專利名稱：準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子及該高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子，特別涉及用于大容量 的由髙速感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)等的轉(zhuǎn)子，其中轉(zhuǎn)子以例如不小于每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn) 的高速旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明也涉及包括該轉(zhuǎn)子的其它高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
背景技術(shù)：
大功率、高轉(zhuǎn)速的高速感應(yīng)電動機(jī)(20kw， 60000/min以上)設(shè)計(jì)主要有兩大技術(shù)問題要解決 一是軸承設(shè)計(jì)二是電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生變形而破壞。目前，對這種大功率、高轉(zhuǎn)速的電機(jī) 軸承設(shè)計(jì)一般都考慮采用電磁軸承與滾動軸承混合支承的主動型磁力軸承支承方式，而僅用陶瓷球滾 動軸承是無法滿足電動機(jī)大功率、高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行條件的。并且這種磁力軸承的電控和制造復(fù)雜，價(jià)格 昂貴、可靠性較低，目前還不能商品化；液體滑動軸承因電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損失較大和空氣滑動 軸承的承載力小等原因而受到一定程度的使用限制。本發(fā)明的永磁懸浮與滾動軸承輔助支承的準(zhǔn)磁浮 支承系統(tǒng)，采取軸向磁化的內(nèi)外磁環(huán)多組并置作為徑向主軸承，角接觸球軸承作為徑向輔助支承，并 與滑動推力軸承共同承受軸向推力。準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
對于電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心繞組結(jié)構(gòu)，目前，國內(nèi)外鼠籠式高速感應(yīng)電動機(jī)分別采用鑄鋁籠型和銅籠型 兩種。大容量、高轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心沖片一般都采用圓形閉口槽。由于大容量、高轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)子 鐵心繞組采用鑄鋁籠型在電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)上有一定的難度，以及鋁籠澆鑄的質(zhì)量控制和材質(zhì)不易保證 等原因，電機(jī)的電氣性能參數(shù)得不到保證和運(yùn)行可靠性受到影響。
世界著名的瑞士 IBAG公司的高速三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心繞組有分別采用銅籠型和鑄鋁籠型 的，目前已普遍采用銅籠型。據(jù)了解，國外的銅籠型制造工藝有采用真空融化焊接銅粉形成銅條，類 似于粉末冶金高溫?zé)Y(jié)工藝，這樣可以保證銅條和鐵心槽道的貼合度，但工藝復(fù)雜、成本太高且技術(shù) 不太成熟。
另一種工藝是,銅籠型轉(zhuǎn)子鐵心繞組的端環(huán)和導(dǎo)條聯(lián)接采用焊接方式,但由此而導(dǎo)致的是焊接后 的端環(huán)和導(dǎo)條端部材料變軟,無法抵抗材料超高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用而破壞， 一般都要在端環(huán)上 加保護(hù)套，但由此又會引起端環(huán)的散熱條件惡化。
本發(fā)明的高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子鐵心繞組采取冷鉚聯(lián)接，端環(huán)部分具有足夠的抗拉強(qiáng)度， 在保證電動機(jī)磁學(xué)特性的前提下，克服了轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)條對鐵心輪緣和端環(huán)輪緣的離心力破壞作 用，保證了電機(jī)可靠運(yùn)行。
本發(fā)明的目的，是提供一種用于高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子和包括該轉(zhuǎn) 子的高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種用于高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子，包括永 磁懸浮與滾動軸承輔助支承的準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子鐵心繞組和轉(zhuǎn)軸。準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)包括永磁徑 向軸承、角接觸球軸承和滑動推力軸承。
永磁徑向軸承采取軸向磁化的內(nèi)外磁環(huán)多組并置作為主支承，角接觸球軸承作為徑向輔助支承， 并與滑動推力軸承共同承受軸向推力?；瑒油屏S承上帶有冷卻滾動軸承的風(fēng)扇葉片，轉(zhuǎn)軸上的構(gòu)件 采取過盈等方式連接。
本發(fā)明的有益效果是高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子圓周線速度可以達(dá)到200m/s以上，電機(jī)運(yùn)行 穩(wěn)定、可靠。 隨兌日月


圖1是一種作為包括本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的空氣制冷機(jī)主視圖。 圖2是本發(fā)明的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子的主視圖。
圖3是圖1中的外磁環(huán)組件視圖。
圖4是本發(fā)明的一對單組永磁徑向軸承磁力平衡中心點(diǎn)的測量與控制圖。 圖5是本發(fā)明的一對三組永磁徑向軸承磁力平衡中心點(diǎn)的測量與控制圖。 圖6是圖2中的轉(zhuǎn)子鐵心繞組的主視圖。 圖7是轉(zhuǎn)子鐵心繞組的冷旋壓工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖1表示為一種空氣制冷機(jī)1的主視圖，該制冷機(jī)1由 一臺包括本發(fā)明的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子6的電動機(jī)直接驅(qū)動。圖1中，空氣制冷機(jī)1在其中部 包括一電動機(jī)4。電動機(jī)4包括準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子6和定子5。轉(zhuǎn)子6采用一對三組永磁徑 向軸承2作為主支承， 一對角接觸球軸承8作為徑向輔助支承，并與一對滑動推力軸承7共同承受軸 向推力?；瑒油屏S承7上帶有冷卻角接觸球軸承8的風(fēng)扇葉片，當(dāng)?shù)蛪夯蛧娚涞礁咚傩D(zhuǎn)的滑動 推力軸承7上時(shí)，依靠其上的風(fēng)扇葉片將滑油擊成霧狀對角接觸球軸承8進(jìn)行潤滑和冷卻。制冷葉輪 9和壓氣葉輪11固定在轉(zhuǎn)子6的兩個(gè)軸端部上。永磁徑向軸承2上設(shè)有溫度傳感器10和磁拉力顯示 計(jì)3。
圖2表示上述空氣制冷機(jī)1的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子6。 圖1中的永磁徑向軸承2設(shè)計(jì)為
采取三組軸向磁化的內(nèi)外磁環(huán)并置且按極性相同裝配，構(gòu)成三組斥力型永磁徑向軸承2。單組永磁徑向軸承的徑向剛度》；x轉(zhuǎn)子系重力(N) / 。
圖2中，內(nèi)磁環(huán)組件12由三個(gè)內(nèi)磁環(huán)13、兩個(gè)軟磁墊圈16、 一個(gè)內(nèi)套14和三個(gè)外層保護(hù)套15 組成。內(nèi)套14和外層保護(hù)套15采用非導(dǎo)磁的高強(qiáng)度不銹鋼。
內(nèi)磁環(huán)13與外層保護(hù)套15之間用一個(gè)不小于0. 05咖的過盈配合量通過熱套組合為一體，然后 再軸向磁化。主要基于由于內(nèi)外磁環(huán)均采用高通量密度的燒結(jié)式釹鐵硼稀土磁體，但這種材料的工 作溫度點(diǎn)較低，脆性較大，熱膨脹系數(shù)極小，抗拉強(qiáng)度也低，因此，轉(zhuǎn)子6高速旋轉(zhuǎn)時(shí)內(nèi)磁環(huán)13會 因無法抵抗離心力的作用而破壞，必須要用外層保護(hù)套15給內(nèi)磁環(huán)13 —個(gè)沿徑向壓緊的預(yù)應(yīng)力并加 以保護(hù)。但由于內(nèi)磁壞13的脆性較大，若采用液壓力，用一個(gè)不小于0. 025mm的過盈配合量將兩者 壓入，而又不使內(nèi)磁環(huán)13被壓壞是不太可能的，最好的方法就是采取熱套后再軸向磁化的工藝。
這樣做，不僅不會因熱套而影響內(nèi)磁環(huán)13被磁化的均勻性，還可以控制內(nèi)磁環(huán)13的徑向壓緊預(yù) 應(yīng)力在一定范圍內(nèi)。
內(nèi)磁環(huán)組件12裝配后，軟磁墊圈16、內(nèi)套14和外層保護(hù)套15的外圓周相鄰接觸面之間采用激 光焊接為一體，以增強(qiáng)內(nèi)磁環(huán)組件12的機(jī)械強(qiáng)度。
圖3中，外磁環(huán)組件24由三個(gè)拼塊式外磁環(huán)25、兩層軟磁襯墊條27、 一個(gè)壓板26、三個(gè)磁平衡 定心圈28和一個(gè)外磁環(huán)座29組成。磁平衡定心圈28和外磁環(huán)座29最好采用鋁合金隔磁，壓板26 最好采用銅合金隔磁。
由于采用了拼塊式外磁環(huán)25,增大了永磁徑向軸承2的徑向剛度，雖然這一特征在圖3中未表示 出。這是由于磁體的磁密分布主要集中在磁體的較淺表層，如果將外磁環(huán)做成多個(gè)拼塊式結(jié)構(gòu)，就可 以明顯增大外磁環(huán)25內(nèi)圓周上的磁場密度。并且，還可以通過調(diào)整外磁環(huán)25的拼塊數(shù)和布置方式， 改變轉(zhuǎn)子6的磁懸浮受力狀態(tài)。
外磁環(huán)25之間粘貼有多條錐形的軟磁襯墊條27，以構(gòu)成對冷卻氣流形成收斂加速狀的冷卻fflit， 從空氣制冷機(jī)1出口引入的深冷氣體，通過溫度傳感器10對內(nèi)外磁環(huán)進(jìn)行適時(shí)溫控。
圖4和圖5中的永磁徑向軸承2的磁力平衡中心點(diǎn)測量與控制，首先是要盡可能地保證內(nèi)磁環(huán)13 和外磁環(huán)25被磁化的均勻性，尤其是內(nèi)磁環(huán)13，因?yàn)樗鼪Q定了轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)精度。
圖4中，根據(jù)三組磁環(huán)和轉(zhuǎn)子6系上所有零部件的總重量，在三座標(biāo)測量儀上測量出裝有磁平衡 定心圈28的一對單組外磁環(huán)25與三分之一總重量的模擬轉(zhuǎn)子系30的磁力平衡中心點(diǎn)，即模擬轉(zhuǎn)子 系30的旋轉(zhuǎn)中心。
以此中心點(diǎn)加工外磁環(huán)25上的磁平衡定心圈28，得到一對單組永磁徑向軸承2的磁力平衡中心 與外磁環(huán)組件24的裝配幾何中心重合點(diǎn)。
6而后，按照圖5，將裝有磁平衡定心圈28的三組外磁環(huán)25和轉(zhuǎn)子6系上的所有零部件按照裝配 要求放置于V型鐵上，360度轉(zhuǎn)動三組外磁環(huán)25并調(diào)整相對角度，使三組外磁環(huán)25在任一角度上的 轉(zhuǎn)軸20中心變動量控制在0 0. 005m范圍內(nèi)，再將三組外磁環(huán)25作組合定位標(biāo)記后進(jìn)行裝配。
圖2中，轉(zhuǎn)子鐵心繞組19上的端環(huán)21與動平衡套18之間隔有雙面絕緣金屬片22，并在端環(huán)21 的外凸臺上噴涂有一層絕緣漆膜23,動平衡套18將端環(huán)21外凸臺徑向固定。
轉(zhuǎn)子鐵心繞組19、動平衡套18、襯套17和滑動推力軸承7,用一個(gè)與轉(zhuǎn)軸20不小于0. 05咖的 過盈配合量，熱套到轉(zhuǎn)軸20上；內(nèi)磁環(huán)組件12用一個(gè)與轉(zhuǎn)軸20不小于0. 02mm的過盈配合量，通過 液壓安裝到轉(zhuǎn)軸20上；角接觸球軸承8與轉(zhuǎn)軸20之間采用0. 004 0. 007咖的間隙配合裝配。
圖6中的轉(zhuǎn)子鐵心繞組19是這樣設(shè)計(jì)的-
采用一定厚度的圓形閉口槽轉(zhuǎn)子鐵心沖片31,將數(shù)塊沖片按一定的規(guī)格長度疊壓成圓筒形，由插 入轉(zhuǎn)子鐵心槽道中的導(dǎo)條32與端環(huán)21冷鉚連接，整體構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵心繞組19;
導(dǎo)條32采用抗拉強(qiáng)度高的冷拔硬化紫銅條，端環(huán)21采用高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的耐熱鉻鋯銅；
導(dǎo)條32與轉(zhuǎn)子鐵心槽壁33之間的間隙采用圖7所示的冷旋壓工藝使之相互緊貼，以保證轉(zhuǎn)子6 在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)不會因?qū)l32抖動而導(dǎo)致的動不平衡現(xiàn)象發(fā)生；
轉(zhuǎn)子鐵心繞組19的外圓周上相鄰兩導(dǎo)條之間沿軸向采用激光焊接形成焊帶34,以增強(qiáng)轉(zhuǎn)子6的 機(jī)械強(qiáng)度。
由于圖2中的整體直圓柱狀的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子6結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)子6的機(jī)械強(qiáng)度和剛 度，由圖l所表示的空氣制冷機(jī)l，轉(zhuǎn)子6的圓周線速度可以穩(wěn)定達(dá)到200迅/s以上，效果是顯著的。<image>image see original document page 8</image><image>image see original document page 9</image>
權(quán)利要求
1、一種用于高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子(6)，包括永磁懸浮與滾動軸承輔助支承的準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19)和轉(zhuǎn)軸(20)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁懸浮與滾動軸承輔助支承的準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)，包括永磁徑向軸 承(2)、角接觸球軸承(8)和滑動推力軸承(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁徑向軸承(2)，包括采取n-2 6組軸向磁化的內(nèi)外磁環(huán)并置且按極性相同裝配，構(gòu)成多組斥力型永磁徑向軸承(2); 單組永磁徑向軸承的徑向剛度》i x轉(zhuǎn)子系重力(N) /萍；內(nèi)磁環(huán)組件(12)由內(nèi)磁環(huán)(13)、軟磁墊圈(16)和非導(dǎo)磁材料的內(nèi)套(14)及外層保護(hù)套(15) 組成；內(nèi)磁環(huán)(13)與外層保護(hù)套(15)之間用一個(gè)不小于0.05m的過盈配合量通過熱套組合為一體， 然后再軸向磁化；內(nèi)磁環(huán)組件(12)上的軟磁墊圈(16)、內(nèi)套(14)和外層保護(hù)套(15)的外畫周相鄰接觸面之 間采用激光焊接為一體；外磁環(huán)組件(24)由拼塊式外磁環(huán)(25)、軟磁襯墊條(27)和非導(dǎo)磁材料的壓板(26)、磁平衡定心 圈(28)、外磁環(huán)座(29)組成；外磁環(huán)(25)之間粘貼有多條錐形的軟磁襯墊條(27)，以構(gòu)成對冷卻氣流形成收斂加速狀的冷卻 通道。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子(6),永磁徑向軸承(2)的磁力平衡中心 點(diǎn)的測量與控制，包括；根據(jù)磁環(huán)組數(shù)和轉(zhuǎn)子(6)系上所有零部件的總重量，在三座標(biāo)測量儀上測量出裝有磁平衡定心 圈(28)的一對單組外磁環(huán)(25)與n分之一總重量的模擬轉(zhuǎn)子系(30)的磁力平衡中心點(diǎn)，即模擬 轉(zhuǎn)子系(30)的旋轉(zhuǎn)中心；以此中心點(diǎn)加工外磁環(huán)(25)上的磁平衡定心圈(28),得到一對單組永磁徑向軸承(2)的磁力 平衡中心與外磁環(huán)組件(24)的裝配幾何中心重合點(diǎn)；而后，將裝有磁平衡定心圈(28)的n組外磁環(huán)(25)和轉(zhuǎn)子(6)系上的所有零部件按照裝配荽 求放置于V型鐵上，360度轉(zhuǎn)動外磁環(huán)(25)并調(diào)整相對角度，使n組外磁環(huán)(25)在任一角度上的轉(zhuǎn)軸 (20)中心變動量控制在精度范圍內(nèi)，再將n組外磁環(huán)(25)作組合定位標(biāo)記。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子(6),其結(jié)構(gòu)特征是轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19)上的端環(huán)(21)與動平衡套(18)之間隔有雙面絕緣金屬片(22)，并在端環(huán)(21)的外凸臺上噴涂有一層絕緣漆膜(23)，動平衡套(18)將端環(huán)(21)外凸臺徑向固定；轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19)、動平衡套(18)、襯套(17)和滑動推力軸承(7),用一個(gè)與轉(zhuǎn)軸(20)不 小于0.05咖的過盈配合量，熱套到轉(zhuǎn)軸(20)上；內(nèi)磁環(huán)組件(12)用一個(gè)與轉(zhuǎn)軸(20)不小于0.02mm的過盈配合量，通過液壓安裝到轉(zhuǎn)軸(20)上; 角接觸球軸承(8)與轉(zhuǎn)軸(20)之間采用0.004 0.007咖的間隙配合裝配。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19)，包括采用一定厚度的圓形閉口槽轉(zhuǎn)子鐵心沖片(31)，將數(shù)塊沖片按一定的規(guī)格長度疊壓成圓筒形， 由插入轉(zhuǎn)子鐵心槽道中的導(dǎo)條(32)與端環(huán)(21)冷鉚連接，整體構(gòu)成轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19); 導(dǎo)條(32)采用紫銅條，端環(huán)(21)采用高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的有色金屬合金； 導(dǎo)條(32)與轉(zhuǎn)子鐵心槽壁(33)之間的間隙，采用冷旋壓工藝使之相互貼緊； 轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19)的外圓周上相鄰兩導(dǎo)條之間沿軸向采用激光焊接形成'庳帶(34)。
7、 一種高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括一個(gè)權(quán)利栗求1所述的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子(6)。
全文摘要
一種根據(jù)本發(fā)明的用于高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子，包括永磁懸浮與滾動軸承輔助支承的準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子鐵心繞組和轉(zhuǎn)軸。準(zhǔn)磁浮支承系統(tǒng)中的永磁徑向軸承采取軸向磁化的內(nèi)外磁環(huán)多組并置，角接觸球軸承作為徑向輔助支承，并與滑動推力軸承共同承受軸向推力；轉(zhuǎn)子鐵心沖片采用圓形閉口槽，鐵心繞組采取冷鉚聯(lián)接；內(nèi)磁環(huán)上設(shè)有隔磁內(nèi)套和外層保護(hù)套，外磁環(huán)間設(shè)有冷卻氣道。采用本發(fā)明的準(zhǔn)磁浮混合軸承支承式轉(zhuǎn)子及該高速感應(yīng)電動旋轉(zhuǎn)機(jī)械，轉(zhuǎn)子圓周線速度可以穩(wěn)定達(dá)到200m/s以上，效果是顯著的。
文檔編號H02K7/08GK101662180SQ20081007018
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者伍懷秋, 君 何, 何應(yīng)明 申請人:何 君;伍懷秋;何應(yīng)明