CN105827081B - 优化用于大功率的电动机转子 - Google Patents
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Abstract
用于大功率的高速电动机的该转子根据转子轴线(A)包括在两侧上由短路环(12)包绕并且由连接短路环(12)以形成鼠笼的电导体在若干凹口(18)处横穿的磁块(10)。各个电导体由在其整个长度上具有梯形截面的单个条(14)形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种旨在在特别高的转速下操作的大功率电动机转子。具体而言，本发明应用于能够在典型地从100m.s-1的高外周速度下操作的异步马达，尤其是旨在用于陆地、海上或甚至水下的油气应用的马达。
背景技术
外周速度是在旋转转子的外径处的计算的切向速度。
能够在高转速下操作的大功率电动机具有许多应用。在功率和速度方面满足增长的需求的马达的制造将新的特别是机械的应力强加在所述马达的转子中。专利文献EP0608675A1和US5,512,792描述了在大功率和速度下操作的用于异步电动机的转子的特别有效的实施例。因此，描述了形成鼠笼的其条可自由膨胀的转子，因此实现减轻由热不平衡引起的效果。
然而，为了进一步增大由该类型的马达接收的功率，增大形成鼠笼的条的直径证明是避免后者的过热所必需的。然而，基于以上提到的专利中描述的实例，增大所述条的截面导致这些相同的条之间的距离减小。因此，该解决方案证明是不太令人满意的，因为各个条之间的间距的减小引入了新的磁和机械应力，其最终导致转子的弱化。
专利文献FR2950751提出了一种能够集成在电动机中的转子，其在支持的功率和外周转速方面具有改进的特征，特别是通过其将较大的电功率传送穿过转子的鼠笼的能力。为此，转子包括若干电导体，各个导体由分别具有大致圆形截面并且通过凹口穿过转子的磁体的主条和副条的组装形成。各个凹口的形状和布置限定成使得确保主条与副条之间的接触足以在转子旋转时允许电流经过。
然而，此类组件导致了实施中的困难。具体而言，当操作温度不稳定时，主条与副条之间的差异变形一方面导致失衡的存在，并且另一方面导致主条与副条之间的较差的电接触。
因此，本发明涉及通过提出改进的转子来解决这些问题。
发明内容
本发明具体涉及一种用于大功率的高速电动机的转子，其沿转子的轴线包括磁块，该磁块在两侧上由短路环包绕，并且在若干凹口中由连接短路环以形成鼠笼的电导体横穿。
各个导电体由在其整个长度上具有梯形截面的单个条形成。
根据特定实施例，转子包括以下特征中的一个或更多个：
各个条的截面形成等腰梯形；
各个条的小基部或大基部放置成关于转子轴线在径向外侧；
至少各个条的大基部或小基部具有两个圆形转角，其圆半径分别在大基部和小基部的长度的10%到50%之间；
各个条的端部自由地置于开在断路环的外周处的孔口中；
各个孔口具有大于其容纳的杆的内部大小，以便留下允许所述条的端部在孔口中自由膨胀的间隙公差；
磁块中的各个凹口具有大于其容纳的杆的内部大小，以便留下允许所述条在凹口中自由膨胀的间隙公差；
各个条由单种材料形成，并且由铜或铜合金制成；
各个条的截面沿转子的轴线大致恒定。
本发明还涉及能够以磁块的外径处的大于或等于100m.s-1的外周速度驱动如上文限定的转子的马达。
技术方案1. 用于大功率的高速电动机的转子，其沿转子轴线A包括磁块，所述磁块在两侧上由短路环包绕，并且在若干凹口处由连接所述短路环以形成鼠笼的电导体横穿，其特征在于，各个电导体由在其整个长度上具有梯形截面的单个条构成。
技术方案2. 根据技术方案1所述的转子，其特征在于，各个条的所述截面形成等腰梯形。
技术方案3. 根据技术方案2所述的转子，其特征在于，各个条的小基部或大基部放置成关于所述转子轴线A在径向外侧。
技术方案4. 根据技术方案1至技术方案3中任一项所述的转子，其特征在于，至少各个条的所述大基部或所述小基部具有两个圆形转角，其圆半径分别在所述大基部和所述小基部的长度的10%到50%之间。
技术方案5. 根据技术方案1至技术方案4中任一项所述的转子，其特征在于，各个条的端部自由地置于开在所述短路环的外周处的孔口中。
技术方案6. 根据技术方案5所述的转子，其特征在于，各个孔口具有大于其容纳的所述条的内部大小，以便留下允许所述条的所述端部在所述孔口中自由膨胀的间隙公差。
技术方案7. 根据技术方案1至技术方案6中任一项所述的转子，其特征在于，所述磁块中的各个凹口具有大于其容纳的所述杆的内部大小，以便留下允许所述杆在所述凹口中自由膨胀的间隙公差。
技术方案8. 根据前述技术方案中任一项所述的转子，其特征在于，各个条由单件形成，并且由铜或铜合金制成。
技术方案9. 根据前述技术方案中任一项所述的转子，其特征在于，各个条的所述截面沿所述转子轴线A大致恒定。
技术方案10. 能够以磁块的外径处的大于或等于100m.s.-1的外周速度驱动根据前述技术方案中任一项所述的转子的马达。
技术方案11. 根据前述技术方案中任一项所述的转子在能够以所述磁块的外径处的大于或等于100m.s.-1的外周速度驱动所述转子的马达中的使用。
本发明甚至具有以下优点：其可显著地实现改进由马达(如，专利文献EP0608675和US5,512,792中所述的那些)支持的功率，而不引起现有转子的结构的深远变化。
附图说明
在阅读作为示范性且非限制性的实例给出的特定实施例的以下描述并且参照附图时，本发明的其它特征和优点更清楚地出现，该附图示出了：
图1，转子的纵向半截面；
图2，邻近凹口的图1中的转子的截面的放大视图；
图3，其磁块处的转子的第一实施例的截面；以及
图4，其磁块处的转子的第二实施例的截面。
具体实施方式
根据本发明的转子应用于能够在典型地从100m.s.-1的高外周速度下操作的马达。根据本发明的转子特别能够在特别是用于陆地、海上或甚至水下的油气应用的异步电动机内使用。常规地在本发明中，措辞“大致等于”将表示加或减10%的相等关系，优选加或减5%的相等关系。
图1示出了根据第一实施例的转子的纵向半截面，以及其旋转轴线A。
因此，所示的转子能够与定子和轴(图1中未示出)协作。
转子包括在两侧上由短路环12包绕的磁块10。
磁块10由磁性片的组装产生，其实现，特别是它们之间的所述片的夹持的手段具体在专利文献US5,512,792中描述。
转子包括若干电导体，其能够通过磁体10传导由短路环12施加于转子的电流。
各个电导体由一个单条14形成。
作为优选，各个条14的截面在其整个长度上恒定或大致恒定。
各个条的截面具有梯形形状。更准确地说，各个条14的截面是具有小基部和大基部的等腰梯形。
条14由单种材料形成。它们由铜或铜合金形成。
短路环12以及条14形成转子的鼠笼。
各个条14的纵向端部自由置于布置在短路环12的外周处的孔口16中。
各个孔口16具有其形状与其容纳的条14的截面的形状互补的截面，但具有略微较大的内部大小，以使存在间隙公差。这特别允许了条14的端部在孔口16中的自由膨胀。孔口16可通过短路环12的磨削或拉削而形成。
为了横穿磁块10，各个条14收纳在布置于磁块中的凹口18内。
各个孔口18具有其形状与其容纳的条14的截面的形状互补的截面，但具有略微较大的内部大小，以使存在间隙公差。在图2中由数字26表示的该间隙公差确保了条14在磁块10的凹口18中的自由膨胀。
条14在单个点处使用任何适合的紧固手段20(如例如，螺钉、销或通过任何装置、方法和紧固附件)紧固于磁块10，因此允许了纵向热膨胀的平衡分布，用于在条14的端部与短路环12之间的大致相等的相对位移。
如图3中所示，在第一实施例中，各个条14放置成使得其大基部定向为关于转子的旋转轴线A在径向外侧。凹口18和孔口16具有适合的梯形形状。
因此，当转子旋转时，条14的大基部在离心力的作用下增大其在凹口18和孔口16上的支承。
以特别有利的方式，条14的横向大小选择成使得条的一侧与定位成与相邻条面对面的一侧之间的距离大致恒定。换言之，条的一侧和定位成与相邻条面对面的一侧平行于彼此，这实现对于相同磁块10增大条14的截面，因此允许了具有此类转子的马达的功率增大。
图4示出了第二实施例，其中各个条14放置成使得其小基部定向成关于转子的旋转轴线A在径向外侧。凹口18和孔口16具有适合的梯形形状。
然而，在第二实施例中，凹口18上的条14的承载表面小于第一实施例中的，接触点处的应力较大，并且有缩短磁块的寿命的风险。
此外，由于磁通线的饱和和磁块10的磁性片中的过大感应，特别是在大基部处，故生成了不是大致恒定、不需要且难以控制磁性效果的两个连续的条之间的距离。
因此，当转子旋转时，条14的小基部在离心力的作用下增大其在凹口18和孔口16上的支承。作为备选，梯形截面的四个转角设有圆，其具有大基部的转角的大致相等的值，以及小基部的转角的另一大致相等的值。这实现减小磁块10的磁性片中和短路环12中的机械应力的集中。因此，这实现减小条14周围的磁块10的片中的磁饱和的风险。典型地，至少条14的大基部或小基部具有两个圆形转角，其圆半径分别在大基部和小基部的长度的10%到50%之间。圆半径值的选择是例如磁块10的片中的机械应力的减小与用于电流经过的条14的截面的减小之间的折衷。
本发明特别适合于在高转速下移动的大功率马达，典型地在从100m.s.-1的外周速度下。该类型的马达通常由变频器控制。由于这些类型的马达预期的应用，即，它们在压缩机或泵中的使用，故马达的起动仅需要弱电流。
在该情况下，孔口16中的条14的轻微压力足以允许弱电流通过。此外，出于相同的原因，条14的截面单独确保了弱电流在启动时经过。当马达增大其速度时，离心力逐渐变大，后者使条14变形，这接着将把压力施加在短路环12中的孔口16的内侧上，并且因此生成最大接触，允许了条14和条14中的较强电流朝短路环12的经过。
专业人员将理解如下优点：具有由一件，和特别是由具有梯形截面的单件制成的条14，实现了增大沿它们的整个长度的、包括在短路环12的孔口16中的条14的截面。这实现了增大具有此类转子的用于给定尺寸的电动机的功率，而没有在由至少两个部分制成的条中的差异热膨胀之后的热失衡，或形成大致梯形截面的条的部分(如果它们不具有相同的电势)之间的火花的缺点。用于条与短路环之间的电流的技术已改变，我们可理解如下优点：通过较强电流在短路环12中的经过，从而增大了此类转子的电功率，还具有条14的端部中的大致梯形截面。
Claims (9)
1.用于大功率的高速电动机的转子，其沿转子轴线(A)包括磁块(10)，所述磁块(10)在两侧上由短路环(12)包绕，并且在若干凹口(18)处由连接所述短路环(12)以形成鼠笼的电导体横穿，其特征在于，各个电导体由在其整个长度上具有梯形截面的单个条(14)构成，其中，各个条(14)的端部自由地置于开在所述短路环(12)的外周处的孔口(16)中，其中，各个孔口(16)具有大于其容纳的所述条(14)的内部大小，以便留下允许所述条的所述端部在所述孔口中自由膨胀的间隙公差。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，各个条的所述截面形成等腰梯形。
3.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，各个条(14)的小基部或大基部放置成关于所述转子轴线(A)在径向外侧。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的转子，其特征在于，至少各个条(14)的大基部或小基部具有两个圆形转角，其圆半径分别在所述大基部和所述小基部的长度的10%到50%之间。
5.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的转子，其特征在于，所述磁块(10)中的各个凹口(18)具有大于其容纳的所述条(14)的内部大小，以便留下允许所述条在所述凹口(18)中自由膨胀的间隙公差。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，各个条(14)由单件形成，并且由铜或铜合金制成。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的转子，其特征在于，各个条的所述截面沿所述转子轴线(A)大致恒定。
8.一种马达，其能够以磁块(10)的外径处的大于或等于100m.s.-1的外周速度驱动根据权利要求1-7中任一项所述的转子。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的转子的使用，其使用在能够以所述磁块(10)的外径处的大于或等于100m.s.-1的外周速度驱动所述转子的马达中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |