[实用新型]永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机

说明书

技术领域

本实用新型涉及空气压缩机，尤其涉及永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机。

背景技术

空气压缩机是广泛应用于冶金、矿山、化工、天然气输送和环境处理等领域的高能耗设备。据统计，空气压缩机的电机系统能耗占工业部门电能总消耗量的30%以上。由于空气压缩机能耗总量大，通过提高工作效率产生的节能经济效益十分显著，而现在我国生产的高效率电机仅占电机总销量的1%左右，因此在我国空气压缩机行业产量大、能耗高、涉及国民经济面广的现实条件下，开发高速高效节能的空气压缩机显得尤为迫切。

传统的空气压缩机产品广泛采用“中低速电机——齿轮增速箱——叶轮”模式，其电机转速低、齿轮增速箱结构复杂、体积大、噪音高、能耗高、调速控制困难，数字化智能化程度低，系统维护成本较高。

现有高速电机按照类型可分为交流异步电机和永磁同步电机。与交流异步电机相比，永磁同步电机功率因素高，功率密度大，工作效率高，节能降耗效果明显，非常适合于提高电机的工作转速和工作效率，如果能够采用永磁同步高速电机直驱叶轮的结构制作空气压缩机，将大大提高空气压缩机产品的各项性能，但是，受现有永磁同步高速电机自身结构的限制，这种直驱结构还无法直接应用，原因如下：

1、现有永磁同步高速电机的转子结构无法满足直接驱动空气压缩机所需要的高转速和高强度要求。空气压缩机通常需要很大的输出功率，电机转子结构的径向尺寸较大，在高速运转时转子结构需要承受的离心力相应也非常大，但现有的永磁同步高速电机的转子结构难以满足这种高强度需求。目前，永磁同步高速电机的转子结构主要有整体式磁钢、表贴式加碳纤维固定磁钢两种。整体式磁钢的不足之处在于，磁钢套装到主轴上高速运转时由于离心力使环形磁钢膨胀导致过盈量减小，从而导致磁钢与转子之间的正压力减小，可传递的摩擦力和扭矩减小，容易出现电机转子相对主轴的圆周方向滑动，而如果增大预加的过盈量，脆性的转子磁钢可能出现断裂等故障；表贴式加碳纤维固定磁钢结构的主要弱点在于：碳纤维包裹转子磁钢非常不利于转子的散热，而如果转子温度过高会使永磁体退磁导致电机功能故障，且碳纤维在使用时间长或装配过程中出现微量破损后，高速运转时很容易在离心力作用下不断扩展，最终导致转子磁钢甩出甚至出现爆炸事故。

2、现有永磁同步高速电机的主轴轴承结构不适应空气压缩机转速高、轴向负荷大等工况要求。现有高速电机上采用的轴承主要有滚动轴承、液体滑动轴承和空气轴承等。滚动轴承的优点是容易实现标准化和系列化生产，但是由于空气压缩机工作时叶轮的高速旋转会产生很大的轴向力，将滚动轴承类型的止推轴承用来承受空气压缩机轴向载荷时，高速运转时滚动体的离心力会对滚道产生很大的动载荷，导致温升增大甚至烧毁轴承或滚动体甩出轴承外造成事故。液体滑动轴承刚度高、承载能力大，但是由于高速时液体介质磨损发热，导致无功损耗大，降低了电机的有效输出功率，不适应空气压缩机的大输出功率要求。空气轴承有利于实现高速度，但是刚度低、承载能力有限，只适用于轻型转子，不能满足空气压缩机的工况要求。除了轴承本身的原因外，现有高速电机中的止推轴承和径向轴承是分离的，导致电机结构尺寸大，轴向跨距大，不利于提高电机的临界工作转速，不适应空气压缩机的高转速要求；其次，由于电机两端的轴承结构不对称，不利于将两端轴承做成同样的结构，轴承互换性不好，不利于降低制造成本，缩短生产周期。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小、可控性好、能耗低、维护成本低的永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种永磁同步磁悬浮高速电机直驱空气压缩机，包括电机主轴、电机定子、永磁体电机转子、壳体、压缩机叶轮和一对分设于壳体前后两端的轴承总成，所述电机定子套设于壳体内，所述电机主轴置于电机定子内，并通过一对轴承总成支承于壳体上，所述压缩机叶轮装设于所述电机主轴前端，所述轴承总成为磁悬浮轴承总成，所述永磁体电机转子包括多个永磁体磁条和设于所述电机主轴外周面上的多个磁条固定槽，所述永磁体磁条镶嵌于所述磁条固定槽内。

所述永磁体磁条和磁条固定槽相互楔紧配合。

所述永磁体磁条和磁条固定槽的横截面为相互配合的倒梯形，所述倒梯形的长底边的两角部设有圆弧倒角。

所述空气压缩机还包括两个转子动平衡环，所述两个转子动平衡环分设于永磁体电机转子两端，并对所述永磁体磁条轴向限位。

所述一对轴承总成结构相同且对称设置。