CN117480713A - 用于旋转电机的转子的轴向对准***和相应的旋转电机 - Google Patents

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CN117480713A CN202180099346.XA CN202180099346A CN117480713A CN 117480713 A CN117480713 A CN 117480713A CN 202180099346 A CN202180099346 A CN 202180099346A CN 117480713 A CN117480713 A CN 117480713A
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Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机转子的轴向对准***，包括至少一个第一固定环(110)、至少一个第一永磁环(115)、至少一个第二固定环(120)和至少一个第二永磁环(125)。此外，本发明涉及一种轴向对准***，包括至少两个第一固定环(110)、至少两个第一永磁环(115)、至少一个第二固定环(120)和至少两个第二永磁环(125)。本发明还涉及相应的旋转电机。

Description

用于旋转电机的转子的轴向对准***和相应的旋转电机
技术领域
本发明涉及旋转电机领域，特别是具有支撑滑动轴承的旋转元件的旋转电机，特别是用于旋转元件相对于非旋转元件轴向对准的磁性装置。
背景技术
旋转电机对于马达来说是用于将电能转化为机械能的设备，而对于发电机来说是用于将机械能转化为电能的设备。它们基本由四个基本结构构成，即外壳、定子、转子和轴承/盖。
外壳是负责整合这些结构的元件。
在马达的情况下，定子是静态有源(通电)部件，负责传输磁通量以旋转转子，在发电机的情况下，负责传输转子产生的能量，而转子是旋转电机的有源(通电)部件。
转子又基本由轴线构成，根据旋转电机的结构类型和工作原理，一个或多个笼或线圈布置在该轴线上，由此冷却和/或通风元件，例如风扇、翅片等，可以固定在轴线的一端或两端。
轴承是负责将旋转部件联接到旋转电机的静态部件的元件，例如执行(旋转)转子相对于(静态)定子的联接、支承和对中，允许转子和定子之间的相对运动，以及在它们之间传递力。
应该注意的是，在本发明的上下文中，术语“轴承”包括能够联接和/或支撑和/或对中的元件，包括流体静力和流体动力滑动轴承，具有永久或连续润滑，单独使用或在其间组合使用，由此可以通过润滑回路和本领域已知的其他润滑形式进行润滑。
旋转电机在各种不同的旋转、机械负载和温度条件下运行，并且在电机设置有滑动轴承的情况下，转子必须在任何运行条件下保持其轴向平移稳定性，即它必须总是相对于轴承允许的轴向行程对中。
由于在不同的旋转状态和温度变化(操作和环境)下，旋转电机的转子受到由布置在转子中的通风***产生的推力的影响(或多或少地取决于旋转和结构类型)，并且受到由转子和定子之间的未对准引起的或多或少的轴向磁力强度的影响，因此问题确切地在于在大多数所述条件下保持转子轴向稳定(对中)，这意味着在部件设计、制造、组装和调整方面的挑战。
在现有技术中，有多种解决方案旨在优化转子相对于旋转电机定子的轴承和轴向定位。
一个示例是专利文献WO2019/245226A1，其公开并描述了使用磁通切换的磁性推力轴承，其中磁性推力轴承安装在转子的一侧，该转子具有在一个方向上形成的旋转轴，以通过悬浮盘形转子轴环来控制转子的轴向振荡，该转子轴环在垂直于旋转轴的方向上联接到转子，并且包括***并固定在转子轴环中的环形永磁体，电磁线圈，其被设置成与永磁体隔开预定距离；以及定子芯，其用于覆盖电磁线圈。因此，磁性推力轴承可以进行磁通切换，以形成仅在一个方向上的磁性轴承的磁通，并且与相同体积的现有推力磁性轴承相比，可以确保大约两倍的推力。
这种解决方案用磁性轴承代替滚动轴承和滑动轴承，通过来自线圈的磁场进行轴向位移补偿，这种解决方案占用大量空间，并且由于部件的数量而导致高成本。
从上面的描述中可以看出，存在对旋转电机的轴向对准转子的解决方案的空间和需求，该解决方案是模块化的、通用的、结构、制造和安装简单的，并且克服了现有技术的缺点，特别是在最大可能数量的条件和应用情况下增加了轴向对准的可靠性，同时还减少了制造时间、材料和成本。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于旋转电机转子的轴向对准***，如所附权利要求的权利要求1的特征。
本发明的另一个目的是提供一种旋转电机，根据所附权利要求组中的权利要求7的特征，该旋转电机设置有用于旋转电机转子的轴向对准***。
本发明的又一个目的是提供一种用于旋转电机转子的轴向对准***，如所附权利要求的权利要求8的特征。
本发明的又一个目的是提供一种旋转电机，根据所附权利要求组中的权利要求15的特征，该旋转电机设置有用于旋转电机转子的轴向对准***。
从属权利要求中给出了其附加特征和细节。
附图说明
为了更好地理解和可视化本发明所涉及的目的，现在将参照附图描述本发明，通过示例性实施例表示所获得的技术效果，而不限制本发明的范围，其中，示意性地：
图1示出了设置有根据本发明的***的电机转子的局部横截面正视图；
图2示出了设置有根据本发明的***的旋转电机的部分截面侧视图，该***布置在旋转电机的外部；
图2a示出了图2的细节A的放大视图；
图2b示出了图2中旋转电机的部分横截面的透视图，其中放大了布置在旋转电机外部的***的细节；
图3示出了设置有根据本发明的***的旋转电机的局部截面侧视图，该***布置在旋转电机的内部，并且第一环被第二环包围；
图3a示出了图3中细节B的放大侧视图；
图4示出了图3的旋转电机的局部截面侧视图，设置有布置在旋转电机内部的根据本发明的两个***；
图4a示出了图4的细节C的放大侧视图；
图4b示出了图4中旋转电机的局部横截面的透视图，其中放大了布置在旋转电机内部的***的细节；
图5示出了设置有根据本发明另一实施例的***的旋转电机的局部截面侧视图，该***布置在旋转电机的外部；
图5a示出了图5的细节E的放大侧视图；
图5b示出了图5的细节E的放大侧视图；以及
图6示出了设置有根据本发明的***的旋转电机的部分截面侧视图，其中第一环包围第二环。
具体实施方式
本发明涉及一种轴向对准***(100)，或简称为***(100)，用于设置有转子(200)、定子(300)、轴承(400)和盖或密封件(500)的旋转电机。
在本发明的一个优选实施例中，***(100)包括：
i.至少一个第一固定环(110)；
ii.至少一个第一永磁环(115)；
iii.至少一个第二固定环(120)；以及
iv.至少一个第二永磁环(125)。
第一固定环(110)与转子(200)的轴线(210)同心，并通过固定元件固定到其上，因此与轴线(210)成一体，并以相同的角速度一起旋转，而不滑动。第一固定环110的内径必须至少等于转子(200)的轴线(210)的外径。第一固定环(110)由适于该应用的材料制成，并且可以是但不限于金属及其合金或聚合材料，单独地或组合地。第一固定环(110)可以在旋转电机的内部(图3、3a、4、4a、4b)和/或外部(图2、2a、2b、5、5a、5b)固定到转子(200)。
第一永磁环(115)与第一固定环(110)同心，因此与转子(200)的轴线(210)同心，并且通过固定元件固定在其外周上，因此与第一固定环(110)成一体，并且因此也与轴(210)成一体，以相同的角速度无滑动地与其一起旋转。第一永磁环(115)的内径必须至少等于第一固定环(110)的外径。第一永磁环(115)由可磁化材料制成，可磁化材料可以是但不限于铁磁性金属及其合金，单独地或组合地，并且可以构造成单件或分段。在本发明的上下文中，术语“固定元件”涉及现有技术中已知的并且适用于该应用的固定元件和装置，其可以是但不限于焊接、螺钉、螺栓和螺母、楔、键、粘合剂、热收缩、挤压等。由于与第一固定环(110)成一体，第一永磁环(115)也可以位于旋转电机的内部(图3、3a、4、4a、4b)和/或外部(图2、2a、2b、5、5a、5b)。
第二固定环(120)与转子(200)的轴线(210)同心，并通过固定元件固定到旋转电机的一个或多个静态元件的内部(图3、3a、4、4a、4b)和/或外部(图2、2a、2b、5、5a、5b),因此与电机的静态部分是一体的，因此是不可移动的。第二固定环(120)由适于该应用的材料制成，并且可以是但不限于金属及其合金或聚合材料，单独地或组合地。
第二永磁环(125)与第二固定环(120)同心，因此与转子(200)的轴线(210)同心，并且通过固定元件固定在其内周上，因此与第二固定环(120)成一体，并且因此也与旋转电机的一个或多个静态元件的内部(图3、3a、4、4a、4b)和/或外部(图2、2a、2b、5、5a、5b)成一体，因此是不可移动的。第二永磁环(125)的内径大于第一永磁环(115)的外径，由此它们是同心的并且通过径向间距(r)彼此分开。第二永磁环(125)由可磁化材料制成，可磁化材料可以是但不限于铁磁性金属及其合金，单独地或组合地，并且可以构造成单件或分段。
第一永磁环(115)的外表面布置成与第二永磁环(125)的内表面相对，并且永磁环(115、125)，尤其是在其表面上，必须在其间具有不同的极性，从而在其间建立相反磁极的磁引力，该磁引力发生在由径向间距(r)产生的环形室(R)中。
尽管优选的构成包括将第一环(110、115)布置在第二环(120、125)的内部或被第二环(120、125)包围，但第一环(110、115)也可以构造在第二环(120、125)的外部或包围第二环(120、125)，这在图6中特别示出，并且该组环(110、115、120、125)也可以布置在旋转电机的内部和/或外部。
此外，应当注意，术语“一体”的使用必须广义地理解，并且独立于所引用的编号，并且第一环(110、115)可以是例如与旋转电机的静态部分成一体的那些环，而第二环(120、125)是旋转的那些环。
应当注意，第一永磁环(115)的极性必须是唯一的，并且至少在其面向第二永磁环(125)的表面的整个表面上是恒定的。同样，不同于第一永磁环(115)的极性，第二永磁环(125)的极性必须至少在其面向第一永磁环(115)的表面的整个表面上是唯一且恒定的。应当注意，永磁环(115、125)可以是一件式的或者由多段构成。
因此，使用至少两个具有不同直径且彼此同心的永磁环(115、125)，并且至少它们的表面具有相反的极性，促进永磁环(115、125)之间的吸引力，迫使它们之间在轴向方向上磁性对准。永磁环(115、125)之间的轴向位移(d)产生磁力，该磁力吸收来自通风***和/或轴向负载的推力和其他轴向力，迫使轴线(210)返回到理想的、初始的或优选的轴向平移稳定位置，在该位置，轴向位移(d)等于零或接近零。由施加到转子(200)上的轴向力引起的任何轴向位移(d)然后围绕该理想的、初始的或优选的轴向平移稳定位置发生。
因此，本发明的***(100)保证了转子(200)相对于定子(300)和电机的其他固定元件在理想的、初始的或优选的轴向平移稳定位置周围的轴向对准，在该位置处，轴向位移(d)的数值等于零或接近零。术语“接近零”应被理解为尽可能接近零或者轴向位移(d)的最小可能值。
通过包括第一环(110、115)和第二环(120、125),它们由分开且独立的模块构成，设置有永磁体而不是线圈或绕组，本发明的***(100)可以应用于实际上任何旋转电机，其可以在内部或者在外部安装到旋转电机，以简单(内部或外部)或混合(内部和外部)模式在同一电机上，其中在同一旋转电机上安装有不止一组环(110、115、120、125)，例如图4、4a和4b所示。同样，同一旋转电机可以具有一组外部安装的环(110、115、120、125)和另一组内部安装的环(110、115、120、125)和/或不止一组外部安装的环(110、115、120、125)和/或不止一组内部安装的环(110、115、120、125)或所述替代方案的组合。还可能在转子(200)的轴线(210)的任何位置，在旋转电机的相邻位置和/或非相邻位置具有一组或多组环(110、115、120、125)。
尽管能够实现比迄今为止提出的解决方案可获得的吸引力或排斥力更低的吸引力或排斥力，但也可以仅使用一组第一环(110、115)或仅一组第二环(120、125)，其中相应的相对部分由铁磁性和非磁化材料制成。
在本发明的另一非限制性实施例中，尤其如图5、5a和5b所示，本发明的***(100)包括：
i.至少两个第一固定环(110)；
ii.至少两个第一永磁环(115)；
iii.至少一个第二固定环(120)；以及
iv.至少两个第二永磁环(125)。
每个第一固定环(110)具有垂直于转子(200)的纵向轴线的第一轴向面(111)，第一永磁环(115)将固定到该第一轴向面，由此每个第一固定环(110)也与转子(200)的轴线(210)同心，并且通过固定元件同等地固定到该轴线上，因此与轴线(210)成一体并且以相同的角速度一起旋转，而不滑动。第一固定环(110)的内径必须至少等于转子(200)的轴线(210)的外径。第一固定环(110)可以在旋转电机的内部和/或外部固定到转子(200)。第一固定环(110)由适于该应用的材料制成，并且可以是但不限于金属及其合金或聚合材料，单独地或组合地。
在该实施例中，每个第一永磁环(115)基本平行于第一轴向面(111)，并且还与第一固定环(110)同心，因此与转子(200)的轴线(210)同心，并且借助于固定元件固定到其第一轴向面(111)上，因此与第一固定环(110)成一体，并且因此也与轴线(210)成一体，以相同的角速度一起旋转，而不滑动。每个第一永磁环(115)由可磁化材料制成，可磁化材料可以是但不限于铁磁性金属及其合金，单独地或组合地，并且可以构造成单件或分段。由于与第一固定环(110)成一体，第一永磁环(115)也可以固定到旋转电机的内部和/或外部。
第二固定环(120)具有垂直于转子(200)的纵向轴线并且基本平行于第一固定环(110)的第一轴向面(111)的第二轴向面(121)，其中第二永磁环(125)将被固定到第二轴向面(121)，在第二轴向面(121)的每一侧上有一个，其中第二固定环(120)与转子(200)的轴线(210)同心，并且通过固定元件固定在旋转电机的一个或多个静态元件的内部和/或外部中，因此与电机的静态部分成一体并且因此不可移动。第二固定环(120)由适于该应用的材料制成，并且可以是但不限于金属及其合金或聚合材料，单独地或组合地。
每个第二永磁环(125)基本平行于第二轴向面(121)，因此也基本平行于第一轴向面(111)，也与第二固定环(120)同心，因此与转子(200)的轴线(210)同心，并且通过固定元件固定到第二轴向面(121)，因此与第二固定环(120)成一体，并且因此也与旋转的一个或多个静态元件的内部和/或外部成一体，且因此不可移动电机。每个第二永磁环(125)由可磁化材料制成，可磁化材料可以是但不限于铁磁性金属及其合金，单独地或组合地，并且可以构造成单件或分段。
在该实施例中，固定环(110、120)被安装成使得第二固定环(120)在第一固定环(110)之间轴向对中。
因此，每个第一永磁环(115)的最大或自由表面布置成与每个第二永磁环(125)的最大或自由表面相对且平行，由此成对的永磁环(115、125)，优选地在其较大或自由表面上，应当优选地在它们之间具有相同的极性，总是成对的，从而在它们之间建立相同磁极的磁排斥力，这发生在由轴向间距(a)产生的两个室(R)中。应该注意的是，成对的永磁环(115、125)最终也可以在它们之间具有不同的极性，从而在它们之间建立相反磁极的磁吸引力，这发生在由轴向间距(a)产生的两个室(R)中。
应当注意，每个第一永磁环(115)的极性必须是唯一的，并且至少在其以平行方式面对每个第二永磁环(125)表面的整个最大或自由表面上是恒定的。同样，第二永磁环(125)的极性等于(或不同于，取决于制造商的选择)每个第一永磁环(115)的极性，至少在其面对相应第一永磁环(115)表面的整个表面上必须是唯一的和恒定的。应当注意，永磁环(115、125)可以是一件式的或者由多个段构成。
因此，至少两对永磁环(115、125)的使用在轴向方向上基本彼此平行，并且至少它们的表面具有相同的极性(或者相反，取决于制造商的选择)，促进永磁环(115、125)之间的排斥(吸引)，迫使它们之间在轴向方向上磁性对准。永磁环(115、125)之间的轴向位移(d)产生磁力，该磁力吸收来自通风***和/或轴向负载的推力和其他轴向力，迫使轴线(210)返回到理想的、初始的或优选的轴向平移稳定位置，轴向位移(d)在该位置等于零或接近零。由施加在转子(200)上的轴向力引起的任何轴向位移(d)围绕该理想的、初始的或优选的轴向平移稳定位置发生，其中轴向位移(d)呈现最小的可能值，理想地是d＝0。在其他条件保持不变的情况下，至少两对永磁环(115、125)的平行度也可以出现在径向方向上。
因此，本发明的***(100)的实施例还保证了转子(200)相对于定子(300)和电机的其他固定元件在理想的、初始的或优选的轴向平移稳定位置周围的轴向对准，其中轴向位移(d)的数值等于零或接近零。通过包括第一环(110、115)和第二环(120、125),它们可以形成分离和独立的模块，设置有永磁体而不是线圈或绕组，本发明的***(100)可以应用于实际上任何旋转电机，其可以在内部或者在外部安装到旋转电机，以简单(内部或外部)或混合(内部和外部)模式在同一电机上，其中在同一旋转电机上安装有不止一组环(110、115、120、125)，例如图5、5a和5b所示。同样，同一旋转电机可以具有一组外部安装的环(110、115、120、125)和另一组内部安装的环(110、115、120、125)和/或不止一组外部安装的环(110、115、120、125)和/或不止一组内部安装的环(110、115、120、125)或所述替代方案的组合。还可能在转子(200)的轴线(210)的任何位置，在旋转电机的相邻位置和/或非相邻位置具有一组或多组环(110、115、120、125)。
此外，应当注意，术语“一体”的使用必须广义地理解，并且独立于所引用的编号，并且第一环(110、115)可以是例如与旋转电机的静态部分成一体的那些环，而第二环(120、125)是旋转的那些环。
最后，根据本发明的旋转电机是设置有根据本发明的***(100)的电动马达。
结论
本领域技术人员将容易理解，在不脱离以上描述中阐述的概念的情况下，可以对本发明进行修改。这种修改应被认为包括在本发明的范围内。因此，先前详细描述的特定实施例仅是说明性和示例性的，而不是对本发明范围的限制，本发明的范围应该由所附权利要求及其任何和所有等同物的全部范围给出。

Claims (15)

1.一种用于旋转电机转子的轴向对准***，其特征在于，它包括：
i.至少一个第一固定环(110)；
ii.至少一个第一永磁环(115)；
iii.至少一个第二固定环(120)；以及
iv.至少一个第二永磁环(125)。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，该组环(110、115、120、125)由分离且独立的模块构成。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，相同的旋转电机可以包括一组或多组环(110、115、120、125),所述环以简单(内部或外部)或混合(内部和外部)的方式安装在外部和/或内部，并且布置在旋转电机的相邻位置和/或非相邻位置，位于转子(200)的轴线(210)的任何位置。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，第一环(110、115)优选地与转子(200)的轴线(210)成一体，第二环(120、125)优选地与旋转电机的静态部分成一体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的***，其特征在于，第一环(110、115)位于第二环(120、125)内部或被第二环(120、125)包围，和/或位于第二环(120、125)外部或包围第二环(120、125)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的***，其特征在于，所述永磁环(115、125)之间具有不同的极性，尤其是在它们的表面上，在它们之间建立相反磁极的磁引力，该磁引力发生在由径向间距(r)产生的环形室(R)中。
7.一种旋转电机，其特征在于，它包括至少一个如权利要求1至6中任一项所述的***(100)。
8.一种用于旋转电机转子的轴向对准***，其特征在于，它包括：
v.至少两个第一固定环(110)；
vi.至少两个第一永磁环(115)；
vii.至少一个第二固定环(120)；以及
viii.至少两个第二永磁环(125)。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，该组环(110、115、120、125)由分离且独立的模块构成。
10.根据权利要求8所述的***，其特征在于，相同的旋转电机可以包括一组或多组环(110、115、120、125),所述环以简单(内部或外部)或混合(内部和外部)的方式安装在外部和/或内部，并且布置在旋转电机的相邻位置和/或非相邻位置，位于转子(200)的轴线(210)的任何位置。
11.根据权利要求8所述的***，其特征在于，第一固定环(110)中的每个具有垂直于转子(200)的纵向轴线的第一轴向面(111)，第一永磁环(115)固定到该第一轴向面(111)。
12.根据权利要求8所述的***，其特征在于，第二固定环(120)具有垂直于转子(200)的纵向轴线并且基本平行于第一固定环(110)的第一轴向面(111)的第二轴向面(121)，其中第二永磁环(125)将被固定到第二轴向面(121)，在第二轴向面(121)的每一侧各有一个。
13.根据权利要求8所述的***，其特征在于，固定环(110、120)安装成使得第二固定环(120)在第一固定环(110)之间轴向居中，其中每个第一永磁环(115)的最大或自由表面布置成与每个第二永磁环(125)的最大或自由表面相对且平行。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的***，其特征在于，成对的永磁环(115、125)，尤其是在它们的较大或自由表面上，在它们之间具有相同的极性，在由轴向间距(a)产生的两个环形室(R)中在它们之间建立相同磁极的磁排斥力。
15.一种旋转电机，其特征在于，它包括至少一个如权利要求8至14中任一项所述的***(100)。
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