CN100566079C - 电机及其轴承 - Google Patents

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Abstract

在使用标准构件时，电机的弯曲临界转速应该可以提高。因此建议，在电机中，用固定轴承(5，6)和浮动轴承(4)来支承轴(11)。所述固定轴承通过两个分别用弹簧沿相反方向预紧的深沟球轴承(5，6)实现。因此，两个深沟球轴承中至少有一个轴承与施加到轴(11)上的轴向力无关地被一直预紧，由此确保所述固定轴承必需的径向刚性。

Description

电机及其轴承
本发明涉及一种电机，其具有外壳、被构造成浮动轴承的第一轴承装置、被构造成固定轴承的第二轴承装置以及与所述两个轴承装置一起可转动地支承在外壳中的轴。
滚动轴承的径向弹性对电机的运行状态有重要影响，因为由于轴承的附加弹性，使转子的弯曲临界转速比理想刚性支承时下降了。为此，滚动轴承一般在水平横向上具有比在竖直横向上小的刚性，因为在水平横向上不存在利用转子重量的径向预紧。这导致弯曲特性形式分离为一个水平的和一个竖直的，其中水平的在频率上较低并因此在较低转速时要考虑到振动和噪音问题。
在实践中，该问题以公知的方式采用沿轴向能够预紧的滚动轴承、例如深沟球轴承或径向止推滚珠轴承得以解决。由此首先提高了轴承的水平横向刚性，同时也提高了电机可能达到的转速范围。此外，有利地影响轴承的噪音状况以及寿命。
在DE 196 54 089 A1中描述了一种深沟球轴承，通过保持架的结构件将滚动体交替地沿轴向挤压到滚动面的一个以及与其相对的终端位置中，在这种轴承中可以达到在轴承内的轴向预紧。因此它不涉及可按标准使用的轴承。专利文献DE 689 04 444 T2和DE 36 26 626 C2也描述了一种具有沿轴向预紧可能性的滚动轴承的特殊结构。该方案同样具有把标准构件排除在外的缺点。
在DE 42 24 980 A1中描述了一种结构方案，该方案应用标准滚动轴承并将轴承沿一个方向牢固地预紧到使外部载荷、也就是轴向预紧力的波动，不会引起方向转换。这种方法原则上解决了问题，但已经在电机内部产生了缩短轴承寿命的高的静台态载荷。
DE 30 38 112 A1描述了一种带有可调节和可在后调节轴向预紧的轴承结构。在此还需要一些特殊元件，并且一个轴承的内圈必须构造成在轴上是可移动的。因为内圈在多数情况下具有周向载荷，所以在该方案中存在摩擦腐蚀的危险。
在一般公知的浮动式支承中，两个轴承是预紧的，转子当然不是静态地绝对地被支承，也就是说，它有一个沿轴向移动的自由度。
本发明要解决的技术问题在于，在电机上推荐一种弯曲极限转速尽可能高并且可以使用标准构件的轴承结构。
按照本发明，该技术问题通过一种电机得以解决。该电机具有外壳、构造成浮动轴承的第一轴承装置、构造成固定轴承的第二轴承装置以及与所述两个轴承装置一起可转动地支承在外壳中的轴，其中所述第二轴承装置具有两个彼此分别用一个弹簧装置预紧的深沟球轴承。
因此可以以有利的方式提供电机转子的滚动支承，该滚动支承通过简单的深沟球轴承和弹簧元件沿轴向引导转子，并且给电机的所有轴承加载一个轴向的最小预紧力，而该最小预紧力不能通过作用于转子上的外部轴向力抵消掉。
所述转子绕组可以安置在轴上两个轴承装置之间。利用按照本发明的固定轴承结构，可以永久地获得深沟球轴承的高径向刚性，并因此达到一个更高的最大转速。
所述深沟球轴承的两个内圈有利地通过一个隔离元件沿轴向互相间隔一定距离。由此两个深沟球轴承的外圈可以彼此独立地通过弹簧装置沿轴线方向移动，因此保证了一直存在轴向预紧。
保险元件可以将深沟球轴承沿轴向固定在轴上。因此除了例如由轴承内圈热压配合到轴上而产生的摩擦力外，保证了可以通过轴承将轴向力传递到外壳上。
在一种有利的实施方式中，所述弹簧装置分别作用到深沟球轴承的外圈上。原则上弹簧装置虽然也可以作用到轴承内圈上，但这时外圈必须过盈地配合到外壳中。可是这对装配是不利的。
此外，如果所述弹簧装置各具有一个通过施加预紧力的螺旋弹簧，是有利的。这种螺旋弹簧制造简单且成本低廉。但是原则上也可以使用液压的、气动的、电动的、磁性的以及其它的弹簧元件。
至少深沟球轴承的一个外圈可以随后以一种过渡配合被嵌入到外壳中。由此实现，外圈虽然可沿轴向移动，但是轴承结构在径向方向上还是确定的。
此外，深沟球轴承的一个外圈在外壳中可以沿径向自由转动。如此带来的优点是，明确地在两个深沟球轴承之间分配负荷。
现在借助于附图对本发明作详细说明，附图中：
图1表示一台具有传统轴承结构的电机；
图2以原理图表示一台具有按照本发明的轴承结构的电机；
图3表示具有按照本发明的轴承结构的电机的一个具体实施例。
以下详细描述的实施例是本发明的一种优选的实施方式。
本发明以一种公知且流行的滚动轴承(图1)为基础。将该轴承装入在一个任意的外壳结构1、2、3中。采用一种在内圈和外圈上具有过盈配合的深沟球轴承5作为固定轴承。浮动轴承由一个在外圈具有间隙配合的深沟球轴承4构成。可通过一个压簧7来移动所述外圈。轴承的两个内圈通过保险元件13，14沿轴向固定在轴11上。弹簧7的轴向初始力通过转子11、12传递到固定轴承5上。可是该力可以通过一个外部的轴向力(例如作用于轴11上的拉力)抵消，使得固定轴承5无轴向力地运行。
本发明根据图2的原理示意图，应用了同样的浮动轴承原理。不是采用一个，而是采用两个其内圈被过盈地安置在轴11上并且通过一个隔离元件15沿轴向间隔一定距离的深沟球轴承作为固定轴承。保险元件14将内圈沿轴向固定在轴上。将两个轴承的外圈以间隙配合的方式嵌入到环状外壳件3中。通过间隙配合，也被称作过渡配合，可以实现，外圈可相对于外壳件3沿轴向移动。同时过渡配合保证了足够的径向刚性。但是两个外圈中的一个也可以沿径向可自由转动地被装入，因此由于明确的载荷分配的原因，相应的轴承可以只承受轴向载荷。
所述固定轴承的两个轴承5，6被环状外壳3沿轴向固定，并且其外圈通过弹簧元件8、9调节成，使弹簧力指向由隔离元件15所产生的间隙的方向。浮动轴承4的弹簧7的初始力方向可以任意选择。
在轴承结构的这种设计中，浮动轴承4的轴向初始力，与外部的轴向力无关地将弹簧7的弹力值减小了所述外圈在外壳孔2中的摩擦力的数值。从作用到轴11上的外力、浮动轴承4的弹簧7的弹力以及摩擦力的矢量和中计算出固定轴承5、6全部必须承受的轴向力。根据该总力的数量和方向，对于固定轴承而言对一个轴承5或6，只沿轴向加载减去相应的摩擦力的各自弹簧8或9的弹力，其余的轴承则加载总力。该总力作用在轴承内，并且其作用在外圈上的分量通过接触应力被吸收在外壳内。无论在哪种情况下，两个轴承中一个的轴向预紧力至少将所属弹簧初始力的数值减小了所述摩擦力的值。因为现在两个轴承5或6中有一个与作用到轴11上的轴向力无关地被一直预紧，所以一直保持着固定轴承所要求的径向刚性。由此可以避免由于全部轴承或者两个深沟球轴承5或6中的一个处于无轴向力的状态而减小了相应的径向刚性，以及避免电机倾向于更强地振动和噪音值。
在图3中重述了以图2所示的原理图为基础的、按照本发明的电机的一种具体实施方式。在此，弹簧元件7，8和9具体地被设计成螺旋弹簧。这种弹簧元件的实施方式与其他实施方式相比相当经济、耐用。
按照本发明，通过采用简单的标准构件，在无须放弃转子沿轴向的导引移动的情况下，通过轴承结构的所有外圈沿至少一个方向的轴向运动可能性以及对所有外圈的弹簧力的作用而实现了，在任意的外部轴向力作用下，轴承可以在轴向力作用下运动。
按照本发明的轴承结构的优点是：
1.由于轴承的预紧而提高了径向刚性以及进而提高了最大运行转速；
2.减小了轴承噪音；
3.没有由于低载运行而导致的提前损坏轴承的危险；
4.无需特殊构件。

Claims (6)

1.一种电机，其具有
-外壳(1)，
-被构造成浮动轴承的第一轴承装置(4)，
-被构造成固定轴承的第二轴承装置(5，6)，以及
-与所述两个轴承装置一起可转动地支承在所述外壳(1)中的轴(11)，其特征在于，
-所述第二轴承装置(5，6)具有两个彼此分别通过弹簧装置(8，9)预紧的深沟球轴承，
-至少一个深沟球轴承的外圈被以过渡配合方式嵌入到所述外壳(1)中，
-以及其中一个深沟球轴承的外圈在所述外壳(1)中可沿径向自由转动。
2.如权利要求1所述的电机，其中，转子绕组(12)安置在所述两个轴承装置(4，5，6)之间的轴(11)上。
3.如权利要求1或2所述的电机，其中，所述两个深沟球轴承通过一个隔离元件(15)沿轴向互相间隔一定距离。
4.如上述权利要求1所述的电机，其中，一个保险元件(14)沿轴向将所述两个深沟球轴承固定在所述轴(11)上。
5.如上述权利要求1所述的电机，其中，所述弹簧装置(8，9)分别作用于深沟球轴承的外圈上。
6.如上述权利要求1所述的电机，其中，所述弹簧装置(8，9)各有一个螺旋弹簧。
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