用于制造鼠笼式转子的方法与流程

本发明涉及一种用于制造异步电机的鼠笼式转子的方法、一种鼠笼式转子以及具有该类型鼠笼式转子的异步电机。

异步电机的鼠笼式转子具有鼠笼绕组，所述鼠笼绕组嵌入导磁基体中。在此，布置在导磁基体中的导体在导磁基体的端侧上通过短路环电连接，所述导磁基体还可以实施为叠片组，所述短路环可以直接布置在所述端侧上或与所述端侧间隔地布置。

由文献de3834466c1中已知电机的鼠笼绕组，其中，导体的在转子叠片组的两个端侧从槽中突出的端部突伸进短路环的端侧的由内外间距所限定的环形凹陷，并且通过安置在环形凹陷中的、在环形凹陷中因整个短路环的暂时受热而熔化且随后硬化的硬焊料与短路环电连接和磁性连接。

在此的弊端在于，然而在该类型借助硬钎焊方法实现的连接中必须保持钎焊间隙，在工艺安全上仅能繁琐地实现所述钎焊间隙。

因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种异步电机的鼠笼式转子，所述鼠笼式转子能够相对简单且工艺安全地制造。此外，在此应改进在导体与鼠笼绕组之间的电接触。此外，应提供一种异步电机，所述异步电机具有相对更低的损耗。

所述技术问题的解决方案在于一种用于制造异步电机的鼠笼式转子的方法，其通过以下步骤实现：

-提供至少局部导磁的基体，所述基体带有基本上沿轴向延伸的槽，

-将电导体装入所述槽中，使得所述导体从导磁的基体的端侧突伸出来，

-定位导电的短路环，所述短路环具有多个用于分别容纳各个导体的凹空，

-通过一个或多个am(增材制造)方法将所述导体与环电接触。

所述技术问题的解决方案还在于一种鼠笼式转子，其通过上述步骤制造。

所述技术问题的解决方案还在于一种具有根据本发明的鼠笼式转子的异步电机。

通过根据本发明制造异步电机的鼠笼式转子，在改进接触的同时大幅简化了迄今借助钎焊过程实现的导体与短路环的电接触。

由于根据本发明短路环设计具有基本上与杆式几何形状匹配的套管，所述凹空在导磁的基体的方向上提供了通过剩余较少间隙尺寸所实现的类型的密封。由此，尤其在沿轴向实施的增材制造方法中、例如冷喷涂方法中确保朝导磁的基体方向的密封。

短路环的凹空可以例如通过铣削、冲制、锻造或激光制备，或者已经通过预制短路环的铸造提供。

短路环中的凹空通过与传导性的材料、优选铜或铝的接触而被填充。由此形成导体的位于短路环区域中的区段与所述短路环之间的电接触。短路环中的凹空在此沿轴向向外扩宽，也就是说向外远离导磁的基体地扩宽。在此，所述凹空例如实施为锥形或漏斗形。

导体、尤其每个槽的各个导体杆或导体杆束能够在此要么最终沿轴向与短路环的外部端面齐平地结束，要么沿轴向再继续导引，也即沿轴向超出短路环的端侧，以便由此能够在异步电机运行中实现一定程度的通风机功能。

当尤其为构造凹陷而对短路环进行削减式、例如切削加工的情况下，例如铣刀并不一定与每个凹陷邻接地构造凹空，而是可以与两个或更多个凹陷邻接地构造凹空。由此使生产更快速地进行。

有利地将短路环和导体杆接合，并且在接合过程中和/或之后装入用于密封短路环与保持架杆之间的间隙的密封件。

在本发明的一种有利的实施方式中，增材制造方法是增材式光弧焊接方法或金属粉末涂装方法(mpa)或3d金属打印方法(3dmp)。

然而其他已知的增材制造方法、例如冷喷涂方法也是合适的。

增材式方法提供的优点在于，在材料涂装的同时实现材料接合的连接。材料接合的连接在必要的电学和机械性质、例如导电性和离心力耐受性方面是特别合适的。

此外，增材式方法提供的优点还在于，增材式方法设计为全自动实施的。这实现了工艺安全的方法。此外，增材式方法提供的优点还在于，即便考虑到变化的几何形状，尤其也能够灵活且快速地生产小批量产品和/或原型机。

有利地，将增材式方法本身整合在用于制造异步电机和进而电机本身的转子的生产工艺中。

当通过焊接添加料、例如金属丝或粉末在热量使用的情况下进行体积构建时，也将焊接称作增材式光弧焊接方法。在此，焊接添加料逐层地涂覆，通过熔化与待连接的构件或位于其下方的层材料接合地连接，并且由此实现体积构建。

基于类似原理并且由此同样合适的方法如下：激光涂装焊接方法或等离子粉末涂装焊接方法、dmd方法(直接金属沉积)、lmd方法(激光金属沉积)和3dmp方法(3d金属打印)。

在mpa方法中，主气体、优选氮气、空气、氦气或水蒸汽在拉瓦尔喷嘴中加速。在紧邻缩窄点前不远或在缩窄点中或缩窄点之后注射粉末颗粒。将粉末颗粒加速至超声速，并且由此撞击在基材或构件上，例如导体杆和/或短路环上。粉末颗粒的高动能在撞击时转化为热量，从而使颗粒附着。作为补充或备选，还可以通过颗粒相互间以及颗粒与载体的彼此钩连实现附着。

由于粉末颗粒未熔化，因此仅向构件输入较少的能量。在mpa方法中，多个喷嘴可以同时喷涂不同的粉末颗粒。同样地也可以利用一个喷嘴和可更换的粉末容器进行处理。由此还可以提供具有至少两种不同材料的构件。

3dmp方法基于光弧焊接方法并且使用金属丝作为原料。由此逐个焊道地打印工件。3dmp方法提供的优点在于，多种材料已经作为金属丝、而非作为粉末获得。此外，金属丝作为材料较之粉末形式的材料更为成本低廉。此外，3dmp方法还提供更高的构建速率。

在本发明的另一种有利的实施方式中，所述材料是铝或铜或其合金。两种所述材料铝和铜在价格和传导性方面是用于构造导电性连接的最佳选项。

短路环与保持架杆之间的导电性连接有利地通过这样的材料实现，所述材料已经包含在保持架杆中或者说由所述材料制成保持架杆，所述材料优选是铜。其优点在于，仅存在较低的粘附力并且由此能够构造耐受机械负载的连接。

在另一种实施方式中，每个短路环还由多个沿轴线直接先后依次布置的盘片或叠片制造，所述盘片或叠片还能够沿轴向接触。

沿轴向最接近叠片组的环有利地具有用于导体杆的最细的套管，以便实现必要的密封效果。该套管应尽可能紧密地包绕一个或多个导体杆，以便针对随后的生产步骤、例如基本上轴向的冷喷涂方法获得至少部分的在叠片组方向上的密封。沿轴向邻接的其他环则具有凹空，所述凹空设计成加宽的槽，以便容纳增材式置入的传导性材料、例如铜。

其他的环形片可以具有额外的孔、凹空，以便利用增材式敷设的导体材料、例如铜，来建立导体与环形片的连接并因此最终建立导体与短路环的连接，这类似于塞焊。

在另一种设计方式中，导体的杆端部例如通过在定位于转子的叠片组中之后的精车削而设有一个或多个几乎切向延伸的狭槽，以便提高与杆-短路环连接的有效表面。

在一种有利的设计方式中，在冷喷涂方法过程中转子额外地被平衡，以便在短路环中或在短路环上提供额外的材料堆积，以便获得平衡的转子。

其优点在于，短路环的生产借助增材式或削减式的制造方法更顺利地进行。

借助主要示出的实施例更详细地阐述本发明和本发明的其他有利的设计方案。在附图中：

图1示出转子的纵剖图，

图2示出短路环的侧视图，

图3示出短路环的细节图，

图4原理上示出am方法，

图5示出短路环的细节图，

图6示出短路环的环形片，

图7示出短路环的另一细节图，

图8示出其他盘片，

图9示出盘片的细节图，

图10和图11示出盘片的其他细节图。

图1以纵剖图示出转子、尤其异步电机的鼠笼式转子3，所述鼠笼式转子带有其导磁的基体，该基体在此实施为叠片组4。在叠片组中将导体5布置在基本上沿轴向延伸的槽中，所述导体从叠片组4的端侧17中突伸出来，并且在该处通过短路环6导电连接。短路环6具有与叠片组4的端侧17的轴向间距18，这改善了鼠笼式转子3的冷却、尤其在短路环6的区域中的冷却。叠片组4与轴7抗扭地连接，所述轴能够围绕轴线8可旋转地支承。

图2示出短路环6，所述短路环针对后续制造被铸造或铣削，并且具有沿周向方向观察布置的凹空9，所述凹空与导体5的数量和形状相适配。在制造方法中，短路环6在沿轴向从叠片组4突伸出来的导体上套插、定位并且通过am方法、优选冷喷涂方法接触。在此，所需材料以粉末形式沿轴向施加到短路环6的凹陷10中的导体杆5之间的区域中。由此实现导体杆5与短路环6之间的接触。

图3示出凹空9的细节图，其中，通过短路环6中的凹空9利用冷喷涂方法实现接触，所述凹空扩宽为凹陷10。

图4示出定位在凹空9中的导体5，其中，在凹陷10中通过冷喷涂喷嘴11将铜沿轴向喷涂，从而通过材料进料16实现导体5与短路环9之间的电接触。

图5示出叠片组4连同短路环6的细节图，所述短路环由两个沿轴向先后依次布置的环形片12和13构成。

如图6所示，环12在此也具有凹空9，所述凹空在形状和尺寸方面与导体5的横截面相匹配。如图8所示，环13在此具有凹陷10，所述凹陷在尺寸和形状方面设计为，使得该凹陷确保导体杆5与短路环6、也即与环12和13之间比较好的接触。

图7示出如何通过导体杆端部的切向造型增大短路环6与导体5之间的面积的可能性。这实现更好的接触。

图9示出短路环6的、尤其环13的骨状、哑铃状或弯曲的凹陷10，所述凹陷借助其造型通过与导体杆5尽可能少的面状接触将导体杆5固定在短路环6中，尤其在冷喷涂方法过程中进行固定。

图10示出原则上渐缩的用于固定导体杆5的凹陷10，其中，同样通过凹陷10的造型形成尽可能少的、将导体杆固定在短路环6中的面状接触。

图11示出利用尽可能少的接触面固定导体杆5的其他可能性，以便进一步改进导体杆5与短路环6、尤其环13的接触。

根据图9、图10和图11的凹陷10的设计方式主要适用于环13。环12主要还用于相对于叠片组4的端侧17在导体5与环12中的凹空9之间的密封。