CN108880157A - 用于电机的转子，包括该转子的电机及制造转子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电机的转子，包括叠片组(2)，所述叠片组具有多个穿过该叠片组延伸的短路棒(4)，所述短路棒在两侧通过相应一短路环(5)连接，其中在每个短路环(5)上轴向地布置了垫圈(7)，该垫圈由强度比短路环(5)的材料的强度更高的材料制成。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电机的转子，该转子包括叠片组/叠片铁心(Blechpacket)，所述叠片组具有多个穿过该叠片组延伸的短路棒，所述短路棒在两侧分别通过一短路环连接。
背景技术
这种转子，通常也称为转动部分，通常应用在异步电机中。在这种异步电机中，在发电机模式运行中，转子在包围其的定子的旋转磁场之前运行，而在电动机模式运行中，转子在包围其的定子的旋转磁场之后运行。通常转子构造为所谓的短接转子或鼠笼式转子，为此由单个叠片组成的叠片组配设了纵向延伸的短路棒，所述短路棒在转子的两个端部处通过环状的短路环短路。短路棒及短路环由良导体材料，例如铜或铝组成。尤其在批量生产中，短路棒和短路环在铸造工艺中，通常在压铸工艺中在使用铸模的情况下被浇铸，其中在叠片组方面设置了相应的槽或沟渠，杆被灌注在所述槽或沟渠中，而为了形成短路环在铸模处设置了相应的凹穴。
由于为此使用的材料，像铜或铝具有相对较小的强度，这是因为其具有尽可能小的电阻和高的导电能力且因此以尽可能纯粹的形式使用，所以需要采取用于稳定短路环的措施，以使得在运行中不会出现由于离心力作用而导致的困难情况。因为越来越多地结合提高电机的转速以及进而提高功率密度的期望对功率密度提出了越来越高的要求。也就是说，提出了对转速稳定性的高要求。为了满足该要求，例如由US 2014/0339950 A1已知了短路环设有与该短路环径向搭接的钢制支承环，该支承环通过一横压连接件与相应的短路环连接。然而，由于如上所述短路环通常由铜或铝制成，而支承环由钢制成，所以这种横压连接件会在运行中由于所用材料的热膨胀系数不同而产生问题。因此，这种横压连接件在一定的材料组合的情况下在温度影响下是不可接受的。
除了铸造短路棒和短路环之外，还已知了，短路棒和短路环作为单独的结构部件制造，以及首先把短路棒布置在叠片组上，随后套上短路环并且通过焊接连接与短路棒的端部连接，其中有时也通过这种方式组合由不同的材料制成的短路棒和短路环。例如对此在DE 196 26 807 C1、DE 102 58 029 A1或DE 10 2014 208 887 A1中进行了描述。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种转子，该转子相对于已知的转子得到改进，以便尤其满足对转速稳定性的高要求。
为了实现该目的，根据本发明规定，在前述类型的转子中，在每个短路环上轴向地布置了垫圈，该垫圈由强度比短路环的材料的强度更高的材料制成。
与目前为止的现有技术中不同，在根据本发明的转子中，未设置通过额外的支承构件实现的径向支承，而是设置了轴向支承。为此，在每个短路环上轴向地放置了环状垫圈，也就是说，垫圈设置在相应的短路环的轴向端面上。垫圈本身由强度比短路环的材料的强度更高的材料制成。这种设计方案导致了，转子具有极高的转速稳定性，而在短路环的区域中不存在由于使用了相对较软的环材料而由离心力导致变形的危险。因为已经证实了，由软的材料，例如铜或铝制成的短路环在高转速下倾向于在其内圆周的区域内在轴向观察向外隆起或向外弯曲，即因此在其内圆周的区域内变形，这强烈限制了转速稳定性。根据本发明的方案通过如下方式克服这种情况：放置了轴向的垫圈，该垫圈牢固地与相应的短路环连接且由于垫圈材料的较高的强度阻止了这种向上隆起或向上弯曲。也就是说，垫圈材料具有其它强度性能，即机械上比相应的较软的短路环材料更强或更稳定。因此，这种轴向支承或装备特别有利地阻止了短路环由于强的离心力作用导致的变形，这种变形目前为止强烈地限制了转速稳定性。因此，在根据本发明的转子中，不再需要使用径向的支承元件。然而也不排除额外地布置目前为止已知的径向支承环，如果它在个别情况下是有利的。
转子优选装备了铸造的短路棒和短路环，即所述短路棒和短路环在铸造工艺中，优选在压铸工艺中制造。在大多数情况下，与尽管具有略微较高的强度却具有较低的导电能力的相应的铜基-或铝基的合金相比，为此使用了极纯粹的材料，像铜或铝，从而杆和环具有高导电能力，然而与此相关联的还有相对较小的强度/延伸极限。与是否目前使用极纯粹的杆-和环材料，或者相应的合金无关，为了提高转速稳定性，在任何情况下轴向地布置支承环或加固环是有利的。
各个垫圈优选通过焊接连接与短路环连接，从而得到了坚固的、近似材料接合的复合结构。可以通过不同的方式建立焊接连接，例如通过摩擦焊接、搅拌摩擦焊接、电子射束焊接或者电磁脉冲焊接。根据所用的焊接工艺在分界面处或者形成塑相或者熔融相，它们形成了近似材料配合或物质配合的连接。
此外，垫圈优选由导电能力比短路环的材料更高的材料制成。这样提供了垫圈既可以有助于电机的电功率也能有助于机械强度。此外优点还在于，可以减小短路环的轴向厚度，因为在垫圈方面对整个球笼的导电能力做出贡献。
垫圈优选由铝合金或铜合金制成。尤其当铸造的短路环是由尽可能纯粹的铝制成时，使用由铜合金，例如CuCrZr合金制成的垫圈是有利的。因为这种铜合金的导电能力通常比铝的导电能力更强，与此关联地具有比铝短路环更高的机械强度或更大的弹性模量。
如上所述，已经证明，软的短路环最初在其内圆周上向上隆起。为此，本发明的改进方案规定了，每个环形的垫圈具有内直径和外直径，其中内直径至少相应于相邻的短路环的内直径，以及优选外直径也相应于相邻的短路环的外直径。垫圈和短路环即具有至少一个相同的内直径，从而短路环恰好支承在在没有加固件容易向上弯曲的区域中且阻止了向上弯曲。垫圈的径向宽度可以如此选择，即外直径小于相邻的短路环的外直径，或者最大相当于该相邻的短路环的外直径。因此在后一种情况下，短路环在其整个径向宽度上或整个轴向端面上被支承。
除了转子外，本发明还涉及一种电机，该电机包括定子以及所述类型的转子。电机是异步电机。
此外，本发明还涉及一种用于制造所述类型的转子的方法，所述方法的特征在于如下步骤：
-提供叠片组，
-安置短路棒和短路环，
-把垫圈轴向安置在短路环上。
优选通过浇铸在铸模中制造短路棒和短路环。
在本发明的改进方案中，垫圈通过焊接与短路环连接，为此适合的有摩擦焊接、搅拌摩擦焊接、电子射束焊接或者电磁脉冲焊接。
优选使用这些由铝合金或铜合金制成的作为垫圈。
附图说明
由如下实施例以及根据附图得到本发明的其它优点和细节。附图示出：
图1以分解图示出根据本发明的转子的原理图以及与短路环分开地示出的垫圈，以及
图2示出具有安置在短路环上的垫圈的根据本发明的转子。
具体实施方式
图1示出用于形式为异步电机的电机的、根据本发明的转子1的原理图。转子1包括叠片组2，该叠片组在此基本上仅示意性示出，且由多个单个的、轴向彼此连接的叠片3组成。在叠片组2中形成了相应的槽或通道，此处虚线示出的短路棒4容纳在该槽或通道中，所述短路棒在其端部处通过相应的短路环5短接，所述短路环布置在叠片组2的相应的端侧上。也就是说，短路棒4直接与短路环5连接。短路棒4以及短路环5优选在铸造工艺中制造，为此，将叠片组2插入相应的铸模中。如果需要的话，通过铸模定义了槽或通道，短路棒4浇铸在槽或通道中，然而尤其是在成形件中通过相应的凹穴定义了短路环5。短路棒4以及短路环5由具有较高的导电能力的材料铸造，例如铝或铜。
在制造了短路棒4以及短路环5之后，轴向在短路环5的端面6上放置环状的垫圈7。这通过焊接工艺，例如摩擦焊接、搅拌摩擦焊接、电子射束焊接或者电磁脉冲焊接进行，其中这种列举不是穷举。垫圈7的钻孔8的内直径diS相应于短路环5的内直径diK，也就是说，二者在相应的内直径的区域中彼此齐平地连接。在示出的例子中，垫圈7的外直径daS相应于短路环5的外直径daK。也就是说，通过垫圈7实现了对端面6的全面覆盖。然而这不是强制性的。
垫圈7本身由其机械强度或弹性模量比短路环5的材料更高的材料制成。例如，如果短路环5由铝制成，则有利地使用由铜合金制成的垫圈7，例如CuCrZr合金制成的垫圈，与短路环5的铝相比，该合金具有更高的导电能力，以及更高的机械强度或更高的弹性模量。优选垫圈7具有较高的导电能力，然而这不是强制性的且最终取决于所用的材料对，即短路环5以及垫圈7的相应的材料。
由于垫圈7与短路环5的近似材料接合的连接以及由于至少垫圈7的内直径和短路环5的内直径相等，所以每个短路环5轴向地通过垫圈7支承以及加固。这导致了，即使在转速极高时以及进而作用在否则/在其它情形下相对较软的短路环材料上的离心力特别大时，短路环5不变形，因为垫圈7阻止了短路环5在内直径diK的区域内的轴向向上隆起。
图2示出了转子1，其中垫圈7通过焊接连接固定在短路环5上。可以看出，短路环得到了全面的覆盖以及进而全面的轴向的支承或加固。这样在整个要求的温度窗口以及转子所运行的运行转速带中实现了短路环5的稳定。
此外，示例性所述的焊接方法使得短路环材料和支承环材料的能以各种各样的材料组合，从而能够使用不同的材料用于形成短路环5和垫圈7。
Claims (13)
1.一种用于电机的转子，包括叠片组(2)，所述叠片组具有多个穿过该叠片组延伸的短路棒(4)，所述短路棒在两侧分别通过一短路环(5)连接，其特征在于，在每个短路环(5)上轴向地布置有垫圈(7)，该垫圈由强度比短路环(5)的材料的强度更高的材料制成。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述短路棒(4)和所述短路环(5)是铸造的。
3.根据权利要求2所述的转子，其特征在于，各个垫圈(7)通过焊接连接与短路环(5)连接。
4.根据权利要求3所述的转子，其特征在于，所述焊接连接通过摩擦焊接、搅拌摩擦焊接、电子射束焊接或者电磁脉冲焊接产生。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，各个垫圈(7)由导电能力比短路环(5)的材料更高的材料制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，各个垫圈(7)由铝合金或铜合金制成。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其特征在于，各个垫圈(7)具有内-和外直径(diS、daS)，至少所述内直径(diS)相应于相邻的短路环(5)的内直径(diK)，以及优选所述外直径(daS)也相应于相邻的短路环(5)的外直径(daK)。
8.一种电机，包括定子以及根据前述权利要求中任一项所述的转子(1)。
9.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的转子的方法，具有如下步骤：
-提供叠片组(2)，
-安置短路棒(4)和短路环(5)，
-把垫圈(7)轴向安置在短路环(5)上。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过在铸模中浇铸制造所述短路棒(4)和所述短路环(5)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过焊接使所述垫圈(7)与短路环(5)连接。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过摩擦焊接、搅拌摩擦焊接、电子射束焊接或者电磁脉冲焊接实现所述焊接。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，采用由铝合金或铜合金制成的垫圈(7)。
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