CN102075044B - 运行油环润滑液动轴承高速感应马达的独立轴承润滑系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及运行油环润滑液动轴承高速感应马达的独立轴承润滑系统。一种用于电动机械的润滑系统，例如具有外壳的感应马达，该外壳内设置有内部油槽以及至少一个油环流体动力轴承，其中该油环与内部油槽里的油流动连通，并且给轴承补充油。该润滑系统独立地工作并且与油环润滑系统并行工作，并且包括定位在内部油槽里的电动油槽泵。进油口连接到油槽泵，并与内部油槽里的油流动连通。具有近端的排油管线连接到油槽泵排出口。排油管线的远端定位在马达轴承的近端，以便从其中排出的油补充轴承和轴颈界面中的油。润滑系统的排油参数与马达速度、负载或物理定位无关，并且可以由连接到油槽泵的控制器改变。

Description

运行油环润滑液动轴承高速感应马达的独立轴承润滑系统

技术领域

本发明涉及一种电动机械轴承润滑系统，并且特别地涉及用于感应马达中的油环润滑流体动力轴承的独立辅助润滑系统。

背景技术

电动机械，比如水平轴感应马达，具有由滚动元件、流体动力轴承或流体静力轴承保持的转动轴。流体动力轴承在轴承表面和相对应的轴颈之间形成独立的加压润滑液膜界面。形成润滑膜的润滑剂需要被补充以代替由于轴承/轴颈界面之间相对转动而带来的不可避免地挤出轴承/轴颈界面的润滑剂。油的补充还方便地传递所述界面内产生的热，或通过远离从轴承到比如油槽的表面之间的热梯度传递来传热。简而言之，下文将把润滑剂称为油，因为它是常用的工业润滑剂。

在感应马达领域中一般已知的是采用油环润滑流体动力轴承来支承和保持转动轴。该流体动力轴承经常保持在安装于马达的轴向两端上的轴承外壳的轴承模块部分中。该轴承外壳与马达外壳配合形成油槽，该油槽具有低于马达轴和轴承的最大流体填充水平面，以便轴不会直接与油槽接触。该轴承包括一个或多个轴向或横向保持的环状油环，其将马达轴颈捕获在其圆柱内表面内。油环在环的大约12点的上部位置直接接触马达轴颈。靠近油环的6点的下部位置浸没在油槽的油内。通常油环具有沟槽状或其他纹理结构的表面以增加与轴颈的摩擦接触。马达轴的转动驱动油环旋转。当油环旋转时，在之前浸没的部分从其6点位置转动到新的12点位置与轴颈接触时，油环承载其表面上的油膜并从油槽输送油膜，并且将油沉积在轴承内。

油环从油槽到轴颈轴承的输油率随轴旋转速度而变并与其成比例。在低转速(RPM)，高负载条件下，油环可能不能维持所希望的从油槽到轴承的输油率。相反在高转速(RPM)条件下，在从油槽到轴承的转动途中，在足够量的油达到轴承之前，由于离心力的作用，油可能被甩出油环。

其他的油环输油率方面的问题出现在感应马达运行在非静止的、相对运动的环境中，比如船舶、机车、起重机以及采矿拖引线等。在这些应用场合，油环一般不能维持在某个水平条件，以使油槽液面相对于油环、轴承和轴处在最优的高度。当马达被驱使相对于水平面转动、倾斜或偏转时，油环可能不再与油槽的油相接触，因为油在马达外壳中流到一个新的水平位置。

那么，在本领域中对于流体动力轴承油环润滑系统存在一种需求，需要提供一种从油槽到轴承的期望输油流率，其与马达轴转速或油槽内油位相对于油环的定位无关。

一种满足这些需要的曾经常用的解决方案是将油环润滑系统整个去掉，并在马达外壳和轴承外壳内替环一加压输油管路，其通常用外部油槽和泵直接将加压油馈送给轴承。这种方案增加了马达制造和维护的成本，则该马达在一些应用中可能是不被接受的。附加的轴承油管路和外部油槽系统在目前制造的已经结合油环的感应马达设计中不易被重新装配，并且对于在现场或车间里已经运行中的马达来说也不易进行改型。

过去，其他的输油解决方案一般用于流体动力轴颈轴承，而且不适于用在感应马达中。采用设置在轴承上方的油槽的毛细管已被用于补充轴承油，但当油槽空时必须通过手动维护或通过辅助泵来再填充。重力自流式毛细管不适于用在移动的车辆中，因为它们的油槽并不总是位于轴承的上方。

过去，单独并入浸油毡、岩棉等的轴颈盒或与毛细管结合的轴颈盒用在轨道车辆等的车桥轴承中，但是毛细管并不适用于移动车辆的感应马达中。轴颈盒不能维持电感应马达和其他电动机械所需的输油流率。

在美国专利No.3,720,288中描述了另外已知的用于组合式流体动力/流体静力轴承的输油系统，其作为大型研磨机中的开放式轴颈结构的润滑方案。该‘288号专利阐述了当研磨机处于正常运行模式时，油可以借助由外部油槽和低压泵供应的高架输油管直接被排放在暴露的耳轴轴颈上。在压碎机转换到启动或停止循环时，润滑系统切换到加压流体静力轴承模式。在‘288号专利中给出的这种输油系统不适于应用到封闭外壳的感应马达中，目前也不鼓励本领域技术人员将油开放地、无限制地排放到环境中。

发明内容

相应地，本发明的目的是对应用在感应马达中的已有流体动力油环轴承设计进行改进和补充，以便从马达内部油槽到轴承的供油率可以根据任何马达操作条件或由马达运动导致的油槽水平填充液面与油环之间的任意相对定位而选择性地作调整。

本发明的另一个目的是能够将本发明应用到已有的具有油环和内部油槽的感应马达设计中，而不必对马达作显著的重新设计或改动。

这些以及其他目的根据本发明，通过将附加的加压喷油嘴另外设置轴承上，并与已有的油环并行供油来实现。加压的油由放置在感应马达现有的内部油槽内的油槽泵来提供，油槽连接到油槽泵的排出管线。排出管线可直接对轴承供油，类似于水管喷嘴。可替代地，油的排出可以用喷嘴、孔、喷射器或其他改变和调整流型的装置改成希望的喷射模式。可以并行地应用外部油槽和泵或者使其取代位于马达内部油槽内的油槽泵。

附图说明

本发明的教导结合下面的详细描述以及相应的附图可被很好地理解，其中：

图1示出了根据本发明的轴承润滑系统的简化示意透视图，其中引入了理想的示例性感应马达，该马达以虚线示出；

图2是本发明轴承润滑系统的部分轴向横截面图，该图集中于该感应马达轴承外壳；

图3是本发明图1中示出的轴承润滑系统的示意部分径向横截面图；

图4是具有本发明轴承润滑系统的感应马达的示意图，示出了该马达位于一般标准的、水平的位置；

图5是具有本发明轴承润滑系统的感应马达的示意图，示出了该马达相对于图4中的水平位置处于绕轴线滚动的位置；

图6是具有本发明轴承润滑系统的感应马达的示意图，示出了该马达相对于图4中的水平位置处于绕轴线倾斜的位置；以及

图7是具有本发明轴承润滑系统的感应马达的示意图，该感应马达连接于马达驱动控制装置，以用于改变润滑系统的流动参数。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记指示各附图所共有的相同元件。

具体实施方式

理解了下面的描述后，本领域技术人员就会清楚地知道本发明的教导易于应用在包括感应马达在内的电动机械中，该马达具有带有油环和内部油槽润滑系统的流体动力轴承。本发明润滑系统与该马达已有的油环润滑系统并行发挥作用。

已有的油环润滑系统

图1示出了安装在平台表面12的示例性的感应马达10这种电动机械。平台表面12可以是固定的，例如安装到工厂的建筑物底面或是移动的物体，比如船舶、轨道机车、建筑起重机或采矿拖引线。由于马达的电动部件是已知的结构，因此用虚线图示出马达10。马达10具有将电能转换成旋转机械能的转动轴15。

参见图1-3，马达轴15被保持在轴承外壳20中，该外壳包括已知的流体动力轴颈轴承25。轴15的轴颈表面靠近于轴承25的表面定向，但在操作中与轴承25的表面并不接触，原因在于独立的自增压油膜在它们处于相对运动时隔离这两个部件。油通过已知设计的不透气密封件27与马达10内部的电动部件相隔离。一对已知的弹性曲径式密封件28包围轴承25和相应的轴15轴颈表面的侧面，以抑制油沿该轴轴向地流出轴承区域，并保留用于补充在轴承和轴颈的相应表面之间形成的油膜的油储量。如现有技术已知的那样，围绕那些相应表面的油还提供从该轴承区域传递热的作用。为此，其他配合流体动力轴颈轴承的部件输送补给供应的油给轴承。

已知的流体动力轴承油输送机构是图1-3中所示的一对油环30。所述环状油环30由该轴承组件25轴向保持，并且在它们各自的圆柱形内表面中捕获马达的轴颈。每个油环30在其大约12点的上部位置处与马达轴颈直接接触。靠近于该油环6点钟的下部位置处的该油环的下部浸没在该马达内部限定的油槽30的油中。油槽填充液面36被示意性地示出，并且位于转动轴15和轴承组件25的下部6点钟表面以下，以便不激起或使油起泡沫，或者使轴出现不希望的旋转障碍。马达轴16的旋转驱动油环30转动。当油环30转动时，在之前被浸没的部分从其之前的6点位置转动新的12点位置与轴颈相接触时，该油环承载其表面上的油膜并从油槽30的油输送油膜，且将油沉积到轴承25中。油槽填充液面36在重力的作用下将流到水平位置，无论怎样的马达外壳的相对定位都是如此。如果该马达10安装在运动的物体上，比如带有摇晃甲板的船上，则在某些摇晃的方向时，油环30将不会浸没在内部油槽30的油中。

本发明的轴承润滑系统

本发明的轴承润滑系统提供与流体动力轴承25并行的油输送机构，并且辅助已有安装的油输送系统的油环30。如图1-3中所示，本发明的轴承润滑系统具有油槽泵40，该泵40保持在该马达轴承外壳内已有的内部油槽35内。由于预期的泵送率和压力不需要大型泵，因此不必改变已有内部油槽35的结构。当然，作为设计选择的需要，可以选择将该泵设置在该马达已有的油槽结构外部或另外增加与内部油槽泵40并行的外部辅助泵。通常油槽泵40可以是用电力驱动的且具有可变的泵送容量速率。用于泵40的电力可以通过已有的安装位置之一或在设计变型中另外增加的新的孔来输送给该马达外壳的内部油槽35。

油槽泵40具有与保存在油槽35内的油相通的进油口42。如果该马达安装在运动物体上，那么优选地在该马达10任意或最可能预见的定位下，该泵的进口42设置在油槽35中最可能在充油线36以下的位置。这里附图中尽管没有示出，但是该泵的进口42能够以2或3度的运动回转接头(swivel joint)而安装到该泵，以便当安装到运动物体上时在泵运动期间，该进口能垂直于充油线36保持在充油线36以下。可用于代替将马达应用在运动物体上的是，在马达10处于一些临时定位时，如果由于在油槽充油线36以上而使得泵进油口与油槽的油失去持续的流动相通，那么泵进油口42可构造成具有在进口中保持有较小储油量的止回阀。

油槽泵40形成通过排出管线44输送的加压排油，如图1-3所示，排出管线44的远端出口靠近轴承25定位，以便所述排出被引导以使得油直接接触或流到轴承和轴16的轴颈界面中。排出管线可以由任意需要的刚性或柔性导管或管子构成，并且通过任意选择的紧固装置或本领域技术人员熟悉的支架结构固定到马达10的外壳。油喷嘴45或其他调整流体喷射模式的部件可连接到排出管线44的远端，以便改变油的排出喷射模式。本领域技术人员可以选择其他部件来替代喷嘴45，例如节流孔、脉冲喷射器或通风装置，以便获得适用于具体应用场合的所希望的喷油模式。

在操作中，本发明的并行或辅助润滑系统在马达10处于任意负荷或速度的操作条件下，能够使得油可靠地分配到轴16的轴颈和轴承25的油膜界面，无论已有的油环30与马达的油槽35中的油是否存在流动连通。电动油槽泵40的油的流率可基于预期的马达10的操作参数或根据检测到的操作条件进行选择性的调整。不像油环30在低速、高负荷或高速操作条件下不能单独地按理想的油流率向轴承25输送油，并行的通过泵喷嘴45的电动油槽泵40的排油流率可进行必要的调整以满足轴承操作的需要。本发明的油槽泵40的润滑系统另外的优点在于在马达10在运动的车辆中运转时，如果油环30与内部油槽35中的油失去接触，确保将油可靠地输送到轴承25。

图4-6示出了将本发明的润滑系统应用在运动物体中时的优势。图4中，马达10安装在平台上，比如船的甲板12，通常在水平位置，正如由X-Y-Z标注的水平参考坐标系。在该马达10处于水平定位时，油槽充油线36与甲板12平行。油环30大体上与甲板12垂直，并浸没在填充线36以下的油中。本发明的润滑系统将油喷射物50排出到轴承25上，其与通过油环30沉积的油并行操作。如果需要，电动油槽泵40可被断电，停止油喷射物50，则轴承25仅由油环30来提供润滑。

现在参考图5和6，甲板12分别相对于X-Y-Z水平参考坐标系转动和倾斜。由于油环30位于充油线36之上，因此油环30与油槽35中的油不再持续流动连通。在这种情况下，本发明的润滑系统保持油喷射物50在轴承25上，以便轴承接收到它们理想运行性能所需的流率。

如之前提到的，本发明的润滑系统可使马达操作人员改变输送给马达轴承25的输油率。在图7中，以已知的方式通过连通路径62将示例性的马达10连接到已知的马达驱动控制器60。驱动控制器60能够改变马达操作参数，比如速度、转矩，并且随马达10上负荷的改变而做出响应。已知的驱动控制器60还能够监测马达操作条件，比如定子绕组电流和温度，油槽温度等。作为本发明的一部分需要考虑的是电动油槽泵40可连接到马达驱动控制器60，以便后者能够基于马达的操作参数或响应于检测到的马达操作参数的变化来改变油槽泵流率、压力以及操作周期(即，连续的，变动的，或间歇的操作)。

本发明的润滑系统可用于新的感应马达或其他电动机械，这些电动机械通过在马达已有的油槽里安装油槽泵40及其进油口42，或者通过在外部安装带有与马达的内部和/或外部储油器相连的进口的泵，从而具有流体动力或滚动元件轴承。油槽泵40的排出管线44以及喷嘴可设置在马达外壳的内部或外部的任何位置，马达外壳使得喷嘴能够向轴承25排出油喷射物50，以便润滑剂能在轴承上需要的地方沉积。具有进口42、排出管线44和喷嘴45的润滑系统部件油槽泵40可以容易地对已有安装的马达进行现场或车间改进。

尽管这里已经详细给出和描述了包含本发明教导的各种实施例，但是本领域技术人员仍可以作出包含这些教导的各种其他的变型实施例。

Claims (20)

1.一种感应马达，包括：

外壳，其中包含：内部油槽；至少一个油环流体动力轴承，油环流体动力轴承的油环与内部油槽内的油流动连通；以及限定与该轴承可旋转接合的至少一个轴颈的转动轴；

定位在该内部油槽内的电动油槽泵；

连接到该油槽泵的进油口，其与内部油槽中的油流动连通；

具有近端和远端的位于轴承外部且独立于轴承的排油管线，所述近端连接于油槽泵排出口，所述远端用于从其排油，所述排油管线定位在马达轴承的近侧以便于从其排出的油补充轴承和轴颈界面中的油。

2.权利要求1所述的感应马达，还包括连接到排油管线远端的流体喷射模式调整部件，用于在轴承上形成排油喷射模式。

3.权利要求1所述的感应马达，其中电动油槽泵具有可变流率。

4.权利要求3所述的感应马达，其中该油槽泵可变流率由连接到该油槽泵的马达控制器控制，该马达控制器也控制马达运行。

5.权利要求1所述的感应马达，其中当马达在运动物体上运动时，该进油口与内部油槽里的油持续流动连通。

6.一种用于润滑系统的零部件套件，该润滑系统适用于改型安装在具有外壳的电动机械中，该外壳在其中包括：内部油槽、至少一个轴承、以及限定与轴承可转动接合的至少一个轴颈的转动轴，所述套件包括：

适于布置在内部油槽内的电动油槽泵；

连接到油槽泵的适于与内部油槽里的油流动连通的进油口；

具有近端和远端的排油管线，所述近端连接于油槽泵排出口，所述远端用于从其排油，所述排油管线适于定位于马达轴承外部且独立于马达轴承地在马达轴承的近侧以便于从其排出的油补充轴承和轴颈界面中的油。

7.权利要求6所述的润滑系统零部件套件，还包括连接到排油管线远端的流体喷射模式调整部件，用于在轴承上形成排油喷射模式。

8.权利要求6所述的润滑系统零部件套件，其中电动油槽泵具有可变流率。

9.权利要求8所述的润滑系统零部件套件，其中该油槽泵适于连接到马达控制器并且可变流率由马达控制器控制，该马达控制器也控制马达运行。

10.权利要求6所述的润滑系统零部件套件，适于改型安装在具有油环流体动力轴承的感应马达中，所述油环流体动力轴承从内部油槽补充油。

11.权利要求6所述的润滑系统零部件套件，其中当马达在运动物体上运动时，进油口适于与内部油槽里的油持续流动连通。

12.一种用于润滑具有外壳的感应马达的方法，该外壳在其中包括：内部油槽、至少一个轴承、以及限定与轴承可转动接合的至少一个轴颈的转动轴，所述方法包括：

将电动油槽泵安装在内部油槽内；

将连接到油槽泵的进油口定位在内部油槽里，以便于当马达在运动物体上运动时与其中的油持续流动连通；

在马达外壳内安装位于马达轴承外部的排油管线，所述外壳具有近端和远端，所述近端连接于油槽泵排出口，所述远端用于从其排油；以及

将排油管线的远端定位在马达轴承的近侧以便于从其排出的油补充轴承和轴颈界面中的油。

13.权利要求12所述的方法，还包括：

将流体喷射模式调整部件连接在排油管线的远端，并且调整从其流出的排油喷射模式。

14.权利要求12所述的方法，还包括：

响应于马达操作参数或操作状态的改变，选择性地用油槽泵改变排油流率。

15.权利要求14所述的方法，还包括：用连接到马达和油槽泵的马达驱动控制器控制排油变化流率。

16.权利要求12所述的方法，其中该感应马达具有油环流体动力轴承，油环流体动力轴承从内部油槽补充油，并且所述方法与其并行地实施。

17.一种电动机械，包括：

外壳，其中包含：内部油槽；至少一个油环流体动力轴承，油环流体动力轴承的油环与内部油槽里的油流动连通；以及限定与轴承可转动接合的至少一个轴颈的转动轴；

定位在内部油槽内的电动油槽泵；

连接到油槽泵的进油口，其与内部油槽里的油流动连通；

具有近端和远端的位于轴承外部且独立于轴承的排油管线，所述近端连接于油槽泵排出口，所述远端用于从其排油，该排油管线定位在马达轴承的近侧，以便从其排出的油补充轴承和轴颈界面中的油。

18.权利要求17所述的电动机械，还包括连接到排油管线远端的流体喷射模式调整部件，以便于在轴承上形成排油喷射模式。

19.权利要求17所述的电动机械，其中该电动油槽泵具有可变流率。

20.权利要求19所述的电动机械，其中油槽泵可变流率由连接到该油槽泵的马达控制器控制，该马达控制器还控制马达运行。

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