CN103732335B - 用于制造电动机壳体件毛坯的方法和电动机壳体件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造电动机壳体件毛坯的方法，所述方法至少包括以下步骤：提供(10)铸模，所述铸模基本上呈现出电动机壳体件毛坯的外轮廓。在填入(16)轻质金属熔体之前，将由铸芯材料，尤其是由配有粘结剂的沙子或者盐制成的铸芯放入(14)铸模中。在此，所述铸芯(30)至少部分呈现出电动机壳体件毛坯中的冷却管路结构(28)。将轻质金属熔体填入(16)铸模中。将固化的电动机壳体件毛坯从铸模中取出(18)。可得到用于电动机的电动机壳体件(22)，所述电动机包括定子部分和转子部分，所述电动机壳体件(22)具有用于容纳电动机的内腔(24)和冷却管路结构(28)。通过浇铸冷却结构得到了一种实现良好热传递的电动机壳体件毛坯。以此方式，能够显著提高热量排出和电动机的效率。

Description

用于制造电动机壳体件毛坯的方法和电动机壳体件
技术领域
本发明涉及一种用于制造电动机壳体件毛坯的方法，其包括以下步骤：提供铸模，所述铸模基本上呈现出电动机壳体件毛坯的外轮廓，将轻质金属熔体填入铸模中，将固化的电动机壳体件毛坯从铸模中取出。本发明还涉及一种用于电动机的电动机壳体件，所述电动机包括定子部分和转子部分，所述电动机壳体件具有用于容纳电动机的内腔。
背景技术
机动车的驱动越来越多地通过特殊适配的电动机实现。在此，如果指的是机动车(尤其是纯电动车)的主驱动装置，则电动机通常处于持续运行中，因此优化地调整主驱动装置的温度具有中心意义，因为电动机效率主要受到温度变化的影响。这样使用的电动机一般为了调节温度的目的而具有借助冷却流体(优选冷却液)的冷却装置。导电的部件，如定子部分和转子部分，由冷却罩包围，冷却流体在冷却罩中流过冷却管路结构。
在用作机动车主驱动装置的电动机的实际实施形式中，设有冷却罩作为用于电动机壳体基本呈管状的内腔的插入元件，其中在组装状态下容纳有电动机的定子部分和转子部分。插入元件直接贴靠在管状内腔的内壁上。为了固定，它通常被压入。冷却罩分别具有按照某种设计方案的冷却管路结构。然而原则上，设计方案的变形可能性在其几何形状和/或拓扑学方面受到所使用的制造方法(如车削、铣削、挤压成形制造等)尤其关于结构的细节度、复杂度或者基本组的限制。由此，可实现的热量排出不能在优化措施范围内显著上升，并且因此电动机的效率不能提高超过上限。
在文献DE 10 2009 036 466A1中，除所述方式之外，用于机动车电驱动装置的冷却水罩的备选方案通过以下方式实现，即，通过在外部壳体内布置内部壳体形成中间腔，因此可以在所述中间腔内产生冷却水流。内部壳体和外部壳体通过多个板条相互支撑。
此外已经描述了如何能将冷却管路直接设置在电动机壳体件内的措施。例如在文献US 5,084,642中描述，在浇注的电动机壳体件内形成冷却管路，即，在电动机壳体件内开设通道状的钻孔或者凹处。
文献JP 8-19218A显示了位于电动机壳体内的冷却管路，具有流动导引元件、肋片等，从而可以提高冷却效率。
此外，在文献WO 97/44882A1中描述了一种用于电动机器的液体冷却装置，其使用电动机器壳体内的管。用通过注塑或者烧结制造的壳体在一道工序中通过以下方式制造冷却通道，即，在注塑或者烧结之前将管放入铸模中。为了实现冷却液体通过回纹形的管连接封闭地循环，电动机壳体的侧面被盖住。此外，还可设置由环形管构成的环形冷却通道，并且为了内部冷却电动机器，还可设置冷却肋片。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有较高冷却容量的冷却管路结构的电动机壳体。
该技术问题按本发明通过一种用于制造电动机壳体件毛坯的方法解决。所述方法包括以下步骤：提供铸模，所述铸模基本上呈现出电动机壳体件毛坯的外轮廓，将轻质金属熔体填入铸模中，将固化的电动机壳体件毛坯从铸模中取出，按照本发明，在填入轻质金属熔体之前，将由铸芯材料制成的铸芯放入铸模中，其中，所述铸芯至少部分呈现出电动机壳体件毛坯中的冷却管路结构，在将电动机壳体件毛坯从铸模中取出之后，从所述电动机壳体件毛坯中移除铸芯材料，提供具有冷却管路结构的铸芯，所述冷却管路结构具有多个均匀布置的分支点，从而在蜂窝结构中得到规则的冷却通道网，并且蜂窝形图案沿周向重复，以便使冷却流体尽可能均匀地分布，其中，在分支点处，多于两条路径汇集到一起，提供外壁，所述外壁定义出内腔，所述冷却管路结构布置在外壁中并且在整个周向上环绕内腔。
按照本发明的用于制造电动机壳体件毛坯的方法至少包括以下步骤，尤其按照这种直接或间接地，必要时通过其它步骤补充的顺序：提供铸模，所述铸模基本上呈现出电动机壳体件毛坯的外轮廓。在填入轻质金属熔体之前，将由铸芯材料制成的铸芯放入铸模中。在此，所述铸芯通过以下方式至少部分呈现出电动机壳体件毛坯中的冷却管路结构，尤其是相互连接或者相互流体连接的冷却管路结构，即，它占据铸模中的总体积内的一部分体积区域并且防止轻质金属熔体进入该体积区域内。将轻质金属熔体填入铸模中。将固化的电动机壳体件毛坯从铸模中取出。
通过浇铸可得到或者得到的构件通常至少首先称为电动机壳体件毛坯，而与是否还需其它加工步骤(尤其是精细加工)来得到电动机壳体件无关。电动机壳体件优选是机动车用作机动车主驱动装置的电动机的一部分。冷却管路尤其相互流体连接。冷却管路优选具有均匀的横截面。冷却流体(也称为冷却介质)可流动通过冷却管路。冷却管路结构尤其实现了冷却流体从至少一个入口到至少一个出口的封闭流动。所述结构也可称为图案、顺序、布置、关系或者组合。
浇铸优选可以在金属型铸造中进行，作为备选可以在压力铸造中进行。铸芯用于呈现或者获得处于待浇铸构件的待填充轻质金属熔体的体积中的空腔。铸芯是可摧毁的并且可以尤其是砂芯或者盐芯。换而言之，铸芯可以由配设有粘结剂的沙子或者盐构成。
在一组按照本发明方法的实施形式中，轻质金属熔体可以处于半固态或者半液态的状态(semi-solid状态)。换而言之，轻质金属熔体可以具有固体成分或者固相成分。轻质金属熔体可以浇铸为半固态的浇铸糊，尤其具有非树枝状的优选球状的固相成分。轻质金属熔体可以是流体，尤其是能流动的，液态的，糊状的，浆状的，面团状的或者膏状的。轻质金属熔体可以冷却到液相温度以下的某一温度。加工过的轻质金属熔体可以是触变性的。轻质金属熔体可以尤其在液相成分中具有球状的和/或非树枝状的固体，例如球形或者椭球形的固体。
在压力浇铸和/或在使用半固态的轻质金属熔体时需要注意，一方面铸芯具有相应的强度，以使其在浇铸轻质金属熔体不会受损，并且另一方面铸芯为了除芯而必须是可摧毁的，即强度必须是可减小的。
通过直接浇铸冷却结构，得到能够实现良好的热传递或者热交换的电动机壳体件毛坯。以此方式可以显著提高电动机的效率和热量排出。恒定的和/或最佳的冷却可以明显增长电动机的使用寿命。通过设置多个冷却管路，可以实现流过冷却管路的冷却流体与冷却管路的位置相应的分布。
按照本发明的方法能够特别灵活地适应于待制造的特定电动机壳体件毛坯的具体应用，因为可以在冷却管路结构的几何形状和/或拓扑学方面在较大的变型宽度范围内制造铸芯。特别有利的是，可以借助铸芯实现具有相对较高的细节化程度、较大的复杂性或者扩展的基本组件尤其是具有更大的拓扑学关系的结构。以此方式，实现了明显改善的冷却，在某些实施形式中甚至实现了最佳的冷却。
优选的是，在按照本发明的方法中，在将电动机壳体件毛坯从铸模中取出之后，从所述电动机壳体件毛坯中移除铸芯材料，尤其是沙材料或者盐材料。在取出后，得到的毛坯可简单地处理，尤其能够以简单的方式机械地去除铸芯的沙子或者通过溶解在溶剂(优选水)中去除铸芯的盐。为了将型砂连接为铸芯，可以使用有机的或者无机的芯粘接剂。优选无机的粘接剂，因为对环境造成的负担相对较小。
在一组按照本发明的方法的优选实施形式中，提供具有冷却管路结构的铸芯，所述冷却管路结构具有多个分支点。换而言之，冷却管路结构包括各个单独冷却管路的多个分支和通入口。在分支点处，多于两条路径，优选三条路径汇集到一起。换而言之，在分支点处存在(优选正好一条)第一路径向第二路径的至少一个分支或者通入口。以此方式可以有利地实现，冷却流体产生涡流地流过冷却管路。由于涡流作用使冷却流体混合，因此其热容量可以比层状流动的冷却流体(其边界层被加热)更好地得到使用。
此外特别有利的是，在按照本发明的方法中，将镁合金或者铝合金用作用于轻质金属熔体的轻质金属。具有这种组成成分的合金可以有利地加工并且以具体组成成分及其含量的函数具有为使用所需的材料参数，如强度。
与本发明相关地也提供用于电动机的电动机壳体件，所述电动机包括定子部分和转子部分，所述电动机壳体件具有用于容纳电动机的内腔。按照本发明的电动机壳体件具有冷却管路结构，尤其是相互连接的冷却管路结构。
电动机壳体件是电动机外壳的一部分。冷却管路结构可以尤其处于电动机壳体件的壁状部段中。具体地，冷却管路结构可以布置在按照本发明的电动机壳体件的外壁内。
按照本发明，以有利的方式提供一体冷却的电动机壳体件，因此待组装的单独部件的总数可以有利地随着安装过程的简化而减少。此外，相对组装获得了一种成本低廉的解决方案，实现了一种冷却式电动机壳体。也可以取消需要容纳在内腔中的插入式组件，因此原则上可以将电动机的尺寸设计得更小。此外由此可以节省重量，从而可以实现由电动机驱动的机动车的更大作用范围或者可达到的更大行驶动力。
在一组特别优选的实施形式中，电动机壳体件的冷却管路结构具有多个分支点。换而言之，冷却管路结构具有单独冷却管路的多个分支和通入口。以此方式可以有利地实现，冷却流体产生涡流地流过冷却管路。由于涡流作用使冷却流体混合，因此其热容量可以比层状流动的冷却流体(其边界层被加热)更好地得到使用。在实际中业已证明特别有利的是，至少一部分所述冷却管路布置在包含蜂窝形状的结构(也简称蜂窝结构)内或者布置在包含格栅的结构(也简称格栅结构，例如交错结构或者栅栏结构)内。
此外或者作为备选地，所述冷却管路结构至少部分地，优选完全地围绕所述电动机壳体件容纳电动机的内腔延伸。
在一组特别优选的实施形式中，具有一个或多个所述特征的电动机壳体件由电动机壳体件毛坯制成，所述电动机壳体件毛坯通过具有一个或多个所述步骤的方法制造。
在对于实际特别重要的应用中，按照本发明的电动机壳体件指的是用于机动车电动机的电动机壳体的一部分，所述电动机是机动车的主驱动装置。机动车可以是混合动力车辆或者(优选)是纯电动车辆，即不带内燃机的机动车。机动车优选是轮式车辆、无轨道的陆上交通工具、轿车和/或商用车。
附图说明
本发明的其它优点和有利的实施形式与扩展设计根据以下参照附图的说明描述。在附图中：
图1示出按照本发明的用于制造电动机壳体件毛坯的方法的一种特别优选的实施形式的流程图；
图2示出用于呈现电动机壳体件内的冷却管路结构的铸芯的一种优选实施形式；并且。
图3示出具有浇铸的冷却管路结构的按照本发明的电动机壳体件的一种优选实施形式的视图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的用于制造电动机壳体件毛坯的方法的一种特别优选的实施形式的流程图。在第一步骤10中，提供用于金属型铸造的铸模。所述铸模具有基本上呈现出电动机壳体件毛坯的外轮廓的造型。在步骤12中，提供由通过无机粘结剂固化的沙子制成的铸芯，并且在下一步骤14中将铸芯置入铸模中，其中，铸芯按照本发明呈现出电动机壳体件毛坯内的具有多个分支点的冷却管路结构(也可参见关于图2的描述部分)。在下一步骤16中，将轻质金属熔体(在此例如是合金AlSi10Mg)填入铸模中。当轻质金属熔体在铸模中充分固化之后，在步骤18中将电动机壳体件毛坯从铸模中取出。接着在步骤20中，通过摆动和摇晃机械地将沙子即铸芯材料从电动机壳体件毛坯中去除，即所谓的除芯。必要时再在下一步骤中对电动机壳体件毛坯进行精细加工，从而使制成的电动机壳体件毛坯可供组装使用。
图2示出铸芯30的一种实施形式，其在电动机壳体件22的浇铸体积内为冷却管路结构28留出空间(也可参见关于图3的描述部分)。冷却管路结构28包括均匀布置的分支点34，从而在蜂窝结构32中得到规则的冷却通道网。换而言之，蜂窝形图案沿周向重复，以便使冷却流体尽可能均匀地分布。冷却管路结构在整个周向上基本上呈管状地延伸。蜂窝的各个相邻的列彼此错开地布置，而蜂窝的每两个相邻列沿周向重复地布置。通过蜂窝结构，形成冷却流体良好的漩涡。涡流导致相对更好的热传递。同时实现了尽可能小的压力损失，最大限制在50mbar。此外，铸芯附加地包括具有长方六面体形分配管路的入口36和在该视图中被挡住的具有长方六面体形汇集管路的出口38。
按本发明使用的铸芯具有在浇铸过程中也形状稳定的结构。作为铸芯材料优选使用无机连接的沙子，因此在浇铸过程中只排放出较少的气味难闻的气体。铸芯的具体造型不仅针对冷却管路之后的应用进行优化，而且同时也设计为，使得能够在浇铸后毫无问题地并且残留物最少地，优选无残留物地去除铸芯材料(除芯)。
图3示出具有浇铸的冷却管路结构28的按照本发明的电动机壳体件22的一种优选实施形式的视图，其中，在图3右侧示出的管状部分剖开地表示。作为用于电动机壳体件22的材料使用合金AlSi10Mg。电动机壳体件22具有剖开表示的外壁26，所述外壁定义出内腔24。在外壁26中具有冷却管路结构28。所述结构在整个周向上环绕内腔24，因此冷却剂可以围绕360度的完整角环绕冲洗冷却需要容纳在内腔24内的电动机。在组装时，将在此未示出的电动机定子部分压入内腔24内，从而可以实现从定子部分到外壁26并且因此向冷却管路结构28的较大热传递。外壁26的具体高度与定子的长度有关。
附图标记清单
10提供铸模的步骤
12提供铸芯的步骤
14放入铸芯的步骤
16填入轻质金属熔体的步骤
18从铸模中取出的步骤
20去除铸芯材料的步骤
22电动机壳体部件
24内腔
26外壁
28冷却管路结构
30铸芯
32蜂窝状结构
34分支点
36入口
38出口

Claims (5)

1.一种用于制造电动机壳体件毛坯的方法，包括以下步骤：
提供铸模，所述铸模基本上呈现出电动机壳体件毛坯的外轮廓，
将轻质金属熔体填入铸模中，
将固化的电动机壳体件毛坯从铸模中取出，
其特征在于，
在填入轻质金属熔体之前，将由铸芯材料制成的铸芯(30)放入铸模中，其中，所述铸芯(30)至少部分呈现出电动机壳体件毛坯中的冷却管路结构(28)，
在将电动机壳体件毛坯从铸模中取出之后，从所述电动机壳体件毛坯中移除铸芯材料，
提供具有冷却管路结构(28)的铸芯，所述冷却管路结构(28)具有多个均匀布置的分支点(34)，从而在蜂窝结构(32)中得到规则的冷却通道网，并且
蜂窝形图案沿周向重复，以便使冷却流体尽可能均匀地分布，
其中，在分支点处，多于两条路径汇集到一起，
提供外壁(26)，所述外壁定义出内腔(24)，所述冷却管路结构(28)布置在外壁(26)中并且在整个周向上环绕内腔(24)。
2.按权利要求1所述的用于制造电动机壳体件毛坯的方法，其特征在于，将镁合金或者铝合金用作用于轻质金属熔体的轻质金属。
3.一种用于电动机的电动机壳体件(22)，所述电动机包括定子部分和转子部分，所述电动机壳体件(22)具有用于容纳电动机的内腔(24)，其特征在于，设有冷却管路结构(28)，其中，所述冷却管路结构布置在电动机壳体件(22)的定义出内腔(24)的外壁(26)内，其中，所述冷却管路结构(28)具有多个均匀布置的分支点(34)，并且其中，至少一部分所述冷却管路布置在蜂窝结构(32)内，从而在蜂窝结构(32)中得到规则的冷却通道网，并且其中，蜂窝形图案沿周向重复，以便使冷却流体尽可能均匀地分布，并且其中，在分支点处，多于两条路径汇集到一起，其中，所述冷却管路结构(28)在整个周向上环绕内腔(24)。
4.按权利要求3所述的电动机壳体件(22)，其特征在于，所述冷却管路结构(28)至少部分围绕所述电动机壳体件(22)容纳电动机的内腔(24)延伸。
5.按权利要求3或4所述的电动机壳体件(22)，所述电动机壳体件由电动机壳体件毛坯制成，其特征在于，所述电动机壳体件毛坯通过按照权利要求1或2所述的方法制造。
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