CN110036555B - 电机的转子及用于组装和拆卸转子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电机的转子，包括绕组端部和绕组端部环(1)，该绕组端部环在径向外侧地收缩在绕组端部上，并且具有形状记忆材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电机的转子、一种用于组装转子的方法以及一种用于拆卸转子的方法。
背景技术
诸如发电机或电动机的电机具有定子和转子。定子和转子分别具有电导体的绕组端部。特别地，转子的绕组端部在电机运行中趋于振动。绕组端部的振动会导致电机寿命缩短。电机通常具有转子罩，该转子罩围绕绕组端部布置并加固绕组端部，使得绕组端部在电机的运行中不易于振动。
例如，转子罩可以由金属制成。为了将转子罩安装到绕组端部上，转子罩被加热然后通过冷却而收缩在绕组端部上，使得转子罩不可拆卸地固定到绕组端部上。为此，必须将转子罩加热到约300℃的温度。然而这是不利的，因为工艺过程复杂，并且高温也会损坏绕组端部。另外，由金属制成的转子罩相对较重。
替代地，转子罩可以由复合材料制成，该复合材料明显比由金属制成的转子罩轻。然而，复合材料的转子罩不能收缩在绕组端部上，因为复合材料是无弹性的，另外复合材料也可能因加热而损坏。为了将复合材料制成的转子罩不打滑地固定到绕组端部上，需要紧固件。然而，紧固件的使用受到复合材料和紧固件之间的电势差的限制。此外，使用的组件数量增加，这有悖于稳定且简单的设计。
GB 1 281 348 A公开了一种电动电机的夹具，US 6 369 482 B1公开了一种发电机，EP 0 025 292 A1公开了一种电动电机。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于电机的替代转子、一种用于组装转子的替代方法以及一种用于拆卸转子的替代方法。
根据本发明的用于电机的转子包括绕组端部和绕组端部环，该绕组端部环径向外侧地收缩在绕组端部上，并且具有形状记忆材料。电机可以是发电机和/或电动机。形状记忆材料的特征在于，尽管受热变形，但仍可以分辨出变形之前的形状，并且通过加热而具有之前的形状。使绕组端部环收缩在绕组端部上所需的温度远低于由金属制成的转子罩收缩在绕组端部上所需的温度。因此，绕组端部环有利地易于安装，并且绕组端部的损坏概率较低。
根据本发明的形状记忆材料包括金属的形状记忆线。优选地，形状记忆材料包括形状记忆聚合物。例如，绕组端部环可包括由金属的形状记忆材料制成的环。根据本发明，形状记忆线具有至少一个易磁化方向，该易磁化方向基本上沿绕组端部环的圆周方向。这可以有利地在收缩期间实现绕组端部环的直径的大幅减小，这使绕组端部环有利地牢固安装在绕组端部上。优选地，金属的形状记忆材料包括：含镍和钛的合金；含铜、锌和铝的合金；和/或含铜、铝和镍的合金。优选地，绕组端部环中的形状记忆线以环、螺旋和/或网状形式存在。
根据本发明，绕组端部环包括通过纤维加强的塑料。有利地，通过纤维加强的塑料比金属轻，其中强度至少与金属相当。与形状记忆材料的组合才允许使用通过纤维加强的塑料，因为借助形状记忆材料，绕组端部环可以收缩，并且该收缩在如此低的温度下进行，使得不会损坏通过纤维加强的塑料。优选地，该塑料具有环氧树脂。优选地，该纤维包括碳纤维、陶瓷纤维(特别是氧化铝纤维)、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维和/或硼纤维。
根据本发明，纤维具有易磁化方向，该易磁化方向基本上沿绕组端部环的轴向方向，或者相对于绕组端部环的圆周方向成一角度，该角度为15°至75°。通过该易磁化方向，有利地可以在特别高的应力方向上实现高强度。因为纤维易受压缩应力的影响，如果纤维的易磁化方向不同于形状记忆线的易磁化方向，特别是如果两个易磁化方向彼此偏差至少15°，则纤维的应力会降低。
根据本发明的用于组装转子的方法包括以下步骤：a)冷却绕组端部环；b)扩大绕组端部环的直径；c)将绕组端部环布置在绕组端部的径向外侧；d)加热绕组端部环，使得绕组端部环收缩在绕组端部上。通过该方法有利地实现了绕组端部环自身居中。因此，有利地防止电机运行中的不平衡。通过绕组端部环本身居中还使得绕组端部均匀地在圆周方向上受力，从而有利地防止了绕组端部中的局部应力增加，使得寿命延长。为了在步骤d)中收缩绕组端部，仅需要温度在0℃至100℃的范围内。该温度易于产生，也不会对绕组端部造成损坏。
优选地，形状记忆材料包括金属的形状记忆线，并且在步骤a)中，冷却至低于温度T1的温度，在该温度T1下当形状记忆线主要来自奥氏体时，形状记忆线的马氏体的组分增加，以及在步骤d)中，加热至高于温度T4的温度，在该温度T4下当形状记忆线主要来自马氏体时，奥氏体的组分不进一步增加。在步骤a)中，优选地冷却至高于或等于温度T2的温度，在该温度T2下当形状记忆线主要来自奥氏体时，形状记忆线的马氏体的组分基本上达到100％。
根据本发明的用于拆卸转子的方法优选地包括以下步骤：f)冷却绕组端部环；g)扩大绕组端部环的直径；h)从绕组端部上拆下绕组端部环。与由金属制成的转子罩相比，绕组端部环在拆卸时被冷却而不被加热，这有利地使绕组端部在拆卸时的损坏概率较低。
优选地，形状记忆材料包括金属的形状记忆线，并且在步骤f)中冷却至低于温度T1的温度，在该温度T1下当形状记忆线主要来自奥氏体时，形状记忆线的马氏体的组分增加。在步骤f)中，优选地冷却至高于或等于温度T2，在该温度T2下当形状记忆线主要来自奥氏体时，形状记忆线的马氏体的组分基本上达到100％。
附图说明
在下文中，将参考所附示意图更详细地解释本发明。在图中：
图1示出了具有形状记忆线的绕组端部环的平面图；
图2示出了具有纤维的绕组端部环的平面图，该纤维具有第一易磁化方向；
图3示出了具有纤维的绕组端部环的平面图，该纤维具有第二易磁化方向；
图4示出了具有纤维的绕组端部环的平面图，该纤维具有第三易磁化方向；
图5示出了转子的纵向剖视图；
图6示出了形状记忆材料的滞后曲线；
图7和图8示出了用于组装转子的方法；和
图9示出了用于拆卸转子的方法。
具体实施方式
从图7至图9中可以看出，诸如发电机和/或电动机的电机具有转子2，转子2在电机的运行中旋转。转子2具有多个凹槽3，在这些凹槽中引入电导体(图中未示出)。电导体出现在转子2的两个端面外侧，并构成绕组端部。转子2具有绕组端部环1，绕组端部环1径向外侧地收缩在绕组端部上。绕组端部环1具有形状记忆材料。
图5和图7至图9示出了绕组端部环2收缩在转子2上，使得绕组端部环2沿转子2的转子轴线4的方向突出。从图5中可以看出，绕组端部环1在径向内表面上具有台阶26，台阶26抵靠转子2的端面。因此，绕组端部环1的轴向位置是可以固定的。此外，绕组端部环1在径向内侧上具有绝缘层9，该绝缘层9完全覆盖径向内侧。绝缘层9确保绕组端部环1与转子2和绕组端部的电绝缘。此外，转子2具有端板8，端板8布置在绕组端部环1的轴向端部处，并且布置在绕组端部环1径向内侧。绝缘层9在绕组端部环1和端板8之间的间隙中延伸。
从图1中可以看出，绕组端部环1具有形状记忆线5。形状记忆线5具有易磁化方向，该易磁化方向基本上沿绕组端部环1的圆周方向。根据图1的形状记忆线5可以多次环绕地布置在绕组端部环1中。还可以考虑的是，形状记忆线5被构造为多个闭合环，这些闭合环基本上平行地布置在绕组端部环1中。还可以考虑的是，形状记忆线5具有网状形式。此外，可以考虑的是，形状记忆线5具有另一个易磁化方向，该另一个易磁化方向与圆周方向围成非零角度。例如，具有另一个易磁化方向的形状记忆线可以以螺旋的形式布置。例如，该形状记忆线可以是：包含镍和钛的合金；包含铜、锌和铝的合金；和/或包含铜、铝和镍的合金。
根据图2至图4的绕组端部环包括通过纤维6加强的塑料。该塑料可以例如是环氧树脂。该纤维可以包括碳纤维、陶瓷纤维(特别是氧化铝纤维)、玄武岩纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维和/或硼纤维。根据图2至图4的纤维6具有易磁化方向。根据图2的易磁化方向是轴向。根据图3的易磁化方向与圆周方向成15°至75°的角度7。根据图4的易磁化方向与圆周方向成-15°至-75°的角度7。
例如可以考虑形状记忆线5的易磁化方向和纤维6的易磁化方向的以下组合：
在示例3和示例4中，形状记忆线5具有两个易磁化方向。特别优选的是实施例2至示例4，因为这里形状记忆线5和纤维6彼此成一定角度布置，使得纤维6具有较长的寿命。绕组端部环1在收缩状态下作用在绕组端部上的径向压力可以通过绕组端部环1中的形状记忆线的体积组分和/或方向来控制。
图7和图8示出了用于组装转子2的方法。绕组端部环1最初具有第一环直径20。绕组端部环1在步骤a)中被冷却。为此，绕组端部环1可以例如被至少一个喷嘴25喷射液氮。也可以将绕组端部环1浸入低温浴中。经冷却的绕组端部环1的直径随后被扩大16。为此，根据图7，将绕组端部环1装入环扩大装置22中。环扩大装置22具有圆顶24，该圆顶24被压入绕组端部环1的内部。圆顶24过渡到圆柱形部分17，使得整个绕组端部环1可以扩大到第二环直径21。第二环直径21与圆柱形部分17的直径相同。在此，第二环直径21被选择为使得可以被安装在绕组端部上，并且可以在绕组端部和绕组端部环21之间形成径向间隙23。
图8示出了具有第二环直径21的绕组端部环1的环组件18。在步骤c)中，绕组端部环1布置在绕组端部的径向外侧。在步骤d)中，由于形状记忆材料，通过加热绕组端部环1基本上再次达到第一环直径20，使得绕组端部环1收缩在绕组端部上。为了加热，可以提供加热装置27。加热装置27可以例如由围绕绕组端部环1缠绕的加热线构成。
图9示出了用于拆卸19转子2的方法。该方法包括以下步骤：f)冷却绕组端部环1；g)扩大16绕组端部环1的直径；h)从绕组端部拆下绕组端部环1。
图6示出了如何找到在步骤a)和f)中冷却绕组端部环1的温度和在步骤d)中加热的温度。图6显示了具有奥氏体和马氏体的金属的滞后曲线。在水平轴10上是温度，并且在垂直轴11上是金属中马氏体的体积组分。从100％马氏体开始，在点12处开始形成奥氏体，该点12对应温度T3。在点13处，达到奥氏体的最大体积组分，该点13对应温度T4。如果随后金属被冷却，在点14处，马氏体的体积组分开始增加，该点14对应温度T1。在点15处，达到100％的马氏体的体积组分，该点15对应温度T2。以下适用：T2<T1<T3<T4。在步骤a)和f)中冷却至温度Tk，Tk适用：T 2≤Tk≤T1。在步骤d)中加热至温度Te，Te适用：T4≤Te。
尽管通过优选实施例详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从其中得出其他变型。
Claims (13)
1.一种用于电机的转子，包括一个绕组端部和一个绕组端部环(1)，所述绕组端部环(1)径向外侧地收缩在所述绕组端部上并且具有形状记忆材料，
其中所述形状记忆材料包括金属的形状记忆线(5)，
其中所述形状记忆线(5)具有至少一个易磁化方向，所述形状记忆线(5)的易磁化方向沿所述绕组端部环(1)的圆周方向，
其中所述形状记忆线在所述绕组端部环(1)中以螺旋形式存在，
其中所述绕组端部环(1)包括通过纤维(6)加强的塑料，
其中所述纤维(6)具有易磁化方向，所述纤维的易磁化方向沿所述绕组端部环(1)的轴向方向，或者所述纤维的易磁化方向相对于所述绕组端部环(1)的圆周方向具有15°至75°的角度(7)，
其中所述纤维的易磁化方向不同于所述形状记忆线的易磁化方向，
其中所述纤维的易磁化方向与所述形状记忆线的易磁化方向彼此偏差至少15°。
2.根据权利要求1所述的转子，其中所述形状记忆材料包括形状记忆聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的转子，其中所述形状记忆材料包括：含镍和钛的合金；含铜、锌和铝的合金；和/或含铜、铝和镍的合金。
4.根据权利要求1或2所述的转子，其中所述形状记忆线在所述绕组端部环(1)中以网状形式存在。
5.根据权利要求1或2所述的转子，其中所述塑料包括环氧树脂。
6.根据权利要求1或2所述的转子，其中所述纤维(6)包括：碳纤维；陶瓷纤维；玄武岩纤维；芳族聚酰胺纤维；玻璃纤维；和/或硼纤维。
7.根据权利要求1或2所述的转子，其中所述纤维(6)包括：氧化铝纤维。
8.一种用于组装根据权利要求1至7中任一项所述的转子(2)的方法，包括以下步骤：
a)冷却所述绕组端部环(1)；
b)扩大(16)所述绕组端部环(1)的直径；
c)将所述绕组端部环(1)布置在所述绕组端部的径向外侧；
d)加热所述绕组端部环(1)，使得所述绕组端部环(1)收缩在所述绕组端部上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述形状记忆材料包括所述金属的形状记忆线(5)，并且在步骤a)中，冷却至低于温度Τ1的温度，在该温度Τ1下当所述形状记忆线(5)主要来自奥氏体时，所述形状记忆线(5)的马氏体的组分增加，以及在步骤d)中，加热至高于温度T4的温度，在该温度T4下当所述形状记忆线(5)主要来自马氏体时，所述奥氏体的组分不进一步增加。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤a)中，冷却至高于或等于温度T2的温度，在该温度T2下当所述形状记忆线(5)主要来自奥氏体时，所述形状记忆线(5)的马氏体的组分基本上达到100％。
11.一种用于拆卸根据权利要求1至7中任一项所述的转子(2)的方法，包括以下步骤：
f)冷却所述绕组端部环(1)；
g)扩大(16)所述绕组端部环(1)的直径；
h)从所述绕组端部拆下所述绕组端部环(1)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述形状记忆材料包括所述金属的形状记忆线(5)，并且在步骤f)中，冷却至低于温度T1的温度，在该温度T1下当所述形状记忆线(5)主要来自奥氏体时，所述形状记忆线(5)的马氏体的组分增加。
13.根据权利要求12所述的方法，其中在步骤f)中，冷却至高于或等于温度T2的温度，在该温度T2下当所述形状记忆线(5)主要来自奥氏体时，所述形状记忆线(5)的马氏体的组分基本上达到100％。
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