一种气浮轴承转子系统及电机
阅读说明：本技术 一种气浮轴承转子系统及电机 (Air-bearing rotor system and motor ) 是由 刘鹏辉 贾金信 刘佳佳 苏久展 闫瑾 陈振 于 2020-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气浮轴承转子系统及电机,包括轴心、止推盘、护套、气体输送装置和叶轮,所述止推盘和护套套在轴心的外部,止推盘与护套对接,护套远离止推盘的一端设有叶轮,所述护套的内部设有套在轴心的外部的导磁环,所述导磁环的外部套有磁钢,所述磁钢的两侧设有套在轴心外部的气体输送装置,所述轴心的侧壁上设有螺旋气道,所述止推盘的侧壁上设有与螺旋气道连通的节流孔,所述止推盘的两侧由内向外依次设有轴向轴承顶箔、轴向弹性元件和轴向轴承座,所述护套的侧壁上设有与螺旋气道连通的气孔,所述气孔的外侧设有套在护套外部的径向顶层顶箔,所述径向顶层顶箔的外侧依次套有径向弹性元件和径向轴承座。(The invention discloses an air-bearing rotor system and a motor, which comprises an axis, a thrust disc, a sheath, an air conveying device and an impeller, wherein the thrust disc and the sheath are sleeved outside the axis, the thrust disc is butted with the sheath, the end of the sheath far away from the thrust disc is provided with the impeller, the inside of the sheath is provided with a magnetic conductive ring sleeved outside the axis, the outside of the magnetic conductive ring is sleeved with magnetic steel, the two sides of the magnetic steel are provided with the air conveying device sleeved outside the axis, the side wall of the axis is provided with a spiral air passage, the side wall of the thrust disc is provided with a throttling hole communicated with the spiral air passage, the two sides of the thrust disc are sequentially provided with an axial bearing top foil, an axial elastic element and an axial bearing seat from inside to outside, the side wall of the sheath is provided with an air hole communicated with the spiral air passage, the outside of the, and the outer side of the radial top layer top foil is sequentially sleeved with a radial elastic element and a radial bearing seat.)
技术领域
本发明涉及轴承转子技术领域，具体为一种气浮轴承转子系统及电机。
背景技术
弹性箔片径向轴承主要由轴承座、拱箔、顶箔(平箔)组成。波箔安装于轴承底座(轴承壳体)，顶箔在波箔上方，拱箔和顶箔的前缘点焊或卡在轴承外圈壳体上，为固定端，后缘为自由端，拱箔为顶箔提供支承，拱箔不仅类似于弹簧为轴承提供刚度，而且还提供阻尼。当转子高速旋转时，由于气体的动压效应，气体被带入轴承与转子间的间隙形成气膜，由此产生流体动压润滑效果；当轴承工作过程中受到外界载荷时，拱箔发生弹性变形，与气膜压力共同承担负载。这种工作方式大大提高了气体轴承的承载能力，同时当轴承受到冲击载荷时，冲击产生的能量转化为箔片的弹性势能，再通过气膜阻尼耗散，这就使弹性箔片轴承具有良好的自适应性，保证了弹性箔片轴承工作时的稳定。但这种径向箔片轴承起飞转速高、承载力较低，在转子超高速运行时轴承与转子的热量无法快速散出，导致轴承的起停寿命不高的问题。
发明内容
本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种气浮轴承转子系统及电机，有效解决了高速永磁转子、动压气体轴承的温升问题，有效克服了高速永磁电机的高温大电流容易退磁的问题，增加了起停寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种气浮轴承转子系统，包括轴心、止推盘、护套、气体输送装置和叶轮，所述止推盘和护套套在轴心的外部，止推盘与护套对接，护套远离止推盘的一端设有叶轮，所述护套的内部设有套在轴心的外部的导磁环，所述导磁环的外部套有磁钢，所述磁钢的两侧设有套在轴心外部的气体输送装置，所述轴心的侧壁上设有螺旋气道，所述止推盘的侧壁上设有与螺旋气道连通的节流孔，所述止推盘的两侧由内向外依次设有轴向轴承顶箔、轴向弹性元件和轴向轴承座，所述护套的侧壁上设有与螺旋气道连通的气孔，所述气孔的外侧设有套在护套外部的径向顶层顶箔，所述径向顶层顶箔的外侧依次套有径向弹性元件和径向轴承座。
优选的，所述螺旋气道的间隙从叶轮向止推盘逐渐变大。
优选的，所述止推盘的中部设有套在轴心外部的凸套，所述凸套的内部设有与螺旋气道连通的气腔，所述气腔与节流孔连通。
优选的，所述气体输送装置包括套环，所述套环套在轴心的外部，套环的侧壁上设有与螺旋气道位置对应的螺旋气孔，套环的两端设有支撑盘。
优选的，所述套环与护套之间形成均压腔，所述均压腔与气孔连通。
优选的，所述轴心与叶轮之间设有间隙。
优选的，所述导磁环与轴心之间、磁钢与导磁环之间均为固定连接。
优选的，所述气孔的直径不大于0.1mm。
优选的，所述径向顶层顶箔与护套之间设有润滑涂层。
优选的，所述止推盘与轴向轴承顶箔之间设有润滑涂层。
优选的，所述润滑涂层为聚酰亚胺。
一种电机，包括所述的气浮轴承转子系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、解决了起飞转速高，气浮轴承磨损严重的问题。轴承在起飞过程中，不仅有动压气膜，还有高压气体提供的气膜，因此能降低轴承的起飞转速约40～50％左右，能减小动压轴承的机械磨损，提高轴承的使用寿命。
2、解决了动压轴承承载力小的问题。传统气体动压轴承，由于楔形效应，产生气膜支撑；而该方案不仅有楔形效应产生，还有泵入的高压气体对转子进行支撑，极大的提高了轴承的承载性能。
3.该轴承转子系统能很好的带走后径向轴承、电机转子、前径向轴承、止推轴承中产生的热量，有效解决了高速永磁转子、动压气体轴承的温升问题，有效克服了高速永磁电机的高温大电流容易退磁的问题，增加了永磁电机转子的可靠性；该气浮轴承-转子不需要外接气源，安装和使用时更加便捷，不受外界气源影响。
4.减小转子停机的磨损。在均压的同时能储存较多的气体，在转子停机时，也能输出一定量的气体，使转子转速几乎为零时还有气膜润滑支撑,能极大的减小转子停机时的摩擦磨损，增加起停寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为轴心的结构示意图；
图3为护套的结构示意图；
图4为气体输送装置的结构示意图。
图中：1-轴心；101-螺旋气道；2-止推盘；201-凸套；202-节流孔；3-护套；301-气孔；4-气体输送装置；401-支撑盘；402-螺旋气孔；403-套环；5-磁钢；6-导磁环；7-叶轮；8-均压腔；9-轴向轴承座；10-轴向弹性元件；11-轴向轴承顶箔；12-径向轴承座；13-径向弹性元件；14-径向顶层顶箔。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一，
如图1-4所示，一种气浮转子散热结构，包括轴心1、止推盘2、护套3、气体输送装置4和叶轮7，所述止推盘2和护套3套在轴心1的外部，止推盘2与护套3对接，护套3远离止推盘2的一端设有叶轮7，所述护套3的内部设有套在轴心1的外部的导磁环6，所述导磁环6的外部套有磁钢5，所述磁钢5的两侧设有套在轴心1外部的气体输送装置4，所述轴心1的侧壁上设有螺旋气道101，所述止推盘2的侧壁上设有与螺旋气道101连通的节流孔202，所述止推盘2的两侧由内向外依次设有轴向轴承顶箔11、轴向弹性元件10和轴向轴承座9，所述护套3的侧壁上设有与螺旋气道连通的气孔301，所述气孔301的外侧设有套在护套3外部的径向顶层顶箔14，所述径向顶层顶箔14的外侧依次套有径向弹性元件13和径向轴承座12。
实施例二，
如图1-4所示，一种气浮转子散热结构，包括轴心1、止推盘2、护套3、气体输送装置4和叶轮7，所述止推盘2和护套3套在轴心1的外部，止推盘2与护套3对接，护套3远离止推盘2的一端设有叶轮7，所述护套3的内部设有套在轴心1的外部的导磁环6，所述导磁环6的外部套有磁钢5，所述磁钢5的两侧设有套在轴心1外部的气体输送装置4，所述轴心1的侧壁上设有螺旋气道101，所述止推盘2的侧壁上设有与螺旋气道101连通的节流孔202，所述止推盘2的两侧由内向外依次设有轴向轴承顶箔11、轴向弹性元件10和轴向轴承座9，所述护套3的侧壁上设有与螺旋气道连通的气孔301，所述气孔301的外侧设有套在护套3外部的径向顶层顶箔14，所述径向顶层顶箔14的外侧依次套有径向弹性元件13和径向轴承座12。
在本实施例中，所述螺旋气道101的间隙从叶轮7向止推盘2逐渐变大。
所述止推盘2的中部设有套在轴心1外部的凸套201，所述凸套201的内部设有与螺旋气道101连通的气腔，所述气腔与节流孔202连通。
所述气体输送装置4包括套环403，所述套环403套在轴心1的外部，套环403的侧壁上设有与螺旋气道101位置对应的螺旋气孔402301，套环403的两端设有支撑盘401。
所述套环403与护套3之间形成均压腔8，所述均压腔8与气孔301连通。
所述轴心1与叶轮7之间设有间隙。
所述导磁环6与轴心1之间、磁钢5与导磁环6之间均为固定连接。
所述气孔301的直径不大于0.1mm。
实施例三，
如图1-4所示，一种气浮转子散热结构，包括轴心1、止推盘2、护套3、气体输送装置4和叶轮7，所述止推盘2和护套3套在轴心1的外部，止推盘2与护套3对接，护套3远离止推盘2的一端设有叶轮7，所述护套3的内部设有套在轴心1的外部的导磁环6，所述导磁环6的外部套有磁钢5，所述磁钢5的两侧设有套在轴心1外部的气体输送装置4，所述轴心1的侧壁上设有螺旋气道101，所述止推盘2的侧壁上设有与螺旋气道101连通的节流孔202，所述止推盘2的两侧由内向外依次设有轴向轴承顶箔11、轴向弹性元件10和轴向轴承座9，所述护套3的侧壁上设有与螺旋气道连通的气孔301，所述气孔301的外侧设有套在护套3外部的径向顶层顶箔14，所述径向顶层顶箔14的外侧依次套有径向弹性元件13和径向轴承座12。
在本实施例中，所述螺旋气道101的间隙从叶轮7向止推盘2逐渐变大。
所述止推盘2的中部设有套在轴心1外部的凸套201，所述凸套201的内部设有与螺旋气道101连通的气腔，所述气腔与节流孔202连通。
所述气体输送装置4包括套环403，所述套环403套在轴心1的外部，套环403的侧壁上设有与螺旋气道101位置对应的螺旋气孔402301，套环403的两端设有支撑盘401。
所述套环403与护套3之间形成均压腔8，所述均压腔8与气孔301连通。
所述轴心1与叶轮7之间设有间隙。
所述导磁环6与轴心1之间、磁钢5与导磁环6之间均为固定连接。
所述气孔301的直径不大于0.1mm。
所述径向顶层顶箔14与护套3之间设有润滑涂层。
所述止推盘2与轴向轴承顶箔11之间设有润滑涂层。
所述润滑涂层为聚酰亚胺。
实施例四，
如图1-4所示，一种电机，包括一种气浮转子散热结构，包括轴心1、止推盘2、护套3、气体输送装置4和叶轮7，所述止推盘2和护套3套在轴心1的外部，止推盘2与护套3对接，护套3远离止推盘2的一端设有叶轮7，所述护套3的内部设有套在轴心1的外部的导磁环6，所述导磁环6的外部套有磁钢5，所述磁钢5的两侧设有套在轴心1外部的气体输送装置4，所述轴心1的侧壁上设有螺旋气道101，所述止推盘2的侧壁上设有与螺旋气道101连通的节流孔202，所述止推盘2的两侧由内向外依次设有轴向轴承顶箔11、轴向弹性元件10和轴向轴承座9，所述护套3的侧壁上设有与螺旋气道连通的气孔301，所述气孔301的外侧设有套在护套3外部的径向顶层顶箔14，所述径向顶层顶箔14的外侧依次套有径向弹性元件13和径向轴承座12。
在本实施例中，所述螺旋气道101的间隙从叶轮7向止推盘2逐渐变大。
所述止推盘2的中部设有套在轴心1外部的凸套201，所述凸套201的内部设有与螺旋气道101连通的气腔，所述气腔与节流孔202连通。
所述气体输送装置4包括套环403，所述套环403套在轴心1的外部，套环403的侧壁上设有与螺旋气道101位置对应的螺旋气孔402301，套环403的两端设有支撑盘401。
所述套环403与护套3之间形成均压腔8，所述均压腔8与气孔301连通，所述轴心1与叶轮7之间设有间隙。，所述导磁环6与轴心1之间、磁钢5与导磁环6之间均为固定连接，所述气孔301的直径不大于0.1mm。
所述径向顶层顶箔14与护套3之间设有润滑涂层，所述止推盘2与轴向轴承顶箔11之间设有润滑涂层，所述润滑涂层为聚酰亚胺。
径向顶层顶箔14内壁上有耐磨润滑涂层(比如聚酰亚胺)，能降低转子在为起飞时与径向顶层顶箔14的机械摩擦，减小径向顶层顶箔14和对应的护套3位置(径向轴承转子位置)的磨损，径向弹性元件13主要是为径向顶层顶箔14提供弹性支撑，能消耗转子振动时的能量，使转子能在径向稳定运行。
轴向轴承顶箔11上有耐磨润滑涂层(比如聚酰亚胺)；轴向弹性元件10为轴向轴承顶箔11提供弹性支撑，并消耗转子在轴向振动的能量使转子能更平稳的运行，轴向轴承座9主要是为固定轴向轴承顶箔11和轴向轴承弹性元件10。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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