CN111799961B - 电机转子及其端环铸造设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机转子的端环铸造设备，包括用于固定转子芯的定位装置和用于铸造端环的成型模具，还包括加热装置和升降装置；所述加热装置用于将金属原料在成型模具中加热成熔融状态；所述升降装置用于调整所述定位装置和所述成型模具的距离，使所述转子芯的下端浸入所述成型模具内的熔融原料中。采用本发明的技术方案，在真空下或充满惰性气体的环境下将金属原料在成型模具中加热成熔融状态，并将转子的下端浸入熔融的金属原料中，端环直接成型在转子下端。其设备结构简单，生产成本低，防氧化效果好。

Description

电机转子及其端环铸造设备和方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电机转子及其端环铸造设备和方法。

背景技术

随着新能源及传统产业的发展，电机在各个领域的应用越来越多。并且电机作为“心脏”之存在，其地位也显著提高。电机的生产设备和工艺会直接影响到制造成本、生产效率甚至是产品质量。特别是对采用铜转子的异步电机而言。而这“心脏”的核心正是电机的电磁方案及其制造路径，直接影响的是产品的功率、成本、价值、效率及市场接受度，特别是对采用铜转子的异步电机而言，是极其重要的。

异步电机的铜转子相对同步电机转子来说制造工艺更复杂、要求更高，且现有转子制造是需要铜条和金属制成的端环在真空、高温的环境下，与转子完成钎焊。这对工装及装配的精度，设备升温、降温时长及梯度要求都是极高的。 其中钎焊的空间、清洁度及升温、降温时长也直接影响了产品的产能。以上都无形中增加了产品制造成本及影响了产品的合格率。

另外，制造过程也面临诸多瓶颈问题。在设备方面：较小的真空钎焊设备无法达到产能需求，大型的钎焊设备又受政策影响无法投产，且设备的维护、维修成本较高。在加工方面：钎焊后的转子需要进行粗加工、精加工达到设计的尺寸要求，在机加过程中，端环与铜条之间会产生仅靠设备无法去除的毛刺，这时就需要人为去除，这不仅增加了成本，又会面临毛刺无法完全去除影响电机的效率甚至安全的问题。在能耗方面：使用真空炉，在几百千瓦的功率下工作10小时，仅能完成不到40颗转子的钎焊。在材料方面：在真空下完成转子的钎焊，需对端环镀银，镀银的成本甚至逼近转子自身的成本的两倍。以上几方面不管从制造难度及成本上都对转子的大范围的应用造成了极大的约束。

因此，发明人在之前的专利中提出直接在转子端面铸造端环的方法，来取代现有的钎焊工艺，如申请号为16/388515的美国专利申请文件中，提供了一种电动车辆的感应马达的离心铸造转子组件的系统、设备和方法，将用于铸造端环的模具安装在转子芯组件的下方，使用于端环成型的型腔在转子芯组件的下端；然后再将熔融状态的铜原料经过浇注流道浇注到成型模具中，使端环与转子芯组件形成一体式结构。并且在铸造成型过程中，为使浇注到模具中的熔融铜原料能够充满成型模具的型腔，在浇注时需要使转子芯组件跟随成型模具同步转动，利用离心力提高熔融铜原料的流动性，保证成型的端环能够连接所有插入叠片中的铜条。

但是在采用离心方法铸造端环的过程中，存在如下缺点：

1、由于涉及到浇注步骤，需要设计专门的浇注流道，结构复杂，生产成本高。

2、熔融铜原料流经浇注流道时，需要时刻保持铜原料的温度，防止熔融铜原料凝固，造成堵塞。

3、考虑到铜原料本身的流动性不高，需要设置离心装置帮助熔融铜原料充满型腔。然而设置离心升降装置会增加设备成本。

4、熔融铜原料碰到温度较低的铜条，将造成流动减慢甚至停止流动，导致条和熔融的铜原料熔合不佳，无法完全填充铜条的间隙，成型的端环内部容易形成细孔，造成品质不良。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种电机转子的端环铸造设备和方法，在密闭环境下将金属原料在成型模具中加热成熔融状态，并将转子的下端浸入熔融的金属原料中，使端环直接成型在转子下端。其设备结构简单，生产成本低，防氧化效果好，端环的品质优异。

本发明的方案如下：

一种电机转子的端环铸造设备，包括用于固定转子芯的定位装置和用于铸造端环的成型模具，还包括加热装置和升降装置；所述加热装置用于将金属原料在成型模具中加热成熔融状态；所述升降装置用于调整所述定位装置和所述成型模具的距离，使所述转子芯的下端浸入所述成型模具内的熔融原料中。

优选的，所述成型模具由石墨、陶瓷、石英或其他易脱模且不与铜黏结的材料制成。

优选的，所述成型模具包括底板、用于形成所述端环外轮廓的外侧围和用于形成所述端环中心孔的内侧围。

优选的，所述外侧围上设有溢流口。

优选的，还包括集流盘；所述集流盘设置在所述成型模具下方，用于收集从所述溢流口流出的金属原料。

优选的，所述加热装置为中频/高频/超高频的感应加热装置。

优选的，所述感应加热装置环绕所述成型模具。

优选的，还包括形成密闭空间的罩体，所述转子芯和所述铸造模具设置在所述罩体内。

优选的，对所述罩体内作抽真空处理或向罩体内填充惰性气体。

优选的，所述感应加热装置设置在所述罩体外部或内部。

优选的，所述升降装置择一地驱动所述定位装置和所述成型模具在竖直方向移动。

优选的，所述升降装置上套设可伸縮的密封件

优选的，所述升降装置为蜗轮蜗杆升降机。

优选的，所述定位装置为芯棒。

优选的，所述芯棒穿设于转子芯中，所述芯棒的两端设有压板夹紧所述转子芯。

优选的，所述密封件为套设在所述蜗杆上的波纹管。

一种电机转子的端环铸造方法，包括：

在成型模具中得到熔融金属原料；

将插有导体条的转子芯的下端浸入所述熔融金属原料中；

所述熔融铜原料冷却后脱模，在所述转子芯下端成型端环。

优选的，所述在成型模具中得到熔融铜原料，具体包括：所述金属原料为铜原料，所述在成型模具中得到熔融铜原料，具体包括：

将铜原料放置于成型模具中；

加热所述铜原料至熔融状态。

优选的，还包括：将所述插有导体条的转子芯固定在定位装置上，并使所述转子芯的下端与所述成型模具之间留有间距。

优选的，根据铸造铜端环所需的重量向所述成型模具中放置铜原料。

优选的，利用罩体将所述转子芯和所述成型模具密封。

优选的，在加热所述铜原料前，对所述罩体作抽真空处理或向罩体内填充惰性气体。

优选的，所述转子芯包括叠片组和贯穿所述叠片组的导体条；所述转子芯浸入熔融的所述铜原料时，所述导体条伸入熔融的所述铜原料中，所述叠片组与所述铜原料的液面之间留有间隙。

优选的，所述成型模具由石墨、陶瓷、石英或其他易脱模且不与铜黏结的材料制成。

优选的，采用采用中频/高频/超高频的感应加热装置对所述成型模具中的铜原料进行加热。

优选的，所述感应加热装置环绕所述成型模具。

优选的，所述定位装置为芯棒。

优选的，所述转子芯的浸入过程由升降装置控制。

可选择地，所述升降机构驱动所述转子芯下降，将插有导体条的转子芯的下端浸入所述熔融铜原料中。

可选择地，所述升降装置驱动所述成型模具上升，使所述成型模具向转子芯方向移动，实现插有导体条的转子芯的下端浸入所述熔融铜原料中。

一种电机转子，包括转子芯和铜端环，所述铜端环采用上述铸造方法铸造在所述转子芯的两端。

优选的，所述转子芯包括由多个叠片盘堆叠形成的叠片组，所述叠片组中穿插有铜条，所述铜条的两端延伸出叠片组的两端；所述铜端环成型在伸出所述叠片组的所述铜条上。

优选的，所述铜端环与所述叠片组之间留有缝隙。

优选的，所述缝隙的宽度为0mm-6mm。

与现有技术相比，本方案的优点在于：

1、采用将转子芯的铜条浸入熔融铜原料的方式，在转子芯上成型铜端环，避免成型过程中气孔的产生，提高产品质量。

2、将金属原料放置在成型模具中，使金属原料直接在成型模具的型腔中变成熔融状态，省去了转移金属原料用的浇注流道，设备结构简单，加工方便，成本低。

3、使用感应线圈加热的方式，可将根据自身需求将感应线圈固定在罩体内部或安装在罩体外部，结构紧凑。

4、升降装置调节定位装置和成型模具之间的距离，在金属原料加热前，使固定在定位模具上的转子与成型模具之间预留间距；避免在加热金属原料时将熔融转子加热，影响转子的结构。

5、采用蜗轮蜗杆升降机作升降装置，结构简单，方便维护；并且蜗轮蜗杆机构具有自锁功能，结构稳固。套设在蜗杆上的波纹管能够自动适应蜗杆伸入罩体内部的长度，保证真空环境的密封性。保证整个铸造过程在真空密闭的环境下进行，保证金属原料不被氧化。

6、在转子的端环与叠片组之间留有缝隙，能够避免在铸造端环的过程中，熔融铜原料损坏叠片盘上的涂层。

附图说明

图1为普通转子的结构示意图；

图2为本方案生产的转子的结构示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为实施例一种的端环铸造设备的结构示意图；

图5为实施例一种卸下真空机和壳体的结构示意图；

图6为实施例一中罩体内的剖面结构示意图；

图7为实施例一中成型模具和定位装置的爆炸结构示意图；

图8为实施例一中成型模具的结构示意图；

图9为实施例一中集料盘的结构示意图；

图10为实施例一中顶盖的结构示意图；

图11为实施例一中底盖的结构示意图；

图12为实施例一中芯棒的结构示意图；

图13为实施例一中带有压板的芯棒结构示意图；

图14为实施例一中转子芯固定在芯棒中的结构示意图；

图15为实施例一中蜗轮蜗杆升降机的结构示意图；

图16为实施例二中端环铸造设备的结构示意图；

图17为实施例二中的端环铸造设备的剖面结构示意图；

图18为实施例三中端环铸造设备的结构示意图；

图19为实施例三中的端环铸造设备的剖面结构示意图；

图20本发明的端环铸造方法的流程图。

图中，罩体1、顶盖11、限位凹槽111、卡环112、底盖12、限位凸起121、避让孔122、支架123、壳体13、上壳14、下壳15、凸缘16、观察窗口17、第一气管18、第二气管19、芯棒2、轴肩21、吊环22、压板23、成型模具3、底板31、外侧围32、溢流口321、内侧围33、感应线圈4、真空机5、集料盘6、承接台61、环形凸台611、回铜槽62、蜗轮蜗杆升降机7、蜗轮71、蜗杆72、法兰盘73、波纹管74、转子芯8、端环81、第一端环811、第二端环812、叠片盘82、叠片组83、铜条84、缝隙85、固定座9。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

实施例一

如图1至图3所示，一种电机转子组件，包括端环81和叠片组83，其中端环81包括第一端环811和第二端环812。该电机转子组件从上到下依次包括第一端环811、由多个叠片盘82堆叠形成的叠片组83和第二端环812。第一端环811、叠片组83和第二端环812形成圆柱状的转子。在特定情况下，转子的横截面可以为卵形、椭圆形、矩形或任何其它形状。该电机为异步电机。

叠片组83由多个叠片盘82沿中心轴上下堆叠成型，在每个叠片盘82上还开设有穿插导体条用的通孔；其中导体条优选为铜条84，铜条84穿设在通孔内，且两端分别延伸出叠片组83的端面，在本实施例中，将插好铜条84的叠片组83称为转子芯8。第一端环811和第二端环812分别固定在伸出叠片组83端面的铜条84上，将所有铜条84连接。

端环81具有环形的外轮廓和中心孔；在端环81的外轮廓可向外凸出（图中未示出），形成散热用的散热凸起，散热凸起呈环形阵列在端环81外轮廓上，以增加散热面积。其中，端环81的材料优选用纯铜或含铜材料，也可以采用其它例如铝这类价格低，且导电性好的金属或合金。

在制造过程中，可在叠片盘82上喷涂氧化物涂层，以便使叠片盘82彼此电绝缘。还可以选用在相邻叠片盘82之间嵌入绝缘盘的方式，实现叠片盘82之间的绝缘。

如图4至图7所示的异步电机的转子铜端环81铸造设备，包括罩体1，用于固定转子芯8的定位装置、用于铸造端环81的成型模具3、用于加热铜原料的加热装置和用于调节定位装置与成型模具3间距的驱动组装置。定位装置和成型模具3安装在罩体1内部，且定位装置在成型模具3上方，保证固定的转子芯8下端能够伸入到成型模具3中。

在铸造端环81的过程中，利用加热装置将成型模具3中的铜原料加热成熔融状态，然后利用升降装置调节定位装置与成型模具3间的距离，使转子芯8的下端伸入成型模具3内，并浸入熔融的铜原料中。其中升降装置为具备慢速升降的装置，可使转子芯8缓慢浸人熔融铜原料中。熔融的铜原料在伸出叠片组83的铜条84间流动，并填充铜条84间的间隙。当熔融的铜原料冷却凝固后，铜端环81与铜条84形成整体结构。

其中，如图8的成型模具3的结构示意图所示，成型模具3包括底板31、设于底板31边缘的外侧围32和设于底板31中部内侧围33。外侧围32与底板31配合形成铜端环81坯体的外轮廓；内侧围33用于在铜端环81坯体中部形成中心孔。在本实施例中优选石墨制成的成型模具3，当然也可以使用如陶瓷和石英等耐高温、不粘铜的易脱模且不与铜黏结的材料。由于石墨易加热、易脱模等特点，成为本方案的首选。

其中，外侧围32优选为从底板31边缘向上翻折形成的翻边结构，方便将外侧围32和底板31一体成型；也可以通过焊接的方式使外侧围32固定在底板31上。其中外侧围32具有拔模斜度，通常的拔模斜度不小于15°，方便铸造成型的铜端环81坯体脱模。

内侧围33为从底板31的中部向上凸起，使外侧围32与内侧围33的中间形成铸造铜端环81的环状型腔。待加热的铜原料放置在环状型腔中；当铜原料加热成熔融状态后，熔融的铜原料会沿着环状型腔流动，并填充型腔中的空白位置。内侧围33的内部中空，能够方便散热，且内侧围33呈上小下大的锥台状，其倾斜的侧面有助于铜端环81坯体脱模。并且内侧围33为中空结构，能够增加散热面积，方便冷却的同时，减少成型模具3的用料，节约成本。

成型模具3可以根据端环81的结构需求，改变外侧围32和内侧围33的形状，以适应前述中提及的卵形、椭圆形、矩形和带有环形阵列的散热部结构等任意形状。成型模具3的尺寸根据需要铸造的端环81尺寸定制，需要注意的是，在型腔中成型的端环81坯体，其外轮廓和中心孔处均留有加工余量。

另外，对于成型模具3内部型腔的高度需要特别注意，为了防止转子芯8浸入熔融的铜原料后，具有高温的熔融原料破坏叠片盘82上的绝缘涂层，需要保证熔融的铜原料的液面不与叠片组83的端面接触。

因此，在外侧围32上开设有绕外侧围32的周向分布的溢流口321。在本实施例中的溢流口321优选为形成在外侧围32上端的缺口结构，在本实施例中，缺口的数量为四个，且均匀分布。当然也可以按照实际需求选择设置多个。当然溢流口321也可以为开设在外侧围32上部的通孔结构或者为由外侧围32向外突出的扩口结构。

在将转子芯8浸入熔融铜原料的过程中，叠片组83的下端面与熔融的铜原料的液面逐渐靠近；当叠片组83的端面与熔融的铜原料的液面即将接触时，熔融的铜原料会从溢流口321出排出，使叠片组83的端面与熔融铜原料之间留有间隙。因此，如图2和图3所示，当铜端环81成型后，在端环81与叠片组83之间会存在环形的缝隙85，此缝隙85可以控制在0mm到6mm之间。

如图9所示，为了收集从溢流口321流出的铜原料，在成型模具3底部设有集料盘6，集料盘6包括中部凸起的承接台61；承接台61的表面设有定位成型模具3用的环形凸台611，环形凸台611伸入中空的内侧围33中，与内侧围33的内壁贴合，将成型模具3固定。在承接台61与集料盘6的侧壁之间形成有环形的回铜槽62，用于接收从溢流口321流出的铜原料，保证罩体1内的环境整洁，对于回收的金属原料可再次利用，能够节约成本。

其中，加热装置优选用感应加热装置，可根据生产过程中的实际需求选用中频、高频或超高频的感应加热装置。参考图17，感应加热装置为感应线圈4，其中，感应线圈4的结构简单，安装方便，且占用空间小。可通过感应线圈4将成型模具3环绕，加热成型模具3中的铜原料。并且对于感应线圈4的选择，优选用铜感应线圈。感应线圈4将成型模具3环绕，保证待加热的铜原料在感应线圈4内侧。感应线圈4可以直接设置在罩体1外部，固定在对应成型模具3的位置，以对成型模具3内铜原料进行加热，操作方便。且感应线圈4的体积小，不会占用较多空间。并且使用中频线圈与石墨制成的成型模具3配合使用，感应线圈4能够在大约50kw的功率下熔融成型模具3中的铜原料，而采用其他材质的成型模具3相比，则需要功率达到70kw的感应线圈4才能够达到铜原料熔融的效果，能够节省能耗。

为防止铜端环81在成型过程中被氧化，从加热铜原料开始，整个铜端环81的铸造过程都在由罩体1内完成，罩体1由围成密闭空腔的顶盖11、底盖12和壳体13组成。在罩体1内部可利用真空机5作真空处理或者通过往罩体1中填充如氮气类的惰性气体，进一步保证铜原料不被氧化。

如图10和图11所示，罩体1上的壳体13为筒状，在顶盖11上开设有开始有与壳体13截面适配的限位凹槽111，在底盖12上开设有与壳体13内壁匹配的限位凸起121，用于对壳体13定位。在底盖12上设有若干支架123将整个罩体1支撑在真空机5上。

如图12所示，定位装置优选为芯棒2；芯棒2的中部形成有轴肩21，用于抵紧转子的内侧壁，以限制转子芯的轴向位移和周向转动，在芯棒2的两端可旋上螺母将转子芯8抵紧。如图13和图14所示，在螺母和转子芯8之间可设置压板23。压板23与螺母配合使用，能够将转子芯8牢固夹紧，避免转子芯8沿芯棒2轴向移动。并且在端环81铸造过程中，压板23将叠片组83与熔融金属原料隔开，避免温度高的熔融金属原料破坏叠片盘82上的涂层。为方便压板23取出，压板23的尺寸小需要小于端环81中心孔的尺寸。

芯棒2的结构简单，加工方便，且成本低。另外，芯棒2可以插入中空的内侧围33中，避免发生干涉。当然也可选用夹持圆柱类工件的常规夹具作为定位装置。

如图15所示，本实施例的升降装置优选蜗轮蜗杆升降机7；蜗轮71与蜗杆72啮合，通过转动的涡轮驱动蜗杆72沿其轴向移动。其中，蜗轮蜗杆升降机7为现有技术，具体结构在此处不再赘述。当然升降装置也可以采用齿轮齿条机构、凸轮顶杆机构或齿轮传动机构等常见的能够缓慢移动的升降装置；然而在本实施例中，由于蜗轮71蜗杆72的自锁功能，从安全性能方面考虑，因此优选用蜗轮71蜗杆72机构。

升降装置择一地控制定位装置和成型模具3；在图4至图7中所示的端环81铸造设备中，用作定位装置的芯棒2的端面开设有螺纹孔，在螺纹孔中安装有吊环22，芯棒2通过吊环22直接固定在罩体1的顶盖11上，顶盖11上一体成型有卡环112用于连接吊环22。蜗轮蜗杆升降机7安装在罩的下方，蜗轮71安装在底板31下方的支架123间，并通过螺栓固定在真空机5上。蜗杆72的下部与蜗轮71啮合，蜗杆72的上端从下方穿过底盖12后伸入罩体1内部，并固定在成型模具3底部的集料盘6上。

其中，为方便蜗杆72穿过底盖12，底盖12上开始有供蜗杆72穿过的避让孔122。供为保证连接牢固，在蜗杆72的上端安装有法兰盘73，法兰盘73上开设有穿设螺栓用的连接孔；法兰盘73与集料盘6之间通过螺栓固定。

在铸造端环81的过程中，当成型模具3中的金属原料变成熔融状态后，需要使转子下端伸入成型模具3中。此时，需要驱动蜗轮71转动，与蜗轮71啮合的蜗杆72将周向转动转化成沿蜗杆72轴向的移动，移动的蜗杆72通过集料盘6带动成型模具3上移，与芯棒2靠拢，使芯棒2上的转子下端浸入熔融的金属原料中，使端环81成型在转子下端。并且在端环81成型后，通过蜗轮71驱动成型模具3远离芯棒2；成型的端环81离开成型模具3，与转子形成一体固定在芯棒2上，脱模方便。

为保证气密性，如图5和图6所示的升降装置上还套有可伸缩的密封件，为方便取材，密封件优选用波纹管74，当然也可以选用软管或柔性薄膜密封升降装置伸入罩体1部分。波纹管74套设在伸入罩体1内的蜗杆72上；波纹管74的上管口与集料盘6的底部固定，波纹管74的下管口固定在底盖12上，并且波纹管74将底盖12上的避让孔122包含在内。波纹管74能够自动适应蜗杆72伸入罩体1内部的长度，并且通过顶盖11、壳体13、集料盘6波纹管74和底盖12围成时刻密闭的空间，保证铸造过程中的密闭环境。

本实施例还提供了一种电机转子的端环81铸造方法，该铸造方法由结合图4至图15的端环铸造设备实施，如图20的流程图所示，包括如下步骤：

S1:组装转子芯8：将叠片盘82沿其中心线上下堆叠形成柱状的叠片组83，并在叠片组83中穿插铜条84，使铜条84的两端伸出叠片组83，形成转子芯8。

S2:转子芯8定位：将转子芯8固定到端环81铸造设备的定位装置上，使转子芯8的下端与成型模具3之间留有间距。

在对转子定位的过程中，对于固定转子芯8的定位装置选用芯棒2；芯棒2的中部形成有轴肩21；芯棒2插入转子芯8中部的通孔中，通过轴肩21抵紧转子芯8的内壁，对转子芯8的轴向和周向定位。并且保证转子芯8的下端与成型模具3之间留有间距，保证转子芯8不被加热装置熔融。

S3:放料：将铜块或铜屑等铜原料按计算铸铜所需的重量放置于铸造端环81用的成型模具3中。

对于原料的计算，通常是将所需铜用料以重量计量，方便直接称量。并且成型模具3的材料优用石墨制成。

S4:防氧化处理：将罩体1密封，使罩体1内部形成密闭空间，并利用真空机5对由罩体密封的空间进行抽真空处理，或者对罩体1内部填充氮气等惰性气体。

S5:原料加热：启动加热装置，对成型模具3中的金属原料进行加热，使成型模具3中的金属原料加热至熔融状态。

加热装置优选中频/高频/超高频的感应加热装置，具体选用感应线圈4，感应线圈4与石墨制成的成型模具3配合，将铜原料加热到1083℃至1500℃，使铜原料在成型模具3中变成熔融状态，使其具有流动性；流动的熔融铜原料将填充成型模具3的型腔。并且利用中频感应线圈4与石墨制成的成型模具3配合，能够有效降低能耗。当然，除了本方案记载的感应加热装置，还可以选用与成型模具接触导热的常规加热装置。

S6：端环81铸造；待步骤S5完成，成型模具中的铜原料被加热至熔融状态后，利用升降装置调节定位装置与成型模具3的间距。将转子芯8的下端浸入熔融状态的铜原料中，并待铜原料冷却，使端环81成型在转子下端。

升降装置择一驱动定位装置和成型模具3移动，调整定位装置和成型模具3间的相对位置。选择驱动定位装置下移，也可以选择驱动成型模具3上移两种方式实现将转子芯8下端浸入熔融铜原料的过程。

并且在浸入过程中，定位装置和成型模具3之间产生相对运动，使转子芯8下端缓慢浸入熔融铜原料中，铜原料能够填充伸出叠片组83的铜条84间的缝隙85，并成型在铜条84上，在成型过程中，熔融的铜原料自然流动，能够将铜条84间的间隙充实，保证成型的端环81内部不会产生气孔。另外需要注意的是，在转子芯8浸入熔融铜原料的过程中，转子芯8上的叠片组83下端与熔融铜原料的液面不接触，以避免温度较高熔融铜原料破坏叠片盘82表面的涂层。优选转子芯8上的叠片组83下端与熔融铜原料的液面之间留有间隙，可选择地，可以设置隔热板实现不接触。此处的隔热板可以为前述的压板23，将熔融铜原料控制在与压板23接触时的液面高度，压板23用于隔离熔融金属原料的同时，还有助于间隙的保持。

S6:冷却成型并脱模。在铜端环81冷却成型过程中，需要等温度降到500℃以下才能够打开罩体1，铜端环81不会出现氧化皮，保证铜端环81的品质。

S7：整体成型；翻转转子芯8，重复步骤2-7，使转子两端均铸成端环81。

在铜端环81成型后，人工将转子芯8从定位装置上取下，然后将未铸造端环81的转子芯8端面朝下，铸造第二个端环81。

S8：精加工；转子8两端都铸造端环81后，再进行精加工达到要求的尺寸。

本方法中涉及的罩体1、定位装置、升降装置和成型模具3不局限于上述实施例中详细记载的结构。对于铜原料在成型模具中形成熔融状态的步骤，也可以采用将铜原料在外部加热熔融后，再装入成型模具的方案代替。

如图2和图3所示，用实施例一中提及的方法制造的铜转子，铜转子上的第一端环811和第二端环812与叠片组83之间均留有缝隙85，且该缝隙85的宽度优选为0mm到3mm。另外，也可以通过在叠片组83与端环81之间增设隔离件，以避免熔融的铜原料与叠片组83直接接触。

实施例二

本实施例与实施例一同样是将感应线圈4套设在罩体1外部，考虑到将转子芯8浸入到熔融金属原料的过程，使成型模具3和转子芯8发生相对位移有多种方式。因此本实施例通过驱动转子芯8位移的方式来实现浸入过程。

本实施例与实施例一的不同之处在于，升降装置安装在罩体1上部；将蜗轮71蜗杆72，蜗杆72升降机固定在顶盖11上，蜗杆72从顶盖11伸入到罩体1内部。芯棒2插入转子芯8中，使芯棒2中部的轴肩21抵紧转子芯8的内侧壁；芯棒2的两端可旋入螺母将转子芯8抵紧。在螺母和转子芯8之间可设置压板23，压板23将叠片组83的上下端面覆盖。压板23与螺母配合使用，能够将转子芯8牢固夹紧，避免转子芯8沿芯棒2轴向移动。并且在端环81铸造过程中，压板23将叠片组83与熔融金属原料隔开，避免温度高的熔融金属原料破坏叠片盘82上的涂层。

在芯棒2的端面上开设有螺纹孔，在螺纹孔中穿装吊环22。伸入罩体1内的蜗杆72利用挂钩吊起转子芯8。

成型模具3安装在芯棒2下方，保持固定。

在端环81铸造过程中，蜗轮71蜗杆72机构驱动蜗杆72向下移动，带动芯棒2上的转子芯8下降，使转子芯8的下端浸入成型模具3内的熔融金属原料中。转子芯8上的铜条84缓慢插入熔融金属原料，使熔融原料在铜条84间流动，填充铜条84间的间隙。由于熔融原料呈液态，在填充铜条84间的间隙时，能够排出间隙间的气体，保证间隙中不会产生气泡，铸造成型的端环81内部不会出现气孔，端环81的品质良好。同时也省去了浇注流道的设计，结构简单，成本低。

实施例三

发明人发现，在前述的两个实施例中，若将感应线圈4安装在罩体1外，在加热金属原料时，需要对感应线圈4提供较大的功率才能满足需求。因此如图16和图17所示，本实施例将感应线圈4安装到罩体1内部，以减小能耗。

实施例二与实施例一的不同之处在于罩体1的结构和线圈的安装位置，本实施例中的罩体1包括上壳14和下壳15；在上壳14和下壳15的开口处形成有凸缘16；上壳14和下壳15通过在凸缘16上穿设螺栓固定。在上壳14上还设有观察窗口17。通过观察窗口17能够有效观察罩体1内部的端环81成型状态。

在罩体1上还安装有气管，气管包括设置在上壳14顶部的第一气管18和设置在下壳15底部的第二气管19。可通过第一气管18和第二气管19对罩体1内抽真空或者充入惰性气体，保证在端环81铸造过程中不被氧化。

感应线圈4安装在罩体1内部，将管线伸入罩体1内部，并在成型模具3的外侧围32成环状，使感应线圈4能够对成型模具3中的原料加热，感应线圈4与成型模具3尺寸适配，能够降低感应线圈4所需的功率，降低能耗。

在本实施中，升降装置通过驱动成型模具3上移，实现转子芯8下端浸入熔融金属的过程。

在图17中，蜗轮71蜗杆72升降机7安装在罩体1下方，蜗杆72从下壳15的底部伸入罩体1内，并驱动成型模具3移动。

转子芯8通过芯棒2定位，芯棒2上端通过吊环22和挂钩悬挂在上壳14顶部。

在端环81铸造过程中，利用罩体1内的感应线圈4加热成型模具3中的金属原料；使金属原料呈熔融状态；然后利用蜗轮71蜗杆72升降机7构驱动成型模具3向转子芯8方向移动并结合在一起，使转子芯8的下端浸入熔融金属原料中。与实施例一的方案相比，感应线圈4的能耗低，更能够节约成本。

图17中的成型模具3呈举升状态，因此在图17中的剖面结构图中，感应线圈4并未对准成型模具3。

实施例四

本实施例是实施例三的替换方案，在实施例一和实施例二中已经记载将升降装置设置在罩体1上部和罩体1下部两种方案，因此当感应线圈4安装到罩体1内部时，也具有驱动成型模具3或者驱动转子芯8两种方案。

如图18和图19所示，本实施例与实施例三的罩体1形状以及线圈安装位置均相同，不同之处在于，蜗轮蜗杆升降机7的安装位置和转子芯8与成型模具3相对移动的方式。

本实施例将蜗轮蜗杆升降机7安装在上壳14顶部，蜗轮蜗杆升降机7上的蜗杆72从上壳14伸入罩体1内，并通过挂钩与固定转子芯8的芯棒2连接；成型模具3和成型模具3下方的接料盘固定在罩体1内的固定座9上。

在铸造铜端环81的过程中，成型模具3固定不动，由蜗轮蜗杆升降机7构通过芯棒2驱动转子芯8向成型模具方向下移，也可以实现将转子芯8下端浸入熔融的金属原料中。

上述实施例中只公开了铸造单个端环81的设备，但是本方案不局限于通过增加芯棒2和成型模具3的数量，使蜗轮蜗杆升降机7构同时控制多根芯棒2或多个成型模具3的批量铸造设备。

上述实施例中的介绍了在转子芯8端面铸铜端环81的设备和方法，但是并不局限于铜端环81，也适用于铝及铝合金等导电系数较高的金属端环81。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (31)

1.一种电机转子的端环铸造设备，包括用于固定转子芯的定位装置和用于铸造端环的成型模具，其特征在于：还包括罩体、加热装置和升降装置；所述罩体形成密闭空间，用以抽真空处理或填充惰性气体；所述加热装置用于将金属原料在成型模具中加热成熔融状态；所述升降装置用于调整所述定位装置和所述成型模具的距离，使所述转子芯的下端缓慢浸入所述成型模具内的熔融金属原料中，使得熔融金属原料在所述转子芯的下端流动，用以填充所述转子芯的下端的间隙。

2.根据权利要求1所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述成型模具由石墨、陶瓷、石英或其他易脱模且不与铜黏结的材料制成。

3.根据权利要求2所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述成型模具包括底板、用于形成所述端环外轮廓的外侧围和用于形成所述端环中心孔的内侧围。

4.根据权利要求3所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述外侧围上设有溢流口。

5.根据权利要求4所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：还包括集流盘；所述集流盘设置在所述成型模具下方，用于收集从所述溢流口流出的金属原料。

6.根据权利要求1-5任一项所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述加热装置为中频/高频/超高频的感应加热装置。

7.根据权利要求6所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述感应加热装置环绕所述成型模具。

8.根据权利要求7所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述感应加热装置设置在所述罩体外部或内部。

9.根据权利要求8所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述升降装置择一地驱动所述定位装置和所述成型模具在竖直方向移动。

10.根据权利要求9所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述升降装置上套设可伸縮的密封件。

11.根据权利要求10所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述升降装置为蜗轮蜗杆升降机。

12.根据权利要求11所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述定位装置为芯棒。

13.根据权利要求12所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述芯棒穿设于转子芯中，所述芯棒的两端设有压板夹紧所述转子芯。

14.根据权利要求13所述的电机转子的端环铸造设备，其特征在于：所述密封件为套设在所述蜗杆上的波纹管。

15.一种电机转子的端环铸造方法，其特征在于，包括：

在抽真空处理或填充惰性气体的密闭空间中，将成型模具中的金属原料加热成熔融状态，以在成型模具中得到熔融金属原料；

将插有导体条的转子芯与所述成型模具产生相对运动，使所述转子芯的下端缓慢浸入所述熔融金属原料中，使得熔融金属原料在所述转子芯的下端流动，用以填充所述转子芯的下端的间隙，直至所述熔融金属原料冷却成型；

所述熔融金属原料冷却后使所述转子芯远离所述成型模具以实现脱模，在所述转子芯下端成型端环。

16.根据权利要求15所述的端环铸造方法，其特征在于，所述金属原料为铜原料，所述在成型模具中得到熔融金属原料，具体包括：

将铜原料放置于成型模具中；

加热所述铜原料至熔融状态。

17.根据权利要求16所述的端环铸造方法，其特征在于：还包括：将所述插有导体条的转子芯固定在定位装置上，并使所述转子芯的下端与所述成型模具之间留有间距。

18.根据权利要求17所述的端环铸造方法，其特征在于：根据铸造铜端环所需的重量向所述成型模具中放置铜原料。

19.根据权利要求18所述的端环铸造方法，其特征在于，利用罩体将所述转子芯和所述成型模具密封。

20.根据权利要求19所述的端环铸造方法，其特征在于，所述转子芯包括叠片组和贯穿所述叠片组的导体条；所述转子芯浸入熔融铜原料时，所述导体条伸入所述熔融铜原料中，所述叠片组与所述熔融铜原料的液面之间留有间隙。

21.根据权利要求20所述的端环铸造方法，其特征在于：所述成型模具由石墨、陶瓷、石英或其他易脱模且不与铜黏结的材料制成。

22.根据权利要求21所述的端环铸造方法，其特征在于：采用中频/高频/超高频的感应加热装置对所述成型模具中的铜原料进行加热。

23.根据权利要求22所述的端环铸造方法，其特征在于：所述感应加热装置环绕所述成型模具。

24.根据权利要求23所述的端环铸造方法，其特征在于：所述定位装置为芯棒。

25.根据权利要求24所述的端环铸造方法，其特征在于：所述转子芯的浸入过程由升降装置控制。

26.根据权利要求25所述的端环铸造方法，其特征在于：所述升降装置驱动所述转子芯下降，将插有导体条的转子芯的下端浸入所述熔融铜原料中。

27.根据权利要求26所述的端环铸造方法，其特征在于：所述升降装置驱动所述成型模具上升，使所述成型模具向转子芯方向移动，实现插有导体条的转子芯的下端浸入所述熔融铜原料中。

28.一种电机转子，包括转子芯和铜端环，其特征在于，所述铜端环采用如权利要求15-27任一项所述的铸造方法铸造在所述转子芯的两端。

29.根据权利要求28所述的电机转子，其特征在于，所述转子芯包括由多个叠片盘堆叠形成的叠片组，所述叠片组中穿插有铜条，所述铜条的两端延伸出叠片组的两端；所述铜端环成型在伸出所述叠片组的所述铜条上。

30.根据权利要求29所述的电机转子，其特征在于，所述铜端环与所述叠片组之间留有缝隙。

31.根据权利要求30所述的电机转子，其特征在于：所述缝隙的宽度为0mm-6mm。