一种气浮电机系统的制作方法

本技术涉及轴承，具体涉及一种气浮电机系统。

背景技术：

1、气浮轴承高速电机及空压机具有清洁无油、体积小、功率密度大、效率高、噪音小等特点，为燃料电池发动机内部反应提供高压比、大流量的氧气，提高了燃料电池发动机的输出效率和功率，是燃料电池发动机系统的重要零部件之一。

2、气浮轴承高速电机及空压机，其结构主要包括壳体、定子和转轴，壳体两端分别安装用于支撑转轴的一级轴承座、二级轴承座和气动组件。其中，转轴的支承组件箔片气体动压轴承，是影响空压机运行稳定性与使用寿命的关键零件。箔片气体动压轴承通过高速旋转的转子在楔形空间内吸入气体形成高压气膜进而支撑转轴，抵消转轴负载和抑制转子振动。

3、气浮轴承高速电机及空压机在工作时，电机转速可达几万转至十几万转，因气浮轴承工作时与电机转子间隙极小，整机及气浮轴承等零部件发热严重，当电机在受到冲击后或持续高温环境条件下，气浮轴承易失效进而导致整机工作异常。目前，行业内常用增大气浮轴承的支撑刚度和阻尼的方式，提高轴承承载性能，如实用新型cn214945724u，名称为一种多层波箔抗冲击轴向动压空气轴承，安装分置于底板两侧的至少双层的波箔，远离轴向盘一侧的波箔，主要用来缓冲轴系所带来的冲击，进一步提高轴向轴承的抗冲击能力。但是，在气浮轴承刚度过大时，在轴承受到冲击后箔片变形很小，进而与电机转子接触后发生严重磨损甚至导致电机失效，故而在气浮轴承设计中需考虑气浮轴承在不同负载下的工作状态调整其承载性能。

4、此外，空压机可采用一级引气可加速整机空气循环系统以提高轴承工作稳定，避免气浮轴承失效。如实用新型cn209781242u，名称为一种两级气悬浮离心式电动直驱空压机，通过中间管路将部分压缩气体引入机壳组件中，实现对电机定子、主轴、径向轴承和推力轴承冷却。但是，一级引气温度相对较高，对气浮轴承的冷却效果相当有限，气浮轴承还需要更好的冷却方式以延长工作寿命。

5、由于现有技术中的气浮高速电机及空压机存在由于发热导致轴承易失效、电机发热严重和整机稳定性差等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种气浮电机系统。

技术实现思路

1、因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的气浮高速电机及空压机存在由于发热导致轴承易失效、电机发热严重和整机稳定性差的缺陷，从而提供一种气浮电机系统。

2、为了解决上述问题，本实用新型提供一种气浮电机系统，其包括：

3、机壳、转轴、电机组件、一级压缩组件、二级压缩组件、第一径向轴承组件、第二径向轴承组件、轴向轴承组件和气体导通通道，所述一级压缩组件和所述二级压缩组件均与所述转轴相接以能分别被所述转轴驱动，所述第一径向轴承组件和所述第二径向轴承能分别支承于所述转轴的不同轴段，所述轴向轴承组件对所述转轴进行轴向支承和止推，所述机壳的内部设置有冷却通道，所述气体导通通道能从所述一级压缩组件和/或二级压缩组件引入气体，并经过与所述冷却通道中的冷却介质换热后以对所述电机组件、所述一级压缩组件、所述二级压缩组件、所述第一径向轴承组件、所述第二径向轴承组件和所述轴向轴承组件中的至少之一进行散热冷却。

4、在一些实施方式中，所述第一径向轴承组件包括一级径向轴承，所述第二径向轴承组件包括二级径向轴承，所述一级径向轴承和所述二级径向轴承分别支承于所述转轴的不同轴段，所述轴向轴承组件包括轴向轴承，所述轴向轴承能对所述转轴进行轴向支承或止推；

5、所述电机组件包括电机定子，所述电机定子能驱动所述转轴转动；所述一级压缩组件设置于所述转轴的轴向一端，所述二级压缩组件设置于所述转轴的轴向另一端；所述一级压缩组件压缩后的气体进入所述二级压缩组件进行二级压缩。

6、在一些实施方式中，所述一级压缩组件包括一级叶轮、一级扩压器和一级蜗壳，所述一级叶轮与所述转轴的轴向一端固接，以通过所述转轴转动带动所述一级叶轮在所述一级蜗壳中转动，进而压缩气体；所述二级压缩组件包括二级叶轮、二级扩压器和二级蜗壳，所述二级叶轮与所述转轴的轴向一端固接，以通过所述转轴转动带动所述二级叶轮在所述二级蜗壳中转动，进而压缩气体，所述一级蜗壳的出口端与所述二级蜗壳的入口端连通。

7、在一些实施方式中，所述轴向轴承组件设置在与所述一级压缩组件相接的位置；所述气体导通通道包括设置在所述机壳上的机壳引气槽一，所述机壳引气槽一一端与所述二级蜗壳内部连通以引入气体，引入的气体在所述机壳引气槽一中能与所述冷却通道中的冷却介质换热，所述机壳引气槽一的另一端能将气体导入所述轴向轴承组件处以对所述轴向轴承组件进行冷却。

8、在一些实施方式中，所述第一径向轴承组件设置在与所述轴向轴承组件相接的位置，所述第二径向轴承组件设置在与所述二级压缩组件相接的位置；

9、所述冷却通道为在所述机壳上开设的环状或弧段或螺旋状的结构，所述气体导通通道包括设置在所述机壳上的机壳引气槽二，所述机壳引气槽二一端与所述轴向轴承组件的内部连通以引入气体，引入的气体在所述机壳引气槽二中能与所述冷却通道中的冷却介质换热，所述机壳引气槽二的另一端能将气体导入所述第二径向轴承组件处以对所述第二径向轴承组件进行冷却；所述轴向轴承组件的内部还与所述第一径向轴承组件连通，以引入气体对所述第一径向轴承组件冷却散热。

10、在一些实施方式中，所述第二径向轴承组件的内部一端与所述机壳引气槽二连通、另一端能与所述机壳的内部连通，所述机壳上还设置有机壳导气槽，所述机壳导气槽的一端与所述机壳引气槽二连通、另一端与所述机壳的内部连通，以使得所述机壳引气槽二的部分气体还能通过所述机壳导气槽被引入至所述机壳的内部。

11、在一些实施方式中，所述机壳上还设置有机壳排气槽，所述机壳排气槽的一端与所述机壳的内部连通、另一端能够将气体导出至所述二级压缩组件中，所述机壳排气槽相对于所述第二径向轴承组件而靠近所述第一径向轴承组件设置，通过所述第二径向轴承组件进入所述机壳内部的气体与通过所述机壳导气槽进入所述机壳内部的气体能在所述机壳内部进行混合，并能对所述电机定子进行冷却，混合后的气体与通过所述第一径向轴承组件进入所述机壳内部的气体能进行混合，并通过所述机壳排气槽排出。

12、在一些实施方式中，所述第一径向轴承组件还包括一级径向轴承座，所述一级径向轴承支承于所述转轴的外周，所述一级径向轴承座支承于所述一级径向轴承的径向外周，且所述一级径向轴承座上开设有一级径向轴承座导气槽一、一级径向轴承座导气槽二和一级径向轴承座排气槽；

13、所述一级蜗壳上还设置有一级蜗壳排气槽，所述机壳排气槽、所述一级径向轴承座排气槽和所述一级蜗壳排气槽连通，所述气浮电机系统还包括连接管，所述连接管一端连通所述一级蜗壳排气槽、另一端连通至所述二级压缩组件；

14、所述一级径向轴承座导气槽一的一端与所述机壳引气槽一连通、另一端与所述轴向轴承组件连通，所述一级径向轴承座导气槽二的一端与所述机壳引气槽二连通、另一端与所述轴向轴承组件连通。

15、在一些实施方式中，所述第二径向轴承组件还包括二级径向轴承座，所述二级径向轴承支承于所述转轴的外周，所述二级径向轴承座支承于所述二级径向轴承的径向外周，且所述二级径向轴承座上开设有二级径向轴承座导气槽一和二级径向轴承座导气槽二；

16、所述二级径向轴承座导气槽一的一端与所述二级蜗壳内部连通、另一端与所述机壳引气槽一连通，所述二级径向轴承座导气槽二的一端与所述机壳引气槽二连通、另一端与所述第二径向轴承组件连通。

17、在一些实施方式中，所述轴向轴承组件设置在与所述一级压缩组件相接的位置；所述气体导通通道包括设置在所述机壳上的机壳引气槽一，所述机壳引气槽一一端与所述一级蜗壳内部连通以引入气体，引入的气体在所述机壳引气槽一中能与所述冷却通道中的冷却介质换热，所述机壳引气槽一的另一端能将气体导入所述第二径向轴承组件处以对所述第二径向轴承组件进行冷却；所述轴向轴承组件的内部还与所述一级蜗壳的内部连通，以引入气体对所述轴向轴承组件冷却散热；所述轴向轴承组件的内部还与所述第一径向轴承组件连通，以引入气体对所述第一径向轴承组件冷却散热。

18、在一些实施方式中，所述第二径向轴承组件的内部一端与所述机壳引气槽一连通、另一端能与所述机壳的内部连通，所述机壳上还设置有机壳导气槽，所述机壳导气槽的一端与所述机壳引气槽一连通、另一端与所述机壳的内部连通，以使得所述机壳引气槽一的部分气体还能通过所述机壳导气槽被引入至所述机壳的内部。

19、在一些实施方式中，所述机壳上还设置有机壳排气槽，所述机壳排气槽的一端与所述机壳的内部连通、另一端能够将气体导出至外部，所述机壳排气槽相对于所述第二径向轴承组件而靠近所述第一径向轴承组件设置，通过所述第二径向轴承组件进入所述机壳内部的气体与通过所述机壳导气槽进入所述机壳内部的气体能在所述机壳内部进行混合，并能对所述电机定子进行冷却，混合后的气体与通过所述第一径向轴承组件进入所述机壳内部的气体能进行混合，并通过所述机壳排气槽排出。

20、在一些实施方式中，所述第一径向轴承组件还包括一级径向轴承座，所述一级径向轴承支承于所述转轴的外周，所述一级径向轴承座支承于所述一级径向轴承的径向外周，

21、所述第二径向轴承组件还包括二级径向轴承座，所述二级径向轴承支承于所述转轴的外周，所述二级径向轴承座支承于所述二级径向轴承的径向外周，

22、且所述一级径向轴承座上开设有一级径向轴承座导气槽一；

23、所述一级径向轴承座导气槽一的一端与所述机壳引气槽一连通、另一端与所述一级蜗壳的内部连通。

24、在一些实施方式中，所述二级径向轴承座上开设有二级径向轴承座导气槽一；

25、所述二级径向轴承座导气槽一的一端与所述机壳引气槽二连通、另一端与所述第二径向轴承组件连通。

26、在一些实施方式中，所述轴向轴承包括轴向平箔、轴向波箔和轴向底片，所述轴向波箔位于所述轴向平箔与所述轴向底片之间，所述轴向平箔包括轴向平箔平段、轴向平箔倾斜段和轴向平箔承载段，所述轴向波箔包括轴向波箔平段和轴向波箔支撑段，所述轴向波箔支撑段相对于所述轴向波箔平段而朝所述轴向平箔承载段凸出，且所述轴向波箔支撑段包括沿轴向方向的凸出高度不同的第一波箔支撑段和第二波箔支撑段。

27、在一些实施方式中，在所述轴向波箔支撑段的位置沿周向方向开设有间隔槽，以将所述轴向波箔支撑段分隔成不同的支撑段，且所述间隔槽为多个，多个所述间隔槽沿径向方向依次间隔设置，使得将所述轴向波箔支撑段分隔成位于径向最外侧和位于径向最内侧的所述第一波箔支撑段、和位于相邻两个间隔槽之间的所述第二波箔支撑段。

28、在一些实施方式中，所述间隔槽为3个，将所述轴向波箔支撑段分隔成位于径向最外侧和位于径向最内侧的共两个所述第一波箔支撑段、和位于相邻两个间隔槽之间的3个所述第二波箔支撑段；和/或所述第二波箔支撑段的凸出高度高于所述第一波箔支撑段的凸出高度。

29、在一些实施方式中，所述轴向轴承组件还包括轴向盘，所述轴向盘的径向内侧的轴向一端与所述转轴的止推面相接，所述轴向盘的径向外侧的轴向一端设置一个所述轴向轴承，即为前轴向轴承，所述轴向盘的径向外侧的轴向另一端设置另一个所述轴向轴承，即为后轴向轴承；

30、所述轴向轴承组件还包括轴向间隙调节环，所述轴向间隙调节环设置于所述轴向盘的径向外侧，且位于所述前轴向轴承和所述后轴向轴承之间，通过所述轴向间隙调节环能够调节所述轴向盘与所述轴向轴承之间的间隙δ。

31、在一些实施方式中，所述轴向间隙调节环的轴向厚度为h，所述轴向轴承的轴向总高度为t，各箔片的轴向厚度之和为t，所述轴向盘的轴向厚度为h，所述转轴与轴向轴承之间的能调节的间隙为2δ＝h+2t-h-2t。

32、在一些实施方式中，所述一级径向轴承和和所述二级径向轴承的结构相同，均为径向轴承，所述径向轴承包括径向底片、径向第一层波箔、径向第二层波箔、径向第一层平箔、径向第二层平箔和径向第三层平箔，沿着径向向内的方向，所述径向底片、所述径向第一层波箔、所述径向第二层波箔、所述径向第一层平箔、所述径向第二层平箔和所述径向第三层平箔依次布置。

33、在一些实施方式中，所述径向第一层波箔的拱高小于所述径向第二层波箔的拱高，在所述径向第一层波箔与所述径向第二层波箔之间形成径向波箔间隙；

34、所述径向第二层平箔为非整圈的结构，在无所述径向第二层平箔的位置，所述径向第一层平箔与所述径向第三层平箔之间形成径向平箔间隙；

35、在所述转轴运行时，所述径向第三层平箔与所述转轴之间形成转子轴承间隙。

36、在一些实施方式中，所述径向第一层波箔拱高h1为所述径向第二层波箔拱高h2的60％-80％。

37、在一些实施方式中，所述径向第一层波箔和所述径向第二层波箔沿轴向方向均设置成多段结构，各段之间的拱高、节距、弦长中的至少之一存在不同。

38、在一些实施方式中，所述径向第一层波箔包括径向第一层波箔第一段、径向第一层波箔第二段、径向第一层波箔第三段和径向第一层波箔第四段，所述径向第一层波箔第一段、所述径向第一层波箔第三段和所述径向第一层波箔第四段沿周向方向依次相接，所述径向第一层波箔第二段为至少两个，其中一个所述径向第一层波箔第二段位于所述径向第一层波箔第三段的轴向一侧且与其间隔设置，另一个所述径向第一层波箔第二段位于所述径向第一层波箔第三段的轴向另一侧且与其间隔设置。

39、在一些实施方式中，所述径向第一层波箔第一段沿轴向设置为至少两个，其中一个的周向一端的部分与所述其中一个所述径向第一层波箔第二段相接、部分与所述径向第一层波箔第三段相接，另一个所述径向第一层波箔第一段的周向一端的部分与所述另一个所述径向第一层波箔第二段相接、部分与所述径向第一层波箔第三段相接；

40、所述径向第一层波箔第四段沿轴向设置为至少两个，其中一个的周向一端的部分与所述其中一个所述径向第一层波箔第二段相接、部分与所述径向第一层波箔第三段相接，另一个所述径向第一层波箔第四段的周向一端的部分与所述另一个所述径向第一层波箔第二段相接、部分与所述径向第一层波箔第三段相接。

41、在一些实施方式中，所述径向第一层波箔包括径向第一层波箔第一段、径向第一层波箔第二段、径向第一层波箔第三段和径向第一层波箔第四段，所述径向第一层波箔第一段、所述径向第一层波箔第三段和所述径向第一层波箔第四段沿轴向方向依次间隔设置，所述径向第一层波箔第一段的拱高与所述径向第一层波箔第二段的拱高沿轴向错开设置，所述径向第一层波箔第三段和所述径向第一层波箔第四段的拱高沿轴向错开设置。

42、本实用新型提供的一种气浮电机系统具有如下有益效果：

43、1.本实用新型通过在二级或多级压缩系统中的机壳内部设置冷却流道，冷却流道中通入冷却介质，并且通过气体导通通道能够引入一级压缩组件和/或二级压缩组件中的气体，在机壳内部与冷却流道中的介质进行换热，以对引入的气体进行降温，进一步将冷却后的气体送至电机组件、所述一级压缩组件、所述二级压缩组件、所述第一径向轴承组件、所述第二径向轴承组件和所述轴向轴承组件中的至少之一处，以有效对电机组件、所述一级压缩组件、所述二级压缩组件、所述第一径向轴承组件、所述第二径向轴承组件和所述轴向轴承组件中的至少之一进行散热冷却，整机热管理系统通过合理布置气体循环冷却流道，对比原有技术无需电机外部供气同时减少气冷接头，有效实现对电机关键零部件冷却，降低电机、轴向旋转系统和径向旋转系统的温升，提高整机冷却效率，解决气浮高速电机及空压机存在由于发热导致轴承易失效、电机发热严重和整机稳定性差的问题，提高气浮轴承高速电机及空压机运行可靠性和使用寿命；

44、2.本实用新型还通过对轴向轴承组件采用e开环波箔结构(间隔槽分割成多个波箔支撑段)，能够有效降低承载区域支撑刚度；在平箔片设计调节结构，能够减小倾斜面入口气膜高度，提高轴向轴承承载性能；在轴向轴承组件间安装轴向间隙调节环且轴向间隙调节环设置有气体通道，实现轴向间隙的精准调节及轴向轴承的有效冷却；本实用新型还通过将径向轴承组件采用双层波箔、多层平箔结构组装，波箔沿轴向错开，沿周向呈电阻ω或e型槽结构，提高径向轴承的承载性能和径向旋转系统的自适应性及运行稳定性；径向轴承组件在箔片自由端和固定端设计隔离件能够简化轴承固定方式。