軸向磁通機器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種軸向磁通機器，其包括圍繞旋轉軸線安裝并且具有第一和第二軸向面的轉子盤。第一定子環定位在鄰近第一軸向面的一側上并在兩者之間限定第一氣隙。第一定子環由多個周向相鄰且具有徑向內緣和徑向外緣的楔形第一定子環節段形成。第二定子環定位在鄰近第二軸向面的另一側上并在兩者之間限定第二氣隙。第二定子環由多個周向相鄰的楔形第二定子環節段形成，每個第二定子環節段均具有徑向內緣和徑向外緣并與相應的第一定子環節段周向對準。第一和第二定子環節段能夠響應轉子盤的軸向偏斜而沿軸向方向偏斜以保持第一和第二氣隙，鏈接元件在每對周向對準的第一和第二定子環節段的徑向外緣區域之間延伸，以使其沿軸向方向一致地一起偏斜。
【專利說明】軸向磁通機器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種軸向磁通機器，并且特別是一種用于軸向磁通機器的定子結構。軸向磁通機器可以是軸向磁通電機，軸向磁通電機可以操作為用于比如自動(AG)研磨機(Grinding mill)或半自動(SAG)研磨機的無齒輪驅動裝置(Gearless drive)。
【背景技術】
[0002]研磨機廣泛用于礦物處理應用，最常用的類型是自動(AG)研磨機和半自動(SAG)研磨機，在自動(AG)研磨機中供給材料自身用作研磨介質，在半自動(SAG)研磨機中輔助研磨材料(一般為鋼球)，被添加到供給材料中。
[0003]研磨機通常承受沿徑向方向、軸向方向和周向方向的瞬時載荷，特別是在起動期間如果研磨機中的材料已經穩定并且形成通常稱為“凍結載荷”(Frozen charge)的情況下。
[0004]無齒輪研磨機驅動裝置可以實施成包括轉子盤和軸向相鄰的定子的軸向磁通機器(Axial flux machine)的形式。但是,特別的困難由于上述瞬時載荷而出現,上述瞬時載荷引起轉子盤的軸向偏斜并且因此影響轉子盤與軸向相鄰定子之間的氣隙。不想要的振動、疲勞和瞬時事件破壞可能全部由瞬時載荷引起。
[0005]因此，需要一種克服上述困難的改進的軸向機器，該改進軸向機器可被用作無齒輪驅動裝置以用于旋轉電機，并且特別是用于研磨機的無齒輪研磨機驅動裝置。

【發明內容】

[0006]根據本發明的一個方面，提供一種軸向磁通機器，包括:
[0007]轉子，其圍繞旋轉軸線安裝并且具有第一和第二軸向面；
[0008]第一定子環，其定位在轉子的鄰近于轉子的第一軸向面的一側上以在第一定子環與轉子的第一軸向面之間限定第一氣隙，第一定子環由多個周向相鄰的楔形第一定子環節段形成，第一定子環節段中的每一個均具有徑向內緣和徑向外緣；
[0009]第二定子環，其定位在轉子的鄰近轉子的第二軸向面的另一側上以在第二定子環與轉子的第二軸向面之間限定第二氣隙，第二定子環由多個周向相鄰的楔形第二定子環節段形成，第二定子環節段中的每一個均具有徑向內緣和徑向外緣并且與相應楔形第一定子環節段周向對準；
[0010]其中，第一和第二定子環節段能夠響應于轉子的軸向偏斜而沿軸向方向偏斜，鏈接元件在每對周向對準的第一和第二定子環節段的徑向外緣區域之間延伸以使其沿軸向方向一起一致地偏斜。
[0011]根據本發明的軸向磁通機器補償轉子的軸向位置的局部偏斜和改變。特別地，當軸向磁通機器受到引起轉子的軸向偏斜的瞬時載荷時，作用在轉子與第一和第二定子環之間的磁力使得第一和第二定子環軸向地偏斜。由于每對周向對準的第一和第二定子環節段的軸向偏斜由鏈接元件協調，第一和第二定子環沿軸向方向一起一致地偏斜并且跟隨轉子的局部偏斜，由此保持第一和第二氣隙。
[0012]當根據本發明的軸向磁通機器被用作研磨機中的無齒輪研磨機驅動裝置時，在與環形電機形式的更常規的徑向磁通無齒輪研磨機驅動裝置相比時該結構布置被顯著地簡化，在環形電機中，研磨機滾筒用作轉子，定子周向地包圍轉子。這形成更加堅固而且輕質的機器。例如，第一和第二定子支承環是比徑向磁通無齒輪研磨機驅動裝置的等同部件顯著更輕的結構，由于扭力能夠被傳輸從而以非常小直徑研磨。另外，由本裝置提供的應力減小意味著盡管預負載(或dc)力與徑向磁通無齒輪研磨機驅動裝置相同，但是交變載荷(Alternating loads)由于限制彈簧剛度低而低得多。
[0013]轉子可以包括轉子盤。
[0014]每個鏈接元件可以在每對周向對準的第一和第二定子環節段的徑向外緣區域之間大致軸向地延伸。這提供了第一和第二定子環節段之間的有效力傳遞并且確保其響應于轉子的局部軸向偏斜沿軸向方向一致地偏斜。
[0015]所述鏈接元件中的兩個可以在每對周向對準的第一和第二定子環節段的徑向外緣區域之間大致軸向地延伸。每個鏈接元件可以在徑向外緣區域上的周向最外位置之間大致軸向延伸。兩個鏈接元件的使用可以有利地響應于轉子的局部軸向偏斜加強第一和第二定子環節段的偏斜。
[0016]每個鏈接元件可以在其相對的端部樞轉地連接至每對周向對準的第一和第二定子環節段的徑向外緣區域，例如圍繞與相應的第一或第二定子環節段的徑向外緣周向相切的樞轉軸線。這可以加強第一和第二定子環節段的協調偏斜。
[0017]軸向磁通機器可以包括第一和第二定子支承件，例如定子支承盤的形式，其可以靜態定位在轉子的相對側上以分別支承第一和第二定子環。定子支承件可以是相對輕質的結構，由此簡化軸向磁通機器的結構。
[0018]第一定子環節段可以在其徑向內緣或靠近所述徑向內緣處被支承在第一定子支承件上，使它們定位在第一定子支承件與轉子的第一軸向面之間。第二定子環節段可以在其徑向內緣或靠近所述徑向內緣處被支承在第二定子支承件上，使它們定位在第二定子支承件與轉子的第二軸向面之間。
[0019]第一和第二定子環節段中的每一個可通過鉸接支承連桿被支承在其徑向內緣或靠近其徑向內緣處，用于沿大致軸向方向運動，以模擬轉子的任何局部軸向偏斜。
[0020]第一和第二定子環節段中的每一個可以在其徑向內緣或靠近其徑向內緣處由一對周向間隔的支承連桿支承。支承連桿可以定位在每個相應的第一或第二定子環節段的周向最外位置處。利用一對周向地間隔的支承連桿的這種裝置提供簡單的結構，而且同時以有效的方式將第一和第二定子環節段可偏斜地安裝在相應的第一和第二定子支承件上。[0021 ] 在一種布置中，每個支承連桿可以是鉸接支承連桿，該鉸接支承連桿在一端可以樞轉地連接在位于或靠近第一或第二定子環節段的徑向內緣處，并且其可以在另一端樞轉地連接至相應的第一或第二定子支承件的軸向內面。在另一種布置中，每個支承連桿可以包括多個鏈接元件，多個鏈接元件定位在第一或第二定子環節段的徑向內緣處或靠近所述徑向內緣，以允許第一或第二定子環節段相對于第一或第二定子支承件的大致軸向運動。在后一種布置中，鏈接元件可以采取平行四桿機構的形式。最終選擇成將每個第一定子環節段的徑向內緣支承在第一定子支承件上以及將每個第二定子環節段的徑向內緣支承在第二定子支承件上的鏈接元件的布置可以適用于軸向磁通機器的尺寸，多個鏈接元件被用于獲得所需的定子環運動路徑。
[0022]聯接元件可以在第一定子環節段中的至少一個與第一定子支承件之間延伸以在第一定子環與第一定子支承件之間傳遞轉矩。聯接元件可以在第二定子環節段中的至少一個與第二定子支承件之間延伸以在第二定子環與第二定子支承件之間傳遞轉矩。所述聯接元件中的一個可以在多個第一定子環節段中的每一個與第一定子支承件之間以及在多個第二定子環節段中的每一個與第二定子支承件之間延伸。多個聯接元件的使用對于提高轉矩傳遞以及由此提高機器穩定性是有用的。
[0023]每個聯接元件可以在相應的第一定子環節段與第一定子支承件之間以及在相應的第二定子環節段與第二定子支承件之間沿大致周向方向延伸。每個聯接元件在一端可以圍繞徑向和軸向軸線樞轉地連接在第一或第二定子環節段的徑向外緣處或靠近所述徑向外緣處，以及其在另一端可以圍繞徑向和軸向軸線樞轉地連接在相應的第一或第二定子支承件的徑向外緣處或靠近所述徑向外緣處。例如由萬向接頭提供的這種多軸線安裝確保第一和第二定子環節段可以響應于瞬時載荷沿軸向方向和徑向方向相對于相應的第一和第二定子支承件獨立地偏斜，并且由此跟隨轉子的局部軸向偏斜。
[0024]第一定子支承件可以包括從在其徑向外緣處或靠近所述徑向外緣的位置朝向軸向相鄰的第一定子環的徑向外緣軸向突出的支承臂，聯接元件的所述另一端圍繞徑向軸線和軸向軸線樞轉地連接至支承臂。第二定子支承件可以包括從在其徑向外緣處或靠近所述徑向外緣的位置朝向軸向相鄰的第二定子環的徑向外緣軸向地突出的支承臂，聯接元件的所述另一端圍繞徑向軸線和軸向軸線樞轉地連接至支承臂。支承臂的提供確保聯接元件能夠布置成沿大致周向方向延伸以最大化轉矩傳遞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1和圖2是根據本發明的軸向磁通機器的示意性透視圖；
[0026]圖3是圖1和圖2所示機器的部分地切除的透視圖；
[0027]圖4是圖1中注記A的區域的放大圖；
[0028]圖5是圖1中注記B的區域的放大圖；以及
[0029]圖6是圖2中注記C的區域的放大圖。
【具體實施方式】
[0030]現在將參照附圖僅通過舉例方式描述實施例。
[0031]軸向磁通機器包括轉子盤10，轉子盤10安裝在軸12上用于與軸12圍繞其旋轉軸線一起旋轉。轉子盤10具有第一和第二軸向面14、16,周向布置的永磁體17在第一和第二軸向面14、16上朝向其外周緣安裝。
[0032]第一定子支承盤18安裝在轉子盤10的鄰近第一軸向面14的一側上，第一定子環20在第一定子支承盤18與轉子盤10的第一軸向面14之間安裝在第一定子支承盤18的軸向內面22上。第二定子支承盤24安裝在轉子盤10的鄰近第二軸向面16的另一側上，第二定子環26在第二定子支承盤24與轉子盤10的第二軸向面16之間安裝在第二定子支承盤24的軸向內面28上。第一和第二定子支承盤18、26通過軸承30相對于軸12靜態地安裝。
[0033]第一和第二定子環20、26中的每一個均由多個楔形相應的第一和第二定子環節段32a、32b形成，第一和第二定子環節段32a、32b中的每一個承載適當布置的定子繞組34。第一氣隙8形成在第一定子環20與位于轉子盤10的第一軸向面14上的永磁體17之間。第二氣隙9形成第二定子環26與位于轉子盤10的第二軸向面16上的永磁體17之間。第一和第二定子環節段32a、32b周向對準以形成成對的第一和第二定子環節段32aN、32bN，其中，N=I至η ;例如周向地對準的對32al、32bl ;32a2、32b2 ;32a3、32b3等等。
[0034]特別地參考圖1、2和6，第一定子環節段32a中的每一個在其徑向內緣36a處通過鉸接鏈接裝置樞轉地支承在第一定子支承盤18的內面22上，該鉸接鏈接裝置包括定位在每個第一定子環節段32a的周向末端處的一對周向間隔的鉸接支承連桿38。鉸接支承連桿38在一端樞轉地連接至每個第一定子環節段32a的徑向內緣36a，并且在另一端部連接至第一定子支承盤18的內面22。類似地，第二定子環節段32b中的每一個在其徑向內緣36b處通過鉸接鏈接裝置樞轉地支承在第二定子支承盤24的內面28上，該鉸接鏈接裝置包括定位在每個第二定子環節段32b的周向末端處的一對周向間隔的鉸接支承連桿38。鉸接支承連桿38在一端樞轉地連接至每個第二定子環節段32b的徑向內緣36b，并且在另一端部連接至第二定子支承盤24的內面28。由此將可以理解，第一和第二定子環節段32a、32b能夠圍繞其徑向內緣36a、36b沿大致軸向方向樞轉地偏斜。每個第一定子環節段32a能夠獨立于其它第一定子環節段32a圍繞其徑向內緣36a沿大致軸向方向偏斜。每個第二定子環節段32b同樣可以獨立于其它第二定子環節段32b圍繞其徑向內緣36b沿大致軸向方向偏斜。
[0035]剛性鏈接元件40在每對周向地對準的第一和第二定子環節段32aN、32bN的徑向外緣42a、42b之間軸向地延伸。鏈接元件40協調每對定子環節段32aN、32bN沿軸向方向的任何偏斜，使其一起沿軸向方向運動。在所示實施例中，兩個鏈接元件40連接每對第一和第二定子環節段32aN、32bN，且該鏈接元件40定位在每個定子環節段32的周向末端處。如在圖4中最清楚地看到的，每個鏈接元件40的相對的端部圍繞樞轉軸線可樞轉地連接至相應的第一或第二定子環節段32a、32b的徑向外緣42a、42b，該樞轉軸線與相應的第一或第二定子環節段32a、32b的徑向外緣42a、42b周向地相切。
[0036]特別地參考圖I和圖5，為了在第一和第二定子環20、26與相應的第一和第二定子支承盤18、24之間傳輸轉矩，聯接元件44將第一定子環節段32a中的每一個連接至第一定子支承盤18以及將第二定子環節段32b中的每一個連接至第二定子支承盤24。每個聯接元件44沿大致的周向方向延伸并且在一端通過萬向接頭連接至第一和第二定子環節段32a,32b中的每一個的徑向外緣42a、42b。每個聯接元件44的另一端連接至相應的支承臂46，該支承臂46在鄰近徑向外緣的位置處沿朝向轉子盤10的方向從相應的第一和第二定子支承盤18、24中的每一個的內面22、28軸向地凸出。再次，樞轉連接通過萬向接頭提供。萬向接頭提供每個聯接元件44的端部圍繞徑向和軸向軸線的樞轉連接，使得單獨的第一和第二定子環節段32a、32b的局部軸向和徑向偏斜可被接受。
[0037]在軸向磁通機器的操作期間，在轉子盤10軸向地偏斜的情況下，磁力引起第一和第二定子環20、26的相應的偏斜。由于定子環20、26由單獨的第一和第二定子環節段32a、32b組成，其中第一定子環節段32a能夠彼此獨立地偏斜，第二定子環節段32b同樣能夠彼此獨立地偏斜，第一和第二定子環20、26被單獨沿軸向方向導向，以跟隨(follow)轉子盤10的局部軸向偏斜。此外，鏈接元件40確保周向地布置的成對的第一和第二定子環節段32aN、32bN的任何局部軸向偏斜得以協調，使其沿軸向方向一致地運動。這種布置確保在軸向磁通機器的瞬時荷載期間保持第一和第二氣隙8、9。
[0038]軸向磁通機器特別適于操作為任何大直徑旋轉機器中的電機或發電機。如上所述，軸向磁通機器可以有用地操作為用于研磨機的無齒輪驅動裝置。其也可以實施為風力渦輪機中的發電機。在所示實施例中，軸12包括連接凸緣48，軸12可以經由連接凸緣48連接至由轉子盤10 (例如在研磨機的情況下為研磨機滾筒)驅動或驅動轉子盤10的部件。
[0039]盡管已在前述段落中描述了示例性實施例，但是可以理解，在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可以對這些實施例做出各種改進。由此，權利要求的廣度和范圍不應限制于上述示例性實施例。除非另作明確地闡述，否則在包括權利要求書和附圖的說明書中公開的每個特征可以由用于相同、等同或類似目的的可替代特征取代。
[0040]除非上下文中清除地要求，否則在整個說明書和權利要求書中，詞語“包括”、“包含”以及類似用語被解釋為包括而非唯一或窮盡的意義；也就是說為“包括，但不限于”的意思。
【權利要求】
1.一種軸向磁通機器,包括: 轉子(10)，所述轉子(10)圍繞旋轉軸線安裝并且具有第一和第二軸向面(14、16)； 第一定子環(20)，所述第一定子環(20)定位在所述轉子(10)的鄰近所述轉子(10)的所述第一軸向面(14)的一側上，以在所述第一定子環(20)與所述轉子(10)的所述第一軸向面(14)之間限定第一氣隙(8)，所述第一定子環(20)由多個周向相鄰的楔形第一定子環節段(32a)形成，所述第一定子環節段(32a)中的每一個均具有徑向內緣(36a)和徑向外緣(42a)； 第二定子環(26)，所述第二定子環(26)定位在所述轉子(10)的鄰近所述轉子(10)的所述第二軸向面(16)的另一側上，以在所述第二定子環(26)與所述轉子(10)的所述第二軸向面(16)之間限定第二氣隙(9)，所述第二定子環(26)由多個周向相鄰的楔形第二定子環節段(32b)形成，第二定子環節段(32b)中的每一個均具有徑向內緣(36b)和徑向外緣(42b)并且與相應的楔形第一定子環節段(32a)周向對準； 其中，所述第一和第二定子環節段(32a、32b)能夠響應于所述轉子(10)的軸向偏斜而沿軸向方向偏斜，鏈接元件(40)在每對周向對準的第一和第二定子環節段(32a、32b)的徑向外緣區域(42a、42b)之間延伸，以使其沿軸向方向一致地一起偏斜。
2.根據權利要求1所述的軸向磁通機器，其特征在于，每個鏈接元件(40)在每對周向對準的第一和第二定子環節段(32a、32b)的徑向外緣區域(42a、42b)之間大致軸向延伸。
3.根據權利要求2所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述鏈接元件(40)中的兩個在每對周向對準的第一和第二定子環節段(32a、32b)的所述徑向外緣區域之間大致軸向延伸，每個鏈接元件(40)在所述徑向外緣區域中的周向最外位置之間大致軸向延伸。
4.根據前述權利要求中任一項所述的軸向磁通機器，其特征在于，每個鏈接元件(40)在其相對的端部處圍繞樞轉軸線可樞轉地連接至每對周向對準的第一和第二定子環節段(32a、32b)的所述徑向外緣區域(42a、42b)，所述樞轉軸線與相應的第一或第二定子環節段的所述徑向外緣周向相切。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的軸向磁通機器，其特征在于，第一和第二定子支承件(18、24)靜態定位在所述轉子(10)的軸向相對側上，以分別支承所述第一和第二定子環(20、26)。
6.根據權利要求5所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述第一定子環節段(32a)在其徑向內緣(36a)處或靠近所述徑向內緣(36a)處且在所述第一定子支承件與所述第一轉子(10)的所述第一軸向面(14)之間被支承在所述第一定子支承件(18)上；以及所述第二定子環節段(32b )在其徑向內緣(36b )處或靠近所述徑向內緣(36b )處且在所述第二定子支承件與所述轉子(10)的所述第二軸向面(16)之間被支承在所述第二定子支承件(24)上。
7.根據權利要求6所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述第一和第二定子環節段(32a、32b )中的每一個均在其徑向內緣處或靠近所述徑向內緣處通過一對周向間隔的支承連桿(38)支承。
8.根據權利要求7所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述支承連桿(38)定位在每個相應的第一或第二定子環節段(32a、32b)的周向最外位置處。
9.根據權利要求7或權利要求8所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述第一和第二定子環節段(32a、32b )中的每一個均在其徑向內緣處或靠近所述徑向內緣通過鉸接支承連桿(38)被樞轉地支承，用于沿大致軸向方向的樞轉運動，以模擬所述轉子（10)的任何軸向偏斜。
10.根據權利要求9所述的軸向磁通機器，其特征在于，每個鉸接支承連桿（38)在一端樞轉地連接在位于所述第一或第二定子環節段（32a、32b)的所述徑向內緣處或靠近所述徑向內緣處，其在另一端樞轉地連接至相應的所述第一或第二定子支承件（18、24)的軸向內面（22、28)。
11.根據前述權利要求1至3、6至8、10中任一項所述的軸向磁通機器，其特征在于，聯接元件（44)在至少一個所述第一定子環節段（32a)和所述第一定子支承件（18)之間延伸，以及聯接元件（44)在至少一個所述第二定子環節段（32b )和所述第二定子支承件（24)之間延伸，以分別在所述第一定子環（20)與所述第一定子支承件（18)之間以及在所述第二定子環（26)與所述第二定子支承件（24)之間傳輸轉矩。
12.根據權利要求11所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述聯接元件（44)中的一個在多個第一定子環節段（32a)中的每一個與所述第一定子支承件（18)之間以及在多個第二定子環節段（32b)中的每一個與所述第二定子支承件（24)之間延伸。
13.根據權利要求11所述的軸向磁通機器，其特征在于，每個聯接元件（44)在相應的所述第一定子環節段（32a)與所述第一定子支承件（18)之間以及在相應的所述第二定子環節段（32b)與所述第二定子支承件（24)之間沿大致周向方向延伸。
14.根據權利要求13所述的軸向磁通機器，其特征在于，每個聯接元件（44)在一端圍繞徑向軸線和軸向軸線樞轉地連接在位于所述第一或第二定子環節段（32a、32b )的所述徑向外緣處或靠近所述徑向外緣處，其在另一端圍繞徑向軸線和軸向軸線樞轉地連接在相應的所述第一或第二定子支承件（18、24)的所述徑向外緣處或靠近所述徑向外緣處。
15.根據權利要求14所述的軸向磁通機器，其特征在于，所述第一定子支承件（18)包括從在其徑向外緣處或靠近所述徑向外緣的位置朝向所述軸向相鄰的第一定子環（20)的所述徑向外緣軸向突出的支承臂（46)，所述聯接元件（44)的所述另一端圍繞徑向軸線和軸向軸線樞轉地連接至所述支承臂（46);以及所述第二定子支承件（24)包括從在其徑向外緣處或靠近所述徑向外緣的位置朝向所述軸向相鄰的第二定子環（26)的所述徑向外緣軸向突出的支承臂（46)，所述聯接元件（44)的所述另一端圍繞徑向軸線和軸向軸線樞轉地連接至所述支承臂（46)。
【文檔編號】B24B37/34GK103840628SQ201310585770
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月19日 優先權日:2012年11月19日
【發明者】S.I.布拉德利 申請人:通用電氣能源能量變換技術有限公司