮盖20还有助于保护内部部件免受到外界粉尘和杂质的影响，延长压缩机的使用寿命。

以上所述仅为本实用新型较佳实施例而已，并不用以限制实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，包括壳体、转子主轴和定子，所述转子主轴可转动设置在所述壳体内，且所述转子主轴的两端与所述壳体之间设置有第一轴承座和第二轴承座，所述定子与所述转子主轴同轴分布，且位于所述转子主轴的外侧，所述转子主轴与所述定子之间还存在间隙，其特征在于：还包括散热套和冷却叶轮，所述冷却叶轮同轴固定在所述转子主轴上，所述第一轴承座位于所述冷却叶轮与所述定子之间，且所述第一轴承座上开设有排气通道，所述散热套套设在所述定子中部的外侧，且所述散热套的侧壁上设置与所述壳体的内壁相接触的隔环，所述隔环靠近所述定子的绕组末端分布，所述隔环将所述定子与所述壳体之间的空间分隔为第一散热通道和第二散热通道，所述定子的中部和所述定子的绕组前端均位于所述第一散热通道内，所述定子的绕组末端位于所述第二散热通道内，所述壳体上分别设置有与所述第一散热通道相连通的第一进气孔以及与所述第二散热通道相连通的第二进气孔，所述间隙分别与所述第一散热通道和所述排气通道相连通，所述排气通道还与所述第二散热通道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述散热套的侧壁上均匀设置有多个散热翅片，所述散热翅片沿所述散热套的轴向分布，相邻所述散热翅片之间形成有散热槽。

3.根据权利要求1所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述散热套的侧壁上周向均匀设置有抵靠块，所述抵靠块位于所述散热套的左侧，且所述抵靠块与所述壳体的内壁相接触。

4.根据权利要求1所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述壳体的内壁上设置有定位环，所述隔环的端部抵靠在所述定位环上。

5.根据权利要求4所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述散热套的左端设置有供所述定子抵靠的限位环。

6.根据权利要求1所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述第一进气孔的个数为多个，且周向均匀分布在所述壳体上，所述第一进气孔布置于靠近所述隔环的区域。

7.根据权利要求6所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述壳体上还周向均匀开设有多个与所述第一散热通道相连通的第三进气孔，所述第三进气孔布置于远离所述隔环的区域。

8.根据权利要求1所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述排气通道的个数为多个，且周向均匀开设在所述第一轴承座上。

9.根据权利要求1所述的一种混合冷却式空气悬浮离心压缩机，其特征在于：所述壳体内还设置有冷却轮盖，所述冷却轮盖与所述转子主轴同轴分布并环绕所述冷却叶轮设置。