高转差变频感应电机 |
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| 申请号 | CN201410706903.1 | 申请日 | 2014-11-27 | 公开(公告)号 | CN104702069A | 公开(公告)日 | 2015-06-10 |
| 申请人 | 伊顿有限公司; | 发明人 | B·A·库柏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高转差变频感应 电机 ，其具有 转子 ，该转子包括：细长层叠片芯(24)，其具有长度和直径；多个导电转子杆(26)，其延伸穿过所述芯，每个转子杆具有第一端部和第二端部；以及导电的第一和第二端环(30)，它们分别电连接至所述转子杆的第一端部和第二端部。在所述转子杆和所述芯之间布置有绝缘材料，从而至少防止所述转子杆和所述芯之间的寄生 电流 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于高转差变频感应电机的转子(18)，所述转子包括： |
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| 说明书全文 | 高转差变频感应电机技术领域背景技术[0002] 在感应电机的典型设计中，鼠笼式转子可转动地安装在包含电绕组的定子内。转子由鼠笼式构造以及与转子轴同心布置的磁性材料的叠片的细长芯形成，鼠笼式构造由延伸穿过所述芯并且在相反两端通过相应导电端环连接的转子杆构成。在使用中，通过对定子绕组施加电压在转子中感应出电流，并且所感应出的电流环绕由连续相邻的转子杆对限定的并且通过相应端环闭合的电路流动。在常规的感应电机中，所述芯与转子杆并不是电绝缘的。这不会显著地影响性能，因为：对于典型的运行状态，所述杆在轴向上的杆轴向阻抗明显低于在两个相邻杆和芯材料之间沿周向所测量的阻抗(杆间阻抗)。 发明内容[0003] 然而，我们已经发现：在特定的运行状态下，特别是在转子经受阻力(drag)(例如在其被浸没于冷却液中时)的高转差变频感应电机中，优选将转子设计为具有相对小的直径和相对长的长度以减小阻力。而且，为了减小由变频引起的速度变化，将转子设计为高转差，其意味着通过设计使得转子杆的电阻高于(电阻高5至10倍)典型的转子设计。这通常通过利用高电阻率材料来实现，诸如黄铜、磷青铜或铝合金。典型材料可具有大于-8 5×10 Ωm的电阻率。这种几何结构和材料的选择意味着杆轴向阻抗和杆间阻抗之比变得明显更大并且实际上在变频电机中能够接近一致。基于我们的分析，我们已经设计了转子和用于制造转子的方法，其提供了转子杆和芯材料之间的绝缘，从而减小寄生杆间电流并且因此提高转子的效率。 [0004] 因此，在本发明的一个方面，提供了一种用于高转差变频感应电机的转子，所述转子包括： [0005] 细长层叠片芯，其具有长度和直径， [0006] 多个导电转子杆，其延伸穿过所述芯，每个转子杆具有第一端部和第二端部，以及[0007] 导电的第一和第二端环，它们分别电连接至所述转子杆的第一端部和第二端部，[0008] 其中，在所述转子杆和所述芯之间布置有绝缘材料，从而至少减小所述转子杆和所述芯之间的寄生电流。 [0009] 优选地，所述绝缘材料足以使得寄生损耗降至低于1-5％，其取决于设计。 [0010] 寄生损耗可以根据对于给定速度的电磁转矩的减小量来限定，其在常规设计中通常为理论理想值的大约10-20％。 [0011] 在根据本发明的高转差变频电机中，轴向阻抗和在杆之间测量到的阻抗之比有利地为至少5：1，并且优选地为50：1或更高。 [0012] 转子杆可通过提供与杆和/或所述芯材料相关的绝缘材料而与芯材料绝缘。因此，例如可对所述转子杆施加表面处理。所述处理包括利用陶瓷或基于陶瓷的绝缘涂层的涂覆，通过诸如等离子体涂覆的适当工艺将基于水的陶瓷材料涂覆到表面上。在所述转子杆由铝或其合金例如通过挤压形成的情况下，所述处理可包括将所述杆阳极氧化以提供绝缘的阳极涂层。 [0013] 另外或可选地，合适的表面处理可包括对所述芯的与所述转子杆相邻的表面的表面处理。 [0014] 优选地，所述涂层具有小于10V的击穿电压。 [0015] 本发明涉及一种电机布置，包括如上所述的转子，其连接至如通常能在最新一代航空器上找的到的变频恒压源；所述连接优选是直接连接。其显著优点是电机能够直接通过航空器变频源(360-800Hz)运行。 [0016] 优选地，所述电机具有在0.5至10kW的范围内的功率输出。 [0017] 本发明还涉及一种减小变频感应电机中的寄生电流的方法，所述电机具有转子，所述转子包括：细长层叠片芯；多个导电转子杆，其延伸穿过所述芯并且每个转子杆具有第一端部和第二端部，其中第一端部和第二端部通过相应的第一和第二端环电连接，所述方法包括在转子杆和芯之间提供绝缘材料从而防止或减小杆和芯之间的电流。 [0018] 本发明还涉及形成用于变频感应电机的转子的方法，包括： [0019] 提供细长层叠片芯以及多个导电转子杆，所述转子杆延伸穿过所述芯，每个转子杆具有第一端部和第二端部，其中第一端部和第二端部通过相应的第一和第二端环电连接，以及 [0020] 在转子杆和芯之间提供绝缘材料，从而防止或减小在运行时所述杆和所述芯之间的电流。 [0021] 本发明还涉及一种燃料泵布置，包括泵和电机，其被设计为位于燃料箱中并且在使用中被浸没于燃料中，所述电机包括如上所述的转子。优选地，在使用中所述转子被浸没于所述燃料中以实现其冷却。 附图说明[0023] 本发明可以通过多种方式实现，并且现将通过示例的方式结合附图对其实施例进行详细描述，在附图中： [0024] 图1是根据本发明的利用感应电机的燃料泵布置的实施例的示意图，以及[0025] 图2是用于图1的电机的转子的示意图。 具体实施方式[0026] 首先参考图1，其中示出了用在航空器上的航空器燃料泵系统。燃料泵10和驱动泵10的电机12位于燃料箱14内，使得燃料作为用于电机的冷却液。电机12是变频感应电机，包括具有绕组的定子16以及下文将更详细描述的鼠笼式构造的转子18。位于燃料箱外部的变频电压源20提供对电机的变频驱动。转子18被浸没于在定子16和转子18之间的筒形间隙中存在的燃料中以提供有益的冷却效果，但其同时提供了阻力。为了减小阻力的量，转子的长度和直径之比大于这些电机中的通常情况，使得对于给定的功率输出，转子具有减小的直径。在本实施例中，长度和直径之比是3：1。同样如上所述，杆具有高于通常电阻率的电阻率。对于低转差电机，用于杆的典型材料包括电阻率为1.7μΩ.cm的铜，以及电阻率为3.4μΩ.cm的铝。对于高转差电机，用于杆的典型材料包括电阻率为11.54μΩ.cm的磷青铜510、电阻率为6.54μΩ.cm的黄铜(37％的Zn)，以及电阻率为6.54μΩ.cm的铝合金380。 [0027] 现参考图2，转子包括轴22和由磁性材料(例如钢)的纵向层叠片24制成的芯，从而限定了用于多个转子杆26的通道，转子杆在本实施例中以等间隔的角增量轴向延伸穿过叠片层。杆的端部突出远离叠片层并且被接纳在第一和第二端环30中的相应孔28中。在本实施例中，包括转子杆26和端环的笼通过组装分离的元件而制成，但在其它布置中笼的至少一部分可以由诸如铝的合适的金属铸造，其中，可以发现：合适的薄绝缘涂层能够承受铸造材料的铸造温度。每个转子杆由具有所需横截面的诸如铜、磷青铜等的合适的导电材料制成，该材料已经接受通过将陶瓷绝缘材料等离子体涂覆到杆料上进行的表面处理。 陶瓷材料可便利地包括氧化锆或氧化铝陶瓷并且可通过等离子体涂覆来施加。陶瓷涂层需要提供有效的电绝缘以防止电流从杆流出、周向地流入叠片并由此进入另一个杆。为此目的，陶瓷涂层可因此通常为125μm厚，其中该涂层具有小于10V的击穿电压。在被切割后，转子杆即被装配到叠片层中，使得自由端部从叠片层的相反两端突出。具有适当布置的孔的端环30随后被装配在每个端部，并且转子杆通过例如TIG焊接而在端环的孔中电气地且结构地连接。该组件随后可利用聚酯清漆两次灌注以填充杆之间的空隙和狭槽，以防止杆的振动疲劳断裂以及防止叠片钢的腐蚀，并且之后被机加工以提供所需的外部和内部的直径尺寸。转子可随后被装配到其轴22上。 [0028] 如此形成的转子因此被设计为消除或至少减小从转子杆流至叠片的电流。这降低了本该与这种大小和构造(但没有绝缘转子杆)的转子相关的损耗。 [0029] 在另一实施例中，转子杆可由被阳极氧化以提供绝缘涂层的挤压铝制成。 |
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