電氣設備用轉子的預成型導體條上的端部環的製造方法

2023-05-13 12:03:26

專利名稱：電氣設備用轉子的預成型導體條上的端部環的製造方法
技術領域：
本方法總體地涉及ー種電氣設備用轉子組件的製造方法。
背景技術：
包括但不限制於感應電馬達的電氣設備用轉子組件通常包括分層的電鋼片堆，其支撐位於縱向溝槽內的多個導體條，溝槽由分層的電鋼片堆所限定。導體條向外延伸超出分層的電鋼片堆的軸向端部表面。該轉子組件包括第一端部環和第二端部環，其位於分層的電鋼片堆的相對的軸向端部表面上。第一端部環和第二端部環在分層的電鋼片堆的相應的軸線端部表面上電連接導體條的端部。第一端部環和第二端部環可從預先布置在分層堆的縱向溝槽內的預成型導體條的端部上的鋁原位鑄造而成。
當第一端部環和第二端部環原位鋳造於預成型導體條上時，鋳造端部環和預成型導體條之間的界面接合(即，鋳造端部環和預成型導體條之間的接合)對該轉子組件的完整性來說是關鍵的。例如，如果當端部環被原位鋳造時在預成型導體條上存在有鋁氧化物時，鋁氧化物可阻止和/或降低原位鋳造端部環和預成型導體條之間的接合的質量。

發明內容
本發明提供了一種用於製造電氣設備的轉子組件的方法。該方法包括堆疊多個分層的電鋼片。該分層的電鋼片限定了具有第一端部表面和第二端部表面的分層的堆，第一端部表面被沿中心軸線從第一端部表面軸向間隔開。多個縱向溝槽沿中心軸線在第一端部表面和第二端部表面之間延伸。多個溝槽被關於中心軸線成角度且等距地間隔開。多個導體條中的ー個被布置在多個縱向溝槽的每ー個中，從而多個導體條的每ー個的第一端部向外延伸超出分層的堆的第一端部表面。分層的堆和導體條被定位在模具內，模具具有限定了第一端部環的第一模腔。溫度大於約六百六十攝氏度出60で)的液態鋁被注射進入模具的第一模腔內。該液態鋁在第一模腔內且環繞導體條的第一端部被循環。循環液態鋁將導體條加熱至等於或大於約三百五十攝氏度(350°C )，這降低了導體條和任何形成於導體條的外表面上的氧化物之間的接合強度，且使得任何位於導體條的外表面上的氧化膜開裂。該方法還包括將使用循環的液態鋁將氧化物從導體條的外表面上衝去，和將模具內的液態鋁冷卻，以形成位於導體條的第一端部上的第一端部環。本發明還提供了一種用於製造電氣設備的轉子組件的方法。該方法包括堆疊多個分層的電鋼片。該分層的電鋼片限定了具有第一端部表面和第二端部表面的分層的堆，第ニ端部表面被沿中心軸線從第一端部表面軸向間隔開。多個縱向溝槽沿中心軸線在第一端部表面和第二端部表面之間延伸。多個軸線被關於中心軸線成角度且等距地間隔開。多個導體條中的ー個被布置在多個縱向溝槽的每ー個中，從而多個導體條的每ー個的第一端部向外延伸超出分層的堆的第一端部表面。分層的堆和導體條被布置在模具內，模具具有限定了第一端部環的第一模腔。溫度大於約六百六十攝氏度出60で)的液態鋁被注射進入模具的第一模腔內。該液態招在第一模腔內且環繞導體條的第一端部被循環。循環液態鋁在液態鋁和導體條的第一端部之間產生了相對運動，以將導體條加熱至等於或大於約三百五十攝氏度(350°C)的溫度。加熱導體條降低了導體條和任何形成於導體條的外表面上的氧化物之間的接合強度，且使得任何位於該導體條的外表面上的氧化膜開裂。該液態鋁被以足以在位於導體條的外表面上的氧化物上產生大於氧化物和導體條之間的接合強度的拉拽カ的速度循環。該液態鋁被以小於臨界速度的速度循環，以阻止在鄰近導體條的表面的液態鋁內的表面湍流。液態鋁循環通過第一模腔的速度被控制，以將拉拽カ保持在大於接合強度的水平上，而不超過液態鋁的臨界速度。該方法還包括使用循環的液態鋁將氧化物從導體條的外表面上衝去，和將模具內的液態鋁冷卻，以形成位於導體條的第一端部上的第一端部環。因此，加熱後的液態鋁被注射入模具的第一模腔，且在模具的第一模腔內繞導體條的第一端部循環。在加熱後的液態鋁循環通過導體條的第一端部時，加熱後的液態鋁將導體條迅速加熱至至少為三百五十攝氏度(350°C )的溫度。形成於導體條上的任何氧化物和導體條自身之間的熱膨脹差異導致位於導體條的外表面上的已有的氧化膜開裂。因此， 加熱氧化物降低了氧化物和導體條之間的接合強度。氧化膜的開裂以及氧化物和導體條之間的降低的接合強度允許循環的液態鋁將氧化物從導體條的外面上衝走，並由此允許當液態鋁冷卻後，液態鋁和導體條之間的高質量的接合。當結合附圖時，本發明的上述特徵和優勢以及其他特徵和優勢從下文中用於實施本發明的最佳模式的詳盡描述中是輕易地明顯的。


圖I是轉子組件的示意性局部分解透視視圖。圖2是分層的電鋼片的堆的示意性平面圖。圖3是轉子組件的電鋼片的示意性平面圖。圖4是用於鋳造轉子組件的端部環的模具的示意性平面圖，其示出了位於轉子組件的外部直徑上的多個切向內澆ロ。圖5是用於鋳造轉子組件的端部環的模具的示意性平面圖，其示出了位於轉子組件的內部直徑上的多個切向內澆ロ。圖6是示出了對液態鋁施加磁性力以將液態鋁關於分層堆旋轉的方法的示意性平面圖。圖7是示出了對分層的堆施加磁性カ以將分層的堆關於液態鋁旋轉的方法的示意性平面圖。
具體實施例方式參見附圖，其中相似的附圖標記貫穿若干幅附圖標示相似的零件，轉子組件被以20總體地示出。該轉子組件20用於電氣設備，這包括但不限於感應電馬達。該轉子組件20可被通常稱為鼠籠式轉子組件20。參見圖I和2，該轉子組件20包括多個電鋼片22。參見圖3，電鋼片22的每ー個都限定了多個槽24。槽24被關於中心軸線26成角度且等距地布置，靠近電鋼片22的外部周界。回到圖I和圖2，電鋼片22被布置為彼此鄰近，且關於中心軸線26共心，以限定分層的堆28。分層的堆28包括第一端部表面30和第二端部表面32。第二端部表面32被沿中心軸線26從第一端部表面30間隔開。第一端部表面30和第二端部表面32限定了電鋼片22的分層的堆28的相對的軸向端部表面。該槽24被對齊，以在分層的堆28內限定多個縱向溝槽34。縱向溝槽34在第一端部表面30和第二端部表面32之間延伸，且連接第一端部表面30和第二端部表面32。如所知的，縱向溝槽34可沿電鋼片22的分層的堆28的長度略微偏斜。電鋼片22可包括且由(但不限幹)低碳鋼製成，低碳鋼具有高的矽含量，以降低潤流(eddie current)損失,且可被使用絕緣化合物覆蓋，以降低可能導致進ー步潤流損失的循環電流。該轉子組件20還包括多個導體條36。多個縱向溝槽34的每ー個中布置有ー個導體條36。導體條36可包括且由(但不限幹)純鋁、鍛造鋁合金、鋁複合材料、銅、銅合金、或ー些其他導電材料製成。導體條36包括至少六百攝氏度出00で)的熔點，以確保導體條36在鋳造轉子組件20用的端部環時不熔化，將在下文中對其做更詳盡的描述。多個導體條36的姆一個都包括第一端部38和第二端部40。第一端部38沿中心軸線26軸向延伸超出分層的堆28的第一端部表面30。第二端部40沿中心軸線26軸向延伸超出分層的堆28的第二端部表面32。因此，應理解導體條36包括沿中心軸線26的導體長度42，導體長度大於沿中心軸線26的電鋼片22的分層的堆28的堆長度44。導體條36的每ー個都可包括在分層的堆28的第一端部表面30和第二端部表面32之間垂直於中心軸線26的一致的橫截面形狀。如圖所不，導體條36在第一端部表面30和第二端部表面32之間的導體條36的一致的橫截面形狀包括長方形形狀。然而，應理解一致的橫截面形狀可包括一些此處未不出或未描述的其他形狀。第一端部環46被布置為抵靠電鋼片22的分層的堆28的第一端部表面30且與其鄰接。第一端部環46至少部分地環繞且電連接導體條36的每ー個的第一端部38。第二端部環48 (僅在圖I中示出)被布置為抵靠電鋼片22的分層的堆28的第二端部表面32且與其鄰接。第二端部環48至少部分地環繞且電連接導體條36的每ー個的第二端部40。第一端部環46和第二段端部環48都各自被原位鑄造於導體條36的第一端部38和導體條36的第二端部40上。優選地，第一端部環46和第二端部環48由純鋁或鑄造鋁合金原位鑄造而成。然而，應理解第一端部環46和第二端部環48可由其他導電材料原位鑄造而成。可使用任何為本領域技術人員已知的合適的鑄造エ藝鑄造第一端部環46和第二端部環48，這包括但不限於模壓鑄造エ藝、高壓模鑄エ藝、低壓模鑄エ藝或砂型澆鑄エ藝。本發明還公開了ー種製造轉子組件20的方法。該方法包括將多個分層的電鋼片22堆疊在一起，以限定分層的堆28。如上，分層的堆28包括第一端部表面30和第二端部表面32。第二端部表面32被沿中心軸線26從第一端部表面30軸向間隔開。電鋼片22被以一定的方式一起分層，從而電鋼片22的姆ー個中的槽24彼此協作，以限定在第一端部表面30和第二端部表面32之間沿中心軸線26延伸的縱向溝槽34，其中溝槽關於中心軸線26成角度且等距離地間隔開。該方法還包括在縱向溝槽34的每ー個中布置ー個導體條36。導體條36被布置為使得多個導體條36中的每ー個的第一端部38和第二端部40分別向外延伸超出分層的堆28的第一端部表面30和第二端部表面32。下文中描述的方法描述在導體條36的第一端部38上鑄造第一端部環46的方法。然而，應理解儘管沒有被特別地描述，該方法也適用於在導體條36的第二端部40上鋳造第ニ端部環48。該方法還可包括擦刷導體條36的每ー個的第一端部38，以移除布置在導體條36的外表面上的任何氧化物(諸如鋁氧化物)的至少一部分。可通過機械裝置以任何合適的方式擦刷導體條36的第一端部38。擦刷導體條36的第一端部38協助打碎和/或移除通常存在於導體條36的外表面上的氧化膜。該方法還包括將帶有多個導體條36的分層的堆28布置在模具或模型中。模具包括限定了第一端部環46的第一模腔，以及限定了第二端部環48的第二模腔。模具可具有用於鑄造第一端部環46和/或第二端部環48的任何合適形狀和/或尺寸，且可依賴於用於鑄造第一端部環46和/或第二端部環48的鑄造過程。該方法還包括將液態鋁注射入模具的第一模腔中。液態鋁可包括但不限於純鋁材料、導體級別鍛造鋁合金材料、鑄造鋁合金材料中的ー種。在注射進入第一模腔之前，將液 態鋁加熱至大於約六百六十攝氏度出60で)的溫度。液態鋁被使用任何合適的方式注射進入第一模腔，這取決於所使用的具體鑄造過程。參見圖4和5，注射液態鋁可包括如流動箭頭50總體所示將液態鋁通過切向取向的內澆ロ 52切向注射進入第一模腔。切向取向的內澆ロ 52可被布置在第一模腔的外部直徑54處(如圖4所示)，或第一模腔的內部直徑處(如圖5所示)。這樣的話，將液態鋁注射進入第一模腔還可被限定為將液態鋁通過至少ー個布置在第一模腔的外部直徑54處的切向取向的內燒ロ 52注射進入第一模腔,或將液態招通過至少ー個布置在第一模腔的內部直徑56處的切向取向的內澆ロ 52注射進入第一模腔。將液態鋁合金切向注射進入第一模腔引起位於第一模腔內且關於導體條36的第一端部38的液態鋁的環狀或圓形的流動，其由流動箭頭58總體地示出。因此，液態鋁在模具內環繞第一模腔流動，並由此持續地流動經過導體條36的第一端部38。液態鋁在第一模腔內且環繞導體條36的第一端部38循環，以將導體條36和形成於其上的氧化物加熱至等於或大於約三百五十攝氏度(350°C)的溫度。加熱導體條36和形成於其上的氧化物至350°C降低了導體條36和形成於導體條36的外表面上的氧化物之間的接合強度。此外，加熱導體條36和形成於其上的氧化物至350°C使得氧化膜層開裂，使得氧化膜層的移除更加容易。氧化膜層由於導體條36和位於導體條36上的氧化膜之間的熱膨脹的不同而開裂，即，氧化膜以和導體條36不同的速率膨脹，導致氧化膜開裂且破裂。循環液態鋁包括在液態鋁和導體條36的第一端部38之間產生相對運動。在液態鋁和導體條36的第一端部38之間的相對運動可通過移動液態鋁以產生液態鋁和導體條36的第一端部38之間的相對移動而實現，也可通過移動導體條36以產生液態鋁和導體條36的第一端部38之間的相對移動而實現。該液態鋁被以足以在位於導體條36的外表面上的氧化物上產生大於氧化物和導體條36之間的接合強度的拉拽カ的速度循環。以足以產生大於接合強度的拉拽カ的速度循環液態鋁允許循環液態鋁以從導體條36的外表面上去除氧化物。可通過下列公式I來計算出拉拽カ=-CdpV2 a
上I )
其中Fd是拉拽力，Cd是拉拽係數、P是液態鋁的流體密度，V是液態鋁在第一模腔內循環的速度，而A是循環的液態鋁和導體條36的第一端部38之間的界面面積。拉拽係數Q3是無量綱數(或無因次數？)，其取決于于固體物件的形狀且可能取決於液態鋁的雷諾數(Reynolds Number)。對於平行於平板的瑞流而言，拉拽係數Cd等於0. 005,而對於平行於平板的層流而言，該拉拽係數Cd等於0. 001。可通過下列公式2計算出液態鋁的速度(V)
權利要求
1.一種用於製造電氣設備的轉子組件的方法，該方法包括 堆疊多個分層的電鋼片以限定具有第一端部表面和被沿中心軸線從所述第一端部表面軸向間隔開的第二端部表面的分層的堆，和在所述第一端部表面和所述第二端部表面之間沿所述中心軸線延伸的多個縱向溝槽，其中所述多個溝槽被從所述中心軸線成角度且等距離地間隔開； 將所述多個導體條中的一個定位在所述多個縱向溝槽的每一個中，從而所述多個導體條的每一個的第一端部向外延伸超出所述分層的堆的第一端部表面； 將所述分層的堆和導體條定位在模具內，所述模具具有限定了第一端部環的第一模腔；將溫度大於約六百六十攝氏度^60°C )的液態鋁注射進入所述模具的第一模腔內；在所述第一模腔內且繞所述導體條的第一端部循環所述液態鋁，以將所述導體條加熱至等於或大於約三百五十攝氏度(350°C)的溫度，以降低導體條和任何形成於導體條的外表面上的氧化物之間的接合強度，且使得任何位於所述導體條的外表面上的氧化膜開裂；利用循環液態鋁將氧化物從所述導體條的外表面衝走；和冷卻位於所述模具中的液態鋁，以在所述導體條的第一端部上形成第一端部環。.
2.如權利要求I所述的方法，其中循環液態鋁還被限定為以足以在位於所述導體條的外表面上的氧化物上產生大於所述氧化物和導體條之間的接合強度的拉拽力的速度循環液態鋁。
3.如權利要求2所述的方法，其中在所述第一模腔中循環液態鋁還被限定為以小於臨界速度的速度在所述第一模腔內循環所述液態鋁，以阻止在鄰近導體條的表面的液態鋁內的表面湍流。
4.如權利要求3所述的方法，其還包括通過調節液態鋁的注射壓力、一個或多個注射內澆口的橫截面面積、或液態鋁被注射進入第一模腔所通過的注射內澆口的數量中的至少一種方式來控制在第一模腔內循環的液態招的速度。
5.如權利要求3所述的方法，其中循環液態鋁包括在所述液態鋁和所述導體條的第一端部之間產生相對運動。
6.如權利要求5所述的方法，其中循環液態鋁包括移動所述液態鋁以在所述液態鋁和所述導體條的第一端部之間產生相對運動。
7.如權利要求5所述的方法，其中循環液態鋁包括移動所述導體條以在所述液態鋁和所述導體條的第一端部之間產生相對運動。
8.如權利要求3所述的方法，其中注射液態鋁進一步被限定為通過位於所述第一模腔的外部直徑或內部直徑中的一個上的切向取向的內澆口將所述液態鋁切向注射進入所述第一模腔中，以產生所述液態鋁在所述第一模腔內且繞所述導體條的第一端部的環狀流動。
9.如權利要求8所述的方法，其中將液態鋁注射進入所述第一模腔進一步被限定為將所述液態鋁通過切向布置於所述第一模腔的外部直徑上的至少一個內澆口注射進入所述第一模腔。
10.如權利要求3所述的方法，其中在所述第一模腔內循環所述液態鋁包括對第一模腔內的液態鋁或分層的堆中的一個施加磁性力，以產生液態鋁或分層的堆中的一個相對於液態鋁和分層的堆中的另ー個的旋轉，從而產生在所述液態鋁和所述導體條之間的相對 運動。
全文摘要
一種製造轉子組件的方法包括將帶有多個導體條的電鋼片的分層的堆布置在模具中，該導體條位於分層的堆限定的縱向溝槽內，和在導體條的端部上原位鑄造端部環。為了原位鑄造端部環，將加熱後的液態鋁注射進入限定端部環的模腔內，和在模腔內且環繞導體條的端部循環，以在液態鋁和導體條的端部之間產生相對運動，以加熱導體條和將氧化物從導體條的外表面上衝走。
文檔編號H02K15/02GK102651590SQ20121004312
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月23日 優先權日2011年2月23日
發明者Q.王, R.J.奧斯波恩, Y.王 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司