專利名稱：一種永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承及該旋轉(zhuǎn)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支承，特別涉及用于安裝在交通 運(yùn)輸工具一車(chē)輛等上的由大容量高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)等的轉(zhuǎn)子支 承，其中轉(zhuǎn)子以例如不小于每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)：
大功率、高轉(zhuǎn)速的高速電動(dòng)機(jī)(20kW，60000/min以上)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)問(wèn)題之一 就是軸承設(shè)計(jì)。目前，對(duì)這種大功率、高轉(zhuǎn)速的電機(jī)軸承設(shè)計(jì)一般都考慮采用電磁軸承與滾 動(dòng)軸承混合支承的主動(dòng)型磁力軸承支承方式，但這種磁力軸承的電控和制造復(fù)雜，價(jià)格昂 貴、可靠性較低，目前還不能商品化；液體滑動(dòng)軸承因電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦損失較大和空 氣滑動(dòng)軸承的承載力小等原因也受到一定程度的使用限制；采用復(fù)合陶瓷球角接觸球軸承 作為這種大功率、高轉(zhuǎn)速的電機(jī)軸承，目前國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本發(fā)明提供了一種適用于安裝在交通運(yùn)輸工具上的由高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制 冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)等應(yīng)用的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承，對(duì)系統(tǒng)可靠運(yùn)行起到 了至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明采用的技術(shù)方案是，考慮到高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 時(shí)的轉(zhuǎn)速雖然很高，但外載荷比較均勻，且對(duì)轉(zhuǎn)子系的運(yùn)轉(zhuǎn)精度要求不是很高，因此，設(shè)計(jì) 一種對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度要求不是很高而可靠性很高、軸承摩擦損失小、運(yùn)行壽命很長(zhǎng)的復(fù)合 式軸承，即永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承由此提出；另一方面，由于安裝在交通運(yùn) 輸工具上的高速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣制冷機(jī)、空氣壓縮機(jī)工作中無(wú)法避免振動(dòng)，以及轉(zhuǎn)子長(zhǎng) 時(shí)間工作的各種原因，動(dòng)平衡精度有可能有所破壞，除了要求轉(zhuǎn)子在初始就具有一定的動(dòng) 平衡精度外，更為重要的是使軸承要能夠吸收振動(dòng)能量，以保證軸承可靠地工作。因此，采 用永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就可以形成對(duì)轉(zhuǎn)子系的彈性支承和 工作中的油膜減振，也是本發(fā)明采取的主要技術(shù)方案之一。本發(fā)明的有益效果是，由于轉(zhuǎn)子系采用永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式轉(zhuǎn)子支承，轉(zhuǎn)子 軸被滾滑動(dòng)雙重軸承和永磁卸荷軸承共同支承，電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子軸頸與徑向滑動(dòng)軸 承、徑向滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承間的相對(duì)轉(zhuǎn)速下降，摩擦功耗和溫升顯著減小，滾_滑動(dòng)軸承 使用壽命提高；另一方面，由于永磁徑-軸向卸荷軸承的作用，轉(zhuǎn)子系被懸浮，這樣，滾動(dòng) 軸承運(yùn)行中幾乎僅承受極其輕微的預(yù)載荷，從而使?jié)L滑動(dòng)雙重軸承的使用壽命得以極大提 升；再者，浮動(dòng)套與軸承座孔之間形成的彈性支承和油膜減振，還可以吸收轉(zhuǎn)子的振動(dòng)能 量。因此，當(dāng)高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子在60000r/min以上運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。


圖1是一種作為包括本發(fā)明的轉(zhuǎn)子支承的高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的空氣制冷機(jī)實(shí)施
3例的主視圖。圖2是本發(fā)明的一種永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承的實(shí)施例的主視圖。圖3是圖2中的徑向滑動(dòng)軸承的視圖。圖4是圖2中的徑向永磁卸荷軸承的主視圖。圖5是圖1中的壓氣葉輪和圖2中的左磁環(huán)護(hù)套端面上設(shè)置的“干氣螺旋密封”槽 道的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。圖1表示為一種空氣制冷機(jī)1的主視 圖，該制冷機(jī)1由一臺(tái)包括本發(fā)明的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承5a和5b的電 動(dòng)機(jī)4直接驅(qū)動(dòng)。圖1中，空氣制冷機(jī)1在其中部包括一臺(tái)電動(dòng)機(jī)4。電動(dòng)機(jī)4包括轉(zhuǎn)子2 和定子3。轉(zhuǎn)子2兩側(cè)安置永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承5a和5b。左端的軸承 座6與左水套蓋13組成左冷卻水套，右端的軸承座6與右水套蓋7組成右冷卻水套。釬焊 有散熱翅片11的定子外套10與本體12組成定子3的冷卻水套。制冷葉輪15和壓氣葉輪 8固定在轉(zhuǎn)子2的兩個(gè)軸端部上。從渦輪機(jī)出口引出部分冷氣進(jìn)入電動(dòng)機(jī)4內(nèi)部冷卻。圖2表示為上述空氣制冷機(jī)1的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承5a和5b。圖2中，轉(zhuǎn)子2兩端軸頸上的徑向滑動(dòng)軸承23兩端部上嵌套一對(duì)陶瓷球角接觸球 軸承19a和19b且呈背對(duì)背安裝方式，球軸承19a旁設(shè)有噴油襯圈126，球軸承19b旁設(shè)有 噴油襯圈1124，碟形彈簧25置于噴油襯圈126與噴油襯圈1124之間，對(duì)兩球軸承19a和 19b實(shí)施定壓預(yù)緊和補(bǔ)償軸向游隙，整體以滑配方式嵌入浮動(dòng)套22內(nèi)，軸位螺釘21限制噴 油襯圈1124僅作軸向移動(dòng)，止動(dòng)螺釘20將噴油襯圈126固定在浮動(dòng)套22內(nèi)。浮動(dòng)套22的外圓兩端部上各設(shè)有兩道0形橡膠密封圈18，外側(cè)端上設(shè)置軸用彈性 擋圈17和擋塊16，限制浮動(dòng)套22軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其裝入具有一定配合間隙的左右端軸 承座6孔內(nèi)整體處于半浮動(dòng)狀態(tài)，形成彈性支承，總體構(gòu)成轉(zhuǎn)子2兩端對(duì)置、雙向限位的半 浮動(dòng)式滾_滑動(dòng)雙重軸承。圖2中的轉(zhuǎn)子2兩端對(duì)稱布置的軸向滑動(dòng)軸承副27和28構(gòu)成承受雙向軸向力的 推力軸承。圖2中，轉(zhuǎn)子2的左右兩端上的旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)130、旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)II32和旋轉(zhuǎn)右磁環(huán)35 最好采用非導(dǎo)磁的高強(qiáng)度鋁合金或鈦合金材料做護(hù)套保護(hù)，用以防止高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力 將磁環(huán)破壞。安裝在左定位圈14上的左固定磁環(huán)129與旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)130和安裝在右蓋板 9上的右固定磁環(huán)34與旋轉(zhuǎn)右磁環(huán)35分別組成左右徑向永磁卸荷軸承；旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)130、 旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)1132與安置于兩者之間的左固定磁環(huán)1131組成軸向永磁卸荷軸承。永磁鐵采用燒結(jié)式釹鐵硼，軸向磁化，以保證旋轉(zhuǎn)磁環(huán)的磁化均勻性從而提高轉(zhuǎn) 子2的旋轉(zhuǎn)精度。圖2中的球軸承19a和19b的內(nèi)外環(huán)靠噴油襯圈一側(cè)，滾道邊緣的圓周上開(kāi)有1_3 個(gè)直徑為0. 5-1. Omm的徑向小孔，形成球軸承的環(huán)下潤(rùn)滑油道；噴油襯圈126和噴油襯圈 1124靠球軸承19a和19b —側(cè)的端面圓周上開(kāi)有1_3個(gè)直徑為0. 5-1. Omm的小孔，形成端 面噴射潤(rùn)滑油道。這樣做的有益效果是，球軸承在環(huán)下潤(rùn)滑和端面噴射潤(rùn)滑的共同作用下， 球軸承的dmn值會(huì)得到進(jìn)一步提高，若在此條件下又采用滾滑動(dòng)雙重軸承降低其工作轉(zhuǎn)速，
4就會(huì)很大程度上延長(zhǎng)球軸承的使用壽命。圖3中，徑向滑動(dòng)軸承23的內(nèi)孔兩端的軸頸支承面上均布三個(gè)8_12mm的方形淺 油腔，中間部位設(shè)計(jì)成空腔并開(kāi)有三排徑向通孔，形成排油通道；由噴油襯圈126和噴油襯 圈1124引入的低壓滑油，通過(guò)徑向滑動(dòng)軸承23外圓兩側(cè)上的環(huán)道油槽和連通環(huán)道油槽的 徑軸向均布的小孔引入徑向滑動(dòng)軸承23內(nèi)，分別向徑向滑動(dòng)軸承23及球軸承19a和19b 的內(nèi)環(huán)提供壓力滑油；徑向滑動(dòng)軸承23的外側(cè)端面上還開(kāi)有1-3個(gè)連通方形油腔的小孔， 向軸向滑動(dòng)軸承副27和28提供壓力噴射滑油。圖1中的壓氣葉輪8和圖2中的左磁環(huán)護(hù)套33的端面上設(shè)置有“干氣螺旋密封”槽道。由于圖2中的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承5a和5b的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由圖 1所表示的空氣制冷機(jī)1，高速運(yùn)行時(shí)效果是顯著的。
權(quán)利要求
一種永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承，包括轉(zhuǎn)子(2)兩端軸頸上的徑向滑動(dòng)軸承(23)兩端部上嵌套一對(duì)陶瓷球角接觸球軸承(19a、19b)且呈背對(duì)背安裝方式，球軸承(19a)旁設(shè)有噴油襯圈I(26)，球軸承(19b)旁設(shè)有噴油襯圈II(24)，碟形彈簧(25)置于噴油襯圈I(26)與噴油襯圈II(24)之間，對(duì)兩球軸承(19a、19b)實(shí)施定壓預(yù)緊和補(bǔ)償軸向游隙，整體以滑配方式嵌入浮動(dòng)套(22)內(nèi)，軸位螺釘(21)限制噴油襯圈II(24)僅作軸向移動(dòng)，止動(dòng)螺釘(20)將噴油襯圈I(26)固定在浮動(dòng)套(22)內(nèi)；浮動(dòng)套(22)的外圓兩端部上各設(shè)有兩道O形橡膠密封圈(18)，外側(cè)端上設(shè)置軸用彈性擋圈(17)和擋塊(16)，限制浮動(dòng)套(22)軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其裝入具有一定配合間隙的左右端軸承座(6)孔內(nèi)整體處于半浮動(dòng)狀態(tài)，形成彈性支承，總體構(gòu)成轉(zhuǎn)子(2)兩端對(duì)置、雙向限位的半浮動(dòng)式滾 滑動(dòng)雙重軸承；轉(zhuǎn)子(2)兩端對(duì)稱布置的軸向滑動(dòng)軸承副(27、28)構(gòu)成承受雙向軸向力的推力軸承；轉(zhuǎn)子(2)的左右兩端上套有采用非導(dǎo)磁的高強(qiáng)度有色金屬材料做護(hù)套保護(hù)的旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)I(30)、旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)II(32)和旋轉(zhuǎn)右磁環(huán)(35)，安裝在左定位圈(14)上的左固定磁環(huán)I(29)與旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)I(30)和安裝在右蓋板(9)上的右固定磁環(huán)(34)與旋轉(zhuǎn)右磁環(huán)(35)分別組成軸向磁化的左右徑向永磁卸荷軸承；旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)I(30)、旋轉(zhuǎn)左磁環(huán)II(32)與安置于兩者之間的左固定磁環(huán)II(31)組成軸向磁化的軸向永磁卸荷軸承。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承(5a、5b)，其特征是， 球軸承(19a、19b)的內(nèi)外環(huán)靠噴油襯圈一側(cè)，滾道邊緣的圓周上開(kāi)有1-3個(gè)直徑為0. 5-1. Omm的徑向小孔，形成球軸承的環(huán)下潤(rùn)滑油道；噴油襯圈1(26)和噴油襯圈11(24) 靠球軸承(19a、19b) —側(cè)的端面圓周上開(kāi)有1-3個(gè)直徑為0. 5-1. Omm的小孔，形成端面噴 射潤(rùn)滑油道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電機(jī)轉(zhuǎn)子支承(5a、5b)，其特征是， 徑向滑動(dòng)軸承(23)的內(nèi)孔兩端的軸頸支承面上均布三個(gè)8-12mm的方形淺油腔，中間部位設(shè)計(jì)成空腔并開(kāi)有數(shù)排徑向通孔，形成排油通道；由噴油襯圈1(26)和噴油襯圈 11(24)引入的低壓滑油，通過(guò)徑向滑動(dòng)軸承(23)外圓兩側(cè)上的環(huán)道油槽和連通環(huán)道油槽 的徑軸向均布的小孔引入徑向滑動(dòng)軸承(23)內(nèi)，分別向徑向滑動(dòng)軸承(23)及球軸承(19a、 19b)的內(nèi)環(huán)提供壓力滑油；徑向滑動(dòng)軸承(23)的外側(cè)端面上還開(kāi)有1-3個(gè)連通方形油腔 的小孔，向軸向滑動(dòng)軸承副(27、28)提供壓力噴射滑油。
4.一種高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械，包括一個(gè)由權(quán)利要求1所述的永磁與滾滑動(dòng)雙重軸承式電 機(jī)轉(zhuǎn)子支承(5a、5b)，并在壓氣葉輪(8)和左磁環(huán)護(hù)套(33)的端面上設(shè)置有“干氣螺旋密 封”槽道。
全文摘要
一種根據(jù)本發(fā)明的用于高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子支承，采取在轉(zhuǎn)子兩端軸頸上的徑向滑動(dòng)軸承兩端部上，嵌套一對(duì)角接觸球軸承，兩球軸承之間采用定壓預(yù)緊，整體嵌入浮動(dòng)套內(nèi)；浮動(dòng)套的外側(cè)端設(shè)置擋圈和擋塊，以限制浮動(dòng)套軸向移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其裝入具有一定配合間隙的軸承座孔內(nèi)整體處于半浮動(dòng)狀態(tài)，構(gòu)成半浮動(dòng)式滾-滑動(dòng)雙重軸承。轉(zhuǎn)子兩端還安裝有永磁卸荷軸承。當(dāng)采用本發(fā)明的轉(zhuǎn)子支承的大功率高速電動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)械安裝在車(chē)輛上以60000r/min以上的高速運(yùn)行時(shí)，由于半浮動(dòng)式滾-滑動(dòng)雙重軸承與永磁卸荷軸承的共同作用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02K5/00GK101924413SQ20091010407
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者伍懷秋, 何君, 何應(yīng)明 申請(qǐng)人:何君;伍懷秋;何應(yīng)明