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CN101427038A - 具有磁轴承和安全轴承的电机 - Google Patents

具有磁轴承和安全轴承的电机 Download PDF

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Abstract

针对磁轴承失效的情况在电机中设置安全轴承(14,14′),所述磁轴承在电机中用于对可在定子(10)中旋转的轴进行导引支承。根据本发明,所述安全轴承(14,14′)具有一个安装在所述定子上的外圈(16,16′),一个可旋转套圈(22,22′,26)被滑动地导引在所述外圈中。本发明的安全轴承(14)特别适合用在轴特大特重的电机中。

Description

具有磁轴承和安全轴承的电机
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的电机。
背景技术
磁轴承越来越多地被应用于电机,其原因在于磁轴承不会产生像机械轴承那样的摩擦损耗。但磁轴承具有受干扰而失效这一缺点。最普通的干扰情况就是平常的断电。如果干扰情况发生在电机的工作过程中,则当磁轴承失效时,电机的轴仍在高速旋转。这就需要设置所谓的安全轴承,当磁轴承失效时,安全轴承才会接管该轴,且至少在轴从运动状态过渡到静止状态的过程中对轴进行导引。
现有技术中建构安全轴承的一种出发点是对传统的滚动轴承加以利用。其中,轴由带有间隙的滚动轴承引导,该轴通常由磁轴承导引,只有当磁轴承失效时,滚动轴承才用作安全轴承工作。滚动轴承特别适用于轴较轻的小型电机。滚动轴承具有抑制“反向回转”的优点,所谓的“反向回转”是指整个轴绕其旋转轴以与其强制旋转方向相反的旋转方向所进行的旋转。
滚动轴承不适用于接管支承大而重的转子:滚动体和轴承套圈之间只存在点接触或线接触,这会产生极大的单位面积接触压力。这种高负荷会使滚动体受损,轴承卡住。对于例如采气用涡轮压缩机中所用的大而重的轴来说,目前通常将干式滑动轴承用作安全轴承。干式滑动轴承主要由安装在定子上的套圈构成,当磁轴承失效时,轴可以在这个套圈中进行旋转。由于发生反向回转运动的危险随着轴与安全轴承之间的摩擦系数的增大而增大,因此,人们试图通过为这种套圈选用适当的材料来使这个摩擦系数最小化。用作摩擦衬片的例如有特种青铜合金,但青铜合金磨损严重。
美国专利5,739,609针对干式滑动轴承的磨损问题所提出的解决方案是将套圈一分为二:其中一个分套圈固定在定子上,第二分套圈固定在第一分套圈中。当内表面出现磨损时,这样就可对第二分套圈进行更换。其中,通过使用润滑剂来简化第二分套圈的更换工作。但第二分套圈在工作过程中相对于固定在定子上的第一分套圈固定不动,因而就作为干式滑动轴承的工作方式而言,基本上不存在任何变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全轴承,所述安全轴承尤其是也适用于大而重的轴,可避免发生反向回转,且不会受到严重磨损。
这个目的通过权利要求1的主题而达成。也就是说,本发明的电机的安全轴承包括一个安装在定子上的外圈,在所述外圈内一个可旋转套圈滑动地被引导。
磁轴承失效时,可旋转套圈自身在由轴传来的力或转矩的作用下开始运动,并发生作用,使轴无法以不受控制的方式进行任意运动,从而达到抑制反向回转的目的。可旋转套圈采取摩擦小的滑动被引导,因此,装置的摩擦系数整体而言较小。(滚动摩擦力通常都相对较小。)由于力被传递到套圈的整个内、外表面上,而非传递到个别点或线上,因此,安全轴承具有较大的承载能力,特别适用于大而重的轴。
根据第一实施方式,所述可旋转套圈是一个内圈,其围绕所述轴并具有径向间隙。磁轴承失效时,轴受重力作用向下掉落,随后抵靠在所述内圈的下部区域内,该轴可相应进行力或转矩的传递。
根据另一种实施方式,所述可旋转套圈为一个中间圈。所述中间圈包围另一套圈,所述另一套圈被滑动地引导在该中间圈中。所述另一套圈也可以是一个中间圈或直接为一个内圈,其包围所述的轴并带有径向间隙。使用一个或多个中间圈的优点在于,当一个中间位置(例如中间圈和外圈之间)上的滑动引导发生故障时,仍然会有另一个滑动导引保留下来(例如在内圈和中间圈之间)。
根据一种优选实施方式,所述滑动引导以低摩擦方式进行,其实现方式是,在各圈之间使用润滑剂或为各圈配备滑动层。在第二种情况下,只需为外圈的内侧和内圈的外侧配备减摩层,在设有中间圈时为中间圈内外两侧配备减摩层。这种层可由聚四氟乙烯构成,或者为专门的电化学涂层。在其他实施方案中,可将常规油脂或石墨用作润滑剂。
根据另一优选实施方式,所述外圈具有U形断面。其中,“U”的一个边脚可拆卸。换言之,U形断面的那个边脚由可拆卸的环形连接片构成。设计这种可拆卸性的原因是,为了便于将上述内圈和有可能存在的中间圈装入U形结构中。U形断面使润滑剂的施加成为可能,并且对上述滑动层的使用也极具意义,原因是,U形断面无论如何都可借助其各个边脚防止上述内圈和中间圈发生轴向脱出的情况(进而还可防止内圈倾斜)。在U形断面中,“U”的两个边脚与“U”的底部之间的角度并非必须为90,两个边脚也可以张得更大,以便提供100至110的张角。
附图说明
下面借助附图对本发明的优选实施方式进行说明,其中:
图1A为本发明的第一实施方式的侧面剖视图;
图1B为垂直于图1A所示剖视图的剖视图;
图2A为本发明的第二实施方式的侧面剖视图;以及
图2B为垂直于图2A所示剖视图的剖视图。
具体实施方式
本发明的电机包括:一个在附图中仅以示意图形式加以显示的定子10以及一个仅以局部图形式加以显示的轴12,轴12可在定子10中进行旋转。工作时,轴12由(附图未作图示的)磁轴承引导。本发明涉及一种在磁轴承失效后起作用的安全轴承。这种安全轴承于是会承接该轴。从轴12受重力作用而下落这一情况可以看出,各附图显示的是磁轴承失效时的轴12。于是,此时起作用的是整体用14表示的安全轴承。安全轴承具有一个外圈16,所述外圈16通过各附图仅以示意图形式加以显示的弹性和阻尼元件18安装在定子10上。外圈16为U形断面。所述U形断面的一个边脚(在图1A和图2A中用突出显示的阴影线表示,参考符号为20)是可拆卸的,借此可在所述外圈16中插入其他的圈。
采用如图1A和图1B所示的第一实施方式时,所述外圈16中直接布置有一个内圈22。外圈16和内圈22之间存在有润滑剂24,例如常规油脂。作为润滑剂24的替代方案,不但可在外圈16的内表面,还可在内圈22的外表面设置一滑动层,例如聚四氟乙烯(Teflon)减摩层。此处将内圈22显示为T形断面,其中,“T”的一个脚(无专门的参考符号)指向外侧,并嵌入外圈16的U形断面的两个边脚之间。当然,这种嵌入只能通过下述方式而实现,即:先取下环件20,将内圈插入,随后再将环件20重新固定在外圈16的其余部分上。
从图1B中可以清楚看到,当磁轴承失效时,轴12会直接掉落在内圈22上。可能正处于旋转状态的轴会将转矩传递到内圈22上,内圈22根据作用和反作用原理发生旋转,使整个装置尽可能保持稳定。通过这种方式可在最大程度上避免轴12发生不受控制的运动。弹性元件18的任务是减小初始冲击力。
采用如图2A和图2B所示的另一实施方式时,先在外圈16′的U形断面中布置一个中间圈26,所述中间圈26借助润滑剂24滑动地导引在外圈16′中。所述中间圈26包围着一个内圈22′,该内圈22′同样被滑动地导引,即滑动地支承在所述中间圈26中。(还可附加设置相对于外圈16′的边脚的滑动导引支承,为此,与图2A所示的实施方式相比,须在外圈16′和内圈22′之间更大范围地向外施加润滑剂24。)
如图2B所示,此处的轴12同样掉落在内圈22′上,并将转矩传递到内圈22′上。内圈22′进行相对于所述内圈26的旋转。借此还可使内圈26本身进行相对于所述外圈16′的旋转。如果内圈22′和中间圈26之间的滑动导引受到干扰,那么(几乎)就只有中间圈26和外圈16′之间会发生转动,在此情况下,内圈22′和隔圈26之间的相对运动受到抑制。
图1A/1B和图2A/2B所示的实施方式的共同之处在于,作用力分布在整个套圈上,因而不会产生像滚动轴承那样的压力点。鉴于引入了滚动运动、从而使滚动阻力成为影响摩擦系数的主要因素这一事实,摩擦程度相比传统干轴承而言有大幅减轻。所以,内圈22/22′只会受到轻微磨损。

Claims (7)

1.电机,包括:一个定子(10)和一个可在所述定子中进行旋转的轴(12),所述轴由磁轴承引导,其中,设置有针对所述磁轴承失效情况的复数个安全轴承(14,14′),所述安全轴承在所述磁轴承失效时将接住所述轴(12),并在所述轴从运动状态向静止状态过渡的过程中对其进行引导,
其特征在于,
所述安全轴承(14,14′)包括一个安装在所述定子上的外圈(16,16′),一个可旋转套圈(22,22′,26)在所述外圈中被滑动地引导。
2.根据权利要求1所述的电机,其特征在于,所述可旋转套圈是一个内圈(22),其围绕所述轴(12)并带有径向间隙。
3.根据权利要求1所述的电机,其特征在于,所述可旋转套圈为一个中间圈(26),一个内圈(22′)被滑动地导引在所述中间圈中,所述内圈包围所述轴(12)并带有径向间隙。
4.根据上述权利要求之一所述的电机,其特征在于,所述滑动引导以低摩擦方式进行。
5.根据权利要求4所述的电机,其特征在于,在所述各套圈(16,16′,22,22′,26)之间使用润滑剂(24)。
6.根据权利要求4所述的电机,其特征在于,所述套圈(16,16′,22,22′,26)配有滑动层。
7.根据上述权利要求之一所述的电机,其特征在于,所述外圈(16,16′)具有U形断面,其中,所述U形断面的一个边脚由可拆卸环形连接片(20,20′)构成。
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