CN104254700A - 电动机器 - Google Patents

Abstract

该电动机器，更具体地是电机(2)，包括定子(6)，转子(8)，第一主轴承(12)，适合在主要速度范围内相对于定子(6)支持转子(8)，和第一副轴承(16)，适合在第一主轴承失效的时侯相对于定子支持转子。该副轴承或每个副轴承(16)是被动电动轴承，包括至少一个永磁体和活动的导电元件。对电动机械，特别是异步或同步电机的应用。

Description

电动机器

本发明涉及一种电动机器，更具体涉及一种电机，包括：

定子，

转子，

至少一个第一主轴承，尤其是主动磁轴承，适合在主要速度范围内相对于定子支持转子，

至少一个第一副轴承，适合在主轴承失效时相对于定子支持转子。

此类电机已知具有主轴承，它们是主动磁轴承，以便于在旋转中相对于定子支持转子。

这些电机针对每一个主轴承还包括辅助轴承，适合在相关的主轴承失效时相对于定子支持转子。

在此技术中使用的辅助轴承仅在给定的速度范围内有效，该范围是相对低速的范围。辅助轴承是普通轴承。

然而，滚柱轴承不允许电机在特定环境条件下运行，例如在面临污染的环境中。

另外，滚柱轴承仅具有有限的使用寿命。

本发明的目的在于弥补至少一点上述不便之处。目的是提出一种电机，其允许在面临污染的环境中使用和/或该使用是可靠的。

为此，本发明的主题是，一种如上文所述的电机，其特征是：该副轴承或每个副轴承是被动电动轴承，其包括至少一个永磁体和可动的导电元件。

基于制造方法的不同，根据本发明的电动机包括一个或几个如下特征：

第二主轴承，尤其是磁轴承，适合在主要速度范围内相对于定子支持转子，以及第二副轴承，适合在第二主轴承失效的时候相对定子支持转子；

该副轴承或每个副轴承适合在第二速度范围内支持轴，且第二速度范围在下限由稳定阈值速度限制；

与第一主轴承相关联的第一辅助轴承和/或，如果需要，和第二主轴承相关联的第二辅助轴承，且该辅助轴承或每个辅助轴承适合在不同于主要速度范围的辅助速度范围内相对于定子支持转子，尤其是，辅助速度范围的上限大于或等于稳定阈值速度；

该辅助轴承或每个辅助轴承是普通轴承；

普通轴承或者包括轴承环，并且尤其是由轴承环构成，或者是衬垫轴颈轴承；

该辅助轴承或每个辅助轴承包括至少一个滚柱轴承；

该副轴承或每个副轴承包括固定到转子上的环和相对于定子固定的两个元件，环包括导电元件或由导电元件构成，且每个固定元件包括永磁体中的一个；

两个固定元件被布置在相关环的一侧或另一侧上；

至少一个固定元件轴向地覆盖相关联的辅助轴承；

每个辅助轴承都与副轴承相偏离，使得辅助轴承的轴承环轴向地与所有固定元件偏离。

通过阅读如下描述将更好地理解本发明，此描述仅作为示例并参照附图给出，其中：

图1非常示意性地显示了根据本发明的电机的轴向截面图。

图2显示了根据本发明的不同电机轴承的运行范围。

图1显示了根据本发明的电机，其由标号2所指代。

电机2是异步电机的示例。电机2是具有非常高的公称转速的电机。公称转速例如可以大于5000rpm并且可以大于10,000rpm。

电机2包括箱体4，定子6，转子8和轴10。

转子8和轴10围绕着旋转轴X-X容纳在箱体4中。在下文中，表述“轴向地”“径向地”以及“周向地”相对于旋转轴X-X使用。下文中描述的属于元件的轴除非另外指明，都认为和旋转轴同轴。

轴(10)和转子(8)一起具有超过300Kg的质量，且更具体地大于750Kg。

电机2还包括第一主轴承12和第二主轴承14。

第一和第二主轴承12，14是相同的并绕轴X-X旋转地相对于定子6支持转子8。两个主轴承12，14轴向地布置在转子8的两边。第一主轴承12和第二主轴承14都是主动磁轴承。主动磁轴承为包括电磁体的轴承，必须给其提供电流并持续控制，以使得轴10和转子8相对于旋转轴x-x定心。

第一和第二主轴承12，14在主要速度范围内支持轴。此主要速度范围例如限于0rpm。主要速度范围也受电机2的公称转速所限制或受比此公称转速大的速度限制(超速，其他)。

电机2还包括第一副轴承16和第二副轴承18。第一副轴承16适合在第一主轴承12失效的时候相对于定子6支持转子8。第二副轴承18适合在第二主轴承14失效的时候相对于定子6支持转子8。因此第一和第二副轴承16，18的每一个都是其功能相当于接触轴承功能的轴承，只是不能严格地称为接触轴承，因为在副轴承支持轴的时候，轴10与副轴承16，18之间并没有建立物理接触。

两个副轴承16，18被轴向地布置在转子8的两边。

两个副轴承16，18是相同的，因此后文中将只描述副轴承16，18中的一个。

副轴承16，18是电动轴承。电动轴承是被动轴承，即，其在不提供外部电力供给的情况下运行。

副轴承16，18包括环20和两个固定元件22，24。

环20旋转地或平移地地固定在轴10上，并由此固定在转子8上。环20因此是转动环。环20包括导电的但非磁性的或弱磁性的元件。其例如由诸如铝的金属或者轻合金制成。

每个固定元件22，24相对于定子6都是固定的，并被固定在箱体4上。每个固定元件22，24都由永磁体构成。

永磁体-导体对的性质决定了电动轴承的运行范围。电流的流动方向由转动速度决定。此方向决定了下文所述的稳定阈值。电动轴承是被动磁轴承，其将永磁体与在环20的导体元件中产生的循环电流(Foucault电流)相结合。

两个固定元件22，24沿旋转轴X-X布置在所考虑的环20的两侧。两个固定元件22，24径向地覆盖环20。

副轴承16，18限定了第二速度范围，在此速度范围内适合相对于箱体4支持转子8和轴10。此第二速度范围例如为在上端受主要速度范围的最大速度极限，电机2的公称转速或者大于此公称转速的速度限制。第二速度范围在下端受处于副轴承16，18的稳定阈值的速度限制。稳定阈值速度严格大于0rpm且处于例如1000rpm到10,000rpm之间。

电机2还包括第一辅助轴承30和第二辅助轴承32。第一辅助轴承30与第一主轴承12相关联，第二辅助轴承32与第二主轴承14相关联。

第一和第二辅助轴承30，32的每个都适合在第一主轴承12或第二主轴承14失效时相对于定子6支持转子8和轴10，且此时如果转动速度小于稳定阈值速度，副轴承16，18不支持轴10。因此第一和第二辅助轴承30，32的每个都是接触轴承。在转速低于副轴承的稳定阈值速度时，第一和第二辅助轴承30，32的每个都是处于低转速的接触轴承。

第一辅助轴承30和第二辅助轴承32是普通轴承的示例。每一个普通轴承都包括轴承环34，且尤其包括此轴承环34。普通轴承也可以是衬垫轴颈轴承。在此情况下，衬垫由环状节段形成。轴承环34或衬垫例如可以由铜或铜基合金，或PEEK(聚醚醚酮)基塑料材料制成。环34或者衬垫也可以是合成材料，例如由玻璃纤维，碳或PEEK构成的材料。

每个辅助轴承30，32都适合在与主要速度范围不同的辅助速度范围内支承轴10。

辅助速度范围也不同于第二速度范围。通常，辅助速度范围小于第二速度范围，但其可以与第二速度范围重叠。辅助速度范围包括低于相关联的副轴承16，18的稳定阈值速度的速度。辅助速度范围处于0rpm和大于或等于稳定阈值速度(副轴承速度的下限)的速度之间。由此，辅助速度范围和第二速度范围之间存在重叠。因而，如果主轴承12，14失效，无论正在下降的转速如何，转子8和轴10都将被副轴承和辅助轴承支持，直到电机停下。

辅助轴承30，32每个都具有低于副轴承16，18的速度范围的运行速度范围。辅助轴承30，32的此辅助速度范围的上限大于或等于副轴承速度范围的下限。

固定元件22，24的一个或两个轴向地覆盖相关联的辅助轴承30，32。在图中描绘的情况下，元件22轴向地覆盖辅助轴承30，32。因而，对于指定的功率，电机2的尺寸相对较小。

根据本发明的电机2按照如下方式运行。

在主轴承的正常运行期间，每个主轴承12，14围绕旋转轴x-x相对于定子6支持轴10和转子8。在这种情况下，辅助轴承30，32的每一个都不支持轴10，且副轴承16，18参与支持轴10。在这种情况下，轴位于距辅助轴承30，32一径向距离处。

当转子8和轴10被驱动到处于第一副轴承16和第二副轴承18的第二速度范围内的转速时，在主轴承12，14失效期间，轴10最开始仅由相关联的副轴承16，18支持，但是并不与辅助轴承30，32接触。因此，在高转速下，由于轴位于距辅助轴承一径向距离处(不接触)，辅助轴承30，32不会被损坏，从而提供了可靠的运行，这是本发明的目的之一。

一旦轴10和转子8已经慢下来，使得转速处于辅助轴承30，32的辅助速度范围内，且尤其是当速度脱离第二速度范围内时，仅由辅助轴承30，32支持轴10。

副电动轴承16，18的设计是牢固的，因为不同于接触滚柱轴承，不管旋转速度如何，都没有任何物理接触。因此，在主轴承失效的情况下，与使用滚柱接触轴承的现有技术相比，由于副电动轴承16，18没有接触，对于更大量的从高速降速，操作更加可靠。事实上，电动轴承是无摩擦的并且不磨损。同时，这也是作为普通轴承的辅助接触轴承30，32更适合如下所述的恶劣环境的原因。

另外，根据本发明的电机可以在对于具有滚柱接触轴承的电机不允许的环境条件下工作，诸如存在潮湿气体，灰尘气体或酸性气体(特别是存在H₂S，CO₂，Hg等)的情况下。这是除了可靠运行外本发明的第二个目的。

在未示出的变型中，每个辅助轴承30，32都与副轴承16，18偏离，使得轴承环34与所有的固定部件22或24偏离。

在另一变型中，该辅助轴承或每个辅助轴承30，32包括一个或几个轴承或由一个或几个轴承组成。

最后，参照电机描述了本发明。本发明可以被应用在任何转动的电动机器上，例如发电机、同步或异步电机。

Claims (11)

1.一种电动机器，尤其是如下类型的电机(2)，包括：

定子(6)，

转子(8)，

至少一个第一主轴承(12)，尤其是主动磁轴承，适合在主速度范围内相对定子(6)支持转子(8)，和

至少一个第一副轴承(16)，适合在主轴承失效的时候相对于定子支持转子，

其特征在于，该副轴承或每个副轴承(16)是被动电动轴承，包括至少一个永磁体和活动的导电元件。

2.根据权利要求1的电动机器，其特征在于，所述机器包括第二主轴承(14)，更具体地是磁轴承，适合在主速度范围内相对于定子(6)支持转子(8)，以及第二副轴承(18)，其适合在第二主轴承(14)失效时相对于定子支持转子。

3.根据权利要求1或2的电动机器，其特征在于，该副轴承或每个副轴承(16，18)适合在第二速度范围内支持轴，且第二速度范围的下限由稳定阈值速度限制。

4.根据权利要求1-3的其中一项的电动机器，其具有和第一主轴承相关联的第一辅助轴承(30)，和/或如果需要，和第二主轴承相关联的第二辅助轴承，且该辅助轴承或每个辅助轴承适合在与主速度范围不同的辅助速度范围内相对于定子支持转子，尤其是所述辅助速度范围的上限大于或等于稳定阈值速度。

5.根据权利要求4的电动机器，其特征在于，该辅助轴承或每个辅助轴承是普通轴承。

6.根据权利要求5的电动机器，其特征在于，普通轴承或者包括轴承环(34)并由轴承环构成，或者是衬垫轴颈轴承。

7.根据权利要求4的电动机器，其特征在于，该辅助轴承或每个辅助轴承包括至少一个轴承。

8.根据权利要求1-7的任一项的电动机器，其特征在于，该副轴承或每个副轴承(16，18)包括固定到转子上的环(20)和相对定子固定的两个元件(22，24)，所述环包括导电元件或由导电元件构成，且每个固定元件包括其中一个永磁体。

9.根据权利要求8的电动机器，其特征在于，两个固定元件(22，24)被布置在相关环的两侧。

10.根据从属于权利要求4-7之一的权利要求8或9的任一项的电动机器，其特征在于，至少其中一个固定元件(22)轴向地覆盖相关联的辅助轴承。

11.根据从属于权利要求4-7之一的权利要求8或9的任一项的电动机器，其特征在于，每个辅助轴承(30，32)都与副轴承(16，18)相偏离，使得所考虑的辅助轴承的轴承环(34)与所有固定元件(22或24)轴向地偏离。