专利名称：具有改进的导电条轮廓的感应转子及形成该感应转子的方法
技术领域：
本发明大体上涉及感应电动机，尤其地涉及用于感应电动机的转子的改进的导电条轮廓，并涉及用于形成该转子的方法。
背景技术：
交流(AC)感应电动机是用在诸如电动车辆的各种应用中的一种电动机。感应电动机通常还用在驱动诸如风扇、泵和压缩机的装置的产品，并用于驱动输送带、锯及其他机器的制造过程。在感应电动机中，通过由围绕转子旋转的定子部件产生的电磁感应在电机的转子部件中感生电流。由于由定子产生的磁场的有效速度必须不同于转子的速度，以便在转子的导电条中感生电流，从而使转子旋转，所以感应电动机有时称为异步电动机。转向附图，尤其地转向第一附图，图1示出了 AC感应电动机的转子组件100的一部分。转子100包括大体上圆柱形的转子芯102，其具有围绕转子芯102的周界周期性地隔开的一系列相同的导电条槽或沟槽104。尽管未详细示出，但转子芯102通常是具有多个大体上同心的高磁钢薄板的层压制件。为此，转子芯102可称为堆叠。转子100还包括关于转子轴线A封盖转子芯102的每个轴向端的环形短路棒106、108。在生产中，转子芯102被放置到压铸机中用于铸造短路棒106、108和在沟槽104 中形成的导电条(示例性的导电条300在图3中示出)。应意识到的是，由于在转子沟槽 104中形成，所以导电条大体上呈沟槽104的形状。图2示出了转子芯102及其沟槽104的横截面。图3示出了在每个沟槽104中形成的示例性的对应导电条300。短路棒106、108(在图2中未示出)和导电条300包括导电金属，诸如铝或更导电的铜。其他示例性的材料包括铝合金和铜合金，诸如青铜。作为制造转子100的一部分，转子芯102通常被安置在压铸模具中。在许多情况下，转子芯102被以垂直取向一即与转子芯102的轴线A(图1)大体上垂直取向一安置在压铸模具中。首先在模具的底部邻近环形短路棒中的第一个短路棒106(图1)处引入熔融导电材料。随着更多的熔融材料被注入或以另外的方式引入模具时，注入的压力推动熔融材料向上通过转子芯102的沟槽104，以开始形成导电条300。通过附加的注入，熔融材料到达模具的顶端，以开始形成另一环形短路棒108(图1)。在其他情况下，转子芯102被以水平取向一即与转子芯102的轴线A(图1)大体上水平取向一安置在压铸模具中。首先在模具的第一端引入熔融的导电材料，并且继续注入直到注满导电条300和短路棒106、108 为止。在另一情况下，完成的导电条300电力地并且结构地连接完成的短路棒106、108。进一步参考图2，能看到的是，沟槽104可包括邻近转子芯102的外表面116的较窄部分114和在外表面116远侧的并且较靠近转子芯102的轴线A(图1)的较宽部分118。 因此，在沟槽104中形成的导电条300(图幻包括对应的窄的近侧部分314和较宽的远侧部分318(如图3所示)。在有些实施例中，沟槽104的侧面120大体上是平直的，并因此导电条300的对应侧面320同样是平直的。在有些实施例中，侧面120大体上是平行的，而在有些特定的实施例中，同一沟槽相对的侧面120朝对方稍微减缩。沟槽104在转子芯102中从外表面116径向向内延伸到远端122。远端122通常具有半径R1。因此，导电条300的远端322具有对应的半径民(如图3所示)。长期以来在铸造转子100中的挑战是形成具有高的均勻密度的短路棒106、108和导电条300。该目标的主要障碍是当迫使熔融材料通过模型从第一短路棒106相对大的体积、通过导电条沟槽104相对狭窄的边界、并进入转子芯102的第二端的相对大的体积以形成第二短路棒108时，在条300中形成了空隙及其他的不连续。不连续由于降低短路棒 106、108和导电条300的有效电导率和结构完整性而限制最后所得到的结构的性能。导电条300中的不连续的一个特定原因是在注入过程期间，熔融材料由于对沟槽 104的相对冷的表面的暴露而局部凝固。过早凝固的材料导致导电条104中的不连续，和/ 或一路前进至第二短路棒108，以在第二短路棒108处引起不连续。不连续的另一原因是凝固收缩和金属收缩。当金属从熔融状态到固体状态而从液体状态或熔融状态转换成固体(凝固)时，金属的比容降低，即金属收缩。该收缩可以通常沿材料的晶界以多孔性的形式表明其本身，常常形成裂纹状空隙。因为金属由于体积变化而不足够注满可得到的空间，所以最后凝固的区域易于形成缩孔。此外，在凝固和温度下降期间的体积减小在受约束的导体(即，条)上产生倾向于将导体扯开的拉伸应力。此外， 由于在临界值处的收缩当材料仍处于半固体状态时沿两个不同的方向拉材料，所以几何因素、诸如材料在其中流动的通道的横截面尺寸的突然减小、或者流动方向上的显著变化可使得由凝固收缩产生的空隙集中在特定的区域中。模内流动性分析表明流动被阻止在流动路径的界面处，诸如在形成短路棒106的相对较大的铸造区域与转子沟槽104的更受限制的区域之间。由该阻抗所引起的紊流可局部地或完全地沿形成的导电条的长度延伸，或者甚至一直延伸到第二短路棒108中。由紊流所引起的不连续导致差的铸造质量，危及转子的机械和电气特性。
发明内容
本公开涉及一种用于感应电动机的转子芯。转子芯包括本体，其至少(i)从本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸，(ii)从第一轴向端延伸至第二轴向端；以及(iii)限定多个内沟槽。此外，每个沟槽至少(iv)包括在本体的外表面上的开口，(ν)由两个相对的壁限定，(vi)从第一轴向端延伸至第二轴向端，(vii)在外表面上的开口与向内端之间轴向延伸，以及(viii)包括本体部。并且其中(ix)沟槽的相对的壁中的至少一个壁在沟槽的本体部中包括形成用于沟槽的宽度增大的部分的扩展段。在另一方面中，本公开涉及一种用于感应电动机的转子。转子包括具有本体的转子芯，该本体至少(1)从本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸，(2)从第一轴向端延伸至第二轴向端，以及(3)限定多个内沟槽。此外，每个沟槽至少(4)包括在本体的外表面上的开口，(5)由两个相对的壁限定，(6)从第一轴向端延伸至第二轴向端，(7)在外表面上的开口与向内端之间轴向延伸，以及(8)包括本体部。并且其中(9)沟槽的相对的壁中的至少一个壁在沟槽的本体部中包括形成用于沟槽的宽度增大的部分的扩展段。在另一方面中，本公开涉及一种制造感应电动机的转子的方法。该方法包括将具有多个沟槽的转子芯定位在模型中，其中每个沟槽均具有本体部，每个沟槽在本体部中均具有两个相对的壁，并且相对的壁中的至少一个壁在沟槽的本体部中包括形成用于沟槽的宽度增大的部分的扩展段。该方法还包括将熔融材料引入模具，以便用熔融材料注满沟槽， 包括沟槽中的宽度扩大的部分，从而形成导电条，每个导电条均具有和导电条在其中形成的沟槽一样的尺寸和形状。本发明提供以下技术方案
方案1. 一种用于感应电动机的转子芯，所述转子芯包括 本体，其至少
从所述本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸； 从第一轴向端延伸至第二轴向端；以及限定多个内沟槽； 其中每个沟槽至少
包括在所述本体的所述外表面上的开口；
由两个相对的壁限定；
从所述第一轴向端延伸至所述第二轴向端；
在所述外表面上的所述开口与向内端之间轴向延伸；以及
包括本体部；以及
其中所述沟槽的所述相对的壁中的至少一个壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的宽度增大的部分的扩展段。方案2.根据方案1所述的转子芯，其中
所述沟槽的所述相对的壁中的所述至少一个壁是第一壁； 所述扩展段是第一扩展段；
所述沟槽的所述相对的壁中的另一壁是第二壁；以及所述沟槽的所述第二壁在所述沟槽的本体部中包括第二扩展段。方案3.根据方案2所述的转子芯，其中
所述第一扩展段跨越所述沟槽的所述本体部中的第一轴向截面；以及所述第二扩展段跨越所述沟槽的与所述第一轴向截面同延的第二轴向截面。方案4.根据方案2所述的转子芯，其中
所述第一扩展段跨越所述沟槽的所述本体部中的第一轴向截面；以及所述第二扩展段跨越所述沟槽的与所述第一轴向截面不同延的第二轴向截面。方案5.根据方案1所述的转子芯，其中所述壁包括
在所述沟槽的所述扩展段与所述开口之间的所述扩展段轴向向内的大致平直段；以及在所述沟槽的所述扩展段与所述向内端之间的所述扩展段轴向向外的大致平直段。方案6.根据方案5所述的转子芯，其中所述宽度增大的部分具有在所述宽度增大的部分外的所述本体部的宽度的大约120%与大约200%之间的宽度。方案7.根据方案5所述的转子芯，其中所述宽度增大的部分具有半径。方案8.根据方案7所述的转子芯，其中所述半径为在所述宽度扩展的部分外的
6所述本体部的宽度的大约30%与大约75%之间。方案9.根据方案1所述的转子芯，其中 所述扩展段延伸至所述沟槽的所述向内端；以及
所述壁包括从所述沟槽的所述扩展段和所述向内端轴向向内延伸的大致平直段。方案10.根据方案9所述的转子芯，其中所述宽度增大的部分具有在所述宽度增大的部分外的所述本体部的宽度的大约120%与大约200%之间的宽度。方案11.根据方案9所述的转子芯，其中所述宽度增大的部分具有半径。方案12.根据方案11所述的转子芯，其中所述半径为在所述宽度扩展的部分外的所述本体部的宽度的大约30%与大约75%之间。方案13.根据方案1所述的转子芯，其中所述沟槽包括从所述开口径向向内延伸至所述本体部的颈部。方案14.根据方案1所述的转子芯，其中
形成所述宽度扩展的部分的所述壁的所述扩展段是形成第一宽度扩展的部分的所述壁的第一扩展段；以及
所述壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的第二宽度扩展的部分的
第二扩展段。方案15. —种用于感应电动机的转子，所述转子包括 转子芯，其具有本体，所述本体至少
从所述本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸； 从第一轴向端延伸至第二轴向端；以及限定多个内沟槽； 其中每个沟槽至少
包括在所述本体的所述外表面上的开口；
由两个相对的壁限定；
从所述第一轴向端延伸至所述第二轴向端；
在所述外表面上的所述开口与向内端之间轴向延伸；以及
包括本体部；以及
其中所述沟槽的所述相对的壁中的至少一个壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的宽度增大的部分的扩展段。方案16.根据方案15所述的转子，其中所述壁包括
在所述沟槽的所述扩展段与所述开口之间的所述扩展段轴向向内的大致平直段；以及在所述沟槽的所述扩展段与所述向内端之间的所述扩展段轴向向外的大致平直段。方案17.根据方案15所述的转子，其中 所述扩展段延伸至所述沟槽的所述向内端；以及
所述壁包括从所述沟槽的所述扩展段和所述向内端轴向向内延伸的大致平直段。方案18.根据方案15所述的转子，其中
形成所述宽度扩展的部分的所述壁的所述扩展段是形成第一宽度扩展的部分的所述壁的第一扩展段；以及
所述壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的第二宽度扩展的部分的第二扩展段。方案19. 一种制造感应电动机用转子的方法，所述方法包括
将具有多个沟槽的转子芯定位在模型中，其中每个沟槽具有本体部，每个沟槽在所述本体部中具有两个相对的壁，并且所述相对的壁中的至少一个壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的宽度增大的部分的扩展段；以及
将熔融材料引入所述模具，以便用所述熔融材料填注所述沟槽，包括所述沟槽中的所述宽度扩展的部分，从而形成导电条，每个导电条具有和所述导电条在其中形成的所述沟槽一样的尺寸和形状。方案20.根据方案19所述的方法，其中
与所述导电条和在所述转子的两个轴向端中的每个轴向端处的短路棒一起将熔融材料引入铸型；以及
所述导电条将两个短路棒中的第一短路棒连接至所述两个短路棒中的第二短路棒。本发明其他的方面将部分地显现并在下文中被部分地指出。
图1是包括转子芯和封盖短路棒的感应电动机的示例性转子的透视图。图2是图1所示的转子芯的局部剖视图。图3是在图1所示的转子芯的沟槽中形成的导电条的透视图。图4是根据本发明的示例性实施例的用于图1的转子的另一示例性转子芯的局部剖视图。图5是在图4所示的转子芯的沟槽中形成的导电条的透视图。图6是根据本发明的示例性实施例的用于图1的转子的又一示例性转子芯的局部剖视图。图7是在图6所示的转子芯的沟槽中形成的导电条的透视图。图8图示根据本发明的实施例用于制造转子的示例性方法。
具体实施例方式根据需要，在此公开了本公开的详细实施例。公开的实施例仅是可以不同的和替代性的形式实现的示例和所述示例的组合。如在此所使用地，例如“示例性”和类似的术语广泛地指用作例证、样本、模型或模式的实施例。附图不一定按比例，并且有些特征可被放大或最小化至达到示出特定部件的细节的程度。在有些情况下，不会详细描述众所周知的部件、系统、材料或方法，以免使本公开难以理解。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释成限制性的，而是只应被解释成权利要求的基础和作为教导本领域的技术人员采用本公开的代表性基础。本公开的概述
在各种实施例中，本公开描述了用于具有改进的导电条轮廓的转子的磁芯。如以下更详细地描述地，借助于改进的导电条轮廓，形成具有改进的电导率和结构特性的导电条。一般原理
长期以来没有解决前述挑战通过改善铸流和流动的凝固来改善感应电动机的性能，并从而提高感应体条的电导率特性。尽管自顶到底(即径向紧接径向远端)简单地增大导电条沟槽(例如图2所示的沟槽104)的横截面轮廓倾向于减少在沟槽中形成的导电条中的不连续，但是与导电条尺寸的宽广增大成比例地限制了可由包括具有这样笼统的尺寸增大的导电条的转子产生的功率。本公开介绍了形成感应电动机的转子的方法，该转子在维持电机期望的功率容量的同时在导电条和短路棒中具有有限的不连续。如先前所描述地，可由感应电动机产生的功率大体上随导电条的横截面尺寸的减小而提高。本技术有助于转子导电条的改进的微观结构，用于能使期望的电导率和机械特性实现。尤其地，本技术在不过度地增大最后所得到的导电条的尺寸的情况下，通过改进导电条和短路棒材料的流动来提供在增加导电条和短路棒的密度与维持转子的期望的总体功率特性之间寻求的平衡。尤其地，本技术通过在转子芯的每个导电条沟槽中提供宽度增大的一个或多个战略性定位的局部区域，在不过量增大导电条轮廓的情况下有助于熔融的导电条和短路棒材料通过转子铸模的流动。宽度增大的部分还可称为横截面积增大的部分(ICSA)。选择宽度增大的部分的特征，诸如宽度增大的位置、数量、尺寸和形状，以实现提高导电条和短路棒的密度与维持转子的期望的总体功率特性之间的期望的平衡。在选择新的沟槽轮廓的特征中考虑的因素包括在制造期间通过转子铸模注入的熔融的导电条和短路棒材料的特性、预期在导电条和短路棒中形成的不连续的数量、以及可由最后所得到的转子产生的功率量。沟槽轮廓的特征包括沟槽宽度增大的部分的尺寸、 形状和位置。熔融材料的特性包括部分材料过早凝固的可能性、这样的凝固何时何地出现、 以及这样过早凝固的材料的预期目的地和影响。在设计具有宽度增大的部分的沟槽中的另一益处和可能的因素是，所得到通道的较大的横截面积缩短用熔融材料注满模具(未详细示出)所需的时间量。因此，可在较短的时间内实现更完全的注满。此外，通过增大通过这些局部通道的流动量，使较少的金属在填注期间部分地凝固。于是，熔融金属还可更好地径向地而非轴向地注满沟槽的其余部分。 因此，减少或消除由提前凝固的金属的差的结合所引起的缺陷。膨出部的增大的宽度倾向于比沟槽的狭窄部分凝固得晚，并因此凝固收缩倾向于形成在膨出部的中心，并因而狭窄部分将具有更好的电气特性和机械特性的更连续的结构。此外，膨出部的增大的横截面将增加导体的总体强度。在有些情况下，宽度增大的部分由沟槽的与无变化的一个相对沟槽壁相对的一个壁的扩展部(例如弧状弯曲)形成。在其他的情况下，宽度增大的部分由在沟槽的相对两壁中的相对扩展部形成。在一个特别设想的实施例中(未详细示出)，例如，沟槽包括两个宽度增大的部分，一个由壁的在沿导电条的高度的第一径向位置处的两个相对的扩展部形成，而另一个由沟槽壁中的仅仅一个沟槽壁的单个不相对的扩展部形成。以下将结合图4-8 所示的示例性实施例更详细地讨论形成宽度扩大的部分的壁扩展部的数量和位置。壁扩展部在不偏离本发明的范围的情况下，可构造成形成具有任何各种尺寸和轮廓形状的宽度扩大的部分。以下将同样结合图4-8所示的示例性实施例更详细地讨论沟槽宽度扩大的部分的尺寸和形状。在有些实施例中，宽度增大的部分设置在沟槽的本体部中，从邻近转子外表面的颈部径向向内。因此，在沟槽中形成的导电条具有邻近转子表面的对应相对细的颈部。例如，在这些实施例中，沟槽的颈部可大致保持与图2所示的颈部相同，并且对应的导电条的颈部可大致保持和图3所示的颈部相同。因此，导电条在完成的转子的外表面处暴露的一部分的形状和尺寸大体上保持和与图1-3的图示部件相关的形状和尺寸一样。这样，电机的最后所得到的转子与电机的定子(未示出)之间的交界面大体上保持无变化。在有些实施例中，宽度增大的部分设置在沟槽的本体部中，并且沟槽不包括邻近转子的外表面的径向向外的颈部。在本发明的有些实施例中，除在宽度增大的局部部分之外，沟槽的本体部以及因此最后所得到的导电条的宽度大体上保持相同。例如，在单个宽度增大的局部部分设置在每个沟槽的径向近侧颈部与径向远侧底部中间(即大体上在导电条轮廓的中心)的实施例中，沟槽可以另外的方式大体上维持传统的沟槽宽度(例如在邻近颈部的本体部中和在邻近径向远侧终端的本体部中)。这样，每个沟槽的径向远侧底部的轮廓大体上保持和传统设计的轮廓相同。作为选择性地维持传统沟槽宽度的另一示例，在单个宽度增大的局部部分设置在沟槽的径向近侧最里面的端部处的实施例中，沟槽可以另外的方式大体上维持传统的沟槽宽度(例如从宽度增大的部分到径向远侧终端)。在图6中示出该实施例的示例。除设计包括一个或多个宽度增大的局部部分的转子沟槽以外，可有利地选择在转子表面与沟槽的径向向内的远端之间测量的沟槽的深度，以在不过量增大导电条轮廓的情况下实现有助于熔融的导电条和短路棒材料通过转子铸模的有效流动的所述目标。考虑到可由电机产生的功率与导电条的横截面积成反比的前述原理，沟槽的深度以及因而在沟槽中形成的导电条的高度仅增大至如下的程度确定增大与在宽度上的任何局部增大一起实现改进的流动和密度与可实现的功率特性的期望的平衡。以下将结合图4-8所示的示例性实施例更详细地讨论转子沟槽以及因此导电条的高质量。在一个设想的实施例(未详细示出)中，转子的沟槽中的两个或更多个沟槽以及在其中形成的导电条中的两个或更多个导电条具有彼此不同的轮廓。例如，转子芯可包括两个、三个或四个不同的沟槽轮廓，所述沟槽轮廓分别包括延伸的宽度的至少一个部分。在不偏离本发明的范围的情况下可以诸如通过以规则的模式围绕转子芯分配的各种方式分配不同的轮廓。第一示例性转子芯
图4图示了根据本技术构成的具有沟槽404的转子芯402的横截面。尤其地，沟槽404 具有形成一个或多个宽度增大的部分406的侧壁404。尽管在不偏离本发明的范围的情况下壁404可具有任何各种各样的轮廓，但图4所示的实施例示出了大体上平面的或平坦的壁404被宽度增大的部分406中断。宽度增大的部分406用作横截面积增大的局部通道，以限制形成导电条的熔融材料在其流过沟槽404时经受的阻力。通道横截面积的增大还减少用熔融材料注满模具(未详细示出)所需的时间量。另外，仍然由凝固收缩所引起的任何不连续倾向于在沟槽404 的较大截面406中形成。因此，材料更连续地流过沟槽404的其他较窄的部分。这样，能够在较短的时间内获得更完全的填充。如以上所提供地，考虑到达到获得导电条和短路棒寻求的高密度与维持电机期望的功率特性之间期望的平衡，选择宽度增大的部分406的特征、诸如宽度增大的部分的位置、数量、尺寸和形状。其他因素包括有效注满最后所得到的模具所花费的时间，以及流过模具的熔融材料的特性，包括导电条和/或短路棒中的不连续的量、尺寸和预期分布(例如位置)。宽度增大的部分406由从沟槽的壁410的主要路线的某种扩展部或扩展段 408(例如弓形)形成，以形成与无变化(未示)的相对沟槽壁412 (诸如大体上平直或平坦的壁)相对的膨出部。在其他的情况下，宽度增大的部分406由在沟槽的相对两壁410、412 中的相对扩展部408或膨出部形成，如图4中的示例所示。此外，在相对壁中的一个或多个扩展部可在附图中的相同或不同的轴向位置或高度处。扩展部408可被认为在扩展部的轴向向外端到扩展部的轴向向内端之间跨越沟槽的轴向截面。如果沟槽的一个壁的扩展部408与在该沟槽的一个相对壁中的一个扩展部 408 (i)既在相同的轴向位置且(ii)又具有相同的轴向长度，则这两个相对的扩展部被认为是非广延或不是同延的。另一方面，当在沟槽的一个壁中的一个扩展部408具有下列中至少一个性质时(i)与在沟槽的相对壁中的一个扩展部408不在相同的轴向位置，和(ii) 与在沟槽的相对壁中的一个扩展部408不具有相同的轴向长度，这种相对扩展部被认为是非广延或不是同延的。在不偏离本发明的范围的情况下，壁扩展部408可构造成形成具有任何各种尺寸和形状的宽度扩大的部分406。在一个设想的实施例中，考虑到所寻求的总期望的扩展宽度 414，选择扩展部408的尺寸。应意识到的是，可以各种方式获得扩展宽度414的相同值。例如，包括2个(单位)的主要通道(在壁410、412的主要侧面之间)的5个(任意单位)的总体宽度414，可通过(I) 一个扩展部408，其形成限定1.5个(单位)的横向宽度或膨出宽度的一个扩展部408、并相对地形成具有1.5个(单位)的横向宽度的另一扩展部408，(II)限定3个(单位)的横向宽度的单个扩展部408，(III)限定2个(单位) 的横向宽度的一个扩展部408以及限定1个(单元)宽度的相对的另一个扩展部408，等而达到。关于形状，图4所示的扩展部408大体上是弯曲的，例如通过是半圆形的或半椭圆形的而弯曲。其他可能的形状包括具有两个或更多个侧面的形状，例如以形成三角形轮廓。 如所提供地，为了有助于转子芯沟槽404的形成和使熔融材料通过沟槽的流动优化，每个沟槽以及具体地宽度增大的部分406可包括至少一个半径&。设想到的是，具有半径R4的宽度增大的部分406有助于转子芯沟槽404的形成和使熔融材料通过沟槽404以及具体地宽度增大的部分406的流动优化。如图4所示，宽度增大的部分406设置在沟槽404的本体部416中，从邻近转子芯 402的外表面420的颈部418径向向内。由于导电条(例如图5中的500)形成在沟槽404 中，所以导电条具有邻近转子表面426的对应相对薄的颈部(518)。在有些实施例中，沟槽 404和导电条500的颈部418、518分别大致保持和图2和3所示的颈部一样。因此，对于这些实施例，导电条在转子芯402的外表面420处暴露的径向向外的部分519(图5)的形状和尺寸大体上保持和结合图2和3暴露的径向向外的部分319的形状和尺寸一样。在本发明的有些实施例中，除在宽度增大的局部部分406/506之外，沟槽404的本体部422的宽度422以及因此最后所得到的导电条(500)的宽度(图5中的522)大体上保持相同。每个沟槽404的径向远侧底部似4与导电条500的底部524的轮廓可大体上保
11持和图2和3所示的沟槽与导电条的底部一样。在不偏离本发明的范围的情况下沟槽404可具有任何各种宽度422。由于感应电动机可制成各种各样的尺寸，所以感应电动机中的转子及其沟槽和条棒的特定尺寸(高度、宽度等)不仅仅局限于某个尺寸或某些尺寸。可诸如通过被描述成沟槽宽度430或沟槽深度似6的倍数或百分数来依据另一转子尺寸的百分数选择或描述宽度增大的部分406的一个或多个尺寸。例如，宽度增大的部分406的宽度414、部分406的至少一个半径R4可以是主要或基本沟槽宽度422的两倍或 100%。在有些实施例中，宽度增大的部分406的宽度414可被设计成或限定为在基本沟槽宽度422的大约120%与大约200%之间(例如125%、140%、150%、…180%、210%等)。在有些实施例中，可相对于沟槽深度428的分数或百分数设计或限定宽度增大的部分406的宽度 414。作为另一示例，宽度增大的部分406的至少一个半径R4可在主要的沟槽宽度422 的大约30%与大约75%之间(例如25%、30%、... 60%,80%等)。或者，宽度增大的部分406 的半径R4可被设计或限定成沟槽深度426的分数或百分数。应意识到的是，还可依据横截面积限定宽度增大的部分406。例如，可以平方毫米、 平方厘米、平方英寸等为单位描述宽度增大的部分406。宽度增大的部分406还可被认为向在没有宽度增大的部分406的情况下成形的沟槽404增加一定量的平方厘米。在一个实施例中，宽度增大的部分406将沟槽404的横截面积增加了特定量，诸如特定百分数。在宽度增大的部分406包括曲线的情况下，也可关于曲线的半径定义宽度增大的部分406。例如，宽度增大的部分的半径&在有些实施例中被设计成大于沟槽404的主宽度422的一半。尽管描述了半径，但扩展部分可具有任何期望的形状，并且在有些实施例中可不具有恒定的半径。其他可能的形状包括三角形和方形。在有些实施例中，宽度增大的部分被设计成(例如形状和尺寸定为)使得在向沟槽增加最小的表面积的同时按照需要增加沟槽的体积(例如横截面积)。这样，改善流体流动，并减少传热。采用较低的表面积与体积的比，从熔融材料提取较少的热，并因此在注满期间产生较少的提前凝固的材料。尽管在该实施例中的目标是在设计宽度增大的部分中控制表面积与体积的比的因素，但该部分特定的形状是不受限制的，并可包括任何各种各样的形状，包括在此描述的形状。可有利地选择在转子芯表面420与沟槽404的径向向内的远端4 之间测量的沟槽404的深度426，以在不过量增大导电条轮廓的情况下实现有助于熔融的导电条和短路棒材料通过转子铸模的有效流动的所述目标。沟槽404的深度可以不同于在芯表面420与远端4 之间的方式考虑，例如被测量以仅覆盖本体部416，即在颈部418的径向内侧端与径向向内远侧末端4 之间被测量，因此不包括颈部418。第一示例性转子导电条
图5图示根据本发明的实施例形成的示例性导电条500。导电条500从第一端502延伸至第二端504。导电条500形成在转子沟槽中，诸如图4所示的转子芯402的沟槽404。 因此，导电条500具有与图4的沟槽404的特征对应的特征。例如，导电条500具有与图4所示的沟槽404的侧壁410、412对应的侧壁504。导电条500的侧壁504形成与转子芯402宽度增大的部分406对应的一个或多个宽度增大的部分506。并且，和沟槽404的壁410和412 —样，导电条500的壁504在不偏离本发明的范围的情况下可具有任何各种形状和尺寸。和宽度增大的部分406 —样，导电条500的宽度增大的部分506可由形成膨出部的条500的壁504的一个或多个扩展部508(例如弓形)形成。扩展部508可与相对壁504 中的另一扩展部509相对，或与诸如大体上平直或平坦的壁部的不弯曲(也就是平坦或平直)的壁部相对。如上所述，在有些实施例中，导电条500具有与图4所示的沟槽404的本体和颈部 416,418对应的邻近相对薄的颈部518的本体部516。导电条500可具有如以上关于条500在其中形成的转子芯402的沟槽404进一步描述的尺寸和形状。例如，导电条500具有和沟槽404的宽度422 —样的宽度522和与沟槽404的深度4 对应的高度526。尽管描述了半径，但扩展部分可具有任何期望的形状， 并且在有些实施例中可不具有恒定的半径。第二示例件转子芯
图6图示了具有根据本技术构成的沟槽604的根据本技术的另一实施例的转子芯602 的横截面。尤其地，沟槽604具有形成一个或多个宽度增大的部分606的侧壁610、612。尽管壁604在不偏离本发明的范围的情况下可具有任何各种各样的轮廓，但图6 所示的实施例示出了大体上平面或平坦的壁604被形成宽度增大的部分606的壁扩展部 608中断。在有些实施例中，每个沟槽604包括单个宽度增大的部分606，而在其他的实施例中，每个沟槽604包括多个宽度增大的部分606。在有些实施例中，如图6所示，宽度增大的部分形成作为沟槽604的球形轴向内侧端的球根。宽度增大的部分606在有些实施例中由从相对的壁610、612突出的直接相对的扩展部608形成。图6所示的壁扩展部608在沟槽604的轴向向外端(附图中的顶端)与轴向向内端(附图中的底端)中间。设想到的是，用于宽度增大的部分的另一径向位置包括沟槽604的颈部618。壁扩展部608可由至少一个半径&形成。壁扩展部608在不偏离本发明的范围的情况下，可构造成形成具有任何各种尺寸和轮廓形状的宽度扩展的部分606。我们在为深度增大的部分606选择尺寸、形状和位置上的考虑可包括以上关于其他实施例描述的任何考虑。例如，相对的扩展部608的宽度可具有在宽度增大的部分606 处实现期望的总宽度的尺寸。如同以上描述的实施例的情况一样，沟槽604的宽度增大的部分606用作增加的流动的局部通道。在这些区域中，在制造期间形成导电条700(在图7中示出)的熔融材料在其流过沟槽604时经受较小的阻力。通道横截面积的增大还减小用熔融材料注满模具 (未详细示出)所需的时间量。同样如以上所提供地，通过增大通过这些局部通道的流动量，使较少的金属在注满期间部分地凝固。液态金属于是还可更好地径向地而非轴向地注满沟槽的其余部分。因此，减少或消除由提前凝固的金属的差的结合所引起的缺陷。另外，仍然由凝固收缩所引起的任何不连续倾向于在沟槽604的较大截面606中形成。这样，如同图4的实施例的情况一样，能在较短的时间内获得更完全的并且改进的填注。
如以上所提供地，考虑到达到在获得高密度的导电条和短路棒与维持最后所得到的电机的期望功率特性之间的期望平衡，可选择宽度增大的部分606的特征，诸如宽度增大的部分的位置、数量、尺寸和形状。其他因素包括有效注满最后所得到的模具所花费的时间，以及流过模具的熔融材料的特性，包括导电条和/或短路棒中的不连续的量、尺寸和预期分布(例如位置)。图6的沟槽602在其它方面可以和以上结合图4描述的沟槽404 —样。在图6中提供但以上未引用的附图标记与图4的相关附图标记(例如具有相同的最后两位数的附图标记)对应。例如，正如附图标记422指用于图4所示的转子芯的沟槽404的主宽度，附图标记622指用于图4所示的转子芯的沟槽604的主宽度。第二示例件转子导电条
图7图示了由以上结合图6描述的沟槽604形成的示例性导电条700。导电条700可包括结合图5描述的导电条500的任何特征，诸如尺寸、形状、材料以及用于选择这些的考虑。并且，导电条700具有与该导电条700在其中形成的沟槽604的特征对应的特征。形成的方法
图8示出了根据本发明的实施例用于形成转子的示例性方法800。应理解的是，不一定以任何特定的顺序介绍方法800的步骤，并且以替代性顺序执行一些或所有步骤是可能的并被构想。为了便于描述和例证，以示范的顺序介绍步骤。在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可增加、省略和/或同时执行步骤。还应理解的是，图示的方法800可在任何时候结束。方法800开始于801，并且流程前进到方框802，在那里转子芯402、602被定位在冲模或模具中。如以上所提供地，在有些实施例中，转子芯102被以垂直取向一即与转子芯 102的轴线A(在图1中示出)大体上垂直取向一放置在压铸模具中。并且，在有些实施例中，模具并因此的转子芯为了填注而被水平取向地定位。在方框804处，将要形成导电条和短路棒的熔融材料引入模具。在步骤806处，注入继续，直到模具充满为止，或者以另外的方式确定注入过程完成。在一个实施例中，使模具和转子芯定尺寸和形状，并将材料引至模具和转子芯，使得材料在方框806的功能中包围或淹没转子芯。在一个实施例中，在方框806处，材料流过模具，以便在开始形成导电条(例如图 5和7的导电条500或700)之前首先开始形成第一短路棒(例如诸如图1的第一短路棒 106的短路棒)，然后开始形成第二短路棒(例如诸如图1的第一短路棒108的短路棒)。作为注满模具的一部分，熔融材料流过槽或沟槽(例如沟槽404、60幻，所述沟槽如上所述地定尺寸和形状。这样，实现本发明的益处，包括避免或至少限制材料过早的凝固和缩短填注时间。在方框808处，允许此时就位的熔融材料凝固。此时可将完成的转子与其他的转子部件(例如定子)结合，以形成感应电动机。过程可结束于809。结论
本公开的技术生产质量提高的转子以及因此的感应电动机。提高的质量包括由较少的过早凝固以及相关的收缩产生的电机功率密度的提高，以及因此具有较好的电导率的导电条和短路棒。
本技术还使得在有些情况下以较低的成本执行铸造过程成为可能。节省成本的一种方式是通过能够在较短的时间内完全注入模型，并因此节省能量和在相同的时间量内能够生产较多的部件。如以上所提供地，通道横截面积的增大还减少注满模具所需的时间量。还可通过较低的废品率潜在地节省成本。也就是说，由于根据本教导产生的转子就电气特性和机械特性而言具有改进的导体质量，所以，由于抑制了次质量的转子因而在生产中存在较少的废品。换句话说，通过改进所有导体的完整性，就电气特性和机械特性而言，更多的转子满足规格、甚至提高的规格，并因此不会被拒绝。本技术的又一益处是最后所得到的转子具有较高的结构完整性。尤其地，金属流动或铸造以及凝固方面的改进将产生具有优良的机械特性(包括拉伸强度和疲劳特性)的部件。在此公开了本发明的各种实施例。公开的实施例仅是可以不同的和替代性的形式实现的示例以及所述示例的组合。法律不要求并且从经济角度上禁止图示和教导本权利要求的每个可能的实施例。 因此，上述实施例仅是为了清楚理解本发明原理而阐述的实施的示例性例证。在不偏离权利要求的范围的情况下可对上述实施例作出变化、变型和组合。所有这样的变化、变型和组合在此均由本公开以及所附的权利要求的范围所包括。
权利要求
1.一种用于感应电动机的转子芯，所述转子芯包括 本体，其至少从所述本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸； 从第一轴向端延伸至第二轴向端；以及限定多个内沟槽； 其中每个沟槽至少包括在所述本体的所述外表面上的开口；由两个相对的壁限定；从所述第一轴向端延伸至所述第二轴向端；在所述外表面上的所述开口与向内端之间轴向延伸；以及包括本体部；以及其中所述沟槽的所述相对的壁中的至少一个壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的宽度增大的部分的扩展段。
2.根据权利要求1所述的转子芯，其中所述沟槽的所述相对的壁中的所述至少一个壁是第一壁； 所述扩展段是第一扩展段；所述沟槽的所述相对的壁中的另一壁是第二壁；以及所述沟槽的所述第二壁在所述沟槽的本体部中包括第二扩展段。
3.根据权利要求2所述的转子芯，其中所述第一扩展段跨越所述沟槽的所述本体部中的第一轴向截面；以及所述第二扩展段跨越所述沟槽的与所述第一轴向截面同延的第二轴向截面。
4.根据权利要求2所述的转子芯，其中所述第一扩展段跨越所述沟槽的所述本体部中的第一轴向截面；以及所述第二扩展段跨越所述沟槽的与所述第一轴向截面不同延的第二轴向截面。
5.根据权利要求1所述的转子芯，其中所述壁包括在所述沟槽的所述扩展段与所述开口之间的所述扩展段轴向向内的大致平直段；以及在所述沟槽的所述扩展段与所述向内端之间的所述扩展段轴向向外的大致平直段。
6.根据权利要求5所述的转子芯，其中所述宽度增大的部分具有在所述宽度增大的部分外的所述本体部的宽度的大约120%与大约200%之间的宽度。
7.根据权利要求5所述的转子芯，其中所述宽度增大的部分具有半径。
8.根据权利要求7所述的转子芯，其中所述半径为在所述宽度扩展的部分外的所述本体部的宽度的大约30%与大约75%之间。
9.一种用于感应电动机的转子，所述转子包括 转子芯，其具有本体，所述本体至少从所述本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸； 从第一轴向端延伸至第二轴向端；以及限定多个内沟槽； 其中每个沟槽至少包括在所述本体的所述外表面上的开口；由两个相对的壁限定；从所述第一轴向端延伸至所述第二轴向端；在所述外表面上的所述开口与向内端之间轴向延伸；以及包括本体部；以及其中所述沟槽的所述相对的壁中的至少一个壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的宽度增大的部分的扩展段。
10. 一种制造感应电动机用转子的方法，所述方法包括将具有多个沟槽的转子芯定位在模型中，其中每个沟槽具有本体部，每个沟槽在所述本体部中具有两个相对的壁，并且所述相对的壁中的至少一个壁在所述沟槽的所述本体部中包括形成用于所述沟槽的宽度增大的部分的扩展段；以及将熔融材料引入所述模具，以便用所述熔融材料填注所述沟槽，包括所述沟槽中的所述宽度扩展的部分，从而形成导电条，每个导电条具有和所述导电条在其中形成的所述沟槽一样的尺寸和形状。
全文摘要
本发明涉及具有改进的导电条轮廓的感应转子及形成该感应转子的方法。一种用于感应电动机的转子芯。转子芯包括本体，其至少(i)从本体的外表面向内朝中心轴线轴向延伸，(ii)从第一轴向端延伸至第二轴向端，以及(iii)限定多个内沟槽。此外，每个沟槽至少(iv)包括在本体的外表面上的开口，(v)由两个相对的壁限定，(vi)从第一轴向端延伸至第二轴向端，(vii)在外表面上的开口与向内端之间轴向延伸，以及(viii)包括本体部。并且其中(ix)沟槽的相对的壁中的至少一个壁在沟槽的本体部中包括形成用于沟槽的宽度增大的部分的扩展段。
文档编号H02K1/22GK102570653SQ201110422928
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月17日
发明者M.J.沃克, R.M.克莱伯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司