专利名称：电机转子和转子条的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及电机转子。更特别地，本发明包括具有至少一个转子条的电机转 子。本发明还包括带转子的系统和方法，该转子具有平行侧面的转子条。转子条优选地具 有芯部和至少一层转子条衬垫。
背景技术：
高速电机，例如AC感应电机，通常包括转子铁芯，该铁芯通常具有基本圆柱形的、 纵向延伸的体部。转子铁芯还具有转子轴孔和多个转子条槽。转子条槽有时被提及作为次 级导体槽。转子铁芯通常由多个钢叠片形成。更具体地，每个叠片由钢片冲压成，具有中心开 口和邻近该叠片外围的多个间隔的、径向布置的开口。叠片通常布置成堆，使得叠片外围的 开口被对齐，形成具有端环的转子条槽，中心开口被对齐形成转子轴孔。为了完成标准铸铝型转子的转子形成工艺，例如使用铝铸造工艺在转子条槽中铸 造转子条，且在铁芯的相反端处铸造端环。转子条通常延伸通过槽，且端环在转子铁芯的端 部处将这些条一起“缩短”。转子轴延伸进入转子轴孔，并通过任何适当工艺(例如，过盈配 合或键控)固定至转子铁芯。这种转子在本领域中有时被提及作为“鼠笼”型转子。已知的是，随着转子温度和/或速度增加，钢转子铁芯以不同于铝转子条和端环 的膨胀率和程度的膨胀率和程度径向地膨胀。这种有差别的径向膨胀导致转子上的应力。 特别关注的一个高应力区域是处于最外边的钢铁芯叠片处的转子端环与转子条之间的界 面区域。如果应力变得相当大，端环能脱离转子条，转子会产生故障，或者在一些情况下，转 子条会从转子条槽滑出，使转子低于所需效率地操作。美国专利No. 4，331，895 (John D. Edick等)，其公开内容通过引用结合到本文中， 公开了带叠片的鼠笼转子，其中，冷却管道和通道被设置在转子中。第一转子部分可以是标 准叠片的，且仅一个类型的管道部具有在指状件之间径向延伸的通路。整个管道部由具有 这种指状件的多个叠片制成，这些指状件从单独叠片的中心铁芯部径向延伸，使得径向通 路延伸至纵向通风管道的内壁。在每个指状件的外端，转子条孔被形成，使得指状件成为这 种转子条的外壳。最初，每个管道叠片具有处于外围处的单一桥，该桥接合邻近指状件以增 加指状件的刚性。然后，用熔化金属(例如铝)在低压下铸造产生两个转子部的组装好的 叠片堆，以形成鼠笼。随后，转子外围被机加工以去除单一桥，并打开指状件之间的空间作 为径向通风通路。这些通路与转子内径向延伸的通风管道连通。美国专利No. 5，990，595 (James Robert Crowell)，其公开内容通过引用结合到本文中，公开了转子和组装这种电机转子的方法。在一个实施方式中，转子包括基本圆柱形的铁芯，该铁芯具有基本平面的第一和第二端表面以及基本圆柱形的体部。转子铁芯体部具 有第一、第二和第三体区。第一体区具有小于第二体区外径的外径，且第三体区具有约等于 第一体区外径的外径。第一和第三体区有时被提及作为端部区或铁芯延伸部。多个径向布 置的转子条槽延伸通过体部，且多个转子条被铸造在转子条槽中。端部区中的转子条槽具 有第一几何截面形状，且第二体区中的转子条槽具有第二几何截面形状。端部区中的转子 条槽几何形状被选择以允许转子条在径向方向上向外移位。美国专利No. 6，092，277 (Mark F. Beltowski等)，其公开内容通过引用结合到本 文中，公开了减少转子笼在转子组件中相对于转子铁芯的移动(例如在鼠笼AC感应电机中 发现的)的一种方法。通过在转子笼的转子条部中形成凹陷，移动被减少。凹陷的形成将 转子条材料移位邻近至该凹陷。转子条材料的移位使转子铁芯的相邻部变形，从而将转子 笼固定至转子铁芯。转子笼和转子铁芯之间移动的减少取决于各种凹陷的几何形状、数量 和位置。该发明进一步包括带基本圆柱形转子铁芯的转子组件，该转子铁芯在其外表面上 具有纵向延伸的槽。转子条被置于至少一个槽中。转子组件具有形成在转子条中的至少一 个凹陷，该凹陷将转子条材料移位到转子铁芯中，由此转子条相对于转子铁芯基本固定到 所需位置中。美国专利No. 6，534，891 (Gerald B. Kliman等)，其公开内容通过引用结合到本文 中，公开了包括转子轴、转子铁芯和两个转子端环的感应电机转子，该转子铁芯可以是实体 或可以包括多个转子叠片，该转子铁芯具有转子条槽，多个转子条延伸通过这些转子条槽， 该两个转子端环被钎焊至转子条并延伸至该转子轴，转子条和转子端环预应力该转子铁
芯美国专利公开No. 20020145357 (Yue Li等)，其公开内容通过引用结合到本文中， 公开了转子条截面和转子叠片槽，该转子叠片槽限定了不对称形状，该不对称形状围绕纵 向延伸的中心线被分为第一和第二侧，该第一和第二侧相对于该中心线不对称。第一纵向 侧具有通过中部连接的上部和下部。上部、中部和下部每一个都包括位于离中心线最远的 条的外围上的各自点。这些各自点限定各自点与中心线之间的第一、第二和第三距离，第二 距离小于第一或第三距离。第二纵向侧具有直接连接至下部的上部。在某些实施方式中， 多对槽“面对面”地布置，以维持转子叠片的对称性，即使槽或条本身是不对称的。通过允 许使用对称转子槽的传统转子构造方法，这改进了可制造性。因此，存在改进电机转子的需要。本发明克服了现有技术的问题，并提供具有至少一个可插入的改进转子条的创造 性的电机转子。
发明内容
本发明是一种新颖的电机转子。所以，本发明的一个目的是提供一种新颖的电机转子。本发明的另一个目的是提供具有至少一个可插入转子条的一种电机转子。本发明的又一个目的是提供具有平行侧面的转子条的一种转子。本发明的再一个目的是提供一种转子条，该转子条具有芯部和至少一层转子条衬垫。所以，在一个方面中，本发明包括一种电机转子，其包括(a)具有基本环形外围边缘的转子；(b)至少一个通道，该至少一个通道从所述外围边缘向内开放，并形成内部入口和 外围入口 ；以及(c)转子条槽，其中，所述转子条槽具有槽底部、起始于所述槽底部的两个基本平 行的侧壁，每个侧壁终止在槽成角尖端壁处，且所述槽成角尖端壁将所述转子条槽连接至 所述通道的所述内部入口，从而形成所述电机转子。在另一个方面中，本发明包括一种转子条，该转子条包括转子条底部、起始于所述 条底部的两个基本平行的侧壁，每个侧壁终止在条成角尖端壁处，以便形成基本矩形的下 部体和基本三角形的上部体，从而形成所述转子条。在又一个方面，本发明包括一种电机转子，其包括(a)具有基本环形外围边缘的转子；(b)至少一个通道，该至少一个通道从所述外围边缘向内开放，并形成内部入口和 外围入口 ；以及(c)转子条槽，其中，所述转子条槽具有槽底部、起始于所述槽底部的两个基本平 行的侧壁，每个侧壁终止在槽成角尖端壁处，所述槽成角尖端壁将所述转子条槽连接至所 述通道的所述内部入口；(d)转子条，其包括转子条底部、起始于所述条底部的两个基本平行的侧壁，每个 侧壁终止在条成角尖端壁处，以便形成基本矩形的下部体和基本三角形的上部体；以及(e)所述转子条槽容纳所述转子条，使得所述三角形上部体的至少一部分在所述 通道的至少一部分内，从而形成所述电机转子。
本发明的新颖性特征及本发明的元件特征在所附权利要求中被精确地阐述。附图 仅为图示目的，且不按比例绘制。另外，在图中相似的附图标记代表相似的特征。本发明本 身，同时作为组织和操作方法，通过参考下面结合附图的详细描述可以得到最好地理解，其 中图1是图示了本发明实施方式的创造性的电机转子的顶视图。图2是放大的详细视图，其显示了转子条槽以及图1所示的创造性电机转子的通道。图3是放大的详细视图，其显示了插入到图1所示的创造性电机转子的转子条槽 中的创造性转子条。图4是放大的详细视图，其显示了创造性的转子条，该转子条显示已被插在图1所 示的创造性电机转子的转子条槽内。
具体实施例方式对于感应电机中的应用，结合了成角尖端的平行侧面的创造性转子条将有助于使制造变得容易，还有助于转子条插入转子铁芯。创造性转子条成角尖端还顾及到感应电机的高启动扭矩和高启动电流。另外，具有平行侧面的宽截面、简单的几何形状的使用使转子条衬垫能够使用，而对于相似的执行设计，由于条的几何形状，这将是不可能的。还有，成角 尖端顾及到结合了狭窄尖端的设计的相似启动性能，同时缓解了该尖端接合转子条体之处 的机械应力和与高电流(即启动条件)关联的热应力。还有，平行的侧面阻止转子条在插 入过程期间在转子条槽中升起，还能够形成更锐利的成角尖端。如前所述，更锐利的成角尖 端还能使电机以更高扭矩操作。如前所述，感应电机转子条的传统设计通常是被挤出以形成矩形条，这些几何形 状导致传统转子在启动期间很少具有有利的性能。没有平行侧面的体的非传统几何形状， 导致转子条更难插入，特别是更难插入更长铁芯，这还导致转子条在插入期间在转子条槽 中缩上去。这还导致具有传统形状的转子条的电机扭矩被限制或减少。此外，非传统的或 机加工的转子条的几何形状没有提供必要的空间使它能够被衬垫，特别是当转子条的侧面 形成凹面几何形状时。结果是，没有衬垫，应力在电机操作期间被维持在转子条上，这引起 过多的转子条破裂及随后的电机故障。由于转子条内的电流分布性质，非传统转子条非常 狭窄的尖端还引起不均勻的热膨胀、应力及故障。发生故障的转子随后需要被替换，其导致 电机操作的损失，以及由于转子条替换带来的附加过多制造成本。图1是图示了本发明实施方式的创造性的电机转子23的顶视图。电机转子23包 括至少一个转子10，其中转子10具有圆形或环形外围边缘11。转子10具有中心开口 12， 以及可选地具有至少一个键槽或缺口 13。转子10还具有多个外围开口或通道19，该通道 从外围边缘11开始，并被转子通道侧面18限定，且通到转子条槽或开口 15中。转子条槽 或开口 15，具有矩形的底部或下部，以及形状上是三角形的顶部或上部，使得该下部包括槽 底部14和槽侧面16，且该上部包括槽成角尖端17，形成槽尖端角20。图2是放大详细视图，其显示了图1所示的创造性电机转子23的转子条槽15以 及通道或开口 19，在这里可以看到转子10中的外围孔或开口包括通道开口 19，以及转子条 槽15，使得这个开口开始于圆形外围边缘11，并在槽底部14处终止，并进一步被槽侧面16、 槽成角尖端17、和转子通道侧面18限定。图3是放大详细视图，其显示了图1所示的创造性电机转子23的插入转子条槽15 的转子条25。本发明的创造性转子条25包括矩形的底部或下部，以及形状上是三角形的顶 部或上部，使得该下部包括条底部24和条侧面26，且该上部包括条成角尖端27，形成条尖 端角30。对于一些配置，转子条25具有至少一层转子条衬垫29，该条衬垫优选地包围或覆 盖转子条25，特别是围绕转子条25的外围表面，该转子条衬垫29可能与转子条槽15的壁 接触。图4是放大详细视图，其显示了图1所示的创造性电机转子23的转子条25，该转 子条被示为具有至少一层转子条衬垫26并插在转子条槽15内。但是，如前所述，转子条25 可以具有转子条衬垫26或者可以没有转子条衬垫26，有了转子条25就可以实施本发明。 本领域技术人员还会理解转子条衬垫26的厚度将取决于应用，以及转子条槽15内的可用 空间或开口，以顾及连同转子条衬垫26 —起的转子条25的滑动配合。从而对于一些应用， 相同或不同尺寸的转子条25，可以单独地装配在转子10中每个相应转子条槽15内。类似 地，对于一些应用，具有相同或不同尺寸转子条衬垫26的相同或不同尺寸的转子条25，可 以单独地装配在转子10中每个相应转子条槽15内。可以看到，转子条25的形状基本类似于转子条槽15的形状，且条成角尖端27向外径向指向圆形外围边缘11， 且部分条成角尖端 27位于开口或通道19内。转子10优选地由金属材料制成，其中，该金属材料选自包括例如铝、钢、铜、合成 材料及其组合的组。转子条28优选地由金属材料制成，其中，该金属材料选自包括例如铝、钢、铜、合 成材料及其组合的组。转子条衬垫29优选地由金属材料制成，其中，该金属材料选自包括例如铝、钢、 铜、合成材料及其组合的组。槽成角尖端壁17具有槽尖端角20，且槽尖端角20在约15度到约80度之间，优选 地在约30度到约70度之间。条成角尖端壁27具有条尖端角30，且条尖端角30在约15度到约80度之间，优选 地在约30度到约70度之间。转子10中的中心开口 12内的可选键槽或缺口 13，优选选自包括例如梯形键槽、正 方形键槽、矩形键槽、椭圆形键槽、三角形键槽及其组合的组。虽然已经结合具体优选实施方式特别地描述了本发明，但是很明显的是，根据前 述的描述，对本领域技术人员来说许多替代、修改和变化将是显而易见的。因此设想所附权 利要求将包含落入本发明真实范围和精神内的任何这种替代、修改和变化。
权利要求
一种电机转子，包括(a)具有基本环形外围边缘的转子；(b)至少一个通道，所述至少一个通道从所述外围边缘向内开放，并形成内部入口和外围入口；以及(c)转子条槽，其中，所述转子条槽具有槽底部、起始于所述槽底部的两个基本平行的侧壁，每个侧壁终止在槽成角尖端壁处，所述槽成角尖端壁将所述转子条槽连接至所述通道的所述内部入口，从而形成所述电机转子。
2.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于所述转子由金属材料制成，所述金属 材料选自由铝、钢、铜、合成材料及其组合组成的组。
3.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于所述槽成角尖端壁具有槽尖端角，所 述槽尖端角在约15度到约80度之间，优选地在约30度到约70度之间。
4.根据权利要求1所述的电机转子，其特征在于所述转子具有中心开口，所述中心开 口具有至少一个键槽，所述键槽选自由梯形键槽、正方形键槽、矩形键槽、椭圆形键槽、三角 形键槽及其组合组成的组。
5.一种转子条，包括转子条底部，起始于所述条底部的两个基本平行的侧壁，每个侧 壁终止在条成角尖端壁处，以便形成基本矩形的下部体和基本三角形的上部体，从而形成 所述转子条。
6.根据权利要求5所述的转子条，其特征在于所述转子条由金属材料制成，所述金属 材料选自由铝、钢、铜、合成材料及其组合组成的组。
7.根据权利要求5所述的转子条，其特征在于所述转子条具有至少一层转子条衬垫 材料。
8.根据权利要求5所述的转子条，其特征在于所述转子条具有至少一层转子条衬垫 材料，所述转子条衬垫包括金属材料。
9.根据权利要求5所述的转子条，其特征在于所述转子条具有至少一层转子条衬垫 材料，所述转子条衬垫是金属材料，所述金属材料选自由铝、钢、铜、合成材料及其组合组成 的组。
10.根据权利要求5所述的转子条，其特征在于所述条成角尖端壁具有条尖端角，所 述条尖端角在约15度到约80度之间，优选地在约30度到约70度之间。
11.一种电机转子，包括(a)具有基本环形外围边缘的转子；(b)至少一个通道，所述至少一个通道从所述外围边缘向内开放，并形成内部入口和外 围入口 ；以及(c)转子条槽，所述转子条槽具有槽底部、起始于所述槽底部的两个基本平行的侧壁， 每个侧壁终止在槽成角尖端壁处，且所述槽成角尖端壁将所述转子条槽连接至所述通道的 所述内部入口；(d)转子条，所述转子条包括转子条底部，起始于所述条底部的两个基本平行的侧壁， 每个侧壁终止在条成角尖端壁处，以便形成基本矩形的下部体和基本三角形的上部体；以 及(e)所述转子条槽容纳所述转子条，使得所述三角形上部体的至少一部分在所述通道的至少一部分内，从而形成所述电机转子。
12.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述转子由金属材料制成，所述金 属材料选自由铝、钢、铜、合成材料及其组合组成的组。
13.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述槽成角尖端壁具有槽尖端角， 所述槽尖端角在约15度到约80度之间，优选地在约30度到约70度之间。
14.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述转子具有中心开口，所述中心 开口具有至少一个键槽，所述键槽选自由梯形键槽、正方形键槽、矩形键槽、椭圆形键槽、三 角形键槽及其组合组成的组。
15.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述转子条由金属材料制成，所述 金属材料选自由铝、钢、铜、合成材料及其组合组成的组。
16.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述转子条具有至少一层转子条 衬垫材料。
17.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述转子条具有至少一层转子条 衬垫材料，所述转子条衬垫包括金属材料。
18.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述转子条具有至少一层转子条 衬垫材料，所述转子条衬垫是金属材料，所述金属材料选自由铝、钢、铜、合成材料及其组合 组成的组。
19.根据权利要求11所述的电机转子，其特征在于所述条成角尖端壁具有条尖端角， 所述条尖端角在约15度到约80度之间，优选地在约30度到约70度之间。
全文摘要
本发明总地涉及电机转子。更特别地，本发明包括具有至少一个转子条的电机转子。本发明还包括带有转子的系统和方法，该转子具有平行侧面的转子条。转子条优选地具有芯部和至少一层转子条衬垫。
文档编号H02K1/22GK101828324SQ200880107992
公开日2010年9月8日 申请日期2008年9月12日 优先权日2007年9月20日
发明者N·朗, T·恩斯特 申请人:西门子工业公司