CN101399473B - 搅拌焊接的转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供了搅拌焊接的转子及其制造方法。典型的搅拌焊接的转子可以包括叠片堆，每个叠片包括在外周上排列的分开的缝隙。缝隙与缝隙棒对齐，每个缝隙棒具有延伸在叠片堆上方的第一末端和延伸在叠片堆下方的第二末端。第一搅拌焊缝在邻近的缝隙棒的第一末端之间延伸，且第二搅拌焊缝在邻近的缝隙棒的第二末端之间延伸。

Description

搅拌焊接的转子及其制造方法

技术领域

在此描述的实施例一般地涉及电动马达，且更特定地涉及用于电动马达的搅拌焊接的转子。

背景技术

原理上，典型的感应马达包括至少中心转子，该中心转子由定子围绕。定子包括绕组，电流流过该绕组以产生磁场。磁场与转子相互作用因此导致转子旋转。

感应马达在将电能转换为机械能上是相对高效的，且其结果是这样的马达在多种应用中的不断增加的兴趣，包括在汽车领域中。例如，感应马达可以在混合动力车辆中得到不断增加的应用，该混合动力车辆使用内燃机与一个或多个电动马达的组合来提供原动力。电感应马达在其他领域内具有应用，以及提供了补充的原动力。例如，感应马达可以向一定范围的附件提供动力，该附件否则可以通过由内燃机驱动的液压或其他系统带动。随着在汽车领域内不断增加的应用，也存在对于符合希望的设计参数的感应马达的需要，所述的参数例如包括车辆总质量，车辆质量分配，具有空间限制的车辆的整车布置以及批量生产的成本和方便性。

感应马达转子可能在建造上是昂贵的，因为它们目前通常通过模铸且然后机加工模铸的转子制成。图1至图2图示了制造典型的转子10的三个阶段的例子。在图1中示出的最终的转子10包括一系列堆叠的加固的钢叠片40，如在图2中以预加固的形式更清晰地可见。图2图示了排列在垂直堆30内的圆形钢叠片20。这些叠片20每个具有中心圆形孔24且每个叠片具有外周，该外周包括一系列缝隙22。典型地，这些叠片20被堆叠且然后通过模铸加固，同时也形成了下端环32和上端环38，如在图1中示出。在模铸过程中，融化的铝在堆叠的叠片的缝隙22之间流动，以加固叠片20，且在适当的铸造后的机加工后也形成上端环38和下端环32，如在图1中示出。

以上所述的过程对制造转子施加了限制。例如，金属和材料限制于适合于使用在模铸过程中的那些金属和材料。可能在希望的材料和材料的可铸造性之间存在折衷。例如，铝合金6101-T6因为其强度和电特性可以是用于转子的希望的制造材料。然而，此合金的对于铁的亲和性导致加速的模具损失且因此增加了转子成本。因此，与模铸过程相关的材料特性可能不利于它的使用，尽管其潜在地更好和/或更差的花费。与模铸过程相关的特性也可能排除了对可能期望改进感应马达的性能的材料的使用，因为该材料不能被模铸。此外，模铸可能要求另外的铸造后对转子的机加工步骤，这增加了另外的成本。

因此，希望开发用于制造感应马达转子的过程，该转子不具有模铸方法关于材料选择的限制。另外，希望的是过程将生产后的转子机加工要求(如果有)最小化以降低成本。此外，希望的是过程生产了在至少一些方面上具有很好的特征的转子，例如在轻重量、低成本、低多孔性、更高的电效率方面，和/或例如通过基于更紧凑的转子和感应马达的更好的整车布置允许改进设计。此外，过程和转子的其他希望的特点和特征将从随后的详细描述和附带的权利要求书中结合附图和前述的技术领域和背景技术而变得显见。

发明内容

搅拌焊接的转子的典型的实施例可以包括叠片堆，每个叠片具有排列在外周上的分开的缝隙。缝隙与缝隙棒对齐，缝隙棒每个具有在叠片堆上方延伸的第一末端和在叠片堆下方延伸的第二末端。第一焊缝在邻近的缝隙棒的第一末端之间延伸，且第二搅拌焊缝在邻近的缝隙棒的第二末端之间延伸。

搅拌焊接转子的实施例的另一个例子可以具有第一端环和第二端环。叠片堆插入在第一端环和第二端环之间。叠片的每个具有在外周上排列的分开的缝隙和与分开的缝隙对齐的缝隙棒。缝隙棒具有第一末端和第二末端。第一搅拌焊缝在缝隙棒的第一末端之间延伸，且第二搅拌焊缝在缝隙棒的第二末端之间延伸。

制造搅拌焊接的转子的方法的典型实施例可以以任意次序包括如下步骤。将每个在其各外周上具有分开的缝隙的叠片堆叠。将分开的缝隙与缝隙棒阵列的相应的缝隙棒对齐，其中每个缝隙棒具有第一末端和第二末端。另外，限制堆叠的叠片的往复的和旋转的移动，且将缝隙棒的第一末端搅拌焊接以形成大体上连续的圆形搅拌焊缝。

附图说明

在下文中将结合如下的附图描述多种实施例，其中类似的数字指示了类似的元件，且各图为：

图1是现有技术的感应马达转子的图示；

图2是现有技术的用于制造感应马达转子的叠片堆的图示；

图3是被组装的转子组件的典型实施例的透视图，且图示了将叠片堆在端环上而使垂直缝隙棒到位；

图4是包括外组装环和内组装环的转子组件的典型实施例的透视图；

图5是图4的实施例的顶视图；

图6是沿图5的6-6截取的截面视图；

图7是图示了搅拌焊接区的例子的截面视图的部分；

图8是搅拌焊接的转子的例子的截面视图，该转子准备好进行冲压；

图9是搅拌焊接的转子的例子的截面视图，该转子准备好进行轴向和径向机加工；

图10是包括外组装环和内组装环的转子组件的另一个典型实施例的顶视图；

图11是图10的实施例的部分的放大视图，以示出细节；

图12至图15以截面描绘了在多种生产阶段中的典型实施例；

图16是制造搅拌焊接转子的方法的实施例的例子；和

图17是制造搅拌焊接转子的方法的实施例的另一个例子。

具体实施方式

如下的详细描述仅在本质上是典型且不意图于限制所述的实施例或其应用和使用。此外，不意图于由任何在前述技术领域、背景技术、发明内容或如下的具体实施方式中提出的明白的或隐含的理论来进行限制。常规地，术语“内侧”在此用于指示相对于参考点(或转子的部件)的位置，且指示了与参考点相比更靠近转子的轴向中心线的位置。术语“外侧”相反地指出了与参考点(或转子的部件)相比更远离转子的轴向中心线的位置。

典型的实施例提供了使用更廉价替代模铸的制造过程的可能性，其使得能使用更大范围的合金且为转子提供了紧密的公差。相对于模铸转子，该构造方法可以降低对转子的随后的机加工的需要或程度。此外，典型的实施例可以具有很少或不具有导致强度和电特性下降的多孔性问题。

一般地，叠片可以由钢制成而缝隙棒可以由任何具有良好的导电性和足够的强度的材料制成，例如铝6101-T6或铜。端环可以是与缝隙棒相同的材料或可以是不同材料，例如铝6061-T6。

在图3至图6中图示的典型实施例示出了对于搅拌焊接的加固过程转子部件可以如何组装。在此特定的例子中，搅拌焊接组件100包括一系列嵌套的部件。搅拌焊接组件100包括外组装环110和内组装环120。内组装环120和外组装环110在搅拌焊接过程期间提供了对于转子部件的支承。搅拌焊接组件100包括平的盘状叠片130(图6)的堆，带有邻接内组装环120的中心孔135和靠着外组装环110支承的外侧直径。

更特定地，在此例子中，叠片130在其外周上具有规则地分开的缝隙132，缝隙132的每个与垂直缝隙棒134对齐，如在图3中示出。每个缝隙棒134在垂直取向上支承在下分离器盘142上。缝隙棒可以至少部分地包绕在薄的电绝缘材料中，例如

(DuPont ofWilmington，Delaware的商标)，以提供缝隙棒134和叠片130之间的屏障，以改进转子的电性能。内组装环120在堆叠时邻靠叠片130的中心孔135，例如在图6中示出。带有与缝隙棒134的下端138对齐的垂直沟槽(未示出)的下部外端环144围绕缝隙棒134的阵列的外侧延伸。如在图6中示出，带有与缝隙棒134的下端138对齐的垂直沟槽(未示出)的下部内端环165插入在缝隙棒134的下端138和内组装环120之间。因此，下部外端环144和下部内端环165一起围绕缝隙棒134的垂直下端138的部分。

一旦叠片130组装到堆，则带有与缝隙棒134的上端136(见图5)对齐的垂直沟槽的上部内端环160插入在缝隙棒134的上端136和内组装环120之间。此外，带有与缝隙棒134的上端136(见图5)对齐的垂直沟槽的上部外端环150围绕缝隙棒134的阵列的外侧延伸。因此，上部外端环150和上部内端环160一起围绕了缝隙棒134的垂直上端136的部分。因此，限制了缝隙棒134的旋转和往复运动。作为结果，通过缝隙棒134限制叠片130相对彼此的旋转运动，缝隙棒134又通过端环144、165、150、160限制。

下部焊接环170围绕下部外端环144延伸且放在下部分离器盘142上。下部焊接环170位于外端环180下方，外端环180向上延伸到上部焊接环175的下侧。上部焊接环175在外端环180和围绕的外组装环110之间保持到位。

在搅拌焊接组件的实施例的一些例子中，外端环180可以提供有通道182以用于供给合适的冷却剂，以在搅拌焊接期间最小化潜在的热效果。

在搅拌焊接期间，外组装环110的半体夹紧或栓接在一起，使得约束以上所述的搅拌焊接组件100的部件的相对彼此移动。搅拌焊接工具然后将搅拌焊接组件100的上端102和下端104焊接。由搅拌焊接工具覆盖的区的例子在图5中示出，如圆200、202。当然，单次通过的焊接或其他技术也可以使用。进一步地，图7示意性地图示了搅拌焊接工具300和在工具下方的焊接区310。焊接区310包含了上部焊接环175，缝隙棒134的上端136和上部内端环160。这些部件对于搅拌焊接组件100的整个上端102和下端104被搅拌焊接，以产生大体上连续的搅拌焊缝。搅拌焊接的转子组件可以然后受到机加工以去除无关的材料。

图8图示了搅拌焊接的转子250的例子。为生产搅拌焊接的转子250，内组装环120和外组装环110被移除。搅拌焊接的转子然后被冲压以从搅拌焊接组件100的上端102和下端104去除下部焊接环170和上部焊接环175，而不影响缝隙棒134。

图9图示了搅拌焊接的转子250的另一个例子。为生产搅拌焊接的转子250，内组装环120和外组装环110被移除。搅拌焊接的转子250然后被轴向地机加工而不影响缝隙棒134，同时保持上部外端环150和下部外端环144至少部分地不被影响。上部焊接环175和下部焊接环170的剩余部分如果需要或希望可以通过径向机加工过程来移除。

图10至图11分别图示了用于制成搅拌焊接的转子的搅拌焊接组件400的另一个实施例的顶视图和顶部的部分的放大视图。在此搅拌焊接组件400中，多个平的楔形可搅拌焊接的金属键410用于形成上端环和下端环。键410每个具有切口414，切口414定尺寸为接收缝隙棒的截面的分配，图中仅示出了缝隙棒上端136。因此，当切口在搅拌焊接组件400上排列时，它们覆盖了除缝隙棒的上端136外的表面(和在搅拌焊接完成后移除的内组装环120和外组装环110)。

图12至图15图示了在包括键410的实施例的制造中的阶段。在图12中，平的圆形下部分离器盘142支承了带齿的分离器盘143，分离器盘143具有一系列围绕其外周的齿145，这些齿的尺寸为与叠片130和棒134内的缝隙对齐。下部分离器盘142构造为接合叠片的中心孔135和缝隙棒134。当叠片130被堆叠到希望的高度时，缝隙棒134如在图12中示出插入。在图13中，键410沿组件的上端围绕缝隙棒134的上端排列，如在图10至图11中示出。在图14中应用了内部组装环120，且外部组装环110围绕组件被夹紧。组件现在处于将键410搅拌焊接到缝隙棒134的状态下。在搅拌焊接后，组件被颠倒，如在图15中示出。下部分离器盘142被移除且放置在组件下方，邻近焊接的键410，以在组件的另一端的焊接期间用作支承。另外，键410在组件的上端处围绕缝隙棒134排列以形成对缝隙棒134和所应用的内组装环120之间的表面区的完全覆盖。键410然后搅拌焊接到缝隙棒134的上端以形成大体上连续的圆形搅拌焊缝。

图16是用于制造搅拌焊接的转子的过程500的典型实施例。当然，其他实施例可以使用更少或更多的步骤，或不同的步骤，或可以以不同的次序执行步骤。在图16的典型的实施例中，转子组装以在过程510中选择且放下分离器盘和下端环开始。在过程515中，分开的垂直缝隙棒的阵列竖立在下端环上。在过程520中，叠片堆叠在内组装环和下端环的顶部上，使得每个叠片的每个缝隙与相应的缝隙棒对齐。一旦叠片堆叠完成，则在过程530中通过将上端环添加到堆的顶部上而准备焊接组件。另外，典型地为略微渐缩的钢的圆柱的内组装环配合在端环的内部圆周内。

在过程540中，应用焊接环以在焊接过程期间将组装的部件保持到位，或为搅拌焊接工具提供更多的空间。在过程550中，外组装环围绕组件被夹紧。在过程560中，组件被搅拌焊接以将缝隙棒焊接到端环以形成大体上连续的圆形搅拌焊缝。

在过程570中将组件颠倒，且分离器盘被移除且施加到焊接的端部以提供在过程580中在工作表面上的支承。在过程590中，顶端现在被搅拌焊接以将端环焊接到缝隙棒以形成大体上连续的圆形搅拌焊缝。

在搅拌焊接后，内组装环和外组装环可以在过程600中被移除。已制造的转子现在处于在过程610进行焊接后机加工的状态，搅拌焊接后机加工例如可以包括轴向机加工，径向机加工和冲压，以去除任何无关的材料，以生产最终的搅拌焊接的转子。最后，已机加工和搅拌焊接的转子产品在过程620中可以接受质量检验和性能标准检验。

在方法700的实施例的另一个例子中，图17图示了一系列与具有搅拌焊接的键的转子相关的过程。在过程710中，将平的、圆的下部分离器盘放在工作表面上且支承了带齿的分离器盘，该分离器盘围绕其外周带有齿，且齿定尺寸为与叠片内的缝隙和缝隙棒对齐。在过程720中，叠片在分离器盘上堆叠。在过程730中，缝隙棒被竖立130。在过程740中准备搅拌焊接的组件。这可以包括数个过程，例如在过程745中将键进行布置以围绕缝隙棒的上端焊接。在过程750内可以安装内组装环且在过程760中外组装环围绕组件夹紧。已夹紧的组件现在处于将键搅拌焊接到缝隙棒的端部的状态下，以在过程770中形成大体上连续的圆形的搅拌焊缝。一旦焊接则在过程780中将组件颠倒。分离器盘在过程785中被移除且施加到组件的底侧，在过程790中邻近搅拌焊接的键而作为支承件。在过程795中键可以布置在组件顶上围绕缝隙棒的暴露的上端。外组装环必须是松开的以实现此目的。在键到位且如果外组装环被移除时将其夹紧后，在过程800中施加内组装环。在过程810中将键搅拌焊接到缝隙棒，以形成大体上连续的圆形的搅拌焊缝。内组装环和外组装环在过程820中被移除。然后可以在过程830中进行对搅拌焊接的转子的搅拌焊接后机加工。过程830例如可以包括轴向机加工，径向机加工和冲压，以去除任何无关的材料以产生最终的搅拌焊接的转子。最后，已机加工和搅拌焊接的转子产品可以在过程840中接受质量检验和性能标准检验。

虽然已在前述详细描述中提出了至少一个典型的实施例，但应认识到的是存在大量的变化。也应认识到的是典型的实施例或多个典型的实施例仅是例子，且不意图于以任何方式限制所述的实施例的范围、适用性或构造。而是，前述的详细描述将为本领域一般技术人员提供用于实施典型的实施例或多个典型的实施例方便的指导方针。应理解的是可以在元件的功能和布置上进行多种改变而不偏离在附带的权利要求书及其法律等价物内阐明的范围。

Claims (10)

1.一种搅拌焊接的转子，包括：

叠片堆，叠片的每个包括在外周上排列的分开的缝隙；

上部内端环和上部外端环；

下部内端环和下部外端环；

与叠片的每个的分开的缝隙对齐的缝隙棒，缝隙棒每个具有延伸在叠片堆上方的第一末端和延伸在叠片堆下方的第二末端，上部内端环和上部外端环均具有与第一末端对齐的垂直沟槽，且下部内端环和下部外端环均具有与第二末端对齐的垂直沟槽；和

在邻近的缝隙棒的第一末端之间延伸并将第一末端焊接到上部内端环和上部外端环的第一搅拌焊缝，和在邻近的缝隙棒的第二末端之间延伸并将第二末端焊接到下部内端环和下部外端环的第二搅拌焊缝。

2.根据权利要求1所述的转子，其中第一搅拌焊缝包括第一系列的搅拌焊接的加固键，第一系列的搅拌焊接的加固键焊接到缝隙棒的至少第一末端。

3.根据权利要求2所述的转子，其中第二搅拌焊缝包括第二系列的搅拌焊接的加固键，第二系列的搅拌焊接的加固键焊接到缝隙棒的至少第二末端。

4.根据权利要求1所述的转子，其中第一搅拌焊缝是大体上连续的且大体上圆形的。

5.根据权利要求1所述的转子，其中叠片包括带有圆形中心孔和分开的外周缝隙的圆形的平盘，且其中第一搅拌焊缝靠近其圆形外周围绕转子延伸。

6.根据权利要求1所述的转子，进一步包括覆盖了缝隙棒的至少部分的薄的电绝缘材料，以在缝隙棒和叠片之间形成屏障。

7.一种制造搅拌焊接的转子的方法，包括如下步骤：

将每个在外周上包括分开的缝隙的叠片堆叠；

提供上部内端环和上部外端环；

提供下部内端环和下部外端环；

将分开的缝隙的每个与缝隙棒阵列内的相应的缝隙棒对齐，每个缝隙棒包括第一末端和第二末端，其中，上部内端环和上部外端环均具有与第一末端对齐的垂直沟槽，且下部内端环和下部外端环均具有与第二末端对齐的垂直沟槽；

限制堆叠的叠片的往复和旋转移动；和

将缝隙棒的第一末端和第二末端搅拌焊接到邻近的金属以形成在邻近的缝隙棒的第一末端之间延伸并将第一末端焊接到上部内端环和上部外端环的第一搅拌焊缝，和在邻近的缝隙棒的第二末端之间延伸并将第二末端焊接到下部内端环和下部外端环的第二搅拌焊缝。

8.根据权利要求7所述的方法，其中限制步骤包括在内组装环和外组装环之间的限制。

9.根据权利要求7所述的方法，其中搅拌焊接到邻近的金属的步骤进一步包括将键的第一阵列搅拌焊接到缝隙棒的第一末端，且将键的第二阵列搅拌焊接到缝隙棒的第二末端。

10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在搅拌焊接步骤后的机加工以去除过多的金属。

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