CN111799927A - 转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机 - Google Patents

转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机，其中转轴支撑保护结构，包括保护轴承、转轴，所述保护轴承设置于轴承座具有的轴承室内，还包括阻尼器，所述阻尼器处于所述转轴与所述保护轴承的内圈之间。根据本发明的一种转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机，转轴与保护轴承之间设有阻尼器，能够提高保护轴承的耐冲击能力吸收冲击能量，提高保护轴承的可靠性、延长其使用寿命，进而保护转子以及磁悬浮轴承。

Description

转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机
技术领域
本发明属于磁悬浮轴承技术领域，具体涉及一种转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机。
背景技术
磁悬浮轴承是一种利用电磁力将轴悬浮的新型轴承。在磁悬浮轴承系统中，为了提高整个系统的可靠性，还需要一套保护轴承作为磁悬浮轴承失效后转子的临时支撑，保护磁悬浮轴承定子和电机定子不受损坏。传统保护轴承往往由于其较低的极限转速，无法支撑超高速转子旋转，且难以承受转子跌落后所带来的巨大振动和冲击，而造成保护轴承的失效。在国内外针对磁悬浮轴承系统的而研究和应用过程中，已多次发生由于保护轴承失效而导致设备损坏的严重事故，因此提高保护轴承的可靠性已成为国内外研究的热点。保护轴承抵抗冲击的能力对磁悬浮轴承系统的应用有重要的影响。
具体的，现有技术中的磁悬浮径轴向保护结构由滚珠轴承、轴承座以及轴向挡板组成，当磁悬浮轴承失效时，滚珠轴承同时承受径向、轴向的冲击，达到保护磁轴承的目的。但是，由于滚珠轴承内圈与转子、滚珠轴承与轴肩、挡圈之间的碰撞为刚性碰撞，冲击能量不能够充分被吸收，使得滚珠轴承、转子容易受到损坏。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机，转轴与保护轴承之间设有阻尼器，能够提高保护轴承的耐冲击能力吸收冲击能量，提高保护轴承的可靠性、延长其使用寿命，进而保护转子以及磁悬浮轴承。
为了解决上述问题，本发明提供一种转轴支撑保护结构，包括保护轴承、转轴，所述保护轴承设置于轴承座具有的轴承室内，还包括阻尼器，所述阻尼器处于所述转轴与所述保护轴承的内圈之间。
优选地，所述阻尼器采用弹簧钢制作；或者，所述阻尼器采用阻尼金属制作。
优选地，所述阻尼器包括环状本体，所述环状本体的轴向通孔的第一端孔口处具有沿所述环状本体的径向向内延伸的第一凸缘环，所述环状本体的轴向通孔的第二端孔口处还具有沿所述环状本体的径向向内延伸的第二凸缘环，所述第一凸缘环、第二凸缘环分别套装于所述转轴上。
优选地，所述环状本体的第一端还具有沿所述环状本体的径向向外延伸的限位凸缘。
优选地，所述限位凸缘远离所述第一端的一侧端面上具有沿所述环状本体的轴向向靠近所述第一端延伸的凹陷，所述凹陷的外边缘与所述转轴具有的轴肩匹配。
优选地，所述环状本体与所述限位凸缘的交界处具有锥面连接环，所述锥面连接环的锥顶处于所述环状本体上，所述锥面连接环的锥底处于所述限位凸缘上。
优选地，所述限位凸缘朝向所述第二端的侧面上还具有环槽，所述环槽处于所述锥面连接环的径向外侧。
优选地，所述限位凸缘上还具有引流通道，所述引流通道能够将所述环槽与所述凹陷贯通；和/或，所述引流通道能够将所述环槽与所述限位凸缘的外侧壁贯通。
本发明还提供一种磁悬浮轴承支撑系统，包括上述的转轴支撑保护结构。
本发明还提供一种电机，包括上述的磁悬浮轴承支撑系统。
本发明还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承支撑系统。
本发明提供的一种转轴支撑保护结构、磁悬浮轴承支撑系统、电机，通过在所述转轴与所述保护轴承之间设置相应的阻尼器，当所述转轴的磁悬浮失控而失稳时，所述阻尼器能够提高保护轴承的耐冲击能力吸收冲击能量，提高保护轴承的可靠性、延长其使用寿命，进而保护转子以及磁悬浮轴承。
附图说明
图1为本发明实施例的转轴支撑保护结构的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大图；
图3为图1中的阻尼器的立体结构示意图；
图4为图3的剖面图；
图5为图4中B处的局部放大图；
图6为在另一实施例中图4中B处的局部放大图；
图7为本发明实施例另一实施例的磁悬浮轴承支撑系统的结构示意图；
图8为图6中的磁悬浮轴承与转轴、转轴与定子之间气隙的示意图。
附图标记表示为：
1、保护轴承；2、转轴；21、轴肩；3、轴承座；4、阻尼器；41、环状本体；42、轴向通孔；43、第一凸缘环；44、第二凸缘环；45、限位凸缘；46、凹陷；47、锥面连接环；48、环槽；49、引流通道；5、轴承压盖；100、径向磁悬浮轴承；101、轴向磁悬浮轴承；102、定子。
具体实施方式
结合参见图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供一种转轴支撑保护结构，用于磁悬浮支撑系统中，包括保护轴承1、转轴2，所述保护轴承1设置于轴承座3具有的轴承室内，所述保护轴承1例如采用现有技术中的滚珠轴承，其包括外圈、内圈以及处于所述内圈与外圈支架内的滚子等部件，还包括阻尼器4，所述阻尼器4处于所述转轴2与所述保护轴承1的内圈之间。该技术方案中，通过在所述转轴2与所述保护轴承1之间设置相应的阻尼器4，当所述转轴2的磁悬浮失控而失稳时，所述阻尼器4能够提高保护轴承1的耐冲击能力吸收冲击能量，提高保护轴承1的可靠性、延长其使用寿命，进而保护转子(转轴2)以及磁悬浮轴承。
可以理解的，所述阻尼器4应具备一定的刚度以及较高的阻尼，以保证所述阻尼器能够发生变形提供阻尼进行缓冲冲击力的同时，保证转轴2的中心位置不发生波动，具体的，所述阻尼器4采用弹簧钢制作；或者，所述阻尼器4 采用阻尼金属制作，所述阻尼金属例如可以是Cu-Mn合金、Cu-Mn-Al合金、 Al-Zn合金、Mg-Zr合金等高阻尼金属。
作为所述阻尼器4的一种具体的结构型式，优选地，所述阻尼器4包括环状本体41，所述环状本体41的轴向通孔42的第一端孔口处具有沿所述环状本体41的径向向内延伸的第一凸缘环43，所述环状本体41的轴向通孔42的第二端孔口处还具有沿所述环状本体41的径向向内延伸的第二凸缘环44，所述第一凸缘环43、第二凸缘环44分别套装于所述转轴2上，具体的，所述阻尼器4通过所述第一凸缘环43以及所述第二凸缘环44过盈配合的套装于所述转轴2的轴端上，此时的所述第一凸缘环43与所述第二凸缘环44沿着所述环状本体41的长度间隔设置，在间隔处形成所述环状本体41与所述转轴2的周壁之间的空间，而这一空间则形成了所述阻尼器4的径向缓冲空间，能够在径向上对转轴2失稳后的冲击力进行有效缓冲。
进一步的，所述环状本体41的第一端还具有沿所述环状本体41的径向向外延伸的限位凸缘45，在具体组装上，所述限位凸缘45形成所述保护轴承1 的内圈的轴向定位，而同时，所述保护轴承1的外圈则为轴承压盖5形成轴向定位，也即所述保护轴承1通过所述限位凸缘45以及所述轴承压盖5两者被可靠的定位于所述轴承室中，此时所述的阻尼器4在断面结构上形成T形的中空薄壳结构。
所述限位凸缘45远离所述第一端的一侧端面上具有沿所述环状本体41的轴向向靠近所述第一端延伸的凹陷46，所述凹陷46的外边缘与所述转轴2具有的轴肩21匹配，该技术方案中，所述凹陷46客观上形成了所述阻尼器4的轴向缓冲空间，能够在轴向上对转轴2失稳后的冲击力进行有效缓冲。
如图2所示出，所述保护轴承1的内圈与所述环状本体41之间具有径向间隙e，所述内圈的端面与所述限位凸缘45之间则具有轴向间隙f，如此，在所述转轴 2高速旋转且处于稳定状态时，所述保护轴承1并不会与所述阻尼器4之间产生接触，也即前述的径向间隙e、轴向间隙f的设计是必要的，但所述径向间隙e过大将在转轴2失稳时发生涡动，而涡动现象对转轴、磁悬浮轴承以及保护轴承将产生极大的损害，为了最大程度的杜绝这一现象的发生，优选地，所述环状本体41与所述限位凸缘45的交界处具有锥面连接环47，所述锥面连接环47的锥顶处于所述环状本体41上，所述锥面连接环47的锥底处于所述限位凸缘45上，此时，当所述转轴2失稳时，将发生轴向位移，轴向位移将迫使所述锥面连接环47靠近所述内圈运动，并由于所述锥面连接环47的锥面形状的存在，保护轴承1的内圈通过所述锥面连接环47抵触连接，进而有效避免了转轴2涡动的现象发生。
进一步的，所述限位凸缘45朝向所述第二端的侧面上还具有环槽48，所述环槽48处于所述锥面连接环47的径向外侧，所述环槽48的设计一方面能够减少所述限位凸缘45与所述保护轴承1的内圈端面的接触面积，进而可能减少在转轴2失稳时的摩擦生热量，另一方面，则能够起到散热冷却的作用，由此能够防止保护轴承1与转轴2之间温度过高导致的烧结现象发生。
更进一步的，所述限位凸缘45上还具有引流通道49，所述引流通道49 能够将所述环槽48与所述凹陷46贯通；和/或，所述引流通道49能够将所述环槽48与所述限位凸缘45的外侧壁贯通，此时所述环槽48中的气流在受热后将发生膨胀，膨胀的气流沿着所述引流通道49流动，而流动的气流则利于对所述环槽48中高温气流的冷却，进而进一步有效防止在内圈与限位凸缘45 接触处的摩擦热的集聚。
如图7所示，根据本发明的实施例，还提供一种磁悬浮轴承支撑系统，包括上述的转轴支撑保护结构、径向磁悬浮轴承100、轴向磁悬浮轴承101，两个所述径向磁悬浮轴承100支撑于所述转轴2的长度两端以对所述转轴2形成径向悬浮，两个所述轴向磁悬浮轴承101则分别处于转轴2上的推力盘两侧以对所述转轴2形成轴向悬浮，两个所述转轴支撑保护结构也被布置于所述转轴 2的长度两端。为了发挥所述转轴支撑保护结构的保护作用，如图7中所示出，定子102与转轴2之间的径向间隙为a，径向磁悬浮轴承100与转轴2之间的径向间隙为b，轴向磁悬浮轴承101与转轴2之间的径向间隙为c，轴向磁悬浮轴承101与所述推力盘之间的轴向间距为d，则应保证：a＞b＞e，d＞f，c ＞b。
根据本发明的实施例，还提供一种电机，包括上述的磁悬浮轴承支撑系统。
根据本发明的实施例，还提供一种压缩机，包括上述的磁悬浮轴承支撑系统。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种转轴支撑保护结构，其特征在于，包括保护轴承(1)、转轴(2)，所述保护轴承(1)设置于轴承座(3)具有的轴承室内，还包括阻尼器(4)，所述阻尼器(4)处于所述转轴(2)与所述保护轴承(1)的内圈之间。
2.根据权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述阻尼器(4)采用弹簧钢制作；或者，所述阻尼器(4)采用阻尼金属制作。
3.根据权利要求1所述的保护结构，其特征在于，所述阻尼器(4)包括环状本体(41)，所述环状本体(41)的轴向通孔(42)的第一端孔口处具有沿所述环状本体(41)的径向向内延伸的第一凸缘环(43)，所述环状本体(41)的轴向通孔(42)的第二端孔口处还具有沿所述环状本体(41)的径向向内延伸的第二凸缘环(44)，所述第一凸缘环(43)、第二凸缘环(44)分别套装于所述转轴(2)上。
4.根据权利要求3所述的保护结构，其特征在于，所述环状本体(41)的第一端还具有沿所述环状本体(41)的径向向外延伸的限位凸缘(45)。
5.根据权利要求4所述的保护结构，其特征在于，所述限位凸缘(45)远离所述第一端的一侧端面上具有沿所述环状本体(41)的轴向向靠近所述第一端延伸的凹陷(46)，所述凹陷(46)的外边缘与所述转轴(2)具有的轴肩(21)匹配。
6.根据权利要求4所述的保护结构，其特征在于，所述环状本体(41)与所述限位凸缘(45)的交界处具有锥面连接环(47)，所述锥面连接环(47)的锥顶处于所述环状本体(41)上，所述锥面连接环(47)的锥底处于所述限位凸缘(45)上。
7.根据权利要求6所述的保护结构，其特征在于，所述限位凸缘(45)朝向所述第二端的侧面上还具有环槽(48)，所述环槽(48)处于所述锥面连接环(47)的径向外侧。
8.根据权利要求7所述的保护结构，其特征在于，所述限位凸缘(45)上还具有引流通道(49)，所述引流通道(49)能够将所述环槽(48)与所述凹陷(46)贯通；和/或，所述引流通道(49)能够将所述环槽(48)与所述限位凸缘(45)的外侧壁贯通。
9.一种磁悬浮轴承支撑系统，包括转轴支撑保护结构，其特征在于，所述转轴支撑保护结构为权利要求1至8中任一项所述的转轴支撑保护结构。
10.一种电机，包括磁悬浮轴承支撑系统，其特征在于，所述磁悬浮轴承支撑系统为权利要求9所述的磁悬浮轴承支撑系统。
11.一种压缩机，包括磁悬浮轴承支撑系统，其特征在于，所述磁悬浮轴承支撑系统为权利要求9所述的磁悬浮轴承支撑系统。
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