[发明专利]一种高速电动机驱动的空气制冷机用轴承及该空气制冷机

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高速电动机驱动的旋转机械的轴承，特别涉及用于安装在交通运输工具——车辆等上的由大容量高速电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机等的轴承，其中转子以例如不小于每分钟数万转的高速旋转。

背景技术

大功率、高转速的高速电动机(20kw，50000/min以上)驱动的空气制冷机、空气压缩机等设计的主要技术问题之一就是轴承设计。目前，对这种大功率、高转速的电机轴承设计一般都考虑采用电磁轴承做主支承与滚动轴承保护的主动型磁力轴承支承方式，但这种磁力轴承的电控和制造复杂，价格昂贵、可靠性较低，且使用寿命仍受滚动轴承影响，目前还不能商品化；液体滑动轴承因电机高速旋转时的摩擦损失很大而基本无法使用；空气动压轴承因承载力小、轴承副之间的间隙很小、电机起停阶段的固体摩擦不可避免，因此可靠性及使用寿命较低，加之若应用在交通工具的车辆上，振动、尘埃等问题严重，至今这种轴承在国内还未见进入工程实用化阶段。目前，这种轴承仅在干线客机和F35、S37等四代战机的涡轮制冷机以及国外少数发达国家的地面小型燃气涡轮发电机上应用；空气静压轴承因需要一套产生较高压力的气源装置而使其应用在交通运输工具上受到很大的限制；采用复合陶瓷球角接触球轴承作为这种大功率、高转速的电机轴承，因使用寿命很短，目前国内还未见相关报道。

本发明提供了一种适用于安装在交通运输工具上的由高速电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机等应用的永磁与气体润滑混合轴承以及永磁径向卸荷随动辅助轴承，对系统的可靠性、摩擦损耗、小体积和轻量化起到了至关重要的作用。

发明内容

发明采用的技术方案是，考虑到高速电动机驱动的空气制冷机运转时的转速虽然很高，但载荷较小且比较均匀，并对转子轴系的运转精度要求不是很高，因此，寻求设计一种对电机运转精度要求不是很高而可靠性好、使用寿命长、轴承摩擦损失小、体积小的支承系统，本项目——永磁与气体润滑混合轴承由此提出；另一方面，由于大功率、高转速电动机驱动的空气制冷机的转子重量较重，以及考虑到安装在车辆上时由于行驶中的车辆姿态是时刻变化的，因此对这种轻载、高速的电动旋转机械在设计永磁与气体润滑混合轴承时，利用物体在重力场中的重力向下原理，还采用了永磁悬浮卸载转子重量并自适应车辆姿态变化的永磁径向卸荷随动辅助轴承。这也是本发明采取的主要技术方案之一。

本发明的有益效果是，由于高速电动机驱动的空气制冷机采用了永磁与气体润滑混合轴承以及能自适应车辆姿态变化的永磁径向卸荷随动辅助轴承，电机运转在20kw/50000r/min以上时，系统运行稳定可靠。

附图说明

图1是一种作为包括本发明的轴承的高速电动机驱动的空气制冷机实施例的主视图。

图2是本发明的永磁与气体润滑混合轴承、永磁径向卸荷随动辅助轴承的实施例的视图。

图3是图2中的永磁与空气动压混合径向轴承的视图。

图4是图2中的永磁与空气动静压混合推力轴承组的视图。

图5是图2中的永磁径向卸荷随动辅助轴承的视图。

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表示为一种高速电动机驱动的空气制冷机1的主视图，该制冷机1由一台包括本发明的两个弹性支承的永磁与空气动压混合径向轴承12a和12b、一个永磁与空气动静压混合推力轴承组14和两个永磁径向卸荷随动辅助轴承11a和11b支承的电动机5直接驱动。空气制冷机1在其中部包括一台电动机5。电动机5包括转子6和定子4。

图1中，两个径向轴承12a和12b分别安装在壳体13的左轴承座2和右轴承座8的中心位置与壳体13之间的转子轴7上，左轴承座2与涡轮机17联接，右轴承座8与压气机9联接；推力轴承组14以及左端的随动辅助轴承11b，一同安装在涡轮机17的隔热盖15的中心位置与壳体13之间的转子轴7上，隔热盖15与左轴承座2联接；右端的随动辅助轴承11a安装在右轴承座8外侧的中心位置与壳体13之间的转子轴7上，置于右轴承座8与压气机9之间。带有散热翅片的定子外套3与壳体13组成定子4的冷却水套。制冷叶轮16和压气叶轮10固定在转子轴7的两个轴端部上。从涡轮机17进气口引出的随电动机5转速升高而进气压力升高的压缩气体进入推力轴承组14中形成静压推力，从涡轮机17排气口引出部分冷气进入电动机5内部和两个径向轴承12a和12b中冷却。

图2表示为上述空气制冷机1的径向轴承12a和12b、推力轴承组14和随动辅助轴承11a和11b。