CN106877589A

CN106877589A - 滑环电动机转子制造方法、滑环电动机转子及滑环电动机

Info

Publication number: CN106877589A
Application number: CN201611233013.9A
Authority: CN
Inventors: H·波塞尔特; M·克莱斯; G·T·奥米内; T·韦吉尼
Original assignee: WEG Equipamentos Eletricos SA; Linde GmbH
Current assignee: WEG Equipamentos Eletricos SA; Linde GmbH
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2036-12-02
Also published as: BR102016028093B1; US10622871B2; CN106877589B; EP3176921A1; PL3176921T3; BR102016028093A2; TWI723091B; EP3176921B1; US20170331351A1; TW201737601A

Abstract

本发明提供一种用于制造用于滑环电动机(1)的转子(2)的方法，该方法包括以下步骤：a)在空心轴(9)内部设置多根电缆(4、5)，其中所述电缆(4、5)分布在所述空心轴(9)的内周缘(28)上；b)将树脂(39)填充到所述空心轴(9)和所述电缆(4、5)之间限定的空间中；c)将杆(41)设置在所述空心轴(9)内部，从而将所述树脂(39)移位到所述杆(41)和所述空心轴(9)之间的环形间隙(47)中，其中所述电缆(4、5)设置在所述环形间隙(47)中；以及d)固化所述树脂(39)以形成所述转子(2)。

Description

滑环电动机转子制造方法、滑环电动机转子及滑环电动机

技术领域

本发明涉及一种用于制造滑环电动机转子的方法、滑环电动机转子及滑环电动机。

背景技术

空气分离设备使用大型压缩机压缩空气。压缩机由通常具有12至18兆瓦(MW)的输出功率的感应或异步电动机驱动。

感应或异步电动机为AC(交流)电动机，其通过与定子绕组的磁场的电磁感应获得产生转矩所需的转子电流。感应电动机的转子可为绕线型或鼠笼型。

在绕线转子电动机中，转子绕组通过滑环连接到外部电阻。这就是为何这一类型的电动机被称为滑环电动机的原因。在启动期间，外部电阻降低定子处的磁场强度。因此，定子绕组中的电流被限制为额定电流。当电机达到全速时，转子极被切换至短路。

滑环通过电缆连接到转子绕组。转子具有包括开口端的空心轴。将转子绕组连接到滑环的电缆穿过所述空心轴。

已知用树脂例如环氧树脂填充空心轴内部未被电缆占据的空间。当在空心轴内部固化时，树脂变热，例如热至180℃。在该温度下，树脂的热膨胀巨大。随着树脂冷却，树脂收缩。已发现这会引起固化后的树脂内部的裂纹。此外，还发现固化后的树脂容易与空心轴的内周缘失去接触。这也对电缆产生热量的传导是不利的。总之，这被认为是构建大功率输出滑环电动机的一个限制因素。此外，当在树脂中形成裂纹，尤其是考虑到树脂与转子以例如1500至1800转/分钟的速度一起旋转导致在树脂上产生显著的离心力和振动时，可能形成尖锐的碎屑。这些碎屑可能切穿电缆的绝缘材料，从而导致转子故障。另一方面，当对转子进行维护工作时，尖锐的碎屑可能会使维护人员受伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的用于制造滑环电动机转子的方法、改进的滑环电动机转子以及改进的滑环电动机。

该目的通过一种用于制造滑环电动机转子的方法来实现，该方法包括以下步骤：a)在空心轴内部设置多根电缆，其中电缆分布在空心轴的内周缘上，b)将树脂填充到由所述空心轴和所述电缆限定的空的空间中，c)在空心轴内部设置杆，从而将所述树脂移位到所述杆和所述空心轴之间的环形间隙中，其中所述电缆被设置在环形间隙中，d)固化所述树脂以形成转子。

本发明所基于的一个构思包括在空心轴内部设置杆，其中树脂仅设置在杆和空心轴之间的环形间隙中。因此，减小了空心轴内的树脂的总体积。这再次限制了由于树脂固化和冷却而引起的热膨胀和收缩，因此，防止了固化后的树脂中的裂纹以及固化后的树脂与空心轴的内周缘之间的表面接触的损失。因此，这种转子允许将来能够构建更高输出功率的滑环电动机。

在这一点上要强调的是，使用编号a)至d)并不旨在特定的顺序。相反，方法步骤a)至d)可具有任何顺序。例如，可在将树脂填充到空心轴中之前，将杆设置在空心轴内部。在这种情况下，树脂填充在杆和空心轴之间形成的环形间隙中。然而，可优选首先将树脂填充到空心轴中并然后在空心轴内部设置杆。这是因为，当在空心轴内部设置杆时，容易阻碍树脂的流动，从而可能产生空腔。

根据一个实施例，在步骤b)之前，在空心轴内部设置间隔件，间隔件将电缆保持至空心轴的内周缘。

结果，电缆将被设置成接近或接触空心轴的内周缘，从而改善电缆到空心轴的热传递。此外，所述间隔件有助于在将树脂填充到空心轴中之前将电缆保持在限定位置。

根据另一实施例，间隔件各自具有开口，在步骤c)中，推动所述杆通过开口。

因此，杆可沿其整个长度延伸穿过空心轴，同时，间隔件可沿杆的长度在任何期望的点处将电缆保持到空心轴的内周缘。

根据又一实施例，间隔件在其外周缘上具有凹部，每个凹部引导其中一根电缆。

优选地，每个凹部被成型为与相关联的电缆对应。在组装状态下，每个凹部的开口侧优选被空心轴的内周缘封闭。

根据又一实施例，所述间隔件分别包括至少三个支撑部分以及在其中两个支撑部分之间的凹陷部分，其中每个支撑部分直接抵靠空心轴的内周缘，并且每个凹陷部分具有所述凹部中的一个或多个。

通过具有至少三个支撑部分，限定了相应间隔件在径向方向上的位置。这里，“径向”方向是指与转子的旋转轴线成直角的方向。由于限定了每个间隔件在径向方向上的位置，因此也就限定了各间隔件的凹部中所引导的电缆的位置。所述至少三个支撑部分在圆周方向(相对于转子轴线)上间隔开。

根据又一实施例，杆由塑料材料、尤其是由玻璃纤维复合材料制成。

优选地，杆选择采用轻质材料。这减小了转子的旋转质量。

根据又一实施例，杆被构造成与间隔件接合，从而防止间隔件由于步骤b)中填充树脂而移动。

将树脂填充到空心轴中可能在间隔件上产生力。例如，树脂的粘度以及间隔件在树脂中的浮力可导致这种力。

根据又一实施例，杆包括多个肩部，每个肩部被构造成与相关联的间隔件接合，杆的直径在每个肩部逐步减小。

以这种方式限定了每个间隔件沿杆的位置。

根据又一实施例，相关联间隔件中的开口的直径与杆在相应肩部处的直径对应。

采用这种设计，间隔件可一个接一个地排列，在一个方向上间隔件中的开口的直径减小。然后将杆沿所述方向推动穿过间隔件中的开口。杆上的肩部与相关联间隔件接合。

根据又一实施例，在步骤b)之前，空心轴被设置成其中心轴线平行于重力方向定向，并且树脂从上方被填充到空心轴。

这种设置确保利用树脂良好地填充空心轴内部的所有空腔。

根据又一实施例，如果在步骤c)之后确定环形间隙未完全被树脂填充，则将额外的树脂填充到环形间隙中以完全填充所述环形间隙。

理想地，在步骤b)中填充到空心轴中的树脂的量被选择，使得当在步骤c)中将杆设置在空心轴内部从而将树脂移位到环形间隙中时，环形间隙中树脂的液位恰好升高到空心轴的开口端的顶部边缘。此时，环形间隙完全被树脂填充。然而，在一些情况下，可能难以确定前面刚好所需的树脂的量。因此，可能需要在进一步的步骤中添加缺失的树脂。

根据又一实施例，间隔件中的凹部形成为轴向凹槽和/或间隔件中的开口形成为中心孔。

在本文中“轴向”是指平行于转子的旋转轴线的方向。“中心”是指间隔件中具有与转子的旋转轴线共线的中间轴线的孔。

根据又一实施例，树脂为环氧树脂。

优选地，树脂在例如150至200℃的温度下固化。

此外，提供了一种滑环电动机转子。所述转子包括空心轴、分布在空心轴的内周缘上的多根电缆、杆，其设置在空心轴内部以在杆和空心轴之间形成环形间隙，其中所述电缆设置在空心轴的环形间隙中、以及固化后的树脂，其在所述环形间隙中地设置在所述电缆之间。

进一步地，提供一种包括如上所述的转子的滑环电动机，其具有大于1或大于10兆瓦(MW)的输出功率。

参照本发明的方法所描述的实施例和特征对所述转子和滑环电动机进行了必要的修改。

在本文中，“垂直地”或“直角地”优选包括从刚好垂直或成直角的线偏离最多20°，优选最多10°，更优选最多3°。

“一”或“一个”元件不应被理解为仅限于一个元件，而是多于一个元件，例如两个、三个或更多个元件。同样，本文中与特定数字相关的“两个”或任何其它词语不应被理解为仅限于该数目的元件，而是可以提供任何其它数目的元件。

本发明的其它可能的实施方式或替代性的解决方案还包括本文中没有明确提到的组合或者以上或以下参照实施例所描述的特征。本领域技术人员还可增加本发明的最基本形式的单独的或独立的方面及特征。

附图说明

从下面的描述和所附权利要求中，结合附图，本发明的其它实施例、特征和优点将变得显而易见，其中：

图1示出了根据实施例的滑环电动机的局部剖视图；

图2示出了图1中的第一环单元包括母型接触元件的轴向视图；

图3示出了图1中的第二环单元包括公型接触元件的轴向视图；

图4以局部剖视图示出了根据实施例的用于制造图1中的滑环电动机转子的方法的步骤；

图5示出了在图4的设置中使用的间隔件的透视图；

图6示出了图4的IV-IV剖视图。

图7示出了图4的视图，已具有插入到转子空心轴中的杆；以及

图8示出了图7中的杆的透视图。

在附图中，除非另有说明，相同的附图标记表示相同或功能等同的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的滑环电动机1的局部剖视图。

滑环电动机1驱动例如在空气分离设备中使用的压缩机(未示出)。滑环电动机1包括设置在定子(未示出)内部的转子2。转子2为绕线型。转子2包括多个绕组3a、3b。绕组3a、3b通过第一和第二电缆4、5连接到第一和第二滑环6、7。为了简化表示，图1仅示出了两个电缆4、5和两个滑环6、7。通常，设置六个或更多根电缆和相应的滑环。

电缆4、5从绕组3a，3b在转子2的空心轴9(以局部截面示出)内部地被引导到滑环6、7。滑环6、7相对于轴9不可旋转以便与其一起旋转。滑环6、7分别与电刷11、12接触。电刷11、12是静止的并电连接到外部电阻10。

电缆4被示出为连接到滑环6，且电缆5连接到滑环7。此外，电缆4优选地通过接触螺栓(未示出)连接到第一旋转单元15(参见图3)的公型(插头式)接触元件14，且电缆5优选通过另一接触螺栓(未示出)连接到第一旋转单元15的公型接触元件16。图1和图3中的黑点表示电缆4、5或接触螺栓的电连接点。

如图3的轴向视图所示，旋转单元15可包括环17。环17由使公型接触元件14、16彼此电绝缘的材料制成。例如，环17由玻璃纤维复合材料制成。

此外，滑环电动机1包括在图2的轴向视图中示出的第二旋转单元18。第二旋转单元18包括环19。环19由座环元件20(参见图1)和导电环元件21组成。座环元件20被构造成电绝缘体，例如由玻璃纤维复合材料制成。另一方面，导电环元件21由导电材料制成，例如由铜制成。母型(插座式)接触元件22、23(参见图2)附接到导电环元件21，其中在母型接触元件22、23和导电环元件21之间形成电连接。

当然，第一旋转单元15可包括多于两个、例如六至十二个公型接触元件，且第二旋转单元18可包括多于两个、例如六至十二个母型接触元件，如图2和3中的虚线所示。为了说明，在图2和图3中仅分别示出了两个这种元件。

旋转单元15、18均附接到轴9以便与其一起旋转。但是，第一旋转单元15也可轴向地固定到轴9，而第二旋转单元18被构造成在空心轴9上沿轴线24移动。

图1示出了第一状态，其中第一和第二旋转单元15、18彼此间隔开，使得公型接触元件14、16和母型接触元件22、23彼此脱离。因此，电缆4、5和相应的绕组3a、3b未被切换到短路。因此，在滑环电动机1启动期间感生的涌入电流从绕组3a流经电缆4，经由滑环6和电刷11进入外部电阻10。外部电阻10可包括电解质或任何其它高电阻材料。流经外部电阻10之后，电流经由电刷12、滑环7和电缆5返回到绕组3b。流经外部电阻10的电流的路径由虚线箭头表示。

当滑环电动机1已经启动、即随着转子2每分钟的转数增加，流经电缆4、5的电流变小。因此，期望在滑环电动机1达到其额定速度时切断外部电阻10。为此，第二旋转单元18沿轴线24在方向25上移动到第二状态(未示出)，在所述第二状态，公型接触元件14、16与母型接触元件22、23接合。相应地，由于电流从电缆4通过公型接触元件14进入母型接触元件22，通过导电环元件21并经由母型接触元件23和公型接触元件16进入电缆5，因此电缆4、5被切换到短路。

尽管目前仅针对单相和/或单对绕组3a、3b进行了解释，但其它相和/或其它绕组对也具有相同的原理。

图4以局部剖视图示出了根据实施例的用于制造图1的转子2的方法步骤。

在图4所示的方法步骤之前，将电缆4、5设置在空心轴9内部。这可在转子2的水平定向上进行，即当转子2的旋转轴线24水平定向时进行。

如图6中的IV-IV截面图所示，电缆4、5可被设置在空心轴9内部。每根电缆4、5(为了简化表示，仅给出了几个电缆的附图标记)包括由护套或绝缘体27包围的导体26，导体26例如由铜制成。电缆4、5，尤其是护套或绝缘体分别接触空心轴9的内周缘28或与其紧邻。与其紧邻目前是指内周缘28和相应电缆4、5的外表面上的最近点之间的距离不大于5mm，优选地不大于3mm，更优选地不大于1mm。

从图6中可以看出，电缆4、5在内周缘28上沿圆周方向29分布。本文中，“圆周”是指旋转轴线24。

此外，图6示出了第一间隔件30，其将电缆4、5保持到内周缘28上。优选地，间隔件30随电缆4、5一起或是在电缆4、5被放置到空腔内部之后而被引入空心轴9中。间隔件30可在空心轴的水平位置(见图1)或在空心轴的竖直位置(见图4)被引入空心轴9中。除了第一间隔件30之外，图4还示出了第二间隔件31。根据情况，可在空心轴9内部设置附加的间隔件(未示出)。

以下将参照图5和图6更详细地说明第一间隔件30的设计。在此，关于第一间隔件30所说明的内容同样适用于第二间隔件31和另外的间隔件。

间隔件30具有三角形形状，包括在相应边缘处的支撑部分32。在每对支撑部分32之间设置有弯曲的凹陷部分33。每个凹陷部分33对应于圆的三分之一。在外侧，每个凹陷部分33包括形成为轴向凹槽的凹部34。因此，凹部34平行于旋转轴线24延伸。每个凹陷部分33可包括例如二到六个凹部34。在本示例中，每个凹陷部分33具有四个凹部34。因此，如图6所示，本示例中的间隔件30总共支撑12根电缆4、5。每个凹部34引导相关联的电缆4、5。描绘每个凹部34的半径35对应于相应的电缆4、5的半径。在内部，凹陷部分33限定了延伸穿过间隔件30的半圆形孔36。孔36的中心轴线与转子2的旋转轴线24共轴。

一旦电缆4、5且优选是间隔件30、31已被插入到空心轴9中，则转动转子2以便竖直定向。也就是说，旋转轴线24被定向成平行于图4所示的重力矢量37。在该位置时，空心轴9的开口端38面向上。可利用高架起重机等来完成转子2的转动。

现在，将液体树脂39、例如环氧树脂填充到空心轴9中，即填充到由空心轴9、电缆4、5和间隔件30、31限定的空间中。此时，树脂39可例如处于50至150℃的温度。例如，使用由高架起重机(未示出)支撑的容器40从上方将树脂39浇注到空心轴9的开口端38中。特别地，间隔件30、31中的孔36允许树脂39向下流动，从而利用树脂39从底部向上填充空心轴9。

一旦树脂39已部分地填充空心轴9，则将杆41(如图7和8所示)从上方通过开口侧38插入空心轴9中。杆41例如由具有恒定直径的三个部分构成，以下称为第一部分42、第二部分43和第三部分44。第一部分42具有直径D₁，第二部分43具有直径D₂，第三部分44具有直径D₃。直径D₁大于直径D₂，并且直径D₂大于直径D₃。因此，在直径改变的每个点处形成肩部45、46。肩部45、46被构造成与间隔件30、31接合。为此，间隔件31中的孔36具有与杆41的第三部分44的直径D₃对应的直径D₃′。间隔件30中的孔36具有与杆41的第二部分43的直径D₂对应的直径D₂′。因此，肩部46沿轴向方向、即沿旋转轴线24与间隔件31接合。同时，肩部45在轴向方向上与间隔件30接合。当从上方推动或降低杆41穿过间隔件30、31中的孔36时，进行这一接合。

随着杆41沿重力矢量37的方向被推动或下降时，树脂39向侧边及上方移位到因而在杆41和空心轴9的内周缘28之间形成的环形间隙47中。此时，所保留的空腔，例如，在间隔件30、31、内周缘28和电缆4、5之间限定的空腔48(参见图6，在背景中示出了树脂39)被填充。这是因为当将杆41推入树脂39中时，空心轴9内部积聚压力。

随着杆41从上方被推入到树脂39中时，如上所述，产生的压力不仅填充空腔48，并且还倾向于向上抬升间隔件30、31。现在通过使间隔件30、31与肩部45、46接合，杆41阻止间隔件30、31的这种抬升。

优选地，选择空心轴9中的树脂39的量，使得当杆41已完全插入到空心轴9中、即第三部分42的顶面49与空心轴9的开口端38平齐时，树脂39在环形间隙47内已上升到与开口端38平齐的液位50。

在无法预先精准确定树脂39的量的情况下，最初可将较少的树脂39填充到空心轴9中。在进一步的步骤中，当杆41已完全插入时，将环形间隙47中缺失的树脂填充到空心轴9中。

然而，根据另一实施例，首先将杆41插入空心轴9中，然后将树脂39填充到环形间隙47中。

杆41可包括凸耳51，其允许例如使用高架起重机容易地操纵杆41。这是特别有利的，因为杆41需要被从地面提升到空心轴9的开口端38上方的位置。杆41的部分42、43、44可以由例如玻璃纤维复合材料制成。

一旦空心轴9被完全填充，树脂39被固化。在树脂39固化期间，温度例如可高达180℃或更高。由于杆41的存在，环形间隙47中的树脂39的量减少，因此树脂39在加热和冷却期间的热膨胀和收缩保持最小。一旦树脂39已完全固化，即可获得转子2，并且可与另外的部件组装形成滑环电动机1。

虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，对所有实施例中均可能进行修改。

附图标记列表

1 滑环电动机

2 转子

3a、3b 绕组

4 电缆

5 电缆

6 滑环

7 滑环

9 轴

10 外部电阻

11 电刷

12 电刷

14 公型接触元件

15 旋转单元

16 公型接触元件

17 环

18 旋转单元

19 环

20 座环元件

21 导电环元件

22 母型接触元件

23 母型接触元件

24 轴线

25 方向

26 导体

27 护套

28 内周缘

29 圆周方向

30 间隔件

31 间隔件

32 支撑部分

33 凹陷部分

34 凹部

35 半径

36 孔

37 重力矢量

38 开口端

39 树脂

40 容器

41 杆

42 部分

43 部分

44 部分

45 肩部

46 肩部

47 环形间隙

48 空腔

49 顶面

50 液位

51 凸耳

Claims

1.一种用于制造用于滑环电动机(1)的转子(2)的方法，所述方法包括步骤：

a)在空心轴(9)内部设置多根电缆(4、5)，其中所述电缆(4、5)分布在所述空心轴(9)的内周缘(28)上，

b)将树脂(39)填充到在所述空心轴(9)和所述电缆(4、5)之间限定的空的空间中，

c)将杆(41)设置在所述空心轴(9)内部，从而将所述树脂(39)移位到所述杆(41)和所述空心轴(9)之间的环形间隙(47)中，其中所述电缆(4、5)设置在所述环形间隙(47)中，以及

d)固化所述树脂(39)以形成转子(2)。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)之前，在所述空心轴(9)内部设置间隔件(30、31)，间隔件(30、31)将所述电缆(4、5)保持至空心轴(9)的内周缘(28)。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述间隔件(30、31)各自具有开口(36)，在步骤c)中，推动所述杆(41)穿过所述开口。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述间隔件(30、31)在其外周缘上具有凹部(34)，每个凹部(34)引导其中一根电缆(4、5)。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述间隔件(30、31)各自包括至少三个支撑部分(32)和分别在其中两个支撑部分(32)之间的凹陷部分(33)，其中，每个支撑部分(32)直接抵靠空心轴(9)的内周缘(28)，并且每个凹陷部分(33)具有所述凹部(34)中的一个或多个。

6.如权利要求1至5中之一所述的方法，其中，所述杆(41)由塑料材料、尤其是由玻璃纤维复合材料制成。

7.如权利要求2至6中之一所述的方法，其中，所述杆(41)被配置为与所述间隔件(30、31)接合，从而防止所述间隔件(30、31)在步骤b)中由于填充树脂(39)而移动。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述杆(41)包括多个肩部(45、46)，每个肩部被构造成与相关联的间隔件(30、31)接合，在每个肩部(45、46)处杆(41)的直径(D₁、D₂、D₃)逐步减小。

9.如权利要求8所述的方法，其中，相关联的间隔件(30、31)中的开口(36)的直径(D₂′，D₃′)与相应肩部(45、46)处杆的直径(D₁、D₂、D₃)相对应。

10.如权利要求1至9中之一所述的方法，其中，在步骤b)之前，所述空心轴(9)被设置成其中心轴线(24)平行于重力方向(37)定向，并且树脂(39)从上方填充到空心轴(9)中。

11.如权利要求1至10中之一所述的方法，其中，如果在步骤c)之后确定所述环形间隙(47)未完全被树脂(39)填充，则向环形间隙(47)中填充额外树脂(39)以完全填充所述环形间隙(47)。

12.如权利要求4至11中之一所述的方法，其中，所述间隔件(30、31)中的所述凹部(34)形成为轴向凹槽，和/或所述间隔件(30、31)中的孔(36)形成为中心孔。

13.如权利要求1至12中之一所述的方法，其中，所述树脂为环氧树脂。

14.一种用于滑环电动机(1)的转子(2)，包括：

空心轴(9)，

分布在所述空心轴(9)的内周缘(28)上的多根电缆(4、5)，

杆(41)，所述杆设置在所述空心轴(9)内部以在所述杆(41)和所述空心轴(9)之间形成环形间隙(47)，其中所述电缆(4、5)设置在所述环形间隙(47)中，以及

固化后的树脂(39)，所述固化后的树脂在所述环形间隙(47)中设置在所述电缆(4、5)之间。

15.一种功率输出大于1MW的滑环电动机(1)，包括如权利要求14所述的转子(2)。