CN102651591A - 用于感应电动机的转子和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于感应电动机的转子和制造方法。具体地，一种用于制造感应电动机的转子组件的方法，包括将短路端环组装到转子组件，所述转子组件包括钢叠片堆和多根导体条。短路端环包括多个沟槽，所述多个沟槽与导体条从钢叠片堆的第一端延伸的对应部分对齐。组装包括将导体条的对应部分插入短路端环的沟槽中。短路端环通过在短路端环的周边周围施加压缩力以使导体条变形而固定到转子组件。
Description
技术领域
本发明涉及用于感应电动机的转子。
背景技术
在该部分中的声明仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
电供能的感应电动机通过在静止元件（即，定子）与可旋转元件（即，转子）之间的感应旋转磁场来将电功率转化成机械扭矩。旋转磁场通过导体条在耦联至转子的轴上产生扭矩。已知的定子感应电流流经转子上的导体条，所述导体条优选平行于转子的旋转轴线。
已知的用于感应电动机的转子包括：被组装到可旋转的轴上的钢片材堆（即层叠的钢堆叠件）；以及由例如铜或铝之类的导电材料制成的多根导体条。导体条被包含在层叠的钢堆叠件外周边处轴向限定的导体条沟槽中并且优选利用短路端环在转子的两个轴向端处连接在一起。
已知的转子制造方法包括将层叠的钢堆叠件放置到铸模中并且将熔融材料引入到在转子中形成的开放空间和在模具与层叠的钢堆叠件之间的开放空间中，以形成短路端环和导体条。已知的是，在熔融材料的填模和凝固期间，可能在导体条和短路端环中形成氧化夹杂物和空隙。而且，部分地由于导体条沟槽的表面区域的暴露，所以在熔融材料进入多个导体条沟槽中的紊流期间，所述熔融材料可能会冷却并部分地凝固。部分凝固的熔融材料可能妨碍熔融材料的流动，从而导致空隙、氧化夹杂物、以及导体条和短路端环中的其他不连续。
来自电动感应电动机的功率密度输出与导体条的品质和单独导体条的质量体积密度相关联。已知的是，在制造期间形成在导体条和短路端环中的空隙将减小电动感应电动机的功率密度输出。由热撕裂导致的氧化吸留和裂缝的存在则减小了导体条和短路端环的电导率，由此减小了电动机的功率密度。
同利用铝导体条和铝短路端环的感应电动机相比较，用于导体条和/或短路端环的铜材料的使用可提高感应电动机的功率密度和传热特性。同铝导体条相比较，已知的用于导体条和短路端环的铜材料的使用增加了制造过程时间和复杂性。已知的用于制造导体条和短路端环的制造过程包括在层叠堆叠片周围将导体条和短路端环铸造就位。另一常用方法是预制造导体条和短路端环用于组装到将焊接或铜焊就位的层叠堆叠片上。
发明内容
一种用于制造感应电动机的转子组件的方法，包括将短路端环组装到转子组件，所述转子组件包括钢叠片堆和多根导体条。短路端环包括多个沟槽，所述多个沟槽与导体条从钢叠片堆的第一端延伸的对应部分对齐。组装包括将导体条的对应部分插入短路端环的沟槽中。短路端环通过在短路端环的周边周围施加压缩力以使导体条变形而固定到转子组件。
1. 一种用于制造感应电动机的转子组件的方法，所述方法包括：
将短路端环组装到转子组件，所述转子组件包括钢叠片堆和多根导体条，其中所述短路端环包括多个沟槽，所述多个沟槽与所述导体条从所述钢叠片堆的第一端延伸的对应部分对齐，并且其中组装包括将所述导体条的对应部分插入所述短路端环的沟槽中；以及
通过在所述短路端环的周边周围施加压缩力以使所述导体条变形而将所述短路端环固定到所述转子组件。
2. 如方案1所述的方法，其特征在于，在所述短路端环的周边周围施加压缩力包括：
将模锻环放置在所述短路端环周围；以及
将所述模锻环压缩到所述短路端环上。
3. 如方案1所述的方法，其特征在于，其进一步包括将第二短路端环组装到转子组件，所述转子组件包括钢叠片堆和多根导体条，其中所述第二短路端环包括多个沟槽，所述多个沟槽与所述导体条从所述钢叠片堆的第二端延伸的对应部分对齐，并且其中组装包括将所述导体条的对应部分插入所述第二短路端环的沟槽中。
4. 如方案2所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括第一周边和第二周边，所述第一周边基本上与所述钢叠片堆的外表面齐平，所述第二周边与所述模锻环齐平，其中所述模锻环被压缩成基本上与所述钢叠片堆的外表面齐平。
5. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述导体条包括铜。
6. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述导体条包括铝。
7. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括铜。
8. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括铝。
9. 如方案2所述的方法，其特征在于，其进一步包括在压缩所述模锻环之后加工所述转子组件以除去延伸超出所述钢叠片堆的外表面的材料。
10. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述导体条相对于所述转子的旋转轴线平行。
11. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述导体条具有与所述转子的旋转轴线的锐角关系。
12. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括多个散热片。
13. 一种感应电动机的转子组件，其包括：
圆柱形的钢叠片堆，其包括多个沟槽，所述沟槽在所述钢叠片堆的周边周围并且相对于所述钢叠片堆纵向地取向；
多个导体条，每个导体条位于所述多个沟槽的一个中并且包括从所述钢叠片堆的第一端突出的相应第一端；
短路端环，其包括多个沟槽，每个沟槽与所述多个导体条的相应第一端的一个配合；以及
其中所述多个导体条的第一端充分地压缩变形以将所述导体条机械锁定到所述短路端环。
14. 一种感应电动机的转子组件，其包括：
圆柱形的钢叠片堆，其包括多个沟槽，所述沟槽在所述钢叠片堆的周边周围并且相对于所述钢叠片堆纵向地取向；
多个导体条，每个导体条位于所述多个沟槽的一个中并且包括从所述钢叠片堆的第一端突出的相应第一端；
短路端环，其包括多个沟槽，每个沟槽与所述多个导体条的相应第一端的一个配合；以及
模锻环，其围绕所述短路端环的一部分和所述多个导体条的配合的第一端，并且使所述多个导体条的第一端充分地压缩变形以将所述导体条机械锁定到所述短路端环。
15. 如方案14所述的转子组件，其特征在于，每个导体条进一步包括从所述钢叠片堆的第二端突出的相应第二端，并且进一步包括：
第二短路端环，其包括多个沟槽，每个沟槽与所述多个导体条的相应第二端的一个配合；以及
第二模锻环，其围绕所述第二短路端环的一部分和所述多个导体条的配合的第二端，并且使所述多个导体条的第二端充分地压缩变形以将所述导体条机械锁定到所述第二短路端环。
附图说明
作为示例，现在将参考附图来描述一个或多个实施例，附图中：
图1示出了根据本发明的用于感应电动机的转子组件；以及
图2示出了根据本发明的在模锻操作之前在第二周边处通过短路端环的转子组件的部分剖视图；
图3示出了根据本发明的在模锻操作之后在第二周边处通过短路端环的转子组件的部分剖视图；以及
图4示出了根据本发明的分别在第一和第二端上的模锻操作之后的感生电动机的转子组件。
具体实施方式
现在参考附图，其中所显示的内容仅仅为了图示某些示例性实施例，而不是为了限制所述示例性实施例，图1是立体图，其示出了用于感应电动机的转子组件10。感应电动机可以是任何感应电动机，包括用于机动车辆的动力系系统的感应电动机。转子组件10利用任何合适的制造方法（例如收缩装配和锁钥扭矩装配）固定地附接至在旋转轴线15上居中的转子轴。应意识到的是，可在转子的组装之后将转子组件10组装到例如可旋转的轴元件上。转子组件10和转子轴共用相同的旋转轴线15。
转子组件10包括第一端14和第二端16。转子组件10构造成被组装到感应电动机的定子内并且在感应电动机的定子内旋转。
转子组件10包括被组装的圆柱形的钢叠片堆20和电连接至环形短路端环30的多个径向取向的导体条40，环形短路端环30分别组装到钢叠片堆20的第一端24和第二端26中的一端或每端上。钢叠片堆20的第一端24对应于转子组件10的第一端14，并且钢叠片堆20的第二端26对应于转子组件10的第二端16。钢叠片堆的旋转轴线与转子组件10和转子轴的旋转轴线重合。
钢叠片堆20由多个薄的叠片片材22制成，所述薄的叠片片材22由含铁材料形成。在一个实施例中，叠片片材22为0.33 mm（0.013英寸）厚。利用精密冲裁过程或类似制造工艺来冲压叠片片材22，并且叠片片材22优选电绝缘，以使涡流最小。每个叠片片材22均为扁平的环形器件，并且包括靠近叠片片材22的外周边形成的多个径向取向的孔隙。当叠片片材22被组装到钢叠片堆20中时，径向取向的孔隙对齐，以形成与旋转轴线15平行并且靠近钢叠片堆20的外周边25径向取向的沟槽28。替代地，沟槽28可包括相对于旋转轴线15的锐角。此处的沟槽和导体条将被讨论为相对于旋转轴线纵向取向；然而这种取向被理解为包括平行于旋转轴线的对齐或与相对于旋转轴线的平行成锐角。沟槽28可具有任何合适的截面形状，并且在一个实施例中大致为矩形。纵向取向的沟槽28围绕外周边25均等地间隔开。导体条40均定位或嵌入在沟槽28的一个内。如认识到的，叠片片材22利用任何合适的制造方法以叠片方式被组装到旋转轴线15上。
导体条40优选由铜基材料制成，并且通过例如包括插入或模制之类的任何合适的工艺来添加到每个沟槽28中。替代性地，导体条40可由铝基或其他导电材料制成。尽管仅详细讨论了第一端，导体条40被公开为在导体条40的第一端和第二端的每个处包括特征。将认识到的是导体条40可以包括第一端上的所述特征，其仅具有与根据第二端处使用的另一方法的不同特征。每根导体条40均包括第一部分42、主要部分44和第二部分46，并且每根导体条40均具有周缘45。第一部分42侧向突出或纵向延伸到钢叠片堆20的第一端24之外。第二部分46侧向突出到钢叠片堆20的第二端26之外。主要部分44被包含在形成于钢叠片堆20中的沟槽28内。每根导体条40的周缘45沿主要部分44穿过外周边25上的沟槽28突出，并且还沿第一和第二部分42和46突出。
环形短路端环30中的每个环形短路端环均优选由铜基材料制成，并具有与叠片堆20的沟槽28对应的多个短路端环沟槽32。替代性地，短路端环30可由铝基材料或其他导电材料制成。短路端环沟槽32设计成通过滑动配合来容纳导体条40的第一和第二部分42、46中的一个。每个短路端环30包括阶状侧部50，其具有第一周边52，该第一周边52具有比第二周边54更大的直径。第二周边54尺寸设计成当完全组装在钢叠片堆20的第一周边52和第一端24之间时接收模锻环56。
每个短路端环沟槽32通过将导体条40的第一和第二部分42、46中的一个插入到短路端环沟槽32中来组装到叠片堆20的端部上。为便于组装而设计成具有比导体条40的第一和第二部分42、46的截面稍大的截面，因此在短路端环沟槽32与导体条40的第一和第二部分42、46之间形成空隙34。导体条40的第一和第二部分42、46为便于制造和组装还可设计成具有朝向外端的微小锥度。当将短路端环30组装到钢叠片堆20上时，导体条40的第一和第二部分42、46优选突出且通过短路端环沟槽32并且与短路端环30的第一周边52的外端齐平。
图2示出了在模锻操作之前在第二周边54处通过短路端环30的转子组件10的部分剖视图。短路端环30已通过将导体条40插入短路端环沟槽32中而组装到转子组件10上。模锻环56被放置在短路端环30的第二周边54上。导体条40可具有空隙60，其相对于短路端环30围绕每个导体条，短路端环30在加工工艺中被设计或者根据加工工艺设计。将注意到，模锻环56与短路端环30和导体条40间隔开，然而在模锻操作之前可利用过盈配合来维持到短路端环30和钢叠片堆20的关系。短路端环30的第二周边54优选包括短路端环沟槽32的边缘处的凸起。第二周边54和凸起58的直径提供压挤区域62，该压挤区域由邻近导体条40，第二周边54和模锻环限定以在模锻工艺期间聚拢导体条40的材料。模锻工艺是一种工艺，其提供均匀压缩压力以均匀地减小金属对象，在这种情况下为模锻环56。压挤区域62包括足够的面积以使模锻环56与短路端环30和钢叠片堆20的第一周边52对齐。
图3示出了在模锻操作之后在第二周边54处通过短路端环30的转子组件10的部分剖视图。模锻操作在外周边上提供均匀压力到模锻环56，从而均匀地压缩模锻环56。压力作为压缩力传递以施加到短路端环30周边周围的导体条40的每个，由此导致导体条40变形。导体条40的变形填充短路端环沟槽32，其基本上消除了可能存在的任何空隙。第二周边54的凸起允许导体条40变形和聚拢。应理解的是从第一周边54到第二周边54的距离可足以允许导体条40变形和聚拢而不需要第二周边54的凸起。
模锻工艺将模锻环减小到外径尺寸约等于第一周边52和叠片堆20并与其齐平，由此产生了转子的光滑圆柱形外表面。延伸超过短路端环30和叠片堆20的第一周边52的外表面的任何材料能够通过本领域的任何已知工艺加工掉。模锻环56和导体条40的变形端在短路端环30和导体条40之间产生机械锁定，由此还将短路端环30固定到钢叠片堆。将认识到的是处理模锻环56的某些模锻可不是必须的。替代地，模锻操作直接发生在导体条40上，在短路端环30的周边周围施加压缩力到导体条40并且使导体条变形以将短路端环30锁定到导体条。将认识到的是模锻操作能够独立地或同时在第一端14和第二端16上在第一端14或第二端16上进行。
图4是示出了分别在第一端14和第二端16上的模锻事件之后的感生电动机的转子组件10的立体图。转子组件10包括短路端环30，其插入到多个导体条40上。模锻环56已被模锻到第一周边52和钢叠片堆20之间的位置上。延伸超过第一周边52的任何额外材料已经通过加工除去以提供转子组件10的相对光滑的外部。钢叠片堆20的第二端16包括多个散热片64，其附接到第二端16以提供额外的冷却性能。散热片64为了特定应用而在数量、形状和尺寸上变化。将认识到的是加工工艺能够包括加工转子组件10的每个工件，例如短路端环30，模锻环56，导体条40和可延伸超过转子组件10的所需外部的钢叠片堆20。应理解的是模锻短路端环30可包括模锻单个短路端环30或两个短路端环30。
本发明已描述了某些优选的实施例以及对所述某些优选实施例的修改。本领域的技术人员在阅读和理解说明书时可想到另外的变型和变更。因此，本发明不应局限于作为用于实施本发明所设想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明应包括属于所附权利要求范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种用于制造感应电动机的转子组件的方法，所述方法包括：
将短路端环组装到转子组件，所述转子组件包括钢叠片堆和多根导体条，其中所述短路端环包括多个沟槽，所述多个沟槽与所述导体条从所述钢叠片堆的第一端延伸的对应部分对齐，并且其中组装包括将所述导体条的对应部分插入所述短路端环的沟槽中；以及
通过在所述短路端环的周边周围施加压缩力以使所述导体条变形而将所述短路端环固定到所述转子组件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述短路端环的周边周围施加压缩力包括：
将模锻环放置在所述短路端环周围；以及
将所述模锻环压缩到所述短路端环上。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其进一步包括将第二短路端环组装到转子组件，所述转子组件包括钢叠片堆和多根导体条，其中所述第二短路端环包括多个沟槽，所述多个沟槽与所述导体条从所述钢叠片堆的第二端延伸的对应部分对齐，并且其中组装包括将所述导体条的对应部分插入所述第二短路端环的沟槽中。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括第一周边和第二周边，所述第一周边基本上与所述钢叠片堆的外表面齐平，所述第二周边与所述模锻环齐平，其中所述模锻环被压缩成基本上与所述钢叠片堆的外表面齐平。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体条包括铜。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导体条包括铝。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括铜。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括铝。
9.一种感应电动机的转子组件，其包括：
圆柱形的钢叠片堆，其包括多个沟槽，所述沟槽在所述钢叠片堆的周边周围并且相对于所述钢叠片堆纵向地取向；
多个导体条，每个导体条位于所述多个沟槽的一个中并且包括从所述钢叠片堆的第一端突出的相应第一端；
短路端环，其包括多个沟槽，每个沟槽与所述多个导体条的相应第一端的一个配合；以及
其中所述多个导体条的第一端充分地压缩变形以将所述导体条机械锁定到所述短路端环。
10.一种感应电动机的转子组件，其包括：
圆柱形的钢叠片堆，其包括多个沟槽，所述沟槽在所述钢叠片堆的周边周围并且相对于所述钢叠片堆纵向地取向；
多个导体条，每个导体条位于所述多个沟槽的一个中并且包括从所述钢叠片堆的第一端突出的相应第一端；
短路端环，其包括多个沟槽，每个沟槽与所述多个导体条的相应第一端的一个配合；以及
模锻环，其围绕所述短路端环的一部分和所述多个导体条的配合的第一端，并且使所述多个导体条的第一端充分地压缩变形以将所述导体条机械锁定到所述短路端环。
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