专利名称：一种浮动轴承式高速电机驱动的空气循环机的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种浮动轴承式高速电机驱动的空气循环机，属制冷空调领域。总成由高速电机、 涡轮机、压气机组成，涡轮机、压气机分置于高速电机两端，三者同轴，电机功率达15kw/6万r/min。 工作原理是高速电机旋转时，压气机输出具有一定能量的压縮空气通过中冷器到涡轮机绝热等熵膨 胀， 一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量另一部分焓降则转变为机械功输出，与高速电机共同 驱动压气机旋转，周而复始。涡轮机采用双边切线进气，提高了制冷效率。
该装置具有性价比高,体积小、重量轻等特点，适用于采用空气循环制冷的汽车空调等。
賴駄
目前的中小排量汽车，大都采用非独立式空调装置，由发动机动力输出轴带动；对于大排量汽车， 则大都采用独立式空调装置，由另外一套辅助动力装置带动。无论何种形式，国内外汽车空调全都采 用蒸气压縮制冷技术。这种制冷方式是以消耗发动机动力为代价，同时还要满足工质环保性要求。
当前，世界上很多国家都在研究如何利用汽车发动机的废热作为制冷装置的能源。本发明一一种 浮动轴承式高速电机驱动的空气循环机,是在发明专利"内燃机废气能量与高速电机混合驱动的空气 循环制冷系统"的基础上开发的，应用于汽车空调等。
发明内容
一种浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM, Air Cycle Machine )，由
图1中的压气 机(16)、涡轮机(13)分置于高速电机(7)两端，三者同轴组成。高速电机(7)采用全浮动式油 润滑轴承，电机(7)的冷却由涡轮机(13)输出的一部份冷气分两路对机体强制换热，功率达15kw/6 万r/min。其工作原理是图2中，采用变频器控制的高速电机(7)旋转时，压气机(16)输出具有 一定能量的压缩空气通过中冷器(17)到涡轮机(13)绝热等熵膨胀， 一部分焓降使气体膨胀加速， 输出制冷量；另一部分焓降则在哥氏力作用下直接无损失地转变为机械功输出，与高速电机(7)共 同驱动压气机(16)旋转，从而在同样的压气能量输出下可使高速电机(7)的输出功率显著减小， 周而复始。涡轮机(13)采用双边切线进气,提高了制冷效率。
具体实施例方式
附图i 一种浮动轴承式高速电机驱动的空气循环机结构总图
附图2高速电机驱动的空气循环机原理图
附图3双边切线进气涡轮机图
系统设计为，图1中，高速电机(7)采用全浮动式油润滑轴承，轴径与固定的轴承座(4)之间有 一浮动轴承(5)，其内间隙为0. 03-0. 05mm,外间隙为0. 04-0. 08mm,长度为电机转子轴(15)轴径的 0.7-0.9倍。高速电机(7)旋转过程中，浮动轴承(5)也以一定的转速转动，内外表面均有油膜产 生，故可在不增加相邻表面间间隙的情况下，能大大增加流过的润滑量，降低轴承温升；同时，也相 应地减小了与轴径和轴承座(4)之间的相对速度，从而减小浮动轴承(5)的摩擦损失功率。另一方面， 由于浮动轴承(5)中总的间隙较大，当转子动平衡有所破坏时，其旋转中心与几何中心不重合，浮 动轴承(5)可自动调整，即它本身相当于一个弹性支承。
止推轴承(9)设计在叶轮直径较小的涡轮机(13) —端，以改善因布置止推轴承(9)后而使悬 臂轴的悬伸量增大所引起的刚性变差和高速旋转振动问题。
左右浮动轴承(5)润滑油的密封，采取在浮动轴承(5)的两侧各分别安置两道活塞环(3)和 两道活塞环(6)的密封方式。浮动轴承(5)的外侧为整体式密封套(2),其上安置有两道活塞环(3)， 中间腔为一卸压排油口；内侧安置有两道紧靠的活塞环(6)，可靠地保证了密封效果。
总成的轴承润滑的供油压力为0. 3-0. 5MPa，润滑油流量为0. 4-0. 6L/迈in，进口油温低于45°C。 高速电机(7)的冷却由涡轮机(13)输出的深冷气体((TC以下)的一部份分两路对机体强制换热 一路通入机体内，换热后由机壳(8)上的小孔排出；另一路经轴流风机(14)对机壳(8)上的导热 翅片强制风冷。
图3中，涡轮机(13)采用双边切线进气，蜗壳(11)进气口底边相对于涡轮(12)轮缘的高度为 5-10mm，压縮空气从两侧进入祸轮机(13), —部分沿涡轮(12)切线方向通过喷嘴(10)直接切向 冲击涡轮(12)，显著提高了涡轮(12)转速及效率。
总成的涡轮(12)进口直径为70-100mm;压气机(16)叶轮(1)出口直径为8(M20mm,根据制冷 系统总体热力计算具体确定。
高速电机转子轴(15)的轴径不小于25mm。
权利要求
1、一种浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM，Air Cycle Machine)，由图1中的压气机(16)、涡轮机(13)分置于高速电机(7)两端，三者同轴组成。高速电机(7)采用全浮动式油润滑轴承，电机(7)的冷却由涡轮机(13)输出的一部份冷气分两路对机体强制换热，功率达15kw/6万r/min。其工作原理是图2中，采用变频器控制的高速电机(7)旋转时，压气机(16)输出具有一定能量的压缩空气通过中冷器(17)到涡轮机(13)绝热等熵膨胀，一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量；另一部分焓降则在哥氏力作用下直接无损失地转变为机械功输出，与高速电机(7)共同驱动压气机(16)旋转，从而在同样的压气能量输出下可使高速电机(7)的输出功率显著减小，周而复始。涡轮机(13)采用双边切线进气，提高了制冷效率。
2、 根据权利要求l所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，图l 中，高速电机(7)采用全浮动式油润滑轴承，轴径与固定的轴承座(4)之间有一浮动轴承(5)，其内 间隙为0. 03-0. 05咖，外间隙为0. 04-0. 08咖，长度为电机转子轴(15)轴径的0. 7-0. 9倍。高速电机(7)旋转过程中，浮动轴承(5)也以一定的转速转动，内外表面均有油膜产生，故可在不增加相邻 表面间间隙的情况下，能大大增加流过的润滑量，降低轴承温升；同时，也相应地减小了与轴径和轴 承座(4)之间的相对速度，从而减小浮动轴承(5)的摩擦损失功率。另一方面，由于浮动轴承(5) 中总的间隙较大，当转子动平衡有所破坏时，其旋转中心与几何中心不重合，浮动轴承(5)可自动 调整，即它本身相当于一个弹性支承。
3、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，止推 轴承(9)设计在叶轮直径较小的涡轮机(13) —端，以改善因布置止推轴承(9)后而使悬臂轴的悬 伸量增大所引起的刚性变差和高速旋转振动问题。
4、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM),其特征在于，左右 浮动轴承(5)润滑油的密封，采取在浮动轴承(5)的两侧各分别安置两道活塞环(3)和两道活塞 环(6)的密封方式。浮动轴承(5)的外侧为整体式密封套(2)，其上安置有两道活塞环(3)，中间 腔为一卸压排油口；内侧安置有两道紧靠的活塞环(6),可靠地保证了密封效果。
5、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，轴承 润滑的供油压力为0,3-0.5MPa，润滑油流量为0. 4-0. 6L/迈in，进口油温低于45'C。
6、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM),其特征在于，高速 电机(7)的冷却由涡轮机(13)输出的深冷气体(0'C以下)的一部份分两路对机体强制换热:一路通 入机体内，换热后由机壳(8)上的小孔排出；另一路经轴流风机(14)对机壳(8)上的导热翅片强 制风冷。
7、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，图3 中，涡轮机(13)采用双边切线进气，蜗壳(11)进气口底边相对于涡轮(12)轮缘的高度为5-10mm,压縮空气从两侧进入涡轮机(13), —部分沿涡轮(12)切线方向通过喷嘴(10)直接切向冲击涡轮 (12),显著提高了涡轮(12)转速及效率。
8、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM),其特征在于，涡轮 (12)进口直径为7(hl00mm;压气机(16)叶轮(1)出口直径为80-120mm。
9、 根据权利要求1所述的浮动轴承式高速电机(7)驱动的空气循环机(ACM)，其特征在于，高速 电机转子轴(15)的轴径不小于25mm。
全文摘要
本发明公开了一种浮动轴承式高速电机(4)驱动的空气循环机，属制冷空调领域。总成由压气机(1)、涡轮机(2)分置于高速电机两端，三者同轴组成。高速电机采用全浮动式油润滑轴承(3)，电机冷却由涡轮机提供一部份冷气分两路对机体强制换热，功率达15kw/6万r/min。工作原理是高速电机旋转时，压气机输出具有一定能量的压缩空气通过中冷器到涡轮机绝热等熵膨胀，一部分焓降使气体膨胀加速，输出制冷量；另一部分焓降则转变为机械功输出，与高速电机共同驱动压气机旋转，周而复始。涡轮机采用双边切线进气，提高了制冷效率。该发明具有体积小、重量轻、性价比高等特点，适用于汽车空调等。
文档编号F25B9/00GK101196349SQ20061009525
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月6日 优先权日2006年12月6日
发明者伍怀秋, 君 何, 何应明 申请人:何 君;伍怀秋;何应明