CN105229897B - 限制转子平衡中的径向扩展 - Google Patents

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Abstract

一种转子,包括:轴;包括至少一个端环和转子杆的结构,其中至少端环包括在转子平衡过程时经受从轴径向向外的扩展或运动的材料,转子平衡过程涉及结构的旋转;至少部分包围转子杆的芯;以及用于限制结构的径向向外的扩展或运动的装置。一种方法,包括:提供包括至少一个端环和转子杆的结构,其中至少端环包括在结构的旋转时经受从轴径向向外的扩展或运动的材料;由结构和芯组装转子,其中芯至少部分包围转子杆;使转子在转子平衡过程中旋转;以及在转子平衡过程中限制结构径向向外的扩展或运动。

Description

限制转子平衡中的径向扩展
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年6月17日提交的题为“Limiting Radial Expansion in RotorBalancing”的美国申请第13/919,585号的优先权,其内容通过引用合并于此。
背景技术
电动机通常包括在定子内安装在轴上的转子。转子可以具有沿着其外围放置的有时被称为转子杆的传导元件。转子杆可以与轴平行并且可以相对于轴而被倾斜。在转子的每个端部,端环可以被连接到转子杆的相应端部,例如在所谓的鼠笼式转子中实现的。转子杆和端环由诸如铜之类的某种合适的材料制成。
由于转子在正常操作中将旋转,所以重要的是在电动机能够被使用之前将转子正确地平衡。平衡通常包括使转子以相对较高的速度旋转。这在转子部件上施加了很高的负荷。例如,在16,000rpm下的旋转可能使铜转子杆经受10kN数量级的负荷。同样,也可以由铜制成的端环可能经受181MPa数量级的很高的向心剪切力。
这些幅度的负荷可以影响转子平衡。例如,端环材料(例如铜)可能由于受旋转影响的负荷而向外扩展。也就是说,端环的外径可能由于高强度旋转而增加,使得端环比初始大。作为另一示例,端环可能平移,使得其不再与转子轴同轴,引起转子变得不平衡。
有时尝试通过从端环选择性地去除少量材料来抵消这些和其他不平衡源。在这样的去除之后,转子再次以很高的速度被旋转以确定调节是否充分。然而,这样的额外旋转过程可能再次引入一定量的不平衡,如以上所讨论的。
发明内容
在第一方面中,一种转子包括:轴;包括至少一个端环和转子杆的结构,其中至少端环包括在转子平衡过程时经受从轴径向向外的扩展或运动的材料,转子平衡过程涉及结构的旋转;至少部分包围转子杆的芯;以及用于限制结构的径向向外的扩展或运动的装置。
实现方式可以包括以下特征中的任何或全部特征。装置包括在结构和芯中的一个上的突出部以及在结构和芯中的另一个上的槽,其中突出部的径向最外部分与槽的径向最外表面之间初始存在有间隙,并且其中结构的径向向外的扩展或运动在突出部的径向最外部分与槽的径向最外表面接触时被限制。突出部的径向最外部分与槽的径向最外表面具有共同的曲率。装置包括彼此等间隔的三个突出部-槽对。突出部在端环上并且槽在芯上。芯包括叠片的堆叠并且槽包括至少穿过叠片中的最外叠片的开口。芯将转子杆完全包围在杆槽内,其中装置包括被定位在如下的杆槽组中的转子杆组,与所述杆槽中的其他杆槽相比,所述杆槽组中的杆槽相对轴较近地轴向扩展,并且其中结构的径向向外的扩展或运动在转子杆组中的每个转子杆与杆槽组中的对应的一个杆槽接触时被限制。转子杆组中的每个转子杆与其余转子杆相同。杆槽组是彼此等间隔的三个杆槽。材料主要由铜组成并且芯主要由钢组成。
在第二方面中,一种方法包括:提供包括至少一个端环和转子杆的结构,其中至少端环包括在结构的旋转时经受从轴径向向外的扩展或运动的材料;由结构和芯组装转子,其中芯至少部分包围转子杆;使转子在转子平衡过程中旋转;以及在转子平衡过程中限制结构径向向外的扩展或运动。
实现可以包括以下特征中的任何或全部特征。结构和芯中的一个包括突出部,并且结构和芯中的另一个包括槽,其中突出部的径向最外部分与槽的径向最外表面之间初始存在有间隙,并且其中限制结构的径向向外的扩展或运动包括使突出部的径向最外部分与槽的径向最外表面接触。芯将转子杆完全包围在杆槽内,其中转子杆组被定位在如下的杆槽组中,与所述杆槽中的其他杆槽相比,所述杆槽组中的杆槽相对轴较近地轴向扩展,并且其中限制结构的径向向外的扩展或运动包括转子杆组中的每个转子杆与杆槽组中的对应的一个杆槽接触。
附图说明
图1示出具有轴、端环和芯的转子的示例截面。
图2示出具有突出部的图1中的转子的端环的示例。
图3示出具有杆和定位特征槽的图1中的转子的端部叠片的示例。
图4A示出在平衡过程之前的图3的端部叠片与来自图2的端环的组装的示例。
图4B示出在转子已经被旋转到高rpm之后的图4A的端部叠片与来自图2的端环的组装的示例。
图5示出具有轴、端环和芯的转子的另一示例截面。
图6A示出在平衡过程之前的图5的叠片的示例。
图6B示出在平衡过程之后的图6A的叠片的示例。
具体实施方式
本文档描述用于在被执行作为转子平衡过程的部分的高rpm旋转中限制转子部件的径向向外的扩展或运动的系统和技术。在一些实现方式中,使用限制端环的轴向扩展或运动的突出部-槽布置。在一些实现方式中,旋转芯设置有用于限制对应的转子杆的径向向外运动的一些缩短的杆槽。
图1示出具有轴102、端环104和芯106的转子100的示例截面。芯和端环围绕轴。芯可以具有在端环上的一个或多个容纳环108。
芯106可以由单块材料制成,或者其可以由被组装成堆叠的叠片构成。在一些实现方式中,芯的内部部分可以由薄的叠片110(为了清楚,在此示出了其中一个)以及在堆叠的每个端部处的一个或多个厚的端部叠片112构成。在本示例中,端环104具有突出部114,其与厚的端部叠片中的对应的槽(例如沟槽或开口)一起工作以限制端环的径向向外的扩展或运动。
转子100的部件可以使用任意合适的技术来组装。完全或部分包围在芯106中的转子杆116(例如由铜制成)可以被铜焊或电子束焊接到端环104,这里仅给出两个示例。
图2示出具有突出部114的图1中的转子的端环104的示例。突出部被上升到端环的面对叠片的表面以上。例如,当端环被加工或铸型时,突出部可以作为铸型/加工过程的部分而被形成。作为另一示例,突出部可以在稍后通过诸如铜焊、焊接或插入而被附上,并且可以由与端环相同的材料制成或者由不同的材料制成。
在本示例中,围绕端环存在彼此等距地间隔的三个突出部。在其他实现中,可以使用更多或更少的突出部。突出部用于限制端环的轴向向外扩展或运动。突出部可以从凹陷200(例如沟槽或开口)轴向向内定位,凹陷200将在组装时容置转子杆的相应端部。这个以及其他图示中的特征的尺寸仅出于说明示例的目的,并且在其他实现方式中可以不同。
图3示出具有槽300的图1中的转子的端部叠片112的示例。槽被设计成使得突出部能够在组装时装配到其中以及在转子作为平衡的一部分而被旋转时限制突出部的径向向外运动。通过具有最少3个槽,能够抑制端环径向移动,因为每个突出部在特定的角度上限制径向运动并且其中三个突出部完全抑制端环以免其沿着任何方向径向移动。槽还部分限制端环的径向扩展。
例如,槽可以是穿过端部叠片的开口,其可以作为制造(例如冲压)叠片的部分而被形成或者可以稍后形成(例如通过在叠片中冲孔)。在一些实现方式中,槽是凹陷或者没有延伸穿过叠片的整个厚度的其他凹部。如果使用多个端部叠片,则至少外面的端部叠片可以具有突出部延伸穿过其的孔。
端部叠片30具有杆槽302,相应的转子杆将穿过杆槽302。例如,这样的转子杆的外端部可以附接到端环。
图4A示出在平衡过程之前的图3的端部叠片112的示例。在此,端环104定位在端部叠片后面并且因此大部分被其遮挡。也就是说,当前视图是从转子内部朝向其端部(即朝着端环)观察端部叠片的。然而,端环的每个突出部114可见,因为其突出穿过槽300中的对应的槽。
当前示例示出在执行平衡过程(例如后跟低速平衡的高rpm旋转)之前的端环104和端部叠片112。因此,端环当前未被径向向外移动或扩展,如可能在平衡期间发生的。突出部因此相对中央地被定位在槽300内。例如,间隙将突出部的外围与槽的内边缘分开。然而,在旋转期间,突出部可能由于端环的扩展/运动而在槽内整体地稍微移动,如以上所讨论的。
图4B示出在转子旋转到高rpm之后图4A的端部叠片的示例。由于在高的rpm下旋转转子部件,所以端环被径向向外扩展和/或移动。例如,这通过突出部114在槽300中径向向外被改变位置来说明。特别地,每个突出部现在邻接槽的径向最外表面。也就是说,突出部114和槽300限制端环的径向向外的扩展或运动。在本示例中,突出部114的径向最外部分与槽300的径向最外表面具有共同的曲率。
图5示出具有轴502、端环504和芯506的转子500的另一示例截面。芯和端环围绕轴。芯可以具有在端环上的一个或多个容纳环508。在一些实现方式中,芯的内部部分可以由薄的叠片510(为了清楚,在此示出了其中一个)以及在堆叠的每个端部处的一个或多个厚的端部叠片512构成。芯将转子杆514完全包围在杆槽中。在本示例中,其中一些杆槽具有不同于其他杆槽的形状,以限制转子杆的径向向外的扩展或运动。除此之外,转子的部件可以与图1所示的转子的部件相似或相同。现在将描述槽的示例。
图6A示出在平衡过程之前的图5的叠片600的示例。叠片具有多个杆槽602,该多个杆槽602具有规则的尺寸,并且转子杆604被示出在每个槽中。叠片还具有三个限制杆槽606a-c,每个限制杆槽606a-c具有对应的转子杆608a-c。限制杆槽与杆槽602相比,相对叠片的中央较近地径向扩展。在一些实现方式中,限制杆槽还可以以一个或多个其他方式不同于杆槽602。例如,限制杆槽可以朝着叠片的中央较近地径向扩展,和/或可以更窄。在一些实现中,可以使用更大数目的杆槽。例如,可以使用74个杆槽。
图6B示出在平衡过程之后的图6A的叠片600的示例。也就是说,转子部件已经在高的rpm下被旋转并且转子杆604和转子杆606a-c已经被径向向外移动。例如,转子杆可以先前已经被附接到一个或多个端环,其在此出于简化目的而未示出。
限制杆槽606a-c防止转子杆608a-c与它们在杆槽602中进行得一样远地径向向外移动。也就是说,限制杆槽606a-c和转子杆608a-c限制端环的径向向外的扩展或移动。在此,转子杆606a-c的每个将径向向外扩展和/或移动,直到其接触转子杆定位在其中的限制槽中的一个容纳槽的内部边缘。例如,可以看出,转子杆606a-c与其对应的限制杆槽608a-c之间的间隙在至少一个点处已经被变窄或消除。相对而言,转子杆602可以尚未到达其对应的杆槽604的端部。换言之,虽然转子杆604与其杆槽602之间的间隙可能已经在至少一个点处被变窄,但是间隙尚未被完全消除。
在其他实现中,可以使用多于或少于3个限制杆槽。作为另一示例,转子杆608a-c可以与转子杆604相同或不同。
已经描述了大量实现方式作为示例。然而,其他实现方式也被随附的权利要求涵盖。

Claims (11)

1.一种转子,包括:
轴;
结构,包括至少一个端环和转子杆,其中至少所述端环包括在转子平衡过程时经受从所述轴径向向外的扩展或运动的材料,所述转子平衡过程涉及所述结构的旋转;
定位在所述端环上的容纳环;
至少部分包围所述转子杆的芯;以及
在所述结构和所述芯中的一个上的突出结构,以及在所述结构和所述芯中的另一个上的槽结构,其中所述突出结构的径向最外部分与所述槽结构的径向最外表面之间初始存在有间隙,并且其中所述结构的所述径向向外的扩展或运动在所述突出结构的所述径向最外部分与所述槽结构的所述径向最外表面接触时被限制。
2.根据权利要求1所述的转子,其中所述突出结构的所述径向最外部分与所述槽结构的所述径向最外表面具有共同的曲率。
3.根据权利要求2所述的转子,其中所述突出结构和所述槽结构包括彼此等间隔的三个突出部-槽对。
4.根据权利要求3所述的转子,其中所述突出结构在所述端环上并且所述槽结构在所述芯上。
5.根据权利要求4所述的转子,其中所述芯包括叠片的堆叠并且所述槽结构包括至少穿过所述叠片中的最外叠片的开口。
6.根据权利要求1所述的转子,其中所述芯将所述转子杆完全包围在杆槽内,其中转子杆组被定位在如下的杆槽组中,与所述杆槽中的其他杆槽相比,所述杆槽组中的杆槽相对所述轴较近地轴向扩展,并且其中所述结构的所述径向向外的扩展或运动在所述转子杆组中的每个转子杆与所述杆槽组中的对应的一个杆槽接触时被限制。
7.根据权利要求6所述的转子,其中所述转子杆组中的每个转子杆与其余转子杆相同。
8.根据权利要求6所述的转子,其中所述杆槽组是彼此等间隔的三个杆槽。
9.根据权利要求1所述的转子,其中所述材料主要由铜组成并且所述芯主要由钢组成。
10.一种用于在转子平衡中限制径向扩展的方法,包括:
提供包括至少一个端环和转子杆的结构,其中至少所述端环包括在所述结构的旋转时经受从所述轴径向向外的扩展或运动的材料;
由轴、所述结构和芯组装转子,其中所述芯至少部分包围所述转子杆,并且其中在所述端环上定位有容纳环,其中所述结构和所述芯中的一个包括突出结构,并且所述结构和所述芯中的另一个包括槽结构,其中所述突出结构的径向最外部分与所述槽结构的径向最外表面之间初始存在有间隙;
使所述转子在转子平衡过程中旋转;以及
通过使所述突出结构的所述径向最外部分与所述槽结构的所述径向最外表面接触,来在所述转子平衡过程中限制所述结构的所述径向向外的扩展或运动。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述芯将所述转子杆完全包围在杆槽内,其中所述转子杆组被定位在如下的杆槽组中,与所述杆槽中的其他杆槽相比,所述杆槽组中的杆槽相对所述轴较近地轴向扩展,并且其中限制所述结构的所述径向向外的扩展或运动还包括所述转子杆组中的每个转子杆与所述杆槽组中的对应的一个杆槽接触。
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