CN108757460A - 一种永磁支承及电磁直驱涡旋压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，包括定盘、偏心小轴、动盘和机架；机架和定盘通过螺栓联接装配在一起，动盘与三个偏心小轴间隙配合，机架也与三个偏心小轴上的轴承过盈配合，动定盘涡旋齿形成压缩气体容腔。本发明的结构设计特点在于该压缩机涡旋齿的轴向尺寸受到的限制较小，能够增大压缩气体容积，改善偏心小轴的工作状态，用永磁体磁场降低或消除倾覆力矩，用电磁力驱动动盘以压缩气体，能够克服现有涡旋压缩机的不足，改善了涡旋压缩机的工作状态，并增大了排气量，提高其使用寿命。

Description

一种永磁支承及电磁直驱涡旋压缩机
技术领域
本发明涉及涡旋压缩机领域，尤其涉及一种永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机。
背景技术
目前市场上出现的和以往的研究文献资料中的涡旋压缩机大部分都由电机驱动，驱动主轴与轴承一起装配在动盘背面的中心位置，电机把动力通过驱动主轴传递给动盘，在偏心小轴的约束下动盘沿圆周平移，容腔容积不断变小，从而完成对气体的压缩，压缩过程中，气体力、惯性力、离心力等作用在动盘上，使动盘上产生倾覆力矩，当动盘涡旋齿轴向尺寸较大时，倾覆力矩变大，在其作用下，易于导致泄漏间隙不均匀，泄漏增大，及涡齿发生碰撞等情况，增加了压缩机的功耗和机器运转的不稳定性，因此涡齿的轴向尺寸受到限制，造成涡旋压缩机容积较小，相对其他类型压缩机排气量偏小。驱动主轴与动盘之间的相互作用力较大，容易引起驱动主轴上的轴承磨损，并且涡盘中心位置温度最高，从而导致驱动主轴的轴承温度较高，受热胀冷缩影响，轴承的工作间隙发生改变，造成轴承无法在正常状态下工作，加速轴承的磨损，甚至导致保持架发生变形，轴承滚子脱落等情况；在高温状态下轴承润滑脂容易挥发变干，不能起到应有的润滑作用，大幅度缩短轴承的寿命。若通过增大盘径的方法增大涡旋压缩机的容积，则动涡旋径向尺寸和驱动主轴偏心距变大，从而导致离心惯性力增大，动涡盘的倾覆力矩也随之增加，也会引起出现泄漏增大和碰齿现象。为消除或减小倾覆力矩，一种办法是在动涡盘上一定位置开设背压孔，引介于吸、排气之间的中间压力到背压腔中，借以将动盘托起并紧贴在静涡旋盘端面上，达到平衡轴向气体力及倾覆力矩的目的，这种做法引入了动密封部件，增加了结构的复杂程度，仅适用于封闭工作状态，由于背压孔位置固定和盘径的限制，也不适用于电机变速或大气量的情况；另一种消除倾覆力矩方法是使驱动轴承内嵌，使动盘上的作用力通过驱动主轴，由于驱动轴承内嵌，动定盘中心位置（即高压处）无涡旋齿，因此排气压力降低，并且轴承嵌入的深度受限，该方法使容积的增加程度有限，驱动轴承嵌入动盘内部，也增大了润滑和冷却的难度。
所以如何设计一种永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，克服现有涡旋压缩机中电机连接曲柄驱动动盘时，曲柄轴承工作环境恶劣，动盘倾覆力矩过大的不足。是业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术的上述不足，提出了一种永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，包括定盘、设置在定盘后方的机架、设置在机架内侧的动盘、以及设置在动盘后方的偏心小轴，所述动盘包括动盘永磁体、安装在动盘永磁体后侧的动盘隔磁材料、安装在动盘隔磁材料后端的动盘硅钢片、以及设置在动盘硅钢片后方的动盘基体；所述机架包括机架基体、设置在机架基体内侧的机架硅钢片、设置在机架硅钢片前端的机架隔磁材料、设置在机架隔磁材料前方的机架永磁体、设置在机架基体一侧的冷却风进气孔、以及设置在机架基体另一侧的冷却风排气孔；所述定盘包括侧面的侧板、以及设置在侧板一端的第一涡旋齿；所述动盘基体包括底板、设置在底板一端的第一圆柱体、设置在底板另一端的散热片、设置在第一圆柱体内侧的第二涡旋齿、以及设置在底板端部的第一轴承凸台；所述第一圆柱体上过盈装配有所述动盘永磁体、一组动盘硅钢片和动盘隔磁材料，三个第一轴承凸台沿圆周均布在动盘背面；所述机架基体包括立板、设置在立板前端的第二圆柱体、以及设置在第二圆柱体内部的第二轴承凸台；所述机架永磁体、隔磁材料和机架硅钢片过盈安装在第二圆柱体上，且所述机架硅钢片每个轭部均缠绕一组线圈，三个第二轴承凸台沿圆周均布在立板底面。
优选地，所述机架基体和动盘基体上都有三个轴承座孔，孔内安装滚动轴承，滚动轴承的内圈与偏心小轴配合，偏心小轴支承动盘在定盘内转动。
优选地，所述机架上的机架永磁体和动盘上的动盘永磁体对应，且机架上的机架硅钢片和动盘上的动盘硅钢片对应。
优选地，所述机架上的机架永磁体和动盘上的动盘永磁体磁性方向相反。
优选地，所述机架上的一组机架硅钢片制成圆盘形，再在外圆上冲成有偶数个齿极和轭部的形状，在每个轭部缠绕导线，相邻的轭部绕线方向相同。
优选地，所述动盘硅钢片制成圆盘形。
优选地，所述动盘和定盘通过三个偏心小轴连接形成内部空腔。
优选地，所述动盘永磁体和机架永磁体的材料为钕铁硼。
优选地，所述动盘基体、机架基体、动盘隔磁材料和机架隔磁材料的材料均采用铝合金。
本发明的设计要点在于结构简单，用永磁体磁场降低或消除倾覆力矩，用电磁力驱动动盘以压缩气体，能够克服现有涡旋压缩机的不足，改善了涡旋压缩机的工作状态，噪声小，工作状态可调控，排气量增加，效率高，提高其使用寿命。
与现有技术相比，本发明的结构设计特点在于提供一种永磁支承及电磁驱动涡旋压缩机，用永磁体磁场降低或消除倾覆力矩，用电磁力驱动动盘以压缩气体，能够克服现有涡旋压缩机的不足，改善了涡旋压缩机的工作状态，并增大了排气量，提高其使用寿命。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的机架结构示意图；
图3为本发明的缠绕有导线的机架硅钢片示意图；
图4为本发明的机架基体结构示意图；
图5为本发明的动盘结构示意图；
图6为本发明的动盘基体结构示意图；
图7为本发明的定盘结构示意图；
图8为本发明的侧面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。
如图1至7所示，本发明提出的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，包括定盘1、设置在定盘1后方的机架14、设置在机架14内侧的动盘13、以及设置在动盘13后方的偏心小轴6，动盘13包括动盘永磁体2、安装在动盘永磁体2后侧的动盘隔磁材料3、安装在动盘隔磁材料3后端的动盘硅钢片4、以及设置在动盘硅钢片4后方的动盘基体5；机架14包括机架基体7、设置在机架基体7内侧的机架硅钢片8、设置在机架硅钢片8前端的机架隔磁材料9、设置在机架隔磁材料9前方的机架永磁体10、设置在机架基体7一侧的冷却风进气孔11、以及设置在机架基体7另一侧的冷却风排气孔12；定盘1包括侧面的侧板101、以及设置在侧板101一端的第一涡旋齿102；动盘基体5包括底板501、设置在底板501一端的第一圆柱体502、设置在底板501另一端的散热片503、设置在第一圆柱体502内侧的第二涡旋齿504、以及设置在底板501端部的第一轴承凸台505；第一圆柱体502上过盈装配有动盘永磁体2、一组动盘硅钢片4和动盘隔磁材料3，三个第一轴承凸台505沿圆周均布在动盘背面；机架基体7包括立板701、设置在立板701前端的第二圆柱体702、设置在第二圆柱体702内部的第二轴承凸台703；机架永磁体10、隔磁材料9和机架硅钢片8过盈安装在第二圆柱体702上，且机架硅钢片8每个轭部均缠绕一组线圈，三个第二轴承凸台703沿圆周均布在立板701底面。
机架基体7和动盘基体5上都有三个轴承座孔，孔内安装滚动轴承，滚动轴承的内圈与偏心小轴6配合，偏心小轴6支承动盘13在定盘1内转动，另一端滚动轴承外圈与动盘轴承孔间隙配合，偏心小轴6约束动盘13的运动轨迹；机架14上的机架永磁体10和动盘13上的动盘永磁体2对应，且机架14上的机架硅钢片8和动盘13上的动盘硅钢片4对应；机架14上的机架永磁体10和动盘13上的动盘永磁体2磁性方向相反，相互之间存在斥力；定盘1和机架14通过螺栓联接固连在一起。机架14上的一组机架硅钢片8制成圆盘形，再在外圆上冲成有偶数个齿极和轭部的形状，在每个轭部缠绕导线，相邻的轭部绕线方向相同；机架硅钢片8呈圆环状，并切割成齿状，构成多个齿极和轭部，在每个轭部位置缠绕导线。
动盘硅钢片4制成圆盘形，动盘13和定盘1通过三个偏心小轴6连接形成内部空腔，动盘永磁体2和机架永磁体10的材料为钕铁硼，动盘基体5、机架基体7、动盘隔磁材料3和机架隔磁材料9的材料均采用铝合金。
具体使用时，机架上的一组机架硅钢片的轭部缠绕导线，每根导线依次通电，导线通电时在其周围产生磁场，磁感线在机架硅钢片内部沿着齿极、轭部分布，并进入动盘硅钢片形成回路，此时机架硅钢片齿极为磁场磁极，轭部为磁场磁轭，磁极对动盘硅钢片有磁力作用，使动盘产生运动，由于偏心小轴的存在，动盘只能沿半径为偏心距的圆周平移，当定盘磁极中点在动盘硅钢片圆心与机架硅钢片圆心的连线上时，在该磁极动盘移动方向侧的线圈断电，同时相邻的下一个线圈通电，依次类推，在磁力的作用下，动盘不断发生移动，完成对气体的压缩过程。动盘永磁体和机架永磁体之间产生的斥力，能够减小或消除由气体对动盘的径向力和动盘离心力所引起作用在动盘上的倾覆力矩。
值得一提的是，在驱动方面该结构采用的是永磁体之间形成的排斥力作为动力源，不采用电机驱动，避免使用现有涡旋压缩机中常用的驱动主轴及其轴承，避免了主轴驱动时其所存在的高温、热膨胀、润滑脂易变干导致润滑效果变差等恶劣的工作环境，克服了高温、热膨胀、缺乏润滑带来的轴承卡死、滚动体脱落、磨损严重等一系列问题。动定盘永磁体产生的斥力能够减小或消除气体对动盘的径向力、动盘离心力导致的倾覆力矩，打破了涡旋齿轴向尺寸不能过长的局限，增大了排气量。由于不需要驱动主轴，也避免了装配过程中驱动主轴与偏心小轴易发生径向装配尺寸干涉的问题。
上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利和保护范围应以所附权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：包括定盘（1）、设置在定盘（1）后方的机架（14）、设置在机架（14）内侧的动盘（13）、以及设置在动盘（13）后方的偏心小轴（6），所述动盘（13）包括动盘永磁体（2）、安装在动盘永磁体（2）后侧的动盘隔磁材料（3）、安装在动盘隔磁材料（3）后端的动盘硅钢片（4）、以及设置在动盘硅钢片（4）后方的动盘基体（5）；所述机架（14）包括机架基体（7）、设置在机架基体（7）内侧的机架硅钢片（8）、设置在机架硅钢片（8）前端的机架隔磁材料（9）、设置在机架隔磁材料（9）前方的机架永磁体（10）、设置在机架基体（7）一侧的冷却风进气孔（11）、以及设置在机架基体（7）另一侧的冷却风排气孔（12）；所述定盘（1）包括侧面的侧板（101）、以及设置在侧板（101）一端的第一涡旋齿（102）；所述动盘基体（5）包括底板（501）、设置在底板（501）一端的第一圆柱体（502）、设置在底板（501）另一端的散热片（503）、设置在第一圆柱体（502）内侧的第二涡旋齿（504）、以及设置在底板（501）端部的第一轴承凸台（505）；所述第一圆柱体（502）上过盈装配有所述动盘永磁体（2）、一组动盘硅钢片（4）和动盘隔磁材料（3），三个第一轴承凸台（505）沿圆周均布在动盘背面；所述机架基体（7）包括立板（701）、设置在立板（701）前端的第二圆柱体（702）、以及设置在第二圆柱体（702）内部的第二轴承凸台（703）；所述机架永磁体（10）、隔磁材料（9）和机架硅钢片（8）过盈安装在第二圆柱体（702）上，且所述机架硅钢片（8）每个轭部均缠绕一组线圈，三个第二轴承凸台（703）沿圆周均布在立板（701）底面。
2.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述机架基体（7）和动盘基体（5）上都有三个轴承座孔，孔内安装滚动轴承，滚动轴承的内圈与偏心小轴（6）配合，偏心小轴（6）支承动盘（13）在定盘（1）内转动。
3.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述机架（14）上的机架永磁体（10）和动盘（13）上的动盘永磁体（2）对应，且机架（14）上的机架硅钢片（8）和动盘（13）上的动盘硅钢片（4）对应。
4.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述机架（14）上的机架永磁体（10）和动盘（13）上的动盘永磁体（2）磁性方向相反。
5.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述机架（14）上的一组机架硅钢片（8）制成圆盘形，再在外圆上冲成有偶数个齿极和轭部的形状，在每个轭部缠绕导线，相邻的轭部绕线方向相同。
6.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述动盘硅钢片（4）制成圆盘形。
7.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述动盘（13）和定盘（1）通过三个偏心小轴（6）连接形成内部空腔。
8.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述动盘永磁体（2）和机架永磁体（10）的材料为钕铁硼。
9.如权利要求1所述的永磁支承及电磁直接驱动的涡旋压缩机，其特征在于：所述动盘基体（5）、机架基体（7）、动盘隔磁材料（3）和机架隔磁材料（9）的材料均采用铝合金。
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