CN102263466B - 电机转子导条及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机转子导条及其制造方法，具体而言，涉及包括电机(100)的方法、系统和设备，该电机(100)具有多个转子导条(106)和构造成将该多个转子导条电气联接在一起的第一联接构件(124)。该多个转子导条(106)的各个转子导条均包括具有第一电阻率的第一金属材料(110)和铸造在第一材料(110)周围的第二金属材料(112)，其中第二金属材料(112)具有大于第一电阻率的第二电阻率。第一金属材料(110)具有第一端和与该第一端相对的第二端，并且第一联接构件(124)联接到第一金属材料(110)的第一端上。

Description

电机转子导条及其制造方法

技术领域

本发明的实施例一般地涉及电机转子导条，且更具体地涉及一种双金属电机转子导条。

背景技术

电机如电动机或发电机的转子导条常由一种材料制成。例如，转子导条常由铝制成，这是由于铝的电气特性和与“工作中的”铝相关的成本。

已发现电机的运行效率常能够通过减小相应转子导条的电阻来增加。换言之，具有较低电阻的转子导条的电机倾向于比具有较高电阻的转子导条的同等电机更有效地工作(即，随着转子导条电阻减小，电机运行效率常增大)。

为了开发转子导条电阻和运行效率之间的这种关系，已从具有低于铝的电阻的材料制造转子导条。例如，已制造由铜组成的转子导条。然而，由于铜与铝相比的高熔点，以及与加工铜相关的困难，铜转子导条倾向于比铝转子导条成本更高。

因此想要提供一种用于成本划算地制造积极地影响电机的运行效率的转子导条的设备和方法。

发明内容

根据本发明的一方面，一种电机包括多个转子导条和构造成将该多个转子导条电气地联接在一起的第一联接构件。该多个转子导条中的每个转子导条都包括具有第一电阻率的第一金属材料和铸造在第一材料周围的第二金属材料，其中第二金属材料具有大于第一电阻率的第二电阻率。第一金属材料具有第一端和与第一端相对的第二端，并且第一联接构件联接到第一金属材料的第一端上。

根据本发明的另一方面，一种制造电机的方法包括将多个导条插入转子导条壳体并且将该多个导条电气联接在一起，其中该多个导条中的每个导条均包括具有第一电阻率的第一金属材料。该方法还包括将第二金属材料铸造在插入转子导条壳体的多个导条周围，其中第二金属材料具有大于第一电阻率的第二电阻率。

根据本发明的另一方面，一种电机包括多个转子导条和构造成将该多个转子导条中的每个转子导条电气联接在一起的第一电气联接环。该多个转子导条中的每个转子导条均包括金属导条和围绕该金属导条的至少大部分的金属覆盖物。各个金属导条均包括具有第一电阻率的第一材料并且各金属覆盖物均具有大于第一电阻率的第二电阻率。

各种其它特征和优点将从以下详细描述和附图变得明显。

附图说明

附图示出了在此为实施本发明而构想的实施例。

在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的电机的图。

图2是根据本发明的一个实施例的图1的电机的截面图。

图3-5示出了图2的电机的一部分并显示了根据本发明一个实施例制造转子导条的一个实例。

图6是根据本发明的一个实施例的图1的电机的分解图。

图7是根据本发明的一个实施例的图1的电机的另一截面图。

图8-10示出了根据本发明一个实施例在将转子导条的第二金属材料铸造在转子导条周围之前将转子导条的第一金属材料固定在第一环和第二环上。

图11-12示出了根据本发明另一实施例在将转子导条的第二金属材料铸造在转子导条周围之前将转子导条的第一金属材料固定在第一环和第二环上。

图13-15示出了根据本发明另一实施例在将转子导条的第二金属材料铸造在转子导条周围之前将转子导条的第一金属材料固定在第一环和第二环上。

具体实施方式

参照图1，示出了根据本发明的一个实施例的电机100的一部分的图。根据图1的实施例，电机100具有旋转轴线102，电机100围绕该旋转轴线旋转。尽管未示出，但本领域的技术人员会认识到，沿旋转轴线102的轴一旦旋转将使电机100旋转。可以构想的是，电机100可以包括多个冷却鳍片104(以虚影示出)。然而，可以设想不带冷却鳍片104或带有数量高于或低于图1中所示数量的冷却鳍片的实施例。

也可构想电机100可为采用转子导条的任何类型的电机。例如，此类电机可以包括感应机器，例如感应马达或发电机。然而，且更一般而言，此类电机也可包括电动机、发电机等。如以下参考图2将会示出的，电机100包括多个转子导条。

参照图2，示出了根据本发明一个实施例的沿图1的线2-2的电机100的截面图。电机100包括延伸穿过电机100的铁心材料108(即，转子导条壳体)的多个转子导条106，其中该多个转子导条106的每个转子导条均至少包括第一金属材料110和第二金属材料112。第一金属材料110具有第一电阻率，而第二金属材料112具有大于第一电阻率的第二电阻率。可以注意到，各个转子导条106均包括上部114和下部116。

根据本发明的一个实施例，第一金属材料110包括铜材料(例如，铜导条)和/或银材料，而第二金属材料112包括铝材料。然而，可以设想，第一金属材料110可以由铜或银之外的材料构成。例如，第一金属材料110可由具有对应的第一电阻率的第一类铝构成，而第二金属材料112可由具有不同于第一电阻率的对应的第二电阻率的第二类铝构成。根据此类实施例，第一金属材料110的第一类铝将具有低于第二金属材料112的第二类铝的电阻率。注意第二金属材料112可由铝之外的材料构成。

根据图2中所示的实施例，第二金属材料112是铸造在第一金属材料110周围的材料。

电机100的运行效率通常更加受各个转子导条106的下部116影响。随着下部116的电阻率减小，电机100的运行效率增大。

此外，电机部分100的起动扭矩可能受各个转子导条106的上部114影响。例如，随着上部114的电阻率增大，该起动扭矩也可能增大。当例如电激发来自固定频率源如从AC60Hz源直线起动时会出现这样的场景。

本发明的实施例有助于最大化或至少提高电机(例如，电机100)的运行效率。本发明的实施例还可以有助于增大电机的起动扭矩和/或限制电机的起动电流。例如，由于第二金属材料112的较高电阻率的上部114的较高电阻率会增大起动扭矩和/或限制起动电流。此外，由于下部116包括具有低于第二金属材料112的电阻率的第一金属材料110，所以对应的电机(例如，电机100)的运行效率增大。

仍参照图2，第二金属材料112可以选择为最大化或增大起动扭矩和/或限制起动电流，而第一金属材料110可以选择为最大化或增大运行效率。再次，由于第二金属材料112的上部114的较高电阻率会对电机100的起动扭矩或起动电流具有积极影响，而下部116由于其第一金属材料110的较低电阻率而对电机100的运行效率具有积极影响。

如上所述，可以构想的是，第二材料112可铸造在第一材料110周围。然而，可以设想，转子导条106的上部114可为预成型构件。在此类实施例中，预成型构件可以由与第二材料112相同的材料构成，或者它可以由另一种材料构成。在任一情况下，预成型构件的电阻率高于第一材料110的电阻率。

还会注意到，本发明的实施例可以用于利用使用高电阻率转子导条同时降低或限制与其相关的制造成本的益处。如本领域的技术人员将会理解的，典型地制造采用完全由铜制成的转子导条的电机比制造采用完全由铝制成的转子导条(即，典型地具有高于铜转子导条的电阻率的转子导条)的电机更昂贵。此类制造成本差别会与铜的较高熔点相关，铜的较高熔点会使得更昂贵的工具和制造工艺成为必要。例如，铸造铜常比铸造铝更加昂贵。

然而，根据本发明的实施例，可以使利用使用电阻率较低的材料如铜的益处的转子导条的制造成本最低。例如，第一金属材料110可为具有适当尺寸或可被加工为具有适合的尺寸的预先购买的铜导条，而第二金属材料112可铸造在第一金属材料110周围。因此，可以避免需要铸造第一金属材料110。

图3-5示出了沿图2的线5-5的电机100的一部分并显示了制造根据本发明一个实施例的转子导条的一个实例。

在图3中，示出了转子铁心或壳体108中用于转子导条构件的插入和铸造的开口118。在图4中，以第一金属材料110插入其中的方式示出了开口118。可以构想，第一金属材料110可为条状物或条状材料。如图所示，可以构想，第一金属材料110可以在其上具有介入材料120。介入材料120可以是镀层(例如，铝、镍或其它类型的镀层)。也可构想，介入材料120可以是绝缘材料。然而，可以注意到，也可构想无介入材料的实施例。以下将参考图5阐述与介入材料120有关的更多细节。

图5示出了铸造材料112(即，第二金属材料)填充开口118的剩余空隙并被铸造在第一金属材料110和介入材料120(如果存在的话)周围。如果存在的话，则介入材料120可以是构造成至少部分使铸造材料112与第一材料110电绝缘的电绝缘体。另外或备选地，介入材料120可以是构造成增强第一材料110和铸造材料112之间的粘附或联接的镀层(例如，铝镀层)。如以上参考图4所述，可以构想无介入材料120的实施例。因此，在有或没有图5所示的介入材料120的情况下，第一金属材料110周围的铸造材料112形成转子导条106。

可以注意到，转子导条106的铸造材料112不需要完全覆盖第一材料110。例如，如图4的实施例中所述，第一材料110/介入材料120组合体的底部122邻近转子铁心108，其间没有铸造材料112。因此，取决于第一材料110在开口118内的位置，铸造材料112可以完全或部分围绕第一材料110。

如图5中所示，转子导条106包括上部114和下部116。第一金属材料110具有低于铸造材料112的电阻。因此，下部116的有效电阻低于上部114的有效电阻。由于下部116的较低有效电阻，电机100将具有高于采用仅含有铸造材料112的转子导条的相当的电机(未示出)的运行效率。

此外，由于上部114中的铸造材料112具有高于第一金属材料110的电阻，所以电机100可具有高于采用仅含有用于第一金属材料110(例如，铜)的材料的相当的机器(未示出)的起动扭矩。此外，转子导条106的构型也可有益于限制起动电流。

由于转子导条106的双金属性质，电机100可以从铸造材料112的较高电阻特性受益同时还从第一金属材料110的较低电阻特性受益。

现参照图6，示出了根据本发明一个实施例的图1的电机100的一部分的分解图。可注意到，未示出图1的鳍片104。如图6中所示，电机100包括第一联接构件124(即，第一环)、其中具有开口118的转子铁心108以及第二联接构件126(即，第二环)。多个转子导条106还以分解图示出，其中各个转子导条106包括第一金属材料110和第二金属材料112。可以注意到，第二金属材料112出于说明的目的作为两个构件(即，紧挨着第一环124的一个构件和紧挨着第二环126的另一个构件)被示出。根据其中第二金属材料112被铸造在第一金属材料110周围的实施例，第二金属材料112是一个构件。

尽管未示出，但可以构想，第一金属材料110可以具有联接到其上的介入材料(例如，图4-5的介入材料120)。如果介入材料是绝缘体，则第一联接构件124和第二联接构件126还将基本被封包在绝缘材料中使得第一金属材料110与第一联接构件124以及第二联接构件126电气联接在一起但与第二金属材料112基本电绝缘。

如以上参考图2-5所解释的，根据本发明的实施例，第一金属材料110具有低于第二金属材料112的电阻。第一金属材料110可为置于开口118中的条状物或条状材料。根据一个实施例，一旦各金属材料110被置于各个开口118中，第一联接构件124和第二联接构件126就联接到其上。尽管在图6所示的实施例中将第一联接构件124和第二联接构件126示出为圆形或环形，但可构想其它形状。

仍参照图6，第二金属材料112可在第一金属材料110周围被铸造在开口118中。因此，可以避免与铸造第一金属材料110相关的制造成本，这是因为第一金属材料110不需要铸造。根据图1和图6中所示的实施例，第二金属材料112可铸造在第一联接构件124和第二联接构件126周围。

现参照图7，示出了根据本发明一个实施例的沿图1的线7-7的电机100的截面图。图7中示出了第一转子导条128和第二转子导条130，其中各个转子导条128、130均包括第一金属材料110和第二金属材料112。图7中还示出了第一环124(即，第一联接构件)和第二环126(即，第二联接构件)，其中各个环124、126将第一转子导条128和第二转子导条130电气联接到定位在电机100的圆周周围的其它转子导条(未示出)上。可以构想，第一环124和第二环26可以铜焊到第一材料110上以实现或增强它们之间的电气联接。

可以注意到，图7中所示的电机100的实施例不包括冷却鳍片(例如，图1的冷却鳍片104)。然而，如图1的描述中所建议的，可以构想具有冷却鳍片的电机如电机100的实施例。

图8-10示出了根据本发明一个实施例的用于在将第二金属材料112铸造在第一金属材料110周围之前将第一金属材料110固定到第一环124和第二环126上的步骤。

在图8中，压缩工具132与第一金属材料110的第一端134以及第二端136对齐。在图9中，压缩工具132向第一端134和第二端136施加压力，从而使第一端134和第二端136变形，使得它们分别重叠第一环124的一部分和第二环126的一部分。如图10中所示，压缩工具132从变形的第一端134和第二端136去除，从而留下形成在第一金属材料110与第一环124以及第二环126之间的低电阻触点138。这样形成的低电阻触点138确保了第一环124和第二环126如上所述将所有转子导条106电气联接在一起。

图11-12示出了根据本发明另一个实施例的用于在将第二金属材料112铸造在第一金属材料110周围之前将第一金属材料110固定到第一环124和第二环126上的步骤。

在图11中，第一螺帽140与第一金属材料110的第一端142对齐，该第一端142具有形成在其中的第一空腔144，并且第二螺帽146与第一金属材料110的第二端148对齐，该第二端148具有形成在其中的第二空腔150。在图12中，第一螺帽140和第二螺帽146被拧入第一金属材料110的第一空腔144和第二空腔150，从而使第一金属材料110重叠第一环124和第二环126。因此，低电阻触点152形成在第一金属材料110与第一环124与第二环126之间。以这种方式，这样形成的低电阻触点152确保了第一环124和第二环126如上所述将所有转子导条106电气联接在一起。

根据一个实施例，第二金属材料112被铸造在第一金属材料110以及第一环124和第二环126周围，且第一螺帽140和第二螺帽146插入第一金属材料110。以这种方式，第二金属材料112被铸造在第一螺帽140和第二螺帽146周围。根据另一个实施例，第一螺帽140和第二螺帽146可以在铸造之前被去除。

图13-15示出了根据本发明另一个实施例的用于在将第二金属材料112铸造在第一金属材料110周围之前将第一金属材料110固定到第一环124和第二环126上的步骤。

在图13中，第一垫片154与第一金属材料110的第一端156对齐，而第二垫片158与第一金属材料110的与第一端156相对的第二端160对齐。在图14中，第一垫片154定位在第一端156周围，而第二垫片158定位在第二端160周围。另外，第一螺帽162与第一材料110的第一端156对齐，该第一端156具有形成在其中的第一空腔164，而第二螺帽166与第一材料110的第二端160对齐，该第二端160具有形成在其中的第二空腔168。如图15中所示，第一螺帽162联接到第一端156上，而第二螺帽166联接到第二端160上。因此，第一金属材料110经由第一螺帽162和第一垫片154与第一环124并经由第二螺帽166和第二垫片158与第二环126形成低电阻触点170。

因此，根据本发明的一个实施例，一种电机包括多个转子导条和构造成将该多个转子导条电气联接在一起的第一联接构件。该多个转子导条中的各个转子导条均包括具有第一电阻率的第一金属材料和铸造在第一材料周围的第二金属材料，其中第二金属材料具有大于第一电阻率的第二电阻率。第一金属材料具有第一端和与所述第一端相对的第二端，并且第一联接构件联接到第一金属材料的第一端上。

根据本发明另一实施例，一种制造电机的方法包括将多个导条插入转子导条壳体并且将所述多个导条电气联接在一起，其中该多个导条中的各个导条均包括具有第一电阻率的第一金属材料。该方法还包括将第二金属材料铸造在插入转子导条壳体的多个导条周围，其中第二金属材料具有大于第一电阻率的第二电阻率。

根据本发明的另一个实施例，一种电机包括多个转子导条和构造成将所述多个转子导条中的各个转子导条电气联接在一起的第一电气联接环。该多个转子导条中的各个转子导条均包括金属导条和至少围绕该金属导条的大部分的金属覆盖物。各个金属导条均包括具有第一电阻率的第一材料并且各个金属覆盖物具有大于第一电阻率的第二电阻率。

此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种电机，包括：

多个转子导条；以及

第一联接构件，其构造成将所述多个转子导条电气联接在一起，其中所述多个转子导条的各个转子导条均包括：

具有第一电阻率的第一金属材料，所述第一金属材料具有第一端和与所述第一端相对的第二端，其中所述第一联接构件联接到所述第一金属材料的所述第一端上；

第二金属材料，其铸造在所述第一金属材料周围并具有大于所述第一电阻率的第二电阻率；所述多个转子导条的各个转子导条均具有第一端和与所述第一端相对的第二端，并且其中所述第一联接构件电气联接到所述多个转子导条的各个转子导条的所述第一端上；并且其中，所述电机还包括联接到所述多个转子导条的各个转子导条的所述第二端上的第二联接构件，其中所述第二联接构件构造成将所述多个转子导条电气联接在一起；

所述第二金属材料围绕所述第一联接构件和所述第二联接构件的部分而铸造；

其中，所述多个转子导条的各个转子导条的所述第一端被压紧，使得所述多个转子导条的各个转子导条的第一部分变形，以重叠所述第一联接构件的一部分；以及，所述多个转子导条的各个转子导条的所述第二端被压紧，使得所述多个转子导条的各个转子导条的第二部分变形，以重叠所述第二联接构件的一部分。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一金属材料包括铜导条并且所述第二金属材料包括铝。

3.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括：

拧到所述第一金属材料的第一端上的第一帽；以及

拧到与所述第一金属材料的所述第一端相对的所述第一金属材料的第二端上的第二帽。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述多个转子导条的各个转子导条还在所述第一金属材料和第二金属材料之间包括介入材料，其中所述介入材料构造成有助于将所述第二金属材料粘附到所述第一金属材料上。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述介入材料包括在所述第一金属材料上的铝镀层。

6.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述电机还包括联接到各个转子的所述第一金属材料及所述第一联接构件和第二联接构件上的介入材料，并且其中所述介入材料构造成至少部分地使各个转子导条的所述第一金属材料及所述第一联接构件和第二联接构件与各个转子导条的所述第二金属材料电绝缘。

7.一种制造电机的方法，包括：

将多个导条插入转子导条壳体，其中所述多个导条中的每个导条均包括具有第一电阻率的第一金属材料；

将所述多个导条电气联接在一起；

将第二金属材料铸造在插入所述转子导条壳体的所述多个导条周围，其中所述第二金属材料具有大于所述第一电阻率的第二电阻率；

将第一联接构件联接到所述多个导条的每个导条的第一端上；以及将第二联接构件联接到所述多个导条的每个导条的第二端上；

其中，将所述第一联接构件联接到所述多个导条的每个导条的第一端上包括：压紧所述多个导条的每个导条的所述第一端，使得所述多个导条的每个导条的第一部分变形，以重叠所述第一联接构件的一部分；以及压紧所述多个导条的每个导条的所述第二端，使得所述多个导条的每个导条的第二部分变形，以重叠所述第二联接构件的一部分。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括将电绝缘体联接至所述多个导条的每个导条。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括用金属镀层材料对所述多个导条的每个导条进行镀层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述镀层材料包括铝。

11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将第一联接构件联接到所述多个导条的每个导条的第一端上包括将所述第一联接构件铜焊到所述多个导条的每个导条的所述第一端上，并且其中将第二联接构件联接到所述多个导条的每个导条的与所述第一端相对的第二端上包括将所述第二联接构件铜焊到所述多个导条的每个导条的所述第二端上。

12.一种电机，包括：

多个转子导条；

构造成将所述多个转子导条的每个转子导条电气地联接在一起的第一电气联接环，其中所述多个转子导条的每个转子导条均包括：

金属导条，其包括具有第一电阻率的第一材料；

围绕所述金属导条的至少大部分的金属覆盖物，所述金属覆盖物具有大于所述第一电阻率的第二电阻率；以及

构造成将所述多个转子导条的每个转子导条电气地联接在一起的第二电气联接环；以及

联接到所述第一和第二联接环并联接到每个转子导条的所述金属导条上的绝缘材料，其中所述绝缘材料构造成至少部分地将所述第一和第二联接环以及每个转子导条的所述金属导条与每个转子导条的所述金属覆盖物隔开。

13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，所述多个转子导条的每个转子导条还包括构造成增强所述金属覆盖物和所述金属导条构件之间的结合的镀层。

14.根据权利要求13所述的电机，其特征在于，所述镀层包括铝，且所述金属导条包括铜、镍和银的至少其中一种。

15.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，所述金属覆盖物铸造到所述金属导条上，并且其中所述金属覆盖物包括铝。

16.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，所述金属导条包括第一端和与所述第一端相对的第二端，并且其中所述电机转子导条还包括：

联接到所述金属导条的所述第一端上的第一螺帽；以及

在所述金属导条的所述第一端周围并定位成靠近所述第一螺帽的一部分和所述第一电气联接环的垫片构件，其中所述金属导条经由所述第一螺帽的所述一部分和所述垫片构件联接到所述第一电气联接环上。