專利名稱：不用輪轂的轉子組件的結構及其裝配方法
技術領域：
本發(fā)明涉及不用轉子鋼輪轂的裝配一個轉子組件的結構和方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的電動機通常包括一個圓筒形定子和一個安置在該定子內的轉子組件。通常，該轉子組件借助于重的鋼輪轂而制成。該輪轂用于保證輪子疊片連接在外部結構上并支承轉子組件的結構。使用輪轂要求專門的機加工，以便將轉子部件或接頭片鎖緊在輪轂上。在使用一輪轂來裝配轉子組件時，必須完全對準轉子部件或接頭片，以便完成該裝配過程。
為了使輪轂在轉子疊片疊置件上滑動，必須形成一個間隙。該輪轂通常利用處于-300的液氮來收縮，而轉子疊片利用400的爐子來膨脹。當溫度正?；瘯r，間隙消失而在輪轂和轉子疊片之間形成“收縮配合”。
其它典型的轉子組件包括一個穿過轉子疊片的疊置件中的中心孔的支承轉子軸。該轉子軸也可以焊接在該轉子疊片的疊置件的任一端部上。
發(fā)明概要本發(fā)明在轉子組件的裝配中不使用輪轂。沒有穿過轉子疊片的疊置件的中心的或被連接在轉子疊片的疊置件端部上的支承轉子軸。
本發(fā)明提供一種裝配一個轉子組件的結構和方法。第一步驟包括通過疊置單個的第一轉子疊片而形成一個第一疊片疊置件。該第一疊片疊置件有一第一端部和一第二端部。第二步驟包括將單個的第二轉子疊片疊置在第一疊片疊置件的第二端部上，由此形成一個第二疊片疊置件。該第二疊片疊置件有一第一端部和一第二端部。第三步驟包括將一組第三轉子疊片疊置在第二疊片疊置件的第二端部上，由此形成一個第三疊片疊置件。該第三疊片疊置件有一第一端部和一第二端部。
在本發(fā)明的另一方面中，第一、第二、第三疊片疊置件被鑄造而將第一、第二、第三轉子疊片鎖緊在一起。該第一、第二、第三轉子疊片有一個具有可變的內徑和基本上共同的外徑的圓環(huán)形狀。該第一、第二、第三轉子疊片有基本上相同的外徑，而第二轉子疊片有比第一和第三轉子疊片顯著大的內徑。
不用輪轂導致不需要使用上述“收縮配合”工藝中的-300的液氮和400的爐子。采用本發(fā)明的方法所需要的部件比通常需要的部件要少，因而物資問題較小。裝配轉子的費用減少了，制造和裝配轉子所需的時間也減少了。
上述方法也導致用于改進的轉子的油冷卻的改進的轉子熱傳遞。由于不使用轉子輪轂，轉子內包含的油更好地接觸轉子疊片，導致更好的熱傳遞。更冷的電動機進行操作所需的電流較小，因此減小了電力消耗。該改進的方法還導致轉子的內徑和外徑之間的同心度更好。轉子外徑和定子內徑之間的間隙將更均勻和更一致，因為在兩端上的法蘭軸承的軸頸更加同心。
當結合附圖閱讀下列實施本發(fā)明的最佳方案的詳細描述時，就容易清楚本發(fā)明的上述特點和其它特點和優(yōu)點。
附圖簡述

圖1是轉子組件的局部示意透視圖；圖2是轉子組件的局部示意截面圖；圖3是本發(fā)明中使用的螺栓的示意透視圖。
優(yōu)選實施例描述在下面描述的實施例中，該轉子組件用于車輛的混合式傳動裝置中的電動機內。但是，下面描述的方法和結構適合于與感應式電機的轉子、永久磁體和開關磁阻電機以及其它合適的電機一起使用。
參照圖1，圖中示出轉子組件10的一部分的透視圖。圖2是轉子組件10的一部分的示意截面圖。該轉子組件包括第一疊片疊置件20、第二疊片疊置件30和第三疊片疊置件40。第一疊片疊置件20用單個的第一轉子疊片22制成。第一疊片疊置件20有第一端部24和第二端部26。轉子組件10還包括一個連接在第一疊片疊置件20的第二端部26上的第二疊片疊置件30。第二疊片疊置件30用單個的第二轉子疊片32制成。第二疊片疊置件30有第一端部34和第二端部36。轉子組件10還包括一個連接在第二疊片疊置件30的第二端部36上的第三疊片疊置件40。第三疊片疊置件40用單個的第三轉子疊片42制成。第三疊片疊置件40有第一端部44和第二端部46。第一疊片疊置件20和第三疊片疊置件40的尺寸基本上相同，見下面的討論。
第一、第二和第三轉子疊片22、32和42分別是大體上圓形的盤，它們用硅鋼平片制成。這些片可以用其它合適的材料制成，它們裝入一個沖孔模(未示出)中，該模在片中沖出大體上環(huán)狀的孔。也可利用適合用于各種電機的轉子組件中的其它非圓形。
如圖1中所示，第一、第二、第三轉子疊片22、32、42有一具有中心50的孔、一內圓周52和一外圓周54。如圖1中所示，外圓周54上的通過該孔中心50的兩個點之間的距離表示每個轉子疊片的外徑OD。內圓周52上的通過該孔中心的距離表示每個轉子疊片的內徑ID。每個第一、第二和第三轉子疊片22、32和42在其相應的內圓周52和外圓周54之間分別有環(huán)狀的區(qū)域A1、A2和A3。
在示出的實施例中，第一、第二、第三轉子疊片22、32、42沿軸向疊置。第一疊片疊置件20有一軸向長度L1。第二疊片疊置件30有一軸向長度L2。第三疊片疊置件40有一軸向長度L3。在第一疊片疊置件20中有約25個第一轉子疊片22。在第二疊片疊置件30中有約220個第二轉子疊片32。在第三疊片疊置件40中有約25個第三轉子疊片42。因此，在該優(yōu)選實施例中，第二疊片疊置件30有一大于第一和第三疊片疊置件20和40之任一的軸向長度的軸向長度L2，也即第二疊片疊置件30包含的單個轉子疊片的數目大于第一和第三疊片疊置件20和40中任一的與這兩個疊置件20和40的組合的疊片數目。對該裝配過程可以使用現(xiàn)有的自動疊片輸送和疊置機。
按照單個轉子疊片的尺寸，第一、第二、第三轉子疊片22、32、42具有基本上相同的外徑OD。但是第一和第三轉子疊片20和40具有比第二轉子疊片30顯著較小的內徑ID，如圖1和2中所示，以允許設置螺栓孔60。因此，第一和第三轉子疊片20和40的環(huán)狀區(qū)域A1和A3大于第二轉子疊片30的環(huán)狀區(qū)域A2。
如圖1中所示，槽62沿第一、第二、第三轉子疊片22、32、42的外圓周的周邊延伸。第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40是首先安置在一個模具鑄造的模制夾具(未示出)中而一起鑄造的。第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40是通過加壓而將第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40鎖緊在一起來模制的。
將熔融的鋁或其它合適的材料注入到槽62中。熔融的鋁通過槽62從第一疊片疊置件20的第一端部24流到第三疊片疊置件40的第二端部46。對熔融金屬施加一個壓力機構如液壓反壓力來迫使熔融金屬進入槽62，從而將第一、第二、第三疊片疊置件22、32、42一起鎖緊成一體構型，由此避免空氣間隙，空隙和氣泡。例如，第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40可以在一模鑄機中一起壓緊，以便將第一、第二、第三轉子疊片22、32、42鎖緊在一起。熔融的鋁凝固而在第一疊片疊置件20的第一端部24處形成一個第一端環(huán)64和在第三疊片疊置件40的第二端部46處形成一個第二端環(huán)66，參見圖2。該鋁或其它合適材料的第一和第二端環(huán)64和66用于增強轉子組件10的導電性。
如圖1和2中所示，螺栓孔60沿第一和第三轉子疊片22和42的內圓周52的周邊延伸。螺栓孔60的構型能裝入相應的螺栓68。
圖3是螺栓68的示意透視圖。每個螺栓68的頭部有一平面?zhèn)炔?7，它可以用于楔入和鎖緊第一和第三疊片疊置件20和40中的螺栓68。每個螺栓68有鋸齒69，它們防止螺栓68轉動并與每個螺栓孔60內側上的互補的槽相互作用。當裝配第一和第二法蘭74和76(見下面討論)并擰緊螺母78時，螺栓68頭部的平面?zhèn)炔亢弯忼X69形成反轉動作用。優(yōu)選實施例中有十二個螺栓孔60，但是，可以使用任何數目的螺栓孔。圖2中示出代表性的第一螺栓70和代表性的第二螺栓72，它們分別連接在第一疊片疊置件20和第三疊片疊置件40上。
利用第一螺栓70定方位，將第一法蘭74連接在第一疊片疊置件20的第一端部24上。第一螺栓70通過第一法蘭74中的一個孔。利用第二螺栓72作為方位，將第二法蘭76連接在第三疊片疊置件40的第二端部40上。第二螺栓通過第二法蘭76中的一個孔。如上所述，該優(yōu)選實施例描述一個用于混合式傳動裝置中的電動機(示未出)內的轉子組件10。第一和第二法蘭74和76是將第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40連接在傳動裝置中電動機的齒輪和/或其它部件上的機械裝置。第一和第二法蘭74和76幫助將動力傳送到電動機的機械部件上。一組螺母78安置在第一和第二螺栓70和72的邊緣上，以便將法蘭牢固地連接在轉子組件上。
或者是，可以利用一個具有與相應的第一和第二螺栓70或72相嚙合的多個孔的單獨的法蘭。也可利用任意數目的多個法蘭。法蘭可用鋼或其它合適材料制成。法蘭的物理結構或構型可以變化，取決于通過法蘭的連接在轉子疊片22、32、42上的部件的布置和設計。
方法提供了一種用于裝配上述轉子組件10的方法。第一步驟包括通過疊置單個的第一轉子疊片22而制成第一疊片疊置件20。第一疊片疊置件20具有第一端部24和第二端部26。第二步驟包括將單個的第二轉子疊片32疊置在第一疊片疊置件20的第二端部26上，由此制成第二疊片疊置件30。第二疊片疊置件30具有第一端部34和第二端部36。第三步驟包括將一組第三轉子疊片42疊置在第二疊片疊置件30的第二端部36上，由此制成第三疊片疊置件40。第三疊片疊置件40具有第一端部44和第二端部46。
可以在一模具鑄造的模制夾具中將第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40鑄造在一起并模制而將第一、第二、第三轉子疊片22、32、42鎖緊在一起?？梢岳靡粋€榫銷或導桿(未示出)來保證第一、第二、第三疊片疊置件20、30、40的合適對準。在模制之前，可利用導桿來對準第一、第二、第三疊片疊置件在模具鑄造的模制夾具中的疊置。該榫銷或導桿可以插入轉子疊片42的相應的一個或多個槽62中并通過該槽沿軸向延伸到第一疊片疊置件20的第一端部24或從第一端部24延伸到第二端部46。
一個第一螺栓70可以連接在第一疊片疊置件20上，而一個第二螺栓72可以連接在第三疊片疊置件40上。一個第一法蘭74可以連接在第一疊片疊置件20的第一端部24上，利用第一螺栓70來定方位；而一個第二法蘭76可以連接在第三疊片疊置件40的第二端部46上，利用第二螺栓72來定方位。
其它步驟一個另外的步驟可以包括對第一、第二、第三轉子疊片22、32、42的外圓周54進行機加工。機加工涉及研磨外圓周54以使尺寸光滑和精確。該工藝可以在最后的轉子組件上完成，這涉及裝配兩個法蘭。
一個另外的步驟可以涉及精細車削一個速度傳感器輪80。某些轉子組件可以包含一個速度傳感器輪80，如圖2中所示。速度傳感器輪80可以是該法蘭結構的一個整體部件，或者它可以利用焊接、螺栓或其它機械獨立地安裝。如果安裝在該結構上，速度傳感器輪80必須牢靠地連接，使其不會振動。
最后，下一步驟可以是轉子組件10的最后平衡，包括在轉子組件10的任一端部處減去或增加極小的小重量。這用于從一端到另一端平衡轉子組件10的重量，導致減少振動和噪聲。
在制造轉子時通常所用的輪轂厚度限制了可被安裝在該輪轂內的轉子疊片的寬度A2。省去該輪轂能夠增大這些轉子疊片的截面積。這允許更大的電磁通量路徑和提高電動機的效率。其次，由于消除了由該輪轂施加在這些轉子疊片上的接觸壓力，因而提高了電動機的性能和效率。
雖然已詳細描述了實施本發(fā)明的最佳方式，但與本發(fā)明有關的該技術的專業(yè)人員將認識到，用于實施本發(fā)明的各種替代的設計和實施例都處在附屬的權利要求書的范圍內。
權利要求
1.一種轉子裝配的方法，包括充分地疊置第一轉子疊片以形成一個第一疊片疊置件，其中所述第一疊片疊置件有一第一端部和一第二端部；將第二轉子疊片充分地疊置在所述第一疊片疊置件的所述第二端部上，由此形成一個第二疊片疊置件，其中所述第二疊片疊置件有一第一端部和一第二端部；將第三轉子疊片充分地疊置在所述第二疊片疊置件的所述第二端部上，由此形成一個第三疊片疊置件，其中所述第三疊片疊置件有一第一端部和一第二端部；鑄造所述第一、第二、第三疊片疊置件，以便將所述第一、第二、第三轉子疊片鎖緊在一起；其中所述第一、第二、第三轉子疊片有一個具有一可變內徑和一基本上共同的外徑的形狀；其中所述第一、第二、第三轉子疊片具有基本上相同的所述外徑；以及其中所述第二轉子疊片有一比所述第一和第三轉子疊片大的內徑。
2.權利要求1的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三轉子疊片的所述形狀是有一外圓周和一內圓周的圓環(huán)形。
3.權利要求2的方法，其特征在于，一些槽沿所述第一、第二、第三轉子疊片的外圓周的圓周延伸。
4.權利要求3的方法，其特征在于，所述第一、第二、第三疊片疊置件的所述鑄造步驟包括將所述第一、第二、第三疊片疊置件安置在一個用模具鑄造的模制夾具中；通過施加壓力將所述第一、第二、第三疊片疊置件鎖緊在一起而模制所述第一、第二、第三疊片疊置件；將熔融的金屬注入到沿所述第一、第二、第三轉子疊片的外圓周的周邊延伸的所述槽中，其中所述熔融金屬是從所述第一疊片疊置件的所述第一端部注入到所述第三疊片疊置件的所述第二端部中的；以及對所述熔融的金屬施加液壓背壓力，以便在所述第一、第二、第三疊片疊置件中除去空氣間隙、氣泡或空隙。
5.權利要求4的方法，其特征在于，經過所述用模具鑄造的模制夾具的所述熔融金屬在所述第一疊片疊置件的所述第一端部處凝固，從而形成一個第一金屬端環(huán)；以及其中經過所述一些槽的所述熔融材料在所述第三疊片疊置件的所述第二端部處凝固，從而在所述轉子組件的對置端部上形成一個第二金屬端部環(huán)。
6.權利要求1的方法，其特征在于還包括下列步驟將一個第一螺栓連接在所述第一疊片疊置件上；將一個第二螺栓連接在所述第三疊片疊置件上；利用所述第一螺栓來定方位，將一個第一法蘭連接在所述第一疊片疊置件的所述第一端部上；以及利用所述第二螺栓來定方位，將一個第二法蘭連接在所述第三疊片疊置件的所述第二端部上。
7.權利要求1的方法，其特征在于，在模制之前，利用至少一根導桿來對準所述用模具鑄造的模制夾具中的所述第一、第二、第三疊片疊置件的所述疊置。
8.權利要求1的方法，其特征在于，所述第一和所述第三轉子疊片的數目大約為25。
9.權利要求1的方法，其特征在于，所述第二轉子疊片的數目為220。
10.一種轉子組件，包括一個由第一轉子疊片組成的第一疊片疊置件，其中所述第一疊片疊置件有一第一端部和一第二端部；一個連接在所述第一疊片疊置件的所述第二端部上的第二疊片疊置件，其中所述第二疊片疊置件由第二轉子疊片組成，其中所述第二疊片疊置件有一第一端部和一第二端部；其中所述第一和第二疊片疊置件被鑄造在一起；其中所述第一和第二轉子疊片有一個有一內徑和一外徑的圓環(huán)狀；其中所述第一和第二轉子疊片有基本上相同的所述外徑；以及其中所述第二轉子疊片有一顯著大于所述第一轉子疊片的內徑。
11.權利要求10的轉子組件，其特征在于還包括一個連接在所述第二疊片疊置件的所述第二端部上的第三疊片疊置件，其中所述第三疊片疊置件由第三轉子疊片組成，其中所述第三疊片疊置件有一第一端部和一第二端部；其中所述第三疊片疊置件與所述第一和第二疊片疊置件鑄造在一起；其中所述第三轉子疊片有一個有一內徑和一外徑的圓環(huán)形狀；其中所述第三轉子疊片具有與該第一和第二轉子疊片基本上相同的外徑；以及其中所述第二轉子疊片有一個顯著大于所述第一和第三轉子疊片中任一個的內徑。
12.權利要求11的轉子組件，其特征在于，一些槽沿所述第一、第二、第三轉子疊片的所述圓狀的外圓周的周邊延伸。
13.一種不用輪轂的轉子裝配方法，包括疊置至少多個環(huán)狀疊片，以形成一個有一基本上預定尺寸的內徑的第一疊片疊置件；以及在所述第一疊片疊置件上疊置另外多個環(huán)狀疊片，以形成一個有一基本上另一預定尺寸的內徑的第二疊片疊置件，以便于沒有輪轂的轉子組件的連接。
14.權利要求13的方法，其特征在于包括將另外多個環(huán)狀疊片疊置在所述第二疊片疊置件上以形成一個有一所述一預定尺寸的內徑的第三疊片疊置件。
15.權利要求14的方法，其特征在于包括將所述第一、第二、第三疊片疊置件安置在一鑄造模具中；并充分地壓緊所述一些疊片疊置件，以便將所有疊片鎖緊在一起而構成一個堅實的芯組件。
全文摘要
提供一種裝配一轉子組件的結構和方法而不用轉子鋼輪轂。該方法包括通過將單個的轉子疊片疊置在一起而形成第一、第二和第三疊片疊置件。鑄造該第一、第二和第三疊片疊置件，以便將單個的轉子疊片鎖緊在一起。該第一、第二和第三疊片疊置件中的轉子疊片有一具有可變的內徑和基本上共同的外徑的大體上圓環(huán)的形狀。該第一、第二和第三疊片疊置件中的轉子疊片具有基本上相同的外徑，而第二疊片疊置件中的轉子疊片有一比第一和第三轉子疊片顯著大的內徑。不用輪轂能降低總費用和制造時間，并改善轉子組件的特點、性能和效率。
文檔編號H02K1/22GK1960138SQ20061014322
公開日2007年5月9日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權日2005年10月31日
發(fā)明者M·M·伊范法 申請人:通用汽車公司