CN101385221B - 用于电动旋转电机的机体和定子部分的热机械退耦的装置 - Google Patents

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Abstract

一种被描述用于旋转电机，特别是电动电机的机体(1，2)和定子部分(5，6，7)的热机械退耦的装置。该装置的特征在于，该装置具有至少一个旋转壳体(4)，并且还在于，该装置一方面能够连接到机体(1，2)上，另一方面能够连接到定子部分(5，6，7)上，以致旋转壳体即使在安装的状态下也能在轴向延伸。这样导致居中支承，其是刚性的，预防了定子部分，特别是叠片铁心的横向移动，同时也提供了少许特别对定子部分的热增长的阻碍。

Description

用于电动旋转电机的机体和定子部分的热机械退耦的装置
技术领域
本发明涉及一种用于电动旋转电机的机体和定子部分的热机械退耦的装置、该装置的应用以及适当的旋转电机。
本发明涉及一种定子部分(定子或者定子铁心)被支撑在机壳中的旋转电机，并且因此，其涉及任意种类的电机或发电机。旋转部分，也称为转子，被布置在定子中。
背景技术
当机壳和定子铁心的径向刚度和温度的差很大时，这种定子铁心和机体外壳之间的连接特别有利。
这对灯泡式水轮发电机特别正确，在该灯泡式水轮发电机中，机体通过流水而被冷却，这是正常的冷却，但是，其中定子铁心在运转期间变热。另外，作用在机体外壳上的水压在机体和定子铁心上施加径向负载。温度差和可能的水压产生定子铁心中的切向压缩应变，而能导致定子铁心的机械不稳定性。这可能导致定子铁心的片或者片层的膨胀。巨大的膨胀可损坏发电机的片、线圈和其它部件。
基本上，存在显示非刚性定子位置的技术情况，其可很及时回来。从GB 800613已知一种电动电机，该发电机具有内框架环，其通过弹簧式装置连接到定子铁心框架环上。这些弹簧性装置的精加工(finish)没有公开。但是，仅使用任何类型的类似弹簧式装置将不能确保定子铁心的位置在轴向被充分固定以及保持居中对齐。
小册子DE2852391 A1公开了一种带有两个中空圆柱体的定子机壳，它们彼此绝热。由于这种绝热性能，内中空圆柱体具有与定子铁心大约相同的温度，并且由此使与温度相关的切向压缩应变最小。但是内中空圆柱体必须具有非常坚固的设计，因为其只在其端部被连接，并且必须承受全部的力。
小册子JP 56107767 A公开了一种定子，其包括两个圆柱体，它们通过轴向安装并呈三角形布置的肋彼此连接。定子铁心突出部分在三角形的内部顶点之间固定到圆柱体上，目的是实现较高的径向柔性。
发明内容
本发明的一个任务在于创造一种用于旋转电机的机壳和定子部分(定子)的热机械退耦的装置，利用该装置，可以实现刚性的居中支撑，预防了定子(尤其是定子铁心)的横向位移，同时，特别是仅以次要方式阻碍了定子的热增长(thermal growth)。
该任务通过根据本发明的装置来解决。本发明提供一种用于电动旋转电机的机体和定子部分的热机械退耦的装置，其特征在于，该装置具有至少一个旋转壳体，其中，所述旋转壳体在一端连接到所述机体上，另一端连接到所述定子部分的保持环或者连接到间隔元件上，以致所述旋转壳体在安装的状态下在轴向延伸。
利用根据本发明的旋转壳体产生了热机械退耦，这样彻底减少了定子(例如，定子铁心)中的切向压缩应变。
旋转壳体是薄壁的旋转体，该旋转壳体几何学上说(理想地)是通过母线(曲面)绕着旋转轴(在安装状态下，旋转机械的旋转轴)旋转产生。旋转壳体还可以被设计成多边形，由此由多边形处理得到。
旋转壳体可以是连续的环形(等于整个圆周被闭合)，但是如果仅使用这些环(环形段)的一部分或者多边形的一部分，而省略一些元件，也可以产生类似的效果。
根据本发明的装置可包括仅一个旋转壳体，但是也可以布置几个旋转壳体，并使这些旋转壳体互相连接。
实质上，旋转壳体在其呈环形物的情况下不仅从机体向内或向外径向地(在安装状态下，朝着转子的转动轴)延伸，而且还轴向地(在安装状态，与转子的转动轴平行)延伸。当定子加热并径向扩展时，其将径向地压靠旋转壳体，并且旋转壳体在连接到定子上时将向外受压，由此得到类似的板簧。
旋转壳体因此通常由适当弹性的高强度材料，例如，钢板制成。
旋转壳体还可设置有用于通风的通风口。
如一种容易制造的方案是，旋转壳体可以是圆柱形壳体或者截锥形壳体。圆柱形和截锥形壳体都可通过切面(facet)形状处理得到，一些切面元件可被省略。
当然，旋转壳体的母线可以在一或者几个弯曲处被弯曲。
自然，旋转壳体的母线可以由直线和曲线构成。
还可以将以上描述的几个旋转壳体结合到根据本发明的装置中，例如，将两个同心圆柱形壳体结合到根据本发明的装置中。这些旋转壳体可以利用间隔元件，例如，隔离环在径向彼此隔开。在非常简单的实施例中，间隔元件可具有环形或者多面体形状。它们还可以具有开口。
如果至少一个截锥形壳体被用作旋转壳体，则这些壳体可以通过间隔环彼此连接或者直接彼此连接。
旋转壳体可具有能使冷却介质(例如，空气)流动的开口。
根据本发明的一种电动旋转电机至少包括机体和定子部分，其特征在于，该电机包括如上所述的热机械退耦装置(在最简单的情况下，其是旋转壳体)，该装置一方面连接到机体上，另一方面连接到定子部分的保持环上。
所述机体可具有机体外壳，该机体外壳具有指向内的支撑元件，用于热机械退耦的装置(在最简单的情况下，其是旋转壳体)可被连接到支撑元件上。
所述机体外壳可采用旋转的线的形状或者通过切面实现。机体外壳可设置有通风口。其将用于连接定子的保持装置的负载转移到机座上。
在非常简单的实施例中，支撑元件可以通过环形或者多边形处理得到。支撑元件可具有用于在轴向通风的通风口。
支撑元件的形状取决于现有的几何条件和物理需求，并且可以大致独立于定子而设计。特别是，必须考虑的物理需求有：通风、机械稳定性(即，由于在灯泡式水轮发电机中作用的水压而产生的膨胀)、由于灯泡式水轮发电机中浮力引起的机体的椭圆度、轴向刚度、径向刚度和强度。在任何速度下必须确保尺寸的稳定性。
由于用于热机械退耦的装置(在最简单的情况下，其是旋转壳体)可以直接固定到机体外壳上，所以不是必须需要支撑元件。
定子部分具有保持环，用于热机械退耦的装置(在最简单的情况下，其是旋转壳体)被固定到保持环上。保持环还可是环形或者多边形。
保持环的形状取决于定子铁心的现有几何条件和物理需求，并且如果有需要可被大致独立于机体和支撑元件而设计。其物理需求为：用于通风的通风口、尺寸的稳定性和在运行中可接受的动态特性。
作为特别简单的实施例，保持环可以是环形或者多边形。保持环的径向高度和厚度应该被设计成保证定子铁心的尺寸稳定性(例如，圆度)。为了实现这一点，可以使用没有连接到旋转壳体上的附加保持环。
当使用截锥形壳体作为旋转壳体时，不需要使用支撑元件和/或保持环。
支撑元件和保持环可以相对于彼此轴向交错，但不是必须这样。
如果使用多于两个的支撑元件和/或保持环，则支撑元件和/或保持环之间的间隔在轴向上可以不同。旋转壳体的形状、轴向高度和片厚度在不同的支撑元件和保持环之间可以不同。
定子部分可包括定子铁心，该定子铁心利用其突出部分连接到保持环上。保持环用于容纳定子铁心突出部分并且能够径向隔开旋转壳体。定子铁心突出部分被用作旋转壳体和保持环与定子铁心之间的连接元件。它们还被用作单个定子铁心段的导向件。
用于热机械退耦的装置(在最简单的情况下，其是旋转壳体)在安装状态下可延伸过几个支撑元件和/或保持环。
旋转电机可被设计为发电机，例如，灯泡式水轮发电机。
清楚的是，根据本发明的用于热机械退耦的装置有意安装在电动旋转电机的机体和定子部分之间。
根据本发明的电动电机尤其利于被用作发电机，特别是被用作灯泡式水轮发电机。
附图说明
通过示例并且示意性地使用附图1a、1b和2来表示本发明，下列说明中解释了本发明。
图1a和图1b示出了根据本发明的发电机沿线B-B的剖视图；
图2是本发明的发电机沿图1a中的线A-A的剖视图。
具体实施方式
在图1a和图1b中，环形支撑元件2在机体外壳1的内部固定到发电机上。它们设置有可能的通风口3，用于将冷却介质轴向传送过支撑元件2，以便冷却电动电机，尤其是定子铁心7。旋转壳体4的一端连接到支撑元件2上，另一端连接到保持环5。保持环5连接到轴向布置的定子铁心突出部分6，其承载定子的定子铁心7。转子极9可以围绕转子的旋转轴(未显示)旋转，该轴在附图平面中自上向下竖直延伸。
在图1a上端部分中支撑元件2、旋转壳体4和保持环5的组合在等距离处自身重复，图1a的上端部分与下端部分通过弯曲的横截面分开。同属一个旋转壳体4的保持环5关于相关的支撑元件2轴向偏移2。旋转壳体4包括两个圆柱体壳体元件，它们通过截锥形壳体元件而彼此连接壳体。
在这种情况下，旋转壳体4的直径从支撑元件2开始递减。基本上，旋转壳体4的直径还可以从支撑元件2开始递增。
图1a的下部示出了用于热机械退耦装置的其它不同实施例的例子。在每种情况下仅表示一种装置，然后其将在轴向自身重复。在一个发电机中可以结合不同的实施例。
弯曲的横截面以下的第一个实施例包括以圆柱形壳体形式的旋转壳体10，其连接到支撑元件2和保持环5上，并且轴向偏移。
在其下方，示出的是具有在轴向上相同高度的两个同心圆柱形壳体10的装置，所述两个同心圆柱形壳体10利用两个环形的间隔元件8隔开。保持环5和支撑元件2连接到圆柱形壳体10的中央部分上，并且在轴向上具有相同的高度。在下方的实施例中，仅在靠近圆柱形壳体10的一端设置一个间隔元件8，而保持环5和支撑元件2连接到圆柱形壳体10的另一端上。
在下面接下来的实施例中，两个圆柱形壳体10在轴向的高度不相同，但这里也是保持环5和支撑元件2连接到圆柱形壳体10的一端上，结果，保持环5和支撑元件2彼此轴向偏移。
在最下面的实施例中，在轴向高度不同的两个圆柱形壳体10的位置相反，结果，保持环5和支撑元件2的位置也相反。
图1b还自上而下示出了用于热机械退耦的装置的不同实施例，在每种情况下仅示出一种装置，其装置也可在轴向自身重复。这里，在一个发电机中还可实现几个不同的实施例。
最上方的实施例示出了圆柱形壳体10′，该壳体10′延伸过两个支撑元件2，每个支撑元件2靠近圆柱形壳体10′的一端布置。一个保持环5连接在圆柱形壳体的中央部分上。支撑元件2具有通风口3。
在其下方示出了圆柱形壳体10′，其由两个保持环5和一个支撑元件2支撑。
以下的实施例示出了圆柱形壳体10′，该壳体10′通过三个相互均匀隔开的支撑元件2和两个保持环5保持在适当位置。几个支撑元件和保持环，例如，四个支撑元件2和三个保持环5还可以通过圆柱形壳体彼此连接。
以下示出了相反的情况。两个支撑元件2保持圆柱形壳体10′，该壳体10′还由以相同间隔布置的三个保持环5保持。但是，几个支撑元件和保持环，例如，三个支撑元件2和四个保持环5，还可以通过圆柱形壳体彼此连接。
然后接着的是呈简单的截锥形壳体形状的旋转壳体，该壳体直接安装到机体外壳1和/或定子铁心突出部分6上，而不用保持环，该壳体也具有通风口。
在其下方表示了两种进一步的改变，每种以截锥形壳体作旋转壳体。上面的改变示出了截锥形壳体11，该截锥形壳体11的外侧直接连接到机体外壳1上，其内侧通过保持环5连接到定子铁心突出部分6上。截锥形壳体具有通风口。
在较下方的表示中，截锥形壳体11的外侧连接到支撑元件2上，其内侧直接连接到定子铁心突出部分6上。支撑元件设置有通风口。
在其下方，截锥形壳体11连接到支撑元件2和保持环5上。支撑元件2设置有通风口。
最后，最下方的实施例示出了具有多个弯曲处的旋转壳体14，该旋转壳体14也直接连接到机体外壳1和/或定子铁心突出部分6上。
从图2中可以看到，支撑元件2被布置在机体外壳1的内部，位于在整个圆周上，而且支撑元件2可具有通风口3。旋转壳体4在整个圆周上连续。定子铁心突出部分6以相同的间隔连接到保持环5上。定子铁心7连接到这些部件上。这里没有示出电线圈以及转子极9的旋转轴。
  标号   参考名称列表
  1   机体外壳
  2   支撑元件
  3   通风口
  4   旋转壳体
  5   保持环
  6   定子铁心突出部分
  7   定子铁心
  8   间隔元件
  9   转子极
  10、10’   圆柱形壳体
  11   截锥形壳体
  12   在几个弯曲处弯曲的旋转壳体

Claims (19)

1.一种用于电动旋转电机的机体(1，2)和定子部分(5，6，7)的热机械退耦的装置，其特征在于，该装置具有至少一个旋转壳体(4)，其中，所述旋转壳体(4)在一端连接到所述机体(1，2)上，另一端连接到所述定子部分(5，6，7)的保持环(5)，以致所述旋转壳体在安装的状态下在轴向延伸。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转壳体是圆柱形壳体(10)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转壳体是截锥形壳体(11)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转壳体(4)的母线在一个或者几个弯曲处被弯曲。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其包括选自下列中的一种或多种的旋转壳体的组合：所述旋转壳体是圆柱形壳体(10)；所述旋转壳体是截锥形壳体(11)；以及所述旋转壳体(4)的母线在一个或者几个弯曲处被弯曲。    
6.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，其包括至少两个旋转壳体。
7.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述旋转壳体具有开口。
8.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述旋转壳体是连续的环形。
9.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，所述旋转壳体包括几个环形段。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少两个旋转壳体为圆柱形壳体(10)，所述圆柱形壳体被两个间隔元件(8)径向隔开。
11.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述至少两个旋转壳体为同心的。
12.一种电动旋转电机，其至少包括机体(1，2)和定子部分(5，6，7)，其特征在于，该电机具有根据权利要求1至9之一所述的热机械退耦装置。
13.根据权利要求12所述的旋转电机，其特征在于，所述机体具有机体外壳(1)，该机体外壳(1)带有指向内的支撑元件(2)，所述用于热机械退耦的装置被固定到所述支撑元件(2)上。
14.根据权利要求12或13所述的旋转电机，其特征在于，所述定子部分包括定子铁心(7)，该定子铁心(7)利用定子铁心突出部分(6)连接到所述保持环(5)上。
15.根据权利要求12至13之一所述的旋转电机，其特征在于，所述用于热机械退耦的装置的旋转壳体(10′)在安装状态下在轴向延伸过几个支撑元件(2)和/或保持环(5)。
16.根据权利要求12至13之一所述的旋转电机，其特征在于，该电机被设计为电动电机。
17.根据权利要求16所述的旋转电机，其特征在于，该电机被设计为发电机。
18.一种灯泡式水轮发电机，其特征在于，其设置有根据权利要求17所述的发电机。
19.根据权利要求1至11之一所述的用于热机械退耦的装置的用途，所述装置用于安装在电动旋转电机的机体(1，2)和定子部分(5，6，7)的保持环(5)之间。
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