專利名稱：用于異步電機的籠式轉(zhuǎn)子和用于制造籠式轉(zhuǎn)子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于異步電機的籠式轉(zhuǎn)子和一種用于制造籠式轉(zhuǎn)子的方法。
背景技術(shù)：
例如異步馬達和異步發(fā)電機的異步電機具有帶有多個導(dǎo)體棒的籠式轉(zhuǎn)子，所述導(dǎo)體棒在籠式轉(zhuǎn)子的周邊上彼此并排地并且在軸向方向上延伸地設(shè)置。導(dǎo)體棒的縱向端部分別與短路環(huán)彼此導(dǎo)電連接。在特定功率等級起的異步電機中，在籠式轉(zhuǎn)子處出現(xiàn)大致能夠 為250m/s的周向速度。對于所述高的周向速度提出對于籠式轉(zhuǎn)子的強度的特殊要求，其中已知的是籠式轉(zhuǎn)子能夠以實心的結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成?；\式轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子體，所述轉(zhuǎn)子體具有在周邊上均勻分布的縱向槽，導(dǎo)體棒插入到所述縱向槽中。常規(guī)地，導(dǎo)體棒由銅合金、銀合金、或者鋁合金制成，而轉(zhuǎn)子籠常規(guī)地由鋼制成。在異步電機運行時，導(dǎo)體棒尤其受到離心力，所述離心力能夠高至使得導(dǎo)體棒從導(dǎo)體棒槽中脫出。為了補救，常規(guī)地在導(dǎo)體棒和轉(zhuǎn)子體之間設(shè)有形狀接合的連接。這例如通過如下方式來實現(xiàn)，即將導(dǎo)體棒在轉(zhuǎn)子體中設(shè)置并制造成，使得導(dǎo)體棒在徑向方向上由轉(zhuǎn)子體材料形成側(cè)凹。因此，在導(dǎo)體棒和轉(zhuǎn)子體之間建立形狀接合的連接，然而所述連接尤其在異步電機啟動和停止過程中經(jīng)受疲勞和蠕變。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于異步電機的籠式轉(zhuǎn)子和一種用于制造籠式轉(zhuǎn)子的方法，其中所述籠式轉(zhuǎn)子具有高的強度和高的電磁效率。用于制造異步電機的轉(zhuǎn)子籠的根據(jù)本發(fā)明的方法具有下述步驟提供具有導(dǎo)體棒部段的轉(zhuǎn)子體，在所述導(dǎo)體棒部段中能夠設(shè)有多個導(dǎo)體棒；在導(dǎo)體棒部段中制造導(dǎo)體棒槽，其中為導(dǎo)體棒中的每一個設(shè)置導(dǎo)體棒槽中的一個，并且制造用于短路環(huán)的短路環(huán)凹部，其中導(dǎo)體棒槽分別通到短路環(huán)凹部中；在原位將籠材料壓鑄到導(dǎo)體棒槽中，使得在導(dǎo)體棒槽中由導(dǎo)體棒材料構(gòu)成導(dǎo)體棒并且在短路環(huán)凹部中構(gòu)成短路環(huán)；在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料中產(chǎn)生下述區(qū)域，所述區(qū)域在導(dǎo)體棒和轉(zhuǎn)子體之間的分界面處具有在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料之間的冶金學(xué)上的結(jié)合，其中冶金學(xué)上的結(jié)合構(gòu)成為，使得在分界面處，在籠式轉(zhuǎn)子運行時，導(dǎo)體棒保持在導(dǎo)體棒槽中，并且短路環(huán)保持在短路環(huán)凹部中。通過提供導(dǎo)體棒，將轉(zhuǎn)子體預(yù)備為坯件并且能夠插入到相應(yīng)的鑄模中。因此，借助壓鑄法將導(dǎo)體棒材料引入到導(dǎo)體棒槽中，使得在原位制造籠式轉(zhuǎn)子。在導(dǎo)體棒和轉(zhuǎn)子體之間的分界面處，在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料之間構(gòu)成冶金學(xué)上的結(jié)合，使得建立導(dǎo)體棒在轉(zhuǎn)子體處的直接的、冶金學(xué)上的連接。由此，將導(dǎo)體棒穩(wěn)定地保持在導(dǎo)體棒槽中，使得不需要在導(dǎo)體棒和轉(zhuǎn)子體之間設(shè)有例如燕尾輪廓的形狀的附加的形狀接合的連接。由此，導(dǎo)體棒的橫截面原則上能夠是任意的，進而能夠在籠式轉(zhuǎn)子的電特性方面優(yōu)化地構(gòu)成。通過避免在導(dǎo)體棒和轉(zhuǎn)子體之間的形狀接合的連接來抑制籠式轉(zhuǎn)子在導(dǎo)體棒槽的區(qū)域中的疲勞和蠕變，使得籠式轉(zhuǎn)子具有高的強度。
具有冶金學(xué)上的結(jié)合的區(qū)域優(yōu)選是擴散區(qū)域，在所述擴散區(qū)域中導(dǎo)體棒材料和籠式材料相互擴散。在此優(yōu)選的是，在壓鑄之前，在導(dǎo)體棒槽中分別施加增附層以用于使導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料相互擴散。增附層優(yōu)選選擇成，使得通過壓鑄引起導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子材料相互擴散。替選地，優(yōu)選的是，增附層選擇成，使得通過熱等靜壓擠壓來強化籠材料和轉(zhuǎn)子體材料的相互擴散。導(dǎo)體棒以及短路環(huán)優(yōu)選由銅制成并且增附層優(yōu)選是含鎳的。替選地，優(yōu)選的是，導(dǎo)體棒以及短路環(huán)由鋁制成并且增附層是含鋅的。在優(yōu)化的電 特性方面，導(dǎo)體棒優(yōu)選在其徑向內(nèi)側(cè)分別倒圓，以構(gòu)成導(dǎo)體棒背部。在此優(yōu)選的是，導(dǎo)體棒的橫截面在徑向方向上與在周向方向上相比更寬地構(gòu)成。通過該擴展方案，籠式轉(zhuǎn)子具有優(yōu)化的電磁特性，由此籠式轉(zhuǎn)子的電磁效率高。


下面，根據(jù)附加的示意附圖闡明根據(jù)本發(fā)明的籠式轉(zhuǎn)子的優(yōu)選實施例。其示出圖I示出根據(jù)本發(fā)明的籠式轉(zhuǎn)子的俯視圖，圖2示出沒有導(dǎo)體棒和短路環(huán)的圖I中的籠式轉(zhuǎn)子的俯視圖，并且圖3至5示出具有導(dǎo)體棒的不同實施形式的、圖I中的籠式轉(zhuǎn)子的橫截面。
具體實施例方式如從圖I和2中可見的是，根據(jù)本發(fā)明的籠式轉(zhuǎn)子I具有轉(zhuǎn)子體2，所述轉(zhuǎn)子體能夠借助軸3可轉(zhuǎn)動地安裝在例如異步馬達或者異步發(fā)電機的異步電機中。轉(zhuǎn)子體2構(gòu)成為圓柱形并且在其外周處具有第一短路環(huán)4和第二短路環(huán)5。短路環(huán)4、5分別安置在短路環(huán)凹部6、7中，所述短路環(huán)凹部分別由設(shè)置在端側(cè)的第一連接部8或者對置于第一連接部8的第二連接部9形成。在短路環(huán)凹部6、7之間設(shè)有導(dǎo)體棒部段10，在所述導(dǎo)體棒部段中裝入有導(dǎo)體棒U。導(dǎo)體棒11均勻地分布在轉(zhuǎn)子體2的周邊上并且導(dǎo)體棒縱向端部分別導(dǎo)電地連接到短路環(huán)4、5處。在導(dǎo)體部段10中為每個導(dǎo)體棒11設(shè)有導(dǎo)體棒槽12，分配給所述導(dǎo)體棒槽的導(dǎo)體棒11插入到所述導(dǎo)體棒槽中。在圖3至5中示出導(dǎo)體棒11的橫截面的不同的實施形式。根據(jù)圖3，導(dǎo)體棒11在橫截面中構(gòu)成為圓形并且完全由轉(zhuǎn)子體2的材料包圍地裝入到轉(zhuǎn)子體2中。根據(jù)圖4的導(dǎo)體棒11與根據(jù)圖3的導(dǎo)體棒11的不同之處在于，在根據(jù)圖4的導(dǎo)體棒11的外周處分別設(shè)有導(dǎo)體棒連接部13，借助所述導(dǎo)體棒連接部轉(zhuǎn)子體材料朝向轉(zhuǎn)子體2的外表面滲透。根據(jù)圖5，導(dǎo)體棒11的橫截面構(gòu)成為矩形，其中在導(dǎo)體棒11的徑向內(nèi)側(cè)處構(gòu)成凸形的導(dǎo)體棒背部14。導(dǎo)體棒11的橫截面構(gòu)成為，該橫截面在周向方向上的延伸尺寸短于該橫截面在徑向方向上的延伸尺寸，其中，導(dǎo)體棒11與導(dǎo)體棒部段10的圓柱形外側(cè)齊平。轉(zhuǎn)子體2如下制成首先，能夠通過如下方式制造轉(zhuǎn)子體2的坯件，即能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子體2制成為圓柱體，所述圓柱體具有在端側(cè)安裝在其上的軸3。在坯件中能夠設(shè)有短路環(huán)凹部6，其中在短路環(huán)凹部6、7處構(gòu)成第一連接部8或者第二連接部9。在短路環(huán)凹部6、7之間將導(dǎo)體棒部段10制造為轉(zhuǎn)子體2的圓柱形部段。之后，將導(dǎo)體棒槽12裝入到轉(zhuǎn)子體2中。然后，將轉(zhuǎn)子體2插入到鑄模中，其中通過壓鑄將籠材料在原位提供到各個導(dǎo)體棒槽12中以及短路環(huán)凹部6、7中，使得在導(dǎo)體棒槽12中由導(dǎo)體棒材料構(gòu)成導(dǎo)體棒11以及在短路環(huán)凹部6、7中構(gòu)成短路環(huán)4、5。在壓鑄中，在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子材料中在導(dǎo)體棒11和轉(zhuǎn)子體2之間的分界面處構(gòu)成下述區(qū)域，所述區(qū)域具有在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料之間的冶金學(xué)上的結(jié)合。冶金學(xué)上的結(jié)合構(gòu)成為，使得在籠式轉(zhuǎn)子I的運行中，導(dǎo)體棒11在分界面處保持在導(dǎo)體棒槽12中并且短路環(huán)4、5保持在短路環(huán)凹部6、7中。在壓鑄中，通過導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料的相互擴散，具有冶金學(xué)上的連接的區(qū)域構(gòu)造為擴散區(qū)域。在壓鑄之前，在導(dǎo)體棒槽12中分別施加有增附層，以用于使導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料相互擴散。增附層的作用為，使得在壓鑄時發(fā)生籠材料和轉(zhuǎn)子體2的相互擴散。通過熱等靜壓擠壓過程，能夠在壓鑄之后加強在籠部件導(dǎo)體棒11和短路環(huán)4、5的和轉(zhuǎn)子體材料的表面處的相互擴散。 如果導(dǎo)體棒由銅制成，那么增附層是含鎳的。而如果導(dǎo)體棒由鋁制成，那么增附層是含鋅的。
權(quán)利要求
1.用于制造異步電機的籠式轉(zhuǎn)子(I)的方法，具有下述步驟 -提供具有導(dǎo)體棒部段(10)的轉(zhuǎn)子體(2)，在所述導(dǎo)體棒部段中能夠設(shè)有多個導(dǎo)體棒(11)； -在所述導(dǎo)體棒部段(10)中制造導(dǎo)體棒槽(12)，其中為所述導(dǎo)體棒(11)中的每一個設(shè)置所述導(dǎo)體棒槽(12 )中的一個，并且制造用于短路環(huán)(4，5 )的短路環(huán)凹部(6，7 )，其中所述導(dǎo)體棒槽(12)分別通到所述短路環(huán)凹部(6，7)中； -在原位將籠材料壓鑄到所述導(dǎo)體棒槽(12)中，使得在所述導(dǎo)體棒槽(12)中由導(dǎo)體棒材料構(gòu)成所述導(dǎo)體棒(10)并且在所述短路環(huán)凹部(6，7)中構(gòu)成所述短路環(huán)(4，5)； -在所述導(dǎo)體棒材料和所述轉(zhuǎn)子體材料中產(chǎn)生下述區(qū)域，所述區(qū)域在所述導(dǎo)體棒(10)和所述轉(zhuǎn)子體(2 )之間的分界面處具有在所述導(dǎo)體棒材料和所述轉(zhuǎn)子體材料之間的冶金學(xué)上的結(jié)合，其中所述冶金學(xué)上的結(jié)合構(gòu)成為，使得在所述分界面處，在所述籠式轉(zhuǎn)子(I)運行時，所述導(dǎo)體棒(10)保持在所述導(dǎo)體棒槽(12)中，并且所述短路環(huán)(4，5)保持在所述短路環(huán)凹部(6，7)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中具有冶金學(xué)上的結(jié)合的所述區(qū)域是擴散區(qū)域，在所 述擴散區(qū)域中，所述籠材料和所述轉(zhuǎn)子體材料相互擴散。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在壓鑄之前分別在所述導(dǎo)體棒槽(12)中施加增附層，以用于使所述導(dǎo)體棒材料和所述轉(zhuǎn)子體材料相互擴散。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述增附層選擇成，使得通過所述壓鑄引起所述導(dǎo)體棒材料和所述轉(zhuǎn)子體材料的相互擴散。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述增附層選擇成，使得通過熱等靜壓擠壓來加強所述籠材料和所述轉(zhuǎn)子體材料的相互擴散。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的方法，其中所述導(dǎo)體棒(11)以及所述短路環(huán)(4，5)由銅制成，并且所述增附層是含鎳的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的方法，其中所述導(dǎo)體棒(11)以及所述短路環(huán)(4，5)由鋁制成，并且所述增附層是含鋅的。
8.用于異步電機的籠式轉(zhuǎn)子，具有轉(zhuǎn)子體(2)，所述轉(zhuǎn)子體具有導(dǎo)體棒部段(10)，所述導(dǎo)體棒部段具有多個導(dǎo)體棒槽(12)，所述導(dǎo)體棒槽分別帶有裝入其中的導(dǎo)體棒(11 )，所述導(dǎo)體棒具有矩形的橫截面，其中所述籠式轉(zhuǎn)子(I)借助根據(jù)權(quán)利要求I至7之一所述的方法制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的籠式轉(zhuǎn)子，其中所述導(dǎo)體棒(11)在其徑向內(nèi)側(cè)分別倒圓，以構(gòu)成導(dǎo)體棒背部(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的籠式轉(zhuǎn)子，其中所述導(dǎo)體棒(11)的橫截面在徑向方向上與在周向方向上相比更寬地構(gòu)成。
全文摘要
一種用于制造供異步電機的籠式轉(zhuǎn)子的方法，具有下述步驟提供具有導(dǎo)體棒部段(10)的轉(zhuǎn)子體(2)，在所述導(dǎo)體棒部段中能夠設(shè)有多個導(dǎo)體棒(11)；在導(dǎo)體棒部段(10)中制造導(dǎo)體棒槽(12)，其中為導(dǎo)體棒(11)中的每一個設(shè)置導(dǎo)體棒槽(12)中的一個，并且制造用于短路環(huán)(4，5)的短路環(huán)凹部(6，7)，其中導(dǎo)體棒槽(12)分別通到短路環(huán)凹部(6，7)中；在原位將籠材料壓鑄到導(dǎo)體棒槽(12)中，使得在導(dǎo)體棒槽(12)中由導(dǎo)體棒材料構(gòu)成導(dǎo)體棒(10)并且在短路環(huán)凹部(6，7)中構(gòu)成短路環(huán)(4，5)；在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料中產(chǎn)生下述區(qū)域，所述區(qū)域在導(dǎo)體棒(10)和轉(zhuǎn)子體(2)之間的分界面處具有在導(dǎo)體棒材料和轉(zhuǎn)子體材料之間的冶金學(xué)上的結(jié)合，其中冶金學(xué)上的結(jié)合構(gòu)成為，使得在分界面處，在籠式轉(zhuǎn)子(1)運行時，導(dǎo)體棒(10)保持在導(dǎo)體棒槽(12)中，并且短路環(huán)(4，5)保持在短路環(huán)凹部(6，7)中。
文檔編號H02K15/02GK102906978SQ201180025740
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月25日
發(fā)明者馬丁·比森巴赫, 拉爾夫·博德 申請人:西門子公司