專利名稱：感應(yīng)轉(zhuǎn)子組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造感應(yīng)轉(zhuǎn)子組件的方法和根據(jù)該方法制造的感應(yīng)轉(zhuǎn)子組件。
背景技術(shù)：
交流(AC)感應(yīng)馬達(dá)是電馬達(dá)的一種具體類型，其使用感應(yīng)電流以使得馬達(dá)的轉(zhuǎn)子的一些部分在馬達(dá)運(yùn)行期間磁化。感應(yīng)電流流過導(dǎo)體條，所述導(dǎo)體條平行于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線并圍繞轉(zhuǎn)子芯部的周邊。制造感應(yīng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子的公知方法耗時(shí)且相對(duì)昂貴。一種常見的實(shí)際操作是將預(yù)先制造的導(dǎo)體條和短路環(huán)組裝到疊片堆疊結(jié)構(gòu)上并將組件釬焊在一起。該方法很費(fèi)時(shí)。另一公知的方法是繞轉(zhuǎn)子堆疊結(jié)構(gòu)在模具中將短路環(huán)和導(dǎo)體條壓鑄在一起。對(duì)于某些材料，例如銅，壓鑄難以在保持鑄造部件完整性的同時(shí)執(zhí)行，因?yàn)殂~趨于與壓模的表面起反應(yīng)。導(dǎo)體條相對(duì)于端環(huán)部分的不同體積也會(huì)導(dǎo)致多孔性問題。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種制造轉(zhuǎn)子組件的方法和可以根據(jù)該方法制造的轉(zhuǎn)子組件。該方法包括將大致圓柱形的轉(zhuǎn)子芯部置于壓模中。轉(zhuǎn)子芯部具有繞轉(zhuǎn)子芯部的周邊間隔開的軸向溝槽。溝槽可以通過堆疊的層疊盤片形成。在壓模中圍繞環(huán)形轉(zhuǎn)子芯部鑄造材料，從而鑄造的材料形成填充溝槽的導(dǎo)體條和在轉(zhuǎn)子芯部的相對(duì)端部處與該導(dǎo)體條連接的第一端環(huán)部分。每一個(gè)第一端環(huán)部分基本上具有第一軸向?qū)挾?。具有鑄造的導(dǎo)體條和鑄造的第一端環(huán)部分的轉(zhuǎn)子芯部隨后從壓模中去除。相應(yīng)的第二端環(huán)部分焊接到每一個(gè)鑄造的第一端環(huán)部分以形成端環(huán)組件。每一個(gè)第二端環(huán)部分具有比第一軸向?qū)挾雀蟮牡诙S向?qū)挾?。第二端環(huán)部分可以通過旋轉(zhuǎn)焊接而焊接到第一端環(huán)部分。旋轉(zhuǎn)焊接在使得不同材料彼此焊接方面有利。也可以在該方法中使用其他焊接過程。可以通過機(jī)加工去除焊道或焊瘤。例如，可以使用摩擦攪拌焊、氣體保護(hù)金屬極電弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、激光束焊接或電子束焊接。僅鑄造導(dǎo)體條和非常薄的第一端環(huán)部分允許材料更快地填充在轉(zhuǎn)子芯部中的槽道中，潛在地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體條中的低多孔性和裂紋。此外，可以減小端環(huán)組件的多孔性，尤其是在第一端環(huán)部分和導(dǎo)體條的接合部處。第二端環(huán)部分可以通過一些其他方法制造(鑄造、機(jī)加工等)以提供無多孔性的圈形部分。第二端環(huán)部分可使用非常簡(jiǎn)單的固定結(jié)構(gòu)附接在鑄造疊片堆疊結(jié)構(gòu)上，因?yàn)閷?dǎo)體條已經(jīng)結(jié)合到疊片堆疊結(jié)構(gòu)而不是處于松散狀態(tài)，所以不需要特別的固定結(jié)構(gòu)來提供將松散的第二端環(huán)部分保持在轉(zhuǎn)子芯部中的力。轉(zhuǎn)子組件鑄造部分的多孔性，與具有鑄造到導(dǎo)體條的較厚端部部分的轉(zhuǎn)子組件相比，減小。消除了由于轉(zhuǎn)子芯部中的槽道和導(dǎo)體條之中的容許間隙造成的振動(dòng)問題和能量損失。鑄造過程壓模的壽命可以改善，因?yàn)殍T造到導(dǎo)體條的端環(huán)的軸向?qū)挾葴p小。導(dǎo)體條在疊片堆疊結(jié)構(gòu)中的鑄造過程也簡(jiǎn)化了固有的焊接過程，因?yàn)榭梢允褂孟鄬?duì)簡(jiǎn)單的固定結(jié)構(gòu)在外表面上將轉(zhuǎn)子芯部與鑄造的導(dǎo)體條和第一端環(huán)部分保持，而不用提供保持疊片堆疊結(jié)構(gòu)從而在疊片上保持特定壓力時(shí)兩端環(huán)被焊接的壓力。這提供了比使用插入的導(dǎo)體條的其他組裝方法更快的循環(huán)時(shí)間。鑄造過程消除了導(dǎo)體條擠出成本、拉直并切割到定長和插入到槽道中的成本。在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是轉(zhuǎn)子組件的示意性分解透視圖；圖2是經(jīng)堆疊以形成圖I的轉(zhuǎn)子芯部的層疊盤片的示意性透視圖；圖3是壓模的示意性橫截面圖，其中，導(dǎo)體條和第一端環(huán)部分鑄造在轉(zhuǎn)子芯部上；圖4是完成的轉(zhuǎn)子組件的示意性分解視圖；圖5是沿圖4的5-5線截取的在機(jī)加工焊道之前的轉(zhuǎn)子組件的示意性橫截面部分 視圖；和圖6是制造圖4的轉(zhuǎn)子組件的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參見附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在多幅圖中代表相同的部件，圖I以分解視圖顯示了感應(yīng)轉(zhuǎn)子組件10。轉(zhuǎn)子組件10包括大致圓柱形的轉(zhuǎn)子芯部12。轉(zhuǎn)子芯部12是高磁性鋼制成的相同薄板14的疊片堆疊結(jié)構(gòu)，在本文中也稱為盤片，如圖2所示，其中，轉(zhuǎn)子芯部12的一些薄板14顯示為被堆疊以至少部分地形成如圖I所示的轉(zhuǎn)子芯部12。每一個(gè)板14具有繞其周邊17間隔開的凹槽16。在板14堆疊在一起時(shí)，每一個(gè)板14的凹槽16與相鄰板14中的凹槽16對(duì)準(zhǔn)，以限定繞轉(zhuǎn)子芯部12的外表面22的周邊20間隔開且與中心軸線平行的軸向溝槽18，所述中心軸線也是轉(zhuǎn)子組件10的旋轉(zhuǎn)軸線24，如圖I所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解如何用堆疊的薄板制造轉(zhuǎn)子芯部。參見圖1，轉(zhuǎn)子組件10通過在轉(zhuǎn)子芯部12周圍鑄造材料以填充溝槽18、由此形成導(dǎo)體條26而被制造。同一材料還形成第一端環(huán)部分28、29，所述第一端環(huán)部分在導(dǎo)體條26的相對(duì)端部30、32處與導(dǎo)體條26同時(shí)地鑄造且與之成一體。第一端環(huán)部分28、29由此將導(dǎo)體條26彼此電連接。導(dǎo)體條26在溝槽18中被板14基本上包圍，導(dǎo)體條26的外面被露出。圖3顯示了被置于壓模27中的轉(zhuǎn)子芯部12，所述壓模具有第一壓模半部31和第二壓模半部33。箭頭35所代表的熔化的材料通過入口 37被放置到壓模27中。材料可以是銅合金。材料在填充溝槽18之后快速地填充轉(zhuǎn)子芯部12和壓模半部31、33之間的相對(duì)小的空腔39。材料在空腔39中形成第一端環(huán)部分28、29且材料在溝槽18中形成圖I的導(dǎo)體條26。在這種情況下，壓模27中的門與溝槽18距離較近，形成直接壓力施加且用液體金屬填滿溝槽18。這可以允許槽道16的寬度減少和圍繞轉(zhuǎn)子芯部12的槽道16的數(shù)量增加。因?yàn)榭涨?9相對(duì)小，所以它們被相對(duì)快速地填充材料且在溝槽18中減少過早固化，這種過早固化在對(duì)于鑄造較厚的端環(huán)來說必要的大空腔的情況下會(huì)發(fā)生。由此，溝槽18和空腔39中鑄造的材料更均勻地固化，這可以減少導(dǎo)體條26的多孔性和潛在破裂，增加整體的鑄造導(dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29的完整性。導(dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29的接合部處的多孔性，與在較厚端環(huán)部分鑄造有導(dǎo)體條26時(shí)的這些接合部相比，也減小。減小的多孔性改善導(dǎo)電性并簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)子平衡，這可以極大地改善電和機(jī)械性能。與填充更大的空腔相比，較小的空腔39也可以增加壓模27的壽命，因?yàn)槟＞呖涨?9中的熔化的材料將比更大空腔的情況凝固更快。相對(duì)小的空腔39允許熔化的材料冷卻更快，由此允許穩(wěn)態(tài)制造系統(tǒng)在更低溫度下運(yùn)行。另外，熔化的材料具有更少的時(shí)間與壓模27在模具空腔39處的表面材料進(jìn)行不利的反應(yīng)或?qū)λ霰砻娌牧线M(jìn)行腐蝕。因?yàn)閷?dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29通過鑄造過程簡(jiǎn)單地一體制造，第二端環(huán)部分40、42的附接使用非常簡(jiǎn)單的固定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)閷?dǎo)體條26已經(jīng)通過鑄造而結(jié)合到芯部12，所以不需要如傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子組件制造過程中的松散導(dǎo)體條那樣將導(dǎo)體條26的端部對(duì)準(zhǔn)第二端環(huán)部分中的任何槽道。另外，因?yàn)閷?dǎo)體條26鑄造到轉(zhuǎn)子芯部12，所以導(dǎo)體條26和溝槽18之間的任何間隙被消除，且同樣消除了振動(dòng)和導(dǎo)致的噪聲和能量損耗的可能性。在鑄造之后，具有鑄造導(dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29的芯部12從壓模27去除。參見圖5，每一個(gè)導(dǎo)體條26具有第一厚度34，該第一厚度與圖2所示的每一個(gè)軸向溝槽18的厚度相同。第一端環(huán)部分28、29相對(duì)較薄，具有圖5所示的第一軸向?qū)挾?6。第一端環(huán)部分29也基本上具有第一軸向?qū)挾?6。第一軸向?qū)挾?6基本上與導(dǎo)體條26的第一厚度 34相同。保持第一端環(huán)部分28、29的相對(duì)薄的第一軸向?qū)挾?6使得導(dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29能圍繞轉(zhuǎn)子芯部12同時(shí)鑄造，如在下文詳述的。第一端環(huán)部分28、29的第一軸向?qū)挾?6不足以用于攜帶所有電流也不不足以用于轉(zhuǎn)子組件10的運(yùn)行所必要的足夠熱傳遞。因而，在第一端環(huán)部分28、29和導(dǎo)體條26的鑄造完成之后，第二端環(huán)部分40、42焊接到相對(duì)的第一端環(huán)部分28、29。第二端環(huán)部分40、42可以被鑄造、鍛造或用棒料機(jī)加工。第二端環(huán)部分40、42可以是與第一端環(huán)部分28、29相同的材料，或可以是不同材料。材料選擇可以取決于使用的焊接過程，如下文所述的。第二端環(huán)部分40、42每一個(gè)具有第二軸向?qū)挾?3，其至少是寬度36的兩倍大，如針對(duì)第二端環(huán)部分40在圖5所示的。參見圖1，第二端環(huán)部分40、42通過固定結(jié)構(gòu)(未示出)被抵靠第一端環(huán)部分28、29的表面44、46放置。第二端環(huán)部分40、42隨后通過任何已知的焊接過程焊接到第一端環(huán)部分28、29。焊接到第一端環(huán)部分28、29的第二端環(huán)部分40、42被稱為端環(huán)組件52、54，其每一個(gè)具有至少是第一端環(huán)部分28、29的第一軸向?qū)挾?6三倍的軸向?qū)挾?6，如圖5所示。第一端環(huán)部分28、29與導(dǎo)體條26—體地鑄造的過程允許芯部12通過相對(duì)簡(jiǎn)單的固定結(jié)構(gòu)支撐，所述固定結(jié)構(gòu)在圖I所示的外表面57處將芯部12與鑄造導(dǎo)體條26和端環(huán)部分28、29保持在一起。不需要更復(fù)雜的固定結(jié)構(gòu)，這種更復(fù)雜的固定結(jié)構(gòu)通常用于提供壓力以將堆疊的板14保持在一起，板14已經(jīng)由于鑄造的結(jié)果通過鑄造導(dǎo)體條26和端環(huán)28、29而作為一個(gè)單元保持在一起。與其他轉(zhuǎn)子組裝方法(其中導(dǎo)體條簡(jiǎn)單地插入到轉(zhuǎn)子芯部中的溝槽中)比較，這提供了更快的焊接循環(huán)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)施例中，第二端環(huán)部分40、42旋轉(zhuǎn)焊接到第一端環(huán)部分28、29。旋轉(zhuǎn)焊接的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是第二端環(huán)部分40、42可以是與第一端環(huán)部分28、29不同的材料，這提供了轉(zhuǎn)子組件10的設(shè)計(jì)和特點(diǎn)的靈活性。在旋轉(zhuǎn)焊接期間，第二端環(huán)部分40、42旋轉(zhuǎn)以被焊接到具有導(dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29的固定(S卩，靜止)芯部12。(盡管轉(zhuǎn)子組件是靜止的但端環(huán)旋轉(zhuǎn))。圖4和5顯示了旋轉(zhuǎn)焊接導(dǎo)致了在跨過第一端環(huán)部分28的整個(gè)表面44的焊接區(qū)域50。在端環(huán)組件52的外表面62處的焊道60 (也稱為焊瘤)通過以任何已知方法機(jī)加工外表面62而去除。在端環(huán)組件52的內(nèi)表面66處的焊道64或焊瘤通過機(jī)加工內(nèi)表面66也可以被去除。替換地，焊道64可以保持不被處理以潛在地增加端環(huán)組件52的結(jié)構(gòu)完整性。第二端環(huán)部分40、42到第一端環(huán)部分28、29的焊接也可以通過其他已知焊接過程實(shí)現(xiàn)。例如，可以使用摩擦攪拌焊、氣體保護(hù)金屬極電弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、激光束焊接或電子束焊接。在這些情況下，焊接將集中在外表面62處，且可選地在內(nèi)表面66處。焊接區(qū)域可以更多地限制到在表面62、66處的區(qū)域而不像旋轉(zhuǎn)焊接那樣延伸跨過整個(gè)表面44。對(duì)于旋轉(zhuǎn)焊接，除去焊道60、62中的一個(gè)或二者可以通過機(jī)加工表面62、66實(shí)現(xiàn)。圖6顯示了制造圖4的轉(zhuǎn)子組件10的方法100的流程圖。方法100包括圖塊102，堆疊層疊的盤片14以形成轉(zhuǎn)子芯部12。在圖塊104，轉(zhuǎn)子芯部12置于壓模27中。在圖塊106，導(dǎo)體條26和第一端環(huán)部分28、29隨后通過將材料(例如，銅合金)放置到壓模27中而圍繞環(huán)形轉(zhuǎn)子芯部被鑄造。導(dǎo)體條26填充轉(zhuǎn)子芯部12的溝槽18且與第一端環(huán)部分28、29成一體。在圖塊108，具有被鑄造的端環(huán)部分28、29的芯部12隨后從壓模27去除。在圖塊110，第二端環(huán)部分40、42隨后焊接到被鑄造的第一端環(huán)部分28、29以形成端環(huán)組件52、54。第二端環(huán)部分40、42至少是第一端環(huán)部分28、29兩倍厚，且可以厚更多倍。在圖塊112，焊 瘤或焊道隨后從端環(huán)組件52、54的外表面62被機(jī)加工。可選地，在圖塊114，如上所述，焊瘤或焊道可以從端環(huán)組件52、54的內(nèi)表面66被機(jī)加工。盡管已經(jīng)對(duì)執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實(shí)施本發(fā)明的許多替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種制造轉(zhuǎn)子組件的方法，包括 將大致圓柱形的轉(zhuǎn)子芯部置于壓模中；其中，轉(zhuǎn)子芯部具有繞轉(zhuǎn)子芯部的周邊間隔開的軸向溝槽； 在壓模中圍繞環(huán)形轉(zhuǎn)子芯部鋳造材料，從而被鋳造的材料形成填充溝槽的導(dǎo)體條和在轉(zhuǎn)子芯部的相對(duì)端部處與導(dǎo)體條連接的第一端環(huán)部分；其中，每ー個(gè)第一端環(huán)部分基本上具有第一軸向?qū)挾龋? 從壓模去除具有鋳造的導(dǎo)體條和鋳造的第一端環(huán)部分的轉(zhuǎn)子芯部；和將相應(yīng)的第二端環(huán)部分焊接到每ー個(gè)鋳造的第一端環(huán)部分以形成端環(huán)組件；其中，每ー個(gè)第二端環(huán)部分具有比第一軸向?qū)挾却蟮牡诙S向?qū)挾取?br> 2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，焊接為旋轉(zhuǎn)焊接。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，焊接是摩擦攪拌焊、氣體保護(hù)金屬極電弧焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、激光束焊接和電子束焊接中的ー種。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括 在焊接之后在被焊接的端環(huán)部分的外表面處機(jī)加工焊道。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，進(jìn)ー步包括 在焊接之后在被焊接的端環(huán)部分的內(nèi)表面處機(jī)加工焊道。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，形成導(dǎo)體條和第一端環(huán)部分的材料是銅合金。
7.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，每ー個(gè)導(dǎo)體條基本上具有第一厚度；和其中，第一軸向?qū)挾然旧吓c第一厚度相同。
8.—種制造轉(zhuǎn)子組件的方法，包括 堆疊層疊的盤片以形成轉(zhuǎn)子芯部； 將轉(zhuǎn)子芯部置于壓模中；其中，轉(zhuǎn)子芯部限定出軸線且具有繞轉(zhuǎn)子芯部的周邊間隔開的溝槽； 將銅合金置于壓模中，以圍繞環(huán)形轉(zhuǎn)子芯部鋳造導(dǎo)體條和第一端環(huán)部分，從而導(dǎo)體條填充溝槽，第一端環(huán)部分在轉(zhuǎn)子芯部的相對(duì)端部處，且導(dǎo)體條連接第一端環(huán)部分；其中，每一個(gè)端環(huán)部分基本上具有第一軸向?qū)挾龋? 從壓模去除具有鋳造的導(dǎo)體條和鋳造的第一端環(huán)部分的轉(zhuǎn)子芯部； 將第二端環(huán)部分焊接到鋳造的第一端環(huán)部分，以形成端環(huán)組件，每ー個(gè)端環(huán)組件具有基本上至少是第一軸向?qū)挾热洞蟮妮S向?qū)挾?；和在第二端環(huán)部分處機(jī)加工焊瘤。
9.ー種轉(zhuǎn)子組件，包括 環(huán)形轉(zhuǎn)子芯部，其限定出軸線，且具有帶周邊的外表面和繞轉(zhuǎn)子芯部的周邊間隔開的溝槽； 在溝槽中鋳造的銅合金，以限定出彼此連接的導(dǎo)體條和在導(dǎo)體條的相對(duì)端部處與導(dǎo)體條成整體的第一端環(huán)部分；和 第二端環(huán)部分，焊接到鋳造的第一端環(huán)部分。
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子組件，其中，每ー個(gè)導(dǎo)體條基本上具有第一厚度，其中，與導(dǎo)體條成整體的每ー個(gè)第一端環(huán)部分基本上具有與第一厚度基本上相同的第一軸向?qū)挾龋缓推渲?，每ー個(gè)第二端環(huán)部分基本上具有是第一軸向?qū)?度至少兩倍的第二軸向?qū)挾取?br> 全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)轉(zhuǎn)子組件及其制造方法。所述制造轉(zhuǎn)子組件的方法包括將大致圓柱形的轉(zhuǎn)子芯部置于壓模中。轉(zhuǎn)子芯部具有繞轉(zhuǎn)子芯部的周邊間隔開的軸向溝槽。溝槽可以通過堆疊層疊的盤片形成。在壓模中圍繞環(huán)形轉(zhuǎn)子芯部鑄造材料，從而鑄造的材料形成填充溝槽的導(dǎo)體條和在轉(zhuǎn)子芯部的相對(duì)端部處與該導(dǎo)體條連接的第一端環(huán)部分。每一個(gè)第一端環(huán)部分基本上具有第一軸向?qū)挾?。具有鑄造的導(dǎo)體條和鑄造的第一端環(huán)部分的轉(zhuǎn)子芯部隨后從壓模中去除。相應(yīng)的第二端環(huán)部分焊接到每一個(gè)鑄造的第一端環(huán)部分以形成端環(huán)組件。每一個(gè)第二端環(huán)部分具有比第一軸向?qū)挾却蟮牡诙S向?qū)挾取?br> 文檔編號(hào)H02K1/22GK102801259SQ20121015892
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者R.M.克萊伯, J.S.阿加皮奧 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司