CN103780001A - 绝缘轴承环 - Google Patents

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明涉及绝缘轴承环。具体而言,公开了绝缘轴承、包括该绝缘轴承的电动机和形成该绝缘轴承的方法。在实施例中,轴承包括外环、设置在外环内且与外环同心的内环。绝缘环设置在内环和外环之间,并且包括从绝缘环的外表面径向向外延伸的外周齿状物和从绝缘环的内表面径向向内延伸的内周齿状物。这些齿状物与外环和内环的相应表面的特征配合。

Description

绝缘轴承环
技术领域
本发明大体上涉及在电动机中使用的轴承(bearing),并且更特别地涉及用于在这些的机器中使用的电绝缘的轴承。
背景技术
常规的大型高速电动机通常包括定子和转子,转子在定子内围绕纵向轴线旋转以将机械能转化为电能。转子可包括轴和转子主体,转子主体可包括传送电流的线圈。轴承通常用来固连轴,其中轴承在轴的每一端处,并且允许轴自由旋转。根据电动机的类型,电流可有意地形成或通过例如磁不平衡、静电储存、向转子轴直接施加外部功率、以及利用整流电源在转子中产生的感应电而产生。不论如何产生,都希望将轴电流与轴承绝缘。
在不存在绝缘的情况下,轴电流从轴通过轴承流至端罩或通过在轴的另一端上的轴承流至机架。这种通过轴承的电流流动会导致轴承的磨损和劣化、轴的损坏、润滑油的变黑、轴承的损坏或烧焦、以及其它不期望的后果。
诸如涂覆有陶瓷或绝缘材料的那些的绝缘轴承环已用来保护轴承不受到这样的劣化和损坏,但现有的绝缘轴承环具有许多缺点,包括制造的前置时间长和缺少大小和尺寸的灵活性。将轴承与轴绝缘的另一种方法包括在轴上设置陶瓷涂层。该方法具有陶瓷破损和因此绝缘能力和轴承配合降低的缺点,导致例行的轴承更换。
发明内容
本公开的第一方面提供了一种轴承环,其具有:外环,其具有设置在其径向向内表面上的内周槽;内环,其设置在外环内且与外环同心,内环具有设置在其径向向外表面上的外周槽;以及绝缘环,其设置在内环和外环之间。绝缘环包括:外周齿状物,其从绝缘环的外表面径向向外延伸;以及内周齿状物,其从绝缘环的内表面径向向内延伸。外周槽和内周齿状物为配合特征,即,具有互补的形状,并且内周槽和外周齿状物为配合特征。
本公开的第二方面提供了一种电动机,其具有:转子和至少部分地围绕转子的定子,其中转子包括:第一端罩,其设置在转子的第一轴向端上,和第二端罩,其设置在转子的第二轴向端上;以及轴承,其设置在第一端罩和第二端罩中的每一个的轴向外侧上。轴承中的至少一个使用轴承环绝缘,该轴承环包括:外环,其具有设置在其径向向内表面上的内周槽;内环,其设置在外环内且与外环同心,内环具有设置在其径向向外表面上的外周槽;以及绝缘环,其设置在内环与外环之间。第一端罩和第二端罩中的至少一个与设置在其轴向外侧的轴承电绝缘。
本公开的第三方面提供了一种用于形成绝缘轴承环的方法,该方法包括:提供具有第一直径和设置在其径向向内表面上的内周槽的外环;提供具有小于第一直径的第二直径和设置在其径向向外表面上的外周槽的内环;将内环插入外环使得内环和外环大致同心;以及将绝缘材料注射到在内环和外环之间的环形空间中。
根据本公开的又一方面,一种轴承环,包括:外环,其具有设置在其径向向内表面上的内周槽;内环,其设置在外环内且与外环同心,内环具有设置在其径向向外表面上的外周槽;以及绝缘环,其设置在内环和外环之间,其中,绝缘环包括:外周齿状物,其从绝缘环的外表面径向向外延伸,以及内周齿状物,其从绝缘环的内表面径向向内延伸,其中,外周槽和内周齿状物为配合特征,并且其中,内周槽和外周齿状物为配合特征。
根据本公开的又一方面,绝缘环还包括:至少一个轴向槽,其沿绝缘环的外表面延伸,以及至少一个轴向槽,其沿绝缘环的内表面延伸。
根据本公开的又一方面,内环和外环中的每一个包含金属。
根据本公开的又一方面,金属包括钢。
根据本公开的又一方面,绝缘环包含绝缘聚合物或橡胶中的一种。
根据本公开的又一方面,在绝缘环包含绝缘聚合物的情况中,绝缘聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)。
根据本公开的又一方面,绝缘环还包括设置在绝缘环的轴向端上的大致周向的凸缘,其中,凸缘从绝缘环径向向内且径向向外延伸,大致绝缘轴承环的轴向内侧端面。
根据本公开的又一方面,一种电动机,包括:转子;以及定子,其至少部分地围绕转子,其中,转子包括:第一端罩,其设置在转子的第一轴向端上,以及第二端罩,其设置在转子的第二轴向端上;轴承,其设置在第一端罩和第二端罩中的每一个的轴向外侧,其中,轴承包括:外环,其具有设置在其径向向内表面上的内周槽;内环,其设置在外环内且与外环同心,内环具有设置在其径向向外表面上的外周槽;以及绝缘环,其设置在内环和外环之间,其中,第一端罩和第二端罩中的至少一个与设置在其轴向外侧的轴承电绝缘。
根据本公开的又一方面,绝缘环还包括:外周齿状物,其从绝缘环的外表面径向向外延伸,以及内齿状物,其从绝缘环的内表面径向向内延伸,其中,外周槽和内齿状物为配合特征,并且其中,内周槽和外周齿状物为配合特征。
根据本公开的又一方面,绝缘环还包括:至少一个轴向槽,其沿绝缘环的外表面纵向延伸,以及至少一个轴向槽,其沿绝缘环的内表面纵向延伸。
根据本公开的又一方面,内环和外环中的每一个包含金属。
根据本公开的又一方面,金属包括钢。
根据本公开的又一方面,绝缘环包含绝缘聚合物或橡胶中的一种。
根据本公开的又一方面,在绝缘环包含绝缘聚合物的情况中,绝缘聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)。
根据本公开的又一方面,绝缘环还包括设置在绝缘环的轴向端上的大致周向的凸缘,其中,凸缘从绝缘环径向向内且径向向外延伸,大致覆盖内环和外环中的每一个的轴向内侧端面。
根据本公开的又一方面,一种用于形成绝缘轴承的方法,方法包括:提供具有第一直径和设置在其径向向内表面上的内周槽的外环;提供具有第二直径和设置在其径向向外表面上的外周槽的内环,其中,第二直径小于第一直径;将内环插入外环使得内环和外环大致同心;以及将绝缘材料注射到在内环和外环之间的环形空间中。
根据本公开的又一方面,还包括在绝缘环上,提供从绝缘环的外表面径向向外延伸的外周齿状物,其中,外周齿状物与内周槽配合;提供从绝缘环的内表面径向向内延伸的内周齿状物,其中,内齿状物与外周槽配合;提供沿绝缘环的外表面纵向延伸的至少一个轴向槽;以及提供沿绝缘环的内表面纵向延伸的至少一个轴向槽。
根据本公开的又一方面,注射在沿绝缘环的外表面纵向延伸的至少一个轴向齿状物中的一个或沿绝缘环的内表面纵向延伸的至少一个轴向齿状物中的一个中进行。
根据本公开的又一方面,还包括加工内环或外环中的至少一个的表面。
根据本公开的又一方面,绝缘环还包含绝缘聚合物或橡胶中的一种。
本发明的这些和其它方面、优点和显著特征将从下面的详细描述中变得显而易见,该详细描述在结合附图时公开了本发明的实施例,在所有附图中,相同的部件由相同的附图标记标示。
附图说明
图1至图3示出根据本发明的实施例的轴承环的部分的透视图。
图4示出根据本发明的实施例的轴承环的透视图。
图5示出根据本发明的实施例的轴承环的局部剖视透视图。
图6示出根据本发明的实施例的轴承环的一部分的局部透视图。
图7示出包括根据本发明的实施例的轴承的电动机的一部分的剖视图。
图8描绘了根据本发明的实施例的具有转子和定子的发电机或马达的剖视图。
应当指出,本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅示出本公开的典型方面,且因此不应视为是对本公开范围的限制。在附图中,相同的数字表示在各图之间的相同元件。
部件列表
100   绝缘轴承环
110   外环
112   径向向内表面
115   在110上的内槽
120   内环
125   在120上的外槽
130   绝缘环
132   绝缘环130的径向向外表面
134   130的径向向内表面
140   外齿状物
150   内齿状物
160   外轴向槽
170   内轴向槽
180   凸缘
200   端罩
220   心轴(spindle)
230   转子线圈
240   定子
245   定子线圈
300   转子
310   轴承
320   垫圈
330   轴承盖
400   发电机。
具体实施方式
下面参照本发明结合电动机操作的应用描述本发明的至少一个实施例。虽然本发明的实施例相对于发电机形式的电动机示出,但应当理解,教导内容同等地适用于包括但不限于其它类型的发电机和马达的其它电机。此外,下面参照标称大小且包括一组标称尺寸描述了本发明的至少一个实施例。然而,本领域的技术人员应当理解,本发明同样适用于任何合适的发电机和/或马达。此外,本领域的技术人员应当理解,本发明同样适用于各种尺度的标称大小和/或标称尺寸。
如上文所述,本发明的方面提供了绝缘轴承环和具有绝缘轴承环的电动机。图1至图8示出了轴承环和其可以用于其中的电动机环境的不同方面。
如图1所示,提供了外环110,外环110具有设置在外环110的径向向内表面112上的内周槽115。还提供了图3中所示的内环120。内环120可包括设置在内环120的径向向外表面122上的外周槽125。内环120和外环110中的每一个可包含金属。在一些实施例中,金属可以是钢或另一种金属。
在整个轴承环100中,内环120设置在外环110内且定位成使得内环120和外环110为大致同心的。内环120的外径小于外环110的内径,使得当内环120设置在外环110内时,在内环120和外环110之间保持环形空间。图2中所示绝缘环130在当内环120被定位在外环110中时形成的环形空间中设置在内环120和外环110之间。绝缘环130可包含绝缘聚合物或橡胶中的一种,并且在一些实施例中可以是聚四氟乙烯(PTFE)。柔软的聚合物和橡胶可辅助缓冲所得轴承环100中的振动。
如在图2中所示,绝缘环130可包括从绝缘环130的外表面132径向向外延伸的外周齿状物140。绝缘环130还可包括从绝缘环130的内表面134径向向内延伸的内周齿状物150。如在图4至图5中所示,当轴承环100被组装时,外周齿状物140与内周槽115配合,并且内周齿状物150与外周槽125配合。
绝缘环130还可包括图6中所示的至少一个外轴向槽160,其沿绝缘环130的外表面132纵向延伸。绝缘环130还可包括至少一个内轴向槽170,其沿绝缘环130的内表面134纵向延伸。内周齿状物150、外周齿状物140、外轴向槽160和内轴向槽170一起用来止动(arrest)内环120、外环110和绝缘环130在使用期间的相对移动。
绝缘环130还可包括设置在绝缘环130的端部上的大致周向的凸缘180,如在图2、图4和图5至图6中所示。凸缘180可从绝缘环130径向向内且径向向外延伸。当轴承环100被组装时,凸缘180大致绝缘轴承环的轴向内侧端面,如在图7中所示。
轴承环100可在诸如发电机400或马达的电动机中用来支承转子300和使轴承绝缘。
图8示出包括定子240和定位在定子240内的转子300的发电机400的示意性剖视图。定子240包括成组的线圈245,并且可包括任何目前已知或将来开发的定子结构。如图所示,转子300可具有心轴220和围绕心轴设置的成组的线圈230。心轴可由例如铁或钢形成。转子300围绕纵向轴线在定子240内旋转。
重新参看图7,第一端罩200可设置在转子300的第一端部上。未示出的第二端罩可设置在转子300的第二端部上。轴承环100可设置在第一端罩200和第二端罩中的每一个的轴向外侧以支承转子并允许其旋转。如上所述,轴承环100可包括外环110、设置在外环110内且与外环110同心的内环120、以及设置在内环120和外环110之间的环形空间中的绝缘环130。内环120充当轴承座。绝缘环130使端罩200与设置在端罩200的轴向外侧的轴承310、设置在轴承310的轴向外侧的垫圈320以及置于在轴向外侧端上的组件之上的轴承盖330电绝缘。如上所述的凸缘180从绝缘环130径向向内且径向向外延伸,大致覆盖内环120和外环110中的每一个的轴向内侧端面,从而提供绝缘。
还提供了用于形成绝缘的轴承环100的方法。提供了外环110(图1),其具有第一直径和设置在其径向向内表面上的内周槽115。提供了内环120(图3),其具有第二直径和设置在其径向向外表面上的外周槽125。第二直径小于第一直径,使得内环120的外径小于外环110的内径。内环120被插入外环110中,使得内环120和外环110为大致同心的。作为此前所讨论的直径特征的结果,在内环120和外环110之间将存在环形空间。然后可将绝缘材料注射到在内环120和外环110之间的环形空间中,从而形成绝缘环130。绝缘材料可以是橡胶或柔软的绝缘聚合物,例如PTFE。
绝缘环130设有从绝缘环130的外表面径向向外延伸的外周齿状物140。外齿状物140在注射的绝缘材料被挤入内周槽115时形成。结果,外齿状物140和内周槽115具有配合的形状和尺寸,即,外齿状物140和内周槽115彼此互补。绝缘环130还设有从绝缘环130的内表面径向向内延伸的内周齿状物150,其中内齿状物150与外周槽125配合。内周齿状物150在注射的绝缘材料被挤入外周槽125时类似地形成。
如图6中所示,绝缘环还设有沿绝缘环130的外表面纵向延伸的至少一个轴向槽160和沿绝缘环130的内表面纵向延伸的至少一个轴向槽170。一旦固化,内周齿状物150、外周齿状物140、外轴向槽160和内一个轴向槽170就用来止动内环120、外环110和绝缘环130在使用期间的相对移动。另外,绝缘材料的注射可在沿绝缘环130的外表面纵向延伸的至少一个轴向齿状物中的一个或沿绝缘环130的内表面纵向延伸的至少一个轴向齿状物中的一个中进行。
一旦组装,就可在内环120和/或外环110的至少一个表面上加工轴承环100(图4),以便获得期望的尺寸。期望的形状或尺寸可以是特定电动机所需的形状或尺寸,以将轴承环100容纳在端罩毂中并将轴承容纳在其中,从而允许定制组装之后的形状。然后可以将绝缘轴承环100压配到端罩毂中。
如本文所用,术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、量或重要性,而是用来区别一要素与另一要素,并且术语“一个”和“一种”在本文中不表示量的限制,而是表示存在至少一个引用项。与数量结合使用的修饰词“约”包括所述值的端值,并且具有由上下文所决定的含义(例如,包括与特定量的测量相关的误差度)。本文所用后缀“(多个)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者,由此包括一个或多个该术语(例如,(多种)金属包括一种或多种金属)。本文中所公开的范围为包括端值且可单独组合的(例如,“至多约25 mm或更具体而言约5 mm至约20 mm”的范围包括端点和“约5 mm至约25 mm”的范围的所有中间值等)。
虽然本文描述了各种实施例,但应当从说明书理解的是,本发明中各种部件的组合、变型或改进可由本领域技术人员作出,并且在本发明的范围内。此外,可作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导而不脱离其实质范围。因此,本发明意图不限于作为实现本发明构思到的最佳方式而公开的特定实施例,而是本发明还将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1. 一种轴承环,包括:
外环,其具有设置在其径向向内表面上的内周槽;
内环,其设置在所述外环内且与所述外环同心,所述内环具有设置在其径向向外表面上的外周槽;以及
绝缘环,其设置在所述内环和所述外环之间,其中,所述绝缘环包括:
外周齿状物,其从所述绝缘环的外表面径向向外延伸,以及
内周齿状物,其从所述绝缘环的内表面径向向内延伸,
其中,所述外周槽和所述内周齿状物为配合特征,并且
其中,所述内周槽和所述外周齿状物为配合特征。
2. 根据权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述绝缘环还包括:
至少一个轴向槽,其沿所述绝缘环的外表面延伸,以及
至少一个轴向槽,其沿所述绝缘环的内表面延伸。
3. 根据权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述内环和所述外环中的每一个包含金属。
4. 根据权利要求3所述的轴承环,其特征在于,所述金属包括钢。
5. 根据权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述绝缘环包含绝缘聚合物或橡胶中的一种。
6. 根据权利要求5所述的轴承环,其特征在于,在所述绝缘环包含所述绝缘聚合物的情况中,所述绝缘聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)。
7. 根据权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述绝缘环还包括设置在所述绝缘环的轴向端上的大致周向的凸缘,
其中,所述凸缘从所述绝缘环径向向内且径向向外延伸,大致绝缘所述轴承环的轴向内侧端面。
8. 一种电动机,包括:
转子;以及
定子,其至少部分地围绕所述转子,
其中,所述转子包括:
第一端罩,其设置在所述转子的第一轴向端上,以及第二端罩,其设置在所述转子的第二轴向端上;
轴承,其设置在所述第一端罩和所述第二端罩中的每一个的轴向外侧,其中,所述轴承包括:
外环,其具有设置在其径向向内表面上的内周槽;
内环,其设置在所述外环内且与所述外环同心,所述内环具有设置在其径向向外表面上的外周槽;以及
绝缘环,其设置在所述内环和所述外环之间,
其中,所述第一端罩和所述第二端罩中的至少一个与设置在其轴向外侧的所述轴承电绝缘。
9. 根据权利要求8所述的电动机,其特征在于,所述绝缘环还包括:
外周齿状物,其从所述绝缘环的外表面径向向外延伸,以及
内齿状物,其从所述绝缘环的内表面径向向内延伸,
其中,所述外周槽和所述内齿状物为配合特征,并且
其中,所述内周槽和所述外周齿状物为配合特征。
10. 根据权利要求8所述的电动机,其特征在于,所述绝缘环还包括:
至少一个轴向槽,其沿所述绝缘环的外表面纵向延伸,以及
至少一个轴向槽,其沿所述绝缘环的内表面纵向延伸。
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