CN113765249A - 一种磁悬浮轴流风机的转子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁悬浮轴流风机的转子结构，包括集成式转子总成，所述集成式转子总成包括磁体核心和设置于磁体核心两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴与后半轴，所述前半轴的前端设置有散热叶轮，所述后半轴的后端设置有动叶轮，其中，所述前半轴与后半轴均具备独立磁场。通过将磁体核心之间集成设置于转子中部，并在磁体核心前后连接具备独立磁场的半轴组件，实现风机转子各磁场互不干扰，独立工作，显著提升转子性能。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机生产制造技术领域，尤其是涉及一种磁悬浮轴流风机的转子结构。
背景技术
轴流通风机广泛地应用于各种通风系统中，轴流通风机中的电机在工作中会产生大量的热量，使轴流通风机整体温度升高。目前市场上的轴流风机的散热方法主要有以下几种，其一是空气冷却，空气冷却的高速电机系统无漏液问题，维护方便，但冷却效率很低，电机体积大；液套冷却采用油或水-乙二醇作为冷却介质，一般与转子自扇风冷合用；其二是蒸发冷却，蒸发冷却采用R123等工质作为冷却介质，冷却效率最高，但维护困难。其三是液套冷却，液套冷却采用油或水-乙二醇作为冷却介质，一般与转子自扇风冷合用。其中，液套定子冷却与自扇转子冷却相结合的方案采用最为广泛，技术也较为成熟。
例如中国专利文献（公告号：CN106160315A）公开了“带两叶轮的磁悬浮电机纯风冷散热结构”，具有前轴向轴承、前叶轮推力盘、前径向轴承、机壳、定子、转子、后径向轴承、后叶轮推力盘、后轴向轴承，机壳具有散热翅片、机壳通风孔结构，定子具有定子与机壳间风道、定子轴向通风孔、定子径向风道及定子与转子间气隙结构。由前叶轮推力盘与所述后叶轮推力盘运转形成风压，冷却空气自机壳通风孔进入定子径向风道中，一部分流经定子与转子间气隙，一部分流经定子轴向通风孔，其余流经定子与机壳间风道，之后气流汇合经前叶轮推力盘与所述后叶轮推力盘抽吸排出电机。
上述技术方案采用叶轮推力盘省去了相应风机，简化了电机的散热结构，并且结合了轴向通风与径向通风的优先，提高了散热效率。但该方案中缺少磁场布局，无法确保磁悬浮组件与转子磁场互不干扰，这会对风机性能产生影响。
发明内容
针对背景技术中提到的风机缺乏磁场布局，导致内部磁场之间相互干扰而影响风机运行性能的问题，本发明提供了一种磁悬浮轴流风机的转子结构，通过将磁体核心之间集成设置于转子中部，并在磁体核心前后连接具备独立磁场的半轴组件，实现风机转子各磁场互不干扰，独立工作，显著提升转子性能。
本发明的第二发明目的是解决集成式转子总成易受温度影响产生性能下降的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁悬浮轴流风机的转子结构，包括集成式转子总成，所述集成式转子总成包括磁体核心和设置于磁体核心两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴与后半轴，所述前半轴的前端设置有散热叶轮，所述后半轴的后端设置有动叶轮，其中，所述前半轴与后半轴均具备独立磁场。磁体核心为永磁体，用于为风机提供运行磁场，配合套设于转子外部的定子工作实现轴向送风。而前半轴与后半轴分别设置于磁体核心前后两侧，共同组成集成式转子总成，这种永磁式转子能够避免感生电流产生，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。另外，由于磁悬浮永磁电机结构布局较为复杂，同时对温度敏感性也较高，具体来说，在温度较高时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象。因此本申请采用散热叶轮与动叶轮配合的方案对集成式转子总成进行降温，实现集成式转子总成在运行过程中自动冷却，以此提升集成式转子总成的性能稳定性。
作为优选，所述磁体核心上套设有护套，所述前半轴和后半轴上均套设有磁轴承组件，磁轴承组件外径与护套外径相同。所述护套用于保护磁体核心，而设置于前半轴与后半轴上的磁轴承组件则作为磁悬浮轴承的部件，用于实现集成式转子总成的悬浮运行。由于磁轴承组件与护套外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走集成式转子总成产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内，实现第二发明目的。
进一步的，所述磁轴承组件包括径向磁轴承转子，所述径向磁轴承转子靠近磁体核心的一侧设置有隔套，所述径向磁轴承转子远离磁体核心的一侧设置有径向磁轴承限位体。所述磁轴承组件不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度。径向磁轴承转子套设于电机的集成式转子总成上，配合径向磁轴承定子产生可控电磁力将转轴悬浮起来，径向磁轴承定子上设置有若干传感器，以连续监测转轴的位置变化情况。从传感器中输出的信号，借助于电子控制系统，校正通过电磁铁的电流，从而控制电磁铁的吸引力，使转轴在稳定平衡状态下运转，并达到一定的精度要求。
作为优选，所述后半轴上过盈套接设置有推力盘，所述后半轴上设置有凸台，凸台外径对应护套外径设置，所述推力盘设置于凸台与隔套之间。所述推力盘将转子轴向推力传递给推力轴承，避免集成式转子总成在运行过程中发生轴向位移，并利用设置于推力盘两侧的推力瓦配合润滑油降低转子轴向力对风机的影响。
作为优选，磁轴承组件过盈连接半轴组件。两磁轴承组件分别与前半轴和后半轴过盈连接，能够确保集成式转子总成高速转动过程中，磁轴承转子能够同步转动，以配合设置于磁轴承转子外缘的磁轴承定子产生磁悬浮力，这种同步工作特性能够让磁轴承定子上的传感器仅通过集成式转子总成的转速即可得到磁轴承转子的转速，以此更精确、更迅速的控制并调整磁悬浮力。
进一步的，所述磁体核心与前半轴之间设置有第一隔磁环，所述磁体核心与后半轴之间设置有第二隔磁环，所述磁体核心通过第一隔磁环固定连接前半轴，所述磁体核心通过第二隔磁环固定连接后半轴。所述第一隔磁环主要用于隔绝磁体核心与磁轴承转子各自磁场，确保磁轴承组件与电极总成的磁场独立互不影响。另外，第一隔磁环还作为前半轴与磁体核心的衔接件，可采用胶接、榫卯连接等方式固定连接，确保三者连为一体，避免高速转子在运行过程中发生解体。第二隔磁环作用类似于第一隔磁环，实现磁体核心与后半轴的固定连接。第一隔磁环与第二隔磁环将连为一体的集成式转子总成具备三个互不影响的独立磁场，以保证磁悬浮转子的高速运转性能。
作为优选，所述散热叶轮中部贯穿设置有紧定螺钉，所述紧定螺钉螺接前半轴。
进一步的，所述动叶轮前端面抵接后半轴后端面，所述动叶轮中部贯穿设置有拉杆，所述拉杆螺接后半轴，所述拉杆末端旋合设置有预紧螺母，所述预紧螺母抵接动叶轮后端面。
进一步的，拉杆的旋合方向与集成式转子总成转动方向相反。
紧定螺钉用于限位散热叶轮，拉杆配合预紧螺母用于限位动叶轮，其中，拉杆的旋合方向与转子旋转方向相反，实现拉杆在转子运行过程中自锁。而前半轴前端面上所设置的用于安装紧定螺钉的螺纹孔与后半轴后端面上用于安装拉杆的螺纹孔旋向相反，这使得紧定螺钉的旋合方向与拉杆的旋合方向相反，则能确保转子转动过程中发生解体。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）通过将磁体核心之间集成设置于转子中部，并在磁体核心前后连接具备独立磁场的半轴组件，实现风机转子各磁场互不干扰，独立工作，显著提升转子性能；（2）磁轴承组件与护套外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走集成式转子总成产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内；（3）拉杆的旋合方向与转子旋转方向相反，实现拉杆在转子运行过程中自锁。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：100、集成式转子总成，1、磁体核心，11、护套，12、凸台，2、前半轴，21、第一隔磁环，3、后半轴，31、第二隔磁环，4、散热叶轮，41、紧定螺钉，5、动叶轮，51、拉杆，52、预紧螺母，6、径向磁轴承转子，61、隔套，62、径向磁轴承限位体，63、径向磁轴承定子，7、推力盘。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，一种磁悬浮轴流风机的转子结构，包括集成式转子总成100，所述集成式转子总成100包括磁体核心1和设置于磁体核心1两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴2与后半轴3，所述前半轴2的前端设置有散热叶轮4，所述后半轴3的后端设置有动叶轮5，其中，所述前半轴2与后半轴3均具备独立磁场。所述磁体核心1上套设有护套11，所述前半轴2和后半轴3上均套设有磁轴承组件，磁轴承组件外径与护套11外径相同。所述磁轴承组件包括径向磁轴承转子6，所述径向磁轴承转子6靠近磁体核心1的一侧设置有隔套61，所述径向磁轴承转子6远离磁体核心1的一侧设置有径向磁轴承限位体62。所述磁体核心1与前半轴2之间设置有第一隔磁环21，所述磁体核心1与后半轴3之间设置有第二隔磁环31，所述磁体核心1通过第一隔磁环21固定连接前半轴2，所述磁体核心1通过第二隔磁环31固定连接后半轴3。
磁体核心1为永磁体，用于为风机提供运行磁场，配合套设于转子外部的定子工作实现轴向送风。而前半轴2与后半轴3分别设置于磁体核心1前后两侧，共同组成集成式转子总成100，这种永磁式转子能够避免感生电流产生，不存在转子电阻和磁滞损耗，提高了电机效率。另外，由于磁悬浮永磁电机结构布局较为复杂，同时对温度敏感性也较高，具体来说，在温度较高时，其导磁性能可能会下降，或发生退磁现象。因此本申请采用散热叶轮4与动叶轮5配合的方案对集成式转子总成100进行降温，实现集成式转子总成100在运行过程中自动冷却，以此提升集成式转子总成100的性能稳定性。所述护套11用于保护磁体核心1，而设置于前半轴2与后半轴3上的磁轴承组件则作为磁悬浮轴承的部件，用于实现集成式转子总成100的悬浮运行。由于磁轴承组件与护套11外径一致，可得到外轮廓平滑过渡的一体式转子，这对气流流通具备显著优化，使得风机在工作过程中能够利用轴向气流迅速带走集成式转子总成100产生的热量，以此保持附近热量在一定范围内，实现转子周围的温控。所述磁轴承组件不存在机械接触，转子可以达到很高的运转速度。径向磁轴承转子6套设于电机的集成式转子总成100上，配合径向磁轴承定子63产生可控电磁力将转轴悬浮起来，径向磁轴承定子63上设置有若干传感器，以连续监测转轴的位置变化情况。从传感器中输出的信号，借助于电子控制系统，校正通过电磁铁的电流，从而控制电磁铁的吸引力，使转轴在稳定平衡状态下运转，并达到一定的精度要求。所述第一隔磁环21主要用于隔绝磁体核心1与磁轴承转子各自磁场，确保磁轴承组件与电极总成的磁场独立互不影响。另外，第一隔磁环21还作为前半轴2与磁体核心1的衔接件，可采用胶接、榫卯连接等方式固定连接，确保三者连为一体，避免高速转子在运行过程中发生解体。第二隔磁环31作用类似于第一隔磁环21，实现磁体核心1与后半轴3的固定连接。第一隔磁环21与第二隔磁环31将连为一体的集成式转子总成100具备三个互不影响的独立磁场，以保证磁悬浮转子的高速运转性能。
另外，磁轴承组件过盈连接半轴组件。两磁轴承组件分别与前半轴2和后半轴3过盈连接，能够确保集成式转子总成100高速转动过程中，磁轴承转子能够同步转动，以配合设置于磁轴承转子外缘的磁轴承定子产生磁悬浮力，这种同步工作特性能够让磁轴承定子上的传感器仅通过集成式转子总成100的转速即可得到磁轴承转子的转速，以此更精确、更迅速的控制并调整磁悬浮力。
所述后半轴3上过盈套接设置有推力盘63，所述后半轴3上设置有凸台12，凸台12外径对应护套11外径设置，所述推力盘63设置于凸台12与隔套61之间。所述推力盘63将转子轴向推力传递给推力轴承，避免集成式转子总成100在运行过程中发生轴向位移，并利用设置于推力盘63两侧的推力瓦配合润滑油降低转子轴向力对风机的影响。
所述散热叶轮4中部贯穿设置有紧定螺钉41，所述紧定螺钉41螺接前半轴2。所述动叶轮5前端面抵接后半轴3后端面，所述动叶轮5中部贯穿设置有拉杆51，所述拉杆51螺接后半轴3，所述拉杆51末端旋合设置有预紧螺母52，所述预紧螺母52抵接动叶轮5后端面。拉杆51的旋合方向与集成式转子总成100转动方向相反。紧定螺钉41用于限位散热叶轮4，拉杆51配合预紧螺母52用于限位动叶轮5，其中，拉杆51的旋合方向与转子旋转方向相反，实现拉杆51在转子运行过程中自锁。而前半轴2前端面上所设置的用于安装紧定螺钉41的螺纹孔与后半轴3后端面上用于安装拉杆51的螺纹孔旋向相反，这使得紧定螺钉41的旋合方向与拉杆51的旋合方向相反，则能确保转子转动过程中发生解体。
本实施例中，本磁悬浮轴流风机的功率为110kw，流体流经的上通道为∅444mm，下通道∅293mm。流量大，传动效率高；磁悬浮组件每秒钟超过10000次的信号采集和实时校正，精准控制转子轴心位置，采用自平衡技术，振动量比传统轴承小一个量级。其中前半轴2、第一隔磁环21、磁体核心1、第二隔磁环31、后半轴3都是用高强度结构胶粘在一起的；径向轴承限位体、径向磁轴承转子6、磁体核心1两侧的隔套61、护套11、推力盘63、后端隔套61、径向磁轴承转子6、径轴向轴承限位体均是热套在电机主轴上的，配合方式为过盈配合。
除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，包括集成式转子总成，所述集成式转子总成包括磁体核心和设置于磁体核心两侧的半轴组件，所述半轴组件包括前半轴与后半轴，所述前半轴的前端设置有散热叶轮，所述后半轴的后端设置有动叶轮，其中，所述前半轴与后半轴均具备独立磁场。
2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，所述磁体核心上套设有护套，所述前半轴和后半轴上均套设有磁轴承组件，磁轴承组件外径与护套外径相同。
3.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，所述磁轴承组件包括径向磁轴承转子，所述径向磁轴承转子靠近磁体核心的一侧设置有隔套，所述径向磁轴承转子远离磁体核心的一侧设置有径向磁轴承限位体。
4.根据权利要求3所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，所述后半轴上过盈套接设置有推力盘，所述后半轴上设置有凸台，凸台外径对应护套外径设置，所述推力盘设置于凸台与隔套之间。
5.根据权利要求2所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，磁轴承组件过盈连接半轴组件。
6.根据权利要求1所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，所述磁体核心与前半轴之间设置有第一隔磁环，所述磁体核心与后半轴之间设置有第二隔磁环，所述磁体核心通过第一隔磁环固定连接前半轴，所述磁体核心通过第二隔磁环固定连接后半轴。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，所述散热叶轮中部贯穿设置有紧定螺钉，所述紧定螺钉螺接前半轴。
8.根据权利要求7所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，所述动叶轮前端面抵接后半轴后端面，所述动叶轮中部贯穿设置有拉杆，所述拉杆螺接后半轴，所述拉杆末端旋合设置有预紧螺母，所述预紧螺母抵接动叶轮后端面。
9.根据权利要求8所述的一种磁悬浮轴流风机的转子结构，其特征在于，拉杆的旋合方向与集成式转子总成转动方向相反。
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