CN102200136B - 一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机，包括压气机叶轮、永磁同步电机转子、电机定子、前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承、涡壳和电机壳体；永磁同步电机转子的一端连接压气机叶轮，电机定子驱动永磁同步电机转子旋转，前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承悬浮支撑永磁同步电机转子，涡壳设置在压气机叶轮外围，电机壳体位于电机定子、前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承和永磁同步电机转子的外围。本发明通过高速电动机的永磁同步电机转子直接驱动压气机叶轮，省却了复杂昂贵的增速系统，降低噪音和机械损失，可以提高整机效率，系统简单，安装运输方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机，属于鼓风机技术领域。
背景技术
电机鼓风机是一种在电力作用下，驱动压气机叶轮旋转对空气做功提高空气压力的装置。现有的电机鼓风机通常是采用增速系统对普通工频电动机增速后驱动压气机叶轮旋转做功。而增速系统十分复杂，重量大，占地面积多，造价昂贵，需要专门配套的滑油系统，齿轮传动噪声大，存在一定机械损失；普通工频电动机功率密度低，体积和重量大，噪声高；并且增速系统和普通工频电动机都需要应用轴承，受制于轴承的摩擦和寿命，转动速度不能做到很高，导致系统整体功率密度低，体积巨大，在和压气机叶轮进行功率匹配时存在一定困难；且由于工频电机转速恒定，如要调节鼓风机的供气量，必须添加非常复杂的进气控制系统，增加了制造成本及控制难度。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种不使用增速系统而能够高速旋转的低噪声、高效率的且供气量可调节的电机直驱鼓风机。
一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机，包括压气机叶轮、永磁同步电机转子、电机定子、前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承、涡壳和电机壳体；
永磁同步电机转子的一端连接压气机叶轮，电机定子驱动永磁同步电机转子旋转，前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承悬浮支撑永磁同步电机转子，涡壳设置在压气机叶轮外围，电机壳体位于电机定子、前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承和永磁同步电机转子的外围。
本发明的优点在于：
系统结构简单、功率密度大、整机效率高、环保，其具体表述如下。
(1)本发明通过高速电动机的永磁同步电机转子直接驱动压气机叶轮，省却了复杂昂贵的增速系统，降低噪音和机械损失，可以提高整机效率，系统简单，安装运输方便；
(2)使用了先进的永磁同步电机转子而非普通转子，降低了损耗，可以提高整机效率，；
(3)使用永磁同步电机转子使得磁场强度更大，且转子尺寸更小，故而可以适用于更高的转速，磁场强度和转速的同步提高可以大大提高电机的功率；
(4)使用永磁同步电机转子，可以通过变频电源直接驱动，实现电机的软启动以及变频调速功能，减弱机器启动时对电网的冲击，并通过转子速度的变化，改变压气机叶轮的功率，调节鼓风机的进气量和供气量，以简单的方式实现供气可调；
(5)用前述空气轴承代替了普通的滚子轴承，空气轴承处于永磁同步电机转子和电机壳体之间，通过形成高压气膜隔绝永磁同步电机转子和轴承间的物理接触，可以使永磁同步电机转子无摩擦转动，能极大程度地提高电机转子的转速，实现高速旋转，可以提高整机效率，同时增加机器的使用寿命；
(6)用空气轴承代替普通的滚子轴承后，省却了复杂笨重的滑油系统，减轻系统重量，并免除了滑油泄露的可能，可用于医药行业等高洁净无污染的应用。
附图说明
图1是本发明的一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机的结构示意图；
图2是本发明的永磁同步电机转子与压气机叶轮位置关系示意图；
图3是本发明的前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承与永磁同步电机转子位置关系示意图。
图中：
1-压气机叶轮；2-永磁同步电机转子；3-电机定子；4-前径向空气轴承；5-后径向空气轴承；6-轴向止推空气轴承；7-涡壳；8-电机壳体；9-反撬螺母；10-止推盘。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机，如图1所示，包括压气机叶轮1、永磁同步电机转子2、电机定子3、前径向空气轴承4、后径向空气轴承5、轴向止推空气轴承6、涡壳7和电机壳体8。
永磁同步电机转子2的一端连接压气机叶轮1，电机定子3驱动永磁同步电机转子2旋转，前径向空气轴承4、后径向空气轴承5、轴向止推空气轴承6悬浮支撑永磁同步电机转子2，涡壳7包围压气机叶轮1，电机壳体8包围电机定子3、前径向空气轴承4、后径向空气轴承5、轴向止推空气轴承6、永磁同步电机转子2。
如图2所示，永磁同步电机转子2是将多条磁钢镶嵌在转轴表面，后磨削到精度，永磁同步电机转子2的伸出轴穿过压气机叶轮1的中心通孔，然后套上反撬螺母9将压气机叶轮1压紧在永磁同步电机转子2伸出轴的台阶面上固定，压气机叶轮1的做功旋转方向是固定的，反撬螺母9的旋向与旋转方向反向，则在旋转时，由于摩擦力的作用可使螺母进一步旋紧，起到防松的作用。压气机叶轮1由永磁同步电机转子2直接带动。
如图3所示，永磁同步电机转子2由前径向空气轴承4、后径向空气轴承5和轴向止推空气轴承6共同支撑；前径向空气轴承4和后径向空气轴承5的轴瓦和转子的轴承面之间存在2μm～25μm的间隙，工作时将形成高压气膜隔绝两个面的接触，提供径向支撑力，并通过永磁同步电机转子2的高速旋转定心；同时，在永磁同步电机转子2的轴上设有一个止推盘10，止推盘10的两侧安装前径向空气轴承4和轴向止推空气轴承6，前径向空气轴承4上设有轴向止推气孔，前径向空气轴承4与止推盘、轴向止推空气轴承6与止推盘之间的间隙为2μm～25μm左右，工作时形成高压气膜提供轴向止推力。
如图1、图3所示，电机定子3由硅钢片叠加并绕上线圈而成，置于电机定子3外围，三相供电，直接由变频器驱动，可实现变频调速功能。前径向空气轴承4、后径向空气轴承5、轴向止推空气轴承6和电机定子3都安装在电机壳体8中，通过微间隙配合，轴向用端盖和台阶面进行定位。电机壳体8内设有轴向的圆柱形气路通道，用于给前径向空气轴承4、后径向空气轴承5和轴向止推空气轴承6提供高压气体。
本发明鼓风机工作时，首先开启外置高压气源，通过电机壳体8内的轴向的圆柱形气路通道给电机两端的前径向空气轴承4、后径向空气轴承5和轴向止推空气轴承6分别提供高压气体，经空气轴承的喷嘴小孔喷出后在轴和轴承间隙里形成高压气膜，使永磁同步电机转子2悬浮起来。前径向空气轴承4、后径向空气轴承5提供径向支撑，轴向止推空气轴承6提供轴向支撑，保证永磁同步电机转子2完全脱离和其他部件的物理接触。这样，极大地降低了永磁同步电机转子2运转的摩擦力和噪音，在电机壳体8内部的电机定子3驱动下，可以实现高速旋转，提高了整个鼓风机的效率和寿命。
气源打开，前径向空气轴承4、后径向空气轴承5、轴向止推空气轴承6开始工作以后，启动变频电源给电机定子3供电，在交变磁场的作用下驱动永磁同步电机转子2旋转，而永磁同步电机转子2的前端利用螺帽挤压压气机叶轮1到后座上的摩擦力由永磁同步电机转子2带动压气机叶轮1直接旋转，压气机叶轮1旋转做功，将吸入的大气压空气压缩后经涡壳7排出供气；当需要调节供气流量时，调节变频电源的输出频率，改变永磁同步电机转子2旋转速度，进而影响压气机叶轮1的功率，即可调节供气流量。
当要停止工作时，首先将变频器输出频率缓慢调节至零，待永磁同步电机转子2完全停转以后，再关闭外置气源停止供气。
前径向空气轴承4、后径向空气轴承5、轴向止推空气轴承6的使用大大提高了电机的转速，可以由永磁同步电机转子2直接带动压气机叶轮1旋转，省却了复杂的中间增速系统和轴系，极大地降低了成本，噪音，占地面积和机械损失，使得电机直驱鼓风机便于携带搬运，安放简单，运转高效。
Claims (2)
1.一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机，其特征在于，包括压气机叶轮、永磁同步电机转子、电机定子、前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承、涡壳和电机壳体；永磁同步电机转子的一端连接压气机叶轮，电机定子驱动永磁同步电机转子旋转，前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承悬浮支撑永磁同步电机转子，涡壳设置在压气机叶轮外围，电机壳体位于电机定子、前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承和永磁同步电机转子的外围，所述的永磁同步电机转子的伸出轴穿过压气机叶轮的中心通孔，套上反撬螺帽将压气机叶轮压紧在永磁同步电机转子伸出轴的台阶面上固定，所述的反撬螺帽的旋向与压气机叶轮旋转方向相反，所述的前径向空气轴承、后径向空气轴承的轴瓦和永磁同步电机转子的轴承面之间设有5μm～25μm的间隙，所述的永磁同步电机转子的轴上设有一个止推盘，止推盘的两侧安装前径向空气轴承和轴向止推空气轴承，前径向空气轴承与止推盘、轴向止推空气轴承与止推盘之间的间隙为5μm～25μm，所述的前径向空气轴承上设有轴向止推气孔，所述的前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承和电机定子都安装在电机壳体中，所述的前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承和电机定子分别与电机壳体通过微间隙配合，所述的前径向空气轴承、后径向空气轴承、轴向止推空气轴承和电机定子轴向用端盖和台阶面进行定位，所述的电机壳体内设有轴向的圆柱形气路通道，用于给前径向空气轴承、后径向空气轴承和轴向止推空气轴承提供高压气体。
2.根据权利要求1所述的一种空气悬浮供气可调高速电机直驱鼓风机，其特征在于，所述的电机定子由硅钢片叠加并绕上线圈而成，线圈置于电机定子外围，对线圈三相供电，电机定子直接由变频器驱动，实现变频调速功能。
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