CN1960138B

CN1960138B - 不用轮毂的转子组件的结构及其装配方法

Info

Publication number: CN1960138B
Application number: CN2006101432224A
Authority: CN
Inventors: M·M·伊范法
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: DE102006050861A1; CN1960138A; US7546674B2; US20070096584A1

Abstract

本发明提供一种装配一转子组件的结构和方法而不用转子钢轮毂。该方法包括通过将单个的转子叠片叠置在一起而形成第一、第二和第三叠片叠置件。铸造该第一、第二和第三叠片叠置件，以便将单个的转子叠片锁紧在一起。该第一、第二和第三叠片叠置件中的转子叠片有一具有可变的内径和基本上共同的外径的大体上圆环的形状。该第一、第二和第三叠片叠置件中的转子叠片具有基本上相同的外径，而第二叠片叠置件中的转子叠片有一比第一和第三转子叠片显著大的内径。不用轮毂能降低总费用和制造时间，并改善转子组件的特点、性能和效率。

Description

不用轮毂的转子组件的结构及其装配方法

技术领域

本发明涉及不用转子钢轮毂的装配一个转子组件的结构和方法。

背景技术

传统的电动机通常包括一个圆筒形定子和一个安置在该定子内的转子组件。通常，该转子组件借助于重的钢轮毂而制成。该轮毂用于保证轮子叠片连接在外部结构上并支承转子组件的结构。使用轮毂要求专门的机加工，以便将转子部件或接头片锁紧在轮毂上。在使用一轮毂来装配转子组件时，必须完全对准转子部件或接头片，以便完成该装配过程。

为了使轮毂在转子叠片叠置件上滑动，必须形成一个间隙。该轮毂通常利用处于-300°F的液氮来收缩，而转子叠片利用400°F的炉子来膨胀。当温度正常化时，间隙消失而在轮毂和转子叠片之间形成“收缩配合”。

其它典型的转子组件包括一个穿过转子叠片的叠置件中的中心孔的支承转子轴。该转子轴也可以焊接在该转子叠片的叠置件的任一端部上。

发明内容

本发明在转子组件的装配中不使用轮毂。没有穿过转子叠片的叠置件的中心的或被连接在转子叠片的叠置件端部上的支承转子轴。

本发明提供一种装配一个转子组件的结构和方法。第一步骤包括通过叠置单个的第一转子叠片而形成一个第一叠片叠置件。该第一叠片叠置件有一第一端部和一第二端部。第二步骤包括将单个的第二转子叠片叠置在第一叠片叠置件的第二端部上，由此形成一个第二叠片叠置件。该第二叠片叠置件有一第一端部和一第二端部。第三步骤包括将一组第三转子叠片叠置在第二叠片叠置件的第二端部上，由此形成一个第三叠片叠置件。该第三叠片叠置件有一第一端部和一第二端部。

在本发明的另一方面中，第一、第二、第三叠片叠置件被铸造而将第一、第二、第三转子叠片锁紧在一起。该第一、第二、第三转子叠片有一个具有可变的内径和基本上共同的外径的圆环形状。该第一、第二、第三转子叠片有基本上相同的外径，而第二转子叠片有比第一和第三转子叠片显著大的内径。

不用轮毂导致不需要使用上述“收缩配合”工艺中的-300°F的液氮和400°F的炉子。采用本发明的方法所需要的部件比通常需要的部件要少，因而物资问题较小。装配转子的费用减少了，制造和装配转子所需的时间也减少了。

上述方法也导致用于改进的转子的油冷却的改进的转子热传递。由于不使用转子轮毂，转子内包含的油更好地接触转子叠片，导致更好的热传递。更冷的电动机进行操作所需的电流较小，因此减小了电力消耗。该改进的方法还导致转子的内径和外径之间的同心度更好。转子外径和定子内径之间的间隙将更均匀和更一致，因为在两端上的法兰轴承的轴颈更加同心。

当结合附图阅读下列实施本发明的最佳方案的详细描述时，就容易清楚本发明的上述特点和其它特点和优点。

附图说明

图1是转子组件的局部示意透视图；

图2是转子组件的局部示意截面图；

图3是本发明中使用的螺栓的示意透视图。

具体实施方式

在下面描述的实施例中，该转子组件用于车辆的混合式传动装置中的电动机内。但是，下面描述的方法和结构适合于与感应式电机的转子、永久磁体和开关磁阻电机以及其它合适的电机一起使用。

参照图1，图中示出转子组件10的一部分的透视图。图2是转子组件10的一部分的示意截面图。该转子组件包括第一叠片叠置件20、第二叠片叠置件30和第三叠片叠置件40。第一叠片叠置件20用单个的第一转子叠片22制成。第一叠片叠置件20有第一端部24和第二端部26。转子组件10还包括一个连接在第一叠片叠置件20的第二端部26上的第二叠片叠置件30。第二叠片叠置件30用单个的第二转子叠片32制成。第二叠片叠置件30有第一端部34和第二端部36。转子组件10还包括一个连接在第二叠片叠置件30的第二端部36上的第三叠片叠置件40。第三叠片叠置件40用单个的第三转子叠片42制成。第三叠片叠置件40有第一端部44和第二端部46。第一叠片叠置件20和第三叠片叠置件40的尺寸基本上相同，见下面的讨论。

第一、第二和第三转子叠片22、32和42分别是大体上圆形的盘，它们用硅钢平片制成。这些片可以用其它合适的材料制成，它们装入一个冲孔模(未示出)中，该模在片中冲出大体上环状的孔。也可利用适合用于各种电机的转子组件中的其它非圆形。

如图1中所示，第一、第二、第三转子叠片22、32、42有一具有中心50的孔、一内圆周52和一外圆周54。如图1中所示，外圆周54上的通过该孔中心50的两个点之间的距离表示每个转子叠片的外径OD。内圆周52上的通过该孔中心的距离表示每个转子叠片的内径ID。每个第一、第二和第三转子叠片22、32和42在其相应的内圆周52和外圆周54之间分别有环状的区域A₁、A₂和A₃。

在示出的实施例中，第一、第二、第三转子叠片22、32、42沿轴向叠置。第一叠片叠置件20有一轴向长度L₁。第二叠片叠置件30有一轴向长度L₂。第三叠片叠置件40有一轴向长度L₃。在第一叠片叠置件20中有约25个第一转子叠片22。在第二叠片叠置件30中有约220个第二转子叠片32。在第三叠片叠置件40中有约25个第三转子叠片42。因此，在该优选实施例中，第二叠片叠置件30有一大于第一和第三叠片叠置件20和40之任一的轴向长度的轴向长度L₂，也即第二叠片叠置件30包含的单个转子叠片的数目大于第一和第三叠片叠置件20和40中任一的与这两个叠置件20和40的组合的叠片数目。对该装配过程可以使用现有的自动叠片输送和叠置机。

按照单个转子叠片的尺寸，第一、第二、第三转子叠片22、32、42具有基本上相同的外径OD。但是第一和第三转子叠片20和40具有比第二转子叠片30显著较小的内径ID，如图1和2中所示，以允许设置螺栓孔60。因此，第一和第三转子叠片20和40的环状区域A₁和A₃大于第二转子叠片30的环状区域A₂。

如图1中所示，槽62沿第一、第二、第三转子叠片22、32、42的外圆周的周边延伸。第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40是首先安置在一个模具铸造的模制夹具(未示出)中而一起铸造的。第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40是通过加压而将第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40锁紧在一起来模制的。

将熔融的铝或其它合适的材料注入到槽62中。熔融的铝通过槽62从第一叠片叠置件20的第一端部24流到第三叠片叠置件40的第二端部46。对熔融金属施加一个压力机构如液压反压力来迫使熔融金属进入槽62，从而将第一、第二、第三叠片叠置件22、32、42一起锁紧成一体构型，由此避免空气间隙，空隙和气泡。例如，第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40可以在一模铸机中一起压紧，以便将第一、第二、第三转子叠片22、32、42锁紧在一起。熔融的铝凝固而在第一叠片叠置件20的第一端部24处形成一个第一端环64和在第三叠片叠置件40的第二端部46处形成一个第二端环66，参见图2。该铝或其它合适材料的第一和第二端环64和66用于增强转子组件10的导电性。

如图1和2中所示，螺栓孔60沿第一和第三转子叠片22和42的内圆周52的周边延伸。螺栓孔60的构型能装入相应的螺栓68。

图3是螺栓68的示意透视图。每个螺栓68的头部有一平面侧部67，它可以用于楔入和锁紧第一和第三叠片叠置件20和40中的螺栓68。每个螺栓68有锯齿69，它们防止螺栓68转动并与每个螺栓孔60内侧上的互补的槽相互作用。当装配第一和第二法兰74和76(见下面讨论)并拧紧螺母78时，螺栓68头部的平面侧部和锯齿69形成反转动作用。优选实施例中有十二个螺栓孔60，但是，可以使用任何数目的螺栓孔。图2中示出代表性的第一螺栓70和代表性的第二螺栓72，它们分别连接在第一叠片叠置件20和第三叠片叠置件40上。

利用第一螺栓70定方位，将第一法兰74连接在第一叠片叠置件20的第一端部24上。第一螺栓70通过第一法兰74中的一个孔。利用第二螺栓72作为方位，将第二法兰76连接在第三叠片叠置件40的第二端部40上。第二螺栓通过第二法兰76中的一个孔。如上所述，该优选实施例描述一个用于混合式传动装置中的电动机(示未出)内的转子组件10。第一和第二法兰74和76是将第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40连接在传动装置中电动机的齿轮和/或其它部件上的机械装置。第一和第二法兰74和76帮助将动力传送到电动机的机械部件上。一组螺母78安置在第一和第二螺栓70和72的边缘上，以便将法兰牢固地连接在转子组件上。

或者是，可以利用一个具有与相应的第一和第二螺栓70或72相啮合的多个孔的单独的法兰。也可利用任意数目的多个法兰。法兰可用钢或其它合适材料制成。法兰的物理结构或构型可以变化，取决于通过法兰的连接在转子叠片22、32、42上的部件的布置和设计。

方法

提供了一种用于装配上述转子组件10的方法。第一步骤包括通过叠置单个的第一转子叠片22而制成第一叠片叠置件20。第一叠片叠置件20具有第一端部24和第二端部26。第二步骤包括将单个的第二转子叠片32叠置在第一叠片叠置件20的第二端部26上，由此制成第二叠片叠置件30。第二叠片叠置件30具有第一端部34和第二端部36。第三步骤包括将一组第三转子叠片42叠置在第二叠片叠置件30的第二端部36上，由此制成第三叠片叠置件40。第三叠片叠置件40具有第一端部44和第二端部46。

可以在一模具铸造的模制夹具中将第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40铸造在一起并模制而将第一、第二、第三转子叠片22、32、42锁紧在一起。可以利用一个榫销或导杆(未示出)来保证第一、第二、第三叠片叠置件20、30、40的合适对准。在模制之前，可利用导杆来对准第一、第二、第三叠片叠置件在模具铸造的模制夹具中的叠置。该榫销或导杆可以插入转子叠片42的相应的一个或多个槽62中并通过该槽沿轴向延伸到第一叠片叠置件20的第一端部24或从第一端部24延伸到第二端部46。

一个第一螺栓70可以连接在第一叠片叠置件20上，而一个第二螺栓72可以连接在第三叠片叠置件40上。一个第一法兰74可以连接在第一叠片叠置件20的第一端部24上，利用第一螺栓70来定方位；而一个第二法兰76可以连接在第三叠片叠置件40的第二端部46上，利用第二螺栓72来定方位。

其它步骤

一个另外的步骤可以包括对第一、第二、第三转子叠片22、32、42的外圆周54进行机加工。机加工涉及研磨外圆周54以使尺寸光滑和精确。该工艺可以在最后的转子组件上完成，这涉及装配两个法兰。

一个另外的步骤可以涉及精细车削一个速度传感器轮80。某些转子组件可以包含一个速度传感器轮80，如图2中所示。速度传感器轮80可以是该法兰结构的一个整体部件，或者它可以利用焊接、螺栓或其它机械独立地安装。如果安装在该结构上，速度传感器轮80必须牢靠地连接，使其不会振动。

最后，下一步骤可以是转子组件10的最后平衡，包括在转子组件10的任一端部处减去或增加极小的小重量。这用于从一端到另一端平衡转子组件10的重量，导致减少振动和噪声。

在制造转子时通常所用的轮毂厚度限制了可被安装在该轮毂内的转子叠片的宽度A₂。省去该轮毂能够增大这些转子叠片的截面积。这允许更大的电磁通量路径和提高电动机的效率。其次，由于消除了由该轮毂施加在这些转子叠片上的接触压力，因而提高了电动机的性能和效率。

虽然已详细描述了实施本发明的最佳方式，但与本发明有关的该技术的专业人员将认识到，用于实施本发明的各种替代的设计和实施例都处在附属的权利要求书的范围内。

Claims

1.一种转子装配的方法，包括：

叠置第一转子叠片以形成一个第一叠片叠置件，其中所述第一叠片叠置件有一第一端部和一第二端部；

将第二转子叠片叠置在所述第一叠片叠置件的所述第二端部上，由此形成一个第二叠片叠置件，其中所述第二叠片叠置件有一第一端部和一第二端部；

将第三转子叠片叠置在所述第二叠片叠置件的所述第二端部上，由此形成一个第三叠片叠置件，其中所述第三叠片叠置件有一第一端部和一第二端部；

铸造所述第一、第二、第三叠片叠置件，以便将所述第一、第二、第三转子叠片锁紧在一起；

其中所述第一、第二、第三转子叠片有一个具有一可变内径和一基本上共同的外径的形状；

其中所述第一、第二、第三转子叠片具有基本上相同的所述外径；以及

其中所述第二转子叠片有一比所述第一和第三转子叠片大的内径。

2.权利要求1的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三转子叠片的所述形状是有一外圆周和一内圆周的圆环形。

3.权利要求2的方法，其特征在于，一些槽沿所述第一、第二、第三转子叠片的外圆周的圆周延伸。

4.权利要求3的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三叠片叠置件的所述铸造步骤包括：

将所述第一、第二、第三叠片叠置件安置在一个用模具铸造的模制夹具中；

通过施加压力将所述第一、第二、第三叠片叠置件锁紧在一起而模制所述第一、第二、第三叠片叠置件；

将熔融的金属注入到沿所述第一、第二、第三转子叠片的外圆周的周边延伸的所述槽中，其中所述熔融金属是从所述第一叠片叠置件的所述第一端部注入到所述第三叠片叠置件的所述第二端部中的；以及

对所述熔融的金属施加液压背压力，以便在所述第一、第二、第三叠片叠置件中除去空气间隙、气泡或空隙。

5.权利要求4的方法，其特征在于，经过所述用模具铸造的模制夹具的所述熔融金属在所述第一叠片叠置件的所述第一端部处凝固，从而形成一个第一金属端环；以及

其中经过所述一些槽的所述熔融材料在所述第三叠片叠置件的所述第二端部处凝固，从而在所述转子组件的对置端部上形成一个第二金属端部环。

6.权利要求1的方法，其特征在于还包括下列步骤：

将一个第一螺栓连接在所述第一叠片叠置件上；

将一个第二螺栓连接在所述第三叠片叠置件上；

利用所述第一螺栓来定方位，将一个第一法兰连接在所述第一叠片叠置件的所述第一端部上；以及

利用所述第二螺栓来定方位，将一个第二法兰连接在所述第三叠片叠置件的所述第二端部上。

7.权利要求1的方法，其特征在于，在模制之前，在叠置过程中利用至少一根导杆来对准所述用模具铸造的模制夹具中的所述第一、第二、第三叠片叠置件。

8.权利要求1的方法，其特征在于，所述第一和所述第三转子叠片的数目大约为25。

9.权利要求1的方法，其特征在于，所述第二转子叠片的数目为220。

10.一种转子组件，包括：

一个由第一转子叠片组成的第一叠片叠置件，其中所述第一叠片叠置件有一第一端部和一第二端部；

一个连接在所述第一叠片叠置件的所述第二端部上的第二叠片叠置件，其中所述第二叠片叠置件由第二转子叠片组成，其中所述第二叠片叠置件有一第一端部和一第二端部；

一个连接在所述第二叠片叠置件的所述第二端部上的第三叠片叠置件，其中所述第三叠片叠置件由第三转子叠片组成，其中所述第三叠片叠置件有一第一端部和一第二端部；

其中所述第一、第二和第三叠片叠置件被铸造在一起；

其中所述第一、第二和第三转子叠片有一个有一内径和一外径的圆环状；

其中所述第一、第二和第三转子叠片有基本上相同的所述外径；以及

其中所述第二转子叠片有一显著大于所述第一和第三转子叠片的内径。

11.权利要求10的转子组件，其特征在于，一些槽沿所述第一、第二、第三转子叠片的所述圆状的外圆周的周边延伸。

12.一种不用轮毂的转子装配方法，包括：

叠置至少多个环状叠片，以形成一个有一基本上预定尺寸的内径的第一叠片叠置件；

在所述第一叠片叠置件上叠置另外多个环状叠片，以形成一个有一基本上另一预定尺寸的内径的第二叠片叠置件，以便于没有轮毂的转子组件的连接；以及

将另外多个环状叠片叠置在所述第二叠片叠置件上以形成一个有一所述一预定尺寸的内径的第三叠片叠置件；

13.权利要求12的方法，其特征在于包括将所述第一、第二、第三叠片叠置件安置在一铸造模具中；并压紧所述一些叠片叠置件，以便将所有叠片锁紧在一起而构成一个坚实的芯组件。