电机的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的电机。

该电机包括转子和围绕该转子的定子。该定子包括纵向中心轴线、穿过定子的中心轴线的水平中心平面以及穿过定子的中心轴线的竖向中心平面。该定子还包括筒形的定子芯和围绕该定子芯的定子框架。该定子芯包括层压结构件、定子绕组和附接至定子芯的外表面并且沿定子的轴向方向延伸的后梁。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，电马达和发电机——被使用在很多应用中。电马达用来驱动不同种类的机器而发电机用来产生电能。用于驱动发电机的动力源是多样化的。蒸汽是一种在发电站中用来驱动涡轮机的常见动力源，由此涡轮机驱动发电机。另一方面，内燃机可以用于驱动发电机。内燃机和发电机通常安装在形成支承结构件的共同平台上。随后，包括位于共同支承结构件上的内燃机和发电机的整个单元可以被运输就位并且定位在电建筑物的地面上。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的定子芯和围绕该定子芯的定子框架。定子芯的内表面包括在环形定子芯的内表面中开出的槽。定子绕组定位在该槽中。还具有沿着定子芯的外表面在轴向方向上延伸的后梁。该后梁被焊接至定子芯的外表面。定子框架通常包括端部结构件和所述端部结构件之间的框架板。定子框架可以与定子芯同时制造。随后，定子框架可以在定子芯准备好时安装在定子芯上。

在现有技术的解决方案中，定子框架经由支承元件附接至支承结构件。支承元件通过焊接附接至定子框架并且通过螺栓附接至支承结构件。

在现有技术的解决方案中，定子芯也通过焊接附接至定子框架。这例如通过使用定位在定子芯的外表面上的后梁上的C形夹具完成。随后，所述C形夹具被焊接至定子框架并且被焊接至定子芯上的后梁。定子芯在进行焊接之前首先定位在相对于定子框架的正确位置中。

然而，用于将定子芯附接至定子框架以及用于将支承元件附接至定子框架的焊接尤其在发电机由内燃机驱动的发电机应用中的使用是成问题的。内燃机对所述共同的支承结构件产生剧烈的振动并且从而也对发电机产生巨大的振动。因此，发电机将在持续振动的环境中工作。这些振动将会在发电机的长的使用期限期间引起焊接接头上的重载荷。电机在其工作寿命期间经受的振动的量是大约10⁹。大量的振动对于焊接接头来说是成问题的，所述焊接接头可能由于这些振动而在某点处破裂。事实上已经观察到这些振动在一些情况下已经造成焊接接头的破裂。定子框架与支承元件之间的焊接接头是结构中的薄弱点，这是因为定子的惯性力矩是从定子通过这些接头传递至支承结构件的。

因此，存在对找到针对焊接接头可能由于振动而破裂的问题的解决方案的需求。

美国专利4,207,484公开了一种电机，该电机包括转子和围绕转子的定子。定子层压件被压缩在通过多个牵引螺栓紧固的两个相对的加压环之间，所述多个牵引螺栓是带螺纹的并且设置有螺母。定子置于两个轴向取向的定子支承构件上。所述支承构件包括水平的支承板，该支承板支承附至加压环的上径向突出部的底部。更特别地，每个底部通过多个支承件以力传输的方式连接至定子芯，所述多个支承件可以焊接或者以其他方式附在底部与定子芯的相邻的牵引螺栓之间。每个底部由通过螺纹连接至支承板的多个螺栓附接至与每个底部对应的支承板。因此，在支承构件与定子芯之间提供了刚性的支承连接。

美国专利102,406公开了一种包括转子和围绕该转子的定子的电机。定子通过由铸铁制成的支承座而被支承在支承结构件上。

美国专利1,689,503公开了一种电机，该电机包括转子、围绕该转子的定子以及支承结构件。定子由四个部分构成，即环形结构件、座构件以及由紧固在一起的两个部分形成的覆盖结构件。环形结构件包括围绕筒状定子芯的整个周界延伸的多个轴向间隔开的环形构件。所述环形构件通过在环形构件的内周界上轴向地延伸第一拉杆以及通过在环形构件的外周界上轴向地延伸第二拉杆而连接。轴向延伸的第一拉杆附接至定子芯的外周界。每个座构件包括间隔开的多个弯曲板，所述多个弯曲板优选地通过焊接紧固至基板和侧板。弯曲板沿着环形结构件的周界仅延伸跨越一定角度。弯曲板被用螺栓连接至环形构件。覆盖结构件包括通过螺栓紧固在一起的两个部分。覆盖结构件的横截面具有弯曲的形状，使得该覆盖结构件可以作为覆盖件配合在环形结构件和座构件上。

技术实现要素：

本发明的目的在于获得下述电机，在该电机中，涉及焊接接头的问题被消除或者至少被限制。

根据本发明的电机的特征在于权利要求1的特征部分中所陈述的内容。

该电机包括转子、围绕转子的定子以及支承结构件，所述定子具有纵向中心轴线、穿过定子的中心轴线的水平中心平面以及穿过定子的中心轴线的竖向中心平面，所述定子通过对称地位于竖向中心平面的相反两侧的支承元件而被支承在支承结构件上，所述定子包括筒状的定子芯，该定子芯具有层压结构件以及用于定子绕组的槽。

该电机的特征在于：

定子包括围绕定子芯的定子框架，所述定子框架包括两个相反的端部结构件和至少一个框架板，所述两个相反的端部结构件定位成彼此相距一定的轴向距离，所述至少一个框架板位于所述端部结构件之间，

支承元件位于各端部结构件和与其相邻的框架板之间以及相邻的框架板之间，所述支承元件由铸铁制成并且一方面通过基于压缩接头的紧固装置附接至端部结构件和框架板并且另一方面通过基于压缩接头的紧固装置附接至支承结构件，从而定子框架经由支承元件附接至支承结构件。

位于定子框架与支承元件之间的紧固布置中的焊接接头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而被消除。位于定子框架与支承结构件之间的这种新的紧固布置将不会由于由内燃机引起的振动而破裂。由铸铁制成的支承元件和基于压缩接头的紧固装置可以在电机的使用寿命期间容易地承受10⁹的量的振动。

铸铁的使用使得可以非常容易地获得任何适当形状的支承元件。因此，支承元件的形状可以优化成使得张力集中被消除。铸铁的SN曲线的斜率与焊接结构的相应的斜率相比也更加平缓。因此，铸铁的抗疲劳强度与焊接结构的抗疲劳强度相比大得多。

定子芯可以通过具有第一端部和第二端部的紧固托架附接至定子框架。每个端部具有至少一个开口。第一端部借助于基于压缩接头的紧固装置附接至定子框架并且第二端部借助于基于压缩接头的紧固装置附接至定子芯。紧固装置穿过支撑托架的端部处的开口。压缩接头可以通过螺栓和螺母获得。

紧固装置中的螺母可以设置有摩擦增大装置，以防止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。

紧固托架和紧固装置可以有利地定尺寸成允许转子芯在紧固装置被拧紧之前相对于定子框架沿轴向方向和径向方向居中。在定子芯与定子框架之间不存在可以用于居中的精加工表面。这种精加工表面的生产成本是相当高的，因此如有可能应避免这种精加工表面。

附图说明

以下将参照附图借助于优选实施方式来更加详细地描述本发明，在附图中：

图1示出了电机的纵向截面，

图2示出了安装在共同的支承结构件上的发电机和柴油发动机，

图3示出了定子的轴测图，

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示出了定子芯与定子框架之间的紧固布置的第一轴测图，

图8示出了定子芯与定子框架之间的紧固布置的第二轴测图，

图9示出了可以在电机中的紧固布置中使用的紧固装置，以及

图10示出了可以在电机中的紧固布置中使用的紧固托架的第二实施方式。

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、筒状的转子100和围绕转子100的筒状的定子200。

转子100包括设置有转子绕组(在图中未示出)的中央部分110以及两个位于中央部分110的每个轴向X-X端部处的端部部分120、130。转子100的每个端部部分120、130通过轴承(在该图中未示出)以可旋转的方式被支承在电机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包括两个相反的端部结构件221、222，所述两个相反的端部结构件221、222定位成彼此相距一定轴向X-X距离。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具有设置定子绕组的槽以及附接至定子芯210的外表面的后梁212。该图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的中部部分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可以是电马达或发电机。

图2示出了安装在共同的支承结构件上的发电机和内燃机。发电机600与内燃机700安装在共同的支承结构件500上。内燃机700通过轴650驱动发电机600。

图3示出了定子的轴测图，图4示出了定子的横向截面，以及图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以及与中心轴线X-X垂直的径向方向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包括从定子芯210的内周界穿透到定子芯210中的槽213。定子芯210中的槽213接纳定子绕组211。定子芯210具有层压结构件，即，该压层结构件由堆叠在一起以形成定子芯210的环形片状件组成。定子芯210中的每个片状件由扇形件210A、210B形成，其中，扇形件210A、210B彼此附接以形成封闭的周界。定子芯210还包括后梁212，后梁212附接至定子芯210的外表面并且沿定子200的轴向X-X方向延伸。后梁212通过焊接附接至定子芯210的外表面。定子芯210具有筒状形状。

定子框架220包括两个相反的端部结构件221、222，所述两个相反的端部结构件221、222定位成彼此相距一定的轴向X-X距离。定子框架还包括位于端部结构件221、222之间的框架板223，223A、223B、223C、223D。每个框架板223由四个单独的扇形件223A、223B、223C、223D形成。两个框架板扇形件223A、223B在竖向中心线V1-V1的两侧对称地定位在定子框架220的上拐角A1、A2中。两个框架板扇形件223C、223D在竖向中心线V1-V1的两侧对称地定位在定子框架220的下拐角B1、B2中。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彼此连接。每个连接部件224A、224B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还包括在竖向中心平面V1-V1的相反两侧对称地定位在定子框架220的两个最下拐角C1、C2中的一组第一中部板225A、225B。

定子框架220还包括在竖向中心线V1-V1的两侧对称地定位在定子框架220的下角B1、B2中的支承元件400A、400B。框架板223C、223D附接至相应的支承元件400A、400B的相应竖向侧表面。支承元件400A、400B对称地位于定子框架220的外周界处。在本实施方式中，支承元件400A、400B全部位于定子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定位在定子200的水平中心平面H1-H1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个整体。

框架板组件223A、224A、223B、224B的轴向X-X端部和支承元件组件400A、223C、400B、223D的轴向X-X端部以及所述一组第一中部部件225A、225B的轴向X-X端部通过基于压缩接头的紧固装置420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的环形片状件被组装以形成完整的定子芯210，并且随后，定子绕组211被缠绕到定子芯210中的槽213中。端部结构件221、222、框架板223A、223B、223C、223D、支承元件400A、400B和第一中部部件225A、225B被组装以形成完整的定子框架220。随后，定子芯210通过紧固布置300附接至定子框架220，这将结合图7和图8更详细地说明。

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在现场支承在地面F1上。支承元件400A、400B通过基于压缩接头的紧固装置附接至支承结构件500。角度α1是从支承元件400A、400B的支承表面——即，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以及位于端部结构件221、222之间的框架板223。图5中示出的四个单独的框架板223A、223B、223C、223D在图6中被扩展成使得其边缘彼此附接，从而形成框架板223，该框架板223形成围绕定子芯210的连续的环形结构。因此，框架板223形成绕整个定子芯210延伸的盘状件。在竖向中心平面V1-V1的相反两侧存在对称地位于定子框架220的两个上拐角A1、A2中的第二中部部件226A、226B。第二中部部件226A、226B位于各端部结构件221、222和与其相邻框架板223之间以及位于相邻的框架板223之间。在竖向中心平面V1-V1的相反两侧还存在对称地位于定子框架220的两个下拐角B1、B2中的支承元件400A、400B。支承元件400A、400B位于各端部结构件221、222和与其相邻框架板223之间以及位于相邻的框架板223之间。在竖向中心平面V1-V1的两侧还存在对称地位于定子框架220的两个最下拐角C1、C2中的第一中部部件225A、225B。第一中部部件225A、225B位于各端部结构件221、222和与其相邻框架板223之间以及位于相邻的框架板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。位于定子框架220的最下拐角C1、C2中的杆410延伸穿过框架板223中的孔和第一中部部件225A、225B中的孔。位于定子框架220的下拐角B1、B2中的杆410延伸穿过框架板223中的孔以及支承元件400A、400B中的孔。位于定子框架220的上拐角C1、C2中的杆410延伸穿过框架板223中的孔以及第二中部部件226A、226B中的孔。杆410在两个端部上设置有螺纹。螺母将杆410拧紧至端部结构件221、222。

图7示出了定子芯与定子框架之间的紧固布置的第一轴测图并且图8示出了定子芯与定子框架之间的紧固布置的第二轴测图。

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形成分支310、320。两个分支310、320彼此垂直。紧固托架300中的每个分支310、320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的直径大一点。另一方面，开口311可以具有允许定子芯210在紧固装置350定位在开口311中时相对于定子框架220微小地移动的长形形状或一些其他适当的形状。这允许定子芯210在紧固装置350被拧紧以将定子芯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居中。定子芯210在框架板223处以及端部机构件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的相反两侧以及框架板223的相反两侧。紧固托架300的第二分支320定位成抵靠定子芯210的外表面并且紧固托架300的第一分支310定位成抵靠框架板223的侧表面。位于后梁212的相反两侧的紧固托架300的第二分支320通过水平地穿过紧固托架300的水平分支320以及后梁212的紧固装置330而附接至彼此并且附接至后梁212。位于框架板223的相反两侧的紧固托架300的第一分支310通过水平地穿过紧固托架300的第一分支310以及框架板223的紧固装置350而附接至彼此并且附接至框架板223。紧固托架300自然还用于以对应的方式将定子芯210附接至定子框架220的端部机构件221、222。紧固托架300的第一分支310是竖向的并且紧固托架300的第二分支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关于定子框架220居中。该图还示出了后梁212被焊接W至定子芯210的外表面。

图9示出了可以在电机中的紧固布置中使用的紧固装置。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、附接至后梁212以及附接至端部结构件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的自由端上的螺母352来实现。位于螺栓351的另一端部处的螺母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实现：该杆至少在杆的两个相反的端部部分处具有螺纹。因此，在杆的每个端部处将存在螺母。

图10示出了可以在电机中的紧固布置中使用的紧固托架的第二实施方式。该紧固托架300包括第一端部310和第二端部320。紧固托架300的第一端部310包括两个开口311并且紧固托架300的第二端部320包括一个开口311，该开口311指向与紧固托架300的第一端部310中的开口311的方向垂直的方向。紧固托架300的第一端部310可以附接至定子框架220并且紧固托架300的第二端部320可以附接至定子芯210，即附接至后梁212。

附图示出了位于后梁212的每侧的两个单独的紧固托架300，但是，所述两个单独的紧固托架300自然可以例如从紧固托架300的第一分支310的顶部彼此连接。所述两个紧固托架300仍将形成具有两个端部——即，两个分支——的紧固托架300。所述两个紧固托架300中的第一分支310可以例如形成为半圆形部。两个第二分支320将附接至该半圆形部的相反两侧。该半圆形部可以具有用于后梁212的槽。

每个紧固托架300包括两个端部310、320。所述两个端部310、320由紧固托架300的第一实施方式中的两个分支310、320形成。两个分支310、320有利地彼此垂直。因此，两个分支310、320具有字母L的形状。此处重要之处在于紧固托架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。分支310、320的形状和结构并不那么重要。

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下方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中示出的定子框架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有利地由铸铁在铸造过程中形成。用于支承元件400A、400B的适合的材料是GJS-400。

图5中示出的定子框架220的实施方式包括支承元件400A、400B与框架板223C、223D一起形成支承元件组件的布置。位于定子框架220的每个下拐角B1、B2处的整个支承元件组件400A、223C、400B、223D有利地由铸铁在铸造过程中形成为一个整体。

定子200的轴向X-X长度确定在端部结构件221、222之间所需的框架板223，223A、223B、223C、223D的量。太短的定子200可以构造成在端部结构件221、222之间甚至没有框架板223，223A、223B、223C、223D。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。

附图示出了位于紧固托架300的每个端部310、320处的仅一个紧固装置350。当然，在紧固托架200的每个端部310、320中可以存在两个或更多个紧固装置350。

定子芯210有利地通过紧固托架300和基于压缩接头的紧固装置350附接至定子框架220。然而，还可以以常规的方式，即通过焊接将定子芯210附接至定子框架220。

后梁212通过焊接附接至定子芯210，然而，后梁212可以例如通过鱼尾型紧固件附接至定子芯210。

在附图中，支承托架300至定子芯210的紧固经由焊接至定子芯210的外表面的后梁212来完成。另一种可能是将较小的板焊接到定子芯210的外表面上。该板可以设置有径向指向的螺纹孔。随后，紧固托架300可以通过穿过紧固托架300的第二分支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使用作为紧固装置的螺栓和螺母来实现。螺栓和螺母形成待被附接在一起的部件之间的压缩接头。该压缩接头还可以在螺栓和螺母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实现，该加热的铆钉在铆钉冷却下来时形成待被附接在一起的部件之间的压缩接头。

对于本领域的技术人员来说将明显的是，随着技术进步，本发明的构思可以以各种方式实施。本发明及其实施方式不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内改变。