異步電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異步電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子，其具有軸向?qū)盈B的組合疊片，組合疊片具有基本上軸向延伸的槽，槽內(nèi)有導(dǎo)電體，該導(dǎo)電體與組合疊片的相應(yīng)端面處的其他槽內(nèi)的導(dǎo)電體構(gòu)成短路環(huán)，并且如此構(gòu)成籠型轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002]在以較高轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)用的具有籠型轉(zhuǎn)子的異步電機(jī)中，在轉(zhuǎn)子處，特別是短路環(huán)處，顯示出薄弱部位。在此，在短路環(huán)處由于離心力而出現(xiàn)不規(guī)則的擴(kuò)張，這發(fā)展成不允許的、不可恢復(fù)的變化，并且在此意義上能夠作為轉(zhuǎn)子中的不平衡性被察覺。這主要出現(xiàn)在短路環(huán)中，其使用純鋁(AL99.5)作為導(dǎo)電的澆鑄料。在此，雖然導(dǎo)電值比較高，但是這種材料不適合于高離心力荷載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]由此出發(fā)，本發(fā)明基于以下目的，實(shí)現(xiàn)一種異步電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子，其不僅能承受離心力荷載，而且還有較少的損耗。
[0004]所提出的目的通過一種異步電機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)，其具有
[0005]軸向?qū)盈B的組合疊片，其具有基本上軸向延伸的槽，槽內(nèi)有導(dǎo)電體，導(dǎo)電體至少由兩個導(dǎo)體組成，該兩個導(dǎo)體由不同的能導(dǎo)電的材料制成，
[0006]設(shè)置在組合疊片的相應(yīng)端面處的短路環(huán)，該短路環(huán)使軸向上從組合疊片中伸出的導(dǎo)電體相互導(dǎo)電地連接，
[0007]其中，高強(qiáng)度的材料至少占據(jù)槽的徑向靠外的區(qū)域，并且在軸向延伸上觀察，至少按部段地占據(jù)槽的這些靠外的區(qū)域。
[0008]所提出的目的也通過一種異步電機(jī)和一種用于制造籠型轉(zhuǎn)子的方法來實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下步驟:
[0009]沖壓疊放轉(zhuǎn)子的片，以便獲得組合疊片，
[0010]將作為分導(dǎo)體的棒置入到組合疊片的軸向延伸的槽中，使得棒軸向地從槽中伸出，
[0011]將分導(dǎo)體澆鑄到槽內(nèi)，以便如此來獲得導(dǎo)體，同時將短路環(huán)澆鑄到組合疊片的端面處。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在使用鋁合金，特別是A19Cu3或ALSi9Cu3，其具有Rm = 240N/mm2并且Rp0.2 = 140N/mm2，具有僅為21m/0hm mm2的導(dǎo)電值。通過在較低的溫度下也能夠饒鑄的方式，這種材料具備對于壓鑄法來說比較好的技術(shù)性能。
[0013]此外，由此顯著提升了短路環(huán)的轉(zhuǎn)速適宜度，因?yàn)檫@種澆鑄料在較高轉(zhuǎn)速時才進(jìn)入到塑性區(qū)域中。為了補(bǔ)償槽中的低導(dǎo)電值，將根據(jù)本發(fā)明的鋁棒A199.7置入到槽中，該鋁棒具有36m/0hm mm2的導(dǎo)電值、具有相應(yīng)的槽幾何形狀和一定程度的槽填充。例如，通過鋁棒填充85%的槽，15%通過澆鑄料。短路環(huán)中較低的導(dǎo)電值能夠通過將橫截面以1.7倍擴(kuò)大來補(bǔ)償。
[0014]在澆鑄時，在棒和澆鑄料之間產(chǎn)生合金，該合金在允許的延伸性方面至少與澆鑄料相對應(yīng)。因此，在高轉(zhuǎn)速時基于擴(kuò)張而垂直于切向應(yīng)力延伸的接觸面不會斷裂。鋁棒和澆鑄料的膨脹系數(shù)幾乎一致。因此，該系統(tǒng)適用于高轉(zhuǎn)速。
[0015]在大約40%用特殊的銅棒并且60%用澆鑄料A19Cu3填充槽時，槽內(nèi)產(chǎn)生大約35m/0hm mm2的導(dǎo)電值。短路環(huán)中較低的導(dǎo)電值在此也能夠借助使導(dǎo)電的短路環(huán)的橫截面以1.7倍擴(kuò)大來補(bǔ)償。
[0016]然而，嵌入的銅棒必須以一種特別針對高轉(zhuǎn)速研發(fā)的幾何形狀來實(shí)施，從而不會由于高的切向應(yīng)力產(chǎn)生棒的接觸面朝向澆鑄的短路環(huán)斷裂。該銅棒具有針對高轉(zhuǎn)速和在短路環(huán)中的切向應(yīng)力的特殊幾何形狀。
[0017]為了在棒和饒鑄料之間能夠形成金屬間相，為棒覆層。
[0018]在形成、制造時的金屬間相的幾何形狀和形態(tài)也明確地參見在DE102009008440B3中的公開內(nèi)容，就此也應(yīng)當(dāng)包含這些內(nèi)容。
[0019]通過使合適部位處的材料形成混合晶體式的連接，改進(jìn)了導(dǎo)體和短路環(huán)之間的連接。短路棒在轉(zhuǎn)子組合疊片的端面?zhèn)鹊膬蓚€端部處軸向地從組合疊片中伸出，并且伸入到所澆鑄的短路環(huán)內(nèi)。還通過以下方式實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)體端部和短路環(huán)之間的粘著力的提升，即通過使分導(dǎo)體、即由鋁或銅制成的棒以如下方式覆層，使得不僅在覆層和導(dǎo)體之間產(chǎn)生合金、即混合晶體式連接，而且在覆層和所澆鑄的短路環(huán)材料之間也產(chǎn)生合金。
[0020]在籠型轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中升溫時，達(dá)到大約200至250°C的溫度。由此導(dǎo)致在所澆鑄的槽區(qū)域中出現(xiàn)高的熱膨脹。在導(dǎo)體和短路環(huán)之間的過渡此時可能松開，由此導(dǎo)致在短路環(huán)和導(dǎo)體之間的過渡的區(qū)域中的導(dǎo)電值變差。這導(dǎo)致了過渡電阻，過渡電阻額外地加熱了短路環(huán)。
[0021]此外，當(dāng)分導(dǎo)體、即棒和所澆鑄的短路環(huán)之間的連接不能產(chǎn)生足夠的軸向保持力時，在壓鑄法中出于密封的原因而軸向壓合的轉(zhuǎn)子組合疊片能夠在軸向上進(jìn)一步擴(kuò)張。
[0022]通過覆層使得導(dǎo)體通過最大可能的粘著力連接到壓鑄體處。相應(yīng)地，當(dāng)籠型轉(zhuǎn)子在電動發(fā)電機(jī)運(yùn)行時經(jīng)歷重要的熱周期時，盡管可能有不同的熱膨脹系數(shù)，但導(dǎo)體和短路環(huán)之間的連接保持穩(wěn)定。在高轉(zhuǎn)速時，作用到轉(zhuǎn)子上的離心力也部分地起到在導(dǎo)體-短路環(huán)內(nèi)形成的強(qiáng)烈應(yīng)力的作用。此外，通過合金實(shí)現(xiàn)材料之間的最優(yōu)過渡導(dǎo)電值。
[0023]覆層和第一合金層能夠通過電機(jī)械地電鍍來形成。在此，首先以電化學(xué)路徑在棒上沉積一層覆層材料。此時在該過程中，在棒和覆層材料之間形成所期待的混合晶體式連接。當(dāng)隨后特別是借助壓鑄工藝施加壓鑄材料、即A1時，熔化在棒上的覆層，并且隨著壓鑄熔融物同樣形成混合晶體式連接，從而形成第二合金層。
[0024]能夠考慮其他的覆層方法來代替電鍍，其同樣導(dǎo)致了在材料之間的所期待的混合晶體式連接。在此特別適合熱噴涂法，特別是火焰噴涂、等離子噴涂、光弧噴涂或者激光噴涂。
[0025]該層同樣能夠通過冷噴涂或者通過蒸發(fā)鍍膜來制造。
[0026]在所有這些方法中、但特別是也在電鍍中，也在覆層之前通過化學(xué)預(yù)處理該導(dǎo)體來去除導(dǎo)體的氧化層。氧化層具有絕緣的電屬性，從而通過去除所述的氧化層明顯降低了材料之間的過渡電阻。
[0027]例如在此，在具有銅棒和鋁短路環(huán)的混合轉(zhuǎn)子中，使薄鋁層施加到銅導(dǎo)體的表面上。這例如能夠通過電鍍來實(shí)現(xiàn)。在該覆層過程中，在鋁覆層和銅導(dǎo)體之間形成合金。隨后將鋁壓鑄料注入到槽中，其中由此同時也澆鑄了短路環(huán)。在此，熔化了在導(dǎo)體表面處的鋁覆層，并且隨著鋁熔融物形成混合晶體式連接。此時，最終形成第二合金層。特別是在銅棒的從轉(zhuǎn)子組合疊片中伸出并伸入到短路環(huán)中的端部的區(qū)域內(nèi)，在這兩種材料之間形成表現(xiàn)穩(wěn)定的連接，從而提高了關(guān)于熱循環(huán)和在運(yùn)行時出現(xiàn)的離心力方面的穩(wěn)定性。在此，在由鋁制成的短路環(huán)和銅棒之間形成近乎理想的電和機(jī)械連接。
[0028]在澆鑄方法中，在已覆層的分導(dǎo)體之間、即棒和熔融物之間可能出現(xiàn)顯著的化學(xué)反應(yīng)。在本發(fā)明的有利設(shè)計方案中，為了避免棒由于與棒處于接觸狀態(tài)的熔融物而有大的損耗，能夠?qū)⒏矊雍秃辖饘觾H僅布置在導(dǎo)體的從轉(zhuǎn)子組合疊片伸出并伸入到短路環(huán)內(nèi)的端部區(qū)域處。所述的端部區(qū)域是在導(dǎo)體和短路環(huán)之間的晶體式連接部位。相應(yīng)地，所參與的材料和分導(dǎo)體的強(qiáng)烈的晶體式連接在此特別重要。
[0029]還重要的是，在每個導(dǎo)體的該端部區(qū)域中在這兩種材料之間的過渡導(dǎo)電值具有特別的重要性，因?yàn)榇藭r電流從導(dǎo)體過渡到短路環(huán)上。相反，即使在借助壓鑄來制造的轉(zhuǎn)子中，導(dǎo)體在槽內(nèi)部的區(qū)域中的強(qiáng)烈的晶體式連接重要性較小，因?yàn)榇藭r在分導(dǎo)體之間不期望有電流。
[0030]在棒和澆鑄料的接觸面處形成更硬的合金、例如ALCU2，相比兩個待連接的部件銅和澆鑄料分別具有的延伸能力，其延伸能力較小。為了現(xiàn)在避免棒在高轉(zhuǎn)速時從短路環(huán)斷裂，現(xiàn)在在棒中設(shè)置有特殊的輪廓，由此實(shí)現(xiàn)幾乎與切向應(yīng)力的方向同向地延伸的面。因此，這些接觸面荷載有剪切力，附加地由棒的輪廓產(chǎn)生形狀配合。
[0031]在另一種實(shí)施方式中，短路環(huán)具有支撐環(huán)并且因此防止了由于在具有大于125m/s的圓周速度的轉(zhuǎn)速時的離心力而出現(xiàn)塑性擴(kuò)張。支撐環(huán)由在熱膨脹方面與待支撐的短路環(huán)的熱膨脹性相對應(yīng)的材料制成，例如EN AW-7075。優(yōu)選地由具有極高抗拉強(qiáng)度的鋁合金制成。
[0032]支撐環(huán)也能夠由擠壓材料來獲得，這種材料具備所需要的材料特征值。
[0033]在此，高強(qiáng)度的鋁合金是特別適合的，抗拉強(qiáng)度達(dá)到了 500N/mm2范圍中。該高強(qiáng)度的、具有23.6x10 61/K的熱膨脹系數(shù)的鋁合金等于純鋁的熱膨脹系數(shù)。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，澆鑄料的對于高轉(zhuǎn)速而言的降低的導(dǎo)電能力通過在槽內(nèi)插入鋁棒或銅棒來補(bǔ)償。因此，在實(shí)現(xiàn)了槽內(nèi)的高導(dǎo)電值的同時實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的高度的轉(zhuǎn)速適應(yīng)性。在轉(zhuǎn)速特別高時，通過支撐