CN101418996A - 一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机 - Google Patents

一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，属制冷空调领域。总成由压气机、涡轮机分置于高速电机两端，三者同轴组成。高速电机采用具有静压旋驱作用的浮动式滑动轴承，冷却系统采用外循环水式冷却装置对电机进行强制换热。工作原理是：高速电机旋转时，压气机输出具有一定能量的压缩空气通过中冷器到涡轮机绝热等熵膨胀，一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量；另一部分焓降则转变为机械功输出，与高速电机共同驱动压气机旋转，周而复始。涡轮机采用三边切线进气，提高了制冷效率。该发明具有体积小、重量轻、性价比高等特点，适用于汽车空调等。

Description

一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机
技术领域
本发明公开了一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，属制冷空调领域。总成由高速电机、涡轮机、压气机组成，涡轮机、压气机分置于高速电机两端，三者同轴，电机功率可达20kw/6万r/min以上。工作原理是：高速电机旋转时，压气机输出具有一定能量的压缩空气通过中冷器到涡轮机绝热等熵膨胀，一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量；另一部分焓降则转变为机械功输出，与高速电机共同驱动压气机旋转，周而复始。涡轮机采用三边切线进气，提高了制冷效率。
该装置具有性价比高，体积小、重量轻等特点，适用于采用空气循环制冷的汽车空调等。
背景技术
目前，国内外汽车空调全都采用蒸气压缩制冷技术，这种制冷方式是以完全消耗发动机动力为代价，同时还要满足工质环保性要求。根据《蒙特利尔协议》，2000年已开始禁止使用R12，目前，一致公认R134a是汽车空调R12的首选替代物，我国正在开发这种R134a汽车空调，但本质上还是蒸气压缩式制冷机空调系统。
利用发动机废热作为汽车制冷系统的能源是当今世界许多发达国家都在研究的节能新技术。随着世界能源资源的匮乏和全球性气候变暖，以及我国政府对能源和环保的高度重视，汽车空调未来的发展方向从节能和环境保护考虑就是，采用新的节能和环保技术以及自动控制技术(诸如模糊控制技术等)等，以减少温室效应，节能减排，保护环境。
因此，开发一种节能、环保，且性价比高、可靠性好的新型汽车空调系统由此提出。
本发明—一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，是移植当今世界先进的军用航空技术成果创造性地应用于地面设备，具有明显的节能效果和技术先进性，适用于汽车空调等。
发明内容
一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，由图1中的压气机(2)、涡轮机(20)分置于高速电机(9)两端，三者同轴组成。高速电机(9)采用具有静压旋驱作用的浮动式滑动轴承(13)，冷却系统由外循环水式冷却装置对电机(9)的定子外部和两端轴承进行强制换热，并从涡轮机(20)出口引入一部份冷气通入电机内部，与电机转子(10)铁芯两端上的风扇轮(8)共同构成对内部的风冷。其工作原理是：图2中，采用变频器控制的高速电机(9)旋转时，压气机(2)输出具有一定能量的压缩空气通过中冷器(27)到涡轮机(20)绝热等熵膨胀，一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量；另一部分焓降则在哥氏力作用下直接无损失地转变为机械功输出，与高速电机(9)共同驱动压气机(2)旋转，周而复始。涡轮机(20)采用三边切线进气，提高了制冷效率。
具体实施方式
附图1 一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机结构总图
附图2 高速电机驱动的空气制冷机原理图
附图3 具有静压旋驱作用的浮动式滑动轴承图
附图4 三边切线进气涡轮机图
系统设计的主要特点是：图1中，高速电机(9)采用具有静压旋驱作用的浮动式滑动轴承(13)，电机转子(10)与固定的左右轴承座(21，6)之间有一浮动套，即浮动轴承(13)，其内外径均有配合间隙，端面设置销钉(24)限制其转动，工作时内外两层均有油膜，可产生浮动。图3中，在浮动轴承(13)的长度方向上开有两排孔，内侧的一排为切向喷孔，外侧的一排为径向喷孔。每孔中心线相对轴承孔的中心线偏转一定角度，孔的出口内腔上设置有小油腔。内侧的切向喷孔均布在电机转子(10)轴径的圆周切线方向上，各孔的中心线与轴承孔中心线相互平行或垂直。在浮动轴承(13)的推力轴承面上和左右轴承座(21，6)的端面圆周上还各开有一定的小孔，以使浮动轴承(13)工作时在轴向上产生浮动和平衡轴向推力。另外，浮动轴承(13)的端面上还设置有沿电机转子(10)旋转方向收敛的单向斜面排油槽。
当润滑系统工作时，电机转子轴(10)被润滑油浮起，在压力油的作用下，通过设置在浮动轴承(13)上的切向喷孔，压力油驱使电机转子轴(10)自行旋转，此时，由布置在压气机(2)端的传感器(1)采集信号，判断制冷机是否可以开始工作，同时也减小起动电流。
图1中，两侧的止推轴承(14)分别安置于高速电机(9)的两侧，形成“H”型的止推轴承(14)布置方式。
图1中，电机转子轴(10)的铁芯两端和电机(9)左右两侧的密封轴套(5，18)上设置有螺纹密封槽，与左密封盖I(16)、左密封盖II(12)和右密封盖I(4)、右密封盖II(7)分别组成对两端轴承的螺旋式密封，并在左密封盖I(16)和右密封盖I(4)上安置挡油罩(15)，泄漏油通过设置在左右密封盖上的内泄道从回油口被双联式抽送油泵带回油箱。
图1中，定子外壳(23)上钎焊有散热翅片(11)，与本体(22)组成外水套；左密封盖I(16)和左水套盖(17)组成左水套；右密封盖I(4)和右水套盖(3)组成右水套。电机转子(10)的铁芯两端上设置有兼作动平衡套的风扇轮(8)。电机(9)的冷却由外循环水式冷却装置通过外水套和左右水套对定子的外部和两端轴承进行强制换热，并从涡轮机(20)出口引入一部份冷气通入电机(9)内部，与电机转子(10)铁芯两端上的风扇轮(8)共同构成对内部的风冷。
图1中，涡轮机(20)采用三边切线进气。同时，右端的压气机(2)上布置有转速传感器(1)，可适时监测高速电机(9)的运行情况。
图4中，压缩空气经蜗壳(26)从三边沿涡轮(19)的切线方向通过喷嘴(25)直接冲击涡轮(19)高速旋转。

Claims (8)

1、一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，由图1中的压气机(2)、涡轮机(20)分置于高速电机(9)两端，三者同轴组成；高速电机(9)采用具有静压旋驱作用的浮动式滑动轴承(13)，冷却系统由外循环水式冷却装置对电机(9)的定子外部和两端轴承进行强制换热，并从涡轮机(20)出口引入一部份冷气通入电机内部，与电机转子(10)铁芯两端上的风扇轮(8)共同构成对内部的风冷；涡轮机(20)采用三边切线进气。
2、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图1中高速电机(9)采用具有静压旋驱作用的浮动式滑动轴承(13)，电机转子(10)与固定的左右轴承座(21，6)之间有一浮动套，即浮动轴承(13)，其内外径的配合间隙为0.04-0.06mm，长度为电机转子(10)轴承轴径的0.9-1.1倍，端面设置销钉(24)限制其转动。
3、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图3中浮动轴承(13)的长度方向上开有两排孔，外侧的径向喷孔在圆周上均布4—8个，每孔中心线相对轴承孔的中心线偏转45度，孔径1—3mm，孔长为孔径的0.3—0.8倍，孔的出口内腔上设置长度4—8mm、宽度8—12mm的小油腔，深度为0.1-0.15mm，两排孔间距a与浮动轴承(13)的长度L之比在1/4-1/2之间，轴向均分；内侧的切向喷孔在电机转子(10)轴径的圆周切线方向上均布4—8个，各孔的中心线与轴承孔中心线相互平行或垂直，距轴承孔中心的距离b为轴承孔半径的0.85-0.9倍，孔径1—3mm；浮动轴承(13)的推力轴承面上和左右轴承座(21，6)的端面圆周上还各开有三个均布的直径为0.8-1.0mm的小孔；浮动轴承(13)的端面上还均布六条宽4—8mm、深0.2—0.6mm的沿电机转子(10)旋转方向收敛的单向斜面排油槽。
4、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图1中两侧的止推轴承(14)分别安置于高速电机(9)的两侧，形成“H”型的止推轴承(14)布置方式。
5、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图1中电机转子轴(10)的铁芯两端和电机(9)左右两侧的密封轴套(5，18)上设置有矩形螺纹密封槽，与左密封盖I(16)、左密封盖II(12)和右密封盖I(4)、右密封盖II(7)分别组成对两端轴承的螺旋式密封，并在左密封盖I(16)和右密封盖I(4)上安置挡油罩(15)，泄漏油通过设置在左右密封盖上的内泄道从回油口被双联式抽送油泵带回油箱。
6、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图1中定子外壳(23)上钎焊有散热翅片(11)，与本体(22)组成外水套；左密封盖I(16)和左水套盖(17)组成左水套，右密封盖I(4)和右水套盖(3)组成右水套；电机转子(10)的铁芯两端上设置有兼作动平衡套的风扇轮(8)；电机(9)的冷却由外循环水式冷却装置通过外水套和左右水套对定子的外部和两端轴承进行强制换热，并从涡轮机(20)出口引入一部份冷气通入电机(9)内部，与电机转子(10)铁芯两端上的风扇轮(8)共同构成对内部的风冷。
7、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图1中涡轮机(20)采用三边切线进气；右端的压气机(2)上布置有转速传感器(1)，可适时监测高速电机(9)的运行情况。
8、根据权利要求1所述的一种带静压旋驱的浮动轴承式高速电机驱动的空气制冷机，其特征在于图4中压缩空气经蜗壳(26)从三边沿涡轮(19)的切线方向通过喷嘴(25)直接冲击涡轮(19)高速旋转。
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