CN102201710A - 超高效电动机焊铜转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高电动机效率，节电增效的超高效电动机焊铜转子的制造工艺，属于电机制造技术领域，适用于标准系列鼠笼型三相和单相异步电动机。本发明的实施例转子采用平行槽铁心，矩形铜排，导条一端为L形，穿入槽内呈Z形，并焊接两端构成端环，从而组成整体高效电动机焊铜转子。本发明设备工装简易，无需昂贵压铸机、压铸模和高温熔铜电炉，只需一般企业设备即能生产。操作工艺简便，采取穿条工艺，钨极氩弧焊；槽内导条与槽壁间有绝缘层，可减少转子中高频横向电流产生的杂损耗有利于降温增效；电机效率可达到国标GB18613-2006“中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级”最高一级超高效水平。

Description

超高效电动机焊铜转子

技术领域

本发明涉及一种超高效电动机焊铜转子，适用于标准系列鼠笼型三相和单相异步电动机。

背景技术

目前, 开发高效电动机与推广应用是国际上发展趋势，世界各国对电动机的节能工作都予以高度重视。我国也不例外,2007年7月1日已实施能效标准“中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级”（GB18613-2006）。该标准是国家强制性的。我国三相异步电动机的效率指标平均值约比国际低3～5个百分点，尤其单相电动机更低,必须在数年内赶上先进水平。为此云南铜业公司和南阳防爆电机公司帅先推出铸铜转子三相异步电动机，提高电机效率取得明显效果。以铜转子代铝转子降低损耗已成为公认的有效措施。但是铸铜转子在工艺和装备方面还存在一些问题：

1．铸铜的熔点约1100℃约比铸铝高400℃，因而给压铸工艺带来很大的难度，合格率低。

2．压铸模具必须耐高温，需用特殊材料和特殊工艺制造。实际上现行模具寿命不够长，造价也高。大约平均压铸铜转子4000个左右模具即将报废，是影响电机成本增加的原因之一。

3．铸铜转子是采取压铸工艺,由于在高温高压强度下铜导条与槽壁紧密贴合,促使接触电阻变得微小,构成横向谐波电流产生杂散损耗增大, 影响电机效率增加。

4．铸铜转子不仅技术难度高,而且需要进口高精度先进的压铸设备。由于投资大一般企业难以承受。当前我国仅有云南铜业公司从西德西门子引进压铸设备实现产业化已投资￥5000万元。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高效电动机焊铜转子，有利于工装简化、投资少，收效快、工艺简便、效率高。

本发明的特征在于：一种超高效电动机焊铜转子，包括转子铁心、导条和转轴，其特征在于：所述铁心圆周均为直槽，所述导条穿入槽内且两端分别紧贴在铁心呈Z形，Z形导条的端部相连接处用氩弧焊连接一起构成转子端环。

本发明的优点：

1.设备工装简易,无需昂贵的压铸机和压铸模以及高温熔铜电炉,只需一般企业所具有的设备即能生产,投资少收效快；

2.操作工艺简便,不用压铸,而是采取穿导条工艺，鎢极氩弧焊铜；

3.槽内导条与槽壁间有足够大的绝缘电阻层, 有助于减少转子中的高频横向电流产生的杂散损耗提高效率,降低温升。

附图说明                           

图1为本发明实施例整体高效铜转子结构示意图。

图2为本发明实施例的转子槽形图。

图3为本发明实施例的导条展开图。

图4为本发明实施例 L形的导条图。

图5为本发明实施例槽内Z形导条图。

图6为本发明实施例转子端环图。

具体实施方式：

参考图1，图5和图6，一种超高效电动机焊铜转子，包括转子铁心（2）、导条（3）和转轴（1），所述铁心（2）圆周均为直槽，所述导条（3）穿入槽内且使两端分别紧贴在铁心呈Z形，Z形导条的端部相连接处用氩弧焊连接一起构成转子端环，上述转子铁心采用矩形平行槽转子冲片叠压成一体，上述导条为矩形铜条。

参考图2,转子冲片平行槽图。槽宽br和槽深hr大于铜条的厚度W和宽度H的0.1㎜。转子铁心叠压为直槽,长度L2公差为+0.5㎜。槽口b02可以设计为半闭口或闭口槽,视堵转转矩Tst或堵转电流Ist的设计值确定。定子铁心为斜槽, 槽斜长度sk一般取一个定子齿距t1。

参考图3, 导条平面展开图。剪料与成形尺寸按下列公式计算：

已知数: 转子槽数Q2、定子内径Di1、转子槽口（拱）毛高h^*r0、导条厚W、导条宽H、转子铁心长度L2 。

转子槽间角                                                        

                    （度）                        1

导条端勾上底宽   

        （㎜）                         2

导条弯曲半径                      （㎜）                        3

导条长边长度         （㎜）                           4

导条端勾下底宽     

   （㎜）                        5

导条短边长度     

           （㎜）                           6

导条L形有效长   

     （㎜）                         7

参考图4,  L形的导条图。一端打勾端面呈梯形,上底宽度为B1, 下底宽B2。

参考图5, 导条在槽内Z形图。两端勾沿反向紧贴合于铁心面。

参考图6, 转子端环图。用每个导条的端勾相连接起来,焊接成的端环。

其制造工艺如下：

1) 叠压: 将转子冲片（图2）按净重和铁长叠压于假轴为直槽。小型电机可以直接叠压于半成品的真轴最后工序带转子铁心完成转轴全部精加工。

2) 剪料: 按图3尺寸剪料。考虑到转子铁长偏差影响,按上述公式计算的导条样品长度须经实施验证,取得完全合适时方可大量冲剪。    

3) 退火: 将导条（图4）两端大于B₁尺寸段,用氧焰加热至表面呈红色,约400～500℃时立刻投入冷水中使端部材质变软，如用薄铜带,在2㎜及以下可以酌情不退火；

4) 成形: 将导条加工成L形（图4）,并使其一端上底宽为B₁；

5) 穿条: 将L形导条（图4）沿逐个槽穿入,同时将另一端沿反向打弯压平, 使导条在槽内呈Z形（图5），要求两端勾紧贴合于铁心端面,接缝处对齐构成端环,内外圆应圆整同轴；

6) 焊接: 将两端的端勾接缝处用氩弧焊牢（图6）；

7) 浸漆: 采用F级环氧浸渍绝缘漆,粘度15～20秒（4#福特杯20℃时）,用常规沉浸法烘干焊铜转子，如用真空浸漆效果更佳；

8) 退假轴: 凡用假轴叠压的铁心,需退出假轴换真轴；

9) 金加工: 精车转子（图1）外圆,同时检测端环的同轴度；

10) 校动平衡: 要求残余不平衡量不大于0.3g。调节不平衡量采取加重法,用平衡胶泥粘贴在端环的内圆处铁心的轭部。

实施例：

本实施例设计额定电压380V, 额定频率50Hz, 

接线, 封闭自扇冷式,防护等级IP55, 绝缘等级 F级,一般用途的 N设计。按国标GB18613-2006“中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级”最高一级和相关标准考核。电动机效率按GB/T1032—2005“三相异步电动机试验方法”中的损耗分析B法确定。

电动机结构参数和性能指标目标（含能效限定值包括额定输出功率和75%额定输出功率的效率）详见表1和表2。实施例的型号、额定功率和极数如下:

实例1: CGX132S1-2, 5.5kW, 2极；

实例2: CGX132S-4,  5.5kW, 4极；

实例3: CGX132M2-6, 5.5kW, 6极。

本设计关键在于转子紫铜焊接工艺。根据国内成熟的经验是采用钨极氩弧焊, 是以氩气作为保护气体，钨极作为不熔化极，借助钨电极与焊件之间产生的电弧，加热熔化母材实现焊接的方法。

氩弧焊的优点：

(1)   除熔点非常低的铝锡外的绝大多数的金属都能焊接,如:铜及铜合金等。

(2)   焊接时无焊渣、无飞溅。

(3)   电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小。

(4)  填充金属和添加量不受焊接电流的影响。

氩气的作用、流量大小与焊接关系：

(1) 氩气属于惰性气体，不易和其它金属材料、气体发生反应。而且由于气流有冷却作用，焊缝热影响区小，焊件变形小。是钨极氩弧焊最理想的保护气体。

(2) 氩气主要是对熔池进行有效的保护，在焊接过程中防止空气对熔池侵蚀而引起氧化，同时对焊缝区域进行有效隔离空气，使焊缝区域得到保护，提高焊接性能。

(3) 调节方法是根据被焊金属材料及电流大小，焊接方法来决定的：电流越大，保护气越大。活泼元素材料，保护气要加强加大流量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种超高效电动机焊铜转子，包括转子铁心、导条和转轴，所述铁心圆周均为直槽，所述导条穿入槽内且使两端分别紧贴在铁心呈Z形，Z形导条的端部相连接处用氩弧焊连接一起构成转子端环。

2.根据权利要求1所述的超高效电动机焊铜转子，其特征在于：所述转子铁心采用矩形平行槽转子冲片叠压成一体。

3.根据权利要求1所述的超高效电动机焊铜转子，其特征在于：所述导条为距形铜条。

4.根据权利要求1所述的一种超高效电动机焊铜转子，其特征在于：所述导条的剪料尺寸按如下公式计算：

转子槽间角                                                        

                    （度）                       1

导条端勾上底宽             （㎜）                      2

导条弯曲半径     

                 （㎜）                       3

导条长边长度     

    （㎜）                    4

导条端勾下底宽     

   （㎜）                   5

导条短边长度     

           （㎜）                       6

导条L形有效长         （㎜）                   7

式中：Q2—转子槽数、Di1—定子内径、h^*r0—转子槽口毛高、W—导条厚、H—导条宽、L2—转子铁心长度。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种超高效电动机焊铜转子，其特征在于：制造工艺流程如下，

1) 叠压：将转子冲片按净重和铁长叠压于假轴为直槽；

小型电机可以直接叠压于半成品的真轴最后工序带转子铁心完成转轴全部精加工；   

2) 剪料： 剪料尺寸按权利4所述的公式计算值，考虑到转子铁长偏差影响,按上述公式计算的导条样品长度须经实施验证,取得完全合适时方可大量冲剪；    

3) 退火： 将导条两端大于B₁尺寸段,用氧焰加热至表面呈红色,约400～500℃时立刻投入冷水中使端部材质变软，如用薄铜带,在2㎜及以下可以酌情不退火；

4) 成形：将导条加工成L形,并使其一端上底宽为B₁； 

5)穿条：将L形导条沿逐个槽穿入,同时将另一端沿反向打弯压平, 使导条在槽内呈Z形，要求两端勾紧贴合于铁心端面,接缝处对齐构成端环,内外圆应圆整同轴；

6) 焊接：将两端的端勾接缝处用氩弧焊牢；

7) 浸漆：采用F级环氧浸渍绝缘漆,粘度15～20秒，条件为4#福特杯20℃时,用常规沉浸法烘干焊铜转子，如用真空浸漆效果更佳；

8) 退假轴：凡用假轴叠压的铁心,需退出假轴换真轴；

9) 金加工：精车转子外圆,同时检测端环的同轴度；

10) 校动平衡： 要求残余不平衡量不大于0.3g，调节不平衡量采取加重法,用平衡胶泥粘贴在端环的内圆处铁心的轭部。

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