優(yōu)化用于大功率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的制作方法
【專利摘要】用于大功率的高速電動(dòng)機(jī)的該轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子軸線(A)包括在兩側(cè)上由短路環(huán)(12)包繞并且由連接短路環(huán)(12)以形成鼠籠的電導(dǎo)體在若干凹口(18)處橫穿的磁塊(10)。各個(gè)電導(dǎo)體由在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有梯形截面的單個(gè)條(14)形成。
【專利說(shuō)明】
優(yōu)化用于大功率的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種旨在在特別高的轉(zhuǎn)速下操作的大功率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。具體而言，本發(fā)明應(yīng)用于能夠在典型地從100m.s—1的高外周速度下操作的異步馬達(dá)，尤其是旨在用于陸地、海上或甚至水下的油氣應(yīng)用的馬達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]外周速度是在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的外徑處的計(jì)算的切向速度。
[0003]能夠在高轉(zhuǎn)速下操作的大功率電動(dòng)機(jī)具有許多應(yīng)用。在功率和速度方面滿足增長(zhǎng)的需求的馬達(dá)的制造將新的特別是機(jī)械的應(yīng)力強(qiáng)加在所述馬達(dá)的轉(zhuǎn)子中。專利文獻(xiàn)EP0608675A1和US5，512，792描述了在大功率和速度下操作的用于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的特別有效的實(shí)施例。因此，描述了形成鼠籠的其條可自由膨脹的轉(zhuǎn)子，因此實(shí)現(xiàn)減輕由熱不平衡引起的效果。
[0004]然而，為了進(jìn)一步增大由該類型的馬達(dá)接收的功率，增大形成鼠籠的條的直徑證明是避免后者的過(guò)熱所必需的。然而，基于以上提到的專利中描述的實(shí)例，增大所述條的截面導(dǎo)致這些相同的條之間的距離減小。因此，該解決方案證明是不太令人滿意的，因?yàn)楦鱾€(gè)條之間的間距的減小引入了新的磁和機(jī)械應(yīng)力，其最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的弱化。
[0005]專利文獻(xiàn)FR2950751提出了一種能夠集成在電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子，其在支持的功率和外周轉(zhuǎn)速方面具有改進(jìn)的特征，特別是通過(guò)其將較大的電功率傳送穿過(guò)轉(zhuǎn)子的鼠籠的能力。為此，轉(zhuǎn)子包括若干電導(dǎo)體，各個(gè)導(dǎo)體由分別具有大致圓形截面并且通過(guò)凹口穿過(guò)轉(zhuǎn)子的磁體的主條和副條的組裝形成。各個(gè)凹口的形狀和布置限定成使得確保主條與副條之間的接觸足以在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)允許電流經(jīng)過(guò)。
[0006]然而，此類組件導(dǎo)致了實(shí)施中的困難。具體而言，當(dāng)操作溫度不穩(wěn)定時(shí)，主條與副條之間的差異變形一方面導(dǎo)致失衡的存在，并且另一方面導(dǎo)致主條與副條之間的較差的電接觸。
[0007]因此，本發(fā)明涉及通過(guò)提出改進(jìn)的轉(zhuǎn)子來(lái)解決這些問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明具體涉及一種用于大功率的高速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其沿轉(zhuǎn)子的軸線包括磁塊，該磁塊在兩側(cè)上由短路環(huán)包繞，并且在若干凹口中由連接短路環(huán)以形成鼠籠的電導(dǎo)體橫穿。
[0009]各個(gè)導(dǎo)電體由在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有梯形截面的單個(gè)條形成。
[0010]根據(jù)特定實(shí)施例，轉(zhuǎn)子包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè):
各個(gè)條的截面形成等腰梯形；
各個(gè)條的小基部或大基部放置成關(guān)于轉(zhuǎn)子軸線在徑向外側(cè)；
至少各個(gè)條的大基部或小基部具有兩個(gè)圓形轉(zhuǎn)角，其圓半徑分別在大基部和小基部的長(zhǎng)度的10%到50%之間； 各個(gè)條的端部自由地置于開在斷路環(huán)的外周處的孔口中；
各個(gè)孔口具有大于其容納的桿的內(nèi)部大小，以便留下允許所述條的端部在孔口中自由膨脹的間隙公差；
磁塊中的各個(gè)凹口具有大于其容納的桿的內(nèi)部大小，以便留下允許所述條在凹口中自由膨脹的間隙公差；
各個(gè)條由單種材料形成，并且由銅或銅合金制成；
各個(gè)條的截面沿轉(zhuǎn)子的軸線大致恒定。
[0011]本發(fā)明還涉及能夠以磁塊的外徑處的大于或等于100m.s—1的外周速度驅(qū)動(dòng)如上文限定的轉(zhuǎn)子的馬達(dá)。
[0012]技術(shù)方案1.用于大功率的高速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其沿轉(zhuǎn)子軸線A包括磁塊，所述磁塊在兩側(cè)上由短路環(huán)包繞，并且在若干凹口處由連接所述短路環(huán)以形成鼠籠的電導(dǎo)體橫穿，其特征在于，各個(gè)電導(dǎo)體由在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有梯形截面的單個(gè)條構(gòu)成。
[0013]技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條的所述截面形成等腰梯形。
[0014]技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條的小基部或大基部放置成關(guān)于所述轉(zhuǎn)子軸線A在徑向外側(cè)。
[0015]技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案I至技術(shù)方案3中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，至少各個(gè)條的所述大基部或所述小基部具有兩個(gè)圓形轉(zhuǎn)角，其圓半徑分別在所述大基部和所述小基部的長(zhǎng)度的10%到50%之間。
[0016]技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案I至技術(shù)方案4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條的端部自由地置于開在所述短路環(huán)的外周處的孔口中。
[0017]技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)孔口具有大于其容納的所述條的內(nèi)部大小，以便留下允許所述條的所述端部在所述孔口中自由膨脹的間隙公差。
[0018]技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案I至技術(shù)方案6中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述磁塊中的各個(gè)凹口具有大于其容納的所述桿的內(nèi)部大小，以便留下允許所述桿在所述凹口中自由膨脹的間隙公差。
[0019]技術(shù)方案8.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條由單件形成，并且由銅或銅合金制成。
[0020]技術(shù)方案9.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條的所述截面沿所述轉(zhuǎn)子軸線A大致恒定。
[0021]技術(shù)方案10.能夠以磁塊的外徑處的大于或等于100m.s.—1的外周速度驅(qū)動(dòng)根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子的馬達(dá)。
[0022]技術(shù)方案11.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子在能夠以所述磁塊的外徑處的大于或等于100m.s.—1的外周速度驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)子的馬達(dá)中的使用。
[0023]本發(fā)明甚至具有以下優(yōu)點(diǎn):其可顯著地實(shí)現(xiàn)改進(jìn)由馬達(dá)(如，專利文獻(xiàn)EP0608675和US5，512，792中所述的那些)支持的功率，而不引起現(xiàn)有轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)的深遠(yuǎn)變化。
【附圖說(shuō)明】
[0024]在閱讀作為示范性且非限制性的實(shí)例給出的特定實(shí)施例的以下描述并且參照附圖時(shí)，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)更清楚地出現(xiàn)，該附圖示出了:
圖1，轉(zhuǎn)子的縱向半截面；
圖2，鄰近凹口的圖1中的轉(zhuǎn)子的截面的放大視圖；
圖3，其磁塊處的轉(zhuǎn)子的第一實(shí)施例的截面;以及圖4，其磁塊處的轉(zhuǎn)子的第二實(shí)施例的截面。
【具體實(shí)施方式】
[0025]根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子應(yīng)用于能夠在典型地從100m.s.—1的高外周速度下操作的馬達(dá)。根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子特別能夠在特別是用于陸地、海上或甚至水下的油氣應(yīng)用的異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)使用。常規(guī)地在本發(fā)明中，措辭“大致等于”將表示加或減10%的相等關(guān)系，優(yōu)選加或減5%的相等關(guān)系。
[0026]圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)子的縱向半截面，以及其旋轉(zhuǎn)軸線A。
[0027]因此，所示的轉(zhuǎn)子能夠與定子和軸(圖1中未示出)協(xié)作。
[0028]轉(zhuǎn)子包括在兩側(cè)上由短路環(huán)12包繞的磁塊10。
[0029]磁塊10由磁性片的組裝產(chǎn)生，其實(shí)現(xiàn)，特別是它們之間的所述片的夾持的手段具體在專利文獻(xiàn)US5，512，792中描述。
[0030]轉(zhuǎn)子包括若干電導(dǎo)體，其能夠通過(guò)磁體10傳導(dǎo)由短路環(huán)12施加于轉(zhuǎn)子的電流。
[0031]各個(gè)電導(dǎo)體由一個(gè)單條14形成。
[0032]作為優(yōu)選，各個(gè)條14的截面在其整個(gè)長(zhǎng)度上恒定或大致恒定。
[0033]各個(gè)條的截面具有梯形形狀。更準(zhǔn)確地說(shuō)，各個(gè)條14的截面是具有小基部和大基部的等腰梯形。
[0034]條14由單種材料形成。它們由銅或銅合金形成。
[0035]短路環(huán)12以及條14形成轉(zhuǎn)子的鼠籠。
[0036]各個(gè)條14的縱向端部自由置于布置在短路環(huán)12的外周處的孔口16中。
[0037]各個(gè)孔口16具有其形狀與其容納的條14的截面的形狀互補(bǔ)的截面，但具有略微較大的內(nèi)部大小，以使存在間隙公差。這特別允許了條14的端部在孔口 16中的自由膨脹?？卓?6可通過(guò)短路環(huán)12的磨削或拉削而形成。
[0038]為了橫穿磁塊10，各個(gè)條14收納在布置于磁塊中的凹口18內(nèi)。
[0039]各個(gè)孔口18具有其形狀與其容納的條14的截面的形狀互補(bǔ)的截面，但具有略微較大的內(nèi)部大小，以使存在間隙公差。在圖2中由數(shù)字26表示的該間隙公差確保了條14在磁塊10的凹口 18中的自由膨脹。
[0040]條14在單個(gè)點(diǎn)處使用任何適合的緊固手段20(如例如，螺釘、銷或通過(guò)任何裝置、方法和緊固附件)緊固于磁塊10，因此允許了縱向熱膨脹的平衡分布，用于在條14的端部與短路環(huán)12之間的大致相等的相對(duì)位移。
[0041]如圖3中所示，在第一實(shí)施例中，各個(gè)條14放置成使得其大基部定向?yàn)殛P(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線A在徑向外側(cè)。凹口 18和孔口 16具有適合的梯形形狀。
[0042]因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，條14的大基部在離心力的作用下增大其在凹口18和孔口 16上的支承。
[0043]以特別有利的方式，條14的橫向大小選擇成使得條的一側(cè)與定位成與相鄰條面對(duì)面的一側(cè)之間的距離大致恒定。換言之，條的一側(cè)和定位成與相鄰條面對(duì)面的一側(cè)平行于彼此，這實(shí)現(xiàn)對(duì)于相同磁塊10增大條14的截面，因此允許了具有此類轉(zhuǎn)子的馬達(dá)的功率增大。
[0044]圖4示出了第二實(shí)施例，其中各個(gè)條14放置成使得其小基部定向成關(guān)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線A在徑向外側(cè)。凹口 18和孔口 16具有適合的梯形形狀。
[0045]然而，在第二實(shí)施例中，凹口18上的條14的承載表面小于第一實(shí)施例中的，接觸點(diǎn)處的應(yīng)力較大，并且有縮短磁塊的壽命的風(fēng)險(xiǎn)。
[0046]此外，由于磁通線的飽和和磁塊10的磁性片中的過(guò)大感應(yīng)，特別是在大基部處，故生成了不是大致恒定、不需要且難以控制磁性效果的兩個(gè)連續(xù)的條之間的距離。
[0047]因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，條14的小基部在離心力的作用下增大其在凹口18和孔口 16上的支承。作為備選，梯形截面的四個(gè)轉(zhuǎn)角設(shè)有圓，其具有大基部的轉(zhuǎn)角的大致相等的值，以及小基部的轉(zhuǎn)角的另一大致相等的值。這實(shí)現(xiàn)減小磁塊10的磁性片中和短路環(huán)12中的機(jī)械應(yīng)力的集中。因此，這實(shí)現(xiàn)減小條14周圍的磁塊1的片中的磁飽和的風(fēng)險(xiǎn)。典型地，至少條14的大基部或小基部具有兩個(gè)圓形轉(zhuǎn)角，其圓半徑分別在大基部和小基部的長(zhǎng)度的10%至Ij50%之間。圓半徑值的選擇是例如磁塊10的片中的機(jī)械應(yīng)力的減小與用于電流經(jīng)過(guò)的條14的截面的減小之間的折衷。
[0048]本發(fā)明特別適合于在高轉(zhuǎn)速下移動(dòng)的大功率馬達(dá)，典型地在從100m.s.—1的外周速度下。該類型的馬達(dá)通常由變頻器控制。由于這些類型的馬達(dá)預(yù)期的應(yīng)用，即，它們?cè)趬嚎s機(jī)或栗中的使用，故馬達(dá)的起動(dòng)僅需要弱電流。
[0049]在該情況下，孔口16中的條14的輕微壓力足以允許弱電流通過(guò)。此外，出于相同的原因，條14的截面單獨(dú)確保了弱電流在啟動(dòng)時(shí)經(jīng)過(guò)。當(dāng)馬達(dá)增大其速度時(shí)，離心力逐漸變大，后者使條14變形，這接著將把壓力施加在短路環(huán)12中的孔口 16的內(nèi)側(cè)上，并且因此生成最大接觸，允許了條14和條14中的較強(qiáng)電流朝短路環(huán)12的經(jīng)過(guò)。
[0050]專業(yè)人員將理解如下優(yōu)點(diǎn):具有由一件，和特別是由具有梯形截面的單件制成的條14，實(shí)現(xiàn)了增大沿它們的整個(gè)長(zhǎng)度的、包括在短路環(huán)12的孔口 16中的條14的截面。這實(shí)現(xiàn)了增大具有此類轉(zhuǎn)子的用于給定尺寸的電動(dòng)機(jī)的功率，而沒(méi)有在由至少兩個(gè)部分制成的條中的差異熱膨脹之后的熱失衡，或形成大致梯形截面的條的部分(如果它們不具有相同的電勢(shì))之間的火花的缺點(diǎn)。用于條與短路環(huán)之間的電流的技術(shù)已改變，我們可理解如下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)較強(qiáng)電流在短路環(huán)12中的經(jīng)過(guò)，從而增大了此類轉(zhuǎn)子的電功率，還具有條14的端部中的大致梯形截面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于大功率的高速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，其沿轉(zhuǎn)子軸線(A)包括磁塊(10)，所述磁塊(10)在兩側(cè)上由短路環(huán)(12)包繞，并且在若干凹口(18)處由連接所述短路環(huán)(12)以形成鼠籠的電導(dǎo)體橫穿，其特征在于，各個(gè)電導(dǎo)體由在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有梯形截面的單個(gè)條(14)構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條的所述截面形成等腰梯形。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條(14)的小基部或大基部放置成關(guān)于所述轉(zhuǎn)子軸線(A)在徑向外側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，至少各個(gè)條(14)的所述大基部或所述小基部具有兩個(gè)圓形轉(zhuǎn)角，其圓半徑分別在所述大基部和所述小基部的長(zhǎng)度的10%到50%之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條(14)的端部自由地置于開在所述短路環(huán)(12)的外周處的孔口(16)中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)孔口(16)具有大于其容納的所述條(14)的內(nèi)部大小，以便留下允許所述條的所述端部在所述孔口中自由膨脹的間隙公差。7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述磁塊(10)中的各個(gè)凹口(18)具有大于其容納的所述桿(14)的內(nèi)部大小，以便留下允許所述桿在所述凹口(18)中自由膨脹的間隙公差。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條(14)由單件形成，并且由銅或銅合金制成。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于，各個(gè)條的所述截面沿所述轉(zhuǎn)子軸線(A)大致恒定。10.能夠以磁塊(10)的外徑處的大于或等于100m.s.—1的外周速度驅(qū)動(dòng)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子的馬達(dá)。
【文檔編號(hào)】H02K1/28GK105827081SQ201610054100
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日
【發(fā)明人】A.比約, T.莫弗里
【申請(qǐng)人】通用電氣能源能量變換技術(shù)有限公司