專利名稱：具有磁軸承和安全軸承的電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1前序部分所述的電機。
背景技術：
磁軸承越來越多地被應用于電機，其原因在于磁軸承不會產生像機械軸 承那樣的摩擦損耗。但磁軸承具有受干擾而失效這一缺點。最普通的干擾情 況就是平常的斷電。如果干擾情況發生在電機的工作過程中，則當磁軸承失 效時，電機的軸仍在高速旋轉。這就需要設置所謂的安全軸承，當磁軸承失 效時，安全軸承才會接管該軸，且至少在軸從運動狀態過渡到靜止狀態的過 程中對軸進行導引。
現有技術中建構安全軸承的一種出發點是對傳統的滾動軸承加以利用。 其中，軸由帶有間隙的滾動軸承引導，該軸通常由磁軸承導引，只有當磁軸 承失效時，滾動軸承才用作安全軸承工作。滾動軸承特別適用于軸較輕的小 型電機。滾動軸承具有抑制"反向回轉"的優點，所謂的"反向回轉"是指 整個軸繞其旋轉軸以與其強制旋轉方向相反的旋轉方向所進行的旋轉。
滾動軸承不適用于接管支承大而重的轉子滾動體和軸承套圈之間只存 在點接觸或線接觸，這會產生極大的單位面積接觸壓力。這種高負荷會使滾 動體受損，軸承卡住。對于例如采氣用渦輪壓縮機中所用的大而重的軸來說， 目前通常將干式滑動軸承用作安全軸承。干式滑動軸承主要由安裝在定子上 的套圈構成，當磁軸承失效時，軸可以在這個套圈中進行旋轉。由于發生反向回轉運動的危險隨著軸與安全軸承之間的摩擦系數的增大而增大，因此， 人們試圖通過為這種套圈選用適當的材料來使這個摩擦系數最小化。用作摩 擦襯片的例如有特種青銅合金，但青銅合金磨損嚴重。
美國專利5， 739， 609針對干式滑動軸承的磨損問題所提出的解決方案是 將套圈一分為二其中一個分套圈固定在定子上，第二分套圈固定在第一分 套圈中。當內表面出現磨損時，這樣就可對第二分套圈進行更換。其中，通 過使用潤滑劑來簡化第二分套圏的更換工作。但第二分套圈在工作過程中相 對于固定在定子上的第一分套圈固定不動，因而就作為干式滑動軸承的工作 方式而言，基本上不存在任何變化。
發明內容
本發明的目的是提供一種安全軸承，所述安全軸承尤其是也適用于大而 重的軸，可避免發生反向回轉，且不會受到嚴重磨損。
這個目的通過權利要求1的主題而達成。也就是說，本發明的電機的安 全軸承包括一個安裝在定子上的外圈，在所述外圈內一個可旋轉套圈滑動地 被引導。
磁軸承失效時，可旋轉套圈自身在由軸傳來的力或轉矩的作用下開始運 動，并發生作用，使軸無法以不受控制的方式進行任意運動，從而達到抑制 反向回轉的目的。可旋轉套圈采取摩擦小的滑動被引導，因此，裝置的摩擦 系數整體而言較小。(滾動摩擦力通常都相對較小。)由于力被傳遞到套圈的 整個內、外表面上，而非傳遞到個別點或線上，因此，安全軸承具有較大的 承載能力，特別適用于大而重的軸。
根據第一實施方式，所述可旋轉套圈是一個內圈，其圍繞所述軸并具有 徑向間隙。磁軸承失效時，軸受重力作用向下掉落，隨后抵靠在所述內圈的 下部區域內，該軸可相應進4亍力或轉矩的傳遞。根據另一種實施方式，所述可旋轉套圏為一個中間圈。所述中間圏包圍
另一套圈，所述另一套圈^^皮滑動地引導在該中間圈中。所述另一套圈也可以 是一個中間圏或直接為一個內圏，其包圍所述的軸并帶有徑向間隙。使用一
個或多個中間圈的優點在于，當一個中間位置(例如中間圈和外圈之間)上 的滑動引導發生故障時，仍然會有另一個滑動導引保留下來(例如在內圈和 中間圏之間)。
根據一種優選實施方式，所述滑動引導以低摩擦方式進行，其實現方式 是，在各圈之間使用潤滑劑或為各圈配備滑動層。在第二種情況下，只需為 外圈的內側和內圈的外側配備減摩層，在設有中間圈時為中間圈內外兩側配 備減摩層。這種層可由聚四氟乙烯構成，或者為專門的電化學涂層。在其他 實施方案中，可將常規油脂或石墨用作潤滑劑。
#>據另一優選實施方式，所述外圈具有U形斷面。其中，"U"的一個邊 腳可拆卸。換言之，U形斷面的那個邊腳由可拆卸的環形連接片構成。設計
這種可拆卸性的原因是，為了便于將上述內圈和有可能存在的中間圈裝入u 形結構中。u形斷面使潤滑劑的施加成為可能，并且對上述滑動層的使用也 極具意義，原因是，u形斷面無論如何都可借助其各個邊腳防止上述內圈和 中間圈發生軸向脫出的情況(進而還可防止內圈傾斜)。在u形斷面中，"u，，
的兩個邊腳與"U"的底部之間的角度并非必須為90 ,兩個邊腳也可以張 得更大，以便提供IOO 至IIO 的張角。
下面借助附圖對本發明的優選實施方式進行-說明，其中:
圖1A為本發明的第一實施方式的側面剖視圖1B為垂直于圖1A所示剖視圖的剖視圖2A為本發明的第二實施方式的側面剖^L圖；以及圖2B為垂直于圖2A所示剖視圖的剖視圖。
具體實施例方式
本發明的電機包括 一個在附圖中僅以示意圖形式加以顯示的定子10 以及一個僅以局部圖形式加以顯示的軸12,軸12可在定子10中進行旋轉。 工作時，軸12由(附圖未作圖示的)磁軸承引導。本發明涉及一種在磁軸 承失效后起作用的安全軸承。這種安全軸承于是會承接該軸。從軸12受重 力作用而下落這一情況可以看出，各附圖顯示的是磁軸承失效時的軸12。于 是，此時起作用的是整體用14表示的安全軸承。安全軸承具有一個外圈16， 所述外圈16通過各附圖僅以示意圖形式加以顯示的彈性和阻尼元件18安裝 在定子10上。外圈16為U形斷面。所述U形斷面的一個邊腳(在圖1A和 圖2A中用突出顯示的陰影線表示，參考符號為20)是可拆卸的，借此可在 所述外圈16中插入其他的圏。
采用如圖1A和圖1B所示的第一實施方式時，所述外圈16中直接布置 有一個內圈22。外圈16和內圈22之間存在有潤滑劑24,例如常規油脂。 作為潤滑劑24的替代方案，不但可在外圈16的內表面，還可在內圈22的 外表面設置一滑動層，例如聚四氟乙烯(Teflon)減摩層。此處將內圏22 顯示為T形斷面，其中，"T"的一個腳(無專門的參考符號)指向外側，并 嵌入外圏16的U形斷面的兩個邊腳之間。當然，這種嵌入只能通過下述方 式而實現，即先取下環件20，將內圈插入，隨后再將環件20重新固定在 外圏16的其余部分上。
從圖1B中可以清楚看到，當磁軸承失效時，軸12會直接掉落在內圈22 上。可能正處于旋轉狀態的軸會將轉矩傳遞到內圏22上，內圈22根據作用 和反作用原理發生旋轉，使整個裝置盡可能保持穩定。通過這種方式可在最 大程度上避免軸12發生不受控制的運動。彈性元件18的任務是減小初始沖擊力。
采用如圖2A和圖2B所示的另一實施方式時，先在外圈16'的U形斷面 中布置一個中間圏26,所述中間圈26借助潤滑劑24滑動地導引在外圈16 '中。所述中間圈26包圍著一個內圈22',該內圈22'同樣^^皮滑動地導引， 即滑動地支承在所述中間圈26中。(還可附加i殳置相對于外圈16'的邊腳的 滑動導引支承，為此，與圖2A所示的實施方式相比，須在外圏16'和內圈 22'之間更大范圍地向外施加潤滑劑24。)
如圖2B所示，此處的軸12同樣掉落在內圈22'上，并將轉矩傳遞到內 圈22'上。內圈22'進行相對于所述內圈26的旋轉。借此還可使內圈26 本身進行相對于所述外圈16'的旋轉。如果內圏22'和中間圈26之間的滑 動導引受到干擾，那么(幾乎)就只有中間圈26和外圈16'之間會發生轉 動，在此情況下，內圈22'和隔圈26之間的相對運動受到抑制。
圖1A/1B和圖2A/2B所示的實施方式的共同之處在于，作用力分布在整 個套圈上，因而不會產生像滾動軸承那樣的壓力點。鑒于引入了滾動運動、 從而使滾動阻力成為影響摩擦系數的主要因素這一事實，摩擦程度相比傳統 干軸承而言有大幅減輕。所以，內圈22/22'只會受到輕微磨損。
權利要求
1. 電機，包括一個定子(10)和一個可在所述定子中進行旋轉的軸(12)，所述軸由磁軸承引導，其中，設置有針對所述磁軸承失效情況的復數個安全軸承(14，14′)，所述安全軸承在所述磁軸承失效時將接住所述軸(12)，并在所述軸從運動狀態向靜止狀態過渡的過程中對其進行引導，其特征在于，所述安全軸承(14，14′)包括一個安裝在所述定子上的外圈(16，16′)，一個可旋轉套圈(22，22′，26)在所述外圈中被滑動地引導。
2. 根據權利要求1所述的電機，其特征在于，所述可旋轉套圈是一個 內圈(22),其圍繞所述軸(12)并帶有徑向間隙。
3. 根據權利要求1所述的電機，其特征在于，所述可旋轉套圏為一個 中間圈(26), —個內圈(22')被滑動地導引在所述中間圈中，所述內圏 包圍所述軸(12)并帶有徑向間隙。
4. 根據上述權利要求之一所述的電機，其特征在于，所述滑動引導以 低摩擦方式進行。
5. 根據權利要求4所述的電機，其特征在于，在所述各套圈(16， 16 '，22， 22' , 26)之間使用潤滑劑(24)。
6. 根據權利要求4所述的電機，其特征在于，所述套圈(16, 16'， 22， 22' , 26)配有滑動層。
7. 根據上述權利要求之一所述的電機，其特征在于，所述外圈(16, 16')具有U形斷面，其中，所述U形斷面的一個邊腳由可拆卸環形連^妄片 (20， 20')構成。
全文摘要
針對磁軸承失效的情況在電機中設置安全軸承(14，14′)，所述磁軸承在電機中用于對可在定子(10)中旋轉的軸進行導引支承。根據本發明，所述安全軸承(14，14′)具有一個安裝在所述定子上的外圈(16，16′)，一個可旋轉套圈(22，22′，26)被滑動地導引在所述外圈中。本發明的安全軸承(14)特別適合用在軸特大特重的電機中。
文檔編號F16C17/00GK101427038SQ200780014145
公開日2009年5月6日 申請日期2007年3月15日 優先權日2006年4月18日
發明者岡瑟·西格爾, 彼得·皮特賴特, 英戈·門茲 申請人:西門子公司