CN114026345B - 具有绝缘套筒和模块的耐磨轴承构造 - Google Patents

具有绝缘套筒和模块的耐磨轴承构造 Download PDF

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Abstract

一种耐磨绝缘轴承系统，包括围绕电机驱动轴设置的支架和设置在支架内的轴承，轴承被配置为支撑驱动轴以用于旋转。系统还包括靠近支架的驱动端设置的外轴承盖，以及内轴承盖。系统还包括靠近轴承设置在支架内的绝缘套筒。外轴承盖、内轴承盖和绝缘套筒被配置为系统的模块化部件。模块化绝缘套筒允许使用标准的耐磨滚动元件轴承。模块化部件具有共用的内轴承盖和外轴承盖，能在零件数量最小的情况下用于多种构造。

Description

具有绝缘套筒和模块的耐磨轴承构造
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年6月26日提交的美国专利申请第16/453,183号的优先权，该专利以引用方式整体并入本文以用于所有目的。
背景技术
可以对储备电机进行修改以满足特定要求。因此，储备了一些部件以加快任何请求的修改。现在参见图1和2，流程图10示出端部支架组件12，其中，驱动端标准非绝缘支架可以修改为绝缘支架，并且可以在两端选择替代密封件。先前的设计包括支架22(非绝缘支架14或绝缘支架16)、内盖30和轴承28。密封件24安装在轴31上，并且位于支架22上的机加工腔内。针对每个密封件以不同的方式对支架腔进行机加工。需要五(5)个或更多个密封选项。必须机加工并储备支架22以适应用户的修改请求。在大多数传统设计中，这两种修改存在两个主要问题：1.)当用户或客户将储备电机从非绝缘支架14改装至绝缘支架16时，在每个支架14、16内用另一不同内盖替换内盖30。结果，轴承被移除，使得轴承损坏并随后报废。除此之外，当轴承是非绝缘轴承或绝缘轴承时，要使用不同的支架。如图1所示，必须针对每个轴承尺寸储备至少八(8)个支架以适应这种情况。换句话说，四个轴密封件(18b、18c、18d、18e)乘以两种绝缘方式(14、16)得到每种方式(14、16)八个支架(19b、19c、19d、19e)，这可能相当昂贵；2.)在支架中加工出特征用于轴密封件(18a、19a)。由于各个密封件的几何形状彼此不同，对于每个轴承尺寸，储备至少四(4)个不同的支架以满足用户对轴密封的选择，这也可能非常昂贵，并且需要很长的交付周期以生产非标准部件。外径和侧面上有绝缘材料的轴承生产成本很高。
典型的电气机械轴承需要与转子中感应的循环电流绝缘。这些电流称为轴电流，经过机器的轴和轴承并且会损坏轴承。电气机械使用混合陶瓷元件轴承、陶瓷涂覆轴承和复合套筒来防止这些循环电流。陶瓷轴承和复合套筒非常昂贵，并且难以获得各种尺寸。
现在参见图2，存在一种传统的轴承绝缘系统20，包括驱动轴31、围绕驱动轴31设置的支架22、设置在支架22内的密封件24、压入支架22中的绝缘套筒26、设置在支架22中的绝缘轴承28，以及通过绝缘间隔件32与轴承28隔离的内盖30。当用户需要进行修改时，该系统20具有上述所有缺点和问题。因此，需要提供一种如本发明在此所解决的更廉价且更容易获得的轴承绝缘系统。
发明内容
本发明提供一种耐磨绝缘轴承系统，包括围绕电机驱动轴设置的支架和设置在支架内的轴承，轴承被配置为支撑驱动轴以旋转。系统还包括靠近支架的驱动端设置的外轴承盖，以及内轴承盖。系统还包括靠近轴承设置在支架内的绝缘套筒。外轴承盖、内轴承盖和绝缘套筒被配置为系统的模块化部件。
本发明提供了一种电机支架，包括设置在支架内的轴承，轴承被配置为支撑驱动轴以便旋转；以及靠近支架的驱动端设置的外轴承盖。支架还包括内轴承盖，以及靠近轴承设置在支架内的绝缘套筒。外轴承盖、内轴承盖和绝缘套筒被配置为模块化部件。
附图说明
图1是传统的端部支架轴承组件的流程图。
图2是传统的轴承绝缘系统的示意性横截面图。
图3是根据一个实施例的端部支架轴承组件的流程图。
图4是根据一个实施例的轴承绝缘系统的示意横截面图。
图5A是根据一个实施例的轴承绝缘系统(无套筒)的示意性平面图。
图5B是沿图5A中的A-A截取的示意性横截面图。
图5C是根据一个实施例的轴承绝缘系统(有套筒)的示意性平面图。
图5D是沿图5C中的A-A截取的示意性横截面图。
图6A是根据一个实施例的轴承绝缘系统的外轴承盖的示意性平面图。
图6B是沿图6A中的A-A截取的示意性横截面图。
图6C是沿图6A中的B-B截取的示意性横截面图。
图7A是根据一个实施例的轴承绝缘系统的内轴承盖的示意性平面图。
图7B是沿图7A中的A-A截取的示意性横截面图。
图7C是沿图7A中的B-B截取的示意性横截面图。
图8A是根据一个实施例的轴承绝缘系统的支架的示意性平面图。
图8B是沿图8A中的A-A截取的示意性横截面图。
图8C是沿图8A中的B-B截取的示意性横截面图。
图8D是沿图7A中的D-D截取的示意性横截面图。
图8E是在图7A中的C处截取的示意性细节图。
图9A是根据一个实施例的轴承绝缘系统的绝缘套筒的示意性平面图。
图9B是沿图9A中的B-B截取的示意性横截面图。
图9C是在图9B中的C处截取的示意性细节图。
图10是根据一个实施例的轴承绝缘系统的外盖绝缘垫片的示意性平面图。
具体实施方式
本文引用的所有参考文献，包括出版物、专利申请和专利，均通过引用并入本文，其程度如同指明每篇参考文献单独且具体地通过引用并入于此并且在本文中整体阐述。
在描述本发明的上下文中(尤其是在权利要求的上下文中)使用的术语“一”、“一个”、“该”、“至少一个”及其类似指示应解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。使用术语“至少一个”后接一个或多个项的列表(例如“A和B中的至少一个”)应理解为是指选自所列项的一个项(A或B)或所列项中的两个或更多个的任何组合(A和B)，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾。术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即意味着“包括但不限于”)，除非另有说明。除非文中另有说明，否则本文中引用数值范围的目的仅在于作为避免逐个引用范围内各个数值的简略方法，且每个单独数值均应视为以逐个引用的方式并入说明书中。本发明中描述的所有方法均可以以任何恰当的顺序执行，除非另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有要求，否则本文提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围施加限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于本发明的实践是必要的。
现在参见图3，流程图40示出端部支架轴承组件42，该流程包括非绝缘内盖机加工步骤44和支架机加工步骤46。这些步骤可以导致轴密封48a步骤和轴密封外盖50a步骤。在某些实施例中，根据用户对端部支架的要求，轴密封48a步骤可以包括多个轴密封选项(48b、48c、48d、48e)，对应于匹配的多个轴密封外盖选项(50b、50c、50d、50e)，这些轴密封外盖选项可以根据需要分别进行机加工。
现在参见图4，存在轴承绝缘系统60，包括支架62、绝缘垫片64、绝缘套筒66、外轴承盖68、内轴承盖70、驱动轴71和轴承72。在某些实施例中，垫片64设置在外轴承盖68和支架62之间。并且套筒66可以压配合在支架62中。内轴承盖70可以用于绝缘或非绝缘组件。轴承72可以是例如滚柱轴承或滚珠型轴承。
在某些实施例中，电气机械支架组件通过具有最小数量的机加工支架/端板62、内轴承盖70和外轴承盖68而被配置为用于模块化构造。模块化部件分别具有共用的外轴承盖68和内轴承盖70，可以在待机加工零件数量最小的情况下用于多种构造。例如，模块化绝缘套筒66允许使用标准的耐磨滚动元件轴承。密封件78(诸如用于挡油环、唇形密封件等)仅通过改变外轴承盖68来提供，而不是结合在支架62中。轴承的隔离可以利用经由螺栓63保持在支架62中的绝缘套筒66实现。绝缘套筒66的尺寸可以被设计为使得内轴承盖70不需要与支架62隔离。
在一些实施例中，支架62的制造包括铸造或绝缘套筒66，套筒66被机加工并包裹在绝缘材料中，然后用合成树脂材料浸渍。随后，将套筒66上的绝缘材料机加工为一定尺寸并放置在支架62的孔81中。如图4所示，将外轴承盖68和内轴承盖70组装在电机上。注意，外轴承盖68比套筒66大，这样做是为了防止因电机(未示出)任一端部可能冲击驱动轴71而导致套筒轴向移动。可以使用替代材料来制造绝缘套筒66。可以使用密度足以承载重量和承受温度的任何非导电材料。一些聚合物和陶瓷材料可以是铸铁包裹套筒的可行替代物。
轴承绝缘系统60可以用于多种电机，例如肋冷却感应电机、模块化感应电机、同步电机、变速电机、AboveNEMA、重载电机和通用电机等。
在一些实施例中，支架62将一个内轴承盖70用于绝缘和非绝缘轴承72。因此储备的零件更少。当用户将储备电机修改为具有绝缘驱动端(DE)轴承时，不移除轴承，之后也不会废弃轴承。存在两种支架选项，一种是非绝缘支架，一种是绝缘支架。储备电机配备非绝缘DE支架；每种轴承尺寸仅储备一个绝缘支架以适应客户的修改。对于传统的系统设计，总共要储备8个支架。
在某些实施例中，不再针对各种轴密封机加工支架62。支架62已经被配置为容纳外轴承盖68，外轴承盖68被机加工以适配密封件78。外轴承盖68更小、更便宜且更容易机加工。当用户修改储备命令并选择替代轴密封时，仅移除并更换外轴承盖68；支架62保持不变。必须储备至少四(4)个外盖，但这些外盖比大支架更小且更便宜。
现在参见图5A-图5D，存在轴承绝缘系统60，包括支架62和经由螺栓63安装在支架62上的外轴承盖68。在一些实施例中，外轴承盖68包括开口74，开口74被配置为在组装时使驱动轴71穿过。图5B示出沿图5A中的A-A截取的系统60的横截面，包括具有孔81的支架62，其中，绝缘套筒66可以压配合在孔81中。套筒66包括套筒开口80，轴承72设置在套筒开口80中。在某些实施例中，外轴承盖68、内轴承盖70和轴承72包括74处的同轴开口，驱动轴71在同轴开口74中旋转。在图5C中，开口74还包括开口唇缘76，密封件78可以紧密配合地设置在开口唇缘76中。图5D是沿图5C中的A-A截取的系统60的横截面图，并且示出设置在唇缘76内的密封件78。
现在参见图6A，存在根据一个实施例的轴承绝缘系统60的外轴承盖68。在一些实施例中，外轴承盖68包括开口74和围绕开口74设置的唇缘76。图6B中示出沿图6A中的A-A截取的外轴承盖68的横截面图。图6C中示出沿图6A中的B-B截取的外轴承盖68的横截面图，并示出外轴承盖68的机加工特征。
现在参见图7A，存在根据一个实施例的轴承绝缘系统60的内轴承盖70。在某些实施例中，内轴承盖70包括在系统60组装时与开口74对应的开口75。图7B中示出沿图7A中的A-A截取的内轴承盖70的横截面图，并示出开口75。图7C中示出沿图7A中的B-B截取的内轴承盖70的横截面图。
现在参见图8A，存在轴承绝缘系统60的支架62，包括通过压配合等设置在支架孔81内的绝缘套筒66。套筒66包括被配置为使轴承72适配在其中的套筒开口80。图8B是沿图8A中的A-A截取的支架62的横截面图，并示出套筒开口80和设置在支架62的孔81内的绝缘套筒66。图8C是沿图8A中的B-B截取的支架62的横截面图，并示出设置在孔81内的套筒66的顶部。图8D是沿图7A的D-D截取的支架62的横截面图，并示出被配置为将支架62螺栓连接至电机(未示出)的连接器孔。图8E示出在图7A的C处截取的支架62和绝缘套筒66之间的压配合接触的细节图。
现在参见图9A和图9B，存在根据一个实施例的轴承绝缘系统60的绝缘套筒66。绝缘套筒66包括套筒唇缘82和套筒开口80。如上所述的套筒66在组装时可以压配合在支架62的孔81中。图9B是沿图9A中的B-B截取的套筒66的横截面图。图9C是在图9B中的C处截取的套筒唇缘82的细节图。在一些实施例中，在组装系统60时，唇缘82抵接支架62的靠近内轴承盖70的表面。如上所述，在某些实施例中，绝缘套筒66可以被机加工并包裹在绝缘材料中，然后用合成树脂材料浸渍。随后，将套筒66上的绝缘材料机加工为一定尺寸并放置在支架62的孔81中
现在参见图10，存在根据一个实施例的轴承绝缘系统60的外盖绝缘垫片64。垫片64可以设置在外轴承盖68和支架62之间，用于电隔离目的。垫片64可以包括垫片开口84，垫片开口84被配置为围绕外轴承盖68的外环86适配，其中，垫片64在组装时被夹持在支架62和外轴承盖68之间。
通过阅读本公开内容，本领域普通技术人员将清楚，本公开内容可以以不同于以上具体公开的那些形式来实施。因此，上述特定实施例应被认为是说明性的而非限制性的。本领域技术人员将认识到，或能够仅使用常规试验方法探知，本文所述具体实施例的许多等同物。因此，将理解的是，本发明的范围不限于上述实施例，而是由所附权利要求限定；并且这些权利要求将包括对已经描述的内容的修改和改进。
本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的实施本发明的最佳模式。在阅读了前面的描述之后，那些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员来说将是明显的。发明人预期技术人员将适当地采用这些变型，并且发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式实施。因此，本发明包括适用法律允许范围内权利要求书所述主题的所有改进及等同物。此外，以上所述元件的所有可能变型及其组合也包含在本发明范围内，除非另有说明或与上下文明显矛盾。

Claims (19)

1.一种耐磨绝缘轴承系统，包括:
围绕电机驱动轴设置的支架；
设置在所述支架内的轴承，所述轴承被配置为支撑所述驱动轴以用于旋转；
靠近所述支架的驱动端设置的外轴承盖；
内轴承盖；以及
靠近所述轴承设置在所述支架内的绝缘套筒，其中，所述绝缘套筒包括套筒唇缘，所述套筒唇缘围绕所述绝缘套筒的圆周径向延伸，
其中，所述外轴承盖、所述内轴承盖和所述绝缘套筒被配置为所述系统的模块化部件。
2.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述内轴承盖是非绝缘的。
3.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，还包括绝缘垫片，所述绝缘垫片设置在所述外轴承盖和所述支架之间。
4.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述绝缘套筒压配合在所述支架中。
5.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述支架包括沿中心轴线设置的支架孔。
6.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，还包括设置在所述外轴承盖中的密封件，其中，所述密封件被配置为包围所述电机驱动轴。
7.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述套筒唇缘抵接所述支架的外表面。
8.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述内轴承盖和所述外轴承盖被配置为可移除地螺栓连接至所述支架。
9.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述轴承是滚柱轴承或滚珠轴承中的一种。
10.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述绝缘套筒用作为绝缘材料的合成树脂浸渍。
11.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述外轴承盖周向地比所述绝缘套筒的圆周更大。
12.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述绝缘套筒包括非导电聚合物。
13.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述系统的模块化部件是可移除且可替换零件。
14.根据权利要求1所述的耐磨绝缘轴承系统，其中，所述系统的模块化部件具有共用的内轴承盖和外轴承盖。
15.一种电机支架，包括：
设置在所述支架内的轴承，所述轴承被配置为支撑驱动轴以用于旋转；
靠近所述支架的驱动端设置的外轴承盖；
内轴承盖；以及
靠近所述轴承设置在所述支架内的绝缘套筒，其中，所述绝缘套筒包括套筒唇缘，所述套筒唇缘围绕所述绝缘套筒的圆周径向延伸，
其中，所述外轴承盖、所述内轴承盖和所述绝缘套筒被配置为模块化部件。
16.根据权利要求15所述的电机支架，其中，所述模块化部件具有共用的内轴承盖和外轴承盖。
17.根据权利要求15所述的电机支架，其中，所述模块化部件是可移除且可替换零件。
18.根据权利要求15所述的电机支架，其中，所述绝缘套筒包括非导电聚合物。
19.根据权利要求15所述的电机支架，其中，所述外轴承盖周向地比所述绝缘套筒的圆周更大。
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