专利名称：电气设备用转子的预成型导体条上的端部环的制造方法
技术领域：
本方法总体地涉及ー种电气设备用转子组件的制造方法。
背景技术：
包括但不限制于感应电马达的电气设备用转子组件通常包括分层的电钢片堆，其支撑位于纵向沟槽内的多个导体条，沟槽由分层的电钢片堆所限定。导体条向外延伸超出分层的电钢片堆的轴向端部表面。该转子组件包括第一端部环和第二端部环，其位于分层的电钢片堆的相对的轴向端部表面上。第一端部环和第二端部环在分层的电钢片堆的相应的轴线端部表面上电连接导体条的端部。第一端部环和第二端部环可从预先布置在分层堆的纵向沟槽内的预成型导体条的端部上的铝原位铸造而成。
当第一端部环和第二端部环原位鋳造于预成型导体条上时，鋳造端部环和预成型导体条之间的界面接合(即，鋳造端部环和预成型导体条之间的接合)对该转子组件的完整性来说是关键的。例如，如果当端部环被原位鋳造时在预成型导体条上存在有铝氧化物时，铝氧化物可阻止和/或降低原位鋳造端部环和预成型导体条之间的接合的质量。
发明内容
本发明提供了一种用于制造电气设备的转子组件的方法。该方法包括堆叠多个分层的电钢片。该分层的电钢片限定了具有第一端部表面和第二端部表面的分层的堆，第一端部表面被沿中心轴线从第一端部表面轴向间隔开。多个纵向沟槽沿中心轴线在第一端部表面和第二端部表面之间延伸。多个沟槽被关于中心轴线成角度且等距地间隔开。多个导体条中的ー个被布置在多个纵向沟槽的每ー个中，从而多个导体条的每ー个的第一端部向外延伸超出分层的堆的第一端部表面。分层的堆和导体条被定位在模具内，模具具有限定了第一端部环的第一模腔。温度大于约六百六十摄氏度出60で)的液态铝被注射进入模具的第一模腔内。该液态铝在第一模腔内且环绕导体条的第一端部被循环。循环液态铝将导体条加热至等于或大于约三百五十摄氏度(350°C )，这降低了导体条和任何形成于导体条的外表面上的氧化物之间的接合強度，且使得任何位于导体条的外表面上的氧化膜开裂。该方法还包括将使用循环的液态铝将氧化物从导体条的外表面上冲去，和将模具内的液态铝冷却，以形成位于导体条的第一端部上的第一端部环。本发明还提供了一种用于制造电气设备的转子组件的方法。该方法包括堆叠多个分层的电钢片。该分层的电钢片限定了具有第一端部表面和第二端部表面的分层的堆，第ニ端部表面被沿中心轴线从第一端部表面轴向间隔开。多个纵向沟槽沿中心轴线在第一端部表面和第二端部表面之间延伸。多个轴线被关于中心轴线成角度且等距地间隔开。多个导体条中的ー个被布置在多个纵向沟槽的每ー个中，从而多个导体条的每ー个的第一端部向外延伸超出分层的堆的第一端部表面。分层的堆和导体条被布置在模具内，模具具有限定了第一端部环的第一模腔。温度大于约六百六十摄氏度出60で)的液态铝被注射进入模具的第一模腔内。该液态招在第一模腔内且环绕导体条的第一端部被循环。循环液态铝在液态铝和导体条的第一端部之间产生了相对运动，以将导体条加热至等于或大于约三百五十摄氏度(350°C)的温度。加热导体条降低了导体条和任何形成于导体条的外表面上的氧化物之间的接合強度，且使得任何位于该导体条的外表面上的氧化膜开裂。该液态铝被以足以在位于导体条的外表面上的氧化物上产生大于氧化物和导体条之间的接合强度的拉拽カ的速度循环。该液态铝被以小于临界速度的速度循环，以阻止在邻近导体条的表面的液态铝内的表面湍流。液态铝循环通过第一模腔的速度被控制，以将拉拽カ保持在大于接合強度的水平上，而不超过液态铝的临界速度。该方法还包括使用循环的液态铝将氧化物从导体条的外表面上冲去，和将模具内的液态铝冷却，以形成位于导体条的第一端部上的第一端部环。因此，加热后的液态铝被注射入模具的第一模腔，且在模具的第一模腔内绕导体条的第一端部循环。在加热后的液态铝循环通过导体条的第一端部时，加热后的液态铝将导体条迅速加热至至少为三百五十摄氏度(350°C )的温度。形成于导体条上的任何氧化物和导体条自身之间的热膨胀差异导致位于导体条的外表面上的已有的氧化膜开裂。因此， 加热氧化物降低了氧化物和导体条之间的接合強度。氧化膜的开裂以及氧化物和导体条之间的降低的接合強度允许循环的液态铝将氧化物从导体条的外面上冲走，并由此允许当液态铝冷却后，液态铝和导体条之间的高质量的接合。当结合附图时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是轻易地明显的。
图I是转子组件的示意性局部分解透视视图。图2是分层的电钢片的堆的示意性平面图。图3是转子组件的电钢片的示意性平面图。图4是用于鋳造转子组件的端部环的模具的示意性平面图，其示出了位于转子组件的外部直径上的多个切向内浇ロ。图5是用于鋳造转子组件的端部环的模具的示意性平面图，其示出了位于转子组件的内部直径上的多个切向内浇ロ。图6是示出了对液态铝施加磁性力以将液态铝关于分层堆旋转的方法的示意性平面图。图7是示出了对分层的堆施加磁性カ以将分层的堆关于液态铝旋转的方法的示意性平面图。
具体实施例方式參见附图，其中相似的附图标记贯穿若干幅附图标示相似的零件，转子组件被以20总体地示出。该转子组件20用于电气设备，这包括但不限于感应电马达。该转子组件20可被通常称为鼠笼式转子组件20。參见图I和2，该转子组件20包括多个电钢片22。參见图3，电钢片22的每ー个都限定了多个槽24。槽24被关于中心轴线26成角度且等距地布置，靠近电钢片22的外部周界。回到图I和图2，电钢片22被布置为彼此邻近，且关于中心轴线26共心，以限定分层的堆28。分层的堆28包括第一端部表面30和第二端部表面32。第二端部表面32被沿中心轴线26从第一端部表面30间隔开。第一端部表面30和第二端部表面32限定了电钢片22的分层的堆28的相对的轴向端部表面。该槽24被对齐，以在分层的堆28内限定多个纵向沟槽34。纵向沟槽34在第一端部表面30和第二端部表面32之间延伸，且连接第一端部表面30和第二端部表面32。如所知的，纵向沟槽34可沿电钢片22的分层的堆28的长度略微偏斜。电钢片22可包括且由(但不限干)低碳钢制成，低碳钢具有高的硅含量，以降低润流(eddie current)损失,且可被使用绝缘化合物覆盖，以降低可能导致进ー步润流损失的循环电流。该转子组件20还包括多个导体条36。多个纵向沟槽34的每ー个中布置有ー个导体条36。导体条36可包括且由(但不限干)纯铝、锻造铝合金、铝复合材料、铜、铜合金、或ー些其他导电材料制成。导体条36包括至少六百摄氏度出00で)的熔点，以确保导体条36在鋳造转子组件20用的端部环时不熔化，将在下文中对其做更详尽的描述。多个导体条36的姆一个都包括第一端部38和第二端部40。第一端部38沿中心轴线26轴向延伸超出分层的堆28的第一端部表面30。第二端部40沿中心轴线26轴向延伸超出分层的堆28的第二端部表面32。因此，应理解导体条36包括沿中心轴线26的导体长度42，导体长度大于沿中心轴线26的电钢片22的分层的堆28的堆长度44。导体条36的每ー个都可包括在分层的堆28的第一端部表面30和第二端部表面32之间垂直于中心轴线26的一致的横截面形状。如图所不，导体条36在第一端部表面30和第二端部表面32之间的导体条36的一致的横截面形状包括长方形形状。然而，应理解一致的横截面形状可包括一些此处未不出或未描述的其他形状。第一端部环46被布置为抵靠电钢片22的分层的堆28的第一端部表面30且与其邻接。第一端部环46至少部分地环绕且电连接导体条36的每ー个的第一端部38。第二端部环48 (仅在图I中示出)被布置为抵靠电钢片22的分层的堆28的第二端部表面32且与其邻接。第二端部环48至少部分地环绕且电连接导体条36的每ー个的第二端部40。第一端部环46和第二段端部环48都各自被原位铸造于导体条36的第一端部38和导体条36的第二端部40上。优选地，第一端部环46和第二端部环48由纯铝或铸造铝合金原位铸造而成。然而，应理解第一端部环46和第二端部环48可由其他导电材料原位铸造而成。可使用任何为本领域技术人员已知的合适的铸造エ艺铸造第一端部环46和第二端部环48，这包括但不限于模压铸造エ艺、高压模铸エ艺、低压模铸エ艺或砂型浇铸エ艺。本发明还公开了ー种制造转子组件20的方法。该方法包括将多个分层的电钢片22堆叠在一起，以限定分层的堆28。如上，分层的堆28包括第一端部表面30和第二端部表面32。第二端部表面32被沿中心轴线26从第一端部表面30轴向间隔开。电钢片22被以一定的方式一起分层，从而电钢片22的姆ー个中的槽24彼此协作，以限定在第一端部表面30和第二端部表面32之间沿中心轴线26延伸的纵向沟槽34，其中沟槽关于中心轴线26成角度且等距离地间隔开。该方法还包括在纵向沟槽34的每ー个中布置ー个导体条36。导体条36被布置为使得多个导体条36中的每ー个的第一端部38和第二端部40分别向外延伸超出分层的堆28的第一端部表面30和第二端部表面32。下文中描述的方法描述在导体条36的第一端部38上铸造第一端部环46的方法。然而，应理解尽管没有被特别地描述，该方法也适用于在导体条36的第二端部40上鋳造第ニ端部环48。该方法还可包括擦刷导体条36的每ー个的第一端部38，以移除布置在导体条36的外表面上的任何氧化物(诸如铝氧化物)的至少一部分。可通过机械装置以任何合适的方式擦刷导体条36的第一端部38。擦刷导体条36的第一端部38协助打碎和/或移除通常存在于导体条36的外表面上的氧化膜。该方法还包括将带有多个导体条36的分层的堆28布置在模具或模型中。模具包括限定了第一端部环46的第一模腔，以及限定了第二端部环48的第二模腔。模具可具有用于铸造第一端部环46和/或第二端部环48的任何合适形状和/或尺寸，且可依赖于用于铸造第一端部环46和/或第二端部环48的铸造过程。该方法还包括将液态铝注射入模具的第一模腔中。液态铝可包括但不限于纯铝材料、导体级别锻造铝合金材料、铸造铝合金材料中的ー种。在注射进入第一模腔之前，将液 态铝加热至大于约六百六十摄氏度出60で)的温度。液态铝被使用任何合适的方式注射进入第一模腔，这取决于所使用的具体铸造过程。參见图4和5，注射液态铝可包括如流动箭头50总体所示将液态铝通过切向取向的内浇ロ 52切向注射进入第一模腔。切向取向的内浇ロ 52可被布置在第一模腔的外部直径54处(如图4所示)，或第一模腔的内部直径处(如图5所示)。这样的话，将液态铝注射进入第一模腔还可被限定为将液态铝通过至少ー个布置在第一模腔的外部直径54处的切向取向的内烧ロ 52注射进入第一模腔,或将液态招通过至少ー个布置在第一模腔的内部直径56处的切向取向的内浇ロ 52注射进入第一模腔。将液态铝合金切向注射进入第一模腔引起位于第一模腔内且关于导体条36的第一端部38的液态铝的环状或圆形的流动，其由流动箭头58总体地示出。因此，液态铝在模具内环绕第一模腔流动，并由此持续地流动经过导体条36的第一端部38。液态铝在第一模腔内且环绕导体条36的第一端部38循环，以将导体条36和形成于其上的氧化物加热至等于或大于约三百五十摄氏度(350°C)的温度。加热导体条36和形成于其上的氧化物至350°C降低了导体条36和形成于导体条36的外表面上的氧化物之间的接合強度。此外，加热导体条36和形成于其上的氧化物至350°C使得氧化膜层开裂，使得氧化膜层的移除更加容易。氧化膜层由于导体条36和位于导体条36上的氧化膜之间的热膨胀的不同而开裂，即，氧化膜以和导体条36不同的速率膨胀，导致氧化膜开裂且破裂。循环液态铝包括在液态铝和导体条36的第一端部38之间产生相对运动。在液态铝和导体条36的第一端部38之间的相对运动可通过移动液态铝以产生液态铝和导体条36的第一端部38之间的相对移动而实现，也可通过移动导体条36以产生液态铝和导体条36的第一端部38之间的相对移动而实现。该液态铝被以足以在位于导体条36的外表面上的氧化物上产生大于氧化物和导体条36之间的接合强度的拉拽カ的速度循环。以足以产生大于接合强度的拉拽カ的速度循环液态铝允许循环液态铝以从导体条36的外表面上去除氧化物。可通过下列公式I来计算出拉拽カ=-CdpV2 a
上I )
其中Fd是拉拽力，Cd是拉拽系数、P是液态铝的流体密度，V是液态铝在第一模腔内循环的速度，而A是循环的液态铝和导体条36的第一端部38之间的界面面积。拉拽系数Q3是无量纲数(或无因次数？)，其取决于于固体物件的形状且可能取决于液态铝的雷诺数(Reynolds Number)。对于平行于平板的瑞流而言，拉拽系数Cd等于0. 005,而对于平行于平板的层流而言，该拉拽系数Cd等于0. 001。可通过下列公式2计算出液态铝的速度(V)
权利要求
1.一种用于制造电气设备的转子组件的方法，该方法包括 堆叠多个分层的电钢片以限定具有第一端部表面和被沿中心轴线从所述第一端部表面轴向间隔开的第二端部表面的分层的堆，和在所述第一端部表面和所述第二端部表面之间沿所述中心轴线延伸的多个纵向沟槽，其中所述多个沟槽被从所述中心轴线成角度且等距离地间隔开； 将所述多个导体条中的一个定位在所述多个纵向沟槽的每一个中，从而所述多个导体条的每一个的第一端部向外延伸超出所述分层的堆的第一端部表面； 将所述分层的堆和导体条定位在模具内，所述模具具有限定了第一端部环的第一模腔；将温度大于约六百六十摄氏度^60°C )的液态铝注射进入所述模具的第一模腔内；在所述第一模腔内且绕所述导体条的第一端部循环所述液态铝，以将所述导体条加热至等于或大于约三百五十摄氏度(350°C)的温度，以降低导体条和任何形成于导体条的外表面上的氧化物之间的接合强度，且使得任何位于所述导体条的外表面上的氧化膜开裂；利用循环液态铝将氧化物从所述导体条的外表面冲走；和冷却位于所述模具中的液态铝，以在所述导体条的第一端部上形成第一端部环。.
2.如权利要求I所述的方法，其中循环液态铝还被限定为以足以在位于所述导体条的外表面上的氧化物上产生大于所述氧化物和导体条之间的接合强度的拉拽力的速度循环液态铝。
3.如权利要求2所述的方法，其中在所述第一模腔中循环液态铝还被限定为以小于临界速度的速度在所述第一模腔内循环所述液态铝，以阻止在邻近导体条的表面的液态铝内的表面湍流。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括通过调节液态铝的注射压力、一个或多个注射内浇口的横截面面积、或液态铝被注射进入第一模腔所通过的注射内浇口的数量中的至少一种方式来控制在第一模腔内循环的液态招的速度。
5.如权利要求3所述的方法，其中循环液态铝包括在所述液态铝和所述导体条的第一端部之间产生相对运动。
6.如权利要求5所述的方法，其中循环液态铝包括移动所述液态铝以在所述液态铝和所述导体条的第一端部之间产生相对运动。
7.如权利要求5所述的方法，其中循环液态铝包括移动所述导体条以在所述液态铝和所述导体条的第一端部之间产生相对运动。
8.如权利要求3所述的方法，其中注射液态铝进一步被限定为通过位于所述第一模腔的外部直径或内部直径中的一个上的切向取向的内浇口将所述液态铝切向注射进入所述第一模腔中，以产生所述液态铝在所述第一模腔内且绕所述导体条的第一端部的环状流动。
9.如权利要求8所述的方法，其中将液态铝注射进入所述第一模腔进一步被限定为将所述液态铝通过切向布置于所述第一模腔的外部直径上的至少一个内浇口注射进入所述第一模腔。
10.如权利要求3所述的方法，其中在所述第一模腔内循环所述液态铝包括对第一模腔内的液态铝或分层的堆中的一个施加磁性力，以产生液态铝或分层的堆中的一个相对于液态铝和分层的堆中的另ー个的旋转，从而产生在所述液态铝和所述导体条之间的相对 运动。
全文摘要
一种制造转子组件的方法包括将带有多个导体条的电钢片的分层的堆布置在模具中，该导体条位于分层的堆限定的纵向沟槽内，和在导体条的端部上原位铸造端部环。为了原位铸造端部环，将加热后的液态铝注射进入限定端部环的模腔内，和在模腔内且环绕导体条的端部循环，以在液态铝和导体条的端部之间产生相对运动，以加热导体条和将氧化物从导体条的外表面上冲走。
文档编号H02K15/02GK102651590SQ20121004312
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者Q.王, R.J.奥斯波恩, Y.王 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司