CN101515732A - 高速三相异步电动旋转机械的转子结构设计及该旋转机械 - Google Patents

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何君
伍怀秋
何应明
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Abstract

一种根据本发明的用于高速三相异步电动旋转机械的转子结构设计，包括：焊接铜笼型转子铁心绕组、端环径向定心圈、动平衡-螺旋密封套和转轴。转子铁心冲片采用闭口槽，铁心绕组的端环上套有由非导磁金属环与两侧的绝缘金属冲片组成的并采用激光圆周焊接而成的增强保护套，端环径向定心圈与端环的外凸台过盈套入，转轴上的构件与转轴采用热套方式连接成一体。采用本发明的转子结构设计的高速三相异步电动旋转机械，转子圆周线速度可以稳定达到250m/s，效果是显著的。

Description

高速三相异步电动旋转机械的转子结构设计及该旋转机械
技术领域
本发明涉及一种用于高速三相异步电动旋转机械的转子结构设计，特别涉及用于大容量的由高速异步电机驱动的空气制冷机、空气压缩机等的转子结构设计，其中转子以例如不小于每分钟数万转的高速旋转。本发明也涉及包括该转子的其它高速三相异步电动旋转机械。
背景技术
高速异步电动机设计的核心问题之一就是转子结构设计，尤其是大容量(功率15kW以上)、高转速(每分钟六万转以上)的电动旋转机械更是如此。其主要问题就是考虑电动机在每分钟数万转以上的高速旋转时转子要有很高的机械强度，防止因离心力、热应力、电磁力以及切向应力引起的转子变形和破坏，确保运行可靠性。
目前，国内外高速异步电动机的转子一般都采用铸铝笼和铜笼型两种。世界著名的瑞士IBAG公司的高速三相异步电机的转子有分别采用铜笼型和铸铝笼型的，但以铜笼型的为最多，导条为铜条。
然而，对大功率、高转速的异步电动机铸铝笼型转子铁心绕组，铁心冲片一般都采用闭口槽。由于大功率、高转速的高速电机采用铸铝笼绕组在电机的电磁设计上有一定的难度，以及铝笼浇铸的质量控制和材质不易保证等原因，致使电机的性能参数得不到保证和运行可靠性受到影响。而采用焊接铜笼型的闭口槽铁心绕组，需要解决的问题主要是：导条与铁心槽壁之间的间隙必须克服，否则会因电机高速旋转引起剧烈振动而无法工作；端环的外圆周上必须加抗拉强度很高的金属护套，以防止端环与导条焊接后端环的外圆周部分因退火而使材料变软，高速旋转时由于离心力的作用，端环外缘部分产生局部蠕变而导致转子破坏。因此，铜笼型转子的结构设计以上两个问题是首要考虑的，其次才考虑电机的电磁设计问题。
综上分析，采用铜笼型转子在相同条件下对提高电机的综合性能指标有较大的优越性，因此，瑞士IBAG公司生产的高速三相异步电机普遍采用铜笼型转子。国外有报道采用铜粉末冶金高温烧结的工艺方案整体制作铜笼，但工艺复杂，成本太高且技术不太成熟。
本发明的目的，是提供一种用于高速三相异步电动旋转机械的转子结构设计和包括该转子的电动旋转式机械。
发明内容
发明采取的技术方案是一种用于高速三相异步电动旋转机械的转子(3)结构设计，包括：焊接铜笼型转子铁心绕组(9)、端环径向定心圈(10)、动平衡—螺旋密封套(11)和一个用一定的过盈量将所述零件采用热套方式安装到转轴(12)上，经整体精加工而成的部件。
本发明的有益效果是电动旋转机械的转子圆周线速度达到250m/s时，电机运行稳定、可靠。
附图说明
图1是一种作为包括本发明的转子结构设计的高速电机驱动的空气制冷机实施例主视图。
图2是本发明的一种转子结构设计的实施例主视图。
图3是图2中的焊接铜笼型转子铁心绕组的视图。
图4是“C”型增强保护套的主视图。
图5是图2中的端环径向定心圈的视图。
图6是转子旋压工艺图。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的具体实施例。图1表示为一种空气制冷机(1)的主视图，该制冷机(1)由一台包括本发明的转子(3)结构设计的三相异步电动机直接驱动。图1中，制冷机(1)在其中部包括一电动机(2)。电动机(2)包括转子(3)和定子(4)。转子(3)由一对“半浮动式”滑动轴承(5)作为其径、轴向的主支承和由一对球轴承(6)作为接触保护辅助支承。制冷机叶轮(7)和压气机叶轮(8)固定在转子(3)的两个轴端部上。
图2表示上述空气制冷机(1)的转子(3)结构设计。
图3中的焊接铜笼型转子铁心绕组(9)包括：
采用一定厚度的圆形闭口槽转子铁心冲片(13)，将数块冲片按一定的规格长度叠压成圆筒型，由插入转子铁心(19)槽中的导条(14)与端环(18)采用无焊接坡口的“配合间隙式焊接”而成；
图6是将导条(14)与转子铁心(19)槽壁、端环(18)上的导条孔之间的间隙采用冷旋压工艺使转子铁心(19)槽壁和端环(18)上的导条孔与导条(14)紧贴，以保证转子(3)在高速旋转时不会因导条(14)抖动而导致的动不平衡现象发生；
图3中，左右端环(18)上热套有非导磁金属环(15)，一般为不锈钢环。与金属环(15)两侧紧贴的铁心冲片(13)和绝缘—导热硅钢片(16)采用激光圆周焊接使三者成为一体，构成图4中的“C”型增强保护套(20)，确保转子(3)高速旋转的可靠性。
图2、图3中，转子铁心绕组(9)与转轴(12)热套后，端环(18)的外凸台圆周上需喷涂一层绝缘漆(17)，然后才可将端环径向定心圈(10)、动平衡—螺旋密封套(11)依次热套在转轴(12)上。转子(3)两端的端环径向定心圈(10)可以约束端环(18)在高速旋转下的平动；动平衡—螺旋密封套(11)可以提高转子(3)的整体机械强度。
图5中的端环径向定心圈(10)上开有在外圆周上均布的数孔，以使转子(3)在高速旋转时加大对空气的扰动，增强对端环(18)的散热效果。
由于图2中的转子铁心绕组(9)的保护措施增强，由图1所表示的高速电机驱动的空气制冷机(1)，转子(3)可以稳定达到250m/s的圆周线速度，效果是显著的。

Claims (5)

1、一种用于高速三相异步电动旋转机械的转子(3)结构设计，包括：焊接铜笼型转子铁心绕组(9)、端环径向定心圈(10)、动平衡-螺旋密封套(11)和一个用一定的过盈量将所述零件采用热套方式安装到转轴(12)上，经整体精加工而成的部件。
2、根据权利要求1所述的焊接铜笼型转子铁心绕组(9)，包括：
采用0.2-0.35mm厚的圆形闭口槽转子铁心冲片(13)，将数块冲片按一定的规格长度叠压成圆筒型，由插入转子铁心(19)槽中的导条(14)与端环(18)采用无焊接坡口的“配合间隙式焊接”而成；
导条(14)与转子铁心(19)槽壁、端环(18)上的导条孔之间的间隙，采用冷旋压工艺使转子铁心(19)槽壁和端环(18)上的导条孔与导条(14)紧贴；
左右端环(18)上热套有非导磁金属环(15)，与金属环(15)两侧紧贴的铁心冲片(13)和绝缘-导热硅钢冲片(16)采用激光圆周焊接使三者成为一体，构成“C”型增强保护套(20)。
3、根据权利要求1所述的高速三相异步电动旋转机械的转子(3)结构设计，转子铁心绕组(9)与转轴(12)热套后，端环(18)的外凸台圆周上需喷涂一层绝缘漆(17)，然后才可将端环径向定心圈(10)、动平衡-螺旋密封套(11)依次热套在转轴(12)上。
4、根据权利要求1所述的高速三相异步电动旋转机械的转子(3)结构设计，端环径向定心圈(10)上开有在外圆周上均布的数孔。
5、一种高速三相异步电动旋转机械，包括一个由权利要求1所述的转子(3)结构设计。
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