專利名稱：旋轉(zhuǎn)電子裝置的一體式中心平面平衡的制作方法
相關(guān)專利申請(qǐng)文件參照本申請(qǐng)要求享有于2003年7月21日提交的未決美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列No.60/488,880(代理人檔案No.2003P9188US)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用整體地結(jié)合于本文中。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)設(shè)備例如電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，由于材料上的變化及制造公差固有地會(huì)產(chǎn)生不平衡。不平衡的運(yùn)轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致振動(dòng)。振動(dòng)的大小與不平衡的大小有關(guān)，且隨著旋轉(zhuǎn)速度接近轉(zhuǎn)子自然頻率(轉(zhuǎn)子的臨界速度)而增加。對(duì)于撓性軸轉(zhuǎn)子而言，希望其臨界速度小于運(yùn)行速度。該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解，振動(dòng)可破壞旋轉(zhuǎn)設(shè)備例如電動(dòng)馬達(dá)的性能。進(jìn)一步地，連續(xù)的振動(dòng)段將限制旋轉(zhuǎn)設(shè)備的使用壽命及導(dǎo)致較高的維修費(fèi)用。因此，需要使旋轉(zhuǎn)裝置例如電動(dòng)馬達(dá)中的振動(dòng)最小化。
例如，隨著撓性軸轉(zhuǎn)子超過(guò)其臨界速度，該現(xiàn)象在撓性軸轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度范圍內(nèi)發(fā)生，將增加振動(dòng)的大小。振動(dòng)的大小可以通過(guò)提供第三平衡平面的平衡而減小，在旋轉(zhuǎn)裝置例如電動(dòng)馬達(dá)中的第三平衡平面位于緊密地接近于轉(zhuǎn)子的幾何中心處。通過(guò)提供用于平衡的第三平面，可分散平衡重，這樣在貫穿整個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置的速度范圍內(nèi)由于不平衡重而產(chǎn)生的力可以減小至忽略不計(jì)的程度。
傳統(tǒng)的用以平衡旋轉(zhuǎn)裝置的第三平面的系統(tǒng)及方法要求移除活性材料，例如在中心平面位置的鐵心硅鋼疊片。這就要求較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子芯部以補(bǔ)償活性材料的移除。可以理解，用以最小化旋轉(zhuǎn)裝置振動(dòng)的傳統(tǒng)系統(tǒng)及方法的另一缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子必須完全從旋轉(zhuǎn)裝置例如馬達(dá)中移開，以用于每個(gè)平衡嘗試。因此，通過(guò)平衡第三平面未能滿足有效地及有效率地最小化旋轉(zhuǎn)裝置振動(dòng)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)三平面平衡(plane balancing)而不需要移除活性材料(例如鐵心硅鋼疊片)。
本發(fā)明一定的示范性實(shí)施例提供了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子機(jī)器組件，該轉(zhuǎn)子機(jī)器組件包括軸、多個(gè)冷縮配合于軸周邊的疊片，以及附加于疊片間的重物。
一定的示范性實(shí)施例提供了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子、在轉(zhuǎn)子之內(nèi)的星形架軸、附加于該星形架軸上的平面(plane)，以及附加于平面上用于平衡轉(zhuǎn)子的重物。
一定的示范性實(shí)施例提供了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子、定位于轉(zhuǎn)子之內(nèi)的星形架軸、在預(yù)先設(shè)定的位置處附加于星形架軸上且從星形架軸延伸的多個(gè)縱向桿，附加于該多個(gè)縱向桿中的每一對(duì)之間的交叉桿，以及緊固于至少一個(gè)交叉桿上以促進(jìn)該旋轉(zhuǎn)組件平衡的重物。


通過(guò)對(duì)下面一定的示范性實(shí)施例的具體描述并參考附圖，能容易地理解潛在實(shí)施例的廣泛變化，在附圖中圖1A、1B及1C是現(xiàn)有技術(shù)的示意圖；圖2A、2B、2C及2D是產(chǎn)生用于三平面平衡的第三平面的本發(fā)明示范性實(shí)施例的示意圖；圖3A、3B及3C是應(yīng)用到磨銑的星形架軸上的產(chǎn)生用于三平面平衡第三平面的本發(fā)明示范性實(shí)施例的示意圖；和圖4A、4B及4C是包括焊接的星形架軸的產(chǎn)生用于三平面平衡第三平面的本發(fā)明示范性實(shí)施例的示意圖。
圖5是從平衡確定過(guò)程輸出的報(bào)告示意圖。
定義當(dāng)在本文中使用以下術(shù)語(yǔ)時(shí)，適用于所附定義能夠—有能力的，在至少一些實(shí)施例中。
包括—包括但并不局限于。
臨界速度—在機(jī)械共振發(fā)生時(shí)的速度。
電動(dòng)馬達(dá)—用電力驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)。電動(dòng)馬達(dá)可以包括兩個(gè)構(gòu)件，一個(gè)是固定的，叫著定子，且另一個(gè)是可旋轉(zhuǎn)的，叫著轉(zhuǎn)子。任一個(gè)構(gòu)件都可以利用一個(gè)或多個(gè)磁鐵、電磁石及/或鐵磁體部件。
伸長(zhǎng)的—具有比寬度更長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
預(yù)期的—預(yù)計(jì)的。
疊片—分層材料，可以由鋼或備選的堅(jiān)硬材料組成。
縱向的—與縱向或長(zhǎng)度有關(guān)的可以—被允許，在至少一些實(shí)施例中。
電機(jī)-將電能轉(zhuǎn)化成線性和/或角運(yùn)動(dòng)的一種產(chǎn)品。
運(yùn)行速度—運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，通常位于同步速度與完全負(fù)載速度之間。
磁極—在磁性體中的兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的一個(gè)，磁通量密度集中在這里。
預(yù)定的—預(yù)先已經(jīng)確定的。
剛性的—基本非撓性的。
轉(zhuǎn)子—機(jī)器中的旋轉(zhuǎn)部分。
軸—長(zhǎng)的、一般圓柱形的桿，其可旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子與其耦合。
冷縮配合—架熱來(lái)膨脹材料以便在冷卻下材料緊緊地繞物體配合。
速度—線性或旋轉(zhuǎn)速度。
定子—另一部分(轉(zhuǎn)子)旋轉(zhuǎn)所處的或所圍繞的的固定部分。
充分地—達(dá)到較大的范圍或程度。
系統(tǒng)—機(jī)械、裝置和/或結(jié)構(gòu)的組件，該組件設(shè)計(jì)成可執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)特定的功能。
具體實(shí)施例方式
一些示范性的實(shí)施例提供了旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子機(jī)器組件，該轉(zhuǎn)子機(jī)器組件包括軸、多個(gè)繞軸周邊冷縮配合的疊片以及附加于疊片之間的重物。一些示范性的實(shí)施例提供了旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子、在轉(zhuǎn)子之內(nèi)的星形架軸、附加于星形架軸上的平面，以及附加于用于平衡轉(zhuǎn)子的平面上的重物。一些示范性的實(shí)施例提供了旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子、位于轉(zhuǎn)子之內(nèi)的星形架軸、在預(yù)定位置處附加且從星形架軸延伸的多個(gè)縱向桿、附加于多個(gè)縱向桿中的每一對(duì)之間的交叉桿，以及緊固于至少一個(gè)交叉桿上以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)組件平衡的重物。
圖1A、1B及1C顯示了提供用于三平面平衡的第三平面的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的示意圖。如圖所示，轉(zhuǎn)子組件100包括鐵心硅鋼疊片材料的轉(zhuǎn)子疊片101、軸103、轉(zhuǎn)子桿104及連接銅桿104的端部連接器105。轉(zhuǎn)子組件100包括軸線106及徑向空氣通孔107。較厚金屬圓盤102被定位并繞軸103的周邊冷縮配合。
較厚金屬圓盤102提供中心平面，其也被稱為第三平面。特別加工圓盤102以容納平衡重108。平衡重108在由平衡過(guò)程所預(yù)定的各個(gè)位置處由緊固件109緊固到圓盤102上。平衡重108連接在預(yù)先執(zhí)行的平衡過(guò)程所要求的位置處，該平衡過(guò)程可檢測(cè)轉(zhuǎn)子組件并確定角度，從而確定位置，其中，可將每個(gè)平衡重108緊固到圓盤102的外表面上。
可以理解，使用厚度大約0.5-1.5英寸的較厚金屬圓盤102，其用作中心平面以提供三平面平衡，這要求從轉(zhuǎn)子疊片101上移除活性鐵心硅鋼材料。由于重物被緊固且從金屬圓盤102的表面延伸，則需要移除活性鐵心硅鋼材料。該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，移除活性鐵心硅鋼材料將降低效率及轉(zhuǎn)子組件100提供的功率。因此，需要一種用于提供轉(zhuǎn)子組件系統(tǒng)的平衡的系統(tǒng)及方法，且其不會(huì)對(duì)旋轉(zhuǎn)電子裝置(如電機(jī))的操作性能造成消極影響。
圖2A是本發(fā)明轉(zhuǎn)子組件200的示范性實(shí)施例的側(cè)面圖。希望轉(zhuǎn)子組件200包括特別設(shè)計(jì)的疊片210及疊片220。圖2B是軸向通氣孔211的前視圖，其設(shè)于靠近疊片組中心的疊片210內(nèi)，用以穿過(guò)緊固件209。圖2D是顯示了設(shè)在疊片220中的不規(guī)則四邊形的空氣通孔112的示意圖，該疊片220靠近疊片組中心且與疊片210成間隔關(guān)系。圖2C顯示了疊片210和220的截面圖。
平衡重213具有與不規(guī)則四邊形的通孔212一樣的不規(guī)則四邊形的形狀，且包括鉆孔以容納在平衡過(guò)程期間可靠固定于疊片210和220間的緊固件209。在一些實(shí)施例中希望緊固件209是金屬螺栓。平衡重213的孔容納緊固件209，且緊固件209然后通過(guò)不規(guī)則四邊形的空氣通孔212。緊固件209穿過(guò)疊片210的圓形孔且被可靠緊固元件221可靠固定。在一定實(shí)施例中希望使用的可靠緊固元件是金屬螺母。
可以理解，在本發(fā)明中不需要移除疊片，這是因?yàn)榀B片取代了固體金屬圓盤來(lái)緊固平衡重。結(jié)果轉(zhuǎn)子組件的鐵心硅鋼材料不會(huì)減少，因此本發(fā)明不會(huì)降低效率和由電子旋轉(zhuǎn)裝置例如馬達(dá)的運(yùn)作提供的功率。
圖3A是用于向包括轉(zhuǎn)子的星形架軸構(gòu)造的轉(zhuǎn)子組件300提供平衡重的本發(fā)明示范性實(shí)施例的示意圖。如圖3C所示，實(shí)心圓形軸203磨銑成具有星形架軸314的形式。星形架軸314磨銑成包括大量預(yù)定的從其芯部突出的星形架315。接近星形架軸314的幾何中心設(shè)有圓盤狀的平面316，且其具有希望的厚度。在一些實(shí)施例中，圓盤狀平面的希望厚度(寬度)大約是0.5-7.5英寸。
平面316包括螺紋孔317，以接受在平衡過(guò)程中提供的平衡重318。希望的是，對(duì)于每個(gè)平衡重318，緊固件309插入每個(gè)重物的鉆孔及平面316的螺紋孔317。如圖3C所示，緊固件309通過(guò)可靠緊固元件321例如螺栓來(lái)可靠固定。
圖4A是應(yīng)用到焊接星形架軸419上的本發(fā)明另一示范性實(shí)施例的示意圖。如圖4B所示，縱向矩形的桿420在預(yù)定的位置焊接到圓形軸423上以提供星形架軸419。在接近于軸419的幾何中心處，將附加的距形桿421焊接在縱向距形桿420之間。
如圖4C所示，從圓形軸423延伸的縱向距形桿420包括接頭孔以接受平衡過(guò)程中提供的平衡重418。希望的是，對(duì)于每個(gè)平衡重418而言，緊固件409插入每個(gè)重物的孔及距形桿421的接頭孔。緊固件409通過(guò)可靠緊固元件422例如螺栓來(lái)可靠固定。
圖5是所產(chǎn)生輸出500的傳統(tǒng)過(guò)程的示范性實(shí)施例，其確定了用于平衡轉(zhuǎn)子組件所要求的重物及放置重物的位置。圖5A顯示了在平面1上在306度位置處定位17.6克重物，而在平面2上在46度位置處定位22.7克重物。
希望的是，重物僅僅緊固到了疊片中孔的一部分上。然而，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解小孔的關(guān)閉并不影響轉(zhuǎn)子組件的運(yùn)作。
對(duì)于那些該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在閱讀了以上描述的一些示范性實(shí)施例的具體說(shuō)明及附圖之后，可以容易地想到其它的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，多種變化、修改及附加實(shí)施例都是可能的，因此，所有這些變化、修改及實(shí)施例應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是在本申請(qǐng)的精神和范圍內(nèi)。例如，不管任一部分(如標(biāo)題、技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容、摘要、附圖等)的內(nèi)容，除非特別明確地指明，并不要求這些具體描述或介紹的動(dòng)作或元件、這些動(dòng)作的任何特定順序，或這些元件的特定關(guān)系包括在所要求優(yōu)先權(quán)的任何申請(qǐng)的任何權(quán)利要求中。而且，任一動(dòng)作都可以重復(fù)，任一動(dòng)作可以通過(guò)多個(gè)實(shí)體而執(zhí)行，且/或任一元件可以復(fù)制。進(jìn)一步地，任一動(dòng)作或元件可以被排除，動(dòng)作的順序可以改變，且/或元件的相互關(guān)系可以改變。因此，說(shuō)明書及附圖可以認(rèn)為是本質(zhì)上的描述，而不是限制性的。而且，當(dāng)任一數(shù)值或范圍在這里描述時(shí)，除非明確地規(guī)定，否則那些數(shù)值或范圍是近似的。當(dāng)任一范圍在這里描述時(shí)，除非明確地規(guī)定，否則那個(gè)范圍包括其中所用的數(shù)值及其中所有子范圍。引用到本文的任一材料(例如美國(guó)專利、美國(guó)專利申請(qǐng)、書籍、論文等)中的信息僅僅是在這里引用，不存在這些信息與本文提出的其它說(shuō)明書及附圖間的沖突。在發(fā)生這種沖突的情況下，包括將導(dǎo)致所尋求優(yōu)先權(quán)無(wú)效的沖突，則在這種引用材料中的任何沖突信息都會(huì)特別地不會(huì)引用進(jìn)來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的一體式中心平面平衡的系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)子；設(shè)于所述轉(zhuǎn)子中的軸；繞所述軸冷縮配合的第一疊片；繞所述軸冷縮配合的第二疊片；及可靠固定于所述第一和第二疊片之間用于平衡所述旋轉(zhuǎn)裝置的重物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括用于可靠固定位于所述第一和第二疊片之間的重物的緊固件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置是轉(zhuǎn)子組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括在電力發(fā)動(dòng)機(jī)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一疊片包括具有與重物相同形狀的孔，且所述第二疊片包括具有圓形形狀的孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一疊片的孔及所述重物具有不規(guī)則四邊形的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述重物包括用以容納緊固件的鉆孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一疊片的孔和所述第二疊片的孔具有不規(guī)則四邊形的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述緊固件插入通過(guò)所述重物的孔、通過(guò)所述第一疊片的孔，并通過(guò)第二疊片以可靠固定它們之間的重物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述緊固件通過(guò)可靠緊固元件被可靠固定。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可靠緊固元件是螺母。
12.一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的一體式中心平面平衡的系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子內(nèi)所設(shè)置的星形架軸；被磨銑作為處于接近所述星形架軸的幾何中心內(nèi)的中心平面的圓盤；以及可靠固定到所述圓盤上用于平衡所述旋轉(zhuǎn)裝置的重物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括繞所述星形架軸和所述圓盤冷縮配合的疊片。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述圓盤包括用以可靠固定重物的孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括用于通過(guò)所述重物的孔以及所述圓盤的孔來(lái)可靠固定重物的緊固件。
16.一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的一體式中心平面平衡的系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)子；設(shè)于所述轉(zhuǎn)子中的軸；焊接在預(yù)定位置處且從所述軸延伸的多個(gè)縱向桿；在接近所述軸的幾何中心位置處焊接在多個(gè)縱向桿中的每對(duì)之間的交叉桿；以及緊固在交叉桿上用以平衡所述旋轉(zhuǎn)裝置的重物。
17.一種用于旋轉(zhuǎn)裝置的一體式中心平面平衡的方法，其包括將緊固件擰過(guò)平衡重的孔；將所述緊固件插入所述旋轉(zhuǎn)裝置的第一疊片的孔內(nèi)；將所述緊固件擰過(guò)第二疊片的孔，以將所述平衡重可靠固定于所述第一和第二疊片之間，用于平衡并防止所述旋轉(zhuǎn)裝置的振動(dòng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述第一和第二疊片冷縮配合到軸上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述平衡重的孔及所述第一疊片的孔具有不規(guī)則四邊形的形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將可靠固定元件擰到所述緊固件的端部以提供可靠固定，其可將所述平衡重緊密地可靠固定于所述第一和第二疊片之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述可靠固定元件是螺母。
全文摘要
一些特定的示例性實(shí)施例提供了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件，其包括轉(zhuǎn)子機(jī)器組件，該轉(zhuǎn)子機(jī)器組件包括軸、多個(gè)冷縮配合于軸周邊的疊片，以及附加于疊片之間的重物，以用于平衡該旋轉(zhuǎn)機(jī)器組件。
文檔編號(hào)G01M1/16GK1853332SQ200480026554
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月21日
發(fā)明者M·霍多沃尼克, R·V·米斯特里 申請(qǐng)人:西門子能量及自動(dòng)化公司