CN108054852B - 一种电主轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电主轴，包括机体、定子、第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承、径向轴承、轴芯组件；所述轴芯组件设置有朝外凸出的飞盘；所述第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承沿着轴芯组件的轴向排布，并分置于飞盘的两侧；所述第一箔片推力轴承包括设置有第一通孔的第一推力轴承座、沿着远离第一通孔的方向依次排布在该第一推力轴承座上的至少两第一弹性支撑组；各第一弹性支撑组均包括绕第一通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第一箔片单元；所述第一箔片单元均包括第一顶箔片、与该第一顶箔片对应的第一波箔片。本发明可增大其抗冲击能力，并可提高承载力，还能针对局部区域产生的外部冲击提供不同的刚度支撑。

Description

一种电主轴
技术领域
本发明涉及一种电主轴。
背景技术
目前，车用燃料电池无油空气压缩机常配置有电主轴。而该电主轴常包括机体、固定在机体内的滚珠轴承、穿插在滚珠轴承内的轴芯组件。但滚珠轴承自身的摩擦较大，造成轴芯组件的转速不会很高。而为了减少摩擦，部分电主轴内采用箔片推力轴承和箔片径向轴承，而该箔片推力轴承的抗冲击能力、承载力较差，远不能满足行业需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电主轴，通过合理设置第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承，可增大其抗冲击能力，并可提高承载力。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
一种电主轴，包括机体、定子、第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承、径向轴承、轴芯组件；所述定子、第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承、径向轴承均固定在机体内；所述轴芯组件穿插在径向轴承内，并设置有与定子相配合的转子；所述轴芯组件设置有朝外凸出的飞盘；所述第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承沿着轴芯组件的轴向排布，并分置于飞盘的两侧；所述第一箔片推力轴承包括设置有第一通孔的第一推力轴承座、沿着远离第一通孔的方向依次排布在该第一推力轴承座上的至少两第一弹性支撑组；各第一弹性支撑组均包括绕第一通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第一箔片单元；所述第一箔片单元均包括第一顶箔片、与该第一顶箔片对应的第一波箔片；所述第一顶箔片位于第一推力轴承座靠近飞盘的一侧，且第一顶箔片的其中一端连接在第一推力轴承座上，另一端形成为第一自由端；所述第一波箔片位于对应的第一顶箔片与第一推力轴承座围成的空间内，且第一波箔片形成有朝向飞盘方向凸起并为对应的第一顶箔片提供弹性支撑的若干个第一凸起部；所述第二箔片推力轴承包括设置有第二通孔的第二推力轴承座、沿着远离第二通孔的方向依次排布在第二推力轴承座上的至少两第二弹性支撑组；各第二弹性支撑组均包括绕第二通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第二箔片单元；所述第二箔片单元均包括第二顶箔片、与该第二顶箔片对应的第二波箔片；所述第二顶箔片位于第二推力轴承座靠近飞盘的一侧，且第二顶箔片的其中一端连接在第二推力轴承座上，另一端形成为第二自由端；所述第二波箔片位于对应的第二顶箔片与第二推力轴承座围成的空间内，且第二波箔片形成有朝向飞盘方向凸起并为对应的第二顶箔片提供弹性支撑的若干个第二凸起部；所述轴芯组件穿插在第一箔片推力轴承的第一通孔和第二箔片推力轴承的第二通孔内。
进一步地，所述第一顶箔片包括第一倾斜段、第一平直段，所述第一倾斜段的其中一端与第一推力轴承座连接，另一端与第一平直段的其中一端连接，所述第一平直段的另一端形成为第一顶箔片的第一自由端；所述第一倾斜段从与第一推力轴承座连接的一端至与第一平直段连接的一端逐渐往靠近飞盘方向倾斜。
进一步地，所述第二顶箔片包括第二倾斜段、第二平直段，所述第二倾斜段的其中一端与第二推力轴承座连接，另一端与第二平直段的其中一端连接，所述第二平直段的另一端形成为第二顶箔片的第二自由端；所述第二倾斜段从与第二推力轴承座连接的一端至与第二平直段连接的一端逐渐往靠近飞盘方向倾斜。
进一步地，所述飞盘在轴芯组件转动时与第一顶箔片、第二顶箔片之间均有第一间隙。
进一步地，在每个第一波箔片中，任意相邻的两第一凸起部之间均连接有第一连接部；在每个第二波箔片中，任意相邻的两第二凸起部之间均连接有第二连接部。
进一步地，所述第一凸起部、第二凸起部均呈圆弧形。
进一步地，所述第一波箔片连接在第一推力轴承座上，所述第二波箔片连接在第二推力轴承座上；所述第一顶箔片、第二顶箔片的外表面均设有镀铬层，所述飞盘的两侧面均设有陶瓷涂层。
进一步地，所述径向轴承包括固定在机体内并呈圆环状的基座、绕基座的中心轴线圆周排列在基座上的若干个第三波箔片；各第三波箔片上均连接有对应的第三顶箔片，所述第三顶箔片包括位于基座内侧的箔片体；各第三波箔片均包括沿着基座的周向依次排列并位于基座与对应第三顶箔片的箔片体之间的若干个第三凸起部，所述第三凸起部朝向对应第三顶箔片的箔片体方向凸起，并用于为对应第三顶箔片的箔片体提供弹性支撑；所述轴芯组件穿插在径向轴承的所有第三顶箔片的箔片体围成的空间内。
进一步地，各第三顶箔片均延伸至相邻的下一第三顶箔片远离基座的一侧；所述轴芯组件在转动时与径向轴承内部之间有第二间隙。
进一步地，该电主轴包括两径向轴承，所述轴芯组件的上端穿插在其中一径向轴承内，下端穿插在另一径向轴承内。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过将第一箔片推力轴承采用至少两第一弹性支撑组，并将第二箔片推力轴承采用至少两第二弹性支撑组，同时，通过合理设置第一弹性支撑组、第二弹性支撑组，可增大其抗冲击能力，并可提高承载力，还能针对局部区域产生的外部冲击提供不同的刚度支撑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为第一箔片推力轴承的结构示意图；
图3为第一箔片推力轴承的局部剖视图；
图4为径向轴承的结构示意图。
图中：10、机体；20、定子；30、第一箔片推力轴承；31、第一推力轴承座；32、第一弹性支撑组；33、第一顶箔片；331、第一倾斜段；332、第一平直段；34、第一波箔片；341、第一凸起部；35、第一间隙；40、第二箔片推力轴承；50、径向轴承；51、基座；52、第三波箔片；521、第三凸起部；53、第三顶箔片；54、第二间隙；60、轴芯组件。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-4所示的一种电主轴，包括机体10、定子20、第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40、径向轴承50、轴芯组件60；所述定子20、第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40、径向轴承50均固定在机体10内；所述轴芯组件60穿插在径向轴承50内，并设置有与定子20相配合的转子；所述轴芯组件60设置有朝外凸出的飞盘；所述第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40沿着轴芯组件60的轴向排布，并分置于飞盘的两侧；所述第一箔片推力轴承30包括设置有第一通孔的第一推力轴承座31、沿着远离第一通孔的方向依次排布在该第一推力轴承座31上的至少两第一弹性支撑组32；各第一弹性支撑组32均包括绕第一通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第一箔片单元；所述第一箔片单元均包括第一顶箔片33、与该第一顶箔片33对应的第一波箔片34；所述第一顶箔片33位于第一推力轴承座31靠近飞盘的一侧，且第一顶箔片33的其中一端连接在第一推力轴承座31上，另一端形成为第一自由端；所述第一波箔片34位于对应的第一顶箔片33与第一推力轴承座31围成的空间内，且第一波箔片34形成有朝向飞盘方向凸起并为对应的第一顶箔片33提供弹性支撑的若干个第一凸起部341；所述第二箔片推力轴承40包括设置有第二通孔的第二推力轴承座、沿着远离第二通孔的方向依次排布在第二推力轴承座上的至少两第二弹性支撑组；各第二弹性支撑组均包括绕第二通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第二箔片单元；所述第二箔片单元均包括第二顶箔片、与该第二顶箔片对应的第二波箔片；所述第二顶箔片位于第二推力轴承座靠近飞盘的一侧，且第二顶箔片的其中一端连接在第二推力轴承座上，另一端形成为第二自由端；所述第二波箔片位于对应的第二顶箔片与第二推力轴承座围成的空间内，且第二波箔片形成有朝向飞盘方向凸起并为对应的第二顶箔片提供弹性支撑的若干个第二凸起部；所述轴芯组件60穿插在第一箔片推力轴承30的第一通孔和第二箔片推力轴承40的第二通孔内。
在使用时，向定子20输入电流，在定子20与轴芯组件60的转子之间产生感应磁场，使得轴芯组件60可产生旋转扭矩而进行转动。本发明通过将第一箔片推力轴承30采用至少两第一弹性支撑组32，并将第二箔片推力轴承40采用至少两第二弹性支撑组，同时，通过将第一弹性支撑组32采用绕第一通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第一箔片单元，第二弹性支撑组采用绕第二通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第二箔片单元，可增大其抗冲击能力，并可提高承载力，而且，通过将第一弹性支撑组32采用若干个第一箔片单元，将第二弹性支撑组采用若干个第二箔片单元，在一定程度上能更好地控制轴承的局部刚度，也就是说不同的第一箔片单元、第二箔片单元受到的冲击力不一样时，它们能相应地提供不同的承载力，从而能针对局部区域产生的外部冲击提供不同的刚度支撑。此外，通过将所述第一箔片单元采用第一顶箔片33、与该第一顶箔片33对应的第一波箔片34，将第二箔片单元采用第二顶箔片、与该第二顶箔片对应的第二波箔片,当第一顶箔片33、第二顶箔片与飞盘之间产生动压气膜时，可利用第一波箔片34、第二波箔片提供支撑力，调节气膜厚度的变化，而当轴芯组件60出现不对中、振动时，通过第一波箔片34、第二波箔片的滑移和变形能够提供弹性和摩擦阻尼，从而维持轴芯组件60的稳定性。
具体的，所述飞盘在轴芯组件60转动时与第一顶箔片33、第二顶箔片之间均有第一间隙35。在使用时，利用自然空气在第一顶箔片33、第二顶箔片与飞盘间的第一间隙35产生的压力气膜支承载荷，轴芯组件60在高速旋转时不断将一定粘度的气体(例如空气)带入该第一间隙35，气体的不断进入使得气膜产生一定的压力，当气膜力足以平衡外界载荷时，第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40与轴芯组件60的表面将产生完整的压力润滑气膜，轴芯组件60与第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40完全分离，仅存在空气摩擦力，使得摩擦力较小，润滑气膜支承着轴芯组件60无接触地悬浮于第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40内，并具有一定的承载力和刚度。
进一步地，所述第一顶箔片33包括第一倾斜段331、第一平直段332，所述第一倾斜段331的其中一端与第一推力轴承座31连接，另一端与第一平直段332的其中一端连接，所述第一平直段332的另一端形成为第一顶箔片33的第一自由端；所述第一倾斜段331从与第一推力轴承座31连接的一端至与第一平直段332连接的一端逐渐往靠近飞盘方向倾斜，以使第一倾斜段331与飞盘之间为楔形间隙。所述第二顶箔片包括第二倾斜段、第二平直段，所述第二倾斜段的其中一端与第二推力轴承座连接，另一端与第二平直段的其中一端连接，所述第二平直段的另一端形成为第二顶箔片的第二自由端；所述第二倾斜段从与第二推力轴承座连接的一端至与第二平直段连接的一端逐渐往靠近飞盘方向倾斜，以使第二倾斜段与飞盘之间为楔形间隙。
在每个第一波箔片34中，任意相邻的两第一凸起部341之间均连接有第一连接部；在每个第二波箔片中，任意相邻的两第二凸起部之间均连接有第二连接部，以方便于加工制作。具体的，所述第一凸起部341、第二凸起部均呈圆弧形。
进一步地，所述第一波箔片34连接在第一推力轴承座31上，所述第二波箔片连接在第二推力轴承座上。
进一步地，所述第一顶箔片33、第二顶箔片的外表面均设有镀铬层，所述飞盘的两侧面均设有陶瓷涂层。在轴芯组件60开始转动或者降速至停转过程中(也就是启停阶段)，轴芯组件60的飞盘与第一顶箔片33、第二顶箔片形成短时间的滑动摩擦，而通过将第一顶箔片33、第二顶箔片的外表面均设有镀铬层，所述飞盘的两侧面均设有陶瓷涂层，能大大降低轴芯组件60、第一顶箔片33、第二顶箔片的摩擦损伤，且耐磨，能经受多次的启停摩擦，可延长使用寿命。
进一步地，所述径向轴承50包括固定在机体10内并呈圆环状的基座51、绕基座51的中心轴线圆周排列在基座51上的若干个第三波箔片52；各第三波箔片52上均连接有对应的第三顶箔片53，所述第三顶箔片53包括位于基座51内侧的箔片体；各第三波箔片52均包括沿着基座51的周向依次排列并位于基座51与对应第三顶箔片53的箔片体之间的若干个第三凸起部521，所述第三凸起部521朝向对应第三顶箔片53的箔片体方向凸起，并用于为对应第三顶箔片53的箔片体提供弹性支撑；所述轴芯组件60穿插在径向轴承50的所有第三顶箔片53的箔片体围成的空间内。而所述轴芯组件60在转动时与径向轴承50内部之间有第二间隙54，自然空气进入该第二间隙54内产生压力气膜，通过合理设置径向轴承50的结构，能有效地破坏气膜在周向方向流动的连续性，而且能够防止气膜涡动，同时，能针对局部区域产生的外部冲击提供不同的刚度支撑。
具体的，各第三顶箔片53均延伸至相邻的下一第三顶箔片53远离基座51的一侧。
进一步地，所述第三顶箔片53设置有软质涂层，该轴芯组件60设置有硬质涂层，而在轴芯组件60开始转动或者降速至停转过程中(也就是启停阶段)，该轴芯组件60与第三顶箔片53形成短时间的滑动接触，而通过将第三顶箔片53设置有软质涂层，该轴芯组件60设置有硬质涂层，可减少摩擦损伤，能经受轴芯组件60的多次启停摩擦带来的损伤，延长使用寿命。
该电主轴包括两径向轴承50，所述轴芯组件60的上端穿插在其中一径向轴承50内，下端穿插在另一径向轴承50内。
具体的，第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40、径向轴承50均采用耐高温材料制成，从而无需配备冷却系统，可降低成本。
本发明的电主轴可运用于机床等各领域，尤其适用于车用燃料电池无油空气压缩机，而本发明的电主轴通过采用第一箔片推力轴承30、第二箔片推力轴承40、径向轴承50，使得轴芯组件60转速可提高，能提供更大的空压比，进而使氢燃料电池吸入更多的氧气，增大燃料电池的输出功率。另外，本发明的电主轴具有转速快(例如可达70,000转/分)、重量轻、体积小、效率高、结构紧凑等优点。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种电主轴，其特征在于：包括机体、定子、第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承、径向轴承、轴芯组件；所述定子、第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承、径向轴承均固定在机体内；所述轴芯组件穿插在径向轴承内，并设置有与定子相配合的转子；所述轴芯组件设置有朝外凸出的飞盘；所述第一箔片推力轴承、第二箔片推力轴承沿着轴芯组件的轴向排布，并分置于飞盘的两侧；所述第一箔片推力轴承包括设置有第一通孔的第一推力轴承座、沿着远离第一通孔的方向依次排布在该第一推力轴承座上的至少两第一弹性支撑组；各第一弹性支撑组均包括绕第一通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第一箔片单元；所述第一箔片单元均包括第一顶箔片、与该第一顶箔片对应的第一波箔片；所述第一顶箔片位于第一推力轴承座靠近飞盘的一侧，且第一顶箔片的其中一端连接在第一推力轴承座上，另一端形成为第一自由端；所述第一波箔片位于对应的第一顶箔片与第一推力轴承座围成的空间内，且第一波箔片形成有朝向飞盘方向凸起并为对应的第一顶箔片提供弹性支撑的若干个第一凸起部；所述第二箔片推力轴承包括设置有第二通孔的第二推力轴承座、沿着远离第二通孔的方向依次排布在第二推力轴承座上的至少两第二弹性支撑组；各第二弹性支撑组均包括绕第二通孔的中心轴线呈圆周排列的若干个第二箔片单元；所述第二箔片单元均包括第二顶箔片、与该第二顶箔片对应的第二波箔片；所述第二顶箔片位于第二推力轴承座靠近飞盘的一侧，且第二顶箔片的其中一端连接在第二推力轴承座上，另一端形成为第二自由端；所述第二波箔片位于对应的第二顶箔片与第二推力轴承座围成的空间内，且第二波箔片形成有朝向飞盘方向凸起并为对应的第二顶箔片提供弹性支撑的若干个第二凸起部；所述轴芯组件穿插在第一箔片推力轴承的第一通孔和第二箔片推力轴承的第二通孔内。
2.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述第一顶箔片包括第一倾斜段、第一平直段，所述第一倾斜段的其中一端与第一推力轴承座连接，另一端与第一平直段的其中一端连接，所述第一平直段的另一端形成为第一顶箔片的第一自由端；所述第一倾斜段从与第一推力轴承座连接的一端至与第一平直段连接的一端逐渐往靠近飞盘方向倾斜。
3.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述第二顶箔片包括第二倾斜段、第二平直段，所述第二倾斜段的其中一端与第二推力轴承座连接，另一端与第二平直段的其中一端连接，所述第二平直段的另一端形成为第二顶箔片的第二自由端；所述第二倾斜段从与第二推力轴承座连接的一端至与第二平直段连接的一端逐渐往靠近飞盘方向倾斜。
4.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述飞盘在轴芯组件转动时与第一顶箔片、第二顶箔片之间均有第一间隙。
5.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：在每个第一波箔片中，任意相邻的两第一凸起部之间均连接有第一连接部；在每个第二波箔片中，任意相邻的两第二凸起部之间均连接有第二连接部。
6.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述第一凸起部、第二凸起部均呈圆弧形。
7.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述第一波箔片连接在第一推力轴承座上，所述第二波箔片连接在第二推力轴承座上；所述第一顶箔片、第二顶箔片的外表面均设有镀铬层，所述飞盘的两侧面均设有陶瓷涂层。
8.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：所述径向轴承包括固定在机体内并呈圆环状的基座、绕基座的中心轴线圆周排列在基座上的若干个第三波箔片；各第三波箔片上均连接有对应的第三顶箔片，所述第三顶箔片包括位于基座内侧的箔片体；各第三波箔片均包括沿着基座的周向依次排列并位于基座与对应第三顶箔片的箔片体之间的若干个第三凸起部，所述第三凸起部朝向对应第三顶箔片的箔片体方向凸起，并用于为对应第三顶箔片的箔片体提供弹性支撑；所述轴芯组件穿插在径向轴承的所有第三顶箔片的箔片体围成的空间内。
9.如权利要求8所述的电主轴，其特征在于：各第三顶箔片均延伸至相邻的下一第三顶箔片远离基座的一侧；所述轴芯组件在转动时与径向轴承内部之间有第二间隙。
10.如权利要求1所述的电主轴，其特征在于：该电主轴包括两径向轴承，所述轴芯组件的上端穿插在其中一径向轴承内，下端穿插在另一径向轴承内。
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