CN107112822A - 电气设备 - Google Patents

Abstract

在铁芯(10)中开有沿电工钢板的层叠方向贯通的螺栓孔(24)。铁芯(10)借助于插入到所述螺栓孔中的夹持螺栓(14)固定在外壳(12)上。带凸缘的套管(32)从所述铁芯的供夹持螺栓(14)插入的端面插入到所述螺栓孔中。所述带凸缘的套管的筒部(34)插入到所述螺栓孔中以便与两块以上的电工钢板接合。所述螺栓孔的与所述筒部接合的部分具有阻止相对旋转的结构。通过紧固所述夹持螺栓而产生的旋转力分散在多块电工钢板中，并且结果，施加在一块电工钢板上的力变小，这进而可抑制变形。

Description

电气设备

技术领域

本发明涉及一种电气设备，例如电动机、发电机或变压器，更具体地涉及一种固定所述设备的铁芯的技术。

背景技术

诸如电动机、发电机或变压器的电气设备具有作为供磁通通过的磁路工作的铁芯。铁芯典型地通过层叠薄电工钢板(电磁钢板)而形成。以下给出的专利文献1示出了一种将通过层叠电工钢板(1’)而形成的铁芯(定子芯)固定在外壳(5)上的技术。该铁芯具有沿电工钢板的层叠方向贯通的孔(1e)。铁芯利用插入到各孔中的螺栓(6)被固定地夹持在外壳上。带括弧的标号是专利文献1中使用的标号并且与在本专利申请的实施方式的说明中使用的附图标记无关。

引用清单

专利文献

专利文献1：JP 2013-128339 A

发明内容

技术问题

当铁芯利用插入到贯通铁芯的孔中的螺栓被固定时，在紧固螺栓时位于铁芯各端的电工钢板常常由于螺栓头部的旋转而被拖曳并变形。

本发明的目的在于防止当螺栓被紧固时否则会发生的电工钢板的变形。

问题的解决方案

在本发明的电气设备中，带凸缘的套管从铁芯的供夹持螺栓插入穿过的端面插入到设置在铁芯中并且供夹持螺栓插入的螺栓孔中。铁芯利用夹持螺栓经由带凸缘的套管被夹持(夹紧)。带凸缘的套管具有凸缘和筒部，并且筒部插入到螺栓孔中以便与两块以上的电工钢板接合。带凸缘的套管的筒部和螺栓孔的与筒部接合的部分具有用于阻止相对旋转的旋转阻止结构。

通过紧固夹持螺栓而产生的旋转力传递到带凸缘的套管并且从套管的筒部进一步传递到两块以上的电工钢板。由于螺栓的旋转力传递到两个以上的电工钢板，所以施加在一块电工钢板上的力减小，这进而阻止电工钢板的变形。

旋转阻止结构能被实施为使带凸缘的套管的筒部与螺栓孔过盈配合的结构。这种情况下，带凸缘的套管的筒部和螺栓孔具有圆形的截面廓形。

旋转阻止结构能被实施为带凸缘的套管的筒部和螺栓孔具有非圆形的截面廓形的结构。这种情况下，截面廓形可以是例如多边形。

带凸缘的套管能由非磁性材料制成。

铁芯可以是作为电动机和发电机中的任一者或两者工作的电动发电机的铁芯。这种情况下，铁芯将被固定在其上的对象可以是用于收纳电动发电机的外壳。

本发明的有利效果

由夹持螺栓在紧固动作时的旋转产生的力经由带凸缘的套管传递到两块以上的电工钢板，由此施加在一块电工钢板上的力减小，这进而抑制了电工钢板的变形。

附图说明

[图1]图1是示出用于固定电动发电机的铁芯的结构的分解透视图。

[图2]图2是电动发电机在从其中心轴线的方向看去时的视图。

[图3]图3是沿图2所示的线A-A截取的剖视图。

[图4]图4是示出示例性的带凸缘的套管的透视图。

[图5]图5是示出带凸缘的套管的另一个例子的透视图。

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的实施方式。在下文中，以作为能够将运动体的旋转的动能变换为电能且反之亦然的电气设备的电动发电机为例说明该实施方式。然而，本发明也适用于将动能变换为电能的发电机和将电能变换为动能的电动机。此外，运动体不限于旋转，并且本发明也适用于沿直线或任意曲线移动的所谓的直线电机等。此外，本发明还适用于变压器的铁芯。

图1是示出用于固定电动发电机的定子的铁芯10的结构的视图。图2是从图1中的上方并且在其中心轴线的方向上示出电动发电机的视图。以下将电动发电机的中心轴线简称为中心轴线。铁芯10使用带螺纹的夹持螺栓14固定在固定对象上；例如，用于收纳电动发电机的定子的外壳12。在外壳12中形成有螺孔16，并且夹持螺栓14上的螺纹与螺孔16螺纹接合，由此固定地紧固铁芯10。尽管铁芯10在卷绕有线圈的状态下固定在外壳12上，但为了简洁从图1和2中省略了线圈。

铁芯10呈大致环状并且沿其内周具有沿周向排布的齿18。齿18卷绕有引线，由此形成线圈。铁芯10通过沿中心轴线的方向层叠薄电工钢板20而形成。各电工钢板20具有与铁芯10的正交于其轴线的截面相同的形状，并且具有一定厚度的铁芯10通过层叠电工钢板而形成。在各电工钢板20的表面上形成有绝缘层，由此电工钢板20彼此绝缘。层叠的电工钢板20通过沿层叠方向焊接其外周而一体化。通过对铁芯10采用层叠结构而抑制了否则将由于磁通从铁芯10内通过而产生的涡电流，由此降低铁损。

在铁芯10的外周上形成有平行于中心轴线延伸的脊突22。在各脊突22中形成有沿中心轴线的方向延伸并且贯通铁芯10的螺栓孔24。夹持螺栓14插入到各螺栓孔24中。为了防止供磁通通过的磁路变窄，优选将螺栓孔24形成为配合在脊突22内。然而，螺栓孔也可部分或完全形成在铁芯的环形部分中。螺栓孔24能等间隔地设置在沿周向的多个位置处。在本实施方式中，螺栓孔24等间隔地设置在三个位置处。

如图2所示，在环形铁芯10的内侧配置有转子26。转子26与转子轴28一体化并且与转子轴28一起旋转。转子轴28在电动发电机作为电动机工作时用作输出轴并且在电动发电机作为发电机工作时用作输入轴。

外壳12收纳构成电动发电机的定子和转子。外壳12也可将电动发电机的构成元件与其它设备的构成元件一起收纳。例如，外壳也可收纳变速器的变速机构。

如上所述，铁芯10通过使夹持螺栓14与外壳的螺孔16螺纹接合而被固定地夹持。当夹持螺栓14被紧固时，螺栓头部30旋转。当旋转传递到电工钢板20时，例如拖曳电工钢板20的力作用在电工钢板20上。该力有时可使电工钢板20变形。当螺栓头部30与电工钢板20直接接触时，来自夹持螺栓14的旋转力作用在电工钢板20上。此外，即使当有垫圈介设在螺栓与电工钢板之间时，来自夹持螺栓14的旋转力也经由垫圈作用在电工钢板20上。如果电工钢板20由于被螺栓头部30拖曳而变形，则电工钢板之间的附着性将降低，这样电工钢板的一部分将自行升起；换言之，电工钢板的一部分中将出现间隙。如果紧固有夹持螺栓的电工钢板中存在升起部分，则电动发电机的使用将伴随着升起部分的塌缩，这又会减小夹持螺栓的轴向拉力。例如，在电动发电机运转期间铁芯10被加热并膨胀，并且膨胀力作用在电工钢板的升起部分上而引起塌缩。这些动作的重复导致升起部分的塌缩、铁芯直径的缩小和螺栓的轴向拉力的下降。螺栓的轴向拉力的下降可能导致铁芯10的固定不良。

在本实施方式中，要插入到螺栓孔24中的带凸缘的套管32可防止电工钢板20的变形。

图3是沿图2中的线A-A截取的剖视图，而图4是示出单体形式的带凸缘的套管32的图。带凸缘的套管32具有筒部34和凸缘36，还包括沿套管32的中心轴线的方向延伸并且贯通套管32的通孔38。筒部34插入到螺栓孔24中，由此带凸缘的套管32被装配到铁芯10中。筒部34从铁芯10的供夹持螺栓14插入的端面插入到螺栓孔24内，直至凸缘36与铁芯10的端面相接触。筒部34的长度为电工钢板20的厚度的两倍以上；例如，相当于10块电工钢板以上。凸缘36夹在螺栓头部30与铁芯10之间，由此阻止螺栓头部30与电工钢板20之间的直接接触。凸缘36的外径能以使得电工钢板20不会由于通过夹持螺栓14的夹持动作所产生的轴向拉力而塌缩的程度被设定。凸缘36的大的外径有助于轴向拉力在宽范围上的分散，由此防止电工钢板20的塌缩和变形。通孔38的内径能被设定为比夹持螺栓14的轴的直径和螺纹部的直径大的直径以便使得夹持螺栓14容易插入。

筒部34的与筒部34的延伸方向垂直的截面廓形是圆形，并且螺栓孔24也具有圆形的截面廓形。筒部34与螺栓孔24之间的配合是过盈配合。具体地，在带凸缘的套管32尚未配合在铁芯10中的状态下，筒部34的外径大于螺栓孔24的内径。当带凸缘的套管32装配在铁芯10上时，筒部34对螺栓孔24施力，由此扩宽螺栓孔24。借助于该力，筒部34与螺栓孔24紧密接合。

该过盈配合可通过压配合地装配带凸缘的套管32来实现。或者，该配合也可借助于收缩配合来实现；即，通过加热铁芯10、在保持螺栓孔24扩张的同时将筒部34插入到螺栓孔24内并且随后消除温差的过程来实现。

带凸缘的套管32通过使带凸缘的套管32与螺栓孔24过盈配合而与铁芯10的螺栓孔24接合，由此阻止相对旋转。当夹持螺栓14被紧固时，螺栓头部30与带凸缘的套管的凸缘36接触，由此力作用在凸缘上，从而使凸缘36旋转。借助于带凸缘的套管的筒部34，该力也不仅传递到位于铁芯的端面上的一块电工钢板20，而且传递到与筒部34接合的多块电工钢板。因此，夹持螺栓14的旋转力分散在多块电工钢板20上，使得作用在一块电工钢板20上的力变小。由此抑制了电工钢板20、特别是位于铁芯的端面上的电工钢板20的变形。

由于电工钢板20的变形被抑制，所以能抑制螺栓的轴向拉力的下降。此外，能防止否则会由电工钢板20的变形引起的邻接钢板间的绝缘层的破坏。此外，由于施加在一块电工钢板20上的力变小，所以能使电工钢板20的厚度更薄。只要使电工钢板20更薄，由于涡电流而引起的损失就将降低，从而效率将改善。

带凸缘的套管32能由非磁性材料制成。具体地，能使用非磁性金属，特别是非磁性的不锈钢，例如奥氏体不锈钢。由于带凸缘的套管32与铁芯10紧密接触，所以从铁芯10通过的磁通的一部分可从带凸缘的套管32通过。然而，通过由非磁性材料制造带凸缘的套管32来减少从带凸缘的套管通过的磁通的量，这能抑制涡电流的发生。通过减小涡电流，能抑制铁损的恶化。

通过采用带凸缘的套管32，能提高夹持螺栓14与带凸缘的套管32之间存在的摩擦系数。夹持螺栓14有时能涂覆有摩擦系数稳定剂以便稳定摩擦系数。通过施加摩擦系数稳定剂，能将摩擦系数在各个夹持螺栓之间的变动稳定在窄范围内。为了抑制铁芯10沿正交于中心轴线的方向的移动，夹持螺栓14和铁芯10之间的较高摩擦系数是优选的。同时，如果摩擦系数高，则通过紧固夹持螺栓14而产生的旋转力将容易传递到位于铁芯的端面上的电工钢板20，这将易于引起电工钢板20的变形。通过采用带凸缘的套管32可提高对电工钢板20的变形的耐性，这样能采用具有更高摩擦系数的摩擦系数稳定剂。通过采用具有高摩擦系数的摩擦系数稳定剂，能提高抑制铁芯10的移动的效果。

带凸缘的套管32借助于过盈配合与螺栓孔24接合，由此阻止其间的相对旋转。夹持螺栓的旋转力传递到下层的电工钢板20以及在顶部的电工钢板20。除此之外，还存在其它用于阻止带凸缘的套管和螺栓孔24之间的相对旋转的结构。例如，使带凸缘的套管的筒部的截面廓形和螺栓孔的截面廓形为非圆形；优选地，使这些截面廓形彼此相同，由此能阻止它们之间的相对旋转。作为具体的截面廓形，可提及椭圆形、多边形等。多边形包括顶角小于180°的凸多边形和至少一个顶角大于180°的凹多边形。

图5示出包括具有多边形截面廓形的筒部的带凸缘的套管40。带凸缘的套管40具有筒部42和凸缘44，并且还具有供夹持螺栓14穿过的通孔46。带凸缘的套管40除筒部42的截面廓形上的差异之外具有与带凸缘的套管32相似的结构。筒部42的垂直于轴线的截面廓形为正方形。带凸缘的套管的将与筒部42接合的至少一部分被赋予具有与筒部42大致相同的尺寸的正方形截面廓形。借助于具有正方形截面廓形的筒部42和螺栓孔，阻止了筒部42和螺栓孔之间的相对旋转。因此，不是必须将筒部42通过过盈配合嵌合在螺栓孔内。带凸缘的套管40也能由非磁性材料、特别是非磁性不锈钢制成。

附图标记列表

10 铁芯

12 外壳

14 夹持螺栓

16 螺孔

20 电工钢板

24 螺栓孔

32 带凸缘的套管

34 筒部

36 凸缘

40 带凸缘的套管

42 筒部

44 凸缘

Claims (7)

1.一种电气设备，包括：

铁芯，所述铁芯是通过层叠电工钢板而制成的并且具有沿层叠方向贯通所述铁芯的螺栓孔；

夹持螺栓，所述夹持螺栓通过插入到所述螺栓孔中而将所述铁芯固定在固定对象上；和

从所述铁芯的供所述夹持螺栓插入穿过的端面插入到所述螺栓孔中的带凸缘的套管，其中所述带凸缘的套管的筒部插入到所述螺栓孔中以便与两块以上的电工钢板接合；并且

所述带凸缘的套管的筒部和与所述筒部接合的所述螺栓孔具有旋转阻止结构。

2.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述旋转阻止结构是使所述带凸缘的套管的筒部与所述螺栓孔过盈配合的旋转阻止结构。

3.根据权利要求2所述的电气设备，其中，所述带凸缘的套管的筒部和所述螺栓孔具有圆形的截面廓形。

4.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述旋转阻止结构是所述带凸缘的套管的筒部和所述螺栓孔具有非圆形的截面廓形的结构。

5.根据权利要求4所述的电气设备，其中，所述带凸缘的套管的筒部和所述螺栓孔具有多边形的截面廓形。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气设备，其中，所述带凸缘的套管由非磁性材料制成。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电气设备，其中，所述电气设备是电动发电机；所述铁芯是所述电动发电机的定子芯；并且所述固定对象是收纳所述电动发电机的外壳。