用于旋转电机的轴承端盖、其应用和旋转电机的制作方法

用于旋转电机的轴承端盖、其应用和旋转电机
1.本发明涉及一种用于马达、尤其旋转电机，如电动机和/或发电机的轴承端盖，其具有改善的刚度。
2.轴承端盖将电动机的壳体与用于旋转的转子的支承装置连接。通常电动机上有两个轴承端盖，因为轴支承在两个点上。电动机或发电机的第一轴承端盖承载浮动轴承，该浮动轴承通常不承受轴向力，第二轴承端盖承载固定轴承。固定轴承承受在轴向作用的力，对应的轴承端盖尺寸和结构都相应地坚固。
3.该固定轴承的第二轴承端盖是一种部件，马达的较大质量通过该部件连接到壳体上。整个转子区域会在轴向振动，其中，轴承端盖基本上用作弹簧。因此轴承端盖的尺寸和结构都尽可能坚固，以保持马达的第一固有频率尽可能高。以此排除，马达的第一固有频率下降到马达的速度范围中。在常见的3000rpm机器中例如固有频率下限为50hz，在没有任何安全措施的情况下。
4.通常轴承端盖设计成平坦的并且坚固的，具有相应的孔用于固定。图1示出按照现有技术的轴承端盖。如图1所示，通常的轴承端盖的问题是，刚度通过质量实现，其中，特别重和厚的轴承端盖只是具有更大的弯曲刚度。相反，更厚的轴承端盖又需要更长的螺栓。从某一个确定的点，轴承端盖的最弱的位置移到螺栓处。因此对轴承端盖的厚度有合理的上限。
5.因此本发明要解决的技术问题是为这种轴承端盖提供一种设计，其在质量相同的情况下提供轴承端盖的更大的刚度。
6.上述技术问题通过本发明的主题解决，本发明的内容从说明、附图和权利要求得出。
7.与之相应地，本发明的主题是一种用于旋转电机的壳体的圆形的轴承端盖(1)，其具有用于在内部通过内部的固定圈(6)容纳轴承的装置和用于在外部通过外部的固定圈(7)将轴承端盖固定所述电机的壳体上的器件，
8.其中，轴承端盖具有适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状，因为该几何形状通过轴承端盖的弯曲，尤其即使在轴承端盖的质量和/或壁厚相同或甚至减少的情况下，也克服了轴承端盖的已知的扁平的和/或平坦的形状或者说侧面。
9.根据本发明的有利的实施方式，所述几何形状是这样的，即用于容纳轴承的装置的平面和用于将轴承端盖固定在壳体上的器件的平面在电机的轴向长度方向上相互移动地存在。
10.本发明的一般认知是，适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状是锥形的轴承端盖几何形状，如图2所示。
11.如图1所示，与传统的板状的轴承端盖相比，在设计正确和/或优化的情况下，这可以在质量相同甚至更低时实现明显更大的弯曲刚度。调查表明，在轴承端盖几何形状是锥形的情况下，第一固有频率在其畸变方面有针对性地被阻碍，因为其转移到更高的频率范围中。这种效果在此被首次发现并取代了设计实践中常见的板厚度增大和/或引入以负载路径为导向的肋结构作为增加刚度的结构上的手段。
12.按照有利的实施方式，适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状是锥形的几何形状。例如这以此实现，相对于用于容纳轴承的装置，用于将轴承端盖固定在电机的壳体上的器件是在轴侧移动的。移动的程度相当于轴承端盖与扁平的几何形状到锥形的几何形状的偏差。
13.在此，尽管一方面可以通过在轴承端盖的底侧和/或构成椎体的侧面引入适当的肋结构增强新型轴承端盖的稳定性，但另一方面在轴承端盖的壁厚相同和/或甚至减小的情况下，锥形的变形足以实现稳定的效果。这也导致了在测试中得到证明的相对于传统的轴承端盖的改进，即相对于传统的几何形状的变型，在正确和/或优化设计的情况下，锥形的轴承端盖几何形状能在质量较低的情况下实现明显更高的弯曲刚度。
14.根据本发明的有利的实施方式，用于容纳轴承的装置只是在轴承端盖中的圆形或者说圆的凹部。
15.根据本发明的示例性实施方式，用于将轴承端盖固定在电机的壳体上的器件是螺栓连同在轴承端盖的外边缘处相应孔。例如为模拟而制造组合件，其中，中心盘认为具有例如137kg重量的振动质量。在模拟中也考虑了螺栓或者说用于固定的器件的应力增强作用。
16.根据现有技术，如图1所示，轴承端盖的这些器件在装入电机后，在轴侧位于与用于容纳轴承的装置相同的高度上，因为根据现有技术轴承端盖是扁平的。
17.然而根据本发明实现轴承端盖的锥形的并且不是扁平的几何形状，并且相应地在装入电机后用于将轴承端盖固定在电机的壳体上的器件在轴侧与用于容纳轴承的装置不在同一高度上。
18.根据优选的实施方式，由于保持或甚至减少了轴承端盖的质量，所以用于在外部固定轴承端盖的器件保持不变或甚至变小或者说变轻。
19.通过具有适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状的轴承端盖，可以实现令人意想不到高的刚度
‑
质量比，使得在质量比较小的情况下产生轴承端盖的高刚度。
20.在执行不同的轴承端盖设计的一些示例模拟时，以第一粗略近似确定轴承端盖质量与轴承端盖刚度的比，并且与已知的用于轴承端盖的实心和/或肋条几何形状相比，在质量减小的情况下刚度增加超过50％。
21.在此首次公开的轴承端盖的几何形状可以用所有可以想象的用于轴承端盖的材料实现，例如轴承端盖可以用金属、任意金属合金，如钢、铝或铸铁制成，此外这种几何形状也非常好地适于以轻质结构实现，即用强化塑料实现。
22.根据本发明的有利的实施方式在于轴承端盖具有适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状，并且额外具有用于增大刚度的肋结构。
23.根据其有利的实施方式，轴承端盖的肋角和/或厚度通过计算机辅助的几何优化调整。
24.按照优选的实施方式，轴承端盖将适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状与纤维强化的结构材料结合。这种几何形状可以采用纤维增强结构材料的通常的制造方法和材料类别实现。然后，所述几何形状导致所产生的轴承端盖的刚度
‑
质量比的特别大的改善。
25.根据本发明的有利的实施方式，轴承端盖的适于抑制第一固有频率的畸变的几何形状被优化，使得其在轴承端盖中适于将材料中的载荷从剪切载荷转移到拉伸
‑
压缩载荷。这种优化优选通过计算机辅助进行。
26.在此特别适合的、本领域技术人员已知的结构材料也满足例如振动阻尼特性方面提出的要求。
27.在此，除了陶瓷和金属材料外，作为结构材料尤其适合的还有基于聚合物的纤维复合材料，也被称为聚合物复合材料。这些材料结合了高的结构刚度、低比重和高振动阻尼。在此可用的纤维复合材料可以具有热塑性的或热固性的聚合物基体。它们可以显示出任意的纤维增强，例如可以在市场上获得所谓的块状和/或片状模塑化合物，也分别称为
″
bmc
″
和
″
smc
″
。
28.优选的是，上述聚合物材料与纤维增强，例如玻璃纤维和/或碳纤维增强一起使用。尤其优选使用碳纤维增强的材料。
29.用于制造轴承端盖，可以有各种材料、物质和/或增强纤维的组合。
30.特别优选的是，构成轴承端盖的材料是由相互兼容的材料构成的，即能够在没有材料技术上的缺点的情况下结合。
31.根据另外的有利实施方式，也使用带有纤维增强的陶瓷和/或金属。
32.根据另外的有利实施方式，尤其也使用片状模塑化合物材料。在此特别优选将该材料与碳纤维增强结合使用。
33.下面还根据示出本发明的简单的实施方式的附图进一步阐述本发明：
34.图1示出现有技术，
35.图2相反示出具有锥形的几何形状的按照本发明的实施例的轴承端盖。
36.图1示出现有技术，可以看到具有扁平的几何形状、两个扁平的侧面或者说壁面的轴承端盖1。图中示出斜视图，在该斜视图中示出位于内部的用于容纳轴承(未示出)的装置2、用于在外部将轴承端盖固定在电机的壳体上的器件3，以及最后用于将轴承固定到用于容纳轴承的装置2上的器件4。
37.在图2中可以看到相同的元件，用于容纳轴承的装置5，连同沿内部的固定圈6设置的用于固定轴承的器件，它们与现有技术相比以变化的形式存在。
38.尤其用于容纳轴承的装置5与用于固定在壳体上的外圈7不在一个平面上。在此与根据如图1所示现有技术的轴承端盖不同的是，内螺旋圈和/或连接圈6与外部的固定圈7不位于一个平面上，而是基于轴线错移，在该外部的固定圈7上布置有用于将轴承固定到壳体上的器件。在此，
″
基于轴线
″
中的
″
轴
″
指旋转电机的轴。
39.优选的是，根据本发明的实施方式的轴承端盖，如图2所示，与如图1所示根据现有技术的轴承端盖的扁平的和/或平坦的形状相比，没有不同的壁厚或材料厚度。因此，由于锥体形状，轴承端盖不会变得更重，也不会具有比图1所示的传统轴承端盖的扁平的和/或平坦的形状具有更大的壁厚。
40.已经制造了由碳纤维增强片状模塑化合物材料制成的不同的轴承端盖几何形状。这些轴承端盖在此在肋的准确设计和/或锥体的厚度方面不同。不同的几何形状在轴承端盖的质量、马达的质量和马达的固有频率方面优化。
41.已测试了在轴承端盖单侧和双侧的肋。在模拟中测试了不同种类的肋。肋的布置有多种设计，例如相对于内部固定圈星形延伸的腹条。腹条优选直线延伸，但也可以相互通过横条连接。在此，横条又可以以相互所有可能的角度连接纵向延伸的、从外部固定圈导引至内部固定圈的肋。
42.根据有利的实施方式，构成肋的腹条具有不同的形状和/或质量。
43.替选的几何形状的变型是，图2中的内螺旋圈和/或连接圈6在轴向上比外连接圈7长，也就是突出。但在此也实现锥形的几何形状，这在结构上提供了需要的刚度增加。
44.在此首次提出用于旋转电机的轴承端盖，其几何形状适于抑制第一固有频率的畸变。尤其提出轴承端盖几何形状，其内部的固定圈和外部的固定圈轴向相对彼此移开。