CN111835168A - 感应式电机的转子以及用于组装转子的笼式绕组的方法 - Google Patents

Abstract

感应式电机的转子以及用于组装转子的笼式绕组的方法。感应式电机的转子包括转子芯结构(102)和笼式绕组。笼式绕组包括转子导条(103、104)和端环(105、106)，转子导条(103、104)位于转子芯结构的狭槽中，端环(105、106)连接至转子导条的端部。转子导条的端部通过转子导条的端部在转子导条的横向方向上的膨胀而附接至端环的开口，所述膨胀由已被引导至转子导条的端部的轴向挤压引起。转子导条的材料比端环的材料软。因而，能够避免在转子导条的端部被轴向挤压时的不希望的形状变形。端环的材料可以例如是添加有铬和锆的铜合金，而转子导条的材料可以例如是铜。

Description

感应式电机的转子以及用于组装转子的笼式绕组的方法

技术领域

本公开主要涉及旋转式电机。更具体地，本公开涉及一种感应式电机的转子。此外，本公开涉及一种感应式电机以及用于组装感应式电机的转子的笼式绕组的方法。

背景技术

旋转电机诸如是马达和发电机，其通常包括有定子和转子，所述定子和转子布置成使得在这两者间产生磁通量。感应式电机的转子通常包括转子芯结构、轴和笼式绕组。笼式绕组包括转子导条和端环。转子导条位于转子芯结构的狭槽中。端环在转子芯结构的端部区域处连接到转子导条的端部。转子芯结构典型地是由铁磁钢板构成的层压结构，这些铁磁钢板彼此电绝缘并且在转子的轴向方向上堆叠。然而，特别是在许多高速感应式电机中，转子芯结构由实心钢制成。由实心钢制成的转子芯结构可以与转子的轴一起构成单件实心钢。

在许多感应式电机中，转子导条和端环被制造成单独的导电材料件，并且端环通过导电接头附接到转子导条的端部。转子导条和端环的材料可以是例如铜或铝。转子导条可以例如通过如下方式附接到端环：钎焊，熔焊，铜焊，或在轴向上挤压转子导条的端部以使转子导条的端部在横向方向上膨胀，从而形成与转子导条所突出穿过的端环的开口的壁的紧密配合。上述附接方法不能免除例如由温度变化和机械振动引起的挑战。此外，转子导条和转子芯结构的狭槽之间的配合需要具有间隙以允许组装。在运行期间，转子导条会取决于转速而在转子上向外移动。转子导条的移动会影响转子的平衡，并且可能地导致机械振动的增大和机器损坏。

发明内容

下面给出简化概述，以便提供对本发明的一些实施例的基本理解。概述不是本发明的广泛综述。它并不旨在确认本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。以下概述仅以简化形式呈现本发明的一些构思，以作为对本发明的示意性实施例的更详细描述的前序。

在本文献中，“几何”一词在用作前缀时表示几何概念，其不必是任何物理对象的部分。几何概念可以是例如几何点、直线或弯曲的几何线、几何平面、非平面几何表面、几何空间，或者零维、一维、二维或三维的任何其它几何实体。在本文献中，“在…之间”一词不限于其中实体位于两个其它实体之间并与所述其它实体相接触的情况，而是首先提及的实体能够与其它实体中的一个或两个实体离开一定距离。

根据本发明，提供了一种用于感应式电机的新型转子。根据本发明的转子包括：

-转子芯结构，

-多个转子导条，其位于转子芯结构的狭槽中，以及

-端环，其在笼式绕组的两端处将转子导条的端部彼此电连接，其中所述笼式绕组由转子导条和端环构成。

转子导条的端部通过转子导条的端部在转子导条的横向方向上的膨胀而被附接到端环的开口，所述膨胀是由转子制造期间已被引导到转子导条的端部的轴向挤压引起。转子导条的材料比端环的材料软。因而，当转子导条的端部被轴向挤压并在横向上膨胀时，可以避免端环的不希望的形状变形。由较硬的端环和较软的转子导条所提供的优点在于，笼式绕组的机械强度得以提高，同时仍然可以通过轴向挤压转子导条的端部，以将转子导条附接到端环。端环的材料可以是例如添加有铬和锆的铜合金，即CuCrZr，转子导条的材料可以例如是铜。

根据本发明的转子还包括一个或多个环状碟形弹簧，所述一个或多个环状碟形弹簧围绕转子的几何旋转轴线。所述一个或多个环状碟形弹簧在轴向上位于端环之间，并且在径向上位于转子导条和转子的几何旋转轴线之间。所述一个或多个环状碟形弹簧被轴向压缩，并且因为轴向压缩，所述一个或多个环状碟形弹簧抵靠转子导条在径向上展开，使得一个或多个环状碟形弹簧被布置成用以背离转子的几何旋转轴线地在径向上挤压转子导条。因而，转子导条一直被向外挤压，因此离心力不使转子导条移动。因此，可以在转子的旋转期间维持转子的平衡。

根据本发明，还提供了一种新型感应式电机。根据本发明的感应式电机包括：

-定子，其包括定子绕组，和

-根据本发明的转子，其相对于定子以可旋转的方式被支撑。

根据本发明，还提供了一种用于组装感应式电机的转子的笼式绕组的新方法。根据本发明的方法包括：

-将转子导条放置到转子芯结构的狭槽中，使得在转子芯结构的端部处，转子导条的端部从转子芯结构在轴向上突出，

-放置端环，使得转子导条的端部穿过端环的开口在轴向上突出，以及

-将轴向挤压引导到转子导条的端部，以通过转子导条的端部在转子导条的横向方向上的膨胀来将转子导条的端部附接到端环的开口，所述膨胀由轴向挤压引起，并且转子导条的材料比端环的材料软。

在根据本发明的方法中，将一个或多个环状碟形弹簧围绕转子的几何旋转轴线放置，随后放置端环，使得所述一个或多个环状碟形弹簧在轴向上位于端环之间，并且在径向上位于转子导条和转子的几何旋转轴线之间，并且所述一个或多个环状碟形弹簧在轴向上受到压缩。由此轴向压缩，所述一个或多个环状碟形弹簧抵靠转子导条在径向上展开，使得所述一个或多个环状碟形弹簧背离转子的几何旋转轴线地在径向上挤压转子导条。

在所附从属权利要求书中描述了示意性和非限制性的实施例。

当结合附图阅读对具体的示意性实施例的以下描述时，将关于构造和运行方法以及它们的其它目的和优点而最佳地理解的各种示意性和非限制性的实施例。

动词“包含…”和“包括…”在本文献中用作开放式限制，其既不排除也不要求未记载的特征的存在。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征都可以相互自由组合。此外，应理解，在整个文献中使用的“一”、即单数形式并不排除多个。

附图说明

下面，以举例方式并参考附图更详细地解释示意性和非限制性实施例及优点，其中：

图1a、图1b和图1c示出了根据示意性和非限制性实施例的转子，

图2示出了根据示意性和非限制性实施例的电机，并且

图3示出了根据示意性和非限制性实施例的用于组装感应式电机的转子的笼式绕组的方法的流程图。

具体实施方式

在下面给出的说明书中提供的具体示例不应被解释为限制所附的权利要求书的范围和/或适用性。此外，应理解，除非另有明确说明，否则在以下给出的说明书中提供的示例的列表和组都不是穷举性的。

图1a和图1b示出了根据示意性和非限制性实施例的转子101的截面图。图1a中所示的截面图是沿图1b中所示的几何线A-A截取的，使得几何截平面与坐标系199的yz平面平行。图1b中所示的截面是沿图1a中所示的几何线B-B截取的，使得几何截平面与坐标系199的xy平面平行。图1c示出了图1a的部分120的放大图。转子101包括转子芯结构102。在该示意性情况下，转子芯结构102由实心铁磁钢制成，并且转子芯结构和转子的轴构成单块实心钢。然而，根据示意性和非限制性实施例的转子也可以包括如下的转子芯结构，其中该转子芯结构包括铁磁钢板的堆叠，使得铁磁钢板彼此电绝缘并且在转子的轴向方向上彼此堆叠。

转子101包括笼式绕组，该笼式绕组包括多个转子导条，所述多个转子导条位于铁磁芯结构102的狭槽中。在图1a和图1b中，所述转子导条中的两个转子导条用附图标记103和104表示。在该示意性情况下，转子芯结构102的狭槽是在转子芯结构102的气隙表面上具有狭槽开口的开口狭槽。然而，根据示意性和非限制性实施例的转子也可以包括具有封闭的狭槽的转子芯结构。笼式绕组包括两个端环105和106。端环105在转子芯结构102的第一端处将转子导条的端部彼此电连接。对应地，端环106在转子芯结构102的第二端处将转子导条的端部彼此电连接。转子导条位于转子芯结构102的狭槽中，使得在转子芯结构的每个端部处，转子导条的端部都从转子芯结构102在轴向上突出，并且在轴向上穿过端环105和106的开口突出。转子导条的端部通过转子导条的端部在转子导条的横向方向上的膨胀而附接至端环的开口，其中该膨胀由在转子的制造期间被引导到转子导条的端部的轴向挤压而引起。在图1c中，以实线箭头示出轴向挤压和横向膨胀。用于对转子导条进行轴向挤压的工具可以包括例如点状尖端(tip)或线状凸脊，该点状尖端或线状凸脊抵靠转子导条的正被轴向挤压的端部表面。转子导条的材料比端环的材料软。因而，当转子导条的端部被轴向挤压并且横向膨胀时，能够避免端环的不希望的形状变形。端环的材料可以是例如添加有铬和锆的铜合金，即CuCrZr，转子导条的材料可以是例如铜Cu。

图1a至图1c中示出的示意性转子101包括围绕几何旋转轴线121的环状碟形弹簧107和108。环状碟形弹簧107和108在轴向上位于转子芯结构102与端环之间，并且在径向上位于转子导条和几何旋转轴线121之间。环状碟形弹簧在端环和转子芯结构之间被轴向压缩，并且由于轴向压缩，环状碟形弹簧抵靠转子导条在径向上展开，使得环状碟形弹簧被布置成用以背离几何旋转轴线121地在径向上挤压转子导条。在图1c中，用虚线箭头示出了被引导到环状碟形弹簧107的轴向压缩，用点划线箭头示出了被引导到转子导条103底部的径向挤压。

在图1a至图1c中所示的示意性转子101中，环状碟形弹簧107和108的外周开有狭槽，使得环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的锁定狭槽，所述径向延伸的锁定狭槽与转子导条的底部配合，以防止环状碟形弹簧关于转子芯结构102旋转。在图1b中，以附图标记110标示出一个锁定狭槽。此外，在该示意性情况下，环状碟形弹簧107和108的外周具有径向延伸的脱离狭槽，所述径向延伸的脱离狭槽在圆周方向上位于转子导条之间，并且在径向上比径向延伸的锁定狭槽深。在图1b中，以附图标记111标示出两个径向延伸的脱离狭槽。位于所述径向延伸的脱离狭槽中的相邻的径向延伸的脱离狭槽之间的环状碟形弹簧的部分组成弹簧臂，所述弹簧臂中的每个弹簧臂都背离几何旋转轴线121地在径向上挤压所述转子导条中的一个转子导条。在图1b中，以附图标记112标示出一个弹簧臂。由于环状碟形弹簧107和108的弹簧臂的脱离，所以分别地在每个转子导条上保持径向的挤压力，即每个环状蝶形弹簧都包括用于每个转子导条的转子导条专用弹簧臂。

图1a至图1c中所示的示意性转子101包括锁定螺母113和114，所述锁定螺母113和114围绕转子的几何旋转轴线121。如图1a中所示，锁定螺母113和114安装在转子的螺纹部分上，并且锁定螺母113和114布置成用以朝向转子芯结构102在轴向上挤压端环105和106。然而，也可以使用不同的机械装置来固定端环。根据示意性和非限制性实施例的转子可以包括例如螺栓，这些螺栓沿轴向穿过端环延伸到转子芯结构。在一些情况下，例如在转子芯结构和端环之间没有碟形弹簧的情况下，转子导条和端环之间的接头可能足以将端环保持就位。

在图1a至图1c中所示的示意性转子101中，所述环状蝶形弹簧中的第一个环状蝶形弹簧107在轴向上位于转子芯结构102和所述端环中的第一个端环105之间，所述环状蝶形弹簧中的第一个环状蝶形弹簧在转子芯结构和所述端环中的第一个端环之间在轴向上被压缩，所述环状蝶形弹簧中的第二个环状蝶形弹簧108在轴向上位于转子芯结构和所述端环中的第二个端环106之间，并且所述环状蝶形弹簧中的第二个环状蝶形弹簧在转子芯结构和所述端环中的第二个端环之间在轴向上被压缩。

在其中转子芯结构包括轴向连续的铁磁元件(例如，轴向堆叠的片材或板)的根据示意性和非限制性实施例的转子中，也可以是是一个或更多的环状碟形弹簧位于所述轴向连续的铁磁元件之间，并且不接触端环。在该示意性情况下，所述一个或更多环状碟形弹簧不需要靠近转子导条和端环之间的接头，因而需要由所述一个或更多环状碟形弹簧引起的足以背离转子的几何旋转轴线地在径向上挤压转子导条的径向力较小。在根据示意性和非限制性实施例的转子中，在转子芯结构的中间处存在仅一个环状碟形弹簧。在根据另一示意性且非限制性实施例的转子中，在端环之间沿轴向连续地存在三个或更多个环状碟形弹簧。

图2示出了根据示意性和非限制性实施例的感应式电机。该感应式电机包括定子215和根据本发明的示意性和非限制性实施例的转子201。转子201相对于定子215以可旋转的方式被支撑。在图2中未示出用于相对于定子215以可旋转的方式支撑转子201的装置。定子215包括定子绕组216，该定子绕组216用于响应于被施加交流电而生成旋转磁场。定子绕组216可以是例如三相绕组。转子201可以例如是诸如图1a至图1c中所示的那样。

图3示出了根据示意性和非限制性实施例的，用于组装感应式电机的转子的笼式绕组的方法的流程图。该方法包括下列动作：

-动作301：将转子导条放置到转子芯结构的狭槽中，使得在转子芯结构的端部处，转子导条的端部从转子芯结构在轴向上突出，

-动作302：放置端环，使得转子导条的端部穿过端环的开口在轴向上突出，以及

-动作303：将轴向挤压引导到转子导条的端部，以通过转子导条的端部在转子导条的横向方向上的膨胀而将转子导条的端部附接到端环的开口，所述膨胀由轴向挤压引起，并且转子导条的材料比端环的材料软。

在根据示意性和非限制性实施例的方法中，端环的材料是添加有铬和锆的铜合金，并且转子导条的材料是铜。

根据示意性和非限制性实施例的方法包括：在将转子导条放置到转子芯结构的狭槽中之前，通过退火来软化转子导条的材料。在这种示意性情况下，取决于转子导条的材料(例如，铜)，轴向挤压和由轴向挤压引起的变形会使转子导条的材料再硬化。

根据示意性和非限制性实施例的方法包括将一个或更多环状碟形弹簧围绕转子的几何旋转轴线放置，并且随后放置端环，使得：

-所述一个或更多环状碟形弹簧在轴向上位于端环之间，

-所述一个或更多环状碟形弹簧在径向上位于转子导条与转子的几何旋转轴线之间，并且

-所述一个或更多环状碟形弹簧受到轴向压缩，并且由于轴向压缩，所述一个或更多环状碟形弹簧抵靠转子导条在径向上展开，使得所述一个或更多环状碟形弹簧背离转子的几何旋转轴线地在径向上挤压转子导条。

在根据示意性和非限制性实施例的方法中，所述环状蝶形弹簧中的第一个环状蝶形弹簧在轴向上放置在转子芯结构和端环中的第一个端环之间，所述第一个环状蝶形弹簧在转子芯结构和第一个端环之间在轴向上被压缩，所述环状蝶形弹簧中的第二个环状蝶形弹簧在轴向上放置在转子芯结构和所述端环中的第二个端环之间，并且第二个环状蝶形弹簧在转子芯结构和第二个端环之间在轴向上被压缩。

在根据示意性和非限制性实施例的方法中，环状碟形弹簧的外周开有狭槽，使得环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的锁定狭槽，这些锁定狭槽与转子导条的底部配合，以防止环状碟形弹簧相对于转子芯结构旋转。

在根据示意性和非限制性实施例的方法中，环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的脱离狭槽，这些脱离狭槽在圆周方向上位于径向延伸的锁定狭槽之间，并且在径向上比所述径向延伸的锁定狭槽深。位于所述径向延伸的脱离狭槽中的相邻的径向延伸的脱离狭槽之间的环状碟形弹簧的部分组成弹簧臂，每个弹簧臂都背离转子的几何旋转轴线地在径向上挤压所述转子导条中的一个转子导条。

根据示意性和非限制性实施例的方法包括将锁定螺母安装在转子的螺纹部分上，使得锁定螺母围绕转子的几何旋转轴线，并且朝着转子芯结构在轴向上挤压端环。

在以上给出的说明书中提供的特定示例不应被解释为限制所附权利要求书的范围和/或适用性。除非另有明确说明，否则以上给出的描述中提供的示例的列表和组都不是穷举性的。

Claims (16)

1.一种用于感应式电机的转子(101、201)，所述转子包括：

-转子芯结构(102)，

-多个转子导条(103、104)，所述多个转子导条(103、104)位于所述转子芯结构的狭槽中，以及

-端环(105、106)，所述端环(105、106)在笼式绕组的两端处将所述转子导条的端部彼此电连接，其中所述笼式绕组由所述转子导条和所述端环构成，

其中，所述转子导条的端部通过所述转子导条的端部在所述转子导条的横向方向上的膨胀而被附接到所述端环的开口，所述膨胀由已被引导到所述转子导条的所述端部的轴向挤压引起，并且其中，所述转子导条的材料比所述端环的材料软，

其特征在于，所述转子还包括一个或多个环状碟形弹簧(107、108)，所述一个或多个环状碟形弹簧(107、108)围绕所述转子的几何旋转轴线，所述一个或多个环状碟形弹簧(107、108)在轴向上位于所述端环之间，并且在径向上位于所述转子导条和所述转子的几何旋转轴线之间，并且所述一个或多个环状碟形弹簧被轴向压缩，并且由于轴向压缩，所述一个或多个环状碟形弹簧抵靠所述转子导条在径向上展开，使得所述一个或多个环状碟形弹簧被布置成用以背离所述转子的几何旋转轴线地在径向上挤压所述转子导条。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述端环的材料是添加有铬和锆的铜合金，并且所述转子导条的材料是铜。

3.根据权利要求1所述的转子，其中，所述环状蝶形弹簧中的第一个环状蝶形弹簧(107)在轴向上位于所述转子芯结构和所述端环中的第一个端环(105)之间，所述第一个环状蝶形弹簧在所述转子芯结构和所述第一个端环之间在轴向上被压缩，所述环状蝶形弹簧中的第二个环状蝶形弹簧(108)在轴向上位于所述转子芯结构和所述端环中的第二个端环(106)之间，并且所述第二个环状蝶形弹簧在所述转子芯结构和所述第二个端环之间在轴向上被压缩。

4.根据权利要求1所述的转子，其中，所述环状碟形弹簧的外周开有狭槽，使得所述环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的锁定狭槽(110)，所述径向延伸的锁定狭槽(110)与所述转子导条的底部配合，以防止所述环状碟形弹簧相对于所述转子芯结构旋转。

5.根据权利要求3所述的转子，其中，所述环状碟形弹簧的外周开有狭槽，使得所述环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的锁定狭槽(110)，所述径向延伸的锁定狭槽(110)与所述转子导条的底部配合，以防止所述环状碟形弹簧相对于所述转子芯结构旋转。

6.根据权利要求4所述的转子，其中，所述环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的脱离狭槽(111)，所述径向延伸的脱离狭槽(111)在圆周方向上位于所述转子导条之间，并且在径向上比所述径向延伸的锁定狭槽深，在所述径向延伸的脱离狭槽中的相邻的径向延伸的脱离狭槽之间的所述环状碟形弹簧的部分组成弹簧臂(112)，每个弹簧臂(112)都布置成用以背离所述转子的所述几何旋转轴线地在径向上挤压所述转子导条中的一个转子导条。

7.根据权利要求5所述的转子，其中，所述环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的脱离狭槽(111)，所述径向延伸的脱离狭槽(111)在圆周方向上位于所述转子导条之间，并且在径向上比所述径向延伸的锁定狭槽深，位于所述径向延伸的脱离狭槽的相邻的径向延伸的脱离狭槽之间的所述环状碟形弹簧的部分组成弹簧臂(112)，每个弹簧臂(112)都布置成用以背离所述转子的所述几何旋转轴线地在径向上挤压所述转子导条中的一个转子导条。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的转子，其中，所述转子包括锁定螺母(113、114)，所述锁定螺母(113、114)围绕所述转子的所述几何旋转轴线，被安装在所述转子的螺纹部分上，并且所述锁定螺母被布置成用以朝向所述转子芯结构在轴向上挤压所述端环。

9.根据权利要求1至7中的任一项所述的转子，其中，所述转子芯结构(102)由实心钢制成。

10.一种感应式电机，包括：

-定子(215)，所述定子(215)包括定子绕组(216)，和

-根据权利要求1至7中的任一项所述的转子(201)，所述转子(201)相对于所述定子以可旋转的方式被支撑。

11.一种用于组装感应式电机的转子的笼式绕组的方法，所述方法包括：

-将转子导条放置(301)到转子芯结构的狭槽中，使得在所述转子芯结构的端部处，所述转子导条的端部从所述转子芯结构在轴向上突出，

-放置(302)端环，使得所述转子导条的所述端部穿过所述端环的开口在轴向上突出，以及

-将轴向挤压引导(303)到所述转子导条的所述端部，以通过所述转子导条的所述端部在所述转子导条的横向方向上的膨胀而将所述转子导条的所述端部附接到所述端环的开口，所述膨胀由所述轴向挤压引起，

其中，所述转子导条的材料比所述端环的材料软，

其特征在于，一个或多个环状碟形弹簧被围绕所述转子的几何旋转轴线放置，并且随后放置所述端环，使得所述一个或多个环状碟形弹簧在轴向上位于所述端环之间，并且在径向上位于所述转子导条和所述转子的几何旋转轴线之间，并且所述一个或多个环状碟形弹簧在轴向上受到压缩，并且由于轴向压缩，所述一个或多个环状碟形弹簧抵靠所述转子导条在径向上展开，使得所述一个或多个环状碟形弹簧背离所述转子的所述几何旋转轴线地在径向上挤压所述转子导条。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括：在将所述转子导条放置到所述转子芯结构的所述狭槽中之前，通过退火来软化所述转子导条的材料。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述端环的材料是添加有铬和锆的铜合金，并且所述转子导条的材料是铜。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述环状碟形弹簧的外周开有狭槽，使得所述环状碟形弹簧的所述外周具有径向延伸的锁定狭槽，所述径向延伸的锁定狭槽与所述转子导条的底部配合，以防止所述环状碟形弹簧相对于所述转子芯结构旋转。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述环状碟形弹簧的外周具有径向延伸的脱离狭槽，所述径向延伸的脱离狭槽在圆周方向上位于所述径向延伸的锁定狭槽之间，并且在径向上比所述径向延伸的锁定狭槽深，位于所述径向延伸的脱离狭槽中的相邻的径向延伸的脱离狭槽之间的所述环状碟形弹簧的部分组成弹簧臂，每个弹簧臂都用以背离所述转子的所述几何旋转轴线地在径向上挤压所述转子导条中的一个转子导条。

16.根据权利要求11至15中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括：将锁定螺母安装在所述转子的螺纹部分上，使得所述锁定螺母围绕所述转子的所述几何旋转轴线，并且朝向所述转子芯结构在轴向上挤压所述端环。

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