TWI623177B - 感應電動機之轉子及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
感應電動機的轉子包含一轉子芯組件其包含複數個芯盤，且每一芯盤上形成有複數個槽孔；複數個導電條穿過該些槽孔，每一該些導電條具有一第一端以及一第二端分別伸出於該轉子芯組件的一第一端面以及一第二端面；一第一端環組件包含複數個第一導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第一端穿過；一第二端環組件包含複數個第二導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第二端穿過；其中，該複數個第一導電環以及該複數個第二導電環是以電子束焊接或鐳射焊接方式分別焊接於該導電條的第一端以及第二端。
Description
本發明係相關於一種感應電動機之轉子，尤指一種感應電動機之轉子具有由電子束焊接或鐳射焊接方式形成的端環組件。
感應電動機的轉子一般包含一轉軸以及一疊層磁芯安裝於該轉軸。疊層磁芯上形成有複數個槽孔用以讓複數個導電條插入。導電條是伸出於疊層磁芯的兩端，而位於疊層磁芯兩端的端環或端蓋是用以電性以及機械性地連接至導電條。
在一習知的轉子製造方法中，導電條與端環是以鑄造方式一體成形。然而，導電條可能會在成形之後收縮，以致於導電條在槽孔內鬆動。另外，在鑄造過程中導電條與端環的結構內可能會形成氣泡，且疊層磁芯表面的絕緣層亦有可能會受到損壞，這些均為鑄造方式之缺點。先前技術提供多種方式藉由分開製造導電條和端環(或端蓋)以解決上述問題。舉例來說，美國專利申請號US 2014/0339950揭露一種利用電子束焊接端蓋與導電條之轉子組件。然而，上述端蓋是以鍛造方式形成，因此需要較複雜的製造程序。此外，每一導電條與端蓋僅於單一位置進行焊接，造成連接可靠度不足，在長期操作使用下導電條與端蓋之間需要更強的連接可靠度。
本發明提供一種感應電動機的轉子，包含一轉子芯組件其包含複數個芯盤相互堆疊，每一芯盤具有複數個槽孔；複數個導電條穿過該複數個芯盤的槽孔，每一該些導電條具有一第一端伸出於該轉子芯組件的第一端面，以及一第二端伸出於該轉子芯組件的第二端面；一第一端環組件相鄰於該轉子芯組件的第一端面，該第一端環組件包含複數個第一導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第一端穿過；以及一第二端環組件相鄰於該轉子芯組件的第二端面，該第二端環組件包含複數個第二導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第二端穿過；其中該複數個第一導電環是以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第一端，該複數個第二導電環是以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第二端；並且其中該複數個第一導電環的數量是大於或等於2，該複數個第二導電環的數量是大於或等於2。
本發明另提供一種感應電動機的轉子的製造方法，包含提供一轉子芯組件其包含複數個芯盤相互堆疊，其中該芯盤具有複數個槽孔；將複數個導電條插入該複數個槽孔，其中每一該些導電條具有一第一端伸出於該轉子芯組件的第一端面，以及一第二端伸出於該轉子芯組件的第二端面；分別將一第一端環組件以及一第二端環組件安裝於該複數個導電條的第一端以及第二端，其中該第一端環組件包含複數個第一導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第一端穿過，該第二端環組件包含複數個第二導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第二端穿過；將該複數個第一導電環以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該導電條的第一端；以及將該複數個第二導電環以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該導電條的第二端。
請參考第1圖至第3圖。第1圖是本發明感應電動機之轉子的示意圖，第2圖是本發明轉子芯組件的芯盤的示意圖，第3圖是本發明端環組件的導電環的示意圖。本發明感應電動機之轉子100包含一轉子芯組件110、一第一端環組件120以及一第二端環組件130。轉子芯組件110包含複數個芯盤112相互堆疊，複數個芯盤112可以經由複數個連接點114相互連接。舉例來說，複數個芯盤112可在連接點114上以鉚接方式相互連接。每一個芯盤112上可形成有複數個槽孔S1。轉子芯組件110的芯盤112可以是由沖壓方式所形成。較佳地，芯盤112是用鋼製作。
第一端環組件120是相鄰於轉子芯組件110的一第一端面116，第二端環組件130是相鄰於轉子芯組件110的一第二端面118。第一端環組件120及第二端環組件130均包含複數個導電環140相互堆疊。具體而言，第一端環組件120的導電環140的數量是大於或等於2，第二端環組件130的導電環140的數量也是大於或等於2。每一導電環140上形成有複數個封閉式槽孔S2。第一端環組件120與第二端環組件130的導電環140可以是由沖壓方式所形成，較佳地，導電環140是用銅製作。
另外，如第1圖所示，第一端環組件120中兩相鄰的導電環140外緣的接合處上形成有凹槽n2、n3、n4，且第二端環組件130中兩相鄰的導電環140外緣的接合處上形成有凹槽n6、n7、n8。此外，轉子芯組件110與第一端環組件120的外緣的接合處上形成有一凹槽n1，且轉子芯組件110與第二端環組件130的外緣的接合處上形成有一凹槽n5。
再者，一絕緣層(圖未示)可設置於轉子芯組件110的第一端面116上用以防止第一端環組件120與轉子芯組件110之間的導通。相似地，另一絕緣層(圖未示)可設置於轉子芯組件110的第二端面118上用以防止第二端環組件130與轉子芯組件110之間的導通。
請參考第4圖，並一併參考第1圖至第3圖。第4圖是第1圖轉子的局部分解示意圖。本發明轉子100可另包含複數個導電條150。導電條150可以是由押出成形方式所形成。較佳地，導電條150可以是用銅製作。複數個導電條150穿過複數個芯盤112上的槽孔S1，每一導電條150具有一第一端伸出於轉子芯組件110的第一端面116。第一端環組件120的導電環140上形成有複數個封閉式槽孔S2被導電條150的第一端穿過。第一端環組件120的導電環140的封閉式槽孔S2用以完全圍繞相對應導電條150的第一端外緣，以改善第一端環組件120與導電條150之間的導電性與結構強度。此外，由於轉子100為對稱配置，導電條150的第二端(第4圖未顯示)亦是伸出於轉子芯組件110的第二端面118。相似地，第二端環組件130的導電環140上亦形成有複數個封閉式槽孔S2被導電條150的第二端穿過。第二端環組件130的導電環140的封閉式槽孔S2用以完全圍繞相對應導電條150的第二端外緣，以改善第二端環組件130與導電條150之間的導電性與結構強度。
請參考第5圖至第7圖。第5圖是本發明芯盤之槽孔的細部示意圖，第6圖是本發明導電環之封閉式槽孔的細部示意圖，第7圖是本發明導電條的剖面圖。導電條150的形狀與芯盤的槽孔S1以及導電環的封閉式槽孔S2的形狀大致相同。但導電條150的尺寸稍微小於芯盤的槽孔S1以及導電環的封閉式槽孔S2的尺寸，如此導電條150可以穿過芯盤的槽孔S1以及導電環的封閉式槽孔S2。由於芯盤112與導電環140是由沖壓方式所形成，導電條150可以精密地裝配於芯盤的槽孔S1以及導電環的封閉式槽孔S2內。
請參考第8圖。第8圖是本發明端環組件的焊接製程的示意圖。當第一端環組件120以及第二端環組件130分別安裝於導電條的第一端以及第二端後，轉子100的兩端可以被一夾具200所固定。本發明可以進一步使用焊接裝置300將第一端環組件120之導電環140焊接至導電條150之第一端，以及將第二端環組件130之導電環140焊接至導電條150之第二端。舉例來說，焊接裝置300可以將電子束或鐳射束射向第一端環組件120的兩相鄰導電環140外緣的接合處上的凹槽n2，以將相鄰於凹槽n２的兩導電環140焊接於其中之一導電條150的第一端。之後夾具200轉動轉子100以使電子束或鐳射束射向凹槽n2上的其他位置，以依序將相鄰於凹槽n2的兩導電環140焊接至其餘導電條150的第一端。同時，相鄰於凹槽n2的兩導電環140也會被焊接在一起。之後，焊接裝置300(及/或轉子100)可以沿著平行於轉子100的旋轉軸的方向X移動，且焊接裝置300可以將電子束或鐳射束射向第一端環組件120的兩相鄰導電環140外緣的接合處上的凹槽n3，以將相鄰於凹槽n3的兩導電環140焊接於其中之一導電條150的第一端。之後夾具200轉動轉子100以使電子束或鐳射束射向凹槽n3上的其他位置，以依序將相鄰於凹槽n3的兩導電環140焊接至其餘導電條150的第一端。同時，相鄰於凹槽n3的兩導電環140也會被焊接在一起。相似地，焊接裝置300可以進一步將電子束或鐳射束射向凹槽n4用以將相鄰於凹槽n4的兩導電環140焊接於導電條150的第一端，以及將相鄰於凹槽n4的兩導電環140焊接在一起。如此，將第一端環組件120的導電環140焊接在一起的焊接製程以及將第一端環組件120的導電環140焊接於導電條150的第一端的焊接製程可以同時完成。此外，相鄰於轉子芯組件110的第一端面116的導電環140並未焊接於轉子芯組件110的第一端面116。
在將第一端環組件120的所有導電環140焊接至導電條150的第一端後，焊接裝置300可以依序將電子束或鐳射束射向凹槽n6至n8，以將第二端環組件130的導電環140焊接至導電條150的第二端，以及將第二端環組件130的複數個導電環140焊接在一起。將第二端環組件130的導電環140焊接至導電條150的第二端的製程是相似於將第一端環組件120的導電環140焊接至導電條150的第一端的製程，因此不再多做說明。相似地，將第二端環組件130的導電環140焊接在一起的焊接製程以及將第二端環組件130的導電環140焊接於導電條150的第二端的焊接製程可以同時完成。此外，相鄰於轉子芯組件110的第二端面118的導電環140並未焊接於轉子芯組件110的第二端面118。
依照上述焊接製程，每一導電條150均分別和第一端環組件120以及第二端環組件130於多個位置進行焊接，以增加導電條150與第一及第二端環組件120、130之間的連接可靠度。此外，第一及第二端環組件120、130的相鄰導電環140之間的焊接以及導電環140與導電條150之間的焊接可以同時完成，因此轉子100的製程可以進一步簡化。
在本發明中，電子束焊接或鐳射焊接的功率範圍在4kw到20kw之間。另外，本發明亦可以同時使用兩個焊接裝置分別將第一及第二端環組件120、130的導電環140焊接至導電條150的第一端以及第二端，以提高焊接效率。
請參考第9圖。第9圖是焊接製程中焊接區域的示意圖。電子束或鐳射束的能量會導引至焊接區域160，焊接區域160的範圍是從導電環140的外緣表面延伸至導電條150的外緣。焊接區域160的深度較佳是介於4mm及6mm之間。由於電子束或鐳射束是射向凹槽n2-n4以及n6-n8，電子束或鐳射束的能量可以很容易地經由凹槽n2-n4以及n6-n8傳遞至導電條150的外緣而沒有太大的能量損耗，如此可以進一步增加導電條150與第一及第二端環組件120、130之間的連接可靠度。
請參考第10圖。第10圖是完成焊接製程後的轉子的示意圖。在完成焊接製程後，轉子100的表面可以進一步被研磨以移除焊接位置上不均勻的邊緣。另一方面，轉子100的轉子芯組件110可以在焊接製程後進一步被安裝於一轉軸(圖未顯示)上。
相較於先前技術，本發明轉子的端環組件是由複數個沖壓形成的導電環所構成，且導電環的封閉式槽孔可以和導電條精密地配合，以改善端環組件與導電條之間的導電性以及連接強度。再者，每一導電條是以電子束焊接或鐳射焊接方式和端環組件於多個位置進行焊接，因此導電條與端環組件之間的連接強度可以進一步增加。另外，端環組件的相鄰導電環之間的焊接以及導電條和端環組件的導電環之間的焊接可以同時完成，因此本發明轉子的製程可以被簡化。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100 轉子 110 轉子芯組件 112 芯盤 114 連接點 116 第一端面 118 第二端面 120 第一端環組件 130 第二端環組件 140 導電環 150 導電條 160 焊接區域 200 夾具 300 焊接裝置 n1至n8 凹槽 S1 槽孔 S2 封閉式槽孔 X 方向
第1圖是本發明感應電動機之轉子的示意圖。 第2圖是本發明轉子芯組件的芯盤的示意圖。 第3圖是本發明端環組件的導電環的示意圖。 第4圖是第1圖轉子的局部分解示意圖。 第5圖是本發明芯盤之槽孔的細部示意圖。 第6圖是本發明導電環之封閉式槽孔的細部示意圖。 第7圖是本發明導電條的剖面圖。 第8圖是本發明端環組件的焊接製程的示意圖。 第9圖是焊接製程中焊接區域的示意圖。 第10圖是完成焊接製程後的轉子的示意圖。
Claims (17)
- 一種感應電動機之轉子，包含：一轉子芯組件，包含複數個芯盤相互堆疊，每一芯盤具有複數個槽孔；複數個導電條，穿過該複數個芯盤的槽孔，每一該些導電條具有一第一端伸出於該轉子芯組件的一第一端面，以及一第二端伸出於該轉子芯組件的一第二端面；一第一端環組件，相鄰於該轉子芯組件的第一端面，該第一端環組件包含複數個第一導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第一端穿過；以及一第二端環組件，相鄰於該轉子芯組件的第二端面，該第二端環組件包含複數個第二導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第二端穿過；其中，該複數個第一導電環是以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第一端，該複數個第二導電環是以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第二端；其中，該複數個第一導電環的數量是大於或等於2，該複數個第二導電環的數量是大於或等於2。
- 如請求項1所述之轉子，其中當該複數個第一導電環被以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第一端時，兩相鄰的該第一導電環也被焊接在一起，以及當該複數個第二導電環被以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第二端時，兩相鄰的該第二導電環也被焊接在一起。
- 如請求項1所述之轉子，其中，該複數個第一導電環以及該複數個第 二導電環是由沖壓方式所形成。
- 如請求項1所述之轉子，其中兩相鄰的該第一導電環外緣的接合處形成有一第一凹槽，且兩相鄰的該第二導電環外緣的接合處形成有一第二凹槽。
- 如請求項1所述之轉子，其中該第一導電環上形成有複數個第一封閉式槽孔圍繞該複數個導電條的第一端，且該第二導電環上形成有複數個第二封閉式槽孔圍繞該複數個導電條的第二端。
- 如請求項1所述之轉子，其中相鄰於該轉子芯組件的第一端面的該第一導電環並未焊接於該轉子芯組件的第一端面，且相鄰於該轉子芯組件的第二端面的該第二導電環並未焊接於該轉子芯組件的第二端面。
- 如請求項1所述之轉子，另包含：一第一絕緣層設置於該轉子芯組件的第一端面；以及一第二絕緣層設置於該轉子芯組件的第二端面。
- 如請求項1所述之轉子，其中該電子束焊接或鐳射焊接方式使用的功率範圍在4kw到20kw之間。
- 一種製造感應電動機之轉子的方法，包含：提供一轉子芯組件，該轉子芯組件包含複數個芯盤相互堆疊，其中該芯盤具有複數個槽孔；將複數個導電條插入該複數個槽孔，其中每一該些導電條具有一第一端 伸出於該轉子芯組件的第一端面，以及一第二端伸出於該轉子芯組件的第二端面；分別將一第一端環組件以及一第二端環組件安裝於該複數個導電條的第一端以及第二端，其中該第一端環組件包含複數個第一導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第一端穿過，該第二端環組件包含複數個第二導電環相互堆疊且被該複數個導電條的第二端穿過；將該複數個第一導電環以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第一端；以及將該複數個第二導電環以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第二端。
- 如請求項9所述之方法，其中將該複數個第一導電環以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第一端的步驟包含：將一第一電子束或鐳射束射向兩相鄰的該第一導電環外緣的接合處，用以將兩相鄰的該第一導電環及該複數個導電條的第一端焊接在一起；以及其中將該複數個第二導電環以電子束焊接或鐳射焊接方式焊接於該複數個導電條的第二端的步驟包含：將一第二電子束或鐳射束射向兩相鄰的該第二導電環外緣的接合處，用以將兩相鄰的該第二導電環及該複數個導電條的第二端焊接在一起。
- 如請求項10所述之方法，另包含於進行電子束焊接或鐳射焊接時旋轉該轉子芯組件。
- 如請求項10所述之方法，其中該第一電子束或鐳射束是射向兩相鄰的該第一導電環外緣的接合處上的一第一凹槽，該第二電子束或鐳射束是射向兩相鄰的該第二導電環外緣的接合處上的一第二凹槽。
- 如請求項9所述之方法，另包含於兩相鄰的該第一導電環外緣的接合處上形成一第一凹槽，以及於兩相鄰的該第二導電環外緣的接合處上形成一第二凹槽。
- 如請求項9所述之方法，另包含以沖壓方式形成該複數個第一導電環以及該複數個第二導電環。
- 如請求項9所述之方法，另包含：形成複數個第一封閉式槽孔於每一該些第一導電環上，用以圍繞該複數個導電條的第一端；以及形成複數個第二封閉式槽孔於每一該些第二導電環上，用以圍繞該複數個導電條的第二端。
- 如請求項9所述之方法，其中相鄰於該轉子芯組件的第一端面的該第一導電環並未焊接於該轉子芯組件的第一端面，且相鄰於該轉子芯組件的第二端面的該第二導電環並未焊接於該轉子芯組件的第二端面。
- 如請求項9所述之方法，其中該電子束焊接或鐳射焊接方式使用的功率範圍在4kw到20kw之間。
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