异步电机中的转子结构制造技术

本发明专利技术涉及一种异步电机中的转子结构。该转子结构（２）包括一个大致与异步电机的定子（１）相邻且与转子轴（４）相联的导电体结构（６），在转子轴（４）上，有一层由电导率显著低于导体结构的铁磁性粒状物质组成的覆盖层（７）。导体结构（６）基本上与覆盖层（７）相联。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种异步电机中的转子结构，该转子结构包括一个导电体结构，它大致与异步电机的定子相邻并与转子轴相联。在电机中通常使用的或者是所谓的实心转子或者是把所谓的转子铁心叠片组耦合到鼠笼式绕组上的解决办法。从结构的观点看，实心转子可以由开在转子轴上的一组槽和与之相关放置的导电表面层材料组成。这种结构的意图主要是为了改善电机的电特性，尤其是电机效率方面。转子铁心叠片组/鼠笼式绕组与具有整体式转子结构的情况相比是一个更好的电工学解决办法。但是当转速增加时，用转子铁心叠片组/鼠笼式绕组的办法由于铁心片的屈服点低而会出现问题。铁心叠片组中的大量铁心片还会使转子的弯曲临界转速下降。当考虑到制造技术以及使用，尤其是需要考虑平衡时，采用转子铁心叠片组/鼠笼式绕组的办法是一个有问题的解决办法。特别是在转子铁心叠片组/鼠笼式绕组的办法中，转子结构在高转速和高圆周速度的情况下，缺点会更加突出，这就必须使用薄而强度高的铁心片。转子结构的最高许用圆周速度与铁心片材料屈服点的平方根成正比。因此当提高圆周速度时屈服点应该尽量高。铁损与转速的一次方和二次方以及铁心片厚度的二次方成正比。在高转速时，使铁心片变薄可以补偿增加的损耗。还应该考虑到叠片由于制造技术上的公差而并不总是等厚度的。进一步地，为了减少涡流损失，必须在叠片的表面上提供绝缘层。对于由薄片组成的转子铁心叠片组和鼠笼式绕组，为了得到结构的统一性，几乎总是要进行轴向压缩，这种方法容易产生应力，或使转子结构发生弯曲。这些都会使转子结构在使用过程中出现不平衡的情况。还应该考虑到转子铁心叠片组的叠片的屈服点通常比转子轴所用的材料的屈服点低而且带中心孔的柱形叠片组的机械应力相对较高。由于这些原因，转子结构的长径比变得不利，它倾向于使转子的弯曲临界转速和所得得到的最高圆周速度下降。具有转子铁心叠片组/鼠笼式绕组的异步电机的功率因数较高。另一方面，具有实心转子的电机与上述的转子铁心叠片组/鼠笼式绕组结构相比可以达到较高的圆周速度。这还能得到较高的功率/重量比。在具有实心转子的电机设计型式中，负载条件下的功率因数通常比较低。在这种情况下转子结构中的磁通量在转子结构的外表面上的流量开始增加，由此产生的涡流使磁通量在转子结构的外表面上聚集。结果使转子表面层强烈饱和，磁通的磁动势强烈增加。如上所述其结果是功率因数显著下降。作为一般性的结论，具有实心转子的电机的功率因数较低，它在某种程度上会增加损耗，尤其是定子绕组中的损耗，并显著地增加供电装置的视在功率。本专利技术的一个目的是提供一种用于异步电机的转子结构，它非常有效地消除已有技术中的上述缺点。因此第一个基本目标是得到一种比转子铁心叠片组/鼠笼式绕组结构强度高的转子结构。另一方面，第二个基本目的是减少异步电机的损失，与相应的具有覆盖层的实心转子的电机相比改善功率因数。为了达到此目标，根据本专利技术的转子结构具有以下特征转子轴的表面有一层由铁磁性粒状材料制成的覆盖层，铁磁性粒状材料的电导率显著低于异体结构的电导率，上述导体结构基本上与上述覆盖层相联。这样，根据本专利技术的转子结构由把电导率低的铁磁性覆盖层放在转子轴和导电体结构之间而得到。因此，覆盖层在防止涡流形成的同时又防止了功率因数的下降。转子结构包括三个主要部分中央转子轴、包围着转子轴的导磁的低损耗覆盖层以及导电体结构，该导电体结构可以是一覆盖层和(或)鼠笼式绕组结构，其中流有产生异步电机扭矩的电流。下面的描述将详细说明根据本专利技术转子的一些优选实施例。请参照附图，其中附图说明图1表示的是具有上述转子结构实施例的一种异步电机，取的是垂直于转子结构纵轴的横截面的视图;图2表示的是根据图1所示的异步电机，沿转子结构的纵轴方面所取的纵截面;图3～8表示的是本专利技术转子结构的一些实施例的横截面。流经附图所示的电机定子结构1中的定子绕组1a的交流电流产生一个磁场，该磁场相对于定子结构旋转并且横向贯通转子结构2。贯通转子结构的磁场在其旋转过程中在转子的导体结构6中产生感应电压，此时在转子的导体结构中产生电流，在旋转磁场和该电流的联合作用下就在转子结构2中产生扭矩，此时转子结构开始转动。特别是在图1和2所示的实施例中，转子结构的转子轴4上有一个双层凹槽5。该凹槽的第一部分5a在其两侧延伸到了定子结构1以外，在定子结构1两端形成了一个容纳导体结构6的短路环6a的空间。双层凹槽的第二部分5b大体上位于定子结构的中央，在径向上比双层凹槽的第一部分5a深。该转子结构包括有一层覆盖层7。特别由图1所示，覆盖层7的外表面上开有大体上沿轴向延伸的一组槽8。这样位于定子结构1中的导体结构6的中部6b构成了一个由所谓的鼠笼式绕组结构3a、包围着该鼠笼式绕组结构的表面层3b以及覆盖层7所形成的组合体。导体结构6在其中部6b构成了一个套筒状的结构，它的外表面光滑、内表面为齿状，齿脊的纵向大致位于转子结构2的轴向。作为图2所示的实施例的选择方案，将双层凹槽5做在转子轴4上，导体结构6和覆盖层7可以直接做在转子轴4的光滑表面上，这样部件6和7所形成的结构从转子轴4的外表面向外突出。这种主要与电机其他部件的结构选择相关的可选择的实施例没有详细表示出来，因为对熟悉此领域的专业人员来说这是很显然的。图3主要表示的是导体结构6的短路结构6a处的截面，即图2中的A-A截面。进一步地，图4和5表示的是图2的B-B截面(图1表示的也是B-B截面)处的导体结构中部6b的两种选择方案。图4中的导体结构是一种嵌在覆盖层7中的鼠笼式绕组，而图5表示的导体结构的中部6b是位于具有光滑柱状表面的覆盖层7外侧之表面光滑的均匀柱状表面层。换句话说，图4和5表示的是组合在图1的转子结构中的导体结构的两种选择方案。在图6所示的结构选择方案中，根据图1的实施例被进一步扩展，方法是再用第二个外覆盖层部分7b包围住转子结构的外表面，它位于导体结构表面外侧，而内覆盖层部分7a基本上与图1的结构一致。图7表示的是这样一种选择方案，其中图4所示的实施例被进一步扩展成将作为鼠笼式绕组结构的导体层的中部6b完全地嵌入覆盖层7中。进一步地，图8表示的是这样一个实施例，覆盖层7在鼠笼式绕组结构(注在这种情况下的导体结构可与图6中的导体结构相似)处有一组部分地沿转子的轴向和(或)径向延伸且包含多个槽的槽组8。覆盖层7在除槽组8以外的任何地方覆盖着起导体结构6作用的鼠笼式绕组结构。槽组8的结构可以不向下延伸到导体结构6，即槽组8位于覆盖层7上。根据本专利技术的异步电机的转子结构主要用在所谓的高速应用场合，在此场合中借助于本专利技术的转子结构的应用领域并不限于高圆周速度和高转速的范围。就高速场合而论，在这方面，典型的圆周速度为100m/s以上，200-500m/s最好。在这种情况下转子结构的转速在2×104-3×105转/分的范围内。覆盖层7是用在由铁磁性粒状物质制成的覆盖层坯料上施加压力作用或类似的作用，在颗粒和(或)颗粒组之间形成粘结力和(或)接合力而得到的。作为产生压力作用的合适处理方法可以是冲击波(压实)成型法和烧结成型法。冲击波成型技术在D.Reinhard和J.Person著的该领域的基础著作Explosive Working of Metals(1963，P341)中有所本文档来自技高网...

【技术保护点】
异步电机中的转子结构，该转子结构（２）包括一个导电体结构（６），它与转子轴（４）相联并大体上与异步电机的定子（１）相邻，其特征在于；在转子轴（４）的表面上设有一层由电导率显著低于导体结构的电导率的铁磁性粒状物质组成的覆盖层（７），并且导体结构（６）基本上与覆盖层（７）相联。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：O林德格伦，A阿基奥，
申请(专利权)人：高速科技有限公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]