CN101213728B - 异步电机的笼型转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有定子或笼型转子的异步电机,其中,所述笼型转子具有一个轴(1)和一个叠片组(2),所述叠片组中布置有多个转子条(3),所述转子条在所述叠片组(2)的两端上分别插入一个端板(9)的开口(10)中,并用短路环(4)加以封闭,所述短路环使所述笼型转子一侧上的转子条(3)的末端导电相连,其中,每个端板(9)均具有一个环形突出部,所述突出部至少部分地以形状匹配的方式遮盖住所述短路环(4)的外侧,每个端板(9)均包含一部分转子条(3)和一部分短路环(4)。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有定子和笼型转子的异步电机,其中,所述笼型转子具有一个轴和一个叠片组,所述叠片组中布置有多个转子条,这些转子条在叠片组的两端上分别插入一个端板的开口中,并用短路环加以封闭,所述短路环使笼型转子一侧上的转子条的末端导电相连。
背景技术
电机应用在很多技术领域。电机分直流电机、交流电机和三相电机。三相电机又可分为三相同步电机和三相异步电机。
所有这些电机均包含一个静止的定子和一个采取可旋转安装方式的转子。转子根据具体的结构形式配有一个绕组系统。这个绕组系统可由一个或多个线绕式绕组或条形绕组构成。通过线绕式绕组或条形绕组也可建构笼型绕组。如果异步电动机使用条形绕组和短路绕组,就会形成笼型转子。在此情况下,转子的叠片组包含多个转子条,这些转子条的末端通过短路环彼此导电相连。
众所周知,当转子在工作过程中发热时,转子条与短路环之间的过渡部分会受到剪应力的作用,从而导致连接处断裂。其原因主要在于转子叠片组和短路环发热时会发生不同程度的膨胀,也在于转子工作时所产生的离心力。对此,专利申请公开案JP 2000-014105-A中所提出的方案是增大转子条末端和短路环的厚度,从而增大转子条和短路环的共有截面面积。此外,专利申请公开案EP 1 453 180 A2中所公开的方案是在转子条上连接短路环之前,将每一侧的转子条都插入一个端板中。
其缺点在于,转子条和短路环之间连接的断裂危险性虽有所减小,但断裂的可能性仍然存在。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种具有笼型转子的异步电机,使用这种异步电机时,可避免转子条和短路环之间的连接发生断裂。
根据本发明,达成这个目的的解决方案为:一种具有一个定子和一个笼型转子的异步电机,其中,所述笼型转子具有一个轴和一个叠片组,所述叠片组中布置有复数个转子条,所述复数个转子条在所述叠片组的两端上分别插入一个端板的复数个开口中,并用一个短路环加以封闭,所述短路环使所述笼型转子一侧上的复数个转子条的复数个末端导电相连,其中,每个端板均包含所述复数个转子条的一部分和所述短路环的一部分,每个端板均具有一个外围突出部,所述外围突出部至少部分地抵靠在所述短路环的外侧,
所述端板实施为实心组件,其材料比所述复数个转子条和所述短路环的材料强度更高,
所述复数个转子条在其复数个末端具有一个带有较大截面的隆起,其中,所述复数个转子条的至少一部分隆起位于所述端板的复数个开口中,以及
所述隆起与所述短路环之间的过渡区建构为一个具有一个过渡半径的曲形。
也就是说,在本发明中,每个端板均具有一个环形突出部,这个突出部至少部分地以联锁的方式遮盖住短路环的外侧。
借此可有利地使每个短路环的外侧均被端板包围并固定住,在此情况下,当短路环在工作过程中发热时,不会发生程度过大的膨胀,从而避免转子条与短路环之间的过渡区因产生剪应力而发生断裂。此外,即使在转速较高、离心力较大的情况下,短路环也仍然会稳定地固定在其位置上。
另一种有利的建构方案是:转子条在其末端具有截面较大的隆起,其中,转子条的隆起位于端板中。借此可使转子条与短路环之间的过渡区更为坚固,从而进一步降低其发生断裂的可能性。
此外,隆起与短路环之间的过渡区有利地建构为具有一个过渡半径的曲形。借此可避免出现会产生特大剪应力、因而容易断裂的棱角区。
为能将隆起更好地布置在圆形截面上,也可使隆起与转子条之间存在轻微的错位。借此可有利地避免隆起突出在笼型转子的边缘之外。
一个端板上的开口数量可与转子条的数量相同,也可小于转子条的数量。第一种情况下可对转子条进行特别精确、可靠的控制,从而达到利用端板防止转子条断裂的目的。在第二种情况下,多个转子条插入端板上的一个开口内,如果需要制备的是简单而价格低廉的端板,这种方案就特别有利。
另一种有利的建构方案是:每个端板均具有一个其他环形突出部,这个突出部至少部分地以联锁的方式遮盖住短路环的内侧。在此情况下,短路环的内侧与其外侧一样由端板加以固定。这种建构方案也可防止短路环受到机械损伤。
此外还可在被端板所包围的区域内将转子条和/或短路环的断面上的过渡点建构为具有一个过渡半径的曲形。借此可避免出现容易断裂的棱角区,从而达到提高笼型转子坚固性和可靠性的目的。
端板的有利建构方式是:端板在与轴相连的区域内具有相对较小的材料厚度,或者在这个区域内具有一个较大的中心开口,这个开口的大小使得端板与轴之间并不接触。这两种方案均可节省材料,减小笼型转子的惯性矩。
转子条和短路环有利地用一种具有良好导电性能的材料(铜或铝)制成,并铸造成一个整体零件。
此外还可在短路环远离转子条的一侧设置沿径向向外延伸和/或沿切向延伸的槽,借此可以有利地在异步电机的工作过程中对短路环进行散热。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明以及本发明符合从属权利要求所述特征的其他有利建构方案进行详细说明,但本发明并不仅限于这些实施例,其中:
图1为现有技术中的笼型转子的局部图;
图2为本发明的笼型转子的局部图;
图3为本发明的另一笼型转子的局部图;
图4为图3所示的本发明的笼型转子的局部图;
图5为本发明的另一笼型转子的局部图;
图6为图5所示的本发明的笼型转子的局部图;
图7为本发明的另一笼型转子的局部图;
图8为图7所示的本发明的笼型转子的局部图;
图9为本发明的另一笼型转子的局部图;
图10为图9所示的本发明的笼型转子的局部图;
图11为本发明的另一笼型转子的局部图;
图12为图11所示的本发明的笼型转子的局部图;以及
图13一示范性异步电机。
具体实施方式
图1显示的是现有技术中的笼型转子的局部图。在利用感应原理进行工作的旋转式电机中,转子中的短路绕组用具有良好导电性能的材料(特定而言为铜或铝)制成。这种短路绕组一方面由一定数量具有确定截面的转子条3构成,这些转子条嵌在转子叠片组2中。另一方面,叠片组的端面上分别布置有一个短路环4,这个短路环将相应转子侧的所有转子条3都彼此连接在一起,即将这些转子条电短接起来。目前一般通过压铸法用铝制备转子绕组。
如图1所示,进行铸造时,叠片组2位于两个布置在其端面的压铸模具6之间,从而形成一个由叠片组2中的转子条3和短路环4构成的型腔,这个型腔内完全被铝所填满。这种基本布置也适用于其他铸造材料。短路环4的截面远大于单个转子条3的截面,其中,这两个截面之间形成一个锐边过渡区5。当电机工作时,这个结构会受到机械负荷和热负荷。叠片组2安装在轴1上。
电机通常以可变的转速和负载进行工作,因此,这些负荷为动态负荷。短路环4由于体积相对较大,因而会受到相对较大的离心力的作用。使用铝这种材料时还需考虑的一点是:这种材料的热膨胀系数大约为钢的两倍,也就是说,当电机的负载使得转子温度升高时,短路环4会发生比叠片组2程度更大的膨胀。这两种效应会使短路环发生向外的径向偏移。转子条3由于嵌在叠片组2中而不能不受阻碍地随之一起移动,在此情况下,凹口5处的剪应力会引起过高的应力,从而导致转子条3和短路环4之间的连接发生断裂。特别当短路绕组是用铝制成时,这种效应会在电机工作条件(转速、负载)方面严重限制转子的应用范围。
图2显示的是本发明的笼型转子的局部图。在本发明的笼型转子中,转子条3和短路环4之间的连接处的较高剪应力受到了直接抑制。实心端板9包含任意一部分短路环截面,并可选地包含一个较大的转子条截面7或过渡半径8或同时包含这两者。借此可避免短路环4在脆弱的过渡点上沿径向向外移动,从而发生断裂。
因此,端板9包含一部分转子条3和一部分短路环4。这种措施是用更坚固的材料对转子条3和短路环4之间脆弱的过渡区进行彻底加固。其优点在于只需使用一个组件,而且还可省去铸造后的短路环加固步骤。借此可以简单的方式在转速和热负荷方面扩展铸造转子的工作范围。
除压铸法外,也可用特定而言为铜条或铜环的半成品制备转子绕组,借此可提高负荷。
图3显示的是本发明的另一笼型转子的局部图。图3所示的端板9包含有用于转子条3且数量与转子条3相符的开口10,开口10的截面无需与转子条的截面精确相符,而且原则上也可布置在其他径向位置上,只要由此产生的过渡截面对于制备过程和电机的工作特性而言均为合理的过渡截面。此外,端板9还以旋转对称的形式包含一部分短路环11。也可在端板9的一个开口10中整合多个转子条3。图4是从另一视角显示图3所示的本发明的笼型转子的局部图。
图5与图3相似,只是短路环4位于端板9外部的部分具有任意形状的截面。图6是从另一视角显示图5所示的本发明的笼型转子的局部图。
图7所示的采取其他建构方式的端板9在一个或多个位置上具有过渡半径8。图8是从另一视角显示图7所示的本发明的笼型转子的局部图。
图9显示的是本发明的另一种实施方式,其中,短路环4的整个截面均位于端板9的内部。图10是从另一视角显示图9所示的本发明的笼型转子的局部图。
图11显示的是另一种实施方式,其中,在端板9与轴1的相连区域内,端板9的材料厚度有所减小,或者说,端板9与轴1之间不存在任何连接。此外还可在短路环4远离转子条3的一侧设置沿径向向外延伸和/或沿切向延伸的槽,借此可在异步电机的工作过程中对短路环4进行散热。图12是从另一视角显示图11所示的本发明的笼型转子的局部图。
图13显示的是一示范性异步电机,其具有一个外壳12和一个接线盒13。
Claims (9)
1.一种具有一个定子和一个笼型转子的异步电机,其中,所述笼型转子具有一个轴(1)和一个叠片组(2),所述叠片组中布置有复数个转子条(3),所述复数个转子条在所述叠片组(2)的两端上分别插入一个端板(9)的复数个开口(10)中,并用一个短路环(4)加以封闭,所述短路环使所述笼型转子一侧上的复数个转子条(3)的复数个末端导电相连,其中,每个端板(9)均包含所述复数个转子条(3)的一部分和所述短路环(4)的一部分,每个端板(9)均具有一个外围突出部,所述外围突出部至少部分地抵靠在所述短路环(4)的外侧,
其特征在于,
所述端板(9)实施为实心组件,其材料比所述复数个转子条(3)和所述短路环(4)的材料强度更高,
所述复数个转子条(3)在其复数个末端具有一个带有较大截面(7)的隆起,其中,所述复数个转子条(3)的至少一部分隆起位于所述端板(9)的复数个开口(10)中,以及
所述隆起与所述短路环(4)之间的过渡区建构为一个具有一个过渡半径(8)的曲形。
2.根据权利要求1所述的异步电机,其特征在于,
所述每个端板(9)上的复数个开口(10)的数量与所述复数个转子条(3)的数量相同。
3.根据权利要求1所述的异步电机,其特征在于,
所述每个端板(9)上的复数个开口(10)的数量小于所述复数个转子条(3)的数量,因此,一个开口(10)中插有多个转子条(3)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的异步电机,其特征在于,
每个端板(9)均具有一个第二外围突出部,所述第二外围突出部至少部分地以联锁的方式抵靠在所述短路环(4)的内侧。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的异步电机,其特征在于,
在被所述每个端板(9)所包围的区域内,所述转子条(3)和/或所述短路环(4)的断面上的过渡点建构为一个具有一个预定过渡半径(8)的曲形。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的异步电机,其特征在于,
所述端板(9)在与所述轴(1)相连的区域内具有相对较小的材料厚度,或者在所述区域内具有一个较大的中心开口,所述开口的大小使得所述端板(9)与所述轴(1)之间并不接触。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的异步电机,其特征在于,
所述转子条(3)和所述短路环(4)用铜或铝制成。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的异步电机,其特征在于,
所述转子条(3)和所述短路环(4)用压铸工艺制成,并被铸造成一个整体。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的异步电机,其特征在于,
所述短路环(4)在其远离所述转子条(3)的一侧具有沿径向向外延伸和/或沿切向延伸的复数个槽,借此可在所述异步电机的工作过程中对所述短路环(4)进行散热。
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