專利名稱：電動機的電樞以及制造這種電樞的方法
電動機的電樞以及制造這種電樞的方法本發(fā)明涉及一種用于電動機的電樞，其帶有金屬芯、設(shè)置在其上的電導(dǎo)體以及將金屬芯和導(dǎo)體包封的金屬腐蝕保護(hù)層。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造帶有金屬芯和設(shè)置在其上的電導(dǎo)體的電動機的電樞的方法。高轉(zhuǎn)速的、例如用于工業(yè)設(shè)備的渦輪壓縮機的工業(yè)電動機包含實心的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子由鋼體以及銅件(例如環(huán)和桿)構(gòu)成的集成的保持架(KSfig)組成。桿在此插入金屬芯的在軸向方向上延伸的槽中，并且同樣通過銅短路環(huán)彼此電連接。這種電動機也用于將工業(yè)上的化學(xué)侵蝕性工藝氣體壓縮，其中這些工藝氣體會腐蝕銅件，由此長久地影響這種電動機的功能。為了保護(hù)更敏感的馬達(dá)部分，WO 2005/124973公開了將因科鎳合金Gnconel)構(gòu)成的金屬保護(hù)層施加到轉(zhuǎn)子上。因科鎳合金是美國紐約的New Hartford的特種金屬公司 (Special Metals Cooperation)的注冊商標(biāo)。該保護(hù)層覆蓋了銅導(dǎo)體并且于是保護(hù)該銅導(dǎo)體免受腐蝕性氣體影響。本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種用于工業(yè)領(lǐng)域的電動機的、可以成本低廉地制造的電樞，該電動機可以可靠地用于將工業(yè)上的化學(xué)侵蝕性工藝氣體壓縮。該任務(wù)通過開頭所提及類型的電樞來解決，其中根據(jù)本發(fā)明，腐蝕保護(hù)層作為固體圍繞金屬芯和導(dǎo)體設(shè)置并且至少固定在金屬芯上。通過將腐蝕保護(hù)層作為固體圍繞金屬芯設(shè)置，可能的是相對于從液相施加腐蝕性保護(hù)金屬而言比較簡單并且成本低廉地制造電樞。有利的是，腐蝕保護(hù)層不僅固定在金屬芯上，而且也固定在導(dǎo)體上。金屬芯可以是一件式的或者多件式的，并且可以由一種或者多種金屬構(gòu)成。在下文中，術(shù)語金屬應(yīng)當(dāng)理解為其中也包括合金和金屬混合物。作為腐蝕保護(hù)層而施加的固體可以是一件式的或者多件式的，例如作為圓柱形的管而推到帶有導(dǎo)體的金屬芯上，或者作為兩件式的殼體施加到金屬芯上。該施加可以包括鋪設(shè)或者插上，或者一般地包括安裝的所有可能性。腐蝕保護(hù)層可以在其幾何結(jié)構(gòu)中實施為在金屬芯和導(dǎo)體上的管狀的罩。該罩形成在電動機的電樞和定子之間的間隙的邊界。腐蝕保護(hù)層可以由任意合金構(gòu)成，該合金可以被加工為薄壁的管并且在所預(yù)期的化學(xué)侵蝕性環(huán)境中穩(wěn)定。特別合適的是高合金的不銹鋼或者鎳基合金，例如因科鎳合金625。鎳基合金主要由鎳構(gòu)成并且包括至少一種另外的化學(xué)元素，該化學(xué)元素合乎目的地借助熔融方法與鎳接合。將腐蝕保護(hù)層至少固定在金屬芯上可以通過焊接在線上或者通過粘合或者壓輥來實現(xiàn)。組合方法也是有利的。借助焊接，可以附加地實現(xiàn)電導(dǎo)體的可靠密封。純粹的機械方法如擰緊也是可能的。在本發(fā)明的一個有利的實施形式中，腐蝕保護(hù)層通過收縮而至少與金屬芯連接。 在這種低溫成形中，可以實現(xiàn)機械上非常穩(wěn)定的與金屬芯的連接。有利的是，在此將固體在收縮之前擴張，例如通過壓縮空氣來擴張。當(dāng)腐蝕保護(hù)層通過熱均衡擠壓來與金屬芯以及尤其是與導(dǎo)體連接時，可以實現(xiàn)腐蝕保護(hù)層與金屬芯以及尤其是與導(dǎo)體的均勻、平面的并且非常牢固的連接。在熱均衡擠壓
3(HIP)的情況下(其也可以視為擴散焊接的一種方式)，電導(dǎo)體和金屬芯的容納該電導(dǎo)體的一部分焊在熱擠壓封裝部(例如金屬片筒)中并且被氣密地封閉，必要時也被排空，使得 HIP工藝氣體可以以相應(yīng)的壓力作用到電樞上。通過從所有側(cè)的壓力作用，均衡地進(jìn)行擠壓。接著，電樞在特殊的設(shè)備中，尤其是在高壓鍋中在保護(hù)氣體氣氛中經(jīng)受非常高并且全面作用的氣壓。附加地，電樞被非常強烈地加熱，尤其是超過導(dǎo)體的材料的屈服點，并且在此壓縮。由此，可以實現(xiàn)腐蝕保護(hù)層和導(dǎo)體并且尤其是還有金屬芯之間的材料配合的連接。在本發(fā)明的另一有利的實施形式中，在金屬芯和腐蝕保護(hù)層之間設(shè)置有金屬的中間層，材料從該中間層通過熱的均衡擠壓而擴散到金屬芯中以及腐蝕保護(hù)層中，并且將它們保持在一起。該發(fā)明變形方案所基于的思想是，金屬芯的表面材料的屈服點通常在其溫度方面高到使得通常由銅或者銅合金制成的導(dǎo)體受到損傷。通過使用中間層，例如使用鎳層或者帶有主要成分為鎳的合金，已經(jīng)可以在大約1000°c的溫度情況下通過材料擴散實現(xiàn)腐蝕保護(hù)層與金屬芯的焊接。在此，金屬中間層的材料有利地是如下材料該材料直到最高 1050°C地允許腐蝕保護(hù)層與金屬芯的擴散焊接。本發(fā)明的另一有利的實施形式設(shè)計了，腐蝕保護(hù)層至少是熱擠壓封裝部的至少一部分，該熱擠壓封裝部用于均衡地擠壓在金屬芯中的導(dǎo)體。在該思想中考慮的是，通過均衡的熱擠壓可以實現(xiàn)在導(dǎo)體和金屬芯之間的機械上特別牢固的連接。在此，如上面描述的那樣，機械的金屬片筒作為熱擠壓封裝部是有意義的，以便可以將電樞的這里要進(jìn)行連接的元件屏蔽免受侵入的氣體影響，使得保持外部的氣體壓力。通過均衡的熱擠壓，不僅可以實現(xiàn)在導(dǎo)體和金屬芯之間的連接，而且也可以實現(xiàn)在熱擠壓封裝部和金屬芯(并且合乎目的地還有導(dǎo)體)之間的連接。當(dāng)熱擠壓封裝部由相應(yīng)的化學(xué)穩(wěn)定的材料制造時，熱擠壓封裝部可以用作腐蝕保護(hù)層。通過在均衡的熱擠壓時巨大的壓力，將導(dǎo)體在一定程度上壓入到金屬芯的容納其的槽中，使得可能的是，金屬芯突出于導(dǎo)體。這種不均勻的表面形狀轉(zhuǎn)移到熱擠壓封裝部上，該熱擠壓封裝部通過巨大的壓力而緊密地靠置到該表面上。為了將電樞和定子之間的間隙保持得盡可能小，以實現(xiàn)電動機的高效率，有利的是，熱擠壓封裝部在均衡的熱擠壓之后平坦地加工，使得形成圓形的、旋轉(zhuǎn)對稱的表面。為了氣密地封閉通過腐蝕保護(hù)層形成的內(nèi)部空間，有利的是，將腐蝕保護(hù)層在邊緣與金屬芯的元件焊接。均衡的熱擠壓可能導(dǎo)致在冷卻時的如下溫度變化該溫度變化在金屬芯的金屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)造變化方面是不利的。因此，金屬芯至少主要地、尤其是超過90%地由如下金屬制成，該金屬的構(gòu)造在均衡擠壓之后的冷卻時得到其堅固性。然而這種金屬通常難以焊接，尤其是難以與鎳基合金焊接。當(dāng)腐蝕保護(hù)層焊接到其上的元件朝著腐蝕層包括金屬緩沖層， 腐蝕保護(hù)層與該緩沖層焊接并且緩沖層在其組分方面與其下的金屬芯的襯底不同時，可以改善腐蝕保護(hù)層的材料與金屬芯的材料的可焊接性。金屬緩沖層使得將腐蝕保護(hù)層與金屬芯的焊接變得容易，并且可以本身與金屬芯的襯底焊接。當(dāng)腐蝕保護(hù)層是金屬的圓柱管，該圓柱管在其端部分別與金屬芯相連(合乎目的地焊接)時，可以實現(xiàn)簡單地制造腐蝕保護(hù)層。腐蝕保護(hù)層在此有利地是無蓋的圓柱管，使得其可以一件式地制造并且不必由多個部分組成。有利的是，端部分別與終止環(huán)連接，尤其是與其焊接，該終止環(huán)將導(dǎo)體軸向地在金屬芯上保持就位。終止環(huán)可以一件式地由金屬芯加工得到，或者與金屬芯連接，例如通過均衡的熱擠壓來實現(xiàn)。終止環(huán)可以是金屬芯的徑向向外伸出的成形體，并且合乎目的地在兩個軸向方向上徑向向內(nèi)陷落。必要時，可以在導(dǎo)體和終止環(huán)之間設(shè)置短路環(huán)，其中該短路環(huán)于是合乎目的地多件式地實施，以便可以從徑向外部地施加到金屬芯上。此外，本發(fā)明的一個任務(wù)是，提出一種用于制造用于電動機的耐腐蝕的電樞的成本低廉的方法。該任務(wù)通過開頭所述類型的方法來解決，其中根據(jù)本發(fā)明將金屬腐蝕保護(hù)層作為固體圍繞金屬芯和導(dǎo)體設(shè)置，并且至少固定在金屬芯上?？梢允∪囊簯B(tài)金屬施加腐蝕保護(hù)層，并且可以在簡單的制造方法中實現(xiàn)腐蝕保護(hù)層的高強度的金屬構(gòu)造。有利的是，熱擠壓封裝部圍繞金屬芯和導(dǎo)體地設(shè)置，并且導(dǎo)體與金屬芯均勻地?zé)釘D壓，其中隨后熱擠壓封裝部的至少一部分作為腐蝕保護(hù)層保留在電樞上，用于在電動機工作期間保護(hù)電樞。熱擠壓封裝部由此可以具有兩個功能，由此可以簡單地保持制造工藝。 合乎目的的是，腐蝕保護(hù)層在擠壓工藝之后被平坦地加工，以便實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對稱的表面。此外有利的是，在熱擠壓封裝部和金屬芯之間引入中間層，以便可以在出現(xiàn)金屬擴散時將擠壓的溫度保持較低。中間層可以由鎳構(gòu)成，其例如作為箔或者電鍍地或者化學(xué)地施加到熱擠壓封裝部或者金屬芯上。平坦加工可以通過車削來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實施形式設(shè)計了，導(dǎo)體與金屬芯均衡地?zé)釘D壓，并且電樞的徑向外部的表面隨后被平坦地加工，隨后腐蝕保護(hù)層施加到平面上并且固定在其上。 該固定合乎目的地通過均衡的熱擠壓來進(jìn)行，尤其是通過使用中間層來進(jìn)行。本發(fā)明借助附圖中所示的實施例來進(jìn)一步闡述。其中

圖1示出了通過用于驅(qū)動渦輪壓縮器的10麗電動機的電樞的縱剖面圖，圖2示出了沿著線II-II通過電樞的橫截面，圖3示出了圖1中的熱擠壓封裝部被取下的電樞的剖面圖，圖4示出了圖3中的帶有施加的腐蝕保護(hù)層的剖面圖，圖5示出了圖4中的在其準(zhǔn)備好工作的形式中的腐蝕保護(hù)層，圖6示出了通過15麗電動機的另一電樞的縱剖面圖。圖1示出了用于渦輪壓縮器的IOMW電動機的電樞的剖面圖，該渦輪壓縮器用于在工業(yè)制造工藝中壓縮化學(xué)侵蝕性的工藝氣體。壓縮器是徑向壓縮器并且針對至少14，000 轉(zhuǎn)/分的運行速度來設(shè)計。電樞包括軸4，其在圖2中在橫截面中示出，并且其同時形成電樞2的金屬芯6。在一件式地實施的并且基本上圓柱形的金屬芯6中，在中央?yún)^(qū)段18中引入多個槽 8，它們平行于電樞2的軸向方向10延伸。以直的銅桿為形式的電導(dǎo)體12分別引入到槽8 中，這些槽在其軸向端部上分別通過短路環(huán)14彼此電連接。終止環(huán)16將短路環(huán)14以及軸向延伸的導(dǎo)體12在其軸向位置中保持在金屬芯6上。
圍繞金屬芯6的中央?yún)^(qū)段18、電導(dǎo)體12以及短路環(huán)14和終止環(huán)16設(shè)置有金屬圓柱體形式的熱擠壓封裝部20，該圓柱體在其兩個軸向端部上分別支承蓋22。蓋22與軸4 或者金屬芯6焊接，如通過兩個角焊24所表明的那樣。此外，蓋22與熱擠壓封裝部20的圓柱形部分焊接，這出于清楚的原因而在圖1中未示出。通過該焊接，熱擠壓封裝部20將金屬芯6在導(dǎo)體12的區(qū)域中氣密地對環(huán)境封閉。在電樞2的制造工藝中將其引入到壓力鍋中并且在高壓和超過1000°C的溫度下均衡地?zé)釘D壓。導(dǎo)體12在此借助中間層通過擴散焊接彼此連接(中間層在導(dǎo)體12和金屬芯6之間設(shè)置在槽8中)，使得導(dǎo)體12牢固地放置在金屬芯6中。導(dǎo)體12通過高壓而在一定程度上壓入到槽8中，使得槽8形成在金屬芯6的接片沈之間的小的凹部，熱擠壓封裝部20也壓入到這些凹部中，使得而其圓柱形部分略為從旋轉(zhuǎn)對稱變形。借助圖3中的示意圖闡述下一個方法步驟。熱擠壓封裝部20(包括蓋22和角焊 24)被車削并且由此被完全去除，并且金屬芯6、導(dǎo)體12、短路環(huán)14和終止環(huán)16被車削至徑向制造尺寸并且由此被平坦地加工。導(dǎo)體12的銅由此徑向地對外暴露。接下來的步驟借助圖4中的草圖來示出。新的熱擠壓封裝部觀以其蓋30和角焊 32將接片沈、導(dǎo)體12、短路環(huán)14和鋼終止環(huán)16氣密地對外封閉。此外，在熱擠壓封裝部28 和導(dǎo)體12以及接片沈之間設(shè)置有例如鎳構(gòu)成的中間層34，其對于接下來的均衡的熱擠壓滲入熱擠壓封裝部觀中以及滲入導(dǎo)體12和接片沈中，并且將元件在擴散焊接的意義中彼此牢固地連接。不同于第一熱擠壓封裝部20，第二熱擠壓封裝部觀由金屬因科鎳合金625 制造。如上面所示的那樣，術(shù)語“金屬”也理解為金屬合金。此外，將金屬的緩沖層36焊接到金屬芯6上，其由金屬構(gòu)成，該金屬可以以合理的開銷焊接到金屬芯6上。兩個緩沖層36設(shè)置在熱擠壓封裝部36的兩側(cè)，使得兩個蓋30通過兩個緩沖層36和角焊32與金屬芯通過焊接連接。緩沖層36已經(jīng)可以設(shè)計用于施加角焊24。在隨后的均衡熱擠壓的方法步驟(其中熱擠壓封裝部28又用作氣密的屏蔽物用于對金屬芯6建立壓力)之后，熱擠壓封裝部洲如在圖5中所示的那樣被車削為最終尺寸并且由此被平坦地加工?，F(xiàn)在，熱擠壓封裝部在導(dǎo)體12、短路環(huán)14和終止環(huán)16的區(qū)域中將金屬芯6完全對外部環(huán)境封閉，使得導(dǎo)體12被有效地被保護(hù)免受化學(xué)工藝氣體影響。熱擠壓封裝部觀現(xiàn)在形成圍繞導(dǎo)體12的腐蝕保護(hù)層38。通過在金屬芯6上的焊接以及在接片沈和導(dǎo)體12上的擴散焊接，存在機械上極其牢固的構(gòu)造，其也耐受直到16，000轉(zhuǎn)/分的高轉(zhuǎn)動以及直到300米/秒的旋轉(zhuǎn)速度。借助圖6中的示意圖來示出另一實施例。隨后的描述基本上局限于與前面附圖中的實施例的不同，關(guān)于相同的特征和功能參見前面實施例?；旧舷嗤牟考瓌t上設(shè)置有相同的附圖標(biāo)記，并且未提及的特征在隨后的實施例中采用，而并不對其重新描述。終止環(huán)40 —件式地從金屬芯6中作為徑向成型部加工得到，這些成型部在兩個軸向方向10中徑向向內(nèi)地陷落。由此，這些形成部形成了針對短路環(huán)42的軸向邊界，這些短路環(huán)兩件式地、即作為半環(huán)地實施，并且圍繞金屬芯6地設(shè)置。導(dǎo)體12插入到接片沈之間， 尤其是帶有中間層地來插入，并且圍繞導(dǎo)體12和接片沈設(shè)置有腐蝕保護(hù)層44，其由鎳基合金制造并且具有無蓋的圓柱形狀。腐蝕保護(hù)層44在其軸向端部上與終止環(huán)40、即金屬芯6 本身焊接，其中在此緩沖層36又是有利的。中間層34使得均衡的熱擠壓變得容易，因為通過其(如在前面的實施例中那樣)在金屬芯6的金屬的屈服點之下的溫度情況下已經(jīng)可以進(jìn)行在腐蝕保護(hù)層44和金屬芯6之間的擴散焊接。 在均衡的熱擠壓的唯一方法步驟中，現(xiàn)在導(dǎo)體12與金屬芯6并且腐蝕保護(hù)層44 與金屬芯6和導(dǎo)體12彼此牢固地機械連接?？商孢x地可能的是，在兩個分離的方法步驟中進(jìn)行連接，其中首先將導(dǎo)體12與金屬芯6在熱擠壓封裝部20的幫助下連接，隨后熱擠壓封裝部20如在前面的實施例中那樣被去除，并且接片沈和導(dǎo)體12被平坦地加工，并且作為隨后的步驟將腐蝕保護(hù)層44施加到導(dǎo)體12和接片沈上并且與其連接。
權(quán)利要求
1.一種用于電動機的電樞O)，帶有金屬芯(6)、設(shè)置在其上的電導(dǎo)體(12)以及將金屬芯(6)和導(dǎo)體(12)包封的金屬腐蝕保護(hù)層(38，44)，其特征在于，腐蝕保護(hù)層(38，44)作為固體圍繞金屬芯(6)和導(dǎo)體(12)設(shè)置并且至少固定在金屬芯(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電樞O)，其特征在于，腐蝕保護(hù)層通過收縮而至少與金屬芯 (6)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電樞O)，其特征在于，腐蝕保護(hù)層(38，44)通過熱均衡擠壓來至少與金屬芯(6)連接。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電樞O)，其特征在于，在金屬芯(6)和腐蝕保護(hù)層 (38,44)之間設(shè)置有金屬的中間層(34)，材料從該中間層通過熱的均衡擠壓而擴散到金屬芯(6)中以及腐蝕保護(hù)層(38，44)中，并且將它們保持在一起。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電樞O)，其特征在于，腐蝕保護(hù)層G4)至少是熱擠壓封裝部的至少一部分，該擠壓封裝部用于均衡地擠壓在金屬芯(6)中的導(dǎo)體(12)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電樞O)，其特征在于，將腐蝕保護(hù)層(38，44)在邊緣與金屬芯(6)的元件焊接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電樞O)，其特征在于，所述在元件朝著腐蝕保護(hù)層(38，44) 的方向中包括金屬緩沖層(36)，腐蝕保護(hù)層(38，44)與該緩沖層焊接，并且緩沖層在其組分方面與其下的金屬芯(6)的襯底不同。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電樞O)，其特征在于，腐蝕保護(hù)層G4)是金屬的圓柱管，該圓柱管在其端部分別與金屬芯(6)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電樞O)，其特征在于，所述端部分別與終止環(huán)(16)連接，該終止環(huán)將導(dǎo)體(1 軸向地在金屬芯(6)上保持就位。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電樞O)，其特征在于，所述端部分別與金屬芯(6)的徑向向外伸出的成形部氣密地連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電樞O)，其特征在于，所述成形部是終止環(huán)(16)，其將導(dǎo)體(1 軸向地在金屬芯(6)上保持就位。
12.一種用于制造電動機的電樞( 的方法，該電樞帶有金屬芯(6)和設(shè)置在其上的電導(dǎo)體(12)，其特征在于，將金屬腐蝕保護(hù)層(38，44)作為固體圍繞金屬芯(6)和導(dǎo)體(12) 設(shè)置，并且至少固定在金屬芯(6)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，熱擠壓封裝部08)圍繞金屬芯(6)和導(dǎo)體地設(shè)置，并且導(dǎo)體與金屬芯(6)均勻地?zé)釘D壓，并且熱擠壓封裝部00)的至少一部分作為腐蝕保護(hù)層00)保留在電樞(2)上，用于在電動機工作期間保護(hù)電樞O)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，導(dǎo)體(12)與金屬芯(6)均衡地?zé)釘D壓，并且電樞O)的徑向外部的表面隨后被平坦地加工，隨后腐蝕保護(hù)層(38)施加到該平面上并且固定在該平面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14之一所述的方法，其特征在于，所述固定通過均衡的熱擠壓來進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明基于一種用于電動機的電樞(2)，該電樞帶有金屬芯(6)、設(shè)置在其上的電導(dǎo)體(12)以及將金屬芯(6)和導(dǎo)體(12)包封的金屬腐蝕保護(hù)層(38，44)。提出的是，腐蝕保護(hù)層(38，44)作為固體圍繞金屬芯(6)和導(dǎo)體(12)設(shè)置并且至少固定在金屬芯(6)上。對于工業(yè)領(lǐng)域的高速電動機合適的電樞(2)可以被成本低廉地制造，并且可以可靠地用于將工業(yè)上的化學(xué)侵蝕性工藝氣體壓縮。
文檔編號H02K17/16GK102342002SQ201080010810
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者拉爾夫·博德, 馬丁·比森巴赫 申請人:西門子公司