一種磁懸浮技術的家用空調無油壓縮機設計

武漢理工大學能源與動力工程學院 邱鋮鋮 葉婷婷 向林明武漢理工大學工程訓練中心 鄭衛剛

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一種磁懸浮技術的家用空調無油壓縮機設計

武漢理工大學能源與動力工程學院 邱鋮鋮 葉婷婷 向林明
武漢理工大學工程訓練中心 鄭衛剛

【摘要】針對目前家用空調因機械軸承摩擦耗能大、噪聲大以及因潤滑油隨制冷劑傳遞帶來制冷效率降低等缺陷，提出一種基于磁懸浮技術的新型家用無油空調壓縮機技術，并驗證了其設計可行性。

【關鍵詞】磁懸浮家用空調壓縮機；無油；節能減排；減噪

1　引言

隨著工業化程度的不斷提高以及人們生活質量的不斷提高，家用空調得到廣泛普及，造成大量能源的消耗、噪聲污染嚴重。目前家用空調的節能減排工作達到瓶頸，很難在現有技術上進行創新節能。國家對節能減排工作一直在持續推進，節能消費也成為空調用戶新的訴求和痛點。而目前家用空調中因轉子轉動過程中機械軸承產生巨大摩擦，造成空調壓縮機的能耗大、效率降低、溫度上升，出現振動和噪聲，使得表面磨損、配合間隙增大，導致壓縮機性能下降。同時，潤滑油系統在壓縮機中必不可少，潤滑油會隨著制冷劑的傳遞造成熱阻，致使制冷效率下降。為此，提出了基于磁懸浮技術的新型家用無油空調壓縮機設計，并進行了理論分析與研究。

2　主體結構設計與工作原理

基于磁懸浮技術的壓縮機利用可調電流在電磁鐵上產生非接觸的電磁力來控制轉子在空間中的位置，使軸承沒有物理的接觸。位移傳感器時刻監測轉子的位置，以及時調整電流大小進而調整磁場力大小，使得轉子偏移到中心位置。圖1為簡單磁懸浮系統，它是由轉子、位移傳感器、控制器和執行器4部分組成，其中執行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設在參考位置上，轉子受到一個向下的擾動，就會偏離其參考位置，這時傳感器檢測出轉子偏離參考點位置。控制器的微處理器將檢測得到的位移變換成控制信號。然后功率放大器將這一控制信號轉換成控制電流，控制電流在執行磁鐵中產生磁力，從而驅動轉子返回到原來平衡位置。因此，不論轉子受到向下或向上的擾動，轉子始終能處于穩定的平衡狀態。

圖1　簡單磁懸浮系統圖

磁懸浮軸承能夠實現無直接機械接觸，不需潤滑，摩擦阻力減小，適用壽命長，在極端環境下運行，如極高和極低的溫度、極高的溫度、極高的真空或在淹沒情況下的應用，滿足家用空調壓縮機使用環境。

如圖2是壓縮機中轉子以及磁懸浮軸承的裝配示意圖。圖1中輔助軸承，作為磁懸浮系統中的保護軸承，當壓縮機處于非工作狀態時，轉子置于保護軸承上面。當壓縮機處于工作狀態時，轉子懸浮于空中，與輔助軸承脫離。輔助軸承在壓縮機系統中起到保護轉子與壓縮機其它結構的作用。圖2中徑向傳感器監測轉子徑向偏移，圖中8軸向傳感器監測轉子軸向偏移。兩者共同完成對轉子在空間中的位移監測，使得轉子始終處于中心位置旋轉。圖3中前徑向軸承和7后徑向軸承饒有線圈，在通電情況下，繞組線圈根據電生磁原理產生環形磁場，轉子在此力作用下懸浮在空間中，與軸承間沒有摩擦力，達到節能效果。

圖2　磁懸浮系統構成示意圖

圖3　徑向軸承示意圖

圖4　推力軸承示意圖

磁懸浮軸承由徑向控制和軸向控制軸承組成。徑向軸承將承受壓

縮機重力、轉子離心力、電磁力作用，三力平衡使得轉子始終位于空間中心轉動。電磁繞組由八級線圈組成，分別控制X、Y、Z 向轉子力。繞組線圈通電根據電生磁原理產生磁場，帶動轉子旋轉。在旋轉過程中，轉子離心力的改變導致合力變化，進而引起電流變化從而調整電磁力大小，轉子恢復平衡位置。圖3前徑向軸承3和后徑向軸承7制約徑向兩個平動和轉動，軸向軸承4制約軸向運動。

3　性能分析

預估計，至2020年我國還要建設大約100億平方米的公共建筑。假定平均每年建設6-7億平方米，若采用磁懸浮技術的空調壓縮機，與現在的建筑能耗相比，每年可節省的電能總計為18億度，綜合經濟效益可節約資金16億元，新增產值83億元。而如果將現有15％建筑的空調主機改造為磁懸浮變頻離心式冷水機組，那么可以節約電能14億度，綜合經濟效益可節約資金13億元，新增產值64億元以上。

4　結論

磁懸浮技術應用到家用低速空調壓縮機，并且改進無油壓縮機，兩者有機融合，解決機械軸承摩擦耗能大、潤滑油造成熱阻增大的缺點，真正實現節能減排。對于國家節能減排工作具有深遠意義。

參考文獻

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[4]李玉珠,鄭衛剛.淺談一流大學工程訓練中心軟實力及巧實力建設[J].網友世界,2012(12):56-58.

邱鋮鋮（1992—），男，山東人，大學本科，研究方向：機電技術，壓縮機制冷技術。

鄭衛剛（1967—），男，湖北武漢人，大學本科，技師，主要研究方向：機電技術。

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