一种焊接式笼型转子结构及其组装方法与流程

1.本发明属风力发电机技术领域，具体涉及一种焊接式笼型转子结构及其组装方法。


背景技术：

2.鼠笼式电机的笼型转子包括转轴、转子铁心、转子绕组和风扇等部件。为加强铁心的通风散热、降低电机温升，大中型鼠笼式电机的转子铁心通常沿轴向分段设有由径向通风槽板形成的通风道，或在冲片的轭部冲制轴向通风孔。其中，现有的转子通风槽板，通风槽钢绝大部分采用平直状工字钢，如图1所示，其截面积较大导致通风面积小，风阻较大，不利于通风散热；还有极少量如我司于2019年09 月09日申请的《一种转子通风槽板及转子铁心结构》，其通风槽钢采用规格相同的扁钢，一定程度上改进了通风散热效果。但是因受焊接过程中热应力的影响，转子铁心端部及首、末端通风道中的通风槽钢经常出现扭曲变形和齿涨现象。
3.鼠笼式电机的转子绕组由端环和导条组成，大中型笼型电机则将铜导条插入槽内后，两端与端环焊接成以一整体。其存在的缺陷是导条采用截面一致的铜条，钎焊过程中，导条各部分发热不均匀产生的热应力，易使导条产生裂纹甚至断裂；另外现有技术钎焊过程中，不做防护，转子铁心两端易出现扭曲变形和齿涨现象。
4.有鉴于此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种焊接式笼型转子结构及其组装方法，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种焊接式笼型转子结构及其组装方法，本发明根据气流方向确定通风槽钢的形状，减少气体进入通风槽钢时的损耗，提高冷却效果增大通风面积，提高冷却效果，焊接扁钢时放置平稳，提高焊接的工艺性；更重要的是首末两档通风槽板中的通风槽钢厚度加倍，中间部分采用正常厚度，既可保证冷却效果，又可避免焊接端环后，转子铁心端部出现扭曲变形和齿涨现象；其次导条两端加工过渡圆角，有效释放焊接时的热应力，防止导条产生裂纹甚至断裂；另外钎焊前安装防变形工装，焊接完成后拆除，可有效防止转子铁心两端出现扭曲和齿涨现象。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
7.一种焊接式笼型转子结构，包括转轴、转子铁心、转子绕组和风扇，所述转子铁心包含由多个形状相同的转子冲片叠压而成，每个所述的转子冲片具有圆环形轭部，所述轭部沿转子冲片径向方向向外延伸多个齿而形成环状结构，相邻所述环状结构之间沿径向装配有通风槽板，并通过前齿压板和后齿压板将所有环状结构与通风槽板压紧；
8.其中，所述通风槽板包括转子通风槽冲片和多个通风槽钢，每个所述通风槽钢固定于转子通风槽冲片上，所述转子通风槽冲片采用平行齿或平行槽结构，所述转子通风槽冲片的外径小于转子冲片的外径；
9.所述通风槽钢采用扁钢制成，且根据气流方向设置有弯曲弧度；
10.所述转子铁心首末两档通风槽板中的通风槽钢相较于中间档位采用厚度加倍的扁钢制作。
11.进一步地，所述通风槽钢包括焊接固定于转子通风槽冲片相应位置的第一通风槽钢、第二通风槽钢、第三通风槽钢以及固定于转子通风槽冲片相邻通风孔之间的第四通风槽钢。
12.进一步地，所述转子通风槽冲片采用无涂层硅钢片或薄钢板冲制成型。
13.进一步地，所述转子通风槽冲片的厚度为0.5mm。
14.进一步地，所述转子通风槽冲片的外径比转子冲片的外径小1～ 2mm。
15.进一步地，所述转子绕组由端环和导条组成，所述导条沿转轴轴向、插入转子铁心内圈预先开设的槽孔内，且两端分别与端环的环形槽接触后焊接；
16.所述导条两端加工过渡圆角，用于释放焊接时的热应力，防止导条产生裂纹甚至断裂。
17.进一步地，所述导条的横截面为矩形或者梯形。
18.进一步地，所述端环采用纯度不低于99.5％的纯铜制成；所述导条采用纯度不低于99.5％的纯铜冷拉或挤压成条状，剪切加工而成。
19.一种焊接式笼型转子结构的组装方法，所述组装方法基于上述笼型转子结构，包括以下步骤：
20.步骤一、组装转子铁心
21.将不同的通风槽钢按照设计要求放置于转子通风槽冲片上，调整好两者的相对位置和公差后，将两者电阻点焊连接，形成转子通风槽板，并与转子冲片、前齿压板以及后齿压板组装形成转子铁心；
22.步骤为二、组装转子绕组
23.将导条沿轴向插入转子铁心预先开设的槽后，涨紧且两端部加工平齐后，再安装防变形工装，然后使两端端环的环形槽与导条的端部充分接触，最后利用中频感应焊机将导条与端环钎焊连接；
24.步骤三、拆除工装
25.焊接完成后，待转子结构冷却至室温，拆除防变形工装，检查转子端部焊接质量。
26.进一步地，所述防变形工装由第一转子压板、第二转子压板和若干个拉杆组成，所述第一转子压板和第二转子压板为相同的空心圆盘结构，所述空心圆盘结构的内径大于转轴最大外径，所述空心圆盘结构的外径小于端环的内径；
27.每个所述拉杆由钢棒加工成双头螺柱，所述第一转子压板和第二转子压板内圈设置有与双头螺柱相匹配的螺纹孔；使用时，第一转子压板和第二转子压板分别置于转子铁心两侧，拉杆轴向穿过通风孔后分别与第一转子压板和第二转子压板上的螺纹孔连接，用于钎焊时防止转子铁心两端发生扭曲和/或齿涨。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果：
29.本发明一种焊接式笼型转子结构及其组装方法，本发明通过在转子铁心内装配通风槽板，所述通风槽板由转子通风槽冲片和通风槽钢形成，通风槽钢采用扁钢加工制成，通过减小通风槽钢的截面积，减小进风阻力，增大通风面积，提高冷却效果；转子通风槽冲片
采用平行齿结构，外径小于转子冲片的外径，保证叠压后不突出即可，有效解决铁心整体叠压后的齿顶部变形问题，改善冷却效果，特别说明的是本发明转子铁心两端通风槽板采用厚度加倍的扁钢制作，中间档位通风槽板采用正常厚度的扁钢制作，在保证冷却效果的同时又可避免焊接端环后，转子铁心端部出现扭曲变形和齿涨现象。
30.进一步地，本发明转子绕组中导条采用纯度不低于99.5％的纯铜冷拉或挤压成形剪切加工而成，两端加工过渡圆角，且导条采用截面不一致的梯形结构，一方面有效释放焊接时的热应力，另一方面消除焊接时发热不均匀产生的热应力，防止导条产生裂纹甚至断裂。另外在导条与端环钎焊前安装防变形工装，焊接完成后拆除，可有效防止转子铁心两端出现扭曲和齿涨现象。
31.综上所述，本发明经实际验证，有效增加了通风面积，据分析，通风量增大16％，减少了气体进入通风槽钢的损耗，提高了冷却效果，将该结构应用于电机后、电机温升平均降低了3k。同时解决了导条因焊接热应力导致的裂纹或断裂问题以及转子铁心齿部扭曲变形和齿涨问题，据统计，每台电机可节约2％的返工成本。并且本发明在采用径向通风系统的笼型电机中具有广泛的借鉴价值。
附图说明
32.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本发明的原理。
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为现有技术笼型转子通风槽板结构示意图；其中：(a)为主视图，(b)a-a剖视图；(c)b-b剖视图；
35.图2为本发明焊接式笼型转子结构示意图；
36.图3为本发明焊接式笼型转子通风槽板结构示意图；
37.图4为本发明导条结构示意图，其中：(a)为主视图，(b)为 c-c剖视图；
38.图5为本发明防变形工装结构示意图；
39.图6为本发明焊接式笼型转子(含防变形工装)结构示意图。
40.其中：1为转子冲片；2为通风槽板；3为前齿压板；4为后齿压板；5为端环；6为导条；7为第一转子压板；8为第二转子压板； 9为拉杆；11为通风孔；21为转子通风槽冲片；22为通风槽钢；221 为第一通风槽钢；222为第二通风槽钢；223为第三通风槽钢；234 为第四通风槽钢。
具体实施方式
41.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
42.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及实施例
对本发明作进一步详细描述。
43.参见图2～3所示，本发明一种焊接式笼型转子结构，包括转轴、转子铁心、转子绕组和风扇(现有技术，图中未显示)，转子铁心包含由多个形状相同的转子冲片1叠压而成，每个所述的转子冲片1具有圆环形轭部，轭部沿转子冲片1径向方向向外延伸多个齿而形成环状结构，相邻环状结构之间沿径向装配有通风槽板2，并通过前齿压板3和后齿压板4将所有环状结构与通风槽板2压紧，在转子铁心内安装通风槽板2形成径向通风道，有利于转子散热。
44.具体的，通风槽板2包括转子通风槽冲片21和多个通风槽钢22，每个通风槽钢22固定于转子通风槽冲片21上，转子通风槽冲片21 采用平行齿或平行槽结构，且转子通风槽冲片21的外径小于转子冲片1的外径，一般转子通风槽冲片21的外径比转子冲片1的外径小 1～2mm即可，以保证转子通风槽冲片21在叠压后不突出，防止转子铁心整体叠压后的齿顶部变形。
45.其中，本发明通风槽钢22采用扁钢制成，结构设计时，利用流场分析即根据气流方向设置最佳的弯曲弧度，制作时，通风槽钢22 利用预制的扁钢下料后按照上述设计的弯曲弧度折弯成弧形，然后各零件验收合格后按照设计要求将通风槽钢22放置于转子通风槽冲片 21相应位置处，进行电阻点焊连接，并装配于转子铁心中形成径向通风道。特别说明的是，如图2所示，本发明转子铁心首末两档通风槽板2中的通风槽钢22相较于中间档位采用厚度加倍的扁钢制作，这是因为转子铁心两端需要焊接端环，故受焊接过程中热应力的影响，转子铁心端部及首、末端通风道中的通风槽钢经常出现扭曲变形和齿涨现象，本发明通过成倍增加转子铁心首末两档通风槽钢22的厚度，显著的解决了上述问题。
46.具体的，本发明通风槽钢22包括焊接固定于转子通风槽冲片21 相应位置的第一通风槽钢221、第二通风槽钢222、第三通风槽钢223 以及固定于转子通风槽冲片21相邻通风孔11之间的第四通风槽钢224，以上不同的通风槽钢的长度均可根据实际情况设置。如图3所示，第一通风槽钢221、第二通风槽钢222、第三通风槽钢223及第四通风槽钢224均匀分布于转子通风槽冲片21的圆周方向。
47.本发明转子通风槽冲片21采用无涂层硅钢片或薄钢板冲制成型，厚度为0.5mm，能够降低转子铁心的损耗，提高电机的性能。
48.本发明转子绕组由端环5和导条6组成，导条6沿转轴轴向、插入转子铁心内圈预先开设的槽孔内，且两端分别与端环5环形槽接触后焊接。本发明导条6结构如图4所示，导条6截面根据设计需要，可制作矩形或者梯形等，两端加过渡圆角，用于释放焊接时的热应力，防止导条6产生裂纹甚至断裂。
49.其中，端环采用纯度不低于99.5％的纯铜经过热扩孔锻造-固溶处理-时效硬化-机械加工而成；导条6采用纯度不低于99.5％的纯铜冷拉或挤压成条状，剪切加工而成。
50.本发明为了防止在将端环5与导条6钎焊时，转子铁心两端出现扭曲变形和齿涨现象，还设置了如图5所示的防变形工装，所述防变形工装由第一转子压板7、第二转子压板8和多个拉杆9组成，第一转子压板7和第二转子压板8为相同的空心圆盘结构，空心圆盘结构的内径大于转轴最大外径，空心圆盘结构的外径小于端环的内径，每个拉杆9由钢棒加工成双头螺柱，第一转子压板7和第二转子压板8 的圆盘面上均环形布设有与双头螺柱相匹配的螺纹孔；使用时，第一转子压板7和第二转子压板8分别置于转子铁心两侧，拉杆9轴向穿
过通风孔11后分别与第一转子压板7和第二转子压板8上的螺纹孔连接，用于钎焊时防止转子铁心两端发生扭曲和/或齿涨。
51.本发明焊接式笼型转子结构的组装方法如下：
52.步骤一、组装转子铁心
53.将不同的通风槽钢22按照设计要求放置于转子通风槽冲片21 上，调整好两者的相对位置和公差后，将两者电阻点焊连接为一体，形成转子通风槽板2，并与转子冲片1、前前齿压板3以及后齿压板 4组装形成转子铁心；
54.步骤为二、组装转子绕组
55.将导条6沿轴向插入转子铁心预先开设的槽后，涨紧且两端部加工平齐后，再安装防变形工装，然后使两端端环5的环形槽与导条6 端部充分接触，最后利用中频感应焊机将导条6与端环5钎焊连接；
56.步骤三、拆除工装
57.焊接完成后，待转子结构冷却至室温，拆除防变形工装，检查转子端部焊接质量。
58.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
59.应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。