CN102672358B - 用于感应电动机的焊接设备 - Google Patents

Abstract

一种用于感应电动机的焊接设备，包括可操作为支撑转子并绕旋转轴线使转子旋转的夹具，和在夹具支撑转子时支撑在夹具邻近的且可操作为将绕转子的表面定位的导体条焊接到第一短路环的焊头。控制器控制夹具以选择性地旋转转子。控制器让焊头或夹具或两者运动，使得焊头处在焊接位置，且使得在转子旋转时焊头将导体条焊接到第一短路环而同时保持处于焊接位置，以沿第一短路环形成基本上圆形的焊接路径。在一些实施例中，导体条同时地焊接到两个短路环。还提供一种焊接感应电动机的方法。

Description

用于感应电动机的焊接设备

技术领域

本发明涉及用于将导体条焊接到感应电动机上的短路环的焊接设备和及其焊接方法。

背景技术

交流(AC)感应电动机是电动机的一种具体类型，其使用感应电流以使得电动机的转子的一些部分在电动机运行期间磁化。感应电流流过导体条，所述导体条平行于转子的旋转轴线并围绕转子芯部的周边。

制造感应电动机转子的公知方法耗时且相对昂贵。一种常见的实际操作是将预先制造的导体条和短路环组装到层压堆叠结构上并将组件硬钎焊在一起。另一公知的方法是绕转子堆叠结构在模具中将短路环和导体条压铸在一起。对于某些材料，例如铜，压铸难以在保持铸造部件完整性的同时执行，因为铜趋于与压模的表面起反应。

发明内容

提供一种用于感应电动机的焊接设备和使用个焊接设备焊接感应电动机的方法。感应电动机具有限定出旋转轴线的环形转子和绕环形转子的外表面间隔开的导体条。第一和第二短路环连接到环形转子的第一和第二端部。设备包括夹具，其可操作为支撑转子并绕旋转轴线使转子旋转。焊头被支撑为邻近夹具并可操作为在夹具支撑转子时将导体条焊接到第一短路环。进而，设备包括至少一个控制器，其可操作为控制夹具以选择性地使转子旋转。控制器可操作为将焊头或夹具或两者运动使得焊头处在焊接位置。控制器可操作为在转子旋转时使得焊头将导体条焊接到第一短路环而同时保持处于焊接位置，以沿第一短路环形成基本上圆形的焊接路径。

在一些实施例中，第二焊头被支撑为邻近所述夹具从而第二焊头与第一焊头轴向间隔开，并可操作为在夹具支撑转子时将导体条焊接到第二短路环。控制器可操作为让第二焊头在相应初始位置和相应焊接位置之间运动。 控制器使得在转子旋转时第二焊头将导体条焊接到第二短路环并同时保持在相应焊接位置，以与第一基本上圆形的焊接路径同时地沿第二短路环形成第二基本上圆形的焊接路径。

还提供一种使用所述焊接设备焊接感应电动机的方法。该方法包括支撑转子使得转子可绕旋转轴线旋转，将焊头定位在焊接位置，该焊接位置邻近导体条延伸进入的短路环的部分，且随后同时地旋转转子并将导体条焊接到短路环，而焊头基本上保持在预定位置从而焊头沿基本上圆形的焊接路径进行焊接。

该设备和方法减少制造用于感应电动机的转子的工作周期时间。因为焊头被相对地固定而转子在焊接期间转动，所以不需要在每一个导体条的端部处集中时间来定位和重新定位焊头，从而建立精确和准确的焊接路径。该设备和方法对于使用用于导体条和短路环的铝合金或铜合金是有益的，但并不限于这些材料。导体条可以是例如铜这样的一种材料，而短路环是例如铝这样的不同材料。铜合金比通常具有铝合金部件的转子具有更好的功率密度和更好的热传递能力。在一些实施例中转子条的相对端部可以同时地焊接到短路环，极大地减少了工作周期时间。这使得可以使用搅拌摩擦焊FSW(其是相对地慢的焊接方法)，因为在导体条的两端部都同时焊接到两个短路环的设备的实施例中焊接周期时间被缩短一半。提供FSW，实现固态焊接，且焊接在一起的材料的特点基本保持不变，因为焊接过程不形成高于焊接材料熔化温度的温度。由此，焊接部件的传导性不受影响。

进而，该设备和方法允许通过熔接焊接过程进行焊接。熔接焊接是在接头处熔化基材的焊接过程，且包括气体保护金属极弧焊(GMAW)头、气体保护钨极弧焊(GTAW)头，等离子弧焊头，电子束焊头，激光束焊头，或激光束焊接和GMAW、GTAW或等离子弧焊头的组合。因为焊头在焊接期间基本上保持不动，且因为旋转的转子具有一致的圆柱形形状，所以可以定制防护罩以装配在焊头周围并靠近旋转的转子，以形成基本上封闭的腔室。腔室和防护罩允许建立惰性环境，其中熔接焊接过程可在没有会影响焊缝完整性的杂质的情况下进行。在激光束焊接(LBW)和电子束焊接(EBW)的情况下，防护罩也会遮蔽激光束和电子书，以防止意外露出并保护操作者的眼睛。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是用于焊接感应电动机的转子的焊接设备的第一实施例的示意性透视图；

图2是通过图1的焊接设备焊接转子的方法的流程图；

图3是用于焊接感应电动机的转子的焊接设备的第二实施例的示意性透视图；

图4是提供图3的焊接设备焊接转子的方法的流程图；

图5是用于焊接感应电动机的转子的焊接设备的第三实施例的示意性透视图；

图6是通过图5的焊接设备焊接转子的方法的流程图；

图7是通过图1的焊接设备焊接的、用于感应电动机的转子的示意性透视图；

图8是通过图3的焊接设备焊接的、用于感应电动机的转子的示意性透视图；

图9是通过图5的焊接设备焊接的、用于感应电动机的转子的示意性透视图；

图10是用于焊接感应电动机的转子的焊接设备的第四实施例的示意性透视图；和

图11是用于焊接感应电动机的转子的焊接设备的第五实施例的示意性透视图。

具体实施方式

参见附图，其中相同的附图标记在几幅图中代表相同的部件，图1显示了用于焊接交流(AC)感应电动机12的焊接设备10的第一实施例。具体说，焊接设备10使用第一和第二搅拌摩擦焊(FSW)头14、16以将感应电动机12的环形转子20的导体条18分别焊接到第一短路环22和第二短路环24。短路环22、24优选是铜合金或铝合金。如下文进一步所述的，在焊头14、16保持相对固定且转子20旋转以沿双圆形焊接路径焊接的情况下，焊头14、16同时地将导体条18焊接到短路环22，24。

参见图7，显示了在导体条18焊接到短路环22、24之前的转子20。在 完成时，感应电动机12还将包括未示出的定子。转子20包括相同的高磁性钢的薄环形板的层压堆叠结构26，其轴向堆叠以限定出转子20的中心轴线，其也是转子20的旋转轴线28。本领域技术人员应了解如何制造和组装层压堆叠结构26。导体条18被埋入在层压堆叠结构26的周边从而它们绕转子20的外表面30间隔开。层压堆叠结构26形成一系列相同的沟槽32，所述沟槽以周期性的间距围绕其周边。导体条18是实质上被堆叠结构26包封在沟槽32中，其方式是导体条18的外侧面暴露在转子20的外表面30上。

短路环22、24分别制造有沟槽34、36。沟槽34、36绕短路环22、24的外表面以与转子20的沟槽32相同的间距间隔开，从而沟槽34，32，36在短路环22、24分别附接到转子20的第一端38和第二端40时对准。导体条18延伸超过层压堆叠结构26，并在短路环22、24附接到转子20时被装配到沟槽34、36中。在图7的实施例中，沟槽34、36仅部分地延伸通过每一个短路环22、24的轴向宽度。在其他实施例中，沟槽34、36和导体条18可被制造使得导体条18延伸通过短路环22、24的整个宽度。

再次参见图1，为了完成导体条18和短路环22、24之间的连接以提高转子20的传导性和性能，短路环22、24被焊接到导体条18。焊接设备10被设计为允许焊接过程以效率高且精确的方式发生。焊接设备10包括夹具44，其同时安装在短路环22、24的两端上，以夹紧并支撑已组装的短路环22、24和转子20。夹具44也可以被称为夹紧机构。夹具44可响应于来自控制器46的控制信号操作。夹具44的运动(如下所述)可以通过电促动器、气动压力、液压压力、传动装置或以其他方式实现，由夹具44的促动部分50提供，其仅以虚线显示。本领域技术人员应理解存在促动夹具44的各种方式，类似于机器人车床的促动。夹具44朝向已组装的转子20和短路环22、24运动以施加箭头48、49所示的夹紧力。为了除去夹紧力48、49和从焊接设备10释放转子20和短路环22、24，夹具44沿与箭头48、49相反的方向运动，即离开已组装的转子20和短路环22、24。

夹具44还可被控制器46控制以沿箭头56，57的方向旋转。在夹具44夹紧到转子20和短路环22、24时，如图1所示，转子20和短路环22、24与夹具44一起旋转。

焊头14、16被机器人手臂62、62支撑。机器人手臂60、62响应于通过控制器46发送的控制信号可动，以将焊头14、16沿焊头14、16的中心 轴线51，52运动。轴线51，52可垂直于转子20的旋转轴线28且可与其相交。图1中，焊头14、16显示为处于预定焊接位置。在预定焊接位置，焊头14、16邻近短路环22、24的一部分(即处于正上方)，所述导体条18延伸进入所述短路环的该部分。在夹具44将转子20与短路环22、24夹紧在图1所示的的位置之后，手臂60、62将焊头14、16沿箭头63，64的方向从如54，55所示的初始位置(在该位置焊头14、16的远端在短路环22、24上方一定距离处)运动到所述远端与短路环22、24和导体条18接触的所示焊接位置。

焊头14、16是搅拌摩擦焊(FSW)头。一旦位于所示的焊接位置，则控制器46可操作为让焊头14、16沿箭头66、68所示的方向旋转以开始将导体条18焊接到短路环22、24。搅拌摩擦焊头14、16略微插入到短路环22、24和导体条18中同时焊头14、16旋转以沿焊接路径搅拌材料。将插入到要被焊接的材料中的焊头旋转同时旋转以搅拌材料在FSW领域中是公知的。焊头14、16的该动作可以在短路环22、24上形成很大的向下的力。夹具44提供反作用力70以平衡焊头14、16的力。取决于夹具44的力反作用能力，可能期望在FSW头14、16每一个的平面附近支撑已组装的转子20和短路环22、24。辊子71和72被轴77上的另一夹具76可旋转地支撑，其方式是在所示实施例中，它们在夹具44处提供反作用力78，80以抵消高的焊接力。辊子71，72具有旋转自由度，以响应于已组装的转子20和短路环22、24通过夹具44的旋转而如箭头82，84所示地旋转。另一组相似的辊子在转子20的相反侧上被支撑在相似的夹具和轴上。出于附图清晰的目的这些辊子73中仅一个在图1示出。在其他实施例中，辊子71，72，73可轴向对准焊头14、16且可被提供有周向通道，其与短路环22、24在焊接路径处接合，以便容纳焊接材料的任何毛边或凸起面。切削操作可设定为在焊缝熔敷(weld deposit)之后立即进行以除去任何毛边。

在两焊头14、16插入并旋转同时保持基本位于所示的焊接位置时，夹具44同时地转动已组装的转子20和短路环22、24从而焊头14、16沿虚线所示的双圆形焊接路径90、91焊接。随着夹具44已经将已组装的转子20和短路环22、24从点92，93直接位于焊头14、16下方的位置翻转到在图1所示的位置，完成的焊缝的一部分如95，97所示。夹具44将继续旋转已组装的转子20和短路环22、24以进行完整的一转，直到点92，93再次直接 位于焊头14、16下方，由此同时地沿双圆形焊接路径90、91将短路环22、24和导体条18彼此焊接。在360度旋转结束或如所需地略微旋转多一点时，完成焊接，其中在单个旋转周期中导体条18被焊接到短路环22、24两者。

如果短路环22、24是铜合金，则搅拌摩擦焊尤其有利，因为短路环22、24的铜合金保持在与其他类型的焊接达到的温度相比相对低的温度。在高温下，铜合金可吸收氧化物，结果会减少其传导性。在低温下，氧化物不会被铜合金吸收。搅拌摩擦焊对将铜焊接到铝来说也是有利的。

焊接图1和7的感应电动机12的方法100在图2的流程图中示出。方法100通过控制器46依据存储在控制器中的处理器中的算法执行。方法100包括图块102，支撑附接短路环22、24的转子20从而转子20绕旋转轴线28可旋转。在图块104，焊头14被定位在图1所示的预定焊接位置，其邻近导体条18所延伸进入的短路环22的那部分。图块104的定位过程包括图块106，将焊头14大致沿中心轴线51从初始位置(如位置54所示)运动到所示的预定焊接位置。图块106的运动通过机器人手臂60进行。在图块108，第二焊头16定位在第二预定焊接位置，其邻近导体条18延伸进入的短路环24的那部分，如图1所示的。图块108包括图块110，将焊头16大致沿中心轴线52从初始位置(如位置55所示)运动到所示的预定焊接位置。图块104和108中焊头14、16的定位可以同时地执行。在一些实施例中，手臂60、62可以被互连以在控制器46的控制下一起运动。在其他实施例中，焊头14、16可被附接到枢转夹具，从而它们向下枢转到图1的焊接位置。另外，夹具44可被配置为让转子20与附接的短路环22、24一起朝向焊头14、16运动，而焊头14、16保持固定在所示的焊接位置。

一旦焊头被定位，则在图块112中焊头14、16被控制为随着夹具44被控制为让转子20与附接的短路环22、24绕中心轴线28一起旋转，同时沿双圆形焊接路径90、91形成焊缝而将导体条18同时焊接到短路环22、24。

图3显示了用于焊接AC感应电动机212的焊接设备210的第二实施例。具体说，焊接设备210使用第一和第二熔接焊头，例如气体保护金属极弧焊(GMAW)头、气体保护钨极弧焊(GTAW)头，等离子弧焊头，电子束焊头，激光束焊头或激光束焊和GMAW、GTAW或等离子弧焊头的组合。在该实施例中，焊头214、216是GMAW焊头，且将感应电动机212的环形转子220的导体条218分别焊接到第一短路环222和第二短路环224，但是也可 存在GTAW焊头或等离子弧焊头。短路环222、224优选是铜合金或铝合金。如下文进一步所述的，在焊头214、216保持相对固定且转子220旋转以沿双圆形焊接路径焊接的情况下，焊头214、216同时地将导体条218焊接到短路环222、224。

参见图8，显示了在导体条218焊接到短路环222、224之前的转子220。在完成时，感应电动机212还将包括未示出的定子。转子220包括相同的高磁性钢的薄环形板的层压堆叠结构226，其轴向堆叠以限定出转子220的中心轴线，其也是转子220的旋转轴线228。本领域技术人员应了解如何制造和组装层压堆叠结构226。导体条218被埋入在层压堆叠结构226的周边从而它们绕转子220的外表面230间隔开。层压堆叠结构226形成一系列相同的沟槽232，所述沟槽以周期性的间距围绕其周边。导体条218是实质上被堆叠结构226包封在沟槽232中，其方式是导体条218的外侧面暴露在转子220的外表面230上。

短路环222、224分别制造有沟槽234、236。沟槽234、236绕短路环241，243的表面以与转子220的沟槽232相同的间距间隔开，从而沟槽234，232，236在短路环222、224分别附接到转子220的第一端238和第二端240时对准。导体条218延伸超过层压堆叠结构226，并在短路环222、224附接到转子220时被装配到沟槽234、236中。在图8的实施例中，沟槽234、236延伸通过每一个短路环222、224的轴向宽度。短路环222、224分别在外圆柱形表面241、243上并在短路环222、224的轴向端部处还分别形成具有周向沟槽237、239。导体条218在其端部处呈锥形，在该处沟槽232与沟槽234、236相交，并在沟槽237、239中露出。

再次参见图3，为了完成导体条218和短路环222、224之间的连接以提高转子220的传导性和性能，短路环222、224被焊接到导体条218。焊接设备210被设计为允许焊接过程以效率高且精确的方式发生。焊接设备210包括夹具244，其同时安装在短路环222、224的两端上，以夹紧并支撑已组装的短路环222、224和转子220。夹具244也可以被称为夹紧机构。夹具244可响应于来自控制器246的控制信号操作。夹具244的运动(如下所述)可以通过电促动器、气动压力、液压压力、传动装置或以其他方式实现，由夹具244的促动部分250提供，其仅以虚线显示。本领域技术人员应理解存在促动夹具244的各种方式，类似于机器人车床的促动。夹具244朝向已组装 的转子220和短路环222、224运动以施加箭头248、249所示的夹紧力。为了除去夹紧力248、249和从焊接设备210释放转子220和短路环222、224，夹具244沿与箭头248、249相反的方向运动，即离开已组装的转子220和短路环222、224。

夹具244还可被控制器246控制以沿箭头256、257的方向旋转。在夹具244夹紧到转子220和短路环222、224时，如图3所示，转子220和短路环222、224与夹具244一起旋转。

焊头214、216被机器人手臂260、262支撑。机器人手臂可响应于通过控制器246发送的控制信号在径向方向上、垂直于旋转轴线228运动，以便让焊头214、216靠近短路环222、224的表面，并随后在焊接完成之后离开短路环222、224，以留有除去转子220并加载下一个电动机212的空间。替换地，具有附接的短路环222、224的转子220可朝向焊头214、216运动。焊头214、216也可轴向平行于旋转轴线228运动，以在邻近的焊接路径之间运动，如下文所述的。

图3中，焊头214、216显示为处于第一预定焊接位置。在预定焊接位置，焊头214、216邻近短路环237，239的沟槽(即处于正上方)，所述导体条218延伸进入所述短路环的该部分。在夹具244夹紧带有短路环222、224的转子220之后，具有各自焊炬277、279的GMAW焊头214、216被固定在相对于转子220的偏置的径向位置(biased radial position)，其适于馈送焊丝261、263。焊头214、216具有在焊接图案实施时经由机器人手臂260、262沿各自沟槽237、239的宽度轴向平移的能力。焊丝261、263通过管265、267从供丝盘以受控制的速率被自动地馈送到各自焊头214、216的焊炬277、279中。

防护气体(例如氩气或氩气和氦气，其任一种可被混合有低百分比的氮气，氢气或二氧化碳)通过气体供给管271，272吹入弧焊区域。防护气体限制或消除氧气或在大气中自然产生的其他气体对焊接质量的影响。防护气体被散布到通过在各自焊头214、216上的防护罩273、274限定的腔室253、259中，所述防护罩允许焊头214、216被定向在相对于转子220的许多位置中。防护罩273、274以虚线显示以允许看到例如焊丝261、263这样的部件。可选的密封件276、278可以附接到相应防护罩273、274以在夹具244转动时接触或紧紧跟随短路环222、224和转子220的外表面230，进一步增强腔 室253、259与大气的隔离。在一个实施例中，密封件276、278可以是具有金属芯部的高温玻璃纤维绳密封件，具有强化复合结构的密封件或其他类似的密封件。

不同于如下所述的轻微的轴向运动，焊头214、216相对于转子220的取向不在焊接过程期间变化。通过具有与转子220的外表面230的圆柱形形状和短路环222、224和夹具244的外表面的圆柱形形状互补的形状的防护罩273、274，转子220的一致圆柱形形状和焊头214、216的有限轴向平移提供了将焊头214、216的焊炬277、279包围在非常有效的防护结构中的可能性，从而腔室253、259实质上与周围大气隔离，由此极大地减少了在焊炬277、279之下的焊接区域暴露到大气污染的情况。具体说，相应防护罩273、274(包括任何可选密封件276、278)的开口端部，在从侧面观察时，具有实质上与转子220同样大小的圆形节段，从而包括任何可选密封件276、278的防护罩273、274匹配圆柱形外表面230且在它们之间仅具有微小间隙，其大小允许防护气流逸出。

为了开始制造周期，参见图3，具有附接的短路环222、224的转子220插入到夹紧夹具244中以确保转子220和短路环222、224的精确径向和轴向位置，并提供用于焊接的电接地路径。在该位置，转子220的外表面230略微低于具有可选密封件276、278的防护罩273、274的下部且短路条沟槽237、239在焊丝从GMAW焊炬277、279伸出时对准连续的焊丝261、263。在转子220和短路环222、224处于该位置之后，防护气体从储存器(未示出)被引导通过供给管271、272，以从腔室253、259驱除环境大气气体，并提供所需的惰性环境。最后，在转子220和短路环222、224通过夹具244的旋转和连续焊丝261、263的馈送速度被同步以用熔化的金属填充相应沟槽237、239时开始焊接，熔化的金属在受保护的环境中快速固化。尽管两焊头214、216被控制为实质上在所示的预定焊接位置焊接转子220和短路环222、224，但是夹具244同时地转动已组装的转子220和短路环222、224从而焊头214、216沿双圆形焊接路径290、291(以虚线示出)焊接。在夹具244已经将已组装的转子220和短路环222、224从点292，293直接位于焊头214、216下方的位置转动到在图3所示的位置时，完成的焊缝的一部分如295，297所示。

夹具244将继续旋转已组装的转子220和短路环222、224以进行完整 的一转，直到点292、293再次直接位于焊头214、216下方，由此同时地沿双圆形焊接路径290、291将短路环222、224和导体条218焊接到彼此。在360度的旋转结束时，如果沟槽237、239比沿焊接路径290、291的焊缝更宽，则控制器246将使得焊头214、216如箭头245，247所示地轴向运动，使得焊接末端(weld tip)261、263处于另外的焊接位置296，298。在该实施例中，两焊接末端261、263将在沟槽237、239中进一步运动离开转子220以在该实施例中开始第二焊接路径。夹具244将继续旋转附接有短路环222、224的转子220以沿基本上圆形的第二焊接路径287、289(轴向邻近相应焊接路径290、291)形成第二基本圆形的焊缝，从而在每一个沟槽237、239中具有两个并排的焊缝。替换地，机器人手臂260、262可以彼此分开固定的距离，从而机器人手臂260、262沿旋转轴线228在同样的方向上一致地让焊头214、216运动到与相应第二焊接路径对准的位置。

许多额外重复的焊头214、216轻微轴向运动和夹具244的旋转可以被执行直至沟槽237、239被充分填充焊接材料。焊接随后被完成，其中两短路环222、224同时地被焊接到导体条218。在焊接图案完成时，具有短路环222、224的转子220被从夹具244去除。如果焊头214、216在焊接期间被轴向运动，则它们再次轴向运动以返回到其在图3所示的原始的焊接位置。具有短路环的另一转子可随后被置于夹具中用于开始下一个焊接周期。

焊接图3和8的感应电动机212的方法300在图4的流程图中示出。方法300通过控制器246依据存储在控制器246中的处理器中的算法执行。方法300包括图块302，支撑附接有短路环222、224的转子220使得转子220绕旋转轴线228可旋转。方法300进一步包括图块304，将防护罩273附接到焊头214，防护罩273在末端具有一形状，其配置为基本上与转子220的圆柱形外表面230互补。类似地，在图块306，防护罩274在末端具有一形状，其配置为基本上与转子220的圆柱形外表面230互补。防护罩273、274可以在焊接转子220之前，在焊接设备210的最初组装期间被附接。

在图块308，焊头214被定位在图3所示的预定焊接位置并邻近导体条218所延伸进入的短路环222的沟槽237。在图块310，焊头216被定位在图3所示的预定焊接位置并邻近导体条218所延伸进入的短路环224的沟槽239。在一个实施例中，机器人手臂260、262可以附接到共同的枢轴，以在控制器246的控制下让焊头214、216一起向下朝向在图3所示的位置运动。 替换地，具有附接的短路环222、224的转子220可朝向焊头214、216运动。

在焊头214、216处在预定焊接位置且附接了短路环222、224的转子220通过夹具244支撑的情况下，在图块312，随着夹具244转动转子220，焊头214、216随后被控制为同时地将导体条218焊接到短路环222、224，形成双圆形焊接路径290、291。

取决于沟槽237、239的宽度，在每一个沟槽237、239中可能会需要多于一个的基本上圆形的焊缝。在一些实施例中，可能会需要额外的焊接，且方法300可以包括图块314，让焊头214、216相对于转子220在沟槽237、239中轴向运动。在图块314的运动通过机器人手臂260、262执行，且是在双侧箭头245和247所示的轴向方向上。在所示实施例中，焊头214和216在相应沟槽237、239中运动离开转子220。在其他实施例中，焊头214、216可以在沿同一轴向方向上运动。在图块316，焊头214、216被控制为在夹具244使附接了短路环222、224的转子220旋转的同时焊接，由此沿基本上圆形的焊接路径287、289焊接，且在每一个沟槽237、239中形成并排的焊缝。在焊接完成之后，夹具244释放转子220和短路环222、224。

图5显示了用于焊接AC感应电动机412的焊接设备410的第三实施例。具体说，焊接设备410使用金属熔接焊头，例如气体保护金属极弧焊(GMAW)头、气体保护钨极弧焊(GTAW)头，等离子弧焊头，电子束焊头，激光束焊头或激光束接和GMAW、GTAW或等离子弧焊头的组合。在该实施例中，焊头414是GMAW焊头414，也被称为焊炬，以将感应电动机412的环形转子420的导体条418分别焊接到第一短路环422和第二短路环424。短路环422、424优选是铜合金或铝合金。如在后文进一步所述的，在焊头414保持相对固定的情况下，焊头414将导体条418焊接到短路环422。夹具444使附接了短路环422、424的转子420旋转，从而焊头414沿图9所示的基本上圆形的焊接路径焊接。附接了短路环422、424的转子420随后被重新定位在夹具444中从而以同样的方式第二短路环424可被焊接到导体条418。

参见图9，显示了在导体条418焊接到短路环422、424之前的转子420。在完成时，感应电动机412还将包括未示出的定子。转子420包括相同的高磁性钢的薄环形板的层压堆叠结构426，其轴向堆叠以限定出转子的中心轴线，其也是转子的旋转轴线428。本领域技术人员应了解如何制造和组装层压堆叠结构426。导体条418被埋入在层压堆叠结构426的周边从而它们绕 转子420的外表面430间隔开。层压堆叠结构426形成一系列相同的沟槽432，所述沟槽以周期性的间距围绕其周边。导体条418是实质上被堆叠结构426包封在沟槽432中，其方式是导体条418的外面暴露在转子420的外表面430上。基本上圆形的沟槽437形成在短路环422的端面431中。基本上相似的圆形的沟槽439存在于短路环424的端面433中，且在图9被挡住而不能看到。环形沟槽437、439被机加工或以其他方式设置在短路环422、424的端面431、433中以允许焊缝填充在部件的连接部中。

短路环422、424也具有沟槽434、436，所述沟槽以与转子420的沟槽432的间距相同的间距关于短路环422、424的外表面间隔开，从而短路环422、424的沟槽434、436在短路环422、424分别附接到转子420的第一端438和第二端440时与转子420的沟槽432对准。导体条418延伸超过层压堆叠结构426，并在短路环422、424附接到转子420时被装配到沟槽434、436中。导体条418几乎与短路环422、424的暴露的端面431、433齐平。在图9的实施例中，沟槽434、436延伸通过每一个短路环422，424的轴向宽度。短路环422、424分别在外端面431、433上并在短路环422、424的轴向端部处还分别形成具有周向沟槽437、439。导体条418在其端部处暴露在沟槽437、439中，在该处沟槽434、436分别与沟槽437、439相交。

沟槽437、439不是在所有实施例中都是必要的。需求取决于周边上的沟槽432的密度，转子420的直径，和沟槽432和导体条418之间的间隙。例如，沟槽437、439将露出导体条418。沟槽437、439对于高密度导体条418和/或小的直径转子420来说是有益的，在该情况下导体条418之间的距离很小。在大直径转子420和/或低密度导体条418的情况下，沟槽437、439不是必要的。此外，短路环422、424每一个被制造为各种厚度的多个环形板的单个部件或组件，这取决于焊接应用和制造成本。如果短路环422、424通过堆叠铜片到一起而制造，则不存在沟槽437、439。在这种情况下，短路环422、424被制造为轴向堆叠的铜或铝材的薄环形板的层压堆叠结构。铜或铝环形板与所需一样薄，以通过最简单的过程产生，例如冲裁加工。因此，用于制造短路环的环形板通常比用于转子420的环形钢板更厚。

再次参见图5，为了完成导体条418和短路环422、424之间的连接以提高转子420的传导性和性能，短路环422、424被焊接到导体条418。焊接设备410被设计为允许焊接过程以效率高且精确的方式发生。焊接设备410包 括夹具444，其装配在短路环422、424的任一端上，以夹紧并支撑已组装的短路环422、424和转子420。与如上所述的夹具10和210不同，夹具410每一次仅装配在一个短路环422或424上。夹具444也可以被称为夹紧机构。夹具444可响应于来自控制器446的控制信号操作。

图5通过在焊接区域中剖切部分显示了转子组件的固定和焊接过程中涉及的部件的侧视图。附接了短路环422、424的转子420牢固地置于夹具444上，所述夹具能朝向焊头414提升附接了短路环422、424的转子420，如箭头448所示，并使得附接了短路环422、424的转子420绕旋转轴线428以可控制的方式旋转，如箭头456所示。夹具444的运动(如下所述)可以通过电促动器、气动压力、液压压力、传动装置或以其他方式实现，由夹具444的促动部分450提供，其仅以虚线显示。本领域技术人员应理解存在促动夹具444的各种方式，类似于机器人车床的促动。在沟槽437中基本上圆形的焊缝完成时，夹具444可以沿与箭头448相反的方向运动，即离开焊头414。

焊头414被机器人手臂460支撑。机器人手臂460可响应于通过控制器446发送的控制信号运动，以让焊头414径向地相对于旋转轴线428运动。橡胶套457在机器人手臂460穿过防护罩473的位置包围机器人手臂460，如在后文进一步描述的。在图5中，焊头414被显示为处在第一预定焊接位置。在第一预定焊接位置，焊头414邻近短路环422的沟槽437(即处于正上方)，所述导体条418延伸进入所述短路环的该部分。具有焊炬477的焊头414相对于转子420固定在偏置的径向位置。GMAW焊接过程使用连续的焊丝461，其从供丝盘(未示出)以受控的速率被自动馈送到焊炬477。

防护气体(例如氩气或氩气和氦气，其任一种可被混合有低百分比的氮气，氢气或二氧化碳)被吹入弧焊区域，以限制或消除大气中的氧气或其他自然产生的气体对焊接质量的影响。在所公开的发明中，防护气体通过气体供给管线471施放并被包含在圆柱形容积的防护罩473中。在其他实施例，防护罩可以具有不同形状。例如，防护罩可以包围短路环422的外周和短路环422的内周，并在焊接末端461的任一侧上装配在沟槽437的表面上。短路环422、424的一致圆柱形形状和焊头414的有限径向平移提供了以非常有效的防护构造包围焊头414的优点，由此极大地降低了焊缝向大气污染暴露的情况。

防护气体散布在通过防护罩473限定的腔室453中。防护罩473以截面 图示出，以允许看到腔室453中的部件，例如焊丝461。防护罩473是圆柱形的，在将附接了短路环422、424的转子420倒过来时，防护罩473具有贴合或非常靠近短路环422的外表面和短路环424的外表面的开口端。防护罩473配置为相对靠近地贴合短路环422的表面，但是具有足够的柔性使得夹具444能让附接了短路环422、424的转子420旋转。可选环形密封件476可以附接到防护罩473以在夹具444转动时接触短路环422的外表面，进一步增强腔室453与大气的隔离。在一个实施例中，密封件476可以是具有金属芯部的高温玻璃纤维绳类型的密封件，具有强化复合结构的密封件或其他类似的密封件。不同于如下所述的轻微的径向运动，焊头414相对于转子420的定位不在焊接过程期间变化。

为了开始制造周期，参见图5，附接了短路环422、424的转子420被固定到夹具444，这确保附接了短路环422、424的转子420的精确径向和轴向位置并提供了用于焊接的电接地路径。夹具444使附接了短路环422、424的转子420升起到所示的位置。在该位置中短路环422接触或紧邻防护罩473的下部，并将沟槽437与从GMAW焊炬477伸出的连续的焊丝461对准。在附接了短路环422、424的转子420处于图5的位置之后，防护气体通过供给管471从储存器(未示出)引出，以从腔室453驱除环境大气气体，并提供所需的惰性环境。最后，在附接了短路环422、424的转子420的旋转和连续焊丝461的馈送速度被同步以用熔化的金属481填充沟槽437时，焊接开始，所述熔化的金属在受保护的环境中快速固化。焊头414被控制为基本上在所示预定焊接位置焊接转子420和短路环422，而夹具444同时转动已组装的转子420和短路环422、424从而焊头414沿图9中以虚线所示的圆形焊接路径490进行焊接。

焊接图案可需要附接了短路环422、424的转子420的多于一转，迫使GMAW焊头414和焊炬477以小的径向平移运动到图5中点483所示的第二预定焊接位置。夹具444将继续旋转附接了短路环422、424的转子420以沿径向地邻近相应焊接路径490的第二基本上圆形的焊接路径487(如图9所示)形成第二基本上圆形的焊缝，从而在沟槽437中存在两个并排的焊缝。可按需要额外执行重复的焊头414轻微径向运动和夹具444的旋转414直到沟槽437被充分填充焊接材料。

在焊接图案完成时，附接了短路环422、424的转子420从夹具444去 除，焊头414返回到图5的预定焊接位置。附接了短路环422、424的转子420被重新定向，从而使用同一夹具444和焊头414，短路环424可在沟槽439中被焊接到导体条418。下一个转子组件(附接有短路环的转子)随后被置于夹具444中用于开始下一个周期。替换地，导体条418和短路环424可使用不同夹具和焊头而在沟槽439中被焊接。从短路环422、424的端面431、433突出的任何多余焊道可被机加工到期望的轮廓。

焊接图5和9的感应电动机412的方法500在图6的流程图中示出。方法500通过控制器446依据存储在控制器446中的处理器中的算法执行。方法500包括图块502，支撑附接了短路环422、424的转子420使得转子420绕旋转轴线428可旋转。转子420以该方式通过夹具444支撑或以其他方式将转子本身固定到短路环424而被支撑，如图5所示的。方法500进一步包括图块504，将防护罩473附接到焊头414或围绕焊头414，防护罩473在末端具有一形状，其配置为基本上与短路环422、424的圆柱形外表面互补。防护罩473可以，在焊接转子420之前，在焊接设备410的最初组装期间被附接。

在图块506，焊头414被定位在图5所示的预定焊接位置并邻近导体条418所延伸进入的短路环422的沟槽437。在预定焊接位置，防护罩473基本上匹配短路环422的外表面从而防护罩473限定出基本上封闭的腔室453。可以在防护罩473和短路环422之间存在小的间隙以允许防护气体流出。图块506包括图块508，使转子420经由夹具444朝向焊头414和防护罩473运动。替换地，焊头414和防护罩473可朝向转子420和夹具444运动。

在焊头414处在预定焊接位置且附接了短路环422、424的转子420通过夹具444支撑的情况下，在图块510，随着夹具444转动转子420，焊头414随后被控制为同时地将导体条418焊接到短路环422，在沟槽437中形成圆形焊接路径490，如图9所示。取决于沟槽437的宽度，可能需要在沟槽437中的多于一个的基本上圆形的焊缝。在一些实施例中，方法500可以包括图块512，让焊头414在沟槽437中相对于转子420径向地运动。在图块512中的运动是通过机器人手臂460实现的且是在径向方向上的(即垂直于旋转轴线428)。所示实施例中，焊头414在沟槽437中径向地向内靠近旋转轴线428运动到点483，如在图5所示的。在图块514，焊头414随后被控制为将导体条418焊接到短路环424，同时夹具444使附接了短路环422、 424的转子420旋转，由此沿图9的基本上圆形的焊接路径487焊接，在沟槽437中形成并排的焊缝。

在完成沟槽437中的焊接之后，在图块514夹具444与箭头448相反的方向上运动离开焊头414，并在图块516释放转子420和短路环422、424。可选地，在图块518，转子420可以重新定位在夹具444上从而短路环424邻近焊头414。在同一夹具444上，通过重复图块506到516，并通过让转子420和附接的短路环422、424以这种方式重新定位在夹具444上，导体条418可以随后被焊接到短路环424。

参见图10，显示了第四实施例的焊接设备610。焊接设备610具有许多与图3的焊接设备210相同的部件，这种相同的部件使用相同的附图标记指示。代替GMAW焊头214、216，设备610使用激光束或电子束焊头614，616。具有相应焊炬277、279的激光或电子束焊头614，616相对于转子220被固定在偏置的径向位置，其在实施焊接模式时适于输送相应激光或电子束661、663并具有沿相应沟槽237、239的宽度轴向平移的能力。束661、663通过相应柔性纤维线缆671、672提供，所述线缆具有输送所需焊接功率的能力。防护罩273、274用于防止束661、663在正进行的焊接过程中被意外看到。可选地，短路环222、224可被形成为没有沟槽，类似于图7的短路环22、24，因为激光或电子束焊接不需要堆敷焊接材料。在这种情况下，沿焊接路径的短路环的材料可被机加工为平滑的表面。

焊接设备610可以按照图4的方法300操作以使用激光或电子束焊接沿双圆形焊接路径290、291(且可选地轴向运动以沿第二双圆形焊接路径287、289焊接)以同时地将短路环222、224焊接到导体条218。

参见图11，显示了第五实施例的焊接设备710。焊接设备710具有许多与图5的焊接设备410相同的部件，这种相同的部件使用相同的附图标记指示。代替GMAW焊头414，设备710使用激光束或电子束焊头714。激光或电子束焊头714相对于转子420被固定在偏置的径向位置，其在实现焊接图案时适于输送激光或电子束761，并具有沿沟槽437的宽度径向地平移的能力。在激光束761的情况下，光束通过柔性纤维线缆771提供，所述线缆具有输送所需焊接功率的能力。防护罩473用于防止激光或电子束761在正进行的焊接过程中被意外看到。可选地，短路环422、424可被形成为没有沟槽，类似于图7的短路环22、24，因为激光或电子束焊接不需要堆敷焊接材 料。在这种情况下，沿焊接路径的短路环的材料可被机加工为平滑的表面。

焊接设备710可以按照图6的方法500操作以使用激光或电子束焊接沿双圆形焊接路径490，491(且可选地径向地运动以沿第二双圆形焊接路径(例如双焊接路径487)焊接)以同时地将短路环422、424焊接到导体条418。

因而，参照图1-11所示和所述的焊接设备和方法的各种实施例通过精确地将导体条焊接到短路环并以减少的制造周期次数、通过使用各种类型的焊接工艺(例如搅拌摩擦焊，或诸如GMAW焊接这样的熔接焊接，GTAW焊接，电子束焊接，激光束焊接，或熔接焊接与激光焊接的组合，这在以前是不被用在这类电动机上的)而允许高效地制造感应电动机。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (8)

1.一种用于感应电动机的焊接设备；其中感应电动机具有限定出旋转轴线的环形转子、绕环形转子的外表面间隔开的导体条，和第一和第二短路环，其连接在环形转子的第一和第二端部，所述设备包括:

夹具，可操作为支撑转子和绕旋转轴线使转子旋转；

焊头，被支撑在夹具附近并可操作为在夹具支撑转子时将导体条焊接到第一短路环；

至少一个控制器，可操作为控制夹具以选择性地使转子旋转；其中所述至少一个控制器可操作为让焊头和夹具中的至少一个运动使得焊头处于焊接位置，并使得在转子旋转时焊头将导体条焊接到第一短路环而同时焊头保持处于焊接位置，以沿第一短路环形成基本上圆形的焊接路径，

其中，第一短路环形成有在第一短路环的外圆柱形表面上的基本上圆形的沟槽；其中导体条暴露在沟槽中；和其中基本上圆形的焊接路径在所述沟槽中。

2.如权利要求1所述的焊接设备，其中焊头是第一焊头且基本上圆形的焊接路径是第一基本上圆形的焊接路径；和进一步包括:

第二焊头，被支撑在夹具附近从而第二焊头与第一焊头轴向间隔开，并可操作为在夹具支撑转子时将导体条焊接到第二短路环；

其中所述至少一个控制器可操作为让第二焊头在相应初始位置和相应焊接位置之间运动，并使得在转子旋转时第二焊头将导体条焊接到第二短路环并同时保持在相应焊接位置，以与第一基本上圆形的焊接路径同时地沿第二短路环形成第二基本上圆形的焊接路径。

3.如权利要求1所述的焊接设备，其中控制器可操作为让焊头相对于转子在沟槽中从焊接位置轴向运动到额外的焊接位置，以在转子旋转且焊头位于额外的焊接位置时，在沟槽中形成另一基本上圆形的焊接路径，由此允许在沟槽形成并排的焊缝。

4.如权利要求3所述的焊接设备，其中焊头相对于转子从初始位置径向地运动到焊接位置。

5.如权利要求1所述的焊接设备，其中具有基本上圆形的沟槽的第一短路环的外表面基本上垂直于转子的旋转轴线；其中控制器可操作为让焊头相对于转子在沟槽中从焊接位置径向运动到额外的焊接位置，以在转子旋转且焊头位于额外的焊接位置时，在沟槽中形成另一基本上圆形的焊接路径，由此允许在沟槽形成并排的焊缝。

6.如权利要求1所述的焊接设备，进一步包括:

至少一个辊子，定位为接触夹具和转子中的一个以提供反作用力以抵消焊头在转子上的力。

7.如权利要求1所述的焊接设备，其中焊头是气体保护金属极弧焊(GMAW)头、气体保护钨极弧焊(GTAW)头、等离子弧焊头、激光束焊头、电子束焊头中之一，且进一步包括:

防护罩，附接到焊头，且具有配置为在转子通过夹具支撑而焊头位于焊接位置时基本上匹配或接近旋转的转子的外表面的形状，以由此限定基本上包围焊头的腔室。

8.如权利要求1所述的焊接设备，其中焊头是搅拌摩擦焊头,气体保护金属极弧焊(GMAW)头、气体保护钨极弧焊(GTAW)头、等离子弧焊头、电子束焊头、和激光束焊头中之一。