用于感应马达的转子的制作方法

本发明涉及电动马达。

一些电动马达将电能转换成机械能以及将机械能转换成电能。电动马达可连接于能量存储装置，以使得能在其间传递能量。ac感应马达是特定类型的电动马达，该电动马达感应出电流流动，以致使马达的转子的各部分在马达的操作期间变得磁化。ac感应马达利用单相或多相电源，以通过一系列定子来产生旋转磁场，以使得转子转动。旋转磁场通过转子中的多个导体条感应出电流。导体条中的电流与由定子产生的磁场起反应，以在转子处产生转矩来用于执行工作。

从电动感应马达输出的功率密度与导体条的数量相关联。已知的是，在制造期间在导体条和短路端环之间形成的裂纹和空隙减小电动感应马达的功率密度输出。

因此，虽然电流转子及其制造实现了它们的预期目的，但仍需要用于制造用于感应马达的转子的新型和改进系统以及方法。

技术实现要素：

根据若干方面，一种用于感应马达的转子包括第一短路端环、第二短路端环以及多个导体条。每个导体条具有第一端部和第二端部，并且涂覆有导电材料。每个导体条的第一端部与第一短路端环进行电气和机械接触，且每个导体条的第二端部与第二短路端环进行电气和机械接触。

在本发明的附加方面中，少量的残余助焊材料可设置在导电材料与相应的第一和第二短路端环之间。

在本发明的另一方面中，每个导体条沿着导体条的整个长度或者仅仅在导体条的接触第一和第二短路端环的端部处涂覆有导电层。

在本发明的另一方面中，第一和第二短路端环由铸铝制成。

在本发明的另一方面中，导体条由锻铜制成。

在本发明的另一方面中，导电层由镍制成。

在本发明的另一方面中，导电层由钴、铁、锰、铬、钒或钛制成。

在本发明的另一方面中，导电层通过物理气相沉积、化学气相沉积或镀覆施加于导体条。

在本发明的另一方面中，导电层通过电解镀覆施加。

在本发明的另一方面中，导电层通过无电镀覆施加。

在本发明的另一方面中，导电层具有约5微米至约15微米的厚度。

在本发明的另一方面中，导电层具有约10微米的厚度。

根据若干方面，一种用于感应马达的转子包括由铸铝制成的第一短路端环、由铸铝制成的第二短路端环以及多个导体条。每个导体条由锻铜制成，具有第一端部和第二端部，并且涂覆有导电层。每个导体条的第一端部与第一短路端环进行电气和机械接触，且每个导体条的第二端部与第二短路端环进行电气和机械接触。导电层设置在每个导体条与相应的短路端环之间。

在本发明的附加方面中，少量的助焊材料可设置在导电层与相应的第一和第二短路端环之间。

在本发明的另一方面中，每个导体条沿着导体条的整个长度或者仅仅在导体条的接触第一和第二短路端环的端部处涂覆有导电层。

在本发明的另一方面中，导电层由镍制成。

在本发明的另一方面中，导电层由钴、铁、锰、铬、钒或钛制成。

在本发明的另一方面中，导电层通过物理气相沉积、化学气相沉积或镀覆施加于导体条。

根据若干方面，一种制造用于感应马达的转子的方法包括：将多个导体条涂覆有导电层，每个导体条由锻铜制成并且具有第一端部和第二端部；将多个导体条的第一端部电气地连接于由铸铝制成的第一短路端环，该导电层设置在每个导体条和第一短路端环之间；以及将多个导体条的第二端部电气地连接于由铸铝制成的第二短路端环，该导电层设置在每个导体条和第二短路端环之间。

在本发明的附加方面中，导电层由镍、钴、铁、锰、铬、钒或钛制成。

从这里提供的描述中，又一些可应用领域会变得显而易见。应理解的是，描述和特定示例仅仅旨在说明的目的，并且并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

这里描述的附图仅仅用于说明的目的，并且并不旨在以任何方式限制本发明的范围。

图1说明根据本发明的原理的用于感应马达的部分组装转子组件的等轴视图；

图2说明根据本发明的原理的导体条的等轴视图；

图3说明根据本发明的原理的用于感应马达的转子组件以及短路端环的部分剖视图；

图4说明根据本发明的原理的具有短路端环的成品铸件的转子组件，该转子组件包括多个镶铸散热器；

图5说明根据本发明的原理的导体条和短路端环的剖视图；以及

图6说明根据本发明的原理的图5中所示的导体条和短路端环之间区域的放大视图。

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且并不旨在限制本发明、应用或使用。

ac感应马达的定子可包括多个成对磁极，这些磁极由一系列绕组产生。定子可围绕转子分布。转子的示例可包括层压结构，该层压结构具有通过短路端环连接的导体条。鼠笼式转子具有大体圆柱形形状，其在外周界处沿着层压堆叠的长度包括多个导体条。在一些感应马达中，由于铜的导热和导电特性，多个导体条可由铜制成。诸如铝的其它材料可用于导体条。鼠笼式转子中的导体条在它们的端部处由两个短路端环连接。

从电动感应马达输出的功率密度与导体条的数量和各个导体条的质量体积密度相关联。在就地浇铸的一些导体条和短路端环中，空隙和裂纹可在制造期间形成在导体条和短路端环之间，这会减小一些电动感应马达的功率密度输出。

粘结试剂可作为表面处理施加于每个导体条，用于在导体条和短路端环之间产生更稳固的冶金结合。在这里描述的各个构造中，粘结试剂可以是施加于导体条的助焊材料。不受任何理论所限制，可认为助焊材料移除可在导体条上并且在熔融材料的快速冷却期间形成的氧化物，由此在导体条和短路端环之间产生更佳的冶金结合。附加地，粘结试剂可以是施加于导体条的中间元件(例如，镍)。中间元件的示例可具有高熔点以及与导体条和短路端环的材料的化学兼容性。粘结试剂可施加于整个导体条或者仅仅第一和第二露出端部。通过在铸造短路端环之前将粘结试剂施加于导体条，可维持或改进感应马达的功率密度输出。

现参照图1，说明用于感应马达的感应转子组件10的等轴视图。感应马达可以是任何感应马达，包括用在用于机动车辆的动力系系统中的感应马达。转子组件10使用诸如收缩配合和锁钥式转矩配合的任何合适装置固定地附连于转子轴，该转子轴在旋转轴线15上居中。转子组件10可在转子的组装之后组装到转子轴上。转子组件10和转子轴共享相同的旋转轴线15。

转子组件10包括第一端部14和第二端部16。转子组件10要组装到感应马达的定子中并且在该定子内旋转。

这里公开的转子组件10的示例包括转子芯部20。经组装的圆柱形钢层压堆叠21可包括在转子芯部20中。此外，转子芯部20可包括多个纵向定向的导体条40。转子芯部20包括第一和第二端面24、26，且导体条40通过转子芯部20周向地设置，其中，第一和第二露出端部42、46延伸超出转子芯部20的相应第一和第二端面24、26。转子芯部20的第一端面24与转子组件10的第一端部14相对应，且转子芯部20的第二端面26与转子组件10的第二端部16相对应。

转子芯部20可由多个薄层压板21制成，这些薄层压板由含铁材料制成。在一示例中，层压板21的厚度可在从约0.25mm(毫米)(0.010英寸)至约0.51mm(0.020英寸)的范围内。在一示例中，层压板21是约0.33mm(0.013英寸)厚。应理解的是，该厚度平行于旋转轴线15测得。层压板21可使用精冲裁加工冲压，并且可电气地绝缘以使得电涡流最小。每个层压板21是平坦环形装置，并且包括形成在其外周界附近的多个径向定向槽。当层压板21组装到转子芯部20中时，径向定向槽对准，以形成凹槽28，这些凹槽可纵向地定形成与转子芯部20的旋转轴线15平行并且处于转子芯部20的外周界25处。替代地，凹槽28可相对于旋转轴线15包括锐角。这里的凹槽28和导体条40会描述为纵向地定向；然而，此种定向应理解为包括平行于旋转轴线15的齐平或者与相对于旋转轴线15平行成锐角。

凹槽28可具有任何合适的横截面形状。在本发明的示例中，凹槽28具有基本上矩形的横截面。纵向定向凹槽28围绕周界25基本上周期性地隔开，即均匀地或者以不均匀方式改变间隔地隔开。导体条40各自承载在其中一个凹槽28内。层压板22可使用任何合适的制造方法以层压的方式组装到旋转轴线15上。

导体条40可由诸如锻铜的铜基材料制成，并且通过例如包括实心条插入或模制的任何合适过程插入到每个凹槽28中。替代地，导体条40可由铝基或类似的导电材料制成。这里公开的导体条40的示例在导体条40的第一露出端部42和第二露出端部46的每个处包括特征件。应意识到的是，导体条40可仅仅包括在第一露出端部42上描述的特征件，而不同于根据第二露出端部46处使用的另一方法的特征件。每个导体条40包括第一露出端部42、中心部分44以及第二露出端部46，且各自具有周向边缘45。第一露出端部42突出到转子芯部20的第一端面24之外，并且可包括限定在第一露出端部42中的第一孔48。第二露出端部46突出到转子芯部20的第二端面26之外，并且可包括限定在第二露出端部46中的第二孔50。孔48、50的每个在各种构造中可以是圆形开口，但也可使用其它形状，例如矩形或星形型式。中心部分44须固定在形成于转子芯部20的凹槽28内。每个导体条40的周向边缘45沿着中心部分44突出通过周界25上的凹槽28，并且进一步沿着第一和第二露出端部42和46突出。导体条40可与转子轴的旋转轴线具有平行关系，或者可与转子轴的旋转轴线15形成锐角。

图2描绘单个导体条40。导体条40涂覆有下文详细描述的导电层41。导电层41可沿着导体条40的整个长度或者仅仅在第一露出端部42和第二露出端部46处施加。导体条40的第一露出端部42被描绘为将助焊材料32在导电层41上方可选地涂覆至涂覆长度，在导体条插入到转子20中之后，该涂覆长度略大于导体条40的第一露出端部42的长度。导体条40的第二露出端部46类似地利用助焊材料32涂覆在导电层41上方。在利用时，助焊材料32在每个导体条40插入到层压堆叠22中的对应凹槽28之后施加于该导体条(图1)。导体条40和层压堆叠22的子组件可通过将该子组件浸渍到呈液体或带电粉末形式的助焊材料32的容器中或者通过使子组件经受喷涂或其它表面沉积涂覆而涂覆有助焊剂。

图3说明用于具有粗糙铸件的感应马达的转子组件10的部分剖切侧视图，以及第一端部14上的短路端环30的部分剖视图和第二端部16上的短路端环30'的完工机加工铸件。环形短路端环30、30'的每个可以由铝基材料就地浇铸。替代地，短路端环30、30'可由铜基或其它导电材料铸造。通过将导体条40和层压堆叠22的子组件插入到冲模或模具中并且将一部分熔融材料引入至第一端部14和第二端部16而通过任何铸造过程在层压堆叠22的端部处就地浇铸每个短路端环30、30'。第一端部14和第二端部16两者可经由相同类型的超铸过程。应理解的是，这里在第一端部14方面描述的过程可适用于第二端部16。

在特定的构造中，在引入到模具/冲模模腔中时可能处于熔融状态中的导电材料的第一部分铸造在多个第一露出端部42之上，以形成第一短路端环30，从而电气地且机械地连接多个导体条40。在引入到模具/冲模模腔中时也可能处于熔融状态中的导电材料的第二部分铸造在多个第二露出端部46之上，以形成第二短路端环30'，从而电气地且机械地连接多个导体条40。

在各个构造中，最终固化以形成短路端环的熔融材料的一部分包住铜导体条40的第一露出端部42和第二露出端部46处的相应导电层41(和如果利用的话助焊剂32)，且流动通过孔48、50。图3的剖切部分100示出一个特点导体条40的第一露出端部42和限定在第一露出端部42中的孔48。图3示出熔融材料的一部分通过孔48的穿透。当熔融材料的该部分固化时，该部分形成短路端环30，且导体条40锁定到短路端环30的固化结构中。此种流动和固化将短路端环30和导体条40互锁为单个组件。当转子组件10的第二端部16经受类似的铸造过程来产生短路端环30'时，层压堆叠22也与短路端环30、30'和导体条40互锁。图3示出在短路端环30'已机加工成具有完工外直径50和端部表面51的最终状态之后的短路端环。图3示出处于“正铸造”状态中的短路端环30。

在特定的构造中，转子组件10的各部件可在铸造之前例如在工业炉中或者利用感应加热设备预加热。在熔融材料接触露出端部42、46和层压堆叠22时，预加热部件可通过显著地减小熔融材料的淬冷来促进铸造完整性。熔融材料与导体条40产生冶金结合并且冷却，以将短路端环30、30'形成为单体铸件。短路端环30、30'包括在孔48、49处延伸通过每个导体条40的一部分，以在孔48、49处产生机械互锁部52。在铸造过程期间，之前施加的助焊层32从导体条40和短路端环30、30之间的界面很大程度地移位，但可能保留少量残渣。机械互锁部52的横截面可基于孔48、49的尺寸而针对剪切强度调节，也就是说，机械互锁部52的剪切强度可通过增多孔48、49中的材料量而增大。

机械互锁部52也可定尺寸成与高应力方向相对应的方向强度，也就是说，孔48、49可在操作状况下沿最高应力的方向拉伸。附加地，孔48、49可针对导体条40和短路端环30、30'之间的导电性优化，也就是说，孔48、49可具有诸如星形型式的形状，该形状增大导体条40和短路端环30、30'之间的表面积接触。虽然孔48、49讨论为存在于每个导体条40上，但在某些构造中，多个导体条40的一部分可包括孔48、49，例如，导体条40的二分之一和三分之一可具有孔48、49。

此外，在各种构造中，孔48、或49可限定在第一露出端部42或第二露出端部46的至少一个中。在一示例中，第一露出端部42可限定孔48，且第二露出端部46可并不限定孔。在另一构造中，第一露出端部42可并不具有限定在其中的孔，且第二露出端部46可限定孔49。在又一示例中，孔48可限定在第一露出端部42中，且孔49可限定第二露出端部46中。

在各种构造中，转子组件10可从冲模移除并且机加工，以移除可能由于铸造过程而存在的超铸材料。短路端环30'可具有移除的超铸材料，并且可露出导体条40中由图3中短路端环30'所示出的周向边缘45。也可利用净零压铸过程，也就是说，在铸造之后并不需要机加工的过程。于是，短路端环30和30'包括与转子组件10重合的旋转轴线15、转子轴以及转子芯部20(图1)。

在操作期间，在感应马达中可能产生热量。热量可根据各种方法传递远离感应马达。液体冷却剂可用于冷却马达。在本发明的一示例中，空气可用于冷却马达。图4说明具有短路端环30、30'的完工铸件的转子组件10，该转子组件包括多个嵌入式散热器56。散热器56可用在空气冷却马达中，并且可以是端环30、30'的延伸部，这些延伸部围绕短路端环30、30'的端部表面51、51'的周缘均匀地重复。散热器56将由旋转的转子组件10产生的热量从短路端环30、30'传递至多个散热器56的每个。散热器56提供附加的表面积，以在转子组件10旋转时将所吸收的热量传递至流通空气。这样，散热器可以是翅片以及叶轮，以致使冷却空气移动。散热器56可位于短路端环30、30'的一个或两个上。散热器56可在使用净零压铸过程时直接地就地浇铸。散热器56可在使用材料的超铸时机加工。

短路端环30、30'从导体条40的意外分离基本上通过短路端环30、30'以及导体条40之间的机械互锁部52和冶金结合两者来防止。机械互锁部52和冶金结合的组合产生总体结合。预先确定总体结合的强度，以避免在惯性力在高马达速度下增大时，短路端环30、30'从导体条40分离。

将短路端环30、30'铸造到转子20上的所公开方法可用在转子20的一个或两个端部上。

在各种构造中，用于将铝超铸到铜之上的助焊材料32可包括csalf4(四氟铝酸铯)、csalf-复合物、k1-3alf4-6(氟铝酸钾)或其它助焊材料。助焊材料32可呈粉末或浆料的形式。粉末通常混合在水或酒精中，用于将助焊剂容易地施加于导体条40的端部42和46。助焊剂可通过使用喷枪、刷子或通过任何其它方法浸渍在含有助焊材料32的容器中来施加。

当导体条40在具有或不具有助焊材料32的情形下涂覆有导电层41时，连续且无裂纹的冶金结合形成在导体条40和铸铝短路环30、30'之间。如果导体条40由铜制成，导电层41保护铜以免在熔融铝中起反应和溶解，而在铸造过程期间在导体条40和短路环30、30'之间形成有害的金属间化合物。此外，导电层41并不改变导体条40的有效电阻。

在特定的构造中，导电层41由ni(镍)制成。镍比铜具有高得多的熔融温度(约1455℃)，以保护铜免于被熔融铝溶解。镍相较铜在与熔融铝接触中具有低得多的反应动力学。因此，镍阻隔层防止铜条40例如否则通过熔融铝快速附连。此外，镍具有与铜类似的热膨胀系数，这降低在铸造过程期间或者在重负载下热循环的膜脱层的风险。在其它构造中，导电层41由co(钴)、fe(铁)、mn(锰)、cr(铬)、v(钒)或ti(钛)制成。

如图5中所示，在特定的构造中，当导电层41由镍制成时，al3ni/al共晶层52形成在铜导体条40和铝短路环30、30'之间。在图5中示出的示例中，共晶层52是约160微米厚。

图6示出铜导体条40和共晶层52之间界面的放大视图。确切地说，金属间层50形成在镍导电层41和共晶层52之间。在此种特定的示例中，镍导电层41具有从约5微米至约15微米的厚度，且标称厚度是约10微米。金属间层50具有类似的厚度。

导电层41能通过物理气相沉积、化学气相沉积或镀覆施加于导体条40。当镀覆至导体条40时，镀覆过程可以是电解镀覆或无电镀覆。

应理解的是，词语“一”和“一个”以及其它单数指示物的使用可同样在说明书和权利要求两者中包括复数，除非上下文另有清楚地指示。

此外，应理解的是，术语“连接/经连接/连接部”和/或等等在这里广义地限定为包含各种发散连接的结构和组装技术。这些结构和技术包括但不限于(1)一个部件和另一部件之间的直接连通，而在它们之间不具有居间部件；以及(2)一个部件和另一部件利用它们之间的一个或多个部件的连通，只要正“连接于”另一部件的一个部件在一定程度上与另一部件操作地连通即可(尽管在它们之间存在一个或多个附加的部件)。

又再者，应理解的是，这里提供的范围包括所述范围和所述范围内的任何数值或子范围。例如，从约0.25mm至约0.51mm的范围应解释为不仅包括约0.25mm至约0.51mm的明确列举限值，而且包括诸如0.25mm、0.30mm、0.33mm等各个数值，以及诸如从约0.28mm至约0.45mm、从约0.30mm至约0.40mm等的子范围。

本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且并不偏离本发明精神的变型旨在落在本发明的范围内。这些变型并不视为偏离本发明的精神和范围。