CN104838566B - 具有区段构造的定子和/或转子的电动力的机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动力的机器(1)，具有定子(4)和相对于定子(4)能围绕旋转轴线(R)旋转地布置的转子(5)，其中，定子(4)和/或转子(5)具有多个在转子(5)的旋转方向(S)上一个接一个布置的区段(4a，4b)，其中，这些区段(4a，4b)为了与其在旋转方向(S)上相邻地布置的区段(4a，4b)连接而在其旋转方向侧的端部(13，13b)上具有法兰(9a，9b)，其中该法兰(9a，9b)在旋转方向(S)上具有至少一个孔(10a，10b)，其中，在相邻地布置的区段(4a，4b)的旋转方向侧的端部(13a，13b)处，彼此相对置的法兰(9a，9b)利用穿过孔(10a，10b)的螺栓连接(6)彼此连接，其中，为了连接彼此相对置的法兰(9a，9b)，在旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对置的法兰(9a，9b)中的至少一个的孔(10a，10b)中布置有具有外螺纹(8a)的套筒(8)，其中，在旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对置的法兰(9a，9b)中的至少一个的孔(10b)具有内螺纹(11b)，其中该孔(10b)的内螺纹(11b)旋入到套筒(8)中，其中套筒(8)起到间隔彼此相对置的这些法兰(9a，9b)的作用，其中，螺栓(12)穿过在旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对置的法兰(9a，9b)的孔(10a，10b)和套筒(8)延伸。

Description

具有区段构造的定子和/或转子的电动力的机器
技术领域
本发明涉及一种电动力的机器，尤其是具有超过1MW功率的大型电动力机器。该机器经常以成区段的构造形式设计，从而降低在街道和铁路上的运输难度。在此，或者将机器的转子、机器的定子或者将定子和转子都成区段地设计。在将这些区段组装成完整的定子环或者转子环时，通过取决于相应区段的制造公差，产生在这些区段组装时的问题。因此例如出现通过区段的分度角的公差或者通过两个在转子或定子的旋转方向上一个接一个布置的、应该彼此连接的区段的通孔错位造成的组装方面的困难。
背景技术
因此，在组装区段时产生的在区段之间的缝隙至今或者特别是例如通过用于最小化公差的提高的精度要求的缝隙铣削加工来处理，或者在待连接的区段之间的缝隙通过附加物来衬塞，以通过传统简单的螺栓连接来固定待连接的区段。但是这最终会导致尤其是在装配位置的最终装配时过于耗费成本和繁琐的工作。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于以区段构造方式提出一种电动力的机器，其中，该电动力的机器的定子和/或转子的区段能够以较简单的方式和方法组装，从而能够补偿公差并且附加地阻止这些分段的自主移位。
提出的目的的解决方案通过一种电动力的机器实现，其具有定子和相对于定子能围绕旋转轴线旋转地布置的转子，其中，定子和/或转子具有多个在转子的旋转方向上一个接一个布置的区段，其中，这些区段为了与其在旋转方向上相邻地布置的区段连接而在其旋转方向侧的端部上具有一个法兰，其中这些法兰在旋转方向上具有至少一个孔，其中，在相邻地布置的区段的旋转方向侧的端部处，彼此相对置的法兰利用穿过一个孔的螺栓连接彼此连接，其中，为了连接彼此相对置的法兰，在旋转方向侧的端部处彼此相对置的法兰中的至少一个的孔中布置有具有外螺纹的套筒，其中，在旋转方向侧的端部处彼此相对置的法兰中的至少一个的孔具有内螺纹，其中套筒旋入到该孔的内螺纹中，其中套筒起到间隔彼此相对置的法兰的作用，其中，一个螺栓穿过在旋转方向侧的端部处彼此相对置的法兰的这些孔和套筒延伸，其中螺栓，尤其是螺栓帽在法兰上施加一个力，并且通过套筒连接彼此相对置的法兰。
根据本发明，现在在旋转方向侧的端部处彼此相对置的法兰中的至少一个具有内螺纹，其中，一个套筒旋入到该孔的内螺纹中，其中，套筒起到间隔彼此相对布置的法兰的作用，其中一个螺栓穿过在旋转方向侧的端部处彼此相对置的法兰的这些孔和套筒延伸，其中，螺栓尤其通过其螺栓帽在该法兰上施加一个力，并且因此通过套筒连接彼此相对置的法兰。由此，现在在两个待连接的区段之间实现了特别简单的螺栓连接。该支撑现在实现在环绕的法兰上，从而通过施加的预应力阻止了套筒自主旋转，并且实现了在相应的区段的两个法兰之间的无缝隙的连接。
如果两个彼此面对的孔具有内螺纹，那么这两个孔特别地具有不同的直径。
此外，证明有利的是，在旋转方向侧的端部处彼此相对置的法兰的另一个孔同样具有内螺纹，并且螺栓旋入到另一个孔的内螺纹中。通过这种措施，取消了为了固定法兰而在螺栓上使用螺母。
然而，在较长的螺栓的情况中，该螺栓也可以插入穿过第二个孔并且通过螺母锁紧。
特别优选的是，在间隙中和/或在螺栓帽一侧使用一个或者多个球拱，从而因此进一步实现公差补偿和避开螺栓的弯折力矩。
这样设计的电动力的机器在此可以作为电动机，例如作为管磨机中的驱动装置使用或者作为发电机使用。在此尤其适合于在风力发电机中的应用，尤其是在直接驱动的风力发电机中的应用。通过对区段的根据本发明的连接可以不再要求对法兰的高精度的铣削加工。这降低了这种类型的区段的生产成本。
附图说明
本发明以及本发明的另外的优选设计方案根据示意性示出的实施例进一步描述。图中示出：
图1以透视图示出了根据本发明的电动力的机器，
图2是电动力的机器的定子的横截面，
图3是电动力的机器的穿过在区段之间的缝隙延伸的纵向截面；
图4至9示出了借助于套筒连接两个区段的最不同的设计方案。
具体实施方式
图1以透视性的原理图示出了根据本发明的电动力的机器1。该电动力的机器1具有能围绕旋转轴线R旋转地布置的转子5，该转子在电动力的机器运行时围绕旋转轴线R在旋转方向S上旋转。此外，电动力的机器1具有静止地布置的定子4，其在本实施例的框架下通过在轴2上的轴承借助于承载装置定位。定子4在转子5的旋转方向S上具有一个接一个布置的区段4a，4b，其中，出于清晰的目的仅仅两个区段配有标号。这些区段在此成一个环地布置。承载装置3通过轴承将轴2与定子4的这些区段连接。电动力的机器1在本实施例的框架下设计成所谓的外转子，也就是说，转子5在电动力的机器运行时围绕中央布置的定子4旋转。
可替换的是，根据本发明的电动力的机器也可以实现为内转子，其中，定子4同样静止地布置，然而其在周向方向上包围转子5。
图2以示意图示出了根据本发明的电动力的机器1的定子4的横截面。定子4具有多个在转子5的旋转方向S上一个接一个地布置的区段，这些区段组合成环。在此，在图2中仅仅两个在旋转方向S上相邻地布置的区段4a，4b配有标号。在本实施例的框架中，定子4在此具有六个区段，其中，这些区段具有分度角α，其稍小于60°，从而在将区段组合成环时在区段之间形成缝隙。在图2中，出于清晰的原因，仅仅间隙7配有标号。这些区段利用螺栓连接彼此连接成环，其中，在图2中仅仅螺栓连接6配有参考标号。
当然，这些区段也可以具有另外的分度角α，最后对设施的运输和可操作性确定分度角的大小。
与现有技术不同的是，在本发明中，在区段之间的间距7不用材料进行衬塞并进而填满缝隙7，而是将缝隙7保留作为气隙并且法兰9a，9b利用根据本发明的螺栓连接彼此连接。在相邻地布置的区段4a和4b的在旋转方向侧的端部13a和13b中的彼此相对置的法兰9a和9b利用穿过其孔10a和10b的根据本发明的螺栓连接彼此连接。
图3以纵向截面示出了原理性的外转子发电机。轴2驱动转子5，该转子通过电动力的机器的气隙19与定子4电磁地交替作用，并且产生电能。在此，定子4通过承载装置3和通过在旋转的轴2上的轴承20来支承。
相对定子4在转子5上布置有永磁铁。通过未详细示出的转矩支座，将定子4在风力发电设备的吊舱中固定住。
在此，法兰9a具有多个在旋转轴线R的方向上沿着法兰布置的孔，其中仅仅孔10a在图3中配有参考标号。示出的根据本发明的螺栓连接因此在本实施方式的框架中多次在旋转轴线R的方向上沿着区段的法兰存在。
然而需要注意的是，在极端情况中，法兰也可以以相应地仅仅具有一个孔，该孔用于连接在旋转方向S上相邻地布置的区段。
基本上在转子5的周围为了产生磁场而布置有永磁铁，其指向定子4的方向。然而出于清晰的原因，其并未在图中示出。同样，存在于定子4中的绕组系统也未示出，其是必要的，以便与转子5的永磁铁电磁地交互作用，并因此作为驱动装置或者作为发电机起作用。定子4的或者区段的绕组系统在此可以是由成型线圈构成的单层或者双层绕组，其有利地具有相同的绕线步骤，并且在定子4的端侧示出两阶梯或者三阶梯绕组。
优选的是，每个区段都具有一个完整的绕组系统，也就是说在装配后没有线圈置入到定子4的越过区段的边界向外延伸的槽中。具有其绕组系统的区段因此可以在工厂中通电检测，浇铸等等。区段通过根据本发明的方式和方法彼此连接到设备上。此外，相应相的线圈头和线圈尾形成电连接。
根据图4法兰9a，9b的孔10a，10b具有内螺纹11a，11b。具有外螺纹8a的套筒8旋入到内螺纹11a中，其中套筒8起到间隔彼此相对置的法兰9a和9b的作用。套筒8具有宽度或者轴向长度，其小于法兰的宽度加上间隙7的宽度。由此，螺栓连接的力作用就可以延伸到法兰9b上。
螺栓12穿过在旋转方向侧的端部13a，13b处彼此相对置的法兰9a和9b的孔以及套筒8延伸，螺栓的螺纹12a旋入到法兰9a的孔10a的内螺纹11a中。螺栓12在法兰9b上施加一个力并且通过该力导入来连接彼此相对置的法兰9a和9b。通过这种布置，由制造公差等产生的缝隙7被力配合地消除并由此“凝冻”或者固定。
力作用的支持在周围的法兰9b上实现。通过在也被描述为螺纹衬套的套筒8上施加预应力，阻止了该套筒自主旋转，并且实现了相应的区段4a，4b的无间隙连接。优选的是，为了旋转套筒8，其可以在设计具有在端侧的一个或者多个裂缝或者具有内四角，例如六角或者八角。
图5示出了两个待彼此连接的区段4a，4b的另外的实施例，这两个区段具有错位。当螺栓12的支撑面不垂直在法兰9a上时，其引起在螺栓12中的一个附加的弯曲力矩。为了降低这种效应，除了已知的元件，如套筒8和螺栓12之外，在螺栓12的帽和法兰4a之间还设置有张力垫圈14。当两个法兰9a，9b的钻孔并未对齐时，由此避免了在螺栓12中的附加的弯曲力矩。
通过在张力垫圈14上的螺栓12的帽减小的支撑半径实现了降低附加的弯曲力矩。张力垫圈14另外也用于补偿螺栓连接6的置位损失(Setzverluste)。
图6以另外的设计方案示出了一种可能性，其避免了在螺栓12中的附加的弯曲力矩。在此，在螺栓帽和法兰9a之间的支撑面上实现了球拱15，其由球形座15a和球形垫圈15b形成，并且在伸缩套筒16的外部实现了两个区段4a和4b的连接。因此，可能会造成螺栓连接损害的全部的力被补偿。为了实现螺栓12的足够的夹紧长度而优选地使用伸缩套筒16。该布置也尤其用于对支撑面的平行性偏差进行补偿。
图7示出了另外的布置，其中同样对弯曲力矩进行了均衡。在此，球拱15现在安装在螺栓帽和伸缩套筒16之间。
图8示出了如图6类似的设计方案，然而，在此螺栓12轴向上较长地设计，从而使其在区段4a的孔10b的端部处能够通过螺母17锁紧。该孔10b在此设计为没有螺纹的通孔。在此，球拱15也布置在螺母侧上。
图9以另外的设计方案示出了两个区段4a，4b的螺栓连接6，其不仅在缝隙7中，也就是在法兰4a，4b之间，而且也在法兰4a的面向螺栓12的帽的一侧上具有球拱15。附加地，在法兰4a的面向螺栓帽的一侧设置有伸缩套筒16。由此也避免了在螺栓12中的弯曲力矩，该弯曲力矩会在两个孔10a和10b的非常严重的对准公差的情况下产生，如其此外在彼此倾斜的面的情况中那样。
定子4和/或转子5的区段的连接的根据本发明的设计方案尤其适合于风力发电设备或者管磨机。在较大直径的定子4和/或转子5的情况中，因此可以将其区段单独地运输至设备，并且通过该区段的根据本发明的连接以简单的方式和方法在装配时对公差进行补偿。由此实现了电动力的机器的统一的气隙19，从而避免了发电机式产生的电流的正弦波形的畸变。此外，避免了不一致的磁性引力，这进一步延长了轴承的寿命。

Claims (19)

1.一种电动力的机器(1)，具有定子(4)和相对于所述定子(4)能围绕旋转轴线(R)旋转地布置的转子(5)，其中，所述定子(4)和/或所述转子(5)具有多个在所述转子(5)的旋转方向(S)上一个接一个布置的区段(4a，4b)，其中，这些所述区段(4a，4b)为了与所述区段在旋转方向(S)上相邻地布置的区段(4a，4b)连接而在所述区段的旋转方向侧的端部(13a，13b)上具有第一法兰(9a)或第二法兰(9b)，其中所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)在旋转方向(S)上具有至少一个孔，其中，在相邻地布置的区段(4a，4b)的所述旋转方向侧的端部(13a，13b)处，彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)利用穿过一个孔的螺栓连接(6)彼此连接，其中，为了连接彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)，在所述旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)中的至少一个的所述孔中布置有具有外螺纹(8a)的套筒(8)，其中，在所述旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对布置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)中的至少一个的所述孔具有内螺纹(11a)，其中所述套筒(8)旋入到所述孔的所述内螺纹(11a)中，其中，所述套筒(8)起到间隔彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)的作用，其中，螺栓(12)穿过在所述旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)的这些所述孔和所述套筒(8)延伸，其中，所述螺栓(12)在所述第一法兰(9a)上施加一个力并且通过所述套筒(8)连接彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)。
2.根据权利要求1所述的电动力的机器(1)，其特征在于，螺栓帽在所述第一法兰(9a)上施加一个力并且通过所述套筒(8)连接彼此相对置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)。
3.根据权利要求1所述的电动力的机器(1)，其特征在于，在所述旋转方向侧的端部(13a，13b)处彼此相对布置的所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)的另一个孔(10b)同样具有内螺纹，并且所述螺栓(12)旋入到所述另一个孔(10b)的内螺纹(11b)中。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动力的机器(1)，其特征在于，所述螺栓连接(6)的所述力通过垫圈作用到所述第一法兰(9a)上。
5.根据权利要求4所述的电动力的机器(1)，其特征在于所述螺栓连接(6)的所述力通过张力垫圈作用到所述第一法兰(9a)上。
6.根据权利要求2所述的电动力的机器(1)，其特征在于，所述螺栓连接(6)的所述力通过由球形座(15a)和球形垫圈(15b)形成的球拱(15)实现到所述第一法兰(9a)上。
7.根据权利要求6所述的电动力的机器(1)，其特征在于，所述球拱(15)布置在所述第一法兰(9a)上。
8.根据权利要求2所述的电动力的机器(1)，其特征在于，球拱(15)布置在所述第二法兰(9b)上、布置在所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)之间的缝隙(7)中和/或在所述螺栓帽和第一法兰(9a)之间布置在所述第一法兰(9a)上。
9.根据权利要求7所述的电动力的机器(1)，其特征在于，球拱(15)布置在所述第二法兰(9b)上、布置在这些所述第一法兰(9a)和第二法兰(9b)之间的缝隙(7)中和/或在所述螺栓帽和第一法兰(9a)之间布置在所述第一法兰(9a)上。
10.根据权利要求7所述的电动力的机器(1)，其特征在于，在第一法兰(9a)和所述螺栓帽之间设置有伸缩套筒(16)。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的电动力的机器(1)，其特征在于，在所述套筒(8)中布置有偏心套筒。
12.根据权利要求10所述的电动力的机器(1)，其特征在于，在所述套筒(8)中布置有偏心套筒。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的电动力的机器(1)，其中所述机器设计为电动机或者发电机。
14.根据权利要求12所述的电动力的机器(1)，其中所述机器设计为电动机或者发电机。
15.根据权利要求1-3中任一项所述的电动力的机器(1)，其特征在于，所述电动力的机器作为风力发电机使用、或者作为管磨机的驱动装置使用。
16.根据权利要求14所述的电动力的机器(1)，其特征在于，所述电动力的机器作为风力发电机使用、或者作为管磨机的驱动装置使用。
17.根据权利要求13所述的电动力的机器(1)，其中，所述发电机设计为直接驱动的风力发电机。
18.根据权利要求14所述的电动力的机器(1)，其中，所述发电机设计为直接驱动的风力发电机。
19.一种风力发电设备，具有根据权利要求17至18中任一项的特征的直接驱动的风力发电机，其中，所述风力发电机和/或转子通过至少一个轴承单元固定在所述风力发电设备的吊舱上。
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