在预平衡旋转过程中控制端环平衡

摘要

一种转子包括：轴；在轴周围的芯；连接到至少部分包围在芯中的转子杆的至少一个端环；以及用于在预平衡旋转过程中使端环在轴周围平衡的装置。一种方法包括：组装转子杆使得转子杆至少部分包围在转子的芯中；向转子杆的端部连接端环；向芯中插入轴；用于在预平衡旋转过程中使端环在轴周围平衡的步骤，预平衡旋转过程涉及旋转转子；以及在预平衡旋转过程中旋转转子。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年6月19日提交的题为“ControllingEndRing BalanceinPre-BalancingSpinningProcess”的美国申请第13/921,772 号的优先权，其内容通过引用合并于此。

背景技术

电动机通常包括安装在定子内的轴上的转子。转子可以具有沿 着其外围放置的有时被称为转子杆的传导元件。转子杆可以与轴平 行并且可以关于轴被倾斜。在转子的每个端部，端环可以连接到转 子杆的相应端部，例如在所谓的鼠笼式转子中实现的。转子杆和端 环由诸如铜之类的某种合适的材料制成。

由于转子在正常操作中将旋转，所以重要的是电动机在能够被 使用之前将转子正确地平衡。平衡之前有时是以相对较高的速度来 旋转转子。这在转子部件上施加了很高的负荷。例如，在16,000rpm 下的旋转可能使铜转子杆经受10kN数量级的负荷。同样，也可以由 铜制成的端环可能经受181MPa数量级的很高的向心剪切力。

这些幅度的负荷可以影响转子平衡。例如，端环材料(例如铜) 可能由于受旋转影响的负荷而向外扩展。也就是说，端环的外径可 能由于高强度旋转而增加，使得端环比初始大。作为另一示例，端 环可能平移，使得其不再与转子轴同轴，引起转子变得不平衡。

有时尝试通过从端环选择性地去除少量材料来抵消这些和其他 不平衡源。在这样的去除之后，转子再次以很高的速度被旋转以确 定调节是否充分。然而，这样的额外旋转过程可能再次引入一定量 的不平衡，如以上所讨论的。

发明内容

在第一方面中，一种转子包括：轴；围绕轴的芯；连接到至少 被部分包围在芯中的转子杆的至少一个端环；以及用于在预平衡旋 转过程中使端环围绕轴平衡的装置。

实现方式可以包括以下特征中的任何或全部特征。用于使端环 围绕轴平衡的装置包括在旋转过程之前在端环上施加预负荷的圆锥 形楔。装置包括两个圆锥形楔并且通过加工轴来产生圆锥形楔之一。 转子还包括限制圆锥形楔沿着轴移动的卡环。用于使端环围绕轴平 衡的装置包括在端环内部的内部支架，内部支架具有与端环和与轴 的过盈配合。内部支架是具有朝着轴的柱状内表面、和朝着端环的 柱状外表面、和在柱状内表面和柱状外表面之间的环形沟槽的圆环。 轴具有被配置用于在向轴上组装端环和内部支架时使用的倒角。用 于使端环围绕轴平衡的装置包括具有与轴的过盈配合的外部支架， 其中外部支架和端环中的一个具有突出部，并且外部支架和端环中 的另一个具有对应于突出部的槽。

在第二方面中，一种方法包括：组装转子杆，使得转子杆至少 被部分包围在转子的芯中；将端环连接到转子杆的端部；将轴插入 到芯中；用于在涉及旋转转子的预平衡旋转过程中使端环围绕轴平 衡的步骤；以及在预平衡旋转过程中旋转转子。

实现可以包括以下特征中的任何或全部特征。在将端环连接到 转子杆的端部之前将轴插入到芯中。用于使端环围绕轴平衡的步骤 包括在预平衡旋转过程之前将圆锥形楔组装到轴上，圆锥形楔在端 环上施加预负荷。方法还包括加工轴以产生圆锥形楔。用于使端环 围绕轴平衡的步骤包括在端环内部组装内部支架，内部支架具有与 端环和与轴的过盈配合。内部支架是具有朝着轴的柱状内表面、和 朝着端环的柱状外表面、和在柱状内表面与柱状外表面之间的环形 沟槽的圆环。方法还包括在向轴上组装端环和支架时在轴上使用倒 角。用于使端环围绕轴平衡的步骤包括使用过盈配合向轴上组装外 部支架，其中外部支架和端环中的一个具有突出部，并且外部支架 和端环中的另一个具有对应于所述突出部的槽。方法还包括在预平 衡旋转过程之后确定转子是否不平衡，并且如果不平衡则通过在端 环上添加或去除材料来使转子平衡。

附图说明

图1示出转子的示例截面，其中圆锥形楔在端环上施加预负荷。

图2示出在端环内具有内部支架的转子的示例截面。

图3示出图2的转子的另一示例截面，其中轴具有倒角。

图4示出外部支架具有与轴的过盈配合的转子的示例截面。

具体实施方式

本文档描述用于旋转过程期间使端环围绕转子的轴保持平衡的 系统和技术，旋转过程在传统的平衡过程之前。平衡过程通常涉及 在转子的端环上添加或去除材料，在旋转非对称位置上添加/去除材 料以便补偿转子不平衡。在这样的平衡之前，可以执行高速旋转过 程以在端环上放置向心负荷并且将其扩展到伸展状态。本文中所描 述的技术可以在这样的预平衡旋转过程期间使端环围绕转子的轴保 持平衡。

在一些实现方式中，在使转子平衡之前使用一个或多个机械特 征以在端环上施加预负荷应力。例如，可以使用圆锥形楔或内部支 架。在一些实现中，使用一个或多个机械特征来限制端环的径向移 动或扩展，并且由此控制端环针对轴的平衡。

图1示出的转子100的示例截面，其中圆锥形楔102在端环104 上施加预负荷。转子具有轴106和芯108。芯和端环围绕轴。芯可以 具有在端环上的一个或多个容纳环110。

芯108可以由单片材料制成或者其可以由被组装成堆叠的叠片 112(为了清楚，在此示出其中一个)构成。

可以使用任意合适的技术来组装转子100的部件。被完全或部 分包围在芯108中的转子杆114(例如由铜制成)可以被铜焊或电子 束焊接到端环104，这里仅给出两个示例。

在组装时，可以从每一侧部按压圆锥形楔102直到芯/环就位。 例如，可以进行按压直到卡环116装配在沟槽118内。圆锥形楔可 以被按压到端环104(例如由铜制成)的内径中并且由此将端环直径 增加到等同于或者接近转子经受高速旋转(例如在转子平衡期间) 的应力状态。因此，端环可以产生和扩展到更大直径。在一些实现 方式中，应力水平可以通过在按压配合设计中的普通实践来调节。 按压可以提供在不同的操作速度下更稳定的端环直径。端环可以设 置有对应于圆锥形楔的角度的倾斜表面120。

另外，由于按压，转子杆114(例如由铜制成)可以径向向外移 动(朝着转子的外径)其可以用于完全或部分将叠片112中的杆与 杆槽之间的间隙闭合。例如，这可以降低转子杆的位置的任何不确 定性，其还可以用于减小转子的平衡不稳定性。

在一些实现中，圆锥形楔102之一可以是轴106的一部分。例 如，楔可以在制造过程中被加工到轴中。

在一些实现方式中，可以使用除了卡环之外的其他解决方案以 保持楔，例如夹钳或焊点。

图2示出在端环204内具有内部支架202的转子200的示例截 面。除了这些部件，转子200可以与以上参考图1描述的转子相似 或相同。

通常，内部支架202具有与端环204的内径以及与轴二者的过 盈配合。例如，内部支架可以是环形，并且具有朝着轴的圆柱形内 表面206、和朝着端环的圆柱形外表面208。在一些实现方式中，内 部支架具有在圆柱形内表面和外表面之间的环形沟槽210。内部支架 可以被设计为某种形状并且由某种材料制造，使得其基本上承受转 子的平衡和操作的旋转负荷。合适的材料可以是不锈钢、铝或钢， 这里仅举出几个示例。内部支架可以使用任意合适的技术来制造， 包括但不限于成形、铸造和/或加工。

在一些实现方式中，可以执行下面的组装过程。向端环的内径 上按压支架。接着，将环/支架组件的内径与芯的(例如构成芯的叠 片的)内径对准。然后可以将端环附接(例如通过焊接)到转子杆， 其中内径的对准确保因此能够组装轴穿过两个内径。

在一些实现中，可以执行另一组装过程。可以首先向芯的内径 中组装轴，并且然后可以向轴上按压端环和支架。可以根据需要旋 转环/支架组件以使其与转子杆的端部对齐。例如，这可以使用在端 环边缘和轴上的组装夹具或对准特征，以及使得轴与堆叠旋转地对 准来进行。然后可以将端环附接(例如通过焊接)到转子杆。

在一些实现方式中，可以执行另一组装过程。可以首先向转子 杆附接(例如通过焊接)端环。然后可以向芯的内径中组装轴，并 且然后可以向轴上按压支架。

图3示出图2的转子200的另一示例截面，其中轴具有倒角200。 例如，可以在向轴上组装端环204和内部支架202时使用倒角。可 以在制造轴的过程中通过诸如加工或铸造来形成倒角。

图4示出具有与轴106的过盈配合的外部支架402的转子400 的示例截面。除了这些部件，转子400可以与以上参考图1描述的 转子相似或相同。

支架具有提供与轴106的过盈配合的基部404。部分408可以在 轴向上面相向外或向内方向；图4描绘轴向向外的实现方式。在一 些实现中，基部具有被弯曲以基本上匹配轴表面的面朝内的表面。 例如，基部可以是基本上环形的。

外部支架402和端环中的一个具有突出部406，突出部406与在 外部支架和端环中的另一个中的槽408接合。在此，突出部在外部 支架上并且槽在端环上。例如，突出部可以是基本上环形的边缘并 且槽可以是基本上环形的沟槽。

外部支架402在端环被组装到转子杆(例如通过铜焊或电子束 焊接)时没有对端环产生约束，因为外部支架在那个时间点还没有 被安装。而是，在轴被插入之后安装外部支架。

在外部支架402已被组装到轴上(例如通过按压)之后，转子 将以高的rpm旋转以使得端环(例如由铜制成)通过向心负荷而扩 展。例如，突出部406与槽408之间在径向向内的位置处初始可以 存在有间隙，并且在端环的扩展时，这一间隙可以被桥接直到突出 部接触槽的边缘并且外部支架限制端环的进一步扩展。端环位置由 此可以被固定到轴。在一些实现方式中，可以在任一或两个外部支 架外部设置卡环(参见例如图1中的卡环116)。

作为另一示例，来自支架402的突出部406可能是成形操作的 结果，在成形操作中，在突出部406被按压到轴106上时或之后其 获得槽408的形状。之后，可以以高的rpm旋转轴以使得端环(例 如由铜制成)通过向心负荷扩展。例如，突出部406与槽408之间 在径向向内的位置处初始可以存在有间隙，并且在端环的扩展时， 这一间隙可以被桥接直到突出部接触槽的边缘并且外部支架限制端 环的进一步扩展。

外部支架的按压配合使得按压在所有操作条件下都被维持。外 部支架可以由适合承受高rpm旋转的负荷以及适合使端环围绕轴平 衡的任意材料来制造。

已经描述了大量实现作为示例。然而，其他实现也被以下权利 要求覆盖。