[發明專利]永磁同步磁懸浮高速電機直驅空氣壓縮機

有效

• 申請號: 201210351226.7
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102828973A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 熊萬里;蔣旭光;姚永利;鐘添明;呂浪
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: F04D25/06
• 分類號: F04D25/06;F04D29/056;F04D29/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及空氣壓縮機，尤其涉及永磁同步磁懸浮高速電機直驅空氣壓縮機。

背景技術

空氣壓縮機是廣泛應用于冶金、礦山、化工、天然氣輸送和環境處理等領域的高能耗設備。據統計，空氣壓縮機的電機系統能耗占工業部門電能總消耗量的30%以上。由于空氣壓縮機能耗總量大，通過提高工作效率產生的節能經濟效益十分顯著，而現在我國生產的高效率電機僅占電機總銷量的1%左右，因此在我國空氣壓縮機行業產量大、能耗高、涉及國民經濟面廣的現實條件下，開發高速高效節能的空氣壓縮機顯得尤為迫切。

傳統的空氣壓縮機產品廣泛采用“中低速電機——齒輪增速箱——葉輪”模式，其電機轉速低、齒輪增速箱結構復雜、體積大、噪音高、能耗高、調速控制困難，數字化智能化程度低，系統維護成本較高。

現有高速電機按照類型可分為交流異步電機和永磁同步電機。與交流異步電機相比，永磁同步電機功率因素高，功率密度大，工作效率高，節能降耗效果明顯，非常適合于提高電機的工作轉速和工作效率，如果能夠采用永磁同步高速電機直驅葉輪的結構制作空氣壓縮機，將大大提高空氣壓縮機產品的各項性能，但是，受現有永磁同步高速電機自身結構的限制，這種直驅結構還無法直接應用，原因如下：

1、現有永磁同步高速電機的轉子結構無法滿足直接驅動空氣壓縮機所需要的高轉速和高強度要求?？諝鈮嚎s機通常需要很大的輸出功率，電機轉子結構的徑向尺寸較大，在高速運轉時轉子結構需要承受的離心力相應也非常大，但現有的永磁同步高速電機的轉子結構難以滿足這種高強度需求。目前，永磁同步高速電機的轉子結構主要有整體式磁鋼、表貼式加碳纖維固定磁鋼兩種。整體式磁鋼的不足之處在于，磁鋼套裝到主軸上高速運轉時由于離心力使環形磁鋼膨脹導致過盈量減小，從而導致磁鋼與轉子之間的正壓力減小，可傳遞的摩擦力和扭矩減小，容易出現電機轉子相對主軸的圓周方向滑動，而如果增大預加的過盈量，脆性的轉子磁鋼可能出現斷裂等故障；表貼式加碳纖維固定磁鋼結構的主要弱點在于：碳纖維包裹轉子磁鋼非常不利于轉子的散熱，而如果轉子溫度過高會使永磁體退磁導致電機功能故障，且碳纖維在使用時間長或裝配過程中出現微量破損后，高速運轉時很容易在離心力作用下不斷擴展，最終導致轉子磁鋼甩出甚至出現爆炸事故。

2、現有永磁同步高速電機的主軸軸承結構不適應空氣壓縮機轉速高、軸向負荷大等工況要求。現有高速電機上采用的軸承主要有滾動軸承、液體滑動軸承和空氣軸承等。滾動軸承的優點是容易實現標準化和系列化生產，但是由于空氣壓縮機工作時葉輪的高速旋轉會產生很大的軸向力，將滾動軸承類型的止推軸承用來承受空氣壓縮機軸向載荷時，高速運轉時滾動體的離心力會對滾道產生很大的動載荷，導致溫升增大甚至燒毀軸承或滾動體甩出軸承外造成事故。液體滑動軸承剛度高、承載能力大，但是由于高速時液體介質磨損發熱，導致無功損耗大，降低了電機的有效輸出功率，不適應空氣壓縮機的大輸出功率要求。空氣軸承有利于實現高速度，但是剛度低、承載能力有限，只適用于輕型轉子，不能滿足空氣壓縮機的工況要求。除了軸承本身的原因外，現有高速電機中的止推軸承和徑向軸承是分離的，導致電機結構尺寸大，軸向跨距大，不利于提高電機的臨界工作轉速，不適應空氣壓縮機的高轉速要求；其次，由于電機兩端的軸承結構不對稱，不利于將兩端軸承做成同樣的結構，軸承互換性不好，不利于降低制造成本，縮短生產周期。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、體積小、可控性好、能耗低、維護成本低的永磁同步磁懸浮高速電機直驅空氣壓縮機。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種永磁同步磁懸浮高速電機直驅空氣壓縮機，包括電機主軸、電機定子、永磁體電機轉子、殼體、壓縮機葉輪和一對分設于殼體前后兩端的軸承總成，所述電機定子套設于殼體內，所述電機主軸置于電機定子內，并通過一對軸承總成支承于殼體上，所述壓縮機葉輪裝設于所述電機主軸前端，所述軸承總成為磁懸浮軸承總成，所述永磁體電機轉子包括多個永磁體磁條和設于所述電機主軸外周面上的多個磁條固定槽，所述永磁體磁條鑲嵌于所述磁條固定槽內。

所述永磁體磁條和磁條固定槽相互楔緊配合。

所述永磁體磁條和磁條固定槽的橫截面為相互配合的倒梯形，所述倒梯形的長底邊的兩角部設有圓弧倒角。

所述空氣壓縮機還包括兩個轉子動平衡環，所述兩個轉子動平衡環分設于永磁體電機轉子兩端，并對所述永磁體磁條軸向限位。

所述一對軸承總成結構相同且對稱設置。