CN107795590B - 轴承冷却结构、电机及离心式压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴承冷却结构、电机及离心式压缩机。该冷却结构包括设置在所述轴承的轴向第一侧的第一输送结构和/或设置在所述轴承的轴向第二侧的第二输送结构，所述第一输送结构能够在所述转轴转动时将位于所述轴承的轴向第一侧的冷却介质向所述转轴与所述轴孔的孔壁之间输送，所述第二输送结构能够在所述转轴转动时将所述转轴与所述轴孔的孔壁之间的冷却介质向所述轴承的轴向第二侧输送。本发明提供的轴承冷却结构包括设置在轴承的至少一侧的输送结构，当转轴转动时，转轴能够与输送结构配合形成对冷却介质的推动力，使得冷却介质进入转轴与轴孔之间，以对轴承进行很好的冷却，从而避免轴承发生变形而影响具有其的电机的运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及轴承冷却领域，具体涉及一种轴承冷却结构、具有其的电机及离心式压缩机。
背景技术
无油、高效、小型化是离心机的发展方向，目前主要有磁悬浮和气悬浮两种技术路线，气体轴承具有无油、结构简单、轴承损失小，成本低，同时轴承间隙小，压缩机内漏损失小、易于维护等优点，与磁悬浮轴承相比，气悬浮轴承结构简单，易于维护，不受停电故障的影响，具有一定的技术优势。
现有的气悬浮轴承以弹性箔片动压轴承占主体，其工作原理是：转轴在转动前，转轴与轴承内圈的平箔片接触，波箔片起刚度支撑作用。当转轴转动达到一定转速时(起飞速度)，从平箔片自由端进入的气流压向平箔片，波箔片根据载荷产生相应弯曲而获取刚度传递至气膜，具有刚度的气膜将转轴浮起使转轴悬浮状态工作。
从轴承的工作原理得知：在起飞转速前，转轴是与轴承内圈接触的，这意味着转轴与内圈会摩擦发热，而且就算在正常运行过程中，由于工况的变化或故障等原因，转轴也很有可能与内圈接触，这就带来一个很重要问题：热量会使弹性箔片的性能发生改变，如弹性系数偏离设计点，进而影响轴承所产生的支撑刚度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种能够对轴承进行有效冷却的轴承冷却结构、具有其的电机及离心式压缩机。
为达上述目的，一方面，本发明采用如下技术方案：
一种轴承冷却结构，所述轴承中设置有供转轴转动的轴孔，所述冷却结构包括设置在所述轴承的轴向第一侧的第一输送结构和/或设置在所述轴承的轴向第二侧的第二输送结构，所述第一输送结构能够在所述转轴转动时将位于所述轴承的轴向第一侧的冷却介质向所述转轴与所述轴孔的孔壁之间输送，所述第二输送结构能够在所述转轴转动时将所述转轴与所述轴孔的孔壁之间的冷却介质向所述轴承的轴向第二侧输送。
优选地，所述冷却结构包括第一端件，所述第一端件上设置有第一孔，所述转轴能够穿设在所述第一孔内，所述第一输送结构设置在所述第一孔的孔壁上；和/或，
所述冷却结构包括第二端件，所述第二端件上设置有第二孔，所述转轴能够穿设在所述第二孔内，所述第二输送结构设置在所述第二孔的孔壁上。
优选地，所述第一输送结构包括设置在所述第一孔的孔壁上的至少一条第一螺旋输送槽，所述第一螺旋输送槽的螺旋方向与所述转轴的转动方向一致；和/或，
所述第二输送结构包括设置在所述第二孔的孔壁上的至少一条第二螺旋输送槽，所述第二螺旋输送槽的螺旋方向与所述转轴的转动方向一致。
优选地，所述第一螺旋输送槽和/或所述第二螺旋输送槽为多头螺旋槽。
优选地，所述第一螺旋输送槽的螺距和/或数量大于或等于所述第二螺旋输送槽的螺距和/或数量。
优选地，所述第一端件的第一孔包括沿冷却介质的流动方向设置的第一输送部、第一集流部和分流部，所述第一螺旋输送槽设置在所述第一输送部的孔壁上，所述第一集流部用于收集所述第一输送部输送的冷却介质，所述分流部用于将所述第一集流部中的冷却介质分流到所述转轴与所述轴孔的孔壁之间。
优选地，所述第一集流部的孔径大于所述第一输送部的孔径。
优选地，所述第一集流部的孔径大于所述分流部的孔径，在所述第一集流部与所述分流部之间形成台阶面，所述台阶面上设置有连通所述第一集流部和所述轴孔的分流孔；
和/或，
所述分流部的孔壁上设置有连通所述第一集流部和所述轴孔的分流槽。
优选地，所述轴承为径向弹性箔片轴承，所述径向弹性箔片轴承的轴孔内设置有箔片，所述箔片包括与所述轴孔的孔壁贴合的波箔片以及设置在所述波箔片径向内侧的平箔片，所述轴孔的孔壁与所述波箔片之间形成沿周向布置的多个第三孔，所述波箔片与所述平箔片之间形成沿周向布置的多个第四孔；
所述分流孔设置有多个，多个所述分流孔与所述多个第三孔位置对应；和/或，
所述分流槽设置有多个，多个所述分流槽与所述多个第四孔位置对应。
优选地，所述第二端件的第二孔包括沿冷却介质的流动方向设置的第二集流部和第二输送部，所述第二螺旋输送槽设置在所述第二输送部的孔壁上，所述第二集流部用于收集由所述转轴与所述轴孔的孔壁之间流出的冷却介质。
优选地，所述第二集流部的孔径沿冷却介质的流动方向逐渐减小。
优选地，所述第二集流部的入口直径大于或等于所述轴孔的直径。
优选地，所述第一端件和/或所述第二端件嵌设在所述轴承的端面上。
另一方面，本发明采用如下技术方案：
一种电机，包括转轴和用于支撑所述转轴的轴承，还包括如上所述的轴承冷却结构。
优选地，所述电机还包括定子，所述轴承的轴向第一侧为靠近所述定子的一侧，所述轴承的轴向第二侧为远离所述定子的一侧。
再一方面，本发明采用如下技术方案：
一种离心式压缩机，包括如上所述的电机结构。
本发明提供的轴承冷却结构包括设置在轴承的至少一侧的输送结构，当转轴转动时，转轴能够与输送结构配合形成对冷却介质的推动力，使得冷却介质进入转轴与轴孔之间，以对轴承进行很好的冷却，从而避免轴承发生变形而影响具有其的电机的运行可靠性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出本发明具体实施方式提供的电机在轴承处的结构示意图；
图2示出图1中A处的放大图；
图3示出本发明具体实施方式提供的轴承的端面结构示意图；
图4示出图3中B处的放大图；
图5示出本发明具体实施方式提供的轴承的剖视图；
图6示出本发明具体实施方式提供的第一端件的端面结构示意图；
图7示出图6中C处的放大图；
图8示出本发明具体实施方式提供的第一端件的剖视图；
图9示出本发明具体实施方式提供的第二端件的剖视图。
图中，1、定子；2、转子；21、转轴；3、轴承；31、轴孔；32、波箔片；33、平箔片；34、第三孔；35、第四孔；36、容置槽；4、第一端件；41、第一输送结构；411、第一螺旋输送槽；42、第一孔；421、第一输送部；422、第一集流部；423、分流部；43、分流结构；431、分流孔；432、分流槽；5、第二端件；51、第二输送结构；511、第二螺旋输送槽；52、第二孔；521、第二集流部；522、第二输送部；6、支架。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本申请提供了一种轴承冷却结构，用于将冷却介质引入到轴承与转轴之间的空间，以对轴承进行很好的冷却，下面以轴承冷却结构应用于电机为例具体介绍其各种实施例，该电机例如可以为压缩机尤其是离心式压缩机的电机部分，当然，该轴承冷却结构也适用于其他需要对轴承进行冷却的装置中。
如图1所示，电机包括定子1和转子2，转子2的转轴21穿出定子1的部分转动支撑在轴承3上，轴承3支撑在支架6上，轴承3优选为径向弹性箔片轴承3，轴承3中设置有供转轴转动的轴孔31，如图3和图4所示，径向弹性箔片轴承3的轴孔31内设置有箔片，箔片包括与轴孔31的孔壁贴合的波箔片32以及设置在波箔片32径向内侧的平箔片33，如此，在轴孔31的孔壁与波箔片32之间形成沿周向布置的多个第三孔34，波箔片32与平箔片33之间形成沿周向布置的多个第四孔35，优选地，第三孔34的横截面大致呈半圆形，第四孔35的横截面大致呈梯形。转轴21穿入平箔片33内，并能够在平箔片33内转动。
冷却结构包括设置在轴承3的轴向第一侧例如靠近定子1的一侧的第一输送结构41，在转轴21转动时，第一输送结构41能够将位于轴承3的轴向第一侧的冷却介质例如电机腔气体(一般为25℃)向转轴21与轴孔31的孔壁之间输送，进一步地，冷却结构包括设置在轴承3的轴向第二侧例如远离定子1的一侧第二输送结构51，在转轴21转动时，第二输送结构51能够将转轴21与轴孔31的孔壁之间的冷却介质向轴承3的轴向第二侧输送，如此，如图2所示，电机腔气体在第一输送结构41的作用下进入到轴孔31与转轴21之间的空间与箔片换热，以对箔片进行冷却，换热后的气体在第二输送结构51的作用下排出，通过第一输送结构41和第二输送结构51的配合使得电机腔气体能够循环进入轴承3内对轴承3的箔片进行降温，从而避免箔片温度过高而影响轴承3的支撑刚度。
输送结构可以为任意能够与转轴21转动配合形成对冷却介质的推动力的结构，例如，输送结构的延伸方向与转轴21的轴向之间具有不为零的夹角。为了方便输送结构的设置，优选地，如图1所示，冷却结构包括位于轴承3的第一侧的第一端件4和位于轴承3的第二侧的第二端件5，第一端件4和第二端件5优选呈板状结构，进一步优选呈环形板状结构，其中，第一端件4内设置有供转轴21穿过的第一孔42，第一输送结构41设置在第一孔42的孔壁上，类似地，第二端件5内设置有供转轴21穿过的第二孔52，第二输送结构51设置在第二孔52的孔壁上。第一端件4和第二端件5对转轴21还起到一定的支撑作用。第一输送结构41优选为第一螺旋输送槽411，第二输送结构51优选为第二螺旋输送槽511，第一螺旋输送槽411和所述第二螺旋输送槽511的螺旋方向与转轴21的转动方向一致，从而与转轴21配合实现对冷却介质的推动。
第一端件4和第二端件5可以与轴承3形成为一体结构，也可以为分体结构，为方便加工，第一端件4、第二端件5和轴承3形成为分体结构，进一步优选地，第一端件4和第二端件5嵌设在轴承3的端面上，优选地，如图5所示，轴承3的两个端面上均设置有容置槽36，第一端件4和第二端件5的至少部分结构嵌设在容置槽36中。
第一螺旋输送槽411和第二螺旋输送槽511可以分别有第一孔42和第二孔52的孔壁凹陷形成，也可以是在第一孔42和第二孔52的孔壁上设置多条螺旋延伸的凸起，相邻凸起之间即形成第一螺旋输送槽411或者第二螺旋输送槽511，为方便加工，优选地，在第一孔42和第二孔52的孔壁上设置螺纹结构，通过螺纹结构形成所述第一螺旋输送槽411和第二螺旋输送槽511。第一螺旋输送槽411和第二螺旋输送槽511优选由第一孔42或者第二孔52的轴向一端向另一端连续延伸，第一螺旋输送槽411和第二螺旋输送槽511的数量不限，可以是一条，也可以是多条，为了提高对冷却介质的输送能力，优选地，第一螺旋输送槽411和第二螺旋输送槽511均形成为多头螺旋槽，即形成为与多头螺纹相似的结构。
第一螺旋输送槽411和第二螺旋输送槽511的结构可以相同，也可以不同。在一个实施例中，第一螺旋输送槽411的螺距和/或数量大于第二螺旋输送槽511的螺距和/或数量，即使得第一螺旋输送槽411的输送能力大于第二螺旋输送槽511的输送能力，也即使得轴承3的冷却介质进入量大于冷却介质输出量，从而在轴承3的箔片中产生一定的压力，从而提高对箔片的冷却效果。在另一个实施例中，第一螺旋输送槽411的螺距和数量与第二螺旋输送槽511相同，即第一螺旋输送槽411的输送能力与第二螺旋输送槽511相同，从而能够保证进出轴承3的流体流量的均匀性。
为了提高对轴承的冷却效果，优选地，如图8所示，第一孔42包括沿冷却介质的流动方向设置的第一输送部421、第一集流部422和分流部423，第一螺旋输送槽411设置在第一输送部421的孔壁上，第一集流部422用于收集由第一输送部421输送来的冷却介质，并由分流部423将冷却介质分流均匀输送至轴孔31与转轴21之间的空间。
优选地，第一集流部422的孔径大于第一输送部421的孔径，如此，第一集流部422的孔壁与转轴21之间的空间形成集流腔，第一输送部421输送的冷却介质充入集流腔中。
分流部423上设置有分流结构43，分流结构43可以为任意能够将第一集流部422内的冷却介质均匀送入轴孔31与转轴21之间的结构，例如可以为沿周向均布的多条输送通道，为简化结构，优选地，第一集流部422的孔径大于分流部423的孔径，如此，在第一集流部422与分流部423之间形成一台阶面，如图7和图8所示，在台阶面上设置有连通第一集流部423和轴孔31的分流孔431，另外，还可在分流部423的孔壁上设置连通第一集流部423和轴孔31的分流槽432。
在一个具体的实施例中，当该轴承冷却结构应用于径向弹性箔片轴承时，分流孔431设置有多个，多个分流孔431分别与径向弹性箔片轴承的多个第三孔34位置对应，相应地，分流槽432设置有多个，多个分流槽432分别与径向弹性箔片轴承3的多个第四孔35位置对应，如此，通过设置在分流部423上的分流结构43能够分别将冷却介质分流到第三孔34和第四孔35内，从而能够对各个箔片进行很好的冷却。
进一步优选地，如图9所示，第二孔52包括沿冷却介质的流动方向设置的第二集流部521和第二输送部522，第二螺旋输送槽511设置在第二输送部522的孔壁上，第二集流部521用于收集由轴孔31与转轴21之间的空间流出的冷却介质，第二输送部522将第二集流部521内的冷却介质排出。
优选地，为了提高对冷却介质的收集效果，如图9所示，第二集流部521的孔径沿冷却介质的流动方向逐渐减小，例如第二集流部521形成为圆台形结构，进一步地，第二集流部521的入口直径大于或等于轴孔31的直径，这些结构都能够达到提高收集效果的目的。
本申请提供的轴承冷却结构能够强制冷却介质流入转轴21与轴孔31之间对轴承3进行冷却，从而避免轴承3发生形变而影响具有其的电机的运行可靠性。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。
Claims (15)
1.一种轴承冷却结构，所述轴承中设置有供转轴转动的轴孔，其特征在于，所述冷却结构包括设置在所述轴承的轴向第一侧的第一输送结构和/或设置在所述轴承的轴向第二侧的第二输送结构，所述第一输送结构能够在所述转轴转动时将位于所述轴承的轴向第一侧的冷却介质向所述转轴与所述轴孔的孔壁之间输送，所述第二输送结构能够在所述转轴转动时将所述转轴与所述轴孔的孔壁之间的冷却介质向所述轴承的轴向第二侧输送；
所述冷却结构包括第一端件，所述第一端件上设置有第一孔，所述转轴能够穿设在所述第一孔内，所述第一输送结构设置在所述第一孔的孔壁上；所述第一孔包括沿冷却介质的流动方向设置的第一输送部、第一集流部和分流部，第一螺旋输送槽设置在第一输送部的孔壁上，第一集流部用于收集由第一输送部输送来的冷却介质，并由分流部将冷却介质分流均匀输送至轴孔与转轴之间的空间。
2.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，
所述冷却结构包括第二端件，所述第二端件上设置有第二孔，所述转轴能够穿设在所述第二孔内，所述第二输送结构设置在所述第二孔的孔壁上。
3.根据权利要求2所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第一输送结构包括设置在所述第一孔的孔壁上的至少一条第一螺旋输送槽，所述第一螺旋输送槽的螺旋方向与所述转轴的转动方向一致；和/或，
所述第二输送结构包括设置在所述第二孔的孔壁上的至少一条第二螺旋输送槽，所述第二螺旋输送槽的螺旋方向与所述转轴的转动方向一致。
4.根据权利要求3所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第一螺旋输送槽和/或所述第二螺旋输送槽为多头螺旋槽。
5.根据权利要求3所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第一螺旋输送槽的螺距和/或数量大于或等于所述第二螺旋输送槽的螺距和/或数量。
6.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第一集流部的孔径大于所述第一输送部的孔径。
7.根据权利要求1所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第一集流部的孔径大于所述分流部的孔径，在所述第一集流部与所述分流部之间形成台阶面，所述台阶面上设置有连通所述第一集流部和所述轴孔的分流孔；
和/或，
所述分流部的孔壁上设置有连通所述第一集流部和所述轴孔的分流槽。
8.根据权利要求7所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述轴承为径向弹性箔片轴承，所述径向弹性箔片轴承的轴孔内设置有箔片，所述箔片包括与所述轴孔的孔壁贴合的波箔片以及设置在所述波箔片径向内侧的平箔片，所述轴孔的孔壁与所述波箔片之间形成沿周向布置的多个第三孔，所述波箔片与所述平箔片之间形成沿周向布置的多个第四孔；
所述分流孔设置有多个，多个所述分流孔分别与所述多个第三孔位置对应；和/或，
所述分流槽设置有多个，多个所述分流槽分别与所述多个第四孔位置对应。
9.根据权利要求3至5之一所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第二端件的第二孔包括沿冷却介质的流动方向设置的第二集流部和第二输送部，所述第二螺旋输送槽设置在所述第二输送部的孔壁上，所述第二集流部用于收集由所述转轴与所述轴孔的孔壁之间流出的冷却介质。
10.根据权利要求9所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第二集流部的孔径沿冷却介质的流动方向逐渐减小。
11.根据权利要求10所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第二集流部的入口直径大于或等于所述轴孔的直径。
12.根据权利要求3至5之一所述的轴承冷却结构，其特征在于，所述第一端件和/或所述第二端件嵌设在所述轴承的端面上。
13.一种电机，包括转轴和用于支撑所述转轴的轴承，其特征在于，还包括如权利要求1至12之一所述的轴承冷却结构。
14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，所述电机还包括定子，所述轴承的轴向第一侧为靠近所述定子的一侧，所述轴承的轴向第二侧为远离所述定子的一侧。
15.一种离心式压缩机，其特征在于，包括如权利要求13或14所述的电机。
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