一种鼠笼式电机转子端环结构及钎焊方法与流程

本发明涉及异步交流牵引电机，具体为一种鼠笼式电机转子端环结构及钎焊方法。

背景技术：

1、异步交流牵引电机由于其结构简单，制造成本低廉，广泛应用在各行各业的牵引领域，已经成为经典异步牵引电机，是最具前途的发展方向之一；尤其是轨道交通铁路机车异步交流牵引电机，其主要由定子铁芯线圈和鼠笼式转子组成。鼠笼式转子由转子铁芯带导条和端环组成，导条插入深池槽式端环，通过整体式中频感应钎焊连接而成。

2、池槽式端环与导条钎焊而成的鼠笼式转子的主要优点：转子导条与端环间隙装配，结构简单，端环与导条通过钎料中频感应钎焊连接而成，生产效率高。

3、但是，池槽式端环与导条钎焊而成的鼠笼式转子还存在着如下缺点：钎料用量多成本高，端环与导条钎焊后导条端部及端环槽内侧缺陷较多，导条根部应力大，有断条的风险。

4、如图5所示：现有的技术采用端环整体锻造成型、热处理后加工端环的方式，具体步骤为：（1）端环锻造、热处理后加工外形尺寸；（2）加工深槽垂直的内外侧面，保证导条插入深槽后导条外侧与槽外侧壁间距δ1=0.1～0.5mm和导条内侧与槽内侧壁间距δ2=2.5mm～3.5mm的装配间隙；（3）加工深槽底部，其中深槽深度为6mm，槽底距离槽外圆一定距离处加工1°斜面，作为该斜面与导条端部的钎焊填充虹吸间隙；（4）所制得的鼠笼式转子带导条与端环装配后接头如图6，转子铁芯带导条与端环装配钎焊后如图7；（5）预置钎料、涂抹膏状钎剂于接头处，调整红外测温探头斑点在端环下沿1/3处，中频感应钎焊转子端环与导条，钎焊后接头如图8。

5、采用以上的结构和制作方法存在如下缺点：

6、深槽端环底部1°的斜面与装配后的导条端部之间形成的虹吸最大间隙在未钎焊前已经达0.38mm以上，在钎焊高温下，该虹吸间隙大于0.38mm，远远超出了铜及铜合金钎焊状态下0.20mm的要求，导致钎焊接头存在气泡、夹渣、未填充等缺陷。深槽端环槽外侧壁与导条外侧面间隙δ1间隙较大，影响定位精度进而影响钎焊后动平衡量，也加大了钎料用量，造成材料的浪费。深槽端环槽内侧与端环底部垂直，钎焊前端环内侧壁与导条内侧面距离为δ2=2.5mm～3.5mm，钎焊后该间隙变0.5mm～1mm，存在钎焊夹渣与未填充，钎焊拉伸试验自该处起裂拉脱，此外，未填充导致导条端部钎缝周围应力不均匀，进而导致导条根部断裂失效。红外测温探头打点斑点在端环下沿1/3处，造成高温下钎焊接头处温度偏低，不利于钎料填充与爬坡，易造成钎焊缺欠。

7、综上，该技术方案下，端环结构与导条形成的钎焊接头存在一定的安全风险，不能满足工艺与设计相关要求。

技术实现思路

1、本发明为了解决目前端环结构与导条形成的钎焊接头存在气泡、夹渣、未填充等缺陷，深槽端环槽外侧壁与导条外侧面间隙大影响定位精度，存在钎焊夹渣与未填充，导致导条端部钎缝周围应力不均匀，进而导致导条根部断裂失效等一系列问题，提供了一种鼠笼式电机转子端环结构及钎焊方法。

2、本发明采用如下技术实现：一种鼠笼式电机转子端环结构，端环上端面沿周向均匀开有端环槽，每根导条端部通过转子铁芯槽固定于相应的端环槽内；端环槽底部开有虹吸平行槽，端环槽外侧壁垂直于端环槽的底面，端环槽内侧壁向槽外的角为α。

3、实施时，本发明所设计的一种鼠笼式电机转子端环结构，端环的厚度t为45mm、外径φ外为517.5mm、内径φ内为393mm；端环上端面沿周向均匀开有端环槽，端环槽深h为4mm，端环槽由现有的深槽6mm改变为浅槽4mm，以减少钎料，利于钎焊气泡、钎剂残渣在钎焊高温的有限时间内上浮排出，减少钎焊内部缺欠，端环槽的外径φ槽外为507.8mm、内径φ槽内为444.6mm，端环槽外侧壁垂直于端环槽的底面，端环槽内侧壁向外倾角α为15°～60°，更具体的，端环槽内侧壁向外倾角α选取45°，在保留端环槽内侧壁与导条侧面在平行间距δ2的基础上增加向上开口，利于钎料填充，减少钎焊内部缺欠形成，降低侧壁与导条接头的局部应力，避免断条风险；

4、每根导条端部固定于相应的端环槽内，未钎焊时，端环槽的外侧壁与导条外侧面之间的外定位间隙δ1为0.05mm～0.1mm，端环槽的内侧壁底端距离导条间隙δ2为2.5mm～3.5mm；端环槽底部开有虹吸平行槽，虹吸平行槽的深度h3为0.05mm～0.1mm，更具体的，虹吸平行槽的深度h3为0.1mm，宽度b为20mm，虹吸平行槽的内径φ虹吸槽起点为500.6mm，将现有的斜面不平行间隙改进为虹吸平行槽，有利于钎料在高温下虹吸效应的发挥并填充端环底部与导条端部的间隙，有效减小接头对接面间形成的钎焊不良现象。

5、一种鼠笼式电机转子端环结构的钎焊方法，包括以下步骤：

6、a，端环毛坯制造

7、使用铜及铜合金整体锻造端环并对端环进行热处理，使端环内外径和上下端面加工平整；

8、b，加工端环槽

9、在端环上端面均匀开设加工端环槽，保证端环槽外侧壁与导条外侧面之间的外定位间隙δ1为0.05mm~0.1mm，保留端环槽的内侧壁底端距离导条间隙δ2为2.5mm～3.5mm的同时，端环槽的内侧壁向外开口，倾角α为15°～60°，在端环槽内部槽底向下开虹吸平行槽；

10、c，鼠笼式转子中频感应钎焊

11、将导条的端部装配在端环槽内，完成导条与端环的装配，选择φ3mm钎料并涂抹膏状钎剂，预置钎料并涂抹膏状钎剂到接头，调整钎焊红外测温探头在端环的打点位置，具体为红外测温斑点在端环外槽底以下2mm与端环厚度的上1/3之间，红外测温探头前沿距端环红外斑点的距离及红外斑点在端环外圆的位置，红外斑点距测温探头前沿的距离为175±25mm，开机，中频感应设备将端环整体加热，利于钎焊接头处钎料充分填充，提高钎焊质量；端环受热后外径变大，端环槽外侧壁与导条外侧面间距的外定位装配间隙δ1由现有技术中的0.1mm～0.5mm缩小为0.05mm～0.1mm，提高了导条所在外圆与端环槽外侧壁所在圆的外定位精度，减少钎焊后电机转子动平衡量，同时减少钎料填充量，当钎料被加热到高于钎料熔点30℃～50℃后，钎料熔化填充至虹吸平行槽内及导条与端环槽之间，保温2min～5min后熔融钎料内部气体和钎剂残渣排出，随设备带功率降温至450℃后钎焊接头凝固，将端环和导条钎焊为一体，冷却到室温后清洗接头。

12、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

13、本发明设计的一种鼠笼式电机转子端环结构及钎焊方法，在原有技术方案下，将端环由深槽改变为浅槽，可幅度节约钎料；改变端环槽外侧与导条外侧的外定位间隙，有利于提供转子定位精度，减少动平衡量；改变端环槽底与导条端部之间的虹吸效应形式，有利于减少内部缺欠；改变端环槽底；将端环槽内侧壁由垂直端环底面变为向上开口α°角，有利于减少钎焊不良现象和降低接头局部应力，尽量规避应力集中导致的导条断裂失效故障。在钎焊方法上，改进钎焊工艺，其它中频感应钎焊工艺参数保持不变的基础上，将钎焊红外测温探头测温打点位置由端环下沿1/3处调整到使端环与导条接头受热更有利于钎焊的端环合理位置处。

14、重新设计端环槽深、端环槽底与导条端部之间的虹吸效应形式、端环槽外侧壁与导条外侧壁之间的外定位间隙、端环槽内侧向外开口角度，形成更为合理的钎焊接头结构，改进钎焊工艺，减少了钎料用量，减少了动平衡量；端环槽内侧向外开口的倒角结构，有利于钎料填充，提高钎焊质量，缩短了高温液态钎料中气泡、钎剂、残渣上浮的时间，减少钎焊内部缺欠比率，降低导条根部应力集中，降低了转子结构钎焊应力，尤其是槽内侧与导条侧面应力，避免转子运行断条风险。