CN115030960B - 一种轴承冷却系统、轴承及电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，公开了一种轴承冷却系统、轴承及电机；轴承冷却系统，用于对轴承进行冷却，轴承设置在轴承座内；轴承冷却系统包括进风结构和导流结构，导流结构的入口与进风结构连通，导流结构的出口朝向轴承；冷却气体经进风结构后，在导流结构的导流下能够从轴承的端面进入轴承内；这样，导流结构和进风结构共同配合，使得冷却气体进入轴承内，在同样的工作环境中，能有效降低轴承本身温度过高所带来的负面影响，尤其是在对轴承的使用寿命上有了明显提高。

Description

一种轴承冷却系统、轴承及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种轴承冷却系统、轴承及电机。

背景技术

磁悬浮应急轴承是针对磁悬浮电机转轴可能存在的急停跌落问题提出的保护措施；磁悬浮应急轴承主要由一对滚珠轴承起到承载和缓冲作用，在机器急停时能对因突然失去悬浮力而骤然跌落的转轴发挥保护作用，避免碰撞引起的损坏。磁悬浮技术带来的超高转速优势也使其转轴在脱离悬浮跌落碰撞时产生了许多难题，其中一个比较明显的问题是应急轴承在高速旋转下会局部迅速升温，滚珠轴承会在高温下产生发蓝变化，直接影响轴承的性能，所以对应急轴承的冷却是势在必行的。

对应急轴承进行冷却的传统方式为：将冷却器安装在轴承油槽外部，轴承油槽内高温油的冷却需要借助泵机或者自身形成镜板泵，将高温油泵入外部冷却器，才能进行冷却，这种冷却方式不仅增加了机器设备，使得应急轴承的结构变得复杂；而且为机组检修人员增加了多个检修部位，检修难度增大，工作效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种轴承冷却系统、轴承及电机，冷却效果好且结构简单，解决了传统技术因增加机器设备而导致的结构复杂的问题。

为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本发明的实施例提供了一种轴承冷却系统，用于对轴承进行冷却，轴承设置在轴承座内；轴承冷却系统包括进风结构和导流结构，进风结构开设在轴承座上，导流结构的入口与进风结构连通，导流结构的出口朝向轴承；

冷却气体经进风结构后，在导流结构的导流下能够从轴承的端面进入轴承内。

在一些实施例中，导流结构包括第一导流结构和第二导流结构，第一导流结构开设在轴承座上且与进风结构连通，第二导流结构开设在轴承压盖上且与进风结构连通；其中，轴承压盖盖设于轴承上；

冷却气体经进风结构后，一部分通过第一导流结构的导流能够从轴承的下端进入轴承内，另一部分通过第二导流结构的导流能够从轴承的上端进入轴承内。

在一些实施例中，进风结构包括连通的第一凹槽和第二凹槽，第一凹槽开设在轴承座的上端面上，第二凹槽开设在轴承座内；第一凹槽与第二导流结构连通，第一凹槽、第二凹槽以及第一导流结构依次连通。

在一些实施例中，进风结构还包括进风管，进风管设置在第一凹槽内，且延伸至第二凹槽处。

在一些实施例中，轴承座包括本体，本体上具有凸台，本体内具有台阶，台阶用于承载轴承；

第一凹槽开设在凸台上，第二凹槽开设在本体上且向台阶延伸，使得台阶和轴承之间存在间隙。

在一些实施例中，第一导流结构开设在台阶的上端面，其接收来自第二凹槽的冷却气体，并将冷却气体通过轴承的下端引流至轴承内。

在一些实施例中，第一导流结构和第二导流结构均为向远离进风结构方向凹陷的第一凹槽结构。

在一些实施例中，第二导流结构包括开设在轴承压盖下端面的挡风槽，挡风槽接收来自第一凹槽的冷却气体，并将冷却气体通过轴承的上端引流至轴承内。

在一些实施例中，第二导流结构还包括设置在挡风槽槽底的第二凹槽结构。

在一些实施例中，沿着径向从内向外的方向，第一凹槽结构和第二凹槽结构相对的两个面之间的距离均递减。

在一些实施例中，在第一凹槽结构和第二凹槽结构相对的两个面中，以径向为基准，靠近轴承的面的倾斜度小于远离轴承的面的倾斜度。

在一些实施例中，轴承冷却系统还包括缓冲结构，缓冲结构位于轴承内。

在一些实施例中，缓冲结构包括位于轴承内的轴承衬套，轴承衬套的上端面设置有第一挡环，轴承衬套的下端面设置有第二挡环。

在一些实施例中，进风结构至少设置两个。

根据本申请的另一个方面，本发明的实施例提供了一种轴承，轴承包括上述的轴承冷却系统。

根据本申请的另一个方面，本发明的实施例提供了一种电机，电机包括上述的轴承。

与现有技术相比，本发明的轴承冷却系统至少具有下列有益效果：

在轴承座上开设连通的进风结构和导流结构，导流结构的出口朝向轴承；并且冷却气体经进风结构后，在导流结构的导流下能够从轴承的端面进入轴承内；这样，导流结构和进风结构共同配合，使得冷却气体进入轴承内，在同样的工作环境中，能有效降低轴承本身温度过高所带来的负面影响，尤其是在对轴承的使用寿命上有了明显提高。

另一方面，本发明提供的轴承是基于上述轴承冷却系统而设计的，其有益效果参见上述轴承冷却系统的有益效果，在此，不一一赘述。

另一方面，本发明提供的电机是基于上述轴承而设计的，其有益效果参见上述轴承的有益效果，在此，不一一赘述。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的实施例提供的一种轴承冷却系统的剖视图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明的实施例提供的一种轴承冷却系统的另一剖视图；

图4是本发明的实施例提供的一种轴承系统中进风结构的放大图；

图5是本发明的实施例提供的一种轴承冷却系统中轴承座的俯视图；

图6是图5中A-A方向的剖视图；

图7是本发明的实施例提供的一种轴承冷却系统中轴承压盖的俯视图；

图8是图7中B-B方向的剖视图；

图9是本发明的实施例提供的一种轴承冷却系统中进风管的剖视图。

其中：

1、轴承；2、轴承座；3、轴承压盖；4、进风结构；5、第一导流结构；6、第二导流结构；7、缓冲结构；21、本体；22、凸台；23、台阶；31、挡风槽；41、第一凹槽；42、第二凹槽；43、进风管；71、轴承衬套；72、第一挡环；73、第二挡环。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

在本发明的描述中，需要明确的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序；术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种轴承冷却系统，如图1-图9所示，用于对轴承1进行冷却，轴承1设置在轴承座2内；轴承冷却系统包括进风结构4和导流结构，进风结构4开设在轴承座2上，导流结构的入口与进风结构4连通，导流结构的出口朝向轴承1；冷却气体经进风结构4后，在导流结构的导流下能够从轴承1的端面进入轴承1内；这样，导流结构和进风结构4共同配合，使得冷却气体进入轴承1内，在同样的工作环境中，能有效降低轴承1本身温度过高所带来的负面影响，尤其是在对轴承1的使用寿命上有了明显提高.

具体地，本实施例中的轴承冷却系统主要用于磁悬浮应急轴承，该应急轴承一般为一对滚珠轴承。

在本实施例中，如图1和图2所示，导流结构包括第一导流结构5和第二导流结构6，第一导流结构5开设在轴承座2上且与进风结构4连通，第二导流结构6开设在轴承压盖3上且与进风结构4连通；其中，轴承压盖3盖设于轴承1上；冷却气体经进风结构4后，一部分通过第一导流结构5的导流能够从轴承1的下端进入轴承1内，另一部分通过第二导流结构6的导流能够从轴承1的上端进入轴承1内。

具体地，在轴承座2上开设连通的进风结构4和第一导流结构5，在轴承压盖3上开设第二导流结构6，第二导流结构6和进风结构4连接；并且冷却气体经进风结构4后，一部分通过第一导流结构5的导流能够从轴承1的下端进入轴承1内，另一部分通过第二导流结构6的导流能够从轴承1的上端进入轴承1内；这样，第一导流结构5、第二导流结构6以及进风结构4共同配合，使得冷却气体进入轴承1的滚珠内，滚珠转动带动冷却气体流动，在同样的工作环境中，能有效降低轴承本身温度过高所带来的负面影响。

具体地，本实施例中的第一导流结构5和第二导流结构6主要为冷却气体提供一个反射的作用，可以改变冷却气体的流动方向，冷却气体从进风结构4进入后，通过第一导流结构5和第二导流结构6的反射，能够倾斜着进入轴承1内部的滚珠处，通过冷却气体带走轴承1的升高温度，配合滚珠的360度方位转动，轴承1内的全部滚珠均可受到风冷影响，达到均匀降温、控温的目的。

在具体实施例中：如图3和图5所示，进风结构4包括连通的第一凹槽41和第二凹槽42，第一凹槽41开设在轴承座2的上端面上，第二凹槽42开设在轴承座2内；第一凹槽41与第二导流结构6连通，第一凹槽41、第二凹槽42以及第一导流结构5依次连通。

具体地，在加工时，先在轴承座2的上端面上加工第一凹槽41，之后沿着轴承座2的轴向，从第一凹槽41的底部开始向下加工，形成第二凹槽42，第一凹槽41和第二凹槽42连通，且第一凹槽41基本水平，第二凹槽42基本竖直；这样，冷却气体先经过第一凹槽41，之后进行分流，一部分直接进入第二导流结构6，另外一部分通过第二凹槽42进入第一导流结构5内。

在本实施例中，第一凹槽41开设在轴承座2的上端面，加工比较容易，顺着第一凹槽41向下加工形成第二凹槽42，加工也比较容易，而第一凹槽41刚好可以与轴承压盖3配合，避免冷却气体从第一凹槽41内向外界扩散。

在具体实施例中：如图9所示，进风结构4还包括进风管43，进风管43设置在第一凹槽41内，且延伸至第二凹槽42处。

也就是说，为了冷却气体的通入，同时也避免冷却气体向外界扩散，在第一凹槽41内放置一进风管43，冷却气体直接通过进风管43进入；具体地，当该轴承冷却系统应用在压缩机中时，冷却气体可以是冷媒。

在具体实施例中：第一凹槽41沿径向开设，其轴向截面为圆弧形，第二凹槽42沿轴向开设，其径向截面为圆形，进风管43靠近第二凹槽42的一端中，设置有弧形结构，所述弧形结构与所述圆形匹配。

具体地，本实施例中的径向和轴向均为轴承1的径向和轴向；第一凹槽41沿着径向水平开设，第一凹槽41的底面为弧面；第二凹槽42沿着轴向竖直开设，第二凹槽42成圆柱状或者半圆柱状；为了使得第二凹槽42可以与进风管43紧密配合，两者接触处的形状匹配，即进风管43出口与部分第二凹槽42接触，因此，进风管43的出口的形状为与第二凹槽42的弧形状相衔接，用于实现冷却气体的传递。

在具体实施例中：轴承座2包括本体21，本体21上具有凸台22，本体21内具有台阶23，台阶23用于承载轴承1；具体地，第一凹槽41开设在凸台22上，第二凹槽42开设在本体21上且向台阶23延伸，使得台阶23和轴承1之间存在间隙。

具体地，第一导流结构5开设在台阶23的上端面，其接收来自第二凹槽42的冷却气体，并将冷却气体通过轴承1的下端引流至轴承1内。

在具体实施例中：

如图6和图8所示，第一导流结构5为向远离进风结构4方向凹陷的第一凹槽结构；

具体地，第一凹槽结构主要是为了实现气体的反射和引流，第一凹槽结构的深度、凹槽底面的形状都将影响反射的角度；因此，可通过对深度和形状进行改进，使得经第一凹槽结构导流后的气体可以以最佳的角度从轴承1的下端进入轴承1的滚珠间隙中。

另外，如图2和图7所示，第二导流结构6包括开设在轴承压盖3下端面的挡风槽31，挡风槽31接收来自第一凹槽41的冷却气体，并将冷却气体通过轴承1的上端引流至轴承1内。

为了使得经第二导流结构6的冷却气体可以以较好的角度进入轴承1的滚珠间隙中，第二导流结构6还包括设置在挡风槽31槽底的第二凹槽结构；也就是说，挡风槽31为冷却气体的流通提供了空间；而为了对冷却气体进行更好的导流和反射，在挡风槽31的槽底开设了第二凹槽结构。

如图4所示，第一导流结构5之所以不需要挡风槽，是因为第二凹槽42向台阶23处延伸，此处延伸的距离优选1cm，使得台阶23上形成了凹槽，第二导流结构6就开设在该凹槽上。

更优的，第一凹槽结构和第二凹槽结构的形状相同，沿着从靠近进风结构4向远离进风结构4的方向，即沿着径向从内向外的方向，第一凹槽结构和第二凹槽结构相对的两个面之间的距离递减；也就是说，从靠近进风结构4向远离进风结构4的方向，第一凹槽结构和第二凹槽结构内的体积逐渐递减，这样，冷却气体从体积较大的空腔聚集在体积较小的空腔中，改变方向流动时，会有一个较大的冲力，使得冷却气体可以更好地进入轴承1内。

并且，在第一凹槽结构和第二凹槽结构相对的两个面中，以径向为基准，靠近轴承1的面的倾斜度小于远离轴承1的面的倾斜度。

具体地，假设相对的两个面为第一面和第二面，第一面和第二面之间的夹角决定第一凹槽结构和第二凹槽结构底部的平缓程度，在本实施例中，为了实现冷却气体的反射和导流，需要平缓程度尽量低一些，即第一面和第二面的夹角小一些，而靠近轴承1的一面(假设为第一面)的倾斜度基本决定了被反射的气体的流向，气体经反射后，会顺着第一面流动，因此在设计时，第二面的倾斜度都较大，这样不仅可以使第一面和第二面的夹角小，而且当冷却气体触碰到第二面上后，更大的倾斜角度有利于气体的反射。

在具体实施例中：轴承冷却系统还包括缓冲结构7，缓冲结构7位于轴承1内。

具体地，缓冲结构7包括位于轴承1内的轴承衬套71，轴承衬套71的上端面设置有第一挡环72，轴承衬套71的下端面设置有第二挡环73。

转轴通过轴承衬套71与轴承1起到应急作用，当轴承1高速转动工作时，通入冷却气体，冷却气体进入轴承1内部在滚珠间分散，形成热交换，便可对轴承1起到降温作用，冷却交换气体从第一挡环72和第二挡环73的缝隙处流出，由于轴承1自身的高速转动，冷却可对全部滚珠轮流起到降温作用，降温效果均匀。

另外，缓冲结构7还具有承载轴承1的作用，避免轴承1产生径向偏移。

在具体实施例中：进风结构4至少设置两个。

具体地，当进风结构4设置两个时，对应两个第一凹槽41，两个第一凹槽41呈90°分布。

本实施例提供的轴承冷却系统的装配过程为：

首先将轴承1，即一对滚珠轴承(上轴承和下轴承)装入轴承座2内，确保轴承1完整落在轴承座2的承载台阶23上，并且确保上轴承的上端面与凸台22的端面齐平；其次将进风管43装入第一凹槽41中，将进风管43的圆弧口向下放置与第二凹槽42的圆弧口相接合，保持进风管43与轴承座2的端面水平；之后装配轴承压盖3，通过轴承压盖3压紧轴承1，同时也压紧进风管43，用螺钉打紧轴承压盖3，确保进风管43无松动(尤其在通风工作情况下)。

本实施例提供的轴承冷却系统的冷却过程为：

冷却气体通过进风管43后分为两路，一路直接进入第二导流结构6中的第二凹槽结构中，经第二凹槽结构的反射和导流后，倾斜进入上轴承的滚珠内；另一路通过第二凹槽42进入第一导流结构5内，经第一凹槽结构的反射和导流后，倾斜进入下轴承的滚珠内；相较于垂直进入或者其它方向进入，倾斜进入可以最大程度发挥风冷的作用，通过冷却气体带走轴承的升高温度，配合滚珠的360度方位转动，轴承1全部滚珠均可受到风冷影响，达到均匀降温、控温的作用。

实施例2

本实施例提供一种轴承，轴承包括实施例1中的轴承冷却系统。

本实施例中的轴承为滚珠轴承，具体为磁悬浮电机中的应急轴承。

实施例3

本实施例提供一种电机，电机包括实施例2中的轴承。

本实施例中的电机为磁悬浮电机。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利技术特征可以自由地组合、叠加。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (15)

1.一种轴承冷却系统，其特征在于，用于对轴承(1)进行冷却，所述轴承(1)设置在轴承座(2)内；所述轴承冷却系统包括进风结构(4)和导流结构，所述进风结构(4)开设在所述轴承座(2)上，所述导流结构的入口与所述进风结构(4)连通，所述导流结构的出口朝向所述轴承(1)；

冷却气体经所述进风结构(4)后，在所述导流结构的导流下能够从所述轴承(1)的端面进入轴承(1)内；

所述导流结构包括第一导流结构(5)和第二导流结构(6)，所述第一导流结构(5)开设在所述轴承座(2)上且与所述进风结构(4)连通，所述第二导流结构(6)开设在轴承压盖(3)上且与所述进风结构(4)连通；其中，所述轴承压盖(3)盖设于所述轴承(1)上；

冷却气体经所述进风结构(4)后，一部分通过所述第一导流结构(5)的导流能够从所述轴承(1)的下端进入轴承(1)内，另一部分通过所述第二导流结构(6)的导流能够从所述轴承(1)的上端进入轴承(1)内。

2.根据权利要求1所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述进风结构(4)包括连通的第一凹槽(41)和第二凹槽(42)，所述第一凹槽(41)开设在所述轴承座(2)的上端面上，所述第二凹槽(42)开设在所述轴承座(2)内；所述第一凹槽(41)与所述第二导流结构(6)连通，所述第一凹槽(41)、第二凹槽(42)以及第一导流结构(5)依次连通。

3.根据权利要求2所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述进风结构(4)还包括进风管(43)，所述进风管(43)设置在所述第一凹槽(41)内，且延伸至所述第二凹槽(42)处。

4.根据权利要求3所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述轴承座(2)包括本体(21)，所述本体(21)上具有凸台(22)，所述本体(21)内具有台阶(23)，所述台阶(23)用于承载所述轴承(1)；

所述第一凹槽(41)开设在所述凸台(22)上，所述第二凹槽(42)开设在所述本体(21)上且向所述台阶(23)延伸，使得所述台阶(23)和所述轴承(1)之间存在间隙。

5.根据权利要求4所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述第一导流结构(5)开设在所述台阶(23)的上端面，其接收来自所述第二凹槽(42)的冷却气体，并将所述冷却气体通过所述轴承(1)的下端引流至轴承(1)内。

6.根据权利要求2-4任一项所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述第一导流结构(5)包括向远离所述进风结构(4)方向凹陷的第一凹槽结构。

7.根据权利要求6所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述第二导流结构(6)包括开设在所述轴承压盖(3)下端面的挡风槽(31)，所述挡风槽(31)接收来自所述第一凹槽(41)的冷却气体，并将所述冷却气体通过所述轴承(1)的上端引流至轴承(1)内。

8.根据权利要求7所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述第二导流结构(6)还包括设置在所述挡风槽(31)槽底的第二凹槽结构。

9.根据权利要求5所述的轴承冷却系统，其特征在于，沿着径向从内向外的方向，所述第一凹槽结构相对的两个面之间的距离递减，所述第二凹槽结构相对的两个面之间的距离递减。

10.根据权利要求9所述的轴承冷却系统，其特征在于，在所述第一凹槽结构和第二凹槽结构相对的两个面中，以径向为基准，靠近所述轴承(1)的面的倾斜度小于远离所述轴承(1)的面的倾斜度。

11.根据权利要求1-4任一项所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述轴承冷却系统还包括缓冲结构(7)，所述缓冲结构(7)位于轴承(1)内。

12.根据权利要求11所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述缓冲结构(7)包括位于所述轴承(1)内的轴承衬套(71)，所述轴承衬套(71)的上端面设置有第一挡环(72)，所述轴承衬套(71)的下端面设置有第二挡环(73)。

13.根据权利要求1-4任一项所述的轴承冷却系统，其特征在于，所述进风结构(4)至少设置两个。

14.一种轴承，其特征在于，所述轴承包括权利要求1-13任一项所述的轴承冷却系统。

15.一种电机，其特征在于，所述电机包括权利要求14所述的轴承。

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