CN110661355A - 双极tefc电动马达和电动马达驱动装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种双极TEFC(全封闭风扇冷却式)电动马达。马达的壳体(1)具有内部空间(1a)，定子组件、马达轴和固定到马达轴且环绕马达轴的转子组件配合到内部空间(1a)中。安装支脚结构(2)从壳体(1)的外表面沿径向突出，以用于将所述感应马达安装到平面基座结构。安装支脚结构(2)包括四个安装点(2a,2b,2c,2d)，其限定马达的矩形安装支脚印迹的拐角点，使得矩形安装支脚印迹具有与马达轴平行的两个相反的侧部。此外，安装支脚结构(2)包括至少额外的安装点(2e,2f)，其定位在安装支脚印迹的与马达轴平行的各侧部上、在安装支脚印迹的拐角点之间。

Description

双极TEFC电动马达和电动马达驱动装置

技术领域

本公开涉及电动式双极电动马达。更特别地，本公开涉及TEFC(全封闭风扇冷却)-型电动马达。另外，涉及一种电动马达驱动装置。

背景技术

TEFC-型电动马达是众所周知的，并且通常用于各种各样的最终用途应用中。特别地，这样的马达是封闭的，使得不容许周围的空气在马达壳体内循环，从而造成稳健的结构。为了为这样的马达提供足够的冷却，通常设置在马达轴上的外部风扇布置成沿着马达壳体的外圆周吹送冷却空气，马达壳体典型地设置有冷却肋。由于过量的热通过马达壳体传递，故一般认为合乎期望的是，保留尽可能多的马达壳体表面区域以用于热传递。此外，一般同样地合乎期望的是，维持马达壳体的外表面上的冷却空气的流动路径尽可能不被阻塞。

双极装置典型地用于需要高的速度的最终用途应用中，这是因为与给定馈电频率下的四极构造相比，利用双极构造会获得更高的旋转速度。然而，在双极装置中，与其它构造相比，转子的重量分布沿着其圆周并不均一。

诸如API 541和Shell DEP 33.66.05.31的某些标准限定了关于振动的限制，诸如在运行期间运行振动的频率与电动马达的固有频率之间的分开裕度(特别是在与石油行业相关的最终用途应用中)。此外，已经发现，对于400和大于400的框架尺寸而言，双极TEFC马达特别是在接近馈电频率的两倍的振动频率范围下难以满足这样的分开裕度。

多个因素导致了该问题。首先，电动马达的运行振动(即相对重的双极转子的旋转和电激发)表现出接近馈电频率的两倍的频率范围。此外，已经发现，具有成问题的框架尺寸的常规电动马达表现出在为典型的50 Hz和60 Hz的市电(mains power)馈电频率的两倍的频率范围附近被激发的固有频率。因此，这样的马达倾向于在接近馈电频率的两倍的频率范围下加剧振动，从而导致不令人满意的振动特性，特别是不足的分开裕度。

现在已经发现，成问题的振动激发了电动马达的全局摇晃模式。也就是说，成问题的振动并非马达的局部变形，而是马达壳体作为整体而振动。因此，不可通过使马达壳体的刚性更大(这是解决与振动相关的问题的常规方式)来解决振动问题。

例如可通过加强安装支脚结构且特别是通过增大其横截面面积和与马达壳体的交接表面来解决过度的全局摇晃模式振动。备选地，可考虑附接到马达壳体的额外的支承件或增大安装支脚结构的各单独支脚之间的距离。然而，这些解决方案通过减小冷却空气流动所沿的横截面流动区域来干扰马达壳体的外表面上的冷却肋上方的空气流。另外，减小了马达壳体的有助于将热传递到周围环境中的外表面区域，由此显著地削弱了马达的冷却性质。由于TEFC-马达仅依靠通过马达壳体的热传递来进行冷却，故这些解决方案并非理想的解决方案。

文献CN207098826U公开了一种电动马达的框架，该框架分成三件，这三件由纵向地延伸通过框架的螺杆联接在一起。框架的中间件通过液体冷却剂流提供散热。

发明内容

本公开的目的是提供一种双极TEFC(全封闭风扇冷却式)电动马达，其具有改善的振动特性，同时仍然维持通过马达壳体的足够的热传递，以便在运行期间冷却马达。另一个目的是提供一种相关联的电动马达驱动装置。

通过以独立权利要求中陈述的内容为特征的双极TEFC电动马达和电动马达驱动装置来实现本公开的目的。在从属权利要求中公开了本公开的优选实施例。

由本公开提供的解决方案避免了常规方法的缺陷。特别地，实现了具有改善的振动特性的双极TEFC(全封闭风扇冷却式)电动马达，而没有牺牲马达的冷却能力。甚至对于较大的框架尺寸而言也实现了改善的振动特性，对于较大的框架尺寸而言，先前已证实满足严格的振动要求(诸如API/SHELL标准中限定的振动要求)是有挑战性的。

附图说明

在下文中，将参考附图、借助于优选的实施例来更详细地描述本公开，在附图中：

图1示出了如作为透视图而看到的根据本公开的实施例的电动马达的壳体的示意图，以及

图2示出了如从来自安装支脚印迹(footprint)的方向的平面视图看到的图1的马达壳体的示意图。

具体实施方式

根据本公开的第一方面，提供了一种双极TEFC(全封闭风扇冷却式)电动马达。优选地但非必要地，马达是感应马达。

马达包括：壳体1，其具有内部空间1a；定子组件，其环形地布置在壳体的内部空间内；马达轴，其可旋转地被支承，以便同心地延伸通过定子组件；以及转子组件，其在内部空间内固定到马达轴且环绕马达轴，转子组件设置成与定子组件同心且在定子组件内部。优选地但非必要地，壳体1至少部分地是铸造壳体。

马达进一步包括安装支脚结构2，其从壳体1的外表面沿径向突出，以用于将所述马达安装到平面基座结构。安装支脚结构2包括四个安装点2a、2b、2c、2d，其限定马达的矩形安装支脚印迹的拐角点，使得矩形安装支脚印迹具有与马达轴平行的两个相反的侧部。优选地但非必要地，安装支脚结构2是铸造壳体的组成部分。优选地但非必要地，安装支脚结构2可设置为两个单独的安装支脚，其从壳体的外表面沿径向突出，与马达轴平行而延伸。

特别地，安装支脚结构2进一步包括至少额外的安装点2e、2f，其定位在安装支脚印迹的与马达轴平行的各侧部上、在安装支脚印迹的拐角点2a、2b、2c、2d之间。也就是说，总共提供了至少六个安装点。例如，安装点可设置为开口，通过这些开口，马达利用螺栓安装到基座结构，然而可提供用于提供安装点的其它装置。

已经出人意料地发现，这些额外的安装点2e、2f提供了马达的如下的安装：能够使全局摇晃模式的固有频率远离接近典型地在市电中使用的馈电频率的两倍的频率范围而偏移，而不会对马达的冷却产生不利影响。也就是说，实现了在接近市电的馈电频率的两倍的频率范围下不会加剧振动的双极TEFC马达，而不会减小马达壳体的有助于热传递的表面区域或削弱沿着马达壳体的空气流。也就是说，增大了马达的运行振动的频率与其固有频率之间的分开裕度。

在根据本公开的第一方面的实施例中，安装支脚印迹与马达轴之间的距离至少在355-560 mm之间。也就是说，框架尺寸至少为355-560。

根据本公开的解决方案对于框架尺寸为355和框架尺寸大于355的双极TEFC电动马达而言是有利的。这是因为已经观察到，在较小的框架尺寸方面，在接近馈电频率的两倍的频率范围下的振动加剧不那么显著。

根据本公开的解决方案对于框架尺寸为400和框架尺寸大于400的双极TEFC电动马达而言是特别有利的。这是因为实际上已经发现，甚至在没有额外的措施的情况下，也可在较小的框架尺寸方面较容易地满足与振动相关的要求，特别是马达的运行振动的频率与马达的固有频率之间的足够的分开裕度。然而，甚至对于框架尺寸较小的双极TEFC电动马达而言，根据本公开的解决方案也增大了分开裕度。

然而，已经发现总共六个安装点2a、2b、2c、2d、2e、2f满足振动要求，特别是在某些标准中指示的高达框架尺寸450的分开裕度，然而甚至在较大的框架尺寸方面，振动特性也在某种程度上得到改善。

在根据本公开的第一方面的实施例中，安装支脚结构2包括至少两个额外的安装点，其定位在安装支脚印迹的与马达轴平行的各侧部上、在拐角点之间。也就是说，总共提供了至少八个安装点。已经发现，恰好有八个安装点会满足振动要求，特别是在某些标准中指示的高达框架尺寸500的分开裕度，然而甚至在较大的框架尺寸方面，振动特性也在某种程度上得到改善。

在根据本公开的又一个实施例中，双极TEFC电动马达具有300-1070 mm的转子长度和320-1570 kg的转子重量，即马达轴和转子组件的组合长度和重量。已经发现，实际上，如上文讨论的额外的安装点对于改善针对这样的双极TEFC电动马达的振动特性而言是特别有利的，这是因为这样的马达倾向于表现出处于造成与运行振动的频率范围的分开裕度不足的频率范围下的全局摇晃模式的固有频率。

此外，对于355的框架尺寸而言，已经发现，具有300-620 mm的转子长度和320-510kg的转子重量的马达特别受益于如上文讨论的额外的安装点。对于400的框架尺寸而言，已经发现，具有400-780 mm的转子长度和540-750 kg的转子重量的马达特别受益于如上文讨论的额外的安装点。对于450的框架尺寸而言，已经发现，具有550-900 mm的转子长度和830-1130 kg的转子重量的马达特别受益于如上文讨论的额外的安装点。对于500的框架尺寸而言，已经发现，具有600-1070 mm的转子长度和1100-1570 kg的转子重量的马达特别受益于如上文讨论的额外的安装点。同样，在本公开的背景下，用语转子长度和转子重量分别指代马达轴和转子组件合起来的长度和重量。

在根据本公开的第一方面的另一个实施例中，安装支脚结构2包括两个单独的安装支脚，各安装支脚从壳体1的外圆周沿径向突出，且沿与马达轴平行的方向延伸。

优选地但非必要地，可为各安装点2a-2f提供安装基座，使得在使用中时，安装基座相比于安装支脚结构2的其余部分而进一步朝向基座结构延伸。优选地但非必要地，这样的安装基座相对于彼此具有等同的尺寸。例如，这样的安装基座占据安装支脚印迹的大致20 cm乘20 cm的面积。优选地但非必要地，安装点2a-2f中的各个设置为延伸通过相应的安装基座的开口。适当地，限定安装支脚印迹的拐角点的安装点2a-2d在其相应的安装基座上设置成相对于安装基座的中心而朝向安装支脚印迹的外边缘偏移，而额外的安装点2e、2f居中地设置在其相应的安装基座上。

优选地但非必要地，安装支脚结构2包括设置在相邻的安装点2a、2e、2b之间的加强件部分，其用于改善安装支脚结构本身的刚性。这样的加强件部分可设置为例如安装支脚的具有增加的厚度的部分。此外，这样的加强件不需要具有均一的厚度，而是可设置有诸如截头棱锥形状的形状。此外，加强件有利地从一个安装基座延伸到另一个安装基座。

在根据本公开的第一方面的另一个实施例中，对应地，双极TEFC马达针对50 Hz的馈电频率具有3000 rpm的最大运行速度，或备选地，针对60 Hz的馈电频率具有3600 rpm的最大运行速度。这些对应于在没有VFD(变频驱动器)的情况下(即在典型的市电的馈电频率下)运行的典型的双极TEFC电动马达的旋转速度。

如上文讨论的额外的安装点被认为对于改善在这些运行速度范围下的振动特性而言是特别有利的，这是因为它们对应于先前在常规马达的情况下全局摇晃模式的固有频率已表现出所处的频率范围。

在根据本公开的第一方面的又一实施例中，双极TEFC马达具有至少为200-1500kW的标称最大输出功率。

已经发现，实际上，如上文讨论的额外的安装点对于改善在这样的功率范围下的振动特性而言是特别有利的。根据本公开的第二方面，提供了一种电动马达驱动装置。马达驱动装置包括具有50-60 Hz的标称输出频率的AC电源和根据本公开的第一方面的双极TEFC电动马达。

适当地，电动马达操作性地联接到电源以便被驱动。应当注意，可使用第一方面的任何单个实施例或实施例的组合(包括其变体)。

优选地但非必要地，电源是市电。

在根据本公开的第二方面的实施例中，电源具有至少为200-1500 kW的标称最大功率输出。

已经发现，实际上，如上文讨论的额外的安装点对于改善在这些功率范围下的振动特性而言是特别有利的。

图1示出了根据本公开的双极TEFC电动马达的壳体1。特别地，壳体1具有内部空间1a，定子组件、马达轴组件和转子组件可以以技术人员已知的任何适当的方式配合到内部空间1a中。

沿径向延伸的冷却肋设置在壳体1的外圆周上，以用于改善从马达壳体到其周围环境的热传递。此外，安装支脚结构2设置为从壳体1的外表面沿径向突出。在图1的实施例中，安装支脚结构2包括两个单独的安装支脚，各安装支脚从壳体1的外圆周沿径向突出，且沿与马达轴(未显示)平行的方向延伸。然而，能够构想出用于安装支脚结构2的其它构造。

安装点2a和2b的位置由十字指示，安装点2a和2b限定马达的矩形安装支脚印迹的四个拐角点中的两个。典型地，安装点设置为通孔或其它开口，从而使安装螺栓能够通过其中而配合，然而能够构想出其它构造。在安装点2a、2b之间提供额外的安装点2e。在相邻的安装点2a、2e、2b之间提供加强件部分，以用于改善安装支脚结构本身的刚性。这样的加强件部分可设置为例如安装支脚的具有增加的厚度的部分。此外，这样的加强件不需要具有均一的厚度，而是可设置有形状。例如，图1显示了具有截头棱锥形状的加强件。

此外，如图1中显示的那样，安装支脚结构2的单独的安装支脚中的各个可包括用于各安装点2a-2f的安装基座，所述安装基座相比于安装支脚的其余部分而进一步朝向安装支脚印迹延伸。也就是说，2极TEFC电动马达将仅通过这样的安装基座来与马达所附接的基座结构接触。因此，安装点2a-2f可设置为延伸通过相应的安装基座的通孔。此外，如上文讨论的加强件有利地从一个安装基座延伸到另一个安装基座。

图2示出了从底部(即从安装支脚印迹的方向)看到的平面视图。图2较清楚地示出了限定马达的矩形安装支脚印迹的安装点2a、2b、2c、2d，以及定位在安装支脚印迹的与马达轴平行的各侧部上、在拐角点之间的额外的安装点2e、2f。

在图2中还较清楚地看到，安装基座的尺寸相互等同。尽管示出了安装基座的矩形形状，但可提供其它形状。优选地但非必要地，安装点2a-2f中的各个设置为延伸通过相应的安装基座的开口。在图2的实施例中，安装点2a-2f居中地定位在其相应的安装基座上，然而能够构想出其它构造。例如，限定安装支脚印迹的拐角点的安装点2a-2d可在其相应的安装基座上设置成相对于安装基座的中心而朝向安装支脚印迹的外边缘偏移，而额外的安装点2e、2f可居中地设置在其相应的安装基座上。

如上文描述的那样，甚至两个或更多个额外的安装点可定位在拐角点2a、2b之间，在该情况下，优选地在各相邻的安装点之间提供加强件部分。

Claims (11)

1.一种双极TEFC(全封闭风扇冷却式)电动马达，包括：

- 壳体(1)，其具有内部空间(1a)；

- 安装支脚结构(2)，其从所述壳体(1)的外表面沿径向突出，以用于将所述马达安装到平面基座结构；

- 定子组件，其环形地布置在所述壳体的所述内部空间内；

- 马达轴，其可旋转地被支承，以便同心地延伸通过所述定子组件，以及

- 转子组件，其在所述内部空间内固定到所述马达轴且环绕所述马达轴，所述转子组件设置成与所述定子组件同心且在所述定子组件的内部，

其中所述安装支脚结构(2)包括四个安装点(2a, 2b, 2c, 2d)，其限定所述马达的矩形安装支脚印迹的拐角点，使得所述矩形安装支脚印迹具有与所述马达轴平行的两个相反的侧部，

其特征在于，所述安装支脚结构(2)进一步包括至少额外的安装点(2e, 2f)，其定位在所述安装支脚印迹的与所述马达轴平行的各侧部上、在所述安装支脚印迹的所述拐角点之间，并且

其中所述安装点(2a-2f)中的各个设置为开口，通过所述开口，所述马达能够利用螺栓安装到所述基座结构。

2.根据权利要求1所述的电动马达，其特征在于，所述安装支脚结构(2)包括至少两个额外的安装点，其定位在所述安装支脚印迹的与所述马达轴平行的各侧部上、在所述拐角点之间。

3. 根据权利要求1或权利要求2所述的电动马达，其特征在于，所述安装支脚印迹与所述马达轴之间的距离至少在355-560 mm之间。

4. 根据前述权利要求1-3中的任一项所述的电动马达，其特征在于，所述马达轴和所述转子组件具有300-1070 mm的长度和320-1570 kg的重量。

5.根据前述权利要求1-4中的任一项所述的电动马达，其特征在于，所述安装支脚结构(2)包括两个单独的安装支脚，各安装支脚从所述壳体(1)的外圆周沿径向突出，且沿与所述马达轴平行的方向延伸。

6.根据前述权利要求1-5中的任一项所述的电动马达，其特征在于，可为各安装点(2a-2f)提供安装基座，使得在使用中时，所述安装基座相比于所述安装支脚结构(2)的其余部分而进一步朝向所述基座结构延伸。

7. 根据前述权利要求1-6中的任一项所述的电动马达，其特征在于，所述安装支脚结构(2)包括设置在相邻的安装点(2a, 2e, 2b)之间的加强件部分。

8. 根据前述权利要求1-7中的任一项所述的电动马达，其特征在于，所述电动马达具有至少为3000-3600 rpm的最大运行速度。

9. 根据前述权利要求1-8中的任一项所述的电动马达，其特征在于，所述电动马达具有至少为200-1500 kW的标称最大输出功率。

10. 一种电动马达驱动装置，包括具有50-60 Hz的标称输出频率的AC电源，其特征在于，所述电动马达驱动装置进一步包括根据前述权利要求1-9中的任一项所述的电动马达，其操作性地联接到所述电源。

11. 根据权利要求10所述的电动马达驱动装置，其特征在于，所述电源具有至少为200-1500 kW的标称最大功率输出。

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