具有电绝缘体和热导体的轴承的制作方法

本发明涉及轴承，更具体地说涉及用于诸如电动机和发电机等的电气设备中的轴承。

背景技术

轴承组件是众所周知的，并且通常包括：内圈、外圈和位于内圈与外圈之间的滚动元件(/滚动体)，或者(包括)具有能够相对滑动的表面的内构件和外构件。在任一情况下，当电流通过轴承时，轴承(的)组成部件可能会发生损坏。为了防止这种电流的流过，轴承圈已设置有绝缘涂层，或者轴承已设置有由非导电材料(诸如陶瓷)形成的滚动元件。

技术实现要素：

在一方面，本发明涉及一种用于使轴与外构件联接的绝缘轴承组件，所述外构件具有限定出孔的内表面。所述轴承组件包括：内圈，其布置在所述轴上，并具有内周表面和两个相对的轴向端部；和外圈，其绕着所述内圈布置，并具有外周表面和两个相对的轴向端部。大致环形的绝缘体由实质上电绝缘且导热的材料形成。所述绝缘体具有内周表面和外周表面并与所述外圈或与所述内圈联接，使得所述绝缘体大致布置在所述外圈与所述外构件之间或者布置在所述内圈与所述轴之间。聚合物保持器构件具有：至少一个大致环形部分，其抵靠所述外圈或所述内圈的两个轴向端部中的一者布置；和至少一个轴向部分，其从所述环形部分延伸并与所述至少一个绝缘体构件联接。如此，所述聚合物构件在所述轴承组件与所述外构件分离时保持所述绝缘体与所述外圈或所述内圈中的一者联接。

在另一方面，本发明涉及一种用于使轴与外构件联接的绝缘轴承组件，座(/壳体)具有限定出孔的内表面。所述轴承组件包括：内圈，其能够布置在所述轴上；外圈，其绕着所述内圈布置，并具有外周表面和两个相对的轴向端表面；和多个滚动元件，其布置在所述内圈与所述外圈之间并可旋转地联接所述内圈和所述外圈。大致环形的陶瓷绝缘体具有抵靠外圈的外表面布置的内表面和能够抵靠孔的内表面布置的相对的外表面。此外，聚合物保持器构件具有：至少一个大致环形部分，其抵靠所述外圈的一个轴向端部布置；和至少一个轴向部分，其从所述环形部分延伸并与所述至少一个绝缘体构件联接。如此，聚合物构件保持所述陶瓷绝缘体与所述外圈联接使得所述绝缘体构件的内表面与所述外圈的外表面并置(juxtaposed)。

在还一方面，本发明还涉及一种用于使轴与外构件联接的绝缘轴承组件，所述轴具有外周表面，所述外构件具有限定出孔的内表面。所述轴承组件包括：内圈，其能够布置在所述轴上，并具有内周表面和两个相对的轴向端部；外圈，其绕着所述内圈布置，并具有外周表面和两个相对的轴向端部；和多个滚动元件，其布置在所述内圈与所述外圈之间并可旋转地联接所述内圈与所述外圈。大致环形的陶瓷绝缘体具有抵靠内圈的内表面布置的外表面和能够绕着轴的外表面布置的相对的内表面。此外，聚合物保持器构件具有：至少一个大致环形部分，其抵靠所述内圈的一个轴向端部布置；和至少一个轴向部分，其从所述环形部分延伸并与所述陶瓷构件联接。如此，聚合物构件保持所述陶瓷绝缘体与所述内圈联接使得绝缘体的外表面与所述内圈的内表面并置。

在还另一方面，本发明涉及一种制造用于联接轴与外体(outerbody)的绝缘轴承组件的方法。该方法包括以下步骤：提供：内圈，其能够布置在所述轴上；外圈，其绕着所述内圈布置并具有外周表面和相对的轴向端表面；大致环形的陶瓷绝缘体，其具有相对的内表面和外表面以及相对的第一周向端部和第二周向端部；和聚合物构件，其具有至少一个大致环形部分和从所述环形部分延伸的至少一个轴向部分；将所述聚合物构件放置在所述外圈上，使得所述至少一个大致环形部分(annularend)抵靠所述外圈的轴向端部中的一者布置并且所述至少一个轴向部分布置在所述外圈的外表面上；将所述陶瓷绝缘体绕着所述外表面定位，使得所述绝缘体的内表面与所述外圈的外表面并置，并且所述聚合物构件的(至少一个)轴向部分布置在所述陶瓷构件的第一端部与所述陶瓷构件的第二端部之间；以及向所述聚合物构件施加热，使得所述至少一个环形部分粘附于所述外圈的轴向端部并且所述至少一个轴向部分粘附于所述外圈的外表面以及粘附于所述陶瓷构件的第一端部和第二端部，使得所述绝缘体与所述外圈联接。

附图说明

当结合附图阅读时，前述的发明内容以及本发明的优选实施方式的详细说明将被更好地理解。出于阐述本发明的目的，在图解性的图中示出了当前优选的实施方式。然而，应该理解的是，本发明不限于所示的精确布置和手段(/机构)(instrumentalities)。在附图中：

图1是具有两个根据第一构造的绝缘轴承组件的机器的轴向截面图，其中每个绝缘轴承组件均具有与轴承的外圈联接的绝缘体；

图2是图1的一部分的放大剖视图(broken-awayview)；

图3是该轴承组件的第一构造的前立体图；

图4是第一构造的轴承组件的后平面图；

图5是沿图4的线5-5的轴向截面图；

图6是第一构造的轴承组件的分解图；

图7是第一构造的轴承组件的由三个弧形分段形成的绝缘体构件的立体图；

图8是第一构造的轴承组件的聚合物保持器构件的立体图；

图9是具有可选择的绝缘体和聚合物保持器结构的第一构造的轴承组件的后立体图；

图10是图9的轴承组件的后平面图；

图11是沿图10的线11-11的轴向截面图；

图12是图10的一部分的放大剖视图；

图13是具有根据第二构造的轴承组件的机器的放大剖视图，其中该轴承组件具有与轴承的内圈联接的绝缘体；

图14是第二构造的轴承组件的前立体图；

图15是第二构造的轴承组件的后平面图；

图16是沿图15的线16-16的轴向剖视图；

图17是第二构造的轴承组件的分解图；

图18是第二构造的轴承组件的由三个弧形分段形成的绝缘体构件的立体图；以及

图19是第二构造的轴承组件的聚合物保持器构件的立体图。

具体实施方式

某些术语仅出于方便的目的而不是限制性的目的被用在以下说明中。词“内”、“向内”和“外”、“向外”分别指的是朝向和远离(具体含义从说明的上下文显而易见的)所描述的元件的指定中心线或几何中心的方向。此外，如本文所使用的，词“连接”和“联接”各自意在包括没有任何其它构件介于中间的两个构件之间的直接连接和一个或多个其它构件介于中间的构件之间的间接连接。术语包括以上具体提到的词、其衍生词和类似含义(similarimport)的词。

现在详细参照附图，在附图中相同的标记始终用于表示相同的元件，在图1-图19中示出了绝缘轴承组件(insulatedbearingassembly)10，其用于使轴1与围绕轴1的外构件2可旋转地联接，外(部)构件例如为壳体(/座)(housing)3、盖板4或机器5的其它部分(诸如电动机(motor)、发电机或者具有电子元件或在电势能的环境中工作的任何其它设备)。在任何情况下，轴1或外构件2能够绕着中心轴线ac旋转，轴1具有外周表面1a和外(直)径ods(图13)，外构件2具有内表面2a，该内表面2a限定出具有内(直)径idb(图2)的孔4。绝缘轴承组件10基本上包括：轴承11，其具有内圈(innerrace)12和外圈(outerrace)14；大致环形的绝缘体16，其与外圈14或内圈12联接并绕着外圈14布置(图1-图12)或者布置在内圈12内(图13-图19)；和聚合物保持(器)构件18，其使绝缘体16与外圈14或与内圈12联接。内圈12能够布置在轴1上并且优选包括大致环形(的)主体22，该主体22具有：内周(表)面23a，其限定出用于接纳轴1的孔13；外周(表)面23b，其提供了内滚道表面25；相对的轴向端部22a、22b；以及具有内径idr。外圈14绕着内圈12布置并且优选包括大致环形(的)主体26，该主体26具有：内周(表)面27a，其提供了外滚道表面28；相对的外周(表)面27b；两个相对的轴向端部26a、26b；以及具有外径odr。

优选的是，轴承组件10还包括多个滚动元件(/滚动体)30，滚动元件30能够同时在内滚道表面25和外滚道表面28上滚动并且可旋转地联接内圈12与外圈14，滚动元件可以是球、圆柱滚子、圆环滚子(toroidalrollers)、滚针、或任何其它合适的滚动元件。然而，作为另一种选择，轴承组件10可以是滑动轴承(plainbearing)，例如球面平面轴承(sphericalplanebearing)(未示出)，其以如下方式形成：没有滚动元件，并且外圈14的内表面27a可滑动地抵靠内圈12的外表面23b地布置。

参照图1-图7和图9-图18，大致环形(的)绝缘体16由实质上电绝缘且导热的材料形成，并且分别具有相对的内周表面32和外周表面34以及相对的周向端(部)16a、16b。优选的是，绝缘体16由陶瓷材料形成，诸如氧化锆、氧化铝、氮化硅、钛酸铝、氮化铝等。然而，作为另一种选择，绝缘体构件16可以由既是实质上电绝缘的且又是实质上导热的任何其它材料形成。

参照图1-图7和图9-图12，在第一构造中，绝缘体16布置在外圈14上，使得内表面32抵靠外圈14的外表面27b布置，当轴承组件10被安装时，相对的外表面34能够抵靠外构件2的孔(的)内表面2a布置。如此，绝缘体16实质上防止了电流流过轴承组件10，同时允许热能(即热量)从外圈14传导到外构件2。此外，绝缘体16还用于在轴承11与外构件2之间传递径向载荷。

更具体地，绝缘体16被形成为具有内径idi，其大小(/尺寸)大约等于或略大于外圈14的外径odb，使得绝缘体(的)内周表面32与外圈(的)外表面27b并置(juxtaposedagainst)，这如图5所示。另外，绝缘体16还被形成为具有外径odi，其大小大约等于或略小于孔(的)内径idb，使得绝缘体(的)外表面34与孔(的)内表面2a并置，这如图2所示。由此，在轴承内圈12与外构件2之间提供了实质上连续的热传导性(/导热)路径，而没有将会阻止热从轴承组件10流向外构件2(例如，壳体3、盖板4等等)的任何实质上的空气间隙。此外，如图2所示，绝缘体16优选被制造成具有径向厚度tr，该径向厚度tr特别是被选择成跟标准大小轴承或目录轴承(catalogbearing)与外构件2中的特定大小的孔4之间的环形空间sa相适配。

现在参照图13-图18，在轴承组件10的第二构造中，绝缘体16布置在内圈12内，使得绝缘体(的)外表面34抵靠内圈12的内表面23a布置，当轴承组件10被安装时，相对的内表面32能够绕着轴(的)外表面1a布置。如此，绝缘体16实质上防止了电流流过轴承组件10，同时允许热能(即热量)从轴1传导到内圈12，之后通过滚动元件30、外圈14和外构件2。此外，绝缘体16还用于在轴承11与轴1之间传递径向载荷。

更具体地说，第二构造(的)绝缘体16被形成为具有外径odi，其大小(/尺寸)大约等于或略小于内圈12的内径idb，使得绝缘体(的)外周表面34与内圈(的)内表面23a并置(juxtaposedagainst)，这如图16所示。另外，绝缘体16还被形成为具有内径idi，其大小大约等于或略大于轴(的)外径ods，使得绝缘体(的)内表面32与轴(的)外表面1a并置，这如图13所示。由此，在轴1与轴承(的)内圈12之间提供了实质上连续的热传导性(/导热)路径，而没有将会阻止热量从轴承组件10流向外构件2(例如，壳体3、盖板4等)的任何实质上的空气间隙。此外，如图13所示，第二构造(的)绝缘体16优选被制造成具有径向厚度tr，该径向厚度tr特别是被选择成跟标准大小轴承或目录轴承与特定大小的轴1之间的环形空间sa2相适配。

参照图1-图6、图8-图17和图19，聚合物保持器构件18由实质上电(绝缘且)热绝缘的材料形成，并且包括：至少一个大致环形部分40，其抵靠外圈14的两个轴向端(部)26a或26b中的一者或内圈12的端部24a或24b中的一者布置；和至少一个轴向部分42，其从所述环形部分40延伸。轴向部分42与至少一个绝缘体构件16联接，以使得当轴承组件10与轴1和外构件2分离时(即处于非安装状态时)保持绝缘体构件16绕着外圈14布置或者保持绝缘体构件16布置在内圈12内。具体地说，出于上述原因，聚合物保持器构件18被构造成保持所述至少一个绝缘体构件16与外圈14或与内圈12联接，使得绝缘体构件(的)内表面32与外圈(的)外表面27b并置(图)，或者绝缘体构件(的)外表面34与内圈(的)内表面23a并置。此外，聚合物构件18还实质上防止绝缘体16与联接的外圈14或联接的内圈12之间的相对运动。

此外，聚合物构件18优选还包括另一大致环形部分44，其(/该另一大致环形部分44)抵靠轴承(的)外圈14的另一轴向端(部)26b或26a或者抵靠内圈12的另一轴向端(部)24b、24a布置。对于(with)两个环形部分40、44，一个或多个轴向部分42在这两个环形部分40、44之间延伸并联接这两个环形部分40、44。通过具有两个环形部分40、44，聚合物构件与外圈14的两个轴向端(部)26a、26b或内圈12的两个轴向端(部)24a、24b电绝缘，从而防止了外圈14与外构件2之间或者与安装在外构件2内的组成部件(例如密封外壳、壳体肩部等)之间的任何接触、或者防止内圈12与轴1之间的任何接触，否则的话这可能会产生通过轴承组件10的路径或回路。然而，在轴承组件10的某些构造中，可以优选的是聚合物构件18仅形成有一个环形部分40或44(结构未示出)。此外，聚合物保持器构件18优选由热塑性树脂(例如聚邻苯二甲酰胺)、聚酰胺66(例如，尼龙66、杜邦尼龙(zytel)等)、热塑性塑料、脲醛(duroplast)或者天然或合成橡胶形成。然而，聚合物构件18可以由至少实质上电绝缘并且还优选是热绝缘的任何其它聚合物材料形成。

优选的是，聚合物构件18成型于(moldedto)外圈14或内圈12和至少一个绝缘体构件16以使得将聚合物构件18和绝缘体16这两者与外圈14或内圈12附接，以及从而成型于轴承组件10。更具体地说，绝缘体16和聚合物构件18优选首先以合适的工艺单独形成，例如成形和烧制(shapingandfiring)绝缘体构件16以及注射成型聚合物构件18。在第一构造中，然后将聚合物构件18和绝缘体16组装到外圈14上，使得聚合物构件(的)环形部分40、44各自抵接外圈(的)主体26的轴向端(部)26a或26b，绝缘体16的内表面32抵靠外圈14的外表面27b布置，聚合物构件18的各轴向部分42使绝缘体16的相邻的(各)周向端(部)联接(这如在下面更详细地描述)。作为另一种选择，在第二构造中，将聚合物构件18和绝缘体16组装到内圈12上，使得聚合物构件(的)环形部分40、44各自抵接内圈(的)主体24的轴向端(部)24a或24b，绝缘体16的外表面34抵靠内圈12的内表面23a布置，聚合物构件18的各轴向部分42使绝缘体16的相邻的(各)周向端(部)联接(这如在下面更详细地描述)。

然后，以任何合适的方式(例如固化炉(curingoven))向轴承组件10施加热量，使得在第一构造(的)轴承组件10中，聚合物构件(的)环形部分40和/或44粘附或结合于外圈14的轴向端(部)26a或26b，并且聚合物构件(的)轴向部分结合/粘附于外圈(的)外表面27b以及结合/粘附于一个绝缘体构件16的或两个分离的相邻的构件16的端(部)16a、16b，这如下文所述。作为另一种选择，对于第二构造(的)轴承组件10，施加的热量导致聚合物构件(的)环形部分40和/或44粘附或结合于内圈12的轴向端(部)24a或24b，聚合物构件(的)轴向部分结合/粘附于内圈(的)内表面23a以及结合/粘附于一个绝缘体构件16的或两个分离的相邻的构件16的端(部)16a、16b，这如也下文所述。在任一构造中，聚合物构件18保持绝缘体16与外圈14或内圈12联接，这在轴承组件10处于非安装状态时(例如在库存存储(inventorystorage)期间或运送给客户期间)是特别有益的。然而，作为另一种选择，绝缘体16可以通过任何其它适当的手段(诸如通过分离结合剂或粘合剂)而粘附或结合于外圈14，和/或，作为另一种选择，聚合物保持器构件18可以通过任何其它适当的手段(诸如通过粘合剂或结合剂、借助于设置在聚合物构件18中并保持在圈14、12中的槽内的一个或多个凸片(/突出部)(tabs)或肩部、等等)而附接于绝缘体16和/或联接的轴承圈14或12。

现在参照图3-图8和图13-图18，在一个优选的绝缘体构造中，绝缘体16包括共同形成大致圆形(的)环52的多个弧形(/弓形)(arcuate)分段50。各弧形分段50具有相对的内周表面分部(sections)54和外周表面分部56以及相对的第一周向端(部)和第二周向端(部)50a、50b。所述多个分段50绕着外圈14布置或者布置在内圈12内，使得各分段(的)第一端(部)50a至少大致邻近相邻的分段50的第二端(部)50b。当如此布置时，分段(的)内表面分部54共同形成了绝缘体(的)内表面32，外表面分部56共同形成了绝缘体(的)外表面34。如在图6、7、17和18中最佳示出的，各分段的端部50a和50b优选形成有(被限定在从端部50a或50b沿周向向内延伸的两个凹部或兜孔(pockets)59之间的)局部凸片部分58，凸片58被接纳在聚合物构件18的轴向部分42中，这如以下所述。

对于这种绝缘体结构，聚合物构件18包括至少两个轴向部分42，更具体地说，轴向部分42的数量等于弧形分段50的数量，例如当有三个分段50时有三个轴向部分42，等等。各聚合物构件(的)轴向部分42附接于分段50中的一者的第一周向端部50a与分段50中的相邻的分段的第二周向端部52b并使这二者(/分段50中的一者的第一周向端部50a与分段50中的相邻的分段的第二周向端部52b)联接。优选的是，各聚合物构件(的)轴向部分42为大致t形，并具有：扩大分部(enlargedsection)46，该扩大分部46具有从相对的周向侧向内延伸的两个兜孔(pockets)47；和缩小分部(reducedsection)48，其在扩大分部46与第一环形部分40之间沿轴向延伸。此外，该聚合物保持器构件18优选包括第二环形部分44，各轴向部分42的扩大分部46附接于第二环形部分44的外表面43。优选的是，第一环形部分40的径向厚度大于第二环形部分44的径向厚度(均未示出)，这是出于下述原因(而导致的)。

对于这种聚合物构件结构和第一轴承组件的构造(/轴承组件的第一构造)，优选首先通过以下将聚合物保持器构件18安装在外圈14上：将轴承11插入第二环形部分44的中心孔45中，使得相对薄的环形部分44绕着外圈14“伸展(stretches)”，直到外圈(的)轴向端部26a抵靠聚合物构件(的)第一环形部分40布置为止。然后，将各弧形分段50插入在单独(/分离的)一对每两个相邻的轴向部分42之间，使得位于各分段(的)端部50a或50b处的凹入的凸片部分58被接纳在相邻的轴向部分42的一个兜孔47内。这时(atthispoint)，聚合物构件18保持绝缘体(的)弧形分段50抵靠外圈14布置，直到施加热量以将聚合物构件18成型或结合于分段50和外圈14为止。

作为另一种选择，对于上述聚合物构件结构和第二构造的轴承组件10，优选首先通过以下将聚合物保持器构件18安装在内圈12上：将聚合物构件18插入内圈(的)孔13内，使得相对柔性的环形部分44“塌陷(/塌缩)(collapses)”并被推动穿过内圈12，直到聚合物构件(的)第一环形部分40抵靠内圈(的)轴向端部24a布置为止。然后，将各弧形分段50插入在单独(/分离的)一对每两个相邻的轴向部分42之间，使得位于各分段(的)端部50a或50b处的凹入的凸片部分58被接纳在相邻的轴向部分42的一个兜孔47内。这时，聚合物构件18保持绝缘体(的)弧形分段50布置在内圈12内，直到施加热量以将聚合物构件18成型或结合于分段50和内圈12为止。

虽然如上描述并在图3-图8和图13-图18中绘出的绝缘体构件(的)分段50和聚合物构件18的结构是当前优选的，但弧形分段50和/或聚合物构件(的)轴向部分42可以被形成为没有凸片和兜孔和/或可以具有用于将分段50至少临时地保持在外圈14上直到成型聚合物构件18为止的任何其它合适的结构。

参照图1、图2和图9-图12，在另一优选的构造中，所述至少一个绝缘体构件16包括单个大致圆形的环60，环60具有：相对的内周(向)表面62和外周(向)表面64，其分别提供了绝缘体表面32、34；相对的轴向端(部)60a、60b；和限定出轴向间隙ga的两个大致相邻的周向端部60a、60b。对于这种单个的绝缘体构件16，聚合物保持器构件18优选包括单个的轴向部分42，其布置在间隙ga内并联接环(的)周向端部60a、60b，所述轴向部分42在两个环形部分40、44之间延伸并与这两个环形部分40、44连接。优选的是，各环(的)端部60a、60b优选具有延伸的凸片(tab)66，并且聚合物构件(的)轴向部分42具有一对相对的狭槽(slots)68，每个狭槽68接纳环(的)凸片66中的单独的(separate)一者，这正如最佳在图2和图11中所示的那样。尽管仅用绝缘体16与外圈14联接的第一轴承组件的构造(/轴承组件的第一构造)进行了说明和描绘，但轴承组件10还可以包括这样的单个的绝缘体构件16：其形成为环并且布置在内圈12内，(同时)聚合物保持器构件18被大致类似于如上所述地构造，但大小被设定为(sized)与内圈12适配。

与其它优选结构类似，优选首先将聚合物构件18安装在轴承(的)外圈14上，使得环形部分40抵靠一个轴向端部26a布置、另一环形部分44抵靠另一轴向端部26b布置、并且轴向部分42布置在外圈(的)外表面27b上。然后，将绝缘体构件(的)环60从第二轴向端部26b滑过(slidedover)外圈(的)外表面27b，使得环(的)突片66进入轴向部分(的)狭槽68，直到环60的一个轴向端部63a抵靠聚合物构件(的)环形部分40为止。聚合物构件18保持绝缘体构件(的)环60与外圈14联接，直到施加热量以使聚合物构件18成型于外圈14和绝缘体(的)环60为止。

本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离广泛的发明构思的情况下对上述实施方式进行修改。因此，应该理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是意在覆盖如在所附权利要求中总体限定的本发明的精神和范围内的修改。