CN117967598A - 转轴组件、电机、压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转轴组件、电机、压缩机，其中的转轴组件包括转轴和叶轮，转轴具有热缩部分，热缩部分的材质为负膨胀系数材料，叶轮套装在转轴上，且叶轮位于热缩部分之外。根据本发明，因为转轴的热缩部分的材质为负膨胀系数材料，所以在高速电机额定运行的高温环境下该部分将发生轴向收缩，与其他轴段上的热伸长量相抵消，从而可以明显减小高速转轴的轴向热伸长量，保证压缩机叶顶间隙的相对稳定，进而消除叶轮与蜗壳之间可能存在的撞击风险，同时也可以避免压缩机能效变化过大的情况发生。

Description

转轴组件、电机、压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种转轴组件、电机、压缩机。

背景技术

高速电机因其具有体积小、功率密度大、传动效率和可靠性高等技术特点而具有极其广泛的应用前景，如航空航天、国防安全、新能源工业、生活家电等领域。尤其电主轴、微型燃气轮机、飞轮储能、透平机械等高速负载场合，电机系统的高速化发展可以实现直接驱动，从而省去变速装置，可以显著减小设备体积及维护成本。然而，于此同时也对电机本体的设计提出了更高的要求。

高速电机的高转速和高电磁频率将导致电机的机械和电器损耗的增加，从而增大电机的发热量。具体而言，高频磁场将明显增大高速电机的铜损、铁损和涡流损耗，转轴高速旋转时与气隙内的空气发生激烈摩擦而引起风摩损耗，从而导致高速电机额定运行时的温度及温升明显高于普通电机，这也已然是业界高速电机设计需要考虑的一个重要因素。采用高速电机驱动的离心式压缩机因具有大流量、大压比的性能特点而广受关注，然而对于压缩机能效要求高的应用场合，要求叶顶间隙要更小，而高速电机额定运行时产生的高温将使转轴材料受热变形量较大，而转轴轴向伸长量过大，一方面会导致压缩机能效变化过大，另一方面会使得压缩在额定工况下运行时叶顶间隙过小，叶轮与蜗壳之间存在撞击破坏的风险。

发明内容

因此，本发明提供一种转轴组件，能够解决高速电机额定运行时产生的高温会使转轴受热变形量较大，而转轴轴向伸长量过大会导致压缩在额定工况下运行时叶顶间隙过小，叶轮与蜗壳之间存在撞击破坏风险的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种转轴组件，包括：转轴和叶轮，所述转轴具有热缩部分，所述热缩部分的材质为负膨胀系数材料，所述叶轮套装在所述转轴上，且所述叶轮位于所述热缩部分之外，在所述转轴受热后，所述热缩部分的收缩量能够抵消所述转轴其余部分的伸长量。

在一些实施方式中，所述转轴上安装有弹性件，所述叶轮能够沿所述转轴滑动，且所述叶轮被夹持在所述热缩部分和所述弹性件之间。

在一些实施方式中，所述转轴包括热套段、装配段和套体，所述热套段与所述装配段相接，且所述热套段的横截面积大于所述装配段的横截面积，所述叶轮套装在所述装配段上且能够沿所述装配段滑动，所述套体为所述热缩部分，所述套体套装在所述装配段上，且所述套体被夹持在所述热套段和所述叶轮之间。

在一些实施方式中，所述装配段上组装有固定件，所述弹性件套装在所述装配段上，且所述弹性件被夹持在所述固定件和所述叶轮之间。

在一些实施方式中，所述固定件为螺母，所述装配段上构造有外螺纹，所述螺母螺纹连接在所述装配段上，且所述螺母抵接所述弹性件背离所述叶轮的一端。

在一些实施方式中，所述装配段上还套装有止推盘，所述止推盘位于所述套体和叶轮之间。

在一些实施方式中，所述弹性件的弹性模量小于所述热缩部分的弹性模量。

在一些实施方式中，所述转轴和所述叶轮的数量均为两个，两个所述叶轮分别套装在两个所述转轴上，还包括永磁体和护套，所述永磁体装配在所述护套内，两个所述转轴均部分装配在所述护套内且从两侧分别抵接所述永磁体的两端，两个所述叶轮均位于所述护套之外。

本发明还提供一种电机，包括前述的转轴组件。

本发明还提供一种压缩机，包括前述的电机。

本发明提供的一种转轴组件、电机、压缩机，具有以下有益效果：

因为转轴的热缩部分的材质为负膨胀系数材料，所以在高速电机额定运行的高温环境下该部分将发生轴向收缩，与其他轴段上的热伸长量相抵消，从而可以明显减小高速转轴的轴向热伸长量，保证压缩机叶顶间隙的相对稳定，进而消除叶轮与蜗壳之间可能存在的撞击风险，同时也可以避免压缩机能效变化过大的情况发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例的转轴组件的示意图；

图2为本发明实施例的转轴组件去掉两个叶轮后的示意图；

图3为本发明实施例的转轴组件的左边转轴去掉套体后的示意图；

图4为本发明实施例的转轴组件的右边转轴去掉套体后的示意图；

图5为本发明实施例的转轴组件的左边叶轮的示意图；

图6为本发明实施例的转轴组件的右边叶轮的示意图。

附图标记表示为：

1、转轴；11、热套段；12、装配段；13、套体；2、叶轮；3、弹性件；4、固定件；5、永磁体；6、护套；7、止推盘；8、密封环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，提供一种转轴组件，包括：转轴1和叶轮2，转轴1具有热缩部分，热缩部分的材质为负膨胀系数材料，叶轮2套装在转轴1上，且叶轮2位于热缩部分之外，在转轴1受热后，热缩部分的收缩量能够抵消转轴1其余部分的伸长量。

该技术方案中，因为转轴1的热缩部分的材质为负膨胀系数材料，所以在高速电机额定运行的高温环境下该部分将发生轴向收缩，与其他轴段上的热伸长量相抵消，从而可以明显减小高速转轴的轴向热伸长量，保证压缩机叶顶间隙的相对稳定，进而消除叶轮2与蜗壳之间可能存在的撞击风险，同时也可以避免压缩机能效变化过大的情况发生。其中，蜗壳套设在叶轮2的外侧，且蜗壳的形状走势与叶轮2的形状走势基本相同，蜗壳与叶轮2之间存在一定的间隙。负膨胀系数材料可以是负膨胀陶瓷材料、负膨胀金属材料，具体为GdAgMg、MgB2、PbTiO3、AlFeO3等。

参见图1所示，转轴1上安装有弹性件3，叶轮2能够沿转轴1滑动，且叶轮2被夹持在热缩部分和弹性件3之间。

在本实施例中，当转轴1上的热缩部分受热收缩时，在弹性件3的弹力作用下，叶轮2沿轴向向热缩部分所在方向移动，使得叶轮2和与之相配合的蜗壳之间的间隙稍稍变大，从而进一步保证叶轮2和蜗壳之间不会出现撞击的风险。

参见图1所示，转轴1包括热套段11、装配段12和套体13，热套段11与装配段12相接，且热套段11的横截面积大于装配段12的横截面积，叶轮2套装在装配段12上且能够沿装配段12滑动，套体13为热缩部分，套体13套装在装配段12上，且套体13被夹持在热套段11和叶轮2之间。

该技术方案中，通过将由负膨胀系数材料制成的套体13以分体的形式套装在装配段12上，使得转轴1上得以顺利地出现由不同材料制成的不同部分，从而降低了不同材料之间如何分段出现在同一轴上的加工制造难度。而且这种分体的安装方式也较为灵活，比如仅通过控制套体13的轴向长度就可以控制套体13受热后的收缩量，同时套体13为空心结构也可以减少负膨胀系数材料的用量，节约资源。如图3所示，热套段11、装配段12一体成型，可采用普通无磁性钢制成。为了使套体13在装配段12上顺利受热收缩，优选的，套体13的内径大于等于装配段12的直径。进一步，由于叶轮2为喇叭状结构，为了保证叶轮2各处的结构强度，叶轮2的小口附近开孔直径小一些，叶轮2的大口附近开孔直径大一些，当然装配段12也相应地出现直径不同的两段，以保证叶轮2的安装。

需要说明的是，除了套体13以分体的形式直接套装在装配段12上之外，套体13和套体13所占用的部分装配段12也可以合二为一成为热缩部分，此时只需将热套段11、热缩部分、剩余部分的装配段12固定在一起即可，当然这一变例的各段组装较为麻烦。

作为一种具体的实施方式，弹性件3的弹性模量小于热缩部分的弹性模量，这样可以保证热缩部分降至室温后仍能顺利地恢复至原始长度。也相当于弹性件3的弹性系数小于套体13的弹性模量，套体13在降至室温后可以顺利地恢复至原始长度。

参见图1所示，装配段12上组装有固定件4，弹性件3套装在装配段12上，且弹性件3被夹持在固定件4和叶轮2之间。

在本实施例中，固定件4的设置使得弹性件3在装配段12上的安装更加方便，尤其是弹性件3可以套装在装配段12上，这使得弹性件3能够沿叶轮2的周向施加弹力，叶轮2受力更均匀。同时，固定件4也是对套体13、叶轮2沿轴向进行锁紧。优选的，弹性件3为大阻尼弹簧垫圈，以保证能够提供足够大的弹力来推动叶轮2。

作为一种具体的实施方式，固定件4为螺母，装配段12上构造有外螺纹，螺母螺纹连接在装配段12上，且螺母抵接弹性件3背离叶轮2的一端。

该技术方案中，当固定件4为螺母，且装配段12上构造外螺纹时，螺母螺纹连接在装配段12上不仅可以对套体13、叶轮2和弹性件3沿轴向进行锁紧，通过调节螺母在装配段12上的位置也可以调节弹性件3施加给叶轮2的初始弹力，一举两得。其中，装配段12上构造有外螺纹主要是指装配段12靠外的部分构造有外螺纹。

还需要说明的是，转轴组件还包括密封环8和止推盘7，密封环8和止推盘7均套装在装配段12上，且密封环8和止推盘7被夹持在叶轮2和套体13之间，密封环8和止推盘7也能够沿装配段12滑动，固定件4也对密封环8和止推盘7在轴向上起到锁紧作用。密封环8用于对叶轮2进行密封，防止叶轮2在压缩气体时漏气，而通过对止推盘7施力则可以调节转轴组件的轴向位置。

更为具体的，转轴1和叶轮2的数量均为两个，两个叶轮2分别套装在两个转轴1上，转轴组件还包括永磁体5和护套6，永磁体5采用钐钴制成，护套6采用合金材料制成，如高温合金、钛合金等，永磁体5为圆柱状且装配在护套6内，两个转轴1分别从左右两侧插入护套6内，两个转轴1的热套段11分别与永磁体5的两个端面紧贴，且两个热套段11、永磁体5均与护套6过盈配合，两个叶轮2均位于护套6之外，且两个叶轮2分列在护套6的左右两侧，左右两个叶轮2尺寸不同，叶片旋向相反，结构上略有差异，如图1所示。将永磁体5设置为圆柱状且组装在护套6内成为转轴的一部分，这样可以省去转子铁芯，减小体积。进一步，两个套体13均具有部分段处于护套6内，部分段处于护套6外，且两个套体13的外径均小于等于护套6的内径，以保证两个套体13的热缩冷胀不受套体13的影响。两个转轴1中可以是只有一根转轴1上套装密封环8和止推盘7，未套装密封环8和止推盘7的转轴1的套体13沿轴向超出护套6的部分与扩压器上梳齿结构形成密封，其功能与密封环8的功能相同，通过调整两个套体13的轴向长度和/或选择密度不同的材料可以调节转轴组件的重心。

作为另一种实施例，也可以将两个转轴1合成为一根长轴，将永磁体5做成环状套装在合成后的这根长轴上，该方案也可以利用前述有关负膨胀系数材料的技术构思，该后一种实施例在减小体积方面虽然不及前一种实施例，但是其可以省去护套6，减少零部件。

最后需要说明的是，本申请的转轴组件的制作流程为：

1.分别制作密封环8、止推盘7、两个套体13、两个转轴1、护套6、永磁体5；其中精磨两个转轴1的热套段11，分别以两个热套段11精磨其它轴段至尺寸和形位公差合格；

2.加热护套6至合适温度，热套两个转轴1和永磁体5，待冷却后以两个装配段12为基准精磨顶针孔，以顶针孔为基准精磨护套6至尺寸和形位公差合格；

3.装配两个套体13、止推盘7、密封环8、两个叶轮和两个弹性件，按20Nm预紧力锁紧螺母，按G2.5级对整轴进行动平衡校核，激光刻线确定各零部件的周向位置；

4.转子表面处理及永磁体5充磁。

本发明还提供一种电机，包括前述的转轴组件。

本发明还提供一种压缩机，包括前述的电机。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式的有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转轴组件，其特征在于，包括转轴（1）和叶轮（2），所述转轴（1）具有热缩部分，所述热缩部分的材质为负膨胀系数材料，所述叶轮（2）套装在所述转轴（1）上，且所述叶轮（2）位于所述热缩部分之外，在所述转轴（1）受热后，所述热缩部分的收缩量能够抵消所述转轴（1）其余部分的伸长量。

2.根据权利要求1所述的转轴组件，其特征在于，所述转轴（1）上安装有弹性件（3），所述叶轮（2）能够沿所述转轴（1）滑动，且所述叶轮（2）被夹持在所述热缩部分和所述弹性件（3）之间。

3.根据权利要求2所述的转轴组件，其特征在于，所述转轴（1）包括热套段（11）、装配段（12）和套体（13），所述热套段（11）与所述装配段（12）相接，且所述热套段（11）的横截面积大于所述装配段（12）的横截面积，所述叶轮（2）套装在所述装配段（12）上且能够沿所述装配段（12）滑动，所述套体（13）为所述热缩部分，所述套体（13）套装在所述装配段（12）上，且所述套体（13）被夹持在所述热套段（11）和所述叶轮（2）之间。

4.根据权利要求3所述的转轴组件，其特征在于，所述装配段（12）上组装有固定件（4），所述弹性件（3）套装在所述装配段（12）上，且所述弹性件（3）被夹持在所述固定件（4）和所述叶轮（2）之间。

5.根据权利要求4所述的转轴组件，其特征在于，所述固定件（4）为螺母，所述装配段（12）上构造有外螺纹，所述螺母螺纹连接在所述装配段（12）上，且所述螺母抵接所述弹性件（3）背离所述叶轮（2）的一端。

6.根据权利要求3所述的转轴组件，其特征在于，所述装配段（12）上还套装有止推盘（7），所述止推盘（7）位于所述套体（13）和叶轮（2）之间。

7.根据权利要求2所述的转轴组件，其特征在于，所述弹性件（3）的弹性模量小于所述热缩部分的弹性模量。

8.根据权利要求1至7任一项所述的转轴组件，其特征在于，所述转轴（1）和所述叶轮（2）的数量均为两个，两个所述叶轮（2）分别套装在两个所述转轴（1）上，还包括永磁体（5）和护套（6），所述永磁体（5）装配在所述护套（6）内，两个所述转轴（1）均部分装配在所述护套（6）内且从两侧分别抵接所述永磁体（5）的两端，两个所述叶轮（2）均位于所述护套（6）之外。

9.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的转轴组件。

10.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求9所述的电机。