专利名称：感应转子组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及制造感应转子组件的方法和根据该方法制造的感应转子组件。
背景技术：
交流(AC)感应马达是电马达的一种具体类型，其使用感应电流以使得马达的转子的一些部分在马达运行期间磁化。感应电流流过导体条，所述导体条平行于转子的旋转轴线并围绕转子芯部的周边。制造感应马达转子的公知方法耗时且相对昂贵。一种常见的实际操作是将预先制造的导体条和短路环组装到叠片堆叠结构上并将组件钎焊在一起。该方法很费时。另一公知的方法是绕转子堆叠结构在模具中将短路环和导体条压铸在一起。对于某些材料，例如铜，压铸难以在保持铸造部件完整性的同时执行，因为铜趋于与压模的表面起反应。导体条相对于端环部分的不同体积也会导致多孔性问题。
发明内容
提供一种制造转子组件的方法和可以根据该方法制造的转子组件。该方法包括将大致圆柱形的转子芯部置于压模中。转子芯部具有绕转子芯部的周边间隔开的轴向沟槽。沟槽可以通过堆叠的层叠盘片形成。在压模中围绕环形转子芯部铸造材料，从而铸造的材料形成填充沟槽的导体条和在转子芯部的相对端部处与该导体条连接的第一端环部分。每一个第一端环部分基本上具有第一轴向宽度。具有铸造的导体条和铸造的第一端环部分的转子芯部随后从压模中去除。相应的第二端环部分焊接到每一个铸造的第一端环部分以形成端环组件。每一个第二端环部分具有比第一轴向宽度更大的第二轴向宽度。第二端环部分可以通过旋转焊接而焊接到第一端环部分。旋转焊接在使得不同材料彼此焊接方面有利。也可以在该方法中使用其他焊接过程。可以通过机加工去除焊道或焊瘤。例如，可以使用摩擦搅拌焊、气体保护金属极电弧焊、钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊、激光束焊接或电子束焊接。仅铸造导体条和非常薄的第一端环部分允许材料更快地填充在转子芯部中的槽道中，潜在地实现导体条中的低多孔性和裂纹。此外，可以减小端环组件的多孔性，尤其是在第一端环部分和导体条的接合部处。第二端环部分可以通过一些其他方法制造(铸造、机加工等)以提供无多孔性的圈形部分。第二端环部分可使用非常简单的固定结构附接在铸造叠片堆叠结构上，因为导体条已经结合到叠片堆叠结构而不是处于松散状态，所以不需要特别的固定结构来提供将松散的第二端环部分保持在转子芯部中的力。转子组件铸造部分的多孔性，与具有铸造到导体条的较厚端部部分的转子组件相比，减小。消除了由于转子芯部中的槽道和导体条之中的容许间隙造成的振动问题和能量损失。铸造过程压模的寿命可以改善，因为铸造到导体条的端环的轴向宽度减小。导体条在叠片堆叠结构中的铸造过程也简化了固有的焊接过程，因为可以使用相对简单的固定结构在外表面上将转子芯部与铸造的导体条和第一端环部分保持，而不用提供保持叠片堆叠结构从而在叠片上保持特定压力时两端环被焊接的压力。这提供了比使用插入的导体条的其他组装方法更快的循环时间。铸造过程消除了导体条挤出成本、拉直并切割到定长和插入到槽道中的成本。在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解本发明的上述特征和优点以及其他的特征和优点。
图I是转子组件的示意性分解透视图；图2是经堆叠以形成图I的转子芯部的层叠盘片的示意性透视图；图3是压模的示意性横截面图，其中，导体条和第一端环部分铸造在转子芯部上；图4是完成的转子组件的示意性分解视图；图5是沿图4的5-5线截取的在机加工焊道之前的转子组件的示意性横截面部分 视图；和图6是制造图4的转子组件的方法的流程图。
具体实施例方式参见附图，其中相同的附图标记在多幅图中代表相同的部件，图I以分解视图显示了感应转子组件10。转子组件10包括大致圆柱形的转子芯部12。转子芯部12是高磁性钢制成的相同薄板14的叠片堆叠结构，在本文中也称为盘片，如图2所示，其中，转子芯部12的一些薄板14显示为被堆叠以至少部分地形成如图I所示的转子芯部12。每一个板14具有绕其周边17间隔开的凹槽16。在板14堆叠在一起时，每一个板14的凹槽16与相邻板14中的凹槽16对准，以限定绕转子芯部12的外表面22的周边20间隔开且与中心轴线平行的轴向沟槽18，所述中心轴线也是转子组件10的旋转轴线24，如图I所示。本领域技术人员理解如何用堆叠的薄板制造转子芯部。参见图1，转子组件10通过在转子芯部12周围铸造材料以填充沟槽18、由此形成导体条26而被制造。同一材料还形成第一端环部分28、29，所述第一端环部分在导体条26的相对端部30、32处与导体条26同时地铸造且与之成一体。第一端环部分28、29由此将导体条26彼此电连接。导体条26在沟槽18中被板14基本上包围，导体条26的外面被露出。图3显示了被置于压模27中的转子芯部12，所述压模具有第一压模半部31和第二压模半部33。箭头35所代表的熔化的材料通过入口 37被放置到压模27中。材料可以是铜合金。材料在填充沟槽18之后快速地填充转子芯部12和压模半部31、33之间的相对小的空腔39。材料在空腔39中形成第一端环部分28、29且材料在沟槽18中形成图I的导体条26。在这种情况下，压模27中的门与沟槽18距离较近，形成直接压力施加且用液体金属填满沟槽18。这可以允许槽道16的宽度减少和围绕转子芯部12的槽道16的数量增加。因为空腔39相对小，所以它们被相对快速地填充材料且在沟槽18中减少过早固化，这种过早固化在对于铸造较厚的端环来说必要的大空腔的情况下会发生。由此，沟槽18和空腔39中铸造的材料更均匀地固化，这可以减少导体条26的多孔性和潜在破裂，增加整体的铸造导体条26和第一端环部分28、29的完整性。导体条26和第一端环部分28、29的接合部处的多孔性，与在较厚端环部分铸造有导体条26时的这些接合部相比，也减小。减小的多孔性改善导电性并简化转子平衡，这可以极大地改善电和机械性能。与填充更大的空腔相比，较小的空腔39也可以增加压模27的寿命，因为模具空腔39中的熔化的材料将比更大空腔的情况凝固更快。相对小的空腔39允许熔化的材料冷却更快，由此允许稳态制造系统在更低温度下运行。另外，熔化的材料具有更少的时间与压模27在模具空腔39处的表面材料进行不利的反应或对所述表面材料进行腐蚀。因为导体条26和第一端环部分28、29通过铸造过程简单地一体制造，第二端环部分40、42的附接使用非常简单的固定结构实现。因为导体条26已经通过铸造而结合到芯部12，所以不需要如传统转子组件制造过程中的松散导体条那样将导体条26的端部对准第二端环部分中的任何槽道。另外，因为导体条26铸造到转子芯部12，所以导体条26和沟槽18之间的任何间隙被消除，且同样消除了振动和导致的噪声和能量损耗的可能性。在铸造之后，具有铸造导体条26和第一端环部分28、29的芯部12从压模27去除。参见图5，每一个导体条26具有第一厚度34，该第一厚度与图2所示的每一个轴向沟槽18的厚度相同。第一端环部分28、29相对较薄，具有图5所示的第一轴向宽度36。第一端环部分29也基本上具有第一轴向宽度36。第一轴向宽度36基本上与导体条26的第一厚度 34相同。保持第一端环部分28、29的相对薄的第一轴向宽度36使得导体条26和第一端环部分28、29能围绕转子芯部12同时铸造，如在下文详述的。第一端环部分28、29的第一轴向宽度36不足以用于携带所有电流也不不足以用于转子组件10的运行所必要的足够热传递。因而，在第一端环部分28、29和导体条26的铸造完成之后，第二端环部分40、42焊接到相对的第一端环部分28、29。第二端环部分40、42可以被铸造、锻造或用棒料机加工。第二端环部分40、42可以是与第一端环部分28、29相同的材料，或可以是不同材料。材料选择可以取决于使用的焊接过程，如下文所述的。第二端环部分40、42每一个具有第二轴向宽度43，其至少是宽度36的两倍大，如针对第二端环部分40在图5所示的。参见图1，第二端环部分40、42通过固定结构(未示出)被抵靠第一端环部分28、29的表面44、46放置。第二端环部分40、42随后通过任何已知的焊接过程焊接到第一端环部分28、29。焊接到第一端环部分28、29的第二端环部分40、42被称为端环组件52、54，其每一个具有至少是第一端环部分28、29的第一轴向宽度36三倍的轴向宽度56，如图5所示。第一端环部分28、29与导体条26—体地铸造的过程允许芯部12通过相对简单的固定结构支撑，所述固定结构在图I所示的外表面57处将芯部12与铸造导体条26和端环部分28、29保持在一起。不需要更复杂的固定结构，这种更复杂的固定结构通常用于提供压力以将堆叠的板14保持在一起，板14已经由于铸造的结果通过铸造导体条26和端环28、29而作为一个单元保持在一起。与其他转子组装方法(其中导体条简单地插入到转子芯部中的沟槽中)比较，这提供了更快的焊接循环时间。在一个实施例中，第二端环部分40、42旋转焊接到第一端环部分28、29。旋转焊接的一个优势是第二端环部分40、42可以是与第一端环部分28、29不同的材料，这提供了转子组件10的设计和特点的灵活性。在旋转焊接期间，第二端环部分40、42旋转以被焊接到具有导体条26和第一端环部分28、29的固定(S卩，静止)芯部12。(尽管转子组件是静止的但端环旋转)。图4和5显示了旋转焊接导致了在跨过第一端环部分28的整个表面44的焊接区域50。在端环组件52的外表面62处的焊道60 (也称为焊瘤)通过以任何已知方法机加工外表面62而去除。在端环组件52的内表面66处的焊道64或焊瘤通过机加工内表面66也可以被去除。替换地，焊道64可以保持不被处理以潜在地增加端环组件52的结构完整性。第二端环部分40、42到第一端环部分28、29的焊接也可以通过其他已知焊接过程实现。例如，可以使用摩擦搅拌焊、气体保护金属极电弧焊、钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊、激光束焊接或电子束焊接。在这些情况下，焊接将集中在外表面62处，且可选地在内表面66处。焊接区域可以更多地限制到在表面62、66处的区域而不像旋转焊接那样延伸跨过整个表面44。对于旋转焊接，除去焊道60、62中的一个或二者可以通过机加工表面62、66实现。图6显示了制造图4的转子组件10的方法100的流程图。方法100包括图块102，堆叠层叠的盘片14以形成转子芯部12。在图块104，转子芯部12置于压模27中。在图块106，导体条26和第一端环部分28、29随后通过将材料(例如，铜合金)放置到压模27中而围绕环形转子芯部被铸造。导体条26填充转子芯部12的沟槽18且与第一端环部分28、29成一体。在图块108，具有被铸造的端环部分28、29的芯部12随后从压模27去除。在图块110，第二端环部分40、42随后焊接到被铸造的第一端环部分28、29以形成端环组件52、54。第二端环部分40、42至少是第一端环部分28、29两倍厚，且可以厚更多倍。在图块112，焊 瘤或焊道随后从端环组件52、54的外表面62被机加工。可选地，在图块114，如上所述，焊瘤或焊道可以从端环组件52、54的内表面66被机加工。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。
权利要求
1.一种制造转子组件的方法，包括 将大致圆柱形的转子芯部置于压模中；其中，转子芯部具有绕转子芯部的周边间隔开的轴向沟槽； 在压模中围绕环形转子芯部鋳造材料，从而被鋳造的材料形成填充沟槽的导体条和在转子芯部的相对端部处与导体条连接的第一端环部分；其中，每ー个第一端环部分基本上具有第一轴向宽度； 从压模去除具有鋳造的导体条和鋳造的第一端环部分的转子芯部；和将相应的第二端环部分焊接到每ー个鋳造的第一端环部分以形成端环组件；其中，每ー个第二端环部分具有比第一轴向宽度大的第二轴向宽度。
2.如权利要求I所述的方法，其中，焊接为旋转焊接。
3.如权利要求I所述的方法，其中，焊接是摩擦搅拌焊、气体保护金属极电弧焊、钨极惰性气体保护焊、等离子弧焊、激光束焊接和电子束焊接中的ー种。
4.如权利要求I所述的方法，进ー步包括 在焊接之后在被焊接的端环部分的外表面处机加工焊道。
5.如权利要求I所述的方法，进ー步包括 在焊接之后在被焊接的端环部分的内表面处机加工焊道。
6.如权利要求I所述的方法，其中，形成导体条和第一端环部分的材料是铜合金。
7.如权利要求I所述的方法，其中，每ー个导体条基本上具有第一厚度；和其中，第一轴向宽度基本上与第一厚度相同。
8.—种制造转子组件的方法，包括 堆叠层叠的盘片以形成转子芯部； 将转子芯部置于压模中；其中，转子芯部限定出轴线且具有绕转子芯部的周边间隔开的沟槽； 将铜合金置于压模中，以围绕环形转子芯部鋳造导体条和第一端环部分，从而导体条填充沟槽，第一端环部分在转子芯部的相对端部处，且导体条连接第一端环部分；其中，每一个端环部分基本上具有第一轴向宽度； 从压模去除具有鋳造的导体条和鋳造的第一端环部分的转子芯部； 将第二端环部分焊接到鋳造的第一端环部分，以形成端环组件，每ー个端环组件具有基本上至少是第一轴向宽度三倍大的轴向宽度；和在第二端环部分处机加工焊瘤。
9.ー种转子组件，包括 环形转子芯部，其限定出轴线，且具有带周边的外表面和绕转子芯部的周边间隔开的沟槽； 在沟槽中鋳造的铜合金，以限定出彼此连接的导体条和在导体条的相对端部处与导体条成整体的第一端环部分；和 第二端环部分，焊接到鋳造的第一端环部分。
10.如权利要求9所述的转子组件，其中，每ー个导体条基本上具有第一厚度，其中，与导体条成整体的每ー个第一端环部分基本上具有与第一厚度基本上相同的第一轴向宽度；和其中，每ー个第二端环部分基本上具有是第一轴向宽 度至少两倍的第二轴向宽度。
全文摘要
本发明涉及一种感应转子组件及其制造方法。所述制造转子组件的方法包括将大致圆柱形的转子芯部置于压模中。转子芯部具有绕转子芯部的周边间隔开的轴向沟槽。沟槽可以通过堆叠层叠的盘片形成。在压模中围绕环形转子芯部铸造材料，从而铸造的材料形成填充沟槽的导体条和在转子芯部的相对端部处与该导体条连接的第一端环部分。每一个第一端环部分基本上具有第一轴向宽度。具有铸造的导体条和铸造的第一端环部分的转子芯部随后从压模中去除。相应的第二端环部分焊接到每一个铸造的第一端环部分以形成端环组件。每一个第二端环部分具有比第一轴向宽度大的第二轴向宽度。
文档编号H02K1/22GK102801259SQ20121015892
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月21日 优先权日2011年5月20日
发明者R.M.克莱伯, J.S.阿加皮奥 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司