(57)【要約】【課題】予め製造された導電性ロータバー、及び、ダイキャスティングされた端絡環を使用して、機械的バランスと電気的性能とを、広い温度と、トルクと回転速度の範囲に渡って、維持する能力がある、構造的に頑丈なロータアセンブリを製造する方法が提供される。【解決手段】鋳造より前、あるいは、それより後のいずれかの場合に、複数の端絡環に据え付けられ得る、複数の抑制リングは、高い回転速度で端絡環がクリープを起こすのを防ぐのに使用され得る。【選択図】図１
2016135095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータのロータアセンブリを製造する方法であって、
ラミネーションスタックを組み立てる段階であって、前記ラミネーションスタックが複数のラミネーションディスクを備え、前記複数のラミネーションディスクの各々が第１の複数のスロットを備え、更に前記複数のラミネーションディスクの各々が、中央孔を備える段階と、
複数の導電性ロータバーを前記ラミネーションスタックに対応する前記第１の複数のスロット内へと挿入する段階であって、前記複数の導電性ロータバーの各々の第１の末端部分が、前記ラミネーションスタックの第１の端部表面を超えて延在し、前記複数の導電性ロータバーの各々の第２の末端部分が、前記ラミネーションスタックの第２の端部表面を超えて延在する段階と、
前記ラミネーションスタックの前記中央孔内にシャフトを位置付ける段階と、
前記ラミネーションスタックの各々の前記第１の端部表面に隣接する第１の部材を位置付ける段階であって、前記第１の部材の少なくとも一部は前記複数の導電性ロータバーの前記第１の末端部分に取り囲まれ、前記第１の部材が少なくとも部分的に、前記ロータアセンブリの第１の端絡環を画定する段階と、
前記ラミネーションスタックの前記第２の端部表面に隣接する第２の部材を位置付ける段階であって、前記第２の部材の少なくとも一部が、前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第２の末端部分により取り囲まれ、前記第２の部材が少なくとも部分的に前記ロータアセンブリの第２の端絡環を画定する段階と、
前記ロータアセンブリの前記第１の端絡環と、前記第２の端絡環とをダイキャスティングする段階であって、前記第１の端絡環は前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第１の末端部分を備え、前記第２の端絡環は前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第２の末端部分を備える段階と、
前記ロータアセンブリから、前記シャフトと、前記第１の部材と前期第２の部材を除去する段階と、を備える方法。
【請求項２】
第１の抑制リングを、前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第１の末端部分の周囲に嵌め合わせる段階であって、前記第１の抑制リングの周囲に適合させる段階は、前記ロータアセンブリの前記第１の端絡環と前記第２の端絡環を前記ダイキャスティングする段階の前に実行される段階と、
第２の抑制リングを前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第２の末端部分の周囲に嵌め合わせる段階であって、前記第２の抑制リングを嵌め合わせる段階は、前記ロータアセンブリの前記第１の端絡環と前記第２の端絡環を前記ダイキャスティングする段階の前に実行される段階と、を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の端絡環を機械加工して、前記第１の端絡環に対応する第１の円周部分を除去する段階であって、前記第１の端絡環を前記機械加工する段階は、前記ダイキャスティングする段階の完了後に実行される段階と、
第１の抑制リングを前記第１の端絡環の周りに嵌め合わせる段階であって、前記第１の抑制リングは、前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第１の末端部分を取り囲み、前記第１の抑制リングは、前記第１の端絡環の前記第１の円周部分が、前記第１の端絡環の機械加工の前記段階の間に除去された場所に配置される段階と、
前記第２の端絡環を機械加工して、前記第２の端絡環に対応する第２の円周部分を除去する段階であって、前記第２の端絡環を機械加工する前記段階は、前記ダイキャスティングする段階の完了後に実行される段階と、
第２の抑制リングを前記第２の端絡環の周りに嵌め合わせる段階であって、前記第２の抑制リングは、前記複数の導電性ロータバーの各々の前記第２の末端部分を取り囲み、前記第２の抑制リングは、前記第２の端絡環の前記第２の円周部分が、前記第２の端絡環の前記機械加工する段階の間に除去された場所に配置される段階と、を更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の抑制リングと前記第１の端絡環との間に、第１の締まりばめを形成し、前記第２の抑制リングと前記第２の端絡環との間に、第２の締まりばめを形成する段階と、
前記第１の抑制リングを前記第１の端絡環へ半田付けし、前記第２の抑制リングを前記第２の端絡環へ半田付けをする段階と、
前記第１の抑制リングを前記第１の端絡環に溶接し、前記第２の抑制リングを前記第２の端絡環に溶接する段階と、
前記第１の抑制リングを前記第１の端絡環に接着し、前記第２の抑制リングを前記第２の端絡環に接着する段階と、の少なくとも一つを利用して、
前記第１の抑制リングを前記第１の端絡環の周りの定位置に保持し、前記第２の抑制リングを前記第２の端絡環の周りの定位置に保持する段階を更に備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
鋼から、前記シャフトと、前記第１の部材と、前記第２の部材とを製造する段階と、
前記シャフトと、前記第１の部材と、前記第２の部材とを付着防止コーティングでコーティングし、前記鋼と、鋳造材料との間が粘着することを防止する段階と、を更に備える請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記シャフトと前記第１の部材を単一の構成要素として製造する段階を更に備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ラミネーションスタックを組み立てる前記段階が、
金属から前記複数のラミネーションディスクの各々をプレス加工する段階と、
前記複数のラミネーションディスクの各々を電気的に絶縁するコーティングでコーティングする段階と、を更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記ラミネーションスタックを組み立てる前記段階が、
金属から前記複数のラミネーションディスクの各々を製造する段階と、
電気的に絶縁する複数のスペーサディスクを製造する段階と、
前記複数のラミネーションディスクと隣接する複数のラミネーションディスクの間に、電気的に絶縁する前記複数のスペーサディスクのうちの１つを挿入する段階と、を更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記ラミネーションスタックを組み立てる段階が、
第１の端部スタックラミネーションディスクを前記ラミネーションスタックの第１の端部に位置付ける段階と、
第２の端部スタックラミネーションディスクを前記ラミネーションスタックの第２の端部に位置付ける段階であって、前記第１の端部スタックラミネーションディスクに対応する第１の厚さが、前記第１の端部スタックラミネーションディスクと、前記第２の端部スタックラミネーションディスクとの間に挿入される前記複数のラミネーションディスクの各々に対応する第３の厚さより厚く、前記第２の端部スタックラミネーションディスクに対応する第２の厚さが、前記第１の端部スタックラミネーションディスクと前記第２の端部スタックラミネーションディスクとの間に挿入される前記複数のラミネーションディスクの各々に対応する前記第３の厚さより厚い段階と、を更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の端部スタックラミネーションディスク及び前記第２の端部スタックラミネーションディスクが、第２の複数のスロットを備え、前記第２の複数のスロットの各々は、前記第１の複数のスロットの各々と凡そ等しいサイズである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の端部スタックラミネーションディスク及び前記第２の端部スタックラミネーションディスクが第２の複数のスロットを備え、前記第２の複数のスロットの各々は、前記第１の複数のスロットの各々より大きい、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ラミネーションスタックの前記中央孔内にロータシャフトを挿入する段階であって、前記ダイキャスティングする段階の完了後で、前記除去の段階の完了後に、前記ロータシャフトを前記挿入する段階が行われる段階と、
第１のベアリングアセンブリを前記ロータシャフトに取り付ける段階であって、前記第１のベアリングアセンブリは前記第１の端絡環に近接している段階と、
第２のベアリングアセンブリを前記ロータシャフトに取り付ける段階であって、前記第２のベアリングアセンブリは、前記第２の端絡環に近接している段階と、を更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の複数のスロットの各々は、前記複数の導電性ロータバーの各々に対応する断面より大きいサイズが取られ、
前記ダイキャスティングする段階は、前記ラミネーションスタックに対応する前記第１の複数のスロットの間を、鋳造材料を強制的に通す段階を更に含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記挿入する段階の完了後に、前記第１の複数のスロットの各々の部分が、内側へ、前記中央孔へと、前記複数の導電性ロータバーのうちの対応する１つの最も内側のエッジを過ぎて延在し、前記鋳造材料は、前記ダイキャスティングの段階の間に前記第１の複数のスロットの各々の前記部分の間を強制的に通される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ダイキャスティング及び除去する段階の完了後に、前記第１の端絡環は、第１のリングの外部円筒表面、並びに、第１のリングの内部円筒表面、第１のリングの内部傾斜表面、及び／又は、第１のリングの段差を有する表面のうちの１つにより画定され、前記ダイキャスティング及び除去する段階の完了後に、前記第２の端絡環は、第２のリングの外部円筒表面、並びに、第２のリングの内部円筒表面、第２のリングの内部傾斜表面、及び／又は、第２のリングの段差を有する表面のうちの１つにより画定される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気モータアセンブリ、より具体的には、機械的なバランスと電気的な性能とを広い温度、トルク、及び回転速度の範囲に渡って維持出来る構造的に頑丈なロータアセンブリの製造に使用され得る、効率のよいロータ製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
常に上昇している燃料価格と、地球温暖化の切迫した事態との両方に駆り立てられた消費者の需要に応じて、自動車産業は、極めて低い排ガスで、高い効率性を有する車の必要性を徐々に受け入れ始めている。当該産業内において、より効率性の高い内燃エンジンの設計により、これらのゴールを達成しようと試みているものがある一方で、ハイブリッド、又は、全電動トレインが、車両のラインナップへと組み込むものもある。しかしながら、消費者の期待に応えるために、自動車産業は、より環境に優しい駆動トレインを達成し得るだけではなく、妥当なレベルの性能、範囲、信頼性、及び、コストを維持しながら、そうしなければならない。
【０００３】
近年では、電気自動車は、環境に優しいだけではなく、上回るとは言わないまでも、性能に関しても消費者の要望と期待にも応え得るものであることがわかっている。初期の電気自動車は、車両を駆動するのに必要な、様々なレベルの速度とトルクを実現するために直流モータを使用していたが、直接的なトルクコントロールを利用する、近年のモータ制御システムの到来は、小さなサイズ、低いコスト、高い信頼性、及び低い維持管理負担を含む、交流モータに関連する多くの恩恵を提供しながら、交流モータで同一のレベルの性能を供給することを可能とした。
【０００４】
現在、交流モータによるロータアセンブリを製造すべく、様々な技術が使用されており、これらの技術により、様々な範囲の性能が提供される。製造技術によらず、一般的に、ロータアセンブリは、組み合わせてスタックを形成する、複数のラミネートされたディスクからなる。スタック内の複数のラミネートされたディスクは、複数の周辺的に離間された複数の開口部又は複数のスロットを含む。通常、アルミニウム又は銅のいずれかから製造される、金属の導電性バーが、複数の開口部又は複数のスロットのセットの各々を貫通している。複数の開口部又は複数のスロットは一直線に配置され、複数の導電性バーがロータアセンブリの軸と平行となるようにしてもよく、又は、それらが軸に対してわずかにねじれの位置にあり、複数の導電性バーがロータアセンブリの軸と斜めになるようにしてもよい。複数の導電性バーは、定位置に鋳造されるか、予め製造されるかのいずれかであり得て、複数のラミネートされたディスクのスタックの中へと、かつそれらを通じて挿入される。ロータアセンブリの両端において、スタックを超えて延在する、複数の導電性バーの複数の端部を機械的、及び、電気的に共に接合することにより、端絡環が形成される。
【０００５】
ダイキャスティングは、ロータアセンブリの製造に広く使用される技術である。このアプローチの恩恵のうちの１つは、導電性バーと端絡環が、単一の操作により鋳造され得て、従って、製造を単純化することである。米国特許登録番号第２，６０７，９６９号、及び、２，９９１，５１８号は、従来のダイキャスティング技術、及び、真空技術を用いたダイキャスティング技術をそれぞれ開示している。これらは、様々な伝導性を有する金属のいずれかから製造されるロータの鋳造に使用され得る。しかしながら、銅の融点がより高いこと及び、密度がより大きいことに起因して、これらの特許において開示される技術は、アルミニウムの鋳造に最も適合している。米国特許第５,３３２,０２６号では、改善した鋳造システムを開示している。つまり、銅のダイキャスティングに関連した特有の問題のいくつかを補うように設計され、これにより、ダイキャストロータにおいて、９５％以上の導電性を有するローターケージが実現されることを可能としている。
【０００６】
米国特許第４,０６４,４１０号に開示されるように、鋳造技術を使用するより、むしろ、ロータアセンブリは、また、複数の弓型に離間された導電性バーを複数のラミネートされたディスクのスタックを通じて挿入することにより、形成され得る。スタックの対向する両端部に配置される複数の端絡環は、複数のバーの複数の突出末端部分に溶接される。
【０００７】
端絡環アセンブリに関連する電気抵抗を減少させるべく、米国特許第８，３６５，３９２号は、スラッグが複数のロータバーの複数の末端部分の間でろう接される、ロータアセンブリを開示し、このろう接接合は、ロータバーの末端部分の大部分を接合する。複数のろう接接合を形成すべく各ロータバー／スラグアセンブリが加熱された後で、２つのロータバー／スラグアセンブリの各々は、円周のエッジ部分を除去すべく、機械で仕上げられる。次に、少なくとも一実施形態において、抑制リングは、ロータバー／スラグアセンブリの各々の機械で仕上げられた複数の領域に渡って嵌め合わされる。
【０００８】
電気自動車のモータのロータアセンブリの製造に使用され得る様々な技術が存在する一方、製造の複雑性及びコストと、生産されるロータの電気的及び機械的特性との間で、各々のアプローチに関連したトレードオフが存在する。したがって、コスト効率が良いことと、優れた電気的特性を示す構造的に頑丈なロータを生産出来ることの両方を達成する、ロータ製造プロセスが必要である。本発明はそのような製造プロセスを提供する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、電気モータのロータアセンブリを製造する方法を提供し、当該方法は、（ｉ）ラミネーションスタックを組み立てる段階であって、ラミネーションスタックは、複数のラミネーションディスクを備え、複数のラミネーションディスクの各々は第１の複数のスロットを備え、ラミネーションディスクの各々は更に中央孔を備えている段階と、（ｉｉ）ラミネーションスタックに対応する、第１の複数のスロットへと、複数の導電性バーを挿入する段階であって、複数の導電性ロータバーの各々の第１の末端部分は、ラミネーションスタックの第１の端部表面を超えて延在し、複数の導電性ロータバーの各々の第２の末端部分は、ラミネーションスタックの第２の端部表面を超えて延在する段階と、（ｉｉｉ）ラミネーションスタックの中央孔内にシャフトを位置付けする段階と、（ｉｖ）ラミネーションスタックの第１の端部表面に隣接する第１の部材を位置付ける段階であって、第１の部材の少なくとも一部が、複数の導電性ロータバーの各々の第１の末端部分によって取り囲まれ、第１の部材は、少なくとも部分的に、ロータアセンブリの第１の端絡環を画定する段階と、（ｖ）ラミネーションスタックの第２の端部表面に隣接する第２の部材を位置付ける段階であって、第２の部材の少なくとも一部が、複数の導電性ロータバーの各々の第２の末端部分によって取り囲まれ、第２の部材は少なくとも部分的に、ロータアセンブリの第２の端絡環を画定する段階と、（ｖｉ）ロータアセンブリの第１の端絡環と、第２の端絡環とをダイキャスティングする段階であって、第１の端絡環は、複数の導電性ロータバーの各々の第１の末端部分を備え、第２の端絡環は、複数の導電性ロータバーの各々の第２の末端部分を備える段階と、（ｖｉｉ）ロータアセンブリから、シャフトと、第１の部材と第２の部材を除去する段階と、を備える。導電性ロータバーが、酸素を含まない電気銅から製造され得る。ダイキャスティングの段階の完了の後で、かつ、シャフトと第１の部材と第２の部材とが、ロータアセンブリから除去された後で、方法は、更に、ラミネーションスタックの中央孔内にロータシャフトを挿入する段階と、第１のベアリングアセンブリを第１の端絡環に近接したロータシャフトに取り付ける段階と、第２のベアリングアセンブリを第２の端絡環に近接したロータシャフトに取り付ける段階とを、備え得る。それぞれの端絡環は外部円筒表面及び内部円筒表面により画定され得る。代わりに、それぞれの端絡環は、外部円筒表面と、内部傾斜表面によって、画定され得る。代わりに、それぞれの端絡環は、外部円筒表面と、段差を含む内部表面とによって画定され得る。
【００１０】
一態様において、第１及び第２の端絡環のダイキャスティングの前に、方法は、更に、複数の導電性ロータバーの各々の第１の末端部分の周りに第１の抑制リングを嵌め合わせる段階と、複数の導電性ロータバーの各々の第２の末端部分の周りに第２の抑制リングを嵌め合わせる段階とを備え得る。第１及び第２の抑制リングは、様々な材料のいずれかから製造され得て、例示の材料として、ステンレス鋼、ベリリウム銅合金、及び金属基複合材料を含み得る。
【００１１】
ダイキャスティングが完了した後の他の態様において、方法は、（ｉ）第１の端絡環を機械加工して、第１の端絡環に対応する第１の円周部分を除去し、次に、第１の端絡環の周りに第１の抑制リングを嵌め合わせる段階であって、第１の抑制リングは、複数の導電性ロータバーの各々の第１の末端部分を取り囲み、機械加工の段階の間に、第１の端絡環の第１の円周部分が除去された場所に、第１の抑制リングが配置される段階と、（ｉｉ）第２の端絡環を機械加工して、第２の端絡環に対応する第２の円周部分を除去し、次に、第２の端絡環の周りに第２の抑制リングを嵌め合わせる段階であって、第２の抑制リングは、複数の導電性ロータバーの各々の第２の末端部分を取り囲み、機械加工の段階の間に、第２の端絡環の第２の円周部分が除去された場所に、第２の抑制リングが配置される段階と、を更に備える。第１の抑制リングと第２の抑制リングとの間に、第１の端絡環と第２の端絡環への締まりばめをそれぞれ形成することにより、代わりに第１の抑制リングと第２の抑制リングを第１及び第２の端絡環にそれぞれ半田付けすることにより、代わりに、第１及び第２の抑制リングを第１及び第２の端絡環にそれぞれ溶接することにより、代わりに第１及び第２の抑制リングを第１及び第２の端絡環にそれぞれ接着することにより、第１及び第２の抑制リングは定位置に保持され得る。第１及び第２の抑制リングは、様々な材料のいずれかから製造され得て、例示の材料として、ステンレス鋼、ベリリウム銅合金、及び金属基複合材料を含み得る。
【００１２】
他の態様において、シャフトと第１の部材は、単一の構成要素、すなわち、プラグとして製造され得る。シャフト、第１の部材及び第２の部材は、鋳造材料により粘着することを防止する、付着防止コーティングにより被覆される鋼から製造され得る。
【００１３】
他の態様において、ラミネーションスタックを組み立てる段階は、金属から複数のラミネーションディスクの各々をプレス加工する段階と、電気的に絶縁するコーティングで、複数のラミネーションディスクの各々をコーティングする段階とを有し得る。
【００１４】
他の態様において、ラミネーションスタックを組み立てる段階は、金属から複数のラミネーションディスクの各々を製造する段階と、電気的に絶縁する複数のスペーサディスクを製造する段階と、隣接する複数のラミネーションディスクの間に電気的に絶縁する複数のスペーサディスクのうちの１つを挿入する段階とを有する。複数のスペーサディスクは、複数のラミネーションディスクに含まれる第１の複数のスロットと大体同一のサイズか、それより大きいサイズであり得る、第２の複数のスロットを含む。
【００１５】
他の態様においては、ラミネーションスタックを組み立てる段階は、ラミネーションスタックの両端部に配置される第１及び第２の端部スタックラミネーションディスクを有し得る。ここで、第１及び第２の複数の端部スタックラミネーションディスクは、第１の複数の端部スタックラミネーションディスクと、第２の複数の端部スタックラミネーションディスクとの間に挿入される複数のラミネーションディスクより厚いものである。第１及び第２の複数の端部スタックラミネーションディスクは、第２の複数のスロットを含み、これらは、複数のラミネーションディスクに含まれる第１の複数のスロットと、大体同一のサイズか、より大きなサイズである。
【００１６】
他の態様において、複数のラミネーションディスクの各々に含まれる第１の複数のスロットの各々は、対応する導電性ロータバーの断面積より大きなサイズであり得る。従って、鋳造材料が、キャスティング段階の間にラミネーションスタックのスロットを通ることが強制されることを可能とする。好ましくは、複数の導電性ロータバーの挿入の後で、対応する導電性ロータバーで満たされていないスロットのそれぞれの内部に一部が残り、この部分は、内側へ、対応する導電性ロータバーの最も内側のエッジを過ぎて、中央孔へと延在するように、スロットのサイズが取られる。
【００１７】
明細書と複数の図面の残りの部分を参照することにより、本発明の性質と複数の利点との更なる理解が実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
添付の複数の図面は、ただ単に、図示の意図のものであり、本発明の範囲を限定しないものと理解されるべきであり、複数の図面は縮尺通りと考えられるべきではない。さらに、異なる複数の図面における、同一の参照ラベルは、同一の構成要素、又は、類似の機能性を有する構成要素を指すものと理解されるべきである。
【００１９】
【図１】ロータアセンブリの分解した斜視図を提供する。
【００２０】
【図２】図１に示される、ロータアセンブリのラミネーションスタックの形成に使用される単一のラミネーションの端面図を提供する。
【００２１】
【図３】ダイキャスティングの前の図１に示されるロータアセンブリの、分解していない斜視図を提供する。
【００２２】
【図４】ダイキャスティングの間、ロータアセンブリの孔へと鋳造材料の流動防止に使用されるプラグ及びリングツーリングの図を提供する。
【００２３】
【図５】ダイキャスティングの後、かつ、複数のゲートの残留物の除去の前のロータアセンブリの斜視図を提供する。
【００２４】
【図６】ダイキャスティングの後で、かつ、複数のゲートの残留物の除去の後の、ロータアセンブリの斜視図を提供する。
【００２５】
【図７】ロータシャフトの挿入と、複数のシャフトベアリングアセンブリとの取り付けの後のロータアセンブリの斜視図を提供する。
【００２６】
【図８】ラミネーションスタックの単独のスロットと、対応する導電性ロータバーとの断面図を提供する。
【００２７】
【図９】代替的な実施形態の、対応する導電性ロータバー並びにラミネーションスタックからの単独のスロットの断面図を提供する。
【００２８】
【図１０】端絡環の構成の実施形態の断面図を提供する。
【００２９】
【図１１】代替的な端絡環の構成の断面図を提供する。
【００３０】
【図１２】他の代替的な端絡環の構成の断面図を提供する。
【００３１】
【図１３】本発明の一実施形態による製造プロセスのフローチャートを提供する。
【００３２】
【図１４】発明の代替的な実施形態による製造プロセスのフローチャートを提供する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本明細書で使用されるように、単数形"ａ"、"ａｎ"、及び"ｔｈｅ"は、文脈上、そうでないことが明確に示されている場合を除いて、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用される"含む"、"有する"、及び／又は"備える"という用語は、述べられている特徴、整数、段階、動作、要素、及び／又は、構成要素の存在を、特定しているが、１又は複数の他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成要素、及び／又は、その複数のグループの存在又は追加することを除外しない。本明細書で使用されるように、「及び／又は」という用語と符号「／」とは、関連列挙事項１または複数のありとあらゆる組み合わせを含むことを意図している。さらに、第１、第２、等の用語が本明細書で様々な段階や計算を記述するのに使用され得ている一方で、これらの段階、又は、計算は、これらの用語によって制限されるべきではなく、むしろ、これらの用語は、ただ単に、一つの段階や計算を他のものから区別するのに使用されている。全て本開示の範囲を逸脱することなく、例えば、第１の計算は第２の計算と称することも出来て、同様に、第１の段階は第２の段階と称することも出来て、同様に、第１の構成要素は第２の構成要素と称することも出来る。
【００３４】
本発明のロータアセンブリ製造技術は、ダイキャスティングの要素を、予め製造された複数の導電性バーが、ラミネートされたディスクのスタックへと挿入されるロータ製造技術と組み合わせる。図１は、ロータアセンブリ１００、及び、アセンブリを構成する複数の主構成要素の分解斜視図を提供する。この図は、ロータシャフト、又は、複数のベアリングアセンブリを示さないことに留意すべきである。本技術は、他の材料（例えばアルミニウム）を含むロータアセンブリを製造するのにも使用され得ると理解されるべきであるが、好ましくは、本発明は、複数の導電性バーと複数の端絡環が銅を含む、ロータアセンブリの製造に使用される。
【００３５】
アセンブリ１００のロータのラミネーションスタック１０１は、複数のラミネーションディスク２０１を備え、選択されるスタックの長さが５０ｍｍから２００ｍｍの範囲内のどこかであることが好ましい。ロータアセンブリの外径は、１００ｍｍから１５０ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３６】
図２は、単一のディスク２０１の端面図を提供する。ディスク２０１それぞれは、０．１８ｍｍから０．４０ｍｍの範囲内で選択された厚さを有する鋼を備えることが好ましく、プレス加工処理又は他の複数の技術を使用して製造され得る。好ましくは、複数のラミネーションを互いから電気的に絶縁すべく、複数のディスク２０１は、例えば、酸化物によって被覆される。代わりに、スタックを構成する複数の金属ディスクは、隣接する複数の金属ディスクの間に配置される電気的に絶縁するスペーサディスクを含むことにより、互いに電気的に絶縁され得る。
【００３７】
少なくとも１つの好ましい実施形態において、スタック１０１の両端部に配置される最終ディスクは、残りのディスクより厚く、それにより、スタックが、鋳造操作の間に損傷を受けないことを保証する。通常、本構成において、複数の端部ディスクは、１．０ｍｍから３．５ｍｍの範囲内に選択された厚さを有する。複数の端部ディスクは、複数のラミネーションディスクより少ない磁性を有するか、磁性を有しない材料でも備えられ得る。複数の端部ディスクは、複数のラミネーションディスクで使用されるものと同一のスロットサイズを使用する。従って、同一のツーリングが、両方とも、スロットパターンの製造に使用されることが可能となる。代わりに、複数の端部ディスクのスロットのサイズは、複数のラミネーションディスク２０１におけるスロット２０３よりわずかに大きいものであり得る。それにより、溶融銅のいくらかが、複数の端部ディスク内へと流動し、スロット壁に対して定位置に銅の複数のバーを保持することを可能とする。複数の導電性バー１０３を複数の端部ディスクに堅く結合することは、例えば、高速動作の間、及び／又は、ロータアセンブリの熱サイクリングの間のロータの座屈、及び／又はバーの動きを低減することで、ロータの性能を向上させるのに使用され得る。
【００３８】
上述のように、それぞれのディスク２０１（あるいは、それぞれのディスク２０１と、それぞれの挿入されたスペーサディスク）は、複数のスロット２０３を含み、複数の導電性バー１０３がそれを通って挿入される。全てが凡そ同一の形状、及び、寸法を有する、複数のスロット２０３は、複数の導電性バー１０３の断面形状と相補的な形状を有する。好ましくは、複数のスロット２０３は、略矩形の形状を有する。本発明のロータアセンブリ製造技術は、複数のスロット２０３の特定の数に限定するものではなく、複数のバー１０３／スロット２０３についての特定の形状に限定するものでもなく、図における複数のバー及びスロットの数と形状は、ただ単に発明の図示の意図であり、限定の意図でないものと、理解されるだろう。
【００３９】
それぞれのディスク２０１（又は、各ディスク２０１と各挿入されたスペーサディスク）は、１または複数のインデンテーション２０５（隣接する複数のディスクに対して、複数のディスクのそれぞれを登録するのに使用され得る、例えば、複数のディンプルや他の複数の位置付け手段）を含み得て、それらによって、適切な複数のスロット２０３の配列が保証される。所望のロータの構成に依存して、スタック１０１を通って軸方向に延在するように複数のスロット２０３は並び、従って、複数の導電性バー１０３の各々は、ロータシャフトに平行に位置合わせされることが可能となる。代わりに、複数のスロット２０３は、わずかにゆがみ、それにより、ロータアセンブリ内の複数の導電性バー１０３がロータシャフトの軸に対し斜めにされる。各ディスク２０１の中央部２０７は、好ましくは、穿孔により、又は、ディスクのプレス加工操作の間に除去され、従って、ロータシャフトに開口部を提供する。少なくとも１つの好ましい構成において、開口中央部２０７は、また、スロット２０９を含み、スロット２０９は、ロータシャフトのキーに適合するサイズにされており、それによって、スタック内にロータシャフトを位置付けし、配置する複数の手段を提供する。
【００４０】
キャスティング段階の前に、複数の導電性バー１０３（すなわち、複数のロータバー）が、スタック１０１の複数のスロット２０３内へと挿入される。少なくとも１つの好ましい実施形態において、複数のバー１０３は約２００ｍｍから２２０ｍｍの長さであり、バーの高さは１０ｍｍと２５ｍｍとの間であり、バーの最大幅は５ｍｍと１５ｍｍとの間である。好ましくは、複数の導電性バー１０３は、銅で構成され、より好ましくは、酸素を含まない電気銅で構成され、これは、ＯＦＥ銅、又は、Ｃ１０１００銅とも呼ばれる。ＯＦＥ銅は、標準化された銅について最も高い純度を有しており、９９．９９％の純度を有している。そのように、これは極めて均質であり、高い熱伝導性、及び、導電性を示し、水素脆化の影響を受けない。ＯＦＥグレードの銅の複数のバーの使用により、ロータアセンブリ１０１は、複数の導電性バーがダイキャストされた場合に可能なものより、構造的にはるかにより頑丈となることを保証する。複数のバーのダイキャスティングは、ロータ強度と性能の両方に影響し得る、様々な材料の欠陥、不完全性、及び不純物を含むことにつながるからである。
【００４１】
必要ではないが、好ましい実施形態では、抑制リング１０５は、複数の導電性バー１０３の両端部に配置される。必要ではないが、ロータアセンブリ１００が、例えば、１２，０００ｒｐｍより大きい、高い回転速度で使用されることを意図しているのであれば、複数の抑制リング１０５の使用は、銅の端絡環が求心力に起因してクリープすることを防止するのに有用である。複数の抑制リングは、ステンレス鋼から製造されるのが好ましく、ベリリウム銅合金、金属基複合材料等の他の高強度の材料が使用されてもよい。複数の抑制リング１０５は、ダイキャスティングの前に、複数の導電性バー１０３の複数の末端部分の周りに配置されるのが好ましい。それにより、（ｉ）ダイキャスティング後のロータアセンブリの複数の端絡環の領域の機械加工をする段階と、（ｉｉ）機械で仕上げた端部領域に渡って、複数の抑制リング１０５の上で押圧する段階とを、複数の製造段階から除去出来る。ダイキャスティングの後で、かつ、複数の端絡環の領域の機械加工の後に、複数の抑制リング１０５が端絡環に嵌め合わされる場合、複数の抑制リングは、締まりばめを介して、又は、定位置での複数のリングを半田付け、溶接、又は、接着により、定位置に固定され得る。図３は、ダイキャスティングの前のロータアセンブリ１００の非分解斜視図を提供する。少なくとも１つの好ましい実施形態において、複数の抑制リング１０５の各々は、１５ｍｍから４０ｍｍの範囲内に選択される厚さと、７５ｍｍから１２５ｍｍの範囲内に選択される内径を有する。
【００４２】
図４は、ロータアセンブリ１００の孔４０３へと挿入される前の、プラグ４０１の図を提供する。孔４０３を通じた挿入の後、プラグ４０１の末端部分４０５は、リング４０７に捕捉される。プラグ４０１とリング４０７は、好ましくは、それらの両方が鋼から製造され、溶融銅による粘着を防止するよう設計される付着防止コーティングにより被覆され、鋳造操作の間、孔４０３内へと銅が流れるのを防止する。プラグ４０１の領域４０９の外部表面、及び、リング４０７の外部表面４１１は、ダイキャスティング処理の完了後に、複数のロータ端絡環の複数の内部表面を画定、又は、少なくとも部分的に画定する。プラグ４０１とリング４０７が好適である一方、異なる形の構成要素が、キャスティングの間に銅が孔４０３内へと流れるのを防止するのとともに、ロータアセンブリの複数の端絡環を画定するのに使用され得るものと理解されるべきである。例えば、シャフトは、孔４０３内に嵌め合わされ得て、リングの対によって両端部に捕捉され得る。代わりに、プラグの対が使用され得て、ここで、各プラグは、孔４０３に部分的に入るシャフト部分と、端絡環を画定するリング部分を含み、２つのプラグは孔４０３内に嵌合すべく設計される。
【００４３】
プラグ４０１とリング４０７が定位置にされると、ロータアセンブリが、ダイツーリングセット、すなわち、鋳造用金型内へと配置され、加圧された溶融銅が、ロータアセンブリの複数の末端部分内へと供給されて、隣接する複数の導電性バー１０３の間の複数の空間を本質的に満たして、連続的な端絡環を形成する。既に注意したように、図４及び図５に示すように、複数の端絡環５０３の複数の内部表面５０１は、プラグ４０１の面４０９と、リング４１１の面４０７とにより画定される。好ましい実施形態において、ステンレス鋼の抑制リング１０５が、キャスティングの前に、複数の導電性バー１０３の末端部分の周りに配置される。代わりに、まず、キャスティングが完了し、続いて各端絡環の外部表面を機械加工し、それにより、複数の抑制リング１０５がキャスティング後に複数の端絡環の部分で押圧されることを可能とする。キャスティングの前に複数の抑制リングを据え付けることにより、複数のリング１０５が、所望の位置に鋳造材料（例えば銅）を収容する金型、又は、スリーブとして機能するものと、理解されるであろう。
【００４４】
複数の端絡環のダイキャスティングが完了し、アセンブリの冷却がされた後に、ロータアセンブリ１００はダイツーリングから除去される。次に、プラグツーリング４０１と、リングツーリング４０７は、除去され、この後に、ゲートの残留物５０５が、例えば、それを切断することによって除去され得る。ゲートの残留物５０５の除去の後で、ロータアセンブリ１００は、例えば、研削操作を使用して、洗浄され、バランスよく配置され、図６に示される完成したロータアセンブリ６００が残される。次に、図７に示すように、ロータシャフト７０１がアセンブリ内へと挿入され、複数のベアリングアセンブリ７０３がシャフトに設けられ、ロータアセンブリの調製を仕上げる。本明細書に詳細が説明されないが、キャスティング処理は、１又は複数のアニーリング段階を含み得るものと理解されるだろう。例えば、ツーリングと複数のゲートの残留物が除去される後で、アセンブリは、銅をアニーリングし、電気的及び機械的特性を向上させるべく、熱処理され得る。
【００４５】
既に注意したように、本発明は、特定のロータアセンブリの構成に限定されない。例えば、上述の構成で、複数の金属ディスク２０１の複数のスロット２０３は、複数の導電性バー１０３との比較的に緊密な嵌合を提供するサイズが取られる。この態様は、図８で図示され、これは定位置に、対応する導電性ロータバーを有する単独のスロット２０３を示す。発明の代替的な実施形態において、ラミネーションスタック内の複数のスロットは、通常より大きなサイズが取られ、従って、キャスティング処理の間に、複数の導電性バー１０３によって占有される複数のスロット内へと溶融銅が流れこむのを可能とする。この構成は、図９に図示され、これはディスク２０１の単独のスロット９０１を示す。導電性バー１０３により占有されていないスロット９０１の領域９０３は、スロット内のどこにでも配置され得るが、通常、キャスティングの後に領域９０３を占有する流し込まれる銅は、バー１０３より純度が低く、ゆえに、より高い電気抵抗を有するので、示されるように挿入したバー１０３の真下であることが好ましい。また、流し込まれる銅が、軸方向の電流の非連続的な伝導をもたらし得る、不完全性をおそらくは有しているので、スロット９０１、具体的には、領域９０３のこの構成が好適である。この効果は、図示されるように、流し込まれる銅が、スロットの底部の近くにあるとき、より良く管理される。図９に示されるような、拡大されたスロットを利用する複数の実施形態において、複数のスペーサディスクも、複数の拡大されたスロットを含むに違いなく、従って、キャスティング処理の間に、溶融銅が複数のスロットを通じて流れるのを可能とすることが理解されるべきである。
【００４６】
スロットの構成の変形、すなわち、複数の導電性バーが、流し込まれる銅により、予め製造され、増設されることを可能とすることに加えて、本発明は、様々な異なる端絡環の構成も使用し得る。例えば、図１０で示される端絡環１００１は、単純なリング、すなわち、単純な内部円筒表面１００３、及び、単純な外部円筒表面１００５として鋳造される。代わりに、図１１で示される端絡環１１０１は、単純な外部円筒表面１１０３と傾斜内部表面１１０５とを含み、これは、示されるようにラミネーションスタックへと拡がることが好ましい。代わりに、図１２に示される端絡環１２０１は、段差を含む内部表面を含む。図１２に図示される端絡環において、複数の端絡環の段差を含む内部表面は、第１の直径の第１の最も外側のリング１２０３と、第２の直径の第２の最も内側のリング１２０５とを含み、第２の直径は、第１の直径より小さい。段差を含む内部表面は、図示される実施形態に示される、２より多い段差を含み得ることに留意されたい。更に、図１１及び図１２に示される実施形態は、剛性の向上と電気抵抗の低下とを提供するものと理解されるだろう。
【００４７】
図１３は、製造プロセスの一実施形態に関連する主要な段階を図示し、これらの段階は詳細について、上で説明されている。示されるように、最初に、複数のラミネーションが製造され（段階１３０１）、スタックとして組み立てられる（段階１３０３）。好ましくはＯＦＥ銅から製造される導電性を有する銅の複数のバーは、次にラミネーションスタック内の複数のスロットへと挿入される（段階１３０５）。好ましくはステンレス鋼から製造される複数の抑制リングが、複数の導電性バーの末端部分の周りに配置される（段階１３０７）。次に、プラグがアセンブリの孔内へと挿入され、リングを介して捕捉され、プラグ及びリングは、銅がロータアセンブリの孔内へと流れるのを防止し、アセンブリの複数の端絡環の内部表面を画定する（段階１３０９）。次に、アセンブリ全体は、ダイキャスティングツーリング内に配置され（段階１３１１）、複数の端絡環が鋳造される（段階１３１３）。鋳造操作の完了後、アセンブリはツーリングから除去され（段階１３１５）、プラグと、リングツーリングとの除去が続く（段階１３１７）。次に、複数のゲートの残留物が除去され（段階１３１９）、アセンブリの仕上げの調製（例えば、機械加工、及び／又は研削、及び／又は研磨）が完了する（段階１３２１）。最終的に、ロータシャフトがロータアセンブリ内へと挿入され、ロータシャフトの両端部に配置される、複数のベアリングアセンブリが取り付けられる（段階１３２３）。次に、完成したロータアセンブリが、モータ内への組み立ての準備が整う。
【００４８】
図１４で概説される製造プロセスは、図１３で提供されるものと、ステンレス鋼の複数のリングが、鋳造の前に、複数の導電性バーの複数の端絡環の部分の周りに配置されないことを除いて、同一である。図１４に図示される処理において、複数の端絡環が鋳造され（段階１３１３）、ツーリングが除去される（段階１３１５／１３１７／１３１９）後、次に、複数の末端部分が機械で仕上げられ（段階１４０１）、ステンレス鋼の複数の端絡環が複数の導電性バーの複数の末端部分にプレスフィットされる（段階１４０３）。
【００４９】
システム及び方法が、本発明の詳細を理解する補助として、一般的な用語で説明されている。いくつかの例において、本発明の態様を不明瞭にするのを避けるために、公知の複数の構造、複数の材料、及び／又は、複数の動作が、詳細については、具体的に示されていないし、説明されていない。他の複数の例において、特定の詳細が、本発明の十分な理解を提供すべく、与えられている。関連技術の当業者は、その思想又は本質的特性から逸脱することなしに、本発明が、例えば、特定のシステム、又は装置、又は状況、又は材料、又は構成要素に適合する他の特定の形式に具現化され得ることを認識するであろう。従って、本明細書の開示及び説明は、例示を意図しており、本発明の範囲の限定を意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月25日(2016.3.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記第１の端部スタックラミネーションディスク及び前記第２の端部スタックラミネーションディスクが、第２の複数のスロットを備え、前記第２の複数のスロットの各々は、前記第１の複数のスロットの各々と等しいサイズである、請求項９に記載の方法。
【外国語明細書】
2016135095000001.pdf