一种散热轴承及具有散热轴承的超导电机的制作方法

1.本发明涉及超导设备技术领域，尤其是指一种散热轴承及具有散热轴承的超导电机。


背景技术：

2.超导电机是指励磁绕组用超导性材料制造的、能在强磁场下承载高密度电流的导线绕制成的一种电机，利用超导性材料在低温环境下电阻变为零的特点，以及超导带材承载大电流特点，超导励磁线圈产生大的磁动势，进而在气隙和定子绕组内产生强磁场，完成机电能量转换。
3.超导电机在运动作用时，为确保转子的正常运用，需要在转子的两端安装轴承，并且轴承的位置需要在电机的前后外壳上，通过限定轴承的位置，进一步限定转子的位置。
4.现有的超导电机存在以下不足：电机运行时，电机内置转子会发生高速旋转，此时，转子的两端和轴承之间会存在一定的相对摩擦，进而产生热量并增加了漏热损耗，较大的漏热损耗会降低系统的效率，甚至会进一步影响电机内置超导线圈的运行性能。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中转子芯高速转动时与支撑转子芯的轴承摩擦产生的漏热损耗的问题，提供一种散热轴承及具有散热轴承的超导电机，通过散热轴承将摩擦产生的热量中和，不会使机体内部温度升高。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种散热轴承，包括同心套设的内轴套和外轴套，
7.所述内轴套中设置有第一储液腔，所述第一储液腔为沿所述内轴套的环状腔体，所述第一储液腔与所述内轴套同轴设置；
8.所述外轴套中设置有第二储液腔，所述第二储液腔为沿所述外轴套的环状腔体，所述第二储液腔与所述外轴套同轴设置；
9.其中，所述第一储液腔和第二储液腔均与输液管连通，通过所述输液管向第一储液腔和第二储液腔填充冷却液。
10.在本发明的一个实施例中，所述内轴套的截面侧壁上开设有与内轴套同轴的散热槽，所述散热槽内设置有散热环，所述第一储液腔开设在所述散热环中。
11.在本发明的一个实施例中，所述第二储液腔直接开设在所述外轴套内壁与外轴套外壁之间。
12.在本发明的一个实施例中，所述第二储液腔内设置有多个周向均匀环绕设置的支撑块，所述支撑块的两端分别与外轴套内壁与外轴套外壁连接，所述支撑块的宽度小于所述第二储液腔的宽度。
13.在本发明的一个实施例中，所述第一储液腔和第二储液腔分别通过第一进液管和第二进液管与输液管连通。
14.在本发明的一个实施例中，所述内轴套与外轴套之间还设置有滚珠，所述外轴套的内侧中间位置开设有环形状的内凹槽，所述内轴套的外侧中间位置开设有环形状的外凹槽，所述滚珠是设置在所述内凹槽和外凹槽之间。
15.为解决上述技术问题，本发明提供了还一种具有散热轴承的超导电机，所述机体内设置有转子芯，沿所述转子芯的延伸方向，在所述机体的前后两端分别设置有前盖和后盖，其特征在于：在所述前盖和后盖上均设置有上述散热轴承，所述转子芯的两端分别安装在两个所述散热轴承的内轴套中。
16.在本发明的一个实施例中，在所述内轴套的内壁上设置有限位块，在所述转子芯上设置有与所述限位块匹配的限位槽。
17.在本发明的一个实施例中，所述前盖和后盖内部安装所述散热轴承的结构相同，在所述前盖和后盖上均设置有向内突出的凸台，所述外轴套安装在所述凸台上。
18.在本发明的一个实施例中，在所述凸台中开设有避让槽，所述第二进液管从所述避让槽中穿过与所述输液管连通。
19.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
20.本发明所述的散热轴承，在内轴套和外轴套中分别设置第一储液腔和第二储液腔，通过输液管分别向第一储液腔和第二储液腔内填充冷却液，能够在轴承高温时，通过注入冷却液，通过物理换热的方式，利用第一储液腔内部储存的冷却液使内轴套温度降低，同理，利用第二储液腔内部储存的冷却液使外轴套表面温度降低，对轴承进行换热降温处理；
21.本发明所述的具有散热轴承的超导电机，采用上述散热轴承支撑转子芯，当转子芯带动内轴套进行高速旋转时，由于摩擦产生的热量被温度较低内轴套和外轴套中和，不会使机体内部温度升高，影响机体内部超导线圈的性能，使超导电机性能维持在额定运行状态。
附图说明
22.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
23.图1是本发明的散热轴承的整体结构示意图；
24.图2是本发明的图1中另一个视角的散热轴承的整体结构示意图；
25.图3是本发明的散热轴承的左右剖面结构示意图；
26.图4是本本发明的散热轴承的前后剖面结构示意图；
27.图5是本发明的具有散热轴承的超导电机的整体结构示意图；
28.图6是本发明的图5中另一个视角的具有散热轴承的超导电机的整体结构示意图；
29.图7是本发明的后盖与轴承装配的剖面结构示意图；
30.图8是本发明的图7的另一个视角的后盖与轴承装配的剖面结构示意图。
31.说明书附图标记说明：1、机体；2、转子芯；21、限位凹槽；3、前盖；4、后盖；5、散热轴承；51、内轴套；511、第一储液腔；512、散热槽；513、散热环；514、外凹槽；515、限位块；52、外轴套；521、第二储液腔；522、支撑块；523、内凹槽；53、滚珠；6、输液管；7、第一进液管；8、第二进液管；9、凸台；91、避让槽。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
33.实施例1
34.参照图1-图4所示，本发明的散热轴承5，包括同心套设的内轴套51和外轴套52，所述内轴套51和外轴套52能够相对转动，在所述内轴套51和外轴套52之间设置有滚珠53，通过滚珠53转动使内轴套51和外轴套52相对转动；
35.所述内轴套51中设置有第一储液腔511，所述第一储液腔511为沿所述内轴套51周向延伸方向设置的环状腔体，所述第一储液腔511与所述内轴套51同轴设置；
36.所述外轴套52中设置有第二储液腔521，所述第二储液腔521为沿所述外轴套52周向延伸方向设置的环状腔体，所述第二储液腔521与所述外轴套52同轴设置；
37.其中，所述第一储液腔511和第二储液腔521均与输液管连通，通过所述输液管向第一储液腔511和第二储液腔521填充冷却液；
38.本实施例的散热轴承5，与现有的滚珠轴承的运动方式相同，与现有的滚珠轴承的区别点在于，在内轴套51和外轴套52中分别设置第一储液腔511和第二储液腔521，通过输液管分别向第一储液腔511和第二储液腔521内填充冷却液，能够在轴承高温时，通过注入冷却液，通过物理换热的方式，利用第一储液腔511内部储存的冷却液使内轴套51温度降低，同理，利用第二储液腔521内部储存的冷却液使外轴套52表面温度降低，对轴承进行换热降温处理。
39.具体地，可以采用多种方式在轴套中设置储液腔，本实施例中，以两种方式为例，在内轴套51和外轴套52中采用两种方式分别开设第一储液腔511和第二储液腔521；
40.第一种方式：在内轴套51中外置第一储液腔511，所述内轴套51的截面侧壁上开设有与内轴套51同轴的散热槽512，在所述散热槽512内设置有散热环513，所述第一储液腔511开设在所述散热环513中，此方式采用外接式的开设方式，通过在内轴套51一侧开设散热槽512的方式，另设散热环513放置到散热槽512中，此种方式比较适合在内轴套51中开设第一储液腔511，因为内轴套51的尺寸较小，一方面不易在内轴套51内直接开设第一储液腔511，另一方面，如果在内轴套51内直接开设第一储液腔511，使内轴套51内部结构变化，进一步降低了内轴套51内自身的支撑力，内轴套51在工作时容易变形；
41.第二种方式：在外轴套52中内置第二储液腔521，所述第二储液腔521直接开设在所述外轴套内壁与外轴套外壁之间，由于外轴套52的尺寸较大，可以将第二储液腔521直接设置在外轴套52中，并且，采用此种开设方式为了不影响外轴套52自身的支撑性能，在所述第二储液腔521内设置有多个周向均匀环绕设置的支撑块522，所述支撑块522的两端分别与外轴套内壁与外轴套外壁连接，所述支撑块522的宽度小于所述第二储液腔511的宽度，设置支撑块522既不影响第二储液腔521的连通，还能进一步提高外轴套52内部的强度，避免因为第二储液腔521的开设，使外轴套52的强度降低。
42.具体地，本实施例所用的冷却液为液氮，所述液氮为液态的氮气，是惰性的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低；在常压下，液氮温度为-196℃；1立方米的液氮可以膨胀至696立方米21℃的纯气态氮；液氮是氮气在低温下形成的液体形态，氮的沸点为-196℃，在正常大气压下温度如果在这以下就会形成液氮。
43.具体地，为了防止滚珠53从内轴套51和外轴套52之间滚出，在所述外轴套52的内侧中间位置开设有环形状的内凹槽523，所述内轴套51的外侧中间位置开设有环形状的外凹槽514，所述滚珠53是设置在所述内凹槽523和外凹槽514之间，通过所述内凹槽523和外凹槽514对滚珠53的移动方向进行限制。
44.实施例2
45.参照图5-图8所示，本实施例在上述实施例1的基础上提供一种具有上述散热轴承的超导电机，所述超导电机包括机体1，所述机体1内设置有转子芯2，沿所述转子芯2的延伸方向，在所述机体1的前后两端分别设置有前盖3和后盖4，在所述前盖3和后盖4上均设置有散热轴承5，所述转子芯2的两端分别安装在两个所述散热轴承5的内轴套51中，所述前盖3和后盖4的中心位置均开设有通孔，所述通孔的直径与转子芯2的直径相同，所述转子芯2经过两个散热轴承5后，从所述通孔中穿出，通过设置散热轴承5避免转子芯2与前盖3和后盖4直接接触，设置在机体1前后两端的前盖3和后盖4对转子芯2起到限定作用，控制转子芯2只能进行旋转，不会使转子芯2发生前后移动；
46.具体地，所述第一储液腔511和第二储液腔521分别通过第一进液管7和第二进液管8与输液管6连通，本实施例中，设置有两个第一进液管7，所述第一储液腔511分别与两个第一进液管7连通，设置有两个第二进液管8，所述第二储液腔521分别与两个第二进液管8连通，所述输液管6同时与两个第一进液管7和两个第二进液管8连通，通过输液管6能够同步向第一储液腔511和第二储液腔521中填充冷却液，减少冷却液添加步骤，提高冷却液添加效率。
47.本实施例所述的具有散热轴承5的超导电机，采用上述散热轴承支5撑转子芯2，当转子芯2带动内轴套51进行高速旋转时，由于摩擦产生的热量被温度较低内轴套51和外轴套52中和，不会使机体内部温度升高，影响机体内部超导线圈的性能，使超导电机性能维持在额定运行状态。
48.本实施例的关键点在于，如何把上述散热轴承5安装在本实施例的超导电机上，实现散热轴承5与超导电机的联动：
49.具体地，为了实现转子芯2与内轴套51的联动，在所述内轴套51的内壁上设置有限位块515，在所述转子芯2上设置有与所述限位块515匹配的限位槽21，本实施例中，在所述内轴套51的内壁上设置有两个对称的限位块515，通过限位块515与限位槽21的卡接，使转子芯2带动所述内轴套51转动；
50.具体地，本实施例的散热槽512开设在靠接前盖3和后盖4的一侧，在散热环513固定在所述前盖3和后盖4上，所述第一进液管7也固定设置在前盖3和后盖4上；
51.具体地，所述前盖3和后盖4内部安装所述散热轴承的结构相同，在所述前盖3和后盖4上均设置有向内突出的凸台9，所述外轴套52安装在所述凸台9上；由于本实施例中的外轴套52上设置有第二进液管521，为了将第二进液管521从凸台9中引出，在所述凸台9中开设有避让槽91，所述第二进液管521从所述避让槽91中穿过与所述输液管6连通。
52.具体地，本实施例的超导电机的装配过程及工作原理为：
53.首先将机体1组装，使转子芯2的两端分别穿过前盖3和后盖4，将外轴套51、内轴套52以及滚珠53组成的散热轴承5安装到凸台9的内部，利用前盖3和后盖4内部安装的散热轴承5对转子芯2进行限定，通过限位槽21和限位块525的配合，使转子芯2局部位于内轴套51
内部，在散热轴承5安装的过程中，前盖3和后盖4一侧固定的散热环513安装到内轴套51一侧开设的散热槽512内部，外轴套52侧面设置的两组第二进液管8穿过前盖3或后盖4和输液管6相连接，同时，输液管6的另外两组接口和第一进液管7相连接，当启动机体时，转子芯2发生旋转，带动内轴套51旋转，在内轴套51旋转过程中，内轴套51和外轴套52与滚珠53均发生摩擦，摩擦过程中产生热量，由于第一储液腔511内部储存的液氮使散热环513的表面温度降低，并且通过散热环513传递温度使内轴套51温度降低，同理，利用第二储液腔521内部储存的液氮使外轴套52表面温度降低，所以摩擦产生的热量被温度较低内轴套51和外轴套52中和，不会使机体内部温度升高，影响机体内部超导体的性能，使超导电机性能维持性能峰值。
54.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。