CN104871412A - 用于感应转子组件的铸造技术 - Google Patents

Abstract

一种具有感应笼的感应转子组件，其使用液态和固态材料的组合而形成。所述感应笼的第一和第二端板可以在铸造所述感应笼的导体之前被制造。根据某些实施方案，所述第一和第二端板可以与第一和第二模具和转子芯组装以形成铸造组件。液态铸造材料可以被注入到所述铸造组件中，其中所述液态铸造材料可以在所述转子芯的一个或多个芯通路之内固化，从而形成所述感应笼的导体。所述第一和第二端板还可以包括流通道，所述流通道可以被配置以促进所述液态铸造材料在所述铸造组件中的流动，并且增加固化时的所述液态铸造材料和所述端板之间的接触面积。

Description

用于感应转子组件的铸造技术

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年11月8日提交的61/901,539号美国临时专利申请的权益，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明的实施方案大体涉及一种电动机的制造。更特别地，但非排他地，本发明的实施方案涉及用于制造用于电动机的感应转子组件的铸造工艺。

背景技术

至少由于转子芯（rotor core）和相关模具的形状，用于铸造用于电动机的感应转子组件的常规工艺经常会遇到一些相对显著的挑战。例如，铸造误差（包括与气孔、收缩和填充相关的误差）在感应笼（induction cage）的铸造端板和铸造导体二者中并不罕见。这样的铸造误差经常由高压注入材料的相对复杂的流路和待铸体积内随之发生的飞溅引起。此外，这样的铸造误差可能有损于所得转子组件的性能。例如，铸造误差可能对转子组件的至少一部分（如果不是全部）的导电性、导热性和/或机械强度造成不利影响。另外，铸造误差可能对生产平衡性良好的转子组件的能力造成不利影响。

发明内容

本发明的一个方面是一种方法，其包括使用于感应转子组件的感应笼的预制第一端板压靠转子芯的第一端。所述方法还包括使所述感应笼的预制第二端板压靠所述转子芯的第二端，并且经由所述预制第一端板的至少一个或多个流通道，将液态铸造材料注入到所述转子芯的一个或多个芯通路中。此外，所述液态铸造材料适合于固化为所述感应笼的一个或多个导电性导体。

本发明的另一个方面是一种方法，其包括围绕感应笼的第一端板定位第一模具以形成第一组件部分，并且围绕所述感应笼的第二端板定位第二模具以形成第二组件部分。此外，使所述第一组件部分和第二组件部分的至少一部分压靠转子芯的相对端以形成铸造组件。液态铸造材料被注入到所述铸造组件中，所述液态铸造材料的至少一部分适合于在所述转子芯之内固化以形成所述感应笼的多个导体。

本发明的另一个方面是一种装置，其包括具有多个芯通路的转子芯和感应转子组件的感应笼。所述感应笼包括多个导体、预制第一端板和预制第二端板。所述多个导体是在所述多个芯通路之内并且在所述预制第一端板和预制第二端板的一个或多个流通道之内被铸造的导电性铸造材料。

附图说明

本文中的描述参考了随附的附图，其中同样的附图标记贯穿多个视图指代同样的部分。

图1阐述了利用本发明的实施方案的工艺构建的感应转子组件的透视图。

图2阐述了针对图1中所示的感应转子组件的示例性感应笼的透视图。

图3是阐述液态铸造材料在根据所阐述的本发明的实施方案的铸造组件中流动的示意图。

图4A-4C阐述了根据所阐述的本发明的实施方案的预制第一端板和预制第二端板的流通道的各种构型。

图5阐述了用于形成根据所阐述的本发明的实施方案的感应转子组件的工艺的流程图。

图6A-6F图解展示了用于形成根据所阐述的本发明的实施方案的感应转子组件的工艺。

当结合所附的附图一起阅读时，将会更好地理解上文中的概述，以及下文中针对本发明的某些实施方案的详细描述。出于阐述本发明的目的，附图中展示了某些实施方案。然而，应当理解的是，本发明并不限于附图中所展示的布置和手段。

具体实施方式

图1阐述了利用本发明的实施方案的工艺构建的示例性感应转子组件100的透视图。感应转子组件100可以包括转子芯102和感应笼104。根据某些实施方案，转子芯102可以由导电性材料（如（例如）钢和其它材料）的多个堆叠片（stacked sheet）106构建。如图1和2所示，感应笼104可以包括第一和第二端板108a、108b和多个导体110。如下文所讨论，导体110的至少一部分可以在转子芯102内部的芯通路之内被铸造，并且可以在至少相对的第一和第二端板108a、108b之间延伸。

根据所阐述的实施方案，感应笼104可以使用液态和固态材料的组合来形成。例如，根据某些实施方案，第一和第二端板108a和108b可以是预制固态部件，该预制固态部件通过液态铸造材料的铸造被（至少部分地）结合在一起，该液态铸造材料（在固化时）形成多个导体110。这样的固态和液态材料的组合在感应笼104的形成（以及感应转子组件100的相关形成）期间的使用可以提高简便性，其中液态铸造材料可以流过铸造组件，或以其他方式简化针对液态铸造材料的流路，从而降低沿着液态铸造材料的流路形成或出现铸造误差的倾向。此外，第一和第二端板108a、108b的预制可以允许在导体110的铸造之前以可控的方式制造第一和第二端板108a、108b，这避免了（或消除了）在第一和第二端板108a、108b中形成铸造误差。替代地，这样的第一和第二端板108a、108b的预制可以允许第一和第二端板108a、108b由现有材料机械加工得到，而不是通过铸造形成。以不涉及同时铸造导体110的方式预制第一端板和第二端板108a、108b还可以增加针对可以用于第一和第二端板108a、108b的材料的种类的选项数目。此外，无论第一和第二端板108a、108b是否通过单独的铸造操作（或者经由机械加工）被预制，第一和第二端板108a、108b都可以由多种不同的材料（如（例如）可锻金属或铝、其它材料）预制。此外，根据某些实施方案，液态铸造材料可以是液态金属（如（例如）铝或铝合金、其它材料），其至少在转子芯102之内将固化为导电性材料。

图3是阐述了液态铸造材料112在根据所阐述的本发明的实施方案的铸造组件114中流动的示意图。如图所示，铸造组件114可以包括组装的转子芯102、预制第一端板和预制第二端板108a、108b以及第一和第二模具116a、116b。用于形成转子芯102的多个片106可以包括多个孔，当与转子芯102的相邻片106对准时，这些孔为转子芯102提供一个或多个转子芯通路118。转子芯通路118适合于接收被注入铸造组件114中的至少一部分的液态铸造材料112。此外，随后在每一个转子芯通道118之内固化的所注入的液态铸造材料112可以提供感应笼104的导体110的至少一部分。

根据某些实施方案，第一和第二模具116a、116b可以双双包括凹槽120，其适合于接收相邻的第一和第二端板108a、108b的至少一部分的***，如图3所示。此外，第一模具116a可以包括多个入口孔122，其适合于接收液态铸造材料112的注入或***。类似地，第二模具116b可以包括一个或多个出口孔124，其适合于接收至少一部分的所注入的液态铸造材料112的流动（如果有的话）和/或从铸造组件114中释放来自于铸造组件114内部的至少一部分气体，其可以由所注入的液态铸造材料112替代。

第一和第二端板108a、108b可以被制造成包括一个或多​​个流通道126，其适合于容纳至少一部分的注入的液态铸造材料112的通过和固化。至少如图3和4A-4C所阐述，流通道126可以具有多种不同的形状和尺寸。选定用于流通道126的形状和尺寸可以基于多种标准。例如，流通道126可被配置以促进液态铸造材料112在铸造组件114中的流动，从而至少尝试去协助最小化（或消除）铸造误差的形成。另外，例如，流通道126可以被配置以增强已固化的铸造材料112和相应的端板108a、108b之间的接触。例如，通过适当地加热端板108、108b（如（例如）经由流通道126中接收的液态铸造材料112的热量），有可能形成端板108a、108b和随后固化的铸造材料112之间的局部熔融或焊接连接。另外，流通道126的尺寸和/或形状可以增大端板108a、108b与随后固化的铸造材料112的接触面积的尺寸和/或增强已固化的铸造材料112和端板108a、108b之间的机械连接。此外，流通道126可以被成形以获得在铸造材料112的固化和随后的热收缩期间的转子芯102的有利压缩。

例如，至少如图4A和4B所示，根据某些实施方案，流通道126可以具有第一区域128a和不同尺寸和/或形状的第二区域128b。更具体地，例如，在图3A中所示的实施方案中，第一和第二区域128a、128b可以是形状类似的，但具有不同的尺寸（如（例如）不同的直径或宽度）。在这样的实施方案中，尺寸的差异可以允许唇部或凸脊（ledge）130的形成，其可以增加铸造材料和相关端板108a、108b之间的接触面积，并且这可以至少协助第一端板108a、导体110和/或第二端板108b之间的机械连接或锁定。此外，由唇部或凸脊130提供的表面可以进一步协助提供一个表面，靠着该表面，液态铸造材料112的固化和随后的热收缩可以向端板108a、108b，进而向转子芯102施加压缩力。类似的优点还可以通过图4B中所阐述的流通道126的分别为渐缩的和非渐缩的第一和第二区域128a、128b的不同形状和尺寸而获得。

图4C阐述了一种针对流通道126的构型，其中流通道126沿着与感应转子组件100的纵向轴线134不平行的中心轴线132延伸。根据某些实施方案，感应转子组件100的纵向轴线134可以大致平行于芯通路118和/或第一和第二端板108a、108b的类似的纵向轴线。此外，如图4C所示的流通道126可以具有一个渐缩的或成角度的构型，其改变了流通道126沿着每一个流通道126的长度的直径或宽度。这样的构型可以至少增大已固化的铸造材料和铸造材料之间的接触面积，以及提供一种取向，其促进了在铸造材料112的固化和随后的热收缩期间端板108a、108b和/或转子芯102之间的压缩力的施加。另外，如图4C所示的实施方案中的流通道126的形状和取向还可以至少协助提供一种第一端板108a、导体110和/或第二端板108b之间的相对安全的机械连接或锁定。

图5阐述了用于根据所阐述的本发明的实施方案的感应转子组件100的一步法铸造的工艺200的流程图。此处所阐述的步骤应当被理解为仅仅是示例性的，并且所述步骤可以被组合或分割，以及添加或删除，也可以被全部地或部分地重新排序。

在步骤202中，转子芯102可以被组装。例如，如先前所讨论的，根据某些实施方案，转子芯102可以通过由多个导电性钢片106形成堆叠来组装。至少如图3所示，根据某些实施方案，多个导电性钢片106可以被布置，以便为转子芯102提供多个芯通路118。并且同样如先前所讨论的，多个芯通路118中的每一个都可以提供用于形成多个导体110中的至少一个导体的空间。

在步骤204中，铸造组件114可以被组装或以其他方式接合在一起，例如至少如图3和6B所示。参考图3和图6A，铸造组件114可以包括形成转子芯102的多个堆叠的电工钢片（electric sheet）106、第一和第二端板108a、108b以及第一和第二模具116a、116b。此外，铸造组件114可以被如此组装，以至于第一模具116a的至少每一个入口孔122与第二模具116b的出口孔124流体连通。此外，第一端板108a的每一个入口孔122和每一个流通道126可以被定位成与转子芯102的至少一个芯通路118流体连通。类似地，每一个芯通路118也可以与第二端板108b中的至少一个流通道126流体连通，其又与第二模具116b的多个出口孔124中的至少一个流体连通。此外，第一模具116a的入口孔122可以适合于接收（或者以其他方式联接至）经由入口孔122将液态铸造材料112注入到铸造组件114中的工具或器具。

在步骤206中，铸造组件114的组件可以被挤压在一起，或者经受压缩力。例如，根据某些实施方案，一个或多个压缩力可以抵靠第一和/或第二模具116a、116b施加，使得第一和/或第二端板108a、108b被压靠转子芯102的相对端。在步骤208中，铸造组件114的一个或多个部件可以被加热，如（例如）通过铸造组件114的至少某些部件的温度，其被提升到可以促进液态铸造材料112在铸造组件114中流动的温度。

在步骤210中，液态铸造材料112（如（例如）液态金属）可以被注入到第一模具116a的一个或多个入口孔122中，至少如图3和6C所描绘。所注入的液态铸造材料112随后可以从入口孔122中流出并且流入到第一端板108a中相应的流通道126中，之后流至芯通路118、第二端板108b中的流通道126以及第二模具116b的出口孔124。然后，在步骤212中，铸造组件114的至少一部分的温度可以被降低，以便至少协助降低铸造组件114中液态铸造材料112的温度，直至液态铸造材料112固化，如图6D图解表示。再次，随着芯通路118中的液态铸造材料112固化以形成感应转子组件100的导体110的至少一部分，与铸造材料112的固化相关的收缩可以导致至少第一和第二端板108a、108b在转子芯102上施加压缩力。

在步骤214中，随着液态铸造材料112固化，第一和第二模具116a、116b可以分别从与至少第一和第二端板108a、108b的接合中被释放，如图6E图解表示，从而提供所制造的感应转子组件100，如图1和6F所示。可选地，在步骤216中，所得的感应转子组件100可以经历一个或多个二次机械加工工艺。例如，根据某些实施方案，在去除第一和第二模具116a、116b之后，感应转子组件100可以经受机械加工、其它机械加工操作以除去可能已经在第一和第二端板108a、108b的外部部分上固化（和/或延伸超出）的铸造材料112，如图6E所示。

虽然结合目前被认为是最实用和优选的实施方案已经对本发明进行了描述，但是应当理解的是，本发明并不限于所公开的实施方案，与此相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改和等同布置，其范围应被赋予最宽的解释，以便涵盖法律所允许的所有这样的修改和等同结构。此外，应当理解的是，虽然上述说明中词语可优选的、可优选地或优选的的使用表示如此描述的特征可能是更期望的，但是它仍然可能是不必要的并且任何缺乏该特征的实施方案可以被设想为在本发明的范围之内，该范围由随附的权利要求限定。在阅读权利要求时，其意图在于，当使用如“一”，“一个”，“至少一个”或“至少一部分”的词语时，除非权利要求中特别陈述相反含义，均无意将该权利要求限制到唯一的物项上。此外，当使用 “至少一部分”和/或“一部分”等语言时，除非特别陈述相反含义，所述物项均可以包括一部分和/或整个物项。

Claims (20)

1.一种方法，其包括：

使用于感应转子组件的感应笼的预制第一端板压靠转子芯的第一端；

使所述感应笼的预制第二端板压靠所述转子芯的第二端；和

经由所述预制第一端板的至少一个或多个流通道，将液态铸造材料注入到所述转子芯的一个或多个芯通路中，所述液态铸造材料适合于固化为所述感应笼的一个或多个导电性导体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所注入的液态铸造材料是液态金属，并且其中所述预制第一端板和预制第二端板是导电性金属的多个件。

3.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括以下步骤：

将所述液态铸造材料注入到所述预制第一端板的一个或多个流通道中；和

通过使液态铸造材料流过所述一个或多个芯通路，将所述液态铸造材料注入到所述预制第二端板的一个或多个流通道中。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括由导电性材料的多个可堆叠片组装所述转子芯的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括围绕所述预制第一端板的至少一部分定位第一模具的步骤，并且其中将所述液态铸造材料注入到所述预制第一端板的所述一个或多个流通道中的步骤包括：将所述液态铸造材料通过所述第一模具的一个或多个入口孔递送至所述第一端板。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述预制第一端板和预制第二端板的所述一个或多个流通道中的至少一个包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有与所述第二区域不同的尺寸。

7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述液态铸造材料注入到所述预制第一端板的所述一个或多个流通道中的步骤包括：在铸造材料温度下注入所述液态铸造材料，所述铸造材料温度促进在所述预制第一端板和预制第二端板以及在固化时的所述液态铸造材料之间的局部熔融或焊接连接。

8.一种方法，其包括：

围绕感应笼的第一端板定位第一模具以形成第一组件部分；

围绕所述感应笼的第二端板定位第二模具以形成第二组件部分；

使所述第一组件部分和第二组件部分的至少一部分压靠转子芯的相对端以形成铸造组件；和

将液态铸造材料注入到所述铸造组件中，所述液态铸造材料的至少一部分适合于在所述转子芯之内固化以形成所述感应笼的多个导体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所注入的液态铸造材料是液态金属，并且其中所述第一端板和第二端板是导电性金属的多个预制件。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述转子芯包括导电性材料的多个片，其中所述多个片的每一个片都具有至少一个孔，并且其中用于所述多个片的每一个片的所述至少一个孔与所述多个片的相邻片的至少一个孔对准以形成一个或多个芯通路。

11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述液态铸造材料注入到所述铸造组件中的步骤包括：将所述液态铸造材料注入到所述转子芯的所述一个或多个芯通路中。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述液态金属是铝和铝合金中的至少一种，并且其中所述第一端板和第二端板是可锻金属。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括冷却所述转子芯的温度以促进所注入的液态铸造材料的固化的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，其中将液态铸造材料注入到铸造组件中的步骤包括：在铸造材料温度下注入所述液态铸造材料，所述铸造材料温度促进在所述第一端板和第二端板以及在所述液态铸造材料固化时的所述液态铸造材料之间的局部熔融或焊接连接。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述液态铸造材料注入到所述铸造组件中的步骤包括：将所述液态铸造材料注入到所述第一端板的一个或多个流通道中，并且其中所述一个或多个流通道包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有与所述第二区域不同的尺寸。

16.一种装置，其包括：

具有多个芯通路的转子芯；和

感应转子组件的感应笼，所述感应笼具有多个导体、预制第一端板和预制第二端板，所述多个导体是在所述多个芯通路之内以及在所述预制第一端板和预制第二端板的一个或多个流通道之内被铸造的导电性材料。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述预制第一端板和预制第二端板是导电性金属的多个件，所述多个件适合于接收所述多个导体的导电性铸造材料的至少一部分的能够操作的放置。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述多个导体由铝和铝合金中的至少一种的液态金属铸造，并且其中所述预制第一端板和预制第二端板是可锻金属。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述预制第一端板和预制第二端板的所述多个流通道包括第一区域和第二区域，所述第一区域具有与所述第二区域不同的尺寸。

20.根据权利要求18所述的方法，其中所述预制第一端板和预制第二端板的所述多个流通道中的每一个都具有中心轴线，所述多个流通道中的每一个都沿着所述中心轴线延伸，所述中心轴线与所述多个芯通路的纵向轴线不平行。