CN103999333A - 具有端环和支撑突出部的电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有定子和转子的电机。转子芯部由叠片的叠堆形成，其中叠片是大致平面的，并且与旋转轴线大致垂直地取向。叠片之一包括沿轴向伸出的突出部。导电端环位于转子芯部的轴向端部处，并且与转子芯部上的多个轴向延伸的导体杆连通。突出部与端环联接，并且抵抗在转子旋转期间作用在端环上的离心力的一部分。多个这样的突出部可以用来提供对端环的支撑。本发明还公开了一种制造方法。

Description

具有端环和支撑突出部的电机

技术领域

本发明涉及电机，更具体地，本发明涉及具有转子和端环的电机，该转子具有轴向延伸的导体杆，该端环提供导体杆之间的电气连通。

背景技术

感应马达是通用类型的电机，其采用具有导体杆的转子和在导体杆之间提供电气连通的端环。在操作中，AC电流被提供给感应马达的定子绕组，以产生旋转磁场。定子绕组的旋转电磁场在转子的轴向延伸导体杆中感应电流。转子的感应的电流还产生旋转磁场，该旋转磁场与定子绕组的旋转磁场相互作用，由此能够强制使得转子旋转。在转子中感应的磁场不会以与定子绕组产生的磁场相同的速度旋转，因此，这样的感应马达也被称为异步马达。感应马达在广泛范围的应用中得到了广泛的认可。

与感应马达具有大致相同构造的电机也可以操作为感应发电机，以将施加到转子的机械转矩转换为电能。通过使转子以比同步频率快的速度旋转，典型的感应马达可以操作为感应发电机。风力涡轮机通常使用感应发电机来将转矩转换为电能。感应马达和感应发电机的大致操作原理是本领域普通技术人员众所周知的。

感应马达和发电机通常由于其较为简单的设计而具有大致粗糙的且稳固的构造，这样的设计不需要电刷或换向器来提供与转子的电气连通。然而，这样的电机的经常失效的一个特征是导电端环，该导电端环提供转子的轴向延伸导体杆之间的电气连通。这样的端环通常由诸如铜的导电材料铸造而成，并且当转子经历高旋转速度时，已知这样的端环会由于作用在端环上的高离心力而失效。期望的是提供改进的电机，其可以用作感应马达或发电机并且具有稳固的端环。

发明内容

本发明提供一种电机，其能够用作感应马达或感应发电机，并且包括具有加强突出部的端环，从而使得端环具有稳固的构造。

在一个实施例中，提供一种电机，其具有定子和转子，该转子限定了旋转轴线并且具有转子芯部。转子芯部由叠片的叠堆形成，该叠片的叠堆具有第一叠片，该第一叠片形成转子芯部的第一轴向端部。叠片的叠堆之一包括沿轴向伸出超过第一轴向端部的至少一个突出部。端环在第一轴向端部处设置在转子芯部上，并且由导电材料形成。端环与支撑在转子芯部上的多个轴向延伸导电元件电气连通。突出部与端环联接，其中转子绕轴线的旋转产生作用在端环上的离心力，突出部抵抗该离心力的一部分。

在另一个实施例中，提供一种电机，其包括定子和转子，该转子限定了旋转轴线并且具有转子芯部。转子芯部由叠片的叠堆形成，其中叠片是大致平面的，并且与旋转轴线大致垂直地取向。第一叠片形成转子芯部的大致平面的第一轴向端部。多个间隔开的突出部与第一叠片一体地形成，并且沿轴向伸出超过第一轴向端部。端环设置在转子芯部的第一轴向端部，并且由导电材料形成。端环与支撑在转子芯部上的多个轴向延伸导电元件电气连通。所述多个突出部与端环联接，其中转子绕轴线的旋转产生作用在端环上的离心力，所述多个突出部抵抗该离心力的一部分。

在另一个实施例中，提供一种制造电机的方法，其中该方法包括：用大致平面的叠片的叠堆形成转子芯部。转子芯部限定了中心轴线并且具有第一叠片，该第一叠片限定了转子芯部的大致平面的第一轴向端部。通过弯曲突出部以使得突出部沿轴向伸出超过转子芯部的第一轴向端部，而在叠片之一中形成至少一个突出部。导电材料进行铸造以在转子芯部的第一轴向端部处形成端环，其中端环与突出部接触。该方法还包括：将转子芯部与定子组装，以形成电机。

附图说明

通过结合附图参考本发明实施例的以下说明，本发明的上述和其他特征及其获取方法将会变得更加明显，并可更好地理解发明本身，其中：

图1为电机的示意性横截面图。

图2为转子芯部叠片的端视图。

图3为在转子芯部叠片上的沿轴向伸出的突出部的详细视图。

图4为转子的透视图。

图5为转子的剖视图。

图6为端环的详细剖视图。

对应参考符号表明贯穿若干视图的对应部分。尽管本文所列出的范例以一种形式示出了本发明的实施例，但是以下所公开的实施例并不是详尽的或用来将本发明的范围限制到所公开的精确形式。

具体实施方式

图1中示意性地示出了电机20。电机20包括定子22和转子24，该转子在电机20操作期间绕旋转轴线26旋转。所示的电机20是感应马达，但是作为另外一种选择，其也可以用作感应发电机。

所示的定子22具有常规的结构。然而，转子24的结构提供对端环28的加强的支撑，如以下更详细地讨论的。图4和5中最佳地示出了转子24的整体结构。转子24包括由多个叠堆的叠片32形成的转子芯部30。转子芯部30具有中心孔，转子毂34安装在该中心孔中。转子毂34有助于将叠片32固定在一起，并且用于将轴(未示出)安装到转子。

图2中示出了叠片32之一的端视图。多个狭槽开口36沿着叠片32的外周边定位。当多个叠片32叠堆在一起时，狭槽开口36形成多个轴向延伸的狭槽。轴向延伸的导电元件38设置在轴向延伸的狭槽中，以形成电机20的导体杆。

图2和3所示的叠片具有完全包围开口36的材料，在图示的实施例中，通过将熔化的材料(例如铜)引入到由开口36形成的轴向延伸的狭槽中而形成导电元件38。在导电元件已经冷却之后，通过机加工去除叠片32的径向最外侧部分和最小量的导电元件38。图2和3中的点划线37表示机加工过程之后转子的最终外径。如参考图4可以理解的，由于这种机加工，使得导电元件38的一部分暴露在转子的外径上。

叠片32由金属片材冲压而成，并且具有片材状或大致平面的构造。叠片32被叠堆，以形成转子芯部30，使得由叠片32限定的平面与旋转轴线26垂直地取向。使用大致平面的叠片的叠堆来形成转子芯部是本领域中众所周知的。

除了狭槽开口36之外，图2和3中所示的叠片32还包括多个突出部40。突出部40用来提供用于端环28的结构支撑，如下所述。在图示的实施例中，突出部40绕轴线26等距地以角度间隔开，并且完全包围轴线26。在图2中，仅仅在大致12点钟位置处的一个突出部40弯曲，以伸出到叠片32的平面外。然而，在形成端环28之前，叠片32的剩下的突出部40将类似地弯曲。图3提供了突出部40的透视图，该突出部已经弯曲，并且沿轴向方向伸出到叠片32的平面外。从图2和3中可以看到，突出部40是叠片32的整体部分，该部分可以通过绕突出部40的三个侧面去除材料并随后使突出部40弯曲而形成。

转子芯部30限定了相对的轴向端部42(图5和6)，该相对的轴向端部由位于转子芯部30的相对两端处的叠片32a的大致平表面限定。在图示的实施例中，叠片32a上的突出部40弯曲以伸出超过轴向端部42。突出部40与端环28联接，使得当转子24绕轴线26旋转时，突出部40抵抗作用在端环28上的某些离心力。

如图5和6最佳地示出，并不是形成转子芯部30的所有叠片32都具有伸出到叠片的平面外的突出部40。在图示的实施例中，仅仅是定位在转子芯部30的相对的轴向端部42上的叠片32a具有沿轴向伸出到叠片32的平面外的突出部40。位于相对端部叠片32a之间的中间叠片32b不具有弯曲到叠片的平面外的突出部40。然而，仍然可以从中间叠片去除材料以限定突出部40，其中该突出部40不弯曲并且保持在叠片32b的平面中。作为另外一种选择，中间叠片32b可以不具有限定在其中的突出部40，而仅仅端部叠片32a中冲压形成有突出部40。中间叠片32b中是否应当冲压形成有突出部40但该突出部保持在叠片的平面中的期望在很大程度上取决于用来冲压和叠堆形成转子芯部30的叠片的设备以及对于可用的设备而言哪种制造方法是更加有效的。

从图5和6中还可以看到，突出部40沿轴向伸出超过转子芯部30的轴向端部42并且伸入到端环28中，该轴向端部由端部叠片32a的面向外的平表面33限定。突出部40与端环28接合，使得它们可以抵抗由于转子24的旋转而作用在端环28上的某些离心力。在图示的实施例中，突出部40位于端环28的径向最内侧表面44的径向外侧的位置处，其中突出部40整个被用来形成端环28的导电材料包围。通过以这种方式将突出部40嵌入在端环28中，突出部40抵抗作用在端环上的某些离心力。

作为另外一种选择，可以采用突出部40用来抵抗作用在端环28上的某些离心力的其它构造。例如，突出部40可以在端环28的径向最外侧表面的径向外侧定位成与该径向最外侧表面相邻，以便在电机20操作期间承受作用在端环28上的某些离心力。突出部40还可以定位在端环28的最内侧表面44处，突出部40和端环28之间的附着用来在端环28和突出部40之间传递力，并且由此允许突出部40抵抗作用在端环28上的某些离心力。

如图6中最佳地示出，端环28的小部分48填充了当突出部40弯曲到叠片32a的平面之外时所形成的端部叠片32a的平面内的空间。端环部分48与端部叠片32a的接合还有助于抵抗作用在端环28上的某些离心力，并将端环固定在转子芯部30上。

如图2和3中最易于看出，所示的突出部40限定了大致平面的结构，当相对于叠片32成大约90度的角度弯曲时，该大致平面的结构定位成与径向线46以及叠片32大致垂直，该径向线从旋转轴线垂直地向外延伸。这种构造提供的突出部40较佳地定位成用以抵抗径向向外指向的离心力。然而，也可以采用突出部40的可供选择的构造。例如，突出部40可以相对于叠片32以不同于90度的角度弯曲，并仍然沿轴向伸出超过转子芯部的轴向端部。叠片40还可以形成为使得突出部40和叠片32的其余部分之间的弯曲线并不是定位成与径向线46垂直。

还要注意的是，虽然通常期望在端部叠片32a中形成沿轴向伸出的突出部40，但是有些时候可能也期望从端部叠片32a完全去除突出部40，并且使得相邻的一个中间叠片32b上的突出部40沿轴向伸出而穿过在端部叠片32a中获得的开口并伸入到端环28中。这样的构造将允许更多的用来形成端环28的材料进入到在端部叠片32a中的通过去除突出部而形成的开口中，并且进入到在中间叠片32b中的通过将突出部40弯曲到中间叠片32b的平面外而留下的开口中。所示实施例的这种修改和各种其它的修改均处于本发明的范围内。

在图5中可以看到转子30的整体结构。如图所示，转子30包括端环28，该端环设置在转子30的相对的轴向端部42处。导电元件38(在本文中也被称为导体杆)延伸转子芯部30的轴向长度，并且与每个端环28连接。端环28和导体杆38由导电材料形成并且电气连通，从而能够在电机20操作期间在端环28和导体杆38中感应电流。

现在将讨论转子30的制造。初始，叠片32被冲压和叠堆，以形成转子芯部30。突出部40弯曲到至少一个叠片32的平面外，使得突出部40沿轴向伸出超过转子芯部30的一个轴向端部42。通常，有利的是在转子芯部30的每个轴向端部42处形成多个突出部40，然而，在某些情况下，可能期望仅仅在转子芯部30的一个轴向端部42处采用突出部40。在形成转子芯部30之后，形成端环28和导体杆38。

虽然多种方法可以用来形成端环28和导体杆38，但是这些部件有利地通过铸造诸如铜的导电材料而同时形成。例如，模具可以用来形成端环28，同时狭槽开口36用作用于导体杆38的模具。所得的端环28和导体杆38由一体铸造材料形成，其中突出部40伸入到端环28在铸造材料中。端环28和导体杆38的一体化特性不仅加强了强度，而且还便于端环28和导体杆38内电流的连通和感应。虽然使用一体铸造的端环28和导体杆38提供了这样的优点，但是也可以采用可供选择的形成端环28和导体杆38的方法。

如果毂34与转子30一起使用，那么毂34将以桩固定的方式或以其它方式固定到转子芯部30。然后，转子24与定子22组装以形成电机20，该电机可以采取感应马达或感应发电机的形式。

尽管已经将本发明作为示例性设计进行了描述，但还可以在本公开的精神和范围内对本发明进行修改。因此本申请旨在涵盖采用本发明一般原理的任何变型型式、用途或适应型式。

Claims (21)

1.一种电机，其包括：

定子；

转子，所述转子限定了旋转轴线并且具有转子芯部，所述转子芯部由叠片的叠堆形成，其中第一叠片形成所述转子芯部的第一轴向端部，并且其中所述叠片的叠堆之一包括沿轴向伸出超过所述第一轴向端部的至少一个突出部；

端环，所述端环在所述第一轴向端部处设置在所述转子芯部上，所述端环由导电材料形成，并且与支撑在所述转子芯部上的多个轴向延伸的导电元件电气连通；并且

其中所述突出部与所述端环联接，其中所述转子绕轴线的旋转产生作用在所述端环上的离心力，并且所述突出部抵抗所述离心力的一部分。

2.根据权利要求1所述的电机，其中所述突出部是所述第一叠片的整体部分。

3.根据权利要求1所述的电机，其中所述至少一个突出部包括间隔开的多个突出部，每个突出部都与所述端环联接，其中所述转子绕轴线的旋转产生作用在所述端环上的离心力，并且所述多个突出部抵抗所述离心力的至少一部分。

4.根据权利要求1所述的电机，其中所述突出部伸入到所述端环中。

5.根据权利要求1所述的电机，其中所述突出部限定了大致平面结构，所述大致平面结构与所述第一叠片和径向线两者大致垂直地定位，所述径向线从所述旋转轴线垂直地向外延伸。

6.根据权利要求1所述的电机，其中所述至少一个突出部包括间隔开的多个突出部，所述多个突出部与所述第一叠片一体地形成并且伸入到所述端环中，每个突出部限定了大致平面结构，所述大致平面结构与所述第一叠片和径向线两者大致垂直地定位，所述径向线从所述旋转轴线垂直地向外延伸。

7.根据权利要求1所述的电机，其中所述端环和所述多个轴向延伸的导电元件由一体化铸造材料形成，并且所述突出部伸入到所述铸造材料中。

8.一种电机，其包括：

定子；

转子，所述转子限定了旋转轴线并且具有转子芯部，所述转子芯部由叠片的叠堆形成，所述叠片是大致平面的并与所述旋转轴线大致垂直地取向，并且其中第一叠片形成所述转子芯部的大致平面的第一轴向端部；

间隔开的多个突出部，所述突出部与所述第一叠片一体地形成，所述突出部沿轴向伸出超过所述第一轴向端部；

端环，所述端环设置在所述转子芯部的第一轴向端部上，所述端环由导电材料形成，并且与支撑在所述转子芯部上的多个轴向延伸的导电元件电气连通；以及

其中所述多个突出部与所述端环联接，其中所述转子绕轴线的旋转产生作用在所述端环上的离心力，所述多个突出部抵抗所述离心力的一部分。

9.根据权利要求8所述的电机，其中所述多个突出部伸入到所述端环中。

10.根据权利要求8所述的电机，其中所述多个突出部中的每个突出部限定了大致平面结构，所述大致平面结构与所述第一叠片和径向线两者大致垂直地定位，所述径向线从旋转轴线垂直地向外延伸。

11.根据权利要求10所述的电机，其中所述端环和所述多个轴向延伸的导电元件由一体化铸造材料形成，并且所述多个突出部伸入到所述铸造材料中。

12.根据权利要求8所述的电机，其中所述转子芯部包括：第二叠片，所述第二叠片形成所述转子芯部的大致平面的第二轴向端部；

以角度间隔开的多个第二突出部，所述多个第二突出部与所述第二叠片一体地形成，所述多个第二突出部沿轴向伸出超过所述第二轴向端部；

第二端环，所述第二端环设置在所述转子芯部的第二轴向端部上，所述第二端环由导电材料形成，并且与支撑在所述转子芯部上的多个轴向延伸的导电元件电气连通；并且

其中所述多个第二突出部与所述第二端环联接，其中所述转子绕轴线的旋转产生作用在所述第二端环上的离心力，并且所述多个第二突出部抵抗作用在所述第二端环上的离心力的一部分。

13.根据权利要求12所述的电机，其中与所述第一叠片和第二叠片一体的每个突出部都限定了大致平面结构，所述大致平面结构与径向线以及所述第一叠片和第二叠片中的相应叠片两者大致垂直地定位，所述径向线从所述旋转轴线垂直地向外延伸，并且其中所述端环设置在所述第一轴向端部和第二轴向端部处，所述多个轴向延伸的导电元件由铸造材料一体地形成，并且与所述第一叠片和第二叠片一体的每个突出部都伸入到所述铸造材料中。

14.一种制造电机的方法，所述方法包括：

利用大致平面的叠片的叠堆形成转子芯部，所述转子芯部限定了中心轴线并且具有第一叠片，所述第一叠片限定了所述转子芯部的第一轴向端部；

在所述叠片之一中形成至少一个突出部并且使所述突出部弯曲，使得所述突出部沿轴向伸出超过所述转子芯部的第一轴向端部；

铸造导电材料以在所述转子芯部的第一轴向端部处形成端环，其中所述端环的导电材料与所述突出部接触；以及

将所述转子芯部与定子组装。

15.根据权利要求14所述的方法，其中形成至少一个突出部的步骤包括：在所述第一叠片中形成所述突出部。

16.根据权利要求15所述的方法，其中形成至少一个突出部的步骤包括：在所述第一叠片中形成间隔开的多个突出部，并且使所述多个突出部中的每一个突出部弯曲，使得每个突出部沿轴向伸出超过所述转子芯部的第一轴向端部。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述端环具有径向最内侧表面，并且所述端环在所述端环的径向最内侧表面的径向外侧的位置处与所述突出部接触，并且其中所述转子芯部具有第二叠片，所述第二叠片限定了所述转子芯部的第二轴向端部，所述方法还包括：

在所述第二叠片中形成多个第二突出部并且使所述多个第二突出部弯曲，而使得所述多个第二突出部中的每个第二突出部沿轴向伸出超过所述转子芯部的第二轴向端部；

铸造导电材料以在所述转子芯部的第二轴向端部处形成第二端环，所述第二端环具有径向最内侧表面，其中所述第二端环在所述第二端环的径向最内侧表面的径向外侧的位置处与所述突出部接合。

18.根据权利要求17所述的方法，其还包括：在所述转子芯部中形成多个轴向延伸的狭槽，并且其中铸造导电材料的步骤包括：铸造导电材料以在所述转子芯部的狭槽中形成轴向延伸的导体杆，所述轴向延伸的导体杆与定位在所述转子芯部的第一轴向端部和第二轴向端部处的端环成一体。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个突出部大致被形成所述端环的导电材料完全包围。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述突出部限定了大致平面结构，所述大致平面结构与所述第一叠片和径向线两者大致垂直地定位，所述径向线从所述中心轴线垂直地向外延伸。

21.根据权利要求14所述的方法，其还包括：在所述转子芯部中形成多个轴向延伸的狭槽，并且其中铸造导电材料的步骤包括：铸造导电材料以在所述转子芯部的狭槽中形成与所述端环成一体的轴向延伸的导体杆。