CN106877588B - 用于降低振动和噪声的转子定向装置 - Google Patents

Abstract

在具有转子的电机中应当降低振动和噪声。对此提出：将转子(2)支承在磁性的定向装置(7，8)中，而轴承端盖相对于定子(1)是松动的。在该状态下，转子(2)通过定子(1)驱动。检测转子(2)的振动。调节定向装置(7，8)，使得振动降低。最后，轴承端盖(13)在定子(1)处固定在通过调节确定的位置中。因此，尤其在优化振动时考虑到电磁力。

Description

用于降低振动和噪声的转子定向装置

技术领域

本发明涉及一种用于在电机的定子中安装转子的方法，其中转子支承在至少一个滚动轴承中，滚动轴承自身固定在轴承端盖上。此外，本发明涉及一种用于在定子中安装这种转子的安装系统。

背景技术

电动机、尤其是同步磁阻技术的电动机在运行中通常由于不对称性而存在振动和噪声。这种振动和噪声通常对于使用目的、尤其是操作人员来说是干扰性的。但是，不仅电动机，而且可能还有发电机也受不对称性影响。在此，必要时也寻求：最小化相应的振动和噪声。

该不对称性的原因一方面来自制造不精确性。属于此的例如是定子和转子叠片的形状和位置公差。其他的不精确性通常源自构件、如电机的壳体、定子、轴承端盖、轴承和转子。可能地，当转子安装在定子中时，不精确性相加。

在将转子安装在定子中时，通常使用定心装置。借助定心装置将转子相对于定子径向地固定。在此，两个构件、即壳体和轴承端盖设有对定心边缘的紧密配合部。由此，仅得到转子相对于定子的唯一的固定的位置。

但是不对称性也能够从材料本身中产生。例如，电叠片的磁特性与滚动方向相关。在电机运行时，单独通过该最小的磁性的差异能够得到显著的、力方面的不对称性。

典型地在转子轴线理想定向的情况下不考虑纯的材料特性。同步磁阻技术的马达通常借助比异步马达更小的空气间隙来构建。这与如下相关：在空气间隙较小的情况下，更好地区分d和q轴线并且也能够提高效率。然而同时，提高在电磁学的振动方面的易受影响性。

从参考文献DE 196 19 997 A1中已知确定磁性支承的转子的不平衡。通过转子的永磁支承装置的移动补偿不平衡。在此，移动到惯性轴线中，即平衡一阶不平衡性。

此外，参考文献DE 37 42 149 A1示出对旋转体的不平衡进行补偿。在此，一个具体的实例提出，如何能够进行这种补偿。

此外，参考文献DE 602 10 482 T2公开一种转子磁体支承装置。在那里同样应当补偿不平衡。

此外，参考文献DE 19 41 558 A1公开用于在安装时将转子相对于定子几何定向的方法。定向在此静态地进行。

发明内容

因此，本发明的目的在于：在将转子定向在定子中时也能够考虑不对称的磁力。与之相应地，提出用于安装转子的方法或者用于将转子安装在定子中的安装系统。

因此，根据本发明，通过如下方式提供一种用于在电机的定子中安装转子的方法，其中转子支承在至少一个滚动轴承中，滚动轴承自身固定在轴承端盖上，该方法包括

-将转子支承在磁性的定向装置中，而轴承端盖与定子松动地连接，

-转子通过定子驱动，

-检测转子的第一振动，

-调节定向装置，使得降低第一振动，并且

-将轴承端盖在定子处固定在通过调节确定的位置中。

因此，电机如此安装，即转子在稍后的运行中通过滚动轴承支承在定子上/定子中。滚动轴承本身固定在轴承端盖中/轴承端盖上。随后，在安装结束时，应将轴承端盖间接地或直接地固定地固定在定子上。然而，为了找到对此的正确位置，首先将转子支承在磁性的定向装置中，并且在此轴承端盖还相对于定子是松动的。这表示：轴承端盖包括滚动轴承和转子尤其是可径向移动的。现在，为了定向将转子置于旋转中，更确切地说通过定子来置于旋转中，定子也在运行中将相应的力施加到转子上。因此，在此产生也在转子运行期间出现的实际的力。检测转子的与之相关的振动(例如在一段时间的力或偏移)，振动由不对称的造型或力作用产生。现在，如下地调节磁性的定向装置使得降低振动。现在优选地，振动通过调节甚至被最小化或消除。在降低、最小化或消除振动的状态下，现在将轴承端盖直接或间接地固定在定子上。因此，获得转子在定子中的以下定向，其中降低振动进而也降低噪声。优选地，在该定向中如下地驱动转子，即转子与预设的正常运行中那样被驱动，尤其是在转速方面被驱动。

在一个有利的改进形式中，检测电机的壳体的第二振动，第二振动同样在调节定向装置时被考虑。因此，在此不仅在调节中考虑关于转子所检测的第一振动，而且也考虑壳体方面的振动。与之类似地，在调节时，为了调节也能够考虑电机的其他部件、即例如定子或安装支脚的振动。

因此，电机能够如下地构造，使得轴承端盖经由电机的壳体固定在定子上。因此，电机明确地具有壳体，轴承端盖固定在壳体上。壳体自身典型地与转子刚性地连接。由此，轴承端盖间接地固定在定子上。

优选地，壳体在端侧具有定心部段，定心部段能够相对于其余的壳体垂直于转子的轴线移动，并且在固定轴承端盖时，定心部段与其余的壳体固定地连接。以该方式，例如能够将环形的定心部段可移动地设置在壳体的端侧上。在固定时才将两个部件相互固定，例如通过螺栓、粘结剂或其他的固定件。

替选地，壳体在端侧也具有与壳体固定地连接的定心部段，其中轴承端盖在定心部段处能够垂直于转子的轴线移动，并且在固定时定心部段固定地与轴承端盖连接。因此，在该情况下，定心部段不能够相对于壳体移动，而是轴承端盖能够相对于定心部段移动，这例如能够通过如下方式实现：定心部段具有必要时受限的面，轴承端盖能够在面上运动。

特别地，在调节时，转子能够相对于定子以限制到预设的最大值的数值径向移动。这例如是以下情况，即通过壳体处的或定心部段处的相应的肩部限制轴承端盖或定心部段的轴向移动。由此例如能够防止：转子在定向在定子中时撞击定子。因此尤其有利的是：转子能够沿径向方向比定子和转子之间的预设的、标称的空气间隙更小地移动。

在径向方向上限制可移动性能够通过调节、但是也通过部件的适当的硬件方面的设计来实现。特别地，用于将滚动轴承固定在壳体上的部件能够具有适当的轮廓，轮廓允许这种最大间隙。由此，也在调节失效时确保：转子不接触定子。

根据本发明，为了实现前述目的也提出一种用于在电机的定子中安装转子的安装系统，其中转子支承在至少一个滚动轴承中，滚动轴承自身固定在轴承端盖上，安装系统包括：

用于支承转子的磁性的定向装置，

用于通过定子驱动转子的控制装置，

用于检测转子在运行状态下的振动的传感器装置，在运行状态下，转子由定子驱动，和

用于调节定向装置使得降低振动的调节设备。

因此，安装系统除了磁性的定向装置还具有控制装置，借助控制装置能够控制电机以旋转转子。优选地，借助控制装置能够建立如下控制信号，其例如也在电机正常运行中施加在电机上。尤其有利的是可变的控制装置，借助该控制装置能够产生多个用于不同类型的电机的控制信号。为了精确地定向，安装系统具有传感器装置，借助传感器装置能够检测被驱动的电机的转子的振动。优选地，传感器装置与磁性的定向装置固定地连接。最后，安装系统包括用于调节定向装置的调节设备，其中传感器装置的传感器信号用于调节回路以降低振动。在示例的调节回路中因此存在定向装置(例如电磁体)、传感器装置(例如振动记录器)和调节设备(例如调节器)以及必要时存在功率放大器。

优选地，定向设备具有第一磁体支承装置和第二磁体支承装置，借助磁体支承装置分别能够径向地支承转子的轴的端部。因此，转子的轴能够夹紧在两个磁体支承装置之间。以该方式能够单独地通过磁力径向地定向电机的转子。

此外，第一磁体支承装置也能够具有磁性的轴向轴承。由此能够确保：电机的转子当其仅通过这两个磁体支承装置支承时也在轴向方向上稳定。

上面结合根据本发明的方法详述的其他的特征也能够解释为刚刚描述的安装系统的功能特征。相反，安装系统的设备特征只要其涉及功能就也解释为方法特征。

附图说明

下面，根据所附的附图详细阐述本发明，其中示出：

图1示出用于示出具有转子和定子的电极中的径向的力分布的视图；

图2示出力平衡状态下的图1的电机；

图3示出具有夹紧的电机的根据本发明的安装系统的一个实施例；和

图4示出根据本发明的安装系统的调节回路的原理电路图。

具体实施方式

下面详细描述的实施例为本发明的优选的实施方式。在此要注意的是：各个特征不仅能够以所描述的组合、而且也以其他技术方面有意义的组合或单独地实现。

图1暗含地示出电机中的力分布，电机具有转子2和定子1。力分布在此出于简单起见而仅在x-y平面中示出，x-y平面垂直于转子2的轴线延伸。原则上，当然也能够产生沿z方向的力，即垂直于x-y平面的力。然而这种力在此在简化的实施方式中不被考虑。

转子2的位置由制造精度根据公差链确定。空气间隙因此能够根据马达尺寸显著地波动。典型地，空气间隙在轴高度为180mm的机器中能够波动直至0.25mm。至今为止，目的在于：通过尽可能高的制造精度使得转子轴线3的位置尽可能靠近理想的几何的转子轴线4，转子轴线的位置按照制造技术上的尺寸确定得出。这导致了高的耗费并且根据同时发生的公差总是还存在高的不精确性。也不考虑全部受影响的几何形状，即例如定子叠片的槽底。此外，也不考虑在磁回路之内发挥其效用的材料特性。然而，刚好这种材料特定的不对称性显著地作用在激励中。于是例如以在环周方向上相等分布的方式，得到始于几何轴线3的具有不同值的三个力向量F1、F2、F3。因此，目的是：尽可能降低由不同的力产生的不对称性，以便同样降低由此引起的振动。

对此，根据图2，在转子安装时不根据所产生的制造技术方面的转子轴线3或理想的几何的转子轴线4进行定向，而是(也)根据电磁作用的转子轴线5定向。在此，电机，例如马达在转子安装期间例如通过控制装置电运行。机械的转子轴承还没有固定地与定子1连接。因此，在具体的实例中，轴承端盖还没有固定地安装在壳体处。借助于定向装置对转子进行定向使得作用于转子上的力彼此尽可能抵消，电机的转子为了安装而支承在定向装置中。这例如是以下情况，即如图2中那样在环周上相等分布的、作用于转子2上的力向量F1、F2、F3等长。随后，在转子运行时，可能有利的是：转子2的轴线的定向根据所谓的“电磁作用的转子轴线”5执行。在这种定向中，针对预设的运行类型得到力的对称性进而尽可能完全地降低振动。

图3给出示例的安装系统，将电机、例如马达6固定到安装系统中。安装系统在此具有两个磁体支承装置7和8，在磁体支承装置之间支承转子2的轴9。

电机或马达6在所提及的实例中具有壳体10，壳体与定子1固定地连接。在端侧，壳体10在这两个侧面分别具有定心部段11，定心部段环形地构成。定心部段11具有肩部12，定心部段借助肩部能够居中地连接在其余的壳体处、在此柱形外罩形的壳体部段处。在每个定心部段11处分别例如借助于螺栓固定有轴承端盖13。在每个轴承端盖处又固定有轴承14，轴承承载轴9。

在安装之前，根据一个实施方式例如轴承端盖13不与定心部段12固定地连接。这表示：转子2不与定子1固定地连接。因此，更确切地说，空气间隙15是可变的。

在图3的实例中，安装系统具有两个磁体支承装置7和8。但是在简化的设计方案中，安装系统也仅能够具有唯一的磁体支承装置，并且电机为了安装首先定向在一侧上，随后转动并且定向在另一侧上。

在图3的实例中左侧示出的磁体支承装置7具有转子16，其用作为用于电机或马达6的转子轴9的容纳部。例如，对此，将轴向力F从转子16施加到轴9上。适合于此的是轴向的磁体轴承17，盘由该磁体轴承直接地固定在转子16处。轴向轴承17的电磁体例如能够将盘在z方向上挤压到轴9的端侧上。

此外，磁体支承装置7具有磁性的径向轴承18，借助径向轴承径向地支承转子16。径向磁体轴承18例如由控制装置控制，使得转子16连同轴9也在电机运行期间、即在转子2旋转期间浮动地支承。在此，磁体支承装置7的传感器19能够记录磁体支承装置7的转子16的振动，进而记录电机的转子2的振动。

类似地，将磁体支承装置8构建在安装系统的右侧上。安装系统具有转子20，转子支承在磁性的径向轴承21中。在此弃用可变的轴向轴承。转子在z方向上、即在轴向方向上通过相应的支撑装置22轴向地固定。此外，第二磁体支承装置8同样具有用于采集转子20的振动的传感器23。

这两个磁体支承装置7和8例如通过保持件24相互固定。保持件24也能够用于：固定z轴线，这通过箭头25表明。此外，能够设有止挡件26，以便轴向地定位电机的壳体10，只要其没有充分地支撑在保持件24上。

为了不仅记录转子2的轴9的振动，而且也吸收例如壳体10的振动，能够在电机处设有其他的振动传感器。例如，一个或多个振动传感器27设置在壳体10处，以便直接地检测壳体10的可能的振动。

因此，在将转子2在定子1中定向之前，转子2还没有与定子1固定地连接。例如，轴承端盖13还没有固定在定心装置11上和/或定心装置11还没有固定在其余的壳体10上。在该状态下，转子2仅通过定向装置(在此为这两个磁体支承装置7和8)来支承。现在，转子为了安装而电驱动，更确切地说优选如下地驱动，使得转子在随后的正常运行中也被驱动。因此能够确保：在正常运行期间出现尽可能少的振动。因此，电机例如以特定的频率或以特定的信号形状来控制。在两个马达支承装置7和8处在必要时采集在全部方向(360度)上的、优选仅径向定向的、不同大小的力。通过定向装置(在此磁体支承装置7和8)将转子根据所测量的力在x和y方向移动，直至所作用的力在全部方向上几乎相同大。在特定的实施方式中，振动能够直接地或间接地通过力测量来检测。

为了实现转子轴线的移动，因此在轴承端盖上不应设有定心装置，或者轴承端盖上的定心装置设有x和y方向上的自由度。如在图3的实例中，定心部段11相对于轴承端盖13能够为平坦的面，轴承端盖能够在该面上移动。定心部段11在此仅相对于剩余的壳体定心。然而，不仅能够在轴承端盖上的定心装置处设置相对于壳体的移动可行性，而且也能够在轴承端盖13上的单独的毂构件(在图3的定心部段11中)上设置移动可行性。

优选地，根据期望的空气间隙确定用于移动转子轴线的自由度的大小。因此，最大允许的径向的移动能够相当于空气间隙量减去0.2mm之间的差。有利地，定心边缘(类似于肩部12)中的移动的自由度也小于定向单元(磁体支承装置)的空气间隙。因此，转子也能够置于转动中，而没有在定向单元中进行接触。

为了定向，通过调节装置调节定向装置。相应的调节回路在图4中以符号示出。定向装置具有电磁体28，电磁体作用于转子2上。相应地，例如改变转子2的x位置，这在图4中用间距x_s表示。电磁体28例如是磁性的径向轴承18的一部分。振动传感器19或者替选地用于力测量的传感器记录转子2的力或振动，并且将相应的测量信号提供给调节器29。该调节器将相应的调整变量例如经由功率放大器30提供给电磁体28。借助这种反馈，转子可以如下地定向，使得降低振动和噪声并且必要时甚至能够消除振动和噪声。甚至为了考虑系统中的壳体性能，能够附加地将壳体10处的振动记录器27引入到调节回路中。因此能够实现转子2的精细定向。

在定向过程结束时，当因此确定转子的(理想的)电磁位置时，能够将轴承端盖13和/或定心部段11固定在壳体10上或定子1处。因此，转子2处于相对于定子1固定的局部位置中。因此，在所设的正常运行中降低电机的振动和噪声。

因此，有利地，在转子和定子之间能够设有较小的空气间隙，由此提高效率。此外，尤其能够以相对灵敏的磁阻技术以降低噪声的方式制造马达。

Claims (10)

1.一种用于在电机的定子(1)中安装转子(2)的方法，其中，所述转子支承在至少一个滚动轴承(14)中，所述滚动轴承自身固定在轴承端盖(13)处，

其特征在于，

将所述转子(2)支承在磁性的定向装置中，而所述轴承端盖(13)相对于所述定子(1)是松动的，

通过所述定子(1)驱动所述转子(2)，

检测所述转子(2)的第一振动，

调节所述定向装置，从而降低所述第一振动，并且

将所述轴承端盖(13)在所述定子(1)处固定在通过调节确定的位置中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，检测所述电机的壳体(10)的第二振动，所述第二振动同样在调节所述定向装置时被考虑。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轴承端盖(13)经由所述电机的壳体固定在所述定子(1)处。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述壳体(10)在端侧具有定心部段(11)，所述定心部段能够相对于其余的壳体(10)垂直于所述转子(2)的轴线移动，并且在固定时所述定心部段与所述其余的壳体(10)固定地连接。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述壳体(10)在端侧具有与所述壳体固定地连接的定心部段(11)，所述轴承端盖(13)在所述定心部段(11)处能够垂直于所述转子(2)的轴线移动，并且在固定时所述定心部段(11)与所述轴承端盖(13)固定地连接。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在调节时所述转子(2)相对于所述定子(1)以限制到预设的最大值的数值进行径向移动。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，通过所述轴承端盖(13)相对于所述壳体(10)的预设的最大间隙限制所述转子(2)相对于所述定子(1)的径向移动性。

8.一种用于在电机的定子(1)中安装转子(2)的安装系统，其中，所述转子(2)支承在至少一个滚动轴承中，所述滚动轴承自身固定在轴承端盖(13)处，

其特征在于，设有

用于支承所述转子(2)的磁性的定向装置，

用于通过所述定子(1)驱动所述转子(2)的控制装置，

用于检测所述转子(2)在运行状态下的振动的传感器装置，在所述运行状态下所述转子(2)由所述定子(1)驱动，和

用于调节所述定向装置使得振动降低的调节设备。

9.根据权利要求8所述的安装系统，其中，所述定向装置具有第一磁体支承装置和第二磁体支承装置，借助所述第一磁体支承装置和所述第二磁体支承装置分别能够径向地支承所述转子(2)的轴(9)的端部。

10.根据权利要求9所述的安装系统，其中所述第一磁体支承装置具有磁性的轴向轴承(17)。