專利名稱：制造帶有高導(dǎo)電率導(dǎo)體條的感應(yīng)轉(zhuǎn)子的方法以及由此制成的轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造電機(jī)的感應(yīng)轉(zhuǎn)子的方法，更特別地，涉及通過(guò)在導(dǎo)體條與端環(huán)之 間使用不同的導(dǎo)電材料和制造工藝以提高導(dǎo)電性和轉(zhuǎn)子耐用性的方法和技術(shù)，并涉具有由 高導(dǎo)材料制成的導(dǎo)體條的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
不斷增多的提高燃料效率的需求使得汽車行業(yè)中混合動(dòng)力系統(tǒng)越來(lái)越有吸引力。 除了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)之外，電機(jī)是混合動(dòng)力系統(tǒng)的重要組成部分。為了降低混合動(dòng)力系統(tǒng)的 制造成本，混合動(dòng)力系統(tǒng)中使用的許多電機(jī)是具有鑄鋁或銅鼠籠轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電機(jī)。這些感 應(yīng)電機(jī)稱為“轉(zhuǎn)差”的操作特征常常與轉(zhuǎn)子內(nèi)特別是導(dǎo)體條內(nèi)的電阻成比例。較低電阻的 轉(zhuǎn)子在承載操作點(diǎn)產(chǎn)生較低的轉(zhuǎn)差和較高的效率。沒(méi)有缺陷(例如氣泡、裂縫或氧化物夾雜 等)的純銅和純鋁的電阻分別為17. 1ηΩπι。因此，對(duì)于相同的電流需求，與 鋁轉(zhuǎn)子相比，使用銅轉(zhuǎn)子會(huì)導(dǎo)致降低35. 5%的電阻損耗((26. 5-17. 1)/26. 5=35. 5%)。但是，因?yàn)槠涓呙芏群透呷埸c(diǎn)，銅在轉(zhuǎn)子應(yīng)用上，特別是混合動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用上具有 限制和/或獨(dú)特的問(wèn)題。在混合動(dòng)力應(yīng)用中，由于汽車的空間限制，通常需要高速(例如，超 過(guò)10000 rpm)電機(jī)。高密度銅在高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的離心力和慣量，會(huì)顯著地降低電 機(jī)的耐用性。實(shí)踐中常常發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸承的過(guò)早損壞。另外，銅轉(zhuǎn)子通常通過(guò)高壓模具鑄造 (HPDC)來(lái)制造。銅的高熔點(diǎn)(1083°C)顯著地降低了模具壽命，并增加了銅轉(zhuǎn)子的制造成 本。雖然鑄鋁轉(zhuǎn)子(導(dǎo)體條與端環(huán)一起)克服了與銅材相關(guān)的高旋轉(zhuǎn)慣量和低模具壽 命的不足，但是鋁合金的低機(jī)械性能，特別是低導(dǎo)電(純鋁IACS 62%)和導(dǎo)熱性能，特別是 在鑄鋁導(dǎo)體具有包括熱裂縫、氣孔和氧化物夾雜等的缺陷時(shí)，給他們?cè)陔姍C(jī)中的成功應(yīng)用 帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)。另外，用于鑄造鼠籠轉(zhuǎn)子的鋁合金常常是高純度鋁、高純度鑄鋁合金、或 電級(jí)鍛壓合金，由于這些材料的低流動(dòng)性、高收縮速率(從流體變?yōu)楣腆w的密度)、高熔化溫 度和大凝固范圍(液態(tài)與固態(tài)之間的溫度差)等，難以鑄造。較高純度的鋁合金的這些特性 增加了氣孔和熱裂的可能性，特別是在導(dǎo)體條連接至端環(huán)的位置，導(dǎo)致導(dǎo)體條與端環(huán)之間 的破裂。另外，許多鑄鋁鼠籠轉(zhuǎn)子通過(guò)高壓模具鑄造工藝來(lái)制造，以便快速填充疊層鋼堆疊 中的細(xì)長(zhǎng)條(鼠槽)，以避免冷隔。由于填模時(shí)非常高的流速(約60 m/s)，在高壓模具鑄造工 藝期間融入的空氣和產(chǎn)生的豐富鋁氧化物不僅降低了轉(zhuǎn)子質(zhì)量和耐用性，還地降低了轉(zhuǎn)子 特別是導(dǎo)體條的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能。實(shí)踐中，常?？吹借T鋁轉(zhuǎn)子(鑄造導(dǎo)體條和鑄造端環(huán))的 導(dǎo)電性能僅為約40-45% IACS。因?yàn)殍T造導(dǎo)體條內(nèi)存在的鑄造缺陷，導(dǎo)體條會(huì)在電機(jī)操作期 間損壞。損壞的導(dǎo)體條會(huì)進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)子導(dǎo)電性和電機(jī)性能。因此，需要一種電機(jī)的改進(jìn)型轉(zhuǎn)子和制造改進(jìn)型轉(zhuǎn)子的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種制造電機(jī)的感應(yīng)轉(zhuǎn)子的方法，更特別地，涉及通過(guò)使用高導(dǎo)電性 且耐用的導(dǎo)體條如銅條與輕質(zhì)的鋁端環(huán)來(lái)改進(jìn)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)電性和耐用性的方法。本發(fā)明可應(yīng) 用于交流(AC)感應(yīng)電機(jī)以及其它類型的電機(jī)，包括，但不限于，直流(DC)電機(jī)。本發(fā)明的方法包括將高層耐用材料(例如銅)的導(dǎo)體條與鋁端環(huán)連接。當(dāng)與所述端 環(huán)現(xiàn)場(chǎng)澆鑄時(shí)，所述導(dǎo)體條首先被定位在疊層鋼堆疊的相應(yīng)的縱向槽中，條兩端從疊層鋼 堆疊的相對(duì)端部延伸而出。如果期望，導(dǎo)體條的延伸部分可彎曲或焊接以保持和將疊層鋼 堆疊壓在一起。如果期望，導(dǎo)體條的突出或延伸部分可涂覆A1、A1合金(例如，Al-12. 6%Si) 或含有Al和導(dǎo)體條化學(xué)元素(例如，用于銅條的Cu)的潛在放熱涂層，以提高導(dǎo)條與端環(huán)之 間的冶金連接。例如，端環(huán)材料可為純鋁、導(dǎo)電級(jí)鋁可鍛合金、鑄鋁合金、或它們的組合物。 端環(huán)可通過(guò)不同的鑄造工藝來(lái)鑄造，包括，但不限于，高壓模具鑄造、沙模、低壓模具鑄造、 模壓鑄造等。為制造具有最少氣孔和氧化物的高質(zhì)量端環(huán)，特別優(yōu)選模壓鑄造。如果期望，可預(yù)成形所述導(dǎo)體條。它們可通過(guò)任何金屬形成工藝制造，包括，但不 限于，擠出、鍛造、鑄造、粉末冶金等。所述導(dǎo)體條可由銅、銀或其合金、純鋁或鋁合金擠出、 高導(dǎo)金屬基復(fù)合材料等制成?？蛇x地，它們可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)墓に囆纬稍诏B層鋼堆疊的鼠 槽中，例如鑄造或粉末冶金。在另一實(shí)施例中，導(dǎo)體條和端環(huán)可以都單獨(dú)由不同的金屬形成工藝來(lái)制造，然后 使用機(jī)械方法如焊接、螺接和其它方法連接在一起。本發(fā)明還提供了以下方案 1. 一種轉(zhuǎn)子，包括
由鋁、鋁合金、鋁基復(fù)合材料或這些材料的組合物制成的一對(duì)端環(huán)； 位于該對(duì)端環(huán)之間的圓筒形疊層鋼堆疊，所述疊層鋼堆疊具有在其中的多個(gè)縱向槽； 在所述疊層鋼堆疊的縱向槽中的多個(gè)導(dǎo)體條，所述多個(gè)導(dǎo)體條具有第一和第二端，所 述第一和第二端連接到該對(duì)端環(huán)，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條由高導(dǎo)材料制成，并且其中所述多 個(gè)導(dǎo)體條和所述端環(huán)由不同材料制成。2.如方案1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述高導(dǎo)材料為銅，銀或其合金；預(yù)成形擠出的純 鋁或鋁合金；或者銅，銀，或含有高導(dǎo)顆粒、纖維或管的鋁基復(fù)合材料；或者這些材料的組 合物。3.如方案1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條不垂直于所述端環(huán)上連接所述多 個(gè)導(dǎo)體條處的平面。4.如方案1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述多個(gè)預(yù)成形導(dǎo)體條的第一和第二端涂覆有鋁、 鋁合金、或潛在放熱涂層、或這些材料的組合物。5.如方案4所述的轉(zhuǎn)子，其中所述潛在放熱涂層包括鋁和至少一種導(dǎo)體條化學(xué)元素。6.如方案5所述的轉(zhuǎn)子，其中所述導(dǎo)體條化學(xué)元素為銅或鋁或銀。7. 一種制造轉(zhuǎn)子的方法，包括 提供具有多個(gè)縱向槽的疊層鋼堆疊；
提供由高導(dǎo)材料制成的多個(gè)導(dǎo)體條，所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一和第二端延伸出所述疊層 鋼堆疊的縱向槽；將所述疊層鋼堆疊放在鑄模中，所述疊層鋼堆疊具有在所述縱向槽中的多個(gè)導(dǎo)體條， 所述鑄模具有用于在所述疊層鋼堆疊相對(duì)端上的一對(duì)端環(huán)的空腔，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條的 第一和第二端延伸進(jìn)所述空腔；以及
給所述空腔填充鋁、鋁合金、鋁復(fù)合材料、或這些材料的組合物； 其中所述多個(gè)導(dǎo)體條和所述端環(huán)由不同材料制成。8.如方案7所述的方法，其中所述空腔使用從下列方法中選擇的鑄造方法來(lái)填 充高壓模具鑄造、低壓模具鑄造、沙模、模壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、熔模鑄造、或這 些方法的組合。9.如方案7所述的方法，還包括在填充所述空腔之前彎曲所述多個(gè)導(dǎo)體條的第
一端、或第二端、或二者都彎曲。10.如方案7所述的方法，還包括在填充所述空腔之前將所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一
端、或第二端、或二者焊接在一起。11.如方案7所述的方法，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條是預(yù)成形的，并且其中所述預(yù)成 形的多個(gè)導(dǎo)體條被放入所述縱向槽中。12.如方案11所述的方法，其中所述導(dǎo)體條通過(guò)鑄造工藝、粉末冶金工藝、鍛造 工藝或擠出工藝而預(yù)成形。13.如方案7所述的方法，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條形成在所述疊層鋼堆疊的縱向槽中。14.如方案13所述的方法，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條通過(guò)鑄造工藝或粉末冶金工藝 形成在所述疊層鋼堆疊中的縱向槽內(nèi)。15.如方案7所述的方法，還包括給所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一端、或第二端、或二者 涂覆有鋁、鋁合金、潛在放熱涂層、或這些材料的組合物。16.如方案7所述的方法，其中所述高導(dǎo)材料為銅、銀或其合金；預(yù)成形擠出的純 鋁或鋁合金；或者銅，銀，或含有高導(dǎo)顆粒、纖維或管的鋁基復(fù)合材料；或者這些材料的組 合物。17.如方案7所述的方法，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條不垂直于所述端環(huán)上連接所述多 個(gè)導(dǎo)體條處的平面。18. 一種制造轉(zhuǎn)子的方法，包括
提供具有多個(gè)縱向槽的疊層鋼堆疊；
將由高導(dǎo)材料制成的多個(gè)預(yù)成形導(dǎo)體條放在所述縱向槽中，所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一和 第二端延伸出所述縱向槽；
提供由鋁、鋁合金、鋁復(fù)合材料或這些材料的組合物制成的一對(duì)端環(huán)；以及 將所述多個(gè)預(yù)成形導(dǎo)體條的第一和第二端機(jī)械地結(jié)合至該對(duì)端環(huán)； 其中所述多個(gè)導(dǎo)體條和所述端環(huán)由不同材料制成。19.如方案18所述的方法，其中所述機(jī)械地結(jié)合是焊接或螺接。20.如方案18所述的方法，其中所述高導(dǎo)材料為銅、銀或其合金；預(yù)成形擠出的 純鋁；或者銅，銀，或含有高導(dǎo)顆粒、纖維或管的鋁基復(fù)合材料；或者這些材料的組合物。21.如方案18所述的方法，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條不垂直于所述端環(huán)上連接所述 多個(gè)導(dǎo)體條處的平面。


圖1為鼠籠轉(zhuǎn)子的一個(gè)實(shí)施例的視圖； 圖2為疊層鋼堆疊的一個(gè)實(shí)施例的視圖； 圖3為導(dǎo)體條和端環(huán)的一個(gè)實(shí)施例的視圖4為鼠籠轉(zhuǎn)子中條結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的視圖； 圖5A-H為條截面形狀的不同實(shí)施例的視圖； 圖6為示出從疊層鋼堆疊末端延伸出的導(dǎo)體條的一個(gè)實(shí)施例的視圖； 圖7為一次噴射HPDC工藝中制造4個(gè)轉(zhuǎn)子的視圖； 圖8為三相感應(yīng)電機(jī)的等效電路的視圖； 圖9為鎖定轉(zhuǎn)子條件的近似等效電路的視圖； 圖10為無(wú)載條件的近似等效電路的視圖； 圖11為示出電機(jī)中估計(jì)的轉(zhuǎn)子電阻和電阻比的曲線圖。
具體實(shí)施例方式鼠籠轉(zhuǎn)子為安裝在于感應(yīng)電機(jī)中旋轉(zhuǎn)的軸上的圓柱體。它含有放置進(jìn)鼠槽內(nèi)并在 兩端通過(guò)短環(huán)連接在一起形成籠式形狀的縱向?qū)w條。圖1示出了鼠籠轉(zhuǎn)子的一個(gè)實(shí)施例 的視圖。轉(zhuǎn)子芯設(shè)有導(dǎo)電的疊層鋼堆疊。圖2示出了疊層鋼堆疊的一個(gè)實(shí)施例的視圖。感應(yīng)電機(jī)的定子內(nèi)的勵(lì)磁繞阻建立了環(huán)繞轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)之 間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起導(dǎo)體條中的電流。進(jìn)而，這些電流縱向地在導(dǎo)體條中與電機(jī)的磁場(chǎng)反作 用，產(chǎn)生作用在轉(zhuǎn)子切向上的力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)軸和轉(zhuǎn)子的扭矩。實(shí)際上，轉(zhuǎn)子隨著磁場(chǎng)旋繞，但 是旋轉(zhuǎn)速率稍慢。其速度稱稱為轉(zhuǎn)差，這隨著負(fù)載增加。導(dǎo)體條常常沿著轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度稍微傾斜(S卩，在端環(huán)連接至導(dǎo)體條的地方，導(dǎo)體條并 不垂直于端環(huán)的平面)，以減少噪聲和消除扭矩波動(dòng)，所述噪聲和扭矩波動(dòng)可能由于與定子 極靴的交互作用產(chǎn)生的一些速度偏差所致，如圖3所示。鼠籠上的導(dǎo)體條數(shù)目確定了將感 應(yīng)電流反饋回定子線圈程度，從而確定了通過(guò)其的電流。提供最小反饋的結(jié)構(gòu)使用主要數(shù) 量的導(dǎo)體條。鐵芯(疊層鋼堆疊)用于承接穿過(guò)電機(jī)的磁場(chǎng)。鐵芯的結(jié)構(gòu)和材料被專門(mén)設(shè)計(jì)，以 最小化磁損耗。由清漆絕緣層分隔的薄迭片(鋼片)減少了會(huì)導(dǎo)致渦流損耗的雜散循環(huán)電 流。迭片的材料為具有純鐵幾倍電阻率的低炭高硅鋼，進(jìn)一步降低了渦流損耗。低炭成分 使得它具有低磁滯損失的軟磁材料。單相和三相電機(jī)在廣泛的尺寸范圍上都使用相同的基本設(shè)計(jì)。三相電機(jī)的轉(zhuǎn)子在 條的濃度和形狀上會(huì)具有變化，以適應(yīng)設(shè)計(jì)分類。圖4示出了鼠籠轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體條結(jié)構(gòu)的實(shí)例。導(dǎo)體條的橫截面在縱向方向上通常 是一致的，但是其形狀和尺寸隨著導(dǎo)體條材料，特別是具體的電機(jī)設(shè)計(jì)而變化。圖5示出了 不同導(dǎo)體條形狀的實(shí)例。通過(guò)將由高導(dǎo)且耐用的材料制成的導(dǎo)體條與由廉價(jià)輕質(zhì)的鋁、鋁合金或鋁復(fù)合端 環(huán)機(jī)械地或現(xiàn)場(chǎng)澆鑄地連接在一起，可制造鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)體條通常由與端環(huán)不同的材料制 成(端環(huán)通常都由相同的材料制成)。如這里所使用的，鋁為與鋁合金和/或鋁復(fù)合材料不 同的材料。
用于導(dǎo)體條的適當(dāng)?shù)母邔?dǎo)且耐用的材料包括，但不限于，銅，銀或它們的合金；純 鋁或鋁合金壓制品，含有導(dǎo)電顆粒、纖維或管的高導(dǎo)材料基質(zhì)復(fù)合材料。如這里所使用的， 金屬基質(zhì)復(fù)合材料含有超過(guò)50 vol%的金屬和低于約50 vol%的導(dǎo)電顆粒、纖維或管。用 于導(dǎo)體條的高導(dǎo)且耐用的材料應(yīng)當(dāng)具有超過(guò)鑄造純鋁的導(dǎo)電性，且具有優(yōu)于熱處理鑄鋁合 金的機(jī)械性能。例如，由于鑄造條中不可避免的鑄造缺陷，壓制純鋁導(dǎo)體條具有比鑄造純鋁 更高的導(dǎo)電性。如果期望，導(dǎo)體條可形成在疊層鋼堆疊中的縱向槽內(nèi)。適當(dāng)?shù)闹圃旃に嚢ǎ?限于，鑄造和粉末冶金(PM)。如果使用鑄造工藝，并打開(kāi)疊層鋼堆疊中的槽，如圖2所示，那 么可通過(guò)具有一個(gè)澆口的模具使用模壓鑄造方法從導(dǎo)體條縱向開(kāi)口引入導(dǎo)體條材料的液 態(tài)金屬或半固態(tài)漿或半液態(tài)漿，所述澆口類似于導(dǎo)體條槽開(kāi)口的幾何形狀。導(dǎo)體條可一次 制造一個(gè)，然后可在模具內(nèi)旋轉(zhuǎn)疊層鋼堆疊以制造下一個(gè)。如果疊層鋼堆疊為封閉的，那么 可從槽的末端引入導(dǎo)體條材料的液態(tài)金屬。所有導(dǎo)體條可通過(guò)一個(gè)導(dǎo)體條一個(gè)澆口同時(shí)填 充，或所有的導(dǎo)體條都連接至一個(gè)共同的小端環(huán)澆口。環(huán)澆呂的寬度優(yōu)選至少等于導(dǎo)體條 橫截面的最大尺寸。通過(guò)PM技術(shù)或工藝，槽被填充導(dǎo)體條材料粉末，包括但不限于，銅、銀或其它材 料，然后壓入純鋁、鋁合金、高導(dǎo)金屬基質(zhì)復(fù)合材料等以減少空隙。在燒結(jié)之后，通過(guò)熱靜壓 (HIPing)進(jìn)一步壓制導(dǎo)體條，以減少氣孔，并打斷導(dǎo)體條與疊層鋼堆疊之間的連接。熱靜壓 工藝有助于確保導(dǎo)體條沒(méi)有缺陷。與在疊層鋼槽中制造導(dǎo)體條相關(guān)的一個(gè)難題在于，要制造的導(dǎo)體條的長(zhǎng)度受疊層 鋼堆疊的長(zhǎng)度(高度)的限制。導(dǎo)體條兩端都延伸出疊層鋼堆疊在鑄模/模具設(shè)計(jì)和制造工 藝復(fù)雜性方面是困難的和昂貴的。一種可能的解決方案是，在每個(gè)槽中都設(shè)置導(dǎo)電且耐用 的金屬絲，然后使用液態(tài)金屬或粉末填充所述槽。然后金屬絲會(huì)成為導(dǎo)體條的一部分，并會(huì) 延伸出端環(huán)。可選地，可不使用疊層鋼堆疊來(lái)預(yù)成形導(dǎo)體條。預(yù)成形的導(dǎo)體條可通過(guò)各種制造 工藝來(lái)制造，包括但不限于，鍛造、壓制、鑄造、粉末冶金等。一種優(yōu)選的方法是壓制。液態(tài) 導(dǎo)體條材料被鑄入具有不同可能形狀和尺寸的鋼錠或大型條中。然后鋼錠/大型條以一個(gè) 或多個(gè)階段擠出成具有比疊層鋼堆疊中的槽的截面稍小(約10至約50 μ m)的截面的最終 形狀和尺寸。另一優(yōu)選方法是鑄造，特別是連續(xù)澆鑄。液態(tài)金屬使用連續(xù)澆鑄工藝被直接 鑄入具有與疊層鋼堆疊中槽截面相同形狀和尺寸的條中。長(zhǎng)鑄條在切割成適當(dāng)導(dǎo)體條長(zhǎng)度 之前，優(yōu)選經(jīng)歷熱靜壓工藝，以消除所有可能的鑄造氣孔。使用預(yù)成形導(dǎo)體條不僅能夠使用高導(dǎo)且耐用的材料，還能制造無(wú)缺陷的條。通常， 鍛煉和擠出方法可容易地去除導(dǎo)體條中的所有氣孔。使用由高導(dǎo)且耐用的材料制成的預(yù)成形導(dǎo)體條連同輕輕質(zhì)廉價(jià)的鋁端環(huán)不僅提 高了電機(jī)性能，還降低了制造成本。為了獲得與銅轉(zhuǎn)子相同的電機(jī)性能，由于鋁較低的導(dǎo)電 性能(約62% IACS)，鋁端環(huán)需要比銅端環(huán)至少大55%的橫截面積。但是，因?yàn)殂~的密度是鋁 的3. 倍，所以較大的鋁端環(huán)的問(wèn)題僅為銅環(huán)的47%。通常，銅的價(jià)格比鋁高至少20%。因 此，鋁端環(huán)的成本估計(jì)比等效的銅端環(huán)低約60%。在與端環(huán)現(xiàn)場(chǎng)澆鑄之前，導(dǎo)體條的延伸部分可以是直的(如圖6中所示)、彎的、甚 至焊接在一起的。彎曲或焊接條端可用于鎖定疊層鋼堆疊。為了減小薄疊層鋼片(約0.3mm厚)之間的氣隙和鐵損，期望保持疊層鋼堆疊盡可能緊密。實(shí)踐中，疊層鋼堆疊通常使用 點(diǎn)焊或內(nèi)鎖機(jī)構(gòu)保持在一起。無(wú)論哪種情況，由于電絕緣的疊層鋼片之間的局部電流連接， 都會(huì)增加鐵損。期望使冶金連接減小導(dǎo)體條與鑄鋁端環(huán)之間的電阻。這可通過(guò)給延伸出疊層鋼堆 疊的條端進(jìn)行鋁或鋁合金涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如A1-12. 6% Si。優(yōu)選的選擇是含有Al和導(dǎo)體條 化學(xué)元素(例如Cu、Al或其它)的潛在放熱涂層(latent exoergic coating)。該潛在放熱 涂層期望含有導(dǎo)體條中含有的化學(xué)元素中的至少一種。美國(guó)專利No. 5，429，173中Wang等 人描述了 一種潛在放熱涂層，其通過(guò)參考包含于本文。如果在與端環(huán)現(xiàn)場(chǎng)澆鑄之前預(yù)成形導(dǎo)體條，那么變得非常容易鑄造簡(jiǎn)單形狀的端 環(huán)，具有獲得良好質(zhì)量的端環(huán)的高度可能性。因此，具有預(yù)成形導(dǎo)體條的兩個(gè)端環(huán)的鑄造可 通過(guò)多種鑄造工藝來(lái)制造，包括，但不限于，高壓模具鑄造、沙模、低壓模具鑄造、離心鑄造、 消失模、模壓鑄造、半固體鑄造、熔模鑄造等。在這些工藝中，半固態(tài)漿的模壓鑄造特別優(yōu)選 于制造具有最少氣孔和氧化物的高質(zhì)量端環(huán)。因?yàn)槎谁h(huán)的形狀比較簡(jiǎn)單，所以要鑄造的鋁材料可為任意類型的鋁合金，包括導(dǎo) 電級(jí)鋁可鍛合金、鑄鋁合金、鋁基復(fù)合材料、甚至因?yàn)橐呀?jīng)預(yù)先制造了細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體條而未考慮 熱處理和收縮的純鋁。圖7為垂直高壓模具鑄造中制造的鑄鋁轉(zhuǎn)子的示意圖。實(shí)例中，可在一個(gè)模具和 HPDC噴射中鑄造多個(gè)轉(zhuǎn)子。與每個(gè)模具制造一個(gè)鼠籠轉(zhuǎn)子的傳統(tǒng)方法相比，這不僅提高了 產(chǎn)量，還顯著地提高了鑄造質(zhì)量。表格1示出了本發(fā)明公開(kāi)的方法的一個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量改 進(jìn)。通過(guò)預(yù)成形的導(dǎo)體條，通過(guò)高壓模具鑄造(HPDC)，顯著消除了導(dǎo)體條中與鑄造工藝和鋁 合金相關(guān)的缺陷，還顯著減少了鑄造端環(huán)中的缺陷，而通過(guò)半固態(tài)鋁漿的模壓鑄造工藝完 成消除了鑄造端環(huán)中的缺陷。表格1.由不同制造方法制造的感應(yīng)轉(zhuǎn)子的鑄造質(zhì)量的比較。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子，包括由鋁、鋁合金、鋁基復(fù)合材料或這些材料的組合物制成的一對(duì)端環(huán)； 位于該對(duì)端環(huán)之間的圓筒形疊層鋼堆疊，所述疊層鋼堆疊具有在其中的多個(gè)縱向槽； 在所述疊層鋼堆疊的縱向槽中的多個(gè)導(dǎo)體條，所述多個(gè)導(dǎo)體條具有第一和第二端，所 述第一和第二端連接到該對(duì)端環(huán)，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條由高導(dǎo)材料制成，并且其中所述多 個(gè)導(dǎo)體條和所述端環(huán)由不同材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述高導(dǎo)材料為銅，銀或其合金；預(yù)成形擠出的純鋁 或鋁合金；或者銅，銀，或含有高導(dǎo)顆粒、纖維或管的鋁基復(fù)合材料；或者這些材料的組合 物。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條不垂直于所述端環(huán)上連接所述多個(gè) 導(dǎo)體條處的平面。
4.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述多個(gè)預(yù)成形導(dǎo)體條的第一和第二端涂覆有鋁、 鋁合金、或潛在放熱涂層、或這些材料的組合物。
5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其中所述潛在放熱涂層包括鋁和至少一種導(dǎo)體條化學(xué)元素。
6.如權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子，其中所述導(dǎo)體條化學(xué)元素為銅或鋁或銀。
7.—種制造轉(zhuǎn)子的方法，包括 提供具有多個(gè)縱向槽的疊層鋼堆疊；提供由高導(dǎo)材料制成的多個(gè)導(dǎo)體條，所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一和第二端延伸出所述疊層 鋼堆疊的縱向槽；將所述疊層鋼堆疊放在鑄模中，所述疊層鋼堆疊具有在所述縱向槽中的多個(gè)導(dǎo)體條， 所述鑄模具有用于在所述疊層鋼堆疊相對(duì)端上的一對(duì)端環(huán)的空腔，其中所述多個(gè)導(dǎo)體條的 第一和第二端延伸進(jìn)所述空腔；以及給所述空腔填充鋁、鋁合金、鋁復(fù)合材料、或這些材料的組合物； 其中所述多個(gè)導(dǎo)體條和所述端環(huán)由不同材料制成。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述空腔使用從下列方法中選擇的鑄造方法來(lái)填 充高壓模具鑄造、低壓模具鑄造、沙模、模壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、熔模鑄造、或這 些方法的組合。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在填充所述空腔之前彎曲所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一 端、或第二端、或二者都彎曲。
10.一種制造轉(zhuǎn)子的方法，包括 提供具有多個(gè)縱向槽的疊層鋼堆疊；將由高導(dǎo)材料制成的多個(gè)預(yù)成形導(dǎo)體條放在所述縱向槽中，所述多個(gè)導(dǎo)體條的第一和 第二端延伸出所述縱向槽；提供由鋁、鋁合金、鋁復(fù)合材料或這些材料的組合物制成的一對(duì)端環(huán)；以及 將所述多個(gè)預(yù)成形導(dǎo)體條的第一和第二端機(jī)械地結(jié)合至該對(duì)端環(huán)； 其中所述多個(gè)導(dǎo)體條和所述端環(huán)由不同材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造帶有高導(dǎo)電率導(dǎo)體條的感應(yīng)轉(zhuǎn)子的方法以及由此制成的轉(zhuǎn)子。具體地，描述了用在電機(jī)中鋁基材料端環(huán)與高導(dǎo)耐用材料(例如銅)導(dǎo)體條的鼠籠轉(zhuǎn)子及制造它們的方法。所述方法包括通過(guò)鑄造或其它金屬形成方法在疊層鋼堆疊的槽中形成導(dǎo)體條，或者將預(yù)成形或預(yù)制造的固體導(dǎo)體條放入疊層鋼堆疊的縱向槽中，使導(dǎo)體條端部延伸出疊層鋼堆疊，可選地，給導(dǎo)體條的延伸部分涂覆含有Al和一種或多種導(dǎo)體條化學(xué)元素的潛在放熱涂層，將具有導(dǎo)電(條)的疊層鋼堆疊放在形成轉(zhuǎn)子兩個(gè)端環(huán)的空腔的鑄造模具中，給端環(huán)空腔填充鋁液，并允許端環(huán)在壓力下固化?？蛇x地，導(dǎo)體條和端環(huán)可分離地和機(jī)械地結(jié)合在一起。
文檔編號(hào)H02K1/02GK102136783SQ20111002406
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月21日
發(fā)明者E·C·圖伊, M·A·奧斯博恩, Q·王 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司