CN216751454U - 旋转电机解角器组装工具和旋转电机 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机解角器组装工具包括：直流电施加组件，其被配置成适于向旋转电机的三相绕组中的至少一相绕组上施加直流电而使得流经所述一相绕组的直流电流产生静磁场，所述静磁场迫使旋转电机的电机转子自由旋转而定位且保持于该静磁场中；以及压装组件，其配置成适于在解角器转子被所述静磁场保持的状态下将解角器转子沿轴向压装到旋转电机的电机轴上。一种旋转电机包括利用上述工具组装的解角器。可免除用于解角器转子的键连接结构，并且提高角位置检测精度。

Description

旋转电机解角器组装工具和旋转电机

技术领域

本申请涉及一种用于组装旋转电机解角器的工具，以及一种旋转电机，其具有无键式安装于电机轴的解角器转子。

背景技术

旋转电机通常配备有解角器(又称旋转变压器，简称旋变)，用于检测电机轴的旋转角度。解角器包括固定在电机轴上的解角器转子和固定在电机壳体上的解角器定子。解角器转子随电机轴旋转时，其磁场的变化被解角器定子感测到，由此检测电机轴的转角。

为了使得电机轴转角的检测具有较高的精度，在组装解角器时，需要确保解角器转子与电机轴(及电机转子)之间的相对角位置的精度。解角器转子与电机轴之间的相对角位置偏差，导致解角器转子的信号相对于电机反电动势偏差一定的度数。该偏差度数需要控制在允许范围内，否则需要借助软件校准。

为了确定解角器转子与电机轴之间的相对角位置，一种典型的传统组装工艺是在解角器转子与电机轴之间采用键连接结构。这种工艺需要在解角器转子与电机轴上分别开设键槽，这导致成本增加。此外，键连接结构本身还会导致公差链环节增多，角位置检测误差增大，并且对公差链精度的控制又导致进一步的成本增加。

实用新型内容

本申请旨在提供一种用于旋转电机中的解角器组装方案，其能够避免采用键连接结构，并且提高角位置检测精度。

根据本申请的一个方面，提供了一种旋转电机解角器组装工具，其包括：

直流电施加组件，其被配置成适于向旋转电机的三相绕组中的至少一相绕组上施加直流电而使得流经所述一相绕组的直流电流产生静磁场，所述静磁场迫使旋转电机的电机转子自由旋转而定位且保持于该静磁场中；以及

压装组件，其配置成适于在解角器转子被所述静磁场保持的状态下将解角器转子沿轴向压装到旋转电机的电机轴上。

根据一种实施方式，所述直流电施加组件包括直流电源和连线，所述连线配置成适于连接到三相绕组中的一相或两相绕组，以便向所述一相或两相绕组通以直流电。

根据一种实施方式，所述直流电施加组件配置成在所述压装组件将解角器转子压装到电机轴上之后解除所施加的直流电。

根据一种实施方式，所述压装组件包括：

固定座，其配置成适于被固定在旋转电机的壳体上，并且包括将解角器转子保持在固定座内的特征；以及

推杆，沿轴向面对着由固定座保持着的解角器转子，并且配置成适于沿轴向将解角器转子推压到电机轴上。

根据一种实施方式，所述固定座被模制在解角器转子上，并且在所述解角器转子被推杆推压之前和推压期间被锁定于所述壳体，所述解角器转子被推压时从固定座脱出。

本申请在其另一方面提供了一种旋转电机，其包括：

壳体；

电机轴；

电机转子，其固定在电机轴上，所述电机转子包括磁体；

电机定子，其围绕电机转子固定在所述壳体中，所述电机定子包括三相绕组；以及

解角器，其包括固定于壳体的解角器定子和固定于电机轴的解角器转子；

其中，电机轴与解角器转子之间的相对角位置被确定为：在三相绕组的至少一相绕组上施加直流电以使得流经所述一相绕组的直流电流产生静磁场的情况下，电机转子自由旋转而定位且保持于该静磁场中；并且，在所述相对角位置下，解角器转子被压装到电机轴上。

根据一种实施方式，所述旋转电机为电动机或发电机。

根据一种实施方式，解角器定子通过防错位特征被组装于所述壳体。

根据一种实施方式，所述壳体包括圆筒部分和固定于圆筒部分的端盖，端盖包括板体和轴套，解角器定子组装在所述轴套中。

根据一种实施方式，所述电机轴和解角器转子之间不存在任何形状配合结构。

本申请的旋转电机中的解角器转子优选通过本申请的解角器组装工具组装到电机轴上。

根据本申请的解角器组装方案，将解角器转子压配到电机轴上，不必在二者之间采用键连接结构，由此可取消键连接导致的键槽加工步骤，并且公差链环节减少，角位置检测精度可以提高。并且，通过在电机绕组施加直流电以产生静磁场的状态下实现电机轴的角向定位，确保电机轴与解角器转子之间的相对角位置，可进一步提高角位置检测精度。

附图说明

下面将参考附图通过示例的方式描述本申请的实施方式，在附图中：

图1是采用了根据本申请的旋转电机的一种示例性结构的示意性剖视图；

图2、图3是旋转电机组装过程中在电机绕组上施加的直流电的两种可行方式的示意图；

图4是在电机绕组上施加的直流电以产生静磁场的状态下定位电机轴的示意图；

图5是利用本申请的组装工具将解角器转子压装到电机轴上的过程的示意图。

具体实施方式

本申请总体上涉及旋转电机解角器组装方案，具体涉及旋转电机解角器组装工具和利用所述组装工具组装了解角器的旋转电机。本申请所说的旋转电机包括电动机和发电机。

图1中示出了本申请的旋转电机的一种示例性结构。

该旋转电机包括壳体，壳体包括圆筒部分1和端盖2。端盖2被组装于圆筒部分1的一个轴向端部。

电机还包括电机转子3和电机轴4。电机轴4轴向布置在所述壳体中，电机转子3固定在电机轴4上，用于带动电机轴4旋转。电机转子3上布置着至少一对彼此径向相对的磁体5。

电机定子6在所述壳体中围绕电机转子3布置。电机定子6包括缠绕在定子铁心上的三相绕组7。

端盖2包括大致圆环形的板体8和轴套9。板体8的外周固定在圆筒部分1的端部，例如通过螺钉。轴套9由板体8的内周向壳体内部轴向延伸。转子3的支撑轴段10通过轴承11可旋转地支撑在轴套9中。转子3还具有从支撑轴段10径向突出的轴末端12，其直径小于支撑轴段10。

电机还包括用于检测电机轴4的旋转角度(也即电机转子3的旋转角度)的解角器。该解角器包括固定在轴末端12上的解角器转子13和围绕解角器转子13的解角器定子14。为了便于解角器转子13在轴末端12上的轴向定位，在轴末端12与支撑轴段10之间形成台阶15。解角器定子14固定安装在轴套9中。解角器通过固定在板体8上的盖板16被密封在轴套9中。

根据本申请，利用一种旋转电机解角器组装工具将解角器转子13压配在轴末端12上，即通过紧配合实现解角器转子13与电机轴4的固定连接，这样，就不必在解角器转子13与电机轴4之间采用传统键连接结构或其它形状配合结构。

然而，传统键连接结构除了能够实现解角器转子13与电机轴4之间的固定，还用于实现二者之间的角向定位。如果取消了键连接结构，则需要以其它方式确保二者之间的角向定位。

为此，本申请提出，所述组装工具包括直流电施加组件，其能够在将解角器转子13向电机轴4组装时，在三相绕组7中的至少一相绕组中通以直流电以产生静磁场，以便能够将解角器转子13以正确的角向定位固定到电机轴4上。

如本领域技术人员所理解，电机定子6的三相绕组7中的每相绕组各自包括围绕着定子铁心的齿缠绕在槽中的若干组线圈。三相绕组7之间可以采用三角或星形接线法连接，或者可以通过开关实现三角与星形接线法之间的切换。

利用直流电施加组件向三相绕组7中的一相绕组或两相绕组通以直流电，可以产生一个静磁场。

参看图2、图3，本申请的直流电施加组件包括直流电源18和由直流电源18的正负极引出的连线19，所述连线19可以连接到三相绕组中的一相绕组或两相绕组，以便向其通以直流电而产生静磁场。

举例而言，图2示出了电机定子6的星形接法的三相(U、V、W)绕组7，各相绕组的外内端点分别以(U1、U2)、(V1、V2)、(W1、W2)表示。各内端点连接在一起。通过直流电施加组件向任意一相(图中为U相) 绕组施加直流电，旋转电机将产生静磁场。或者，如图3中所示，通过直流电施加组件向任意两相(图中为U相和V相)绕组施加直流电，旋转电机也会产生静磁场。对于三角接法的三相绕组，同样可以在一相绕组或两相绕组上通以直流电，以产生静磁场。

在将解角器转子13组装到电机轴4上的过程中，利用如此产生的静磁场实现电机轴4的角向定位，然后在这种角向定位下，将解角器转子13固定到电机轴4上。

如图4示意性表示，通过向电机定子6的任意一相或两相绕组施加直流电，旋转电机将产生一个静磁场，该静磁场具有角向位置不变的两极N1、 S1。在该静磁场的作用下，电机转子3将自由旋转到使得其自身磁体产生的磁场的两极与该静磁场的两极一致并且稳定下来，即电机转子3的磁场的两极N2、S2与该静磁场的两极N1、S1对正。在保持所施加的直流电不断的情况下，电机转子3被该静磁场保持在稳定的角向位置而不会再发生转动。在电机转子3被该静磁场保持稳定的状态下，将解角器转子13组装到电机轴4上，由此确保电机轴4与解角器转子13之间的正确角向定位。

对于该直流电产生的静磁场存在多极的情况，电机转子3的磁场的两极会与静磁场的一对彼此相对的两极对正，同样能够确保电机轴4与解角器转子13之间的正确角向定位。

需要指出，由于电机绕组的电阻很小，因此在利用直流电施加组件向绕组施加直流电时，为了避免在通以直流时产生过大电流而受损，需要在连线19中串联电阻。关于直流电源18的输出电压，可以根据经验或实验基于电机大小确定，只要能将电机转子3牢固地保持在静磁场中不转动即可。根据一种实施方式，直流电源18具有可调的输出电压，以便产生足以保持电机转子3的静磁场。

本申请的组装工具还包括压装组件，用于将解角器转子13压装到电机轴4上的。在压装过程中，压装组件相对于电机壳体是固定的。

例如，在图5所示的例子中，压装组件包括由致动件(未示出，例如液压缸)驱动的推杆20，以及用于将解角器转子13相对于电机壳体固定的固定座21。

固定座21可以是一次性的塑料件，其可被模制在解角器转子13上，并且具有用于锁定在壳体上的部分。或者，固定座21可以是能够反复使用的元件。不论哪种情形，固定座21都包括以预定的角向保持解角器转子13 的特征，以使得解角器转子13相对于壳体处在预定的正确角向。

在图5所示的一种实施方式中，壳体的端盖2已经组装于圆筒部分1 上了，固定座21被以预定的角向位置锁定在端盖2上，例如通过螺钉。

推杆20沿轴向面对着由固定在电机壳体上的固定座21保持着的解角器转子13。推杆20可以是一组沿圆周方向均布的推杆，或者是单一的空心推杆。

推杆20沿轴向推压解角器转子13，解角器转子13从固定座21脱出并且被推压到轴末端12上，直至推抵于前述台阶15，以将解角器转子13压装到轴末端12上，从而解角器转子13通过紧配合固定在轴末端12上，并且解角器转子13与电机转子3之间形成正确的角向定位。

解角器转子13被压装到轴末端12上后，所述直流电施加组件即解除直流电的施加。此外，固定座21被拆除。

接下来，解角器定子14通过防错位特征被以正确的角向定位安装在端盖2中。然后，盖板16被固定在板体8上，以将解角器密封在轴套9中。

压装组件并不局限于图中示例性展示的压装组件，而是可以采用任何示意将解角器转子13轴向压装到轴末端12上的结构。例如，根据一种未示出的实施方式，在安装解角器转子13时，端盖2可以还没有组装到圆筒部分1上，在这种情况下，固定座21可以被以预定的角向位置固定在圆筒部分1上(而非像图5所示那样固定在端盖2上)。在解角器转子13被压装到轴末端12上之后，带有安装在其内的解角器定子14的端盖2可以被组装到圆筒部分1上。

此外，固定座21可以具有任何适宜的形状，只要能够被固定在电机壳体上并且具有以预定的角向保持解角器转子13的特征即可。

此外，图中展示的组装工具的结构、旋转电机的结构(包括解角器的结构)，都是示例性的，在本申请的基本构思下，即利用施加静磁场确定并保持电机转子角向的状态下、将解角器转子轴向压装到电机轴上，本领域技术人员可以采用任何适宜的组装工具结构、电机结构(包括解角器结构)。

根据本申请的解角器组装方案，解角器转子被压配到电机轴上，不必在二者之间采用键连接结构或其它形状配合结构，由此可取消键连接导致的键槽加工步骤，并且公差链环节减少，电机轴角位置检测精度可以提高。并且，通过在电机绕组施加直流电以产生静磁场的状态下实现电机轴的角向定位，确保电机轴与解角器转子之间的相对角位置，可进一步提高电机轴角位置检测精度。

此外，由于取消了解角器转子与电机轴之间的键连接结构，还能获得一个额外的益处。具体而言，键连接结构实际上会导致解角器转子和电机轴的结构不是完全旋转对称的，这种非对称性可能会在电机高速旋转时产生抖动、噪音等问题。本申请取消了键连接结构，使得解角器转子和电机轴完全对称，这有利于电机高速旋转时的高稳定性、低噪音。

虽然这里参考具体的实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种旋转电机解角器组装工具，其特征在于包括：

直流电施加组件，其被配置成适于向旋转电机的三相绕组(7)中的至少一相绕组上施加直流电而使得流经所述一相绕组的直流电流产生静磁场，所述静磁场迫使旋转电机的电机转子(3)自由旋转而定位且保持于该静磁场中；以及

压装组件，其配置成适于在解角器转子(13)被所述静磁场保持的状态下将解角器转子(13)沿轴向压装到旋转电机的电机轴(4)上。

2.如权利要求1所述的旋转电机解角器组装工具，其特征在于，所述直流电施加组件包括直流电源和连线，所述连线配置成适于连接到三相绕组中的一相或两相绕组，以便向所述一相或两相绕组通以直流电。

3.如权利要求2所述的旋转电机解角器组装工具，其特征在于，所述直流电施加组件配置成在所述压装组件将解角器转子(13)压装到电机轴(4)上之后解除所施加的直流电。

4.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机解角器组装工具，其特征在于，所述压装组件包括：

固定座(21)，其配置成适于被固定在旋转电机的壳体上，并且包括将解角器转子(13)保持在固定座内的特征；以及

推杆(20)，沿轴向面对着由固定座(21)保持着的解角器转子(13)，并且配置成适于沿轴向将解角器转子(13)推压到电机轴(4)上。

5.如权利要求4所述的旋转电机解角器组装工具，其特征在于，所述固定座(21)被模制在解角器转子(13)上，并且在所述解角器转子(13)被推杆(20)推压之前和推压期间被锁定于所述壳体，所述解角器转子(13)被推压时从固定座(21)脱出。

6.一种旋转电机，包括：

壳体；

电机轴(4)；

电机转子(3)，其固定在电机轴(4)上，所述电机转子(3)包括磁体；

电机定子(6)，其围绕电机转子(3)固定在所述壳体中，所述电机定子包括三相绕组(7)；以及

解角器，其包括固定于壳体的解角器定子(14)和固定于电机轴(4)的解角器转子(13)；

其特征在于，电机轴(4)与解角器转子(13)之间的相对角位置被确定为：在三相绕组(7)的至少一相绕组上施加直流电以使得流经所述一相绕组的直流电流产生静磁场的情况下，电机转子(3)自由旋转而定位且保持于该静磁场中；并且，在所述相对角位置下，解角器转子(13)被压装到电机轴(4)上。

7.如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，所述旋转电机为电动机或发电机。

8.如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，解角器定子(14)通过防错位特征被组装于所述壳体。

9.如权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，所述壳体包括圆筒部分(1)和固定于圆筒部分(1)的端盖(2)，端盖(2)包括板体(8)和轴套(9)，解角器定子(14)组装在所述轴套(9)中。

10.如权利要求6至9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述电机轴(4)和解角器转子(13)之间不存在任何形状配合结构。

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