CN108604838A - 用于旋转电机的转子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于旋转电机(1)、特别是同步电机(20)的转子(3)，其具有轴(5)和至少一个极靴(7)。为了在复杂度和耗费较低的情况下达到较高的可靠性而提出，金属片(8)处于轴(5)和极靴(7)之间，其中，金属片(8)具有第一接触面(12)，该第一接触面与极靴(7)的接触面(14)接触，其中，金属片(8)和极靴(7)由不同的材料制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于旋转电机，特别是同步电机的转子，其具有轴和至少一个极靴。
本发明还涉及一种具有这种转子的旋转电机，特别是同步电机。
此外，本发明涉及一种用于制造这种转子的方法。
背景技术
特别地，这样的转子用于具有安置有极靴的直接启动的同步凸极电机。安置的极靴主要存在于功率至少为1兆瓦的大型驱动器中。在极靴与在其上安置有极靴的轴之间形成接合部。在同步凸极电机的异步启动中，在安置的极靴中有涡电流被感应出，其中特别是极靴的表面由于涡流而被强烈加热。极靴在热透过程中发生膨胀。在接合部中由此产生的横向力首先以摩擦配合的方式被保持。如果克服了静摩擦，则在极靴和轴之间的接合部中发生热量导致的相对位移。这种相对位移通常是突然的和任意的。由此引发的质量变化对转子的平衡产生负面影响并且危及电机的运行。
极靴优选地通过螺栓与轴连接。因此，在极靴与轴之间的接合部中的静摩擦力由预加载力和摩擦系数决定。特别地，摩擦系数可以通过对摩擦副的材料特性和表面特性进行针对性修改来影响。但是，对接触面的材料特性和表面特性的直接修改的实现是受限的，因为基础材料的变化在总体上影响组件的功能特性。对于特性的局部变化来说，工具和机器、如铣床、锅炉、浸渗池等需要具有相应的尺寸。因此，对接触面的直接处理会带来较大的技术和经济上的耗费。
在美国专利9,077,223 B2中公开了一种具有凸极转子的旋转电机，其具有极体。极体由轴一体式地制成。极靴形成极头。每个极靴由多个螺栓固定地连接在相应的极体上。每个极靴或其相应的极体具有至少一个凸起或凹部，从而限制压力区域中的圆锥形压力区域。在极靴利用螺栓连接到相应的极体上时，在压力区域中出现锥形压力区域。
由公开文献DE 44 15 224 A1公开了一种电机，具有带有多个极的极轮，其中，为每个极设置有与磁轭一体式连接的极轴，其具有围绕该极轴的励磁绕组，以及在极轴的端部通过螺栓固定的极靴装置。在此，对在极轮旋转时出现的、作用于极靴装置和励磁绕组上的离心力的拦截应该更加有效。为此目的，极靴装置包括拧到极轴上的保持板和专门用螺栓固定到保持板上的极靴。通过励磁绕组产生的离心力因此被保持板拦截。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于旋转电机的转子，与现有技术相比，该转子具有较高的可靠性并且能够容易且便宜地制造。
根据本发明，该目的通过一种用于旋转电机、特别是同步电机的转子来实现，其具有轴和至少一个极靴，其中，在轴和极靴之间存在有金属片，其中，该金属片具有第一接触面，该第一接触面与极靴的接触面接触，并且其中，金属片和极靴由不同材料制成。
此外，该目的通过一种具有这种类型的转子的旋转电机、特别是同步电机实现。
此外，该目的通过一种制造用于旋转电机、尤其是同步电机的转子的方法来实现，其中，该转子具有轴、极靴和金属片，其中，金属片被置入到极靴与轴之间，其中，金属片的第一接触面与极靴的接触面接触，其中，金属片和极靴由不同材料制成。
以下关于转子阐述的优点和优选设计方案可类似地应用于旋转电机和方法。
金属片被理解为特别是由金属材料制成的、具有数毫米厚度的扁平轧制产品。
不同材料在此被理解为：至少在金属片的第一接触面的区域中，金属片的材料具有不同于极靴的材料的组分(例如，另一种材料)或物理或机械性能(例如硬度、渗透性、导电或导热性、变形性或表面粗糙度)。
通过在轴和极靴之间的接合部中置入金属片(该金属片也称为接合部金属片)例如可以优选地在接合部金属片的接触面的区域中在摩擦系数方面对材料特性和/或表面特性进行局部的改变，而不对极靴和轴本身进行改变。通过对材料特性和/或表面特性的这种修改，在极靴和轴之间的热量导致的相对位移以简单和成本低廉的方式被抵消。这种转子的应用提高了可靠性，特别是在异步启动运行中。
金属片的第一接触面优选地具有比极靴的接触面更大的表面粗糙度。接触面之间的静摩擦系数由于该较大的表面粗糙度而增加，由此使得相对位移变得困难。
有利的，金属片的第一接触面具有大于25μm的表面粗糙度，特别是在60μm至80μm的范围内的表面粗糙度。这种表面粗糙度可以通过例如粗式喷砂(Raustrahlen)来达到。根据经验，这种表面粗糙度已被证明是特别有利的。
以特别有利的方式，金属片由比极靴更硬的材料制成。这是有利的，因为例如由较硬材料制成的特定粗糙的金属片在相应的接触压力下与极靴的较软的材料互锁，由此使得接触面之间的相对位移变得困难。
优选地，金属片由具有至少650HV，特别是700HV的硬度的弹簧钢制成。特别是使用C75S型硬化弹簧钢。这是有利的，因为高硬度而实现了例如稳定的互锁。
在另一个有利的设计方案中，金属片具有至少2mm，特别地约为5mm的厚度。根据经验，这样的厚度已被证明是特别有利的。
在一个优选的设计方案中，金属片的第一接触面以整个表面与极靴的接触面接触。通过接触面积最大化可以优化磁通量和极靴在轴上的热接触。
优选的是，金属片具有第二接触面，其与轴的接触面接触，其中，金属片的第二接触面具有比轴的接触面更大的表面粗糙度。这是有利的，因为由此不需要附加的措施来使金属片与轴接触。
以特别有利的方式，金属片通过形状配合和/或力配合的连接、特别是通过连接元件与轴接触。例如，由异步启动中的涡流引起的加热主要发生在极靴的表面上。由于轴不会太热并因此不会显著膨胀，因此可以通过简单且便宜的螺栓连接将金属片固定到轴上。
以特别有利的方式，金属片通过材料配合的连接，特别是通过焊接与轴连接。例如，金属片通过扩散焊接工艺连接到轴。这是有利的，因为这种焊接具有较高的机械稳定性和热稳定性。
附图说明
下面将参考附图中所示的实施例更详细地描述和解释本发明。
图中示出：
图1示出了转子的第一实施方式的三维视图，
图2示出了转子的第一实施方式的横截面，
图3示出了转子的第二实施方式的横截面的放大部段，
图4以横截面示出了转子的第三实施方式的放大部段，以及
图5示出了旋转电机的横截面。
具体实施方式
相同的附图标记在各个附图中具有相同的含义。
图1示出了转子3的第一实施方式的三维视图。转子3可围绕旋转轴线4旋转，其中，旋转轴线4限定了轴向方向和径向方向。适用于最大功率为至少1兆瓦的直接起动的同步凸极电机(如图5所示)的转子3具有轴5，其带有示例性的四个正交地布置的凸极5a，其中，凸极5a配置有极靴7。极靴7由第一材料10构成，特别是软磁钢，尤其是调质钢。具有四个凸极5a的轴5由实心固体材料制成，并且在所示的实施方式中由第三材料30构成，优选由软磁钢制成。极靴7的第一材料10可以与轴5的第三材料30对应。
在每个极靴7和轴5之间各设有一金属片8，该金属片在平行于旋转轴线4的轴向方向上延伸。金属片8具有第一接触面12和第二接触面13，其中，在所示实施方式中，第一接触面12以整个表面置于极靴7的接触面14上，并且其中，第二接触面13以其整个表面置于轴5的接触面15上。金属片8具有至少2mm，特别是约5mm的近似恒定的厚度，并且由比第一材料10更硬且优选地比第三材料30更硬的第二材料11构成。优选地，使用硬度在650HV，特别是700HV范围内的、更硬的弹簧钢C75作为第二材料11。这种硬度通过淬火和退火来实现。
借助于实施为螺栓的连接元件16(参见图2至图4)将极靴7旋拧到轴5上，其中，金属片8置于轴5与极靴7之间，并且其中，螺栓16延伸穿过金属板8。为了清楚起见，螺栓16以及用于运行转子3所需的极绕组并未示出。
在异步启动中，极靴7中感应出涡电流，其中，特别是极靴7的表面被涡电流强烈加热，由此极靴7膨胀。为了避免由膨胀引起的极靴7相对于轴5的位移，金属片8的接触面12、13具有粗糙部9，其中，接触面12、13的表面粗糙度大于25μm，优选在60μm至80μm的范围内。通过这种较大的表面粗糙度，增加了相触碰的接触面12、14；13、15之间的静摩擦系数。这种粗糙部9例如通过利用喷射材料(例如颗粒)的干式喷射来实现。可选地，接触面12、13通过研磨、滚花、压花和/或铣削来进行结构化，使得在相触碰的接触面12、14；13、15之间的静摩擦系数得以提高。通过在以淬火和退火进行调质之后至少在第一接触面12上施加粗糙部9来制造金属片8。
由较硬的第二材料11构成的金属片8的粗糙化的接触面12、13通过由螺栓连接产生的相应的接触压力与极靴7的较软的第一材料10和轴5的较软的第三材料30互锁。
图2示出了转子3的第一实施方式的横截面。示出了连接件16，特别是螺栓，其沿径向方向延伸穿过金属片8，并且将极靴7与金属片8一起固定在轴5上。转子3的其余实施方案对应于图1的实施方案。
图3以横截面示出了转子3的第二实施方式的放大部段。如图1所描述的那样，金属片8的第一接触面12具有粗糙部9，以增加金属片8与极靴7之间的摩擦。相对地，金属片8经由连接件16、特别是螺栓与轴5连接，使得第二接触面13被置于轴5的接触面15上。转子3的其余实施方案对应于图1的实施方案。
图4以横截面示出了转子3的第三实施方式的放大部段。图4中的实施方式与图3中的实施方式的不同之处在于，第二接触面13经由材料配合的连接17与轴5的接触面15连接。这种材料配合的连接17特别是通过焊接、例如通过扩散焊接来产生。
图5示出了实施为同步电机20的旋转电机1的横截面。能以至少1兆瓦的功率运行的同步电机20具有根据前述附图之一的转子3。此外，同步电机20具有围绕转子3的定子2，其中，气隙6位于转子3和定子2之间。为了清楚起见，未示出定子2和转子3的线圈。
Claims (21)
1.一种用于旋转电机(1)、特别是同步电机(20)的转子(3)，
具有轴(5)和至少一个极靴(7)，
其特征在于，
金属片(8)处于所述轴(5)和所述极靴(7)之间，
其中，所述金属片(8)具有第一接触面(12)，所述第一接触面与所述极靴(7)的接触面(14)接触，
其中，所述金属片(8)与所述极靴(7)由不同的材料制成。
2.根据权利要求1所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)的所述第一接触面(12)具有比所述极靴(7)的所述接触面(14)更大的表面粗糙度。
3.根据权利要求1或2所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)的所述第一接触面(12)具有大于25μm的表面粗糙度，特别是在60μm至80μm的范围内的表面粗糙度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)由比所述极靴(7)更硬的材料制成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)由具有至少650HV、特别是700HV的硬度的弹簧钢制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)具有至少2mm、特别是5mm的厚度(d)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)的所述第一接触面(12)以整个表面与所述极靴(7)的所述接触面(14)接触。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)具有第二接触面(13)，所述第二接触面与所述轴(5)的接触面(15)接触，其中，所述金属片(8)的所述第二接触面(13)具有比所述轴(5)的所述接触面(15)更大的表面粗糙度。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)通过形状配合和/或力配合的连接、特别是通过连接件(16)与所述轴(5)接触。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的转子(3)，其中，所述金属片(8)通过材料配合的连接(17)、特别是通过焊接与所述轴(5)连接。
11.一种旋转电机(1)、特别是同步电机(20)，具有根据权利要求1至10中任一项所述的转子(3)。
12.一种制造用于旋转电机(1)、特别是同步电机(20)的转子(3)的方法，
其中，所述旋转电机(1)具有轴(5)、极靴(7)和金属片(8)，
其中，所述金属片(8)被置入到所述极靴(7)和所述轴(5)之间，
其中，所述金属片(8)的第一接触面(12)与所述极靴(7)的接触面(14)接触，
其中，所述金属片(8)和所述极靴(7)由不同的材料制成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，为所述金属片(8)的所述第一接触面(12)设定有比所述极靴(7)的所述接触面(14)更大的表面粗糙度。
14.根据权利要求12或13中所述的方法，其中，为所述金属片(8)的所述第一接触面(12)设定有大于25μm、尤其是在60μm至80μm的范围内的表面粗糙度。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，为所述金属片(8)选择比所述极靴(7)更硬的材料。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述金属片(8)由具有至少650HV的硬度的弹簧钢制成。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中，为所述金属片(8)选择至少2mm的厚度(d)。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，所述金属片(8)的所述第一接触面(12)以整个表面与所述极靴(7)的所述接触面(14)接触。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，其中，所述金属片(8)具有第二接触面(13)，其中，为所述金属片(8)的所述第二接触面(13)设定有比所述轴(5)的接触面(15)更大的表面粗糙度。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的方法，其中，所述金属片(8)在所述第二接触面(13)的区域中通过形状配合和/或力配合的连接、特别是通过连接件(16)与所述轴(5)接触。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的方法，其中，所述金属片(8)的所述第二接触面(13)通过材料配合的连接(17)、特别是通过焊接与所述轴(5)连接。
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