斜槽式籠型轉子的製造方法和斜槽式籠型轉子的製作方法

2023-11-04 04:57:17

專利名稱：斜槽式籠型轉子的製造方法和斜槽式籠型轉子的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製造一用於一異步電機的斜槽(傾斜)式籠型轉子的方法和一種用此方法製成的籠型轉子。
背景技術：
有關標準異步電機效率的新標準如IE1、IE2及IE3等要求提高材料用量，因為，這類電機只有不斷加大結構長度才能符合這些標準的要求。目前傳統的鋁壓鑄法未來將越來越難以滿足電機效率方面越來越高的要求。然而，銅質籠型轉子可以滿足這樣的效率要求。銅的電導率比鋁高，因而就算結構長度比鋁質籠型轉子短，銅質籠型轉子也能實現更高的效率。現有技術用銅壓鑄法製造銅質籠型轉子。但銅壓鑄法比較複雜，特別是當軸高較大時，在工藝上就不再具有可實施性。如果使用溫度超過1100°c的液態銅，就很難滿足壓鑄工具方面的要求，也很難控制過程參數。DE 43 08 683A1揭示一種製造籠型轉子的方法，這種方法先將由銅構成的短路導條插入疊片式轉子鐵心的槽內。這些銅導條的端面通過短路環彼此相連。用鋁壓鑄法製造這些短路環。澆鑄短路環的同時，用鋁澆灌槽內插入銅導條後留下的剩餘截面，使得短路環也與剩餘截面中所形成的壓鑄導條件連接。該公開案還提出，在這樣一個疊片式轉子鐵心中插入短路導條後，按需要將其傾斜一定角度以達到改善電機運行性能的目的。用這種方法製成的異步電機的優點是，插在槽內的銅導條使電機效率達到了具有壓鑄銅轉子的異步電機的效率水平，其製造成本卻比後者低得多。其原因在於用鋁實施壓鑄過程，而鋁的熔化溫度遠低於銅。

發明內容
本發明的目的是改善這種異步電機的效率。本發明用以達成上述目的的解決方案為一種具有權利要求1所述特徵的異步電機用籠型轉子的製造方法。這種方法包括下列處理步驟-對一帶槽的疊片式轉子鐵心進行傾斜(成斜角/面)處理，-將由一第二材料構成的短路導條插入所述傾斜(斜槽式)疊片式轉子鐵心的槽內，-將由一第一材料構成的短路環澆鑄在所述疊片式轉子鐵心的端面，所述第一材料的電導率低於所述第二材料的電導率，其中，在將所述短路導條插入所述槽之前對其進行傾斜處理，使得所述短路導條在施加所述澆鑄第一材料之前可以基本無變形地插入所述傾斜(斜槽式)疊片式轉子鐵心，從而將一徑向內側槽區幾乎完全填滿，使得所述第一材料在所述澆鑄過程中無法進入所述內側槽區。本發明用以達成上述目的的另一解決方案為一種具有權利要求7所述特徵的用於一異步電機的籠型轉子。這種籠型轉子包括-一帶槽的疊片式轉子鐵心，-由一第一材料構成的澆鑄在所述疊片式轉子鐵心端面的短路環，以及-布置在所述槽中的由一第二材料構成的短路導條，所述第二材料的電導率高於所述第一材料的電導率，其中，-所述疊片式轉子鐵心和所述短路導條經傾斜處理，-將一從所述疊片式轉子鐵心的徑向看位於內側的槽區幾乎完全填滿。從屬權利要求涉及的是本發明的有利實施方式。本發明提供了以低成本製造高效鼠籠式轉子、從而實現運行性能優良的異步電機的可能性。本發明的籠型轉子採用混合設計，不但能滿足前述IE1、IE2、IE3等效率標準的要求，其結構也比壓鑄銅轉子簡單得多。該籠型轉子的短路導條由一種電導率高於短路環材料的材料構成。根據本發明的有利設計方案，例如可將鋁作為構成所述短路環的第一材料，將銅作為構成所述短路導條的第二材料。鋁質短路環用溫度約為600°C的熔液就能澆制，整個過程極易控制。短路導條的極佳導電能力使得籠型轉子效率很高。與例如純銅轉子相比，將鋁用作第一材料還能有利地大幅減小籠型轉子的慣性矩，這能改善電機的動力特性，進一步提高效率，特別是高動力應用時的效率。本發明基於這樣的認識如果疊片式轉子鐵心採用斜槽(傾斜)設計，就能進一步改善這種混合式籠型轉子的運行性能。這種斜槽(傾斜)設計能避免旋轉磁場中產生諧波，降低噪聲，大幅減小轉矩波動。通過先為疊片式轉子鐵心配置短路導條再對其進行傾斜處理，可以實現這種斜槽設計。但如果使用直導條，就會降低槽滿率。因為只有在插入短路導條後槽內還留有一定自由空間的情況下，才有可能對已配置了短路導條的疊片式轉子鐵心進行傾斜(斜槽)處理。因此，本發明通過下述方案來提高導電能力更好的第二材料所構成的短路導條的填槽度在將短路導條插入疊片式轉子鐵心之前就對其進行傾斜處理，使得短路導條在施加澆鑄第一材料之前可以基本無變形地插入斜槽式疊片式轉子鐵心，從而將徑向內側槽區幾乎完全填滿，使得第一材料在澆鑄過程中無法進入該內側槽區。這樣可以使得疊片式轉子鐵心的徑向內側區域中幾乎只有由導電能力相對更好的第二材料所構成的短路導條，槽內所留下的剩餘截面則可以充填第一材料。第一材料的導電能力不如第二材料，因此，通過這種方式可以很容易地為異步電機形成起動導條。這些起動導條的作用是在異步電機起動過程中增大電阻。由於起動過程中的集膚效應會使得籠型轉子內發生從內側區域向外側區域的電流位移現象，因而電流在此刻主要在第一材料所在的徑向外側槽區流動。如果不需要形成起動導條，則最好選擇一種能讓傾斜(扭轉)導條完全填滿槽的短路導條截面。通過這種方式能達到最大的銅填充因子。根據本發明的一種特別有利的設計方案，對槽內插入短路導條後留下的剩餘截面進行充填的具體方法是通過一壓鑄處理用所述第一材料充填已配置了所述短路導條的槽，並藉助所述壓鑄處理製成所述短路環。為了實現上述起動導條，將所述短路導條插入所述槽，並且通過所述壓鑄處理用所述第一材料充填一從所述籠型轉子的徑向看位於外側的槽區。如此一來，用銅製成的短路導條將位於內側槽區，從而構成異步電機的操作導條，壓鑄鋁起動導條則位於外側槽區。所述短路環也可以用鋁製成，其優點是可以減輕鼠籠式轉子的重量，減小其慣性。根據本發明的有利設計方案，所述傾斜(扭轉)處理的傾斜(扭轉)程度為一個槽距，這樣能大幅降低旋轉場中的諧波含量，減小轉矩波動和電機噪聲。根據本發明的有利實施方式，所述方法還包括通過沿軸向堆疊電工鋼片來製造所述疊片式轉子鐵心這一步驟，其中，所述電工鋼片以能夠實現上述斜槽設計的方式相對扭轉布置，通過這種方式可以避免籠型轉子內產生渦流損耗和磁滯損耗。一種異步電機，具有一包含一定子繞組的定子和一採用上述任一種實施方式的籠子轉子，這種異步電機的製造成本遠低於壓鑄銅轉子，但能達到製造方式較為簡單的壓鑄鋁轉子所不能達到的效率標準，而且還因為採用了本發明的斜槽設計而具有優良的運行性能。該電機的效率非常高，因為預扭轉短路導條能夠將整個內側槽區填滿。


下文將藉助附圖所示的實施例對本發明進行詳細說明，其中圖1為本發明實施方式中適於插入疊片式轉子鐵心的槽內的扭轉短路導條的正視圖；圖2為圖1所示短路導條的三維視圖；圖3為採用本發明設計方案的疊片式轉子鐵心的側視圖；圖4為圖3所示疊片式轉子鐵心的端視圖；圖5為圖4所示的疊片式轉子鐵心配置直短路導條後的剖面圖；圖6為圖4所示的疊片式轉子鐵心配置預扭轉短路導條後的剖面圖；圖7為直短路導條的三維視圖；圖8為預扭轉短路導條的三維視圖；圖9為包含多個軸向堆疊電工鋼片的斜槽式疊片式轉子鐵心的剖面圖；以及圖10為具有本發明實施方式所提供的籠型轉子的異步電機。
具體實施例方式圖1和圖2為本發明實施方式中適於插入疊片式轉子鐵心的槽內的扭轉短路導條 3。短路導條3的扭轉的特徵在於扭轉角13，而該扭轉角的特徵則在於兩個短路導條末端因短路導條扭轉而沿電機的周向偏移分布。這種短路導條3例如實施為銅導條，可以幾乎無變形地插入斜槽式疊片式轉子鐵心的槽內。圖3為採用本發明設計方案的籠型轉子1的疊片式轉子鐵心5的側視圖。虛線表示的是疊片式轉子鐵心5插有短路導條的槽因傾斜而形成的分布情況。插入這些短路導條後，分別在其端面將短路環6澆鑄到疊片式轉子鐵心5上。實施這個澆鑄過程時，也用澆注材料澆灌槽內未安插短路導條的剩餘截面。圖4為圖3所示疊片式轉子鐵心5的端視圖。這是一個局部剖面圖，從中可以看至IJ，經斜傾處理後，第一端面槽端14沿周向相對於同一個槽的第二端面槽端15正好偏移一個槽距9。
圖5為圖4所示的疊片式轉子鐵心5配置直短路導條11後的剖面圖。將直短路導條11插入尚未經扭轉處理的疊片式轉子鐵心5，然後再對裝配好的疊片式轉子鐵心5進行扭轉產生傾斜，就能形成圖中所示的槽4的分配情況。在此過程中，短路導條11相應也被傾斜。但是在徑向內側槽區7會形成自由空間16，這會降低內側槽區7的槽滿率。疊片式轉子鐵心5經過扭轉處理後再插入直短路導條11的製造方法也能產生類似效果。如圖5進一步所示，徑向外側槽區8被第一材料填充。該材料優選是壓鑄鋁材，電導率比短路導條11低，這就為異步電機實現了起動導條。使用直導條11的缺點是減小徑向內側槽區7中的填槽區。圖6為圖4所示的疊片式轉子鐵心5配置扭轉短路導條12後的剖面圖。從圖中可以清楚看到，這裡的整個內側槽區7都被短路導條12、具體地、扭轉銅導條所填滿。這麼高的填槽度有助於實現最高效率。在徑向外側槽區8內又形成了由壓鑄鋁材構成的起動導條。由於徑向內側槽區7幾乎百分之百地被銅導條填滿，因此，壓鑄鋁材幾乎僅存在於外側槽區8，並在該區域內產生鼠籠起動轉矩所需要的高歐姆電阻。圖7為被插入圖5所示疊片式轉子鐵心5的直短路導條11。圖8則是已經過扭轉處理的短路導條12，藉助該短路導條可以達到如圖6所示的最高填槽度。圖9為包含多個軸向堆疊電工鋼片10的斜槽式疊片式轉子鐵心的剖面圖。電工鋼片10在此以產生正好為例如一個槽(節)距的理想斜槽的方式相對扭轉。所述疊片式轉子鐵心可用圖中所示的電工鋼片10以衝壓堆疊法製成。作為替代方案，可以通過將電工鋼片10堆疊在帶有傾斜穿插槽的穿插軸上來製成所述疊片式轉子鐵心。圖10為具有本發明實施方式所提供的籠型轉子的異步電機2。這個異步電機2採用混合結構，亦即，其籠型轉子由銅導條構成，銅導條的端面又通過壓鑄鋁環彼此相連，因而能達到較高效率。由於籠型轉子採用斜槽設計，該異步電機的諧波含量極低，噪聲很小， 轉矩波動也較小。
權利要求
1.一種製造一用於一異步電機O)的籠型轉子(1)的方法，包括下列處理步驟對一帶槽的疊片式轉子鐵心( 進行成傾斜處理，將由一第二材料構成的短路導條(3 ；11 ；12)插入所述傾斜疊片式轉子鐵心(5)的槽 (4)內，將由一第一材料構成的短路環(6)澆鑄在所述疊片式轉子鐵心(5)的端面，所述第一材料的電導率低於所述第二材料的電導率，其中，在將所述短路導條(3 ；11 ；12)插入所述槽(4)之前對其進行傾斜處理，使得所述短路導條在施加所述澆鑄第一材料之前可以基本無變形地插入所述傾斜疊片式轉子鐵心(5)，從而將一徑向內側槽區(7)幾乎完全填滿，使得所述第一材料在所述澆鑄過程中無法進入所述內側槽區(7)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，通過一壓鑄處理用所述第一材料充填已配置了所述短路導條(3 ；11 ；12)的槽G)，並藉助所述壓鑄處理製成所述短路環(6)。
3.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，將所述短路導條(3；11 ；12)插入所述槽G)，並且通過所述壓鑄處理用所述第一材料充填一從所述籠型轉子(1)的徑向看位於外側的槽區(8)。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，將鋁作為所述第一材料，將銅作為所述第二材料。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述傾斜為一個槽距(9)。
6.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法還包括通過沿軸向堆疊電工鋼片(10)來製造所述疊片式轉子鐵心( 這一步驟，其中，所述電工鋼片(10)以相對彼此扭轉的方式布置從而產生所述傾斜。
7.一種用於一異步電機O)的籠型轉子(1)，其中，所述籠型轉子(1)包括一帶槽的疊片式轉子鐵心(5)，由一第一材料構成的澆鑄在所述疊片式轉子鐵心( 端面的短路環(6)，以及布置在所述槽中的由一第二材料構成的短路導條(3 ；11 ；12)，所述第二材料的電導率高於所述第一材料的電導率，其特徵在於，所述疊片式轉子鐵心( 和所述短路導條(3 ;11 ;1幻經傾斜處理，將一從所述疊片式轉子鐵心(5)的徑向看位於內側的槽區(7)幾乎完全填滿。
8.根據權利要求7所述的籠型轉子(1)，其中，配置了所述短路導條(3;11;1幻的槽 (4)通過一壓鑄處理而充填有所述第一材料，其中，所述短路環(6)藉助所述壓鑄處理而製成。
9.根據權利要求7或8所述的籠型轉子(1)，其中，從所述籠型轉子(1)的徑向看，所述槽中充填有所述第一材料的區域布置在外側。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的籠型轉子(1)，其中，所述第一材料是鋁，所述第二材料是銅。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的籠型轉子(1)，其中，所述傾斜為一個槽距(9)。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的籠型轉子(1)，其中，所述疊片式轉子鐵心(5)包括沿軸向堆疊的電工鋼片(10)，其中，所述電工鋼片(10)以相對彼此扭轉的方式布置從而產生所述傾斜。
13. 一種異步電機O)，包括一具有一定子繞組的定子和一如權利要求7至12中任一項所述的籠型轉子(1)。
全文摘要
本發明涉及一種製造一用於一異步電機(2)的斜槽式籠型轉子(1)的方法和一種可以用該方法製成的籠型轉子(1)。為了改善所述異步電機(2)的效率，所述籠型轉子(1)包括一帶槽(4)疊片式轉子鐵心(5)、由一第一材料構成的澆鑄在所述疊片式轉子鐵心(5)端面的短路環(6)以及布置在所述槽(4)中的由一第二材料構成的短路導條(3；11；12)，所述第二材料的電導率高於所述第一材料的電導率，其中，所述疊片式轉子鐵心(5)和所述短路導條(3；11；12)經扭轉處理，並且將一從所述疊片式轉子鐵心(5)的徑向看位於內側的槽區(7)幾乎完全填滿。
文檔編號H02K15/00GK102474163SQ201080034580
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月27日 優先權日2009年8月3日
發明者克勞斯·基希納, 克勞斯·比特納, 米夏埃爾·米勒 申請人:西門子公司