CN111247716A - 具有注入保持架的转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转电机的转子(1)，所述转子具有：磁性叠片形成的叠片堆(2)，每个磁性叠片具有开口(3)，这些开口(3)在所述叠片堆(2)内的叠置形成狭槽(4)，所述开口(3)中的至少一些开口具有在其外围的至少部分上的摩擦凸起；导电杆(10)，所述导电杆由第一材料制成，所述导电杆容纳在所述狭槽(4)中的至少一些狭槽中，并通过至少一个主面(11)抵靠所述凸起。

Description

具有注入保持架的转子

技术领域

本发明涉及旋转电机，并且更具体地涉及这种电机的转子。

背景技术

异步电力发动机通常包括磁性叠片堆，其中槽穿过该叠片堆。在压力下注入铝以形成多个杆，这些杆通过短路环连接到叠片堆的外部。

为了改善电性能，可以证明有利的是，通过用铜代替铝可以进一步降低杆的电阻率。然而，由于铜的熔点远高于铝的熔点，因此难以将铜注入到槽中。

因此，一种已知的解决方案包括将导电铜杆引入槽中，并在压力下注入铝以填充槽内部的杆所留空的空间。

申请WO2011015494、WO2010100007、WO2009038678、US2011291516、WO2014067792、WO2011020788、WO2015071156、WO2012041943、JPH10234166、CN1925280、JPH11206080、JP2005278373和JPH1028360描述了转子，该转子的叠片堆具有用于容纳铜杆的狭槽，并在压力下将铝注入该狭槽中。

申请WO2012041943公开了一种保持架转子，该保持架转子的导电杆具有凹槽，该凹槽旨在使这些杆更易于在注射压力的作用下朝向狭槽的底部移动。该申请还指示凹槽促进了短路环的保持。

申请CN1925280公开了一种具有狭槽的转子，该狭槽包括用于将杆保持在狭槽的底部中的凸起。

EP 2 728 718公开了一种转子，该转子包括放置在狭槽中的导电杆。这些狭槽包括突起，以允许将这些导电杆通过该导电杆中的相应的凹部进行放置。

DE 10 2010 041796公开了导电杆，该导电杆包括在径向表面上的凹槽，以使得可以增加浇铸的铝和铜杆之间的接触面积。

US 2014/252910公开了导电杆，该导电杆容纳在叠片堆内形成的狭槽中。该狭槽可以包括存在于狭槽的径向表面上的固定部件。

JP 2007/295756公开了一种转子，该转子包括容纳在叠片堆内形成的狭槽中的导电杆。这些狭槽可以包括突起。

发明内容

在该操作期间，在压力下将铝注入到叠片堆中存在将杆保持在狭槽中的问题。

本发明寻求解决该问题，从而以这样的方式改进转子，该转子包括第一导电材料制成的杆和围绕这些杆注入至狭槽中的第二导电材料。

根据本发明的第一方面，一个主题是一种用于旋转电机的转子，所述转子包括：

-磁性叠片形成的叠片堆，每个磁性叠片都具有开口，这些开口在所述叠片堆内的叠置形成狭槽，所述开口中的至少一些在其外围的至少部分上具有摩擦凸起；

-导电杆，所述导电杆由第一材料制成，所述导电杆容纳在所述狭槽的至少部分中，并且形成为通过至少一个主面抵靠所述凸起。

借助于本发明，可以将导电杆有效地保持在叠片堆内部。可以在叠片的切割过程中非常精确地产生凸起，并在导电杆的横截面上允许更大的公差。

特别地，当将第二材料注入到导电杆周围的狭槽中时，导电杆可以在叠片堆内保持不动。凸起还可以减小施加在导电杆上的力，以便将它们插入到叠片堆中。

通过减小导电杆与叠片之间的接触面积，所述凸起甚至可以减小循环通过叠片的杆间电流和相应的焦耳效应能量损失。

优选地，摩擦凸起存在于狭槽的相对侧上，并且导电杆形成为通过相对的两个主面抵靠这些凸起。

摩擦凸起可以采取凸台的形式，优选地基本上在导电杆的整个径向尺寸上延伸。作为优选，导电杆不具有容纳摩擦凸起的相应凹部。

凸台可以具有在0.2mm至0.4mm之间的幅度。

叠片堆的所有叠片可以是相同的。可能除了在所述叠片堆的端部处的叠片之外，叠片堆的叠片在叠片堆的整个长度上是相同的。这样允许杆的更好的保持。这也允许在转子的生产过程中更容易进行叠片管理。

作为优选，摩擦凸起是不可变形的。例如，摩擦凸起不会因杆的引入而变形。尤其是由铜制成的杆可以在其引入时由于摩擦凸起而变形或撕裂。

叠片堆的至少一个叠片可以具有至少一个锁定凸起，该至少一个锁定凸起形成为抵靠相应杆的径向外侧端面，并且更好的是，叠片堆的至少一个叠片可以具有彼此相对的两个这种锁定凸起，每个锁定凸起形成为抵靠同一端面。

叠片堆的至少一个叠片具有至少一个阻挡凸起，至少一个阻挡凸起抵靠相应的杆的径向内侧端面，优选地，该阻挡凸起在相应开口的中间平面上居中。

在杆的周围，优选地用注入到所述狭槽中的第二导电材料填充狭槽，并且优选地，第二导电材料的导电性不如第一材料好。这使得可以更容易地将第二材料注入到狭槽中，以便限制磁性叠片和杆之间的接触，从而限制额外的损失，并通过第二材料粘结/阻挡杆来减小杆在狭槽内的潜在振动等级。

作为优选，第一材料为铜并且第二材料为铝。

第二材料相对于容纳在该狭槽中的杆径向向内和向外延伸到每个狭槽中。

作为优选，磁性叠片包含具有各种等级的磁性钢，例如硅钢。每个叠片的厚度例如在0.35mm至0.65mm之间。

例如，第二材料在狭槽的顶部处和底部中与杆的径向内侧端面和径向外侧端面接触。

本发明的另一主题是一种包括根据本发明的转子的旋转电机。

附图说明

通过阅读以下对本发明的非限制性的示例性实施方式的详细描述并且通过查阅附图，将能够更好地理解本发明，其中：

-图1以轴向截面示意性地示出了根据本发明的转子的一示例，

-图2A至图2E示出了狭槽的实施方式的替选形式，

-图3示出了狭槽的实施方式细节，

-图4A至图4C示出了狭槽的实施方式的非限制性的替选形式，

-图5以类似于图1的视图示出了根据本发明的转子的替选形式，以及

-图6A和图6B示出了叠片的实施方式的替选形式。

具体实施方式

转子

图1示出了根据本发明的转子1。该转子1包括磁性叠片的叠片堆2，该叠片堆2安装在具有轴线X的轴9(例如由钢制成)上。

该叠片堆2是通过叠置磁性叠片113而形成的，在这些磁性叠片中切割出开口3。

叠片113的开口3的叠置在叠片堆2内形成狭槽4，狭槽4从叠片堆2的一轴向端部纵向延伸至另一轴向端部。狭槽4可以是直的，这意味着所有叠片堆2被精确地叠置，而从一叠片113到下一叠片没有任何角度偏移。然而，优选地，叠片113以从一叠片到下一叠片的微小的角度偏移叠置，使得狭槽4的纵向轴线以本身已知的方式跟随围绕转子的旋转轴线的螺旋路径。

在所示的示例中，所有的叠片113是相同的，并且开口3也是相同的，使得叠片堆2包括相同的狭槽4。在替选的形式中，叠片堆2通过组装叠片113而形成，当从叠片堆2的正面观察时，所有的叠片113不是完全相同的，使得当从狭槽4的前端前进到后端时，狭槽4的横截面可以呈现出变化的形状。特别地，叠片113在切割时可以是相同的，但是可以与相对于其它叠片倒置的某些叠片组装在一起，从而当沿着旋转轴线前进时，这些叠片使得狭槽4的横截面演变。

转子1包括插入到狭槽4中的铜杆10以及诸如铝的材料20，材料20注入到狭槽4中的由铜杆10留下的空间中。

短路环120和短路环130在叠片堆2的端部由铝铸造。这些短路环120和短路环130与被倒入狭槽4中的铝形成整体。

具有摩擦凸起的狭槽

在图2A至图2E的示例中，狭槽4在其外围的一部分上形成有凸台。这些凸台存在于狭槽4的相对的长侧4a上，这些长侧基本上径向地延伸。

选择杆10的尺寸，使得这些杆通过它们相对的主面11紧紧地抵靠凸台5，以便通过叠片堆内的摩擦而将杆10固定住。

在所示的示例中，杆10具有梯形的整体横截面，并且主面11是平坦的且朝向转子的中心汇聚。这些主面11基本上在其整个径向尺寸上与凸台5接触。

如图3所示，凸台5可以具有在0.2mm至0.4mm之间、例如0.3mm的幅度。凸台5可以具有倒圆形状，其顶点处的曲率半径R在0.4mm至0.6mm之间，例如0.5mm。

特别是在图2A的示例中，杆10在狭槽4内的夹持足够牢固，使得每个杆既沿转子的旋转轴线方向轴向地固定，又沿径向固定。因此，这些杆可以在不移动的情况下承受将铝20注入到叠片堆中的压力。

具有阻挡凸起的狭槽

然而，可能希望在叠片堆的至少一些叠片中产生附加的阻挡凸起，如图2B和图2C中所示。

在这些附图中，每个叠片113在每个狭槽4处具有相对的两个阻挡凸起30，这两个阻挡凸起朝向彼此定向并且形成为抵靠相应的杆10的径向外表面14。

如图2B中所示，还可以在狭槽的底部中产生阻挡凸起31，以使其形成为抵靠杆10的径向内侧端面13。该阻挡凸起31可以在与狭槽相关联的开口的中间平面M上居中。通常，每个叠片可以切出开口，每个开口具有相对于径向的中间平面M对称的形状。

具有分离凸起的狭槽

如图2D和图2E中所示，分离凸起15可以在开口内延伸，并将狭槽4分离成不同的第一隔室6和第二隔室8，第一隔室6相对于第二隔室8在径向内侧。

由第一材料制成的导电杆10可以定位于狭槽4的至少一部分的第一隔室6或第二隔室8中。然后，可以将不同于第一导电材料的第二导电材料定位于这些狭槽4的第二隔室8或第一隔室6中，在开口内延伸的分离凸起15防止第一材料和第二材料接触。

引入到叠片堆中的杆10可以通过分离凸起15保持在相应的隔室内。以这样的方式布置分离凸起以防止第一材料和第二材料接触。这样，避免了潜在的腐蚀现象。

分离凸起15可以具有各种形状，这些形状通过利用磁性叠片材料的切割而形成。

例如，分离凸起15是材料桥，该材料桥将每个狭槽分成非联接的第一隔室和第二隔室，如图2D中所示。

在图2E的替选形式中，分离凸起15由彼此面对定位的凸出部分15组成，并且在凸出部分15之间留有足够狭窄的通道16以防止第一材料和第二材料之间的接触。例如，当通过注入熔融铝来填充第一隔室时，宽度w小于0.6mm且高度H小于2mm的通道可以防止铝通过该通道进入第二隔室，反之亦然。

这样的一个实施方式特别适用于以固定频率的电流驱动的电机：将由第一材料(第一材料优选为铜)制成的导电杆插入第一隔室、将第二材料(第二材料优选为铝)注入第二隔室。具体地，当将发动机连接到主电源网络时，发动机的启动需要比标称点高的浪涌电流。因为启动浪涌电流与标称电流之间的比率受到可适用标准的限制，所以目的是要减小该比率。在启动时，由于集肤效应，狭槽的产生电阻的部分主要是狭槽的靠近间隙的顶部。为了限制该启动电流，需要增加保持架的电阻。因此，通过靠近间隙使材料的电阻率越大，可以降低启动电流。

如下的一个替选形式的实施方式特别适用于连接至变速器的发动机用于变速驱动：将第一材料(第一材料优选为铜)制成的导电杆插入第二隔室、将第二材料(第二材料优选为铝)注入第一隔室中。在这种情况下，启动电流不是限制。越靠近间隙，在隔室中定位电阻率越低的材料，并在适当的情况下，在间隙的没有导电材料的那一侧引入孔(尤其是狭缝形式的孔)可以减小电损耗。此外，狭槽的上部中的杆的存在防止第二材料在注入过程中进入间隙的侧面的狭槽的孔中(如果存在孔)。

中空的杆

在图2C和图2E中所示的替选形式中，杆是中空的，并且具有填充有第二材料的纵向内部空腔17。

杆10是中空的事实使得当从前侧执行注入时更容易填充用于铸造后部短路环的空腔。

此外，所使用的铜的总量可以更少，从而可以降低机器的成本。

除了在这些杆的轴向端部之外，注入杆中的第二材料通过杆的材料来保护而不与空气中的氧气接触。这样，限制了第一材料和第二材料之间的界面处的腐蚀现象。

优选地，杆10在横截面中具有闭合轮廓，该闭合轮廓可以是非圆形的。

优选地，尤其是当杆10不占据狭槽的整个横截面时，第二材料20填充还在杆的外侧上的狭槽。

无论是否是中空的，杆10都可以在狭槽的整个径向尺寸上延伸。特别地，杆可以具有与狭槽基本上相同的形状的横截面。

作为替选，无论是否是中空的，杆10都具有小于狭槽的径向尺寸的径向尺寸。

无论是否是中空的，杆都可以至少在叠片堆的长度上延伸。

转子的所有狭槽都可以包括将第二材料注入到其内的中空的杆。作为替选，一些狭槽可以不包括杆，在这种情况下这些狭槽被第二导电材料完全填充。例如，转子包括的具有杆的狭槽比不具有杆的狭槽更多，反之亦然。

不具有杆的狭槽

在一替选形式中，杆仅存在于狭槽中的一些中。

一些狭槽中缺少杆可以保持较大的总横截面，用于使所注入的铝通过，从而使得从前侧执行注入时更容易填充后部环。

在一些狭槽中存在由具有较低电阻的材料(诸如铜)制成的杆改善了电气性能。通过选择添加的杆的数量，可以相对于电机的成本来优化性能的改进，铜比铝更贵。

转子包括的具有杆的狭槽可以比不具有杆的狭槽更多。在其它的替选形式中，相反的情况也是真实存在的，并且转子包括的不具有杆的狭槽比具有杆的狭槽更多。

狭槽内的杆有许多可能的布置。例如，不具有杆的狭槽和具有杆的狭槽可以沿圆周方向交替。在更一般的情况下，也可以使不具有杆的n₁个狭槽和具有杆的n₂个狭槽交替，n₁和n₂是严格大于1的整数。

辅助狭槽

如图6A和图6B中所示，开口可以在叠片堆内形成上述定义的n个主狭槽4和相对于主狭槽在径向内侧上的m个辅助狭槽40，其中，n和m是非零整数且n＞m。

将由第一导电材料(优选为铜)制成的杆10布置在主狭槽4的至少一部分中，而将不同于第一导电材料的第二导电材料20(优选为铝)注入到辅助狭槽40中。

辅助狭槽40在注入期间为第二导电材料20提供了更大的通道横截面的益处。由于第二导电材料是从前侧注入的，因此具有较大的通道横截面允许无缺陷地形成后部短路环。

在图6A的示例中，辅助狭槽40与主狭槽4是分开的。

在图6B中所示的替选形式中，每个辅助狭槽40与主狭槽4连通。

每个辅助狭槽40可以在主狭槽4的中间平面上居中。

主狭槽4的数量与辅助狭槽40的数量之间的比率n/m例如等于2或3。

优选地，辅助狭槽40具有绕叠片堆的中心测量的角度范围，该角度范围大于主狭槽40的角度范围。

阻挡元件

电机可以包括插入到狭槽中的与杆接触的销或铆钉70。

如图4A至图4C中所示，这些销或铆钉70被放置在狭槽4的底部以抵靠杆10的径向内侧端面13。

这些销或铆钉70可以是圆锥形的。

保持器

如图5中所示，叠片堆5可以包括在其轴向端部中的至少一个轴向端部、优选地在每个轴向端部处的至少一个保持器110。一些杆10(最好是所有杆)在一个轴向端部形成为抵靠该保持器110。

该一个或多个保持器110的存在提供了杆10的在至少一端处通过抵靠一个或多个保持器110的保持。

至少一个保持器110、优选地每个保持器110被制造有开口220，该开口220允许通过保持器110将第二材料20注入到叠片113的叠片堆2中。因此，保持器110的存在不会过多地妨碍第二材料20的注入，同时有助于在注入操作之前有效地保持引入至狭槽4中的杆10。

一个或多个保持器可以包括至少一个保持凸起221，该保持凸起221至少部分地与杆10叠置以便轴向地保持杆10。可以以各种方式来制造该保持凸起221。

在一些实施方式中，对于容纳杆10的每个狭槽，该保持凸起221或每个保持凸起221由彼此面对的两个突起形成。这些突起与杆10重叠。在一些替选形式的实施方式中，对于容纳杆10的每个狭槽，该保持凸起221或每个保持凸起221包括材料桥。

转子制造

为了制造转子，可以使用装配有冲头的压力机或使用激光来切割叠片113，并且可以在切割时形成与狭槽4相对应的开口3，并在适当的情况下可以形成凸台5。

接下来，对叠片113进行叠置以形成叠片堆2，然后通过力将杆10插入到狭槽4中。在插入期间，凸台5的存在使得杆10更容易前进通过叠片113形成的叠片堆2，并在适当的情况下，将销或铆钉70插入到狭槽4的底部中，以便在注入之前将杆10阻挡在适当的位置。一旦安装了杆10，则就可以在注入机器中注入第二材料20，即铝。短路环可以在注入时通过铸造产生。

当然，本发明并不限于上文已经描述的示例性实施方式。

例如，狭槽可以具有其它形状，就像杆也可以具有其它形状一样。

可以使用除铜和铝以外的材料。

Claims (12)

1.一种用于旋转电机的转子，包括：

-多个磁性叠片(113)形成的叠片堆(2)，每个磁性叠片都具有开口(3)，这些开口(3)在所述叠片堆内的叠置形成狭槽(4)，所述开口(3)中的至少一些开口具有在其外围的至少部分上的摩擦凸起(5)，

-导电杆(10)，所述导电杆由第一材料制成，所述导电杆容纳在所述狭槽(4)的至少部分中，并通过至少一个主面(11)抵靠所述凸起(5)，所述摩擦凸起(5)存在于所述狭槽(4)的相对的长侧(4a)上且所述导电杆(10)通过两个相对的主面(11)抵靠这些凸起(5)，所述摩擦凸起(5)采取凸台的形式，每个主面(11)抵靠所述凸台。

2.根据权利要求1所述的转子，其中，所述导电杆仅通过所述摩擦凸起(5)与所述狭槽的相对的长侧(4a)接触。

3.根据前述权利要求中任一项所述的转子，包括第二材料(20)，所述第二材料被注入到所述狭槽(4)中的由所述导电杆(11)留下的空间中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，所述凸台(5)具有在0.2mm至0.4mm之间的幅度(h)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，可能除了在所述叠片堆(2)的轴向端部处的保持器(110)之外，所述叠片堆(2)的所有叠片(113)在所述叠片堆(2)的整个长度上是相同的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，所述叠片堆(2)的至少一个叠片(113)具有形成为抵靠相应的杆的径向外侧端面(14)的至少一个阻挡凸起(30)，并且更好的是，所述叠片堆(2)的至少一个叠片(113)具有彼此相对的两个这种凸起(30)，每个凸起形成为抵靠同一端面(14)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，所述叠片堆的至少一个叠片(113)具有形成为抵靠相应的杆的径向内侧端面(13)的至少一个阻挡凸起(31)，优选地，该阻挡凸起(31)在相应开口的中间平面(M)上居中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，所述狭槽(4)在所述导电杆(2)周围填充有导电的第二材料(20)，所述导电的第二材料被注入到所述狭槽(4)中，所述导电的第二材料优选为铝。

9.根据前一项权利要求所述的转子，其中，所述第二材料(20)相对于容纳在所述狭槽(4)中的所述导电杆(10)径向向内和向外延伸到每个狭槽(4)中。

10.根据权利要求9所述的转子，其中，所述第二材料(20)与所述导电杆(10)的径向内侧端面(14)和径向外侧端面(13)接触。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子，其中，所述第一材料为铜。

12.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的转子的旋转电机。

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