技术领域本发明大体涉及电机组件，且更具体地，涉及可用于制造结构坚固的转子组件的高效的转子制造技术，该转子组件能够在宽的温度、转矩和转速范围保持机械平衡和电性能。
背景技术：
响应于消费者由日益升高的燃油价格以及全球变暖的可怕后果所驱动的需求，汽车工业缓慢地开始接受对超低排放、高效车的需求。该行业中有人尝试更有效地操作内燃机来实现这些目标，其他人则尝试将混合动力或全电驱动系统结合至其车辆系列。然而，为了符合消费者的预期，车辆工业不仅仅必须实现更绿色的驱动系统，然而还必须同时保持合理水平的性能、范围、可靠性、安全性和成本。近些年，已证明电动车不仅仅是环保的，且还能够即便不超越也能够符合消费者对于性能的要求和期待。尽管早期的电动车使用DC电机来实现驱动车辆所需的可变的速度水平和转矩，然而使用直接转矩控制的现代电机控制系统的出现允许AC电机输出相同的性能水平，同时提供与AC电机相关的很多优点，包括小尺寸、低成本、高可靠性以及低维护。当前使用多种技术来制造AC电机中的转子组件，这些技术提供一范围的执行能力。无论制造技术怎样，总而言之转子组件包括多个叠片盘，其结合形成叠片组。在该叠片组中的叠片盘包括多个周向地间隔开的开口或槽。穿过各组开口或槽的是金属导电条，其通常由铝或者铜制成。该开口或槽可对齐，从而导电条平行于转子组件的轴线，或者其可稍稍地歪斜，使得导电条相对于转子组件的轴线倾斜。该导电条可就地浇铸(castinplace)或者预制造并插入和通过叠片组。在转子组件的两端是端环，其通过将延伸超出叠片组的导电条的端部机械和电地结合在一起而形成。压铸是广泛用于制造电机组件的技术。该方法的优点之一是可在单个操作中铸造导电条和端环，从而简化制造。美国专利第2,607,969号和第2,991,518号分别公开了常规的和真空辅助的压铸技术，其可用于由多种导电金属的任一种制造铸造转子。然而，由于铜的较高的熔化温度和较大的密度，在这些专利中公开的技术最佳地应用于铝铸造。美国专利第5,332,026号公开了铸造系统中的改进，其被设计成补偿与压铸铜相关的一些不寻常的问题，从而允许在压铸转子中实现95％或者更大的转子笼电导率(rotorcageelectricalconductivity)。除了使用铸造技术，转子组件还可通过将多个精确地间隔开的导电条插入通过成组的叠片盘而形成，如美国专利第4,064,410号所公开。设置在该叠片组的相反端上的端环被焊接至条的凸起端部。为了减小与端环组件相关的电阻，美国专利第8,365,392公开了转子组件，其中棒条(slug)被铜焊在转子条的端部之间，该铜焊接头与转子条端部的较大百分比接触。在各转子条/棒条组件被加热以形成多个铜焊接头之后，两个转子条/棒条组件的每一个被加工以移除周缘部分。接着，在最后一个实施方式中，保持环被装配在各转子条/棒条组件的加工区域上。尽管已经有可用于制造电动车的电机的转子组件的多种技术，然而仍然存在与制造复杂性和成本以及所得到的转子电和机械特性之间的各方法相关的折衷。因此，需要一种转子制造方法，其是成本有效的且能够生成具有优良电特性的结构坚固的转子。本发明提供了该制造方法。
技术实现要素：
本发明提供了一种制造电机的转子组件的方法，该方法包括以下步骤：(i)装配叠片组，其中所述叠片组包括多个叠片盘，其中各所述叠片盘包括第一组多个槽，且其中各所述叠片盘还包括中心孔径；(ii)将多个导电转子条插入与所述叠片组对应的所述第一组多个槽中，其中各所述多个导电转子条的第一端部延伸超出所述叠片组的第一端表面，且其中各所述多个转子条的第二端部分延伸超出所述叠片组的第二端表面；(iii)将一轴设置在所述叠片组的所述中心孔径中；(iv)将第一元件设置成与所述叠片组的第一端表面相邻，其中所述第一元件的至少一部分由各所述多个导电转子条的所述第一端部围绕，且其中所述第一元件至少部分地限定所述转子组件的第一端环；(v)将第二元件设置成与所述叠片组的所述第二端表面相邻，其中所述第二元件的至少一部分由各所述多个导电转子条的所述第二端部分围绕，且其中所述第二元件至少部分地限定所述转子组件的第二端环；(vi)压铸所述转子组件的所述第一端环和所述第二端环，其中所述第一端环包括各所述多个导电转子条的所述第一端部分，且其中所述第二端环包括各所述多个导电转子条的所述第二端部分；以及(vii)将所述轴，所述第一元件和所述第二元件从所述转子组件移开。该导电转子条可由无氧电解铜制成。在完成该压铸步骤之后，以及在轴、第一元件和第二元件被从转子组件移除之后，该方法还包括将转子轴插入叠片组的中心孔径，将第一轴承组件接近所述第一端环地安装至转子轴，以及将第二轴承组件接近所述第二端环地安装至转子轴的步骤。各端环可由外圆柱和内圆柱表面限定；可选地，各端环可由外圆柱表面和内倾斜表面限定；可选地，各端环可由外圆柱表面和阶梯状内表面限定。在一个方面，在压铸第一和第二端环之前，该方法还可包括将第一保持环围绕所述多个导电转子条的每一个的第一端部而装配，以及将第二保持环围绕所述多个导电转子条的每一个的第二端部而装配的步骤。该第一和第二保持环可由多种材料中的任一种制成，示例性的材料包括不锈钢、铍铜合金以及金属基复合材料。在另一个方面，在压铸完成之后，该方法还可包括以下步骤：(i)加工所述第一端环以移除与所述第一端环对应的第一周缘部分，且接着将第一保持环围绕所述第一端环装配，其中所述第一保持环围绕各所述多个导电转子条的所述第一端部，且其中所述第一保持环被设置在所述加工步骤过程中所述第一端环的所述第一周缘部分被移除的位置处；(ii)加工所述第二端环以移除与所述第二端环对应的第二周缘部分，且接着将第二保持环围绕所述第二端环装配，其中所述第二保持环围绕各所述多个导电转子条的所述第二端部，且其中所述第二保持环被设置在所述加工步骤过程中所述第二端环的所述第二周缘部分被移除的位置处。可通过在第一和第二保持环与第一和第二端环之间分别形成干涉配合而将第一和第二保持环保持定位；可选地，通过将第一和第二保持环分别软焊至第一和第二端环；可选地，通过将第一和第二保持环分别焊接至第一和第二端环；可选地，通过将第一和第二保持环分别粘接至第一和第二端环。该第一和第二保持环可由多种材料中的任一种制成，示例材料包括不锈钢、铍铜合金以及金属基复合材料。在另一个方面，轴和第一元件可作为单个构件而制成，例如塞子。该轴、第一元件和第二元件可由钢制成，其中该钢涂覆有不粘涂层以防止被铸造材料附着。在另一个方面，装配叠片组的步骤可包括由金属冲压所述多个叠片盘中的每一个，并以电绝缘涂层涂覆所述多个叠片盘中的每一个的步骤。在另一个方面，装配叠片组的步骤可包括由金属制造所述多个叠片盘的每一个，制造多个电绝缘间隔盘，以及将所述多个电绝缘间隔盘插入在所述多个叠片盘的相邻叠片盘之间。该间隔盘包括第二组多个槽，其可以具有与叠片盘中包括的第一组多个槽相同或者更大的尺寸。在另一个方面，装配叠片盘的步骤可包括将第一和第二端叠片盘设置在叠片组的两端，其中第一和第二端叠片盘比插入在第一和第二端叠片盘之间的叠片盘更厚。该第一和第二端叠片盘包括第二组多个槽，其可具有与叠片盘中包括的第一组多个槽大体相同或者更大的尺寸。在另一个方面，在各叠片盘中所包括的第一组多个槽的每一个被尺寸设置成大于相应导电转子条的横截面，从而在铸造步骤中允许铸造材料被推动通过叠片组的槽。优选地，该槽被尺寸设置成使得在插入导电转子条之后，在各槽中仍然有一部分未被相应的导电转子条填满，该部分向内朝向中心孔径延伸超过相应的导电转子条的最内边缘。可通过参考说明书的其它部分和附图而进一步理解本发明的实质和优点。附图说明应理解，附图仅仅是示出而不限制本发明的范围，且不应考虑其比例。因此，在不同附图中的相同的参考标记应理解为指示相同的构件或者相似功能的构件。图1提供了转子组件的分解透视图；图2提供了用于形成图1中所示的转子组件的叠片组的单个层的端视图；图3提供了图1中所示的转子组件在压铸之前的未分解透视图；图4提供了在压铸过程中用于防止铸造材料流入转子组件的孔径的塞子和环装备的视图；图5提供了转子组件在压铸之后以及在浇道残余去除之前的视图；图6提供了转子组件在压铸之后以及在浇道残余去除之后的视图；图7提供了转子组件在插入转子轴以及安装转子轴成组件之后的视图；图8提供了叠片组的单个槽以及相应的导电转子条的横剖视图；图9提供了叠片组的另外实施方式的单个槽以及相应导电转子条的横剖视图；图10提供了端环配置的实施方式的横剖视图；图11提供了可选的端环配置的横剖视图；图12提供了另一种可选的端环配置的横剖视图；图13提供了根据本发明的实施方式的制造方法的流程图；和图14提供了根据本发明的可选实施方式的制造方法的流程图。具体实施方式如这里所使用的，该单数形式“一”，“一个”和“该”旨在还包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。如这里所使用的，词“包括”、“包括有”、“含有”和/或“具有”指示所列出的特征、整数、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合的存在。如这里所使用的，术语“和/或”以及符号“/”表示包括相关的列出的项目中的一个或多个的任何或者所有组合。此外，尽管这里可使用术语第一、第二等来说明多个步骤或者计算，然而这些步骤或者计算不应被这些术语所限制，而这些术语仅用于将一个步骤或者计算与另一个区分开。例如，第一计算可被称为第二计算，类似地，第一步骤可被称做第二步骤，类似地，第一构件可被称做第二构件，都不偏离本公开的范围。本发明的转子组件制造技术将压模铸造的构件与转子制造技术结合，其中预制造导电条被插入成组的叠片盘中。图1提供了转子组件100和包括该组件的主要构件的分解透视图。注意，该视图没有示出转子轴或者轴承组件。优选地，本发明用于制造转子组件，其中导电条和端环由铜构成，然而应理解该技术还可用于制造由其它材料(例如，铝)构成的转子组件。组件100的转子叠片组101由多层的叠片盘201构成，其中选择的叠片组长度优选地在50至200毫米范围内。优选地，转子组件的外径在100至150毫米范围内。图2提供了单个盘201的端视图。优选由厚度在0.18至0.40毫米范围内的厚度的钢所构成的各盘201可通过冲压程序或者其它技术而制成。优选地，盘201被涂层有例如氧化物，从而将叠片彼此电绝缘。可选地，包括该叠片组的金属盘可通过在相邻的金属盘之间设置电绝缘间隔盘而彼此电绝缘。在至少一个优选的实施方式中，被设置在叠片组101的任一末端上的最后一个盘比其余的盘更厚，从而保证了叠片组在铸造操作过程中不被损坏。通常在该配置中，末端盘具有选自1.0至3.5毫米范围的厚度。末端盘具有比叠片盘更小的磁特性，或者甚至可包括非磁材料。该末端盘可使用与叠片盘相同的槽尺寸，从而允许使用相同的工具来在该二者中制造槽样式。可选地，末端盘的槽尺寸可比叠片盘201中的槽203的尺寸稍大，从而允许一些熔化的铜流入末端盘中，并将铜条保持抵靠槽壁而定位。可通过将导电条牢固地连接至末端盘而改进转子性能，例如通过减少在转子组件的高速运行过程中和/或热循环过程中的转子变形(rotorbuckling)和/或条移动。如上所述，各盘201(或者各盘201和各插入的间隔盘)包括多个槽203，导电条103插入通过该槽203。都具有基本相同的形状和尺寸的槽203具有与导电条103的横截面形状互补的形状。优选地，槽203具有基本矩形的形状。应理解，本发明的转子组件制造技术不限于特定数量的槽203，也不限于特定形状的条103/槽203，且在附图中的条和槽的数量和形状仅仅是示意性的而不对本发明进行限制。各盘201(或者各盘201和各插入的间隔盘)可包括一个或多个凹口205，例如，凹痕，或者可用于将各盘与相邻的盘对准的其它定位方式，从而保证槽203的合适对准。根据要求的转子配置，槽203可对齐，从而槽轴向地延伸通过叠片组101，进而允许各导电条103与转子轴平行地对齐。可选地，槽203可被稍稍地歪斜，从而允许在转子组件中的导电条103相对于转子轴的轴线倾斜。各盘201的中心部分207被移除，优选地通过钻孔或者在盘冲压操作过程中去除，从而为转子轴提供开口。在至少一个优选的配置中，开口中心部分207还包括槽209，其被尺寸设置成匹配转子轴上的键，从而提供将转子轴设置和定位在叠片组中的方式。在铸造步骤之前，导电条103(即，转子条)被插入在叠片组101的槽203中。在至少一个优选的实施方式中，条103大约为200至220毫米长，其中条高度在10和25毫米之间，且最大条宽度在5和15毫米之间。优选地，导电条103包括铜，且更优选地包括无氧电解铜，其还称为OFE或者C10100铜。具有最高纯度的标准化铜的OFE铜具有99.99％纯度级别。这样，其是非常均匀的，具有高的热和电导性，且不会被氢脆化。使用OFE级别的铜条保证了转子组件101结构上比导电条为压铸件更加坚固，这是由于压铸的条导致包括可影响转子强度和性能的多种材料缺陷、瑕疵和杂质。尽管不要求，然而在优选的实施方式中，将保持环105设置在导电条103的两端。尽管不要求，如果转子组件100要用于高的转速，例如高于12,000rpm，则使用保持环105有助于防止铜的端环在离心力下滑动。该保持环优选地由不锈钢制成，然而也可使用其它高强度材料，例如铍铜，金属基复合材料等。优选地，在压铸之前将保持环105设置围绕导电条103的端部，从而消除以下制造步骤：(i)在压铸之后加工转子组件的端环区域；(ii)将保持环105压配合在加工后的端部区域上。如果在压铸之后和在端环区域的加工之后保持环105匹配至端环，则保持环可通过干涉配合，或者通过将环软焊，焊接，或者粘接定位而保持定位。图3提供了转子组件100在压铸之前的非展开透视图。在至少一个优选的实施方式中，各保持环105具有选自15至40毫米范围的厚度，以及选自75至125毫米范围的内径。图4提供了塞子401在插入转子组件100的孔径403之前的视图。在插入孔径403之后，塞子401的端部405由环407保持。塞子401和环407都优选由钢制成且涂覆有防止被熔化的铜附着的防粘涂层，从而防止在铸造操作过程中铜流入孔径403。塞子401的区域409的外表面以及环407的外表面411限定了，或者至少部分地限定了，在压铸过程完成之后的转子端环的内表面。应理解，尽管优选塞子401和环407，然而可使用不同形状的构件来限定转子组件的端环以及在铸造过程中防止铜流入孔径403。例如，轴可配合在孔径403中，且在两端由一对环保持。可选地，可使用一对塞子，其中各塞子包括部分地插入孔径403的轴部分以及限定端环的环部分，且其中两个塞子被设计成匹配在孔径403中。一旦塞子401和环407被定位，则转子组件被放置到模具组(即，铸模)中，且加压的熔化铜进给至转子组件的末端部分，主要填充相邻导电条103之间的空隙以形成连续的端环。如上所述，端环503的内表面501由塞子401的表面409和环411的表面407限定。在优选的实施方式中，在铸造之前，将不锈钢保持环105设置在导电条103的端部附近。可选地，可首先完成铸造，接着加工各端环的外表面，从而允许在铸造之后将保持环105压至端环部分。应理解，通过在铸造之前安装保持环，环105可用作将铸造材料(例如，铜)保持至要求的位置的模子或套筒。在端环的压铸完成且组件冷却之后，将转子组件100从模具移开。接着，将塞子401和环407移除，然后将浇道残余(gateremnant)505去除，例如通过切除。在将浇道残余505去除之后，将转子组件100清洁和平衡，例如通过磨光操作，留下如图6所示的完成的转子组件600。接着将转子轴701插入组件，且将轴承组件703安装至轴，完成转子组件的准备。尽管在此没有详细说明，然而应理解铸造过程可包括一个或多个退火步骤。例如，在模具和浇道残余被移除之后，可将组件加热处理以将铜退火，从而改进其电和机械性能。如上所述，本发明不限于特定的转子组件配置。例如，在上述配置中，在金属盘201中的槽203被尺寸设置成提供与导电条103的较紧的配合。该方面在图8中示出，其示出了定位有相应导电转子条的单个槽203。在本发明的可选实施方式中，在叠片组中的槽尺寸过大，从而在铸造过程中允许熔化的铜流入由导电条103占据的槽中。在图9中示出了该配置，其示出了盘201的单个槽901。尽管槽901的没有被导电条103占据的区域903可位于槽中任意位置，然而由于在铸造之后将占据区域903的铸铜通常具有比条103更低的纯度和更高的电阻，所以区域903优选如所示地位于插入的条103的下方。由于铸铜容易出现导致电流在轴向上不连续传导的缺陷，该效果在铸铜如所示地位于槽的底部附近时能更好地处理，所以优选用于槽901的该配置，以及具体的区域903。应理解，在使用加大槽的实施方式中，如在图9中所示，间隔盘还必须包括加大槽，从而在铸造过程中允许熔化的铜流经槽。除了在槽配置中的改变，从而允许导电条通过铸铜被预制造和增强以外，本发明还使用多种不同的端环配置。例如，在图10中所示的端环1001被铸造为简单的环，即，具有简单的内圆柱表面1003和简单的外圆柱表面1005。可选地，图11中所示的端环1101包括简单的外圆柱表面1103和倾斜的内表面1105，其优选为如所示地延伸至叠片组。可选地，图12中所示的端环1201包括阶梯状内表面。在图12中所示的端环中，端环的阶梯状内表面包括第一直径的最外第一环1203和第二直径的最内第二环1205，其中第二直径小于第一直径。注意，阶梯状内表面可包括比所示的实施方式中的两级更多的阶梯。此外，应理解，图11和12中所示的实施方式提供了增强的刚性以及减小的电阻。图13示出了与制造过程的实施方式相关的主要步骤，这些步骤在上文中详细地说明。如所示，一开始，制造叠片(步骤1301)并作为叠片组而装配(步骤1303)。接着，优选地由OFE铜制成的导电铜条被插入叠片组中的槽中(步骤1305)。优选地由不锈钢制成的保持环被布置成围绕导电条的端部分(步骤1307)。接着将塞子插入组件的孔径中并由环保持，该塞子和环防止铜流入转子组件的孔径中并限定组件的端环的内表面(步骤1309)。接着将该整个组件设置在压铸模具中(步骤1311)且铸造端环(步骤1313)。在完成铸造操作之后，组件被从模具移除(步骤1315)，随后移开塞子和环装备(步骤1317)。接着去除浇道残余(步骤1319)，且完成组件的最后准备(例如，加工和/或研磨和/或抛光)(步骤1321)。最后，将转子轴插入转子组件，且安装位于转子轴两端的轴承组件(步骤1323)。接着该完成的转子组件准备好被装配进入电机。图14中所示的制造过程与图13中所示的相同，除了没有在铸造之前将不锈钢环布置成围绕导电条的端环部分。在图14中所示的过程中，在端环被铸造(步骤1313)，以及模具被移除(步骤1315/1317/1319)之后，接着加工端部分(步骤1401)，且将不锈钢端环压配合至导电条的端部分上(步骤1403)。已经大体对本系统和方法进行了说明来帮助理解本发明的细节。在一些情况下，没有具体地示出或者说明已知的结构、材料和/或操作，以避免模糊本发明的特征。在其它情况下，给出了具体的细节以提供对本发明的通透的理解。相关领域技术人员应理解本发明可以其它具体形式实现，例如以适合具体的系统或设备或环境或材料或构件，而不偏离本发明的实质或基本特征。因此，这里的公开和说明旨在为示意性的，但不对本发明的范围进行限制。