CN101847913A - 导电转子的压铸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了导电转子的压铸，具体公开了用于感应电动机的转子和制造转子的方法。该方法制造由鼠笼和叠片组构成的鼠笼式转子，该方法包括：形成围绕叠片组的模具；加热所述叠片组；将熔融金属引入模具，使得熔融金属基本填满在叠片组中形成的相应于鼠笼的空间。在一种形式中，该空间包括形成在叠片组中的狭槽或相关槽道，其在浇注熔融金属时变成纵向线棒，该纵向线棒与鼠笼的端环形成电流回路。通过加热叠片组并维持其温度足够高以保持熔融金属处于基本熔融状态至少足够时间，以使熔融金属流过叠片组的狭槽，从而避免熔融金属的过早凝固。而且，通过向熔融金属提供低压并结合叠片组的升高的温度，来促进流动以确保转子鼠笼基本无疏松、全致密。

Description

导电转子的压铸

技术领域

本发明总体涉及电动机及其制造，并且更具体地，涉及铸造电感应电动机的转子的方法。

背景技术

电感应电动机的一种形式包括被缠绕有线圈的恒定场(定子)包围的旋转转子(转子)。当电流通过定子绕组时，被称为“极”(其可由导磁材料制成，如铁)的一部分定子因其周围缠绕有绕组而被磁化，该“极”又向转子施加电磁力，使转子旋转。在起动应用中，可用连接至转子的轴通过旋转一个或多个所连接的车轮，而向车辆提供推进力。这样的电动机尤其应用于完全依靠电能的车辆或将电能作为混合动力系统的一部分的车辆中，在混合动力车辆中，电动机和内燃机(如传统的汽油机或柴油机)相互协作以产生动力。

鼠笼式转子是电感应电动机的常见示例，其由其鼠笼式样的圆柱形状而得名，其中数个金属转子线棒或杆纵向延伸并且围绕旋转中心轴线的圆柱形外周间隔设置。通过金属端环以相互之间固定的关系保持这些线棒，使得相邻的线棒和所连接的端环形成数个线圈状的电流连续回路。因为转子靠近定子，所以在定子中产生的磁场的变化在由线棒和端环形成的高导电回路中感生电流。该电流将转子变成电磁铁，该电磁铁有将自己与定子中产生的磁场调准的趋势，因而可旋转。为了增加转子的磁场强度，一系列叠压板(通常由具有比空气更低的磁阻(即更加导磁)的材料制成，如铁)被安装在轴或相关的主轴上以使它们几乎占据位于轴和由线棒和端环形成的鼠笼之间的全部空间。通常，内锁的冲压工艺或松散叠压(loose laminations)可用于将每个板固定在一起。而且，低导电率材料(例如，涂层)可用于最小化板与板之间的电接触。形成叠片组的板和流过鼠笼的各回路的电流一起加强由转子的回路产生的磁场，并增加由所连接的轴产生的转矩至更高水平。为了将所产生的转矩保持在相对恒定的水平，构成鼠笼的线棒可以偏斜以限定稍稍螺旋形状而非严格的纵向形状。在一种形式中，线棒和端板都是独立形成的结构，它们通过已知的技术连结在一起。至于叠片组的板之间的连接，可以用不导电的粘合剂来将线棒固定在叠压的板的槽中。

在另一常见的形式中，在组装完叠压板结构之后，可将纵向金属线棒直接铸造到槽中。铸造形成鼠笼式转子相对于用独立部件组装形成鼠笼式转子具有优势，因其减少了成本和与组装部件相关的制造偏差。关于上述所形成的转子，可以期望用高导电率材料(如铜或铝)形成所述铸造线棒。用铸造方法制造转子的鼠笼通常采用高压压力铸造或压实铸造。对于压力铸造，熔融金属在高压下被驱使流入可再利用的压型模具，该模具通常由工具级钢制成。该过程是非常公知的，且成本相对不高。对于压实铸造，将熔融金属以更高的压力在更低的、具有更少湍流的速度压射入压型，该压型也通常由工具级钢制成。

不利的是，上述任一种形式的鼠笼式转子的铸造都具有缺点。特别是，因为在叠片组中形成的通道(这些通道限定了用于纵向线棒的槽)的截面尺寸通常非常小(例如，大约为2毫米)，所以需要非常大的压力(通常在2000至5000磅/平方英寸表压(PSIG))。上述压力虽然促进了较快(约为十分之一秒)的填注时间，但也在相对狭长的通道中以及在端环中导致较高的熔融流动湍流和相关的气体卷入。需要特别留意在构成转子的鼠笼的线棒和端环中增多的疏松，尤其是在远离熔融金属压射位置的远端。因为鼠笼式转子的性能与线棒和端环之间的电连续性密切相关，所以这样的疏松是不期望的。同样成问题的是疏松对铸造转子机械性质的影响，还是尤其在远离模具浇口和相关的流体引入的端部。对直径高达约8英寸、并以10000至15000转/分(RPM)旋转的转子来说，疏松端环将比全致密端环更容易故障。

如上所述，压力铸造和压实铸造都使用钢模具，同时因基本上纯的铝相比于铜来说具有高导电率和低成本，因此其常被用作转子的鼠笼的铸造材料。当上述熔融形式的铝与工具级钢制的压力铸造或压实工具压型组接触时，其将强烈地冲击压型中的铁。因此，上述压型组(其更换成本高)的使用寿命相当有限。

使用半固金属(SSM)铸造是近来的替换方式。不使用液态金属，SSM铸造工艺使用半固态半液态的金属，其中金属的连续性允许其被以相对较低的压力压射入压型中。SSM虽然相对于上述方法减小了最终部件的疏松的可能性，但包括了复杂的混合或振动以利用材料的触变性质，因此是昂贵的。而且，SSM对于高纯铝、铜或其合金来说非常难控制，这些金属或合金通常具有非常有限的固化范围。

传统的铸造技术的另一问题是在任一通道中的熔融金属都有在穿过形成在叠片组中的狭窄通道并进入远端环之前固化(即凝固)的趋势。这个趋势在当叠片组的温度相对较低时更为明显，这同样易起到对流动熔融金属的热沉的作用。

因此，需要提供一种用于形成感应电动机鼠笼式转子的铸造方法，该方法减少了疏松及其相关的转子机械和导电性质降低的发生。还需要保持上述铸造方法的成本较低。

发明内容

本发明满足上述需要，其中公开了包含下述特征的方法和装置。根据本发明的第一方面，公开了铸造鼠笼式转子的方法。该方法包括：形成围绕所述电动机的叠片组部分的模具；加热所述叠片组；将熔融金属引入所述模具内，冷却所述熔融金属和所述叠片组，使得所述鼠笼式转子固化；和从所述模具中取出基本固化的转子。在本文中，术语“基本”指的是一系列元件或特征，虽然理论上期望其表现出精确的响应或行为，但其实际表现可以稍稍不精确。因此，该术语表示数量值、测量结果或其它相关表达可以与规定值不同，但仍能保持所讨论的主题的基本功能。本工艺的重要部分是其使用了更低的给料压力(低于30PSIG，相比于传统的2000至5000PSIG)以避免产生湍流和相关的卷入气体以及随之而来的疏松；以及加热叠片组以为其提供足够的热量以避免过早的铝凝固，使得熔融金属基本注满叠片组内形成的相应于鼠笼式转子的鼠笼部分的空间，加热后的叠片组具有足够的热量以将熔融金属保持在基本熔融状态，直到基本形成鼠笼整体。用于形成转子的模具包括限定了近端环、远(或远距离)端环和数个用于形成转子线棒的通道的型腔，所述通道在两个端环型腔之间建立流体连通。该模具可以围绕转子板的叠片组形成。

可选择地，熔融金属优选为高纯铝、高纯铜或它们的合金。而且，围绕叠片组的铸造模具由砂芯组件构成。砂芯粘结剂可以由有机粘结剂和无机粘结剂制成。在更具体的形式中，砂基混合物可以包括高达约2％重量比的粘结剂材料。将型砂/粘结剂材料引入型芯盒，然后根据粘结剂选择催化剂或加热的方式使其硬化。然后将硬化的型砂/粘结剂混合物从型芯盒中取出，得到砂芯。引入型砂/粘结剂混合物的型芯盒型腔具有砂芯所需要的几何形状。组装具有正确几何形状的砂芯以得到铸造模具。铸造几何形状由用于构成铸造模具的砂芯的几何形状形成。在其它变形中，围绕叠片组形成的模具由带涂层的钢工具制造，其中所述涂层能保护钢工具不与浇注的熔融金属的直接接触。这样的配置被认为是半永久工具。对于砂型铸造形状，可以使用半永久工具的内部砂芯以允许感应加热。

在另外的选择中，在加热叠片组和引入熔融金属到模具内部之间的时间相当短，并且根据所要形成的转子的尺寸，优选少于2分钟(对于更大的转子可以稍微延长)。而且，加热系统可以在装料过程中保持加热。加热是重要步骤，因为在熔融金属是基本纯的铝(或具有类似的机械性质和导电性质的铝)的情况中，优选使熔融金属将在其内部形成线棒和两个端环的叠片组保持在升高的温度以确保流过形成在叠片组中的狭长的槽的熔融金属保持处于熔融状态，因为否则将可能发生槽阻塞。优选利用约1至3秒将熔融金属引入模具，但应当理解，对于更大的鼠笼，该时间可以稍微延长。这比传统时间要长，传统时间通常是几分之一秒(如约十分之一秒)，并且这允许更少湍流。在一种形式中，在准备接收熔融金属时，将叠片组的温度加热到800至1200华氏温度之间。而且，在有分段感应加热杆的情况下，本发明的方法可以向沿着叠片组长度的叠片组的不同部位施加不同的温度。例如，可以将形成端环的部位加热到与槽的温度不同的温度。同样，沿着槽的长度的温度也可以变化。

形成在模具中以限定鼠笼的型腔包括相对彼此轴向设置的一对端环和数个基本纵向的线棒，线棒从所述一对端环的第一个端环延伸到所述一对端环的第二个端环，使得所述线棒和所述端环限定多个连续的电流回路。如上所述，线棒可以相对于鼠笼的轴向尺寸稍微偏斜以促进所产生的转矩的更光滑的分布。叠片组具有数个围绕叠片组外周分布的基本轴向延伸的狭槽。当所述熔融金属被引入到模具时，金属流入槽中以形成线棒，线棒在固化时(如通过冷却)形成与叠片组协作的圆柱形鼠笼结构。如上所述，加热叠片组确保流过狭槽的窄且细长的槽道的熔融金属不过早凝固。用于加热叠片组的一种方式包括感应加热。更特别地，所述感应加热可以通过将加热元件(如感应线圈)放入沿着叠片组的轴向中心形成的中心轴孔内而实现。虽然加热可以在将叠片组放入模具之前进行，但在优选实施方式中，也可以一将叠片组放入模具后就进行这样的加热。

在更具体的实施方式中，将熔融金属引入模具包括使用低压源。在本文中，术语“低压”包括这样的值，这些值必须确保熔融金属完全流入形成在模具和叠片组之间的纵向线棒和端环的所有部分，但又不大到出现不同于熔融金属静态时的疏松程度。如上所述，约为2000PSIG或更多的熔融金属引入压力远远大于本文中称为“低压”的引入压力。换句话说，通过低压源引入熔融金属意味着熔融金属处于更少湍流的状态。用这种方法，金属在冷却和固化时基本是无疏松的。事实上，虽然发明人已经发现约10PSIG的压力值大致足以实现期望的熔融金属流动，但他们认为高达约30PSIG的压力值也可使用并可认为是“低压”。在一种形式中，低压源可以是低压炉、泵、重量给料器或它们的组合。例如，如果是泵，该低压源可以是传统的机电装置、气动装置或液压装置。

根据本发明另一方面，公开了用于铸造电动机转子的方法。该方法包括：形成围绕叠片组的模具；加热所述叠片组至足够量以使引入所述叠片组内的熔融金属保持基本熔融状态，至少直到基本上形成与所述叠片组协作的鼠笼整体；对所述熔融金属加压至足够量以使其流过具有与形成在所述叠片组一端的第一端环基本相应的形状的型腔、形成在所述叠片组中的多个槽和具有与形成在所述叠片组相对端的第二端环基本相应的形状的型腔，使得所述熔融金属基本上填满两个型腔和所述多个槽，以在所述熔融金属固化时由鼠笼和所述叠片组一体形成所述转子；冷却所述熔融金属和所述叠片组；和从所述模具中取出所述转子。

可选择地，加压包括加压熔融金属至不超过约30PSIG，其中在更具体的选择中，加压量可小于约10PSIG。如上所述，所述加压可以主动进行(如用泵)，或也可以被动实现(如通过能提供足够的净压吸头(NPSH)的重力给料器)。在另一选择中，熔融金属包括铝基合金或基本纯的铝中的一种。而且，所述加热所述叠片组至足够量以维持引入所述叠片组内的熔融金属基本处于熔融状态还包括：对于中级铸造，在所述熔融金属流过所述多个槽时，维持所述叠片组处于约300和800华氏温度之间的温度；对于高级铸造，维持约800和1200华氏温度之间的温度。在本文中，高级铸造是几乎完全无疏松的，而中级铸造可以在铸件的中间环或相关厚度部分中有一些小疏松。

根据本发明的又一方面，公开了将熔融铝浇注入形成在电动机转子的叠片组中的数个槽的方法。该方法包括：形成围绕叠片组的模具；加热所述叠片组；至少维持所述叠片组的靠近所述多个槽的部分处于足够高的温度以至少在足够长的时间内保持所述熔融铝处于所述熔融状态，使所述熔融铝穿过所述多个槽；向所述熔融铝施加足够的压力以迫使其通过所述多个槽；使所述熔融铝流过所述多个槽；冷却所述熔融铝和所述叠片组，使得它们一起协作将所述转子形成为一体成形的转子；和从所述模具中取出所述转子。

可选择地，加热所述叠片组可以以沿着所述叠片组的均匀温度实现，或者以沿着所述叠片组长度的温度梯度实现。在任一种方式中，都可以使用感应加热装置(例如感应加热杆)来向叠片组施加热量。在另一选择中，对于高级铸造可以维持温度在至少约800华氏温度。而且，认为足够的压力值是至少约10PSIG。而且，这样的压力可使用重力给料器、泵和炉中的一个或多个实现。如前述各方面所述，本发明避免使压力太高，所以避免了气体卷入和疏松形成的其它标记。如前述各方面所述，模具可由砂基材料制成以形成砂基结构。而且，粘结剂可为模具提供更多的永久、自支撑结构。

技术方案1：一种制造用于电动机的鼠笼式转子的方法，所述方法包括：

形成围绕所述电动机的叠片组部分的模具；

加热所述叠片组；

将熔融金属引入所述模具内，使得所述熔融金属基本填满在所述叠片组内限定的空间，该空间对应于所述转子的鼠笼，加热后的所述叠片组具有足够的热量以将所述熔融金属保持基本熔融状态，直到形成大致鼠笼整体；

冷却所述熔融金属和所述叠片组，使得所述转子基本固化；和

从所述模具中取出基本固化的转子。

技术方案2：如技术方案1所述的方法，其中所述形成围绕叠片组的模具包括用可流动的铸造介质基本包围所述叠片组。

技术方案3：如技术方案2所述的方法，其中所述可流动的铸造介质包括型砂和粘结剂的混合物。

技术方案4：如技术方案3所述的方法，其中所述粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂的至少一种。

技术方案5：如技术方案1所述的方法，其中所述形成围绕叠片组的模具包括用带涂层的钢工具基本包围所述叠片组。

技术方案6：如技术方案1所述的方法，其中在所述将熔融金属引入所述模具内期间，由于所述加热，所述叠片组的温度在约800华氏温度和约1200华氏温度之间。

技术方案7：如技术方案1所述的方法，其中在所述将熔融金属引入所述模具内期间所述加热持续进行。

技术方案8：如技术方案1所述的方法，其中所述模具成形为使得在其中形成的限定所述鼠笼的型腔包括相对彼此轴向设置的一对端环和从所述一对端环的第一个端环延伸到所述一对端环的第二个端环的多个基本纵向的线棒，使得所述基本纵向的线棒和所述一对端环限定多个连续的电流回路。

技术方案9：如技术方案8所述的方法，其中所述叠片组限定基本沿纵向延伸并围绕所述叠片组的外周设置的多个狭槽，以使所述多个基本纵向的线棒的每一个线棒都形成在所述多个狭槽的相应一个狭槽中。

技术方案10：如技术方案1所述的方法，其中所述加热所述叠片组包括感应加热。

技术方案11：如技术方案10所述的方法，其中所述感应加热包括将加热元件放入限定在所述叠片组的大致中心内的中心轴孔中。

技术方案12：如技术方案1所述的方法，其中一旦将所述叠片组放入所述模具内就进行所述加热。

技术方案13：如技术方案1所述的方法，其中引入所述模具的熔融金属包括铝基金属、铜基金属或它们的组合物。

技术方案14：如技术方案1所述的方法，其中所述铝基金属包括基本上纯的铝。

技术方案15：如技术方案1所述的方法，其中所述引入包括使用低压源以使在将所述熔融金属引入所述模具时，基本上没有疏松。

技术方案16：如技术方案15所述的方法，其中所述低压源包括低压炉、泵和重力给料器中的至少一个。

技术方案17：如技术方案16所述的方法，其中所述低压源构造成以低于30磅/平方英寸表压将所述熔融金属输送进入所述模具。

技术方案18：一种铸造用于电动机的转子的方法，所述方法包括：

形成围绕叠片组的模具；

加热所述叠片组至足够量以使引入所述叠片组内的熔融金属保持基本熔融状态，至少直到基本上形成与所述叠片组协作的鼠笼整体；

对所述熔融金属加压至足够量以使其流过具有与形成在所述叠片组一端的第一端环基本相应的形状的型腔、形成在所述叠片组中的多个槽和具有与形成在所述叠片组相对端的第二端环基本相应的形状的型腔，使得所述熔融金属基本上填满两个型腔和所述多个槽，以在所述熔融金属固化时由鼠笼和所述叠片组一体形成所述转子；

冷却所述熔融金属和所述叠片组；和

从所述模具中取出所述转子。

技术方案19：如技术方案18所述的方法，其中所述加压包括对所述熔融金属加压至不超过30磅/平方英寸表压。

技术方案20：如技术方案18所述的方法，其中所述熔融金属包括铝基合金或基本上纯的铝。

技术方案21：如技术方案20所述的方法，其中所述加热所述叠片组至足够量以使引入所述叠片组内的熔融金属保持基本熔融状态还包括：对于中级铸造，在所述熔融金属流过所述多个槽时，维持所述叠片组处于至少约300华氏温度；对于高级铸造，维持所述叠片组处于至少约800华氏温度。

技术方案22：一种将熔融铝浇铸到形成在用于电动机转子的叠片组中的多个槽内的方法，所述方法包括：

形成围绕叠片组的模具；

加热所述叠片组；

使至少所述叠片组的靠近所述多个槽的部分维持足够的温度以将所述熔融铝保持在所述熔融状态至少足够长的时间，以使所述熔融铝穿过所述多个槽；

向所述熔融铝施加足够的压力以迫使其通过所述多个槽；

使所述熔融铝流过所述多个槽；

冷却所述熔融铝和所述叠片组，使得它们一起协作将所述转子形成为一体成形的转子；和

从所述模具中取出所述转子。

技术方案23：如技术方案22所述的方法，其中所述维持的温度是至少约300华氏温度。

技术方案24：如技术方案23所述的方法，其中所述足够的压力包括小于30磅/平方英寸表压。

技术方案25：如技术方案24所述的方法，其中所述足够的压力包括小于10磅/平方英寸表压。

技术方案26：如技术方案22所述的方法，还包括使用重力给料器、泵和炉中的至少一个来获得施加到所述熔融铝的所述足够压力。

技术方案27：如技术方案22所述的方法，其中所述模具包括砂基结构。

技术方案28：如技术方案22所述的方法，其中所述模具包括带涂层的钢工具结构。

技术方案29：如技术方案22所述的方法，其中所述加热所述叠片组包括沿着所述叠片组的轴向尺寸以均匀温度加热所述叠片组。

技术方案30：如技术方案22所述的方法，其中所述加热所述叠片组包括沿着所述叠片组的轴向尺寸以温度梯度加热所述叠片组。

技术方案31：如技术方案30所述的方法，其中通过感应加热设备将所述温度梯度施加至所述叠片组。

附图说明

在结合下列附图阅读时可以最充分地理解本发明的下列具体描述，其中相同的参考数字表示相同的结构。其中：

图1是电动机的示意剖视图，具体地示出了定子和鼠笼式转子之间的关系，其中该转子可根据本发明制造；

图2示出了图1的电动机的转子，突出了鼠笼的端环与纵向线棒之间的连接，以及叠片组在鼠笼中的布置；

图3示出了鼠笼的基本结构，其中构成叠片组的大多数板被去除以突出由线棒和端环形成的线圈回路；

图4A示出了用于生产图1的铸造转子的工具的配置；

图4B示出了沿图4A的线B-B截取的浇口型芯的俯视图；

图5示出了使用采用了本发明的铸造鼠笼式转子的电动机以满足至少部分车辆推进需求的车辆；以及

图6示出了电力可变汽车变速器结构，其可包括根据本发明制造的电动机并可用于图5的车辆中。

具体实施方式

先参照图1，示出了电动机1，其中转子10响应于来自定子30的磁场的变化而旋转。转子10安装在轴或心轴20上使得转子10的旋转运动能被转化成有用功。例如，在轴20的一端形成的齿24可以用于与互补表面相互作用以旋转车轮、滑轮、风扇或类似物。电动机1被称为感应电机，在示出的构造中转子10与定子30彼此不接触，其中在适当构造的结构中电流和磁通的互感原理是公知的。外壳40用于容纳转子10和定子30，同时可旋转的轴20可通过一个或多个轴承22固定至外壳40，轴承22可与端板42相互作用，端板42与外壳40一起形成或以其它方式固定在外壳40上。如所看到的，定子30包括由数个磁场线圈34包围的透磁磁极32。磁极32可组装成单个板的叠层板(将在下面结合转子10具体讨论)，该叠层板在电流通过磁场线圈34的绕组时起电磁铁的作用。与线圈34的初始连接可以来自外部电源，如输电线、发电机、电池或其它常规电源。

接着参照图2和3，转子10经常被称为鼠笼式转子，并包括第一端环11、第二端环12和多个转子线棒13，第二端环12相对于第一端环11轴向隔开设置以限定大致圆柱形形状，多个转子线棒13围绕圆柱形形状的外周在端环11和12之间大致纵向地延伸。由于使用电力，线棒13和端环11与12中的每一个都由导电材料制成，以使转子线棒13与端环11和12的连接形成数个大致矩形形状的电流回路14。在转子10内的线棒13与端环11和12之间的空间中放置透磁材料(例如铁)，使得通过回路14的电流在转子10中感应更强的磁通。优选地，放置在线棒13与端环11和12之间的材料由数个叠压的板构成，该数个叠压的板通过互锁或铸造保持在一起并被安装在轴20上。该构造被称为叠片组15、叠片组件或其它变化的名称。因为线棒13与端环11和12的导电性都远大于叠片组15的导电性，所以绝大多数的电流流过由线棒13与端环11和12形成的连续回路14。因此，根据来自装配在定子30内的邻近(但不接触的)电磁铁的磁场的周期变化，回路14中电流的往复通过使得叠片组15起电磁铁的作用以迫使转子10旋转，从而带动每个部分16根据其与邻近磁极32的极性相反或相同而朝向或远离定子30上的相应的邻近磁极32。如图1和2中所示，部分16的外表面限定了基本光滑的轮廓，因为该轮廓沿着与线棒13与端环11和12相同的径向路径设置，所以该轮廓有助于限定转子10的大致圆柱形形状。

具体参照图3，示出了用于形成鼠笼式转子10的鼠笼的部件，其中为了清楚起见，移除了构成叠片组15的大多数板。事实上，仅示出了三个板15A、15B和15C，每个板都具有形成在板外周的槽17，所述槽17相对于彼此以一定距离间隔设置以使所述槽17能容纳将形成在其中的纵向线棒13。如上所述，端环11、12和转子线棒13通过向将其铸造到形成在叠片组15的板中的槽17内的方式形成。如图2和3(以及图1)所示，纵向线棒13相对于转子10的纵向轴线(其基本与轴20重合)稍微偏斜，以使施加到叠片组15和轴20的转矩分布更加均匀。突出显示了一个回路14，以示出在交替的电磁周期的一部分期间电流可能流过的理论路径(notional path)(由箭头示出)。

接着结合图3参照图4A和4B，示出了包含用于垂直铸造鼠笼式转子10的模具100的工具配置。如在砂铸领域所公知的，与横浇道型芯/关闭型芯(shut off core)160相应的下模和与叠片组型芯150相应的上模限定了模具100(也称为模具组件)内的型腔的下部和上部，其中框架或相关外壳限定了相应的叠片组型芯150半边和浇口型芯140半边，叠片组型芯150半边和浇口型芯140半边在将熔融金属注入模具100时容纳型砂并向型砂提供支撑。横浇道型芯/关闭型芯160竖直地位于浇口型芯140和叠片组型芯150的下方，并用于将熔融金属引入模具100。型腔形成在位于叠片组15正上方和正下方的型芯150和140内，而砂芯都用独立的型芯盒(未示出)制成。型砂和树脂的混合物被吹入型芯盒，同时加入催化剂以硬化该混合物。从型芯盒中取出硬化的树脂型砂混合物，现在该树脂型砂混合物可用作砂芯以与其它砂芯一起构成用于铸造的模具100。在优选的形式中，叠片组型芯150和浇口型芯140都是砂型，但也可以由工具钢制成。叠片组15形成被放入模具100内并由型砂包围的模型的一部分。与一些牺牲模型的铸造技术(例如壳铸造、熔模铸造和其它形式的砂型铸造)不同，叠片组15成为最终产品的一部分。在上述示例中，用传统的型芯制造过程生产横浇道型芯/关闭型芯160和浇口型芯140(以及叠片组型芯150)，其中将横浇道型芯/关闭型芯160和浇口型芯140组装在一起。可以在叠片组座170中放置和使用对准销(未示出)以帮助叠片组在浇口型芯140上的设置。一旦叠片组15被放置在浇口型芯140上后，将叠片组型芯150放置在叠片组15上并且去除对准销(如果需要)。如上所述，砂芯是刚性的且在模具组件前形成，以使叠片组15可被放置在硬化的模具结构中。用于冒口柱110、横浇道120和关闭板135的通道形成在砂芯内以允许金属流入模具100，其中关闭板135位于作为横浇道型芯/关闭型芯160的一部分的狭槽130内。关闭板135可插入在狭槽130内以在模具100注满后选择地切断熔融金属流。

如图所示，冒口柱110是低压炉或泵系统180的一部分，低压炉或泵系统180从供应源190获取熔融的原料。可用炉或相关的热源195使金属原料的温度升高到足以将金属转化成熔融状态或将金属维持在熔融状态。横浇道型芯/关闭型芯160将供应源190流体地连接到浇口165，浇口165通常均设计具有特定位置和尺寸并与该部分连接。一旦准备好模具100以后，来自供应源190的熔融金属通过冒口柱110至横浇道120且通过位于浇口型芯140内的浇口165被注入到模具100。在一种结构中，叠片组15和用于形成端环11、12和线棒13的型腔位于浇口型芯140和叠片组型芯150之间。例如，其设置在中间；但是，上述设置不是本发明的必要部分，因为模具100可以在其它适合的位置分开。当熔融金属通过位于狭槽130内的关闭板135被注入时，它首先被引向低(即第一)端环型腔11，并且在该型腔被注满后，熔融金属开始向上被注入转子狭槽17以形成转子线棒13。因为狭槽17都同时被注满，所以熔融金属同时上升并进入上(即第二)端环型腔12。在该型腔注满后，关闭板135(型砂的或金属的)被插入关闭狭槽130内。这允许从炉的冒口柱110取下模具100。在泵系统的情况中，炉的冒口柱110可由电加热流槽管代替。

在注入的金属冷却到足以固化后，可以沿着浇口型芯140、叠片组型芯150和横浇道型芯/关闭型芯160将模具100分离，并且在去除型砂以露出铸造部件，可以用传统的分离技术(如锯或折断相对较薄的部位)将该铸造部件与横浇道120分离。如上所述，本领域技术人员应当理解，可以用本发明形成其它可替代的鼠笼式转子10的设计，例如具有与轴20的轴线严格对齐的线棒的转子、以及线棒具有未特别说明或描述的其它形状的转子。而且，虽然所示出和描述的方法是在垂直铸造的情况下实施的，应当理解，熔融金属可以以其它取向被注入模具100，而不脱离本发明的范围。例如，可以在第二端环型腔12的顶面向上添加的小孔形式的传统排气口(未示出)。

使用少量压力(象征性地示为通过由泵180提供)以促进熔融金属注入模具，但该压力要远小于传统铸造中所使用的压力。通过保持压力处于低水平，熔融金属被充分注入，同时维持基本无湍流的静流动的熔融金属流。该更低的压力可将注入时间从几分之一秒(例如，约十分之一秒)变为不超过二或三秒。一旦金属冷却以后，就形成了如图1所示的鼠笼式转子10。它可从模具100中取出。如上所述，在模具100被打开并取出铸造转子10时，各种牺牲熔融金属流动路径(如浇口165和横浇道120)可被机械地破坏，或者也可以通过锯或其它方式来取出铸造转子10。在另一实施方式中，必要的低压可由适当构造的底部注入提供。例如，当通过横浇道120和相关的熔融金属输送管道建立了足够的压头时，就可以不需要诸如泵180的附加的加压设备。

如上所述，将叠片组15组装入模具100。在从供应源190向模具内引入熔融金属之前，可将具有感应器把手50的感应加热杆55插入在叠片组15的各板中形成的用于最后固定轴20的中心空腔中。通过加热叠片组15，会产生足够的热量，以最小化熔融金属在通道中过早凝固的几率，这些通道在注入金属后将构成转子10的鼠笼部分。可将感应器杆55分成三部分55A、55B和55C，以沿着叠片组轴向提供变化的热量。上述该分段加热和温度梯度的情况下，能产生独立可控的三部分55A、55B和55C，从而调节热处理是可能的，这样做能帮助铸件定向凝固以改进坚固度。而且，可以操作感应加热杆55以在向模具100填注熔融金属的过程中保持加热。本领域技术人员应当理解，虽然象征地示出了三个独立的感应加热部分55A、55B和55C，但根据加热需要，也可以包括更多或更少的上述加热部分。

除了图4A中所示的砂基模具100以外，还可使用半永久的工具钢模具。在这种情况下，模具可以采用带涂层的工具钢结构，其中该涂层(其可以承受数次重复转子成型)用于隔离工具钢与熔融金属的直接接触。如上所述，当熔融金属基本上是纯铝时，它将有力地冲击其所接触的钢工具的部分。对于复杂的铸造几何形状和浇口/横浇道几何形状，可以在工具钢模具中引入砂芯以完成模具组件。

最后参照图5和6，示出了根据本发明制造的电动机1的车辆应用的示例和变速传动结构。汽车200可以采用混合推进源或相关的增程推进源，其中可以使用电动机1或传统的内燃机250。在一种方式中，内燃机250作为后备系统以延长电动机1的里程，而非机械地与车辆相连(如在传统汽车中常见的那样)，借此起到增程(而非真正的混合)动力源的功能。在上述情况下，当来自主电源(例如，成排的车载锂离子电池210，也称为电池组)的电流开始减少时，可用内燃机250通过发电机(未示出)产生电能，以根据电池210的需要和车轮的动力需要对电池210充电或直接运行电动机1。也可以在汽车200静止时通过将电池组插入普通的居用或商用的电源插座进行锂离子电池210的充电。

在另一方式中，可以使用两模式混合推进系统。在这种情况下，电动机1可与内燃机250协作，使得电动机1用于低速运行(例如，达到约10英里/小时)和再生制动，而内燃机250可被用于高速运行。如图6中所示，电力可变变速器300可以装配由本发明制造的电动机1。电力可变变速器300的一个主要优点是其能无级变化车辆发动机的速度，以此通过匹配最佳的速度和负载点来提高整个运行效率。变速器300也适于连续的再生制动，即另一效率提高的设计。通过使用输入分流式和混合分流式无级可变电力变速传动比范围和多个(例如，四个)固定的传动比，以及并行的电动机加速和再生制动，电力可变变速器300可以实现最大化应用。与图1的电动机1一样，电力可变变速器300包括转子310，其安装在轴320上并相对于固定的定子330旋转。如图所示，电力可变变速器300包括两个电动机301A和301B。轴320可以被可操作地与连接于内燃机250的驱动轴一起或可分离地连接于汽车200的驱动轴(未示出)。

虽然出于说明本发明的目的示出了某些代表性的示例和细节，但本领域技术人员应当明了在不脱离本发明范围的情况下可以进行各种变形，本发明的范围由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种制造用于电动机的鼠笼式转子的方法，所述方法包括：

形成围绕所述电动机的叠片组部分的模具；

加热所述叠片组；

将熔融金属引入所述模具内，使得所述熔融金属基本填满在所述叠片组内限定的空间，该空间对应于所述转子的鼠笼，加热后的所述叠片组具有足够的热量以将所述熔融金属保持基本熔融状态，直到形成大致鼠笼整体；

冷却所述熔融金属和所述叠片组，使得所述转子基本固化；和

从所述模具中取出基本固化的转子。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述形成围绕叠片组的模具包括用可流动的铸造介质基本包围所述叠片组。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述可流动的铸造介质包括型砂和粘结剂的混合物。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂的至少一种。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述形成围绕叠片组的模具包括用带涂层的钢工具基本包围所述叠片组。

6.如权利要求1所述的方法，其中在所述将熔融金属引入所述模具内期间，由于所述加热，所述叠片组的温度在约800华氏温度和约1200华氏温度之间。

7.如权利要求1所述的方法，其中在所述将熔融金属引入所述模具内期间所述加热持续进行。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述模具成形为使得在其中形成的限定所述鼠笼的型腔包括相对彼此轴向设置的一对端环和从所述一对端环的第一个端环延伸到所述一对端环的第二个端环的多个基本纵向的线棒，使得所述基本纵向的线棒和所述一对端环限定多个连续的电流回路。

9.一种铸造用于电动机的转子的方法，所述方法包括：

形成围绕叠片组的模具；

加热所述叠片组至足够量以使引入所述叠片组内的熔融金属保持基本熔融状态，至少直到基本上形成与所述叠片组协作的鼠笼整体；

对所述熔融金属加压至足够量以使其流过具有与形成在所述叠片组一端的第一端环基本相应的形状的型腔、形成在所述叠片组中的多个槽和具有与形成在所述叠片组相对端的第二端环基本相应的形状的型腔，使得所述熔融金属基本上填满两个型腔和所述多个槽，以在所述熔融金属固化时由鼠笼和所述叠片组一体形成所述转子；

冷却所述熔融金属和所述叠片组；和

从所述模具中取出所述转子。

10.一种将熔融铝浇铸到形成在用于电动机转子的叠片组中的多个槽内的方法，所述方法包括：

形成围绕叠片组的模具；

加热所述叠片组；

使至少所述叠片组的靠近所述多个槽的部分维持足够的温度以将所述熔融铝保持在所述熔融状态至少足够长的时间，以使所述熔融铝穿过所述多个槽；

向所述熔融铝施加足够的压力以迫使其通过所述多个槽；

使所述熔融铝流过所述多个槽；

冷却所述熔融铝和所述叠片组，使得它们一起协作将所述转子形成为一体成形的转子；和

从所述模具中取出所述转子。

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