[发明专利]准磁浮混合轴承支承式转子及该高速感应电动旋转机械

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高速感应电动旋转机械的准磁浮混合轴承支承式转子，特别涉及用于大容量的由高速感应电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机等的转子，其中转子以例如不小于每分钟数万转的高速旋转。本发明也涉及包括该转子的其它高速感应电动旋转机械。

背景技术

大功率、高转速的高速感应电动机(20kw，60000/min以上)设计主要有两大技术问题要解决：一是轴承设计；二是电机高速旋转时防止转子产生变形而破坏。目前，对这种大功率、高转速的电机轴承设计一般都考虑采用电磁轴承与滚动轴承混合支承的主动型磁力轴承支承方式，而仅用陶瓷球滚动轴承是无法满足电动机大功率、高转速的运行条件的。并且这种磁力轴承的电控和制造复杂，价格昂贵、可靠性较低，目前还不能商品化；液体滑动轴承因电机高速旋转时的摩擦损失较大和空气滑动轴承的承载力小等原因而受到一定程度的使用限制。本发明的永磁悬浮与滚动轴承辅助支承的准磁浮支承系统，采取轴向磁化的内外磁环多组并置作为径向主轴承，角接触球轴承作为径向辅助支承，并与滑动推力轴承共同承受轴向推力。准磁浮支承系统运行稳定、可靠。

对于电机的转子铁心绕组结构，目前，国内外鼠笼式高速感应电动机分别采用铸铝笼型和铜笼型两种。大容量、高转速的电机转子铁心冲片一般都采用圆形闭口槽。由于大容量、高转速的电机转子铁心绕组采用铸铝笼型在电机的电磁设计上有一定的难度，以及铝笼浇铸的质量控制和材质不易保证等原因，电机的电气性能参数得不到保证和运行可靠性受到影响。

世界著名的瑞士IBAG公司的高速三相异步电动机的转子铁心绕组有分别采用铜笼型和铸铝笼型的，目前已普遍采用铜笼型。据了解，国外的铜笼型制造工艺有采用真空融化焊接铜粉形成铜条，类似于粉末冶金高温烧结工艺，这样可以保证铜条和铁心槽道的贴合度，但工艺复杂、成本太高且技术不太成熟。

另一种工艺是，铜笼型转子铁心绕组的端环和导条联接采用焊接方式，但由此而导致的是焊接后的端环和导条端部材料变软，无法抵抗材料超高速旋转产生的离心力作用而破坏，一般都要在端环上加保护套，但由此又会引起端环的散热条件恶化。

本发明的高速感应电动旋转机械的转子铁心绕组采取冷铆联接，端环部分具有足够的抗拉强度，在保证电动机磁学特性的前提下，克服了转子高速旋转时导条对铁心轮缘和端环轮缘的离心力破坏作用，保证了电机可靠运行。

本发明的目的，是提供一种用于高速感应电动旋转机械的准磁浮混合轴承支承式转子和包括该转子的高速感应电动旋转机械。

发明内容

发明采取的技术方案是一种用于高速感应电动旋转机械的准磁浮混合轴承支承式转子，包括：永磁悬浮与滚动轴承辅助支承的准磁浮支承系统、转子铁心绕组和转轴。准磁浮支承系统包括：永磁径向轴承、角接触球轴承和滑动推力轴承。

永磁径向轴承采取轴向磁化的内外磁环多组并置作为主支承，角接触球轴承作为径向辅助支承，并与滑动推力轴承共同承受轴向推力。滑动推力轴承上带有冷却滚动轴承的风扇叶片，转轴上的构件采取过盈等方式连接。

本发明的有益效果是高速感应电动旋转机械的转子圆周线速度可以达到200m/s以上，电机运行稳定、可靠。

附图说明

图1是一种作为包括本发明的转子的高速感应电动旋转机械的空气制冷机主视图。

图2是本发明的准磁浮混合轴承支承式转子的主视图。

图3是图1中的外磁环组件视图。

图4是本发明的一对单组永磁径向轴承磁力平衡中心点的测量与控制图。

图5是本发明的一对三组永磁径向轴承磁力平衡中心点的测量与控制图。

图6是图2中的转子铁心绕组的主视图。

图7是转子铁心绕组的冷旋压工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图描述本发明的具体实施例。图1表示为一种空气制冷机1的主视图，该制冷机1由一台包括本发明的准磁浮混合轴承支承式转子6的电动机直接驱动。图1中，空气制冷机1在其中部包括一电动机4。电动机4包括准磁浮混合轴承支承式转子6和定子5。转子6采用一对三组永磁径向轴承2作为主支承，一对角接触球轴承8作为径向辅助支承，并与一对滑动推力轴承7共同承受轴向推力。滑动推力轴承7上带有冷却角接触球轴承8的风扇叶片，当低压滑油喷射到高速旋转的滑动推力轴承7上时，依靠其上的风扇叶片将滑油击成雾状对角接触球轴承8进行润滑和冷却。制冷叶轮9和压气叶轮1固定在转子6的两个轴端部上。永磁径向轴承2上设有温度传感器10和磁拉力显示计3。

图2表示上述空气制冷机1的准磁浮混合轴承支承式转子6。