CN1784820A - 电机转子 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种定子，其具有由导电材料制成的短路环。所述短路环具有弯曲的外表面，从而减少了由所述定子形成的杂散场在所述转子上导致的所述涡流制动效应。所述弯曲的表面导致了相关电机效率的改善。本发明还提供了一种具有这种转子的电机和转子在电机中的用途。

Description

电机转子

技术领域

本发明涉及一种用于感应电机的转子，所述类型的电机设置的转子具有连接到短路环的绕组。特别是，本发明涉及一种用于电机的转子，所述类型的电机设置有定子和产生漏磁场的绕组，该漏磁场可在所述转子的短路环中感应电压，所述短路环形成所述转子的一个端部，所述端部具有环状体形状，所述环状体具有绕着中心轴线共轴延伸的外周表面和内周表面。本发明还涉及一种包括所述转子的电机，以及具有永久磁铁和鼠笼式转子的线路起动电机(line-start motor)。

背景技术

感应电机通常由包括多个基本轴向地和可选地螺旋形延伸的绕组的叠片转子制成。绕组经由短路环与转子的两个轴向安置的端面电互连，从而形成所谓的鼠笼式转子结构。短路环是考虑了电导性制成的。通常，感应电动机设计有短路环，其在可用的空间中提供了最好可能的导电性并使用了成本高效的材料如铝。短路环经常通过注塑工艺制造，其中实体或叠片转子芯被安排在注塑机模具的腔内。随后，绕组和转子各个端面处的短路环通过单次注入制造。模具通常被分成两个成型部分，切分口大致垂直于转子的轴线方向。为了使具有模制短路环的转子能够从模具中取出，现有的短路环通常制造有沿轴向锥化的外表面。通常，锥形与转子轴向的尺寸为6-8度。因为在设计转子时，导电性通常是关注焦点，因此一贯存在的技术成见是尽可能地(当然是在考虑了由模制工艺所设定的限制的情况下)使短路环的锥化最小化，即以小的、但又完全支持模制件从模具中的取出的锥化。然而，已经发现由定子的绕组突出部形成的杂散场作用在短路环上，从而产生了不利的涡流制动效应(eddy-current braking effect)，所述涡流制动效应降低了电机的效率。

发明内容

本发明的一个目的是改善电机的效率。因此，在第一方面，本发明提供了一种用于引言中提到类型的电机的转子，其特征在于适于最接近相关电机所述定子的、或者所述外周表面或者所述内周表面的第一表面包括向着另一，第二，表面方向倾斜的弯曲部分。

通常，短路环中的电压的感应导致瓦特损失，瓦特损失在所述短路环中产生环流电流，由于所述弯曲部分，可以减少所述的涡流制动效应。结果是，提高了电机的效率。虽然与传统的短路环相比，弯曲的短路环的导电性由于本发明的措施而被降低从而降低了电效率，但降低由杂散场所致的环流电流的收益总体上导致了效率的增加。因此，在设计弯曲部分的曲率时，必须注意到使得短路环的导电性降低最小。另外，除了环的电阻，弯曲部分的形状还与在短路环的模制过程中的理想流动相关。如果弯曲部分的弯曲不正确，则铝将不能流入角落，从而留下缝隙。

在一个实施例中，所述弯曲部分的切线与所述中心轴线形成角度，所述角度数值上大于所述第二表面与所述中心轴线的角度，并且所述角度的数值随着到所述转子中心部分的距离增加。所述切线与所述中心轴线的角度在数值上应该为所述第二表面与所述中心轴线角度的2-5倍，或者与所述中心轴线的角度通常在10-45度之间。

由于所述切线的角度和所述表面的角度，所述转子可被安装在电机中，因此所述短路环和所述定子之间的所述距离向着所述转子的所述端部增加。

由此，实现了所述短路环的电导量主要集中在所述转子的导体附近，少量集中在所述定子产生的杂散场附近。相应地，作用在所述转子上的所述涡流制动效应被降低，并且因此所述转子可以改善相关电机的效率。

由于所述第一表面与所述中心轴线的角度在数值上为所述第二表面与所述中心轴线角度的2-5倍，优选地，所述外周表面和所述内周表面之间的所述距离即所述环状体的径向壁厚向着所述转子的所述端部减小，从而实现了所述短路环所述导电材料的特别好的质量分布。

已经发现，所述第一表面与所述中心轴线的角度在10-45度范围内的定子环在下述两个方面之间取得了良好的平衡，即一方面具有足够的导电材料以短路所述转子绕组，另一方面降低所述转子所述端部处的涡流效应并从而增加了所述电机的效率。

所述转子可例如形成为鼠笼式转子，其轴向安置的端部形成用于中间安置的导体的短路环。所述转子还可以是适于共轴安排在所述定子内部并且所述第一表面为所述外周表面的内转子，或者是适于共轴安排在所述定子外部并且所述第一表面为所述内周表面的外转子。

所述第一表面可以具有向着所述转子所述端凹的或凸的一个成斜角的部分。通常希望保持在电机的所述转子和所述定子之间窄缝的清洁并没有湿气、油和油脂等。因此，特别是在所述转子被安装在潮湿或油性的情况下并且其旋转轴垂直地安置在例如用于制冷电器的如压缩机的电动机中时，将所述第一表面制造成台阶状结构可能是有利的。这样，可以实现将油或相似的湿的或光滑的物质甩出所述短路环，这些物质在离心力的影响下可能会从所述短路环向着所述转子的所述外周表面推进到所述转子和所述定子之间的缝隙中。作为实例，所述第一表面除了所述的弯曲表面部分以外可以具有直的表面部分，如与所述转子所述中心部分共轴延伸并且平行于所述中心轴线的管状表面部分。所述环可以形成进一步的台阶，如两个、三个或甚至多于三个的台阶。为了进一步改善所述转子甩掉油和相似物质的能力，每个台阶可以向着所述转子的所述端部沿略微轴向的方向径向向外延伸。

在所述转子轴向安置的端部其中之一或二者中，所述转子可以提供有支撑轴承的肩部。

为了保持低的制造成本，所述转子可以以一个零件模制成它的最终形状，或者，如果希望公差更小，可以通过例如下述方法模制所述转子，即将一叠彼此绝缘的磁导薄片安置在注塑机的模具中，在第一工序中模制所述转子的主体。然后，在第二切割或磨削工序中去除所述短路环一部分。所述转子可以例如由铝或例如包括铝的金属组合物制成。

根据第二方面，本发明涉及一种电机，所述类型的电机设置有产生杂散场并且在相应转子的导体中感应电场的定子，所述转子还包括向着所述转子的端部轴向延伸的短路环，其特征在于所述短路环相对所述定子成形和安排，因此所述短路环上的所述杂散场的强度向着所述转子的所述端部减小。

优选地，所述电机被制造为，所述转子和所述定子之间的距离向着所述转子的所述端部增加，并通常具有包括根据本发明第一方面任何一项特征的转子。

优选地，所述电机被设计为异步电动机或被设计为具有永久磁铁和鼠笼式转子的线路起动电机。

在第三方面，本发明涉及一种转子的用途，其包括：

短路环形成所述转子的端部，所述端部具有环状体形状，所述环状体具有绕着中心轴线共轴延伸的外周表面和内周表面，并且其中适于最接近相关电机所述定子的、或者所述外周表面或者所述内周表面的第一表面向着另一，第二，表面方向倾斜，以在电机中减少由所述定子的绕组特别是绕组突出部(即最接近所述短路环的绕组部分)产生的所述涡流制动效应。本发明的第三方面可以与第一方面中描述的任何特征相结合。

附图说明

下面，将参考附图进一步详细说明本发明的优选实施例，其中：

图1示出了根据本发明的转子的剖视图，其被安排作为电机的内转子，

图2示出了根据本发明的转子的剖视图，其被安排作为电机的外转子，

图3示出了转子的剖视图，其可形成用于制冷系统的压缩机部件的一部分，

图4示出了根据本发明转子的短路环的不同斜角端部的剖视图，和

图5示出了短路环备选截面形状的剖视图；

图6示出了具有根据本发明转子的电机的效率与具有本领域公知类型的标准转子的电机的效率的比较图。

具体实施方式

图1示出一种具有多个导体的鼠笼式转子1，所述导体被紧固或模制在转子芯2的通道中并且在各个轴向安置端连接到短路环3、7。所述短路环为环形，具有内周表面4和外周表面5。转子既可以安排在管状定子(图1中未示出)内侧也可以安排在其外侧，因此内表面4或外表面5二者之一变成环状体的表面中最接近所述定子的一个表面。在图1中，外表面5适于最接近定子。外表面是弯曲的以增加电机的效率。所述弯曲表面的切线与中心轴线6的角度数值上大于内表面4与中心轴线6的对应角度。在剖视图中，内表面和外表面向着彼此线性成斜角。然而，图4示出了短路环的三种不同剖视图，其中第一表面是台阶状的或凹的。图1的转子芯2由多个磁导材料薄片叠片而成。例如通过清漆涂覆薄片或通过在各层之间插入绝缘纸薄片，每层都与相邻层绝缘。如图1所示，所述短路环3与所述短路环7不同。

图2示出了根据本发明的转子的备选实施例。在图2中，转子21是共轴安排在定子22外侧的外转子。环状短路环25的两个周面23、24的第一表面23面向定子22并最接近定子22。第一表面是弯曲的并且与中心轴线26形成的角度大于第二表面24与中心轴线26形成的角度。定子包括定子绕组27，转子芯由磁导材料薄片叠片而成。

图3示出了根据本发明的转子31的剖视图，所述转子形成了用于压缩机电机的一部分。所述压缩机适用于制冷装置并包括完全与外界密封的外壳32。转子通过单个组合的轴向和径向轴承34固定在管状定子部件33内部的合适位置。为了这个目的，转子提供有轴承座，如图4所示。因为外壳32填充有冷却液并可选地填充有润滑油，所以转子的设计要特别考虑避免在转子和定子之间形成的窄缝35被污染。为了这个目的，至少面向下的短路环36可被制造为台阶状结构，如图4所示。然而，图4示出的短路环具有弯曲的表面。可选地，另一个轴向相反的短路环37可设置为台阶状结构。台阶状结构可在模制过程中制造，其中导体和短路环通过在注塑机模具中单次注塑形成。由于它的弯曲表面，转子更少受涡流制动效应的影响，所述涡流制动效应由定子部分的绕组突出部38形成的杂散场产生。可以提到的进一步有影响的客体是，例如油泵39和具有压缩机室40的压缩机。

图4示出了用于压缩机的电机转子，即用于图3公开类型电机的转子。所述转子包括转子芯41，例如通过多个磁导层叠片而成。芯上设置有多个基本沿转子轴向延伸的通道。在转子的制造过程中，叠片堆安置在注塑机中用于注塑，轴向安置的两个短路环42、43通过制模机的单次注入由导电材料如铝模制而成。在这个模制过程中，导电金属被压入到通道中，从而得到所谓的鼠笼式转子的形状。短路环形成有台阶状的外围表面，在一端形成有台阶45-48，在轴向安置的相反端形成有台阶49、50。大致为管状的转子形成有内表面51，其构成用来在电机内固定所述转子的轴承的座52。

图5示出了绕中心轴线55旋转的转子54的短路环53的备选横截面形状的剖视图。第一表面56(应该为两个表面56、57中最接近电机相关定子的那一个)以凸起的形式向着短路环的端部58弯曲，即其与中心轴线的夹角随着与转子中心部分的距离的增加而增加，即越接近端部58，其切线与中心轴线的角度越大。短路环在稍微径向向外弯曲即远离中心轴线的末梢部分59处结束。由于该末梢部分，在转子旋转过程中可以更有效地甩掉油和相似物质，因此防止了转子和定子之间缝隙的污染。第一表面56还包括向着转子端部58延伸的直线部分60。该直线部分基本平行于中心轴线55。

图6示出了在横坐标61上的测量结果(瓦特数)和纵坐标上的电机效率之间关系的三条曲线。曲线63涉及本领域公知类型的普通电机，曲线64涉及的电机具有设置了带台阶状结构的短路环的转子，曲线65涉及的电机具有设置了带根据本发明的弯曲表面部分的短路环的转子。

Claims (16)

1.一种用于电机的转子(1)，所述类型的电机提供有定子和产生杂散场的绕组，该杂散场可在所述转子的短路环(5)中感应电压，所述短路环形成所述转子的端部，所述端部具有环状体形状，所述环状体具有绕着中心轴线(6)共轴延伸的外周表面(5、24)和内周表面(4、23)，其特征在于适于最接近所述电机所述定子的、或者所述外周表面或者所述内周表面的第一表面包括向另一，第二，表面的方向倾斜的弯曲部分。

2.根据权利要求1所述的转子，其中所述弯曲部分的切线与所述中心轴线形成角度，所述角度数值上大于所述第二表面与所述中心轴线的角度。

3.根据权利要求2所述的转子，其中所述角度的数值随着到所述转子中心部分的距离而增加。

4.根据上述权利要求的任何一项所述的转子，其中所述外周表面和所述内周表面之间的所述距离向着所述转子的所述端部减小。

5.根据上述权利要求的任何一项所述的转子，其中所述第一表面还包括向着所述转子端部(58)延伸的直线部分(60)。

6.根据权利要求5所述的转子，其中所述直线部分(60)平行于所述中心轴线。

7.根据上述权利要求的任何一项所述的转子，其中所述转子形成为鼠笼式转子，其两个轴向安置的端部形成用于中间安置的导体的短路环。

8.根据上述权利要求的任何一项所述的转子，其中所述转子是适于共轴安排在所述定子内部的内转子，所述第一表面是所述外周表面。

9.根据权利要求8所述的转子，其中所述第一表面设置有台阶状结构(45-48)。

10.根据上述权利要求的任何一项所述的转子，其中所述第一表面是凸的。

11.一种电机，所述类型的电机设置有定子和产生杂散场并且在相应转子(1)的导体中感应出电场的绕组，所述转子还包括形成所述转子端部的短路环(3)，其特征在于所述短路环相对所述定子成形和安排，从而所述短路环上的所述杂散场的强度向着所述转子的所述端部减小。

12.根据权利要求11所述的电机，其中所述转子和所述定子之间的距离向着所述转子的所述端部增加。

13.如权利要求11或12所述的电机，具有根据权利要求1-10任何一项所述的转子。

14.如权利要求11-12的任何一项所述的电机，被设计为异步电动机。

15.如权利要求11-12的任何一项所述的电机，被设计为具有永久磁铁和鼠笼式转子的线路起动电机。

16.一种转子(1)的用途，所述转子包括：

短路环(3)，形成所述转子的端部，所述端部具有环状体形状，所述环状体具有绕着中心轴线共轴延伸的外周表面(5、24)和内周表面(4、23)，其中适于最接近相关电机所述定子的、或者所述外周表面或者所述内周表面的第一表面向着另一，第二，表面方向倾斜，以减少由相应定子的绕组突出部形成的杂散场产生的所述涡流制动效应。

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