CN111431368A - 鼠笼式转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鼠笼式转子，其包括：轴、内部布置有转子条的转子叠片芯和带有间隙的短路环，转子条的条端部穿过间隙而伸出转子叠片芯。转子条在其表面上至少部分地具有电绝缘层，其中电绝缘层仅粘结地连接至转子条的表面。鼠笼式转子特别适用于异步电机中。

Description

鼠笼式转子

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的鼠笼式转子。

背景技术

在已知的鼠笼式转子中，设置有封闭狭槽的转子叠片芯包括由导电性高的材料制成的转子条，所述转子条嵌入狭槽中，所述转子条的条端部突出超过转子叠片芯的端侧，并被硬焊或焊接到紧凑的短路环。为了防止转子叠片芯的分层和干扰振荡，根据需要将单独的紧凑的压力环压配到转子叠片芯的端侧上。为了进一步防止转子条在转子叠片芯的狭槽中轴向移位，所述转子条机械地固定地连接到转子叠片芯。

由文献DE3421537A1已知一种具有笼式绕组的鼠笼式转子。笼式绕组包括导电的转子条，所述导电的转子条布置在转子叠片芯的封闭狭槽中，并且突出超过所述转子叠片芯的端侧。突出端电连接到高导电性短路环。对应于转子叠片的短路环被配置为由高导电材料制成的开槽叠片芯，并且作为端侧压力体，在它们的封闭槽狭的整个表面面积上固定地连接到转子条，以热传导的方式，非常接近转子叠片芯。特别的特征是，用于短路环的单独的导电叠片具有比转子叠片更大的厚度，但是在其他方面具有相同的尺寸和形状。在生产鼠笼式转子期间，将短路环和转子叠片堆叠在一起，装配有插入在端侧的转子条，然后轴向压紧整个堆叠，转子条的条端硬焊至短路环。

对于异步电机的笼式转子，随着时间的推移，已经针对极其广泛种类的应用开发了不同形式的笼式条，这些形式具有选定的特性，因此特别适合于各个应用。

在文献EP3145059A1和EP3168969A1中可以找到关于转子条在转子叠片芯中的布置的进一步发展。这两个文献都描述了异步电机的笼式转子，该异步电机的笼式转子具有带导体条的径向关闭或部分地打开的狭槽切口，该导体条布置在狭槽切口中，并通过金属环氧粘合剂或可替代地使用泡沫材料固定。

从叠片的圆周方向看，所有切口都具有相同的横截面。在此，要被轴向地插入到狭槽切口中的导体条设置有足够量的径向游隙。狭槽切口的几何形状以及尺寸都会影响笼式转子的磁性能，从而最终影响异步电机的期望的运行性能。

因此，将不与狭槽切口形成压配的导体条轴向地插入到叠片或叠片芯的狭槽切口中。导体条已经可以连接到短路环，然后形成半笼。现在，留在叠片芯和由铝或铜制成的条之间的狭槽切口内的空间可以用泡沫材料或环氧树脂填充，该环氧树脂也可以与小粒径的铁磁颗粒混合。在此，环氧树脂粘合剂的非反应性电阻高于电叠片的非反应性电阻，这意味着条在狭槽中绝缘，因此与模制条的常规设计相比，引起较小的功率损耗。

通常，已知的是，在倾斜的鼠笼式转子的转子叠片芯中出现堆叠横向流动，该堆叠横向流动对异步电机的效率程度有负面影响。优选地，在倾斜构造的异步电机中明显地出现堆叠横向流动，在所述异步电机中定子的狭槽分布不等于转子的狭槽分布。

发明内容

本发明基于针对转子条开发笼式转子的目的。

通过权利要求1的特征针对鼠笼式转子描述本发明。参考上述权利要求1的进一步权利要求涉及本发明的有利的实施方式和改进。

本发明包括一种鼠笼式转子，该鼠笼式转子包括轴、内部布置有转子条的转子叠片芯和带有间隙的短路环，转子条的条端部穿过间隙而伸出转子叠片芯。转子条在其表面上至少部分地具有电绝缘层，其中电绝缘层仅粘结地连接至转子条的表面。鼠笼式转子特别用于异步电机中。所述鼠笼式转子尤其可以是具有倾斜的限制的铜转子和鼠笼式转子笼。

在这种情况下，本发明基于这样的考虑：具有轴和短路环的转子叠片芯在接合过程之后产生紧凑的鼠笼式转子部件。与短路环的材料导电连接的转子条被引导穿过转子叠片芯和短路环。为此，转子条相对于转子叠片芯具有多余的长度，使得这些条端部突出到短路环中的间隙中。短路环位于转子叠片芯任意一侧的轴上。

降低叠片芯中相邻转子条之间的电导率的目的是抑制转子条之间电流流动通过叠片芯。这是通过高于相对较高的特定电阻的绝缘材料来实现的。此外，测试已经表明，除了绝缘层的电和热特性值之外，所述绝缘层的硬度和粘合强度也对适用性具有相当大的影响。因此，在部分地施加绝缘层的情况下应注意，它们有效地防止了转子条在所有运行条件下与转子叠片芯的直接接触。

将绝缘材料施加到部件表面上的一种可能方式是借助于浸镀方法的涂层。这可以分为三个阶段。所述方法开始于将测试体浸入以水状态存在的涂层中。测试体保持在那里直到其表面被溶液完全润湿为止。然后将预制件以恒定速率向上从溶液中拉出。在此过程中，多余的液体从工件表面流走，并且薄膜残留在工件上。该方法已经非常适合将绝缘材料施加到转子条的整个表面上。

此外，在表面清洁之后，以分层的方式施加到所述表面上并且与转子条的表面粘结地连接的纤维绝缘材料适用于电绝缘层。为了确保最大的粘合强度，必须注意避免空气穴。

在涂层之前清洁工件是有利的。在这种情况下，污垢和其他沉积物的颗粒从表面被去除，以实现绝缘层在转子条表面上的均匀和清洁的连接。

特别的优点是，通过使转子条，特别是倾斜的鼠笼式转子的转子条绝缘，可以显著提高异步电机的效率程度。另外，通过避免由铜制成的条形鼠笼式转子中的堆叠横向电流，可以降低转子的热损失，对于异步电机目的是进一步提高效率程度。

已经发现在研究范围内具有选择的优先性能的可用于防止异步电机的转子中的堆叠横向电流的绝缘材料。考虑的绝缘材料首先满足电性能，其次承受例如由于焊接引起的热影响，以及承受可能的批量生产中产生扭曲的转子条的变形。为了避免堆叠横向电流而优选考虑的一些绝缘材料可以是陶瓷、云母、聚酰亚胺、混合的塑料化合物和纤维混合物。

在本发明的特别的改进方案中，短路环的至少一部分可以由盘堆叠构成，该盘堆叠以分层的方式由具有间隙的盘构造。

每个短路环本身都由盘堆叠组成，该盘堆叠由多个直径相同或变化的单个盘构成。盘在盘表面上具有与构造鼠笼式转子所需的转子条一样多的间隙。这些最初彼此相对松散地布置的单独部件被连接以形成紧凑的鼠笼式转子。

为了建立接合连接，相邻布置的盘可以具有小的间隙作为狭槽，沿着该间隙可以建立接合连接。盘之间的狭槽围绕盘堆叠的外周延伸，并且径向地达到大约与转子条的间隙一样远。以这种方式形成了狭槽，该狭槽可以径向达到与转子条的水平一样远。为了将盘堆叠中的各个盘与转子条连接，沿着该狭槽建立了接合连接，该接合连接使各个部件彼此机械地以及电连接。相邻盘的盘表面之间只有一个接合平面，盘表面彼此抵靠定位。作为替代方案，从叠片芯延伸出的条也可以不在由斜面或台阶形成的狭槽的区域中露出。径向地考虑，盘中的间隙因此有些被定位在盘的狭槽内，被认为是径向向内的，但是以这样的方式使得在焊接期间条仍然位于熔化区的区域中。在接合期间，借助于激光束或电子束产生的熔体，例如在狭槽附近的条区域周围流动，并且所述条区域导电地连接至盘。

即使在相对较高的温度下进行接合方法的情况下，在这种情况下也仅会发生待接合盘的局部加热，而不会对其余部件(尤其是叠片式转子芯)产生热影响。由于其良好的导电性，用于短路环的合金通常也具有足够的导热性，结果，在接合期间引入的热能通过散热迅速地消散。

在本发明的优选的改进方案中，条端部可以导电地接合至短路环的盘堆叠。通常，仅将条端部在短路环中接合在一起将导致电连接不充分。可以通过在短时间内早期局部地熔化单个盘的材料，并且沿着接合间隙将相邻的盘连接到条端部的材料的方式来实现期望的导电连接。因此，在转子条和短路环之间建立了特别良好的电连接。在本发明的有利的实施方式中，接合连接可以是焊接连接或钎焊连接。为此优选激光束焊接或电子束焊接。这种焊接或钎焊连接特别适合于接合连接在整个周边上进行。结果产生的焊缝在存在于盘之间的狭槽的内部产生，并且如果合适的话，可以完全填充狭槽直到盘的端面。

换句话说：在径向方向上，可自由接近的开口因此在相邻的盘之间延伸至转子条的水平，以便能够将各个部件彼此进行电气和机械连接。以此方式，建立了用于运行异步电机的用于电流传导的足够的电接触。在每个盘上形成的间隙在形状和尺寸上都与转子条相匹配，从而可以几乎无间隙地定位它们。

转子条的表面上的绝缘层的厚度可以有利地在0.05至0.25mm之间。所述层厚度足以满足优选材料的所需介电强度。

在本发明的有利的改进方案中，从转子叠片芯伸出的转子条的条端部的表面部分可以不具有电绝缘层。为了通过热接合过程实现转子的足够的稳定性，不需要将转子条的待焊接的那些端部绝缘。特别地，转子条和短路环之间的空白连接点表现出高导电性。

当转子条的整个外表面区域被绝缘时是特别有利的。在有利的实施方式中，仅转子条的径向外表面和/或径向内表面区域部分可以具有电绝缘层。部分绝缘特别用于节省绝缘材料的成本，但是覆盖层必须具有足够的尺寸，以使得在异步电机运行期间，旋转力不会导致条表面区域的各个部分接触叠片芯。

电绝缘层可以有利地由厚度为0.05mm至0.15mm的胶带组成，优选地由厚度为0.06mm的胶带组成。纤维绝缘材料的一种类型是胶带。在清洁表面之后，将所述胶带放置在所述表面上，并借助于接触压紧将其粘贴到表面上。为了确保最大的粘合强度，在此过程中还必须注意避免形成气穴。粘合特别适合于转子条的从外部可自由接近的表面区域。通常情况下，由于堆叠横向流动是由个位数电压范围内的最大电压引起的，因此，最薄的0.06mm的带厚度已足以满足所需的介电强度。然而，最大厚度还取决于接合间隙以及将绝缘转子条安装在叠片芯中的选择。

在有利的实施方式中，电绝缘层可以由聚酰亚胺胶带组成。在为避免堆叠横向流动而搜寻的绝缘材料包括陶瓷、云母、聚酰亚胺、混合的塑料化合物和纤维混合物的范围内，已证明特别合适的是源自纤维混合物组的聚酰亚胺胶带。该胶带特别是与聚酰亚胺混合而成，因此它既适用于高温，也适用于高达1000V以上的电气绝缘。测试表明，聚酰亚胺胶带可成功用于所有转子条/叠片芯对，此处使用的具有不同尺寸的叠片芯狭槽。然而，接合间隙，也就是说，在转子条和叠片芯狭槽之间的环绕间隙对于绝缘材料的可能使用是值得注意的。在涂覆有聚酰亚胺胶带的转子条中，大约0.1-0.2mm的接合间隙已经足够并且对于安装是有利的。

满足电气要求的涂层已经过焊接测试。接合过程中对涂层的热影响应通过焊接测试进行评估。这样，可以得出结论，进一步涂层可以承受哪些温度，以及聚酰亚胺胶带可以在短时间内暴露于高温的程度。这些测试得出的结果是，即使在第一短路环下方直接安装的聚酰亚胺薄膜，在焊接短路环堆叠的第一狭槽时，盘也不会受损。也没有观察到涂层从条上脱落。对于这种类型的应用，使用通常使用的参数进行焊接，以便获得批量生产所必需的结果表示。在进一步的焊接试验中，在没有冷却阶段的情况下，将盘堆叠的所有盘一个接一个地直接接合在一起，将温度记录在刚好低于第一个已经焊接的短路环盘。在这种情况下，所述温度最高为180℃。从最靠近焊缝放置的胶带条处或另一条装配好的胶带条处都找不到胶带从基材表面上的脱落或其他各种变化。

此外，转子条可优选地表现出围绕穿过表面积重心的纵轴的扭转。扭曲测试表明，例如，在机器生产的情况下，聚酰亚胺胶带也可以在条扭曲之前施加，而不会不利地影响所述聚酰亚胺胶带的绝缘性能。

将参考示意图更详细地解释本发明的示例性实施方式。

附图说明

图1示意性地示出了鼠笼式转子的侧视图，

图2示出了具有施加装置的转子条的视图，

图3示出了具有部分施加的绝缘层的准备安装的转子条的斜视图，

图4示出了具有在纵向轴线上中断的部分绝缘层的转子条的斜视图，和

图5示出了扭转的转子条的正视图。

附图标记

1 鼠笼式转子

2 轴

3 转子叠片芯

4 转子条

41 条端部

5 短路环

51 间隙

6 盘

7 盘堆叠

8 接合连接

10 绝缘层

100 施用装置

101 胶带辊

102 压力施加辊

A 纵轴

具体实施方式

在整个附图中，彼此对应的部分具有相同的附图标记。

图1示意性地示出了鼠笼式转子1的侧视图。在这种状态下，转子叠片芯3定位在轴2上，并与具有间隙51的两个短路环5组合，所述间隙51在端侧终止转子叠片芯3。在叠片芯3和短路环5的内部布置有多个转子条4。转子条4的条端部41伸入到短路环5的间隙51中，并且分别与盘堆叠7的最外面的盘6齐平地终止。在这种情况下，盘堆叠7由四个盘6组成，四个盘6具有用于短路环5的粘合连接的接合间隙。例如通过焊接或钎焊的接合连接8在接合间隙中实现。

图2示出了具有用于绝缘层10的施加装置100的转子条4的视图。在这种情况下，所述施加装置是用于位于胶带辊101上的聚酰亚胺胶带储存器的自动施加装置100。从胶带辊101自动展开胶带以恒定的进给速率进行。由粘附在半成品上的胶带的供给引起的张力确保了胶带在该过程中被自动地从其各自的胶带辊101上拉下。还已经找到了将作为绝缘层10的胶带与转子条4的形状匹配的可能的方式，而没有气穴或类似的故障，这些气穴或故障对这里产生的粘结强度产生负面影响。

与转子条4的轮廓匹配的旋转的压力施加辊102用于将胶带无故障地引导到转子条上。为此，在由塑料制成的接触压力辊102中将转子条4的半径和特殊形状制成阴轮廓。在这种情况下，辊被安装成使得它们由带的进给驱动。因此，通过预先提供的胶带以尽可能少的材料消耗来涂覆涂层。然而，为了将胶带粘贴到条上，也可以使用气动夹具进行批量生产。这种带有全面绝缘涂层的夹具特别适合转子条的直侧面。

因此，可以沿着转子条的部分施加胶带，而不会形成气泡。在这种情况下，有利的是，仅通过具有涂覆粘合剂的转子条的半径，就使用的材料优化带有胶带的涂层。在此，在转子为垂直时和转子为水平时的接触电阻都足够高。

图3示出了准备安装的转子条4的斜视图，该转子条在整个长度上具有部分施加的绝缘层10。该变型在于仅在弯曲的表面区域上用胶带涂覆整个转子条4。

图4示出了带有部分绝缘层10的转子条4的斜视图，该绝缘层10在纵轴上被中断。为了部分涂层转子条，仅根据转子条4的待涂层的长度分部分地施用胶带作为绝缘层10。未涂层的区域尤其是在条端部41的区域中起作用，用于随后的焊接过程，而不必进一步处理。

图5示出了扭转的转子条4的正视图。特别是在以倾斜方式产生的鼠笼式转子上会产生堆叠横向电流。通过使整个叠片芯绕其旋转轴线扭转来实现这种倾斜的布置。由于该过程，叠片芯的狭槽也被扭转，这又导致转子条也必须与其匹配，也就是说同样被扭转。图5中示出的用于倾斜的鼠笼式转子的转子条4的视图清楚地示出了围绕穿过表面积重心的纵轴A扭转。特别是对于批量生产，有关在条扭转的情况下涂层行为的知识特别重要。所述信息用于决定是否可以在扭曲之前施加涂层，或者该过程是否必须在所述扭曲之后进行。也可以在转子条扭转超过10°之后施加聚酰亚胺胶带涂层，这在生产旋转转子时通常是常见的，而不会出现故障、气穴或裂纹。进一步检查接触电阻还表明，胶带继续满足其绝缘性能。

从其中转子条的涂层是有利的优选的工艺顺序是：

1.清洗后/冲压之前

2.冲压后/扭曲之前

3.扭曲后。

将涂层工艺整合到生产运行中的特别优选的时间是在清洗和冲压之间达到所需的长度。

Claims (9)

1.一种用于异步电机的鼠笼式转子(1)，其包括轴(2)、内部布置有转子条(4)的转子叠片芯(3)和带有间隙(51)的短路环(5)，转子条(4)的条端部(41)穿过间隙(51)而伸出转子叠片芯(3)，

其特征在于，

-转子条(4)在其表面上至少部分地具有电绝缘层(10)，和

-电绝缘层(10)仅粘结地连接至转子条(4)的表面。

2.根据权利要求1所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，短路环(5)的至少一部分由盘堆叠(7)组成，该盘堆叠以分层的方式由具有间隙(51)的盘(6)构造。

3.根据权利要求2所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，条端部(41)导电地接合至短路环(5)的盘堆叠(7)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，在转子条(4)的表面上的绝缘层(10)的厚度在0.05mm至0.25mm之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，转子条(4)的从转子叠片芯(3)延伸出的条端部(41)的表面部分没有电绝缘层(10)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，仅转子条(4)的径向外表面和/或径向内表面区域部分具有电绝缘层(10)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，电绝缘层(10)由厚度为0.05至0.15mm的胶带组成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，电绝缘层(10)由聚酰亚胺胶带构成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的鼠笼式转子(1)，其特征在于，转子条(4)绕穿过表面积重心的纵轴(A)扭转。

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