一种感应电机笼型转子结构的制作方法

本发明属于电动机技术领域，特别涉及一种应用于大功率高转速感应电机笼型转子结构。

背景技术：

传统电动机受制于电源频率为50hz（60hz），其最高转速为3000r/min或3600r/min，对于高速负载机械（气体压缩机），一般通过增速箱来将达到更高的转速。变速箱的引入，带来了动力系统的复杂程度大大增加，可靠性也相应地降低。随着电力电子技术的发展，电源频率不再是电机转速提高的障碍，变频电机直接驱动高速机械成为了可行的实施方案。直驱方案系统简单可靠，维护量少，越来越受到用户的欢迎。

笼型感应电机转子结构简单可靠，在超高速电机领域具有无可匹敌的优势。传统的笼形感应电机转子铁心采用钢板叠装在转轴上，鼠笼绕组装在硅钢片外圆的槽中。上述结构中，刚性转轴的直径较小，硅钢片铁心刚度较差，转子的刚性较差，不适于高速运行。

针对传统叠片式转子结构的缺陷，发展出了实心转子结构的笼形感应电机，即转子铁芯与转轴为一体，由磁性锻钢制作而成。在转子表面加工槽，并在槽内安装铜导条，并在导条两端用铜环短接，形成感应笼。转子表面的槽必须将铜条紧固在转子表面，并能承受铜条产生的离心力。

在现有结构设计中，为了将铜条2固定在转子铁芯1表面，并抵抗径向的离心力，一般将槽设计为槽口尺寸小于槽底尺寸结构或者加工圆孔的方式，如梯形槽、t形槽或圆形槽，如图1、2和3所示。将铜条制成与槽相匹配的形状和尺寸，然后将铜条装入图示槽中，可实现对铜条的固定。对于传统叠片转子，在薄钢板上采用冲制方法制作出图示槽形状是可行，而且高效的，但是，对于高速实心转子来说，在钢锻件上采用机械加工的方法加工图示槽是非常困难、低效而且难以保证加工精度的。

针对上述加工问题，出现了另一种现行方案：在转子表面加工槽口宽度不小于槽底宽度的槽形，如倒梯形或矩形，再将铜条采用热等静压焊（hip）方式焊接到转子上，如图4和5所示。

现有结构主要存在的问题是：

1、采用传统槽型方案，除了圆孔可以采用深孔钻加工外，其余形状基本无法采用机械加工方法精确加工，因为梯形槽和t形槽槽口比槽底小，无法用盘形铣刀加工，槽口尺寸太小，如果用立铣刀加工，刀杆细长，精度难以保证，且加工效率低下；而圆孔加工也受到轴长度、孔直径、载流面积等因素限制，不能广泛应用。

2、采用传统槽型方案，铜条虽然被径向固定了，但切向是松动的，对于高速电机，这是不可忽视的问题，可能会造成机组振动或铜条电腐蚀等故障。

3、采用倒梯形或矩形槽方案，其槽可用盘形铣刀高效加工，但大型hip设备难以获得，该方案的推广受到限制。

4、hip工艺过程中，需将转子本体与铜条一起加热到800°c以上，对轴材料性能有较大影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够实现转子铁芯表面槽的高效加工，而且确保铜条在槽内稳固安装的感应电机笼型转子结构。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种感应电机笼型转子结构，包括转子铁芯，在所述转子铁芯表面上均匀的设置有多个用于安装铜条的槽，其特征在于：在所述槽的槽口处设置有限位凹槽，所述限位凹槽的尺寸大于槽的尺寸，在所述限位凹槽内设置有槽楔，所述槽楔将铜条压紧在槽内。

本发明所述的感应电机笼型转子结构，其所述槽为矩形槽或倒梯形槽，所述槽口处的限位凹槽为鸽尾槽或弧形环槽或梯形环槽。

本发明所述的感应电机笼型转子结构，其在所述槽楔与铜条的表面镀有由导电材料构成的导电层。

本发明所述的感应电机笼型转子结构，其所述铜条由至少两块呈楔形配合的铜块组成，所述铜条在通过槽楔压紧在槽内时，通过楔形配合的铜块在槽内切向胀紧。

本发明所述的感应电机笼型转子结构，其在所述铜条下方设置有斜键，所述槽的底部或者铜条的底部设置有与斜键的斜率对应配合的斜面。

本发明通过采用槽口宽度不小于槽底宽度的槽形，实现槽的高效加工，同时在槽口处加工出限位凹槽，利用设置在限位凹槽内的槽楔对装入槽内铜条的压紧固定，从而无需采用热等静压焊接（hip）方法对铜条进行焊接，避免了对昂贵的hip设备的依赖，降低了高速异步电机的制造成本。

附图说明

图1-5是现有转子结构的示意图。

图6是本发明的结构示意图。

图7是图6中a-a剖视图。

图8是本发明中转子铁芯表面设置的槽的结构示意图。

图9是本发明中转子铁芯表面设置的槽的另一种结构示意图。

图10是本发明中转子铁芯表面设置的槽的另一种结构示意图。

图11是本发明中铜条的另一种楔形配合示意图。

图12是本发明中铜条的另一种楔形配合示意图。

图13是本发明中斜键与槽底斜面的配合示意图。

图14是本发明中斜键与铜条底部斜面的配合示意图。

图中标记：1为转子铁芯，2为铜条，3为槽，4为限位凹槽，5为槽楔，6为斜键，7为斜面，8为短路环。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图6、7和8所示，一种感应电机笼型转子结构，包括转子铁芯1，在所述转子铁芯1表面上均匀的设置有多个用于安装铜条2的槽3，所述槽3为矩形槽或倒梯形槽，该类槽可采用盘式铣刀高效率的加工出来，在所述槽3的槽口处设置有限位凹槽4，所述槽口处的限位凹槽4为由铣刀加工出的鸽尾槽，所述限位凹槽4的尺寸大于槽3的尺寸，在所述限位凹槽4内设置有槽楔5，所述槽楔由强度较高的材料制成，所述槽楔5将铜条2压紧在槽3内，所述铜条两端与短路环焊接成一体，形成闭合回路，在所述槽楔5与铜条2的表面镀有由导电材料（如银）构成的导电层，以增强其与转子铁芯的良好接触，避免电腐蚀发生。

如图9和10所示，作为另外的扩展槽形，所述限位凹槽还可以是弧形环槽或梯形环槽或者其他形状的环槽。

如图7、13和14所示，所述铜条2由两块呈楔形配合的铜块组成，所述铜条2通过槽楔5压紧在槽4内，所述槽楔5在转子径向方向被转子铁芯所限位，在所述铜条2下方设置有斜键6，打紧斜键时，斜键将下半楔形铜块往槽口方向挤压，在铜块斜面上的相互作用力将铜块往水平方向两侧挤压，这样在打紧斜键的同时，将铜条、槽楔往各个方向都胀紧，避免高速运行时，铜条在槽内振动。

如图11和12所示，所述槽3的底部或者铜条2的底部设置有与斜键6的斜率对应配合的斜面7，通过斜键与对应斜面的配合，将铜条在槽内胀紧，通过采用楔形配合的铜条，配合铜条底部斜键的设置，能够将槽楔、铜条在槽内各个方向上胀紧，有效避免电机运行过程中铜条和槽楔的振动以及电腐蚀的发生。

本发明适用于大功率高转速感应电动机领域，其容量可达20mw，转速可达10000r/min。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。