专利名称：双轴和旋转电机联轴器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双轴和旋转电机联轴器，具体地说，涉及一种应用在高能旋转变换器系统(high power rotary transformer system)中的双轴和驱动电机联轴器。
背景技术：
高能旋转变换器可以被用于将电能从运行在一个频率下的电网(powergrid)转换到运行在第二频率下的第二电网。在1999年9月14日授权给Larsen的美国专利US5,953,225公开了一种包括能量恢复系统的用于恢复的旋转变换器，应用在传送电网(transferee grid)的起因于将机械能引导到旋转变换器的可旋转轴的能量差动(power differential)。
申请系列号为2,351,89
公开日为2001年12月30日、发明人为Martin和Rehder的加拿大专利申请公开了另一种这类的旋转变换器装置。这种旋转变换器组件使用通过转动轴中心绝缘的三相总线管道将旋转变换器的转子连接到两个能量系统中的一个上，在两个能量系统之间，旋转变换器将电能从一个系统通过定子传送到以细微差别频率操作的另一个系统上。
两轴通过一个连接法兰被配合在一起。旋转变换器的转子被支撑在下轴部分上。能量恢复系统包括一个连接到位于两组总线管道引导线之间的上轴部分的驱动电机。驱动电机向上轴部分施加扭矩，用于相对靠近下引出端恢复能量，此引出端引导用于总线管道的开口。
在最新发展中，已经确定的优选方式是使总线管道延伸贯穿下轴和上轴，以使当驱动电机向上轴施加扭矩时上轴不会被削弱。这进一步导致需要对驱动电机和上端转子轴之间的连接进行改进，以便在驱动电机短路或其它短路情况发生期间，对轴可能受到的伤害、弱化或破裂进行补偿。
发明内容
本发明涉及一种双轴和旋转电机联轴器，旋转电机联轴器被有效地夹持于使用在整体轴系中的两个成一条直线排列的轴之间。
具体地说，本发明涉及一种双轴和旋转电机联轴器，其包括一个第一可转动轴、一个第二可转动轴和一个旋转电机转子联轴器。第一可转动轴具有径向向外延伸的第一轴连接法兰。第二可转动轴与第一可转动轴轴向对齐并具有径向向外延伸的第二轴连接法兰。第二轴连接法兰与第一轴连接法兰彼此间隔。旋转电机转子联轴器具有转子辐管和从所述转子辐管径向向内延伸的转子连接法兰，其被牢固地夹持在第一和第二轴连接法兰之间并与第一和第二轴连接法兰邻接。
本发明满足应用中出现的需求，也就是必须将诸如电动机或马达等机电设备的转子或诸如风扇或泵等机械设备的转子配合连接到轴系统上，在所述轴系统中，不可能传递所有或部分轴通过转子上的连接法兰的中心。轴连接法兰在轴上通常是障碍物，用于阻止它通过转子上的连接法兰。本发明通过在转子连接法兰处将轴分开解决了这个问题，从而将转子连接法兰夹持在两个轴之间并消除了任何一轴的部分通过转子连接法兰的需要。
实际上，本发明作为一个通轴(through shaft)连接到转子连接法兰，无需轴的任何部分通过转子法兰的中心。因而，本发明允许将旋转电机转子连接到在转子连接位置的每一侧包含障碍物的两件式通轴上，其直径比转子连接法兰的内径大。这种连接不可能用一件式的通轴来实现。
在以下的段落中将详细介绍本发明。为了进行介绍，所述基准是处于旋转电机转子连接法兰的中轴点的一条线。
因此，当以联轴器元件的轴向外表面为基准时，这代表着该元件表面沿该轴的中心轴线离转子连接法兰最远，因而轴向内表面最接近转子连接法兰。
本发明的双轴和旋转电机联轴器包括具有径向延伸的第一轴连接法兰的第一可转动轴。第一轴连接法兰具有相反的第一轴向内表面和轴向外表面部分。旋转电机转子具有连接法兰盘，其从转子外部也就是公知的转子辐管径向向内延伸。转子连接法兰具有相反的沿垂直于轴系统中心线延伸的第一和第二表面部分。联轴器具有多个沿轴向从第一轴连接法兰穿过转子连接法兰延伸的双头螺栓；每个双头连接螺栓具有抵靠着转子连接法兰的第二表面部分被安装在其上的连接紧固件，优选是螺母，从而将转子连接法兰的第一表面部分连接到第一轴连接法兰的第一轴向内表面部分。该联轴器具有与所述第一可转动轴轴向对齐的第二可转动轴。第二可转动轴具有径向延伸的第二轴连接法兰。第二轴连接法兰具有第二轴向外表面部分和一对被槽彼此间隔的共面轴向内表面部分，所述槽提供与所述共平面表面部分间隔一预定距离的凹入轴向内表面。通过第二轴连接法兰上的一对共面的轴向内表面，在第二可转动轴具和转子连接法兰的第二表面部分之间产生接触。第二可转动轴连接法兰上的槽在轴向和径向的尺寸由与转子连接法兰的第二表面部分接触的连接螺母的尺寸确定。第二可转动轴连接法兰上的槽足够深，从而该法兰不与安装在转子连接法兰的第二表面部分上的连接螺母接触。该联轴器还具有额外紧固元件，优选地每个螺母被紧固到双头螺栓上并抵靠着第二轴连接法兰的第二轴向外表面用以将第二轴连接法兰连接到转子连接法兰上。
将转子连接到轴上分为两个步骤进行。首先，使用连接螺栓和与转子连接法兰的第二表面部分接触的螺母将第一可转动轴连接到转子连接法兰上。应该理解的是，由于此时第二可转动轴并没有在适当的位置，进行这种连接的空间是宽广的。然后，使用与第一次连接相同的一个双头螺栓以及与第二轴连接法兰的第二轴向外表面部分接触的额外连接螺母将第二可转动轴连接到转子连接法兰上。由于此时第二可转动轴已经在适当的位置，进行这种连接的空间是有限的，仅留下第二轴外侧和转子内侧之间的空间执行连接。因而，最好将转子连接法兰设置在要与第二可转动轴相连的转子的轴向端部上，从而，增加第二轴连接螺母的连接空间。
优选地，所述连接在旋转变换器系统内进行，以便使两个能量网络互联。该旋转变换器系统包括第一中空可转动集流器轴，其通过机械连接与旋转变换器的第二中空可转动转子轴相连。旋转电机是一种电动设备，优选是直流电机，其转子与双轴相连，与第一和第二电网之间的功率补偿成比例来驱动轴。
优选地，第一和第二轴连接法兰分别从第一和第二可转动轴的端部径向延伸。
第一和第二轴连接法兰是环形的并分别从第一和第二轴径向向外延伸。转子连接法兰优选地是环形的并从转子辐管径向向内延伸。
优选地，第一和第二轴具有预定直径的内壁，转子连接法兰的内径基本上对应于所述预定直径，在包含连接法兰插口的直径上具有适当的公差。第一和第二轴连接法兰的外径比转子连接法兰的外径小。应该指出的是轴连接法兰的外径和转子连接法兰的外径之间的差值越大，用于执行第二可转动轴和转子连接法兰之间连接的空间就越大。
为了更好地理解本发明的特征和目的，必须参考附图。
图1是图示了根据本发明的实施例的一个旋转变换器系统示例的侧视截面图；图2是图示了根据本发明的双轴和电机联轴器的局部透视截面图；图3是一个在本发明中所使用的一个轴的透视图；图4是图示了本发明双轴与电机联轴器连接的局部侧视截面图；具体实施方式
图1图示了一个旋转变换器10，其包括转子组件12和定子14。转子组件12包括转子芯部分15、第一和第二转子端线圈16、18、滑动环或集电环20和转动轴组件30。转子组件12可围绕其转动轴组件30的垂直中心轴线V沿顺时针和逆时针两方向转动。
转子组件12的转动是通过与可转动轴组件30相连的驱动电机32实现的，应该理解的是在优选实施例中显示一垂直定位的轴组件30，但是轴组件30的定位可以沿另一条轴线，例如水平轴线。此外，应该理解的是，虽然优选实施例是应用于旋转变换器，可是本发明也可以使用在其它涉及旋转机械的应用中。
旋转变换器10处于交流电压和电流的高压、高电流环境。旋转变换器系统10连接成在第一电系统(例如第一电网)和第二电系统(例如第二电网)之间传送电能。第一电电网在第一频率和第一功率下操作，第二电电网在第二频率下操作。
在此环境下，转子组件12通过第一电系统36的总线管道34的三相线连接，定子线圈38与第二电系统42的总线管道40相连。应该理解的是，第一和第二电系统36、表示为相应总线管道34、40的端部。在旋转变换器10的环境中，应该理解的是，电网36、42将构成建筑结构46内的总线管道34、40的接续。
驱动电机32驱动被安装在转子支撑框架(frame spider)52上的转子50，转子支撑框架又利用螺栓54安装在转子轴连接法兰56上，从而使轴组件30和旋转变换器转子12转动。响应未示出的控制系统所产生的驱动信号，驱动电机32操作。第一和第二电系统36、42可以在诸如频率或相位方面具有不同的电学特性。所述控制系统是可双向操纵的，以使旋转变换器系统在可变速度下转动用于从第一电系统向第二电系统传送电能或反之亦然。
三相绝缘总线管道48被安装在转动轴30内并在滑动环组件20和第二转子端线圈18之间沿轴30轴向延伸，以将滑动环组件20和第二转子端线圈18相互电相连。
本发明涉及这样一种方式，其中，紧靠转子连接法兰56的转子轴联轴器形成轴组件30的一部分。最好如图2至图4显示，轴组件30包括彼此轴向对齐并被安装在转子连接法兰56上的第一和第二中空轴60、62。这种安装布置在整个说明书中被称为双轴和旋转机械联轴器。
在图2和4中，第一可转动轴60具有从第一端部分66径向向外延伸的第一轴连接法兰64。第一轴连接法兰64具有在第一轴连接法兰64的周围径向间隔分布且轴向穿过第一轴连接法兰64的第一系列孔68。第一轴连接法兰64分别具有相对的第一轴向内表面部分70和轴向外表面部分72。
转子连接法兰56与第一轴60相连。转子连接法兰56具有转子托架74，转子连接法兰76从转子74径向向内延伸。转子连接法兰76具有径向间隔分布且轴向穿过转子连接法兰76的第二系列孔78。转子连接法兰76分别具有相对的第一表面部分80和第二表面部分82。第一表面部分80邻接第一轴连接法兰64的第一轴向内表面部分70，而第一和第二系列孔68、78彼此对齐。
多对联接螺母84利用相应的联接螺柱86被安装。每对连接螺母84分别被安装在转子连接法兰76的第二表面部分82和第一轴连接法兰64的第一轴向外表面部分72上。联接螺柱86通过对齐的第一和第二系列孔68、78与多对连接螺母84相连，从而将第一轴连接法兰64和转子连接法兰76连接到一起。
每个联接螺柱86具有从安装在转子连接法兰76的第二表面部分82上的相应连接螺母84轴向延伸的螺纹柄部90。
第二可转动轴62与第一可转动轴60轴向对齐。第二可转动轴62具有从其第二端部94径向向外延伸的第二轴连接法兰92。第二轴连接法兰92具有一轴向外表面部分95和一对共面的轴向内表面部分96，通过一环形槽98，所述一对轴向内表面部分96彼此径向间隔开，环形槽98形成轴向凹入的内表面部分100，以一预定距离与各共面表面部分96间隔开。凹入轴向内表面部分100具有围绕第二轴连接法兰92沿径向间隔开且轴向穿过第二轴连接法兰92的第三系列孔102，所述一对共面轴向内表面部分96邻接转子连接法兰76的第二表面部分82。联接螺柱86的螺纹延伸部分90穿过第二轴连接法兰92上的第三系列孔102。凹入轴向内表面部分100用于容纳被安装在转子轴连接法兰76的第二表面部分82上的连接螺母84。
第三组连接螺母104中的每个螺母被紧固在穿过第三系列孔102的联接螺柱86的螺纹延伸部分90上，从而将第二轴连接法兰92连接到转子连接法兰76上。
如图2～4所示，第一和第二轴连接法兰64、92是环形的并分别从第一和第二轴60、62径向向外延伸。
第一和第二轴60、62分别具有预定直径的内壁110、112。转子连接法兰76具有对应于所述预定直径的内直径壁116，因而，壁110、112和116是连续的。应该指出的是，为了在连接处提供轴对齐，最好在每个匹配元件上，也就是在第一轴连接法兰64、转子连接法兰76和在第二轴上的轴向内表面96附近，包括插口(spigots)。在这个位置使用插口要求轴壁110，112，116具有稍微不同的直径，因而是非连续的。如果在连接处使用插口提供轴对齐，则希望轴壁110、112和116的直径非常接近。
转子连接法兰76的外径比第一和第二轴连接法兰64、92的外径大。
通过对本发明的优选实施例所作的上述描述，应该认识到，本发明的其它实施例对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明的范围不应该被局限于本优选实施例而是受下述权利要求范围的限制。
权利要求
1.一种双轴和旋转机械联轴器，包括具有径向向外延伸的第一轴连接法兰的第一可转动轴；与所述第一可转动轴轴向对齐并具有径向向外延伸的第二轴连接法兰的第二可转动轴，第二轴连接法兰和第一轴连接法兰间隔开；以及具有转子框架和从所述框架径向向内延伸的转子连接法兰的旋转机械转子联轴器，它被牢固地夹持在第一轴连接法兰和第二轴连接法兰之间并与第一轴连接法兰和第二轴连接法兰邻接。
2.如权利要求1所述的联轴器，其特征在于，还包括多个从第一轴连接法兰穿过转子连接法兰延伸的连接柱螺栓；每个连接柱螺栓具有抵靠转子连接法兰安装其上的连接紧固件，从而将转子连接法兰连接到第一轴连接法兰上；还包括紧固在连接柱螺栓上并抵靠第二轴连接法兰的额外紧固件，从而将第二轴连接法兰连接到转子连接法兰上。
3.如权利要求2所述的联轴器，其特征在于，第二轴连接法兰具有一轴向外表面部分和一对通过一槽彼此径向间隔开的共面轴向内表面部分，所述槽形成与所述共面表面部分间隔开预定距离的轴向凹入内表面，所述一对共面轴向内表面部分邻接转子连接法兰。
4.如权利要求3所述的联轴器，其特征在于，所述连接柱螺栓穿过具有凹入内表面部分的第二轴连接法兰，所述凹入内表面部分用于容置与转子连接法兰接触的连接紧固件。
5.一种双轴和旋转机械联轴器，包括具有从其径向延伸的第一轴连接法兰的第一可转动轴，第一轴连接法兰具有相对的第一轴向内表面和轴向外表面部分；具有转子框架和从所述框架径向延伸的转子连接法兰的旋转机械转子联轴器，转子连接法兰具有相对的第一和第二表面部分；多个从第一轴连接法兰穿过转子连接法兰延伸的连接柱螺栓；每个连接柱螺栓具有抵靠转子连接法兰的第二表面部分被安装在其上的连接紧固件，从而将转子连接法兰的第一表面部分连接到第一轴连接法兰的第一轴向内表面部分；与所述第一可转动轴轴向对齐并具有从其径向延伸的第二轴连接法兰的第二可转动轴，第二轴连接法兰具有一第二轴向外表面部分和一对通过槽彼此径向间隔开的共面轴向内表面部分，所述槽形成与所述共面表面部分间隔开一预定距离的轴向凹入内表面部分，所述一对共面轴向内表面部分抵靠转子连接法兰的第二表面部分，连接柱螺栓穿过第二轴连接法兰而所述凹入内表面部分容置所述连接紧固件；以及被紧固到连接柱螺栓上并抵靠第二轴连接法兰的第二轴向外表面部分的额外紧固元件，用以将第二轴连接法兰连接到转子连接法兰上。
6.如权利要求5所述的联轴器，其特征在于，第一和第二轴连接法兰从第一和第二可转动轴的相应端部径向延伸。
7.如权利要求6所述的联轴器，其特征在于，第一和第二轴连接法兰是环形的并分别从第一和第二轴径向向外延伸。
8.如权利要求7所述的联轴器，其特征在于，转子连接法兰是环形的并从转子框架径向向内延伸。
9.如权利要求8所述的联轴器，其特征在于，第一和第二轴具有预定直径的内壁，转子连接法兰的内径基本上对应于所述预定直径以便容置对齐插口。
10.如权利要求8所述的联轴器，其特征在于，第一轴的内壁直径非常接近但不等于第二轴的内壁直径，转子连接法兰的内径也非常接近但不等于第一和第二轴的内壁直径。
11.如权利要求9所述的联轴器，其特征在于，转子连接法兰的外径比第一和第二轴连接法兰的外径大。
12.一种双轴和旋转机械联轴器，包括具有从其第一端部径向延伸的第一轴连接法兰的第一可转动轴，第一轴连接法兰具有围绕第一轴连接法兰径向间隔开的且轴向穿过第一轴连接法兰的第一系列孔，且第一轴连接法兰具有相对的第一轴向内表面部分和轴向外表面部分；具有转子框架和从所述转子框架径向延伸的转子连接法兰的旋转机械转子联轴器，转子连接法兰具有围绕转子连接法兰径向间隔开且轴向穿过转子连接法兰的第二系列孔，转子连接法兰具有相对的第一和第二表面部分，且转子连接法兰的第一表面部分邻接第一轴连接法兰的第一轴向内表面部分，而第一系列孔和第二系列孔彼此对齐；多对连接紧固件和相应的连接柱螺栓，用于分别将每对连接紧固件安装在转子连接法兰的第二表面部分上和第一轴连接法兰的第一轴向外表面部分上，连接柱螺栓穿过对准的第一系列孔和第二系列孔以相互连接多对紧固件而将第一轴连接法兰连接到转子连接法兰上，每个连接柱螺栓具有轴向穿过安装在转子连接法兰的第二表面部分上的相应连接紧固件的螺纹杆；与所述第一可转动轴轴向对齐并具有从其第二端部径向延伸的第二轴连接法兰的第二可转动轴，第二轴连接法兰具有一轴向外表面部分和一对通过一环形槽彼此径向间隔开的共面轴向内表面部分，所述环形槽形成与所述共面表面部分间隔开一预定距离的轴向凹入内表面部分，所述凹入轴向内表面部分具有围绕第二轴连接法兰径向间隔开并轴向穿过第二轴连接法兰的第三系列孔，所述一对共面轴向内表面部分邻接转子连接法兰的第二表面部分，连接柱螺栓的螺纹延伸部分穿过第二轴连接法兰上的第三系列孔，而所述凹入轴向内表面部分容置被安装在转子轴连接法兰的第二表面部分上的连接紧固件；第三组连接紧固件，其中的每个紧固件紧固在穿过第三系列孔的连接柱螺栓的螺纹延伸部分上，从而将第二轴连接法兰连接到转子连接法兰上。
13.如权利要求12所述的联轴器，其特征在于，第一和第二轴连接法兰是环形的并分别从第一和第二轴径向向外延伸。
14.如权利要求13所述的联轴器，其特征在于，转子连接法兰是环形的并从转子框架径向向内延伸。
15.如权利要求14所述的联轴器，其特征在于，第一和第二轴具有预定直径的内壁，转子连接法兰的内径基本上对应于所述预定直径。
16.如权利要求14所述的联轴器，其特征在于，第一轴的内壁直径非常接近但不等于第二轴的内壁直径，转子连接法兰的内径也非常接近但不等于第一和第二轴的内壁直径。
17.如权利要求14所述的联轴器，其特征在于，转子连接法兰的外径比第一和第二轴连接法兰的外径大。
18.一种用于在第一电网和第二电网之间传送电能的旋转变换器系统，第一电网在第一功率瓦数和第一电频率下操作，第二电网在第二电频率下操作，所述系统包括具有从其径向向外延伸的第一轴连接法兰的第一可转动轴，第一轴连接法兰具有相对的第一内表面部分和外表面部分；与该可转动轴相连的驱动电机以与第一电网和第二电网之间的功率补偿成比例地驱动该可转动轴，所述驱动电机包括具有转子框架和从所述转子框架径向向内延伸的转子连接法兰的转子联轴器，转子连接法兰具有相对的第一和第二表面部分；多个从第一轴连接法兰穿过转子连接法兰延伸的连接柱螺栓；每个连接柱螺栓具有抵靠转子连接法兰的第二表面部分安装其上的连接紧固件，从而将转子连接法兰的第一表面部分连接到第一轴连接法兰的第一轴向内表面部分上；与所述第一可转动轴轴向对齐并具有从其径向向外延伸的第二轴连接法兰的第二可转动轴，第二轴连接法兰具有一轴向外表面部分和一对通过槽彼此径向间隔开的共面轴向内表面部分，所述槽形成与所述共平面表面部分间隔开一预定距离的轴向凹入内表面部分，所述一对共面轴向内表面部分邻接转子连接法兰的第二表面部分，而连接柱螺栓穿过第二轴连接法兰且所述凹入轴向内表面部分容置连接紧固件；额外紧固元件，每个额外紧固元件被紧固到连接柱螺栓上以将第二轴连接法兰连接到转子连接法兰上；一转子组件，具有与第二可转动轴相连的转子，转子组件具有从转子的相对端轴向延伸的转子端部线圈；围绕转子并具有与第二电网电连接的定子线圈的定子组件；被安装在第一可转动轴上且与第一电网电连接的滑动环组件；以及总线管道，被安装在可转动轴内并从滑动环组件延伸到转子端部线圈之一，以使滑动环组件与转子端部线圈之一电连接。
全文摘要
本发明涉及一种双轴和旋转电机联轴器，包括一个第一可转动轴、一个第二可转动轴和一个旋转电机转子联轴器，第一可转动轴(60)具有径向向外延伸的第一轴连接法兰(64)。第二可转动轴(62)与所述第一可转动轴轴向对齐并具有径向向外延伸的第二轴连接法兰(92)。第二轴连接法兰与第一轴连接法兰被分开。旋转电机转子联轴器具有转子辐管(74)和从所述转子辐管径向向内延伸的转子连接法兰(76)，其被牢固地夹持在第一和第二轴连接法兰之间并与第一和第二轴连接法兰邻接。
文档编号H01F38/18GK1547796SQ03800932
公开日2004年11月17日 申请日期2003年5月22日 优先权日2002年6月6日
发明者迈克尔·W·怀特, 彼得·杜鲁门, 杜鲁门, 迈克尔 W 怀特 申请人:通用电气加拿大公司