本技術(shù)屬于高速風機，具體地，提供一種高速風機及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、采用渦輪、蝸殼結(jié)構(gòu)的高速風機具有高效率、大風量、低噪音等特點，已廣泛應(yīng)用于通風換氣、冷卻散熱，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的水體增氧等工業(yè)、民用場合，目前常見的高速風機機頭部分，一般采用的是如圖1所示的徑向磁通電機加渦輪渦殼方案，為了滿足充氧量指標，風機需要進行高速旋轉(zhuǎn)，此時將對電機軸產(chǎn)生可達到100～200n的軸向氣動力，上述軸向氣動力作用于軸承上，將影響軸承的運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，并增大其摩擦與磨損，因此，徑向磁通電機的軸承需要采用前二后一結(jié)構(gòu)，前端采用dt組配的陶瓷角接觸軸承，以承受氣動軸向力，后端采用一個陶瓷角接觸軸承，前后軸承采用df組配。

2、雖然采用上述方案的電機可以通過增加軸承數(shù)量的方式對氣動軸向力進行分擔，然而持續(xù)地承受軸向力仍將對軸承壽命產(chǎn)生不可忽視的影響，根據(jù)對現(xiàn)有的15kw級高速風機使用情況的統(tǒng)計，多數(shù)風機在運行時長達到4000～8000h后，其電機軸承即需要進行更換。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本技術(shù)提供一種高速風機，該高速風機包括殼體組件以及設(shè)置于所述殼體組件內(nèi)部的渦輪、軸向磁通電機、軸承組件；所述軸向磁通電機包括主軸以及沿軸向依次套設(shè)于所述主軸上的第一定子組件、轉(zhuǎn)子組件、第二定子組件；所述主軸與所述渦輪及轉(zhuǎn)子組件固定連接，所述軸承組件套設(shè)于所述主軸與所述殼體組件之間；所述第一定子組件、第二定子組件與所述殼體組件固定連接，并且所述第二定子組件與所述渦輪的軸向距離大于所述第一定子組件與所述渦輪的軸向距離，所述第二定子組件對所述轉(zhuǎn)子組件的軸向磁吸力大于所述第一定子組件對所述轉(zhuǎn)子組件的軸向磁吸力。

2、本技術(shù)提供的高速風機，通過非對稱式設(shè)置的第一定子組件、第二定子組件，相對于轉(zhuǎn)子組件產(chǎn)生與軸向氣動力反向的軸向磁吸力合力，從而對風機高速旋轉(zhuǎn)工況下對軸承所施加的軸向載荷進行平衡，無需增加軸承數(shù)量就能夠有針對性地緩解了較大的軸向氣動力所造成的軸承磨損加劇問題，有效地提升高速風機的使用壽命及運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。

3、進一步地，所述第一定子組件包括第一鐵芯及纏繞于所述第一鐵芯上的多組第一線圈繞組，所述第二定子組件包括第二鐵芯以及纏繞于所述第二鐵芯上的多組第二線圈繞組；

4、所述轉(zhuǎn)子組件包括朝向所述第一定子組件的多個第一n極磁鐵和第一s極磁鐵，以及朝向所述第二定子組件的多個第二n極磁鐵和第二s極磁鐵；

5、各個所述第一n極磁鐵和第一s極磁鐵沿周向交替設(shè)置，各個所述第二n極磁鐵和第二s極磁鐵沿周向交替設(shè)置，且所述第二n極磁鐵和第二s極磁鐵對所述第二鐵芯的軸向磁吸力大于所述第一n極磁鐵和第一s極磁鐵對所述第一鐵芯的軸向磁吸力。

6、可選地，所述第二n極磁鐵及所述第二s極磁鐵的徑向長度大于所述第一n極磁鐵及所述第一s極磁鐵的徑向長度，和/或所述第二鐵芯的徑向尺寸大于所述第一鐵芯的徑向尺寸。

7、可選地，所述第二n極磁鐵及所述第二s極磁鐵與所述第二鐵芯的軸向距離小于所述第一n極磁鐵及所述第一s極磁鐵與所述第一鐵芯的軸向距離。

8、進一步地，所述軸承組件包括一個第一軸承和一個第二軸承，所述第一軸承與所述渦輪的軸向距離小于所述第二軸承與所述渦輪的軸向距離。

9、優(yōu)選地，所述高速風機還包括預(yù)緊結(jié)構(gòu)，所述預(yù)緊結(jié)構(gòu)彈性地抵接于所述第二軸承背向所述渦輪的一端與所述殼體組件之間。

10、優(yōu)選地，所述高速風機還包括軸向磁吸力穩(wěn)定機構(gòu)，用于將所述轉(zhuǎn)子組件受到的軸向磁吸力合力保持在設(shè)計范圍內(nèi)，其中，所述軸向磁吸力合力的方向為沿軸向遠離所述渦輪的方向，大小為所述第二定子組件對所述轉(zhuǎn)子組件的軸向磁吸力與所述第一定子組件對所述轉(zhuǎn)子組件的軸向磁吸力的差值。

11、進一步地，所述軸向磁吸力穩(wěn)定機構(gòu)包括套設(shè)于所述主軸上的壓縮彈簧及彈簧擋圈；

12、所述彈簧擋圈位于所述第一軸承背向所述渦輪的一端；所述壓縮彈簧位于所述彈簧擋圈以及固定設(shè)置于所述主軸或所述轉(zhuǎn)子組件上的彈簧阻擋結(jié)構(gòu)之間。

13、優(yōu)選地，所述壓縮彈簧的長度被設(shè)置為滿足以下約束條件：當所述高速風機處于靜止狀態(tài)時，所述壓縮彈簧被所述彈簧擋圈和所述彈簧阻擋結(jié)構(gòu)壓縮所產(chǎn)生的彈性形變力小于預(yù)設(shè)的彈性形變力閾值。

14、優(yōu)選地，所述壓縮彈簧的彈性系數(shù)基于以下步驟確定：

15、對所述轉(zhuǎn)子組件施加一朝向渦輪的虛擬位移，所述虛擬位移的大小不超過最大軸向氣動力引起的主軸相對位移；

16、計算轉(zhuǎn)子組件在發(fā)生虛擬位移處受到的軸向磁吸力合力；

17、基于所述虛擬位移的大小、轉(zhuǎn)子組件在靜止狀態(tài)下受到的軸向磁吸力合力以及其在虛擬位移處受到的軸向磁吸力合力確定所述壓縮彈簧的彈性系數(shù)。

18、優(yōu)選地，所述殼體組件包括沿軸向依次固定連接的進氣口、蝸殼、連接法蘭及后殼；

19、所述第一定子組件與所述連接法蘭固定連接，所述第二定子組件與所述后殼固定連接。

20、優(yōu)選地，所述高速風機還包括骨架油封和/或密封圈；

21、所述骨架油封設(shè)置于所述連接法蘭朝向所述蝸殼的一側(cè)，用于對所述連接法蘭與所述主軸之間的縫隙進行密封；

22、所述密封圈設(shè)置于所述連接法蘭朝向所述后殼的一側(cè)，用于對所述連接法蘭與所述后殼之間的縫隙進行密封。

23、優(yōu)選地，所述第二軸承的保持架與外圈之間還套設(shè)有防蠕動o型圈。

24、優(yōu)選地，每一組沿軸向依次套設(shè)于所述主軸上的第一定子組件、轉(zhuǎn)子組件、第二定子組件構(gòu)成一個非對稱式定子轉(zhuǎn)子組合，所述非對稱式定子轉(zhuǎn)子組合的數(shù)量大于等于1。

25、本技術(shù)還提供一種高速風機的設(shè)計方法，用于設(shè)計前述的高速風機，包括以下步驟：

26、基于高速風機的設(shè)計指標確定所述高速風機的設(shè)計工況；

27、基于所述高速風機的設(shè)計工況確定所述渦輪、蝸殼的規(guī)格，以及所述高速風機達到設(shè)計工況時的功率范圍wtarget；

28、計算所述高速風機處于設(shè)計工況時的軸向氣動力fp；

29、基于fp確定軸向磁吸力合力的取值范圍ftarget，其中，ftarget的方向與fp的方向相反；

30、設(shè)計所述第一定子組件、第二定子組件、轉(zhuǎn)子組件的規(guī)格參數(shù)，使得所述高速風機在靜止狀態(tài)時，所述第二定子組件對所述轉(zhuǎn)子組件的磁吸力f2與所述第一定子組件對所述轉(zhuǎn)子組件的磁吸力f1之差滿足ftarget，以及所述高速風機達到設(shè)計工況時，通過所述第一定子組件驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子組件的功率w1與通過所述第二定子組件驅(qū)動所述轉(zhuǎn)子組件的功率w2之和滿足wtarget。

31、優(yōu)選地，所述高速風機還包括軸向磁吸力穩(wěn)定機構(gòu)，包括套設(shè)于所述主軸上的彈簧擋圈、壓縮彈簧，所述設(shè)計方法還包括以下步驟：

32、確定所述壓縮彈簧的長度及彈性系數(shù)。

33、優(yōu)選地，所述壓縮彈簧的彈性系數(shù)通過以下步驟確定：

34、對所述轉(zhuǎn)子組件施加一朝向渦輪的虛擬位移，所述虛擬位移的大小不超過最大軸向氣動力引起的主軸相對位移；

35、計算轉(zhuǎn)子組件在發(fā)生虛擬位移處受到的軸向磁吸力合力；

36、基于所述虛擬位移的大小、轉(zhuǎn)子組件在靜止狀態(tài)下受到的軸向磁吸力合力以及其在虛擬位移處受到的軸向磁吸力合力確定所述壓縮彈簧的彈性系數(shù)。

37、本技術(shù)通過實施例還提供一種增氧機，應(yīng)用前述的高速風機向水體內(nèi)進行增氧操作。

38、本技術(shù)通過實施例還提供一種增氧系統(tǒng)，包括：前述的增氧機，以及輸氣管道、控制單元；所述增氧機在所述控制單元的控制下，通過所述輸氣管道向水體內(nèi)進行增氧操作。