一种基于气体悬浮的高速离心压缩机的制作方法

本发明涉及高速离心压缩机，主要针对现有的小功率高速离心压缩机的轴承-转子系统进行改进。

背景技术：

离心压缩机是一种用于压缩气体以提高气体压力或输送气体的机器，广泛应用于化工企业各部门，并且也应用于日常电器中，例如吹风机、吸尘器等。

本发明的压缩机为小功率的高速离心压缩机，主要应用在日常便携式电器中。目前已公开的小功率高速离心压缩机中，所用轴承大都为传统轴承，少部分采用了空气轴承。这些轴承应用在高速离心压缩机中有着许多缺点。使用液体动压轴承支承的压缩机，在高速旋转中，产生高温，当高温升到一定程度时，轴承润滑油油膜会破裂，最终导致轴承失效；使用滚动轴承或滑动轴承支承的压缩机，在日常生活使用的电器中，压缩机反复启动、运行和停止时，轴承与轴相互接触时产生摩擦，降低了电机的使用效率，影响电机的使用寿命；使用滚动轴承或滑动轴承支承的压缩机，需要润滑油供给，使用过程易污染工作环境；使用空气动压轴承支承的压缩机，由于气体动压交叉耦合效应的影响，导致其支承的轴承-转子系统稳定性较差；使用气体静压轴承支承的压缩机，虽然减少了摩擦，但是需要外部气体供给，并不适用于日常需要随时移动的电器中。

技术实现要素：

本发明正是为了克服现有技术中的上述缺陷而提出的，本发明要解决的技术问题在于尽可能降低高速离心压缩机的摩擦和振动，更加适用于反复启停、高速旋转的小功率电器中，减少保养，提高电机的寿命和使用效率；另外本发明要解决另一个技术问题还包括无需外部气体供给，适用于日常需要随时移动的电器中。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案包括：

提供一种采用可倾瓦径向轴承、可倾瓦推力轴承支承的气体悬浮式高速离心压缩机，包括至少一个可倾瓦径向轴承、可倾瓦推力轴承。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种采用可倾瓦径向轴承、可倾瓦推力轴承支承的气体悬浮的高速离心压缩机，包括：外壳单元，设置在压缩机的周围部分，用于保护压缩机的内部结构并供压缩机的其他部分安装；叶轮单元，包括叶轮和叶轮壳，所述叶轮与轴为固定链接，轴带动叶轮旋转，输出压缩气体；传动单元，轴与所述叶轮固定安装，转子与轴过盈配合，定子上绕组施加三相电流，转子带动轴旋转；其中，所述传动单元包括可倾瓦径向轴承、可倾瓦推力轴承；所述可倾瓦径向轴承包括压电传动器(pzt)、直梁、可弯曲的腹板、可倾瓦。为了增加可倾瓦的径向振动，所述pzt直接粘附在直梁上，在pzt上施加电压时，pzt产生垂直于直梁表面的周期性膨胀和压缩运动，并使直梁产生高频振动，其频率与电压相同，并且振幅与电压值相关。直梁高频振动通过可弯曲的腹板传递到可倾瓦上，使得可倾瓦对空气产生高频挤压作用，在轴承与轴的表面之间产生挤压气膜，从而允许轴承提供支承和空气润滑。通过控制每瓣可倾瓦上pzt的电压可以控制可倾瓦的振幅，电压越大，可倾瓦振幅越大，产生的悬浮力也越大。所述可倾瓦径向轴承可以通过分别控制每瓣可倾瓦的电压来控制悬浮力，使得轴重力与悬浮力相互抵消，控制轴在某一径向位置稳定旋转，从而抑制轴的径向振动；所述可倾瓦推力轴承包括压电传动器(pzt)、直梁、可弯曲的腹板、可倾瓦。所述可倾瓦推力轴承工作原理与所述可倾瓦径向轴承一致，使可倾瓦对空气产生高频挤压作用，在轴承与推力盘中间形成挤空气膜，通过控制每瓣可倾瓦的电压来控制悬浮力，从而抵消压缩机工作时产生的轴向力，从而提供轴向支承和空气润滑，使得轴与可倾瓦推力轴承为非接触状态。

进一步，所述离心压缩机包括轴，与所述叶轮为固定连接；轴与所述转子固定连接，为过盈配合；所述推力盘与轴用键连接，用于限制轴的轴向运动。

进一步，所述可倾瓦径向轴承包括：第一可倾瓦径向轴承，设置于靠近叶轮右侧的外壳上，与外壳为螺钉螺母连接，以支承转动的所述轴；第二可倾瓦径向轴承，设置于第一可倾瓦推力轴承左侧的外壳上，与外壳为螺钉螺母连接，以支承转动的所述轴。

进一步，所述可倾瓦推力轴承包括：第一可倾瓦推力轴承，设置于推力盘的左侧，与外壳为螺钉螺母连接，以限制轴的轴向运动；第二可倾瓦推力轴承，设置于推力盘的右侧，与外壳为螺钉螺母连接，以限制轴的轴向运动。

进一步，所述可倾瓦径向轴承为三瓣式可倾瓦径向轴承，每瓣可倾瓦弧长为116°，三瓣可倾瓦分别周向均匀间隔排放；可弯曲的腹板位于每瓣可倾瓦的中心位置；可弯曲的腹板位于直梁的中心位置；轴承上具有六个安装所需孔。

进一步，所述可倾瓦推力轴承为五瓣式可倾瓦推力轴承，每瓣可倾瓦弧长为68°，五瓣可倾瓦分别周向均匀间隔排放；可弯曲的腹板位于每瓣可倾瓦的中心位置；可弯曲的腹板位于直梁的中心位置；轴承上具有四个安装所需孔。

进一步，所述可倾瓦推力轴承与推力盘间具有间隙。

本发明与现有技术相比，其优点是：相比于使用液体动压轴承支承的压缩机，该压缩机为空气润滑，不会产生高温导致轴承失效；相比于使用滚动轴承或滑动轴承支承的压缩机，该压缩机由于空气润滑的阻力小，摩擦力小，设备转换效率高，并且无需供油，不污染工作环境；相比于使用液体动压轴承支承的压缩机，由于可倾瓦径向轴承内表面与轴承表面、推力盘与可倾瓦推力轴承端面没有直接物理接触，产品寿命长，反复启停也无影响；相对于使用空气动压轴承支承的压缩机，该压缩机可以通过控制pzt上的电压控制转子运动的稳定性，避免因使用空气动压产生气体动压交叉耦合效应导致的轴承-转子系统的不平衡，同时可以提高转子转速；对比于使用静压轴承的压缩机，该压缩机无需静压的外部气体供给，体积小，可以使用在需要随时移动的电器设备中，例如吹风机、吸尘器等。

附图说明

图1为采用可倾瓦径向轴承和可倾瓦推力轴承的压缩机整体结构示意图；

图2为可倾瓦径向轴承示意图；

图3为可倾瓦径向轴承的截面图；

图4为可倾瓦推力轴承示意图；

图5为可倾瓦推力轴承的截面图；

图中：1.螺母；2.叶轮；3.叶轮壳；4.螺钉；5.压缩机壳体；6.定子；7.转子；

8.可倾瓦径向轴承连接壳体；9.可倾瓦推力轴承连接壳体；10.推力盘；11.可倾

瓦推力轴承；12.轴；13.可倾瓦径向轴承；14可倾瓦径向轴承的直梁；15.可

倾瓦径向轴承的可弯曲的腹板；16.可倾瓦径向轴承的可倾瓦；17.可倾瓦推力轴

承的直梁；18.可倾瓦推力轴承的可弯曲的腹板；19.可倾瓦推力轴承的可倾瓦。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。然而可以理解的是，下述具体实施方式仅仅是本发明的优选技术方案，而不应该理解为对本发明的限制。

如图1所示，所述离心压缩机首先包括外壳单元，所述外壳包括压缩机壳体5，其设置在离心压缩机的周围部分，用于保护离心压缩机的内部结构并提供第一可倾瓦径向轴承及其他部分安装，该壳体可以采用一体式构造也可采用分段式组装的构造，这都是本领域技术人员根据离心压缩机的尺寸可以自由安排的。

所述离心压缩机首先包括的外壳单元还包括可倾瓦径向轴承连接壳体8、可倾瓦推力轴承连接壳体9。所述可倾瓦径向轴承连接壳体8用于安装第二可倾瓦径向轴承。所述可倾瓦推力轴承连接壳体9用于安装可倾瓦推力轴承。

如图1所示，本发明的离心压缩机还包括叶轮单元，所述叶轮单元包括叶轮2和叶轮壳3，叶轮2安装在叶轮壳3中央，与轴12用键连接，轴带动所述叶轮旋转，本发明的叶轮采用扭曲叶片，因为扭曲叶片叶轮内气体流动比较均匀，速度和压力分布比较合理，流动损失小，压缩效率明显提高。

进一步地，在图1中所述发电机还包括传动单元，向可倾瓦径向轴承和可倾瓦推力轴承的pzt上施加电压，使得轴悬浮，再向定子绕组中输入电流，带动转子7与轴旋转，随之带动叶轮旋转。

所述传动单元包括轴12、转子7、可倾瓦径向轴承13、可倾瓦推力轴承11、推力盘10，所述叶轮1通过螺母2、垫圈和键固定在轴12上。本实施例中将所述轴于叶轮连接的一端定义为前端，将所述轴的另一端定义为后端。叶轮和轴进行固定后当轴转动时就可以带动叶轮转动。所述轴12后端设置有推力盘10。如图1所示，由于叶轮旋转会施加轴向力，因此设置所示推力盘能够抑制叶轮2和与之连接的轴12的轴向运动。

本实施方式中的可倾瓦径向轴承13与所述可倾瓦径向轴承连接壳体4为螺钉、螺母固定连接。所述可倾瓦径向轴承的pzt上施加电压，使得直梁产生高频振动，通过弯曲的腹板传递，可倾瓦从而产生高频振动，与所述轴12表面形成挤压膜，从而产生承载力使得轴悬浮起来，达到轴的径向支承作用。通过控制每瓣可倾瓦上pzt的输入电压可以控制可倾瓦的振幅，电压越大，可倾瓦振幅越大，产生的悬浮力也越大。在启动前，粘附在直梁上的pzt施加电压，使得轴悬浮起立，与轴承为无摩擦状态。随之定子绕组施加三相交流电，转子带动轴旋转起来，从而带动叶轮旋转。在轴旋转的过程中，每瓣可倾瓦可根据轴的旋转位置来自动调节角度，使得轴旋转更加平稳。停止时，轴的速度下降至零时刻，轴依旧保持与所述轴承为非接触状态。由于所述轴承与轴在启停与运行过程中都处于完全无摩擦状态，则压缩机可以达到更高的转速，并且不会产生高温。同时采用上述轴承不需要额外的润滑剂，则可避免轴承在高速转动时失效。另外，控制三块瓦上的输入电压可以控制轴在某一位置上旋转，在运转中只有轻微的跳动，使其运转时更加的平稳及快速。

本实施方式中推力盘10与所述可倾瓦推力轴承连接壳体9之间安装有可倾瓦推力轴承11，所述可倾瓦推力轴承的pzt上施加电压，使得直梁产生高频振动，通过弯曲的腹板传递，可倾瓦从而产生高频振动，与所述推力盘表面形成挤压膜，从而支承所述推力盘10，通过控制pzt上施加的电压来控制悬浮力，与压缩机在运转时产生的轴向力相互抵消，保存轴向平衡，从而起到了轴向固定的作用，使得推力盘与可倾瓦推力轴承为完全无摩擦状态。所述可倾瓦推力轴承连接壳体9与可倾瓦推力轴承为螺钉、螺母固定连接。所述可倾瓦推力轴承与推力盘有一定间隙。

本发明的可倾瓦径向轴承13的结构如图2所示，其包括直梁14、可弯曲的腹板15、可倾瓦16。为了保证轴在旋转时产生更好的稳定性，本发明的可倾瓦径向轴承为三瓣式轴承，每块瓦为116°，每瓣可倾瓦之间有足够的变形、扭转、倾斜所需空间。

本发明的可倾瓦推力轴承11的结构如图4所示，其包括直梁17、可弯曲的腹板18、可倾瓦19。为了保证所述可倾瓦推力轴承产生足够的推力，五块可倾瓦轴向均匀排布，并且可倾瓦厚度设置合理，每块瓦间隔6°，满足可倾瓦变形、扭转、倾斜所需要的空间，避免产生干涉，导致打瓦。

对于上述可倾瓦径向轴承和可倾瓦推力轴承而言，材料的选择很重要，因为材料会影响轴承的承载力、变形等各方面。这是由于材料特性会影响结构刚度，结构刚度影响振动幅度，而振动幅度直接影响到悬浮能力。本发明中的可倾瓦径向轴承和可倾瓦推力轴承使用的材料均为铝。经过实验比较，得出铝相比于其他材料(如：铜、弹簧钢)会产生更大的悬浮力，这是因为铝有较小的结构刚度，可以产生更大的振动幅度，挤压效果更好，承载能力也最好。

本发明中轴上连接有转子7，所述转子7上装有永磁体，所述转子周围设置有定子6，所述定子包括定子铁芯与线圈。

然而，以上所举实例仅为本发明优选实例，凡依据本发明权利要求及发明说明书内容所作简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖范围。