CN105680608A - 水冷管、电机外壳及其制造方法 - Google Patents

水冷管、电机外壳及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水冷管、电机外壳及其制造方法。电机外壳包括外壳本体和设于外壳本体内的水冷管，水冷管具有两端口，外壳本体具有一进口以及一出口，水冷管的两端口分别设于进口和出口处，水冷管为螺旋形并由铜材料制成，水冷管的每圈铜管之间设有至少一支撑体。电机外壳的制造方法包括以下步骤：(1)将螺旋形水冷管安装入左、右金属模具之间；(2)将所述水冷管预热至300～350摄氏度；(3)将铝加热至700～850摄氏度，然后加入6.5％～7.5％的Si、0.2％～0.4％的Mg和0.03％～0.07％的La，得到熔融铝合金；(4)将所述熔融铝合金充入左右金属模具的型腔之间，浇注温度为700～720摄氏度；(5)待熔融铝合金硬化后，左右模分离，得到电机外壳毛坯；(6)采用人工时效处理所述电机外壳毛坯。

Description

水冷管、电机外壳及其制造方法
技术领域
本发明涉及电机配件领域，尤其涉及水冷管、电机外壳以及电机外壳的制造方法。
背景技术
当今国内大部分电机均采用风冷散热技术，风冷散热存在散热性能差、易损、散热片容易积灰和使用寿命短的问题，在恶劣环境中使用更是如此。对于大型电动车、混合动力车、发电机、矿山电机等恶劣条件下工作的电机，水冷电机则是首选。而国内水冷电机外壳均为铝合金砂芯铸造的一体式电机外壳，由于在铸造时容易产生气孔和其他缺陷，从而一体式电机外壳的产品存在着良品率低、漏水、使用寿命短等严重问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于冷却电机的水冷管，该水冷管结构稳定，适合与电机的外壳铸造为一体。
本发明的另一个目的在于提供一种电机外壳，该外壳可对电机进行水冷，且该外壳使用寿命长、生产良品率高，使用时不易出现漏水现象。
本发明的另一个目的在于提供一种电机外壳的制造方法，该方法加工得到的电机外壳可对电机进行水冷，其使用寿命长，良品率高。
为达到以上目的，本发明提供一种水冷管，所述水冷管适于设置在一电机的外壳内，从而对所述电机进行水冷，所述水冷管为螺旋形并由铜材料制成，所述水冷管的每圈铜管之间设有至少一支撑体，所述支撑体用于将相邻两圈管之间的距离固定。
优选地，所述水冷管的每圈铜管之间设有两支撑体，同一圈的两所述支撑体处于相对的两侧，在竖直方向相邻的两所述支撑体相互错开。
优选地，所述支撑体通过焊接形成于所述水冷管相邻的铜管之间。
优选地，所述水冷管通过以下方法制备：
(1)将铜管的一端绕在一滚轴上，围绕所述滚轴螺旋弯曲所述铜管；
(2)在弯曲所述铜管的同时，将第一圈的铜管与第二圈的铜管相邻的两点焊接，从而形成第一个支撑体；
(3)将铜管绕过185度，焊接形成第二个支撑体；
(4)将铜管绕过180度，焊接形成第三个支撑体；
(5)将铜管绕过175度，焊接形成第四个支撑体；
(6)将铜管绕过180度，焊接形成第五个支撑体；
(7)循环重复步骤(3)-(6)，直到铜管绕到需要的高度为止。
本发明还提供一种电机外壳，包括外壳本体和水冷管，所述水冷管设于所述外壳本体内，所述水冷管具有两端口，所述外壳本体具有一进口以及一出口，所述水冷管的两端口分别设于所述进口和所述出口处，所述水冷管为螺旋形并由铜材料制成，所述水冷管的每圈铜管之间设有至少一支撑体，所述支撑体用于将相邻两圈管之间的距离固定。
优选地，所述电机外壳还包括两接头套和两接头螺母，两所述接头套分别套设于所述水冷管的端口，通过所述水冷管的喇叭状端口保持在所述进口与所述出口处，所述接头螺母套设于所述接头套外，并通过所述接头套保持在所述进口和所述出口处。
本发明还提供一种电机外壳的制造方法，包括以下步骤：
(1)将螺旋形水冷管安装入左、右金属模具之间；
(2)将所述水冷管预热至300～350摄氏度；
(3)将铝加热至700～850摄氏度，然后加入6.5％～7.5％的Si、0.2％～0.4％的Mg和0.03％～0.07％的La，得到熔融铝合金；
(4)将所述熔融铝合金充入左右金属模具的型腔之间，浇注温度为700～720摄氏度；
(5)待熔融铝合金硬化后，左右模分离，得到电机外壳毛坯；
(6)采用人工时效处理所述电机外壳毛坯。
优选地，步骤(6)之后还包括以下步骤：将所述接头套与所述接头螺母套在所述水冷管的两端，并装入所述电机外壳的预留位置，所述接头套与所述水冷管的端口之间、所述接头螺母与所述接头套之间设置橡胶圈，将所述水冷管两端多余的部分切除，用模具在所述水冷管的两端口处冲出喇叭口，使喇叭状的端口压紧所述接头套，同时所述接头套将所述接头螺母压紧。
本发明提供的电机外壳其散热性能远远大于风冷电机外壳，此外本发明的电机外壳与现有的一体式水冷电机外壳相比，虽然在散热性能上稍逊一筹，但是本发明的水冷电机外壳的散热性能已能够满足绝大部分电机的散热需求，而且本发明的电机外壳的使用寿命高、维护方便，其良品率的提高可以称得上是质的飞跃。
本发明提供的水冷管通过设置支撑体，既保证了水冷管在加工过程中的形状稳定性，也保证了电机外壳加工时的良品率，从而使得本发明的水冷管适于与外壳本体铸造为一体，并在一定程度上保证了电机外壳的良品率。
附图说明
图1A-1D是根据本发明的电机外壳的一个优选实施例的示意图，图1A为立体示意图，图1B为俯视图，图1C为正视图，图1D为左视图。
图2是根据本发明的电机外壳的一个优选实施例的竖直剖视图。
图3是根据本发明的电机外壳的一个优选实施例的水平剖视图以及局部放大图。
图4是根据本发明的水冷管、接头套和接头螺母的一个优选实施例的示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
如图1-4所示，本发明的一种水冷电机外壳包括一外壳本体1、一螺旋形的水冷管2、两接头套3、两接头螺母4。
外壳本体1的材料为铝硅系合金，含硅量为4％～13％，此外还含有0.2％～0.6％的镁以及少量的稀土元素，这种合金有良好的铸造性能和耐磨性能，热膨胀系数小。
水冷管2设置在外壳本体1内。优选地，如图2所示，水冷管2的内侧到外壳本体1的内壁之间的距离L1为0.5～1倍的水冷管2的厚度，水冷管2的外侧到外壳本体1的外壁之间的距离L2为1～1.5倍的水冷管2的外径。通过合理设计水冷管2到内壁和外壁的距离，有利于在保证散热性能的同时，保证电机外壳整体的结构稳定性。
水冷管2具有两端口，适于进出水。外壳本体1具有一进口11以及一出口12，水冷管2的两端口分别设于进口11和出口12处。如图3的局部放大图所示，两接头套3分别套设于水冷管2的端口，并通过水冷管2的喇叭状端口保持在进口11与出口12处。接头螺母4套设于接头套3外，并通过接头套3保持在进口11和出口12处，接头螺母4适于与外部管道的端口螺纹连接。
水冷管2由铜材料制成，具体的，水冷管2由紫铜管弯曲而成。选择水冷管2的外径时，需要根据待安装的电机的外径来确定。优选地，水冷管2的外径d为待安装的电机外径的1/40并取整。如果需要更强的散热性能时，可适当加大水冷管2的外径，但不宜超过待安装电机外径的1/30。水冷管2的壁厚不小于1mm，壁厚过小会导致后续的铸造工序中水冷管2变形与开裂。水冷管2的螺距I为水冷管2外径d的2～2.5倍，也即I的取值范围为2d～2.5d。螺距I的取值过小会导致电机外壳的强度降低，过大则会导致散热效率下降和弯曲铜管时的焊接不便。水冷管2的高度为电机外壳高度的75％～80％。
如图4所示，水冷管2的每圈铜管之间设有至少一支撑体21，支撑体21将上下两圈管之间的距离固定，避免了水冷管2在后续的加工过程中发生变形。优选地，各支撑体21在竖直方向上互相错开，从而提高了水冷管2的结构稳定性。进一步优选地，各支撑体21分布在水冷管2相对的两侧，每一侧的支撑体21在竖直方向上相互错开，换句话说，水冷管2的每圈铜管之间设有两支撑体21，同一圈铜管上的两支撑体21处于方向相反的两侧，并且在竖直方向相邻的两支撑体21相互错开，避免处于同一直线上，这样有利于提高水冷管2的结构稳定性。另外，各支撑体21的长度一致，从而保证了水冷管2每圈的螺距相等。
优选地，支撑体21通过焊接形成于水冷管2的两圈铜管之间。
水冷管2可通过以下方法加工：
(1)将铜管的一端绕在一滚轴上，围绕所述滚轴螺旋弯曲所述铜管；
(2)在弯曲所述铜管的同时，将第一圈的铜管与第二圈的铜管相邻的两点焊接，从而形成第一个支撑体；
(3)将铜管绕过185度，焊接上下两圈铜管形成第二个支撑体；
(4)将铜管绕过180度，焊接上下两圈铜管形成第三个支撑体；
(5)将铜管绕过175度，焊接上下两圈铜管形成第四个支撑体；
(6)将铜管绕过180度，焊接上下两圈铜管形成第五个支撑体；
(7)循环重复步骤(3)-(6)，直到铜管绕到需要的高度为止。
优选地，在步骤(1)中，将所述铜管绕在所述滚轴上时，所述铜管的端部留出80mm～150mm的直管，最后缠绕完成时，在所述铜管的另一端部留出80mm～150mm的直管，所述铜管两端的直管作为进水口和出水口。
采用边绕边焊接的方法加工水冷管2可以避免后面的铜管弯曲时，已经弯曲的部分发生变形。此外，将水冷管2的各圈铜管通过焊接固定后，还可以避免在后续的浇注过程中，铜管发生变形。
所述电机外壳铸造为一整体，通过将熔融的铝合金注入设有水冷管2的模具内，脱模并后处理即得到所述电机水冷外壳。
为了减少铸造时产生气孔等缺陷，本发明并未采用传统的砂芯铸造来制备电机外壳，而是利用金属模具进行铸造。根据电机外壳的外形设置分型面，进而制成整体结构的左模和右模，左右模可通过数控机床进行加工。铸造制得的电机外壳的上部和下部留有一定的加工余量，便于后续对电机外壳进行更精确的加工。金属模具的脱模斜度为1～2度。
先将左右模具安装在辅助设备上，然后将水冷管2装入左右模具之间，保证水冷管2的每圈铜管之间的距离相同，同时保证水冷管2的每圈铜管到左模具内壁的距离相同、到右模具内壁的距离也相同，通过辅助设备将水冷管2、左模、右模保持在固定的位置。此外，水冷管2的两端装入辅助设备内壁的孔中，并且用少量型砂堵住，以防止铸造时熔融金属液流入铜管。
在浇注之前，将水冷管2预热至300～350摄氏度，对水冷管2进行预热可以防止熔融的金属充入时瞬时温差过大导致铜管开裂、焊点开裂等问题。
准备熔融铝合金时，先将铝加热至700～850摄氏度，然后加入6.5％～7.5％的Si、0.2％～0.4％的Mg和0.03％～0.07％的La，保温一段时间。在铝合金中加入稀土元素对精炼效果有促进作用，稀土元素还可以改善夹杂物形态、净化晶界。本发明中，模具内水冷管2的存在使得铸型的形状变得复杂，充型难度大，因此通过添加稀土元素来提高熔体流动性、降低粘度，另外这样也有利于夹杂物和气体的排除。稀土元素对铝合金还有变质作用。铸造Al-Si合金中Si相在自然生长条件下会长成块状或片状的脆性相，这会严重割裂基体，降低合金的强度和塑性，因而需要将Si相改变成有利的形态，而变质处理可以使共晶Si由粗大的片状变成细小纤维状或层片状，从而提高了合金性能。
准备工序完成后，将熔融的铝合金充入模具的型腔内，浇注温度为700～720摄氏度。
待熔融铝合金硬化后，左右模分离，撤出固定模具的辅助设备，得到电机外壳的毛坯。
考虑到电机外壳的壁厚较薄，采用人工时效(T6)来增加电机外壳的机械性能。
时效处理后，将电机外壳的上下端面铣平至需要的高度。
最后，将接头套3与接头螺母4套在水冷管2的两端，并装入电机外壳的预留位置，接头套3与端口之间、接头螺母4与接头套3之间设有橡胶圈，用于密封防水，然后将水冷管2两端多余的部分切除，用模具在水冷管2的两端口处冲出喇叭口，使喇叭状的端口压紧接头套3，同时接头套3将接头螺母4压紧，如图3所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种水冷管，所述水冷管适于设置在一电机的外壳内，以对所述电机进行水冷，其特征在于，所述水冷管为螺旋形、并由铜材料制成，所述水冷管的每圈铜管之间设有至少一支撑体。
2.根据权利要求1所述的水冷管，其特征在于，所述支撑体通过焊接形成于所述水冷管相邻的铜管之间。
3.根据权利要求2所述的水冷管，其特征在于，所述水冷管的每圈铜管之间设有两支撑体，同一圈的两所述支撑体处于相对的两侧，在竖直方向相邻的两所述支撑体相互错开。
4.根据权利要求3所述的水冷管，其特征在于，通过以下步骤制得：
(1)将铜管的一端绕在一滚轴上，围绕所述滚轴螺旋弯曲所述铜管；
(2)在弯曲所述铜管的同时，将第一圈的铜管与第二圈的铜管相邻的两点焊接，从而形成第一个支撑体；
(3)将铜管绕过185度，焊接形成第二个支撑体；
(4)将铜管绕过180度，焊接形成第三个支撑体；
(5)将铜管绕过175度，焊接形成第四个支撑体；
(6)将铜管绕过180度，焊接形成第五个支撑体；
(7)循环重复步骤(3)-(6)，直到铜管绕到需要的高度为止。
5.一种电机外壳，其特征在于，包括外壳本体和水冷管，所述水冷管设于所述外壳本体内，所述水冷管具有两端口，所述外壳本体具有一进口以及一出口，所述水冷管的两端口分别设于所述进口和所述出口处，所述水冷管为螺旋形并由铜材料制成，所述水冷管的每圈铜管之间设有至少一支撑体。
6.根据权利要求5所述的电机外壳，其特征在于，所述电机外壳还包括两接头套和两接头螺母，两所述接头套分别套设于所述水冷管的端口，通过所述水冷管的喇叭状端口保持在所述进口与所述出口处，所述接头螺母套设于所述接头套外，并通过所述接头套保持在所述进口和所述出口处。
7.根据权利要求5或6所述的电机外壳，其特征在于，所述支撑体通过焊接形成于所述水冷管相邻的铜管之间。
8.根据权利要求7所述的电机外壳，其特征在于，所述水冷管的每圈铜管之间设有两支撑体，同一圈的两所述支撑体处于相对的两侧，在竖直方向相邻的两所述支撑体相互错开。
9.一种电机外壳的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将螺旋形水冷管安装入左、右金属模具之间；
(2)将所述水冷管预热至300～350摄氏度；
(3)将铝加热至700～850摄氏度，然后加入6.5％～7.5％的Si、0.2％～0.4％的Mg和0.03％～0.07％的La，得到熔融铝合金；
(4)将所述熔融铝合金充入左右金属模具的型腔之间，浇注温度为700～720摄氏度；
(5)待熔融铝合金硬化后，左右模分离，得到电机外壳毛坯；
(6)采用人工时效处理所述电机外壳毛坯。
10.根据权利要求9所述的电机外壳的制造方法，其特征在于，步骤(6)之后还包括以下步骤：将所述接头套与所述接头螺母套在所述水冷管的两端、并装入所述电机外壳的预留位置，所述接头套与所述水冷管的端口之间、所述接头螺母与所述接头套之间设置橡胶圈，将所述水冷管两端多余的部分切除，用模具在所述水冷管的两端口处冲出喇叭口，使喇叭状的端口压紧所述接头套，同时所述接头套将所述接头螺母压紧。
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