絕緣軸承環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及絕緣軸承環(huán)。具體而言，公開了絕緣軸承、包括該絕緣軸承的電動機和形成該絕緣軸承的方法。在實施例中，軸承包括外環(huán)、設置在外環(huán)內且與外環(huán)同心的內環(huán)。絕緣環(huán)設置在內環(huán)和外環(huán)之間，并且包括從絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸的外周齒狀物和從絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸的內周齒狀物。這些齒狀物與外環(huán)和內環(huán)的相應表面的特征配合。
【專利說明】絕緣軸承環(huán)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及在電動機中使用的軸承(bearing)，并且更特別地涉及用于在這些的機器中使用的電絕緣的軸承。
【背景技術】
[0002]常規(guī)的大型高速電動機通常包括定子和轉子，轉子在定子內圍繞縱向軸線旋轉以將機械能轉化為電能。轉子可包括軸和轉子主體，轉子主體可包括傳送電流的線圈。軸承通常用來固連軸，其中軸承在軸的每一端處，并且允許軸自由旋轉。根據電動機的類型，電流可有意地形成或通過例如磁不平衡、靜電儲存、向轉子軸直接施加外部功率、以及利用整流電源在轉子中產生的感應電而產生。不論如何產生，都希望將軸電流與軸承絕緣。
[0003]在不存在絕緣的情況下，軸電流從軸通過軸承流至端罩或通過在軸的另一端上的軸承流至機架。這種通過軸承的電流流動會導致軸承的磨損和劣化、軸的損壞、潤滑油的變黑、軸承的損壞或燒焦、以及其它不期望的后果。
[0004]諸如涂覆有陶瓷或絕緣材料的那些的絕緣軸承環(huán)已用來保護軸承不受到這樣的劣化和損壞，但現有的絕緣軸承環(huán)具有許多缺點，包括制造的前置時間長和缺少大小和尺寸的靈活性。將軸承與軸絕緣的另一種方法包括在軸上設置陶瓷涂層。該方法具有陶瓷破損和因此絕緣能力和軸承配合降低的缺點，導致例行的軸承更換。

【發(fā)明內容】

[0005]本公開的第一方面提供了一種軸承環(huán)，其具有:外環(huán)，其具有設置在其徑向向內表面上的內周槽；內環(huán)，其設置在外環(huán)內且與外環(huán)同心，內環(huán)具有設置在其徑向向外表面上的外周槽；以及絕緣環(huán)，其設置在內環(huán)和外環(huán)之間。絕緣環(huán)包括:外周齒狀物，其從絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸；以及內周齒狀物，其從絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸。外周槽和內周齒狀物為配合特征，即，具有互補的形狀，并且內周槽和外周齒狀物為配合特征。
[0006]本公開的第二方面提供了一種電動機，其具有:轉子和至少部分地圍繞轉子的定子，其中轉子包括:第一端罩，其設置在轉子的第一軸向端上，和第二端罩，其設置在轉子的第二軸向端上；以及軸承，其設置在第一端罩和第二端罩中的每一個的軸向外側上。軸承中的至少一個使用軸承環(huán)絕緣，該軸承環(huán)包括:外環(huán)，其具有設置在其徑向向內表面上的內周槽；內環(huán)，其設置在外環(huán)內且與外環(huán)同心，內環(huán)具有設置在其徑向向外表面上的外周槽；以及絕緣環(huán)，其設置在內環(huán)與外環(huán)之間。第一端罩和第二端罩中的至少一個與設置在其軸向外側的軸承電絕緣。
[0007]本公開的第三方面提供了一種用于形成絕緣軸承環(huán)的方法，該方法包括:提供具有第一直徑和設置在其徑向向內表面上的內周槽的外環(huán)；提供具有小于第一直徑的第二直徑和設置在其徑向向外表面上的外周槽的內環(huán)；將內環(huán)插入外環(huán)使得內環(huán)和外環(huán)大致同心；以及將絕緣材料注射到在內環(huán)和外環(huán)之間的環(huán)形空間中。
[0008]根據本公開的又一方面，一種軸承環(huán)，包括:外環(huán)，其具有設置在其徑向向內表面上的內周槽；內環(huán)，其設置在外環(huán)內且與外環(huán)同心，內環(huán)具有設置在其徑向向外表面上的外周槽；以及絕緣環(huán)，其設置在內環(huán)和外環(huán)之間，其中，絕緣環(huán)包括:外周齒狀物，其從絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸，以及內周齒狀物，其從絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸，其中，外周槽和內周齒狀物為配合特征，并且其中，內周槽和外周齒狀物為配合特征。
[0009]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)還包括:至少一個軸向槽，其沿絕緣環(huán)的外表面延伸，以及至少一個軸向槽，其沿絕緣環(huán)的內表面延伸。
[0010]根據本公開的又一方面，內環(huán)和外環(huán)中的每一個包含金屬。
[0011 ] 根據本公開的又一方面，金屬包括鋼。
[0012]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)包含絕緣聚合物或橡膠中的一種。
[0013]根據本公開的又一方面，在絕緣環(huán)包含絕緣聚合物的情況中，絕緣聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)。
[0014]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)還包括設置在絕緣環(huán)的軸向端上的大致周向的凸緣，其中，凸緣從絕緣環(huán)徑向向內且徑向向外延伸，大致絕緣軸承環(huán)的軸向內側端面。
[0015]根據本公開的又一方面，一種電動機，包括:轉子；以及定子，其至少部分地圍繞轉子，其中，轉子包括:第一端罩，其設置在轉子的第一軸向端上，以及第二端罩，其設置在轉子的第二軸向端上；軸承，其設置在第一端罩和第二端罩中的每一個的軸向外側，其中，軸承包括:外環(huán)，其具有設置在其徑向向內表面上的內周槽；內環(huán)，其設置在外環(huán)內且與外環(huán)同心，內環(huán)具有設置在其徑向向外表面上的外周槽；以及絕緣環(huán)，其設置在內環(huán)和外環(huán)之間，其中，第一端罩和第二端罩中的至少一個與設置在其軸向外側的軸承電絕緣。
[0016]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)還包括:外周齒狀物，其從絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸，以及內齒狀物，其從絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸，其中，外周槽和內齒狀物為配合特征，并且其中，內周槽和外周齒狀物為配合特征。
[0017]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)還包括:至少一個軸向槽，其沿絕緣環(huán)的外表面縱向延伸，以及至少一個軸向槽，其沿絕緣環(huán)的內表面縱向延伸。
[0018]根據本公開的又一方面，內環(huán)和外環(huán)中的每一個包含金屬。
[0019]根據本公開的又一方面，金屬包括鋼。
[0020]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)包含絕緣聚合物或橡膠中的一種。
[0021]根據本公開的又一方面，在絕緣環(huán)包含絕緣聚合物的情況中，絕緣聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)。
[0022]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)還包括設置在絕緣環(huán)的軸向端上的大致周向的凸緣，其中，凸緣從絕緣環(huán)徑向向內且徑向向外延伸，大致覆蓋內環(huán)和外環(huán)中的每一個的軸向內側端面。
[0023]根據本公開的又一方面，一種用于形成絕緣軸承的方法，方法包括:提供具有第一直徑和設置在其徑向向內表面上的內周槽的外環(huán)；提供具有第二直徑和設置在其徑向向外表面上的外周槽的內環(huán)，其中，第二直徑小于第一直徑；將內環(huán)插入外環(huán)使得內環(huán)和外環(huán)大致同心；以及將絕緣材料注射到在內環(huán)和外環(huán)之間的環(huán)形空間中。
[0024]根據本公開的又一方面，還包括在絕緣環(huán)上，提供從絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸的外周齒狀物，其中，外周齒狀物與內周槽配合；提供從絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸的內周齒狀物，其中，內齒狀物與外周槽配合；提供沿絕緣環(huán)的外表面縱向延伸的至少一個軸向槽；以及提供沿絕緣環(huán)的內表面縱向延伸的至少一個軸向槽。
[0025]根據本公開的又一方面，注射在沿絕緣環(huán)的外表面縱向延伸的至少一個軸向齒狀物中的一個或沿絕緣環(huán)的內表面縱向延伸的至少一個軸向齒狀物中的一個中進行。
[0026]根據本公開的又一方面，還包括加工內環(huán)或外環(huán)中的至少一個的表面。
[0027]根據本公開的又一方面，絕緣環(huán)還包含絕緣聚合物或橡膠中的一種。
[0028]本發(fā)明的這些和其它方面、優(yōu)點和顯著特征將從下面的詳細描述中變得顯而易見，該詳細描述在結合附圖時公開了本發(fā)明的實施例，在所有附圖中，相同的部件由相同的附圖標記標示。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1至圖3示出根據本發(fā)明的實施例的軸承環(huán)的部分的透視圖。
[0030]圖4示出根據本發(fā)明的實施例的軸承環(huán)的透視圖。
[0031]圖5示出根據本發(fā)明的實施例的軸承環(huán)的局部剖視透視圖。
[0032]圖6示出根據本發(fā)明的實施例的軸承環(huán)的一部分的局部透視圖。
[0033]圖7示出包括根據本發(fā)明的實施例的軸承的電動機的一部分的剖視圖。
[0034]圖8描繪了根據本發(fā)明的實施例的具有轉子和定子的發(fā)電機或馬達的剖視圖。
[0035]應當指出，本公開的附圖未必按比例繪制。附圖旨在僅示出本公開的典型方面，且因此不應視為是對本公開范圍的限制。在附圖中，相同的數字表示在各圖之間的相同元件。
[0036]部件列表 100 絕緣軸承環(huán)
110外環(huán)
112 徑向向內表面 115 在110上的內槽 120 內環(huán)
125 在120上的外槽 130 絕緣環(huán)
132 絕緣環(huán)130的徑向向外表面
134 130的徑向向內表面
140 外齒狀物
150 內齒狀物
160 外軸向槽
170 內軸向槽
180 凸緣
200 端罩
220 心軸(spindle)
230 轉子線圈 240 定子 245 定子線圈 300 轉子 310軸承
320墊圈
330軸承蓋
400發(fā)電機。
【具體實施方式】
[0037]下面參照本發(fā)明結合電動機操作的應用描述本發(fā)明的至少一個實施例。雖然本發(fā)明的實施例相對于發(fā)電機形式的電動機示出，但應當理解，教導內容同等地適用于包括但不限于其它類型的發(fā)電機和馬達的其它電機。此外，下面參照標稱大小且包括一組標稱尺寸描述了本發(fā)明的至少一個實施例。然而，本領域的技術人員應當理解，本發(fā)明同樣適用于任何合適的發(fā)電機和/或馬達。此外，本領域的技術人員應當理解，本發(fā)明同樣適用于各種尺度的標稱大小和/或標稱尺寸。
[0038]如上文所述，本發(fā)明的方面提供了絕緣軸承環(huán)和具有絕緣軸承環(huán)的電動機。圖1至圖8示出了軸承環(huán)和其可以用于其中的電動機環(huán)境的不同方面。
[0039]如圖1所示，提供了外環(huán)110，外環(huán)110具有設置在外環(huán)110的徑向向內表面112上的內周槽115。還提供了圖3中所示的內環(huán)120。內環(huán)120可包括設置在內環(huán)120的徑向向外表面122上的外周槽125。內環(huán)120和外環(huán)110中的每一個可包含金屬。在一些實施例中，金屬可以是鋼或另一種金屬。
[0040]在整個軸承環(huán)100中，內環(huán)120設置在外環(huán)110內且定位成使得內環(huán)120和外環(huán)110為大致同心的。內環(huán)120的外徑小于外環(huán)110的內徑，使得當內環(huán)120設置在外環(huán)110內時，在內環(huán)120和外環(huán)110之間保持環(huán)形空間。圖2中所示絕緣環(huán)130在當內環(huán)120被定位在外環(huán)110中時形成的環(huán)形空間中設置在內環(huán)120和外環(huán)110之間。絕緣環(huán)130可包含絕緣聚合物或橡膠中的一種，并且在一些實施例中可以是聚四氟乙烯(PTFE)。柔軟的聚合物和橡膠可輔助緩沖所得軸承環(huán)100中的振動。
[0041]如在圖2中所示，絕緣環(huán)130可包括從絕緣環(huán)130的外表面132徑向向外延伸的外周齒狀物140。絕緣環(huán)130還可包括從絕緣環(huán)130的內表面134徑向向內延伸的內周齒狀物150。如在圖4至圖5中所示，當軸承環(huán)100被組裝時，外周齒狀物140與內周槽115配合，并且內周齒狀物150與外周槽125配合。
[0042]絕緣環(huán)130還可包括圖6中所示的至少一個外軸向槽160，其沿絕緣環(huán)130的外表面132縱向延伸。絕緣環(huán)130還可包括至少一個內軸向槽170，其沿絕緣環(huán)130的內表面134縱向延伸。內周齒狀物150、外周齒狀物140、外軸向槽160和內軸向槽170—起用來止動(arrest)內環(huán)120、外環(huán)110和絕緣環(huán)130在使用期間的相對移動。
[0043]絕緣環(huán)130還可包括設置在絕緣環(huán)130的端部上的大致周向的凸緣180，如在圖
2、圖4和圖5至圖6中所示。凸緣180可從絕緣環(huán)130徑向向內且徑向向外延伸。當軸承環(huán)100被組裝時，凸緣180大致絕緣軸承環(huán)的軸向內側端面，如在圖7中所示。
[0044]軸承環(huán)100可在諸如發(fā)電機400或馬達的電動機中用來支承轉子300和使軸承絕緣。
[0045]圖8示出包括定子240和定位在定子240內的轉子300的發(fā)電機400的示意性剖視圖。定子240包括成組的線圈245，并且可包括任何目前已知或將來開發(fā)的定子結構。如圖所示，轉子300可具有心軸220和圍繞心軸設置的成組的線圈230。心軸可由例如鐵或鋼形成。轉子300圍繞縱向軸線在定子240內旋轉。
[0046]重新參看圖7，第一端罩200可設置在轉子300的第一端部上。未示出的第二端罩可設置在轉子300的第二端部上。軸承環(huán)100可設置在第一端罩200和第二端罩中的每一個的軸向外側以支承轉子并允許其旋轉。如上所述，軸承環(huán)100可包括外環(huán)110、設置在外環(huán)110內且與外環(huán)110同心的內環(huán)120、以及設置在內環(huán)120和外環(huán)110之間的環(huán)形空間中的絕緣環(huán)130。內環(huán)120充當軸承座。絕緣環(huán)130使端罩200與設置在端罩200的軸向外側的軸承310、設置在軸承310的軸向外側的墊圈320以及置于在軸向外側端上的組件之上的軸承蓋330電絕緣。如上所述的凸緣180從絕緣環(huán)130徑向向內且徑向向外延伸，大致覆蓋內環(huán)120和外環(huán)110中的每一個的軸向內側端面，從而提供絕緣。
[0047]還提供了用于形成絕緣的軸承環(huán)100的方法。提供了外環(huán)110(圖1)，其具有第一直徑和設置在其徑向向內表面上的內周槽115。提供了內環(huán)120 (圖3)，其具有第二直徑和設置在其徑向向外表面上的外周槽125。第二直徑小于第一直徑,使得內環(huán)120的外徑小于外環(huán)110的內徑。內環(huán)120被插入外環(huán)110中，使得內環(huán)120和外環(huán)110為大致同心的。作為此前所討論的直徑特征的結果，在內環(huán)120和外環(huán)110之間將存在環(huán)形空間。然后可將絕緣材料注射到在內環(huán)120和外環(huán)110之間的環(huán)形空間中，從而形成絕緣環(huán)130。絕緣材料可以是橡膠或柔軟的絕緣聚合物，例如PTFE。
[0048]絕緣環(huán)130設有從絕緣環(huán)130的外表面徑向向外延伸的外周齒狀物140。外齒狀物140在注射的絕緣材料被擠入內周槽115時形成。結果，外齒狀物140和內周槽115具有配合的形狀和尺寸，即，外齒狀物140和內周槽115彼此互補。絕緣環(huán)130還設有從絕緣環(huán)130的內表面徑向向內延伸的內周齒狀物150，其中內齒狀物150與外周槽125配合。內周齒狀物150在注射的絕緣材料被擠入外周槽125時類似地形成。
[0049]如圖6中所示,絕緣環(huán)還設有沿絕緣環(huán)130的外表面縱向延伸的至少一個軸向槽160和沿絕緣環(huán)130的內表面縱向延伸的至少一個軸向槽170。一旦固化，內周齒狀物150、外周齒狀物140、外軸向槽160和內一個軸向槽170就用來止動內環(huán)120、外環(huán)110和絕緣環(huán)130在使用期間的相對移動。另外，絕緣材料的注射可在沿絕緣環(huán)130的外表面縱向延伸的至少一個軸向齒狀物中的一個或沿絕緣環(huán)130的內表面縱向延伸的至少一個軸向齒狀物中的一個中進行。
[0050]一旦組裝，就可在內環(huán)120和/或外環(huán)110的至少一個表面上加工軸承環(huán)100 (圖4)，以便獲得期望的尺寸。期望的形狀或尺寸可以是特定電動機所需的形狀或尺寸，以將軸承環(huán)100容納在端罩轂中并將軸承容納在其中，從而允許定制組裝之后的形狀。然后可以將絕緣軸承環(huán)100壓配到端罩轂中。
[0051]如本文所用，術語“第一”、“第二”等不表示任何順序、量或重要性，而是用來區(qū)別一要素與另一要素，并且術語“一個”和“一種”在本文中不表示量的限制，而是表示存在至少一個引用項。與數量結合使用的修飾詞“約”包括所述值的端值，并且具有由上下文所決定的含義(例如，包括與特定量的測量相關的誤差度)。本文所用后綴“(多個)”旨在包括其修飾的術語的單數和復數兩者，由此包括一個或多個該術語(例如，(多種)金屬包括一種或多種金屬)。本文中所公開的范圍為包括端值且可單獨組合的(例如，“至多約25 mm或更具體而言約5 mm至約20 mm”的范圍包括端點和“約5 mm至約25 mm”的范圍的所有中間值等)。
[0052]雖然本文描述了各種實施例，但應當從說明書理解的是，本發(fā)明中各種部件的組合、變型或改進可由本領域技術人員作出，并且在本發(fā)明的范圍內。此外，可作出許多修改以使特定情況或材料適應本發(fā)明的教導而不脫離其實質范圍。因此，本發(fā)明意圖不限于作為實現本發(fā)明構思到的最佳方式而公開的特定實施例，而是本發(fā)明還將包括落入所附權利要求的范圍內的所有實施例。
【權利要求】
1.一種軸承環(huán)，包括: 外環(huán)，其具有設置在其徑向向內表面上的內周槽； 內環(huán)，其設置在所述外環(huán)內且與所述外環(huán)同心，所述內環(huán)具有設置在其徑向向外表面上的外周槽；以及 絕緣環(huán)，其設置在所述內環(huán)和所述外環(huán)之間，其中，所述絕緣環(huán)包括: 外周齒狀物，其從所述絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸，以及 內周齒狀物，其從所述絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸， 其中，所述外周槽和所述內周齒狀物為配合特征，并且 其中，所述內周槽和所述外周齒狀物為配合特征。
2.根據權利要求1所述的軸承環(huán)，其特征在于，所述絕緣環(huán)還包括: 至少一個軸向槽，其沿所述絕緣環(huán)的外表面延伸，以及 至少一個軸向槽，其沿所述絕緣環(huán)的內表面延伸。
3.根據權利要求1所述的軸承環(huán)，其特征在于，所述內環(huán)和所述外環(huán)中的每一個包含金屬。
4.根據權利要求3所述的軸承環(huán)，其特征在于，所述金屬包括鋼。
5.根據權利要求1所述的軸承環(huán)，其特征在于，所述絕緣環(huán)包含絕緣聚合物或橡膠中的一種。
6.根據權利要求5所述的軸承環(huán)，其特征在于，在所述絕緣環(huán)包含所述絕緣聚合物的情況中，所述絕緣聚合物包括聚四氟乙烯(PTFE)。
7.根據權利要求1所述的軸承環(huán)，其特征在于，所述絕緣環(huán)還包括設置在所述絕緣環(huán)的軸向端上的大致周向的凸緣， 其中，所述凸緣從所述絕緣環(huán)徑向向內且徑向向外延伸，大致絕緣所述軸承環(huán)的軸向內側端面。
8.—種電動機,包括: 轉子；以及 定子，其至少部分地圍繞所述轉子， 其中，所述轉子包括: 第一端罩，其設置在所述轉子的第一軸向端上，以及第二端罩，其設置在所述轉子的第二軸向端上； 軸承，其設置在所述第一端罩和所述第二端罩中的每一個的軸向外側，其中，所述軸承包括: 外環(huán)，其具有設置在其徑向向內表面上的內周槽； 內環(huán)，其設置在所述外環(huán)內且與所述外環(huán)同心，所述內環(huán)具有設置在其徑向向外表面上的外周槽；以及 絕緣環(huán)，其設置在所述內環(huán)和所述外環(huán)之間， 其中，所述第一端罩和所述第二端罩中的至少一個與設置在其軸向外側的所述軸承電絕緣。
9.根據權利要求8所述的電動機，其特征在于，所述絕緣環(huán)還包括: 外周齒狀物，其從所述絕緣環(huán)的外表面徑向向外延伸，以及內齒狀物，其從所述絕緣環(huán)的內表面徑向向內延伸，其中，所述外周槽和所述內齒狀物為配合特征，并且其中，所述內周槽和所述外周齒狀物為配合特征。
10.根據 權利要求8所述的電動機，其特征在于，所述絕緣環(huán)還包括:至少一個軸向槽，其沿所述絕緣環(huán)的外表面縱向延伸，以及至少一個軸向槽，其沿所述絕緣環(huán)的內表面縱向延伸。
【文檔編號】H02K5/16GK103780001SQ201310497493
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權日:2012年10月22日
【發(fā)明者】H.穆里基普迪, V.塔馬 申請人:通用電氣公司