CN108781012A - 用于发电机的转子及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于发电机的转子(1)。转子包括圆柱形壳体部分(3)和布置成将壳体部分(3)机械地连接到转子轴(5)的连接结构。该结构包括至少一个平面盘(4)。盘(4)包括多个平面盘元件，其包括以拼图式方式彼此锁定接合的盘元件(7、7a、7b)。这意味着在第一盘元件(7a)和第二盘元件(7b)相遇的位置，其具有互补形状，具有位于第一盘元件(7a)上的至少一个突出部(8)和位于第二盘元件(7b)上的具有相同形状和互补位置的相应数量的凹口(9)。第一盘元件(7a)上的突出部(8)接合到另一盘元件(7b)的凹口(9)内。至少一个突出部(8)具有变化宽度，其中靠近突出部(8)的外端的第一部分比靠近盘元件的基部的第二部分宽。因此，实现永久形状锁定接合，使得第一盘元件(7a)和第二盘元件(7b)之间形成结合部。本发明还涉及一种制造这种转子的方法。

Description

用于发电机的转子及其制造方法
技术领域
在第一方面，本发明涉及一种用于发电机的转子，其包括圆柱形壳体部分和布置成将壳体部分连接到转子轴的连接结构，该结构包括至少一个平面盘。根据本发明的转子可以是具有永久磁体或具有转子极的类型。在第二方面，本发明涉及一种设置这种转子的发电机。在第三方面，本发明涉及一种制造这种转子的方法。
背景技术
发电机的转子通常是圆柱形钢结构，磁体附接到其周边。通常钢结构构成一体主体。将转子制造到发电机上通常成本高，并且需要精确，特别是在大型发电机的情况下。大型发电机(MW等级)还涉及与运输相关的许多问题和成本。尤其出于这些原因，出现许多例子，如何将发电机的转子以不同方式由可以单独运输的部件组装而成。这种类型的转子在US2014288267、CA1104185、JP2012249386和CN 201414060中描述。
发明内容
本发明的目的在于实现一种转子，使其制造可以比传统方式更理性的方式实现。本发明的目的进一步在于实现相应理性的制造方法。
此目的根据本发明的第一方面通过专利权利要求1的前序部分中具体类型的转子来实现，专利权利要求1具有该权利要求的特征部分限定的具体特征。因此，转子的盘包括多个平面盘元件，其以拼图式方式彼此锁定接合，这意味着在第一和第二盘元件相遇的位置，其具有互补形状，即具有位于第一盘元件上的至少一个突出部和位于另一盘元件上的具有互补形状和位置的相应数量的凹口，由此第一盘元件上的突出部接合到另一盘元件上的凹口内，凹口具有与突出部相同的形状，并且由此至少一个突出部具有变化的宽度，其中靠近突出部的外端的第一部分比靠近盘元件的基部的第二部分(即该部分不包括突出部)宽，以便提供永久形状锁定接合，使得第一和第二盘元件之间形成结合部。
事实在于，以此方式，盘包括拼在一起的多个盘元件，与传统技术相比，允许简单和理性的制造，特别是在大型发电机的情况下。通过突出部和凹口，确保将盘保持在一起的安全结合部。盘可以包括具有接合突出部/凹口的盘元件，以及没有这种轮廓的盘元件。但是，优选的是，盘的所有盘元件都设置突出部/凹口。
根据一种优选实施方式，盘包括扇区并包括主要沿着径向线彼此接合的盘元件，由此这些盘元件中的每个盘元件是大致扇形的。在发电机不太大时，盘的这种扇区化通常足以得益于本发明的理性益处。
根据进一步优选实施方式，盘被扇形且径向地构成，并且包括主要沿着径向线彼此接合的盘元件以及沿着围绕转子的中心轴的圆形线或沿着切向线彼此接合的盘元件。特别对于较大发电机，有利的是盘同样以此方式在径向上分成多个元件。
根据进一步优选实施方式，至少一些结合部包括多个协作突出部-凹口，其中至少一个这些协作突出部-凹口具有所述永久形状锁定接合。
通过多个相互接合，增加结合部的可靠性以及盘的强度。这特别适用于多个结合部提供锁定动作的场合，因此在许多情况下是优选的。
根据进一步优选实施方式，所述永久形状锁定接合的突出部是大致梯形的。梯形形状是最简单的形状，提供特定相关和锁定动作，并有助于盘元件的制造及其结合。基本上，梯形指的是也包括略微偏离单纯数学梯形形状的形状的情况，例如具有圆化角部。
根据进一步优选实施方式，每个盘元件设置包含在相同结合部内的突出部和凹口。这进一步有助于强化结合部的牢固性，尤其通过由此实现的力吸收的对称性。
根据进一步优选实施方式，包含在盘元件的相同结合部内的凹口和突出部具有相互互补的形状。这进一步增加结合部的对称性，并增加其牢固性。
根据进一步优选实施方式，多个盘元件具有相同形状和尺寸。这允许这些盘元件一致性地制造，在它们结合在一起时，形成相互交换性，并提供结合部在盘上的位置的均匀分布。因此，制造变得更加理性，并且盘最大程度地变得稳定。盘元件以此方式越一致，这些优点就变得越清楚。在包括例如盘元件的径向内部和径向外部组的盘中，盘可有利地设计成使得所有径向外部盘彼此一致，并且所有径向内部盘彼此一致。
根据进一步优选实施方式，至少一些盘元件具有至少一个通孔。通常期望的是尽可能降低盘的质量。为此，在盘中制成孔是简单的方式。孔在许多盘元件的牢固性所允许的情况下制成，并且同一盘元件可具有多个孔。
根据进一步优选实施方式，连接结构包括位于彼此隔开一轴向距离处的两个盘。对于大型发电机，这造成增加的稳定性。优选地，两个盘由根据本发明的盘元件组装而成。优选地，盘是大致相同的。
根据进一步优选实施方式，盘位于离开转子的相应轴向端部相同距离处，并且所述距离小于盘之间的轴向距离。
根据进一步优选实施方式，转子包括连接两个盘的多个径向延伸的分隔壁。这稳定了转子。
根据进一步优选实施方式，螺纹结合部将盘元件彼此连接。螺纹结合部造成互补加强，这增加了转子的稳定性。
根据进一步优选实施方式，壳体部分包括至少一个壳体层，壳体层包括多个弧形壳体部分，其以拼图式方式彼此锁定接合，这意味着在第一和第二壳体部分相遇的位置，其具有互补形状，即具有位于第一壳体部分上的至少一个突出部和位于第二壳体部分上的具有互补形状和位置的相应数量的凹口，由此第一壳体部分上的突出部接合到第二壳体部分内的凹口内，凹口具有与突出部相同的形状，并且由此至少一个突出部具有变化的宽度，其中靠近突出部的外端的部分比靠近壳体部分的基部的部分(即不包括突出部的部分)宽，以便提供永久形状接合，使得第一和第二壳体部分之间形成结合部。
这意味着设计包括盘元件的转子的盘的原理同样适用于以相应方式构成的壳体部分，这同样对于壳体部分提供类似的优点。整个转子可因此以理性方式制造。壳体部分可以由具有这种互补突出部/凹口的壳体部分和没有这种轮廓的壳体部分组装而成。替代地，所有壳体部分可以设置突出部/凹口。
根据进一步优选实施方式，壳体部分包括彼此邻接的多个所述壳体层。
壳体部分通常需要具有相对大的厚度(在径向观看)。通过将壳体部分设计成多个层，每个层可以设计有小厚度，使其不对于制造具有特定轮廓(对于锁定结合部所必须的)的壳体部分来说形成任何问题。
根据进一步优选实施方式，壳体层的结合部由此相对于最邻近的壳体层的结合部在周向方向上移位定位。壳体部分由此变得比结合部在周向方向上位于相同位置的情况更强。
根据进一步优选实施方式，螺纹结合部将壳体部分彼此连接。通过以此方式加强壳体部分的结合部，壳体部分也变得更加稳定。
根据进一步优选实施方式，转子包括多个圆周分布、可移除拆卸结合部。本申请中的拆卸结合部指的是构成转子的部分之间的结合部，其可以通过简单措施拆卸，使得转子分成多个部分。这在转子以此方式拆分时简化转子的运输。拆卸结合部可包括由构成根据本发明的转子的结合部中的一些结合部。那么主要问题在于将扇形盘元件连接在一起的径向指向结合部。拆卸结合部的数量例如是三个。它们适当地径向指向，并且优选地圆周均匀分布。
根据进一步优选实施方式，转子的直径大于2m。发电机越大型，根据本发明构成的转子的优点越大。因此，具有2m以上直径的转子(例如在1-10m的区间内)是特别重要的应用。
根据本发明的第二方面，本发明的目的通过设置根据本发明的转子的发电机来实现，特别是根据本发明的一些优选实施方式，给出相应的各自优点。
根据本发明的第三方面，本发明的目的通过专利权利要求21的前序部分限定类型的方法来实现，权利要求21包括该权利要求的特征部分限定的方法。
该方法因此包括如下步骤：
-制造具有相应轮廓的多个平面盘元件，使得盘元件能够类似于拼图拼在一起，其中第一盘元件和第二盘元件具有互补形状，其中第一盘元件上制造有至少一个突出部，并且第二盘元件制造有具有相同形状和互补位置的相应数量的凹口，并且由此至少一个突出部具有变化宽度，其中靠近突出部的外端的第一部分比靠近盘元件的基部的第二部分宽，并且盘元件一起形成具有中心孔的圆盘，
-通过以拼图式方式将突出部插入互补凹口，使其通过永久形状结合部彼此锁定接合，来将盘元件结合成圆盘，
-将转子轴附接到孔内，以及
-围绕盘附接圆柱形主体以形成壳体部分。
这种制造转子的方式提供对应于以上本发明转子的优点的优点。
根据本发明方法的优选实施方式，盘元件通过使其由平面盘切出来制造。需要形成具有突出部和凹口的轮廓的精度通常比可设想的替代方法更容易通过切割操作来实现。
根据进一步优选实施方式，盘元件由此通过激光切割切出。通过激光切割，可以实现非常好的精度，直到0.01mm的等级。具有多达一或几十毫米厚度的盘可以通过以这种精度切出，而没有任何随后处理。因此实现的良好配合在盘元件拼接在一起时是有价值的，并且得以简化。盘元件彼此配合越好，盘的稳定性也变得越好。
根据进一步优选实施方式，转子通过任何以上描述的优选实施方式以所公开的设计制造。这具有对应于以上转子的相应实施方式描述的优点的优点。
应该理解到进一步有利的实施方式可包括以上描述的实施方式中的特征的任何可能组合以及这些特征与下面实施方式的描述中明白的特征的任何可能组合。
附图说明
图1是根据本发明的发电机的例子的透视图。
图2是图1的发电机中的转子一部分的透视图。
图3是图2中的细节的透视图。
图4是图2中的细节的一部分的端视图。
图5是根据替代实施方式的转子的盘的示意端视图。
具体实施方式
图1的发电机具有内部转子1和外部定子10。转子1可旋转地附接到转子轴5。定子10经由六个粱11刚性地连接到转子轴5的轴承12。转子1包括壳体部分3和两个圆盘4，只有上面一个圆盘在图中示出。第二盘在附图中定位在上面盘下方。在壳体部分3的周边，永久磁体布置成与定子绕组协作。两个盘4形成将壳体部分3连接到转子轴5的结构。每个盘包括十二个大致扇形盘元件7，其刚性且彼此永久形状连接。盘4通过内部螺纹结合部13连接到转子轴5，并通过外部螺纹结合部14连接到壳体部分3。每个盘元件7通过螺纹结合部13、14附接到转子轴5和壳体部分3。盘元件7通过彼此接合的互补突出部8和凹口9彼此卡扣来彼此相互连接，从而形成永久形状结合部。作为加强，还提供螺纹结合部15。每个盘元件7具有通孔16。
壳体部分3以类似方式构造。壳体部分包括三个不同实施方式的多个轴向细长的壳体部分19、20、21。第一系列壳体部分19具有直线横向边缘，第二系列壳体部分20在一个方向上具有直线横向边缘并在另一方向上具有成型横向边缘，并且第三系列壳体部分21在一个方向上具有成型横向边缘并在另一方向上具有直线横向边缘。第三系列壳体部分21在周向方向上具有比第二系列壳体部分20大的宽度。第二系列壳体部分20的成型横向边缘设置接合到第三系列壳体部分21的成型横向边缘上的互补突出部和凹口内的突出部23和凹口24。因此，在其之间形成永久形状结合部。第一系列壳体部分19通过相应螺纹结合部22连接到第二系列壳体部分20和第三系列壳体部分21的直线横向边缘，其包括位于外侧的支承条带。
转子的设计在图2中更详细示出，图2示出转子的部分1a的透视图。部分1a包括转子1的1/3，并因此包括其四个盘元件7。在此附图中，还示出下部盘4a的相应部分。转子布置成容易以这三个部分组装和拆卸，以有助于运输等。
在上部盘4和下部盘4a之间，具有将盘彼此连接的强化连接装置17、18。这是两个不同的实施方式。实施方式之一17布置在转子部分1a的朝着另一转子部分的连接端部处。它包括两排，具有四个轴向指向杆171，其在每个端部处附接在径向延伸条带172、172a处。该排杆中的唯一一排在图中示出。另一排附接到待连接的转子部分处。
条带172a被旋到盘元件，其中螺纹结合部还包括位于相对侧上的支承板173。支承板173在每个端部处在周向方向上只布置在下部盘4a处。在上部盘4处，相应支承板附接到待与转子部分1a结合的转子部分处。
连接装置18的第二实施方式被发现在同一转子部分1a的盘元件彼此相遇的位置。它包括在径向平面内延伸的壁181，并且具有位于其每个轴向端部处的安装凸缘182。另外，具有位于壁181的每侧上的四个轴向延伸强化凸缘183。壁181具有三个椭圆形通孔184。安装凸缘182被旋到沿着壁彼此相遇的两个盘元件。
在转子部分1a连接到另外两个转子部分以形成整个转子时，这些转子部分被拼接在一起，其中转子部分1a上的突出部8配合到相邻转子部分上的互补凹口内，并且转子部分1a上的凹口9接收相邻转子部分上的互补突出部。沿着壳体部分3的相应外边缘进行相应结合。
接着，上部条带172被旋到相邻转子部分上的相应支承板(对应于173)上的每个连接装置17。相邻转子部分上的相应连接装置被旋到支承板173。
图3更加详细地示出每个盘元件是如何设计的。其一个横向边缘具有四个突出部8，并且在它们之间具有三个凹口9。另一横向边缘相反具有四个突出部以及三个中间突出部。每个突出部8具有在径向上比靠近盘元件7的基部的部分82宽的外部81。突出部8和凹口9具有相同形状。在附图中，在其前部边缘处，盘元件7的突出部8和凹口9被成形，以便将凹口/突出部接合到相邻盘元件内，相邻盘元件具有对应于附图中的盘元件的后边缘的轮廓。
另外，盘元件7具有多个螺纹孔。径向内部螺纹孔25旨在将盘元件7附接到转子轴的凸缘处。径向外部螺纹孔27旨在将盘元件7附接到壳体部分的内侧的凸缘处。螺纹孔26旨在将盘元件附接到连接装置17或18处，如上面结合图2所述。
盘元件7通过激光切割切出。这给出大约0.01mm的精度，确保突出部和凹口之间良好适配和良好配合。
图4示出壳体部分如何包括多个层3a、3b、3c。每个层如上所述包括壳体部分。分别位于壳体部分之间的结合部31a、32a、33a、34a和31b、32b、33b、34b和31c、32c、33c、34c在周向方向上移位，使其在任何地方不位于相同径向平面内。
图5示出转子的盘41的替代例子。此例子中的盘包括一组径向外部盘元件71和一组径向内部盘元件72。位于外部盘元件71和内部盘元件72之间的结合部73可以根据本发明原理用于以上描述的径向指向结合部或可以是螺纹结合部的形式。

Claims (24)

1.一种用于发电机的转子(1)，包括圆柱形壳体部分(3)和布置成将壳体部分(3)机械地连接到转子轴(5)的连接结构，该结构包括至少一个平面盘(4、4a、41)，其特征在于，盘(4、4a、41)包括多个平面盘元件，盘元件包括以拼图式方式彼此锁定接合的盘元件(7、7a、7b)，这意味着在第一盘元件(7a)和第二盘元件(7b)相遇的位置，其具有互补形状，即具有位于第一盘元件(7a)上的至少一个突出部(8)和位于第二盘元件(7b)上的具有相同位置和互补形状的相应数量的凹口(9)，由此第一盘元件(7a)上的突出部(8)接合到第二盘元件(7b)的凹口(9)内，并且由此至少一个突出部(8)具有变化宽度，其中靠近突出部(8)的外端的第一部分(81)比靠近盘元件的基部的第二部分(82)宽，以实现永久形状锁定接合，使得第一盘元件(7a)和第二盘元件(7b)之间形成结合部。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，盘(4)包括扇区，并包括沿着大致径向线彼此接合的盘元件(7、7a、7b)，其中这些盘元件(7、7a、7b)中的每个盘元件是大致扇形形状。
3.根据权利要求1所述的转子，其中，盘(41)被扇形且径向地组装，并包括沿着大致径向线彼此接合的盘元件以及沿着围绕转子的中心轴的圆形线或沿着切向线(73)彼此接合的盘元件。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其中，至少一个结合部包括多个协作的突出部-凹口(8、9)，其中这些协作的突出部-凹口中的至少一个具有所述永久形状锁定接合。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的转子，其中，所述永久形状锁定接合的突出部(8)是大致梯形的。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的转子，其中，每个盘元件(7、7a、7b)设置包含在相同结合部内的突出部(8)以及凹口(9)。
7.根据权利要求6所述的转子，其中，包含在盘元件(7、7a、7b)的相同结合部内的凹口(8)和突出部(9)具有相互互补的形状。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的转子，其中，至少两个盘元件(7、7a、7b)具有相互相同的形状和尺寸。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的转子，其中，至少一些盘元件(7、7a、7b)具有至少一个通孔(16)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的转子，其中，连接结构包括处于彼此隔开一轴向距离的两个盘(4、4a)。
11.根据权利要求10所述的转子，其中，盘(4、4a)定位在离开转子(1)的相应轴向端部相同距离处，并且所述距离小于盘(4、4a)之间的轴向距离。
12.根据权利要求10或11所述的转子，其中，多个径向延伸分隔壁(181)使两个盘(4、4a)彼此连接。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的转子，其中，螺纹结合部(15)使得盘元件(7、7a、7b)彼此连接。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的转子，其中，壳体部分(3)包括至少一个壳体层(3a、3b、3c)，其中壳体层包括多个弧形壳体部分(19、20、21)，壳体部分包括以拼图式方式彼此锁定接合的壳体部分(20、21)，这意味着在第一壳体部分(21)和第二壳体部分(20)相遇的位置，其具有互补形状，即具有位于第一壳体部分(21)上的至少一个突出部(23)和位于第二壳体部分(20)上的具有互补形状和位置的相应数量的凹口(24)，其中第一壳体部分(21)上的突出部(23)接合到第二壳体部分(20)内的凹口(24)内，其中凹口具有与突出部(23)相同的形状，并且其中至少一个突出部(23)具有变化的宽度，其中靠近突出部(23)的外端的部分比靠近壳体部分的基部的部分宽，以便形成永久形状锁定接合，从而在第一壳体部分(21)和第二壳体部分(20)之间形成结合部。
15.根据权利要求14所述的转子，其中，壳体部分包括彼此邻接的多个所述壳体层(3a、3b、3c)。
16.根据权利要求15所述的转子，其中，壳体层(3a)的结合部(31a、32a、33a、34a)相对于最邻近壳体层(3b)的结合部(31b、32b、33b、34b)在周向方向上移位定位。
17.根据权利要求15-16中任一项所述的转子，其中，螺纹结合部(22)使壳体部分(19、20)彼此连接。
18.根据权利要求1-17中任一项所述的转子，其中，转子(1)包括多个圆周分布的可移除拆卸结合部(173)。
19.根据权利要求1-18任一项所述的转子，其中，转子的直径大于2m。
20.一种发电机，其设置根据权利要求1-19任一项所述的转子(1)。
21.一种制造用于发电机的转子(1)的方法，其中转子(1)包括壳体部分(3)和布置成将壳体部分(3)机械地连接到转子轴(5)的连接结构，该结构包括至少一个平面盘(4、4a)，其特征在于如下步骤：
a)制造具有相应轮廓的多个平面盘元件(7、7a、7b)，使得盘元件(7、7a、7b)能够类似于拼图拼在一起，其中第一盘元件(7a)和第二盘元件(7b)具有互补形状，其中第一盘元件(7a)上制造有至少一个突出部(8)，并且第二盘元件(7b)制造有具有相同形状和互补位置的相应数量的凹口(9)，并且至少一个突出部(8)具有变化宽度，其中靠近突出部(8)的外端的第一部分(81)比靠近盘元件的基部的第二部分(82)宽，并且盘元件(7、7a、7b)一起形成具有中心孔的圆盘，
b)通过以拼图式方式将突出部(8)插入互补凹口(9)，使其通过永久形状结合部彼此锁定接合，来将盘元件(7、7a、7b)结合成圆盘，
c)将转子轴(5)附接到孔内，以及
d)围绕盘附接圆柱形主体以形成壳体部分(3)。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，盘元件(7、7a、7b)通过使其由平面盘切出来制造。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，盘元件(7、7a、7b)通过激光切割来切出。
24.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中，转子(1)被制造成权利要求1-19任一项所限定的设计。
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