CN110476337B - 混合式鼠笼转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于异步电机(1)的鼠笼式转子，其具有在引导磁场的转子的槽(12)中的导体(9)和在引导磁场的转子的端侧的区域中的导电的转子端环(6)，转子端环将导体(9)电连接，转子端环(6)具有至少两种不同的导电材料。

Description

混合式鼠笼转子

技术领域

本发明涉及异步电机的鼠笼式转子、异步电机、这种异步电机的应用和用于制造异步电机的鼠笼式转子的方法。

背景技术

异步电机的鼠笼式转子通常通过铝压铸制造。然而，在大的体积和浇铸横截面的情况下，由于在浇铸工艺期间浇铸材料的少量加料和固化收缩，在导体的和转子端环(Kurzschlussring)的区域中形成明显的缩孔，缩孔的形成还显著地减小了导电横截面。

根据鼠笼式转子中的缩孔的位置和大小，这能够对异步电机的功能产生影响。在此已证实，转子端环中的缩孔形成在过渡到转子棒的过渡区域中是尤其关键的。

至今为止，在转子的背离金属熔化物的填入侧上通过浇铸工具的复杂的几何形状来应对该问题，这与鼠笼式转子的以及异步电机的紧凑构造相冲突。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是，实现一种紧凑的高效率的鼠笼式转子，该鼠笼式转子也适合较大的异步电机(轴高度大于500)并且具有异步电机构造紧凑的特性。此外应提供该鼠笼式转子的简单的制造方法，该制造方法提供鼠笼式转子的可复现的质量。

所提出的目的的解决方案通过一种异步电机的鼠笼式转子实现，其具有在引导磁场的转子的槽中的导体和在引导磁场的转子的端侧的区域中的导电的转子端环，该转子端环将导体电连接，该转子端环具有至少两种不同的导电材料。

本发明还提出：在至少一个转子端环中设有至少一个插入部件，其中，转子端环由插入部件、例如铜部件构成，插入部件由第二导电材料构成，第二导电材料被由第一导电材料构成的熔化物、例如铝熔化物包围，其中，导体或者由第一导电材料构成或者由插入部件构成、由第二导电材料构成的导体棒、例如铜棒构成，第二导电材料被由该第一导电材料构成的熔化物、例如铝熔化物包围，其中，插入部件在转子端环之内呈环形延伸。

所提出的目的的解决方案同样通过一种具有根据本发明的鼠笼式转子的异步电机来实现。

所提出的目的的解决方案同样通过具有根据本发明的鼠笼式转子的异步电机作为驱动器在食品工业、原料工业或服装工业中的应用来实现。

所提出的目的的解决方案同样通过一种用于制造根据本发明的鼠笼式转子的方法来实现，该方法具有如下步骤：

-提供引导磁场的转子；

-提供铸模，该铸模用作为用于鼠笼式转子的转子端环的轮廓的模具，并且该铸模布置在引导磁场的转子的端侧的区域中；

在此将至少一个由第二导电材料构成的插入部件至少装入铸模中；

-将由第一导电材料构成的金属熔化物注入槽或剩余的槽空间中，并且注入转子端环的在铸模的内轮廓与插入部件之间剩余的中间空间中；

-让金属熔化物固化。

在此，鼠笼式转子具有如下的部段和元件。由烧结材料或由依次布置的叠片构成的、引导磁场的元件尤其使用预设质量和厚度的硅钢片。该引导磁场的元件基本上构造成圆柱形并且在其侧表面的区域中具有从一个端侧到另一个端侧延伸的槽，该槽构造成朝侧表面闭合或者半开放或开放。在槽中设置导体。在端侧处直接设置贴靠该端侧或与其沿轴向间隔开的转子端环，该转子端环将导体在端侧处电短路。

转子端环由插入部件、例如铜部件构成，插入部件由第二导电材料构成，该第二导电材料被由第一导电材料构成的熔化物、例如铝熔化物包围。

在此，导体或者由第一导电材料构成或者由插入部件构成，由第二导电材料构成的导体棒、例如铜棒构成，该第二导电材料被由第一导电材料构成的熔化物、例如铝熔化物包围。

从现在开始，根据本发明，为了避免转子端环中的、尤其在导体与转子端环之间的过渡部中的缩孔，通过插入部件来减小浇铸体积或浇铸横截面，其中，转子端环的插入部件尤其与注入的材料相比具有改善的导电性。

与铸铝相比，这尤其通过使用铜来实现。由此，在比例方面减小铸件中的导电性相对较差的材料的横截面，其中由此也减小鼠笼式转子所需的结构空间，进而减小用于异步电机的结构空间。

有利地，通过低熔点的相将由铜构成的插入部件与铸铝以材料配合的方式结合。转子端环的至少一个插入部件的带有锡的覆层和相应的槽的至少一个插入部件(导体棒)的带有锡的覆层支持了在与工艺相关的边界条件下的相反应动力。因此，尤其也能够在鼠笼式转子的背离填入侧的一侧上实现将铝铸件工艺可靠地且节能地结合到插入部件上。

因此，根据本发明，也在浇铸体积和浇铸横截面较大的情况下，如其例如在轴高度较大的情况下(大于400mm超过800mm直至1200mm以及更多)防止缩孔形成。由此能够利用浇铸的鼠笼制造相对大的鼠笼式转子。

从现在开始，通过插入部件能够减小铝熔化物的超额重量，因为“必须填充更小的体积”。由此，制造还能够借助适合鼠笼式转子较小的情况的设备来工作。由此，工具设计也是简单且更便宜的，并且转子端环能够配备相对简单的几何形状。

从现在开始，通过将具有比铝更好的导电性的插入部件装入转子端环中来实现转子端环的横截面的减小。由此减小两个方向上所需的、尤其轴向的结构空间，该结构空间随后必要时能够用于驱动器的紧凑结构或用于改进马达冷却。

通过将具有改善的导电性的插入部件装入转子端环中也减小鼠笼式转子中的电损失，这提高了异步电机的能量效率。

在另一个设计方案中，除了铝熔化物之外，还将插入部件、尤其导体棒用作为槽中的导体。在此，随后将铜棒设置在槽中，该槽随后与转子端环中的铝熔化物及其至少一个插入部件形成鼠笼式转子的导电的笼架。

由铜构成的插入部件和短路棒满足在高的电导率方面的要求，进而引起对于整个异步电机的良好的电效率。铝由于其相对小的660℃的熔点而适合浇铸工艺，因为由此并且在浇铸期间必须满足对所使用的工具的相对低的要求。

这样的材料选择还具有如下优点，即鼠笼式转子通过由铝和铜构成的转子端环能够相对轻地构造。这产生更小的惯性力矩，这对异步电机的起动表现有正面作用。该优点尤其在驱动器中是重要的，其中出现频繁的转动方向改变，例如在可逆运行中的驱动马达或机床中的马达等中出现。

由于所描述的转动方向改变以及异步电机在运行中经受的负载变化，鼠笼式转子也经受温度波动，其又能在鼠笼式转子中产生机械应力作用。这种负载能够导致导体从具有插入部件的转子端环脱离。如果解除短路棒与浇铸的插入部件之间的连接，则提高连接部位处的电阻。

过渡电阻的这种提高又对异步电机的总效率产生负面影响。为了能够稳定地构建该连接，插入部件在被引入铸模中之前被部分地覆层。

在该情况下，例如在此应用如下覆层方法，该覆层方法产生在转子端环的插入部件与金属熔化物之间的合金层。这种合金层有利地通过电镀来涂覆。通过电镀已经能够以相对薄的层厚度实现稳定的合金层。

合金层的特性在于，在棒与转子端环之间存在混合晶体连接。由此显著地增加转子端环与导体棒之间的结合力。在本发明的有利的设计方案中，导体棒与插入部件的结合的增强能够通过如下方式进一步改进，即插入部件至少部分地利用构成金属熔化物的材料被覆层。

如果例如使用由铜构成的插入部件和由铝构成的金属熔化物，那么插入部件借助于电镀方法由薄的铝层覆盖。在插入部件定位在转子端环的铸模中并且可选地定位在槽中之后，如此覆层的插入部件与铝熔化物接触，以使导体和转子端环与插入部件电接触。

由此产生的鼠笼式转子对于负载变化和与其相关的温度波动明显更坚固。

附图说明

根据原理示出的实施例详细阐述本发明以及本发明的有利的实施方案。在此示出：

图1示出贯穿具有鼠笼式转子的异步电机的纵向截面图，

图2示出在转子端环的区域中的鼠笼式转子的细节图，

图3示出在转子端环的区域中的鼠笼式转子的另外的细节图。

具体实施方式

图1示出电机，其在该情况下是具有鼠笼式转子5或转动件的异步电机1，该异步电机具有定子2，该定子的指向气隙7的未详细示出的槽具有绕组系统3，该绕组系统与鼠笼式转子5电磁交互作用进而引起轴4的转动。

为了从现在开始获得坚固的、紧凑的和高效的异步电机1，根据本发明，尤其对于大于400mm的较大的轴高度，鼠笼式转子5在转子端环6中配备有至少一个插入部件8，该插入部件在制造方法中由材料、尤其铝熔化物浇铸制成。鼠笼式转子5在该情况下在转子的基本上轴向延伸的槽12中具有导体9，该导体由铝熔化物形成。转子端环6具有铝熔化物，该铝熔化物至少部分地包围优选由铜构成的插入部件8。

另一个设计方案可以实现的是，铜插入部件不仅处于转子端环6的区域中，而且也处于转子的基本上轴向延伸的槽12中。由此，整个鼠笼式转子基本上通过槽中的和转子端环中的插入部件由良好导电的材料、例如铜形成，该插入部件优选具有覆层，该覆层与铝熔化物形成冶金连接，该铝熔化物至少部分地包围该铜插入部件。

在此，转子5的槽中的插入部件、即预制的导体棒10的端部区域配备有特定的造型，即例如构造成开槽的。在此，导体棒10的该端部区域伸入到转子端环6中。

图2示出转子端环6中的插入部件8的细节图。插入部件8具有近似正方形的横截面并且呈环形在转子端环6之内延伸。尤其适合的是插入部件8的如下造型，该造型在注入侧(即在输入铝熔化物的一侧)低流动阻力地反抗浇铸工艺。在鼠笼式转子5的另一侧上，插入部件8应构造成使得其还引起铝熔化物在制造期间的均匀分布和层状流动，以便避免形成缩孔。

现在，鼠笼式转子5、尤其短路笼架在此具有如下设计方案。

导体9或者完全地由导电性小于转子端环6中的插入部件8的、浇铸的材料构成。转子端环6具有插入部件8和熔化的材料。例如，鼠笼式转子5的该设计方案能够具有转子端环6中的铜插入部件8，该铜插入部件在转子端环6中的剩余体积中因此在转子端环6的铸模的内轮廓与插入部件8之间、以及在鼠笼式转子5的槽12中具有浇铸的铝，如在图2中所示那样。

可选地，鼠笼式转子5、尤其根据图3的短路笼架如下地构造。在鼠笼式转子5的槽12中、以及在转子端环6中存在由良好导电的材料、例如铜构成的插入部件。插入的导体棒10至槽壁11之间的槽12中的剩余空腔和在插入部件8与铸模的内轮廓之间的转子端环6中的剩余空腔用电导率更小的材料、即铝浇铸。导体棒10在此不必强制性地如在图3中示出的那样与转子端环6的插入部件8直接接触。

在此，例如铜具有58MS/m的电导率，而铝的电导率处于33.5MS/m至36MS/m的范围中。

在此，转子端环6在全部变体方案中能够延伸直至轴4，以便由此获得与轴4的热耦合连接。在此，转子端环6的径向扩展最大是轴4至鼠笼式转子5的叠片组的径向外棱边的间距。在正常情况下，转子端环6的径向扩展位于其之间，但是不小于槽12的径向高度。转子端环6的轴向长度(没有风扇叶片)至少对应于插入部件8的轴向厚度。

在全部变体方案中，同样能够将未详细表示的风扇叶片浇铸在背离鼠笼式转子5的叠片组的一侧上。

转子端环6在全部变体方案中同样能够与鼠笼式转子5的叠片组轴向地间隔开。这通过适当的铸模和必要时轴向更长的导体棒10来确保。

由于较大的轴高度，具有这种鼠笼式转子5的异步电机尤其也适合用在运输车辆、机床或食品工业、原料工业、包装工业或服装工业的驱动器中。

Claims (16)

1.一种异步电机(1)的鼠笼式转子(5)，所述鼠笼式转子具有在引导磁场的转子的槽(12)中的导体(9)和在所述引导磁场的转子的端侧的区域中的导电的转子端环(6)，所述转子端环将所述导体(9)电连接，所述转子端环(6)具有至少两种不同的导电材料，其中，在至少一个转子端环(6)中设有至少一个插入部件(8)，其中，所述转子端环(6)由插入部件(8)构成，所述插入部件由第二导电材料构成，所述第二导电材料被由第一导电材料构成的熔化物包围，其中，所述导体(9)或者由第一导电材料构成或者由插入部件(8)构成、由第二导电材料构成的导体棒构成，所述第二导电材料被由所述第一导电材料构成的熔化物包围，其中，所述插入部件(8)在所述转子端环(6)之内呈环形延伸。

2.根据权利要求1所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，所述插入部件(8)是铜部件。

3.根据权利要求1所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，由第一导电材料构成的所述熔化物是铝熔化物。

4.根据权利要求1所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，所述导体棒是铜棒。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，所述插入部件(8)被覆层。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，在所述转子端环(6)中的所述插入部件(8)在流体流动的工艺方面被优化，以避免形成缩孔。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，所述插入部件(8)构造成一致的。

8.根据权利要求7所述的鼠笼式转子(5)，其特征在于，在所述转子端环(6)中的所述插入部件构造成一致的。

9.一种异步电机(1)，具有根据权利要求1至8中任一项所述的鼠笼式转子(5)。

10.一种根据权利要求9所述的异步电机(1)在运输车辆、机床或食品工业、原料工业、包装工业或服装工业的驱动器中的应用。

11.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的鼠笼式转子(5)的方法，所述方法具有如下步骤：

-提供引导磁场的转子；

-提供铸模，所述铸模用作为用于所述鼠笼式转子(5)的转子端环(6)的轮廓的模具，并且所述铸模布置在所述引导磁场的转子的端侧的区域中；

在提供铸模的情况下将至少一个由第二导电材料构成的插入部件(8)至少装入所述铸模中；

-将由第一导电材料构成的金属熔化物注入所述槽(12)或剩余的槽空间中，并且将所述金属熔化物注入所述转子端环(6)的在所述铸模的内轮廓与所述插入部件(8)之间剩余的中间空间中；

-让所述金属熔化物固化。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在注入所述金属熔化物之前，将由另外的导电材料构成的导体棒(10)插入所述槽(12)中。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述另外的导电材料是第二导电材料。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，至少一个导体棒(10)沿轴向伸入到所述转子端环(6)的区域中。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述导体棒(10)在所述导体棒的至少一个端部区域中具有特定的造型。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述导体棒(10)在所述导体棒的至少一个端部区域中构造成开槽的。

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