[發(fā)明專利]用于制造轉(zhuǎn)子的方法和設(shè)備

有效

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• 申請日: 2011-04-08
• 公開（公告）號: CN102214976A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: K.安德森;H.施蒂斯達爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: H02K15/02
• 分類號: H02K15/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于制造電機轉(zhuǎn)子，特別是用于風力渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子軛架的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

對于一些特殊的應(yīng)用而言，需要大直徑（例如直徑超過一米）的空心軸作為轉(zhuǎn)子。這種應(yīng)用的示例是風力渦輪，其中這種空心軸通常被用作風力渦輪發(fā)電機（例如直驅(qū)式風力渦輪發(fā)電機）的轉(zhuǎn)子軛架。

對于外轉(zhuǎn)子式發(fā)電機而言，這種用于大尺度的現(xiàn)代風力渦輪的發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軛架可以通過厚約40?mm和直徑例如為4米的軋制鋼圓筒來構(gòu)建。用于內(nèi)轉(zhuǎn)子類型發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的直徑則稍小。

這種轉(zhuǎn)子軛架的制造必須考慮一些規(guī)范，例如內(nèi)、外表面的某種紋理（尤其是用于接收磁體的紋理），以及關(guān)于直徑公差的苛刻要求，該要求例如可能會是從所需的直徑上加/減0.5?mm的量級。

為了制造這種轉(zhuǎn)子，眾所周知的是利用機床加工空心圓筒，例如，進行多個機加工工藝步驟的專用車床，直到獲得轉(zhuǎn)子所需的低公差。這些加工步驟在制造過程中是耗時且昂貴的步驟。因此，這種發(fā)電機，特別是直驅(qū)式發(fā)電機，盡管擁有其它優(yōu)點，但是應(yīng)用得很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目標是提供一種用于電機轉(zhuǎn)子（特別是用于風力渦輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軛架）的制造方法，該方法極大地減少了制造時間和成本。

這個問題通過開始時所提到的那種類型的方法得以解決，該方法包括以下步驟：

提供空心軋制金屬圓筒，特別是軋制鋼圓筒；

使所述圓筒永久地塑性變形至預(yù)定形狀和尺寸。

本發(fā)明提出了一種全新的制造大尺寸（例如直徑為一米或大于一米）的轉(zhuǎn)子，特別是制造轉(zhuǎn)子軛架的方法，也就是不必通過機加工，而是通過成形技術(shù)來加工軋制圓筒。因此，可使用已知的成形技術(shù)。特別地，使所述圓筒塑性變形的步驟可包括冷成形和/或熱成形和/或加工硬化所述圓筒。簡而言之，該方法可以被描述成對軋制鋼或軋制鐵圓筒施力，以便使其永久地塑性變形至所需形狀和尺寸，特別是變形至風力渦輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軛架。

該方法因此提供了一種替代性技術(shù)，用于獲得例如滿足內(nèi)表面公差和表面紋理要求的轉(zhuǎn)子。

有利地，本發(fā)明的加工是非常省時的，例如，擠壓過程可能僅占用幾秒到幾分鐘時間，而已知的機加工技術(shù)可能占用數(shù)小時。另外，本發(fā)明的方法一旦建立，將是非常有成本效益的，因為可以獲得每臺設(shè)備每小時多個轉(zhuǎn)子的非常高的制造速度，而已知的方法僅僅允許每臺設(shè)備每小時低于一個轉(zhuǎn)子的速度。

本發(fā)明的另一個優(yōu)點是與已知的使用機加工（例如通過使用車床）的方法截然相反，在制造過程中不從轉(zhuǎn)子去除轉(zhuǎn)子材料。

正如已經(jīng)提到的那樣，成形過程在本發(fā)明的一些實施例中能以冷成形的方式執(zhí)行。金屬圓筒，特別是鋼圓筒，在基本低于材料再結(jié)晶點的溫度下（例如在室溫下）變形。冷成形通過向材料的晶體結(jié)構(gòu)引入缺陷導(dǎo)致硬化，從而增加了板材的屈服強度和硬度。

在另一實施例中，成形過程能以熱成形過程執(zhí)行。金屬圓筒，特別是鋼圓筒，在這種情況下被加熱到高于再結(jié)晶點并變形。熱成形允許獲得大的變形，并阻止材料中的殘余應(yīng)力聚集，確保了良好的尺寸穩(wěn)定性。例如，可以使用大約600到700攝氏度的溫度。

如上所述，本方法的第一步驟包括提供空心金屬圓筒，特別是空心鋼圓筒。該圓筒應(yīng)具有合適的壁厚，例如在35?mm到55?mm范圍內(nèi)，并且圓筒的長度/高度應(yīng)基本上是所需完成的轉(zhuǎn)子（特別是轉(zhuǎn)子軛架）的長度/高度。圓筒可以由任何合適的金屬制成，特別是鐵或金屬合金，尤其特別是任何合適的鋼合金。

在優(yōu)選實施例中，擠壓工具被布置在圓筒內(nèi)或圓筒周圍，向圓筒的內(nèi)/外表面的至少一部分施加擠壓力。在這種實施例中，提供的圓筒具有比轉(zhuǎn)子的所需最后直徑略小的直徑。擠壓工具現(xiàn)在可以向圓筒的一個或多個區(qū)域施加足夠的力，從而獲得所需的內(nèi)徑。優(yōu)選地，在圓筒徑向方向上施加擠壓力。無論如何，擠壓工具產(chǎn)生的力必須足以允許圓筒材料達到塑性變形狀態(tài)。

在有利的實施例中，接觸圓筒的擠壓工具的表面被構(gòu)造為使得圓筒的接觸表面獲得預(yù)定紋理。以這種方式，當擠壓進行時，圓筒的內(nèi)或外表面就可以被構(gòu)造。擠壓工具可以被設(shè)計成允許形成具有不同紋理的轉(zhuǎn)子的內(nèi)或外表面。例如，如果將要制造轉(zhuǎn)子軛架或類似物，則紋理在橫截面圖上可具有由有限的直線段序列組成的多邊形形式。這些段的數(shù)量可對應(yīng)于隨后安裝到轉(zhuǎn)子的極磁體的數(shù)量。