CN101581509A - 一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动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动机两端,三者同轴组成。高速电动机采用浮动轴承与滚动轴承共同支承的双轴承结构,冷却系统采用外循环水式冷却装置对电机进行强制换热,转子铁心绕组为双鼠笼、双金属导条式结构并采用冷铆方式联接。工作原理是:高速电动机旋转时,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而获得制冷量,并对外输出机械功,与高速电动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
技术领域
本发明涉及高速感应电动机和高速感应电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机等,电动机转速以不小于每分钟数万转的高速旋转。工作原理是:高速电动机旋转时,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而获得制冷量,并对外输出机械功,与高速电动机共同驱动压气机旋转,周而复始。
本发明具有性价比高,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。
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,需大力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。
对于这种空气循环制冷的新型汽车空调系统,一是需要有大功率(20kW以上)、高转速(60000r/min以上)的高速电动机;二是需要对发动机的废能驱动系统优化设计,合理利用。
然而,大功率、高转速的高速电动机设计有两大主要技术问题要解决:一是轴承设计;二是电动机高速旋转时防止转子产生变形而破坏。目前,对这种大功率的高速电动机轴承设计在飞机的环控系统上一般都考虑采用电磁轴承或空气轴承,但对应用于大客车这种工况的交通工具而言几乎是没有意义的。而陶瓷球滚动轴承又无法满足电动机大功率、高转速的运行条件,且抗震性较差、润滑条件苛刻等。因此,唯一能考虑选择的是滑动轴承。本发明的双轴承结构,采取以浮动式动静压滑动轴承为主支承,陶瓷球滚动轴承仅作为接触保护的辅助轴承配之使用,应用效果显著。
对于电动机的转子结构,目前,国内外鼠笼式高速感应电动机的转子分别采用铸铝笼型和铜笼型两种。大容量(20kW以上)、高转速(60000r/min以上)的电动机转子铁心冲片一般都采用闭口槽。由于大容量、高转速的电动机转子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有分别采用铜笼型和铸铝笼型的,但目前已普遍采用铜笼型转子。据了解,国外的铜笼型转子制造工艺一般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。另一方面,由于铜的密度很大,电动机高速旋转时导条产生的离心力在很大程度上限制了转速的进一步提高。
本发明的双鼠笼式高速感应电动机的转子铁心绕组为双鼠笼、双金属导条式结构并采用冷铆方式联接,在保证电动机磁学特性的前提下,减小了转子高速旋转时上导条对铁心轮缘和端环轮缘的离心力作用,由此可以提高电机的转速和可靠性。
本发明的目的,是提供一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,用于汽车空调等。
发明内容
发明采取的技术方案是一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机。工作原理是:高速电动机旋转时,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而获得制冷量,并对外输出机械功,与高速电动机共同驱动压气机旋转,周而复始。
本发明的有益效果是高速感应电动机的转子圆周线速度可以达到220m/s稳定、可靠运行。
附图说明
图1是本发明的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机主视图
图2是图1中的浮动轴承视图
图3是图1中的滑动轴承座、浮动轴承及挡销的组合视图
图4是图1中的转子结构主视图
图5是图4中的双鼠笼式转子铁心绕组主视图
图6是双鼠笼式转子铁心绕组的冷旋压工艺示意图
图7是图1中的三边切线进气涡轮机示意图
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中的压气机(1)、涡轮机(12)分置于高速电动机(10)两端,三者同轴组成。高速电动机(10)采用浮动轴承(16)与滚动轴承(14)共同支承的双轴承结构;冷却系统由外循环水式冷却装置对定子(9)和两端轴承进行强制换热,并从涡轮机(12)出口引出一部份冷气通入高速电动机(10)内部冷却;高速电动机(10)的转子铁心绕组(19)为双鼠笼、双金属导条式结构并采用冷铆方式联接;涡轮机(12)采用三边切线进气,提高了制冷效率。
图1中高速电动机(10)的主轴承采用具有静压旋驱作用的浮动轴承(16),其外径与滑动轴承座(5)轴承孔的间隙为0.04-0.06mm,内径与转子(18)的轴承间隙为0.07-0.12mm,长度为内径的0.9-1.1倍,端面设置图3所示的销钉(24)限制其转动。
图2中浮动轴承(16)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(16)的长度L之比在1/4-1/2之间,轴向均分;内侧的切向喷孔在轴承内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(16)的推力轴承面上和滑动轴承座(5)的端面上还各开有三个均布的直径为0.8-1.0mm的小孔;浮动轴承(16)的端面上还均布六条宽4-8mm、深0.2-0.6mm的沿转子(18)旋转方向收敛的单向斜面排油槽。
当润滑系统工作时,转子(18)被润滑油浮起,在压力油的作用下,通过设置在浮动轴承(16)上的切向喷孔,压力油驱使转子(18)自行旋转,此时,由布置在压气机(1)端的传感器(22)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,止推轴承(15)分置于高速电动机(10)两端的浮动轴承(16)外侧,形成“H”型的止推轴承(15)布置方式。两侧的止推轴承(15)旁,安置有作为辅助支承的左、右接触保护滚动轴承(14),其润滑通过滑动轴承座(5)上的分流针管(4)引入高压滑油喷射到止推轴承(15)上,依靠高速旋转的止推轴承(15)在滚动轴承座(5)端沿的“半遮式”容腔内将滑油形成雾状进行。
图1中左、右端的滚动轴承(14)和碟形弹簧(20)构成对转子(18)的轴向限位和热伸长调节。
图1中转子(18)两端的螺旋密封套(13,21)和图4中双鼠笼式转子铁芯绕组(19)两侧的动平衡-螺旋密封套(24)上设置有矩形螺纹密封槽,与左水套盖(11)、右水套盖(2)和左、右内密封盖(6)分别组成对两端轴承的密封,少量泄漏油通过设置在盖体内的泄油道从回油口被双联式抽送油泵带回油箱。
图1中定子外壳(7)与本体(8)组成定子水套;左、右滚动轴承座(3)分别与左水套盖(11)和右水套盖(2)组成左、右水套;图3中的滑动轴承座(5)上设置有独立的水套。高速电动机(10)的冷却由外循环水式冷却装置通过定子水套、左右水套和滑动轴承座(5)水套对定子(9)和两端轴承进行强制换热,并从涡轮机(12)出口引出一部份冷气通入高速电动机(10)内部冷却。
图1中的左、右滑动轴承座(5)和左、右内密封盖(6)的腔体壁上粘贴有泡沫塑料(17),以吸收润滑油高速喷甩出的撞击能量,降低油温和减少泄漏。
图4中高速电动机(10)的转子(18)结构包括:双鼠笼式转子铁心绕组(19)、用不锈钢材料制作的动平衡-螺旋密封套(24)和转轴(25)。双鼠笼式转子铁心绕组(19)与两侧的动平衡-螺旋密封套(24)采用热套方式固定于转轴(25)的中部,并由动平衡-螺旋密封套(24)将双鼠笼式转子铁心绕组(19)的两端外凸台径向固定。
图5中双鼠笼式转子铁心绕组(19)包括:
采用一定厚度的双笼圆形闭口槽转子铁心冲片(27),将数块冲片按一定的规格长度叠压成圆筒形,由插入转子铁心(26)槽道中的上导条(28)和下导条(29)与铆接板(33)冷铆连接。铆接后的转子铁心(26)经机加后将压板(32)与铆接板(33)过盈组合,由铆接板(33)和压板(32)组成端环(34),整体构成双鼠笼式转子铁心绕组(19);
上导条(28)采用导电性和比强度较高的形变铝合金;下导条(29)采用冷变形硬化紫铜;端环(34)最好采用高导电性、高强度、耐热铬锆铜合金。在保证电动机磁学特性的前提下,减小转子(18)高速旋转时上导条(28)对转子铁心(26)轮缘和端环(34)轮缘的离心力作用,由此可以提高电机的转速和可靠性;
上导条(28)与转子铁心(26)槽壁之间的间隙,采用图6所示的冷旋压工艺使之相互贴紧,增加贴合度;
转子铁心(26)的外圆周上相邻两导条之间沿轴向采用激光焊接形成焊带(30),增强转子(18)的机械强度;
铆接板(33)和上导条(28)的铆接端部凸台与压板(32)上的浅腔台阶过盈组合,并在铆接板(33)与压板(32)的圆周端部结合处采用冷旋压工艺使两金属相互胶合,防止空气渗入端环(34)内部氧化。
图4中双鼠笼式转子铁心绕组(19)与转轴(25)热套后,端环(34)的外凸台上喷涂有一层如图5所示的绝缘漆(31),防止高速电动机(10)运转时端环(34)电流通过动平衡-螺旋密封套(24)与转轴(25)短接而引起转轴(25)的附加发热。
图7中涡轮机(12)采用三边切线进气蜗壳(35),沿涡轮(37)的切线方向通过喷嘴(36)直接冲击涡轮(37)高速旋转。右端的压气机(1)上布置有转速传感器(22),可适时监测高速电动机(10)的运行情况。
Claims (13)
1、一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,由压气机(1)、涡轮机(12)分置于高速电动机(10)两端,三者同轴组成。高速电动机(10)采用浮动轴承(16)与滚动轴承(14)共同支承的双轴承结构;冷却系统由外循环水式冷却装置对定子(9)和两端轴承进行强制换热,并从涡轮机(12)出口引出一部份冷气通入高速电动机(10)内部冷却;高速电动机(10)的转子铁心绕组(19)为双鼠笼、双金属导条式结构并采用冷铆方式联接;涡轮机(12)采用三边切线进气。
2、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是高速电动机(10)的主轴承采用具有静压旋驱作用的浮动轴承(16),外径与滑动轴承座(5)轴承孔的间隙为0.04-0.06mm,内径与转子(18)的轴承间隙为0.07-0.12mm,长度为内径的0.9-1.1倍,端面设销钉(23)限制其转动。
3、根据权利要求2所述的浮动轴承(16),其特征是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(16)的长度L之比在1/4-1/2之间,轴向均分;内侧的切向喷孔在轴承内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(16)的推力轴承面上和滑动轴承座(5)的端面上还各开有三个均布的直径为0.8-1.0mm的小孔;浮动轴承(16)的端面上还均布六条宽4-8mm、深0.2-0.6mm的沿转子(18)旋转方向收敛的单向斜面排油槽。
4、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是止推轴承(15)分置于电动机(10)两端的浮动轴承(16)外侧,形成“H”型的止推轴承(15)布置方式。
5、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是两侧的止推轴承(15)旁,安置有作为辅助支承的左、右接触保护滚动轴承(14)。其润滑通过滑动轴承座(5)上的分流针管(4)引入高压滑油喷射到止推轴承(15)上,依靠高速旋转的止推轴承(15)在滚动轴承座(5)端沿的“半遮式”容腔内将滑油形成雾状进行。
6、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是左右端的滚动轴承(14)和碟形弹簧(20)构成对转子(18)的轴向限位和热伸长调节。
7、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是转子(18)两端的螺旋密封套(13,21)和双鼠笼式转子铁芯绕组(19)两侧的动平衡一螺旋密封套(24)上设置有矩形螺纹密封槽,与左水套盖(11)、右水套盖(2)和左、右内密封盖(6)分别组成对两端轴承的密封,少量泄漏油通过设置在盖体内的泄油道从回油口被双联式抽送油泵带回油箱。
8、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是定子外壳(7)与本体(8)组成定子水套;左、右滚动轴承座(3)分别与左水套盖(11)和右水套盖(2)组成左、右水套;滑动轴承座(5)上设置有独立的水套。高速电动机(10)的冷却由外循环水式冷却装置通过定子水套、左右水套和滑动轴承座(5)水套对定子(9)和两端轴承进行强制换热,并从涡轮机(12)出口引出一部份冷气通入电动机(10)内部冷却。
9、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是左、右滑动轴承座(5)和左、右内密封盖(6)的腔体壁上粘贴有泡沫塑料(17)。
10、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是高速电动机(10)的转子(18)结构包括,双鼠笼式转子铁心绕组(19)、非导磁材料的动平衡-螺旋密封套(24)和转轴(25)。双鼠笼式转子铁心绕组(19)与两侧的动平衡-螺旋密封套(24)采用热套方式固定于转轴(25)的中部,并由动平衡-螺旋密封套(24)将双鼠笼式转子铁心绕组(19)的两端外凸台径向固定。
11、根据权利要求10所述的双鼠笼式转子铁心绕组(19),其特征是:
采用一定厚度的双笼圆形闭口槽转子铁心冲片(27),将数块冲片按一定的规格长度叠压成圆筒形,由插入转子铁心(26)槽道中的上导条(28)和下导条(29)与铆接板(33)冷铆连接。铆接后的转子铁心(26)经机加后将压板(32)与铆接板(33)过盈组合,由铆接板(33)和压板(32)组成端环(34),整体构成双鼠笼式转子铁心绕组(19);
上导条(28)采用导电性和比强度较高的形变铝合金;下导条(29)采用冷变形硬化紫铜;端环(34)采用高导电性、高强度、耐热铜合金;
上导条(28)与转子铁心(26)槽壁之间的间隙,采用冷旋压工艺使之相互贴紧;
转子铁心(26)的外圆周上相邻两导条之间沿轴向采用激光焊接形成焊带(30);
铆接板(33)和上导条(28)的铆接端部凸台与压板(32)上的浅腔台阶过盈组合,并在铆接板(33)与压板(32)的圆周端部结合处采用冷旋压工艺使两金属相互胶合。
12、根据权利要求10所述的转子(18)结构,其特征是双鼠笼式转子铁心绕组(19)与转轴(25)热套后,端环(34)的外凸台上喷涂有一层绝缘漆(31)。
13、根据权利要求1所述的一种双轴承、双鼠笼式高速感应电动机驱动的空气制冷机,其特征是涡轮机(12)采用三边切线进气蜗壳(35),沿涡轮(37)的切线方向通过喷嘴(36)直接冲击涡轮(37)高速旋转。右端的压气机(1)上布置有转速传感器(22),可适时监测高速电动机(10)的运行情况。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091118 |