铸造转子和方法技术

一种用于形成包括铸造转子框架的转子组件的方法包括将预热的限定了多个通道的转子芯部定位在模具空腔中，从而模具空腔和转子芯部限定转子框架，所述转子框架包括通过多个通道限定的多个导体条，所述多个通道与模具空腔的第一和第二端部部分流体连通。熔化金属通过入口孔被平稳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个以形成铸造转子框架之前同时地流过多个通道。夹带的空气和杂质可以通过熔化金属的流动而从通道移走,和通过料柄排出或陷落。由此形成的转子框架和导体条可以特征在于高传导率、可忽略的气孔和最少的氧化物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括铸造部分的转子。
技术介绍
燃料效率方面增加的需求使得混合动力系统在汽车产业有更多吸引力。电动机可以是混合动力系统的重要部分，且可以配置为包括定子和转子的交流(AC)感应电动机。定子是电动机的最外部件且包括钢层叠片，所述钢层叠片包括成形为形成极的齿，其中铜导线线圈绕极缠绕，以形成绕组。主绕组被连接到电压源，以生产旋转磁场。转子是电动机的最内子组件且可以包括钢层叠片的堆叠结构，所述钢层叠片包括成形为形成极的齿，所述极通过导体条分开，所述导体条电连接到位于堆叠结构相对端部的端环。在转子绕组的导体条中流动的电流与定子的旋转磁场相互作用产生扭矩。构造铝转子的一个方法是，使用高压力压铸(Hroc)方法将铝合金铸造到压堆叠结构的槽道中，同时铸造铝端环以形成电路。铸造转子条和铸造端环的该构造类似于鼠笼，使得被称为鼠笼式感应电动机。普遍实施方式的HPDC铝感应转子部件的主要障碍是通过HPDC过程形成的铝笼(也称为转子框架)完整性差。例如在HPDC铝转子存在铸造缺陷(例如夹带气泡、热裂纹、皱纹线、收缩、孔洞和氧化物夹杂)会显著降低转子的电和机械性能。此外，用于铸造转子鼠笼的铝合金通常是高纯度的铝合金(例如AL99. 7(99. 7%的纯铝，具有使用国际退火铜标准(IACS)测量的62%IACS的传导率))或电气等级的锻制合金，它们都因为这些合金的高收缩比率和低流动性而难以铸造。更高纯度铝合金的这些特性增加了气孔和热撕裂或其他不连续性的倾向，尤其是在每一个铸造导体条与形成其中一个端环的铸造件相交的位置处，这会导致导体条和端环之间的断裂。进而，用于在层压钢堆叠结构中填充细长的导体条(鼠笼槽道)的熔化铝的高流动速度(其可以高达60m/s)生产湍流填充，其会在铸造过程中趋于将模具空腔气体带入且产生许多铝氧化物。在端环和导体条HPDC期间湍流金属填充会降低转子质量和且显著降低转子框架的热和电传导性，尤其是导体条中。实际上，通过目前的HPDC铸造方法形成的铝转子框架(铸造导体条与铸造端环整合)的电传导率可能仅是大约40到45%IACS。存在于HPDC铝导体条中的铸造缺陷会降低传导率且极大地影响电动机性能。
技术实现思路
本文提供包括铸造部分的转子和制造转子的方法。转子可以配置为用于电动机中，其可以是交流(AC)感应电动机。电动机可以包括在混合动力系统中，以为车辆提供动力。通过本文所述的方法形成的转子包括层压堆叠结构(其也可以称为转子芯部)和铸造绕组(其也可以称为转子框架或笼。绕组包括第一端环、第二端环和多个导体条，它们形成为单个铸造件从而多个导体条每一个电连接到第一端环和到第二端环。层压堆叠结构包括多个大致纵向的通道，其中在所述通道中铸造多个导体条。—种用于形成转子组件的方法，包括将层压堆叠结构预热到预定温度且将预热的层压堆叠结构定位在模具空腔中，所述模具空腔包括限定了转子框架的第一端环的第一模具部分，限定了转子框架的第二端环的第二模具部分和在它们之间的空腔表面。被预热的层压堆叠结构定位在模具空腔中，使得包括多个通道的层压堆叠结构的周向表面接触模具空腔的空腔表面，且该多个通道与模具空腔的第一端部部分和第二端部部分流体连通，以限定转子框架的多个导体条。熔化金属被平稳地(即，在熔化金属在模具空腔中的湍流流动被最小化)引入模具空腔，且使得熔化金属在填充模具空腔的第一端部和第二端部中的至少一个之前同时地流动通过多个通道。熔化金属被固化以形成转子框架和转子组件。在将熔化金属引入模具空腔中之前真空可以被施加到模具空腔，这可以改善熔化金属通过多个通道得流动，和可以减少转子框架中的夹带的空气和气孔。方法可以包括在转子框架的固化期间对熔化金属加压，例如通过使用强化环这样的加压元件，所述强化环与模具空腔的第一端部和第二端部中的至少一个连通。在一个例子中，层压堆叠结构可以在将熔化金属引入模具空腔之前被预热到200摄氏度和500摄氏度之间预定温度，可以优选被预热到至少350摄氏度。预定温度可以足够高，以通过减少熔化金属和加热转子芯部之间的热梯度而在熔化金属流过多个通道时减慢熔化金属的固化，由此增强熔化金属通过多个通道的流动。通过将层压堆叠结构预热以减少热梯度，导体条中的收缩气孔，例如折叠、热撕裂和冷隔这样的不连续性和热应力可以被最小化或基本上消除。模具空腔也可以被预热以减少空腔、芯部和熔化金属之间的热梯度，以使得铸造不连续性和热应力的形成最小化。在一个例子中，模具空腔和预热层压堆叠结构可以被加热为在熔化金属弓I入到模具空腔时基本处在相同温度下。熔化金属通过多个通道的流动可以从层压堆叠结构中的多个通道移走杂质，从而多个导体条中的气孔和氧化物的形成被最小化。例如，空气可以被熔化金属从多个通道推出到模具空腔之外，以使得铸造转子框架中的气孔最小化。通过熔化金属推出的空气可以通过通气或溢流部排出到模具空腔外，所述通气或溢流部可以与模具空腔的分型线和加压元件(例如顶出杆(ejection pin)或强化环)中的一个流体连通。方法可以进一步包括形成料柄，所述料柄配置为将来自熔化金属流的夹带的空气和杂质收集，这可以使得转子框架中气孔和氧化物或其他夹杂或不连续性的形成最小化。熔化金属可以在流动进入多个通道之前流动通过限定料柄的模具空腔部分。在一个实施例中，方法可以包括让熔化金属通过环型入口孔进入模具空腔的第一模具部分，所述入口孔可以包括与第一模具部分流体连通的大致环形的开口，以在填充模具空腔的第二模具部分之前(例如形成转子框架的第二端之前)同时地填充多个通道。模具空腔可以包括心轴，所述心轴靠近入口孔且配置为将来自熔化金属的夹带的空气和氧化物收集在通过心轴表面限定的料柄中。层压堆叠结构可以定位在心轴上。心轴的表面可以是大致凹的和/或锥形的形状，其限定料柄的大致凸的和/或锥形的部分，其中夹带的空气和氧化物可以被收集在料柄的大致凸的部分中。在另一实施例中，方法可以包括让熔化金属流动通过位于模具空腔的第一端环部分和第二端环部分中间且与多个通道流体连通的环型入口孔。环型入口孔可以包括符合层压堆叠结构的周向表面的开口，所述熔化金属通过所述开口同时地流动进入多个通道。通过本文所述的方法形成转子组件包括转子芯部和转子框架，转子芯部可以配置为是层压堆叠结构，其中转子框架包括用电气等级合金制造的单个铸造件。形成转子框架的铸造件包括第一端环、第二端环和多个导体条。多个导体条可以特征在于可忽略的气孔和最少的氧化物，从而与通过常规的高压力压铸方法铸造的转子框架相比，该转子框架具有改善传导率和更高的包括强度和疲劳在内的机械性能。与包括通过常规的高压力压铸方法铸造的转子框架的转子组件相比，如在本文所述的转子组件也可以具有改善的耐久性和低的制造成本(部分地由于低的废料率)。在下文结合附图进行的对实施本专利技术的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本专利技术的特征和优点以及其他的特征和优点。附图说明图1A是包括铸造绕组的转子的示意性透视图；图1B是图1A的转子的部分示意性透视图；图2A是图1的转子的层压堆叠结构的示意性透视图；图2B是图2A的层压堆叠结构的部分示意性透视图；图3是配置为铸造图1的转子的模具的第一实施例的示意性截面图；图4是使用图3的模具形成的转子铸造件的示意性透视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成转子组件的方法，所述转子组件包括层压堆叠结构和铸造转子框架，所述方法包括:将层压堆叠结构预热到预定温度，其中层压堆叠结构限定多个通道;将预热的层压堆叠结构定位在模具空腔中，所述模具空腔包括限定了转子框架的第一端环的第一模具部分，限定了转子框架的第二端环的第二模具部分和在它们之间的空腔表面；其中被预热的层压堆叠结构定位在模具空腔中，使得包括多个通道的层压堆叠结构的周向表面接触模具空腔的空腔表面，且所述多个通道与第一模具部分和第二模具部分流体连通，以限定转子框架的多个导体条；以一速度将熔化金属引入模具空腔，使得熔化金属在模具空腔中的湍流流动被最小化，且使得熔化金属在形成第一端环和第二端环中的至少一个之前同时地流动通过所述多个通道;和将熔化金属固化。

【技术特征摘要】
2011.10.18 US 13/275,5351.一种用于形成转子组件的方法，所述转子组件包括层压堆叠结构和铸造转子框架，所述方法包括 将层压堆叠结构预热到预定温度，其中层压堆叠结构限定多个通道； 将预热的层压堆叠结构定位在模具空腔中，所述模具空腔包括限定了转子框架的第一端环的第一模具部分，限定了转子框架的第二端环的第二模具部分和在它们之间的空腔表面； 其中被预热的层压堆叠结构定位在模具空腔中，使得包括多个通道的层压堆叠结构的周向表面接触模具空腔的空腔表面，且所述多个通道与第一模具部分和第二模具部分流体连通，以限定转子框架的多个导体条； 以一速度将熔化金属引入模具空腔，使得熔化金属在模具空腔中的湍流流动被最小化，且使得熔化金属在形成第一端环和第二端环中的至少一个之前同时地流动通过所述多个通道；和 将熔化金属固化。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括 在转子框架固化期间对熔化金属加压。3.如权利要求1所述的方法，其中所述预定温度足够高以在熔化金属流过多个通道时减慢熔化金属的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：Q王，KP科尔曼，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：