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1、(10)申请公布号 CN 102480181 A (43)申请公布日 2012.05.30 C N 1 0 2 4 8 0 1 8 1 A *CN102480181A* (21)申请号 201110377481.4 (22)申请日 2011.11.24 12/954,080 2010.11.24 US H02K 1/22(2006.01) H02K 1/27(2006.01) H02K 15/03(2006.01) (71)申请人通用汽车环球科技运作有限责任公 司 地址美国密歇根州 (72)发明人 D.A.格拉德 Q.王 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人葛青 (54。
2、) 发明名称 转子组件和制造转子组件的方法 (57) 摘要 一种用于电力装置的转子组件，包括许多层 压电钢片，其限定出多个纵向延伸的沟槽。导体条 被布置在每一个沟槽内。每一个导体条包括第一 端部和第二端部，它们层叠部的相对的轴向端面 向外纵向延伸。导体条的第一端部和第二端部包 括宏观尺寸的锁定特征结构。第一端环在第一导 体条的端部的上方就地铸造，第二端环在第二导 体条的端部的上方就地铸造。在导体条的第一端 部和第二端部中的宏观尺寸的锁定特征结构分别 与就地铸造的第一端环和第二端环机械地互锁。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (19)中华人民共和。
3、国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 1/1页 2 1.一种用于电力装置的转子组件，所述转子组件包括： 多个电钢片，每一个限定出多个槽，所述槽在中央轴线周围按角度布置且与该中央轴 线距离相等，其中，所述多个电钢片被布置为彼此相邻以限定出层叠部，该层叠部具有第一 端面和与第一端面沿中央轴线间隔开的第二端面，所述多个槽被对齐以限定出在层叠部中 的多个纵向沟道； 多个导体条，所述多个导体条中的一个被布置在所述多个纵向沟道的每一个中，其中， 所述多个导体条的每一个包括第一端部，该第一端部沿中央轴线轴向延伸超过层叠部的第 一端面；和 第一端环，被布置为。
4、靠着和邻接第一端面且至少部分包围和电连接所述多个导体条的 每一个的第一端部； 其中，所述多个导体条的每一个的第一端部包括与第一端环机械地互锁的宏观尺寸的 锁定特征结构。 2.如权利要求1所述的转子组件，其中，所述多个导体条的每一个包括第二端部，所述 第二端部沿中央轴线轴向延伸超过层叠部的第二端面，及还包括第二端环，该第二端环被 布置为靠着和邻接第二端面且至少部分包围和电连接所述多个导体条的每一个的第二端 部，其中，所述多个导体条的每一个的第二端部包括与第二端环机械地互锁的宏观尺寸的 锁定特征结构。 3.如权利要求2所述的转子组件，其中，第一端环和第二端环的每一个在所述多个导 体条的每一个的第一。
5、端部和第二端部上方就地铸造。 4.如权利要求3所述的转子组件，其中，第一端环和第二端环包括铝。 5.如权利要求4所述的转子组件，其中，宏观尺寸的锁定特征结构包括由以下公式限 定的最小半径R： 其中，是用于铸造第一端环和/或第二端环的液体材料的表面张力，及P是在固化 期间施加到液体材料的压力。 6.如权利要求1所述的转子组件，其中，所述多个导体条的每一个包括在层叠部的第 一端面和第二端面之间的均匀横截面形状。 7.如权利要求5所述的转子组件，其中，宏观尺寸的锁定特征结构包括凹口，所述凹口 向内延伸到所述多个导体条的每一个中。 8.如权利要求6所述的转子组件，其中，凹口包括以下中的一种：垂直于中央。
6、轴线的三 角形横截面形状，垂直于中央轴线的椭圆形横截面形状，垂直于中央轴线的梯形横截面形 状，垂直于中央轴线的矩形横截面形状或垂直于中央轴线的半球形横截面形状。 9.如权利要求7所述的转子组件，其中，凹口包括沿中央轴线彼此轴向间隔开的多个 凹口。 10.如权利要求7所述的转子组件，其中，凹口周向地围绕所述多个导体条的每一个的 外周边延伸。 权 利 要 求 书CN 102480181 A 1/5页 3 转子组件和制造转子组件的方法 技术领域 0001 本发明通常涉及一种用于电力装置的转子组件，及一种制造转子组件的方法。 背景技术 0002 用于电力装置的转子组件，包括但不限于感应电机，典型地包括。
7、许多层压电钢片， 所述层压电钢片支撑多个导体条，所述导体条被布置在由电钢片的层叠部限定的纵向沟道 内。导体条向外延伸、超过电钢片的层叠部的轴向端面。转子组件包括第一端环和第二端 环，其被布置在电钢片的层叠部的相对的轴向端面处。第一端环和第二端环在电钢片的层 叠部的各自的轴向端面处电连接导体条的端部。端环和导体条可以被同时就地铸造。可替 换地，第一端环和第二端环可以在预模制导体条的端部上、由铝就地铸造，所述导体条被定 位在层叠部的纵向沟道中。 发明内容 0003 提供了一种用于电力装置的转子组件。转子组件包括多个层压电钢片。多个电钢 片的每一个限定出多个槽。多个槽被布置为围绕中央轴线成角度且与中。
8、央轴线距离相等。 多个层压电钢片被布置彼此相邻，以限定出层叠部，该层叠部具有第一端面和第二端面。第 二端面与第一端面沿中央轴线间隔开。多个槽被对齐，以限定出在层叠部中多个纵向沟道。 转子组件还包括多个导体条。多个导体条中的一个被布置在多个纵向沟道的每一个内。多 个导体条的每一个包括第一端部。该第一端部沿中央轴线轴向延伸超过层叠部的第一端 面。第一端环被布置为靠着且邻接第一端面。第一端环至少部分包围和电连接多个导体条 的每一个的第一端部。多个导体条的每一个的第一端部包括与第一端环机械地互锁的宏观 尺寸的锁定特征结构。 0004 提供了一种用于电力装置的转子组件。转子组件包括多个层压电钢片。多个电。
9、钢 片的每一个限定出多个槽。多个槽被布置为围绕中央轴线成角度且与中央轴线距离相等。 多个层压电钢片被布置彼此相邻，以限定出层叠部。层叠部包括第一端面和第二端面。第 二端面沿中央轴线与第一端面间隔开。多个槽被对其，以限定出在层叠部中的沿中央轴线 延伸的多个纵向沟道。转子组件还包括多个导体条。在多个纵向沟道的每一个内设置多个 导体条中的一个。多个导体条的每一个包括第一端部和第二端部。该第一端部沿中央轴线 轴向延伸超过层叠部的第一端面。第二端部沿中央轴线轴向延伸超过层叠部的第二端面。 第一端环被布置为靠着且邻接第一端面。第一端环至少部分包围和电连接多个导体条的每 一个的第一端部。第二端环被布置为靠着。
10、且邻接第二端面。第二端环至少部分包围和电连 接多个导体条的每一个的第二端部。多个导体条的每一个的第一端部和第二端部包括宏观 尺寸的锁定特征结构，所述锁定特征结构分别与第一端环和第二端环机械地互锁。第一端 环和第二端环由铝、在多个导体条的第一端部和第二端部上分别就地铸造。宏观尺寸的锁 定特征结构包括凹口，其向内延伸到多个导体条的每一个中。 0005 提供了一种制造用于电力装置的转子组件的方法。该方法包括铸造多个导体条， 说 明 书CN 102480181 A 2/5页 4 以限定出在多个导体条的每一个的第一端部和第二端部中的宏观尺寸的锁定特征结构。方 法还包括层压多个电钢片，以限定出层叠部。层叠。
11、部包括第一端面和与第一端面沿中央轴 线轴向间隔开的第二端面，和多个纵向沟道，所述多个纵向沟道沿中央轴线在第一端面和 第二端面之间延伸。所述多个沟槽围绕中央轴成角度地间隔开且与中央轴线距离相等。方 法还包括将多个导体条中的一个定位在多个纵向沟道的每一个中，从而多个导体条的每一 个的第一端部和第二端部分别向外延伸超过层叠部的第一端面和第二端面。该方法还包括 在多个导体条的每一个的第一端部的宏观尺寸的锁定特征结构周围就地铸造第一端环，以 至少部分包围和电连接多个导体条的每一个的第一端部。 0006 相应地，在每一个导体条的第一端部和第二端部中的宏观尺寸的锁定特征结构分 别与就地铸造的第一端环和就地铸。
12、造的第二端环机械地互锁，以提供在它们之间的更强的 机械连接和改进在每一个导体条与第一端环和第二端环之间的电连接。 0007 本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的 以下详细描述连同附图时显而易见。 附图说明 0008 图1是转子组件的示意性分解透视图。 0009 图2是转子组件的电钢片的示意性端示俯视图。 0010 图3是电钢片的层叠部的示意性侧视图。 0011 图4是转子组件的放大的示意性不完全俯视图。 0012 图5是导体条的端部的示意性横截面图，其示出宏观尺寸的锁定特征结构的第一 可替换实施例。 0013 图6是导体条的端部的示意性横截面图，其示出宏观尺寸的。
13、锁定特征结构的第二 可替换实施例。 0014 图7是导体条的端部的示意性横截面图，其示出宏观尺寸的锁定特征结构的第三 可替换实施例。 0015 图8是导体条的端部的示意性横截面图，其示出宏观尺寸的锁定特征结构的第四 可替换实施例。 0016 图9是导体条的端部的示意性横截面图，其示出宏观尺寸的锁定特征结构的第五 可替换实施例。 0017 图10是导体条的端部的示意性横截面图，其示出宏观尺寸的锁定特征结构的第 六可替换实施例。 具体实施方式 0018 参考附图，其中，相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件，转子组件通常 在20处示出。转子组件20用于电力装置，包括但不限于感应电电动机。转子组。
14、件20可以 通常被称为鼠笼型转子组件20。 0019 参考图1到3，转子组件20包括多个层压电钢片22。单个电钢片22在图2中示 出。如在图2中清楚示出的，每一个电钢片22限定出多个槽24。槽24在电钢片22的外周 边附近绕中央轴线26成角度设置且距中央轴线26距离相等。电钢片22被布置为彼此相 说 明 书CN 102480181 A 3/5页 5 邻且关于中央轴线26同心，以限定在图1和3中示出的层叠部28。参考图3，层叠部28包 括第一端面30和第二端面32。第二端面32与第一端面30沿中央轴线26间隔开。第一端 面30和第二端面32限定出电钢片22的层叠部28的相反轴向端面。槽24被对齐。
15、以限定 出在层叠部28中的多个纵向沟道34。纵向沟道34在第一端面30和第二端面32之间延伸 且连接第一端面30和第二端面32。如已知的，纵向沟道34可以沿电钢片22的层叠部28 的长度被扭曲。电钢片22可以包括低碳铸铁和由(但不限于)低碳铸铁制造，所述低碳铸 铁具有高硅含量以减少涡流损耗，电钢片可以涂有绝缘复合物以减少同样可以导致涡流损 耗的环流。 0020 参考图1和3，转子组件20还包括多个导体条36。导体条36中的一个被布置在 多个纵向沟道34的每一个内。导体条36可以包括以下材料和由(但不限于)以下材料制 造：纯铝、锻造铝合金、铝复合材料、铜、铜合金、或某些其它导电材料。多个导体条3。
16、6的每 一个包括第一端部38和第二端部40。第一端部38沿中央轴线26轴向延伸超过层叠部28 的第一端面30。第二端部40沿中央轴线26轴向延伸超过层叠部28的第二端面32。相应 地，如在图3中所示，应该理解，导体条36包括沿中央轴线26的导体长度42，高长度大于电 钢片22的层叠部28沿中央轴线26的层叠长度44。 0021 每一个导体条36可以包括均匀横截面形状，其垂直于在层叠部28的第一端面30 和第二端面32之间的中央轴线26。如图所示，在第一端面30和第二端面32之间的导体 条36的均匀横截面形状包括矩形形状。然而，应该理解，均匀横截面形状可以包括此处未 示出或未描述的一些其它形状。。
17、 0022 每一个导体条36的第一端部38和第二端部40包括宏观尺寸的锁定特征结构46。 如在此使用的，术语“宏观尺寸”被限定为包括具有至少大于50m的尺寸的任何特征结 构，及优选地大于100m，且其用裸眼可视。宏观尺寸的锁定特征结构46可以包括能够与 就地铸造(cast in place)的端环机械地互锁的、任何合适的表面不规则性和/或变形。例 如，宏观尺寸的锁定特征结构46可以包括但不限于凹口48，其向内延伸到多个导体条36的 每一个中。凹口48可以包括单个凹口48，或可以可替换地包括沿中央轴线26彼此轴向间 隔开的多个凹口48。此外，凹口48可以周向地在每一个导体条36的外周边周围延伸，。
18、或可 以可替换地仅绕每一个导体条36的外周边的一部分延伸。例如，如果每一个导体条36的 均匀横截面形状包括示出的矩形形状，那么凹口48可以被布置在矩形横截面形状的相反 的侧面上。 0023 凹口48可以包括但不限于以下中之一：垂直于中央轴线26的三角形横截面形状、 垂直于中央轴线26的椭圆形横截面形状、垂直于中央轴线26的梯形横截面形状，垂直于中 央轴线26的矩形横截面形状或垂直于中央轴线26的半球形横截面形状。宏观尺寸的锁定 特征结构46的几个不同实施例在图5-10中示出。参考图5，宏观尺寸的锁定特征结构的第 一可替换实施例通常在导体条36的第一端部38处以146示出。宏观尺寸的锁定特征结构。
19、 146包括多个凹口148，其被布置在导体条36的相对侧上。多个凹口148的每一个限定出 进入到导体条36的大致三角形的凹槽。参考图6，宏观尺寸的锁定特征结构的第二可替换 实施例通常在导体条36的第一端部38处以246示出。宏观尺寸的锁定特征结构246包括 被布置在导体条36的每一个相对侧上的单个凹口248。每一个凹口248限定出进入到导体 条36中的大致细长的梯形凹槽。参考图7，宏观尺寸的锁定特征结构的第三可替换实施例 说 明 书CN 102480181 A 4/5页 6 通常在导体条36的第一端部38处以346示出。宏观尺寸的锁定特征结构346包括被布置 在导体条36的每一个相对侧上的单个。
20、凹口348。每一个凹口348限定出进入到导体条36 的大致细长的椭圆形凹槽。参考图8，宏观尺寸的锁定特征结构的第四可替换实施例通常在 导体条36的第一端部38处以446示出。宏观尺寸的锁定特征结构446包括被布置在导体 条36的相对侧上的多个凹口448。多个凹口448的每一个限定出进入到导体条36的大致 椭圆形凹槽。参考图9，宏观尺寸的锁定特征结构的第五可替换实施例通常在导体条36的 第一端部38处以546示出。宏观尺寸的锁定特征结构546包括被布置在导体条36的每一 个相对侧上的单个凹口548。每一个凹口548限定出进入到导体条36的大致细长的楔形凹 槽。参考图10，宏观尺寸的锁定特征结构的。
21、第六可替换实施例通常在导体条36的第一端 部38处以646示出。宏观尺寸的锁定特征结构646a包括被布置在导体条36的相对侧上 的多个凹口648。多个凹口648的每一个限定出进入到导体条36的楔形凹槽。 0024 应该意识到，宏观尺寸的锁定特征结构46可以包括与图中示出的那些不同的一 些其它几何形状，且要求保护的范围不应限于此处所示的宏观尺寸的锁定特征结构46的 具体形状。 0025 参考图1和4，第一端环50被布置为靠着且邻接电钢片22的层叠部28的第一端 面30。第一端环50至少部分包围和电连接每一个导体条36的第一端部38。第二端环52 被布置为靠着且邻接电钢片22的层叠部28的第二端面。
22、32。第二端环52至少部分包围和 电连接每一个导体条36的第二端部40。 0026 第一端环50和第二端环52每一个分别在导体条36的第一端部38和导体条36 的第二端部40就地铸造。优选地，第一端环50和第二端环52由铝或铝合金就地铸造。然 而，应该理解，第一端环50和第二端环52可以由一些其它导电材料就地铸造。第一端环50 和第二端环52可以使用任何合适的铸造工艺铸造，包括但不限于模压铸造工艺、高压模铸 造工艺、低压模铸造工艺或沙模铸造工艺。 0027 如在图4中所示，在每一个导体条36的第一端部38处的宏观尺寸的锁定特征结 构46与第一端环50机械地互锁。类似地，在每一个导体条36的第二。
23、端部40处的宏观尺 寸的锁定特征结构46与第二端环52机械地互锁。 0028 宏观尺寸的锁定特征结构46是宏观尺寸的几何特征结构，其允许第一端环50和 第二端环52的就地铸造的材料流到宏观尺寸的锁定特征结构46中且与宏观尺寸的锁定特 征结构46机械地互锁，由此改善在导体条36和第一端环50或第二端环52之间的机械结 合和电结合。在宏观尺度的下宏观尺寸的锁定特征结构46的最小半径可以由公式1确定： 0029 0030 其中，R是以微米衡量的宏观尺寸的锁定特征结构46的最小半径，是以N/m衡 量的、用于铸造第一端环50和/或第二端环52的液体材料的表面张力，且P是以Atm衡量 的在固化期间施加到液。
24、体材料的压力。宏观尺寸的锁定特征结构46的最小半径是允许铸 造第一端环50和/或第二端环52的液体材料完全流到宏观尺寸的锁定特征结构46中且 将其填满的最小尺寸，由此确保在宏观尺寸的锁定特征结构46和就地铸造的第一端环50 和/或第二端环52之间的正确机械锁闭结合。 0031 在一个大气压力时，诸如用重力灌浇沙模铸造工艺，宏观尺寸的锁定特征结构46 说 明 书CN 102480181 A 5/5页 7 的最小半径R必须大于18m。然而，在更高的压力下，诸如在高压模铸造过程中压力等于 10000psi时，宏观尺寸的锁定特征结构46的最小半径R必须仅大于0.027m。 0032 还披露了一种制造转。
25、子组件20的方法。该方法包括将多个电钢片22层压在一起， 以限定层叠部28。如上所述，层叠部28包括第一端面30和第二端面32。第二端面32沿 中央轴线26与第一端面30轴向间隔开。电钢片22被如此层压在一起使得在每一个电钢 片22中的槽24一起协作，以限定沿中央轴线26、在第一端面30和第二端面32之间延伸的 纵向沟道34，凹槽34绕中央轴线26按角度间隔开且与中央轴线26距离相等。 0033 该方法还包括模制导体条36。导体条36被模制为包括大于电钢片22的层叠部28 的层叠长度44的导体长度42，从而每一个导体条36的第一端部38和第二端部40分别向 外延伸超过第一端面30和第二端面32。
26、。导体条36还被模制为限定出在每一个导体条36 的第一端部38和第二端部40中的宏观尺寸的锁定特征结构46。导体条36可以以任何合 适的方式模制，包括但不限于使用常规金属加工技术来铸造导体条36或成形和切割导体 条36。 0034 该方法还包括将导体条36中的一个定位在每一个纵向沟道34中。导体条36被 定位为使得多个导体条36每一个的第一端部38和第二端部40分别向外延伸超过层叠部 28的第一端面30和第二端面32。 0035 该方法还包括将层叠部28(在其中定位有多个导体条36)放置在模具中。该模具 限定出空腔，所述空腔限定出第一端环50和/或第二端环52的形状。模具可以包括用于 铸造第一。
27、端环50和/或第二端环52的任何合适形状和/或尺寸，且可以取决于用于铸造 第一端环50和/或第二端环52的铸造工艺。 0036 方法还包括在多个导体条36每一个的第一端部38的宏观尺寸锁定特征结构46 周围就地铸造第一端环50，和在多个导体条36每一个的第二端部40的宏观尺寸锁定特征 结构46周围就地铸造第二端环52。第一端环50和第二端环52被铸造为至少部分包围多 个导体条36每一个的第一端部38且将该第一端部与第一端环50电连接，和至少部分包围 多个导体条36每一个的第二端部40且将该第二端部与第二端环52电连接。 0037 铸造第一端环50和/或第二端环52包括将熔融材料注入到模具中，且。
28、包围在多 个导体条36每一个的第一端部38中的宏观尺寸锁定特征结构46和/或每一个导体条36 的第二端部40中的宏观尺寸的锁定特征结构46。优选地，第一端环50和第二端环52由铝 或铝合金铸造。然而，可用利用一些其它导电材料。铸造第一端环50和/或第二端环52 还可以包括使熔融材料流入并包围宏观尺寸的锁定特征结构46，以在固化时与宏观尺寸的 锁定特征结构46机械地互锁。 0038 铸造第一端环50和/或第二端环52还可以包括当熔融材料固化时将熔融材料压 缩。在铸造过程期间当熔融材料固化时将熔融材料压缩能减少在完成的就地铸造的产品中 的孔隙率，提高在导体条的宏观尺寸的锁定特征结构和固化的端环之间。
29、的互锁强度，以及 改进成品的机械性能。 0039 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得 知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。 说 明 书CN 102480181 A 1/5页 8 图1 说 明 书 附 图CN 102480181 A 2/5页 9 图2 说 明 书 附 图CN 102480181 A 3/5页 10 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102480181 A 10 4/5页 11 图6 图7 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102480181 A 11 5/5页 12 图10 说 明 书 附 图CN 102480181 A 12 。