[发明专利]用于制造转子的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造电机转子，特别是用于风力涡轮发电机转子轭架的方法和设备。

背景技术

对于一些特殊的应用而言，需要大直径（例如直径超过一米）的空心轴作为转子。这种应用的示例是风力涡轮，其中这种空心轴通常被用作风力涡轮发电机（例如直驱式风力涡轮发电机）的转子轭架。

对于外转子式发电机而言，这种用于大尺度的现代风力涡轮的发电机的转子轭架可以通过厚约40 mm和直径例如为4米的轧制钢圆筒来构建。用于内转子类型发电机的转子的直径则稍小。

这种转子轭架的制造必须考虑一些规范，例如内、外表面的某种纹理（尤其是用于接收磁体的纹理），以及关于直径公差的苛刻要求，该要求例如可能会是从所需的直径上加/减0.5 mm的量级。

为了制造这种转子，众所周知的是利用机床加工空心圆筒，例如，进行多个机加工工艺步骤的专用车床，直到获得转子所需的低公差。这些加工步骤在制造过程中是耗时且昂贵的步骤。因此，这种发电机，特别是直驱式发电机，尽管拥有其它优点，但是应用得很少。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于电机转子（特别是用于风力涡轮发电机的转子轭架）的制造方法，该方法极大地减少了制造时间和成本。

这个问题通过开始时所提到的那种类型的方法得以解决，该方法包括以下步骤：

提供空心轧制金属圆筒，特别是轧制钢圆筒；

使所述圆筒永久地塑性变形至预定形状和尺寸。

本发明提出了一种全新的制造大尺寸（例如直径为一米或大于一米）的转子，特别是制造转子轭架的方法，也就是不必通过机加工，而是通过成形技术来加工轧制圆筒。因此，可使用已知的成形技术。特别地，使所述圆筒塑性变形的步骤可包括冷成形和/或热成形和/或加工硬化所述圆筒。简而言之，该方法可以被描述成对轧制钢或轧制铁圆筒施力，以便使其永久地塑性变形至所需形状和尺寸，特别是变形至风力涡轮发电机的转子轭架。

该方法因此提供了一种替代性技术，用于获得例如满足内表面公差和表面纹理要求的转子。

有利地，本发明的加工是非常省时的，例如，挤压过程可能仅占用几秒到几分钟时间，而已知的机加工技术可能占用数小时。另外，本发明的方法一旦建立，将是非常有成本效益的，因为可以获得每台设备每小时多个转子的非常高的制造速度，而已知的方法仅仅允许每台设备每小时低于一个转子的速度。

本发明的另一个优点是与已知的使用机加工（例如通过使用车床）的方法截然相反，在制造过程中不从转子去除转子材料。

正如已经提到的那样，成形过程在本发明的一些实施例中能以冷成形的方式执行。金属圆筒，特别是钢圆筒，在基本低于材料再结晶点的温度下（例如在室温下）变形。冷成形通过向材料的晶体结构引入缺陷导致硬化，从而增加了板材的屈服强度和硬度。

在另一实施例中，成形过程能以热成形过程执行。金属圆筒，特别是钢圆筒，在这种情况下被加热到高于再结晶点并变形。热成形允许获得大的变形，并阻止材料中的残余应力聚集，确保了良好的尺寸稳定性。例如，可以使用大约600到700摄氏度的温度。

如上所述，本方法的第一步骤包括提供空心金属圆筒，特别是空心钢圆筒。该圆筒应具有合适的壁厚，例如在35 mm到55 mm范围内，并且圆筒的长度/高度应基本上是所需完成的转子（特别是转子轭架）的长度/高度。圆筒可以由任何合适的金属制成，特别是铁或金属合金，尤其特别是任何合适的钢合金。

在优选实施例中，挤压工具被布置在圆筒内或圆筒周围，向圆筒的内/外表面的至少一部分施加挤压力。在这种实施例中，提供的圆筒具有比转子的所需最后直径略小的直径。挤压工具现在可以向圆筒的一个或多个区域施加足够的力，从而获得所需的内径。优选地，在圆筒径向方向上施加挤压力。无论如何，挤压工具产生的力必须足以允许圆筒材料达到塑性变形状态。

在有利的实施例中，接触圆筒的挤压工具的表面被构造为使得圆筒的接触表面获得预定纹理。以这种方式，当挤压进行时，圆筒的内或外表面就可以被构造。挤压工具可以被设计成允许形成具有不同纹理的转子的内或外表面。例如，如果将要制造转子轭架或类似物，则纹理在横截面图上可具有由有限的直线段序列组成的多边形形式。这些段的数量可对应于随后安装到转子的极磁体的数量。