包括壳体和插入壳体内的定子的组件的制作方法

本发明涉及一种组件，其包括中空壳体和插入所述壳体内的定子，更具体地说，这种组件旨在并入吊舱中。

在许多应用中，需要形成整体组件，所述组件包括壳体和插入壳体内的定子。

例如，在船舶、潜艇或石油平台等水上载具(marinevehicle)中，吊舱通常包括电动机。电动机特别包括相对于定子以可旋转的方式安装的转子。定子与吊舱的壳体形成整体组件。

传统上，为了形成这种整体组件，包括圆柱形空腔的壳体被加热，以使圆柱形空腔的体积增大。将定子插入壳体的空腔内。在壳体的冷却过程中，定子被收缩装配到空腔中，并与壳体形成整体。

然而，这种整体组件的缺点是不可能拆卸它们。

此外，在许多应用中，壳体可能要经受严重撞击。例如，用于破冰船的吊舱的壳体可能经常与冰块接触。这会导致壳体出现明显的变形和振动。这些变形和/或振动传递到收缩装配到壳体内的定子。由此引起的定子的变形和/或振动会导致电动机故障。

鉴于上述情况，本发明的目的是允许形成包括壳体和定子的整体组件，所述壳体和定子易于组装、能够拆卸，并且其中，对壳体的冲击在定子上产生尽可能小的变形和振动。

为此，提出了一种包括壳体和插入所述壳体的圆柱形空腔内的定子的组件，其特征在于，所述组件包括用于将定子点对点附接到壳体上的装置。

由于用于点对点附接的这种装置，有可能将用于附接的装置布置在壳体的变形最小的区域中。因此，使从壳体传递到定子的变形和/或振动最小。因此，尽可能地保护定子，以限制定子在受到特别强烈的冲击或重复冲击后发生故障的风险。

当组件旨在并入水上载具的吊舱中时，本发明是特别有利的。事实上，在这种应用中，吊舱外壳特别受到侧面的冲击，从而使外壳呈椭圆形。在这种情况下，四个区域轻微变形，并形成理想区域，用于将点对点附接的装置并入其中。但是，不应忘记，本发明可以应用于其他应用领域。

有利地，所述用于点对点附接的装置能够实现根据径向定向的保持应力和/或根据切向定向的保持应力。

通过相同的用于点对点附接的装置，可以很容易地确保这些保持应力的实现。除非另有说明，否则术语“轴向”、“径向”和“切向”必须理解为是指定子的圆柱形轴。

在一个实施例中，所述组件进一步包括第一对称平面，所述用于点对点附接的装置位于与所述第一对称平面形成0°与40°之间的角的角扇形区域中，或位于与所述第一对称平面形成140°与180°之间的角的角扇形区域中。

当壳体受到其侧表面上发生的撞击的影响时，这样的角扇形区域对应于最小变形的区域。通过选择这样的角扇形区域，因此使传递到定子上的壳体的变形和/或振动最小。因此，这种组件特别适合并入用于破冰船的吊舱中。

还可以存在至少一个压力螺栓，其位于与所述第一对称平面形成1.5°与6.5°之间的角的角扇形区域中，并且还可以存在至少一个压力表面，其位于与所述第一对称平面形成155°与180°之间的角的角扇形区域中。

该压力螺栓和该压力表面允许增加根据径向定向的保持应力的鲁棒性。此外，它们在上述角扇形区域中的位置允许帮助操作员接近压力螺栓。

在一个实施例中，定子包括分别位于定子的两个轴向端部处的两个端部法兰，对于定子的每个端部法兰，所述组件包括，用于点对点附接的第一装置，其位于与所述第一对称平面形成0°与40°之间的角的角扇形区域中；用于点对点附接的第二装置，其定位为相对于第一对称平面与用于点对点附接的第一装置对称；用于点对点附接的第三装置，其位于与所述第一对称平面形成140°与180°之间的角的角扇形区域中；以及用于点对点附接的第四装置，其定位为相对于第一对称平面与用于点对点附接的第三装置对称。

在这个实施例中，使壳体与定子之间的嵌入连接具有鲁棒性，同时使壳体传递到定子的变形和/或振动最小。此外，由于定子与壳体接触的表面积小，因此可以使定子通风。此外，位于定子的轴向端部的法兰处的用于点对点附接的装置易于接近。

定子还可以包括轴向定位在端部法兰之间的至少一个中间法兰，对于定子的每个中间法兰，所述组件包括：用于点对点附接的第一装置，其位于与所述第一对称平面形成0°与40°之间的角的角扇形区域中；以及用于点对点附接的第二装置，其定位为相对于第一对称平面与用于点对点附接的第一装置对称。

因此，更增强了壳体与定子之间的嵌入连接的鲁棒性。由于对每个中间法兰仅设置了两个用于点对点附接的装置，因此便于接近这些用于点对点附接的装置。

在一个实施例中，所述用于点对点附接的装置包括主体和锥形垫圈系统，所述锥形垫圈系统能够选择性地将主体与壳体和定子刚性连接。

这种用于附接的装置可以容易地安装、拆卸或拧紧。因此便于安装、消除或调整壳体和定子的嵌入连接。

在一个实施例中，所述主体包括板和具有梯形横截面的部件，所述用于点对点附接的装置包括两对锥形垫圈，所述两对锥形垫圈分别位于主体的第二对称平面的任一侧上，每个锥形垫圈能够根据与板的平面垂直的第一定向相对于主体平移，每个锥形垫圈的倾斜表面与具有梯形横截面的部件的倾斜表面以这样一种方式配合：根据所述锥形垫圈的第一定向相对于主体在倾向于将所述锥形垫圈移动远离板的方向上的平移，导致锥形垫圈根据与第二对称平面垂直的第二定向相对于主体在倾向于移动远离第二对称平面的方向上平移。

有利地，对于每个锥形垫圈，所述锥形垫圈相对于主体的移动通过相应的夹紧螺钉来实现。

根据另一个方面，提出了一种方法，其中模拟如上所限定的组件的壳体的变形，所述模拟优选地通过有限元模型来实现，确定圆柱形外壳的最小变形的至少一个位置，并且用于点对点附接的装置放置在所述最小变形的位置处。

在阅读以下仅作为非限制性示例给出并参考附图的说明时，本发明的其他目的、特征和优点将显而易见，其中：

-图1是根据本发明的组件的透视图，

-图2、图3和图4分别是图1的组件的三个横截面图，

-图5和图6是图4的两个详细视图，

-图7是图1至图6的组件的用于点对点附接的装置的透视图，

-图8是图7的用于附接的装置的前视图，以及

-图9是图7和图8的用于附接的装置的沿切割平面ix-ix的横截面图。

图1至图4示意性地示出了吊舱2。吊舱2旨在并入例如船舶、潜艇或石油平台的水上载具(未示出)中。pod(吊舱)是“推进导向驱动”的缩写。

吊舱2特别包括图1中以径向横截面示出的壳体4。定义了壳体4附带的正交向量基6。所述基6由向量向量和向量组成。当吊舱正常并入水上载具(例如干船坞的船舶)中时，由向量和形成的平面是水平的，向量从底部向上定向。除非另有说明，否则术语“上”和“下”在本申请中将被理解为是关于向量的定向和方向定义的。

壳体4相对于图1的切割平面i-i对称。平面i-i是垂直于向量的包含轴12的平面。为了图1中的清晰起见，仅示出了壳体4的一半，另一半能够通过相对于平面i-i的对称性来推导。

如图1所示，壳体4特别由上连接部分8和圆柱形部分10组成。部分8连接到水上载具的一部分上，例如连接到船体上。更准确地说，部分8可以与舵轴承的环(未示出)形成整体，另一个舵轴承的环与船体形成整体。

部分10围绕与向量平行的轴12轴对称。部分10由包括内表面11的圆柱形壁(未标记)径向限定。内表面11限定围绕轴12的圆柱形空腔(未标记)。部分10由第一前壁14并由第二前壁16轴向限定。每个前壁14、16分别包括圆柱形孔18、20。孔18和20围绕轴12同轴。

孔18和20旨在接收推进轴(未示出)。该轴支撑推进装置，所述推进装置特别能够是吊舱(未示出)或泵转子(未示出)。

壳体4包括三个环形法兰22、24和26。法兰22、24和26基本上相同，并从表面11向内侧径向延伸。法兰22与24之间的轴向偏移基本上等于法兰24与26之间的轴向偏移。

图2、图3和图4示意性地示出了吊舱2的横截面图。图2的切割平面是垂直于向量的包含法兰22的平面。图3的切割平面是垂直于向量的包含法兰24的平面。图4的切割平面是垂直于向量的包含法兰26的平面。

吊舱2包括电动机28。电动机28旨在使推进轴相对于壳体4旋转。电动机28包括定子29和转子32。定子29和转子32围绕轴12同轴。按照传统的方式，定子29和转子32包括由导电材料制成的绕组，允许产生电磁应力，驱动转子32相对于定子29绕轴12旋转。在所示的示例中，通过在压力下真空浸渍的方法将形成转子29和定子32的绕组浸渍在基体中。这种方法也被anglo-saxon称为“真空压力浸渍”，或已知为对应的缩写词“vpi”。

更特别地，在所示的示例中，定子29特别包括第一部分30和第二部分31。第一部分30和第二部分31基本上相同，围绕轴12同轴。

定子29包括第一端法兰34、中间法兰36和第二端法兰38。法兰34、36和38基本上相同。法兰36轴向地布置在部分30与31之间。法兰34布置在定子29的与部分30相邻的轴向端部处。法兰38布置在定子29的与部分31相邻的轴向端部处。法兰34、36和38分别在图2、图3和图4中可见。

根据本发明，壳体4和定子29形成整体组件(e)。现在将描述允许形成特别包括壳体4和定子29的整体组件的装置。

吊舱2包括用于轴向停止的四个装置40。在这种情况下，在图1的横截面图中可以看到用于轴向停止的两个装置40。每个装置40由附接到表面11上的板42构成。板42与杆44形成整体，所述杆与法兰34轴向接触。四个装置40的设计方式为能够支撑125吨或1250n的最大轴向应力。因此，通过四个装置40来防止由推进装置对水的作用而产生的倾向于使定子29在与向量的方向相反的方向上移动的轴向应力。

为了确保根据整体组件的径向定向和根据整体组件的切向定向的锁定，提供了用于点对点附接的十个装置46。在这种情况下，四个装置46径向放置在法兰22与法兰34之间，两个装置46径向放置在法兰24与法兰36之间，而四个装置46径向放置在法兰26与法兰38之间。下面进一步详细描述装置46的操作。

如图2至图5所示，吊舱2进一步包括六个轴向孔48。孔48接收压力螺栓50。对于每个法兰22、24和26，提供两个孔48和两个螺栓50。每个螺栓50可以相对于壳体4径向移动，以此对法兰34、36和38中的一个施加径向应力。

如图6所示，法兰26包括压力表面52。表面52由从法兰26的内圆柱形表面向内侧径向突出的突起组成。由于形成表面52的突起的较小的厚度，在图1至图4中不可见法兰22和24的压力表面52。然而，法兰22包括两个压力表面52，该压力表面与图6的表面52相同，并面向两个相应的孔48定位。同样，法兰24还包括与法兰22和26的表面52相同的两个压力表面52。

如图2至图4中所示，当考虑到向量对应于零角度时，位于部分10的上半部分中的装置46分别定位在围绕轴12的在0°与40°之间的定向角扇形区域中和0°与-40°之间的定向角扇形区域中。优选地，这些装置46分别定位在5°与30°之间的定向角扇形区域中和-5°与-30°之间的定向角扇形区域中。更优选地，这些装置46分别定位在8°与20°之间的定向角扇形区域中和-8°与-20°之间的定向角扇形区域中。当考虑到向量对应于零角度时，位于部分10的下半部分中的装置46分别定位在围绕轴12的在140°与180°之间的定向角扇形区域中和在180°与220°之间的定向角扇形区域中。优选地，这些装置46分别定位在140°与166°之间的定向角扇形区域中和194°与220°之间的定向角扇形区域中。更优选地，这些装置46分别定位在145°与162°之间的定向角扇形区域中和在198°与215°之间的定向角扇形区域中。更准确地，每个装置46被接收在对应的法兰22、24或26中制造的凹槽中。该凹槽从所述法兰22、24或26的内圆柱形表面向外径向延伸。所述装置46还被接收在对应的法兰34、36或38中制造的凹槽中。该凹槽从所述法兰34、36或38的内圆柱形表面向内径向延伸。

对于每个法兰22、24或26，当考虑到向量对应于零角度时，孔48和螺栓50定位在围绕轴12的在1.5°与6.5°之间的定向角扇形区域中，并且当考虑到向量对应于零角度时，孔48和螺栓50定位在围绕轴12的在-1.5°与-6.5°之间的定向角扇形区域中。优选地，由孔48和螺栓50组成的对分别定位在3°与5°之间的定向角扇形区域中和-3°与-5°之间的定向角扇形区域中。

对于每个法兰22、24或26，当考虑到向量对应于零角度时，压力表面52定位在围绕轴12的在155°与180°之间的定向角扇形区域中，并且，当考虑到向量对应于零角度时，压力表面定位在围绕轴12的在180°与205°之间的定向角扇形区域中。优选地，压力表面52分别定位在160°与172°之间的定向角扇形区域中和188°与200°之间的定向角扇形区域中。

参考图7至图9，现在将详细描述用于点对点附接的装置46。为说明清楚起见，假定图7至图9中所示的装置46对应于装置46中的一个，该装置径向并入法兰26与法兰38之间。

装置46包括主体54。定义了主体54附带的正交向量基56。所述基56由向量向量和向量组成。主体54接受了与向量垂直的对称平面psymmetry。

主体54特别包括垂直于向量的板58。板58包括两个通孔60。孔60是围绕向量的定向的圆柱形。孔60具有相同的直径。板58包括四个通孔62，该通孔是围绕向量的定向的圆柱形。孔62具有比孔60的直径小的相同的直径。通孔62包括内螺纹。

主体54还包括具有梯形横截面的部件64。根据垂直于向量的切割平面的部件64的横截面是梯形，其小侧与板58相邻，并且其大侧与板58相对。换句话说，相对于向量的定向，部件64由小矩形面(未标记)和大矩形面(未标记)限定。通过两个附接螺钉66，部件64通过其小矩形面与板58保持接触。通过辅助附接螺钉70，部件64通过其大矩形面与板68保持接触。

相对于向量的方向，部件64由第一倾斜表面72并由第二倾斜表面74(在图7中标记)限定。倾斜表面72和74与向量形成两个相对的角。在所示的示例中，由倾斜表面72和74相对于向量形成的角的绝对值在2.8°与3.2°之间。

装置46包括第一对锥形垫圈，其包括锥形垫圈76和锥形垫圈78。垫圈76和78是相同的。特别地，它们相对于垂直于向量的切割平面的横截面是右梯形。垫圈76和78包括倾斜表面80(在图7中标记)，其相对于向量形成的角度基本上等于倾斜表面72与向量之间的角的相反角。

垫圈76和78分别面向两个通孔62定位。根据向量的定向，每个垫圈76和78可以通过四个销82相对于主体54平移。销82与垫圈76和78具有足够的间隙，使得根据间隙宽度δu上向量的定向，垫圈76和78也能够平移。

垫圈76和78分别面向两个孔62放置。为了移动垫圈76和78，使用夹紧螺钉(未示出)，其柄直径和螺纹适于与孔62配合。通过拧紧夹紧螺钉，根据向量的定向和方向对锥形垫圈施加压力。因此，锥形垫圈在向量的定向上朝向板68移动。通过倾斜表面80和72的配合，该移动导致锥形垫圈在向量的定向上和在与向量的方向相反的方向上再次移动。当拧下夹紧螺钉时，锥形垫圈根据相反的移动而自由移动。

装置46包括第二对锥形垫圈，该锥形垫圈由锥形垫圈84并由锥形垫圈86(在附图中不可见)组成。锥形垫圈84和86具有与垫圈76和78相同的设计，并且以相同的方式机械地连接到主体上。垫圈84和86相对于对称平面psymmetry定位在垫圈76和78的另一侧上。

为了将定子29附接到壳体4上以形成整体组件(e)，用于附接的装置46最初如图7至图9所示的配置。换句话说，垫圈76、78、84和86与板58相邻。

当定子放置在部分10内时，操作者将装置46引入法兰22、24、26的凹槽中以及法兰34、36和38的凹槽中。关于图7至图9所示的装置46，装置46插入法兰26的凹槽和法兰38的凹槽内。更准确地，垫圈76和84被引入到法兰26的凹槽中，而锥形垫圈78和86插入到法兰38的凹槽中。

然后，操作者将夹紧螺钉引入到孔62中。操作者拧紧夹紧螺钉。垫圈76、78、84和86根据向量的定向和方向移动，直到抵靠着板68停止。通过倾斜表面72和80，垫圈76、78、84和86根据向量的定向移动，以移动远离主体54的对称平面。实际上，垫圈76和78在与向量的方向相反的方向上移动，而垫圈84和86在向量的方向上移动。因此，装置46的厚度根据向量的定向增加可以达到2*δu的值。因此，垫圈76和84对法兰26的凹槽的壁施加法向应力。产生将用于附接的装置46附接到壳体4上的切向摩擦应力。同样，垫圈78和86对法兰38的凹槽施加法向应力。出现的切向摩擦应力将装置46附接到定子29上。通过垫圈76和84与法兰26的接触以及垫圈78和86与法兰38的接触，逐个调整用于附接的装置46，以使定子29更快地安装到壳体4上，同时避免静态不确定性。

要拆卸装置46，操作者仅需要执行反向操作。垫圈76、78、84和86返回到其初始位置，如图7至图9所示。因此，可以容易地移除装置46。

用吊舱2，可以形成整体组件(e)，特别是由壳体4和定子29组成的整体组件(e)。形成组件(e)的用于点对点附接的装置被放置在明智地选择的位置中，即，在端部法兰的上部分和下部分上，以及中间法兰的上部分上，以及围绕轴12的精确的角扇形区域中。因此，使从壳体4传递到定子29的变形和/或振动最小。此外，有助于组件(e)的形成；可以拆卸组件(e)并重新调整定子29与壳体4之间的嵌入连接的鲁棒性。

这些优点在许多应用领域都是至关重要的。例如，在吊舱领域，电动机故障的风险是有限的，可以独立于壳体更换定子，反之亦然，或者在极端冲击之后拧紧定子。

下面将详细描述可用于设计和制造吊舱2的方法的示例。

在第一步骤中，模拟吊舱2在撞击后的变形。在这种情况下，模拟在壳体4的一个侧面上的撞击的出现。为了实现这一模拟，使用吊舱2的有限元模型。

在第二步中，对于壳体4的任何点，确定该点相对于轴12的相对位置的变化。因此，可以找到模拟冲击后圆柱形外壳的最小变形的位置。比较相对于轴12的相对位置的变化是有利的，因为考虑了吊舱2的整体移动，使得更快地识别最小变形的位置。在所示的示例性实施例中，确定了十个最小变形的位置。四个最小变形的位置位于法兰22上，两个最小变形的位置位于法兰24上，并且两个最小变形的位置位于法兰26上。

在所述方法的最后步骤中，将用于点对点附接的装置46放置在每个最小变形的位置处。更特别地，在法兰22、24和26中在最小变形的位置处制造凹槽。然后，在法兰34、36和38中在与最小变形的位置的角扇形区域相对应的角扇形区域中制造凹槽。然后将用于点对点附接的装置放置在制造的凹槽中。

通过刚刚描述的方法，可以设计和制造具有吊舱2优点的整体组件。