CN104539090A - 一种纯电动车用电机机壳及其制造方法 - Google Patents

一种纯电动车用电机机壳及其制造方法 Download PDF

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金建平
丁亚红
韩军
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Abstract

本发明涉及一种纯电动车用电机机壳及其制造方法，包括冷却水管和不锈钢支撑管，所述的不锈钢支撑管的外侧绕着圆周均布有冷却水管，所述的不锈钢支撑管的内侧壁与电机的定子紧密接触，所述的不锈钢支撑管的外侧面铺设有将冷却水管包裹覆盖的金属主体层，所述的冷却水管的一端为进水口，另一端为出水口，该电机机壳的制造采用低压压铸方式。本发明机壳具有散热效果好，强度高，制造工艺简单可靠，适合较大型电动车用电机。

Description

一种纯电动车用电机机壳及其制造方法
技术领域
本发明涉及电机机壳领域，特别是涉及一种纯电动车用电机机壳及其制造方法。
背景技术
随着国家大力推动新能源汽车的发展，新能源汽车尤其是纯电动汽车已经在各行各业进行应用，如公共交通、机场内部运输等等，纯电动汽车的动力总成中，最重要的是电动机，在一些大型车辆如大客车的结构中，对电动机的要求很高的，其电动机的体积大，往往电动机的机壳尺寸有600mm左右的长度，这就导致了电动机机壳的自身质量以及其承受的质量都是非常大，现有的电动机的机壳多是采用一定厚度的金属材料制成，机壳内部还穿有冷却水管或者开有冷却流道，而且金属机壳多是采用铸造的方式成型，其内部密度不是很高，在没有加强结构的情况下，机壳的强度很难满足使用要求。
另外，现有的电机机壳中的冷却水管或者冷却流道多是布置在电机机壳的侧壁中部，离电机内部的定子和转子的距离很远，散热冷却效果不好，在大型电动机的长时间运行过程中会造成散热效果达不到要求，从而影响电动机的正常使用。
从生产工艺上来说，铸造工艺已经不能满足大型电动汽车用电机的强度要求，必须改变工艺来提高电机机壳的强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动车用电机机壳及其制造方法，机壳具有散热效果好，强度高，制造工艺简单可靠，适合较大型电动车用电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纯电动车用电机机壳，包括冷却水管和不锈钢支撑管，所述的不锈钢支撑管的外侧绕着圆周均布有冷却水管，所述的不锈钢支撑管的内侧壁与电机的定子紧密接触，所述的不锈钢支撑管的外侧面铺设有将冷却水管包裹覆盖的金属主体层，所述的冷却水管的一端为进水口，另一端为出水口。
作为本发明的一种补充，所述的不锈钢支撑管的外侧壁均匀布置有若干条冷却水管，相邻的冷却水管之间过渡相连排列布满整个不锈钢支撑管的外侧壁，相邻的冷却水管之间的区域填充有将冷却水管覆盖的金属主体层。
作为本发明的一种优选，所述的冷却水管沿着不锈钢支撑管轴向布置覆盖不锈钢支撑管的外侧面的结构为环形或轴向S形或螺旋形，环形结构的散热接触面积大，散热效果较好，可以作为优选；轴向S形结构适用于长径比大于3的电机机壳。
冷却水管与不锈钢支撑管是紧密相连，两者之间传热性能很好，加上金属主体层将冷却水管包裹覆盖，热量能快速在不锈钢支撑管、冷却水管和金属主体层之间传导。
上述机壳是采用低压压铸的工艺生产，低压压铸超过高压压铸的最大优点是孔隙率降低.特别是壁厚部分，孔隙率低能大大提高金属主体层的强度，因为模具中没有流道,冒口或浇口,所以压铸生产的效率是90～95％，很少有残渣碎屑需要再熔化,这样就节约了熔化金属所需燃料的成本；模具寿命比金属型铸造的模寿命长,且模具成本比高压压铸的成本低；低压压铸比高压压铸有更多的合金选择余地。由于使用的是热处理合金,且减小了空气的夹带量,因此可以改善机械特征。
上述机壳的制造步骤如下：
(a)将冷却水管与不锈钢支撑管组装后放置在压铸模具模腔的中心，模具模腔的两端通过盖板封口，盖板封口的压力为F1；
(b)压铸模具一侧的坩埚或熔炉中放置有熔化的金属，当给坩埚或熔炉施加气压F2时,坩埚或熔炉排出熔化金属并使熔化金属沿着管道向上运行并进入模腔，填充到不锈钢支撑管与模腔的内侧壁之间的空间中，形成金属主体层；
(c)待熔化的金属充满整个模腔后，冷却模具，待模腔中的金属主体层冷却固化后将两端的盖板取下，将制造完成的电机机壳取下，进行去毛刺。
作为对上述制造步骤的补充，所述的坩埚或熔炉为绝热结构并加压密封，绝热可以保证坩埚或熔炉中的熔化的金属不会固化，加压密封使坩埚或熔炉施加气压的时候不会漏气。
进一步的，所述的盖板封口的压力F1大于坩埚或熔炉内施加气压的F2。
作为对上述制造步骤的补充，所述的步骤(c)冷却过程模腔的非进料端开始冷却,最后到达进料的一端,一旦铸件开始冷却,那么通过松弛坩埚或熔炉中的空气压力的方法就把不需要的金属返回到了坩埚或熔炉之中，能有效防止冷却的时候使进料管中的金属固化造成损坏，在冷却固化到进料端的时候才撤掉空气压力是为了防止进入到模腔中的还没有固化的金属回流到坩埚或熔炉中，冷却的位置和顺序通过模具中的冷却系统控制。
进一步的，所述的盖板的内侧壁的中部有与不锈钢支撑管相配的凸台，用于将不锈钢支撑管固定在模腔的中央，防止不锈钢支撑管位移，如果遇到需要成型不同厚度的金属主体层，则不需要更换模具，只需要更换相对应的盖板即可。
有益效果
本发明涉及一种纯电动车用电机机壳及其制造方法，机壳结构简单，具有以下优点：(1)在原来的机壳上增加了不锈钢支撑管，大大提高了机壳的整体强度；(2)使用三种不同的冷却水管布置方式与不锈钢支撑管相连，适用于不同类型的电机；(3)不锈钢支撑管与内部的电机定子直接接触，缩短了冷却水管与电机定子之间的距离，有利于热量的传递，散热效果好；(4)制造方法摒弃了原来传统的铸造工艺，采用成本更低，操作更加方便的压铸工艺，增加了机壳金属材料的密度，提高了机壳的强度，适用于大型电动车用电机,铝压铸强度高，重量轻，降低整机重量，提高整机能效。
附图说明
图1是本发明的一种结构的示意图；
图2是本发明的制造工艺示意图；
图3是本发明的另一种结构的示意图；
图4是本发明的还有一种结构的示意图；
图5是本发明的侧视半剖结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种纯电动车用电机机壳及其制造方法，电机机壳的结构包括冷却水管1和不锈钢支撑管2，其特征在于，所述的不锈钢支撑管2的外侧绕着圆周均布有冷却水管1，所述的不锈钢支撑管2的内侧壁与电机的定子紧密接触，所述的不锈钢支撑管2的外侧面铺设有将冷却水管1包裹覆盖的金属主体层7，所述的冷却水管1的一端为进水口，另一端为出水口。
如图1所示，作为机壳的第一种实施例，所述的冷却水管1沿着不锈钢支撑管的圆周布置成连续的环形结构，这种冷却水管1的结构定义为环形水套结构。
如图3所示，作为机壳的第二种实施例，所述的冷却水管1沿着不锈钢支撑管的轴向布置覆盖不锈钢支撑管的外侧面，这种方式的冷却水管1适用于长径比大于3的机壳，这种结构定义为轴向水套结构。
如图4所示，作为机壳的第三种实施例，所述的冷却水管1呈螺旋形缠绕在不锈钢支撑管2的外圆侧壁上，冷却水管1的进水口和出水口分别布置在不锈钢支撑管2的两侧，这种结构定义为螺旋形水套结构。
水头损失，是指单位重量的水或其他液体在流动过程中因克服水流阻力作功而损失的机械能，具有长度因次。
比较上述三种水套结构的水头损失，详见表一：
表一：各水套水头损失流体速度分析
水套类型 环形水套 轴向水套 螺旋形水套
水头损失/m 33.5852 37.7702 26.826
可见，轴向水套的水头损失最高，环形水套适中，螺旋形水套的水头损失最低，冷却水通过轴向水套中所需要的动力更大，这就需要配套扬程更大一些的水泵。
接下来对比上述三个水套结构的平均对流传热系数和接触面积，可以对电机机壳的散热效果进行直接反应，详见表二：
表二：水套平均对流传热系数和接触面积温度场分析
结果分析：螺旋水套流阻较小，水流速度较快，具有较高的对流换热系数，因此具有较好的散热效果，但其端部温升较高，轴向温度分布波动大。环形水套虽对流换热系数小于螺旋水套，但水套与水接触面积最大，因此总体散热效果要比螺旋水套好。轴向水套由于流阻大，对流换热系数小，因此冷却效果最差。当电机结构细长，需考虑轴向温度梯度不易过大时，轴向冷却结构具有一定优势。
如图2所示，上述三种机壳结构都可以用低压压铸的工艺来制造，具体的制造过程如下：a、将冷却水管1与不锈钢支撑管2组装后放置在压铸模具3的模腔的中心，模具模腔的两端通过盖板6封口；b、压铸模具3一侧的坩埚或熔炉5中放置有熔化的金属，当给坩埚或熔炉5施加气压时,坩埚或熔炉5排出熔化金属并使熔化金属沿着管道向上运行并进入模腔，填充到不锈钢支撑管2与模腔的内侧壁之间的空间中；c、待熔化的金属充满整个模腔后，冷却模具，待模腔中的金属主体层冷却固化后将两端的盖板6取下，将制造完成的电机机壳取下，进行去毛刺。
所述的坩埚或熔炉5为绝热结构并加压密封，绝热可以保证坩埚或熔炉5中的熔化的金属不会固化，加压密封使坩埚或熔炉5施加气压的时候不会漏气。
作为上述制造工艺的另一种实施例，所述的步骤c冷却过程模腔的非进料端开始冷却,最后到达进料的一端,一旦铸件开始冷却,那么通过松弛坩埚或熔炉5中的空气压力的方法就把不需要的金属返回到了坩埚或熔炉之中，能有效防止冷却的时候使进料管中的金属固化造成损坏，在冷却固化到进料端的时候才撤掉空气压力是为了防止进入到模腔中的还没有固化的金属回流到坩埚或熔炉中，冷却的位置和顺序通过模具3中的冷却系统控制。
所述的盖板6的内侧壁的中部有与不锈钢支撑管2相配的凸台4，用于将不锈钢支撑管2固定在模腔的中央，防止不锈钢支撑管2位移，如果遇到需要成型不同厚度的金属主体层，则不需要更换模具，只需要更换相对应的盖板即可，具有良好的通用性，降低成本。
本发明的机壳在原来的机壳上增加了不锈钢支撑管，大大提高了机壳的整体强度；使用三种不同的冷却水管布置方式与不锈钢支撑管相连，适用于不同类型的电机；不锈钢支撑管与内部的电机定子直接接触，缩短了冷却水管与电机定子之间的距离，有利于热量的传递，散热效果好；制造方法摒弃了原来传统的铸造工艺，采用成本更低，操作更加方便的压铸工艺，增加了机壳金属材料的密度，提高了机壳的强度。

Claims (8)

1.一种纯电动车用电机机壳，包括冷却水管(1)和不锈钢支撑管(2)，其特征在于，所述的不锈钢支撑管(2)的外侧绕着圆周均布有冷却水管(1)，所述的不锈钢支撑管(2)的内侧壁与电机的定子紧密接触，所述的不锈钢支撑管(2)的外侧面铺设有将冷却水管(1)包裹覆盖的金属主体层(7)，所述的冷却水管(1)的一端为进水口，另一端为出水口。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动车用电机机壳，其特征在于：所述的不锈钢支撑管(2)的外侧壁均匀布置有若干条冷却水管(1)，相邻的冷却水管(1)之间过渡相连排列布满整个不锈钢支撑管(2)的外侧壁，相邻的冷却水管(1)之间的区域填充有将冷却水管(1)覆盖的金属主体层(7)。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动车用电机机壳，其特征在于：所述的冷却水管(1)沿着不锈钢支撑管(2)轴向布置覆盖不锈钢支撑管(2)的外侧面的结构为环形或轴向S形或螺旋形。
4.一种如权利要求1所述的电机机壳的制造方法，具体步骤如下：
(a)将冷却水管(1)与不锈钢支撑管(2)组装后放置在压铸模具模腔的中心，模具模腔的两端通过盖板封口,盖板封口的压力为F1；
(b)压铸模具一侧的坩埚或熔炉中放置有熔化的金属，当给坩埚或熔炉施加气压F2时,坩埚或熔炉排出熔化金属并使熔化金属沿着管道向上运行并进入模腔，填充到不锈钢支撑管(2)与模腔的内侧壁之间的空间中，形成金属主体层(7)；
(c)待熔化的金属充满整个模腔后，冷却模具，待模腔中的金属主体层冷却固化后将两端的盖板取下，将制造完成的电机机壳取下，进行去毛刺。
5.根据权利要求4所述的一种电机机壳的制造方法，其特征在于：所述的坩埚或熔炉为绝热结构并加压密封。
6.根据权利要求4所述的一种电机机壳的制造方法，其特征在于：所述的步骤(c)冷却过程模腔的非进料端开始冷却,最后到达进料的一端,一旦铸件开始冷却,那么通过松弛坩埚或熔炉中的空气压力的方法就把不需要的金属返回到了坩埚或熔炉之中。
7.根据权利要求4所述的一种电机机壳的制造方法，其特征在于：所述的盖板的内侧壁的中部有与不锈钢支撑管(2)相配的凸台，用于将不锈钢支撑管(2)固定在模腔的中央。
8.根据权利要求4所述的一种电机机壳的制造方法，其特征在于：所述的盖板封口的压力F1大于坩埚或熔炉内施加气压的F2。
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