CN104838157A - 具有改善轴承润滑的旋转电机及其相关方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机包括：外壳体；驱动轴，其以可旋转的方式安装在所述外壳体内；轴承，其相对于所述外壳体支撑所述驱动轴，其中，所述外壳体包括面对所述轴承的支撑表面，所述轴承包括面对所述支撑表面的轴承表面，并且进一步其中，限定在所述支撑表面和所述轴承表面之间的区域具有润滑层；以及润滑流动路径，其构造为将润滑剂引导至所述轴承，其中，所述润滑流动路径与所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域流体连通以便补充所述润滑层。还公开了一种润滑用于旋转电机的轴承的方法。所述旋转电机可以是用于风轮机的发电机。

Description

具有改善轴承润滑的旋转电机及其相关方法

技术领域

本发明总体涉及一种旋转电机，诸如用于风轮机的发电机，电机的轴承具有改善的润滑，还涉及用于操作旋转电机的方法以便具有改善的轴承润滑。

背景技术

风轮机被用于使用可再生资源产生电能而无需燃烧化石燃料。通常，风轮机将来自风中的动能转换为机械能，随后转换机械能为电能。水平轴风轮机包括塔架、位于塔架的顶点处的机舱以及支撑在机舱中的转子。转子联接发电机用于将叶片的动能转换为电能。

用于风轮机的发电机是相对大且重的旋转电机，所述旋转电机具有：外壳体；驱动轴，其可旋转地安装在外壳体内；以及定子组件和转子组件，它们也定位在外壳体内。外壳体可以包括大致柱形外侧壁，该外侧壁在每个端部用端罩封闭。驱动轴直接或者通过例如齿轮箱操作联接至风轮机转子，使得转子的旋转引起发电机驱动轴的旋转。在常规发电机的构造中，定子组件联接至外壳体从而是静止的，转子组件操作联接至驱动轴以便随着驱动轴的旋转而旋转。定子和转子组件之间的相对旋转产生电力。

驱动轴通过一对轴承被支撑在发电机壳体中，一对轴承典型地在发电机的相应端部处并且定位成邻近端罩。轴承构造为限制驱动轴(因而限制转子组件)的移动，使其无法进行轴向推动、径向位移以及倾斜(例如，6个自由度中的5个)。本质上，轴承将驱动轴约束到它们力图提供的单个自由度，即旋转，而没有显著损失或者过热。其中一个轴承典型地轴向固定至壳体以便限制在轴向加载下的移动。这被称为固定轴承。但是，另一轴承不是轴向固定的，而是允许相对于壳体进行有限量的轴向位移。该轴承被称为浮动轴承并且设置成防止发电机的移动部件(例如，驱动轴)被发电机的用于这些移动部件的静止支撑系统(例如，发电机壳体)过度约束。

在这方面，举个例子，发电机的移动和静止部件典型地在不同的温度操作，并且由具有不同热膨胀系数的不同材料制成。因此，移动和静止部件可以受到不同的热膨胀/收缩量。如果发电机壳体或者其它关联的支撑件过度约束驱动轴，诸如通过轴向固定两个轴承，那么发电机的热膨胀/收缩会被限制，从而导致大的轴向、径向以及倾斜力被施加在轴承上。这反过来导致过度振动、过度升温并且最终导致过早的轴承失效，因而导致频繁而昂贵的更换。正如从上文注意到的，为了避免过度约束驱动轴，轴承中的一个构造为浮动轴承，使得经由浮动轴承的有限量的轴向移动，可以很容易适应例如热膨胀/收缩效应。配置轴承中的一个为浮动轴承可延长轴承的工作寿命，从而降低维修成本并且提高工作时间。

尽管浮动轴承适用于其期望目的，但是在用于风轮机的当前发电机中实施浮动轴承存在一些缺陷。在这方面，浮动轴承可以构造为滚动元件轴承，例如，该滚动元件轴承具有：内圈，其联接至驱动轴并且可与驱动轴一起旋转；外圈，其以允许轴向移动的方式联接至静止壳体；以及布置在内圈和外圈之间的滚动元件，诸如球轴承或者辊。尤其，浮动轴承定位成邻近端罩，使得外圈的外周和端罩的内周之间存在轻微的过盈配合。外圈的外周和端罩的内周之间的该区域在浮动轴承设计中是关键的，并且会对公差和间隙敏感。例如，如果间隙太紧，由于例如热膨胀/收缩，轴承会变得被锁定。另一方面，过度的间隙会允许轴承在锁定位置倾斜或者翘起或者使发电机受到过度振动。

当组装发电机时，在外圈的外周和端罩的内周之间的该关键区域中大体布置一层润滑剂。如上文讨论的，在发电机的操作期间该润滑层有利于浮动轴承的轴向移动。但是，随着发电机的延长使用，该润滑层可能会分解，从轴承和端罩之间的空间被刮下或者滴落。不幸地是，当前发电机设计未提供用于在该区域中补充润滑层的机构或者设施。因而，随着润滑层的损失或者减少，轴承和端罩之间的相对移动会受到限制。在一些情形下，浮动轴承会被堵塞、翘起或者以其它方式被锁定，使丧失其轴向移动能力。在该情况下，浮动轴承的操作类似固定轴承。因为这两个轴承现在都是轴向固定的，所以驱动轴会被发电机壳体过度约束，从而潜在地导致一个或者这两个轴承过早失效。

因此，需要提供一种可提供改善的轴承润滑的用于风轮机的发电机。尤其，需要一种发电机，其提供了对浮动轴承和壳体之间的区域补充润滑层，从而在使用期间向浮动轴承提供持续的轴向位移。还需要一种风轮机，其具有的发电机具有改善的轴承润滑，并且还需要一种用于风轮机的发电机的操作方法以便具有改善的轴承润滑。

发明内容

根据一个实施例，一种旋转电机包括：外壳体；驱动轴，该驱动轴以可旋转的方式安装在所述外壳体内；轴承，该轴承相对于所述外壳体支撑所述驱动轴，其中，所述外壳体包括面对所述轴承的支撑表面并且所述轴承包括面对所述支撑表面的轴承表面，并且进一步其中，限定在所述支撑表面和所述轴承表面之间的区域具有润滑层；以及润滑流动路径，该润滑流动路径构造为将润滑剂引导至所述轴承，其中，所述润滑流动路径与所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域流体连通以便补充所述润滑层。

在一个实施例中，所述润滑流动路径包括用于接收润滑剂的入口以及用于将润滑剂供给至所述轴承的内部的出口，所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域的至少一部分形成所述润滑流动路径的位于所述入口和所述出口之间的一部分。在一个实施例中，所述轴承可以形成浮动轴承组件的一部分；其中，至少所述轴承的包括所述轴承表面的部分被允许相对于所述外壳体轴向移位。所述润滑流动路径可以包括形成在所述支撑表面中的环形的凹槽，所述凹槽被构造为绕所述轴承表面的外围分布润滑剂。此外，润滑流动路径可以包括形成在支撑表面中的一个或多个流动通道，其中所述一个或多个流动通道与所述凹槽连通并且延伸离开所述凹槽。

一密封构件可以布置在所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域中，用于在优选方向上推动润滑剂。在这方面，环形的密封凹槽可以形成在所述支撑表面中，O型圈座置于该密封凹槽中并且与所述轴承表面形成流密密封。在一个示例性实施例中，所述轴承可以为滚动元件轴承，所述滚动元件轴承具有内圈、外圈以及布置在所述内圈和所述外圈之间的多个滚动元件。所述外圈的外表面可以限定所述轴承表面。此外，所述外壳体可以包括端罩，所述端罩大致围绕所述轴承并且限定所述支撑表面。

在一个示例性实施例中，所述旋转电机可以构造为发电机，所述发电机具有定位在所述外壳体内并且被构造为产生电力的定子组件以及转子组件。更具体来说，在一个实施例中，风轮机包括：塔架；机舱，该机舱布置成邻近所述塔架的顶部；转子，该转子包括轮毂和从所述轮毂延伸的至少一个风轮机叶片；以及发电机，该发电机布置在机舱中。发电机包括：外壳体，外壳体构造为收纳用于产生电力的定子组件以及转子组件；以及驱动轴，其可旋转地安装在外壳体内并且构造为驱动发电机以便产生电力。发电机进一步包括相对于外壳体支撑驱动轴的轴承，其中，外壳体包括面对轴承的支撑表面，轴承包括面对支撑表面的轴承表面，并且进一步其中，限定在支撑表面和轴承表面之间的区域具有润滑层。发电机包括润滑流动路径，该润滑流动路径被构造为将润滑剂引导至轴承，其中所述润滑流动路径与支撑表面和轴承表面之间的区域流体连通以便补充润滑层。

公开了一种润滑用于旋转电机的轴承的方法。旋转电机相对于外壳体支撑驱动轴，外壳体包括面对轴承的支撑表面，轴承包括面对支撑表面的轴承表面，在支撑表面和轴承表面之间限定一区域。所述方法包括：操作旋转电机；以及在旋转电机的操作期间供给润滑剂至支撑表面和轴承表面之间的区域，以便补充布置在所述区域中的润滑层。所述方法可以进一步包括将润滑剂供给至轴承的内部。

在一个实施例中，供给润滑剂至支撑表面和轴承表面之间的区域的步骤以及供给润滑剂至轴承的内部的步骤进一步包括沿着与轴承的内部流体连通的流动路径引导润滑剂，其中，流动路径的至少一部分包括支撑表面和轴承表面之间的区域。此外，供给润滑剂至支撑表面和轴承表面之间的区域进一步包括绕轴承的外围分布润滑剂。在一个实施例中，旋转电机包括用于供给润滑剂的润滑系统。在该实施例中，供给润滑剂至支撑表面和轴承表面之间的区域的步骤以及供给润滑剂至轴承的内部的步骤是通过同一润滑系统执行的。所述方法可以进一步包括：使润滑剂穿过轴承的内部；以及从旋转电机排出使用过的润滑剂。在一个实施例中，所述方法由构造为发电机的旋转电机实施。更具体来说，当发电机用于在风轮机中使用时实施该方法。

附图说明

附图并入说明书并且构成此说明书的一部分，这些附图图示了本发明的一个实施例并且与上文给出的总体描述以及下文给出的详细描述一起用于解释本发明。

图1是根据本发明的一个实施例的具有发电机的风轮机的局部切开立体图；

图2是根据本发明的一个实施例的发电机的立体图；

图3是图2示出的发电机的局部截面图；

图4是根据现有技术的发电机壳体以及轴承组件的局部截面图；

图5是根据现有技术的发电机壳体以及轴承组件的另一局部截面图；

图6是图4所示的壳体以及轴承组件的放大局部截面图；

图7是根据本发明的一个实施例的发电机壳体以及轴承组件的局部截面图；

图8是示出于图7的壳体以及轴承组件的放大局部截面图；以及

图9是根据本发明的一个实施例的发电机壳体的支撑表面的局部截面图。

具体实施方式

本发明的方案针对旋转电机的轴承的润滑，尤其涉及旋转电机的浮动轴承。为了示意目的以及理解，本文在风轮机的发电机的背景下示出并描述了本发明的各种方案。应该理解的是，用于风轮机的发电机仅仅是旋转电机的一个示例性实施例，其得益于本发明的方案。事实上，可以存在其它类型的发电机或者其它类型的旋转电机，诸如马达，例如，其也可以得益于本发明的方案。因此，本发明的方案不限于在用于风轮机的发电机中实施，而是可以实施在更宽类别的具有浮动轴承的旋转电机中，以利于电机的移动部分和静止部分之间的相对移动。

参考图1，在根据本发明的一个实施例中，风轮机10包括：塔架12；机舱14，其布置在塔架12的顶点处；以及转子16，转子16操作联接至发电机18，发电机18收纳在机舱14的内部。除了发电机18，机舱14还收纳将风能转换为电能所需的各种各样的部件，并收纳操作、控制以及优化风轮机10的性能所需的各种部件。塔架12支撑由机舱14、转子16、发电机18和收纳在机舱14内部的风轮机10的其它部件所提供的负载。风轮机10的塔架12还操作成将机舱14和转子16提升至高于地平面或者海平面的高度，这作为例子，在这些情况下通常会发现低紊流的快速移动气流。

代表水平轴风轮机的风轮机10的转子16用作机电系统的原动机。超过最小水平的风力将激活转子16并且引起在大致垂直于风向上的旋转。风轮机10的转子16包括中央毂20和从中央毂20向外突出的至少一个叶片22。在该代表实施例中，转子16包括在其周围周向分布的三个叶片22，但数量可以改变。叶片22构造为与经过的空气流相互作用以产生升力，所述升力引起中央毂20绕着纵向轴线24自旋。叶片22的设计和构造对本领域普通技术人员来说是熟悉的，下文将不进一步描述。例如，每个叶片22均可以通过变桨机构(未示出)连接至中央毂20，变桨机构允许叶片在变桨控制器的控制下进行变桨运动。

转子16可以安装在主驱动轴26的端部上，主驱动轴26延伸进机舱14并且通过与机舱14的框架件联接的主轴承组件28被可旋转地支撑在机舱14中。主驱动轴26操作联接至一个或多个齿轮级，齿轮级可以呈齿轮箱30的形式，以产生更多合适的机械输入至位于机舱14中的发电机18。齿轮箱30依靠各种齿轮布置以从转子16和主驱动轴26的旋转向辅助驱动轴32(图2；“高速轴”)的旋转提供速度和转矩转换，该辅助驱动轴32作为发电机18的输入操作。以示例方式，齿轮箱30可以将主驱动轴26的相对低的旋转速度转换为机械联接至发电机18的辅助驱动轴32的相对高的旋转速度。虽然已经将风轮机10描述为包括一个或多个齿轮级的间接驱动系统，但是应当认识到的是，风轮机还可以构造为无需齿轮级的直接驱动系统，这仍在本发明的范围内。

风轮机10可以包括在属于风电厂或者风电站的类似风轮机组中，风电厂或风电站用作通过传输线与电网连接的发电厂，所述电网诸如三相交流电(AC)电网。电网总体由发电站网、传输电路以及子站组成，这些子站通过传输线网联接，所述传输线传输电能至呈终端用户及电气设备的其它消费者形式的负载。在正常情形下，电能从发电机18供给至电网，正如本领域普通技术人员公知的。

参考图2和图3，发电机18包括：外壳体34，其构造为收纳以及罩住发电机18的各种内部部件；以及一个或多个支撑件36，支撑件36用于支撑发电机18并将发电机18固定至机舱14，诸如固定至机舱14的地板或者支撑框架。因为发电机18是旋转电机，所以外壳体34可以包括在第一前端部40和第二后端部42之间延伸的大致柱形侧壁38。前端部40和后端部42可以被形成外壳体34的一部分的对应端罩44、46封闭。但是，外壳体34的柱形构造仅是示例性的，其它形状和构造也可以用于外壳体34。在任何情况下，发电机驱动轴48可以布置在外壳体34内，并且构造为可相对于外壳体34绕着外壳体34限定的中央轴线50旋转。在这方面，驱动轴48可以通过一个或多个轴承组件被相对于外壳体34支撑。

尤其，在一个示例性实施例中，驱动轴48可以通过邻近发电机18的前端部40的第一轴承组件(未示出)和邻近发电机18的后端部42的第二轴承组件54被相对于外壳体34支撑。正如下文将更详细讨论的，轴承组件与端罩44、46协作以将驱动轴48支撑在外壳体34内。正如本领域公知的，发电机驱动轴48的一部分可以从外壳体34的前端部40延伸，在该处其可以经由合适的机械联接56联接至齿轮箱30的输出侧的辅助驱动轴32。因此，发电机驱动轴48随着辅助驱动轴32的旋转而旋转，辅助驱动轴32由转子16驱动。

发电机18包括定子组件58和转子组件60，两者都示意地示出于图3，它们彼此同心地布置在外壳体34内。在一个示例性实施例中，定子组件58是大致固定并静止的，而转子组件60构造为相对于定子组件58旋转。因而，在一个示例性实施例中，定子组件58可以操作联接至外壳体34，而转子组件60可以操作联接至发电机驱动轴48，其中定子组件58布置在转子组件60的径向外侧。定子组件58大致包括多个线圈(示意示出)。由于这些线圈尤其是它们在定子组件58中的构造和布置对本领域技术人员来说是公知的，为了理解本发明的各种方案无需进一步的讨论。

转子组件60大致包括用于生成磁场的多个磁体元件，磁场在定子组件58承载的线圈中感生电流。在一个实施例中，可以想到的是，永磁体可以由转子组件60承载。但是，在另一实施例中，可以想到的是，电磁体可以由转子组件60承载。由于磁体尤其是它们在转子组件60内的构造和布置对本领域技术人员来说是普遍公知的，为了理解本发明的各种方案无需进一步的讨论。在任何情况下，发电机18的定子组件58和转子组件60协作以将从风轮机转子16接收的机械能转换为电能，使得利用风力的动能生成电能。具体地说，根据法拉第定律的思想，转子组件60的磁体经过定子组件58的静止线圈的移动将会在线圈中感生电流。

在上述提供的实施例中，转子组件60被描述为发电机18的场源(即，励磁部件)，而定子组件58被描述为电流源(即，电枢绕组)。但是，在另选实施例中，转子组件60可以包括电流源，而定子组件58可以包括场源。而且，本领域的技术人员将认识到定子组件58布置在转子组件60的径向内侧而不是相反的发电机布置。因而，本发明的方案不限于本文示出及描述的方案。

正如从上文注意到的，轴承组件相对于发电机18的外壳体34支撑驱动轴48。在这方面，轴承组件构造为克服轴向推力、径向位移以及倾斜来支撑驱动轴48，使得总而言之驱动轴48被约束至单个运动自由度，即绕着中央轴线50旋转。类似于常规设计，为了防止或者降低驱动轴48被外壳体34过度约束的可能性，但仍支撑其上的轴向负载，轴承组件中的一个可以构造为固定轴承而另一个轴承可以构造为浮动轴承。在一个示例性实施例中，前轴承组件可以构造为固定轴承，因此设计成抵抗驱动轴48的轴向加载，后轴承组件54可以构造为浮动轴承，因此允许相对于外壳体34的有限量的轴向位移。但是，该构造仅是示例性的，在另选实施例中，前轴承组件可以构造为浮动轴承，而后轴承组件54可以构造为固定轴承。

本发明的方案基本针对改善浮动轴承的润滑以及由此获得的利益。因而，此说明书的剩余部分将主要关注这些方面。例如，将不进一步详细描述固定轴承组件(例如，在一个示例性实施例中的前轴承组件)，因为本领域的普通技术人员理解其构造和操作。不过，为了图示根据本发明的各种改进方案，有益的是理解根据用于风轮机的一些当前发电机设计的浮动轴承的润滑。在这方面，正如从现有技术中大致理解的，图4和图5图示了用于浮动轴承的润滑系统。

在这些图所示出的布置中以及如上文所注意到的，现有技术的浮动轴承组件70可以定位成邻近外壳体的端罩72。在这方面，端罩72可以包括内罩构件74、中间罩构件76以及外罩构件78。内罩构件74及外罩构件78可以经由螺栓或者其它合适的紧固件(未示出)联接至中间罩构件76。而且，中间罩构件76可以朝向外壳体的侧壁径向延伸，并且经由螺栓或者其它合适的紧固件(例如，类似于图3所示)联接至从侧壁延伸的凸缘。总起来说，端罩72限定了腔室80，浮动轴承组件70可以布置在该腔室中。

浮动轴承组件70包括轴承84和固定构件86a、86b，固定构件86a、86b用于诸如经由端罩72相对于驱动轴82以及外壳体固定轴承84的位置。轴承84可以构造为滚动元件轴承，该滚动元件轴承具有内圈86、外圈88以及布置在内圈86及外圈88之间的多个滚动元件，多个滚动元件诸如是滚珠支承件90。内圈86构造为在安装期间联接至驱动轴82，使得内圈86随着驱动轴82的旋转而旋转。例如，该联接可以通过冷缩配合或者其它合适的连接实现。此外，外圈88通过外圈88的外表面92和端罩72的内表面94之间的过盈配合紧密地装配在腔室80内。因此，外圈88构造为旋转固定。如以上讨论的并如下文将更详细地讨论的，外圈88的外表面92和端罩72的内表面94之间的区域是浮动轴承设计的关键区域。

第一固定构件86a可以布置在轴承84的内侧上，并且联接至驱动轴82以便与其一起旋转。第一固定构件86a提供了邻接表面96，当组装时邻接表面96抵靠内圈86接合以便固定轴承84在驱动轴82上的位置。此外，第二固定构件86b可以布置在轴承84的外侧上，并且类似地联接至驱动轴82以便与其一起旋转。第二固定构件86b提供了邻接表面98，当组装时邻接表面98抵靠内圈86接合。通过联接至驱动轴82的保持环或者垫圈100，第二固定构件86b可以保持处于适当位置。尽管固定构件86a、86b相对于驱动轴82固定内圈86的位置，外圈88在腔室80内不被轴向约束，而是能够在腔室80内具有有限量的轴向位移，正如上文所解释的。正如这些图所示，外圈88的侧面的间隙展示了其相对于端罩72进行有限量的轴向运动的能力。

进一步参考图4和图5，当前的发电机设计典型地包括为浮动轴承组件70的操作所提供的两个润滑模型或者系统。第一润滑系统针对轴承内部的润滑，更具体来说针对滚动元件本身(即，滚珠支承件90)相对于内圈86及外圈88的润滑。第二润滑系统针对外圈88的外表面92和端罩72的内表面94之间的区域的润滑。在当前的发电机设计中，这些被视为不同的系统。在这方面并参考图4，第一润滑系统102包括外部润滑器，示意地示出为104，用于供给润滑剂至浮动轴承组件70。这种外部润滑器在风轮机工业中是普遍公知的，因而此处将不进一步描述。

第一润滑系统102还包括润滑流动路径106，润滑流动路径106穿过外壳体，尤其穿过端罩72。流动路径106提供了入口108，该入口是可从外壳体的外侧进入的，并且其诸如经由合适的导管或者软管110而流体连通润滑器104。流动路径106布置成使得流经的润滑剂被输送至出口112，出口112位于外壳体的内侧，流体连通轴承84的内侧和轴承84的内部。如图4图示的，流动路径106包括位于外罩构件78中的第一孔部分114，该外罩构件78在其第一端部包括入口108。中间罩构件76包括第二孔部分116，该第二孔部分116在一个端部处流体连通第一孔部分114并且延伸穿过中间罩构件76。内罩构件74包括润滑腔室118，润滑腔室118具有沿周向连续的环形部分120并具有通道部分122，通道部分122从环形部分120大致径向延伸以便流体连通第二孔部分116。润滑腔室118的环形部分120作为分配歧管操作，用于将润滑剂更均匀地供给至轴承84的内侧，并且向轴承84的内侧敞口。该敞口操作为润滑流动路径106的出口112。

在使用中，通过图4的箭头图示的，润滑剂从润滑器104泵送通过导管110并且通过流动路径106的入口108。润滑剂流过外罩构件78中的第一孔部分114、中间罩构件76中的第二孔部分116并且进入润滑腔室118的通道部分122。润滑剂然后流动至环形部分120，环形部分120通过出口112将润滑剂分布至轴承84的内侧。从此处，润滑剂从轴承84的内侧流动，穿过轴承84的内部，诸如穿过相邻滚珠支承件90之间的空间，流至轴承84的外侧。为了允许新鲜润滑剂流过轴承84，在轴承84的外侧必须移除已使用过的、分解的或者以其它方式用过的润滑剂。在这方面，正如图示于图5的，发电机大致包括位于端罩72尤其位于外罩构件78中的排出沟124。排出沟124具有与轴承84的外侧流体连通的入口126以及与用于保持用过的润滑剂的保持罐或者储槽130流体连通的出口128，类似于图2所示出的。如上所述，为了提供良好的性能以及寿命，第一润滑系统102基本成功地用于将润滑剂供给至轴承84的内部。

但是，在浮动轴承中，存在需要足够润滑剂的另一区域以提供轴承的适当操作。更具体地说，如以上所讨论的，浮动轴承组件70设计成在使用期间提供有限量的轴向位移。因而，如图6所示，外圈88的外表面92和端罩72的内表面94之间的区域132应当包括润滑剂以利于它们之间的相对移动。为了本说明的目的，将区域132中的润滑层134称为第二润滑系统136。不同于第一润滑系统102，不改造轴承组件70不存在机构或者装置来允许润滑层134在发电机操作期间被补充。相反，诸如通过在将轴承组件70和端罩72定位在它们的组装位置之前在外圈88的外表面92和/或端罩72的内表面94上放置足够量的润滑剂来在发电机组装期间初始建立润滑层134。

正如上文讨论的，在使用期间，第二润滑系统136的润滑层134可能会分解，从空间(诸如轴承的外侧)滴落，从轴承表面刮下等。由于没有提供用于补充区域132中的润滑剂的装置，润滑层134会减小，因此变得不再能够有效利于轴承84和端罩72之间的相对轴向运动。在一些情形下，外圈88和端罩72之间的区域132中缺乏足够润滑剂会使得轴承84被堵塞或者翘起，从而限制轴承84的轴向运动。如果发生了该情况，例如在可能原因中主要由于热膨胀/收缩，驱动轴82会被过度约束，使得一个或者两个发电机轴承组件失效。

发电机18图示于图2和图3，更详细地示出于图7，其解决了当前发电机设计的润滑系统的此缺陷。在这方面，用于发电机18的润滑系统构造为使得在发电机操作期间，在外圈的外表面(称为轴承表面)和端罩的内表面(称为支撑表面)之间的区域中的润滑层可以被补充新的润滑剂。不再像现有技术中那样存在两个独立的润滑系统用于供给润滑剂至浮动轴承，正如在现有技术中。取而代之的是，使用一个润滑系统将润滑剂供给至轴承的内部并将润滑剂供给至轴承和端罩之间的区域。在一个示例性实施例中，这是通过重新配置润滑流动路径来实现的，该润滑流动路径从入口延伸至出口，该入口可以从发电机外壳体的外侧进入，该出口位于发电机内部并且与轴承的内部流体连通。更具体地说，流动路径被重新配置为使得轴承和端罩之间的区域的至少一部分区域形成了将润滑剂供给至轴承内部的流动路径的一部分。

如图7和图8所示，其中相似的附图标记指代与图4至图6相似的特征，发电机18包括润滑系统150，润滑系统150包括外部润滑器104和润滑流动路径152，外部润滑器104用于供给润滑剂至浮动轴承组件56，润滑流动路径152穿过外壳体34，更具体地说是穿过端罩46。供给至轴承84的润滑剂可以是合适的油脂、油或者对轴承提供润滑效应的其它液体、固体或者半固体。流动路径152提供了入口154，该入口154是可从外壳体34的外侧进入的并且其诸如经由导管110流体连通润滑器104。正如从上文注意到的，流动路径152布置成不仅诸如从轴承84的内侧将所流过的润滑剂供给至轴承内部，而且布置成使得外圈88的外表面92(即，轴承表面)和端罩46的内表面(即，支撑表面94)之间的区域132形成流动路径152的一部分。例如，图8中更详细示出了这种布置。

如图7和图8图示的，流动路径152包括位于端罩46中的第一孔部分156，其包括在端罩46的外部的入口154。在一个实施例中，第一孔部分156可以完全位于中间罩构件76中。但是，这种构造仅是示例性的，第一孔部分156(或者额外的孔部分)还可以从外罩构件78延伸出或者延伸至外罩构件78。流动路径152进一步包括形成在端罩46的面对外圈88的外表面92的内表面94上的环形凹槽158。环形凹槽158流体连通第一孔部分156，使得流过第一孔部分156的润滑剂可以分布在外圈88的外围或者圆周上，更具体来说分布在其外表面92上。环形凹槽158可以具有很多种构造，包括具有各种长度以及深度的大致矩形构造。其它几何形状和尺寸也是可行的，这可以取决于具体应用。根据本发明，流动路径152进一步包括外圈88的外表面92和端罩46的内表面94之间的环形间隙160。该环形间隙160可以包括区域132的一部分或者整体。因此，为了使润滑剂流动至轴承84的内侧并且最终到达轴承内部，润滑剂必须流过区域132的至少一部分。

为了推动从凹槽158流出的润滑剂朝向轴承84的内侧流入至环形间隙160，而不流入至轴承84的外侧(从而绕过滚珠支承件90)，可以邻近轴承84的外侧布置密封构件162。在一个示例性实施例中，密封构件162可以构造为O型圈。在这方面，端罩46的内表面94可以包括密封凹槽164，密封凹槽164大致布置在凹槽158的外侧并且构造为接收O型圈。当组装发电机时，O型圈置于密封凹槽164中，并且与外圈88的邻近其外侧表面166的外表面92形成大致流密密封。以该方式，从凹槽158流出的润滑剂被朝向轴承84的内侧引导并且通过环形间隙160。通过引导润滑剂通过环形间隙160，区域132中的润滑层134可以被补充并且被维持，从而避免当前发电机设计中的不足。

一旦润滑剂穿过环形间隙160，存在多个路径使得润滑剂经由轴承84的内侧到达轴承内部，这取决于例如腔室80内的轴承84的轴向位置。在这方面，在正常过程中，间隙168可以存在于外圈88的内侧表面170和内罩构件74的外侧表面172之间。在该情况下，润滑剂可以从环形间隙160流动进入间隙168而进入轴承84的内侧。但是，如果轴承84轴向定位成使得外圈88的内侧表面170抵接内罩构件74的外侧表面172，从而封闭间隙168的话，那么润滑剂可以经由内罩构件74中的润滑腔室118的通道122和环状部分120流动至轴承84的内侧，类似于图4所示的(在图7中未示出通道122)。在任何一种情况下，润滑剂都能够从环形间隙160流动至轴承84的内侧。轴承84的内侧的润滑剂然后穿过轴承84的内部并且通过排出沟124移除，排出沟124类似于上述的。

在一个实施例中，所有从凹槽158流出的润滑剂被迫流过环形间隙160以到达轴承84的内侧和轴承内部。在一些应用中，沿着环形间隙160的相对窄的流动路径会不期望地降低润滑剂流至轴承84的内侧的流速。额外地或者另选地，在一些应用中，驱动所有润滑剂通过环形间隙160所需的压力会不期望地很大。为解决该情形，在另选实施例中以及如图9所示的，润滑流动路径152可以额外地包括一个或多个流动通道174，流动通道174从凹槽158朝向中间罩构件76的内侧表面176延伸并且朝向内表面94敞口。在一个实施例中，流动通道174可以延伸至内侧表面176。流动通道174中的润滑剂于是可以通过例如间隙168流动至轴承的内侧。在外圈88邻接内罩构件74从而封闭间隙168的情况下，至少一个流动通道174可以敞口于内罩构件74中的润滑腔室118，使得润滑剂可以到达轴承84的内侧。很重要的是注意到，尽管流动路径152可以包括这些流动通道174，但是它们构造为使得润滑剂仍流过环形间隙160以便补充区域132中的润滑层134。流动通道174可以具有很多种构造。例如，在一个实施例中，流动通道174可以是轴向定向通道，如图9所示。在另选实施例中，流动通道174可以相对于轴向方向呈角度的。在又一实施例中，流动通道174可以具有螺旋形构造或者其它构造，除了由环形间隙160提供的流动路径之外，所述构造提供了从凹槽158至轴承84的内侧的流动路径。

除了维持或者补充区域132处的润滑层134，根据本发明的润滑流动路径152可以提供额外优点。在这方面，流动路径152可以增加或者促进轴承84和端罩46之间的热传递。因此，可以降低轴承84和外壳体34之间的温差，从而降低会帮助约束浮动轴承组件54的热膨胀/收缩。此外，建立在轴承84和端罩46之间的润滑剂的薄膜还可以促进发电机18的移动部件和静止部件之间的振动阻尼。该特征类似于由挤压油膜阻尼器提供的特征。

本发明提供的另一优点是其可以相对易于在当前发电机设计中实施。在这方面，可以利用当前的滚动元件润滑系统(例如，上述第一润滑系统152)，使得不需要额外的润滑装置。对发电机18的主要改变是对发电机18的具有浮动轴承组件的端部上的端罩进行重新设计。为实施本发明的方案，浮动轴承组件本身不需要任何修改。因此，能够为当前的发电机设计提供改造套件，这包括具有上述特征的新端罩。

尽管通过各种优选实施例的描述已经解释了本发明并且这些实施例已经被一定程度地详细描述，但是发明人的意图不是要约束或者以任何方式将所附权利要求的范围限制为这样的细节。对本领域的技术人员来说附加优势和变型是显而易见的。例如，尽管上文针对浮动轴承组件，但是本发明的方案也可以使用在包括例如固定轴承的其它轴承设计中。因而，本发明的各种特征可以单独使用或者以任何组合方式使用，这取决于用户需要和偏好。

Claims (19)

1.一种旋转电机，该旋转电机包括：

外壳体；

驱动轴，该驱动轴以可旋转的方式安装在所述外壳体内；

轴承，该轴承相对于所述外壳体支撑所述驱动轴，其中，所述外壳体包括面对所述轴承的支撑表面并且所述轴承包括面对所述支撑表面的轴承表面，并且进一步其中，限定在所述支撑表面和所述轴承表面之间的区域具有润滑层；以及

润滑流动路径，该润滑流动路径构造为将润滑剂引导至所述轴承，其中，所述润滑流动路径与所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域流体连通以便补充所述润滑层。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，所述润滑流动路径包括用于接收润滑剂的入口以及用于将润滑剂供给至所述轴承的内部的出口，所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域的至少一部分形成所述润滑流动路径的位于所述入口和所述出口之间的一部分。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其中，所述轴承形成浮动轴承组件的一部分；其中，至少所述轴承的包括所述轴承表面的部分被允许相对于所述外壳体轴向移位。

4.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其中，所述润滑流动路径包括形成在所述支撑表面中的环形的凹槽，所述凹槽被构造为绕所述轴承表面的外围分布润滑剂。

5.根据权利要求4所述的旋转电机，其中，所述润滑流动路径进一步包括形成在所述支撑表面中的一个或多个流动通道，所述一个或多个流动通道与所述凹槽流体连通并且延伸离开所述凹槽。

6.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，该旋转电机进一步包括密封构件，所述密封构件布置在所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域中，用于在优选方向上推动润滑剂。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其中，所述外壳体包括形成在所述支撑表面中的环形的密封凹槽，所述密封构件包括O型圈，所述O型圈座置于所述密封凹槽中并且被构造为与所述轴承表面形成流密密封。

8.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其中，所述轴承被构造为滚动元件轴承，所述滚动元件轴承具有内圈、外圈以及布置在所述内圈和所述外圈之间的多个滚动元件，所述外圈的外表面限定所述轴承表面。

9.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其中，所述外壳体包括端罩，所述端罩大致围绕所述轴承并且限定所述支撑表面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的旋转电机，其中，所述旋转电机构造为发电机，所述发电机具有定子组件以及转子组件，所述定子组件以及所述转子组件定位在所述外壳体内并且被构造为产生电力。

11.一种风轮机，该风轮机包括：

塔架；

机舱，该机舱布置成邻近所述塔架的顶部；

转子，该转子包括轮毂和从所述轮毂延伸的至少一个风轮机叶片；以及

根据权利要求10所述的发电机，该发电机布置在所述机舱中。

12.一种润滑用于旋转电机的轴承的方法，所述轴承相对于外壳体支撑驱动轴，所述外壳体包括面对所述轴承的支撑表面，所述轴承包括面对所述支撑表面的轴承表面，在所述支撑表面和所述轴承表面之间限定一区域，所述方法包括：

操作所述旋转电机；以及

在所述旋转电机的操作期间供给润滑剂至所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域，以便补充布置在所述区域中的润滑层。

13.根据权利要求12所述的方法，该方法进一步包括将润滑剂供给至所述轴承的内部。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，供给润滑剂至所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域的步骤以及供给润滑剂至所述轴承的内部的步骤进一步包括沿着与所述轴承的内部流体连通的流动路径引导润滑剂；其中，所述流动路径的至少一部分包括在所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，供给润滑剂至所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域的步骤进一步包括绕所述轴承的外围分布所述润滑剂。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述旋转电机包括用于供给润滑剂的润滑系统；其中，供给润滑剂至所述支撑表面和所述轴承表面之间的所述区域的步骤以及供给润滑剂至所述轴承的内部的步骤是通过同一润滑系统执行的。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，该方法进一步包括：

使润滑剂穿过所述轴承的内部；以及

从所述旋转电机排出使用过的润滑剂。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，所述旋转电机被构造为发电机。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述发电机用于在风轮机中使用。