[发明专利]用于感应电动机的铝基转子的固相焊接

说明书

技术领域

本发明涉及制造用于电机的感应转子的方法，更具体地涉及用于将导体棒与终端环结合的制造工序并且涉及具有焊接至导体棒的终端环的转子。

背景技术

增加的燃料效率需求已经使混合动力系统在汽车行业更具有吸引力。除了常规内燃机，电动机也是混合动力系统的重要部件。通常使用交流（AC)感应电动机，因为交流（AC)感应电动机提供简单坚固的结构、便利的维护和低成本。AC感应电动机包括两个组件：定子和转子。定子是电动机的最外面的部件且由钢叠片构成，所述钢叠片被构形以形成铜线线圈盘绕其上的柱。主线圈连接至电压源以产生旋转磁场。

鼠笼式转子是筒体，所述筒体安装到在感应电动机中旋转的轴上。它含有纵向导体棒，所述纵向导体棒安装至鼠笼槽缝中且两端由短环连接到一起以形成类似笼子的外形。图1示出鼠笼式转子的一个实施方式的示意图。转子的芯是由若干电钢叠片堆构成的。

感应电动机的定子中的励磁线圈建立环绕转子的旋转磁场。所述磁场与转子旋转的相对运动在导体棒中感应出了电流。反过来，导体中的这些纵向电流与电动机的磁场反应以产生作用于转子切线方向的力，从而产生扭矩以使轴和转子转动。实际上，转子在磁场作用下转动，但其旋转速度略慢。速度的差被称为滑差，并且其随着负载而增大。

如图1所示，导体棒经常沿着转子的长度略微歪斜（即，导体棒不垂直于终端环的平面，在该平面处所述终端环附接至导体棒）以减小噪音并使扭矩波动平滑，所述扭矩波动可由于与定子的极片的相互作用而导致某些速度改变。鼠笼上的棒的数量决定何种程度的感应电流被馈送回定子线圈，并因此决定通过它们的电流。提供最少反馈的结构采用质数个棒。

铁芯（叠片钢堆）用于传送穿过电动机的磁场。铁芯的结构和材料被特别设计成使磁损失最小化。通过涂漆绝缘而分隔开的薄叠片（钢板）减小了散逸回路电流，所述散逸回路电流将导致涡旋电流损失。叠片的材料是低碳钢、高硅钢，所述低碳钢、高硅钢具有为纯铁几倍的电阻率，还减少了涡旋电流损失。低碳含量使它成为具有低磁滞损失的软磁材料。

同样的基本设计被用于大范围内的各种尺寸的单相和三相电动机。三相电动机的转子将在棒的深度和外形上具有变化以适应设计分类。

常规铝转子构造方法是将铝合金铸造成叠片钢槽缝，同时铸造产生电路的终端环。铸铝转子（棒与终端环一起）可具有低机械特性，更具体地是铝合金的低导电性（纯铝:IACS 62%）和导热性，尤其是当铸铝导体棒具有包括热裂裂纹、孔隙、以及氧化夹杂物等的铸造缺陷时，会对它们成功应用于电动机造成很大的困难。另外，用来铸造转子鼠笼的铝合金通常是高纯铝、高纯铝铸造合金或电级别锻造合金，这些金属和合金都难于铸造，因为它们具有低流动性、高收缩率（从液态到固态的密度变化）、高熔化温度和大的凝固范围（液相线与固相线之间的温度差）等。高纯铝合金的这些特性增加了孔隙率和热裂趋势，尤其是在导体棒连接至终端环的位置，这就导致导体棒与终端环之间的断裂。再者，许多铸铝鼠笼式转子笼通过高压模具铸造工序来实现，以便将细长棒（鼠笼槽缝）快速填充到叠片钢堆中以免冷隔。由于在模具填注时具有非常高的流速（大约60m/s），在高压模具铸造工序期间混入的空气和产生的大量铝氧化物不仅降低了转子质量和耐用性，还显著降低了转子的热导率和电导率，尤其是在导体棒中。在实践中，经常看到铸铝转子（铸造导体棒和铸造终端环)的导电性仅为大约40%至45%IACS。由于铸铝导体棒中存在的铸造缺陷，在电动机运转期间所述铸铝导体棒可能损坏。损坏的棒将进一步降低转子导电性和电动机的性能。

通常，纯铝（99.7%的纯度）或A6101-T61合金（0.6%Mg-0.5%Si）被用于转子，所述纯铝具有强导电性但具有低机械特性，所述A6101-T61合金具有相对强的导电性（59%）以及改善的强度。材料的成分、导电性和静/循环疲劳强度对电动机的性能和耐用性是非常重要的。因此，考虑用高整体性锻造铝传导棒和终端环作为铸铝转子的替代。

制作鼠笼式转子笼的另一个工序涉及通过叠片堆中的槽缝插入铝传导棒，旋转（或偏斜）钢叠片堆以产生鼠笼槽歪斜（如果期望歪斜的转子设计）以及通过固态焊接工序将终端铝环结合至铝导体棒。

固态焊接是一组无需附加填充金属的焊接工序，所述焊接工序在基本低于将被结合基底材料的熔点的温度下产生界面熔合（结合）。可以使用或可以不使用压力，这取决于特定的工序。此组焊接工序包括例如冷焊、扩散焊接、锻焊、摩擦焊接、热压焊接、滚焊以及超声波焊接。