CN110081073B - 轴承用的电绝缘装置 - Google Patents
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Abstract
一种绝缘装置，用于能够安装在壳体内的轴承，并且包括大致环形的金属主体，金属主体被构造成与轴承的外圈联接，以使得在轴承与壳体分离时安装于轴承。所述主体包括：轴向部分，该轴向部分具有能够绕着外圈的外表面布置的内圆周表面和相对的外圆周表面；以及第一径向部分和第二径向部分，每个径向部分能够抵靠外圈的轴向端部中的单独的一者布置。至少一个氧化物层形成在主体的轴向部分的内圆周表面和外圆周表面中的至少一者上，以使得实质上防止轴承与壳体之间的电流。
Description
技术领域
本发明涉及轴承，更特别涉及用于诸如电动机和发电机等的电气设备的轴承。
背景技术
轴承组件是众所周知的，并且通常包括：内圈、外圈和位于内圈与外圈之间的滚动元件(/滚动体)，或者(包括)具有能够相对滑动的表面的内构件和外构件。在任一情况下，当电流通过轴承时，轴承(的)组成部件可能会发生损坏。为了防止这种电流的流过，轴承圈已设置有绝缘涂层，或者轴承已设置有由非导电材料(诸如陶瓷)形成的滚动元件。
发明内容
一方面，本发明涉及一种能够安装在壳体内的轴承用的绝缘装置，所述轴承具有内圈和外圈以及布置在(这两)圈之间的多个滚动元件，外圈具有外圆周表面和相对的(/相反向的)(opposing)轴向端部。绝缘装置包括大致环形的金属主体，所述主体被构造成与外圈联接，以使得在轴承与壳体分离时安装于轴承。所述主体包括：轴向部分，该轴向部分具有能够绕着外圈的外表面布置的内圆周表面和相对的(/相反向的)(opposing)外圆周表面；和第一径向部分与第二径向部分，每个径向部分能够抵靠外圈的轴向端部中的单独的一者(separate one)布置。至少一个氧化物层形成在主体的轴向部分的内圆周表面和外圆周表面中的至少一者上，以使得实质上防止轴承与壳体之间的电流。
另一方面，本发明涉及一种绝缘轴承组件，其能够绕着轴安装且安装在壳体内，轴或壳体能够绕着中心轴线旋转。轴承组件包括轴承，所述轴承包括内圈和外圈以及布置在这两个圈之间的多个滚动元件，内圈能够安装在轴上，外圈具有外圆周表面和相对的轴向端部。绝缘装置包括大致环形的金属主体，所述主体被构造成与外圈联接，以使得在轴承与壳体分离时安装于轴承。所述主体包括：轴向部分，该轴向部分具有能够绕着外圈的外表面布置的内圆周表面和相对的外圆周表面；和第一径向部分与第二径向部分，每个径向部分能够抵靠外圈的轴向端部中的单独的一者布置。此外，至少一个氧化物层形成在主体的轴向部分的内圆周表面和外圆周表面中的至少一者上，以使得实质上防止轴承与壳体之间的电流。
附图说明
当结合附图阅读时，前述的发明内容以及本发明的优选实施方式的详细说明将被更好地理解。出于阐述本发明的目的，在图解性的图中示出了当前优选的实施方式。然而，应该理解的是，本发明不限于所示出的精确的(/这个/明确的)布置和手段(/机构)(instrumentalities)。在附图中：
图1是包括了根据本发明的第一结构的绝缘装置的绝缘轴承组件的轴向截面图，其被示出安装在轴与壳体之间；
图2是具有第一结构的绝缘装置的绝缘轴承组件的立体图；
图3是第一结构的绝缘装置的轴向截面图；
图4是图3的上部的放大截断图(broken-away view)；
图5是第一结构的绝缘装置的上部的放大截断图；
图6是第一结构的绝缘装置的一部分的极为放大的截断图，示出了第一分段与第二分段之间的间隔和氧化物层堆叠的夸大(/放大)视图；
图7是轴承和绝缘装置的第一分段的上部的截断放大图，绘出了(该)分段绕着轴承的安装；
图8是轴承、绝缘装置的第一分段和绝缘装置的第二分段的上部的截断放大图，绘出了第二分段绕着第一分段的安装；
图9是具有第二结构的绝缘装置的绝缘轴承组件的立体图；
图10是第二结构的绝缘装置的轴向截面图；
图11是图10的上部的放大截断图；
图12是第二结构的绝缘装置的上部的放大截断图；以及
图13是轴承和第二结构的绝缘装置的上部的截断放大图，绘出了该装置绕着轴承的安装。
具体实施方式
某些术语仅出于方便的目的而不是限制性的目的被用在以下说明中。词“内”、“向内”和“外”、“向外”分别指的是朝向和远离所描述的元件的指定中心线或几何中心的方向(具体含义从说明的上下文显而易见)。此外，如本文所使用的，词“连接”和“联接”各自意在包括没有任何其它构件介于中间的两个构件之间的直接连接和有一个或多个其它构件介于中间的构件之间的间接连接。术语包括以上具体提到的词、其衍生词和类似外来词(words of similar import)。
现在详细参照附图，在附图中相同的附图标记始终用于表示相同的元件，在图1-图13中示出了用于轴承12的绝缘装置10，其中轴承12能够安装在壳体(/座)(housing)1内并且能够绕着轴2安装，壳体1或轴2能够绕着中心轴线AC旋转。轴承12分别具有内圈14和外圈16以及具有布置在圈14、16之间的多个滚动元件(/滚动体)18(例如，球、圆柱等)。外圈16具有外圆周表面17和相对的轴向端(部)16a、16b，各轴向端部16a、16b分别具有大致径向延伸的表面19A、19B。绝缘装置10基本上包括：大致环形的金属主体(/金属体)20，其被构造成与轴承外圈16联接，以使得当轴承12与壳体1分离时(金属主体20)安装于轴承12；和至少一个氧化(物)层22，其形成在主体20的表面上，以使得实质上防止了轴承12与壳体1之间的电流(/电流流动)(electrical flow)。如此，绝缘装置10和轴承12形成了电绝缘的轴承组件11，该轴承组件11实质上防止了电流通过轴承12，例如，在轴2与壳体1之间(流过/通过))，同时能够使热量从轴2传导到壳体1，或者反之亦然。
更具体地说，金属主体20优选是相对“薄壁的”并且包括轴向部分24，轴向部分24具有：内圆周表面26，其能够绕着外圈(的)外表面17布置；和相对的外圆周表面28。当轴承12安装在壳体1中时，轴向部分(的)外表面28能够抵靠壳体1的内圆周表面3或布置在壳体1内的组成部件(例如，衬套、套筒、壳体组成部件等)布置。主体20还分别包括第一径向部分30和第二径向部分32，各径向部分能够分别抵靠外圈(的)轴向端部16a、16b中的单独一者布置。如图3和图10所示，各径向部分30、32具有对应的内径向表面31A、33A和对应的外径向表面31B、33B，其中各径向部分(的)内表面31A、33A抵靠轴承(的)外圈16的径向表面19A、19B布置。
此外，一个或多个氧化物层22形成在主体(的)轴向部分24的对应的内圆周表面26和外圆周表面28中的至少一者上，还可以形成在主体(的)径向部分30、32的至少一个或两个径向表面31A、31B上，这正如以下所述。氧化物层22由通过合适的工艺(来)氧化主体20的材料而形成(这如以下进一步详细所述)，因此由主体20的材料的氧化形式(例如，氧化铝)构成。优选的是，金属主体20由铝或铝合金形成，但作为另一种选择可以由镍、钴、钛、锌、不锈钢、前面列出的材料中的任一者的合金形成，或者，尽管不是优选的，但可以是(由)低碳钢或任何其它合适的金属材料(形成)。
此外，氧化物层22优选通过阳极氧化(anodization)形成并且由氧化铝构成，但是可以由前面列出的材料中的任一者的氧化物形成。另外，某些氧化物层22可能需要特殊的涂层或密封剂层以防止剥落(flaking)或对层22造成其它损坏，其可以由诸如为聚四氟乙烯、乙酸镍、乙酸钴等材料形成。此外，作为另一种选择，可以通过任何其它合适的技术形成一个或多个氧化物层22，以用于在金属主体上形成氧化物层，而这取决于具体的(specific)主体材料。
特别参照图3，金属主体12优选是大致薄壁的并且其尺寸被设计成使得与传统的非绝缘轴承相比基本上没有增加用于将绝缘轴承组件11安装在壳体1中的空间要求。具体地说，主体(的)轴向部分24具有在内圆周表面26与外圆周表面28之间限定出的径向厚度tB，径向厚度tB实质上小于外圈16的径向厚度tR。优选的是，主体(的)轴向部分24的尺寸被设计成使得外圈厚度tR与主体厚度tB的比率为至少四(4)，但是当需要“填充”更大的可用孔空间时可以更小。
现在参照两个图2-8，在一个优选结构中，金属主体20形成为至少两个主体分段(segments)的组件21，具体地说，至少第一主体分段42和第二主体分段44，其联接在一起以形成金属主体20。第一主体分段42具有：大致管状的轴向部分46，其具有相对的第一轴向端部和第二轴向端部46a、46b以及内圆周表面和外圆周表面47A、47B；和大致环形的、大致板状的径向部分48，其提供主体(的)第一径向部分30。第一分段(的)轴向部分46具有外径ODF并且能够绕着轴承圈(的)外表面17布置，以使第一分段42与外圈16联接。此外，第一分段(的)径向部分48从管状(的)轴向部分46的第一端部46a径向向内延伸，并且能够抵靠轴承(的)外圈(的)轴向端部中的一者16a或16b布置。
此外，第二主体分段44具有大致管状的轴向部分50，其具有相对的轴向端部50a、50b以及内、外圆周表面51A、51B；和大致环形的、大致板状的径向部分52，其提供主体(的)第二径向部分32。第二分段(的)轴向部分50具有内径IDS，能够绕着第一分段(的)轴向部分46布置，以使第二分段44与第一分段42联接，这两个分段(的)轴向部分46、50形成主体(的)轴向部分24。同样，第二分段(的)径向部分52从管状(的)轴向部分50的第二端部50b径向向内延伸，并且能够抵靠外圈(的)轴向端部中的另一者16b、16a布置。此外，尽管在此描绘和描述为由两个主体分段42、44形成，但是作为另一种选择，主体(的)组件21可以由三个或更多个主体分段(未示出)形成，其中这些分段中的至少两个分段提供主体(的)第一径向部分和第二径向部分30、32。
最佳如图6中所示，对于两件式的主体结构，至少一个氧化物层22至少形成在第一分段(的)轴向部分46的外圆周表面47B上或/和(形成)在第二主体分段(的)轴向部分50的内圆周表面51A上。优选的是，所述至少一个氧化物层22包括形成在第一分段(的)外圆周表面47B上的第一氧化物层60和形成在第二分段(的)内圆周表面51A上的第二氧化物层62。第一主体分段和第二主体分段42、44的尺寸被设计成使得第一氧化物层60以干涉配合与第二氧化物层62接合，该干涉配合优选是轻配合或位置配合(light fit or locational fit)。更具体地说，这两个主体分段42、44的尺寸被设计成使得第二分段(的)内径IDS与第一分段(的)外径ODF之间的差在大约五十微米(50μm)与大约二百五十微米(250μm)的范围内。
在该相对尺寸的情况下，优选的第一氧化物层和第二氧化物层60、62共同地(collectively)形成了氧化物堆叠(oxide stack)64，氧化物堆叠64占据了主体(的)轴向部分46、50之间的环形空间SA(图6)。换言之，每个层60、62的厚度(未示出)优选在大约二十五微米(25μm)与大约一百二十五微米(125μm)之间。氧化物堆叠64的径向厚度tOS实质上大于通过传统的氧化技术(例如阳极氧化等)形成的能够实现为单层的径向厚度。然而，必须注意的是，主体分段42、44的初始尺寸被设计成在形成氧化物层60、62之前，大致“接触”或具有最小的间隔(/间距)，使得在主体20的材料被氧化之后产生期望的轴向堆叠厚度tOS。
此外，通过分别在各分段42、44的表面47B、51A上形成层60、62、然后将分段42、44组装在一起以形成主体20，这两个优选的氧化物层22被主体分段42、44包封(/封入/封装)(encapsulated)。由此，保护了氧化物层60、62免受可能在轴承组件11的安装期间发生的损坏(例如，划痕、磨损等)，所述期间诸如为在孔表面3内压配期间，或/和，在在安装之前的处理组件11期间。这种损坏可能会产生通过轴承组件11的导电路径。然而，作为另一种选择，一个或多个氧化物层22可以形成在第一分段(的)内表面47A上、第二分段(的)外表面51B上、或/和仅(形成)在接合的分段表面中的一者47B或51A上。
此外，在如图1所示的某些应用中，绝缘轴承组件11的轴向侧11a、11b意在用于与壳体1的径向表面4a接触，径向表面4a诸如由以下提供：壳体沉孔(/扩孔)(counterbore)的肩部4(图1)、或布置在壳体1内的组成部件(例如，轴环、螺母、密封件等-均未示出)。在这些应用中，径向(的)氧化物层66优选分别形成在第一分段的径向部分和第二分段的径向部分48、52中的至少一者上，以防止通过径向部分30或32与壳体1接触而导电，这最佳如图5所示。优选的是，一个或多个径向氧化物层66各自形成在分段(的)径向部分48和/或52的内表面31A、33A(即与外圈的轴向端部16a或16b接触的表面)上，以防止在处理和安装轴承组件11期间对层66造成损坏。然而，作为层66形成在分段的径向部分48、52的内表面上的另一种选择或另外地，一个或多个径向氧化物层66可以形成在各分段的径向部分48、52的外表面31B、33B上。
参照图7和图8，为了将绝缘装置10安装到轴承12上，通过将第一分段的轴向部分46在轴承的外表面17上滑过(slide over)，直到第一分段的径向部分48抵靠外圈的第一轴向端部16a定位为止，来将第一主体分段42绕着(about)外圈16安装。第一分段42优选通过轴承圈的外表面17与分段(的)轴向部分(的)内表面47A或形成在内表面47A上的氧化物层(未示出)之间的摩擦而保持在外圈16上。然后，通过将第二分段44的轴向部分50在第一分段42的轴向部分46上滑过，直到第二分段的径向部分52抵靠外圈的第二轴向端部16b定位为止，来将第二分段44安装在第一分段42上。与第一分段42绕着圈16(安装)类似，外部的第二分段44优选通过摩擦接合而绕着内部的第一分段42保持，所述摩擦接合优选为在第一氧化物层与第二氧化物层60、62之间，然而作为另一种选择，在一个分段42、44上的两个分段表面47B、51A或一个层60或62与另一分段44、42的接触表面51A、47B之间。
现在参照图9-图13，在另一优选的结构中，金属主体20是单件式主体23，其仅具有单个轴向部分70(即，不由重叠部分形成)，轴向部分70分别具有相对的轴向端部70a、70b以及内圆周表面和外圆周表面72、74。第一径向部分和第二径向部分30、32中的每一者分别与轴向部分(的)端部70a、70b中的单独一者形成一体。对于这种结构，主体(的)第一径向部分和第二径向部分中的至少一者30或32被构造成绕着轴向部分70的一体连接的端部70a、70b弯曲，以使得抵靠外圈16的一个径向表面19A或19B布置，以使主体20与轴承12联接。
换言之，如图13所示，在金属主体20安装在外圈16上之前，主体(的)径向部分30、32中的至少一者与中心(的)轴向部分70大致共面。为了将主体20安装于轴承12，将共面的径向部分30或32在外圈的外表面17上滑过，直到主体(的)轴向部分70绕着外圈16布置为止。然后，将一个或两个径向部分30、32绕着轴向部分70的一体连接的端部70a、70b弯曲，直到各径向部分30、32分别抵靠圈(的)轴向端部16a、16b中的邻近的轴向端部布置为止。
在一体式的主体结构中，在将主体20安装在轴承12上并将一个或两个径向部分30、32弯曲抵靠外圈(的)轴向端部16a、16b中的一者之前，至少一个氧化物层22优选形成在轴向部分70的内圆周表面72上，并且优选还形成在径向部分30、32的内径向表面31A、33A上。如此，保护了氧化物层22在处理或安装轴承组件11期间免受损坏(例如，划痕等)。然而，作为另一种选择，单件式主体23可以在轴向部分(的)两个圆周表面72、74上具有氧化物层22、仅在外表面74上具有氧化物层22、或/和在主体(的)径向部分30、32中的任一者或两者的内径向表面或外径向表面31A、33A或31B、33B上具有氧化物层22。
本领域技术人员将理解的是，可以在不脱离广泛的发明构思的情况下对上述实施方式进行改变。因此，应该理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，而是意在覆盖如在所附技术方案中总体限定的本发明的精神和范围内的修改。
Claims (10)
1.一种绝缘装置(10)，用于能够安装在壳体(1)内的轴承(12)，所述轴承(12)具有内圈和外圈(14、16)以及布置在所述内圈(14)与所述外圈(16)之间的多个滚动元件(18)，所述外圈(16)具有外圆周表面(17)和相对的轴向端部(16a、16b)，所述绝缘装置(10)包括：
大致环形的金属主体(20)，其被构造成与所述外圈(16)联接，以使得在所述轴承(12)与壳体(1)分离时安装于所述轴承(12)，所述金属主体(20)包括：轴向部分(24)，该轴向部分(24)具有能够绕着所述外圈的外表面(17)布置的内圆周表面(26)和相对的外圆周表面(28)；和第一径向部分和第二径向部分(30、32)，每个径向部分能够抵靠所述外圈的轴向端部(16a、16b)中的单独的一者布置；和
至少一个氧化物层(22、60、62)，其形成在所述金属主体的轴向部分(24)的内圆周表面和外圆周表面(26、28)中的至少一者上，以使得实质上防止所述轴承(12)与所述壳体(1)之间的电流，
所述金属主体(20)包括：
第一主体分段(42)，其具有：大致管状的轴向部分(46)，该轴向部分(46)具有相对的第一轴向端部和第二轴向端部(46a、46b)以及内圆周表面和外圆周表面(47A、47B)，第一主体分段的轴向部分(46)能够绕着所述外圈的外表面(17)布置以使所述第一主体分段(42)与所述外圈(16)联接；和大致环形的径向部分(48)，其提供所述金属主体的第一径向部分(30)，所述第一主体分段的径向部分(48)从所述管状的轴向部分(46)的第一端部(46a)径向向内延伸，并且能够抵靠所述外圈的轴向端部中的一者(16a)布置；和
第二主体分段(44)，其具有：大致管状的轴向部分(50)，该轴向部分(50)具有相对的轴向端部(50a、50b)以及内圆周表面和外圆周表面(51A、51B)，所述第二主体分段的轴向部分(50)能够绕着所述第一主体分段的轴向部分(46)布置以使所述第二主体分段(44)与所述第一主体分段(42)联接，这两个主体分段的轴向部分(42、44)形成所述金属主体的轴向部分(24)；和大致环形的径向部分(52)，其提供所述金属主体的第二径向部分(32)，所述第二主体分段的径向部分(52)从所述第二主体分段的轴向部分(50)的第二端部(50b)径向向内延伸，并且能够抵靠所述外圈的轴向端部中的另一者(16b)布置，
所述至少一个氧化物层包括形成在所述第一主体分段的外圆周表面(47B)上的第一氧化物层(60)和形成在所述第二主体分段的内圆周表面(51A)上的第二氧化物层(62)，所述第一主体分段和所述第二主体分段(42、44)的尺寸被设计成使得所述第一氧化物层(60)以干涉配合与所述第二氧化物层(62)接合。
2.根据权利要求1所述的绝缘装置，其特征在于，所述金属主体的轴向部分(24)具有在所述内圆周表面与所述外圆周表面(26、28)之间限定出的径向厚度(tB)，所述金属主体的径向厚度(tB)实质上小于所述外圈(16)的径向厚度(tR)，使得所述外圈的厚度(tR)与所述金属主体的厚度(tB)之比为至少四。
3.根据权利要求1所述的绝缘装置，其特征在于，所述金属主体的径向部分(30、32)中的每一者具有相对的径向表面(31A、33A)，所述金属主体的径向部分(30、32)中的至少一者包括形成在所述金属主体部分的径向表面(31A、33A)中的一者上的氧化物层(22)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的绝缘装置，其特征在于，所述至少一个氧化物层(22、60、62)形成在所述第一主体分段的轴向部分(46)的外圆周表面(47B)、所述第二主体分段的轴向部分(50)的内圆周表面(51A)、所述第一主体分段的径向部分(48)和所述第二主体分段的径向部分(52)中的至少一者上。
5.根据权利要求4所述的绝缘装置，其特征在于，所述第一主体分段的轴向部分(46)具有外径(ODF)，所述第二主体分段的轴向部分(50)具有内径(IDS)，所述第二主体分段的内径(IDS)与所述第一主体分段的外径(ODF)之间的差在大约50微米与大约250微米的范围内。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的绝缘装置，其特征在于，所述金属主体(20)具有单个轴向部分(70)，所述轴向部分(70)具有相对的轴向端部(70a、70b)，所述第一径向部分和所述第二径向部分(30、32)中的每一者与所述轴向部分的轴向端部(70a、70b)中的单独的一者形成一体。
7.根据权利要求6所述的绝缘装置，其特征在于，所述金属主体的第一径向部分和第二径向部分(30、32)中的至少一者被构造成绕着所述轴向部分(70)的一体连接的端部(70a、70b)弯曲，以使得抵靠所述外圈(16)的一个径向表面(19A、19B)布置，以使所述金属主体(20)与所述轴承(12)联接。
8.根据权利要求7所述的绝缘装置，其特征在于，所述至少一个氧化物层(22)形成在以下中的一者上：轴向部分(70)的内圆周表面(72)、抵靠所述外圈的轴向端部中的一者(16a)弯曲的所述第一径向部分(30)、抵靠所述外圈的另一轴向端部(16b)弯曲的所述第二径向部分(32)。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的绝缘装置，其特征在于，所述金属主体(20)由铝、铝合金、镍、镍合金、钴、钴合金、钛、钛合金、锌、锌合金和不锈钢中的一者形成。
10.一种绝缘轴承组件，能够绕着轴(2)安装且安装在壳体(1)内，所述轴(2)或所述壳体(1)能够绕着中心轴线(AC)旋转，所述轴承组件包括：
轴承(12)，其包括内圈和外圈(14、16)以及布置在所述内圈(14)与所述外圈(16)之间的多个滚动元件(18)，所述内圈(14)能够安装在所述轴(2)上，所述外圈(16)具有外圆周表面(17)和相对的轴向端部(16a、16b)；和
根据前述权利要求中的任一项所述的绝缘装置(10)。
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