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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)軸承混合支承的主動(dòng)型磁力軸承支承方式，而僅用陶瓷球滾 動(dòng)軸承是無法滿足電動(dòng)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(dòng)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(dòng) 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(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(huì)引起端環(huán)的散熱條件惡化。
本發(fā)明的高速感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)推力軸承共同承受軸向推力?；瑒?dòng)推力軸承上帶有冷卻滾動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(tái)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(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。圖1中，空氣制冷機(jī)1在其中部 包括一電動(dòng)機(jī)4。電動(dòng)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(duì)三組永磁徑 向軸承2作為主支承， 一對(duì)角接觸球軸承8作為徑向輔助支承，并與一對(duì)滑動(dòng)推力軸承7共同承受軸 向推力?；瑒?dòng)推力軸承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(dòng) 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(duì)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(huì) 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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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?qǐng)D5，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(dòng)三組外磁環(huán)25并調(diào)整相對(duì)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(dòng)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(dòng)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(tái)上噴涂有一層絕緣漆膜23,動(dòng)平衡套18將端環(huán)21外凸臺(tái)徑向固定。
轉(zhuǎn)子鐵心繞組19、動(dòng)平衡套18、襯套17和滑動(dòng)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(huì)因?qū)l32抖動(dòng)而導(dǎo)致的動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)外磁環(huán)(25)并調(diào)整相對(duì)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(dòng)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(dòng)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(tái)上噴涂有一層絕緣漆膜(23)，動(dòng)平衡套(18)將端環(huán)(21)外凸臺(tái)徑向固定；轉(zhuǎn)子鐵心繞組(19)、動(dòng)平衡套(18)、襯套(17)和滑動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(hào)H02K7/08GK101662180SQ20081007018
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)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(qǐng)人:何 君;伍懷秋;何應(yīng)明