CN105811607A

CN105811607A - 用于转子的磁块、转子制造过程及对应的电机

Info

Publication number: CN105811607A
Application number: CN201610036802.7A
Authority: CN
Inventors: M.比特曼; G.D.勒弗勒姆
Original assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Current assignee: GE Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2016-07-27
Also published as: EP3048710A1; BR102016001178A2; CA2917568A1; US20160211708A1; EP3048710B1; CA2917568C; US10236733B2

Abstract

本发明涉及用于转子的磁块、转子制造过程及对应的电机。具体而言，本发明涉及电机转子的磁块(23)，其沿纵轴线(X-Xˊ)延伸且包括多个壳体，各个壳体能够接纳相应的导电条(28)。磁块(23)还包括在沿纵轴线(X-Xˊ)的其长度的至少一部分上的至少一个开口，其从壳体(32)中的一个壳体沿径向延伸，且沿大致垂直于纵轴线(X-Xˊ)的径向方向朝外开放。

Description

用于转子的磁块、转子制造过程及对应的电机

技术领域

本发明涉及用于电机转子的磁块，并且还涉及这样的转子。本发明还涉及包括这样的转子的电机。本发明还涉及用于这样的转子的制造过程。

背景技术

文献EP-A-0609645描述了一种包括磁块和短路笼的转子。短路笼包括两个短路环以及多个汇流条，各个汇流条电连接短路环。

然而，这样的转子具有大约0.7到0.8的相对较低的功率因数。对于工程机器，功率因数限定为有功功率与表观功率之间的比率。功率因数具有越接近值1的主值，则转子所需的激励电流就越小，因此，对于电机的端子处的相同电功率可得到转子的很高的机械转矩值。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种允许电机的较高值的功率因数的转子。

出于此目的，本发明涉及电机转子的磁块，其沿纵轴线延伸，且包括多个壳体，各个壳体有可能接收相应的导电条。

此外，磁块包括在沿纵轴线的其长度的至少一部分上的至少一个开口，其从壳体中的一个壳体沿径向延伸，且大致垂直于纵轴线沿径向方向朝外开放。

根据特定实施例，磁块包括单独地取得或遵循所有技术上可能的组合的一个或多个以下特征：

－各个开口在磁块的沿纵轴线的整个长度上延伸；

－磁块由沿垂直于纵轴线的平面的外周界定，各个开口在磁体的外周处在两个纵向边缘之间延伸，两个边缘之间的距离在4mm和10mm之间；

－开口的数目等于壳体的数目，且各个开口从相应壳体中的一个壳体沿径向延伸且沿径向方向朝外开放；

－各个开口为凹槽形状，垂直于纵轴线的其截面包括大致矩形形状的第一部分以及大致梯形形状的第二部分，第一部分朝壳体中的一个开放，第一部分开放到第二部分中，第二部分沿径向方向朝外开放；

－大致梯形形状的第二部分包括沿径向向外的小底和大底，小底沿径向方向置于大底外，大致梯形形状的第二部分包括将小底连接到大底的侧部，所述侧部形成5°和25°之间的角度，优选地大致等于15°，其中高度穿过所述侧部的其中一个点。

本发明还涉及包括如上文限定的磁块的电机转子、短路笼、多个导电条，所述短路笼沿纵轴线延伸且包括沿纵轴线置于磁块的任一侧上的两个短路环，各个导电条电连接两个短路环。

例如，转子包括至少一个电或非磁性隔离塞，塞布置在优选在第二部分内的该开口或各个开口内，以便在沿纵轴线的其长度的至少一部分上闭合该开口或各个开口。

此外，本发明涉及电机，尤其是异步电机，特别是包括如上文限定的定子和转子的电动机。

本发明还涉及转子制造过程，包括：

－磁块的构造阶段，该磁块沿纵轴线延伸且包括多个壳体，各个壳体可能接纳来自多个条且在沿纵轴线的其长度的至少一部分上的条，至少一个开口从壳体中的一个壳体沿径向延伸且沿大致垂直于纵轴线的径向方向朝外开放；

－短路笼的构造阶段，该短路笼沿纵轴线延伸且包括沿纵轴线置于磁块的任一侧上的两个短路环，以及多个导电条，各个导电条电连接两个短路环。

附图说明

本发明的其它特征和优点将在阅读本发明的实施例的以下描述时清楚，其仅给出为非限制性示例且参照了附图，在附图中：

－图1为根据本发明的电机的示意性轴向截面视图，

－图2为图1中的机器转子的一部分的截面视图，

－图3为沿图2中的线III-III的轴向截面视图，以及

－图4为图2中的环绕区域IV的放大视图。

具体实施方式

通常，在本申请中，短语"大致等于"将表示加或减5%的同等关系。

在图1中，示出了根据本发明的电机，其由参考标号10表示。电机10优选为异步电机，特别是异步电动机。

电机10包括框架12、定子14、转子16和轴18。

电机10适于在很高的转速下操作，例如，从3000rpm到20000rpm的范围，且具有高电功率，例如，大于10兆瓦(MW)，优选大于50MW。

框架12和定子14是已知元件，且因此并未更详细描述。

转子16限定也称为纵轴线的旋转轴线X-X'。在下文中，短语"轴向地"、"径向地"和"周向地"将参照轴线X-X'使用。

转子16固定至轴18，且包括短路笼22和磁块23。

转子16为大质量的转子，例如，大于1000千克(kg)，优选大于10000kg。

短路笼22包括第一电短路环24、第二电短路环26，以及多个导电条28。

磁块23包括转子面板30的叠层和用于保持叠层的系杆。

磁块23沿纵轴线X-X'延伸，且由外周界定。

磁块23包括多个条壳体32、适于接纳系杆30的多个横穿纵向孔38、多个开口34，以及多个塞35。

第一短路环24和第二短路环26相同。

各个短路环24、26为与旋转轴线X-X'同轴放置的圆盘。第一短路环24置于磁块23的一个轴向侧上，而第二短路环26置于磁块23的另一轴向侧上。

各个短路环24、26相对于磁体23或相对于轴18轴向地固定。例如，各个短路环24、26在轴18上收缩或紧固到磁块23。作为备选，短路环24、26紧固到固定至轴18或磁块23的任何其它中间部分。

例如，各个短路端24、26由金属制成，优选由铜制成。优选地，各个短路环24、26特别地由单个部分制造成一件。

各个短路环24、26配备有多个轴向腔36、38。各个第一轴向腔36有可能接纳相应的条28。各个第二轴向腔38有可能接纳相应的系杆30。

各个条28包括第一端部40、第二端部42，以及在端部40、42之间延伸的中部44。例如，条28由金属(诸如铜)制成。条28平行于旋转轴线X-X放置。此外，中部44具有圆形截面。

各个条28特别地由单个部分制造成一件。第一端部40机械地且电性地连接到第一短路环24。第二端部42也电性地且机械地连接到第二短路环26。

各个条30包括第一端部46、第二端部48和在端部46、48之间延伸的中部50。系杆30为具有大于杆28的材料的刚度的材料。系杆30平行于旋转轴线X-X'放置。此外，系杆30的中部50具有圆形截面。各个系杆30特别地由单个部分制造成一件。系杆30能够通过压靠短路环24、26来确保转子面板的叠层的机械保持。

条壳体32的数目与条28的数目相同。因此，相应的条壳体32与各个条28相关联。各个条壳体32具有从条28的中部44的额外截面。因此，该截面在所示示例中为圆形。各个壳体32具有后标有Φ1的直径。另外，各个壳体32在头两个轴向腔36中的短路环24、26的水平处延伸。

横穿纵向孔38的数目与系杆30的数目相同。因此，相应的横穿纵向孔38与各个系杆30相关联。各个横穿纵向孔38具有从系杆30的中部50的额外截面。因此，该截面在所示示例中为圆形。另外，各个孔38在短路环24、26的水平处延伸。

开口34的数目等于壳体32的数目。因此，相应的条壳体32与各个开口34相关联。

各个开口34从相应的壳体32中的一个壳体沿径向延伸，且沿大致垂直于纵轴线X-X'的径向方向朝磁块23的外部开放。

如图3中所见，各个开口34在沿磁块23的纵轴线X-X'的整个长度上延伸。作为备选，一些开口34仅在沿磁块23的纵轴线X-X'的长度的一部分上延伸。

如图2和图4中所示，开口34为凹槽，开口34的垂直于纵轴线X-X'的截面沿纵轴线X-X'大致恒定。

图4中详述了开口34的截面。开口34的截面包括两个部分52、54。第一部分52在条壳体32的一部分与第二部分54之间延伸。第二部分54从第一部分52朝磁块23的外部开放。

第一部分52大致具有矩形ABCD的形状。第一部分52具有标为L1的长度和标为L2的宽度。如图4中所见，L1=AB=CD且L2=AD=BC。

第一部分52的长度L1与壳体32的直径Φ1之间的比率在0.1和0.4之间。优选地，第一部分52的长度L1与壳体32的直径Φ1之间的比率在0.2和0.3之间。优选地，第一部分52的长度L1与壳体32的直径Φ1之间的比率等于0.25。例如，壳体32的直径Φ1在10mm和50mm之间，且优选在30和40mm之间。

例如，第一部分52的长度L1在4毫米(mm)和10mm之间。优选地，长度L1大致等于8mm。

例如，第一部分52的宽度L2在4mm和10mm之间。优选地，长度L2大致等于6mm。

第二部分54具有等腰梯形EFGH的形状。梯形EFGH包括小底EF和大底GH。第一部分52大致在其中间在大底GH处朝第二部分54开放。另外构想，大底GH和第一部分52的节段CD的等分线组合。图4中示出了对应的直线Δ。优选地，第一部分52的长度L1等于梯形EFGH的小底EF的长度。

小底EF与大底之间的尺寸比使得由侧部EH和穿过E的高度形成的角α在5°和25°之间，优选大致等于15°。

小底EF具有在4mm和10mm之间的长度。优选地，小底EF的长度等于8mm。另外构想，各个开口34在两个纵向边缘E和F之间延伸至磁块23的外周，这两个边缘之间的距离在4mm和10mm之间。

梯形EFGH的高度的长在4mm和10mm之间。优选地，高度的长等于8mm。

各个塞35由电隔离材料制成。作为备选，一些塞35由非磁性金属材料制成，诸如不锈钢。

各个塞35布置在各个开口34中，以便沿纵轴线X-X'在开口34的长度的至少一部分上闭合各个开口34。

塞35具有与第二部分54的形状互补的形状。在此情况中，垂直于塞35的纵轴线X-X'的区段沿纵轴线X-X'恒定，且根据垂直区段，塞35的形状为梯形。作为备选，塞35闭合第一部分52和第二部分54。

塞35能够将开口34与外部隔离，且特别是防止灰尘进入而沉积在开口34中。因此，塞35能够描述转子16旋转时由开口34生成的哨声噪音。当转子16旋转时，塞35还减小空气中的摩擦损失，因为在开口34设有塞35时，磁块23的外表面较平坦，较少"起伏"且不太粗糙。角α的选择通过由旋转的离心力施加在塞35上的外径向力允许对于梯形第二部分54中的塞35具有自动锁定效果。很低的值的角α引起在离心力的效果下很大的径向位移朝塞35的外部。作为备选，在未闭合的第一部分52中可存在空气流，以便对传送电流的条除热，且因此减少条28的加热。第一部分52在条28的第二部分54中的塞35之间的空的空间交替地构成空气管道。

转子16有利地制造如下。

首先，形成磁块23的不同的磁转子面板切割成具有如参照图2所述的轮廓。因此，壳体32、开口34和纵向孔38通过从磁块23切割转子面板形成。作为备选，壳体32、开口34和纵向孔38通过磁块23的机加工制成。

磁块23的制造包括将系杆30插入纵向孔38中。因此，磁块23特别容易制造，同时在轴向压力下通过用于保持叠层的系杆30的张力来压紧所有转子面板。

然后，条28放置在其相应的壳体32中的磁块23周围，且机械和电性地连接到短路环24、26。最后，塞35插入第二部分54中的开口34中。作为备选，塞35在将条28插入其壳体32中之前插入开口34中。

专业人员将理解应用于大功率且在很高转速下操作的电机(优选异步的)的如图4中所示的开口及其特定轮廓的益处。没有开口34的这种转子16具有大约0.7到0.8的相对较低的功率因数，但还具有在电机的操作的测试期间不控制其在预计计算与其实际测量之间的值的风险。

实际上，磁通线趋于集中在磁块23的外周处。这些磁通线的密度很大，这在磁块23的外周中生成了很强的感应，特别是在短路笼的条28与转子磁面板的外径之间的区域中。条28与磁块23的外周之间的径向距离在此位置最小，引起较大值的磁通线密度和相关联的感应。这在转子磁面板中引起该位置中的饱和，且因此增大转子的激励电流。

饱和使旋转电机的电操作点的精确计算很难，且因此使得难以利用不具有开口34的此转子16确定电机的功率因数的值。

开口34中断磁块23的外周处的磁通量传导。转子的磁通线与定子的那些闭合，同时从磁块23的外周穿过条28之间，同时绕过条28，磁通线不可在由开口34中断的磁块23的外周处再穿过。因此，存在磁通线的较低密度，因为在条28之间和周围的磁面板中存在比条28与转子磁面板的外周之间更多的空间。因此，本发明具有的优点在于，避免用于高功率和高转速的异步电机的转子磁面板的饱和，这允许减小转子16的激励电流，将功率因数增大至大于0.8的值，优选大于或等于0.85，且通过在磁块23的转子面板中没有饱和来控制其值。

Claims

1.电机转子的磁块(23)，其沿纵轴线(X-X')延伸且包括多个壳体(32)，各个壳体(32)能够接纳相应的导电条(28)，

其特征在于，所述磁块(23)还包括在沿所述纵轴线(X-X')的其长度的至少一部分上的：

－至少一个开口(34)，其从所述壳体(32)中的一个壳体沿径向延伸，且沿大致垂直于所述纵轴线(X-X')的径向方向朝外开放。

2.根据权利要求1所述的磁性材料，其特征在于，各个开口(34)沿所述纵轴线(X-X')在所述磁块(23)的整个长度上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的磁块，其特征在于，所述磁块(23)由沿垂直于所述纵轴线(X-X')的平面的外周界定，各个开口(34)在所述磁块(23)的外周处在两个纵向边缘之间延伸，所述两个边缘之间的距离在4mm和10mm之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁块，其特征在于，所述开口(34)的数目等于所述壳体(32)的数目，且其中各个开口(34)从相应壳体(32)中的一个壳体沿径向延伸，且沿径向方向朝外开放。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁块，其特征在于，各个开口(34)为凹槽的形状，其垂直于所述纵轴线(X-X')的截面包括：

－大致矩形形状的第一部分(52)，所述第一部分(52)朝所述壳体(32)中的一个壳体开放，以及

－大致梯形形状的第二部分(54)，所述第一部分(52)开放到所述第二部分(54)中，所述第二部分(54)沿径向方向朝外开放。

6.根据权利要求5所述的磁块，其特征在于，大致梯形形状的所述第二部分(54)包括沿径向向外的小底以及大底，所述小底沿所述径向方向置于所述大底外，且其中大致梯形形状的所述第二部分(54)包括将所述小底连接到所述大底的侧部，所述侧部形成5°和25°之间的角度，优选大致等于15°，其中所述高度穿过所述侧部的其中一个点。

7.电机的转子(16)，包括：

－按照权利要求1至6中任一项所述的磁块(23)，

－沿所述纵轴线(X-X')延伸且包括以下项的短路笼(22)：

·沿所述纵轴线(X-X')置于所述磁块(23)的任一侧上的两个短路环(24,26)，

·多个导电条(28)，各个导电条电连接所述两个短路环(24,26)。

8.根据权利要求7所述的转子，其特征在于，所述转子包括至少一个电隔离或非磁性塞(35)，或所述塞(35)布置在所述开口或各个开口(34)内，优选在所述第二部分(54)内，以便在沿所述纵轴线(X-X')的其长度的至少一部分上闭合所述开口或各个开口(34)。

9.电机(10)，特别是异步电机，尤其是电动机(10)，包括定子(14)和转子(16)，其特征在于，所述转子(16)为按照权利要求7或8所述的转子(16)。

10.用于根据权利要求7或8所述的转子的制造过程，包括以下阶段：

－磁块(23)的构造，所述磁块沿纵轴线(X-X')延伸，包括：

·多个壳体(32)，各个壳体(32)能够接纳来自所述多个条(28)的条(28)，

·在沿所述纵轴线(X-X')的其长度的至少一部分上的至少一个开口(34)，其从所述壳体(32)中的一个壳体沿径向延伸，且大致遵循垂直于所述纵轴线(X-X')的径向方向朝外开放；

－短路笼(22)的构造，所述短路笼沿所述纵轴线(X-X')延伸且包括：

·沿所述纵轴线(X-X')置于所述磁块(23)的任一侧上的两个短路环(24,26)，以及

·多个导电条(28)，各个导电条电连接所述两个短路环(24,26)。