用于异步电机的转子和用于在其制造时使用的预制模块的制作方法

[0001]
本发明涉及一种用于在制造异步电机的转子时使用的预制模块，其包括旋转对称的叠片组，该叠片组带有多个沿着其圆周分布地布置的、贯通的轴向通道，在这些轴向通道中布置了优选由铜合金构成的导体杆，这些导体杆轴向地突出于叠片组。
[0002]
本发明还涉及一种用于异步电机的含有预制模块的转子，该预制模块包括旋转对称的叠片组，该叠片组带有多个沿着其圆周分布地布置的、贯通的轴向通道，在这些轴向通道中布置了优选由铜合金构成的导体杆，这些导体杆轴向地突出于叠片组，其中，这些导体杆的突出的各端部在叠片组的至少一侧上借助浇铸的优选由铝合金构成的短路环导电地相互连接。


背景技术：

[0003]
这种方法由de 10 2009 034 647 a1已知。
[0004]
本领域技术人员基本上已知用于特别是大功率的异步电机(如其在汽车制造中被需要例如用作牵引机)的转子(也叫转轮)的构造。这些转子主要由堆叠的各单叠片的组所构成，所谓的导体笼嵌入到这些单叠片中。导体笼本身主要由沿着叠片组的圆周分布的、轴向地伸展的导体杆构成，这些导体杆分别在叠片组的端侧处借助所谓的短路环导电地相互连接。导体笼嵌入到叠片组中通常按如下方式进行：后者含有轴向地伸展的通道，导体杆在两侧轴向突出地插入到这些通道中。在下一个步骤中安装短路环。所述轴向通道由叠片的相互对准的贯通开口形成。它们可以设计成槽或封闭的通道，这些槽由单叠片的相互对准的边缘凹口构成，这些通道由单叠片中的相互对准的孔构成。导体杆、短路环以及它们的过渡区域由于在工作中出现的大电流而必须具有高的导电率，这明显限制了对在技术和经济上合适的材料与连接方法的选择。用于导体杆的铜和用于短路环的铝的材料组合在异步电机的工作中带来了效率优势。通常有预制模块可供使用，该预制模块基本上只包括叠片组和嵌入叠片组中的铜杆，其中各铜杆以它们的端部(通常在两侧)突出于叠片组。该预制模块被供应给包封浇铸过程，其中，铜杆的突出的端部利用铝包封浇铸以用来形成短路环。
[0005]
本领域技术人员将理解，术语“铜”和“铝”在此不应局限于纯材料来理解，而是指代以所提到的材料作为主要成分的合金的简称。
[0006]
预制模块的构造通常如下进行：首先借助所谓的堆叠辅助件来堆叠通常冲制的叠片。堆叠辅助件是一种柱形的芯棒，其外直径协调于叠片中的圆形中央凹口。然后或者在堆叠期间将各叠片接合，例如粘接、焊接或卡接。同样已知的是，各叠片在冲制过程期间就已经相互卡接，在冲制过程中，这些叠片附加地设有对应的卡锁部件。随后把导体杆插入或推入到轴向通道中。
[0007]
但所有这些都是不利的。粘接和焊接需要额外的安装耗费；另外，特别是在焊接时，在各叠片之间形成了不希望的导体桥，导体桥有利于形成涡流电流。通过冲制的卡锁部件进行的卡接由于原理而相当不精确，从而只有在把各轴向通道的间隙尺寸选择得相应地大时才能容易地实现插入导体杆，但这在电学方面是不希望的。此外，已知的各种一揽子方
案(paketierungsansatz)无一提供可容易操作的预制模块作为可在技术上简单地实现的包封浇铸过程的基础。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的是，对所述类型的预制模块如此改进，从而以较小的耗费就产生了可容易操作的模块，在该模块上特别可以容易地进行后续的包封浇铸过程。
[0009]
本发明的另一目的是，提出一种用于异步电机的可相应地成本低廉地制造的转子。
[0010]
结合以权利要求1的前序部分的特征，该目的的实现方式为，使得导体杆形状配合地轴向固定在叠片组中。
[0011]
本发明的优选的实施方式是从属专利权利要求的对象。
[0012]
各导体杆在叠片组中形状配合的轴向固定同时导致了各单叠片彼此间的相对轴向固定。例如通过焊接、粘接或卡接来使得各单叠片附加地彼此间相对固定虽然可行，但不再强制需要。这导致显著地减少时间耗费和成本耗费。因此，根据本发明的预制模块是一种可容易操作的且本身稳定的模块，其可以毫无问题地输送至其它制造工位，特别是输送至通过对突出的导体杆端部进行包封浇铸来产生短路环的工位。
[0013]
为了实现这种双重效果，即各叠片彼此间的相对固定以及导体杆相对于叠片组的轴向固定，在至少一些导体杆与叠片组的两个轴向最外面的叠片之间产生根据本发明的形状配合（间接地或直接地）时就足够了。剩余的导体杆如有可能也可以通过单侧的形状配合予以轴向固定。但这种单侧的轴向固定无助于叠片组内的各叠片的相对固定。
[0014]
形状配合的特殊设计可以接受不同的样式(auspr
ä
gung，有时称为成型)。在第一优选的实施方式中设置成，至少一些导体杆具有形状配合部件，这些形状配合部件与叠片组的两个轴向最外面的叠片中的至少一个叠片的对应的形状配合部件配合作用，以便形成轴向固定的形状配合。在该实施方式中因而在导体杆与叠片之间设置了直接的形状配合。这种直接的形状配合的实现方式例如可以为，把至少一些在导体杆侧的形状配合部件构造成横向槽，并把对应的在叠片侧的形状配合部件构造成接合到横向槽中的接片、特别是弹性接片。在把轴向通道构造成朝向径向外部敞开的槽(导体杆可以插入到这些槽中)的情况下，可以把接合到其横向槽中的接片构造成刚性的接片。但是在把轴向通道构造成封闭的通道(导体杆插入到这些通道中)的情况下，更有利的是，把接片构造成弹性接片，这些弹性接片在导体杆和叠片的轴向相对运动期间偏转，并且在到达最终位置时才卡入到横向槽中。
[0015]
相反同样可行的是，把至少一些在导体杆侧的形状配合部件构造成横向凸起，并把对应的在叠片侧的形状配合部件分别构造成凹口的边缘，该凹口穿过叠片，形成轴向通道的容纳相应的导体杆的区段。
[0016]
在该实施方式中，导体杆的横向凸起因而在轴向通道边缘的区域中倒钩住叠片。
[0017]
在把轴向通道构造成径向外部敞开的槽的情况下，在把导体杆插入之前就已经可以将横向凸起无问题地构造在这些导体杆处。但在把轴向通道构造成封闭通道的情况下，至少一个横向凸起，即在导体杆的推进方向上前面的横向凸起，在到达最终位置之后才可以构造。该横向凸起例如可以构造成压铸部，其比如通过对导体杆的轴向镦锻而产生。
[0018]
替代于或附加于在导体杆与叠片之间的直接的形状配合的这些实施方式，在本发明的范畴内可以设置间接的形状配合。换句话说可以设置，至少一些导体杆具有形状配合部件，这些形状配合部件与一个或多个固定部件的对应的形状配合部件配合作用，用于形成轴向固定的形状配合，这些固定部件支撑抵靠叠片组的两个轴向最外面的叠片中的至少一个叠片。这个或这些固定部件因而一方面与导体杆直接地形状配合，且另一方面与相应的叠片同样直接地形状配合，从而结果导致在叠片与导体杆之间的间接的形状配合。
[0019]
为了实现例如可以设置，把至少一些在导体杆侧的形状配合部件构造成横向槽，并把对应的在固定部件侧的形状配合部件构造成从敞开地环形的基体朝向径向内部突伸的接片。该基体可以优选弹簧弹性地构造。它以其环形的基体包夹导体杆(优选超出其最宽的部位)。在此，其朝向径向内部突伸的接片接合到横向槽中。基体因而形成导体杆的局部的且轴向固定的圆周增大部。如果该圆周增大部被选择得大于轴向通道的宽度，则它对于在导体杆与叠片组之间的轴向相对移动的情况形成了用于轴向最外面的叠片的止挡，且因而负责导体杆的（单侧的）轴向固定。其导体杆在叠片组另一侧上的对应的、如有可能同样仅单侧的轴向固定，在整体上导致对导体杆的双侧的轴向固定，以及导致叠片组的全部叠片彼此间的相对固定。
[0020]
这种固定部件可以具有不同的样式。因而可以设置，在叠片组的一侧上设置多个固定部件，其中，每个固定部件都以其基体恰好包夹一个导体杆。换句话说，各个固定部件被设置用于各自地固定各个导体杆。
[0021]
替代地或附加地可以设置，在叠片组的一侧上设置一个固定部件，其基体包夹多个导体杆，特别是包夹布置在同一个圆周线上的全部导体杆。换句话说，为多个导体杆设置了一个共同地包夹它们的固定部件，该固定部件的沿着圆周分布的、朝向径向内部突伸的接片伸入到不同导体杆的对应的横向槽中。
[0022]
这种共同的固定部件也可以在径向内部靠置在导体杆处，这些导体杆在那里设有横向槽。它们的接片在这种情况下朝向径向外部伸入到这些横向槽中。
[0023]
也可考虑且由本发明涵盖如下实施方式：在其中接片熔化成统一的刃部。
[0024]
带有（各自的或共同的）固定部件的实施方式具有其它优势：它们能够附加地用于短路环的轴向固定。因而在根据本发明的转子(即通过在其中含有的预制模块是根据本发明的预制模块而出众的转子)的一种改进中设置，短路环在轴向方向上包夹一个或多个固定部件的基体。为此，固定部件因而必须形成为使得其基体局部地与支撑于其处的叠片间隔开地定位。这例如可以通过相应地弯折的凸缘来实现。在固定部件的基体与叠片之间的该空隙在为了形成短路环而包封浇铸导体杆端部时被短路环材料填充。因而在短路环材料凝固之后，在短路环与导体杆之间产生了在轴向方向上固定的形状配合，固定部件并且因而其基体就轴向地固定在该导体杆处。其产生了如此构造的、根据本发明的转子的特殊的稳固性。
[0025]
本发明的其它细节和优点由后续的专门说明和附图得到。
附图说明
[0026]
其中：图1示出了用于构造异步电机-转子的叠片的示意图；
图2示出了用于构造叠片组的堆垛方法的示意图；图3示出了在导体杆与叠片组之间的轴向固定的第一实施方式；图4示出了在导体杆与叠片组之间的轴向固定的第二实施方式；图5示出了在导体杆与叠片组之间的轴向固定的第三实施方式；图6示出了在导体杆与叠片组之间的轴向固定的第四实施方式；图7示出了图5和图6的实施方式的特别有利的改进；图8示出了预退火步骤的示意图；图9示出了包封浇铸过程的示意图；图10示出了异步电机-转子的俯视图；以及图11示出了图10的转子的沿着剖切线
ⅺ-ⅺ
剖切的剖视图。
具体实施方式
[0027]
附图中相同的参考符号表示相同的或类似的部件。
[0028]
图10和11示出用于异步电机的转子10的俯视图或剖视图，该异步电机的其余之处未示出。图10和11的视图并非足够详细准确，以便能看出本发明的特殊之处。这些附图只用来针对更容易理解随后的特殊说明。转子10包括由堆叠的单叠片14、15构成的叠片组12。两个轴向最外面的、在此也称为外叠片的叠片设有参考符号15，并且全部其余的叠片设有参考符号14。叠片14、15具有沿着其圆周分布的多个构造成长孔的贯通凹口16，这些贯通凹口相互对准，因而形成沿着叠片组12的长度伸展的轴向通道18。在这些轴向通道18中匹配地布置了导体杆20。这些导体杆20优选由铜构成。它们轴向地突出于叠片组12。在突出的区域中，这些导体杆借助浇铸的优选由铝构成的短路环22相互导电连接。在其中央区域中，叠片14、15具有圆形的中央凹口24，该中央凹口沿着叠片组14的长度形成空心柱形的中央通道。
[0029]
图1示出了一个单独的这种叠片14、15。
[0030]
图2示出用于构造叠片组12的优选的堆垛方法。为此，把导体杆20的至少一些按照其最终的相对位置固定在辅助装置26中。随后，叠片14、15依照运动箭头28以其贯通凹口16套到导体杆20的自由端上，并且推进得尽量远。由此迫使每个独立的叠片14、15都处于其正确的角度定向。在这种做法中，叠片14、15的可能的翘曲可以通过相对略微增大的力耗费而被拉直。
[0031]
最外面的叠片15形状配合地与至少一些导体杆20连接。图3至7示出这种形状配合的不同设计。
[0032]
在图3的实施方式中，外叠片15在其贯通凹口16的区域中具有向内突伸的弹性接片30，该弹性接片伸入到导体杆20的横向槽32中。在推上外叠片15时，弹性接片30偏转，且在安放时在导体杆20的外壁处摩擦。在外叠片15的最终位置，弹性接片30已到达横向槽32，并卡入到该横向槽中。由此在导体杆20与外叠片15之间产生了轴向固定。在叠片组12的未示出的另一端，相同的导体杆20与外叠片15进一步轴向固定，这在整体上导致了叠片14、15彼此间的相对固定。产生了可容易操作和输送的预制模块，其特别是可以被供应给用来形成短路环22的包封浇铸工位。
[0033]
图2示出在导体杆20与外叠片15之间的轴向固定的另一种形式。在此，外叠片15在其形状上并非不同于其余的叠片14。确切地说，导体杆20具有增厚部34，通常为横向凸起，
其倒钩住贯通凹口16的边缘。这种增厚部34例如可以作为压铸部而产生，比如通过对导体杆20的轴向镦锻而产生。
[0034]
图3和4的实施方式分别表示导体杆20与外叠片15之间的直接的形状配合。
[0035]
图5和6示出了导体杆20与外叠片15之间的间接的形状配合的两个实施方式。在该实施方式中，导体杆32也具有横向槽32，其中，图5和6的视图分别表示在这些横向槽32的高度上的剖视图。
[0036]
在图5的实施方式中，固定部件36包夹导体杆20的横截面的最宽的区域。该固定部件具有向内突伸的接片38，该接片插入到横向槽32中。固定部件36以其基体40支撑在外叠片15处，因而提供了单侧的轴向固定。
[0037]
在图6的实施方式中，设置了固定部件42，其具有同样敞开地环形的基体44，然而在该实施方式中，该基体包夹全部的导体杆20。每个导体杆20都在其径向外端具有横向槽，固定部件42的接片46伸入到该横向槽中，并以此方式保证单侧的轴向固定。也可考虑如下实施方式，在其中固定部件42径向地布置在导体杆20的内部，并且具有朝向径向外部伸入到相应的横向槽32中的接片46。
[0038]
在图5和6的上下文中提到的全部的固定部件36、42可以按根据图7的特别有利的方式来设计。其基体40、44朝向其外边缘从贴靠面朝向外叠片15弯曲。由此在基体40、44的该区域与外叠片15之间产生空隙。在用来制造短路环22的包封浇铸过程中，液态的短路环材料、特别是铝进入到该空隙中，并且在短路环22与固定部件36、42之间，因而在短路环22与导体杆20之间形成轴向固定的形状配合。替代地或附加地可行的是，导体杆具有凹口，例如槽或贯通孔，短路环材料流入到这些凹口中，并且可以在导体杆与短路环之间形成直接的形状配合。
[0039]
图8示出一种预制模块，其包括叠片组12，该叠片组带有轴向地固定于其中的导体杆20。有利地，该预制模块在其整体上被加热到介于200℃和300℃之间的目标温度。在图8中代表性地示出了220℃的目标温度。通过这种预退火，在导体杆20上形成了数微米厚的氧化层。在图9中所示的用于形成短路环22的后续的包封浇铸过程中，在其中将浇铸模具48放置到导体杆20的突出的端部上并且用液化的短路环材料、特别是铝50予以填充，预制模具的提高的温度导致熔融物较深地进入到在导体杆20与叠片14、15之间的间隙中，其中，避免了产生缩孔。此外，前述的氧化层负责形成阻隔物，该阻隔物防止在导体杆的铜与导体杆22的铝之间的界面处出现接触腐蚀。
[0040]
当然，在该专门的说明中论述的且在图中示出的实施方式只是本发明的示范性的实施例。根据这里的公开内容，帮助本领域技术人员得到宽范围的变型可能性。
[0041]
附图标记清单10
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转子12
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叠片组14
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叠片15
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外叠片16
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贯通凹口18
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轴向通道20
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导体杆
22
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短路环24
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中央凹口26
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安装辅助装置28
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运动箭头30
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弹性接片32
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横向槽34
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横向凸起/增厚部36
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固定部件38
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接片40
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基体42
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固定部件44
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基体46
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接片48
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浇铸模具50
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短路环材料