一种用于太空环境下空调压缩机的电主轴

摘要

一种用于太空环境下空调压缩机的电主轴，属于外太空领域，所述主轴外周设置有转子，定子设置在机壳的内周，主轴外周与机壳内周之间设置有多个气浮轴承，气浮轴承包括轴向气浮轴承和径向气浮轴承，机壳内设置有冷却系统，机壳外周设置有浮动气体和冷却液的入口和出口，气体和冷却液分别通过气体通道和冷却液通道与气浮轴承和冷却内腔连通，主轴与外周之间与气体接触，主轴后端与后端端盖之间利用空间隔离，本电主轴可减少或消除电机的磨损，防止发热损坏电机绕组，减少摩擦损伤部件，延长设备的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明射界一种电主轴，特别涉及一种用于太空环境下空调压缩机的电主轴，属于外太空领域。

背景技术

太空中的航天器、空间站、星球基站等均具有特点是温度极端地低或高，没有空气流通，散热难度大，传热方式主要是辐射，例如航天器受阳光直接照射的一面，可产生高达100℃以上，而背阴的一面，温度则可低至-100℃～-200℃；另外时属于微重力状态，航天器的压力一般为10-6pa，由于远离地球，引力降低，重力加速度也在小于1％g的范围内。

空间站、星球基站也存在着类似的区域环境，由于是太空环境，没有空气，属于高真空状态，在通常的航天器、空间站、星球基站运行区域，具有一定的压力，其中对航天工作装置影响最大的是高温低温以及高真空度。

由于航天器、空间站、星球基站等太空中具有特点是温度极端地低或，设备以及宇航员均需要在稳定的环境中活动，相关的机械电器设备也需要在一定的温度环境中进行运转，为此，航天器、空间站、星球基站需要配备适合于航天员以及设备生存和运转的温度、压力等环境，为了满足这些条件，需要配备一些空调设备来调节温度，配备在空调设备上的各种部件都要求性能良好，运行寿命长，在要规定的时间内，要求不能出现任何影响航天员和设备生存和运行的差错，需要能够维持长期稳定运行，且不能因运行摩擦引起高温，也不能因运行时间长引起机械磨损，另外，由于航天器、空间站、星球基站需要利用火箭或航天飞机将其送入太空，在要求质量的基础上，还要求重量轻，为了保持航天器、空间站、星球基站等空调设备的正常运行，因此，送往太空的设备价值与黄金价值相当，甚至要高于黄金的价值，其中的压缩机电机是关键的部件之一，其性能的好坏，直接关系到航天器、空间站、星球基站能否正常工作，也关系到航天员的生命，如何能够满足太空环境下空调设备的正产运行，是本领域技术人员需要攻克的一个难关。

发明内容

针对太空中没有空气，无法象地球一样利用空气流通进行散热，而且温度极端，需要满足空间站、航天器、星球基站等太空领域的运行设备以及航天员、科研人员的生存环境，特别是环境温度需要调节，为此本发明提供一种用于太空环境下空调压缩机的电主轴，其目的是减少或消除电机的磨损，防止发热损坏电机绕组，减少摩擦损伤部件，延长设备的使用寿命，确保宇航员的生命安全。

本发明的技术方案是：一种用于太空环境下空调压缩机的电主轴，包括主轴、转子和定子，所述主轴外周设置有转子，定子设置在机壳的内周，主轴及其外周转动部与机壳内周及其内周固定部之间通过气体分离，其间设置有多个气浮轴承，气浮轴承包括轴向气浮轴承和径向气浮轴承，机壳内设置有冷却系统，机壳外周设置有浮动气体和冷却液的入口和出口，气体和冷却液分别通过气体通道和冷却液通道与气浮轴承和冷却内腔连通，主轴的前端轴心位置设置有压缩机叶轮定心孔或定心凸台，主轴后端与后端端盖之间利用空间隔离；

进一步，所述主轴为阶梯轴，主轴的小直径外周的转子后部设置有轴套，整个机壳的内周设置有衬套，定子设置在衬套内周，转子两端设置有隔磁环，转子内设置有平衡环；

进一步，所述主轴后部外周设置有轴套，主轴前部外周和主轴后部轴套外周分别设置有径向气浮轴承，径向气浮轴承上设置有多个径向轴承节流器；

进一步，所述机壳的前端端面的径向上设置有轴向气浮轴承，轴向气浮轴承上设置有多个止推轴承节流器、以及间隙调节环；

进一步，所述冷却系统包括多个冷却内腔，多个冷却内腔设置在机壳与衬套之间，多个冷却内腔至少有一个设置在定子的外周；

进一步，所述机壳的两端分别设置有端盖，其中前端端盖固定在轴向气浮轴承上，轴向气浮轴承固定在机壳端面，后端端盖固定在机壳后端；

进一步，所述转子和定子为永磁定子和用永磁转子，主轴的最高转速为80000转/分；

进一步，所述冷却系统和气体通道的连接部位设置有多个密封环。

本发明的有益效果是：通过在主轴及其外周转动部与机壳内周及其固定部之间通过气体分离设置气浮轴承，在转子后端设置隔离空间，可将主轴悬空设置在机壳内，降低了主轴与其他部件的接触，可降低转动阻力，降低转动能耗，在无摩擦状态下运转，降低了电主轴的损坏几率，提高了电主轴的使用寿命，可确保在太空环境下的长寿命运转，通过在衬套和机壳之间设置冷却液通道和冷却内腔，可利用冷却降低转子和定子在运转过程中产生的温度，可确保定子和转子不会因高温产生绝缘击穿、线圈熔断等现象；通过在转子两端设置隔磁环，转子内设置平衡环，可保证永磁铁的磁性，防止磁性对其他部件带来影响，可确保转子的稳定转动，可防止转子转动过程中的偏心转动；通过在定子外周设置轴套，有利于设置冷却内腔，特别是在定子外周设置冷却内腔，可防止定子的发热，影响电主轴的正常运行，通过在冷却系统和气体通道的连接部位设置有多个密封环，可防止气体和冷却液的泄露，可确保冷却系统以及气浮轴承的稳定运行。利用本发明可减少或消除电机的磨损，防止发热损坏电机绕组，减少摩擦损伤部件，延长设备的使用寿命。

附图说明

图1 沿电主轴气动通道的剖面结构示意图。

图2 沿电主轴冷却液通道的剖面结构示意图。

标号说明：1-后端端盖堵头、2-后端端盖、3-后部径向气浮轴承、4-衬套、5-后部径向轴承节流器、6-轴套、7-定子、8-转子、9-隔磁环、10-平衡环、11-机壳、12-前部径向气浮轴承、13-前部径向轴承节流器、14-止推轴承节流器一、15-止推轴承节流器二、16-间隙调节环、17-轴向气浮轴承、18-前端端盖、19-主轴、20-O型密封圈一、21- O型密封圈二、22-O型密封圈三、23- O型密封圈四、24- O型密封圈五、25b-冷却液出口、25a-冷却液入口、26-固定螺钉、27a-气体入口、27b-气体出口、28-气体通道、29-冷却液通道、30-冷却内腔。

具体实施方式

为了是本领域技术人员进一步了解本发明的技术方案，以下结合附图，进一步就本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的技术方案是一种用于太空环境下空调压缩机的电主轴，图1是 沿电主轴气动通道的剖面结构示意图、图2 沿电主轴冷却液通道29的剖面结构示意图。电主轴包括主轴19、转子8和定子7，所述主轴19外周设置有转子8，定子7设置在机壳11的内周，主轴19及其外周转动部与机壳11内周及其内周固定部之间通过气体分离，其间设置有多个气浮轴承，气浮轴承包括轴向气浮轴承17和径向气浮轴承，轴向气浮轴承17为止推轴承，机壳11内设置有冷却系统，机壳11外周设置有浮动气体和冷却液的入口和出口，25a为冷却液入口、25b为冷却液出口、27a为气体入口、27b为气体出口，气体和冷却液分别通过气体通道28和冷却液通道29与气浮轴承和冷却内腔30连通，主轴19的前端轴心位置设置有压缩机叶轮定心孔或定心凸台。

所述主轴19为阶梯轴结构，主轴19前端直径大于后端直径，转子8设置在后端的小直径外周，转子8外周对应的机壳11内周位置设置有定子7，主轴19与外周之间与气体接触，主轴19后端与后端端盖2之间利用空间隔离，后端端盖2上设置有后端端盖堵头1，26为后端端盖2的固定螺钉。

所述主轴19的小直径外周的转子8后部设置有轴套6，整个机壳11的内周设置有衬套4，定子7设置在衬套4内周，转子8两端设置有隔磁环9，转子8内设置有平衡环10。

所述主轴19后部外周设置有轴套6，主轴19前部外周和主轴19后部轴套6外周分别设置有前部径向气浮轴承12和后部径向气浮轴承3，径向气浮轴承上设置有多个径向轴承节流器，其中， 5为后部径向轴承节流器，13为前部径向轴承节流器，14为轴向气浮轴承的止推轴承节流器一、15轴向气浮轴承的止推轴承节流器二。

所述机壳11的前端端面的径向上设置有轴向气浮轴承，轴向气浮轴承上设置有多个轴向气浮轴承17节流器、以及间隙调节环16。

所述冷却系统包括多个冷却内腔30，多个冷却内腔30设置在机壳11与衬套4之间，多个冷却内腔30至少有一个设置在定子7的外周。

在本实施例中，所述冷却液利用了水冷，电机的引线从后端端盖2一侧引进。

所述机壳11的两端分别设置有端盖，其中前端端盖18固定在轴向气浮轴承上，轴向气浮轴承固定在机壳11端面，后端端盖2固定在机壳11后端。

所述转子8和定子7为永磁定子7和用永磁转子，主轴19的最高转速为80000转/分。

所述冷却系统和气体通道28的连接部位设置有多个密封环，其中，20为O型密封圈一、21为 O型密封圈二、22为O型密封圈三、23为O型密封圈四、24- O型密封圈五。

本发明通过在主轴19周边设置气浮轴承，在转子8后端设置隔离空间，可将主轴19悬空设置在机壳内，可降低主轴19与其他部件的接触，降低转动阻力，降低转动能耗，在无摩擦状态下运转，降低了电主轴的损坏几率，提高了电主轴的使用寿命，可确保在太空环境下的长寿命运转，通过在衬套4和机壳11之间设置冷却液通道29和冷却内腔30，可利用冷却降低转子8和定子7在运转过程中产生的温度，可确保定子7和转子8不会因高温产生绝缘击穿、线圈熔断等现象；通过在转子8两端设置隔磁环9，转子8内设置平衡环10，可保证永磁铁的磁性，防止磁性对其他部件带来影响，可确保转子8的稳定转动，可防止转子8转动过程中的偏心转动；通过在定子7外周设置轴套6，有利于设置冷却内腔30，特别是在定子7外周设置冷却内腔30，可防止定子7的发热，影响电主轴的正常运行，通过在冷却系统和气体通道28的连接部位设置有多个密封环，可防止气体和冷却液的泄露，可确保冷却系统以及气浮轴承的稳定运行。利用本发明可减少或消除电机的磨损，防止发热损坏电机绕组，减少摩擦损伤部件，延长设备的使用寿命。