專利名稱：用于制造感應電動機的轉子的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于感應電動機的轉子。
背景技術：
在該部分中的聲明僅提供與本發明相關的背景信息。因此，這種聲明不用于構成對現有技術的承認。電供能的感應電動機通過在靜止元件(S卩，定子)與可旋轉元件(S卩，轉子)之間的感應旋轉磁場來將電功率轉化成機械扭矩。旋轉磁場通過導體條在耦聯至轉子的軸上產生扭矩。已知的定子感應電流流經轉子上的導體條，所述導體條優選平行于轉子的旋轉軸線。已知的用于感應電動機的轉子包括被組裝到可旋轉的軸上的鋼疊片堆(即層疊的鋼堆疊件);以及由例如銅或鋁之類的導電材料制成的多根導體條。導體條被包含在層疊·的鋼堆疊件周邊處軸向限定的導體條凹槽中并且優選利用短路端環在轉子的兩個軸向端處連接在一起。已知的轉子制造方法包括將層疊的鋼堆疊件放置到鑄模中并且將熔融材料引入到在轉子中形成的開放空間和在鑄模模具與層疊的鋼堆疊件之間的開放空間中，以形成短路端環和導體條。已知的是，在熔融材料的填模和凝固期間，可能在導體條和短路端環中形成氧化夾雜物和空隙。而且，部分地由于導體條凹槽的表面區域的暴露，所以在熔融材料進入多個導體條凹槽中的紊流期間，所述熔融材料可能會冷卻并部分地凝固。部分凝固的熔融材料可能妨礙熔融材料的流動，從而導致空隙、氧化夾雜物、以及導體條和短路端環中的其他不連續。來自電動感應電動機的功率密度輸出與導體條的品質和單獨導體條的質量體積密度相關聯。已知的是，在制造期間形成在導體條和短路端環中的空隙將減小電動感應電動機的功率密度輸出。由熱撕裂導致的氧化吸留和裂縫的存在則減小了導體條和短路端環的電導率，由此減小了電動機的功率密度。同利用鋁導體條和鋁短路端環的感應電動機相比較，用于導體條和/或短路端環的銅材料的使用可提高感應電動機的功率密度和傳熱特性。同鋁導體條相比較，已知的用于導體條和短路端環的銅材料的使用增加了制造過程時間和復雜性。已知的用于制造導體條和短路端環的制造過程包括在層疊堆疊片周圍將導體條和短路端環鑄造就位。另一常用方法是預制造導體條和短路端環用于組裝到將焊接或銅焊就位的層疊堆疊片上。
發明內容
一種感應電動機的轉子芯，包括圓柱形鋼疊片堆，其具有多個縱向凹槽，所述縱向凹槽圍繞鋼疊片堆的周邊分布。多個導體條的每個均位于多個縱向凹槽的一個中并且多個導體條的每個都包括第一端，該第一端從鋼疊片堆的第一端突出。短路端環包括多個凹槽，其與所述導體條的第一端對齊并與其相匹配。當處于熱收縮條件時，短路端環通過在熱膨脹條件時組裝到轉子芯的鎖環固定到轉子芯組件。
本發明還提供了以下方案
I. 一種用于制造感應電動機的轉子芯組件的方法，所述方法包括
提供部分組裝的轉子芯，其包括連接到轉子芯組件的短路端環，所述轉子芯組件包括鋼疊片堆和多個導體條，其中所述短路端環包括多個凹槽，其接收從鋼疊片堆的第一端延伸的導體條的相對應部分；
充分地熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個，使得所述鎖環可在所述短路端環上組裝；以及
在所述短路端環上安裝所述鎖環。2.如方案I所述的方法，其特征在于，熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少 一個包括熱減小所述部分組裝的轉子芯。3.如方案I所述的方法，其特征在于，熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個包括熱膨脹所述鎖環。4.如方案I所述的方法，其特征在于，熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個包括熱減小所述部分組裝的轉子芯和熱膨脹所述鎖環。5.如方案I所述的方法，其特征在于，所述多個導體條和短路端環包括相應的多個徑向延伸凸起。6.如方案5所述的方法，其特征在于，所述多個徑向延伸凸起包括基本上等于鎖環厚度的徑向高度。7.如方案5所述的方法，其特征在于，所述多個徑向延伸凸起包括小于鎖環厚度的徑向高度。8.如方案I所述的方法，其特征在于，所述鎖環包括內表面突起。9.如方案8所述的方法，其特征在于，所述短路端環包括凹痕，所述凹痕位于所述短路端環的周邊并且匹配所述鎖環的內表面突起。10. 一種制造感應電動機的轉子芯組件的方法，所述方法包括
使短路端環匹配多個導體條，所述短路端環包括在數量和形狀上與多個導體條相對應的多個凹槽，所述多個導體條從鋼疊片堆延伸；
熱減小所述鋼疊片堆，所述多個導體條和所述短路端環；
熱膨脹鎖環；以及
在所述鎖環上組裝所述短路端環并且允許所述鋼疊片堆，所述多個導體條，所述短路端環和所述鎖環變得溫度均衡。11.如方案10所述的方法，其特征在于，所述多個導體條和所述短路端環在鎖環厚度的至少部分高度處包括相應的多個徑向延伸凸起。12.如方案10所述的方法，其特征在于，所述鎖環包括內表面突起，其匹配位于所述短路端環的周邊上的凹痕。13. 一種感應電動機的轉子芯，其包括
圓柱形鋼疊片堆，其包括多個縱向凹槽，所述多個縱向凹槽圍繞所述鋼疊片堆的周邊分布；
多個導體條，其每個均位于所述多個縱向凹槽的一個中并且其每個都包括第一端，所述第一端從鋼疊片堆的第一端突出；以及短路端環，其包括多個凹槽，所述多個凹槽與所述導體條的第一端對齊并與其相匹
配；
其中，當處于熱收縮條件時，所述短路端環通過在熱膨脹條件時組裝到轉子芯的鎖環固定到所述轉子芯組件。14.如方案13所述的裝置，其特征在于，所述鎖環包括在內表面上的突起。15.如方案14所述的裝置，其特征在于，所述短路端環包括到所述鎖環的內表面上的突起的匹配凹部。16.如方案13所述的裝置，其特征在于，所述短路端環在鎖環厚度的至少部分高度處包括一系列徑向延伸凸起。
作為示例，現在將參考附圖來描述一個或多個實施例，附圖中
圖I示出了根據本發明的用于感應電動機的轉子芯組件的立體 圖2示出了根據本發明的用于完全組裝的感應電動機的轉子芯組件的立體圖；以及圖3示出了根據本發明的用于完全組裝的感應電動機的轉子芯組件的另一實施例的立體圖。
具體實施例方式現在參考附圖，其中所顯示的內容僅僅為了圖示某些示例性實施例，而不是為了限制所述示例性實施例，并且在全部附圖中相同的附圖標記用于指代相同的元件。圖I是立體圖，其示出了用于感應電動機的轉子芯組件10。感應電動機可以是任何感應電動機，包括用于機動車輛的動力系系統的感應電動機。轉子芯組件10利用任何合適的制造方法(例如收縮組裝和鎖鑰扭矩組裝)固定地附接至在旋轉軸線15上居中的轉子軸。應意識到的是，可在轉子芯的組裝之后將轉子芯組件10組裝到例如可旋轉的軸元件上。轉子芯組件10和轉子軸共用相同的旋轉軸線15。轉子芯組件10包括第一端14和第二端16。轉子芯組件10構造成被組裝到感應電動機的定子內并且在感應電動機的定子內旋轉。轉子芯組件10包括被組裝的圓柱形轉子芯20和電連接至環形短路端環30的多個徑向取向的導體條40，環形短路端環30分別組裝到轉子芯20的第一端24和第二端26中的一端或每端上。轉子芯20的第一端24對應于轉子芯組件10的第一端14，并且轉子芯20的第二端26對應于轉子芯組件10的第二端16。轉子芯20的旋轉軸線與轉子芯組件10和轉子軸的旋轉軸線重合。轉子芯20由多個薄的疊片片材22制成，所述薄的疊片片材22由含鐵材料形成，例如鋼。在一個實施例中，疊片片材22為O. 33 mm (O. 013英寸)厚。利用精密沖裁過程或類似制造工藝來沖壓疊片片材22，并且疊片片材22優選電絕緣，以使渦流最小。每個疊片片材22均為扁平的環形器件，并且包括靠近疊片片材22的外周邊形成的多個徑向取向的孔隙。當疊片片材22被組裝到轉子芯20中時，徑向取向的孔隙對齊，以形成與旋轉軸線15平行并且靠近轉子芯20的外周邊25徑向取向的凹槽28。替代地，凹槽28可包括相對于旋轉軸線15的銳角。此處的凹槽和導體條將被討論為相對于旋轉軸線縱向取向；然而這種取向被理解為包括平行于旋轉軸線的對齊或與相對于旋轉軸線的平行成銳角。凹槽28可具有任何合適的截面形狀，并且在一個實施例中大致為矩形。縱向取向的凹槽28圍繞外周邊25均等地間隔開。導體條40均定位或嵌入在凹槽28的一個內。如認識到的，疊片片材22利用任何合適的制造方法以疊片方式被組裝到旋轉軸線15上。導體條40優選由銅基材料制成，并且通過例如包括插入或模制之類的任何合適的工藝來添加到每個凹槽28中。替代性地，導體條40可由鋁基或其他導電材料制成。盡管僅詳細討論了第一端，導體條40被公開為在導體條40的第一端和第二端的每個處包括特征。將認識到的是導體條40可以包括第一端上的所述特征，其僅具有與根據第二端處使用的另一方法的不同特征。每根導體條40均包括第一部分42、主要部分44和第二部分46，并且每根導體條40均具有周緣45。第一部分42縱向延伸到轉子芯20的第一端24之外。第二部分46縱向延伸到轉子芯20的第二端26之外。主要部分44被包含在形成于轉子芯20中的凹槽28內。每根導體條40的周緣45沿主要部分44穿過周邊25上的凹槽28突出。第一和第二 部分42和46包括凹部48，其分別在轉子芯20的第一端24和第二端和26處開始，其移動周緣45更接近旋轉軸線15。凹部48在遠離旋轉軸線15延伸的凸起58中終止。環形短路端環30中的每個優選由銅基材料制成，并具有與轉子芯20的凹槽28對應的多個短路端環凹槽32。替代性地，短路端環30可由鋁基材料或其他導電材料制成。短路端環凹槽32設計成通過滑動配合來容納導體條40的第一和第二部分42、46中的一個。每個短路端環30包括階狀側部50，其具有第一周邊52，該第一周邊52具有比第二周邊54更大的直徑。第一周邊52尺寸設計成與凸起58相符合，第二周邊54尺寸設計成與凹部48相符合。第二周邊54尺寸設計成當完全組裝在第一周邊52和第一端24之間時接收鎖環56并且近似等于轉子芯20地設置鎖環56的外徑。每個短路端環30通過將導體條40的第一和第二部分42、46中的一個插入到短路端環凹槽32中來組裝到轉子芯20的端部上。為便于組裝短路端環凹槽32能夠設計成具有比導體條40的第一和第二部分42、46的截面稍大的截面。導體條40的第一和第二部分42,46為便于制造和組裝還可設計成具有朝向外端的微小錐度。當將短路端環30組裝到轉子芯20上時，導體條40的第一和第二部分42、46優選地緊密匹配短路端環30的第一和第二周邊52，54的輪廓。當安裝到轉子芯組件10上時，鎖環56尺寸設計成配合第二周邊54的周圍。轉子芯組件10的組裝通過使用通過對部件進行溫度處理而導致的熱膨脹及熱收縮的原理而輔助。通過組裝轉子芯20，導體條40和短路端環30，轉子芯組件10被部分組裝。部分組裝的轉子芯溫度降低，例如通過冷凍或低溫學，其取決于尺寸減小需要，導致部分組裝的轉子芯收縮。鎖環56溫度升高，例如通過加熱，使鎖環56膨脹。溫度處理部分組裝的轉子芯收縮和鎖環膨脹的組合為鎖環56提供間隙以在短路端環30的第一周邊52和導體條40的凸起58上滑動。鎖環56然后能夠在短路端環30的第二周邊54和導體條40的凹部上定位。在鎖環組裝到端環之后，轉子芯組件10和鎖環56是溫度均衡的，即轉子芯組件和鎖環56是溫度均衡的，也就是說它們達到相同的溫度，例如環境溫度。部分組裝的轉子芯的溫度增加，導致部分組裝的轉子芯膨脹，鎖環56溫度降低，導致鎖環56收縮。溫度均衡能夠被加速和自然化。加速的溫度均衡通過以比環境溫度下溫度均衡更快的速度加熱轉子芯組件和/或冷卻鎖環56而發生。自然化的溫度均衡通過環境溫度或環境溫度附近的溫度均衡而發生。轉子芯組件膨脹和鎖環56收縮的組合導致干涉配合和將鎖環56互鎖到導體條40的第二周邊54和短路端環30產生轉子芯組件10。圖2示出了用于完全組裝的感應電動機的轉子芯組件10的立體圖。在鎖環56熱膨脹和部分轉子芯組件熱收縮之后，鎖環56在導體條40的第二周邊54和短路端環30上定位。當接近的類似溫度時，最終組件中的鎖環56與轉子芯組件20的外周邊25的直徑尺寸近似相同。將認識到短路端環30的第一周邊和導體條40的凸起58的高度被描繪為與轉子芯20的厚度相同，但是可以使用更小的尺寸。例如，第一周邊52和凸起58的高度能夠設計為鎖環56的部分厚度以圍繞第二周邊54固定鎖環56。圖3示出了用于感應電動機的轉子芯組件10的另一實施例的立體圖。轉子芯組件10包括轉子芯20和電連接到環形短路端環90的多個徑向導體條80，其分別被組裝到轉子芯組件10的第一和第二端14，16的一個或每個。轉子芯20如上所述用多個導體條80制造，該導體條位于或嵌入相同數量的凹槽28內。·導體條80設計成有周緣85和第一及第二部分84，86，其縱向延伸超出轉子芯20的第一及第二端24，26。第一及第二部分84，86具有凹部70，其移動邊緣85更接近旋轉軸線15。短路端環90通過滑動配合被配置用來容納導體條80的第一及第二部分84，86。每個短路端環90具有周邊72，其對應于導體條80的第一及第二部分84，86的凹部70。當組裝到轉子芯組件10上時，鎖環76尺寸設計成配合周邊72的周圍。鎖環76具有內表面92和相對的外表面94。鎖環76和部分組裝的轉子芯被溫度處理，即，鎖環76溫度升高，部分組裝的轉子芯溫度降低。鎖環76然后能夠在周邊72上滑動。部分組裝的轉子芯和鎖環76可以是溫度均衡的。部分組裝的轉子芯膨脹和鎖環76收縮導致干涉配合和將鎖環76互鎖到部分組裝的轉子芯的周邊74以產生轉子芯組件10。鎖環76的外表面94與外周邊25的表面的直徑近似相同。在一個實施例中，鎖環76包括至少一個突起96，其從鎖環76的內表面92朝向旋轉軸線15延伸。突起96能夠是例如材料的環或一系列環，其在鎖環76的內部的圓周周圍突出，或者能夠是一系列形狀，例如點、虛線、V形等等，其能夠在短路端環90的周邊74和導體條80的第一及第二部分84，86的凹部70周圍產生額外的夾持。當溫度均衡時突起96能夠變形由此凸顯出導體條80和短路端環90，并且可以占據凹槽28中存在的任何剩余空間。另外，鎖環76的內表面92的圓周上的突起能夠具有匹配凹痕，該匹配凹痕位于短路端環90的周邊74和第一及第二部分84，86的凹部70上。例如，當最終組裝發生時，鎖環76的內部的圓周周圍的突出材料環能夠具有在其中接合的匹配凹槽。將明顯的是突起96能夠與鎖環56或鎖環76相關聯。另外，短路端環90能夠包括一系列散熱器以在操作過程中實施熱傳遞。進一步，總所周知的是轉子芯組件10能夠包括焊浴的應用，從而增加轉子芯組件10的導電性和結構。本發明已描述了某些優選的實施例以及對所述某些優選實施例的修改。本領域的技術人員在閱讀和理解說明書時可想到另外的變型和變更。因此，本發明不應局限于作為用于實施本發明所設想的最佳模式而公開的特定實施例，而是本發明應包括屬于所附權利要求范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用于制造感應電動機的轉子芯組件的方法，所述方法包括 提供部分組裝的轉子芯，其包括連接到轉子芯組件的短路端環，所述轉子芯組件包括鋼疊片堆和多個導體條，其中所述短路端環包括多個凹槽，其接收從鋼疊片堆的第一端延伸的導體條的相對應部分； 充分地熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個，使得所述鎖環可在所述短路端環上組裝；以及 在所述短路端環上安裝所述鎖環。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個包括熱減小所述部分組裝的轉子芯。
3.如權利要求I所述的方法，其特征在于，熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個包括熱膨脹所述鎖環。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，熱處理部分組裝的轉子芯和鎖環中的至少一個包括熱減小所述部分組裝的轉子芯和熱膨脹所述鎖環。
5.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述多個導體條和短路端環包括相應的多個徑向延伸凸起。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述多個徑向延伸凸起包括基本上等于鎖環厚度的徑向高度。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述多個徑向延伸凸起包括小于鎖環厚度的徑向高度。
8.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述鎖環包括內表面突起。
9.一種制造感應電動機的轉子芯組件的方法，所述方法包括 使短路端環匹配多個導體條，所述短路端環包括在數量和形狀上與多個導體條相對應的多個凹槽，所述多個導體條從鋼疊片堆延伸； 熱減小所述鋼疊片堆，所述多個導體條和所述短路端環； 熱膨脹鎖環；以及 在所述鎖環上組裝所述短路端環并且允許所述鋼疊片堆，所述多個導體條，所述短路端環和所述鎖環變得溫度均衡。
10.一種感應電動機的轉子芯，其包括 圓柱形鋼疊片堆，其包括多個縱向凹槽，所述多個縱向凹槽圍繞所述鋼疊片堆的周邊分布； 多個導體條，其每個均位于所述多個縱向凹槽的一個中并且其每個都包括第一端，所述第一端從鋼疊片堆的第一端突出；以及 短路端環，其包括多個凹槽，所述多個凹槽與所述導體條的第一端對齊并與其相匹配； 其中，當處于熱收縮條件時，所述短路端環通過在熱膨脹條件時組裝到轉子芯的鎖環固定到所述轉子芯組件。
全文摘要
本發明涉及用于制造感應電動機的轉子的方法和裝置。具體地，一種感應電動機的轉子芯包括圓柱形鋼疊片堆，其具有多個縱向凹槽，所述縱向凹槽圍繞鋼疊片堆的周邊分布。多個導體條的每個均位于多個縱向凹槽的一個中并且多個導體條的每個都包括第一端，該第一端從鋼疊片堆的第一端突出。短路端環包括多個凹槽，其與所述導體條的第一端對齊并與其相匹配。當處于熱收縮條件時，短路端環通過在熱膨脹條件時組裝到轉子芯的鎖環固定到轉子芯組件。
文檔編號H02K15/02GK102891572SQ201210250388
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者R.M.克萊伯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司