CN102891572A - 用于制造感应电动机的转子的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造感应电动机的转子的方法和装置。具体地，一种感应电动机的转子芯包括圆柱形钢叠片堆，其具有多个纵向凹槽，所述纵向凹槽围绕钢叠片堆的周边分布。多个导体条的每个均位于多个纵向凹槽的一个中并且多个导体条的每个都包括第一端，该第一端从钢叠片堆的第一端突出。短路端环包括多个凹槽，其与所述导体条的第一端对齐并与其相匹配。当处于热收缩条件时，短路端环通过在热膨胀条件时组装到转子芯的锁环固定到转子芯组件。

Description

用于制造感应电动机的转子的方法和装置

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。因此，这种声明不用于构成对现有技术的承认。

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叠片堆（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周边处轴向限定的导体条凹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铸模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，部分地由于导体条凹槽的表面区域的暴露，所以在熔融材料进入多个导体条凹槽中的紊流期间，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

一种感应电动机的转子芯，包括圆柱形钢叠片堆，其具有多个纵向凹槽，所述纵向凹槽围绕钢叠片堆的周边分布。多个导体条的每个均位于多个纵向凹槽的一个中并且多个导体条的每个都包括第一端，该第一端从钢叠片堆的第一端突出。短路端环包括多个凹槽，其与所述导体条的第一端对齐并与其相匹配。当处于热收缩条件时，短路端环通过在热膨胀条件时组装到转子芯的锁环固定到转子芯组件。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种用于制造感应电动机的转子芯组件的方法，所述方法包括：

提供部分组装的转子芯，其包括连接到转子芯组件的短路端环，所述转子芯组件包括钢叠片堆和多个导体条，其中所述短路端环包括多个凹槽，其接收从钢叠片堆的第一端延伸的导体条的相对应部分；

充分地热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个，使得所述锁环可在所述短路端环上组装；以及

在所述短路端环上安装所述锁环。

2. 如方案1所述的方法，其特征在于，热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个包括热减小所述部分组装的转子芯。

3. 如方案1所述的方法，其特征在于，热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个包括热膨胀所述锁环。

4. 如方案1所述的方法，其特征在于，热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个包括热减小所述部分组装的转子芯和热膨胀所述锁环。

5. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述多个导体条和短路端环包括相应的多个径向延伸凸起。

6. 如方案5所述的方法，其特征在于，所述多个径向延伸凸起包括基本上等于锁环厚度的径向高度。

7. 如方案5所述的方法，其特征在于，所述多个径向延伸凸起包括小于锁环厚度的径向高度。

8. 如方案1所述的方法，其特征在于，所述锁环包括内表面突起。

9. 如方案8所述的方法，其特征在于，所述短路端环包括凹痕，所述凹痕位于所述短路端环的周边并且匹配所述锁环的内表面突起。

10. 一种制造感应电动机的转子芯组件的方法，所述方法包括：

使短路端环匹配多个导体条，所述短路端环包括在数量和形状上与多个导体条相对应的多个凹槽，所述多个导体条从钢叠片堆延伸；

热减小所述钢叠片堆，所述多个导体条和所述短路端环；

热膨胀锁环；以及

在所述锁环上组装所述短路端环并且允许所述钢叠片堆，所述多个导体条，所述短路端环和所述锁环变得温度均衡。

11. 如方案10所述的方法，其特征在于，所述多个导体条和所述短路端环在锁环厚度的至少部分高度处包括相应的多个径向延伸凸起。

12. 如方案10所述的方法，其特征在于，所述锁环包括内表面突起，其匹配位于所述短路端环的周边上的凹痕。

13. 一种感应电动机的转子芯，其包括：

圆柱形钢叠片堆，其包括多个纵向凹槽，所述多个纵向凹槽围绕所述钢叠片堆的周边分布；

多个导体条，其每个均位于所述多个纵向凹槽的一个中并且其每个都包括第一端，所述第一端从钢叠片堆的第一端突出；以及

短路端环，其包括多个凹槽，所述多个凹槽与所述导体条的第一端对齐并与其相匹配；

其中，当处于热收缩条件时，所述短路端环通过在热膨胀条件时组装到转子芯的锁环固定到所述转子芯组件。

14. 如方案13所述的装置，其特征在于，所述锁环包括在内表面上的突起。

15. 如方案14所述的装置，其特征在于，所述短路端环包括到所述锁环的内表面上的突起的匹配凹部。

16. 如方案13所述的装置，其特征在于，所述短路端环在锁环厚度的至少部分高度处包括一系列径向延伸凸起。

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芯组件的立体图；

图2示出了根据本发明的用于完全组装的感应电动机的转子芯组件的立体图；以及

图3示出了根据本发明的用于完全组装的感应电动机的转子芯组件的另一实施例的立体图。

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，并且在全部附图中相同的附图标记用于指代相同的元件。图1是立体图，其示出了用于感应电动机的转子芯组件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。转子芯组件10利用任何合适的制造方法（例如收缩组装和锁钥扭矩组装）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，可在转子芯的组装之后将转子芯组件10组装到例如可旋转的轴元件上。转子芯组件10和转子轴共用相同的旋转轴线15。

转子芯组件10包括第一端14和第二端16。转子芯组件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。

转子芯组件10包括被组装的圆柱形转子芯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分别组装到转子芯20的第一端24和第二端26中的一端或每端上。转子芯20的第一端24对应于转子芯组件10的第一端14，并且转子芯20的第二端26对应于转子芯组件10的第二端16。转子芯20的旋转轴线与转子芯组件10和转子轴的旋转轴线重合。

转子芯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，例如钢。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被组装到转子芯20中时，径向取向的孔隙对齐，以形成与旋转轴线15平行并且靠近转子芯20的外周边25径向取向的凹槽28。替代地，凹槽28可包括相对于旋转轴线15的锐角。此处的凹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。凹槽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。纵向取向的凹槽28围绕外周边25均等地间隔开。导体条40均定位或嵌入在凹槽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凹槽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纵向延伸到转子芯20的第一端24之外。第二部分46纵向延伸到转子芯20的第二端26之外。主要部分44被包含在形成于转子芯20中的凹槽28内。每根导体条40的周缘45沿主要部分44穿过周边25上的凹槽28突出。第一和第二部分42和46包括凹部48，其分别在转子芯20的第一端24和第二端和26处开始，其移动周缘45更接近旋转轴线15。凹部48在远离旋转轴线15延伸的凸起58中终止。

环形短路端环30中的每个优选由铜基材料制成，并具有与转子芯20的凹槽28对应的多个短路端环凹槽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。短路端环凹槽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。第一周边52尺寸设计成与凸起58相符合，第二周边54尺寸设计成与凹部48相符合。第二周边54尺寸设计成当完全组装在第一周边52和第一端24之间时接收锁环56并且近似等于转子芯20地设置锁环56的外径。

每个短路端环30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凹槽32中来组装到转子芯20的端部上。为便于组装短路端环凹槽32能够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。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组装到转子芯20上时，导体条40的第一和第二部分42、46优选地紧密匹配短路端环30的第一和第二周边52，54的轮廓。

当安装到转子芯组件10上时，锁环56尺寸设计成配合第二周边54的周围。转子芯组件10的组装通过使用通过对部件进行温度处理而导致的热膨胀及热收缩的原理而辅助。通过组装转子芯20，导体条40和短路端环30，转子芯组件10被部分组装。部分组装的转子芯温度降低，例如通过冷冻或低温学，其取决于尺寸减小需要，导致部分组装的转子芯收缩。锁环56温度升高，例如通过加热，使锁环56膨胀。温度处理部分组装的转子芯收缩和锁环膨胀的组合为锁环56提供间隙以在短路端环30的第一周边52和导体条40的凸起58上滑动。锁环56然后能够在短路端环30的第二周边54和导体条40的凹部上定位。

在锁环组装到端环之后，转子芯组件10和锁环56是温度均衡的，即转子芯组件和锁环56是温度均衡的，也就是说它们达到相同的温度，例如环境温度。部分组装的转子芯的温度增加，导致部分组装的转子芯膨胀，锁环56温度降低，导致锁环56收缩。温度均衡能够被加速和自然化。加速的温度均衡通过以比环境温度下温度均衡更快的速度加热转子芯组件和/或冷却锁环56而发生。自然化的温度均衡通过环境温度或环境温度附近的温度均衡而发生。转子芯组件膨胀和锁环56收缩的组合导致干涉配合和将锁环56互锁到导体条40的第二周边54和短路端环30产生转子芯组件10。

图2示出了用于完全组装的感应电动机的转子芯组件10的立体图。在锁环56热膨胀和部分转子芯组件热收缩之后，锁环56在导体条40的第二周边54和短路端环30上定位。当接近的类似温度时，最终组件中的锁环56与转子芯组件20的外周边25的直径尺寸近似相同。将认识到短路端环30的第一周边和导体条40的凸起58的高度被描绘为与转子芯20的厚度相同，但是可以使用更小的尺寸。例如，第一周边52和凸起58的高度能够设计为锁环56的部分厚度以围绕第二周边54固定锁环56。

图3示出了用于感应电动机的转子芯组件10的另一实施例的立体图。转子芯组件10包括转子芯20和电连接到环形短路端环90的多个径向导体条80，其分别被组装到转子芯组件10的第一和第二端14，16的一个或每个。转子芯20如上所述用多个导体条80制造，该导体条位于或嵌入相同数量的凹槽28内。

导体条80设计成有周缘85和第一及第二部分84，86，其纵向延伸超出转子芯20的第一及第二端24，26。第一及第二部分84，86具有凹部70，其移动边缘85更接近旋转轴线15。短路端环90通过滑动配合被配置用来容纳导体条80的第一及第二部分84，86。每个短路端环90具有周边72，其对应于导体条80的第一及第二部分84，86的凹部70。

当组装到转子芯组件10上时，锁环76尺寸设计成配合周边72的周围。锁环76具有内表面92和相对的外表面94。锁环76和部分组装的转子芯被温度处理，即，锁环76温度升高，部分组装的转子芯温度降低。锁环76然后能够在周边72上滑动。部分组装的转子芯和锁环76可以是温度均衡的。部分组装的转子芯膨胀和锁环76收缩导致干涉配合和将锁环76互锁到部分组装的转子芯的周边74以产生转子芯组件10。锁环76的外表面94与外周边25的表面的直径近似相同。

在一个实施例中，锁环76包括至少一个突起96，其从锁环76的内表面92朝向旋转轴线15延伸。突起96能够是例如材料的环或一系列环，其在锁环76的内部的圆周周围突出，或者能够是一系列形状，例如点、虚线、V形等等，其能够在短路端环90的周边74和导体条80的第一及第二部分84，86的凹部70周围产生额外的夹持。当温度均衡时突起96能够变形由此凸显出导体条80和短路端环90，并且可以占据凹槽28中存在的任何剩余空间。另外，锁环76的内表面92的圆周上的突起能够具有匹配凹痕，该匹配凹痕位于短路端环90的周边74和第一及第二部分84，86的凹部70上。例如，当最终组装发生时，锁环76的内部的圆周周围的突出材料环能够具有在其中接合的匹配凹槽。

将明显的是突起96能够与锁环56或锁环76相关联。另外，短路端环90能够包括一系列散热器以在操作过程中实施热传递。进一步，总所周知的是转子芯组件10能够包括焊浴的应用，从而增加转子芯组件10的导电性和结构。

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芯组件的方法，所述方法包括：

提供部分组装的转子芯，其包括连接到转子芯组件的短路端环，所述转子芯组件包括钢叠片堆和多个导体条，其中所述短路端环包括多个凹槽，其接收从钢叠片堆的第一端延伸的导体条的相对应部分；

充分地热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个，使得所述锁环可在所述短路端环上组装；以及

在所述短路端环上安装所述锁环。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个包括热减小所述部分组装的转子芯。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个包括热膨胀所述锁环。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，热处理部分组装的转子芯和锁环中的至少一个包括热减小所述部分组装的转子芯和热膨胀所述锁环。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个导体条和短路端环包括相应的多个径向延伸凸起。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个径向延伸凸起包括基本上等于锁环厚度的径向高度。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个径向延伸凸起包括小于锁环厚度的径向高度。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述锁环包括内表面突起。

9.一种制造感应电动机的转子芯组件的方法，所述方法包括：

使短路端环匹配多个导体条，所述短路端环包括在数量和形状上与多个导体条相对应的多个凹槽，所述多个导体条从钢叠片堆延伸；

热减小所述钢叠片堆，所述多个导体条和所述短路端环；

热膨胀锁环；以及

在所述锁环上组装所述短路端环并且允许所述钢叠片堆，所述多个导体条，所述短路端环和所述锁环变得温度均衡。

10.一种感应电动机的转子芯，其包括：

圆柱形钢叠片堆，其包括多个纵向凹槽，所述多个纵向凹槽围绕所述钢叠片堆的周边分布；

多个导体条，其每个均位于所述多个纵向凹槽的一个中并且其每个都包括第一端，所述第一端从钢叠片堆的第一端突出；以及

短路端环，其包括多个凹槽，所述多个凹槽与所述导体条的第一端对齐并与其相匹配；

其中，当处于热收缩条件时，所述短路端环通过在热膨胀条件时组装到转子芯的锁环固定到所述转子芯组件。

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