旋轉電機的端板裝置和旋轉電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及通常用于工業應用的電機領域，其中，電機例如為用于在運輸業內使用的、在能源業內例如在風力渦輪機中使用的、在加工業和制造業內使用的馬達及發電機，更具體地，本實用新型涉及旋轉電機的端板裝置以及旋轉電機。
【背景技術】
[0002]在工業中旋轉電機用于不同的應用，比如用于在運輸業內使用的、在加工業和制造業內使用的以及在能源業內例如在風力渦輪機中使用的電動馬達及發電機。發電機將機械能轉化為電能。馬達將電能轉化為機械能。馬達和發電機通常歸為旋轉電機的種類。
[0003]在各種應用比如各種工業應用中使用電動馬達，尺寸和特性高度標準化的小型及中型工業馬達向額定功率通常從一千瓦及以上的范圍開始的工業用途提供便利的機械動力。大型電動馬達用于管道壓縮機、用于額定功率為幾百萬瓦的水栗，并且在航運業的船舶推進單元應用中用于船舶的推進。
[0004]發電機是在發電中使用的將機械能轉化為電能的裝置。發電機迫使電子通常所帶的電荷流動經過外部電路。機械能的來源可以是風力渦輪機或往復運動式發動機、蒸汽渦輪發動機、跌落穿過渦輪機或水輪機的水、內燃機，或者機械能的任何其它來源。
[0005]能夠用機械術語來描述旋轉電機的兩個主要部分。轉子是電機的旋轉部分，定子是電機的固定部分。轉子軸是用于傳遞扭矩和旋轉的機械部件。轉子軸承載扭矩；轉子軸受到扭轉和剪切應力(等于輸入扭矩與負載之間的差值)的作用。因此，轉子軸的強度必須足夠大以便承受應力，同時避免過重的額外重量，這種額外重量會增大轉子軸的慣性。
[0006]下面將參照圖1至圖3的附圖描述現有技術，在附圖中:
[0007]圖1示出了根據現有技術的電機的一個實施方式的結構；以及
[0008]圖2示出了根據現有技術的旋轉電機的端板裝置。
[0009]圖1示出了根據現有技術的電機的一個實施方式。根據現有技術的電機包括框架I以及裝配在發電機框架I內部的定子2。該電機還包括裝配在定子2內部的轉子3。根據現有技術的電機還包括裝配至框架I兩端的端板4、5。電機的端板4、5還為轉子3的轉子軸提供支撐。
[0010]旋轉電機的轉子軸具有軸承裝置，比如滾動軸承裝置。滾動軸承裝置是通過在兩個圈元件之間具有圓形滾動元件而承載負載的軸承。轉子軸相對于電機定子的相對運動使滾動元件滾動。旋轉電機的軸承裝置不只是包括滾動軸承，而是還包括與軸承相關聯的部件，比如軸和殼體。軸承潤滑劑是軸承裝置的非常重要的組成部分，因為軸承潤滑劑必須防止軸承磨損并且保護軸承免受腐蝕，使得軸承能夠完全發揮其性能。軸承裝置密封件和旋轉電機端板裝置同樣是非常重要的組成部分，軸承裝置密封件和旋轉電機端板裝置的性能對于潤滑劑的清潔而言至關重要。清潔對軸承壽命有深遠的影響。
[0011]圖2示出了根據現有技術的旋轉電機端板裝置。根據現有技術的旋轉電機端板裝置包括端板內圈6和端板外圈7。此外，該端板裝置包括絕緣環8，絕緣環8切斷了從定子經由軸承到達轉子的導電路徑并且防止軸承電流流動經過軸承。滾動軸承用數字9標記。端板內圈6、端板外圈7、絕緣環8以及滾動軸承均裝配成抵靠位于端板的電機上的軸板，其中，所述軸板用數字10標記。在根據現有技術的旋轉電機端板裝置的另一側上附接有滾動軸承緊固部件、潤滑及密封部件11至12。端板外圈7固定至電機的殼體13。
[0012]在旋轉電機中，軸承電流和軸電壓已被認為是對旋轉電機造成損害、特別是對旋轉電機的滾動軸承造成損害的問題。在旋轉電機中，由電流造成的軸承電流損害的特征是在軸承座圈中燒灼形成凹陷或者橫向凹痕。電點蝕一直持續到軸承失去其摩擦系數，從而進一步增大損耗并且破壞軸承表面。
[0013]軸電壓的大小將決定在大部分時間為粗糙接觸的低質量軸承或者使用低阻潤滑劑的高質量軸承中存在的軸承電流。高的軸電壓使電流增大并且導致凹陷或凹坑形成，因為軸承電流流動經過多個位置。加熱會發生在點接觸時，以致材料熔化形成凹坑，因而將磨損的金屬顆粒釋放到潤滑劑中。低的軸電壓具有較低的電流幅值，但已經發現，由于潤滑脂分解，低的軸電壓仍會造成腐蝕型的凹陷。
[0014]旋轉電機端板裝置的一個作用是用于覆蓋旋轉電機的電氣部件并且用于防止灰塵和雜質進入旋轉電機內部。
[0015]在旋轉電機中，軸承絕緣對于軸承裝置的正常工作而言極為重要。在根據現有技術的旋轉電機中，在軸承出現故障的情況下，需將整個端板裝置與軸承一起更換。因為端板外圈通常很大并且很重，所以難以進行維修裝配過程。此外，例如在風力渦輪機的情況下的維修條件可能要求較高，這會加大更換軸承和端板裝置的負擔。
[0016]在根據現有技術的旋轉電機中，絕緣環8的蠕動是造成軸承故障的問題。蠕動是固體材料在應力的影響下永久變形的趨勢。蠕動的發生是長期受到高水平應力(低于材料的屈服強度)作用的結果。蠕動程度隨溫度升高而增大，并且蠕動在長期受熱的材料中更為嚴重。該變形的速率是材料性質、承受時間、承受溫度和所施加的結構載荷的函數。根據所施加的應力的大小及其持續作用時間，變形可能會很大使得部件不再能夠發揮其作用。
[0017]在根據現有技術的旋轉電機中，絕緣環8的蠕動使絕緣環8松動約其厚度的10 %，這對軸承裝置的絕緣性能有不良影響，并且最終導致旋轉電機出現軸承故障。而且，旋轉電機中的軸承絕緣件的蠕動會對旋轉電機造成有害的額外間隙和偏心。軸承絕緣件的蠕動會影響氣隙并因此影響旋轉電機的效率。而且，旋轉電機中的軸承絕緣件的蠕動會引起干擾和磨損，并且會影響旋轉電機的使用壽命。
[0018]市場上需求能夠克服由軸承絕緣材料的蠕動引起的一些問題，能夠緩解由軸承絕緣材料的蠕動造成的弊端并因此能夠提高旋轉電機中的軸承裝置的絕緣性能的旋轉電機端板裝置和旋轉電機。
[0019]在如今的需求環境下，旋轉電機的制造商在制造過程方面以及在維修過程方面不斷地尋求改進和成本節約。市場上需求與當前的現有技術方案相比能夠長期節約成本的用于制造旋轉電機端板裝置的方法。而且，市場上需求用于能夠節約成本且有益處并且與當前的現有技術方案相比易于維修的旋轉電機端板裝置和旋轉電機的方法。
【實用新型內容】
[0020]因而，本實用新型的目的在于提供一種方法以及一種實施該方法的裝置，以克服上述問題并且緩解上述弊端。
[0021]通過一種用于制造旋轉電機端板裝置的方法來實現本實用新型的目的，所述方法包括以下步驟:
[0022]-制造端板外圈，
[0023]-制造可更換的端板組件，所述端板組件包括:
[0024]-端板內圈，以及
[0025]-絕緣環；
[0026]端板組件制造成裝配在旋轉電機的轉子軸的軸承單元與端板外圈之間或者裝配在旋轉電機的轉子軸的軸承單元與旋轉電機的端架之間，所述端板裝置還制造成包括固定元件，固定元件將端板內圈和絕緣環固定至端板外圈或者固定至旋轉電機的端架，并且固定元件制造成使得當絕緣環的厚度減小時，固定元件分別擰緊。
[0027]優選地，絕緣環具有V形截面，其中，一部分具有徑向厚度，另一部分具有軸向厚度。優選地，端板組件設置成能夠進行更換。
[0028]此外，通過旋轉電機的端板裝置來實現本實用新型的目的，所述旋轉電機包括端板外圈以及端板組件，所述端板組件包括:
[0029]-端板內圈，以及
[0030]-絕緣環；
[0031]端板組件能夠裝配在旋轉電機的轉子軸的軸承單元與端板外圈之間或者裝配在旋轉電機的轉子軸的軸承單元與旋轉電機的端架之間，所述端板裝置還包括固定元件，固定元件將端板內圈和絕緣環固定至端板外圈或者固定至旋轉電機的端架，并且固定元件設置成使得當絕緣環的厚度減小時，固定元件分別擰緊。
[0032]優選地，在端板裝置中，絕緣環具有V形截面，其中，一部分具有徑向厚度，另一部分具有軸向厚度。替代性地，絕緣環具有彎曲截面。進一步優選地，絕緣環的彎曲截面以圓形彎曲或者以橢圓形彎曲。
[0033]優選地，端板外圈具有內支撐表面，內支撐表面具有圓形部分和錐形部分，并且端板內圈具有外支撐表面，外支撐表面具有圓形部分和錐形部分，并且絕緣環分別具有圓形部分和錐形部分。
[0034]優選地，所述端板組件包括端板緊固環，端板緊固環安置在背向旋轉電機的一側。
[0035]優選地，所述固定元件為螺栓。優選地，所述固定元件被