Электрическая машина, в частности насосный агрегат

Электрическая машина, в частности насосный агрегат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электрической машине в соответствии с вводной частью пункта 1 формулы изобретения. Электрическая машина этого типа известна, например, из документа DE 2309351 A1. При этом под электрической машиной понимают, в частности, электрический двигатель, который может быть соединен в качестве силовой машины насосного агрегата с рабочей машиной, например гидравлическим насосом (насосом с сервоприводом).

Электрическая машина данного типа обычно содержит два подшипника, которые поддерживают концы вала двигателя во время вращения, причем вал двигателя несет на себе ротор (якорь), подшипники которого расположены в торцевых крышках, которые накрывают кожух машины со стороны конца. При этом подшипник со стороны выхода, который называют неведущим подшипником (крышкой неприводного конца) является, как правило, фиксирующим подшипником, при этом подшипник ротора или якоря, который лежит с противоположной стороны, часто имеет форму скользящей опоры, чтобы была возможность компенсировать тепловые расширения ротора (якоря). Фиксирующий подшипник и скользящая опора также могут располагаться наоборот.

В сочетании с рабочей машиной, например, насосом для подачи гидравлической жидкости, электрическую машину, которую также называют силовой машиной, часто механически соединяют с рабочей машиной (насосом) через вращающийся вал. Соединение вала двигателя силовой машины с валом (валом насоса) рабочей машины может происходить через зубчатый механизм или через соединение. Соединения валов данного типа обеспечивают необходимую компенсацию производственных и/или сборочных допусков во время работы агрегата данного типа, и обеспечивают компенсацию различных тепловых расширений ротора и статора электрической машины, для того, чтобы поглотить соответствующую разницу смещений.

Однако применение в гидравлических насосах с сервоприводом (гидравлических агрегатах) соединения данного типа, которая часто содержит элементы, подверженные износу, требует дополнительное монтажное пространство и в дополнение снижает торсионную жесткость соединения вала. В случае если гидравлический насос имеет сервопривод в виде, например, регулирования давления с конвертерным управлением, особенно в высокодинамичных устройствах, которые требуют широкого регулирования вращающего момента, то это приводит к значительному износу используемой регулирующей цепи в рабочем режиме.

Изобретение основано на цели определения электрической машины, которая усовершенствована, в частности, в отношении установки вала и может легко и надежно соединяться с рабочей машиной, в частности с гидравлическим насосом.

Согласно изобретению данная цель достигается особенностями по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные улучшения, доработки и варианты являются объектом дополнительных пунктов.

С этой целью электрическая машина содержит подшипниковый узел, который упруго закреплен в радиальном направлении и перемещается в осевом направлении внутри крышки неприводного конца или ступицы подшипника и содержит комплект шариковых подшипников. С этой целью комплект шариковых подшипников внутри ступицы подшипника окружен надлежащим образом втулкой или вкладышем, который в свою очередь лежит в радиальном направлении на упругом элементе, в частности на уплотнительном кольце, таким образом, чтобы его можно было незначительно сместить в осевом направлении.

Комплект шариковых подшипников предпочтительно содержит два шариковых подшипника с глубоким пазом, при этом комплект шариковых подшипников также расположен в стандартной ступице подшипника электрической машины (электрического двигателя) радиально упруго и с возможностью незначительного смещения в осевом направлении вследствие упругого элемента. Для того чтобы предотвратить скольжение тел качания шариковых подшипников, подшипниковый узел простой и недорогой конструкции имеет форму модуля, который предварительно напряжен сам по себе.

При этом изобретение исходит из понимания того, что компактная конструкция электрического двигателя в качестве силовой машины и приводной машины, например, в форме гидравлического насоса, может быть получена, если электрический двигатель установлен на рабочей машине, которая приводится в действие без специального подшипника со стороны привода при помощи жесткого соединения вала, а именно жесткого соединения валов или сплошного вала, при этом рабочая машина со своей стороны содержит самоустанавливающийся механизм, который фиксирует вал машины в осевом и радиальном направлении. Для того чтобы сделать это возможным, вышеуказанного способа установки двигателя, как было обнаружено, следует избегать. Этого можно добиться благодаря тому, что установка с неприводной стороны вала двигателя, который не содержит подшипник со стороны привода, является радиально упругой и по меньшей мере, с возможностью незначительного смещения в осевом направлении.

Для того чтобы избежать заклинивания и для амортизационных целей путем, известным per se из документа DE 19818634 A1, радиальную и небольшую осевую смещаемость плавающего подшипника можно реализовать при помощи втулки, которая, во-первых, содержит комплект шариковых подшипников и, во-вторых, радиально поддерживается снаружи при помощи упругого элемента. Втулка с вложенными шариковыми подшипниками вставлена в стандартную ступицу подшипника с неприводной стороны и расположена там в собранном состоянии на упругом элементе, который выполнен на внешней окружности втулки.

Предварительное напряжение внутри подшипникового узла выполняется надлежащим образом при помощи компенсирующей шайбы в форме предпочтительно волнистой шайбы, посредством которой шариковые подшипники с глубоким пазом стягиваются в осевом направлении между собой. В результате необходимая минимальная нагрузка шариковых подшипников обеспечена даже без внешней нагрузки на вал двигателя, а скольжение тел качения шариковых подшипников устранено, в результате чего выход из строя этих подшипников надежно предотвращен.

Подшипниковый узел соответственно содержит регулировочную шайбу в качестве проставочного элемента между внутренними кольцами двух шариковых подшипников с глубоким пазом. В дополнение целесообразно предусмотрено внешнее стопорное кольцо, которое держит внешнее кольцо подшипника того шарикового подшипника подшипникового узла, который расположен рядом с указанным внешним стопорным кольцом в осевом положении. Указанное внешнее стопорное кольцо целесообразно вставлено своей внешней кромкой в кольцевой паз, который выполнен на внутренней стороне стенки втулки или вкладыша подшипника.

Дополнительно предусмотренное внутреннее стопорное кольцо, которое предпочтительно в свою очередь расположено на той стороне подшипника, на которой также выполнены волнистая шайба и внешнее стопорное кольцо, обеспечивает осевую фиксацию внутреннего кольца смежного подшипника комплекта шариковых подшипников. Внутреннее стопорное кольцо расположено своей внешней кромкой в кольцевом пазе, который выполнен на цилиндрической стороне хвостовика вала двигателя со стороны подшипника.

Для сборки блока привода с электрической машиной в качестве силовой машины и с рабочей машиной, в первую очередь ротор силовой машины с усадочным диском, который помещен на свой вал двигателя, устанавливают на лицевой конец вала рабочей машины и ведут до сборочного упора, а усадочный диск, следовательно, закрепляют и конец вала двигателя крепко соединяют с концом машинного вала, чтобы тот вращался с ним, и кожух машины, который содержит статор, затем насаживают на ротор и прикрепляют к фланцу рабочей машины. Упор преимущественно выполнен при помощи проставочного или упорного шаблона, расположенного или прикрепленного к фланцу рабочей машины.

Преимущества, полученные с изобретением заключаются, в частности, в том, что монтажный или подшипниковый узел, который компенсирует статические радиальные и статические или тепловые осевые допуски, выполнен в форме модуля, который скреплен внутри себя и может применяться вместо условного шарикового подшипника в ступице подшипника стандартной торцевой крышки, которая уже представлена. В результате, во-первых, не требуется специальной торцевой крышки, которая делает возможным снизить расходы на установку машины или двигателя. Во-вторых, подшипниковый узел, разработанный согласно изобретению, содержит только простую ротационно симметричную втулку подшипника и другие недорогие стандартизованные или стандартные компоненты. В дополнение сборка подшипникового узла в ступице подшипника ограничена простым заталкиванием в модуль подшипника.

К тому же защита от вращения подшипникового узла в или по отношению к ступице подшипника выполнена только фрикционным соединением при помощи упругого элемента (уплотнительного кольца), в результате чего упругий элемент (уплотнительное кольцо) выполняет двойную функцию, а именно, во-первых, радиальную упругость подшипникового узла и, во-вторых, защиту от вращения.

В результате не требуется дополнительного жесткого блокирующего соединения втулки со ступицей подшипника для предотвращения совместного вращения втулки или подшипникового узла. В дополнение упругий полимер или уплотнительное кольцо действует только как опора подшипника и не служит для поглощения сил.

Электрическая машина и, в частности, подшипниковый узел согласно изобретению делает возможным производство сравнительно экономичного агрегата с жестким валом или другим сплошным валом между электрической машиной (электрическим двигателем), которая служит в качестве силовой машины, и приводной машины в форме, например, гидравлического насоса, электрического двигателя, не имеющего подшипников со стороны привода. Компенсация статического допуска, которая необходима только в случае надлежаще жесткого соединения валов данного типа в форме сплошного цельного вала или соединения вала при помощи усадочного диска, не реализована в системе отсчета вращения вала посредством компенсации динамического допуска, который необходим в форме сложного соединения валов в связи с подшипниковым узлом, который сформирован согласно изобретению. Вернее, радиально упругая и смещаемая в осевом направлении установка с неприводной стороны согласно изобретению силовой машины аналогично статически обеспечивает компенсацию допуска.

Машина согласно изобретению и, в частности, подшипниковый узел согласно изобретению подходят, в частности, для насосов с сервоприводом и устройств, в которых прямое соединение электрического двигателя с самоустанавливающимся приводом является преимуществом. Однако электрическая машина также может быть генератором или выполнять его функции.

В сочетании с встроенным жестким содинением валов, которое может приводиться в действие радиальным вводом, и механизмами, блокирующими перемещение стороны привода, которые можно надлежащим образом высвобождать после сборки электрического двигателя благодаря модульной конструкции подшипникового узла, электрическая машина или электрический двигатель может быть спроектирован в форме комплекта. Это делает возможным применение даже при быстро вращающемся узком электрическом двигателе. В дополнение соединение двигателя с машиной, которая содержит подходящие самоустанавливающиеся механизмы входящего вала, также можно выполнять на мощностях заказчика.

Далее указаны примерные варианты осуществления изобретения в подробностях с использованием чертежей:

На фиг.1 изображен продольный разрез насосного агрегата, оснащенного электрическим двигателем с валом двигателя, который не содержит подшипник со стороны привода и установлен на подшипниках с неприводной стороны,

На фиг.2 изображен увеличенный местный вид II с фиг.1 подшипникового узла с неприводной стороны с двумя шариковыми подшипниками с глубоким пазом внутри втулки подшипника, и

На фиг.3 изображен насосный агрегат согласно фиг.1 с упорным шаблоном и усадочным диском вала для соединения вала двигателя с валом насоса.

Детали, соответствующие друг другу, имеют одинаковые обозначения на всех фигурах.

На фиг.1 изображен продольный разрез электрического двигателя 1, соединенного с насосом 2, например гидравлическим насосом, для получения насосного агрегата 3. В насосном агрегате 3 электрический двигатель 1 формирует электрическую силовую машину, при этом гидравлический насос 2 является приводной машиной. Вал 4 электрического двигателя 1 и вал 5 насоса 2 жестко соединены между собой при помощи зажима или усадочного диска 6. С этой целью конец 8 вала 4 двигателя, который выходит со стороны привода из кожуха 7 машины под названием кожух двигателя в последующем описании, прикрепляется к тому концу 9 вала 5 насоса 2, на который он выходит. После завинчивания усадочного диска 6 концы 8, 9 вала стягиваются друг с другом скрепленным с возможностью вращения и свободного хода образом.

Вал двигателя 4, который выходит из кожуха 7 электрического двигателя 1 без подшипника на выходной стороне (стороне привода), несет на себе ротор (или якорь) 10, с противоположной стороны которого лежит статор 11, прикрепленный к кожуху, формируя зазор внутри кожуха 7 двигателя. Внутри кожуха 7 двигателя конец вала (хвостовик вала) 13 с неприводной стороны вала 4 двигателя, конец 13 которого лежит с противоположной стороны точки 12 соединения, которая выполнена жестким соединением концов 8, 9 вала, установлен в подшипниковом узле 14. Подшипниковый узел 14, который изображен в увеличенном масштабе на фиг.2 вставлен в ступицу 15 подшипника торцевой крышки 16 неприводного конца.

В районе точки 12 соединения кожух 7 двигателя при помощи фланцевых винтов 18 соединяют с фланцем 17 насоса 2. Через точку 12 соединения электрический двигатель 1 без специального подшипника со стороны привода через жесткое соединение концов 8, 9 вала соединен с приводным насосом 2, который сам по себе содержит готовый самоустанавливающийся механизм, способом, не указанным подробнее, в результате чего расположение вала 4 двигателя зафиксировано в осевом и радиальном направлении.

Сигнальная и силовая монтажные коробки 19 и 20, которые выступают за кожух 7 двигателя, служат для подключения насосного агрегата 3 с приводом от электрического двигателя к, например, преобразователю частоты (не показан) для управления крутящим моментом и/или скоростью электрического двигателя 1. При этом при помощи насоса с сервоприводом объемный расход гидравлического масла, подаваемого, например, насосом 2, устанавливается и регулируется посредством скорости электрического двигателя 1, при этом настройка давления подаваемой жидкости происходит посредством регулирования крутящего момента электрического двигателя 1.

Как относительно четко показано на фиг.2, подшипниковый узел 14 неприводной стороны электрического двигателя 1 содержит два шариковых подшипника 21, 22 с глубоким пазом, которые расположены рядом друг с другом и находятся внутри втулки (втулки или вкладыша подшипника) 23. Кроме того, подшипниковый узел 14 содержит упругий элемент в форме уплотнительного кольца 24, которое расположено на внешней окружности втулки 23 подшипника так, чтобы охватывать его, и лежит в кольцевом пазе 25. В примерном варианте осуществления кольцевой паз 25 выполнен в ступице 15 подшипника на его внутренней окружности. Как вариант, однако, кольцевой паз 25 также может быть выполнен во втулке 23 подшипника.

Условия крепежа выбирают таким способом, чтобы компенсацию определенного радиального допуска было возможно выполнить при помощи уплотнительного кольца 24. При этом втулку 23 подшипника вставляют в ступицу 15 подшипника или крышку 16 неприводного конца таким образом, чтобы даже в осевом направлении обеспечивалась определенная смещаемость втулки 23 подшипника в обоих осевых направлениях. Совместное вращение втулки 23 подшипника значительно разгруженного подшипникового узла 14 в ступице 15 подшипника предотвращают вследствие трения между втулкой 23 подшипника, уплотнительным кольцом 24 и ступицей 15 подшипника.

Два шариковых подшипника 21, 22 с глубоким пазом стянуты между собой при помощи компенсирующей шайбы в форме волнистой шайбы 26. Компенсирующая шайба 26 действует на внешнее кольцо 22a внешнего шарикового подшипника 22 с глубоким пазом, который выходит на торцевую крышку 16 неприводного конца. С той стороны компенсирующей шайбы 26, которая отвернута от указанного внешнего шарикового подшипника 22 с глубоким пазом, выполнено стопорное кольцо 27, которое расположено своей внешней кромкой 28 в кольцевом пазе 29 на внутренней окружности втулки подшипника 23. Внешнее стопорное кольцо 27 служит для осевой фиксации следующего внешнего кольца 22a внешнего шарикового подшипника 22 с глубоким пазом.

Внутреннее стопорное кольцо 30, которое аналогично выполнено в районе компенсирующей шайбы или волнистой шайбы 26, служит для осевой фиксации внутреннего кольца 22b смежного внешнего шарикового подшипника 22 с глубоким пазом и расположено своей внешней кромкой 31 в кольцевом пазе 32, который выполнен по окружности в вале 4 двигателя с конца вала. Регулировочная шайба 33 расположена на конце вала или хвостовика 13 вала 4 двигателя между двумя внутренними кольцами 21b и 22b двумя шариковыми подшипниками 21 и 22 с глубоким пазом.

Внутренние кольца 21b, 22b и внешние кольца 21a, 22a, которые могут двигаться относительно друг друга и разделены телами качения 34, двух шариковых подшипников 21 и 22 с глубоким пазом, поддерживаются со стороны привода без подшипника электрического двигателя 1, во-первых, на выступающем опорном или несущем плече 35 конца или хвостовика 13 вала 4 двигателя и, во-вторых, на опорном или несущем гребне 36 втулки 23 подшипника. Со стороны, которая находится напротив опорного гребня 36, втулка 23 подшипника, которая имеет форму вкладыша, выполнена на одной стороне с внутренним гребнем 37, при помощи которого втулка 23 подшипника расположена в соответствующем контуре 38 плеча ступицы 15 подшипника.

Вариант осуществления подшипникового узла 14 с втулкой 23 подшипника и двумя шариковыми подшипниками 21, 22 с глубоким пазом, которые расположены в ней, и уплотнительное кольцо 24 с внешней стороны втулки принимаются ступицей 15 подшипника, радиально упругим образом и, по меньшей мере, с возможностью небольшого смещения в осевом направлении. Вышеуказанный способ установки электрического двигателя 1, который соединен с насосом 2 через жесткое соединение вала, не допускается благодаря указанному подшипниковому узлу 14, предварительно напряженному при помощи волнистой шайбы 26, которая служит в качестве компенсирующей шайбы для предотвращения скольжения тел качения 34. С неприводной стороны подшипниковый узел 14 с предварительным напряжением поддерживает конец 13 вала, а именно хвостовик вала 4 двигателя и, следовательно, ротор 10 электрического двигателя 1. Конструкцию и устройство подшипникового узла 14 согласно изобретению можно разместить в стандартной ступице 15 подшипника стандартизованной крышки 16 неприводного конца.

На фиг.3 изображен насосный агрегат 3 с ротором 10 электрического двигателя 1, расположенный на конце 9 вала 5 насоса 2 на первом этапе 1 сборки. При этом конец 8 вала 4 электрического двигателя 1 уже несет на себе зажим или усадочный диск 6. На этом этапе сборки упорный шаблон 39 прикреплен или расположен на фланце 17 насоса 2. Когда шаблон 39 прикреплен, ротор 10, расположенный на валу 4 двигателя с подшипниковым узлом 14, который установлен на хвостовике 13 вала с неприводной стороны, насаживают на конец 9 вала 5 машины насоса 2 до контакта с шаблоном 39. В таком состоянии вал 4 двигателя размещают в осевом направлении относительно фланца 17 насоса. Следовательно, усадочный диск 39 стягивается винтами, а концы 8 и 9 вала жестко соединяются между собой.

На следующем этапе сборки шаблон 39 снимают. Следовательно, кожух 7 двигателя, включая статор 11, насаживают на ротор 10 и прикрепляют к фланцу 17 насоса винтами. При этом подшипниковый узел 14 выполнен при помощи ступицы 15 подшипника, в кольцевой паз 25 которой уже вставлено уплотнительное кольцо 24.

Таким образом, для сборки блока привода 3 с электрической машиной 1 согласно изобретению в качестве силовой машины и рабочей машины 2, в частности гидравлического насоса, в первую очередь ротор 10 силовой машины 1 размещают на лицевом конце 9 вала 5 рабочей машины 2 с усадочным диском 6, который размещают на валу двигателя 4, в частности на стадии предварительной сборки, а указанный ротор 10 силовой машины 1 ведут до сборочного упора 39. Следовательно, усадочный диск 6 стягивают, и в процессе вал 4 двигателя крепко соединяют с концом 9 вала 5 машины, так чтобы они вращались вместе. После чего кожух 7 машины, который содержит статор 11, насаживают на ротор 10 и прикрепляют к фланцу 17 рабочей машины 2.

Перечень обозначений

1	Электрический двигатель
2	Насос
3	Насосный агрегат
4	Вал двигателя
5	Вал машины
6	Зажим/усадочный диск
7	Кожух машины/двигателя
8, 9	Конец вала
10	Ротор
11	Статор
12	Точка соединения
13	Конец/хвостовик вала
14	Подшипниковый узел
15	Ступица подшипника
16	Крышка неприводного конца
17	Фланец насоса
18	Винт фланца
19	Сигнальная монтажная коробка
20	Силовая монтажная коробка
21, 22	Шариковый подшипник с глубоким пазом
21a	Внешнее кольцо
21b	Внутреннее кольцо
22a	Внешнее кольцо
22b	Внутреннее кольцо
23	Втулка/вкладыш подшипника
24	Уплотнительное кольцо
25	Кольцевой паз
26	Компенсирующая шайба/волнистая шайба
27	Внешнее стопорное кольцо
28	Внешняя кромка
29	Кольцевой паз
30	Внутреннее стопорное кольцо
31	Внешняя кромка
32	Кольцевой паз
33	Регулировочная шайба
34	Тело качения
35	Опорное/несущее плечо
36	Опорный/несущий гребень
37	Внутренний гребень
38	Контур плеча
39	Упорный шаблон

1. Электрическая машина (1), содержащая в кожухе (7) машины статор (11) и ротор (10), который расположен на валу (4) двигателя, который поддерживается с неприводной стороны, причем подшипниковый узел (14) с неприводной стороны, установленный с возможностью смещения в осевом направлении внутри кожуха (7) машины, оснащен комплектом шариковых подшипников (21, 22), отличающаяся тем, чтоподшипниковый узел (14) содержит втулку (23), которая охватывает комплект шариковых подшипников (21, 22) и упругий элемент (24), на котором втулка (23) расположена радиально упруго, так чтобы была возможность смещения ее в осевом направлении,причем вал (4) двигателя выведен из кожуха (7) машины на стороне привода без подшипника и проходит до точки (12) соединения, в которой обеспечен усадочный диск (9) для жесткого соединения вала (4) двигателя с валом (5) рабочей машины (2), ипричем подшипниковый узел (14) содержит внутреннее стопорное кольцо (30) для осевой фиксации внутреннего кольца (22b) смежного подшипника комплекта шариковых подшипников (21, 22), причем внутреннее стопорное кольцо (30) расположено внешней кромкой (31) своего кольца в кольцевом пазе (32), который выполнен на цилиндрической стороне хвостовика (13) вала со стороны подшипника вала (4) двигателя.

2. Электрическая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что упругий элемент (24), в частности уплотнительное кольцо, расположен в кольцевом пазе (25), выполненном снаружи во втулке (23) или в ступице (15) подшипника, которая содержит подшипниковый узел (14).

3. Электрическая машина (1) по п.1 или 2, отличающаяся тем, что упругий элемент (24) расположен в кольцевом пазе (25) и вставлен с внешней стороны во втулку (23) или в ступицу (15) подшипника, таким образом, чтобы втулка (23) держалась в ступице (15) подшипника, так чтобы она не имела возможности вращения, но имела возможность, по меньшей мере, незначительного смещения в осевом направлении.

4. Электрическая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что комплект шариковых подшипников (21, 22) содержит два шариковых подшипника с глубоким пазом, которые стянуты относительно друг друга при помощи компенсирующей шайбы (26) в форме волнистой шайбы.

5. Электрическая машина (1) по п.4, отличающаяся тем, что подшипниковый узел (14) содержит регулировочную шайбу (33), которая расположена между внутренними кольцами (21b, 22b) шариковых подшипников (21, 22) с глубоким пазом.

6. Электрическая машина (1) по п.1, отличающаяся тем, что подшипниковый узел (14) содержит внешнее стопорное кольцо (27) для осевой фиксации внешнего кольца (22а) смежного подшипника комплекта шариковых подшипников (21, 22).

7. Электрическая машина (1) по п.6, отличающаяся тем, что внешнее стопорное кольцо (27) расположено внешней кромкой (28) своей шайбы в кольцевом пазе (29), который выполнен с внутренней стороны втулки (23).

8. Подшипниковый узел (14) для электрической машины (1) по одному из пп.1-7.

9. Блок (3) привода, содержащий электрическую машину (1) по одному из пп.1-7 в качестве силовой машины и содержащий рабочую машину (2).

10. Блок (3) привода по п.9, отличающийся тем, что рабочая машина представляет собой имеющий самоустанавливающееся устройство насос.