專利名稱：一種級間采用電磁驅動式調速的二級軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種軸承，尤其是帶有能調節(jié)級間轉速的電磁驅動調速裝置的二級軸承。
背景技術：
引證中國專利文獻，公開號CN2122259U。
一種多層向心滾珠軸承，較現(xiàn)有向心滾珠軸承相比特征在于在軸承內(nèi)外圈之間加一個中間圈，軸承內(nèi)圈和中間圈之間裝有滾珠，軸承外圈和中間圈之間裝有滾珠。增加了軸承內(nèi)外圈之間相對旋轉的可能性，因此可以適應高速運轉。
由引證可知，此種二級(即二層)軸承的內(nèi)圈和中間圈及其間滾珠組成一普通單級軸承，中間圈和外圈及其間滾珠組成又一普通單級軸承，當中間圈相對內(nèi)圈旋轉工作在普通單級軸承的極限轉速，同時外圈同方向相對中間圈旋轉工作在普通單級軸承的極限轉速時，此種二級軸承的內(nèi)圈與外圈之間的極限轉速為兩級普通單級軸承的極限轉速的和，達到最大極限轉速狀態(tài)。此時要求中間圈轉速與內(nèi)外圈轉速之間要可靠的相互關聯(lián)。例如此種二級軸承外圈固定內(nèi)圈轉動時，中間圈轉速保持在與內(nèi)圈同向并相對內(nèi)圈轉速一半的轉速上。此時，軸承的兩級滾動體(這里是滾珠)基本均擔滾動任務，對提高軸承整體極限轉速或延長其使用壽命均有益，軸承工作在最佳狀態(tài)。
然而，此種二級軸承的中間圈的轉速，由其受力情況決定。具體受到兩側滾動體對其摩擦力的作用。當中間圈內(nèi)側的摩擦力大于其外側的摩擦力時，中間圈保持與內(nèi)圈相同的運動狀態(tài)，反之，中間圈保持與外圈相同的運動狀態(tài)。滾動體對中間圈的摩擦力的大小受到它們的制造精度、配合精度及其潤滑狀況等諸多因素的影響，存在很大的隨機性。即使兩側滾動體對中間圈的摩擦力相等，又因為兩側摩擦力一個為動力，一個為阻力，兩力方向始終相反，合力為零，也只會使中間圈的運動狀態(tài)保持不變，即轉或不轉?？梢娭虚g圈的運動情況存在很大的隨機性，沒有與內(nèi)外圈轉速之間的可靠的相互關聯(lián)，不能使軸承工作在最佳狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種軸承，該軸承由電磁驅動調速機構和二級軸承機構有機組合，功能上互相支持，可靠的實現(xiàn)二級軸承的級間調速要求。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是一種級間采用電磁驅動式調速的二級軸承主要由內(nèi)圈、外圈、中間圈和兩組傳動介質組以及兩組保持架組成，其介質可以是滾珠、滾針、滾柱或流體如(油)中的一種或它們的排列組合，根據(jù)介質與內(nèi)、外、中圈結構的變化，二級軸承可以是二級滾動軸承、也可以是二級滑動軸承，或是多種排列，它即可以是二級向心軸承，也可以是二級推力軸承，其特征是在內(nèi)圈的一側或兩側固結有永久磁體作為內(nèi)定子，在外圈的一側或兩側固結有永久磁體作為外定子，最好使磁體主磁極方向與軸承軸線垂直，并相交，內(nèi)定子或外定子對應的中間圈側面上均固結有勵磁空心金屬圓環(huán)作為轉子。轉子可以是鼠籠轉子或杯形轉子。鼠籠轉子最好用高電阻材料制成，如黃銅、青銅。杯形轉子的壁一般0.2～0.8mm，因而兩種轉子電阻較大且慣性很小。
杯形轉子結構相當于有無數(shù)鼠籠導條無間隙并排而成的鼠籠轉子，因此轉子結構與鼠籠式異步電動機的轉子繞組類似。故外定子和其對應的同側轉子，內(nèi)定子和其對應的同側轉子的工作原理也與鼠籠式異步電動機完全一樣。當外圈固定，內(nèi)圈與工作軸配合并一起轉動時，內(nèi)定子磁體隨著一起轉動，這相當于一旋轉磁場，由右手定則知，轉子內(nèi)的短路導體因切割磁力線而感應電動勢，并產(chǎn)生電流。由左手定則知，通電導體在內(nèi)定子磁場中受電磁力作用，即帶電導體在旋轉磁場作用下，產(chǎn)生電磁轉矩。于是轉子隨內(nèi)定子同方向旋轉，因中間圈與轉子固結，中間圈也隨內(nèi)定子同方向旋轉。這種驅動方式為電磁驅動。當內(nèi)定子反轉時，轉子也反轉。轉子的旋轉方向與內(nèi)定子磁場旋轉方向相同，且轉速始終與內(nèi)定子轉速n0保持一定關系。因為從三相異步電動機的機械特性可知，轉子電阻對電動機的轉速、轉矩特性影響很大，轉子電阻增大到一定程度，最大轉矩可出現(xiàn)在s＝1(s轉差率)附近。即轉子受到的轉矩隨磁場轉速與轉子轉速差值得增大而增大，且近似為線性關系。在軸承開始工作時，內(nèi)定子轉速n0，轉子轉速為0，外定子與外圈固結并固定，此時內(nèi)定子與轉子轉差率為1，轉矩最大。外定子與轉子轉差率為0，轉矩為0。轉子在內(nèi)定子旋轉磁場作用下，產(chǎn)生動力轉矩，加速。由電磁作用的相對性可知，一旦轉子開始轉動，則相當于外定子磁場相對轉子向反方向轉動，并產(chǎn)生反方向電磁轉矩即阻力轉矩。并且，隨著轉子轉速的上升，動力轉矩隨內(nèi)定子與轉子轉差率的減小而減小，阻力轉矩隨外定子與轉子轉差率的增大而增大。當動力轉矩與阻力轉矩達到平衡時，中間圈保持轉速不變。若內(nèi)外定子共用一個轉子，由安培定律dF＝I*dL*B知內(nèi)定子與轉子轉差率與外定子與轉子轉差率的比值理論上等于外定子在轉子處的磁感應強度與內(nèi)定子在轉子處的磁感應強度的比值。因此可通過調節(jié)內(nèi)、外定子在轉子處的磁感應強度比值的方法調節(jié)轉子與內(nèi)、外定子之間的轉速關系，即中間圈與內(nèi)、外圈之間的轉速關系。又因為中間圈的內(nèi)外兩側滾動體與其摩擦系數(shù)很小，產(chǎn)生的摩擦動力和摩擦阻力很小，且它們方向始終相反，故其合力更小。在設計過程中，可通過增加內(nèi)外定子的磁場強度，及調節(jié)轉子的幾何結構使電磁動、阻力矩遠大于這個摩擦合力。此時，建立了中間圈與內(nèi)、外圈之間的可靠的轉速關系而使摩擦力的影響可忽略不計。
有益效果1、可靠的實現(xiàn)二級軸承的級間轉速關系。從軸承級間轉速分配角度最大限度的提高了軸承對外整體的極限轉速，若把此二級軸承作普通單級軸承用，在維持正常普通單級軸承轉速時，可最大限度的減小級間的相對轉速，從而延長了軸承的使用壽命。
2、可通過調節(jié)內(nèi)、外定子在轉子處的磁感應強度比值的方法調節(jié)轉子與內(nèi)、外定子之間的轉速關系，調節(jié)方式簡單。
3、此調速裝置是非機械接觸的，因而無機械摩擦、磨損，無機械沖擊。又因轉子轉動慣量小，所以轉子啟動、停止平靜而迅速。


下面結合附圖和實施例子對本發(fā)明進一步說明。
圖1、是一種級間采用電磁驅動式調速的二級軸承一個實施例的縱剖面構造圖。
圖2、是電磁驅動調速機構的機械特性曲線示意圖。
圖1中，1.內(nèi)圈，2.滾珠，3.中間圈，4.滾珠，5.外圈，6.籠形空心金屬圓環(huán)式轉子，7.轉子上開的孔，8.轉子開孔后剩下的勵磁橫向導條，9.內(nèi)定子永磁體，10.外定子永磁體。
圖2中，1.內(nèi)定子與轉子的機械特性曲線，2.外定子與轉子的機械特性曲線，3.轉子在內(nèi)、外定子共同作用下的機械特性曲線。即曲線1與曲線2的合成曲線。
具體實施例方式
請參照說明書附圖1。
內(nèi)圈1、滾珠2、中間圈3、滾珠4、外圈5一起構成一個二級向心滾珠軸承(保持架圖中略)。在內(nèi)圈1的右側固定安裝永磁體9作內(nèi)定子，使磁體9主磁極方向與軸承軸線垂直，并相交。在中間圈3的右側即與內(nèi)定子同一側可安裝固結籠形空心青銅圓環(huán)6作為轉子。在外圈5的右側固定安裝永磁體10作外定子，使磁體10主磁極方向與軸承軸線垂直，并相交。使內(nèi)、外定子在轉子處的磁感應強度相等。則內(nèi)定子永磁體9、外定子永磁體10與籠形空心金屬圓環(huán)式轉子6一起構成電磁驅動調速機構。此機構的工作原理請結合附圖2作進一步說明。
附圖2，橫坐標是轉子所受轉矩，縱坐標是轉子轉速。轉矩、轉速的方向規(guī)定如下設外圈5固定，內(nèi)圈1轉動，內(nèi)圈1轉速為n0為正方向，方向與n0相同為正，反之為負。由曲線1、曲線2知，當轉子6以轉速n0與內(nèi)定子9同向轉動時，受內(nèi)定子9的轉矩為0，受外定子10的轉矩為T-，為負值即阻力轉矩。當轉子6轉速為0時，受內(nèi)定子9的正向轉矩為T+，為動力轉矩，受外定子10的轉矩為0。設T+、T-的絕對值相等，則由合成曲線3知轉子6轉速維持在平衡狀態(tài)n0/2上。并且系統(tǒng)在受到外界干擾后，具有恢復原平衡狀態(tài)的能力而進入穩(wěn)定運行。
以上是忽略轉子6所受摩擦力影響時的情況?，F(xiàn)在假設摩擦力合力對轉子6的負載轉矩如圖所示為TL，調節(jié)內(nèi)、外定子在轉子處的磁感應強度，使T+、T-的絕對值遠大于TL絕對值，因此轉子6的實際轉速nL接近于n0/2。而使摩擦力的影響可忽略不計，建立了中間圈與內(nèi)、外圈之間的可靠的轉速關系。
權利要求
1.一種級間采用電磁驅動式調速的二級軸承主要由內(nèi)圈、外圈、中間圈和兩組傳動介質組以及兩組保持架組成，其特征是 在內(nèi)圈的一側或兩側固結有永久磁體，在外圈的一側或兩側固結有永久磁體，在內(nèi)、外圈永久磁體對應的中間圈側面上均固結有勵磁空心金屬圓環(huán)。
2.如權利要求1所述，傳動介質是滾珠、滾針、滾柱或流體中的一種或它們的排列組合。
3.如權利要求1所述，軸承為二級向心軸承或二級推力軸承。
4.如權利要求1所述，轉子是鼠籠轉子或杯形轉子。
全文摘要
一種級間采用電磁驅動式調速的二級軸承，改變二級軸承級間轉速分配不均現(xiàn)狀，由電磁驅動調速機構和二級軸承機構有機組合，功能上互相支持，可靠的實現(xiàn)二級軸承的級間調速要求，從軸承級間轉速分配角度最大限度的提高了軸承對外整體的極限轉速，若把此二級軸承作普通單級軸承用，在維持正常普通單級軸承轉速時，可最大限度的減小級間的相對轉速，從而延長了軸承的使用壽命。
文檔編號F16C32/04GK1490532SQ02135728
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月18日 優(yōu)先權日2002年10月18日
發(fā)明者李軍, 李康, 軍 李 申請人:李軍, 軍 李