CN100585984C - 定子中的支撑 - Google Patents

Abstract

本发明包括一种具有由板形成的定子(10)的电机，所述定子(10)具有外表面(11)和在轴向(2)上的第一和第二末端(12)，并且所述定子支撑在所述电机的框架(1)上。定子(10)通过所述外表面(11)上的材料颈部(21a-f，31a-d，40a-d)而被支撑在定子的两端。在定子两端的颈部(40a-d)的数量是偶数。定子(10)具有垂直于轴向(2)的垂直对称轴线(7)和垂直于轴向(2)的水平对称轴线(8)，并且所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)相对于至少其中一条对称轴线(7，8)是对称地定位的。

Description

定子中的支撑

技术领域

本发明涉及用于支撑电机定子的装置。

背景技术

磁通的基波在电机的转子和定子之间的气隙中产生了旋转力场。这种谐波力场的空间波长是360/2p度，其中p是磁极对的数目。旋转力波是电机操作所需要的一部分，并且基本上不能被减小。另一方面，力波的范围很大，甚至会使很厚的定子背部发生变形。尽管定子组件在垂直于轴的平面上的弹性接近钢的相应值，但是，这种情况也会发生。另一方面，定子的变形具有准静态的性质，因为对应于力波特征形式的频率，例如400Hz，其明显高于激发频率，例如100Hz。激发频率是供给频率的二倍。

大型电机的框架结构通常是盒状的。框架结构相对于包含轴线的垂直平面和垂直于穿过中间点的轴线剖面通常是相对称的。然而，电动机相对于包含轴线的水平面通常是不对称的。在这种结构中，存在于定子中的旋转的变形波由于结构和支撑的不对称而在框架结构中产生振动。这些变形表现为例如轴承振动。

定子通常包括薄板，其利用例如后轴和焊接而连接在一起。定子最外面的部分形成了定子背部，并且在定子内部具有放置绕组的凹槽。通过使定子背部变厚，或者通过利用外部加强定子的强化结构，可减少定子的变形。然而，这将增加制造阶段的级数，生产成本，机器重量和其空间要求。

解决这个问题的另一方法是使定子和框架隔离。隔离的目的是减少传递到框架上的定子变形，以及后续发生的轴承振动。一种用于构造机器的普遍方法是以柔性的方式将振动源悬起来。就定子而言，这受到了定子支撑装置必须能够承受各种情形下的准静态和动态载荷的阻碍。这类负载包括重力、额定转矩和短路转矩。此外，定子部件和其悬架对整个电动机的特征频率和振动性能具有极大的影响。

在两倍于供给频率下的振动问题在大型双磁极异步电机中特别显著。更高磁极数量缩短了力场的空间波长，这就减少了定子的变形。

发明内容

本发明的目的是创造一种以制造技术方面有利的方式而用于减少电机中的框架和轴承振动的装置。

根据本发明，定子支撑并固定在定子组件的末端。这种支撑通过位于定子的外圆周上且具有最小可能周向宽度的材料的周向狭窄的颈部(neck)来实现。同定子轴向长度比较而言，颈部至定子轴向的长度较短。在定子组件末端的颈部数量是偶数。定子具有垂直于轴向的垂直对称轴线和垂直于轴向的水平对称轴线。材料的颈部相对于至少一个对称轴线是对称定位的，或者颈部可相对于这两条对称轴线对称地定位。在优选的解决方案中，颈部定位成靠近垂直于轴向的垂直轴线和垂直于轴向的水平轴线附近。这种支撑装置通过利用框架结构的自然属性而将定子与框架隔离开。此外，支撑装置消除了将旋转的定子变形波传递到框架的水平振动中。

一种特别优选的解决方案包括四个位于定子组件末端的材料颈部，该颈部定位在垂直于轴向的垂直轴线和垂直于轴向的水平轴线上。

本发明并不致力于防止由于力场所造成的椭圆形运动。在根据本发明的解决方案中，由于对称和柔性的连接，因而只有少量的振动能量从定子传递到电机的框架上。

根据本发明的解决方案极大地减小了由于电机的基波磁通而造成的框架和轴承的振动。本发明特别改进了在大型双磁极电机中的二阶振动的控制。本发明还可用于减少起源于定子中的更高频率的脉冲被传递到框架上而变成可听得到的噪音。根据本发明的解决方案并不局限于双磁极电机；其还适合于带更多磁极的异步或同步电机。

就制造技术而言，优选具有带四个材料颈部的支撑装置。特别优选的解决方案可通过将四个材料颈部连接在定子端板和中间壁之间来实现。在颈部之间最初被加工成圆形形状的任一表面都可制得更薄。所需要的厚度减少是很小的，例如0.1至2mm。这对于结构刚度并不具有任何显著的影响。具体地说，中间壁的横向刚性仍保持没有变化。此外，狭窄的凹槽并不会造成冷却空气任何显著的穿通流量，否则这将需要堵塞该凹槽。在根据本发明的解决方案中，定子定位是简单的，因为连接表面是同心的。颈部的周向宽度和轴向长度由定子传递到电机框架上的极限负载来确定。从定子中心至周边看去的颈部的合适周向宽度是4°-20°，优选为5°-10°。在其中在颈部成形于中间壁上的一个实施例中，就制造技术而言，优选将颈部至轴向的长度尺寸制成与中间壁的厚度相等。在一个实施例中，在颈部是连接在中间壁或端板上的元件的情况下，将颈部的尺寸设置成比中间壁的厚度更长是有效的；例如，颈部的长度是中间壁或端板的厚度的1至6倍。

本发明中所述的结构就准静态负载方面而言是优选的。当材料的颈部定位在垂直于轴向的垂直轴线和垂直于轴向的水平轴线附近时，它们也靠近框架的侧壁，底板和顶板。结果，在这些板的平面上的连接点的支撑是刚性的。当定子在两端受到四个狭窄的材料颈部的支撑时，可概括地说定子支撑在八个轴向刚性点以及四个垂直和水平的刚性点上。所有这八个连接点在径向方向上本来就是柔性的。如果有必要，通过在如上所规定的支撑点的固有刚性方向进行加强，还可进一步局部地改进这种连接。还可减小径向方向上的刚性。在径向方向上特别优选的解决方案是对框架的径向柔性支撑，所述框架在径向方向上是尽可能刚性的。

当根据本发明的解决方案通过两个位于定子组件末端上的材料颈部来实现时，优选将颈部定位在垂直于轴向的水平轴线与定子的外表面及定子末端的交点上。在这种情况下，颈部相对于垂直于轴向的垂直对称轴线是对称定位的。

在利用六个材料颈部来实现的解决方案中，优选将两个颈部定位在垂直于轴向的水平轴线与定子的外表面以及定子末端的交点上，或者定位在垂直于轴向的垂直轴线与定子的外表面及定子末端的交点上。其余四个颈部定位在定子的外表面与定子末端的交点上，使得所有六个颈部彼此对称。

在利用八个颈部的解决方案中，优选将四个颈部定位在垂直于轴向的水平轴线与定子的外表面以及定子末端的交点上，使得这些颈部相互靠近地定位在交点的两边。剩余四个颈部定位在垂直于轴向的垂直轴线和定子的外表面以及定子末端的交点上，使得这些颈部相互靠近地定位在交点的两侧。在这种情况下，颈部相对于垂直于轴向的垂直对称轴线和垂直于轴向的水平对称轴线而对称地定位。

本发明中所述的结构通过颈部而接受定子上的转矩所强加的负载，并将负载通过顶板，侧壁，底板和框架固定件而传递到底座上。

附图说明

下面将参照附图并借助于一些实施例来更详细地描述本发明。

图1显示了框架结构和座标系统

图2显示了现有技术的框架变形

图3显示了框架变形

图4显示了定子支撑的侧视图

图5显示了中间壁上的支撑

图6显示了止推环上的支撑

图7显示了利用单独支撑部件的支撑

具体实施方式

图1中显示了电机的框架结构1和适用的座标系统(xyz)。框架被假定为一种盒状结构。框架结构相对于包含轴线2的垂直平面(yz平面)以及垂直于轴线2的剖面(xy平面)是相对称的，其中轴线2包含中间点。电动机及其支撑装置相对于包含轴线2的水平面(xz平面)是不对称的。

在双磁极电机中，力场使定子变形，并使其变成椭圆形。图2显示了根据现有技术的、由旋转的椭圆形波强加于框架1上的变形。简单地说，旋转的定子变形椭圆将框架1弯曲成菱形形状，并且造成重力中心的水平的净运动。

图3显示了在根据本发明的支撑下的框架变形。颈部40a-d的数量是四个。本发明并不致力于防止由于力场所造成的定子组件的椭圆形变形。在根据本发明的解决方案中，对称和柔性的连接而只有少量的振动能量从定子传递到电机的框架1上。这意味着旋转的变形波并不会被传递到框架1的水平振动上。

图2和3着重显示了由力场造成的框架变形。

图4显示了本发明的一个实施例。在图4中，定子10定位在机器的框架1的内部。定子10在定子的两端12处利用狭窄的材料颈部21a，21c，21e，21f(图中没有显示剩余的四个颈部)而被支撑在止推环30和中间壁20的位置。中间壁20支撑在框架1上。同心加工的颈部将定子10相对于框架1进行径向定位。颈部21a，21c，21e，21f是中间壁20的一部分。通过例如卷边或冷缩配合，可在定子10和框架的中间壁20之间产生受控接触。

在图5所示的实施例中，方形的中间壁20具有位于中央的圆形开口24，四个颈部21a，21b，21c，21d将定子支撑在开口的内表面上。颈部具有基本相等的尺寸和形状。第一颈部21a定位在中间壁的侧边25a的中点，第二颈部21b位于侧边25b的中点，颈部21c位于侧边25c的中点，第四颈部21d位于侧边25d的中点。这些颈部21a-d的位置靠近框架的侧壁3，底板4和顶板5。因而颈部21a-d的支撑在这些板的平面上是刚性的。转矩通过颈部21a-d，中间壁20，顶板5，底板4，侧壁3和框架固定件而被传递到底座6上。在图纸中用虚线标记了外表面11。

颈部的侧边长度或凸起部分23例如为0.5mm，它与开口24的例如1000mm的直径L相比而言是非常小的。颈部的底部22的宽度为80mm，它与开口24的例如1000mm的直径L相比而言是较小的。颈部的轴向长度与中间壁的厚度是相同的，例如为20-40mm。

颈部相对于垂直于轴向的垂直对称轴线7是对称定位的。颈部相对于垂直于轴向的水平对称轴线8也是对称定位的。

图6中显示了本发明的一个实施例。图6显示了形成了定子端板的止推环。在止推环30上加工了四个材料颈部31a，31b，31c，31d。颈部具有基本相等的尺寸和形状。颈部31a-31d彼此对称地定位在止推环的外圆周34上。颈部31a-31d相对于垂直于轴向的垂直对称轴线7是对称定位的。颈部31a-31d相对于垂直于轴向的水平对称轴线8也是对称定位的。

颈部的边长或凸出部分33同止推环的直径D相比而言是非常小的。颈部的底部32的宽度同止推环的直径D相比而言是较小的。

图7中显示了本发明的另一实施例。在图7中，在定子末端12处有四个颈部40a，40b，40c，40d。颈部40a-d具有基本相等的尺寸和形状。颈部40a-d是连接在中间壁20上的楔形元件。颈部40a-d定位在垂直于轴向2的垂直轴线41与定子的外表面11以及定子末端12的交点上，以及定位在垂直于轴向2的水平轴线42、定子的外表面11及定子末端12的交点上。

图4到图7中所示的颈部的尺寸与图示其余部分是未按比例绘制的，而是出于清晰起见进行了着重显示。

上面已经借助于某些实施例描述了本发明。然而，这些描述并不应该被认为是限制专利保护的范围；本发明的实施例可在所附权利要求的范围内变化。

标号列表：

1框架；2轴线；3框架的侧壁；4框架的底板；5框架的顶板；6底座；7垂直对称轴线；8水平对称轴线；10定子；11定子的外表面；12定子的末端；20中间壁；21a，21b，21c，21d，21e，21f颈部；22颈部的底部；23颈部的侧边；24开口；25a，25b，25c，25d中间壁的侧边；30止推环；31a，31b，31c，31d颈部；32颈部的底部；33颈部的侧边；34止推环的外圆周；40a，40b，40c，40d颈部；41垂直轴线；42水平轴线。

D止推环的直径；L中间壁中的开口的直径。

Claims (8)

1.一种具有由板形成的定子(10)的电机，所述定子(10)具有外表面(11)和在轴向(2)上的第一和第二末端(12)，并且所述定子被支撑在所述电机的框架(1)上，所述电机相对于包含轴线的水平面是不对称的，其特征在于，所述定子(10)通过材料颈部(21a-f，31a-d，40a-d)而在所述定子的两端(12)的所述外表面(11)处受到支撑，在所述定子两端(12)处的所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)的数量是偶数，所述定子(10)具有垂直于所述轴向(2)的垂直对称轴线(7)和垂直于所述轴向(2)的水平对称轴线(8)，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)相对于其中至少一条所述对称轴线(7，8)对称地定位。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)定位在垂直于所述轴向(2)的垂直轴线(41)和所述定子的外表面(11)以及所述第一和第二末端(12)的交点上，或者定位在垂直于所述轴向(2)的水平轴线(42)、所述定子的外表面(11)以及所述第一和第二末端(12)的交点上。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)定位在垂直于所述轴向(2)的垂直轴线(41)、所述定子的外表面(11)以及所述第一和第二末端(12)的交点上，并且定位在垂直于所述轴向(2)的水平轴线(42)、所述定子的外表面(11)以及所述第一和第二末端(12)的交点上。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)是狭窄的。

5.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)在轴向上是短的。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子(10)在所述定子(10)的两端处支撑在中间壁(20)上，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)形成于所述中间壁(20)上，所述中间壁(20)连接在所述电机的框架(1)上。

7.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述定子(10)在所述定子(10)的两端处支撑在端板(30)上，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)形成于端板(30)上，所述端板(30)连接在所述定子(10)上。

8.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述颈部(21a-f，31a-d，40a-d)连接在中间壁(20)或端板(30)上，所述中间壁(20)连接在所述电机的框架(1)上，所述端板(30)连接在所述定子(10)上。

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