CN107431414A - 电机 - Google Patents

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Abstract

一种电机，其包括转子(100)、定子(200)和支承结构(300)。定子(200)包括定子芯(210)和定子框架(220)。定子框架具有轴向(X‑X)端部和纵向侧部。转子(100)通过支承件(140、150)支承在支承结构(300)上。在定子框架(220)的每个端部处设置有由铸铁制成的端部支承结构(600)。端部支承结构(600)由纵向中间部分(610)和向上指向的两个端部部分(620、630)形成。端部支承结构(600)在定子框架(220)的轴向(X‑X)端部的外边缘之间沿横向方向延伸。端部支承结构(600)通过压紧接头被附接至支承结构(300)并且被附接至定子框架(220)的轴向(X‑X)端部。

Description

电机
技术领域
本发明涉及电机。
背景技术
电机、即电动马达和发电机被用在许多应用中。电动马达用来驱动不同种类的机器，发电机用来产生电力。用来驱动发电机的动力源各不相同。蒸汽是电厂中使用的用以驱动涡轮机的一种常见的动力源，由此涡轮机驱动发电机。另一方面，燃烧发动机可以用来驱动发电机。燃烧发动机和发电机通常安装在形成支承结构的共用平台上。包括位于共用的支承结构上的燃烧发动机和发电机的整个装置随后可以被运送到现场并且定位在动力建筑物的地板上。因此，这种装置的安装非常快。
发电机中的定子通常包括环形的定子芯和围绕该定子芯的定子框架。定子芯的内表面包括开通到环形的定子芯的内表面中的槽。槽中定位有定子绕组。沿着定子芯的外表面存在沿轴向方向延伸的背梁。背梁焊接至定子芯的外表面。定子框架通常包括端部结构部和位于端部结构部之间的框架板。定子框架可以与定子芯同时制造。当定子芯准备就绪时，定子框架随后可以安装在定子芯上。定子芯经由背梁附接至定子框架。定子框架通过支承元件附接至支承结构。
特别地，在与驱动发电机的燃烧发动机一起定位在共用支承结构上的发电机的使用寿命期间，发电机经受来自燃烧发动机的巨大振动。发电机的使用寿命期间的载荷循环的数目可以超过109。这些振动引起发电机的框架结构部上的、发电机的框架结构部内的附接件上的、以及发电机的框架结构部与支承结构之间的附接件上的波动的应力。
发明内容
本发明的目的是实现一种改进的电机。
根据本发明的电机在权利要求1中限定。
该电机包括能够围绕纵向旋转中心轴线旋转的筒形转子、围绕转子的定子以及支承转子和定子的支承结构，
定子包括筒形定子芯和围绕定子芯的定子框架，定子芯附接至定子框架，定子框架具有轴向端部和纵向侧部，
转子通过位于支承结构上的支承件壳体中的支承件而在每个轴向端部处被支承，支承件壳体位于定子框架的轴向端部的轴向外侧。
该电机的特征在于，
在定子框架的每个轴向端部处设置有具有长度和高度的由铸铁制成的端部支承结构，该端部支承结构由纵向中间部分和向上指向且达到端部支承结构的高度的两个端部部分形成，端部支承结构在定子框架的轴向端部的外边缘之间沿轴向的横向方向延伸，其中，端部支承结构通过压紧接头附接至定子框架的轴向端部并且附接至支承结构，支承件壳体被支承在端部支承结构的中间部分上并被附接至端部支承结构的中间部分。
端部支承结构的使用将使电机的整个框架结构部的刚度增加。端部支承结构通过压紧接头附接至支承结构，并且通过压紧接头附接至定子框架的轴向端部。压紧接头可以由螺栓和螺母实现。端部支承结构由于向上延伸的端部部分而可以以较大的面积附接至定子框架的端部。端部支承结构的中间部分和端部部分可以包括紧固至支承结构的紧固位置以及紧固至定子框架的轴向端部的紧固位置。以较大的面积进行的附接消除了端部支承结构中的张力集中和定子框架的轴向端部中的张力集中。
定子框架的每个端部处的端部支承结构将使整个框架结构部的刚度增加，从而使得框架结构部能够在电机寿命期间承受数目为109的所需载荷循环而无需制动。端部支承结构部能够将应力更均匀地分配到框架结构中，由此避免了显著的应力集中。
铸铁的使用使得可以相当容易地实现任何合适形式的端部支承结构。因此可以将端部支承结构的形式优化成使得应力集中被消除。与相应的焊接结构的SN曲线的斜率相比，铸铁的SN曲线的斜率也是非常平缓的。与焊接结构的耐疲劳性相比，铸铁在具有高或非常高的交变应力的情况下耐疲劳性要高得多。端部支承结构可以由GJS-400铸铁制成。
在有利的实施方式中，端部支承结构可以形成为使得端部支承结构的端部部分的高度在端部支承结构的长度的20％至50％的范围内。端部部分的足够的高度使得端部支承结构与定子框架的端部的紧固位置可以处于支承结构的表面上方足够的水平高度处。
在另一有利的实施方式中，端部支承结构可以形成为使得端部支承结构的每个端部部分均包括从端部部分的底表面向上延伸的凹部。这种布置将使端部部分的下部区域中的应力集中减小。端部部分的下部区域是应力集中否则会最高的区域。
在又一有利的实施方式中，端部支承结构可以形成为使得中间部分与端部部分之间的过渡部段具有弯曲部的形式，并且使得弯曲部朝向端部部分增大。这里的构思是为了使应力沿着整个端部支承结构均匀地分布。
在又一有利的实施方式中，端部支承结构可以形成为使得端部支承结构包括在端部支承结构的端部部分之间沿支承结构的前边缘延伸的凸缘，其中，凸缘具有直的中间部分和从端部支承结构的端部部分的上端部开始的弯曲的端部。凸缘将加强端部支承结构。
在又一有利的实施方式中，定子芯可以通过L形支架附接至定子框架，其中，支架的一个分支可以通过压紧接头附接至定子芯上的背梁，并且支架的另一分支可以通过压紧接头附接至定子框架。压紧接头可以由螺栓和螺母实现。这种布置将消除在进行定子芯与定子框架之间的附接时对焊接接头的需要。
在又一有利的实施方式中，定子框架可以通过支承元件在定子框架的轴向的横向外边缘处附接至支承结构。支承元件可以通过压紧接头附接至定子框架并且通过压紧接头附接至支承结构。支承元件可以由铸铁制成。压紧接头可以由螺栓和螺母实现。这种布置将消除在进行定子框架与支承结构之间的附接时对焊接接头的需要。
由铸铁制成的支承元件和基于如由螺栓和螺母实现的压紧接头的紧固装置可以在电机的寿命期间容易地承受数目为109的载荷循环。
铸铁的使用使得可以相当容易地实现任何合适形式的支承元件。因此可以将支承元件的形式优化成使得应力集中被消除。与相应的焊接结构的SN曲线的斜率相比，铸铁的SN曲线的斜率也是非常平缓的。与焊接结构的耐疲劳性相比，铸铁在具有高或非常高的交变应力的情况下耐疲劳性要高得多。
本发明特别适合用于轴高度为至少1米的大型电机。
附图说明
下文中将参照附图通过优选实施方式对本发明进行更详细的描述，在附图中：
图1示出了电机的纵向截面；
图2示出了安装在共用支承结构上的发电机和柴油发动机；
图3示出了定子的轴测图；
图4示出了定子的横向截面；
图5示出了定子框架的分解图；
图6示出了根据本发明的端部支承结构的第一实施方式的轴测图；
图7示出了根据本发明的端部支承结构的第二实施方式的轴测图；
图8示出了根据本发明的具有支承结构的电机的轴测图。
具体实施方式
图1示出了电机的纵向截面。电机400包括纵向中心轴线X-X、筒形转子100和围绕转子100的筒形定子200。
转子100包括设置有转子绕组(图中未示出)的中央部分110和位于中央部分110的每个轴向X-X端部处的两个端部部分120、130。转子100的端部部分120、130分别以可旋转的方式支承在设置在支承件壳体145、155中的支承件140、150上，支承件壳体145、155支承在电机400的支承结构300上。支承件壳体145、155分别支承在支承结构300的相应的端部支承表面320、330上。
定子200包括定子芯210和围绕定子芯210的定子框架220。定子框架220包括彼此相距一轴向X-X距离的两个相反的端部结构部221、222。定子框架220还包括位于端部结构部221、222之间的定子板223。定子板223沿着电机400的中心轴线X-X彼此相距一轴向X-X距离。定子芯210附接至定子框架220，并且定子框架220支承在支承结构300上。定子芯210还设置有定子绕组。该图仅示出了定子绕组的绕组端部211A。支承结构300还包括位于端部支承表面320、330之间的凹入部分310。凹入部分310接纳定子200的下部部分。
在转子100的中间部分110的外表面与定子芯210的内表面之间存在气隙G1。
电机400可以是电动马达或发电机。
图2示出了安装在共用的支承结构上的发电机和燃烧发动机。发电机400与燃烧发动机500一起安装在共用的支承结构300上。燃烧发动机500通过轴550驱动发电机400。
图3示出了定子的轴测图，图4示出了定子的横向截面，图5示出了图1中示出的电机的定子框架的分解图。
图4示出了电机的轴高度H0。轴高度H0是从旋转中心轴线X-X到定子框架220的最下边缘测量的。本发明特别适合用于轴高度H0为至少1m的大型电机。
定子200具有与电机400的纵向中心轴线X-X一致的纵向中心轴线X-X。定子200的截面具有竖向中心线VC1和水平中心线HC1。定子200还具有与纵向中心轴线X-X的方向垂直的横向方向TD1。定子200包括定子芯210和围绕定子芯210的定子框架220。
定子芯210包括从定子芯210的内周穿入定子芯210中的槽213。定子芯210中的槽213接纳定子绕组211。定子芯210具有叠层结构，即，定子芯210由堆叠在一起以形成定子芯210的环形片材构成。定子芯210中的每个片材均由扇形部210A、210B制成，其中扇形部210A、210B被彼此附接以形成封闭的周界。定子芯210还包括附接至定子芯210的外表面并且沿定子200的轴向X-X方向延伸的背梁212。定子芯210具有筒形形式。
定子框架220包括纵向侧部和轴向端部。定子框架220包括彼此相距一轴向X-X距离的两个相反的端部结构部221、222。端部结构部221、222分别包括定位在轴向X-X方向上的最外侧的端板221A、222A。端部结构部221的端板221A、端部结构部222的端板222A形成定子框架220的轴向X-X端部。定子框架220还包括位于端部结构部221、222之间的框架板223。每个框架板223均由四个单独的扇形部形成。框架板223的两个扇形部在竖向中心线VC1的两侧对称地定位在定子框架220的上拐角部A1、A2中。框架板223的两个扇形部在竖向中心线VC1的两侧对称地定位在定子框架220的下拐角部B1、B2中。框架板223的位于定子框架220的上拐角部A1、A2中的两个扇形部通过连接部224彼此连接。每个连接部224均沿着相应框架板223的外周延伸。连接部224和框架板223形成框架板组件。
定子框架220还包括在竖向中心平面VC1的相反侧对称地位于定子框架220的两个最下侧的拐角部C1、C2中的第一中间部225的组件。
定子200通过电机的支承结构300的侧部支承表面340、350上的支承元件240从纵向侧部支承。支承结构300支承在现场的地板F1上。支承元件240在竖向中心线VC1的两个纵向侧处对称地位于定子框架220的下拐角部B1、B2中。框架板223附接至每个支承元件240的每个竖向侧表面。支承元件240对称地位于定子框架220的纵向侧部的外边缘处。在该实施方式中，支承元件240完全位于定子200的水平中心平面HC1-HC1下方。支承元件240的一部分自然可以位于水平中心平面HC1-HC1上方。支承元件240的侧部支承表面340、350有利地位于定子200的水平中心平面HC1-HC1下方并位于角度α1处。角度α1有利地在10度至45度的范围内。支承元件240和位于支承元件240之间的框架板223形成支承元件组件。支承元件组件可以形成为一个整体。支承元件240可以通过产生压紧接头如螺栓和螺母的紧固装置附接至支承结构300。另一方面，支承元件240还可以通过产生压紧接头如螺栓和螺母的紧固装置附接至定子框架220。
支承结构300中的凹部310形成于支承结构300的侧部支承表面340、350与端部支承表面320、330之间的区域中。支承结构300的侧部支承表面340、350和端部支承表面320、330有利地定位在相同的水平高度。如果需要，侧部支承表面340、350和端部支承表面320、330自然可以定位在不同的水平高度。
框架板组件223、224的轴向X-X端部和支承元件组件240、223的轴向X-X端部以及第一中间部225的组件的轴向X-X端部通过紧固装置250附接至相应的端部结构部221、222，例如通过螺栓和螺母附接至相应的端部结构部221、222。定子框架220的横向截面的内周具有圆形形式。定子框架220的横向截面的外周具有多边形形式。
因此，可以独立地同时制造定子芯210和定子框架220。对形成定子芯210的环形片材进行组装而形成完整的定子芯210，随后将定子绕组211缠绕到定子芯210中的槽213中。组装端部结构部221、222、框架板223、支承元件240和第一中间部225而形成完整的定子框架220。随后将定子芯210附接至定子框架220。这例如可以通过L形的支架230完成。支架230的一个分支通过压紧接头紧固至背梁212，另一分支通过压紧接头紧固至框架板223。用于两个分支的压紧接头例如可以由螺栓和螺母实现。另一种可能性是在背梁212上使用C形夹持件，并通过焊接将C形夹持件附接至背梁212和框架板223。
图6示出了根据本发明的端部支承结构的第一实施方式的轴测图。端部支承结构600具有长度L1和高度H1。端部支承结构600由纵向中间部分610和在中间部分610的每个端部处沿着高度H1向上指向的端部部分620、630形成。中间部分610与每个端部部分620、630之间的过渡部呈弯曲部。弯曲部在中间部分处的起点与弯曲部在端部部分处的终点相比处于较低的水平高度。中间部分610和端部部分620、630包括第一支承表面S1，第一支承表面S1将抵靠支承结构300的上表面定位。端部部分620、630分别包括第二支承表面S2、S3，第二支承表面S2、S3将抵靠定子框架220中的相应端部结构部221、222中的轴向X-X外端板221A、222A定位。第一支承表面S1垂直于第二支承表面S2、S3。端部部分620、630是彼此的镜像。端部支承结构600在定子框架220的外边缘之间沿轴向X-X的横向方向TD1延伸。高度H1在端部支承结构600的长度L1的20％至50％的范围内。端部支承结构600的长度L1由定子框架220在定子框架220的外边缘之间的宽度确定。端部支承结构600的中央部分610的高度H3在端部支承结构600的端部部分620、630的高度H1的20％至60％的范围内。
端部支承结构600还包括在端部支承结构600的端部部分620、630之间沿支承结构600的前边缘延伸的凸缘640。凸缘640具有直的中间部分641和从端部支承结构600的端部部分620、630的上端部开始的弯曲的端部部分642、643。凸缘640进一步加强了端部支承结构600。
端部支承结构600的端部部分620、630分别具有从端部部分620、630的底部处的第一支承表面S1向上延伸的凹部621、631。凹部621、631的高度H2在端部部分620、630的高度H1的20％至40％的范围内。具有凹部621、631的构思是为了减小端部部分620、630的下部区域中的应力集中。因此实现了整个端部部分620、630上的更均匀的应力分布。凹部621、631使端部部分620、630的下部部分的回弹性增大。也可以通过对端部部分620、630的下部部分使用与端部部分620、630的上部部分的材料厚度相比更小的材料厚度来实现回弹性的增大。然而，更容易的是构造铸模，使得凹部在构造端部支承结构600时就实现。
端部支承结构600的中间部分610在支承件壳体145、155下方沿着支承结构300的端部支承表面320、330沿电机的轴向X-X的横向方向TD1延伸。因此，支承件壳体145、155附接至端部支承结构600的中间部分610。端部支承结构600可以从中间部分610以及从端部部分620、630附接至支承结构300的端部支承表面320、330。端部支承结构600还可以从中间部分610以及从端部部分620、630附接至定子框架200的端部结构部221、222的端板221A、222A。端部部分620、630的支承表面S2、S3分别抵靠定子框架220的端部结构部221、222的端板221A、222A座置。
端部支承结构600将使定子框架220的刚度显著地增加。定子框架220可以如现有技术中的解决方案那样首先通过支承元件240附接在支承结构300的侧部支承表面340、350处。支承结构300的侧部支承表面340、350在定子框架220的轴向X-X中间位置处位于定子框架220的纵向侧部处。接下来，定子框架220将通过端部支承结构600附接在支承结构300的端部支承表面320、330处。端部支承表面320、330位于定子框架220的轴向X-X端部处。端部支承结构600的端部部分620、630在定子框架220的端板221A、222A处的支承点将对称地位于定子框架220的与支承元件240所处的纵向线相同的纵向线上的轴向X-X横向外边缘处。所述纵向线与电机的中心轴线X-X平行。
图7示出了根据本发明的端部支承结构的第二实施方式的轴测图。主要区别在于端部支承结构600中的端部部分620、630。中间部分610延伸至端部支承结构600的两个端部。中间部分610在两个端部处形成略高的部分，这两个略高的部分形成端部部分620、630的下部部分622、623。端部部分620、630的上部部分由位于端部部分620、630的下部部分处的支承第二支承表面S2、S3的三角形支承部623、633形成。高度H1在端部支承结构600的长度L1的20％至50％的范围内。凹部621、631的高度H2在端部部分620、630的高度H1的20％至40％的范围内。端部支承结构600的中央部分610的高度H3在端部支承结构600的端部部分620、630的高度H1的20％至60％的范围内。
图8示出了根据本发明的具有支承结构的电机的轴测图。电机400被支承在支承结构300上。端部支承结构600对应于图7中示出的端部支承结构600。支承件150的支承件壳体155被支承在端部支承结构600的中间部分610上。支承件壳体155通过压紧接头、例如通过螺栓和螺母附接至端部支承结构600的中间部分610。端部支承结构600的第一支承表面S1被支承在支承结构300上。端部支承结构600可以通过压紧接头、例如通过螺栓和螺母从中间部分610和端部部分620、630被附接至支承结构300。端部支承结构600的端部部分620、630的第二支承表面S2、S3被支承在定子框架220的端部结构部222的端板222A上。端部支承结构600可以通过压紧接头、例如通过螺栓和螺母从中间部分610以及从端部部分620、630附接至定子框架220的端部结构部222的端板222A。端部支承结构600的端部部分620、630通过其附接至端板222A的支承点由于端部部分620、630的高度H1而可以定位在较高的水平高度。因此端部支承结构600将使定子框架220的刚度显著增加。
框架板223由图中的四个扇形部形成。扇形部223自然可以扩展成使得扇形部223的边缘彼此附接，从而形成围绕定子芯210的连续环形的框架板223。端部结构部221、222之间的框架板223的数目可以根据电机的轴向X-X长度变化。定子框架220也可以在不具有框架板223的情况下实现。定子框架220将仅包括端部结构部221、222，由此支承元件240将直接定位在端部结构部221、222之间。
对本领域技术人员而言将明显的是，随着技术的进步，本发明的理念可以以各种方式来实施。本发明及其实施方式不限于上述示例且可以在权利要求的范围内改变。

Claims (15)

1.一种电机，包括能够围绕纵向旋转中心轴线(X-X)旋转的筒形转子(100)、围绕所述转子(100)的定子(200)以及支承所述转子(100)和所述定子(200)的支承结构(300)，
所述定子(200)包括筒形定子芯(210)和围绕所述定子芯(210)的定子框架(220)，所述定子芯(210)附接至所述定子框架(220)，所述定子框架(220)具有轴向(X-X)端部和纵向侧部，
所述转子(100)通过位于所述支承结构(300)上的支承件壳体(145、155)中的支承件(140、150)而在每个轴向(X-X)端部处被支承，所述支承件壳体(145、155)位于所述定子框架(220)的所述轴向(X-X)端部的轴向(X-X)外侧，
其特征在于，
在所述定子框架(220)的每个轴向(X-X)端部处设置有具有长度(L1)和高度(H1)的由铸铁制成的端部支承结构(600)，所述端部支承结构(600)由纵向中间部分(610)和向上指向且达到所述端部支承结构(600)的高度(H1)的两个端部部分(620、630)形成，所述端部支承结构(600)在所述定子框架(220)的所述轴向(X-X)端部的外边缘之间沿轴向(X-X)的横向方向(TD1)延伸，其中，所述端部支承结构(600)通过压紧接头被附接至所述定子框架(220)的所述轴向(X-X)端部并且被附接至所述支承结构(300)，所述支承件壳体(145、155)被支承在所述端部支承结构(600)的所述中间部分(610)上并被附接至所述端部支承结构(600)的所述中间部分(610)。
2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述端部支承结构(600)的所述端部部分(620、630)的高度(H1)在所述端部支承结构(600)的长度(L1)的20％至50％的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的电机，其特征在于，所述端部支承结构(600)的每个端部部分(620、630)均包括从所述端部部分(620、630)的底表面向上延伸的凹部(621、631)，由此减小了所述端部部分(620、630)的下部区域中的应力集中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电机，其特征在于，所述中间部分(610)与所述端部部分(620、630)之间的过渡部段具有弯曲部的形式，其中，所述弯曲部在所述中间部分(610)处的起点与所述弯曲部在所述端部部分(620、630)处的终点相比处于较低的水平高度。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电机，其特征在于，所述端部支承结构(600)包括在所述端部支承结构(600)的所述端部部分(620、630)之间沿所述支承结构(600)的前边缘延伸的凸缘(640)，其中，所述凸缘(640)具有直的中间部分(641)和从所述端部支承结构(600)的所述端部部分(620、630)的上端部开始的弯曲的端部部分(642、643)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电机，其特征在于，所述定子框架(220)从所述纵向侧部附接至所述支承结构(300)。
7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述定子框架(220)通过支承元件(240)从所述纵向侧部附接至所述支承结构(300)。
8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述支承元件(240)座置在所述支承结构(300)的侧部支承表面(340、350)上，并且所述端部支承结构(600)座置在所述支承结构(300)的端部支承表面(320、330)上。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于，所述侧部支承表面(340、350)和所述端部支承表面(320、330)处于相同的水平高度。
10.根据权利要求8或9所述的电机，其特征在于，所述侧部支承表面(340、350)位于所述定子(200)的水平中心平面(HC1-HC1)下方并位于10度至45度范围内的角度(α1)处。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电机，其特征在于，所述定子框架(220)包括彼此相距一轴向(X-X)距离的两个相反的端部结构部(221、222)和位于所述端部结构部(221、222)之间的至少一个框架板(223)。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的电机，其特征在于，所述定子芯(210)通过L形紧固支架(230)附接至所述定子框架(220)，其中，所述紧固支架(230)的第一分支通过压紧接头附接至背梁(212)，并且所述紧固支架(230)的第二分支通过压紧接头附接至所述框架板(223)。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的电机，其特征在于，每个框架板(223)均由四个单独的扇形部形成，使得所述框架板(223)的两个扇形部对称地位于所述定子框架(220)的上拐角部(A1、A2)中，并且所述框架板(223)的两个扇形部对称地位于所述定子框架(220)的下拐角部(B1、B2)中，其中，所述框架板(223)在所述定子框架(220)的两个上拐角部(A1、A2)中的扇形部中的每个扇形部处通过连接部(224)彼此连接而形成第一框架板组件(223、224)。
14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，所述支承元件(240)和所述框架板(223)在所述定子框架(220)的两个下拐角部(B1、B2)中的扇形部中的每个扇形部处彼此附接而形成支承元件组件，其中，所述支承元件组件的每个端部均通过压紧接头附接至所述定子框架(220)的相应的端部结构部(221、222)。
15.根据权利要求14所述的电机，其特征在于，所述定子框架(220)还包括对称地位于所述定子框架(220)的最下侧的拐角部(C1、C2)中的第一中间部(225)。
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