[发明专利]具有磁轴承和安全轴承的电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机。

背景技术

磁轴承越来越多地被应用于电机，其原因在于磁轴承不会产生像机械轴承那样的摩擦损耗。但磁轴承具有受干扰而失效这一缺点。最普通的干扰情况就是平常的断电。如果干扰情况发生在电机的工作过程中，则当磁轴承失效时，电机的轴仍在高速旋转。这就需要设置所谓的安全轴承，当磁轴承失效时，安全轴承才会接管该轴，且至少在轴从运动状态过渡到静止状态的过程中对轴进行导引。

现有技术中建构安全轴承的一种出发点是对传统的滚动轴承加以利用。其中，轴由带有间隙的滚动轴承引导，该轴通常由磁轴承导引，只有当磁轴承失效时，滚动轴承才用作安全轴承工作。滚动轴承特别适用于轴较轻的小型电机。滚动轴承具有抑制“反向回转”的优点，所谓的“反向回转”是指整个轴绕其旋转轴以与其强制旋转方向相反的旋转方向所进行的旋转。

US 2004/0189124A1所提供的方法是，在滚动轴承的两个套圈的其中一个上固定中间元件，所述中间元件一直延伸至固定在定子上的定子元件。

滚动轴承不适用于接管支承大而重的转子：滚动体和轴承套圈之间只存在点接触或线接触，这会产生极大的单位面积接触压力。这种高负荷会使滚动体受损，轴承卡住。对于例如采气用涡轮压缩机中所用的大而重的轴来说，目前通常将干式滑动轴承用作安全轴承。干式滑动轴承主要由安装在定子上的套圈构成，当磁轴承失效时，轴可以在这个套圈中进行旋转。由于发生反向回转运动的危险随着轴与安全轴承之间的摩擦系数的增大而增大，因此，人们试图通过为这种套圈选用适当的材料来使这个摩擦系数最小化。用作摩擦衬片的例如有特种青铜合金，但青铜合金磨损严重。

美国专利5,739,609针对干式滑动轴承的磨损问题所提出的解决方案是将套圈一分为二：其中一个分套圈固定在定子上，第二分套圈固定在第一分套圈中。当内表面出现磨损时，这样就可对第二分套圈进行更换。其中，通过使用润滑剂来简化第二分套圈的更换工作。但第二分套圈在工作过程中相对于固定在定子上的第一分套圈固定不动，因而就作为干式滑动轴承的工作方式而言，基本上不存在任何变化。

根据US 2004/0189124A1中的一个实施例，用干式滑动轴承代替采用上文提及的滚动轴承，这个干式滑动轴承上同样固定有中间元件，所述中间元件一直延伸至固定在定子上的元件。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全轴承，所述安全轴承尤其是也适用于大而重的轴，可避免发生反向回转，且不会受到严重磨损。

本发明的电机的安全轴承包括一个安装在定子上的外圈，在所述外圈内一个可旋转套圈滑动地被引导。

本发明提供了一种电机，包括：一个定子和一个可在所述定子中进行旋转的轴，所述轴由磁轴承引导，其中，设置有针对所述磁轴承失效情况的复数个安全轴承，所述安全轴承在所述磁轴承失效时将接住所述轴，并在所述轴从运动状态向静止状态过渡的过程中对其进行引导，

所述安全轴承包括一个借助弹性和阻尼元件安装在所述定子上的外圈，所述安全轴承的一个可旋转套圈在所述外圈中被滑动地引导，并且，所述外圈具有U形断面，其中，所述U形断面的一个边脚由可拆卸环形连接片构成，所述可旋转套圈是一个中间圈，一个内圈被滑动地导引在所述中间圈中，所述内圈围绕所述轴并带有径向间隙。

磁轴承失效时，可旋转套圈自身在由轴传来的力或转矩的作用下开始运动，并发生作用，使轴无法以不受控制的方式进行任意运动，从而达到抑制反向回转的目的。可旋转套圈采取摩擦小的滑动被引导，因此，装置的摩擦系数整体而言较小。(滚动摩擦力通常都相对较小。)由于力被传递到套圈的整个内、外表面上，而非传递到个别点或线上，因此，安全轴承具有较大的承载能力，特别适用于大而重的轴。

根据第一实施方式，所述可旋转套圈是一个内圈，其围绕所述轴并具有径向间隙。磁轴承失效时，轴受重力作用向下掉落，随后抵靠在所述内圈的下部区域内，该轴可相应进行力或转矩的传递。

根据另一种实施方式，所述可旋转套圈为一个中间圈。所述中间圈包围另一套圈，所述另一套圈被滑动地引导在该中间圈中。所述另一套圈也可以是一个中间圈或直接为一个内圈，其包围所述的轴并带有径向间隙。使用一个或多个中间圈的优点在于，当一个中间位置(例如中间圈和外圈之间)上的滑动引导发生故障时，仍然会有另一个滑动导引保留下来(例如在内圈和中间圈之间)。