CN116711193A - 旋转电机的转子、制造方法及相应的旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转电机的转子(100)，转子(100)的每个叶片包(300)在其两端部或端部区段包括至少一个第一倒置叶片(311)和至少一个最后倒置叶片(312)，该些叶片相对于叶片包(300)的其它叶片(310)倒置。
Description
技术领域
本发明涉及旋转电机领域，包括其制造和组装方法，特别是涉及变频异步感应电机，尤其是配备了转子的电机，转子具有短路线圈以及一个或多个笼。
背景技术
旋转电机或简称电机，在电动机的情况下是用于将电能转换为机械能的设备，反之，在发电机的情况下是用于将机械能转换为电能的设备。旋转电机基本上由四个基本结构组成，即壳体、定子、转子和轴承/盖。
壳体是负责集合其它结构并容纳定子和转子的元件。
在电动机的情况下，定子是静态主动(激励)元件，负责传导磁通量使转子旋转，在发电机的情况下，定子负责传导转子产生的能量，而转子是旋转电机的主动(激励)旋转部件。
轴承和盖子是负责将旋转电机的静态部件耦合到旋转部件的元件。
除了这些元件之外，根据每个旋转电机的独特特征，可以存在辅助系统，例如激发、冷却、润滑等。
另一方面，转子基本上包括一个轴，在轴上布置着固定在一起的多个叶片或薄片的包以形成叶片包，该叶片包被充分地构造以承受电机的各种使用条件，例如离心力、温度和其它可能影响和损害转子组尺寸稳定性的特征。
本文所述的电机的转子具有在叶片包本身中形成并平行于转子轴的通孔或开孔或纵向槽，其中每个径向等距孔组当被填充导电材料(形成条)且端部被导电材料(短路环)连接在一起时形成一个笼，同一个转子可以有一个或多个笼。
双笼转子基本上具有靠近电机轴的、更靠下的笼和一个更靠近叶片包的外表面的、更靠上的笼，其中外笼利用集肤效应(skin effect)来提高起动性能，此时转子条中的电流的频率等于或接近电源线的频率。
感应旋转电机可以由变频器驱动，产生变频和变幅值的三相电压系统，并且由变频器控制的电机的起动并不意味着起动电流大。相反，定子频率降低到接近标称转差频率的值，且电压幅值被确定以产生标称磁通量。因此，获得所需的起动转矩并不需要定子电流大于标称电流。
因此，鉴于频率控制的感应电机在起动条部件下不暴露在标称电压下，它不需要增加漏电感，因为限制起动电流是不必要的。因此，频率控制的感应电机可以配备具有开孔的单笼转子，从而产生更小的漏磁通量、更低的漏电感和更高的最大扭矩值。
然而，由于磁路中的开孔的数量受到结构限制以及导体中的非正弦场分布，感应电机的绕组包含具有高次谐波的电动势。除了上述谐波外，还有由变频器产生的电源电压施加到电机上的谐波。
所述谐波引起频率相同的电流，并且转子中的所述电流的幅值与电动势频率分量的幅值成正比，与绕组阻抗成反比。请注意，高频率下的绕组阻抗主要由漏电抗决定。这就是为什么降低漏电感会导致绕组中基波和更高阶谐波引起电流幅值增加，从而增加电流纹波，并增加绕组中的焦耳损耗。
高频损耗的不利影响可以通过使用不同材料的双笼并对定子和转子的磁路进行整型来避免，从而减少由高次谐波失真引起的电动势。
一种可能的解决方案是使用单笼转子，其中下部(工作)孔中填充导电材料，例如通过注入铝，而上部孔中填充绝缘空气，以模拟转子桥的等效开孔。
然而，该解决方案具有一些缺点，例如需要使用具有额外附件的复杂注入工具、和/或在至少一端的一个或多个最外层叶片和/或短路环、或其它附加部件来容纳铝，特别是，在注入过程中存在铝迁移到外笼的风险。
(现有技术)
对于配备具有多于一个笼的转子的异步电机，现有技术有几种解决方案。他们中的每个都在寻求改善工作性能的解决方案，特别是起动性能。
一个示例是专利文献BR112012003600B1，其公开并描述了异步电机的笼式转子，其包括用于改善起动性能的起动条部以及生产该笼式转子的方法。如其摘要所述，此解决方案的笼式转子包括转子叶片包，该叶片包具有孔以及布置在孔中的运行条部。在笼式转子的径向方向，所述运行条部接触孔的位于内侧的底部并直接位于转子叶片包上，其中，运行条部具有局部涂层；在笼式转子的径向方向，该局部涂层涂覆运行条部的位于外侧的表面，其中，运行条部的材料比局部涂层的材料具有更大的导电率。
BR112012003600B1的转子是一种典型的鼠笼式结构，但尽管具有双笼，工作孔(下部笼)通过压力注入方法被填充导电材料，而上部笼也填充有导电材料。因此，这种已知的现有技术的解决方案的关注点是改善电机的起动性能，而不是减少高频损耗，其中尽管提到了高频损耗，但没有解决。除了在工作孔的端部涂覆需要更昂贵的制造步骤外，转子的笼之间还有一个自由空间。所述自由空间虽然旨在减少额外的高频损耗，但当电机被直接从电源网络供电时，这种自由空间的作用是有限的，且当电机被变频器/逆变器供电时，这种自由空间的作用几乎没有。此外，这种布置显然仅适用于铜棒，这同样增加了材料和制造成本。
最后，BR112012003600B1也没有描述或建议如何在注入工艺中将上部笼和下部笼中的孔彼此隔离。
专利文献US20200244150描述了另一种现有技术的解决方案，其公开了一种制造旋转电机的具有注入笼的转子的方法，其中转子包括限定孔的磁性叶片包，在孔中注入由第一导电材料制成的条部。在所述方法中，使用注入机从叶片包的前部注入与第一导电材料不同的第二导电材料，条部在其后端处由定位工具保持以抵抗与注入相关的压力，该定位工具穿过用于在叶片包的后部形成短路环的腔室。
由US20200244150描述的发明涉及双笼转子，第二(底部)孔可以容纳注入的铝(或任何其它导电材料)，并且存在一个小通道以防止笼的导电材料在注入过程中侵入另一个笼的孔。
尽管在双笼的下部(工作)笼中插入了导电材料，但上部笼中也填充有导电材料，其作用是减少基本损耗而不是减少高频损耗。此外，尽管在注入过程中详细设计了小通道以防止一种导电材料超过另一种导电材料的界限，但在注入过程中使用了抗压工具来保留材料，即它没有教导或建议相关现有技术的替代方案。
从上述描述中可以推断，克服现有技术缺点的电机转子解决方案还存在空间和需求，特别是通过减少制造时间和成本来提高注入方法的可靠性，同时减少高频损耗，又具有鲁棒性。
发明内容
因此，根据所附权利要求中权利要求1的特征，本发明的目的之一是提供一种双孔旋转电机的转子，该转子具有偏心上部孔和倒置的最外叶片。
根据所附权利要求中权利要求9的特征，本发明的另一目的是提供一种双孔旋转电机的转子的制造方法，该转子具有偏心上部孔和倒置的最外叶片。
根据所附权利要求中权利要求11的特征，本发明的另一目的是提供一种配备双孔转子的旋转电机，该转子具有偏心上部孔和倒置的最外叶片。
根据所附权利要求中权利要求12的特征，本发明的又一个目的是提供一种配备双孔转子的旋转电机，该转子具有偏心上部孔和倒置的最外叶片。
本发明的附加特征及其细节在从属权利要求中提出。
附图说明
为了更好地理解和可视化本发明的目的，现在将参照附图对本发明进行描述，附图通过示例性实施例表示所获得的技术效果而不限制本发明的保护范围，其中，示意性地：
图1示出了根据本发明的转子的立体图，转子具有组装在轴上的叶片包；
图2示出了图1中转子叶片包的叶片的正视图；
图3示出了图2中细节A的放大视图；
图4示出了根据本发明的叶片包的正视图；以及
图5示出了图4中细节B的放大视图，强调了通过倒置叶片表面覆盖叶片包的上部孔。
具体实施方式
本发明涉及一种转子(100)，包括轴(200)和一个或多个叶片包(300)。
根据本发明的转子(100)的轴(200)是现有技术中已知的轴(200)，并且是常用于旋转电机的类型。
根据本发明的转子(100)的叶片包(300)由多个叶片(310)形成，叶片(310)由适用于具有本发明特征的电机的材料制成，每个叶片(310)设置有中心孔(320)、下部孔(330)和上部孔(340)，下部孔(330)是通孔，上部孔(340)也是通孔，并且可以设置一个或多个叶片包(300)，这些叶片包(300)彼此相同或不同且布置在转子(100)的同一轴(200)上。
中心孔(320)允许轴(200)插入，并且可配备有附加开口以用于通过键和其它元件。
各下部孔(330)在叶片包(300)中对齐，形成贯通通道，该贯通通道通过适当的方法(在压力下的连接熔合和注入，优选通过注入)被填充导电材料，形成导电材料的条部，各条部的端部通过短路环连接，形成下部笼或工作笼。用于注入成所述条部的、填充工作笼的下部孔(330)所形成的贯通通道的材料必须是可注入材料，优选但不限于铝和/或其一种或多种合金。
叶片(310)的下部孔(330)的形状将优选地取决于所期望的电机的设计规格。
各上部孔(340)在叶片包(300)中对齐，形成贯通通道，该贯通通道被填充绝缘材料。填充上部孔(340)所形成的贯通通道的材料应该是合适的材料，优选但不限于空气。
叶片(310)的上部孔(340)的形状将优选地取决于所期望的电机的设计规格。
叶片(310)通过现有技术中已知的、且适用于具有本发明特征的电机的装置和方法制造，例如可以是但不限于冲压、机械切割、激光切割、注入、铸造、烧结和其它相关方法，只要它们是适合的。
叶片包(300)是通过具有孔(320、330、340)的多个叶片(310)成组且平行对齐而形成，孔(320、330、340)分别对齐以形成叶片包(300)。
在根据本发明的转子(100)中，叶片包(300)的每一端部的至少一块叶片(310)将被安装成倒置叶片(311，312)，相对于其它叶片(310)倒置，这意味着叶片包(300)将在其沿着转子(100)的纵轴(200)的两端部具有：至少一个第一倒置叶片(311)和至少一个最后倒置叶片(312)，两者相对于它们之间的其它叶片(310)倒置，在两端部处限定叶片包(300)。
在本发明的上下文中，叶片包(300)的一个端部应理解为相当于纵向的端部扩展，其占叶片包(300)总长度的20％，优选15％，优选10％，这是沿转子(100)的纵轴(200)从叶片包(300)的端部向内部测量而得。这意味着倒置叶片(311，312)可以布置在两端部并沿如上所述的端部区段布置，甚至可以沿同一端部区段设置多于一个的倒置叶片(311，312)。因此，每个叶片包(300)至少具有两个端部区段，叶片包(300)的每个端部具有一个端部区段。无论如何，为了本描述的清楚性，将倒置的叶片简单地称为第一倒置叶片(311)和最后倒置叶片(312)。
应当注意，第一和最后的倒置叶片(311，312)优选与其它叶片(310)相同，与其它叶片的区别仅在于：如上所述，在转子(100)的轴(200)上的安装位置相对于其它叶片的安装位置是倒置的安装位置。
叶片包(300)可以在其每个端部或端部区段具有多于一个的倒置叶片(311，312)，这取决于电机的设计、尺寸、注入压力和其它相关参数。
如果转子(100)设置有多于一个的叶片包(300)，则每个叶片包(300)均在两个端部或端部区段由至少一个第一倒置叶片(311)和至少一个最后倒置叶片(312)限定。
上部孔(340)以偏心的方式布置在叶片(310)中，优选相对于下部孔(330)的中央径向轴偏移或成镜像，使得各下部孔(330)在同一叶片包(300)上对齐，但倒置叶片(311，312)的薄片上下倒置安装，覆盖其它叶片(310)的上部孔(340)。因此，位于端部或端部区段的倒置叶片(311，312)的上部孔(340)将不会与其它叶片(310)的上部孔(340)对齐。位于端部的倒置叶片(311，312)将用作由内部的和/或布置在它们之间的和/或之前的和/或之后的叶片(310)的上部孔(340)所形成的通道的盖子或物理限制器。
因此，应当注意，一个或多个倒置叶片(311，312)也可以单独或与一个或多个其它叶片(310)一起布置在除了同一叶片包(300)的端部或端部区段之外的其它位置处，并且倒置叶片(311，312)也用作由布置在两者之间的和/或之前的和/或之后的叶片(310)的上部孔(340)所形成的通道的盖子或物理限制。
一旦组装完毕，将叶片包(300)布置在适当的注入工具中，该注入工具设置有腔室以接收叶片包(300)且设置有腔室以允许填充通过对齐下部笼的下部孔(330)所形成的通道，所述通道与通过对齐上部孔(340)所形成的通道物理分离，提高了工艺的尺寸稳定性和可靠性。
因此，下部笼的材料不会渗入上部孔(340)，保持由上部孔(340)所形成的通道中没有下部笼的材料，特别是没有导电材料，从而减少了高频损耗。
通过将它们倒置在组件中，对叶片包(300)的第一和最后倒置叶片(311，312)进行区别设置或者对一组或多组倒置叶片(311，312)进行区别设置(不论是否在叶片包中间倒置叶片(310)甚至叶片包(300))，连同上部孔(340)相对于下部孔(330)的分离，将有助于下部笼或工作笼(被填充材料)的铝注入工艺，防止铝在注入过程中进入被空气填充的孔。
根据本发明的转子(100)的孔(330，340)被填充不同的材料，上部孔(340)被空气填充以模拟转子(100)的桥的等效开口，而下部或工作孔(330)通过铝注入工艺被填充导电材料。填充空气的上部孔(340)减少了由变频器供电的电机的高频损耗，而如果上部孔(340)填充了导电材料，则不会产生这种效果。
根据本发明的转子(100)的制造方法是制造包括轴(200)和至少一个或多个叶片包(300)的转子(100)的方法，其中位于叶片包(300)的每个端部或端部区段的至少一个叶片(310)安装成倒置叶片(311，312)，相对于其它叶片(310)倒置，在两端部或端部区段限定叶片包(300)一次或多次。
该方法包括以下步骤：
i.冲压形成叶片(310)，叶片(310)具有中心孔(320)，下部孔(330)和上部孔(340)；
ii.具有孔(320，330，340)的多个叶片(310)分组并同时对齐，且孔(320，330，340)彼此对齐，以形成至少一个叶片包(300)；
iii.在叶片包(300)的每个端部或端部区段设置一个或多个倒置叶片(311，312)，其相对于其它叶片(310)倒置或成镜像；
iv.将叶片包(300)布置在适当的注入工具中，该工具设置有腔室以接收叶片包(300)，并设置有腔室以允许填充通过对齐下笼的下部孔(330)而形成的通道；
v.注入可注入材料以填充下部孔(330)形成的通道；和
vi.通过将轴(200)插入中心孔(320)，将轴(200)推入一个或多个叶片包(300)中。
在本发明的优选的非限制性实施例中，步骤iii还可以包括将一个或多个倒置叶片(311，312)单独或与一个或多个叶片(310)一起布置在同一叶片包(300)的除端部或端部区段之外的位置处。
根据本发明的制造方法相对于现有技术的制造转子的方法的等同步骤具有重要且显著的差异。
本发明各步骤的执行时间相对于现有技术的等同步骤的执行时间减少了，因为不需要压制或焊接叶片包(300)，更重要的是，在注入过程中不需要额外的工具和/或背侧压力来隔离上部孔(340)所形成的腔室。
仅使用了一种类型的叶片(310)，用作叶片包(300)的端部或端部区段的盖子的最外层叶片与其它叶片(310)完全相同，不需要额外的零件或部件，减少了电机部件种类的数量，从而提高了装配中的质量指标。
因此，根据本发明的用于制造本发明的转子(100)的方法大大减少了本文所述类型的转子的制造时间，降低了材料和劳动力成本，提高了生产率，需要的步骤更少，并且通过减少对额外的机械或辅助装置的需要来优化制造产能。应当注意的是，根据旋转电机的转子的构造所必需的技术知识和制造实践，根据本发明的方法在上述那些步骤之前和之后可以具有其它附带步骤。
根据本发明的旋转电机是设置有根据本发明的转子(100)的电机，根据本发明的转子(100)由根据本发明的方法制造。
结论
本领域技术人员将容易理解，可以在不脱离上述描述中阐述的构思的情况下对本发明进行修改。这写修改应被视为包括在本发明的保护范围内。因此，前面详细描述的具体实施例仅仅是说明性的和示例性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的保护范围为所附权利要求的全部范围，涵盖其所有和任何等同物。
Claims (12)
1.一种旋转电机的转子，其特征在于，所述转子(100)的每个叶片包(300)在其两端部或端部区段包括至少一个第一倒置叶片(311)和至少一个最后倒置叶片(312)，所述叶片相对于所述叶片包(300)的其它叶片(310)倒置。
2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述叶片(310、311、312)具有下部孔(330)和上部孔(340)，其中叶片(310)的上部孔(340)以偏心方式布置，优选相对于下部孔(330)的中央径向轴偏移或成镜像。
3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒置叶片(311、312)覆盖由所述倒置叶片(311、312)之间布置的叶片(310)的上部孔(340)所形成的通道。
4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述叶片(310、311、312)的下部孔(330)在同一叶片包(300)上保持对齐。
5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒置叶片(311、312)优选与其它叶片(310)相同。
6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述倒置叶片(311、312)单独或与一个或多个其它叶片(310)一起布置在同一叶片包(300)的除端部或端部区段之外的位置处。
7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，同一叶片包(300)在其每个端部或端部区段具有一个以上的倒置叶片(311、312)。
8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子(100)的孔(330，340)被填充不同的材料，上部孔(340)被填充绝缘材料，下部孔(330)被填充导电材料。
9.一种根据权利要求1至8所述的转子(100)的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
i.冲压形成叶片(310)，叶片(310)具有中心孔(320)，下部孔(330)和上部孔(340)；
ii.具有孔(320，330，340)的多个叶片(310)分组并同时对齐，且孔(320，330，340)彼此对齐，以形成至少一个叶片包(300)；
iii.在叶片包(300)的每个端部或端部区段设置一个或多个倒置叶片(311，312)，其相对于其它叶片(310)倒置或成镜像；
iv.将叶片包(300)布置在适当的注入工具中，该工具设置有腔室以接收叶片包(300)，并设置有腔室以允许填充通过对齐下笼的下部孔(330)而形成的通道；
v.注入可注入材料以填充下部孔(330)形成的通道；和
vi.通过将轴(200)插入中心孔(320)，将轴(200)推入一个或多个叶片包(300)中。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤iii还包括将一个或多个倒置叶片(311，312)单独或与一个或多个其它叶片(310)一起布置在同一叶片包(300)的除端部或端部区段之外的位置处。
11.一种旋转电机，其特征在于，其包括权利要求1至8所述的转子(100)。
12.一种旋转电机，其特征在于，其通过权利要求9至10所述的方法制造。
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