CN105337453A - 具有直接连接到转子的编码器的旋转机器 - Google Patents

Abstract

提供一种旋转机器，其包括外壳、连接板、转子、轴承和编码器。所述外壳具有外壳壁和外壳轴。所述外壳轴从所述外壳壁以轴向方向沿着外壳轴中心线延伸。所述转子从所述连接板以轴向方向延伸，且绕所述外壳轴中心线（例如，同心地）延伸。所述轴承在所述外壳轴上支撑所述转子。所述轴承使所述转子能够相对于所述外壳轴且绕所述外壳轴中心线旋转。所述编码器相对于所述外壳轴固定定位。所述编码器具有直接连接到所述连接板的编码器轴。所述编码器轴在轴向方向上延伸，并且绕所述外壳轴中心线同心地延伸。所述编码器可操作来感测所述编码器轴的旋转特性。所述编码器可操作来基于所述编码器轴的旋转特性而确定所述连接板的旋转特性。

Description

具有直接连接到转子的编码器的旋转机器

发明背景

1.技术领域

本发明的方面涉及一种旋转机器，且更特别地涉及一种具有转子和直接连接到转子的编码器的旋转机器。

2.背景信息

已知提供一种旋转机器，其具有转子和可操作来确定转子的旋转特性(例如，旋转速度、旋转方向)的编码器。在一些情况下，编码器包括可旋转编码器轴，其经由中间轴和/或多部分的连接板连接到转子。在这种情况下，编码器轴和转子之间的间接连接可能容易遭受未对齐和/或机械失效，这可导致编码器故障。本发明的方面涉及这些问题和其它问题。

发明概要

根据本发明的方面，提供旋转机器。旋转机器包括外壳、连接板、转子、轴承和编码器。所述外壳具有外壳壁和外壳轴。所述外壳轴从所述外壳壁以轴向方向沿着外壳轴中心线延伸。转子从连接板以轴向方向延伸，且绕外壳轴中心线同心地延伸。所述轴承在所述外壳轴上支撑所述转子。所述轴承使所述转子能够相对于所述外壳轴且绕所述外壳轴中心线旋转。所述编码器相对于所述外壳轴固定定位。所述编码器具有直接连接到所述连接板的编码器轴。所述编码器轴在轴向方向上延伸，并且绕所述外壳轴中心线同心地延伸。所述编码器可操作来感测所述编码器轴的旋转特性。所述编码器可操作来关于编码器轴的旋转特性而确定连接板的旋转特性。

另外地或替代地，本发明可包括单独或组合的一个或多个下列特征：

-外壳轴在第一外壳轴端与第二外壳轴端之间以轴向方向延伸，所述第一外壳轴端设置为靠近外壳壁，所述第二外壳轴端设置为靠近连接板，且外壳轴形成在所述第一外壳轴端与所述第二外壳轴端之间延伸的外壳轴腔；且

编码器还包括编码器主体，所述编码器主体相对于外壳轴固定定位，编码器主体至少部分设置在靠近第二外壳轴端的外壳轴腔内，编码器轴从编码器主体延伸，且编码器轴可相对于编码器主体旋转；

-编码器可操作来产生指示转子的旋转特性的信号；

-旋转机器还包括控制单元，所述控制单元可操作来接收来自编码器的信号，且所述控制单元可操作来响应于所述信号控制旋转机器的部件；

-连接板是圆盘形整体结构；

-连接板在轴承的径向向外的位置处连接到转子；

-连接板包括基部和从基部径向向外延伸的腹板部分；

连接板的腹板部分连接到所述转子的端表面；

-连接板的腹板部分包括凸缘，其接合轴承的径向外部以帮助维持轴承的轴向对齐；

-所述转子包括环形转子轮，其具有被构造来接触抗拉构件的环形延伸轮槽；

-所述转子包括环形转子滑轮，其具有第一环形部分、第二环形部分和腹板部分，其中第一环形部分和第二环形部分以在轴向方向上延伸的某一距离彼此分开，且腹板部分在第一环形部分与第二环形部分之间以至少大体上垂直于轴向方向的径向方向延伸；

-定子相对于外壳和转子设置，其中定子包括绕轴中心线同心延伸的定子环；且

转子滑轮的第一环形部分在轴向方向上与定子对齐；

-轴承在外壳轴上支撑转子滑轮的第一环形部分；

-定子相对于外壳和转子设置，其中定子包括定子环，其绕轴中心线同心延伸，定子环界定多个径向延伸的定子齿，且所述定子包括缠绕所述多个定子齿的多个定子线圈；且

转子包括绕外壳轴中心线圆周地延伸的多个永磁体，且所述多个永磁体产生转子磁场，其可操作地来与所述多个定子线圈相互作用；

-旋转机器被构造来用作发电机，转子磁场可操作来当转子相对于外壳轴旋转时导致电流流过所述多个定子线圈，且多个定子线圈连接到电力存储装置，其可操作来接收和存储由流过定子线圈的电流产生的电力；

-旋转机器被构造来用作电动机，且所述多个定子线圈可操作来产生定子磁场，其可操作来与转子磁场相互作用以导致转子相对于外壳轴旋转；

-旋转机器可操作来移动与转子接触的抗拉构件；且

-抗拉构件是在升降机轿厢与配重之间延伸的升降机绳索，且通过旋转机器的抗拉构件的运动可操作来导致升降机轿厢和配重的运动。

本发明的这些方面和其它方面根据附图和下文提供的详细描述将变得显而易见。

附图简述

图1图示了旋转机器的透视分解图。

图2图示了图1的旋转机器的剖视图。

图3图示了编码器的局部剖视透视图，和其在图1的旋转机器内的定位。

图4图示了另一旋转机器的局部剖视透视图。

图5图示了另一旋转机器的局部剖视透视图。

图6图示了另一旋转机器的局部剖视透视图。

具体实施方式

参考图1和图2，本公开描述了旋转机器10的实施方案，其中编码器20经由连接板28直接连接到转子14。

本公开参考图中图示的实施方案描述了本发明的方面；然而，本发明的方面不限于图中图示的实施方案。本公开可将一个或多个特征描述为具有沿x轴延伸的长度、沿y轴延伸的宽度和/或沿z轴延伸的高度。附图图示了相应的轴。

本公开使用术语“圆周”、“环形”和其变体以描述一个或多个特征。术语“圆周”和其变体在本文中用于指示沿着以轴为中心的曲线延伸的特征。术语“环形”和其变体在本文中用于指示至少部分为环的形式的特征(例如，具有圆形或另一形状的环)。

参考图1和图2，旋转机器10包括外壳12、转子14、一个或多个轴承16，18、连接板28和编码器20。在所示实施方案中，旋转机器10还包括连接环29。

外壳12包括外壳壁22和外壳轴24。外壳轴24从外壳壁22以轴向方向沿着外壳轴中心线26延伸。转子14从连接板28以轴向方向延伸，且绕外壳轴中心线26同心地延伸。轴承16、18在外壳轴24上支撑转子14，且从而使转子14能够相对于外壳轴24绕外壳轴中心线26旋转。编码器20相对于外壳轴24固定定位。编码器20具有可旋转编码器轴32(见图3)。编码器轴32在轴向方向上延伸，并且绕外壳轴中心线26(例如，同心地)延伸。编码器32直接连接到连接板28。编码器20可操作来感测编码器轴32的旋转特性(例如，旋转速度、旋转方向)。

旋转机器10可被构造用于各种不同的用途。在一些实施例方案中，旋转机器10被构造来用作电机(例如，发电机、电动机)。参考图1和图2，在所示实施方案中，旋转机器10被构造来用作升降机系统电动机。因而，旋转机器10还包括相对于外壳12和转子14设置的定子36。定子36包括定子环38，其绕外壳轴中心线26同心地延伸。定子环38界定多个径向延伸的定子齿40。每个定子齿40包括以已知方式缠绕其的定子线圈(未示出)。所述旋转机器10的操作将在下文更详细地描述。

参考图2，在所示的实施方案中，外壳壁22在外壳基部46与外壳顶部48之间以高度方向延伸。外壳壁22在第一外壳壁表面50与第二外壳壁表面52之间以纵向方向延伸。外壳轴24从第二外壳壁表面52延伸。外壳轴24在第一外壳轴端58与第二外壳轴端60之间以纵向方向延伸。第一外壳轴端58设置为靠近所述第二外壳壁表面52。第二外壳轴端60设置为靠近连接板28。外壳轴24界定在第一外壳轴端58与第二外壳轴端60之间以纵向方向延伸的外壳轴腔62。外壳轴腔62与外壳壁孔隙56对齐。

参考图1和图2，在所示实施方案中，转子14分段成转子轮42、转子滑轮44和多个永磁体34。

转子轮42是环形结构，且转子轮42的径向外表面界定多个环形延伸轮槽，其每个被构造来接触抗拉构件(例如，升降机绳索)。

转子滑轮44包括第一环形部分64、第二环形部分66和腹板部分68。第一环形部分64和第二环形部分66以纵向延伸的距离彼此分离。腹板部分68在第一环形部分64与第二环形部分66之间径向延伸。第一环形部分64界定径向内表面，其被构造使得径向内表面以径向延伸的距离从定子36分离。转子滑轮44的第二环形部分66界定径向内表面，其被构造使得第二环形部分66可在外壳轴24上由第一轴承16和第二轴承18支撑。

永磁体34绕外壳轴中心线26圆周地延伸。永磁体34相对于转子滑轮44的第一环形部分64的径向内表面而设置，且因此与定子36轴向对齐。永磁体34产生转子磁场，如将在下文更详细地描述。

参考图1和图2，在所示实施方案中，旋转机器10包括第一轴承16和第二轴承18，其以相对较小的纵向延伸的距离彼此分离。在图中未示出的其它实施方案中，旋转机器10可仅包括一(1)个轴承，或旋转机器10可包括多于两(2)个轴承。在所示的实施方案中，第一轴承16和第二轴承18定位在由转子滑轮44的第二环形部分66界定的腔内。

参考图2，在所示实施方案中，连接板28是圆盘形整体结构。连接板28包括基部和从基部径向向外延伸的腹板部分。连接板28在第一轴承16和第二轴承18的径向向外的位置处连接到转子12。特别地，连接板28的腹板部分连接到转子轮44的第二环形部分66的端表面。连接板28的腹板部分包括凸缘100，其接合第二轴承18的径向外部以帮助维持第一轴承16和第二轴承18的轴向对齐。

参考图2，在所示实施方案中，连接环29是轴向定位在连接板28与外壳轴24之间的环形结构。连接环29包括环形基部和从基部径向向外延伸的环形腹板部分。连接环29的基部包括孔隙，编码器20的一个或多个部分延伸通过所述孔隙，如将在下文描述。连接环29在第一轴承16和第二轴承18的径向向内的位置处连接到外壳12。特别地，连接环29的腹板部分连接到外壳轴24的端表面。连接环29的腹板部分包括凸缘102，其接合第二轴承18的径向内部以帮助维持第一轴承16和第二轴承18的轴向对齐。

参考图3至图7，在所示实施方案中，编码器20包括编码器主体70和编码器轴32。编码器轴32从编码器主体70以纵向方向沿着外壳轴中心线26延伸。编码器轴32直接连接到连接板28的基部。在图中未示出的一些实施方案中，编码器轴32一体地连接到连接板28的基部(即，编码器轴32和连接板28是整体结构)。

参考图3至图7，在所示实施例方案中，编码器20相对于外壳12定位使得编码器轴32绕外壳轴中心线26延伸。编码器主体70至少部分地设置在靠近第二外壳轴端60的外壳轴腔62内。在一些实施方案中(见图3和图5)，编码器主体70的一部分延伸通过连接环29的基部中的孔隙。在其它实施方案中(见图4和图6)，编码器主体70被完全设置在外壳轴腔62内。在一些实施方案中(见图5)，编码器主体70包括一个或多个径向延伸的凸缘104，其允许编码器主体70与连接环29的基部连接。在一些实施方案中(见图6)，编码器主体70包括一个或多个径向延伸的凸缘104，其允许编码器主体70与外壳轴24的端表面连接。

编码器20可操作来以已知方式感测编码器轴32的旋转特性(例如，旋转速度、旋转方向)。编码器20可操作来以已知方式基于编码器轴32的旋转特性而确定转子14的旋转特性(例如，旋转速度、旋转方向)；且编码器20可操作来产生(例如，连续地产生、周期性地产生)指示转子14的旋转特性的信号。上文描述的编码器20的感测和确定功能可以使用硬件、软件、固件或其组合来实施。在一些实施方案中，编码器20可包括一个或多个可编程处理器，其可操作来执行上文描述的感测和确定功能中的一个或两个。本领域一般技术人员将能够改编(例如，编程)编码器20以执行本文描述的这些功能而不需要过度的实验。

如上文简单讨论，在一些实施例方案中，旋转机器10被构造来用作电机(例如，发电机、电动机)。在旋转机器10作为发电机的操作期间，定子线圈(未示出)可以已知方式电连接到电力存储装置(未示出)。由转子14的永磁体34产生的转子磁场可与定子线圈相互作用，且可随着转子14被导致相对于外壳轴24旋转而导致电流流过定子线圈。定子线圈可连接到电力存储装置，其接收和存储由流过定子线圈的电流产生的电力。在旋转机器10作为电动机的操作期间，定子线圈可以已知方式电连接到交流(AC)电源(例如，三相AC电源)。定子磁场可随着电流从AC电源流过定子线圈而由定子产生。定子磁场可与由转子14的永磁体34产生的转子磁场相互作用，从而导致转子14相对于外壳轴24旋转。

参考图1，在所示的旋转机器10的实施方案的操作期间，多个升降机绳索(未示出)接触所述转子轮42。升降机绳索在升降机轿厢(未示出)与配重(未示出)之间延伸。转子14相对于外壳轴24旋转，如上所述，以在升降机升降道(未示出)内移动升降机轿厢和配重。编码器20连续产生指示转子14的旋转速度和方向的信号。

参考图1，在所示实施方案中，旋转机器10还包括控制单元(未示出)。控制单元可操作来接收由编码器20产生的信号。控制单元可操作来响应于其控制旋转机器10的一个或多个部件和/或一个或多个其它部件。控制单元可操作来通过控制从AC电源流动的电流的特性(例如，幅值、极性)而控制转子14的旋转速度和方向。在一些实施方案中，控制单元另外或替代地可操作以控制一个或多个制动单元，其可操作来相对于外壳轴24对转子14进行制动(例如，减慢和/或停止其运动)。控制单元的功能可以使用硬件、软件、固件或其组合来实施。控制单元可包括例如一个或多个可编程处理器。本领域一般技术人员将能够改编(例如，编程)控制单元以执行本文描述的功能而不需要过度的实验。虽然控制单元在本文中描述为独立于编码器20，但是在一些实施方案中，控制单元或其一个或多个特征可实施为编码器20的特征。

虽然已公开了几个实施方案，但是对本领域一般技术人员将显而易见的是本发明的方面包括更多实施方案和实施方式。因而，本发明的方面除了遵照随附权利要求和其等效物之外不受限制。对本领域一般技术人员还将显而易见的是在不脱离本公开的真实范围的情况下可作出变动和修改。例如，在一些情况下，结合一个实施方案公开的一个或多个特征可单独使用或与一个或多个其它实施方案的一个或多个特征结合使用。

Claims (17)

1.一种旋转机器，其包括：

外壳，其具有外壳壁和外壳轴，其中所述外壳轴从所述外壳壁以轴向方向沿着外壳轴中心线延伸；

连接板；

转子，其从所述连接板以轴向方向延伸，且绕所述外壳轴中心线同心地延伸；

轴承，其在所述外壳轴上支撑所述转子，其中所述轴承使所述转子能够相对于所述外壳轴且绕所述外壳轴中心线旋转；

编码器，其相对于所述外壳轴固定定位，其中所述编码器具有直接连接到所述连接板的编码器轴，所述编码器轴在所述轴向方向上延伸并绕所述外壳轴中心线延伸，所述编码器可操作来感测所述编码器轴的旋转特性，并且所述编码器可操作来基于所述编码器轴的所述旋转特性而确定所述连接板的旋转特性。

2.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述外壳轴在第一外壳轴端与第二外壳轴端之间以所述轴向方向延伸，所述第一外壳轴端设置为靠近所述外壳壁，所述第二外壳轴端设置为靠近所述连接板，且所述外壳轴形成在所述第一外壳轴端与所述第二外壳轴端之间延伸的外壳轴腔；且

其中所述编码器还包括编码器主体，所述编码器主体相对于所述外壳轴固定定位，所述编码器主体至少部分设置在靠近所述第二外壳轴端的所述外壳轴腔内，所述编码器轴从所述编码器主体延伸，且所述编码器轴可相对于所述编码器主体旋转。

3.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述编码器可操作来生成指示所述转子的所述旋转特性的信号。

4.根据权利要求3所述的旋转机器，其中所述旋转机器还包括控制单元，所述控制单元可操作来接收来自所述编码器的信号，且所述控制单元可操作来响应于所述信号控制所述旋转机器的部件。

5.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述连接板是圆盘形整体结构。

6.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述连接板在所述轴承的径向向外的位置处连接到所述转子。

7.根据权利要求6所述的旋转机器，其中所述连接板包括基部和从所述基部径向向外延伸的腹板部分；

其中所述连接板的所述腹板部分连接到所述转子的端表面。

8.根据权利要求7所述的旋转机器，其中所述连接板的所述腹板部分包括凸缘，其接合所述轴承的径向外部以帮助维持所述轴承的轴向对齐。

9.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述转子包括环形转子轮，其具有被构造来接触抗拉构件的环形延伸轮槽。

10.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述转子包括环形转子滑轮，其具有第一环形部分、第二环形部分和腹板部分，其中所述第一环形部分和所述第二环形部分以在轴向方向上延伸的某一距离彼此分离，且所述腹板部分在所述第一环形部分与所述第二环形部分之间以至少大体上垂直于所述轴向方向的径向方向延伸。

11.根据权利要求1所述的旋转机器，其还包括相对于所述外壳和所述转子设置的定子，其中所述定子包括绕所述轴中心线同心延伸的定子环；且

其中所述转子滑轮的所述第一环形部分在轴向方向上与所述定子对齐。

12.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述轴承在所述外壳轴上支撑所述转子滑轮的所述第一环形部分。

13.根据权利要求1所述的旋转机器，其还包括相对于所述外壳和所述转子设置的定子，其中所述定子包括定子环，其绕所述轴中心线同心延伸，所述定子环界定多个径向延伸的定子齿，且所述定子包括缠绕所述多个定子齿的多个定子线圈；且

其中所述转子包括绕所述外壳轴中心线圆周地延伸的多个永磁体，且所述多个永磁体产生转子磁场，其可操作来与所述多个定子线圈相互作用。

14.根据权利要求13所述的旋转机器，其中所述旋转机器被构造来用作发电机，所述转子磁场可操作来当所述转子相对于所述外壳轴旋转时导致电流流过所述多个定子线圈，且所述多个定子线圈连接到电力存储装置，其可操作来接收和存储由流过所述定子线圈的电流产生的电力。

15.根据权利要求13所述的旋转机器，其中所述旋转机器被构造来用作电动机，且所述多个定子线圈可操作来产生定子磁场，其可操作来与所述转子磁场相互作用以导致所述转子相对于所述外壳轴旋转。

16.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述旋转机器可操作来移动与所述转子接触的抗拉构件。

17.根据权利要求16所述的旋转机器，其中所述抗拉构件是在升降机轿厢与配重之间延伸的升降机绳索，且通过所述旋转机器的所述抗拉构件的运动可操作来导致所述升降机轿厢和所述配重的运动。