电机的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的电机。

该电机包括转子和围绕该转子的定子。定子具有纵向中心轴线、垂直于该中心轴线的径向方向、穿过该中心轴线的竖向中心平面以及穿过该中心轴线的水平中心平面。定子包括圆筒形定子芯和围绕该定子芯的定子框架。定子芯包括层压结构、定子绕组和后梁，该后梁附接至定子芯的外表面并且沿定子的轴向方向延伸。定子框架包括定位成彼此相距一定轴向距离的两个相反的端部结构件。

背景技术：

电机——即，电动马达和发电机——被用在许多应用中。电动马达用于驱动不同种类的机器并且发电机用于产生电力。用于驱动发电机的动力源各不相同。蒸汽是在发电厂中用于驱动涡轮的一种常见动力源，借此涡轮驱动发电机。另一方面，燃烧发动机可以被用来驱动发电机。燃烧发动机和发电机通常安装在形成支承结构件的共用平台上。包括位于共用平台上的燃烧发动机和发电机的整个单元随后可以被运输至现场并且定位在电力建筑中的地板上。因此，这种单元的安装是非常快速的。

发电机中的定子通常包括环形定子芯和围绕该定子芯的定子框架。定子芯的内表面包括通向环形定子芯的内表面的槽。定子绕组定位在槽中。还存在沿着定子芯的外表面沿轴向方向延伸的后梁。后梁焊接至定子芯的外表面。定子框架通常包括端部结构件和位于所述端部结构件之间的框架板。定子框架可以与定子芯一起被同时制造。定子框架随后可以在定子芯就位时安装在定子芯上。

定子芯在现有技术解决方案中通过焊接而附接至定子框架。这是通过使用定位在位于定子芯的外表面上的后梁上的C形夹持件来完成的。C形夹持件随后焊接至定子框架和定子芯。定子芯在焊接完成之前首先定位在相对于定子框架的适当位置中。

定子框架在现有技术解决方案中经由支承元件附接至支承结构件。支承元件通过焊接而附接至定子框架并且通过螺栓附接至支承结构件。

然而，特别是在发电机由燃烧发动机驱动的发电机应用中，利用焊接将定子芯附接至定子框架以及将支承元件附接至定子框架是有问题的。燃烧发动机对共用的支承结构件以及由此对发电机产生强烈振动。因此，发电机将在持续振动的环境中工作。这些振动将在发电机的较长的使用期限期间给焊接接头带来较重的载荷。电动马达在其使用期限期间受到的振动的数量是大约10⁹。大量的振动对于焊接接头而言是有问题的，所述焊接接头由于这些振动而可能在某一点处断裂。事实上已经观察到这些振动在一些情况下已经导致了焊接接头的断裂。定子框架与支承元件之间的焊接接头是结构件中的薄弱点，这是由于定子的惯性矩通过这些接头从定子传递至支承结构件。

因此，存在对找到针对焊接接头由于振动而断裂的这种问题的解决方案的需要。

美国专利540,199公开了一种电机，该电机具有转子和围绕该转子的定子。定子芯由片材形成，所述片材通过在定子芯的端板之间延伸的夹持条而被夹持在一起。使用下述燕尾键以将夹持条附接至定子芯：所述燕尾键配装到夹持条的第一凹槽中和定子芯的第二凹槽中。在夹持条的端部处存在用于将端板和定子芯中的片材压在一起的螺母。定子框架由径向延伸的环形支承加强板形成。在环形支承加强板之间还存在由轴向延伸的环形件形成的支承部件。环形支承加强板的外边缘还固定有包装板。支承加强板中的至少一些支承加强板的内边缘还焊接有环形件。定子芯与定子框架之间的紧固设备包括在层压芯的外表面上延伸的轴向定向的纵向梁弹簧。梁弹簧成对地设置在夹持条的每侧。梁弹簧在两个端部处和其轴向中心处具有扩大部。这些梁弹簧在位于两个端部处的扩大部处通过径向定向的螺栓而固定至相应的环形件。梁弹簧还在位于其中间的扩大部处通过切向定向的螺栓而固定至相应的夹持条。在梁弹簧中的每个梁弹簧与相邻的夹持条之间还设置有下述间隔块：该间隔块用以提供梁弹簧与夹持条之间的微小间隙以允许所述梁弹簧上的微小的切向挠曲而不引起所述梁弹簧与夹持条之间的接触。

德国专利申请2470467公开了一种用于发电机安装的系统和方法。定子包括定子芯和定子框架。存在附接至定子芯的外周界的轴向键条。还存在附接至定子框架的内周界的轴向弹簧条。轴向键条和轴向弹簧条连接有对准转接器，所述转接器包括彼此径向相对地设置的外凹部和内凹部。外凹部构造成保持弹簧条并且内凹部构造成保持键条。对准转接器构造成经由外凹部的相对于内凹部的周向位置而使键条与定子沿周向方向对准。还存在下述紧固螺栓：所述紧固螺栓穿过弹簧条和转接器中的孔至键条中的螺纹。在螺栓与孔之间设置有游隙以允许弹簧条与键条之间的相对位置的微小移动。

技术实现要素：

本发明的目的是获得一种消除或者至少限定了与焊接接头有关的问题的电机。

根据本发明的电机的特征在于在权利要求1的特征部分中所陈述的内容。

提供了一种电机，该电机包括转子和围绕转子的定子，所述定子具有纵向中心轴线、垂直于该中心轴线的径向方向、穿过该定子的中心轴线的水平中心平面以及穿过该定子的中心轴线的竖向中心平面，所述定子包括圆筒形定子芯和围绕该定子芯的定子框架，圆筒形定子芯具有层压结构和用于定子绕组的槽，定子芯通过紧固托架并借助于基于压缩接头的紧固装置而附接至定子框架，所述定子框架包括定位成彼此相距一定轴向距离的两个相反的端部结构件和位于所述端部结构件之间的至少一个框架板，沿定子的轴向方向延伸的后梁附接至定子芯的外表面。

该电机的特征在于：

紧固托架包括彼此垂直的两个支部，每个支部均具有至少一个开口，其中，借助于基于压缩接头的紧固装置第一支部附接至定子框架板并且第二支部附接至后梁，所述紧固装置穿过紧固托架的各个支部中的开口，

处于紧固托架的所述两个支部中的开口定尺寸成允许紧固装置在所述开口中的小的移动，使得定子芯可以在紧固装置被上紧以将定子芯锁定至定子框架之前相对于定子框架沿径向方向和轴向方向对中。

位于定子芯与定子框架之间的紧固设备中的焊接接头通过使用具有垂直的两个支部的紧固托架和基于压缩接头的紧固装置来消除。位于定子芯与定子框架之间的这种新型紧固设备将不会由于由燃烧发动机引起的振动而断裂。附接有基于压缩接头的紧固装置的紧固托架在电机的使用期限期间可以容易地承受10⁹次的振动。

压缩接头在有利的实施方式中是基于螺栓和螺母的。螺母在有利的实施方式中设置有摩擦增大装置以防止该螺母由于振动而松动。另一种可能性是在螺母下面使用弹性垫圈。

紧固托架中的开口定尺寸成允许紧固装置在所述开口中的小移动以使得定子芯可以在紧固装置被上紧之前相对于定子框架沿径向方向和轴向方向对中。在定子芯与定子框架之间不存在可以用于对中的精确机加工表面。生产这些精确机加工表面是相当昂贵的，并且因此如果可以，避免生产这些精确机加工表面。

定子框架与支承元件之间的焊接接头可以在另一有利的实施方式中通过使用由铸铁制成的支承元件和基于压缩接头的紧固装置来消除。

附图说明

在下文中，参照附图借助于优选实施方式对本发明进行更详细的描述，在附图中：

图1示出了电机的纵向截面，

图2示出了安装在共用的支承结构件上的发电机和燃烧发动机，

图3示出了定子的轴测视图，

图4示出了定子的横向截面，

图5示出了定子框架的分解图，

图6示出了替代性定子框架的分解图，

图7示出了位于定子芯与定子框架之间的紧固设备的第一轴测视图，

图8示出了位于定子芯与定子框架之间的紧固设备的第二轴测视图，

图9示出了可以用在电机中的紧固设备中的紧固装置。

具体实施方式

图1示出了电机的纵向截面。电机600包括纵向中心轴线X-X、圆筒形转子100和围绕转子100的圆筒形定子200。

转子100包括设置有转子绕组(未在图中示出)的中央部分110和位于中央部分110的两个轴向X-X端部处的两个端部部分120、130。转子100的每个端部部分120、130通过支承件(未在图中示出)以可旋转的方式支承在电机600的支承结构件500(在图4中示出)上。

定子200包括定子芯210和围绕定子芯210的定子框架220。定子框架220包括定位成彼此相距一定轴向X-X距离的两个相反的端部结构件221、222。定子框架220还包括位于端部结构件221、222之间的定子板223。定子板223沿着电机600的中心轴线X-X定位成彼此相距一定轴向X-X距离。定子芯210具有设置有定子绕组的槽和附接至定子芯210的外表面的后梁212。图1示出了定子绕组的绕组端部211A。

在后梁212的外表面与定子框架220的内表面之间存在间隙E1。在转子100的中间部分110的外表面与定子芯210的内表面之间还存在气隙G1。

电机600可以是电动马达或者发电机。

图2示出了安装在共用的支承结构件上的发电机和燃烧发动机。发电机600与燃烧发动机700一起安装在共用的支承结构件500上。燃烧发动机700通过轴650驱动发电机600。

图3示出了定子的轴测视图，图4示出了定子的横向截面，并且图5示出了定子框架的分解图。

定子200具有与电机600的纵向中心轴线X-X一致的纵向中心轴线X-X。定子200还具有穿过中心轴线X-X的水平中心平面H1-H1、穿过中心轴线X-X的竖向中心平面V1-V1和垂直于中心轴线X-X的径向方向R。定子200包括定子芯210和围绕定子芯210的定子框架220。

定子芯210包括槽213，槽213从定子芯210的内周界进入定子芯210。定子芯210中的槽213接纳定子绕组211。定子芯210具有层压结构，即，该层压结构由堆叠在一起的环形片材构成以形成定子芯210。定子芯210中的每个片材均由扇形件210A、210B构成，其中，扇形件210A、210B附接至彼此以形成闭合的周界。定子芯210还包括附接至定子芯210的外表面并沿定子200的轴向方向X-X延伸的后梁212。后梁212通过焊接附接至定子芯210的外表面。定子芯210具有圆筒形形状。

定子框架220包括定位成彼此相距一定轴向X-X距离的两个相反的端部结构件221、222。该定子框架还包括位于端部结构件221与端部结构件222之间的框架板223、223A、223B、223C、223D。每个框架板223均由四个单独的扇形件223A、223B、223C、223D形成。在定子框架220的上拐角A1、A2中对称地定位有位于竖向中心线V1-V1的两侧的两个框架板扇形件223A、223B。在定子框架220的下拐角B1、B2中对称地定位有位于竖向中心线V1-V1的两侧的两个框架板扇形件223C、223D。位于定子框架220的上拐角A1、A2中的两个框架板扇形件223A、223B通过连接部件224A、224B连接至彼此。连接部件224A、224B各自沿着相应的框架板223A、223B的外周界延伸。连接部件224A、224B和框架板223A、223B形成框架板组件223A、224A、223B、224B。

定子框架220还包括一组第一中间部件225A、225B，所述第一中间部件225A、225B对称地位于竖向中心平面V1-V1的相反两侧、定子框架220的两个最低拐角C1、C2中。

定子框架220还包括支承元件400A、400B，支承元件400A、400B对称地位于竖向中心线V1-V1的两侧、定子框架220的下拐角B1、B2中。框架板223D、223C附接至各个支承元件400A、400B的各自的竖向侧表面。支承元件400A、400B对称地位于定子框架220的外周界处。支承元件400A、400B在本实施方式中全部地位于定子200的水平中心平面H1-H1的下方。支承元件400A、400B有利地以角度α1位于定子200的水平中心平面H1-H1的下方。角度α1有利地在10度至45度的范围内。然而，支承元件400A、400B可以代替地至少部分地位于水平中心平面H1-H1的上方。支承元件400A、400B和位于支承元件400A、400B之间的框架板223C、223D形成支承元件组件。该支承元件组件可以形成为一体。

框架板组件223A、224A、223B、224B的轴向X-X端部、支承元件组件400A、223C、400B、223D的轴向X-X端部以及成组的第一中间部件225A、225B的轴向端部X-X通过基于压缩接头的紧固装置420而附接至相应的端部结构件221、222。定子框架220的内周界具有圆形形状。定子框架220的外周界具有多边形形状。

因此，定子芯210和定子框架220可以同时被独立地制造。定子芯210的环形片材被组装以形成完整的定子芯210并且随后定子绕组211卷绕到定子芯210中的槽213中。端部结构件221和222、框架板223A、223B、223C和223D、支承元件400A和400B以及第一中间部件225A和225B被组装以形成完整的定子框架220。定子芯210随后通过紧固设备300附接至定子框架220，结合图7和图8对此进行更详细的说明。

定子200通过支承元件400A、400B支承在电机的支承结构件500上。支承结构件500在现场支承在地板F1上。支承元件400A、400B通过基于压缩接头的紧固装置而附接至支承结构件500。角度α1是从支承元件400A、400B的支承表面——即下述表面：支承元件400A、400B通过该表面支承在支承结构件500上——测得的。

图6示出了替代性定子框架结构的分解图。定子框架220包括两个端部结构件221、222和位于端部结构件221、222之间的框架板223。图5中所示的四个单独的框架板扇形件223A、223B、223C、223D在图6中扩张成使得其边缘彼此附接以形成框架板223，框架板223形成围绕定子芯210的连续环形结构件。因此，框架板223形成围绕整个定子芯210延伸的盘状件。在定子框架220的两个上拐角A1、A2中存在对称地位于竖向中心平面V1-V1的相反两侧的第二中间部件226A、226B。第二中间板226A、226B位于各个端部结构件221、222与相邻的框架板223之间、以及相邻的框架板223之间。在定子框架220的两个下拐角B1、B2中还存在对称地位于竖向中心平面V1-V1的相反两侧的支承元件400A、400B。支承元件400A、400B定位在各个端部结构件221、222与相邻的框架板223之间、以及相邻的框架板223之间。在定子框架220的两个最低拐角C1、C2中还存在对称地位于竖向中心平面V1-V1的两侧的第一中间部件225A、225B。第一中间部件225A、225B位于各个端部结构件221、222与相邻的框架板223之间、以及相邻的框架板223之间。定子框架220通过沿轴向方向X-X延伸穿过整个定子框架220的杆410而被保持在一起。杆410在定子框架220的最低拐角C1、C2中延伸穿过框架板223中的孔和第一中间部件225A、225B中的孔。杆410在定子框架220的下拐角B1、B2中延伸穿过框架223中的孔和支承元件400A、400B中的孔。杆410在定子框架220的上拐角C1、C2中延伸穿过框架板223中的孔和第二中间部件226A、226B中的孔。杆410在两端设置有螺纹。螺母将杆410上紧至端部结构件221、222。

图7示出了位于定子芯与定子框架之间的紧固设备的第一轴测视图并且图8示出了该紧固设备的第二轴测视图。

定子芯210通过紧固托架300附接至定子框架220，紧固托架300包括两个端部310、320，每个端部310、320形成支部310、320。两个支部310、320彼此垂直。紧固托架300中的每个支部310、320均包括用于接纳基于压缩接头的紧固装置350的至少一个开口311。开口311的直径可以比穿过开口311的紧固装置350的直径稍大。另一方面，开口311可以具有长形形状或者一些其他合适的形状以允许定子芯210在紧固装置350定位于开口311中时相对于定子框架220微小地移动。这允许定子芯210在紧固装置350被上紧以将定子芯210锁定至定子框架220之前相对于定子框架220沿径向方向R和轴向方向X-X对中。定子芯210在框架板223处和端部结构件221、222处通过紧固托架300附接至定子框架220。在每个后梁212与每个框架板223之间的接头中均存在四个紧固托架300。紧固托架300定位在后梁212的相反两侧和框架板223的相反两侧。紧固托架300的第二支部320靠着定子芯210的外表面定位并且紧固托架300的第一支部310靠着框架板223的侧表面定位。位于后梁212的相反两侧的紧固托架300的第二支部320通过下述紧固装置330附接至彼此并且附接至后梁212：所述紧固装置330水平地穿过后梁212和紧固托架300的水平支部320。位于框架板223的相反两侧的紧固托架300的第一支部310通过下述紧固装置350附接至彼此并且附接至框架板223：所述紧固装置350水平地穿过框架板223和紧固托架300的第一托架310310。当然，紧固托架300也以对应方式被用于将定子芯210附接至定子框架220的端部结构件221、222。紧固托架300的第一支部310是竖向的并且紧固托架300的第二支部320是水平的。

图8示出了后梁212的外表面与定子框架220的内表面之间的间隙E1。需要该间隙E1以能够使定子芯210对中至定子框架220。该图还示出了后梁212焊接W至定子芯210的外表面。

图9示出了可以用于电机中的紧固设备中的紧固装置。紧固装置350可以用于将紧固托架300附接至框架板223、223A、223B、223C、223D、后梁212以及端部结构件221、222。紧固装置350还可以用于将支承元件400A、400B附接至支承结构件500。紧固装置350是基于压缩接头的。压缩接头可以通过螺栓351和螺纹连接在螺栓351的自由端部上的螺母352来获得。位于螺栓351的另一端部上的螺母353通常永久地附接至螺栓351或者形成螺栓351的一部分。压缩接头还可以通过下述杆来获得：该杆至少在其两个相反的端部部分处具有螺纹。因此，在杆的每个端部处均将存在螺母。

附图示出了在后梁212的每侧有两个单独的紧固托架300，但是所述两个单独的紧固托架300当然可以例如从紧固托架300的第一支部310的顶部连接至彼此。这两个紧固托架300也仍然可以形成具有两个端部、即两个支部的紧固托架300。这两个紧固托架300中的第一支部310可以例如形成为半圆状部。两个第二支部320将附接至半圆状部的相反两侧。半圆状部可以具有用于后梁212的槽。

每个紧固托架300均包括两个端部310、320。所述两个端部310、320由两个支部310、320形成。所述两个支部310、320彼此垂直。因此，所述两个支部310、320具有字母L的形状。此处的本质思想在于紧固托架300包括可以附接至定子框架220的第一端部310和可以附接至定子芯210的第二端部320。

螺母352可以设置有摩擦增大装置以防止螺母352由于振动而松动。紧固装置350还可以在螺母352下面设置有弹性垫圈以消除螺母352由于振动而产生的松动。

图6中所示的定子框架220的实施方式包括单独的支承元件400A、400B。这意味着每个支承元件400A、400B均是单独的整体。这些单独的支承元件400A、400B在铸造过程中有利地由铸铁制成。用于支承元件400A、400B的适当材料是GJS-400。

图5中所示的定子框架220的实施方式包括支承元件400A、400B连同框架板223C、223D一起形成支承元件组件的布置。位于定子框架220中的每个下拐角B1、B2处的整个支承元件组件400A、223C、400B、223D在铸造过程中有利地由铸铁制成为一体。

定子200的轴向X-X长度决定了在端部结构件221、222之间所需的框架板223、223A、223B、223C、223D的量。甚至在端部结构件221、222之间没有框架板223、223A、223B、223C、223D的情况下，可以构造非常短的定子200。定子200通过支承元件400A、400B附接至电机的支承结构件500。支承元件400A、400B将扭矩从定子框架220传递至支承结构件500。

附图示出了在紧固托架300的各个端部310、320处有仅一个紧固装置350。当然，在紧固托架200的每个端部310、320中均可以存在两个或更多个紧固装置350。

后梁212通过焊接而附接至定子芯210，但是后梁212还可以例如通过鱼尾型紧固件附接至定子芯210。

在附图中，将支承托架300紧固至定子芯210是经由焊接至定子芯210的外表面的后梁212来完成的。另一种可能性是将较小的板焊接到定子芯210的外表面上。板可以设置有径向定向的螺纹孔。紧固托架300随后可以通过穿过紧固托架300的第二支部320的径向延伸的螺栓而附接至定子芯210。后梁212和焊接至定子芯210的外表面的板形成用于支承托架300的支承装置。

两个部件之间的压缩接头有利地通过将螺栓和螺母用作紧固装置来获得。螺栓和螺母形成待附接在一起的部件之间的压缩接头。压缩接头还可以在螺栓和螺母被用作紧固装置时被称为螺纹接头。压缩接头还可以例如通过加热的铆钉来获得，该加热的铆钉在该铆钉冷却时形成待附接在一起的部件之间的压缩接头。

对本领域技术人员而言明显的是，随着技术的发展，本发明的构思可以以不同的方式来实施。本发明及其实施方式不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内改变。