专利名称：一种永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承及该旋转机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于高速电动旋转机械的转子支承，特别涉及用于安装在交通 运输工具一车辆等上的由大容量高速电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机等的转子支 承，其中转子以例如不小于每分钟数万转的高速旋转。
背景技术：
大功率、高转速的高速电动机(20kW，60000/min以上)设计的主要技术问题之一 就是轴承设计。目前，对这种大功率、高转速的电机轴承设计一般都考虑采用电磁轴承与滚 动轴承混合支承的主动型磁力轴承支承方式，但这种磁力轴承的电控和制造复杂，价格昂 贵、可靠性较低，目前还不能商品化；液体滑动轴承因电机高速旋转时的摩擦损失较大和空 气滑动轴承的承载力小等原因也受到一定程度的使用限制；采用复合陶瓷球角接触球轴承 作为这种大功率、高转速的电机轴承，目前国内还未见相关报道。本发明提供了一种适用于安装在交通运输工具上的由高速电动机驱动的空气制 冷机、空气压缩机等应用的永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承，对系统可靠运行起到 了至关重要的作用。
发明内容
发明采用的技术方案是，考虑到高速电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机运转 时的转速虽然很高，但外载荷比较均勻，且对转子系的运转精度要求不是很高，因此，设计 一种对电机运转精度要求不是很高而可靠性很高、轴承摩擦损失小、运行寿命很长的复合 式轴承，即永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承由此提出；另一方面，由于安装在交通运 输工具上的高速电动机驱动的空气制冷机、空气压缩机工作中无法避免振动，以及转子长 时间工作的各种原因，动平衡精度有可能有所破坏，除了要求转子在初始就具有一定的动 平衡精度外，更为重要的是使轴承要能够吸收振动能量，以保证轴承可靠地工作。因此，采 用永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承的结构设计，就可以形成对转子系的弹性支承和 工作中的油膜减振，也是本发明采取的主要技术方案之一。本发明的有益效果是，由于转子系采用永磁与滚滑动双重轴承式转子支承，转子 轴被滚滑动双重轴承和永磁卸荷轴承共同支承，电机高速运行时，转子轴颈与径向滑动轴 承、径向滑动轴承与滚动轴承间的相对转速下降，摩擦功耗和温升显著减小，滚_滑动轴承 使用寿命提高；另一方面，由于永磁径-轴向卸荷轴承的作用，转子系被悬浮，这样，滚动 轴承运行中几乎仅承受极其轻微的预载荷，从而使滚滑动双重轴承的使用寿命得以极大提 升；再者，浮动套与轴承座孔之间形成的弹性支承和油膜减振，还可以吸收转子的振动能 量。因此，当高速电动旋转机械的转子在60000r/min以上运转时，系统运行稳定可靠。
图1是一种作为包括本发明的转子支承的高速电动旋转机械的空气制冷机实施
3例的主视图。图2是本发明的一种永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承的实施例的主视图。图3是图2中的径向滑动轴承的视图。图4是图2中的径向永磁卸荷轴承的主视图。图5是图1中的压气叶轮和图2中的左磁环护套端面上设置的“干气螺旋密封”槽 道的示意图。
具体实施例方式下面结合附图描述本发明的具体实施例。图1表示为一种空气制冷机1的主视 图，该制冷机1由一台包括本发明的永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承5a和5b的电 动机4直接驱动。图1中，空气制冷机1在其中部包括一台电动机4。电动机4包括转子2 和定子3。转子2两侧安置永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承5a和5b。左端的轴承 座6与左水套盖13组成左冷却水套，右端的轴承座6与右水套盖7组成右冷却水套。钎焊 有散热翅片11的定子外套10与本体12组成定子3的冷却水套。制冷叶轮15和压气叶轮 8固定在转子2的两个轴端部上。从涡轮机出口引出部分冷气进入电动机4内部冷却。图2表示为上述空气制冷机1的永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承5a和5b。图2中，转子2两端轴颈上的径向滑动轴承23两端部上嵌套一对陶瓷球角接触球 轴承19a和19b且呈背对背安装方式，球轴承19a旁设有喷油衬圈126，球轴承19b旁设有 喷油衬圈1124，碟形弹簧25置于喷油衬圈126与喷油衬圈1124之间，对两球轴承19a和 19b实施定压预紧和补偿轴向游隙，整体以滑配方式嵌入浮动套22内，轴位螺钉21限制喷 油衬圈1124仅作轴向移动，止动螺钉20将喷油衬圈126固定在浮动套22内。浮动套22的外圆两端部上各设有两道0形橡胶密封圈18，外侧端上设置轴用弹性 挡圈17和挡块16，限制浮动套22轴向移动和转动，使其装入具有一定配合间隙的左右端轴 承座6孔内整体处于半浮动状态，形成弹性支承，总体构成转子2两端对置、双向限位的半 浮动式滚_滑动双重轴承。图2中的转子2两端对称布置的轴向滑动轴承副27和28构成承受双向轴向力的 推力轴承。图2中，转子2的左右两端上的旋转左磁环130、旋转左磁环II32和旋转右磁环35 最好采用非导磁的高强度铝合金或钛合金材料做护套保护，用以防止高速旋转时的离心力 将磁环破坏。安装在左定位圈14上的左固定磁环129与旋转左磁环130和安装在右盖板 9上的右固定磁环34与旋转右磁环35分别组成左右径向永磁卸荷轴承；旋转左磁环130、 旋转左磁环1132与安置于两者之间的左固定磁环1131组成轴向永磁卸荷轴承。永磁铁采用烧结式钕铁硼，轴向磁化，以保证旋转磁环的磁化均勻性从而提高转 子2的旋转精度。图2中的球轴承19a和19b的内外环靠喷油衬圈一侧，滚道边缘的圆周上开有1_3 个直径为0. 5-1. Omm的径向小孔，形成球轴承的环下润滑油道；喷油衬圈126和喷油衬圈 1124靠球轴承19a和19b —侧的端面圆周上开有1_3个直径为0. 5-1. Omm的小孔，形成端 面喷射润滑油道。这样做的有益效果是，球轴承在环下润滑和端面喷射润滑的共同作用下， 球轴承的dmn值会得到进一步提高，若在此条件下又采用滚滑动双重轴承降低其工作转速，
4就会很大程度上延长球轴承的使用寿命。图3中，径向滑动轴承23的内孔两端的轴颈支承面上均布三个8_12mm的方形浅 油腔，中间部位设计成空腔并开有三排径向通孔，形成排油通道；由喷油衬圈126和喷油衬 圈1124引入的低压滑油，通过径向滑动轴承23外圆两侧上的环道油槽和连通环道油槽的 径轴向均布的小孔引入径向滑动轴承23内，分别向径向滑动轴承23及球轴承19a和19b 的内环提供压力滑油；径向滑动轴承23的外侧端面上还开有1-3个连通方形油腔的小孔， 向轴向滑动轴承副27和28提供压力喷射滑油。图1中的压气叶轮8和图2中的左磁环护套33的端面上设置有“干气螺旋密封”槽道。由于图2中的永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承5a和5b的结构设计，由图 1所表示的空气制冷机1，高速运行时效果是显著的。
权利要求
一种永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承，包括转子(2)两端轴颈上的径向滑动轴承(23)两端部上嵌套一对陶瓷球角接触球轴承(19a、19b)且呈背对背安装方式，球轴承(19a)旁设有喷油衬圈I(26)，球轴承(19b)旁设有喷油衬圈II(24)，碟形弹簧(25)置于喷油衬圈I(26)与喷油衬圈II(24)之间，对两球轴承(19a、19b)实施定压预紧和补偿轴向游隙，整体以滑配方式嵌入浮动套(22)内，轴位螺钉(21)限制喷油衬圈II(24)仅作轴向移动，止动螺钉(20)将喷油衬圈I(26)固定在浮动套(22)内；浮动套(22)的外圆两端部上各设有两道O形橡胶密封圈(18)，外侧端上设置轴用弹性挡圈(17)和挡块(16)，限制浮动套(22)轴向移动和转动，使其装入具有一定配合间隙的左右端轴承座(6)孔内整体处于半浮动状态，形成弹性支承，总体构成转子(2)两端对置、双向限位的半浮动式滚 滑动双重轴承；转子(2)两端对称布置的轴向滑动轴承副(27、28)构成承受双向轴向力的推力轴承；转子(2)的左右两端上套有采用非导磁的高强度有色金属材料做护套保护的旋转左磁环I(30)、旋转左磁环II(32)和旋转右磁环(35)，安装在左定位圈(14)上的左固定磁环I(29)与旋转左磁环I(30)和安装在右盖板(9)上的右固定磁环(34)与旋转右磁环(35)分别组成轴向磁化的左右径向永磁卸荷轴承；旋转左磁环I(30)、旋转左磁环II(32)与安置于两者之间的左固定磁环II(31)组成轴向磁化的轴向永磁卸荷轴承。
2.根据权利要求1所述的永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承(5a、5b)，其特征是， 球轴承(19a、19b)的内外环靠喷油衬圈一侧，滚道边缘的圆周上开有1-3个直径为0. 5-1. Omm的径向小孔，形成球轴承的环下润滑油道；喷油衬圈1(26)和喷油衬圈11(24) 靠球轴承(19a、19b) —侧的端面圆周上开有1-3个直径为0. 5-1. Omm的小孔，形成端面喷 射润滑油道。
3.根据权利要求1所述的永磁与滚滑动双重轴承式电机转子支承(5a、5b)，其特征是， 径向滑动轴承(23)的内孔两端的轴颈支承面上均布三个8-12mm的方形浅油腔，中间部位设计成空腔并开有数排径向通孔，形成排油通道；由喷油衬圈1(26)和喷油衬圈 11(24)引入的低压滑油，通过径向滑动轴承(23)外圆两侧上的环道油槽和连通环道油槽 的径轴向均布的小孔引入径向滑动轴承(23)内，分别向径向滑动轴承(23)及球轴承(19a、 19b)的内环提供压力滑油；径向滑动轴承(23)的外侧端面上还开有1-3个连通方形油腔 的小孔，向轴向滑动轴承副(27、28)提供压力喷射滑油。
4.一种高速电动旋转机械，包括一个由权利要求1所述的永磁与滚滑动双重轴承式电 机转子支承(5a、5b)，并在压气叶轮(8)和左磁环护套(33)的端面上设置有“干气螺旋密 封”槽道。
全文摘要
一种根据本发明的用于高速电动旋转机械的转子支承，采取在转子两端轴颈上的径向滑动轴承两端部上，嵌套一对角接触球轴承，两球轴承之间采用定压预紧，整体嵌入浮动套内；浮动套的外侧端设置挡圈和挡块，以限制浮动套轴向移动和转动，使其装入具有一定配合间隙的轴承座孔内整体处于半浮动状态，构成半浮动式滚-滑动双重轴承。转子两端还安装有永磁卸荷轴承。当采用本发明的转子支承的大功率高速电动旋转机械安装在车辆上以60000r/min以上的高速运行时，由于半浮动式滚-滑动双重轴承与永磁卸荷轴承的共同作用，系统运行稳定可靠。
文档编号H02K5/00GK101924413SQ20091010407
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者伍怀秋, 何君, 何应明 申请人:何君;伍怀秋;何应明