CN111837319B - 旋转电机以及轴承托架 - Google Patents

Abstract

旋转电机具备：转子，具有转子轴和转子铁心；定子，具有定子铁心和定子线圈；2个轴承；框架；以及2个轴承托架(100)，轴承托架(100)分别具备板状部(110)和加强部(120)。板状部(110)在中央具有圆形的开口(111)，轴承托架下半部(101)具有夹着包含旋转轴CL且沿铅垂方向延伸的面而对称地配置的第一区段(101a)和第二区段(101b)，加强部(120)分别在第一区段(101a)、第二区段(101b)中具有以连结径向最内部(124)与径向最外部(125)的方式形成的部分，并安装于板状部(110)，径向最内部(124)与径向最外部(125)的周向角度位置之差为规定的周向角度位置差最小值以上。

Description

旋转电机以及轴承托架

技术领域

本发明关于旋转电机以及使用于该旋转电机的轴承托架。

背景技术

通常的旋转电机具备转子、定子、框架以及2个轴承。转子具有沿轴向延伸的转子轴和安装于转子轴的径向外侧的转子铁心。定子具有配置于转子铁心的径向外侧的定子铁心和贯通定子铁心的定子线圈。框架配置于定子铁心的径向外侧，收纳转子铁心以及定子铁心。2个轴承以能够使其旋转的方式支承转子轴的轴向的两侧。

框架的轴向的两端通常分别由轴承托架封闭。轴承托架将轴承固定支承。来自旋转状态下的转子的负载从轴承经由轴承托架传递到框架，并且，最终传递到旋转电机的地基。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：美国专利第6，906，440号说明书

发明内容

发明要解决的课题

在来自转子的自重或者振动引起的负载的传递路径中，轴承托架和框架由板状的部分构成，因此若是原样，则刚性低，因此通常会给予加强(参照专利文献1)。框架具有形状上给予加强的空间，但轴承托架是较薄的圆盘状，因此能够给予加强的空间上存在制约。

图12是表示旋转电机的轴承托架的下半部的以往的构成例的俯视图，此外，图13是主视图。轴承托架50支承轴承的重量引起的负载，因此，特别需要确保下半部的刚性。以往，如图12以及图13所示，轴承托架50的下半部与上半部同样地具有板状部51和用于加强该板状部51的加强部52。作为加强部52，采用从轴中心以放射状延伸且相互沿周向隔开间隔地配置的径向加强部件52a。进而，为了使其成为具有较大的刚性的构造，除了以往那样的施加沿径向延伸的加强之外，需要追加沿周向延伸的周向加强部件52b(图5)。因而，在以往的构造中，存在为了提高刚性而增加工时、重量的课题。

因此，本发明的目的在于，在旋转电机中通过更简化的结构确保轴承托架的刚性。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本发明的旋转电机的特征在于，具备：转子，具有转子轴和转子铁心，该转子轴沿水平方向延伸，该转子铁心安装于所述转子轴的径向外侧；定子，具有定子铁心和定子线圈，该定子铁心以在所述转子铁心的径向外侧包围所述转子铁心的方式设置，该定子线圈沿轴向贯通所述定子铁心内；2个轴承，沿轴向夹着所述转子铁心而在所述转子轴的两侧将所述转子轴支承为能够旋转；框架，配置于所述定子铁心的径向外侧，收纳所述转子铁心和所述定子铁心；以及2个轴承托架，安装于所述框架的轴向的两端，分别静止地支承各个所述轴承，所述轴承托架分别在中央具有支承所述轴承的圆形的开口，所述轴承托架的下半部具有夹着包含所述转子的旋转轴并沿铅垂方向延伸的面而对称地配置的第一区段和第二区段，在所述第一区段以及所述第二区段分别具备板状部和加强部，该加强部具有从第1端部延伸到第2端部从而以连结径向最内部与径向最外部的方式形成的部分，所述加强部安装于所述板状部，所述径向最内部的周向角度位置与所述径向最外部的周向角度位置之差为规定的周向角度位置差最小值以上。

此外，本发明的轴承托架的特征在于，安装于旋转电机的框架的轴向的两端，分别静止地支承轴承，所述旋转电机具备：转子，具有转子轴和转子铁心，该转子轴沿水平方向延伸，该转子铁心安装于所述转子轴的径向外侧；定子，具有定子铁心和定子线圈，该定子铁心以在所述转子铁心的径向外侧包围所述转子铁心的方式设置，该定子线圈沿轴向贯通所述定子铁心内；2个所述轴承，夹着所述转子铁心而在所述转子轴的轴向的两侧将所述转子轴支承为能够旋转；所述框架，配置于所述定子的径向外侧，收纳所述转子铁心和所述定子；所述轴承托架分别在中央具有圆形的开口，具有夹着包含所述转子的旋转轴并沿铅垂方向延伸的面而对称地配置的第一区段和第二区段，在所述第一区段以及所述第二区段分别具备板状部和加强部，该加强部具有从第1端部延伸到第2端部从而以连结径向最内部与径向最外部的方式形成的部分，所述加强部安装于所述板状部，所述径向最内部的周向角度位置与所述径向最外部的周向角度位置之差为规定的周向角度位置差最小值以上。

发明的效果：

根据本发明，能够在旋转电机中通过更简化的结构确保轴承托架的刚性。

附图说明

图1是表示第一实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。

图2是表示第一实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的俯视图。

图3是表示第一实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的主视图。

图4是用于说明第一实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的示意第一主视图。

图5是用于说明第一实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的示意第二主视图。

图6是用于说明第一实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的示意第三主视图。

图7是表示第二实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的俯视图。

图8是表示第二实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的主视图。

图9是用于说明第二实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的在轴承托架下半部没有加强的情况下的应力分布图。

图10是表示第三实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的俯视图。

图11是表示第三实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的主视图。

图12是表示旋转电机的轴承托架的下半部的以往的构成例的俯视图。

图13是表示旋转电机的轴承托架的下半部的以往的构成例的主视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的旋转电机以及轴承托架进行说明。这里，对相互相同或者类似的部分赋予共用的附图标记并省略重复说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的旋转电机的构成的纵剖面图。旋转电机200具有转子10、定子20、轴承30、框架40以及轴承托架100。

转子10具有转子轴11和圆筒状的转子铁心12，该转子轴11沿水平方向延伸，该转子铁心12安装于转子轴11的径向外侧。转子轴11在转子铁心12的轴向的两个外侧分别被轴承30以能够以旋转轴CL为中心旋转的方式支承。

定子20具有圆筒形的定子铁心21和定子线圈22，该定子铁心21经由间隙18被配置于转子铁心12的径向外侧，该定子线圈22贯通定子铁心21内。定子线圈22具有收纳于多个插槽(未图示)内的部分、和在其轴向外侧相互结合或者与外部结合的部分，所述多个插槽在定子铁心21的径向的内侧表面上相互沿周向隔开间隔地形成并沿轴向延伸。

定子铁心21的径向外侧设有框架40。框架40收纳转子铁心12以及定子铁心21。框架40的轴向的两端分别安装有轴承托架100。各个轴承托架100静止地支承各个轴承30。各个轴承托架100被沿上下二分割，具有上侧的轴承托架上半部100a和下侧的轴承托架下半部101。轴承托架上半部100a与轴承托架下半部101在水平的结合部通过例如螺栓、螺母等相互结合，作为整体是在中央形成有供轴承30贯通的开口的圆板状。另外，轴承托架100并不限定于沿上下分割的情况，也可以上下一体地形成，该情况下，将一体地形成的轴承托架100的上一半的部分和下一半的部分分别称为轴承托架上半部100a和轴承托架下半部101。

以下，将旋转电机200的转子轴11的延伸方向称为z方向，将从转子轴11的旋转轴朝向径向外侧的方向称为r方向，将转子轴11旋转的周向称为θ方向(图3)。

图2是表示第一实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的俯视图，此外，图3是主视图。轴承托架下半部101被分割为相对于包含旋转轴CL的铅垂平面相互对称的第一区段101a和第二区段101b。第一区段101a以及第二区段101b分别是图2以及图3中的右侧区域以及左侧区域。

轴承托架下半部101具有半圆状板状部110、和加强部120。

板状部110的中央形成有的半圆形的开口111。开口111与轴承托架上半部100a的开口部一同形成供轴承30贯通的轴承托架100的圆形的开口。

加强部120具有配置于第一区段101a的斜向部件121a、配置于第二区段101b的斜向部件121b以及在包含旋转轴CL的铅垂平面上向下方延伸的1个中间部件127。

斜向部件121a以及斜向部件121b为相互相同的形状，配置于之间夹着中间部件127而相互对称的位置。各个斜向部件121a从第一端部122延伸到第二端部123。斜向部件121a在第一端部122与中间部件127结合。斜向部件121b也同样地与中间部件127结合。

加强部120的各个部件沿轴向具有宽度，并且是在其宽度方向上弯折的形状。另外，剖面形状也可以不一定这样弯折。加强部120的各个部件通过焊接或者钎焊固定于板状部110。另外，也可以通过螺栓等固定。另外，例如，也可以通过一体铸造，从而将加强部120的各个部件与板状部110一体地形成。该情况下，将从板状部110突出而与加强部相当的部分称为加强部120。

以下，对斜向部件121a进行说明。以下说明的内容对于斜向部件121b也是相同的。

如图3所示，斜向部件121a的第一端部122是斜向部件121a中距离旋转轴CL最远的径向最外部125。即，从旋转轴CL到作为径向最外部125的第一端部122的距离是最大值r－max。此外，斜向部件121a中距旋转轴CL最近的径向最内部124存在于第一端部122与第二端部123之间。即，从旋转轴CL到径向最内部124的距离是最小值r－min。

这里，作为径向最外部125的第一端部122在周向上位于周向角度位置θb。此外，径向最内部124在周向上位于周向角度位置θa。周向角度位置θa与周向角度位置θb之间距离约45度左右。

图4是用于说明第一实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的示意第一主视图，此外，图5是示意第二主视图。图4示意地表示基于以往方式的情况。

作为示意第一主视图的图4示意地表示图13所示的以往的轴承托架的构成。即，轴承托架50具有板状部51和作为加强部52的、在板状部51上以放射状相互沿周向隔开间隔地配置的多个径向加强部件52a。

作为示意第二主视图的图5示意地表示为了进一步提高刚性而进一步对以往的轴承托架增加加强的情况。轴承托架50a具有板状部51和作为加强部52的、多个径向加强部件52a以及周向加强部件52b。周向加强部件52b通过使相互沿周向隔开间隔地配置的多个径向加强部件52a相互连结，从而提高轴承托架50a的刚性。

如图5所示，以以往的构成为基础，若想进一步提高轴承托架的刚性，则加强部件即径向加强部件52a以及周向加强部件52b的量增加。这也会引起轴承托架50a的重量的增加，并不优选。

在图5所示的构成中，提高轴承托架50a的刚性的重要因素在于，沿径向以及周向分散的各部分通过径向加强部件52a以及周向加强部件52b相互结合这一点。

图6是用于说明第一实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的示意第三主视图。本实施方式的作为加强部120的斜向部件121a、121b以实线表示，此外，为了对比，以往方式的作为加强部52的径向加强部件52a以及周向加强部件52b分别以虚线表示。

斜向部件121a如一边引用图3一边说明的那样，具有周向角度位置为θa的径向最内部124和周向角度位置为θb的径向最外部125，各自的角度位置相互不同。因此，斜向部件121a也与以往的方式相同地使沿径向以及周向分散的各部分相互结合，与以往方式中的除径向加强部件52a之外还设置周向加强部件52b的情况具有相同的效果。以下，同样对斜向部件121a进行说明，但是对斜向部件121b也是相同的。

这里，旋转轴CL与径向最外部125之间的间隔和旋转轴CL与径向最内部124之间的间隔之差、即径向最外部125的径向位置rb和径向最内部124的径向位置ra之差为规定的径向位置差最小值Δr以上。这里，径向位置差最小值Δr是基于以往方式中需要的周向加强部件52b的设置状况而决定的。

例如，在以往的方式中，在轴承托架的径向的宽度D中需要N根周向加强部件52b的情况下，能够以Δr＝D/(N+1)来设定径向位置差最小值Δr。图6中，由于N＝1，根据该方法，Δr＝D/2。或者，也可以将径向位置差最小值Δr设为宽度D乘以比1小的正值α而得的值等，例如，使α＝0.3、Δr＝0.3D等。该情况下，α的值能够基于应力分析结果等而设定适当的值。

此外，使径向最外部125的周向角度位置θb与径向最内部124的周向角度位置θa之差为规定的周向角度位置差最小值Δθ以上。这里，周向角度位置差最小值Δθ是基于以往方式中需要的径向加强部件52a的设置状况而决定的。

例如，也可以将以往方式中需要的径向加强部件52a所配置的角度间隔ΔΦ设为周向角度位置差最小值Δθ。图6所示的例中，径向加强部件52a所配置的周向的角度间隔ΔΦ为30度，因此，根据该方法，周向角度位置差最小值Δθ成为30度。或者，也可以将周向角度位置差最小值Δθ设为90度乘以比1小的正值β而得的值，例如，使β＝0.5、Δθ为45度等。该情况下，β的值能够基于应力分析结果而等设定适当的值。

另外，轴承托架100经由轴承30而负载有伴随着转子10的自重以及转子10的旋转的、变形模式所引起的离心力等。特别是，对于转子10的自重，由于在轴承托架下半部101支承该自重，因此斜向部件121a、121b的方向成为拉力对斜向部件121a、121b负载的方向。具体而言，设定为，在靠近旋转轴CL的正下方的一侧配置有径向最外部125，此外，在水平方向上与其远离的位置配置有径向最内部124。

如以上所述，根据本实施方式，在旋转电机200中能够通过更简化的结构确保轴承托架100的刚性。

[第二实施方式]

图7是表示第二实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的俯视图，图8是主视图。本实施方式是第一实施方式的变形。

第二实施方式中的轴承托架下半部102具有作为加强部120的、相对于包含旋转轴CL的铅垂平面而相互对称地配置的2个斜向部件121a、121b。

本第二实施方式与第一实施方式不同，2个斜向部件121a、121b没有相互连接。

对于一方的斜向部件121a来说，径向最内部124的周向角度位置θa以及径向最外部125的周向角度位置θb分别是比第一实施方式中的各自的周向角度位置小的值，斜向部件121a与包含旋转轴CL的铅垂平面所成的角度较小。即，与第一实施方式中的斜向部件相比更接近铅垂方向。其他点与第一实施方式相同。

通过分析，在加强部仅设于轴承托架上半部，而在轴承托架下半部未设有加强部120的情况下，图8中虚线所包围的A部是示出产生了最大应力的部分。应力为拉伸应力。如后所述，斜向部件121a、121b具有沿着该拉伸应力的方向的部分，针对拉伸应力有效地发挥功能。另外，即使在相对于其他部分的应力而应力较高的部分的应力不是拉伸应力而是压缩应力的情况下，同样地，将加强部120的部件配置为具有沿着该压缩应力的方向的部分，这样是有效的。

图9是用于说明第二实施方式的旋转电机的轴承托架的效果的、在轴承托架下半部没有加强的情况下的分析结果所得的应力分布图。轴承托架100的构成在图6中左右对称，因此应力分布也左右对称。

显示为颜色越浅则应力越高，在虚线所包围的A部中应力变大。A部中箭头的方向是拉伸应力的方向。因而，如图8的斜向部件121a、121b那样，只要沿着该方向设有加强部120，就能够高效地实施加强。

[第三实施方式]

图10是表示第三实施方式的旋转电机的轴承托架下半部的构成的俯视图，图11是主视图。本第三实施方式是第一实施方式的变形。

本第三实施方式中的轴承托架下半部103具有作为加强部12的曲状部件128。曲状部件128相对于包含旋转轴CL的铅垂平面而对称，形成为缓U字形。其他点与第一实施方式相同。

曲状部件128的旋转轴CL的正下方的部分为径向最内部128a，沿水平方向的最外部为径向最外部128b。

本实施方式的作为加强部120的曲状部件128罩着图9所示的作为最大应力发生部分的A部。此外，由于作为加强部120的曲状部件128曲线地配置，结构上不连续部分变少，能够高效率地进行加强。

[其他实施方式]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。例如，实施方式中以将轴承托架100上下二分割的构成的情况为例进行表示，但并不限定于此。即，也可以是分割为3个以上的情况。或者，也可以是不进行分割从而轴承托架成为一体的情况。

实施方式中以转子被2个轴承支承的情况为例进行了表示，但并不限定于此，例如，也可以是与其他机械共享1个轴承的情况。此外，实施方式中以轴承托架设于框架的轴向的两端的情况为例进行了表示，但是也可以是仅安装于框架的轴向的一方的情况。

此外，也可以将各实施方式的特征进行组合。进而，实施方式能够通过其他的各种形态被实施，可以在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换以及变更。实施方式、其变形包含在发明的范围、主旨内，同样地包含于专利权利要求的范围所记载的发明及其均等的范围内。

附图标记说明

10…转子，11…转子轴，12…转子铁心，18…间隙，20…定子，21…定子铁心，22…定子线圈，30…轴承，40…框架，50、50a…轴承托架，51…板状部，52…加强部，52a…径向加强部件，52b…周向加强部件，100…轴承托架，100a…轴承托架上半部，101、102、103…轴承托架下半部，101a…第一区段，101b…第二区段，110…板状部，111…开口，112…连接部，120…加强部，121a、121b…斜向部件，122…第一端部，123…第二端部，124…径向最内部，125…径向最外部，127…中间部件，128…曲状部件，128a…径向最内部，128b…径向最外部，200…旋转电机。

Claims (5)

1.一种旋转电机，其特征在于，具备：

转子，具有转子轴和转子铁心，该转子轴沿水平方向延伸，该转子铁心安装于所述转子轴的径向外侧；

定子，具有定子铁心和定子线圈，该定子铁心以在所述转子铁心的径向外侧包围所述转子铁心的方式设置，该定子线圈沿轴向贯通所述定子铁心内；

2个轴承，沿轴向夹着所述转子铁心而在所述转子轴的两侧将所述转子轴支承为能够旋转；

框架，配置于所述定子铁心的径向外侧，收纳所述转子铁心和所述定子铁心；以及

2个轴承托架，安装于所述框架的轴向的两端，分别静止地支承各个所述轴承，

所述轴承托架分别在中央具有支承所述轴承的圆形的开口，

所述轴承托架的下半部具有夹着包含所述转子的旋转轴并沿铅垂方向延伸的面而对称地配置的第一区段和第二区段，

在所述第一区段以及所述第二区段分别具备板状部和加强部，该加强部具有从第1端部延伸到第2端部从而以连结径向最内部与径向最外部的方式形成的部分，所述加强部安装于所述板状部，

所述径向最内部的周向角度位置与所述径向最外部的周向角度位置之差为规定的周向角度位置差最小值以上。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

配置于所述第一区段的部分与配置于所述第二区段的部分相互结合。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述加强部具有在包含旋转轴的铅垂平面上向下方延伸的1个中间部件，

配置于所述第一区段的部分与配置于所述第二区段的部分经由所述中间部件而相互结合。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述加强部具有：在不存在该加强部的情况下的应力分布中拉伸应力或者压缩应力比其他部分高的部分中、配置于抵抗该拉伸应力的方向上的部分。

5.一种轴承托架，其特征在于，安装于旋转电机的框架的轴向的两端，分别静止地支承轴承，所述旋转电机具备：

转子，具有转子轴和转子铁心，该转子轴沿水平方向延伸，该转子铁心安装于所述转子轴的径向外侧；

定子，具有定子铁心和定子线圈，该定子铁心以在所述转子铁心的径向外侧包围所述转子铁心的方式设置，该定子线圈沿轴向贯通所述定子铁心内；

2个所述轴承，夹着所述转子铁心而在所述转子轴的轴向的两侧将所述转子轴支承为能够旋转；以及

所述框架，配置于所述定子的径向外侧，收纳所述转子铁心和所述定子，

所述轴承托架分别在中央具有圆形的开口，

所述轴承托架分别具有夹着包含所述转子的旋转轴并沿铅垂方向延伸的面而对称地配置的第一区段和第二区段，

在所述第一区段以及所述第二区段分别具备板状部和加强部，

该加强部具有从第1端部延伸到第2端部从而以连结径向最内部与径向最外部的方式形成的部分，所述加强部安装于所述板状部，

所述径向最内部的周向角度位置与所述径向最外部的周向角度位置之差为规定的周向角度位置差最小值以上。

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