CN114069895A

CN114069895A - 一种通过电解铜制备的电机部件和电机

Info

Publication number: CN114069895A
Application number: CN202111352547.4A
Authority: CN
Inventors: 王善铭
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2021-11-16
Filing date: 2021-11-16
Publication date: 2022-02-18
Also published as: WO2023087896A1

Abstract

本发明属于电机组件技术领域，涉及一种通过电解铜制备的电机部件和电机，包括：铁心、导条和端环，导条设置在铁心的外圆周的槽中，端环在铁心的两端，使导条短接，导条和端环形成整体鼠笼，导条和端环通过电解铜的方法制得。其省去了精炼铜融化浇注的传统制造过程，大大降低电机制造过程的能量效率，实现制造过程的节能；不存在插铜条电机部件再焊接制造过程中那样的焊接过程，避免和铜焊接造成的焊点，提高电机部件的可靠性。

Description

一种通过电解铜制备的电机部件和电机

技术领域

本发明涉及一种通过电解铜制备的电机部件和电机，属于电机组件技术领域。

背景技术

节能减排是社会发展的永恒课题，电动机因其消耗超过60％以上的电能而备受关注，高效电机是国家、企业、研究人员的重大关切，各国都出台了各类措施支持促进高效电机的研究、开发和使用。异步电机是应用最广泛的电机，具有鲜明特点，其高效化具有重要意义。

异步电机具有结构简单，制造方便，运行可靠，坚固耐用，不需要变换器就可以自起动等优点，得到了广泛的应用。其结构如图1所示，该电机部件包括轴1、铁心2、导条3和端环4，铁心2固定在轴1上，导条3嵌入铁心外圆上开的槽中，端环4在铁心两端将导条3短接，导条3和端环4一起构成导电部件，由于电机部件形似鼠笼，又称鼠笼电机部件。目前广泛使用的异步电机的端环和导条采用铝制成，采用铸铝工艺制造。

铜的导电性比铝更高，利用铜替代传统电机部件的铝，可以提高异步电机的效率，目前主要通过铸铜电机部件或插铜条电机部件实现，但两者也都存在不同程度的工艺困难和缺点。对于铸铜电机部件，其制造难度很大，难点多。1、铜熔铸温度要达到1100℃左右，模具和压铸机的材料选择难，寿命短；2、铜流动性差，密度高，流速差，难以实现特殊槽型浇注，且易造成气泡影响性能；3、铜易氧化，由于温度高，铜的氧化，影响导电性；4、熔铸本身需要耗费大量能量；5、容易掺入杂质，降低铜的纯度，影响导电性；6、铸铜温度高，工艺复杂，成功率低，导致铁心耗费高。对于插铜条焊接电机部件，也存在一些缺点。1、端环与导条之间需要进行焊接，焊接点受膨胀和离心力作用，成为强度的薄弱点；2、不同槽型需要不同形状、不同长度的铜条，其加工困难，否则转子槽型选择受限，使电机性能受限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种通过电解铜制备的电机部件和电机，以简化铜电机部件制造工艺，提高电机的效率。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种通过电解铜制备的电机部件，包括：铁心、导条和端环，导条设置在铁心的外圆周的槽中，端环在铁心的两端，使导条短接，导条和端环形成整体鼠笼，导条和端环通过电解铜的方法制得。

进一步，电解铜的方法通过将精炼铜作为阴极电解形成所述铁心上的导条和端环，将含有杂质的粗炼铜作为阳极，将所述阴极和阳极浸泡在硫酸铜电解液中，通电流，使铜在所述阴极沉积形成导条和端环。进一步，阳极布置在槽内，随着电解阴极的不断生长，由伺服机构带动阳极沿槽的方向退出，以保持阳极与阴极之间的距离；或阳极布置在槽外，阴极附近。

进一步，电解阴极随着电解过程会不断生长，其生长方向为先端环再导条再端环的轴向方向，或为先槽底再槽口的径向方向。

进一步，导条和铁心的槽之间具有绝缘层，绝缘层为涂在槽表面的绝缘材料，或是独立的薄的绝缘材料，以限制横向漏电流，降低损耗。

进一步，在端环内部加入高强度材料以加强端环强度，或者在端环外部加装固定装置以加强环强度。

进一步，导条在轴向上为曲线状、波浪状或多斜槽状。

本发明还公开了一种电机，包括：如上述任一项的通过电解铜制备的电机部件，电机部件作为电机的转子或定子。

进一步，电解铜制备的方法通过将铁心上具有导条和端环形状的精炼铜作为阴极，将含有杂质的粗炼铜作为阳极，将阴极和阳极浸泡在硫酸铜电解液中，通电流，使铜在阴极沉积。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本发明的通过电解铜方法制造的电机部件和电机，省去了精炼铜融化浇注的传统制造过程，大大降低电机制造过程的能量效率，实现制造过程的节能；不存在插铜条电机部件再焊接制造过程中那样的焊接过程，避免和铜焊接造成的焊点，提高电机部件的可靠性；电机部件槽型不受限制，避免了铸铜时，铜流动性差导致复杂槽型铜不能很好地布满以及造成气泡的难题，也避免了插铜条加工造成的铜条形状单一的弊病；保证了铜的纯度，保证了铜电机部件的导电性能，避免了铸铜引入杂质的难题；制造电机部件不需要溶铜所需的高温，不需要相应的高温模具和设备，降低设备投资，提高设备的寿命；电机槽型和槽数不受限制，可以制造复杂槽型，多槽的电机，提高电机设计的自由度，提高电机的性能。

附图说明

图1是现有技术中电机部件的结构示意图，图1(a)是电机部件的正视截面图；图1(b)是图1(a)中A-A的截面图；图1(c)是图1(a)中B-B的截面图；

图2是本发明一实施例中电机部件的结构示意图，图2(a)是电机部件的正视截面图；图2(b)是图2(a)中A-A的截面图；图2(c)是图2(a)中B-B的截面图

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方向，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明涉及一种通过电解铜制备的电机部件和电机，其通过电解铜的方法制备导条和端环，避免了铸铜加工时将铜融化所需的能量，将粗炼铜到精炼铜，精炼铜融化浇注的两个耗能过程集成为一个粗炼铜到精炼铜的过程，大大降低电机制造过程的能量效率，实现制造过程的节能。

实施例一

本实施例公开了一种通过电解铜制备的电机部件，如图2所示，包括：轴11、铁心12、导条13和端环14，导条13设置在铁心12的外圆周的槽中，端环14在铁心12的两端，使导条13短接，导条13和端环14共同构成导电部件，导条13和端环14通过电解铜的方法制得。

电解铜之前，导条13和端环14不存在。可以槽内或者端环位置处设置精炼铜初始阴极，初始阴极可以是一小块精炼铜或者端环的一小部分或者导条的一小部分。电解铜的方法以初始阴极作为基础，即精炼铜阴极，将含有杂质的粗炼铜15作为阳极，通过电解使阴极不断生长，最终在铁心12中形成导条13，以及与导条13连成整体的端环14，导条13布满铁心12上的槽并具有对应的形状，端环14则需要用专门形状的模具使端环14形成需要的形状。粗炼铜15的形状可以根据需要设置。在本实施例中优选将粗炼铜15做成细棒状，伸入电解槽中，将阴极和阳极浸泡在硫酸铜电解液中，通电流，使铜在阴极沉积。阳极布置在槽内，随着电解阴极的不断生长，由伺服机构带动阳极沿槽的方向退出，以保持阳极与阴极之间的距离；或阳极布置在槽外，阴极附近。本实施例中硫酸铜电解液的浓度可为90g/L—150g/L，反应温度可为50℃—65℃，电流强度可为60-75A/dm²，电解时间根据需要确定，在此不做特别限定。

电解过程中的电解电流的大小、电解液的浓度根据生产任务、生产时间、电解铜的质量进行设置，温度根据电解要求进行设置。

电解阴极随着电解过程会不断生长，其生长方向为先端环14再导条13再端环14的轴向方向，或为先槽底再槽口的径向方向。

导条13和铁心12的槽之间具有绝缘层，绝缘层为涂在槽表面的绝缘材料，或是独立的薄的绝缘材料，以限制横向漏电流，降低损耗，进一步提高电机效率。本实施例中的绝缘材料可以是绝缘膜，绝缘纸，绝缘漆等等。

导条13布置在铁心12的槽内，其固定较稳固，但是端环14为悬空圆环，其在转子旋转时承受离心力作用，为了提高端环14的可靠固定，在端环14内部加入高强度材料以加强端环14强度，或者在端环14外部加装固定装置以加强环强度。其中高强度材料包括但不限于高强度金属圆环。

现有的导条13通常为直线状，本实施例中通过电镀铜的方法形成的导条13在轴向上可以为曲线状、波浪状或多斜槽状等任意形状，其形状由相应的模具决定，可以大大减小齿槽效应，提高转矩平稳性，降低振动。

实施例二

基于相同的发明构思，本实施例公开了一种电机，包括：如上述任一项的通过电解铜制备的电机部件，该电机部件可以用作转子或定子，若电机部件用作定子，则电机还包括与其对应的转子，若电机部件用作转子，则电机还包括与其对应的定子。

本实施例中电机优选为异步电机，电机部件作为电机的转子，实现高效电机，但本实施例中电机也可以是实心转子异步电机，或者复合转子异步电机等。

电解铜之前，导条13和端环14不存在。可以槽内或者端环位置处设置精炼铜初始阴极，初始阴极可以是一小块精炼铜或者端环的一小部分或者导条的一小部分。电解铜的方法以初始阴极作为基础，即精炼铜阴极，将含有杂质的粗炼铜15作为阳极，通过电解使阴极不断生长，最终在铁心12中形成导条13，以及与导条13连成整体的端环14，导条13布满铁心12上的槽并具有对应的形状，端环14则需要用专门形状的模具使端环14形成需要的形状。粗炼铜15的形状可以根据需要设置。在本实施例中优选将粗炼铜15做成细棒状，伸入电解槽中，将阴极和阳极浸泡在硫酸铜电解液中，通电流，使铜在阴极沉积。阳极布置在槽内，随着电解阴极的不断生长，由伺服机构带动阳极沿槽的方向退出，以保持阳极与阴极之间的距离；或阳极布置在槽外，阴极附近。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，包括：铁心、导条和端环，所述导条设置在所述铁心的外圆周的槽中，所述端环在所述铁心的两端，使所述导条短接，所述导条和所述端环形成整体鼠笼，所述导条和端环通过电解铜的方法制得。

2.如权利要求1所述的通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，所述电解铜的方法通过将精炼铜作为阴极电解形成所述铁心上的导条和端环，将含有杂质的粗炼铜作为阳极，将所述阴极和阳极浸泡在硫酸铜电解液中，通电流，使铜在所述阴极沉积形成导条和端环。

3.如权利要求2所述的通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，所述阳极布置在槽内，随着电解阴极的不断生长，由伺服机构带动所述阳极沿槽的方向退出，以保持阳极与阴极之间的距离；或所述阳极布置在槽外，所述阴极附近。

4.如权利要求2所述的通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，所述电解阴极随着电解过程会不断生长，其生长方向为先端环再导条再端环的轴向方向，或为先槽底再槽口的径向方向。

5.如权利要求1所述的通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，所述导条和铁心的槽之间具有绝缘层，绝缘层为涂在槽表面的绝缘材料，或是独立的薄的绝缘材料，以限制横向漏电流，降低损耗。

6.如权利要求1-5任一项所述的通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，在所述端环内部加入高强度材料以加强端环强度，或者在所述端环外部加装固定装置以加强环强度。

7.如权利要求1-5任一项所述的通过电解铜制备的电机部件，其特征在于，所述导条在轴向上为曲线状、波浪状或多斜槽状。

8.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的通过电解铜制备的电机部件，所述电机部件作为电机的转子或定子。

9.如权利要求8所述的电机，其特征在于，所述电解铜的方法通过将精炼铜作为阴极电解形成所述铁心上的导条和端环，将含有杂质的粗炼铜作为阳极，将所述阴极和阳极浸泡在硫酸铜电解液中，通电流，使铜在所述阴极沉积形成导条和端环。