專(zhuān)利名稱(chēng)：鑄造轉(zhuǎn)子和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括鑄造部分的轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
燃料效率方面增加的需求使得混合動(dòng)力系統(tǒng)在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)有更多吸引力。電動(dòng)機(jī)可以是混合動(dòng)力系統(tǒng)的重要部分，且可以配置為包括定子和轉(zhuǎn)子的交流(AC)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。定子是電動(dòng)機(jī)的最外部件且包括鋼層疊片，所述鋼層疊片包括成形為形成極的齒，其中銅導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)圈繞極纏繞，以形成繞組。主繞組被連接到電壓源，以生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的最內(nèi)子組件且可以包括鋼層疊片的堆疊結(jié)構(gòu)，所述鋼層疊片包括成形為形成極的齒，所述極通過(guò)導(dǎo)體條分開(kāi)，所述導(dǎo)體條電連接到位于堆疊結(jié)構(gòu)相對(duì)端部的端環(huán)。在轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體條中流動(dòng)的電流與定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生扭矩。構(gòu)造鋁轉(zhuǎn)子的一個(gè)方法是，使用高壓力壓鑄(Hroc)方法將鋁合金鑄造到壓堆疊結(jié)構(gòu)的槽道中，同時(shí)鑄造鋁端環(huán)以形成電路。鑄造轉(zhuǎn)子條和鑄造端環(huán)的該構(gòu)造類(lèi)似于鼠籠，使得被稱(chēng)為鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。普遍實(shí)施方式的HPDC鋁感應(yīng)轉(zhuǎn)子部件的主要障礙是通過(guò)HPDC過(guò)程形成的鋁籠(也稱(chēng)為轉(zhuǎn)子框架)完整性差。例如在HPDC鋁轉(zhuǎn)子存在鑄造缺陷(例如夾帶氣泡、熱裂紋、皺紋線(xiàn)、收縮、孔洞和氧化物夾雜)會(huì)顯著降低轉(zhuǎn)子的電和機(jī)械性能。此外，用于鑄造轉(zhuǎn)子鼠籠的鋁合金通常是高純度的鋁合金(例如AL99. 7(99. 7%的純鋁，具有使用國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn)(IACS)測(cè)量的62%IACS的傳導(dǎo)率))或電氣等級(jí)的鍛制合金，它們都因?yàn)檫@些合金的高收縮比率和低流動(dòng)性而難以鑄造。更高純度鋁合金的這些特性增加了氣孔和熱撕裂或其他不連續(xù)性的傾向，尤其是在每一個(gè)鑄造導(dǎo)體條與形成其中一個(gè)端環(huán)的鑄造件相交的位置處，這會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體條和端環(huán)之間的斷裂。進(jìn)而，用于在層壓鋼堆疊結(jié)構(gòu)中填充細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)體條(鼠籠槽道)的熔化鋁的高流動(dòng)速度(其可以高達(dá)60m/s)生產(chǎn)湍流填充，其會(huì)在鑄造過(guò)程中趨于將模具空腔氣體帶入且產(chǎn)生許多鋁氧化物。在端環(huán)和導(dǎo)體條HPDC期間湍流金屬填充會(huì)降低轉(zhuǎn)子質(zhì)量和且顯著降低轉(zhuǎn)子框架的熱和電傳導(dǎo)性，尤其是導(dǎo)體條中。實(shí)際上，通過(guò)目前的HPDC鑄造方法形成的鋁轉(zhuǎn)子框架(鑄造導(dǎo)體條與鑄造端環(huán)整合)的電傳導(dǎo)率可能僅是大約40到45%IACS。存在于HPDC鋁導(dǎo)體條中的鑄造缺陷會(huì)降低傳導(dǎo)率且極大地影響電動(dòng)機(jī)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本文提供包括鑄造部分的轉(zhuǎn)子和制造轉(zhuǎn)子的方法。轉(zhuǎn)子可以配置為用于電動(dòng)機(jī)中，其可以是交流(AC)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)可以包括在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，以為車(chē)輛提供動(dòng)力。通過(guò)本文所述的方法形成的轉(zhuǎn)子包括層壓堆疊結(jié)構(gòu)(其也可以稱(chēng)為轉(zhuǎn)子芯部)和鑄造繞組(其也可以稱(chēng)為轉(zhuǎn)子框架或籠。繞組包括第一端環(huán)、第二端環(huán)和多個(gè)導(dǎo)體條，它們形成為單個(gè)鑄造件從而多個(gè)導(dǎo)體條每一個(gè)電連接到第一端環(huán)和到第二端環(huán)。層壓堆疊結(jié)構(gòu)包括多個(gè)大致縱向的通道，其中在所述通道中鑄造多個(gè)導(dǎo)體條?！N用于形成轉(zhuǎn)子組件的方法，包括將層壓堆疊結(jié)構(gòu)預(yù)熱到預(yù)定溫度且將預(yù)熱的層壓堆疊結(jié)構(gòu)定位在模具空腔中，所述模具空腔包括限定了轉(zhuǎn)子框架的第一端環(huán)的第一模具部分，限定了轉(zhuǎn)子框架的第二端環(huán)的第二模具部分和在它們之間的空腔表面。被預(yù)熱的層壓堆疊結(jié)構(gòu)定位在模具空腔中，使得包括多個(gè)通道的層壓堆疊結(jié)構(gòu)的周向表面接觸模具空腔的空腔表面，且該多個(gè)通道與模具空腔的第一端部部分和第二端部部分流體連通，以限定轉(zhuǎn)子框架的多個(gè)導(dǎo)體條。熔化金屬被平穩(wěn)地(即，在熔化金屬在模具空腔中的湍流流動(dòng)被最小化)引入模具空腔，且使得熔化金屬在填充模具空腔的第一端部和第二端部中的至少一個(gè)之前同時(shí)地流動(dòng)通過(guò)多個(gè)通道。熔化金屬被固化以形成轉(zhuǎn)子框架和轉(zhuǎn)子組件。在將熔化金屬引入模具空腔中之前真空可以被施加到模具空腔，這可以改善熔化金屬通過(guò)多個(gè)通道得流動(dòng)，和可以減少轉(zhuǎn)子框架中的夾帶的空氣和氣孔。方法可以包括在轉(zhuǎn)子框架的固化期間對(duì)熔化金屬加壓，例如通過(guò)使用強(qiáng)化環(huán)這樣的加壓元件，所述強(qiáng)化環(huán)與模具空腔的第一端部和第二端部中的至少一個(gè)連通。在一個(gè)例子中，層壓堆疊結(jié)構(gòu)可以在將熔化金屬引入模具空腔之前被預(yù)熱到200攝氏度和500攝氏度之間預(yù)定溫度，可以?xún)?yōu)選被預(yù)熱到至少350攝氏度。預(yù)定溫度可以足夠高，以通過(guò)減少熔化金屬和加熱轉(zhuǎn)子芯部之間的熱梯度而在熔化金屬流過(guò)多個(gè)通道時(shí)減慢熔化金屬的固化，由此增強(qiáng)熔化金屬通過(guò)多個(gè)通道的流動(dòng)。通過(guò)將層壓堆疊結(jié)構(gòu)預(yù)熱以減少熱梯度，導(dǎo)體條中的收縮氣孔，例如折疊、熱撕裂和冷隔這樣的不連續(xù)性和熱應(yīng)力可以被最小化或基本上消除。模具空腔也可以被預(yù)熱以減少空腔、芯部和熔化金屬之間的熱梯度，以使得鑄造不連續(xù)性和熱應(yīng)力的形成最小化。在一個(gè)例子中，模具空腔和預(yù)熱層壓堆疊結(jié)構(gòu)可以被加熱為在熔化金屬弓I入到模具空腔時(shí)基本處在相同溫度下。熔化金屬通過(guò)多個(gè)通道的流動(dòng)可以從層壓堆疊結(jié)構(gòu)中的多個(gè)通道移走雜質(zhì)，從而多個(gè)導(dǎo)體條中的氣孔和氧化物的形成被最小化。例如，空氣可以被熔化金屬?gòu)亩鄠€(gè)通道推出到模具空腔之外，以使得鑄造轉(zhuǎn)子框架中的氣孔最小化。通過(guò)熔化金屬推出的空氣可以通過(guò)通氣或溢流部排出到模具空腔外，所述通氣或溢流部可以與模具空腔的分型線(xiàn)和加壓元件(例如頂出桿(ejection pin)或強(qiáng)化環(huán))中的一個(gè)流體連通。方法可以進(jìn)一步包括形成料柄，所述料柄配置為將來(lái)自熔化金屬流的夾帶的空氣和雜質(zhì)收集，這可以使得轉(zhuǎn)子框架中氣孔和氧化物或其他夾雜或不連續(xù)性的形成最小化。熔化金屬可以在流動(dòng)進(jìn)入多個(gè)通道之前流動(dòng)通過(guò)限定料柄的模具空腔部分。在一個(gè)實(shí)施例中，方法可以包括讓熔化金屬通過(guò)環(huán)型入口孔進(jìn)入模具空腔的第一模具部分，所述入口孔可以包括與第一模具部分流體連通的大致環(huán)形的開(kāi)口，以在填充模具空腔的第二模具部分之前(例如形成轉(zhuǎn)子框架的第二端之前)同時(shí)地填充多個(gè)通道。模具空腔可以包括心軸，所述心軸靠近入口孔且配置為將來(lái)自熔化金屬的夾帶的空氣和氧化物收集在通過(guò)心軸表面限定的料柄中。層壓堆疊結(jié)構(gòu)可以定位在心軸上。心軸的表面可以是大致凹的和/或錐形的形狀，其限定料柄的大致凸的和/或錐形的部分，其中夾帶的空氣和氧化物可以被收集在料柄的大致凸的部分中。在另一實(shí)施例中，方法可以包括讓熔化金屬流動(dòng)通過(guò)位于模具空腔的第一端環(huán)部分和第二端環(huán)部分中間且與多個(gè)通道流體連通的環(huán)型入口孔。環(huán)型入口孔可以包括符合層壓堆疊結(jié)構(gòu)的周向表面的開(kāi)口，所述熔化金屬通過(guò)所述開(kāi)口同時(shí)地流動(dòng)進(jìn)入多個(gè)通道。通過(guò)本文所述的方法形成轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子芯部和轉(zhuǎn)子框架，轉(zhuǎn)子芯部可以配置為是層壓堆疊結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子框架包括用電氣等級(jí)合金制造的單個(gè)鑄造件。形成轉(zhuǎn)子框架的鑄造件包括第一端環(huán)、第二端環(huán)和多個(gè)導(dǎo)體條。多個(gè)導(dǎo)體條可以特征在于可忽略的氣孔和最少的氧化物，從而與通過(guò)常規(guī)的高壓力壓鑄方法鑄造的轉(zhuǎn)子框架相比，該轉(zhuǎn)子框架具有改善傳導(dǎo)率和更高的包括強(qiáng)度和疲勞在內(nèi)的機(jī)械性能。與包括通過(guò)常規(guī)的高壓力壓鑄方法鑄造的轉(zhuǎn)子框架的轉(zhuǎn)子組件相比，如在本文所述的轉(zhuǎn)子組件也可以具有改善的耐久性和低的制造成本(部分地由于低的廢料率)。在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他的特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1A是包括鑄造繞組的轉(zhuǎn)子的示意性透視圖；圖1B是圖1A的轉(zhuǎn)子的部分示意性透視圖；圖2A是圖1的轉(zhuǎn)子的層壓堆疊結(jié)構(gòu)的示意性透視圖；圖2B是圖2A的層壓堆疊結(jié)構(gòu)的部分示意性透視圖；圖3是配置為鑄造圖1的轉(zhuǎn)子的模具的第一實(shí)施例的示意性截面圖；圖4是使用圖3的模具形成的轉(zhuǎn)子鑄造件的示意性透視圖；圖5A是配置為鑄造圖1的轉(zhuǎn)子的模具的第二實(shí)施例的示意性截面圖；圖5B是圖5A的模具構(gòu)造的心軸和轉(zhuǎn)子鑄造件的示意性橫截面視圖；和圖6是使用圖5A的模具形成的轉(zhuǎn)子鑄造件的示意性透視圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在幾幅圖中代表相同的部件，圖1-6中所示的元件不是按尺寸或比例繪制的。因而，本文提供的附圖中提供的具體尺寸和應(yīng)用不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。圖1A和IB顯示了大致在10處示出的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子10可以配置為用于用在電動(dòng)機(jī)中，其可以是交流(AC)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)可以包括在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，以為車(chē)輛提供動(dòng)力。通過(guò)本文所述的方法形成的轉(zhuǎn)子10包括大體在12處示出的轉(zhuǎn)子芯部和大體在32處示出的鑄造繞組。鑄造繞組32可以稱(chēng)為轉(zhuǎn)子框架或轉(zhuǎn)子籠，且可以配置為稱(chēng)為鼠籠類(lèi)型的繞組。轉(zhuǎn)子芯部12在本文中可以配置為和/或稱(chēng)為層壓堆疊結(jié)構(gòu)。如圖2A-2B所示，層壓堆疊結(jié)構(gòu)12可以包括多個(gè)通道26，所述多個(gè)通道繞層壓堆疊結(jié)構(gòu)12和轉(zhuǎn)子組件10的軸線(xiàn)68徑向地分布且與之成縱向。層壓堆疊結(jié)構(gòu)12可以由多個(gè)層疊片20形成，所述層疊片可以稱(chēng)為層疊片板件。每一個(gè)層疊片20包括多個(gè)齒28，所述齒限定多個(gè)槽道24。每一個(gè)層疊片20的多個(gè)槽道24相對(duì)于層壓堆疊結(jié)構(gòu)12中的每個(gè)其他層疊片20的多個(gè)槽道24取向?yàn)橄薅ǔ龆鄠€(gè)通道26。在鑄造過(guò)程期間，熔化的金屬50(見(jiàn)圖3和5A)流入到通道26中且固化以形成多個(gè)導(dǎo)體條18。每一個(gè)層疊片20可以包括鍵或其他定位結(jié)構(gòu)22，其可以用于讓層疊片20相對(duì)于彼此取向。層疊片20可以通過(guò)機(jī)械手段(例如將層疊片20點(diǎn)焊到彼此)或通過(guò)置于取向固定結(jié)構(gòu)(其可以是心軸42(見(jiàn)圖3和5A))上而保持在所取向的位置。在轉(zhuǎn)子框架32的鑄造以形成轉(zhuǎn)子組件10期間，心軸42可以配置為在模具空腔40中定位和/或設(shè)置層壓堆疊結(jié)構(gòu)12 (見(jiàn)圖3和5A)。層壓堆疊結(jié)構(gòu)12包括第一端64、第二端66和在它們之間的周向表面62。周向表面62包括多個(gè)齒28的最外徑向表面(相對(duì)于軸線(xiàn)68),從而周向表面62可以是大致圓柱形的。再次參見(jiàn)圖1A和1B，轉(zhuǎn)子框架32包括第一端環(huán)14、第二端環(huán)16和多個(gè)導(dǎo)體條18，形成為單個(gè)鑄造件30 (見(jiàn)圖3和5A)，從而多個(gè)導(dǎo)體條18每一個(gè)電連接到第一端環(huán)14和第二端環(huán)16，以形成轉(zhuǎn)子組件10的轉(zhuǎn)子框架32，例如繞組。每一個(gè)端環(huán)14、16限定大致環(huán)形的表面72。用于形成轉(zhuǎn)子組件10的方法可以包括將層壓堆疊結(jié)構(gòu)12預(yù)熱到預(yù)定溫度和將預(yù)熱的層壓堆疊結(jié)構(gòu)12定位在模具空腔40中(見(jiàn)圖3和5A)，其中模具空腔40包括限定了轉(zhuǎn)子框架32的第一端環(huán)14的第一模具部分46和限定了轉(zhuǎn)子框架32的第二端環(huán)16的第二模具部分44。模具空腔40包括內(nèi)壁58，其可以稱(chēng)為周向空腔表面或空腔表面，在限定了第一和第二端環(huán)14、16的模具部分的中間?？涨槐砻?8配置為基本符合層壓堆疊結(jié)構(gòu)12的周向表面62。如圖3和4中用于形成轉(zhuǎn)子組件10的方法的第一實(shí)施例中所示的，且如圖5A、5B和6所示的方法第二實(shí)施例中所示的，預(yù)熱的層壓堆疊結(jié)構(gòu)12可以定位在模具空腔40中從而層壓堆疊結(jié)構(gòu)12的周向表面62接觸模具空腔40的空腔表面58。進(jìn)一步地，多個(gè)通道26每一個(gè)沿其縱向長(zhǎng)度基本上被空腔表面58封閉，且在每個(gè)端部打開(kāi)，從而多個(gè)通道26每一個(gè)與形成第一端環(huán)14的第一模具部分46和形成第二端環(huán)16的第二模具部分44流體連通，以限定轉(zhuǎn)子框架的導(dǎo)體條。如前所述，心軸42可以配置為在鑄造過(guò)程期間將層壓堆疊結(jié)構(gòu)12在模具40中保持就位。在向模具空腔40中引入熔化的金屬50之前，可以對(duì)模具空腔40抽真空，這可以從模具空腔40除去空氣，改善熔化的金屬50通過(guò)多個(gè)通道26的流動(dòng)，和/或減少轉(zhuǎn)子框架32中夾帶的空氣和氣孔。如圖3和5A所示，通常在50處示出的熔化金屬被平穩(wěn)地引入到模具空腔40中，即以使得模具空腔中熔化金屬的湍流流動(dòng)最小化的速度引入。層壓堆疊結(jié)構(gòu)12定位在模具空腔40中，從而在填充第一模具部分46和第二模具部分44中的至少一個(gè)之前熔化金屬50同時(shí)地流動(dòng)通過(guò)多個(gè)通道26，例如多個(gè)通道26在形成第一端環(huán)14和第二端環(huán)16中的至少一個(gè)之前被填充。在模具40填充時(shí)，熔化金屬50固化以形成鑄造部分30，包括具有轉(zhuǎn)子組件10的轉(zhuǎn)子框架32。鑄造部分30可以包括入口孔38、料柄(biscuit)34和一個(gè)或多個(gè)流道36。熔化金屬50可以是電氣等級(jí)的合金，其可以是鋁基材料。在一個(gè)例子中，熔化金屬50可以是高純度鋁，例如AL 99.7。在一個(gè)例子中，層壓堆疊結(jié)構(gòu)12可以被預(yù)熱到200攝氏度到500攝氏度之間的預(yù)定溫度，且可以?xún)?yōu)選被預(yù)熱到至少350攝氏度。預(yù)定溫度可以足夠高，以通過(guò)減少熔化金屬50和加熱轉(zhuǎn)子芯部12之間的熱梯度而在熔化金屬50流過(guò)多個(gè)通道26時(shí)減慢熔化金屬50的固化，由此增強(qiáng)熔化金屬50通過(guò)多個(gè)通道26的流動(dòng)。通過(guò)將層壓堆疊結(jié)構(gòu)12預(yù)熱以減少熱梯度，導(dǎo)體條18中的熱應(yīng)力、收縮氣孔和例如折疊和冷隔這樣的不連續(xù)性可以被最小化或基本上消除。模具空腔40也可以被預(yù)熱以減少空腔40、芯部12和熔化金屬50之間的熱梯度，以使得鑄造不連續(xù)性的形成最小化。在一個(gè)例子中，模具空腔40和預(yù)熱層壓堆疊結(jié)構(gòu)12可以在熔化金屬50引入到模具空腔40時(shí)基本處在相同溫度下。形成在模具空腔40中的料柄34可以配置為在熔化金屬50引入到模具空腔40中時(shí)捕獲和/或收集夾帶的空氣和來(lái)自熔化金屬50的其他雜質(zhì)，以最小化轉(zhuǎn)子框架32中的氣孔，和除去夾雜、氧化物或其他雜質(zhì)，以防止鑄造過(guò)程期間轉(zhuǎn)子框架32中的其他不連續(xù)性的形成和/或以上缺陷的形成。熔化金屬50可以在流動(dòng)進(jìn)入多個(gè)通道26之前流動(dòng)通過(guò)限定料柄34的模具空腔40部分。熔化金屬50可以流動(dòng)通過(guò)多個(gè)通道26，從而雜質(zhì)(其可以包括但不限于引入的空氣和氧化物)通過(guò)熔化金屬50的流動(dòng)而從多個(gè)通道26移位和/或推出多個(gè)通道26之外，從而多個(gè)導(dǎo)體條18形成為具有最小的氣孔、氧化物和/或其他不連續(xù)性(其會(huì)對(duì)導(dǎo)體條的傳導(dǎo)性有害)。例如，空氣可以被熔化金屬50推出多個(gè)通道26且從模具空腔40排出以使得鑄造轉(zhuǎn)子框架32中的氣孔最小化。通過(guò)在熔化金屬50流動(dòng)進(jìn)入模具空腔40的第一端環(huán)14或第二端環(huán)16部分中至少一個(gè)之前讓熔化金屬50流動(dòng)通過(guò)多個(gè)通道26，從而夾帶的空氣、氧化物和其他雜質(zhì)被推出通道之外，導(dǎo)體條18的傳導(dǎo)率可通過(guò)使得氣孔和氧化物的發(fā)生最小化而被優(yōu)化。模具空腔40可以通氣或配置為溢流，從而包括夾帶的空氣在內(nèi)的雜質(zhì)可以從模具空腔40和形成在其中的轉(zhuǎn)子框架32去除。圖3和5A中52示出的一個(gè)或多個(gè)通氣或溢流部可以從模具空腔40除去雜質(zhì)。通過(guò)例子的方式，通氣和/或溢流部52可以與模具空腔40的分型線(xiàn)54和/或加壓結(jié)構(gòu)48 (例如頂出桿或強(qiáng)化環(huán))中的一個(gè)流體連通。通過(guò)使得鑄造轉(zhuǎn)子框架32中雜質(zhì)最小化，轉(zhuǎn)子框架32的傳導(dǎo)率可被改善和/或優(yōu)化，從而轉(zhuǎn)子框架32的傳導(dǎo)率可以超過(guò)55%IACS(國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn))，例如可以超過(guò)與通常使用常規(guī)高壓力壓鑄(HroC)方法形成轉(zhuǎn)子框架32的40-45%IACS的傳導(dǎo)率。例如，用本文所述的方法用接近純鋁A199. 7形成的鑄造轉(zhuǎn)子框架32的傳導(dǎo)率可以接近60%IACS。進(jìn)一步地，通過(guò)分散會(huì)形成在端環(huán)14、16中的大多數(shù)雜質(zhì)(氣孔、氧化物、夾雜物等)，且最小化或基本上消除雜質(zhì)在導(dǎo)體條18中的形成，雜質(zhì)對(duì)轉(zhuǎn)子框架32的傳導(dǎo)率的任何有害影響可以被最小化。在填充模具空腔40之后，通過(guò)使用加壓結(jié)構(gòu)48，熔化金屬50可以在轉(zhuǎn)子框架鑄造件32的固化期間被加壓，所述加壓結(jié)構(gòu)例如是與模具空腔40中第一端環(huán)14和第二端環(huán)16中的至少一個(gè)連通的強(qiáng)化環(huán)或頂出桿。在熔化金屬50固化以形成鑄造部分30之后，可以執(zhí)行二次操作以從鑄造部分30除去入口孔、料柄34、一個(gè)或多個(gè)流道36、毛邊等，以提供轉(zhuǎn)子組件10。可以在轉(zhuǎn)子框架鑄造件32上執(zhí)行額外的精加工操作(其可以包括機(jī)加工或其他表面處理)，以完成轉(zhuǎn)子組件10的制造。在圖3和4所示的第一實(shí)施例中，模具空腔40可以配置為使得轉(zhuǎn)子芯部12大致相對(duì)于熔化金屬50沿圖4中箭頭70所示的方向進(jìn)入模具空腔40的流動(dòng)垂直地取向(其中所述熔化金屬在流動(dòng)進(jìn)入第二端環(huán)部分16之前流動(dòng)通過(guò)第一端環(huán)部分14和通過(guò)多個(gè)通道26)，從而轉(zhuǎn)子框架32形成為單個(gè)鑄造件，例如通過(guò)從單個(gè)入口孔38連續(xù)填充模具空腔40而形成單個(gè)鑄造件，從而熔化金屬的單股平穩(wěn)單向流動(dòng)填充模具，以使得皺紋線(xiàn)、熱撕裂、冷隔或其他可能由于熔化金屬的匯聚流動(dòng)導(dǎo)致的不連續(xù)性基本上不存在于(例如可忽略和/或沒(méi)有)轉(zhuǎn)子框架鑄造件30中，該轉(zhuǎn)子框架鑄造件30包括導(dǎo)體條18和端環(huán)14、16之間的過(guò)渡區(qū)域。圖3所示的方法可以包括讓流動(dòng)的熔化金屬50通過(guò)入口孔38 (與限定第一端環(huán)14的第一模具部分46流體連通)進(jìn)入模具空腔40的第一模具部分46，例如限定第一端環(huán)14的部分。入口孔38可以配置為是環(huán)型的入口孔，其具有大致環(huán)形橫截面，在橫截面形狀方面類(lèi)似于端環(huán)14的大致環(huán)形表面72。入口孔38可以包括與大致環(huán)形表面72相接的大致環(huán)形開(kāi)口 74。熔化金屬50流過(guò)入口孔38和第一模具部分46以填充第一端環(huán)14，且同時(shí)地填充多個(gè)通道26。在填充第二模具部分44以形成第二端環(huán)16之前，多個(gè)通道26被填充有熔化金屬50。如前所述，熔化金屬50在其朝向第二模具部分44流動(dòng)時(shí)將夾帶的空氣推出且將雜質(zhì)從多個(gè)通道26移走，從而多個(gè)導(dǎo)體條18可以形成為具有最小的氣孔、氧化物、夾雜物和/或其他不連續(xù)部，且從而模具空腔40的所有部分可以通過(guò)經(jīng)入口孔38引入到模具空腔的單股熔化金屬50填充。空氣和/或其他雜質(zhì)可以通過(guò)通氣或溢流部52 (其可以靠近模具空腔40的分型線(xiàn)54或加壓元件48)排出。如圖3所示，層壓堆疊結(jié)構(gòu)12可以定位在模具空腔40中，心軸42上。心軸42可以靠近入口孔38且配置為在通過(guò)心軸42的表面56限定的料柄34中從熔化金屬50收集夾帶的空氣和氧化物。心軸42的表面56可以是大致凹的和/或錐形的形狀，例如通過(guò)角度Θ限定。表面56可以限定大致料柄34的凸的和/或錐形的部分60，其中夾帶的空氣、氧化物和/或其他雜質(zhì)可以被收集在料柄34的大致凸的部分60中。在圖5A、5B和6所示的第二實(shí)施例中，模具空腔40可以配置為使得轉(zhuǎn)子芯部12大致相對(duì)于熔化金屬50沿圖5B和6的箭頭70所示方向進(jìn)入模具空腔40的流動(dòng)水平地取向。本方法可以包括讓熔化金屬50流動(dòng)通過(guò)環(huán)型入口孔38，所述入口孔可以位于模具空腔40中且在第一模具部分46和第二模具部分44中間，且與多個(gè)通道26流體連通，從而轉(zhuǎn)子框架32形成為單個(gè)鑄造件，例如通過(guò)用單個(gè)入口孔38連續(xù)填充模具空腔40而形成單個(gè)鑄造件，從而熔化金屬的單股 平穩(wěn)單向流動(dòng)填充模具，以使得皺紋線(xiàn)、熱撕裂、冷隔或其他不連續(xù)部(由熔化金屬的匯聚流動(dòng)導(dǎo)致)基本上不存在于(例如可忽略和/或沒(méi)有)轉(zhuǎn)子框架鑄造件30，該轉(zhuǎn)子框架鑄造件30包括導(dǎo)體條18和端環(huán)14、16之間的過(guò)渡區(qū)域。環(huán)型入口孔38可以大致位于第一端環(huán)14和第二端環(huán)16之間的中點(diǎn)處，如圖5A和6所示。環(huán)型入口孔38可以包括開(kāi)口 74，所述開(kāi)口可以基本上符合層壓堆疊結(jié)構(gòu)12的周向表面62，且通過(guò)所述開(kāi)口熔化金屬50可以同時(shí)地流動(dòng)進(jìn)入被空腔表面58包圍的多個(gè)通道26，如圖5B和6所示。例如，入口孔開(kāi)口 74可以是大體環(huán)形開(kāi)口，具有基本上與層壓堆疊結(jié)構(gòu)12的外徑相同的內(nèi)徑，從而入口孔38基本上符合該周向表面62。熔化金屬50可以通過(guò)料柄部分34和通往入口孔38的流道36流動(dòng)進(jìn)入模具空腔40。料柄部分34可以配置為在熔化金屬抵達(dá)限定轉(zhuǎn)子框架32的那部分模具空腔40之前捕獲和/或收集夾帶的空氣、氧化物、或熔化金屬50中的其他夾雜物，以減少和/或最小化轉(zhuǎn)子框架32中形成的氣孔和/或不連續(xù)部。如圖6所示，熔化金屬50沿箭頭70的方向流動(dòng)，從而多個(gè)通道26在形成端環(huán)14、16之前被填充熔化金屬50。如前所述，熔化金屬50可以從多個(gè)通道26推動(dòng)和/或移出陷落的空氣和/或其他雜質(zhì)，從而在其中鑄造的導(dǎo)體條18形成為具有最少的氣孔和/或夾雜物或氧化物。從通道26和/或端環(huán)14、16移出的空氣和/或雜質(zhì)可以從模具空腔40通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通氣或溢流部52排出或溢出，所述通氣或溢流部52可以靠近加壓元件48，所述加壓元件可以是強(qiáng)化環(huán)、噴射元件、或其他加壓元件。如前所述，一個(gè)或多個(gè)加壓元件48可以被安置為靠近接觸第一端環(huán)14和/或第二端環(huán)16，以在熔化金屬固化期間對(duì)于熔化金屬50施加壓力，以減少轉(zhuǎn)子框架32中由于陷落空氣造成的氣孔和/或收縮氣孔。
通過(guò)本文所述的方法形成的轉(zhuǎn)子組件10包括用電氣等級(jí)合金制造的單個(gè)鑄造件形成的轉(zhuǎn)子框架32且包括多個(gè)導(dǎo)體條18、第一端環(huán)14和第二端環(huán)16。形成轉(zhuǎn)子框架32的單個(gè)鑄造件的特征在于例如在導(dǎo)體條18和端環(huán)14、16中之一或兩者之間沒(méi)有皺紋線(xiàn)、熱撕裂、接頭或其他不連續(xù)部。在形成至少一個(gè)端環(huán)之前熔化金屬50通過(guò)多個(gè)通道26的流動(dòng)提供一鑄造結(jié)構(gòu)，在導(dǎo)體條18中所述鑄造結(jié)構(gòu)特征在于最小水平的(例如可忽略的)氣孔和氧化物，而在端環(huán)14、16中所述鑄造結(jié)構(gòu)特征在于非常低水平的氣孔和氧化物，尤其是與常規(guī)的HPDC過(guò)程形成的鑄造結(jié)構(gòu)相比，如表格I所示。通過(guò)例子的方式，表格I將使用本文所述和如圖3和4所示的方法形成的鑄造鋁轉(zhuǎn)子10中夾帶的空氣和氧化物與使用常規(guī)的高壓力壓鑄(Hroc)方法形成的鑄造鋁轉(zhuǎn)子(未示出)進(jìn)行比較。如表格I所示，使用本文所述的方法夾帶的空氣和氧化物夾雜的量可以極大地減小。如表格I所示，轉(zhuǎn)子框架32的多個(gè)導(dǎo)體條18可以具有顯著小于O. 0001%的夾帶的空氣體積分?jǐn)?shù)，從而從導(dǎo)體條基本上消除氣孔，且在導(dǎo)體條中可以包括小于25cm2的氧化物，其中在所示例子中，導(dǎo)體條具有約170cm3的總體積。
權(quán)利要求
1.一種用于形成轉(zhuǎn)子組件的方法，所述轉(zhuǎn)子組件包括層壓堆疊結(jié)構(gòu)和鑄造轉(zhuǎn)子框架，所述方法包括 將層壓堆疊結(jié)構(gòu)預(yù)熱到預(yù)定溫度，其中層壓堆疊結(jié)構(gòu)限定多個(gè)通道； 將預(yù)熱的層壓堆疊結(jié)構(gòu)定位在模具空腔中，所述模具空腔包括限定了轉(zhuǎn)子框架的第一端環(huán)的第一模具部分，限定了轉(zhuǎn)子框架的第二端環(huán)的第二模具部分和在它們之間的空腔表面； 其中被預(yù)熱的層壓堆疊結(jié)構(gòu)定位在模具空腔中，使得包括多個(gè)通道的層壓堆疊結(jié)構(gòu)的周向表面接觸模具空腔的空腔表面，且所述多個(gè)通道與第一模具部分和第二模具部分流體連通，以限定轉(zhuǎn)子框架的多個(gè)導(dǎo)體條； 以一速度將熔化金屬引入模具空腔，使得熔化金屬在模具空腔中的湍流流動(dòng)被最小化，且使得熔化金屬在形成第一端環(huán)和第二端環(huán)中的至少一個(gè)之前同時(shí)地流動(dòng)通過(guò)所述多個(gè)通道；和 將熔化金屬固化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 在轉(zhuǎn)子框架固化期間對(duì)熔化金屬加壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定溫度足夠高以在熔化金屬流過(guò)多個(gè)通道時(shí)減慢熔化金屬的固化。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔化金屬通過(guò)多個(gè)通道的流動(dòng)將雜質(zhì)從多個(gè)通道移走，從而多個(gè)導(dǎo)體條中氣孔和氧化物的形成被最小化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括 形成料柄，所述料柄配置為收集來(lái)自熔化金屬流的夾帶的空氣和雜質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔化金屬通過(guò)與第一模具部分流體連通的環(huán)型入口孔流動(dòng)進(jìn)入模具空腔的第一模具部分，以在填充模具空腔的第二模具部分之前同時(shí)地填充所述多個(gè)通道。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中模具空腔包括心軸，所述心軸靠近入口孔且配置為將來(lái)自熔化金屬的夾帶的空氣和氧化物收集在通過(guò)心軸表面限定的料柄中。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中熔化金屬流動(dòng)通過(guò)位于第一端環(huán)和第二端環(huán)中間且與所述多個(gè)通道流體連通的環(huán)型入口孔。
9.一種轉(zhuǎn)子組件包括 轉(zhuǎn)子芯部和轉(zhuǎn)子框架； 其中轉(zhuǎn)子框架包括用電氣等級(jí)合金制造的單個(gè)鑄造件，轉(zhuǎn)子框架包括 第一端環(huán)； 第二端環(huán)； 多個(gè)導(dǎo)體條；和 其中多個(gè)導(dǎo)體條每一個(gè)特征在于可忽略的氣孔。
10.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子組件，其中轉(zhuǎn)子框架具有大于45%IACS(國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn))的傳導(dǎo)率。
全文摘要
一種用于形成包括鑄造轉(zhuǎn)子框架的轉(zhuǎn)子組件的方法包括將預(yù)熱的限定了多個(gè)通道的轉(zhuǎn)子芯部定位在模具空腔中，從而模具空腔和轉(zhuǎn)子芯部限定轉(zhuǎn)子框架，所述轉(zhuǎn)子框架包括通過(guò)多個(gè)通道限定的多個(gè)導(dǎo)體條，所述多個(gè)通道與模具空腔的第一和第二端部部分流體連通。熔化金屬通過(guò)入口孔被平穩(wěn)地引入到模具空腔中，且在填充模具空腔的第一和第二端部部分中的至少一個(gè)以形成鑄造轉(zhuǎn)子框架之前同時(shí)地流過(guò)多個(gè)通道。夾帶的空氣和雜質(zhì)可以通過(guò)熔化金屬的流動(dòng)而從通道移走,和通過(guò)料柄排出或陷落。由此形成的轉(zhuǎn)子框架和導(dǎo)體條可以特征在于高傳導(dǎo)率、可忽略的氣孔和最少的氧化物。
文檔編號(hào)B22D19/00GK103066764SQ20121039776
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者Q.王, K.P.科爾曼 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司