CN101366164A

CN101366164A - 端罩

Info

Publication number: CN101366164A
Application number: CNA2007800018785A
Authority: CN
Inventors: T·霍罗佩南
Original assignee: ABB Azipod Oy
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2027-01-04
Also published as: FI20060012A; WO2007077303A1; FI118941B; CN101366164B; US8164227B2; US20080290749A1; FI20060012A0; EP1969698A1

Abstract

一种用于电机的铸造端罩，所述端罩(1)支撑轴承，轴承支撑转子，所述端罩在中部设有开口(2)。从罩体中心开始的径向(r)上，设有通过开口(2)限定的内凸缘(5)，中间凸缘(6)连接到内凸缘，外凸缘(8)连接到中间凸缘。所述中间凸缘(6)上设有至少一个基本为波状的加强结构(20)，并且在加强结构(20)内，所述波的波谷(23a、23b)基本在径向(r)上。

Description

端罩

技术领域

本发明的主题涉及一种根据本发明权利要求1前序部分的用于电机的铸造端罩。

背景技术

端罩是很多电机中的标准结构。所述端罩封闭电机框架端部的开口，其中定子穿过该开口安装到框架内。所述端罩还用作支撑转子的轴承的连接基部。它将转子的支撑力传递到电机的框架上。

端罩的这些目的，即保护电机的电子和转动部件以及用作支撑轴承的结构，对它提出了很多功能需求。最重要的功能需求包括端罩的硬度以及微小的轴向空间。而且，端罩的制造成本也要具备竞争力。

端罩最重要的目的是支撑轴承，轴承又支撑转子。转子的刚性支撑实现了增大的临界转速并减小了轴承的振动水平。可通过径向的刚性转子支撑实现转子的刚性支撑。径向支撑的刚度受端罩的径向和转动刚度的影响。后者指的是罩体承受弯曲力矩的能力，由与罩体位于同一平面内的矢量表示并且在没有明显转动的情况下通过轴承传递。

端罩的轴向刚度对于垂直机械而言特别重要，其中转子的全部质量通过端罩被传递到电机的框架上。端罩的轴向刚度还决定性的影响了框架端部的轴向模式的自然频率。该频率又与轴承的振动水平密切相关。

微小的轴向空间需求对端盖而言是很有利的。目的就是相对于为主动元件(定子、绕组、定子连接、和空气绝缘)保留的轴向空间来实现最可能短的轴承跨度。端罩的空间需求可通过测量接触空气绝缘层的轴向平面和轴承的轴向中间平面之间的距离来获取。接触空气绝缘层的平面被确定为处在空气绝缘层完全位于定子侧的位置上(P2/L5)。轴承的轴向中间平面通常是转动和滑动元件的对称平面。端罩的空间需要对于两级刚性轴电机而言特别重要，其中所有临界转速必须保持高于操作转速。

大型电机的端罩通常通过机械加工厚钢板来制造。由于影响价格的最重要因素是钢罩的厚度，因此机械加工的钢罩的实际优点在于其经济效率。然而，具有均匀厚度的钢板的弯曲刚度相对于其重量而言非常差。而且，轴承连接部的局部刚度由端罩的厚度确定。由此，主要通过增大端罩的厚度来改善连接部的常规弯曲刚度和局部刚度。另一方面，增大端罩的厚度将增大原料成本以及电机内端罩的轴向空间需求。

钢罩的弯曲刚度还可以通过加强件来显著增大，例如通过将外部加强件焊接到罩体上。这就引入了端罩生产的新步骤并造成更多支出。而且，在放置加强件时，必须考虑端罩的功能需求以及影响其外观的因素。

发明内容

本发明的目的是生成一种用于支撑轴承的电机的铸造端罩。为了实现该目的，本发明通过权利要求1特征部分所限定的特征来表征。本发明的一些其它优选实施例具有在从属权利要求中所限定的特征。

根据本发明的用于电机的铸造端罩支撑轴承，轴承支撑转子。所述端罩在中部设有开口、从罩体中心径向延伸并由开口限定的内凸缘、连接到内凸缘的中间凸缘和连接到中间凸缘的外凸缘。所述中间凸缘设有至少一贯基本呈波状的加强结构，其中所述波的波谷基本沿径向。

中间凸缘上的波状加强结构为端罩提供了高的整体弯曲刚度。所述波状加强结构由交替的波峰和波谷形成。所述波状加强结构的两侧，前侧及后侧是波状的。在中间凸缘上的加强结构内部，径向结构在中间表面的两侧交替，并且该结构基本上连续。由于材料的主要部分、波峰和波谷远离所谓的弯曲中间表面，因此所述波状加强件相对于其重量是不易弯曲的。在刚度很强的结构内，位于该表面上的平面、波峰和波谷是厚的，垂直壁尽可能的相对薄和垂直。在每种情况下，为了获得对中间凸缘而言最为优选的弯曲刚度，加强结构内的壁厚和/或型高根据需要沿径向变化。

就位于中间凸缘上的波状加强结构内的弯曲刚度而言，波的波峰以等间距设置并且波的波峰和波谷宽度均匀是有利的。波的波谷之间的优选间隔是90°>L>15°。由于例如剪切滞后，波谷之间的过长距离，即过于粗糙的间距，会防止波峰和波谷的有效运行。另一方面，由于具有无效刚度/质量比值的垂向间距，微小间距将不必要的增大端罩的高度。虽然端罩相对于其水平轴线不对称，但是具有恰好能被90°整除的角度间隔是优选的，例如45°和30°。

在轴承或罩体支撑非常强烈的偏离转动对称结构的情况下，优选偏离均匀的间距。波状的局部偏离还可用于产生滑动轴承的油槽、油管、传感器或者它们的安装所用的空间。

端罩的内部和外部凸缘为中间凸缘提供了刚性支撑。来自中间凸缘的弯曲载荷被转换成内部和外部凸缘上的扭转载荷。根据优选实施例，内部和外部凸缘的轴向厚度至少与位于对应接触点上的中间凸缘的厚度均匀。在另一优选实施例中，内部和外部凸缘的径向高度足以承受来自中间凸缘的轴向力的变化，而没有任何明显的局部变形。在又一优选实施例中，内部和外部凸缘的截面积足够大，从而相对于中间凸缘的弯曲刚度来提供凸缘足够的扭转刚度。内部和外部凸缘的面积需求与影响扭转刚度的凸缘的截面形状相关。

端罩的铸造结构以高效成本的方式实现了内部、中间和外部凸缘的规格设置的平衡实施。例如，在通过薄金属板的压缩/成型而制造的罩体的技术方案中，板厚度通常保持相同，例如很难获得内部和外部凸缘要求的刚度。与利用均匀厚度的钢板进行机械加工得到的具有相似刚度的端罩相比，铸造结构实现了材料和加工成本的显著节省。而且，与通过将构件焊接起来而装配的具有相似刚度的结构相比，实现了装配成本的显著节省。

还可以通过形成在面向电机的内凸缘上的突起来增大端罩的刚度，例如加强环。在这种情况下，端罩的内凸缘朝着电机突出。内凸缘上的加强环增大了内凸缘的刚度，并因此对整体弯曲刚度和支架连接部的局部刚度产生了改进效果。例如，它还减小了中心法兰滑动轴承可能导致的端罩的多余局部变形。通过将电机的绕组端的端罩的内表面延伸到由绕组端和空气绝缘间隙确定的限定表面，以高效利用材料的方式改进了弯曲刚度。就滑动轴承而言，朝着电机内部的加强环的延伸是特别有利的。

除了增强外凸缘外，形成在外凸缘上的加强环可用于根据需要增强端罩和电机框架之间的接合。如果面向电机框架的接合侧是柔性的话，采用加强环来改进端罩的刚度是有利的。将加强环设置在与电机相对侧的端罩上为选定端罩和电机框架之间的匹配表面的位置提供了几种选择，并且减小了位于电机侧的端罩的空间需求。

如果开口需要构造在端罩上的话，为了不损害罩体的刚度性能，优选减小开口的尺寸和数量。如果开口靠近罩体的中间表面设置的话，这样开口就会带来最少的不利因素。特别是，将远离中间凸缘的中间表面设置的开口的切向宽度保持的尽可能小。

根据本发明的端罩与其刚度相比是轻质的。可通过改变波状加强结构的材料厚度以及沿径向选择不同的型高，来优化端罩的重量和刚度之间的关系。而且，优选作为整体结构的一部分来优化内部和外部凸缘。端罩轻的重量产生低的材料消耗。

在本发明的一实施例中，通过将轴承朝着电机的内部移动，减小了端罩的轴向空间需求。与主动构件可获得的轴向空间相比，这种嵌入特别减小了电机的轴承跨度。而且，嵌入可减小由来自转子的径向力所导致的施加在罩体上的弯曲力矩，所述力矩是由代表端罩中间表面的中间平面与轴承的中间表面之间的轴向间距所引发的。在这方面，就滑动轴承而言，由于滑动轴承的中间平面偏离轴承连接表面，嵌入是特别优选的。如果短的轴承跨度是至关紧要的目的的话，例如“刚性轴”机械，相对于罩体的中间平面，轴承的中间平面可设置在电机侧。由于润滑剂确保了来自轴承的热量的传递，因此对于带有强制供给润滑剂的滑动轴承而言将轴承嵌入到罩体内是特别优选的。对其它滑动和转动轴承而言，嵌入也会带来优势。最佳的技术方案必须至少考虑热量传递要求、以及改变轴承跨度所引发的优点和缺点。

所述端罩适用于很多不同的电机和电机方案。对于特定类型的机械，刚性轻质的罩体具有特别的优势，例如：垂直安装的电机，其中轴线是垂直的，端罩承受沿轴向的转子的整体质量；刚性轴机械，其中，临界转速必须保持高于运行速度；变速驱动器，其中电机端的轴向频率必须保持在实际的激发频率范围之外；风力发电机，其中以轴承旁通频率发生的罩体振动受到控制。

附图说明

下文中将通过参照所涉及的附图、在特定实施例的帮助下对本发明做更为详细的描述。

图1a)和1b)显示了波状加强结构；

图2显示了端罩内的波状加强结构的横剖视图；

图3显示了端罩内的另一种波状加强结构的横剖视图；

图4a)和4b)显示了用于中心法兰滑动轴承的端罩和其剖视图；

图5a)和5b)显示了用于侧部法兰滑动轴承的端罩和其剖视图；

图6显示了用于滚动轴承的端罩的剖视图；

图7a)和7b)显示了端罩，其中的波状加强结构具有两部分，并且所述端罩适用于侧部法兰滑动轴承。

具体实施方式

图1a)和1b)显示了波状加强结构。所述波状加强结构20由波峰21a、21b以及波谷23a、23b形成。该加强结构的型高h是波谷23a的底面与波峰21a的顶面之间的垂直距离。由于材料的主要部分波峰21a、21b和波谷23a、23b远离中间表面24，因此波状加强件相对于其重量而言不易弯曲。在具有有利的刚度/重量比的结构中，波峰21a和波谷23a厚度为S₁、S₂，并具有相同宽度a₁、a₂，垂直壁22相对薄，为S₃，并且沿轴向尽可能垂直。在图1a)中，波状加强结构的平面部分：波峰21a和波谷23a在中间平面24的两侧交替。在图1b)中，波状加强结构的峰值：波峰21b和波谷23b在中间平面24的两侧交替。所述波的波谷之间的优选间隔为90°>L>15°。

图2和3显示了位于端罩内的中间凸缘6上的波状加强结构的剖视图。在图2中，在轴向改变所述加强结构的壁厚度，由此靠近外部凸缘8的壁厚S₅小于靠近内部凸缘5的壁厚S₄。

在图3中，已将沿轴向改变了位于中间凸缘6上的加强结构的型高，由此靠近外部凸缘8的型高h₂小于靠近内部凸缘5的部凸缘8的型高h₁。这使得中间凸缘的刚度朝着内部凸缘增大。

图4a)和4b)显示了用于中心法兰滑动轴承的铸造端罩的基本结构。在端罩1的中部设有用于转子轴的开口2。开口2是不完全的圆形。开口2可被与转子轴线12水平相对的线划分成上部和下部。开口2的下部是半圆形。转子轴线12到开口2的底边r₁的径向距离小于到开口顶边r₂的距离。就中心法兰滑动轴承而言，该轴承仅下半部固定到端罩上，所述下半部通过螺钉固定件36固定到开口2下部的连接表面3上。由于螺钉固定件36和嵌置滑动轴承的油槽对空间的需求，因此开口2下部的表面3要比上部的大。为了安装，开口2内要保留更多的空间，这使得开口2的上半部呈椭圆形。开口2相对于与转子轴线12相对的垂线对称。

在从位于转子轴线12上的罩体中心开始的径向r上，端罩被划分成由开口2限定的内凸缘5、中间凸缘6和外凸缘8。内部凸缘5通过中间凸缘6限定，中间凸缘6由外凸缘8限定，由此所述凸缘形成了标准件。在由交替的波峰21和波谷23构成的中间凸缘6上设有波状加强结构。该结构形成在中间凸缘6的整个长度上。波谷23和波峰21径向基本连续；换句话说，例如为了运送冷却空气，没有洞或开口被构造在所述波谷和波峰上。波谷23和波峰21内的实体洞或开口通过减小端罩的刚度来减小端罩的有效性。将制造滑动轴承的油槽、油管或它们的安装所用空间的任意局部偏差保持微小化是十分有利的。

在加强结构内部，凹槽7从内凸缘5向外凸缘8延伸，其对弯曲刚度而言非常有效。中间凸缘6是由具有恒定半径高度f的凹槽7形成的环。凹槽7的波谷23位于径向r上。所述凹槽7以相同间距设置。就弯曲刚度而言，凹槽的相同间距是最佳替换方式。凹槽7的轴向间隔L是45°。除了短的平直部10设置在端罩1的下缘外，端罩1的外缘9是圆形的。该端罩延伸到所述机械的底边，并避开位于平直部10位置处的底面。

图4b)显示了用于中心法兰滑动轴承的端罩的剖视图。端罩1在中间设置带有中心法兰滑动轴承30的开口2，转子轴4安装到所述轴承上。通过以沿轴向更接近电机35的方式嵌入轴承连接表面3，从而朝着电机35移动所述轴承。所述嵌入减小了电机的从轴承中间表面37开始测量的轴承跨度。在绕组端部位置处，端罩的内表面延伸到由绕组端部和空气绝缘间隙确定的表面32。端罩的内凸缘5朝着位于其内部铸造的突起位置处的电机突出，加强环31形成高圆柱表面。内凸缘5容纳并平衡来自中间凸缘、波状区域的弯曲载荷。内凸缘5(无加强环31)的径向高度b小于开口2的厚度。

中间凸缘6设置带有凹槽7的波状加强结构。中间凸缘6的径向高度f大于内凸缘5的径向高度b与外凸缘8的径向高度e之和：f>b+e。

在电机的相对侧的外凸缘8上设有加强环33。如果电机的框架是柔性的，则采用加强环33来增强端罩的刚度是有利的。外凸缘上的轴向厚度补偿电机35的框架的柔性。外凸缘8的径向高度e小于外凸缘8的轴向厚度。将加强环33放置在与电机相对一侧的端罩1上为选定端罩1和电机35的框架之间的匹配表面的位置提供了几种选择，并减小了位于电机35一侧的端罩1的空间需求。外凸缘设有用于固定到电机框架的螺钉的孔34。

图5a)和5b)显示了用于侧部法兰滑动轴承的端罩及其剖视图。在端罩40的中部设有用于转子轴的开口2。所述开口2是圆形，其直径是D₁。由于侧部法兰滑动轴承42的油槽的嵌入和形状，它所要求的位于与转子轴线12水平相交的平面以下的端罩40的一半内的连接表面3基本上要比位于它上面的另一半内的大。在这种情况下，中间凸缘6的径向高度f沿轴向变化。与上半部相比，下半部内的中间凸缘6的径向高度f要稍小，与其它凹槽7相比，位于端罩40下半部内的凹槽41在径向要稍浅。

图6显示了用于转动轴承的端罩的剖视图。端罩5相对于与转子轴线12相对的水平线对称，并且仅示出上部。通过与轴承连接表面3相对地轴向嵌入来安装转动轴承51。

图7a)和7b)显示了端罩及其剖视图，其中形成在中间凸缘上的波状加强结构沿径向具有两部分。端罩适用于侧部法兰滑动轴承。在端罩60的中部设有用于转子轴的圆形开口2。在中间凸缘6上设有加强环61，将波状加强结构沿径向划分成两部分。由于侧部法兰滑动轴承及其油槽所需要的连接表面3的形状，保持在加强环61和内凸缘61之间的加强结构的径向高度f₁沿周向变化。位于与转子轴线12水平相交的线以下的端罩60的一半内没有以等间距设置的凹槽62。而且，由于具有加强结构的波形的局部偏离，因此在与转子线12垂直相交的线的位置处的加强环61和内凸缘5之间没有设置凹槽62。

保持在加强环61和外凸缘8之间的加强结构的径向高度f₂是恒定的。凹槽63以等间距设置在中间凸缘6上。凹槽62和63内的波谷基本沿径向。

当电机的轴高度是63cm时，根据本发明的优选尺寸的端罩具有下述尺寸：外凸缘8的径向高度e是2-6cm；外凸缘8的周向厚度d是3-9cm；中间凸缘6的径向高度f是22-37cm；内凸缘5的径向高度b是2-5cm；开口2的厚度c是8-15cm。所述限定的尺寸是示例性的，根据本发明的铸造端罩也可在具有更小或更大轴高度的电机中运行。

上文在特定实施例的帮助下对本发明做了描述。然而，所做的描述不能认定为对本发明范围的限定；本发明的实施例可在下述权利要求的范围内变化。

部件清单：1 端罩；2 开口；3 连接表面；4 转子轴；5 内凸缘；6 中间凸缘；7 凹槽；8 外凸缘；9 外缘；10 平直部；12 转子轴线；20 波状加强结构；21a、21b 波峰；22 垂直壁；23a、23b 波谷；24 中间表面；30 中间法兰滑动轴承；31 加强环；32 空气绝缘表面；33 加强环；34 螺钉固定件；35 电机；36 螺钉固定件；37 轴承轴向中间平面；40 端罩；41 凹槽；42 侧部法兰滑动轴承；50 端罩；51 转动轴承；60 端罩；61 加强环；62、63 凹槽；a₁、a₂ 宽度；b高度；c、d 厚度；D₁ 直径；e、f、f₁、f₂ 高度；h、h₁、h₂ 型高；L 间距；r 径向；r₁、r₂ 径向距离；s₁、s₂、s₃、s₄、s₅ 壁厚

Claims

1.一种用于电机的铸造端罩，所述端罩(1)支撑轴承，轴承支撑转子，所述端罩在中部设有开口(2)，在从罩体中心开始的径向(r)上，内凸缘(5)通过开口(2)限定，中间凸缘(6)连接到内凸缘，外凸缘(8)连接到中间凸缘；其特征在于：在中间凸缘(6)上设有至少一个基本为波状的加强结构(20)，加强结构(20)内的所述波的波谷(23a、23b)基本在径向(r)上。

2.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述波的波谷(23a、23b)以均匀间距设置。

3.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述波的波谷(23a、23b)和波峰(21a、21b)具有相同的宽度(a₁、a₂)。

4.根据权利要求2的端罩，其特征在于：波的波谷(23a、23b)之间的轴向间隔(L)是90°>L>15°。

5.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述波状加强结构(20)的波峰(21a、21b)和波谷(23a、23b)的壁厚(s₁、s₂)大于垂直壁(22)的厚度(s₃)。

6.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述波状加强结构(20)的壁厚(s₄、s₅)和/或型高(h₁、h₂)沿径向(r)变化。

7.根据权利要求1的端罩，其特征在于：沿径向(r)在中间凸缘(6)上设有两个基本为波状的加强结构(20)。

8.根据权利要求1的端罩，其特征在于：内凸缘(5、31)沿轴向朝着电机(35)突出。

9.根据权利要求1的端罩，其特征在于：在外凸缘(8)上设有加强环(33)。

10.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述电机(35)是两级刚性轴电机。

11.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述电机(35)是风力发电机。

12.根据权利要求1的端罩，其特征在于：所述电机(35)是垂直安装的电机，其中轴线(12)是垂向的。