CN105191082A - 具有由颗粒材料制造的短路笼架的电机的转子 - Google Patents
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Abstract
本发明概括地涉及一种用于制造电机的转子的方法，其中，转子具有由型芯材料制成的相对于转子轴线同心地布置的转子芯(1)，其中，转子芯(1)具有槽(2)，这些槽基本上在轴向方向上延伸，其中，转子芯(1)在槽(2)的相应的轴向端部处分别具有环形的相对于转子轴线同心地布置的缺口(3)，该缺口连接槽(2)，其中，转子芯(1)具有扩散层(4)，该扩散层包括扩散材料并且该扩散层至少部分地覆盖至少槽(2)和/或相应的环形的缺口(3)的相应的表面。此外，本发明涉及一种转子和具有这种转子的电机。为了如下改进开头所述的方法或者开头所述的转子，即转子能够被成本低廉地制造并且同时具有改进的机械性能，在此提出，在槽(2)和/或相应的环形的缺口(3)中引入导电材料的颗粒材料(5)，其在提供热量和施加压力的情况下与转子芯(1)材料配合地连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造电机的转子的方法，其中，转子具有由型芯材料制成的相对于转子轴线同心地布置的转子芯，其中，转子芯具有槽，这些槽基本上在轴向方向上延伸，其中，转子芯在槽的相应的轴向端部分别处具有一个环形的、相对于转子轴线同心地布置的缺口，该缺口连接槽，其中，转子芯具有扩散层，该扩散层包括扩散材料并且该扩散层至少部分地覆盖至少槽和/或相应的环形的缺口的相应的表面。
此外，本发明涉及一种用于电机的转子，其中转子具有由型芯材料制成的相对于转子轴线同心地布置的转子芯，其中，转子芯具有槽，这些槽基本上在轴向方向上延伸，其中，转子芯在槽的相应的轴向端部处分别具有一个环形的相对于转子轴线同心地布置的缺口，该缺口连接槽，其中，转子芯具有扩散层，该扩散层包括扩散材料并且该扩散层至少部分地覆盖至少槽和/或相应的环形的缺口的相应的表面。
最后，本发明涉及一种具有根据本发明的转子的电机。
背景技术
这种类型的转子例如以异步实心转子所已知，其适用于大于4000U/min的转数和大于1MW的功率。这样的异步实心转子基于例如离心力负载和基于其在加热和震动方面的性能必须有高的机械要求。
至今为止，在使用之前单独制造的铜部件时，其接下来还要被镀镍并且组装成短路笼架，在各个部件中的未加工的笼架被引入到轴槽中，真空密封地封装，并且通过扩散焊接在热等静压(HIP)处理时力配合地在笼架内部并且与钢轴连接。棒形或者短路环形状在此受到限制，即其在径向方向上和轴向方向上必须能够引入到车削的或者铣削的轴槽中。不仅短路笼架的部分的生产而且钢轴的生产都需要以高的匹配精度要求和多个检验步骤实现。
这种类型的方法和这种类型的转子例如由WO2005/124973A1共公开，其中，由铜制成的短路棒和两个短路环构成的短路笼架借助热等静压(HIP)固定在转子的芯轴上。为此，芯轴或者短路笼架的相应的部件在短路笼架与芯轴的连接位置处设置有扩散层。
发明内容
本发明的目的在于，如下改进开头所述类型的方法和开头所述类型的转子，即转子能够被成本低廉地制造并且同时具有改进的机械性能。
该目的在开头所述类型的方法中由此实现，即在槽和/或相应的环形的缺口中引入导电材料的颗粒材料，其在提供热量和施加压力的情况下与转子芯材料配合地连接。
此外，在开头所述类型的转子的情况中，该目的由此实现，即在槽和/或相应的环形的缺口中引入导电材料，该导电材料作为颗粒材料在提供热量和施加压力的情况下与转子芯材料配合地连接。
最后，该目的通过具有根据本发明的转子的电机实现。
在此，颗粒材料具有许多较小的、固体的壳体，如导电材料的小颗粒或者球体并且被形容为颗粒物。
扩散层的扩散材料尤其可以电镀地涂覆。优选的是，该扩散材料至少在这样的区域中覆盖转子芯，在该区域中短路笼架的导电材料应该与转子芯连接。也可以考虑的是，整个转子芯都覆盖有扩散层。在技术上能够不以较大的复杂度和成本就能实现的扩散材料在转子芯上的涂覆在此允许取消将扩散材料在短路笼架上的在技术上耗费成本的涂覆。
在提供热量和施加压力期间，扩散层一方面将扩散材料扩散到型芯材料中并且另一方面扩散到导电材料的颗粒材料中，从而确保在型芯材料和由颗粒材料形成的短路笼架的导电材料之间的稳定的、材料配合的连接。
在槽和/或相应的环形缺口中布置的颗粒材料与转子芯的材料配合的连接在此例如通过热等静压处理实现。为此，例如可以在转子芯上安装封装体，其至少能够气密地包围转子芯的槽和/或相应的环形的缺口，其中颗粒材料至少放置在槽和/或相应的环形的缺口中，并且接下来该封装体气密地封闭转子芯并且被抽真空。该封装体例如可以是铁皮管，其包围转子并且相对于转子轴线同心地布置。铁皮管在此仅仅是辅助装置，其在HIP工艺之后在对转子进行滚动车削中被去除，也就是说，在去除转子的毛边时并且同时通过车削来实现。优选的是，在封装体中过量地引入导电材料的颗粒材料。
相对于这样的生产工艺，即在该工艺中短路笼架的一部分提前被制造并且接下来固定在转子上，根据本发明的方法允许完全地取消成本高昂和费时地提前制造短路笼架的一部分。成本可以这样地节省，即不再需短路笼架的这样的部分，尤其是铜成型件，其必须以特别高的精度制造并因此必须以相对小的容差制造并且因此相对昂贵。相关于获得特定匹配的部件的逻辑上的高要求也完全被取消。颗粒材料能够相对成本低廉地获得并且大量存储和运输。此外，在根据本发明的方法中现在没有对笼架单个部分的几何形状方面的限制，例如像棒的形状和短路环的形状。
相反地，通过根据本发明的方法可以生产这样的转子，其由于处于槽和/或相应的环形的缺口中的导电材料与型芯材料的特别良好的连接而具有高机械牢固性。此外，根据本发明的转子具有特别良好的电效率，因为短路笼架由材料配合地连接的导电材料形成，并且如至今由单独的短路棒和短路环构成的短路笼架不同，至今的短路笼架彼此之间连接产生很高的电损失。因此，根据本发明也可以转换槽形状，以实现电的和/或机械的优化。
根据本发明的转子特别适合于高转数，因为根据本发明的方法产生由颗粒材料制造的短路笼架与转子芯的特别强的连接的作用，并且转子也在出现高离心力的情况下保持其机械稳定性和整体性。
可选的是，转子与转子轴和短路笼架的与转子轴材料配合地连接的导电材料能够至少部分地利用保护层覆盖，其中该保护层例如通过堆焊安装在转子轴上。对于保护层来说例如可以使用防腐蚀的镍基合金，如因科镍合金。保护层尤其在有侵蚀性的环境条件下运行的转子中具有优点。这种类型的条件例如在压缩机的驱动电机中存在，其对包含硫化氢的天然气进行压缩并且该气体同时用于冷却驱动电机。
槽可以沿着轴向方向布置在转子芯中，并且因此与转子轴线同心的指向。可以考虑的是，槽沿着螺槽环绕转子轴线围绕地布置，从而使相应的槽的在周向方向上的位置在轴向方向上发生变化。
优选的是，颗粒材料不仅布置在槽中也布置在相应的环形的缺口中，其中扩散层至少部分地覆盖槽和相应的环形缺口。
在本发明的优选的设计方案中，导电材料至少包括铜，其中扩散材料至少包括镍。铜具有良好的导电能力并且在此能够廉价地获得，尤其是以颗粒材料的形式。镍是这样的一种材料，其能够良好地散布到铜颗粒材料中。此外，镍是有利的，因为对于型芯材料来说通常使用钢，并且镍此外具有这样的特性，即其能够良好的散布到钢中。因此，实现了短路笼架的铜与转子芯的特别稳定的材料配合的连接。
在本发明的另外的优选设计方案中，颗粒材料为了与转子芯进行材料配合的连接被加热到1010℃至1060℃的温度，尤其是1030℃至1040℃并且放置在950bar至1050bar的压力下，尤其是1000bar。当颗粒材料和也许应该与颗粒材料连接的那个转子芯表面被加热到在所述的温度范围中的温度上，并且同时施加在所述的压力范围的压力时能够实现颗粒材料与转子芯的有承受能力的连接。在此，当温度在1030℃至1040℃的范围中并且压力大约为1000bar时能够实现最好的结果。当温度差不多位于例如导电材料的融化温度之下，尤其是在其之下3-5％时并且同时施加相对高的温度，尤其是超过800bar时，能够实现良好的结果。
在本发明的另外的优选的设计方案中，在引入热量和施加压力时，布置在槽和/或相应的环形的缺口中的颗粒材料保持在真空中。通过该真空阻止了导电材料的氧化，其中出于同样的目的或者附加保护气的形式的过程气体能够被作为保护气应用。这种类型的气体例如可以包括氩气或者氮气。
在本发明的另一个优选的设计方案中，扩散层具有1μm至100μm的层厚度，尤其是15μm至40μm的厚度。这种类型的层厚度确保了足够的扩散材料，从而确保了转子芯与由颗粒材料制成的短路笼架的良好的材料配合的连接。例如，扩散层在此能够电镀地涂覆在转子芯上或者转子芯的至少这样的部段上，该部段应该与转子笼架连接。
在本发明的另一个优选的设计方案中，槽在转子芯中设计成封闭的。封闭的槽因此设计成在转子芯内部的通道。根据本发明，这种类型的封闭的槽也能够具有短路棒，其根据本发明通过颗粒材料形成并且与转子芯材料配合地连接。
不取决于槽是否是封闭的，也就是说在转子芯的内部，或者是开放的，也就是形成在转子芯的罩面上，槽在此能够具有基本上矩形的、梯形的、三角形的、圆形的或者其他的截面。然后通过根据本发明的方法不取决于槽的形状总是确保由颗粒材料制成的短路笼架与转子芯的良好的材料配合的连接。此外，相应的环形的缺口同样能够具有任意的截面，例如基本上矩形的、梯形的、三角形的、圆形的横截面。也可以考虑将相应的环形的缺口设计成圆锥形的。
总体上，根据本发明的方法因此通过这样地选择短路笼架的形状优化了转子的电的和/或机械上的性能，即能够实现特别优选的或者希望的性能。因此，短路笼架的希望的形状可以通过相应设计的槽和/或相应的环形缺口实现。当槽和相应的环形的缺口例如径向地向外收缩时，或者尤其是槽闭合地设计时，因此获得了特别稳定的转子，其特别适合高转数。
根据本发明的转子例如能设计成异步实心转子和/或安装在电机中。在此，电机例如以超过1MW的功率和/或超过4000转每分钟的转数运行。尤其是，电机能够设计成用于研磨机或者压缩机的驱动装置。
附图说明
接下来根据附图中示出的实施例对本发明进一步描述和说明。图中示出：
图1是用于制造根据本发明的转子的实施例的转子芯，以及
图2是根据本发明的转子的一个实施例。
具体实施方式
图1示出了用于制造根据本发明的转子的实施例的转子芯1。在转子芯1中设置有槽2，其基本上在轴向方向上延伸。如在本实施例中，槽2可以设计成开放的并且具有基本上矩形的横截面。在槽2的相应的轴向端部上，转子芯1具有环形的、同心地相对于转子轴线布置的缺口3。
在此可以考虑的是，槽2具有可替换的横截面，如例如三角形的形状，向外或者向内收缩的梯形，圆形或者类似的形状。此外，槽2也可以封闭地设计成具有这种类型的横截面，从而使槽2在相应的环形的缺口3之间在转子芯1的内部延伸。槽2此外可以精确地在轴向方向上延伸、或者沿着螺槽围绕转子轴线环绕布置，从而使相应的槽2的在周向方向上的位置在轴向方向上改变。最后，相应的环形的缺口3同样具有任意的横截面，例如基本上矩形的、梯形的、三角形的、圆形的横截面。相应的环形的缺口3也可以例如设计成锥形的。这允许在槽2中和相应的环形的缺口3中为了形成短路笼架这样地进行设计，即转子具有特别优选的电的和/或机械性能。
转子芯1具有扩散层4，其在本实施例的范畴中覆盖在相应的环形的缺口3的区域中的转子芯1的外表面上。扩散层4在此包括扩散材料，例如像镍，并且厚度尤其在15μm至40μm之间。
转子芯1特别适合用于制造异步实心转子，其能够在电机中以超过1MW的功率和超过4000转每分钟的转数运行。
图2示出了根据本发明的转子的一个实施例。在图2中示出的转子例如可以尤其由在图1中示出的转子芯1出发而获得。为此，导电材料的颗粒材料被引入到槽2中和相应的环形的缺口3中，然而这在图2中出于更好地进行观察的目的仅仅指明用于槽4和用于环形的缺口3的一个部段。在槽2和相应的环形的缺口3中引入的颗粒材料5然后在输送热量和施加压力的情况下与转子芯1材料配合地连接。由此，首先作为颗粒材料5存在的导电材料形成短路笼架，该短路笼架具有在槽2中的短路棒和在相应的环形的缺口3中的短路环。
为了颗粒材料5与转子芯1的材料配合的连接，首先可以在转子芯上安装封装体，其能够气密地包围至少转子芯1的槽2和相应的环形的缺口3。在此，颗粒材料5至少被引入槽2和相应的环形的缺口3中，并且接下来封装体气密地包围转子芯1并且被抽真空。封装体例如可以是铁皮管，其包围转子并且相对于转子轴线同心地布置。优选的是，在封装体中放置过量的导电材料的颗粒材料。
例如，导电材料可以具有铜。优选的是，颗粒材料5在此被加热到1020℃至1050℃的温度并且出于在980bar至1020bar的压力下。此外，颗粒材料5在此被保持在真空中和/或被供给保护气或者过程气体，例如氩气或者氮气。
综上所述，本发明涉及一种用于制造电机的转子的方法，其中转子具有由型芯材料制成的相对于转子轴线同心地布置的转子芯，其中，转子芯具有槽，这些槽基本上在轴向方向上延伸，其中，转子芯在槽的相应的轴向端部处分别具有环形的、相对于转子轴线同心地布置的缺口，该缺口连接槽，其中，转子芯具有扩散层，该扩散层包括扩散材料并且该扩散层至少部分地覆盖至少槽的和/或相应的环形的缺口的相应表面。此外，本发明涉及一种这样的转子和具有这样的转子的电机。为了如下改进开头所述的方法或者开头所述的转子，即转子能够被成本低廉地制造并且同时具有改进的机械性能，在此提出，在槽和/或相应的环形的缺口中引入导电材料的颗粒材料，其在提供热量和施加压力的情况下与转子芯材料配合地连接。
Claims (12)
1.一种用于制造电机的转子的方法，
-其中，所述转子具有由型芯材料制成的相对于转子轴线同心地布置的转子芯(1)，
-其中，所述转子芯(1)具有槽(2)，这些所述槽基本上在轴向方向上延伸，
-其中，所述转子芯(1)在所述槽(2)的相应的轴向端部处分别具有环形的、相对于所述转子轴线同心地布置的缺口(3)，所述缺口连接所述槽(2)，
-其中，所述转子芯(1)具有扩散层(4)，所述扩散层包括扩散材料并且所述扩散层至少部分地覆盖至少所述槽(2)的和/或相应的环形的所述缺口(3)的相应的表面，
其特征在于，
在所述槽(2)和/或相应的环形的所述缺口(3)中引入导电材料的颗粒材料(5)，所述颗粒材料在引入热量和施加压力的情况下与所述转子芯(1)材料配合地连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电材料至少包括铜，其中，所述扩散材料至少包括镍。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述颗粒材料(5)为了与所述转子芯(1)进行材料配合的连接而被加热到1010℃至1060℃的温度并且处于950bar至1050bar的压力下。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在引入热量和施加压力时，布置在所述槽(2)和/或相应的环形的所述缺口(3)中的所述颗粒材料(5)保持在真空中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述扩散层(4)具有1μm至100μm的层厚度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述槽(2)在所述转子芯(1)中设计成封闭的。
7.一种用于电机的转子，具有
-其中，所述转子具有由型芯材料制成的相对于转子轴线同心地布置的转子芯(1)，
-其中，所述转子芯(1)具有槽(2)，这些所述槽基本上在轴向方向上延伸，
-其中，所述转子芯(1)在所述槽(2)的相应的轴向端部处分别具有环形的、相对于所述转子轴线同心地布置的缺口(3)，所述缺口连接所述槽(2)，
-其中，所述转子芯(1)具有扩散层(4)，所述扩散层包括扩散材料并且所述扩散层至少部分地覆盖至少所述槽(2)的和/或相应的环形的所述缺口(3)的相应的表面，
其特征在于，
在所述槽(2)和/或相应的环形的所述缺口(3)中引入导电材料，所述导电材料作为颗粒材料(5)在引入热量和施加压力的情况下与所述转子芯(1)材料配合地连接。
8.根据权利要求7所述的转子，其中，所述导电材料至少包括铜，其中，所述扩散材料至少包括镍。
9.根据权利要求7或8所述的转子，其中，所述槽(2)在所述转子芯(1)中封闭地设计。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的转子，其中，所述转子设计为异步实心转子。
11.一种具有根据权利要求7至10中任一项所述的转子的电机。
12.根据权利要求11所述的电机，其中，所述电机能够以超过1MW的功率和/或超过4000转每分钟的转数运行。
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