專利名稱：轉(zhuǎn)子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種用于高速壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子組件。
背景技術(shù)：
許多高速壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子組件包括軸，該軸通過一對軸承被安裝到外殼，每個軸承位于軸的相對端。將軸承提供在軸的相對端提供了良好的穩(wěn)定性。然而，兩個軸承之間穿過外殼的路徑是相當(dāng)長的且通常橫穿壓縮機(jī)的幾個不同的部件。由于尺寸和形位公差，其通常難以確保轉(zhuǎn)子組件可精確地在外殼內(nèi)對準(zhǔn)。另外，對于高速壓縮機(jī)，軸承被理想地預(yù)負(fù)載以防止打滑。然而，由于與軸承之間的路徑相關(guān)聯(lián)的公差的累積，其將難以確保兩個軸承被預(yù)負(fù)載防止打滑的力而不會過量加載，這將導(dǎo)致差的軸承性能。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括軸，葉輪、轉(zhuǎn)子芯部和軸承筒被安裝到該軸，軸承筒被安裝在葉輪和轉(zhuǎn)子芯部之間，該軸承筒包括一對軸承，施加預(yù)負(fù)載到每個軸承的彈簧和圍繞軸承的套筒。轉(zhuǎn)子組件因此由兩個預(yù)負(fù)載的軸承支撐。該軸承被理想地隔開已定的量，且彈簧具有預(yù)定的彈簧系數(shù)。因此，兩個軸承被相同的、良好定義的力預(yù)負(fù)載。通過用阻止打滑而不過量的力預(yù)負(fù)載軸承，軸承的壽命被增加。軸承筒提供了單個緊固件，轉(zhuǎn)子組件可通過它被固定到外殼，框架等等。提供單個緊固件，轉(zhuǎn)子組件的固定比具有位于軸相對端的軸承的轉(zhuǎn)子組件更簡單且成本更低。套筒用于將兩個軸承對準(zhǔn)，特別是軸承的外圈。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件被固定到外殼時，這確保在外殼內(nèi)的軸的對準(zhǔn)。套筒還用作軸承的散熱器，由此延長軸承的壽命。在將葉輪和轉(zhuǎn)子芯部安裝到軸承的相對側(cè)時，轉(zhuǎn)子組件的緊湊設(shè)計被實驗。而且， 在裝入壓縮機(jī)內(nèi)前，轉(zhuǎn)子組件可作為整體單元被動態(tài)地平衡。這與必須在壓縮機(jī)內(nèi)組裝且由此不能作為完整單元被動態(tài)地平衡的其它轉(zhuǎn)子組件成對比。此外，在葉輪和轉(zhuǎn)子芯部位于軸承筒的相對側(cè)的情況下，兩個軸承的徑向負(fù)載可更均衡。實際上，在這點(diǎn)上，轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心優(yōu)選位于軸承筒內(nèi)的某一點(diǎn)。套筒優(yōu)選具有與軸的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。因此，軸和套筒的熱膨脹系數(shù)不會不利地影響軸承的負(fù)載。另外，套筒可由電絕緣的材料形成。于是這具有套筒不易在其它情況下使用轉(zhuǎn)子組件期間可能發(fā)生的感應(yīng)加熱的影響的優(yōu)點(diǎn)。由于套筒持續(xù)用作用于軸承的有效的散熱器，轉(zhuǎn)子組件由此理想地適合于高速應(yīng)用。此外，套筒可由非磁性材料形成。所以，套筒不會對轉(zhuǎn)子芯部和定子的磁性回路呈現(xiàn)局部短路。有利地，轉(zhuǎn)子組件包括間隔件，該間隔件圍繞著軸，分隔兩個軸承且有助于軸的剛性。因此，對于具有非常高速度的轉(zhuǎn)子組件，更薄的，更小規(guī)模的軸承可被使用。此外，間隔件確保軸承被隔開預(yù)定量，以確保良好定義的軸承預(yù)負(fù)載。為了最小化由熱膨脹引起的軸承筒的任何可能故障，軸承和間隔件優(yōu)選具有與軸和套筒的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。軸軟磁材料形成是有利的。因此，軸降低了磁性回路的磁阻。軸承可通過位于間隔件和套筒之間的一個或多個彈簧預(yù)負(fù)載。然而，環(huán)繞間隔件的單個螺旋彈簧被優(yōu)選地使用。這于是使得裝配轉(zhuǎn)子組件成本更低且更簡單。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件在使用中時，葉輪的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)致鄰近于葉輪的軸承筒的端部的壓力降低。壓力的降低可導(dǎo)致攜帶灰塵的流體被經(jīng)由軸承里的環(huán)形間隙抽吸通過軸承筒。轉(zhuǎn)子組件因此優(yōu)選包括防塵蓋，該防塵蓋覆蓋鄰近于轉(zhuǎn)子芯部的軸承中的環(huán)形間隙。例如，防塵蓋可被固定到軸并鄰近于所述軸承，且包括從軸向外徑向延伸以覆蓋環(huán)形間隙的凸緣。因此， 隨著流體被抽吸朝向軸承筒，流體中攜帶的灰塵被阻擋進(jìn)入軸承。在第二方面，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)子組件，該轉(zhuǎn)子組件包括被安裝到軸的軸承筒， 該軸承筒包括一對軸承，施加預(yù)負(fù)載到每個軸承的彈簧和圍繞軸承的套筒，其中，套筒具有與軸的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)軸承筒提供了單個緊固件，轉(zhuǎn)子組件可通過它被固定到外殼，框架等等。兩個隔開的軸承的供應(yīng)提供了相當(dāng)良好的穩(wěn)定性，同時套筒用于對準(zhǔn)軸承并充當(dāng)散熱器。由于套筒和軸是熱匹配的，軸和套筒的熱膨脹系數(shù)在隨后使用期間沒有不利地影響軸承的負(fù)載。


為了本發(fā)明可更容易的被理解，現(xiàn)在將參考附圖僅通過舉例的方式描述本發(fā)明的實施例，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子組件的剖視圖；
具體實施例方式圖1中的轉(zhuǎn)子組件1包括軸2，葉輪3，轉(zhuǎn)子芯部4，軸承筒5和防塵蓋6被安裝到該軸2。葉輪3被安裝到軸2的第一端。在圖1中示出的葉輪3是離心式葉輪。然而，葉輪的其他類型可根據(jù)轉(zhuǎn)子組件1的預(yù)期應(yīng)用而被同樣地使用。轉(zhuǎn)子芯部4被安裝到軸2的第二端。轉(zhuǎn)子芯部4是由硬磁或軟磁材料形成。軸2 是由軟磁材料形成，其于是降低了磁性回路的磁阻。不過，非磁性材料可被替代地用于軸2。軸承筒5位于葉輪3和轉(zhuǎn)子芯部4之間。軸承筒5包括一對軸承7，8，間隔件9， 彈簧10和套筒11。軸承7，8是完全相同的，每個軸承包括內(nèi)圈12，支撐多個球形軸承14的籠13，外圈15和一對在軸承7，8的相對端被固定到外圈15的遮蔽件16。間隔件9是圓柱形的，用于隔開兩個軸承7，8預(yù)定的量。除了隔開兩個軸承7,8 之外，間隔件9有助于軸2的剛性。因此，間隔件9的材料和厚度可以被選擇以達(dá)到期望的軸剛性。不管上述優(yōu)點(diǎn)，間隔件9可從軸承筒5省略掉。于是，在軸承7，8之間的預(yù)定間隔可在裝配軸承筒5期間通過替代裝置來實現(xiàn)。彈簧10是螺旋彈簧，該彈簧環(huán)圍繞間隔件9并將力應(yīng)用到軸承7，8的外圈15。由于間隔件9具有預(yù)定長度，彈簧10具有預(yù)定彈簧系數(shù)，每個軸承7，8由相同的良好定義的力預(yù)負(fù)載。在圖1中所示的特定實施例中，彈簧10明顯比軸承7，8的外圈15厚。為了將彈簧10的力沿軸向方向傳遞到外圈15，圓形墊片17被設(shè)置在彈簧10和每個外圈15之間。套筒11圍繞著兩個軸承7，8并被固定到兩個軸承7，8。套筒11用于三個目的。 第一，套筒11提供了外表面，軸承筒5在該外表面上可被固定(例如壓接或粘合)到外殼， 框架，等等。第二，套筒11用作軸承7，8的散熱器。由于由軸承7，8產(chǎn)生的熱量被套筒11 帶走，軸承7,8的壽命被延長。第三，如現(xiàn)在將描述，套筒11用于對準(zhǔn)軸承7，8。在將軸承7，8安裝到軸2過程中，軸承7，8的內(nèi)圈12被同軸對準(zhǔn)。盡管內(nèi)圈12 被對準(zhǔn)，外圈15沒有對準(zhǔn)。這是因為每個軸承7,8的外圈15具有相對于內(nèi)圈12小程度的游隙。當(dāng)外圈15被預(yù)負(fù)載時，由彈簧10施加的力通常并不一致地分布在每個外圈15的周圍。所以，外圈15通常不會對準(zhǔn)。特別地，外圈的縱向軸線可相對于另一個外圈的縱向軸線徑向移位和/或傾斜。如果將套筒11從軸承筒5省略掉，轉(zhuǎn)子組件1經(jīng)由軸承7，8被安裝到外殼，任何外圈15的未對準(zhǔn)將導(dǎo)致在外殼內(nèi)的軸2的未對準(zhǔn)。這又將對轉(zhuǎn)子芯部4相對于定子的對準(zhǔn)，以及葉輪相對于保持在外殼內(nèi)的擴(kuò)散器和保護(hù)罩的對準(zhǔn)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。在將套筒11固定在兩個軸承的套筒7，8的外圈15上面時，該外圈15被同軸對準(zhǔn)。因此，當(dāng)軸承筒5被安裝到外殼時，確保外殼內(nèi)的軸2正確對準(zhǔn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件1在使用中時，軸承筒5的套筒11被暴露到來自轉(zhuǎn)子芯部4的和/或用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子芯部4的定子的磁場。為了使得套筒11不經(jīng)受感應(yīng)加熱，且不呈現(xiàn)到轉(zhuǎn)子芯部4和定子的磁性回路的局部短路，套筒11由非磁性、電絕緣材料形成。然而，存在磁性和 /或?qū)щ姴牧峡杀皇褂玫膽?yīng)用，例如如果轉(zhuǎn)子芯部4和/或定子的磁場強(qiáng)度是相當(dāng)弱的，如果轉(zhuǎn)子組件1在相當(dāng)?shù)偷乃俣认滦D(zhuǎn)，如果軸承筒5從轉(zhuǎn)子芯部4被隔開充分遠(yuǎn)，或如果套筒11被暴露到磁場的部分相對較小，。軸承筒5的部件(即軸承7，8，間隔件9，彈簧10和套筒11)具有與軸2的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。這于是防止軸承筒5由不均勻的熱膨脹系數(shù)引起的故障。不過，一個或多個部件的熱量的匹配可能是沒必要的，特別是如果轉(zhuǎn)子組件1的操作溫度范圍是相對較小的。由于軸承7，8被固定到軸2和套筒11，軸2和套筒11的不均勻的熱膨脹將導(dǎo)致每個軸承7，8的內(nèi)圈12相對于外圈15移動。這又可導(dǎo)致軸承7,8的預(yù)負(fù)載的不利改變。通過確保至少軸2和套筒11的熱匹配，預(yù)負(fù)載中的不利改變可被避免。防塵蓋6可在鄰近于靠近的轉(zhuǎn)子芯部的軸承筒5的端部處被固定到軸2。防塵蓋 6包括具有形成在一端的凸緣19的軸環(huán)18。軸環(huán)18被固定到軸2以使凸緣19鄰接軸承 7的內(nèi)圈12。凸緣19從軸2向外徑向延伸以覆蓋在內(nèi)圈12和遮蔽件16之間的軸承7中的環(huán)形間隙，現(xiàn)將對其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行描述。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件1在使用中時，葉輪3的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致葉輪3下方的壓力降低。然而，在轉(zhuǎn)子芯部4的壓力未改變。因此，壓力梯度沿著軸承筒5的長度被建立，其促使流體流動通過軸承筒5。流體從在與轉(zhuǎn)子芯部4相鄰的軸承7的內(nèi)圈12和遮蔽件16之間的間隙進(jìn)入軸承筒5。流體攜帶的灰塵有可能通過軸承7捕獲，因此損害性能且最縱導(dǎo)致軸承7的過早損壞。防塵蓋6通過強(qiáng)迫流體遵循繞凸緣19的回旋路徑行進(jìn)而減少進(jìn)入軸承7的灰塵量。 該回旋路徑導(dǎo)致大部分灰塵從軸承7徑向向外拋出。附加地，凸緣19和軸承7之間的間距是充分小的，以致當(dāng)凸緣19相對于遮蔽件16旋轉(zhuǎn)時，壓力降低的區(qū)域產(chǎn)生在凸緣19和軸承7之間。因此，跨軸承筒5的壓力梯度，由此通過軸承筒5的流體流動被減少。在減少進(jìn)入軸承7的灰塵量的同時，軸承的壽命被延長，特別當(dāng)轉(zhuǎn)子組件1在攜帶灰塵的環(huán)境中被使用時。雖然每個軸承7，8設(shè)置有一對遮蔽件16，軸承筒5的內(nèi)部沒有直接暴露于外部環(huán)境。因此，在與間隔件9和彈簧10相鄰的每個軸承7,8的端部處的遮蔽件16可被省略掉。 不過，每個遮蔽件16都提供了對通過軸承筒5的流體流動的阻力，且由此遮蔽件在每個軸承7,8的任一端的供應(yīng)都有助于最小化進(jìn)入軸承筒5的灰塵量。在上述實施例中，遮蔽件16被固定到每個軸承7，8的外圈15。防塵蓋6因此覆蓋形成在鄰近于轉(zhuǎn)子芯部4的軸承7的內(nèi)圈12和遮蔽件16之間的環(huán)形間隙。然而，軸承7 的替代設(shè)計是可能的，其中，遮蔽件16被密封到內(nèi)圈12或完全省略掉。結(jié)果，環(huán)形間隙可替代地存在于遮蔽件16和外圈15之間或內(nèi)圈12和外圈15之間。如果軸承的替代設(shè)計被使用，凸緣19的直徑可被調(diào)整以使得防塵蓋6繼續(xù)覆蓋任何間隙。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子組件1提供了超過已知轉(zhuǎn)子組件(特別是軸被端部軸承支撐的那些)的幾個優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的轉(zhuǎn)子組件1中，軸2被兩個軸承7，8支撐，該軸承7，8被間隔開以提供良好的穩(wěn)定性。由于軸2在其中心處而不是端部處的支撐導(dǎo)致的穩(wěn)定性的任意降低可由間隔件9補(bǔ)償，其有助于軸的剛性。轉(zhuǎn)子組件1的軸承7，8被相同地、良好定義的力預(yù)負(fù)載，因此延長了軸承的壽命。這與軸由端部軸承支撐的轉(zhuǎn)子組件相反，在軸由端部軸承支撐的轉(zhuǎn)子組件中與軸承有關(guān)的公差的累積使得精確的預(yù)負(fù)載是很困難的。轉(zhuǎn)子組件1的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于套筒11的供應(yīng)，其用于軸承7,8的對準(zhǔn)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件1被固定到外殼時，能確保在外殼內(nèi)的軸2的對準(zhǔn)。再次，這與軸由端部軸承支撐的轉(zhuǎn)子組件相反，在軸由端部軸承支撐的轉(zhuǎn)子組件中公差的積累使得在外殼內(nèi)的軸的精確對準(zhǔn)是很困難的。除了對準(zhǔn)軸承7，8外，套筒11充當(dāng)用于軸承7,8的散熱器，由此進(jìn)一步延長了它們的壽命。軸承筒5提供了單個緊固件，轉(zhuǎn)子組件1可通過它被固定到外殼。因此，轉(zhuǎn)子組件1固定比具有端部軸承的轉(zhuǎn)子組件更簡單且成本更低。在將葉輪和轉(zhuǎn)子芯部在軸承筒的相對側(cè)上安裝到軸時，本發(fā)明提供了轉(zhuǎn)子組件的緊湊的設(shè)計。而且，由于兩個質(zhì)量位于軸承筒的相對側(cè)， 軸承的徑向負(fù)載可更均衡，由此延長軸承壽命。這與軸承通常承受不同的徑向負(fù)載的其它轉(zhuǎn)子組件成對比。最后，在包含到壓縮機(jī)內(nèi)前，本發(fā)明的軸承組件1可作為完整單元(即軸， 葉輪，轉(zhuǎn)子芯部和軸承筒)而被動態(tài)地平衡。這與必須在壓縮機(jī)內(nèi)組裝且由此不能作為完整單元被動態(tài)地平衡的其它轉(zhuǎn)子組件成對比。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子組件，包括軸，葉輪、轉(zhuǎn)子芯部和軸承筒被安裝到該軸，軸承筒被安裝在葉輪和轉(zhuǎn)子芯部之間，該軸承筒包括一對軸承，施加預(yù)負(fù)載到每個軸承的彈簧和圍繞軸承的套筒。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，套筒具有與軸的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，套筒由電絕緣材料形成。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，套筒由非磁性材料形成。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量中心位于軸承筒內(nèi)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件包括間隔件，該間隔件圍繞軸，分隔兩個軸承并有助于軸的剛性。
7.如權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，軸承和間隔件具有與軸的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，軸由軟磁材料形成。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件包括防塵蓋，該防塵蓋覆蓋鄰近于轉(zhuǎn)子芯部的軸承中的環(huán)形間隙，該防塵蓋被固定到軸，且該防塵蓋包括從軸向外徑向延伸以覆蓋所述環(huán)形間隙的凸緣。
10.一種轉(zhuǎn)子組件，包括被安裝到軸的軸承筒，軸承筒包括一對軸承，施加預(yù)負(fù)載到每個軸承的彈簧和圍繞軸承的套筒，其中，套筒具有與軸的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，套筒由電絕緣材料形成。
12.如權(quán)利要求10或11所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，套筒由非磁性材料形成。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，軸由軟磁材料形成。
14.如權(quán)利要求10至13中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件包括間隔件，該間隔件圍繞軸，分隔兩個軸承且有助于軸的剛性。
15.如權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，軸承和間隔件具有與軸的熱膨脹系數(shù)大致匹配的熱膨脹系數(shù)。
16.如權(quán)利要求10至15中任一項所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件包括防塵蓋，該防塵蓋覆蓋了一個軸承中的環(huán)形間隙，防塵蓋被固定到軸，該防塵蓋包括從軸向外徑向延伸以覆蓋環(huán)形間隙的凸緣。
全文摘要
轉(zhuǎn)子組件(1)包括軸(2)，葉輪(3)、轉(zhuǎn)子芯部(4)和軸承筒(5)被安裝到該軸(2)。軸承筒(5)被固定在葉輪(3)和轉(zhuǎn)子芯部(4)之間，且該軸承筒(5)包括一對軸承(7，8)，施加預(yù)負(fù)載到每個軸承(7，8)的彈簧(10)和圍繞軸承(7，8)的套筒(11)。
文檔編號F16C25/08GK102414461SQ201080017930
公開日2012年4月11日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日
發(fā)明者M.齊爾德, R.莫克里奇, S.格里薩姆 申請人:戴森技術(shù)有限公司