一种组合式动力设备及制氧系统的制作方法

1.本公开涉及动力设备技术领域，尤其涉及一种组合式动力设备及制氧系统。


背景技术：

2.相关技术中，鼓风机和真空泵是具有不同功能的两个独立的动力设备，分别通过各自的电机来驱动。在需要同时使用鼓风机和真空泵的场景下，鼓风机和真空泵的运行需要消耗大量的电力能源；同时，鼓风机和真空泵独立设置也不利于狭小工作场地中对空间的合理利用。


技术实现要素：

3.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供了一种组合式动力设备及制氧系统。
4.本公开提出一种组合式动力设备，所述组合式动力设备包括壳体，所述壳体内设置电机、鼓风机和真空泵；
5.所述电机包括转子组件；所述鼓风机包括鼓风机叶轮，所述鼓风机叶轮位于所述转子组件的一端；所述真空泵包括真空泵叶轮，所述真空泵叶轮位于所述转子组件的另一端；所述转子组件带动所述鼓风机叶轮和所述真空泵叶轮同步转动；
6.所述电机还包括电机定子；所述转子组件包括电机转子、第一转子轴头、第二转子轴头和转子套筒；
7.所述电机转子设置在所述转子套筒内，所述电机定子套设在所述转子套筒外，所述电机定子与所述电机转子对应设置；所述第一转子轴头和所述第二转子轴头通过所述转子套筒设置在所述电机转子的两端；
8.所述鼓风机叶轮设置在所述第一转子轴头的远离所述电机转子的一端；所述真空泵叶轮设置在所述第二转子轴头的远离所述电机转子的一端；
9.所述组合式动力设备还包括磁悬浮系统，所述磁悬浮系统用于将所述转子组件悬浮支撑在所述壳体内；
10.所述磁悬浮系统包括两个轴向磁轴承和两个径向磁轴承；
11.所述第一转子轴头上设置推力盘；两个所述轴向磁轴承套设在所述第一转子轴头上并位于所述推力盘的两侧；两个所述径向磁轴承分别套设在所述第一转子轴头和所述第二转子轴头上。
12.本公开的一些实施例中，所述鼓风机叶轮、所述真空泵叶轮和所述电机转子同轴设置。
13.本公开的一些实施例中，所述壳体包括电机壳体和位于所述电机壳体两侧的鼓风机蜗壳和真空泵蜗壳；
14.所述第一转子轴头的远离所述电机转子的一端延伸至所述鼓风机蜗壳内，所述鼓风机叶轮通过所述第一转子轴头设置在所述鼓风机蜗壳内；
15.所述第二转子轴头的远离所述电机转子的一端延伸至所述真空泵蜗壳内，所述真
空泵叶轮通过所述第二转子轴头设置在所述真空泵蜗壳内。
16.本公开的一些实施例中，所述电机转子为永磁转子，所述永磁转子靠近所述第一转子轴头的一侧设置第一隔磁层；所述永磁转子靠近所述第二转子轴头的一侧设置第二隔磁层。
17.本公开第二方面提出了一种制氧系统，包括两个吸附塔，两个所述吸附塔内分别设置分子筛；
18.所述制氧系统还包括本公开第一方面所提出的一种组合式动力设备；
19.所述组合式动力设备的鼓风机与其中一个所述吸附塔的入口相连通，所述鼓风机用于对与其相连的所述吸附塔内通入空气；所述组合式动力设备的真空泵与另一个所述吸附塔的出口相连通，所述吸附塔内的空气中的氧气被所述分子筛过滤，所述真空泵用于抽取与其相连的所述吸附塔内的剩余空气。
20.本公开的一些实施例中，所述鼓风机通过第一管路和第二管路与两个所述吸附塔的入口分别相连；
21.所述第一管路和所述第二管路上分别设置第一控制阀，所述第三管路和所述第四管路上分别设置第二控制阀；
22.所述制氧系统还包括控制装置，所述控制装置控制两个所述第一控制阀的打开和关闭，以使所述鼓风机通过所述第一管路或所述第二管路与其中一个所述吸附塔的入口相连通；所述控制装置还控制两个所述第二控制阀的打开和关闭，以使所述真空泵通过所述第三管路或所述第四管路与另一个所述吸附塔的出口相连通。
23.本公开的一些实施例中，每个所述吸附塔内分别设有压力检测装置和真空度检测装置。
24.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开将鼓风机与真空泵结合，采用一个电机驱动鼓风机与真空泵同时运转，提高能源的综合利用率。同时鼓风机与真空泵结合成一个整体结构，减小了鼓风机和真空泵的占用空间，提高了空间利用率。
25.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
26.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
27.图1是根据一示例性实施例示出的组合式动力设备的剖面图。
28.图2是根据一示例性实施例示出的组合式动力设备除去鼓风机叶轮、真空泵叶轮以及转子组件的剖面图。
29.图3是根据一示例性实施例示出的转子组件与鼓风机叶轮、真空泵叶轮连接示意图。
30.图4是根据一示例性实施例示出的转子组件的剖面图。
31.图5是根据一示例性实施例示出的左轴向磁轴承与左轴向磁轴承定子安装座的装配示意图。
32.图6是根据一示例性实施例示出的右轴向磁轴承、左径向磁轴承与左径向磁轴承
定子安装座的装配示意图。
33.图7是根据一示例性实施例示出的右径向磁轴承与右径向磁轴承定子安装座的装配示意图。
34.其中：1-鼓风机扩散器；2-鼓风机蜗壳；3-鼓风机转接盘；4-电机壳体；5a-左轴向磁轴承；5b-右轴向磁轴承；501-左轴向磁轴承定子安装座；502-左轴向磁轴承定子铁芯；503-左轴向磁轴承绕组；504-轴向磁轴承调整垫；505-保护轴承；506-保护轴承紧固盖；6a-左径向磁轴承；6a01-左径向磁轴承定子安装座；6a02-右轴向磁轴承定子铁芯；6a03-右轴向磁轴承绕组；6a04-左位移传感器定子安装座；6a05-左位移传感器定子硅钢片；6a06-左径向磁轴承定子铁芯；6b-右径向磁轴承；6b01-右径向磁轴承定子安装座；6b02-右径向磁轴承定子铁芯；6b03-右位移传感器定子安装座；6b04-右位移传感器定子硅钢片；7-电机定子；8-保护磁轴承安装座；9-真空泵转接盘；10-真空泵蜗壳；11-真空泵扩散器；12-电机支架；13-鼓风机叶轮导流锥；14-鼓风机叶轮锁母；15-鼓风机叶轮；16-转子组件；1601-第一转子轴头；1602-推力盘；1603a-左位移传感器转子硅钢片；1603b-右位移传感器转子硅钢片；1604a-左径向磁轴承转子硅钢片；1604b-右径向磁轴承转子硅钢片；1605a-第一隔磁层；1605b-第二隔磁层；1606-电机转子；1607-转子套筒；1608-第二转子轴头；17-真空泵叶轮；18-真空泵叶轮锁母；19-真空泵叶轮导流锥。
具体实施方式
35.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。
36.相关技术中，鼓风机和真空泵是具有不同功能的两个独立的动力装置，分别通过各自的电机来驱动。在需要同时使用鼓风机和真空泵的场景下，鼓风机和真空泵的运行需要消耗大量的电力能源；同时，鼓风机和真空泵独立设置也不利于狭小工作场地中对空间的合理利用。
37.为了解决以上技术问题，本公开提出了一种组合式动力设备，本公开的组合式动力设备包括电机、鼓风机和真空泵，电机包括转子组件；鼓风机包括鼓风机叶轮，鼓风机叶轮位于转子组件的一端；真空泵包括真空泵叶轮，真空泵叶轮位于转子组件的另一端；转子组件带动鼓风机叶轮和真空泵叶轮同步转动。本公开通过将鼓风机与真空泵结合，采用一个电机驱动鼓风机与真空泵同时运转，提高能源的综合利用率。同时鼓风机与真空泵结合成一个整体结构减小了鼓风机和真空泵的占用空间，提高了空间利用率。
38.根据本公开一示例性实施例，如图1-图7所示，本实施例的组合式动力设备包括壳体，壳体内设置电机、鼓风机和真空泵，壳体对组合式动力设备的内部结构进行保护。壳体可以是一整体结构，也可以是由多个分壳体构成，例如，壳体由电机壳体4、鼓风机蜗壳2和真空泵蜗壳10拼接形成。鼓风机和真空泵位于电机相对的两侧，电机包括转子组件16，转子组件16具有一定的延伸长度。鼓风机包括鼓风机叶轮15，鼓风机叶轮15位于转子组件16的一端，真空泵包括真空泵叶轮17，真空泵叶轮17位于转子组件16的另一端，转子组件16转动带动鼓风机叶轮15和真空泵叶轮17同步转动。
39.在一具体示例中，参考图1和图3，鼓风机叶轮15位于转子组件16轴向的一端，并通过鼓风机叶轮锁母14将鼓风机叶轮15固定安装在转子组件16上。鼓风机叶轮导流锥13位于鼓风机叶轮15远离转子组件16的一侧，并通过螺纹配合安装在鼓风机叶轮锁母14上，以实现鼓风机叶轮15的固定。真空泵叶轮17位于转子组件16的轴向的另一端，并通过真空泵叶轮锁母18将真空泵叶轮17固定安装在转子组件16上。真空泵叶轮导流锥19位于真空泵叶轮17远离转子组件16的一侧，并通过螺纹配合紧固安装在真空泵叶轮锁母18上，以实现真空泵叶轮17的固定。
40.本实施例中，通过将鼓风机叶轮15和真空泵叶轮17设置在转子组件16的两端，通过一个电机带动鼓风机叶轮15和真空泵叶轮17同步转动，以使得该组合式动力设备可同时实现鼓风机的功能和真空泵的功能，提高能源的利用率。
41.根据本公开一示例性实施例，如图1-图4所示，本实施例的组合式动力设备包括电机、真空泵和鼓风机，电机包括转子组件16，真空泵包括真空泵叶轮17，真空泵叶轮17设置在转子组件16的一端，鼓风机包括鼓风机叶轮15，鼓风机叶轮15设置在转子组件16的另一端，转子组件16转动带动鼓风机叶轮15和真空泵叶轮17同步转动。
42.本实施例的组合式动力设备的电机还包括电机定子7。转子组件16包括电机转子1606、第一转子轴头1601、第二转子轴头1608和转子套筒1607，电机转子1606设置在转子套筒1607内，电机定子7套设在转子套筒1607外，电机定子7与电机转子1606对应设置，第一转子轴头1601和第二转子轴头1608通过转子套筒1607设置在电机转子1606的两端。鼓风机叶轮15和真空泵叶轮17在电机转子1606的轴向上同轴设置。在一具体示例中，参考图3和图4，转子套筒1607套设在电机转子1606的外部，转子套筒1607的两端的尺寸大于电机转子1606的尺寸，以使第一转子轴头1601和第二转子轴头1608通过过盈装配紧固安装在转子套筒1607的两端。鼓风机叶轮15设置在第一转子轴头1601的远离电机转子1606的一端，真空泵叶轮17位于第二转子轴头1608的远离电机转子1606的一端。电机转子1606可以是永磁转子，且充磁方向为径向平行充磁。永磁转子的材料可以是钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料。
43.本实施例通过在电机转子外部套设转子套筒，并通过将第一转子轴头和第二转子轴头连接在转子套筒的两端以实现鼓风机叶轮和真空泵叶轮与电机转子相连，通过电机转子转动带动第一转子轴头和第二转子轴头转动，以使得鼓风机叶轮和真空泵叶轮同步转动。
44.根据本公开一示例性实施例，如图1-图4所示，本实施例包括以上实施例的全部内容，区别在于，壳体包括电机壳体4和位于电机壳体4两侧的鼓风机蜗壳2和真空泵蜗壳10。电机定子7设置在电机壳体4的中部，并固定安装在电机壳体4上。电机壳体4与鼓风机蜗壳2、真空泵蜗壳10可以是直接连接，也可以是间接连接。在一示例中，参考图1和图2，组合式动力设备包括鼓风机转接盘3和真空泵转接盘9，鼓风机转接盘3位于电机壳体4与鼓风机蜗壳2之间，鼓风机蜗壳2通过鼓风机转接盘3与电机壳体4相连，电机支架12固定于电机壳体4径向外侧的下方。真空泵转接盘9位于电机壳体4与真空泵蜗壳10之间，真空泵蜗壳10通过真空泵转接盘9与电机壳体4相连。鼓风机包括鼓风机扩散器1，鼓风机扩散器1与鼓风机蜗壳2相连。真空泵包括真空泵扩散器11，真空泵扩散器11与真空泵蜗壳10相连。第一转子轴头1601远离电机转子1606的一端延伸至鼓风机蜗壳2内，鼓风机叶轮15通过第一转子轴头1601设置在鼓风机蜗壳2内。第二转子轴头1608远离电机转子1606的一端延伸至真空泵蜗
壳10内，真空泵叶轮17通过第二转子轴头1608设置在真空泵蜗壳10内。
45.本实施例中，通过第一转子轴头将鼓风机叶轮设置在鼓风机蜗壳内，以及通过第二转子轴头将真空泵叶轮设置在真空泵蜗壳内，通过一个电机带动鼓风机叶轮在鼓风机蜗壳内转动，以及带动真空泵叶轮在真空泵蜗壳内同步转动，以使组合式动力设备同时具备鼓风机的功能和真空泵的功能。
46.根据本公开一示例性实施例，如图1-图7所示，本实施例包括以上实施例的全部特征，区别在于，本实施例的组合式动力设备还包括磁悬浮系统，磁悬浮系统用于将转子组件16悬浮支撑在壳体内。本实施例利用磁悬浮系统使转子组件16实现五自由度的全主动悬浮支承，无需设置多级增速装置，实现了组合式动力设备高速、高效、高功率密度运行。
47.根据本公开一示例性实施例，如图1-图7所示，本实施例包括以上实施例的全部特征，区别在于，本实施例的磁悬浮系统包括两个轴向磁轴承和两个径向磁轴承。第一转子轴头1601上设置推力盘1602，推力盘1602可以是与第一转子轴头1601一体设置，也可以与第一转子轴头1601分开独立设置。在一示例中，参考图3和图4，推力盘1602通过过盈装配紧固安装在第一转子轴头1601上。推力盘1602的材质可以是高饱和磁密的棒材或dt4c（电工纯铁）材料。两个轴向磁轴承套设在第一转子轴头1601上并位于推力盘1602的两侧，两个径向磁轴承分别套设在第一转子轴头1601和第二转子轴头1608上。
48.在一具体示例中，参照图1-图7中箭头所示的布局方向，两个轴向磁轴分别为左轴向磁轴承5a和右轴向磁轴承5b，两个径向磁轴承分别为左径向磁轴承6a和右径向磁轴承6b。左轴向磁轴承5a、右轴向磁轴承5b和左径向磁轴承6a位于第一转子轴头1601上，右径向磁轴承6b位于第二转子轴头1608上。第一转子轴头1601上还设有左轴向磁轴承定子安装座501和左径向磁轴承定子安装座6a01，第二转子轴头1608上设有右径向磁轴承定子安装座6b01。
49.左轴向磁轴承定子安装座501设置在电机壳体4的内腔的轴向左端面，并固定安装在电机壳体4上。左轴向磁轴承定子铁芯502固定于左轴向磁轴承定子安装座501的内腔中，左轴向磁轴承绕组503位于左轴向磁轴承定子铁芯502的凹形槽内。轴向磁轴承调整垫504位于左轴向磁轴承定子安装座501的内腔右端面与左轴向磁轴承5a的右侧，并固定安装在左轴向磁轴承定子安装座501上，保护轴承505位于左轴向磁轴承定子安装座501内腔的左端面与保护轴承紧固盖506的右侧，并通过左轴向磁轴承定子安装座501和保护轴承紧固盖506之间的螺纹配合紧固安装在左轴向磁轴承定子安装座501上。左径向磁轴承定子安装座6a01位于左轴向磁轴承定子铁芯502的右侧，并固定安装在电机壳体4上，右轴向磁轴承定子铁芯6a02固定于左径向磁轴承定子安装座6a01的内腔的轴向左侧，右轴向磁轴承绕组6a03位于左轴向磁轴承定子铁芯502的凹形槽内。左径向磁轴承定子铁芯6a06位于左径向磁轴承定子安装座6a01的内腔的轴向右侧，右径向磁轴承定子安装座6b01位于电机壳体4的内腔的轴向右端面，并固定安装在电机壳体4上，右径向磁轴承定子铁芯6b02固定在右径向磁轴承定子安装座6b01的左端面，保护磁轴承安装座8固定于右径向磁轴承定子安装座6b01内腔的轴向右端面。左轴向磁轴承定子铁芯502和右轴向磁轴承定子铁芯6a02采用高饱和磁密的1j22（铁钴钒软磁合金）棒材或dt4c（电工纯铁）材料，左径向磁轴承定子铁芯6a06和右径向磁轴承定子铁芯6b02采用高饱和磁密的1j22（铁钴钒软磁合金）棒材或硅钢片材。转子组件16位于左径向磁轴承6a、右径向磁轴承6b、电机定子7、保护磁轴承安装座8、
左轴向磁轴承5a、右轴向磁轴承5b的径向内侧，并与左径向磁轴承6a、右径向磁轴承6b、电机定子7、保护磁轴承安装座8、左轴向磁轴承5a、右轴向磁轴承5b径向内表面形成圆柱状气隙，以实现转子组件的无接触运转。
50.本实施例通过设置两个径向磁轴承以维持转子组件在磁悬浮状态下径向方向的平衡，通过设置两个轴向磁轴承以维持转子组件在磁悬浮状态下轴向方向的平衡，从而保证转子组件的平衡状态。
51.为了检测转子组件16的平衡状态，本实施例的磁悬浮系统还设有左位移传感器组件和右位移传感器组件，参考图3-图7中箭头所示的布局方向，左位移传感器组件包括左位移传感器定子安装座6a04、左位移传感器定子硅钢片6a05和左位移传感器转子硅钢片1603a，左位移传感器定子安装座6a04位于左径向磁轴承定子安装座6a01内腔的中部与右轴向磁轴承定子铁芯6a02的右侧，左位移传感器定子硅钢片6a05固定于左位移传感器定子安装座6a04内腔的右侧。左位移传感器转子硅钢片1603a位于第一转子轴头1601的径向外侧与推力盘1602的轴向右端，并过盈装配紧固安装在第一转子轴头1601上。左径向磁轴承转子硅钢片1604a位于第一转子轴头1601的径向外侧与左位移传感器转子硅钢片1603a的轴向右端，并过盈装配紧固安装在第一转子轴头1601上。右位移传感器组件包括右位移传感器定子安装座6b03、右位移传感器定子硅钢片6b04和右位移传感器转子硅钢片1603b，右位移传感器定子安装座6b03固定于右径向磁轴承定子安装座6b01内腔的右端面，右位移传感器定子硅钢片6b04固定于右位移传感器定子安装座6b03内腔的右端面。右径向磁轴承转子硅钢片1604b位于第二转子轴头1608径向外侧的右端，并通过过盈装配紧固安装在第二转子轴头1608上，右位移传感器转子硅钢片1603b位于第二转子轴头1608的径向外侧和右径向磁轴承转子硅钢片1604b的轴向右端。
52.根据本公开一示例性实施例，如图3和图4所示，本实施例包括以上实施例的全部内容，区别在于，电机转子1606为永磁转子，永磁转子采用钕铁硼合金或衫钴合金硬磁材料，且为径向平行充磁。永磁转子靠近第一转子轴头1601的一侧设置第一隔磁层1605a，永磁转子靠近第二转子轴头1608的一侧设置第二隔磁层1605b。在一具体示例中，参考图3和图4，第一隔磁层1605a位于第一转子轴头1601与电机转子1606之间，第一隔磁层1605a的两侧分别粘接在第一转子轴头1601和电机转子1606上。第二隔磁层1605b位于第二转子轴头1608与电机转子1606之间，第二隔磁层1605b的两侧分别粘接在第二转子轴头1608和电机转子1606上。转子套筒1607过盈装配在第一转子轴头1601、第一隔磁层1605a、第二隔磁层1605b、第二转子轴头1608和电机转子1606的径向外侧。
53.本实施例通过设置第一隔磁层和第二隔磁层以防止永磁体磁场干扰磁轴承和传感器处的磁场。
54.根据本公开一示例性实施例，本实施例提出了一种制氧系统，本实施例的制氧系统包括两个吸附塔，两个吸附塔内分别设置分子筛，分子筛用于过滤吸附塔内空气中的氧气。本实施例通过设置两个吸附塔以提高氧气制取效率。本实施例还包括上述实施例的组合式动力设备，组合式动力设备的鼓风机与至少一个吸附塔的入口相连通，鼓风机用于对与其相连的吸附塔内通入空气。组合式动力设备的真空泵与至少一个吸附塔的出口相连通，该吸附塔内空气中的氧气被分子筛过滤后被输送至氧气收集装置，真空泵用于抽取与其相连的吸附塔内的剩余空气。
55.本实施例通过组合式动力设备的鼓风机向吸附塔输送空气，利用吸附塔中的分子筛将氧气过滤并将氧气进行收集，然后通过真空泵来将吸附塔中的剩余空气排出，采用组合式动力设备即可通过鼓风机向两个吸附塔中的一个输送空气，并通过真空泵抽取另一个吸附塔内的剩余空气，制氧效率更加高效。
56.根据本公开一示例性实施例，本实施例包括以上实施例的全部内容，区别在于，鼓风机通过第一管路和第二管路与两个吸附塔的入口分别相连；真空泵通过第三管路和第四管路与两个吸附塔的出口分别相连。第一管路和第二管路上分别设置第一控制阀，第三管路和第四管路上分别设置第二控制阀。制氧系统还包括控制装置，控制装置控制两个第一控制阀的打开和关闭，以使鼓风机通过第一管路或第二管路与其中一个吸附塔的入口相连通；控制装置还控制两个第二控制阀的打开和关闭，以使真空泵通过第三管路或第四管路与另一个吸附塔的出口相连通。
57.本实施例中通过控制两个第一控制阀和两个第二控制阀的打开和关闭来控制鼓风机与其中一个吸附塔的入口的连通状态，控制真空泵与另一个吸附塔的出口的连通状态，以在其中一个吸附塔中的气压较低时向其通入空气，在另一个吸附塔的气压较高时对其抽取剩余空气，以保证两个吸附塔的高效制氧效果。
58.根据本公开一示例性实施例，本实施例包括以上实施例的全部内容，区别在于，两个吸附塔内分别设有压力检测装置和真空度检测装置。由于鼓风机向吸附塔内通入空气后，吸附塔内的压力会逐渐增大，真空泵抽取吸附塔内剩余空气后，真空度会逐渐增大。控制装置根据与鼓风机相连的吸附塔内的压力检测装置检测的气压值，以及与真空泵相连的吸附塔内的真空度检测装置检测的真空度，来切换鼓风机和真空泵与两个吸附塔的连通状态。当与鼓风机相连的吸附塔中的气压值高于一定数值时，切换管道通断，将该吸附塔出口接连到同轴的真空泵上，利用真空泵将吸附塔中的剩余空气排出。当与真空泵相连的吸附塔中的真空度低于一定数值时，切换管道通断，将吸附塔的入口连接到同轴的鼓风机上，利用鼓风机向该吸附塔内通入空气，循环切换与鼓风机、真空泵相互接连的两个吸附塔，实现不间断氧气制取。
59.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实施方案后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
60.应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。