用于电机的笼型转子制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电机的笼型转子，所述笼型转子具有转子芯和围绕转子芯布置的导电的转子笼，其中，所述转子笼包含碳纳米管。本发明专利技术此外还涉及一种具有这种笼型转子的电机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于电机的笼型转子，其具有转子芯和包围转子芯布置的导电的转子笼。本专利技术此外还涉及一种具有这种笼型转子的电机。许多电机、首先是交流异步电机通过使用笼型转子来运行。这种笼型转子典型地具有多个纵向支撑条，它们也称为转子杆并且在转子的两个轴向端部上与所谓的短路环电连接。因此笼型转子的整个笼式的结构在电机的运行过程中被电短路。这种转子笼也称为短路笼或笼型绕组。这种转子类型区别于所谓的滑环式转子，在这种滑环式转子中转子的绕组没有相互短路连接，而是作为单独绕组存在并且分别通过滑环接触在外部相接触。在已知的笼型转子中，笼型转子的纵向支撑条由实体的金属杆构成，其由例如铜、铝或它们的合金这样的非铁金属构成。金属杆与端侧布置的短路环持久地机械地和电地相连，典型地通过插入和焊入到短路环的为此设置的凹口中。这种笼型转子在EP1039618A1中被描述。这种已知的转子笼或短路式笼的缺点是在制造这种连接时制造和装配耗费很高。笼型转子在电机运行时承受很高的离心力。因此首先所述连接必须满足很高的力学要求。所述连接常常必须通过外部施加的轮毂额外地加强，这又提高了转子的制造耗费和位置需求。金属转子杆和同样金属的短路环的较高的重量此外对离心力的数值产生不利的作用。在另外已知的实施方式中，笼型转子以铸造工艺制成，例如通过铝的压铸。这种铸造的转子笼主要在较小和中等功率的电机中应用，因为其难以构造为较大尺寸。因此本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种具有转子笼的笼型转子，其能够避免所述缺点。尤其应该提供一种简单和廉价制造的转子笼，其也能够用于较大的转子尺寸。所述技术问题通过权利要求1描述的笼型转子解决。按照本专利技术的笼型转子具有转子芯和围绕转子芯布置的导电的转子笼，其中，转子笼包含碳纳米管。其中，转子笼这样设计，使得在电机运行时流过转子笼的电流通过碳纳米管传输。按照本专利技术的笼型转子的主要优点在于其简单的可制造性。尤其借助以下描述的实施方式、利用基于碳纳米管的纤维、纱线、股线和垫以简单的方式实现用于笼型转子的导电的笼结构。在此，笼结构的几何形状可以灵活地适配不同的电机类型，因为不需要具有转子笼的具体的几何形状的杆、环或其他刚性件。另一个优点在于，基于碳纳米管的短路式笼具有相对较小的质量。由碳纳米管构成的压密的纱线的密度可以在0.5至1.5g/cm3之间。在可对照的电流承受能力下，在此可以使用比在金属元件的情况中更小质量的导电元件。因此在电机运行时产生的离心力更小，并且构件的机械载荷相应地更低。电机因此也可以比使用已知的笼型转子时以更高的转速运行。此外，基于碳纳米管的材料具有很好的导电性、机械承载性和化学耐受性。单个的碳纳米管的机械承载性和导电性超过金属和金属合金的数值许多倍。即使具有由碳纳米管构成的纤维或纱线的宏观构件不能实现基于单个管的数值，但是导电性和承载性的数值通过新的制造方法也可以显著提升。例如由N.Behabtuetal.描述了由碳纳米管纺织的纤维，所述碳纳米管具有22至33μOhm·cm的单位电阻(N.Behabtuetal.在《科学》339期，(2013)，182-185页中)。虽然这种导电能力还没有像铜和其合金那样高，但是纤维的机械强度已经部分地相对于高导电能力的金属合金占有优势。对于在8至10μm的范围中的纤维密度，弹性模量高于100GPa并且强度在1GPa的范围中。尽管所述数值位于含铜材料的数值相似的区间中，然而碳纳米管的特殊的优点在于其导电性和机械承载性即使在纤维弯折时或者构件的弯曲处也不会明显损伤。尤其当用于转子笼的笼绕组结构时，这种稳定性在弯曲的导体引导结构中特别有利。笼型转子的有利的结构造型和扩展设计由权利要求1的从属权利要求得出。因此所述笼型转子附加地具有以下特征：所述转子笼包含纤维，所述纤维由多个碳纳米管纺纱而成。所述实施方式是有利的，因为单个的碳纳米管通常不足够长、导电性不足和/或机械承载性不足以用于宏观的应用。通过在共同的纤维中使用多个碳纳米管能够提供更大的电导体，其能够比单个管更好地实现机械的、电学的和几何的要求。在许多情况中有利的是，使用许多这样的纤维，用于在宏观的构件中实现电流承载能力、机械承载性和几何尺寸的预设的数值。所述纤维要么通过固体纺纱或通过液体纺纱获得并且由多个碳纳米管构成。单个纤维的平均直径在此优选在5至50μm之间，特别优选在5至25μm之间。构成纤维的单个碳纳米纤维的长度优选平均高于3μm。特别有利的是，平均管长度远大于所述数值，例如大于100μm或者甚至高于1mm。如上引用的Behabtuetal.的科学文章所描述的，然而借助由长度在3μm至11μm的管构成的纤维也可以实现很高的机械强度和很好的导电性。在具有剧烈弯曲的部段的转子笼中，尤其借助在连接位置的区域中的绳结，单个纤维同样可以有利地弯曲或者甚至弯折地布置。这种实施方式的优点在于，由碳纳米管构成的纤维也可以在弯曲和/或弯折的状态中不损伤导电性。包含碳纳米管的纤维可以具有至少1GPa的平均抗拉强度。优选通过多个这种纤维的捆扎成一个或多个更大的工件可以提供导电的元件，因此在电机的转子中能够承受更高的机械负载。因此改善了电机的事故安全性，尤其可以有利地避免在弯折部段中和/或在笼结构的不同元件之间的连接位置上的机械损伤。所述纤维可以具有至少50GPa的平均弹性模量、特别有利地是至少100GPa，用于保证转子笼的机械承载性。包含碳纳米管的纤维的单位电阻为平均小于1000μOhm·cm，特别有利地是低于100μOhm·cm。借助这种纤维材料可以在可对照的导体尺寸下实现至少与在使用金属合金的情况中相似的电流承载力。原理上借助包含碳纳米管的材料有利地还可以实现明显更高的导电性，其具有小于10μOhm·cm的、特别优选低于1μOhm·cm的单位电阻。包含碳纳米管的纤维的密度有利地平均小于1.5g/cm3。在压密的纤维材料中所述密度特别有利地在0.5至1.5g/cm3之间。通过压密至所述值可以实现特别优良的导电性和机械强度。尽管所述密度在该范围中仍明显小于金属材料的密度，然而通过在可对照的尺寸中较小的重量出现的离心力更小、从而机械载荷更小。包含碳纳米管的纤维可以特别有利地在承受拉应力的情况下制成。通过这种方式制成的纤维可以特别耐受其他机械载荷并且还可以具有更好的导电性、尤其在拉力载荷的方向上。纤维的干燥可以在拉力载荷下进行。纤维的在干燥之前的原始形状在此可以要么具有、要么没有拉力载荷地制成。转子笼的碳纳米管可以掺杂有碘。通过这种掺杂可以特别有利地提高导电性，同时机械承载性更高。转子笼的单个碳纳米管可以作为单壁管、多壁管或者这两种管型的混合物存在。管的壁的数量可以有利地平均在1至5之间。转子笼的单个碳纳米管的直径有利地平均在1至6nm之间。转子笼可以包含至少一个由包含碳纳米管的纤维纺织或编织的元件。转子笼尤其可以具有由包含碳纳米管的纤维构成的至少一个绞线、股线、面状导体和/或垫。换句话说，转子笼可以包含由多个纤维构成的纺织的元件。这种实施方式特别有利，因为转子笼能够以简单和廉价的方式利用纺织的材料缠绕、围拢和/或包围转子芯构成。包含碳纳米管的纺织材料特别有利地具有至少部分可逆的可变形性，因此其可以利用预紧力围绕转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电机的笼型转子(1)，所述笼型转子(1)具有转子芯(3)和围绕转子芯(3)布置的导电的转子笼(5)，其特征在于，所述转子笼(5)包含碳纳米管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.06 DE 102014208399.01.一种用于电机的笼型转子(1)，所述笼型转子(1)具有转子芯(3)和围绕转子芯(3)布置的导电的转子笼(5)，其特征在于，所述转子笼(5)包含碳纳米管。2.按照权利要求1所述的笼型转子(1)，其中，所述转子笼(5)包含纤维，所述纤维分别由大量碳纳米管纺纱而成。3.按照权利要求2所述的笼型转子(1)，其中，所述转子笼(5)包含至少一个由含有碳纳米管的纤维纺织或编织成的元件(11、31)。4.按照前述权利要求之一所述的笼型转子(1)，其中，所述转子笼(5)包含多个纵向支撑条(7)和两个端侧的连接结构(9)，所述两个端侧的连接结构(9)分别将至少一部分纵向支撑条(7)导电地相互连接。5.按照前述权利要求之一所述的笼型转子(1)，其中，所述转子笼(5)包含一个或多个由碳纳米管构成的股线(11)。6.按照权利要求5所述的笼型转子(1)，其中，所述转子笼(5)具有多个纵向支撑条(7)和两个端侧的连接结构(9)，其中，至少一部分股线(11)既在一部分纵向支撑条(7)上延伸、也在至少一个连接结构(9)上延伸。7.按照权利要求5或6所述的笼型转子(1)，其中，所述转子笼(5)具有多个纵向支撑条(7)和两个端侧的连接结构(9)，其中，这些纵向...

【专利技术属性】
技术研发人员：T阿尔恩特，J格罗坦都斯特，D波托拉迪，M莱因哈德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE