专利名称：用于形成转子的方法、模具和模具系统的制作方法
技术领域：
本公开一般地涉及用于形成多个转子的模具、模具系统和方法。
背景技术：
电马达通过磁场和载流导体的相互作用而将电能转化为机械能。相反，发电机(通常被称为电发生器)将机械能转化为电能。此外，诸如马达/发电机和牵引马达的其他电机可组合马达和发电机的各种特征。这种电机可包括可绕中心轴线旋转的元件。该可旋转元件(例如转子)可与静止元件(例如定子)共轴。一种类型的转子(例如鼠笼式转子)可具有笼式形状并且包括布置在两个转子端环之间并与该两个转子端环连接的多个纵向导电转子条。这种电机使用转子和定子之间的相对旋转来产生机械能或电能。
发明内容
一种用于形成多个转子的模具包括多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙。所述模具还包括具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道。所述模具还包括多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于第一直径的第二直径限定的形状。每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管。另外，所述模具包括壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中，每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连。一种用于形成多个转子的模具系统包括模具和第一炉，所述模具构造成接收能在所述模具中流动的金属，从而基本填充每个空隙、通道、供料导管和管。所述第一炉构造成用于将所述模具加热到第一温度。所述模具系统还包括第二炉，其构造成用于将金属加热到可流动状态并且用处于可流动状态的金属沿所述中心纵向轴线反重力填充所述模具。此外，所述模具系统还包括冷却装置，其构造成用于沿所述中心纵向轴线逐渐地冷却所述模具，由此沿所述中心纵向轴线方向性地固化所述金属。一种形成多个转子的方法包括用具有由最小化湍流限定的流的金属来反重力填充所述模具；沿所述中心纵向轴线逐渐地淬火所述工件以沿所述中心纵向轴线方向性地固化所述金属，由此形成铸件，所述铸件限定多个孔，所述多个孔基于100体积份量的铸件在所述铸件中以约0. 001体积份量到约5体积份量的数量存在；并且精加工所述铸件，由此形成所述多个转子。所述模具、模具系统和方法允许用具有由最小化湍流限定的流的金属来反重力填充模具，以及在转子的形成期间方向性地固化金属。因此，所述模具、模具系统和方法形成了多个转子，其每一个具有最小化的多孔性、极优的强度、最小化的热撕裂和收缩缺陷、以及最大化的电导率。因此，所述模具、模具系统和方法形成了转子，所述转子在电机中易于被平衡并且因此可用于需要极优电机效率的应用。此外，所述方法使用经济的工具在低压下形成了转子，并且提供极优的金属成品率。所述模具、模具系统和方法还一次形成多个转子，由此优化了转子生产速度。通过下面对实施本公开的最优模式的详细描述并结合附图，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将易于变得明显。本发明还提供了以下方案
1. 一种用于形成多个转子的模具，所述模具包括 多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙； 具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；
多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于所述第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和
壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中， 每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连。2.如方案1所述的模具，进一步包括多个衬垫，其每一个具有由内径限定的形状，其中，每个衬垫邻接一个叠层堆并且与所述管道同心地间隔开并且布置在所述通道内。3.如方案2所述的模具，其特征在于，所述第一直径小于所述内径，并且所述第二直径大于所述内径。4.如方案1所述的模具，进一步包括多个衬垫，其每一个具有由内径和第三直径限定的形状，所述第三直径小于所述内径并且小于或等于所述第一直径，其中，每个衬垫邻接一个叠层堆和所述管道并且布置在所述通道内。5.如方案2所述的模具，进一步包括构件，所述构件具有由第四直径限定的形状，所述第四直径小于所述内径。6.如方案1所述的模具，包括恰好互连两个通道的至少一个供料导管。7.如方案1所述的模具，其特征在于，一个管与恰好两个叠层堆的所述至少一个空隙互连。8.如方案1所述的模具，其特征在于，每个垫圈包括由所述第一直径和所述第二直径限定的四个凸角。9.如方案1所述的模具，其特征在于，所述壳体能够分开为第一部分和第二部分。10.如方案1所述的模具，进一步包括构造成用于密封所述模具的阀。11.如方案10所述的模具，进一步包括杆，所述杆沿所述中心纵向轴线布置在所述管道内并且构造成用于致动所述阀。12. 一种用于形成多个转子的模具系统，所述模具系统包括 模具，所述模具包括
多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙； 具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；
多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于所述第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中， 每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连；其中，所述模具构造成接收能在所述模具中流动的金属，从而基本填充每个空隙、通道、供料导管和管； 第一炉，其构造成用于将所述模具加热到第一温度；
第二炉，其构造成用于将金属加热到可流动状态并且用处于可流动状态的金属沿所述中心纵向轴线反重力填充所述模具；和
冷却装置，其构造成用于沿所述中心纵向轴线逐渐地冷却所述模具，由此沿所述中心纵向轴线方向性地固化所述金属。13.如方案12所述的模具系统，其特征在于，所述冷却装置是构造成用于接收所述模具并对所述模具进行淬火的罐。14. 一种形成多个转子的方法，所述方法包括
用具有由最小化湍流限定的流的金属来反重力填充模具，其中，所述模具包括 多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙； 具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；
多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于所述第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和
壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中， 每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连；
沿所述中心纵向轴线逐渐地淬火所述工件以沿所述中心纵向轴线方向性地固化所述金属，由此形成铸件，所述铸件限定多个孔，所述多个孔基于100体积份量的铸件在所述铸件中以约0. 001体积份量到约5体积份量的数量存在；并且精加工所述铸件，由此形成所述多个转子。15.如方案14所述的方法，其特征在于，反重力填充将具有由最小化湍流限定的流的金属沿所述中心纵向轴线逐渐地插入所述模具中。16.如方案14所述的方法，其特征在于，反重力填充将具有由最小化湍流限定的流的金属在真空下沿所述中心纵向轴线逐渐地抽吸到所述模具中。17.如方案14所述的方法，其特征在于，精加工被进一步限定为将所述铸件和所述模具分开。18.如方案17所述的方法，其特征在于，精加工被进一步限定为对所述铸件进行机加工以形成所述多个转子。19.如方案18所述的方法，进一步包括在反重力填充之前将所述模具预加热到从约500°C到约1300°C的第一温度。20.如方案14所述的方法，进一步包括在淬火之后冷却所述工件。
图1是用于形成多个转子的模具的示意性局部剖视图； 图2是图1的模具沿剖切线2-2的示意性剖视图3是图1的模具沿剖切线3-3的示意性剖视图；图4是由图1的模具形成的转子的示意性透视图，其中，该转子包括由多个叠层堆形成的芯；
图5是图4的转子的一个叠层钢的示意性顶视平面图； 图6是图1的模具的壳体的示意性透视图； 图7是图1的模具的变体的示意性局部剖视图； 图8是图7的模具沿剖切线8-8的示意性剖视图； 图9是图7的模具沿剖切线9-9的示意性剖视图； 图10是图1的模具的另一变体的示意性局部剖视图； 图11是图10的模具沿剖切线11-11示意性剖视图； 图12是图10的模具沿剖切线12-12示意性剖视图13是模具系统的示意性剖视图，示出了用于填充图1的模具的反重力填充布置；并
且
图14是从图13的模具系统形成的铸件的一部分的示意性局部侧视图，其包括限定了多个孔的该铸件的断面图。
具体实施例方式参见附图，其中相同的附图标记指代相同的元件，图1总体上示出模具10。模具10 可用于形成多个转子12 (图4)，其每一个具有最小化的多孔性以及极优的强度和电导率。 因此，模具10可用于需要转子12 (图4)的多种应用，例如但不限于诸如电马达和发电机的电机。例如，模具10形成多个转子12 (图4)，其每一个可用于车辆的感应马达。作为一般性解释，并且参照图4描述，每个转子12可包括多个纵向导电转子条14， 该多个纵向导电转子条14在相对的端部分别连接到两个端环16。此外，每个转子12可包括由叠层堆形成的芯，所述芯在图1中的附图标记20处示出并且在下面更详细描述。现在参见图1，模具10包括多个叠层堆20。每个叠层堆20可包括多个叠层钢，所述多个叠层钢在图5中的附图标记22处示出。如本文所使用的，术语“叠层钢”指的是一种钢，其通常包括硅且被裁制以产生期望磁学性质(例如低的每循环能量耗散和/或高的磁导率)，并且适合于携载磁通量。例如，叠层钢22 (图5)可被冲切成具有小于或等于约2 mm厚度的圆形层或叠层。参见图1，圆形层然后可被邻近于彼此堆叠以形成叠层堆20。现在参见图4，也就是说，叠层堆20 (图1)可具有叠层钢的冷轧带的形式，其被堆叠到一起以形成转子12的芯18。此外，参见图1和图5，每个叠层堆20限定穿过其中的至少一个空隙24。如上所述，也就是说，单独的叠层钢22可邻近于彼此堆叠以限定穿过叠层堆20的至少一个空隙对。例如，每个叠层堆20可限定多个空隙M，该多个空隙M以对应于每个转子12 (图4) 的转子条14 (图4)的形状和/或构造的布置而设置。再次参见图1，模具10可包括任意数量的叠层堆20。通常，模具10可对于每个待形成转子12 (图4)包括一个叠层堆20。因此，模具10可包括对应于期望被模具10形成的转子12 (图4)数量的多个叠层堆20。参见图1，模具10还包括具有中心纵向轴线A的管道26。每个叠层堆20与管道 26同心地间隔开以限定它们之间的通道观。如本文所使用的，术语“同心地”表示元件以同心方式布置，即，元件具有共同的中心。因此，每个叠层堆20与管道沈间隔开以关于中心纵向轴线A形成绕管道沈的同心环。管道沈可以是空心的，并且可由诸如造型砂或陶瓷的非金属形成。替代性地，管道26可由例如钢的金属形成。再次参见图1，模具10还包括多个垫圈30。如图2最佳示出的，每个垫圈30具有由第一直径Cl1和第二直径d2限定的形状，第二直径d2大于第一直径屯。例如，虽然其他形状是可能的，但每个垫圈30可包括由第一直径Cl1和第二直径d2限定的四个凸角32。替代性地，每个垫圈30可包括任意数量的凸角32，例如一个凸角32、三个凸角32或者多于四个凸角32。也就是说，每个垫圈30可具有任意形状，例如不规则星形或三角形。参见图1，每个垫圈30构造成同心地邻接管道沈并且限定与通道28互连的供料导管34。也就是说，每个垫圈30构造成接触管道沈以关于中心纵向轴线A形成绕管道沈的同心环。因此，所述多个垫圈30的每一个均可以是空心的并且可由诸如造型砂或陶瓷的非金属形成。如图1所示，供料导管34可与至少一个通道观互连。取决于模具10中的垫圈30 的位置，供料导管34也可与两个通道28互连。例如，对于夹在叠层堆20之间的垫圈30，供料导管34可确切地与两个通道互连，即模具10内直接布置在垫圈30上方的一个通道28 以及直接布置在垫圈30下方的一个通道28。现在参见图2，由于每个垫圈30的第二直径d2大于第一直径Cl1,每个垫圈30与每个叠层堆20的一部分(图2中在箭头B处大致示出)重叠。类似地，由于每个垫圈30的第一直径Cl1小于第二直径d2，每个垫圈30也不与每个叠层堆20的另一部分(图2中在箭头C 处大致示出)重叠，由此限定与通道观(图1)连通的供料导管34。参见图1和图4，每个垫圈30可具有厚度t (图1)，该厚度t等于两个端环16 (图 4)的每一个的厚度(图4)加上加工物的任何附加厚度(未示出)，以提供成形之后相邻转子12的分离，下面将更详细地描述。替代性地，每个垫圈30可具有厚度t (图1)，该厚度t仅等于两个端环16 (图4)的每一个的厚度1 (图4)之和，不包括用于附加加工物的余量。在该变形中，模具10可包括附加部件，例如占位器(未示出)，其布置成邻近并接触每个垫圈30以限定转子端环16 (图4)的内径(图4)。在该变形中，加工可包括诸如转子端环16 (图4)的剪切或锯切的操作。现在参见图1和图3，模具10还包括布置成与每个叠层堆20接触的壳体36。也就是说，壳体36可形成模具10的外部，由此围绕并接触布置在壳体36内的多个叠层堆20。 因此，壳体36接触每个叠层堆20以关于中心纵向轴线A (图1)形成绕多个叠层堆20的同心环。这样，壳体36可以是空心的并且可由诸如钢的金属形成。壳体36还可限定凹口 38， 凹口 38的尺寸设置成等同于每个叠层堆20的高度h (图1)。因此，每个叠层堆20可由壳体36的一个凹口 38支撑。此外，参见图1，壳体36与每个垫圈30同心地间隔开以限定多个管40。如图1所示，每个管40与至少一个叠层堆20的至少一个空隙M互连以允许管40和至少一个空隙 24之间的连通。取决于模具10中的管40的位置，一个管40也可与恰好两个叠层堆20的至少一个空隙M互连，即，一个叠层堆20的至少一个空隙M直接布置在模具10中的管40 上方并且一个叠层堆20的至少一个空隙M直接布置在管40下方。参见图6，为了易于组装，壳体36可被分开为第一部分42和第二部分42B。例如，壳体36可沿中心纵向平面被分开为两个半体，即第一部分42和第二部分42B，从而第一部分42是第二部分42B的镜像。作为非限制性示例，第一部分42可卡扣配合、干涉配合和/ 或通过紧固件可移除地附接到第二部分42B。在一个变形中，模具10可进一步包括多个衬垫44，如图1所示。更特别地，每个衬垫44可邻接一个叠层堆20并且可与管道沈同心地间隔开并布置在通道观内。也就是说，在该变形中，每个衬垫44与每个各自通道观内的管道沈间隔开，并且关于中心纵向轴线A形成绕管道沈的同心环。而且，参见图1，每个衬垫44邻接一个叠层堆20的内表面以将该叠层堆20与通道观内的管道沈间隔开。也就是说，模具10可对于每个叠层堆20包括一个衬垫44。多个衬垫44中的每一个均可以是空心的并且可由诸如造型砂或陶瓷的非金属形成。此外，如图3所最佳示出的，每个衬垫44可具有由内径d。限定的形状。例如，如图3所示，每个衬垫44可具有圆柱形状。另外，如图2所示，每个垫圈30的第一直径Cl1可小于每个衬垫44的内径d。，每个垫圈30的第二直径d2可大于内径d。。在该变形中，每个垫圈30还至少部分地邻接至少一个衬垫44，从而供料导管34与通道28互连。例如，每个垫圈30可接触一个衬垫44的上边缘46 (图1)，即关于图1中的剖切线2-2布置在模具10内的衬垫44上方。替代性地，一个垫圈30可邻接两个衬垫44。 也就是说，一个垫圈30可夹在两个衬垫44之间。因此，在如参照图2和图3描述的该变形中，由于每个垫圈30的第二直径d2大于每个衬垫44的内径d。，每个垫圈30与每个衬垫44的一部分(在图2中的箭头B处大致示出)重叠，以阻塞供料导管34和通道观(图1)之间的连通。类似地，由于每个垫圈30的第一直径Cl1小于每个衬垫44的内径d。，每个垫圈30还不与每个衬垫44的另一部分(在图 2中的箭头C处大致示出)重叠，由此限定了与通道28 (图1)连通的供料导管34。如图1所示，在该变形中，供料导管34可与至少一个通道观互连。然而，取决于模具10中的垫圈30和衬垫44的位置，供料导管34也可与两个通道28互连。例如，对于夹在两个衬垫44之间的垫圈30，供料导管34可与恰好两个通道28互连，即一个通道28直接布置在模具10中的垫圈30上方并且一个通道28直接布置在垫圈30下方。现在参见图7-9，在另一个变形中，模具10可进一步包括多个衬垫44，该多个衬垫 44各自具有由内径d。(图9)和第三直径d3 (图9)限定的形状。更特别地，如图9所最佳示出的，第三直径d3可小于衬垫44的内径d。并且小于或等于每个垫圈30的第一直径Cl1 (图8)。也就是说，衬垫44可具有如垫圈30的类似形状，但是在尺寸上比垫圈30更小。例如，如图8和图9所最佳示出的，衬垫44可具有如垫圈30的相同数量凸角32B (图8 )，衬垫44的凸角32B可与垫圈30的凸角32对准。在该变形中，每个衬垫44可邻接一个叠层堆20和管道沈，并且可布置在通道28中。因此在该变形中，如图9所最佳示出的，每个衬垫44邻接各自叠层堆20，被每个垫圈30支撑，并且布置在通道观(图7)内，从而将供料导管34与通道28 (图7)互连并且减小通道28的打开容积。在又一个变形中，如图10-12所示，模具10可进一步包括构件48(图12)，构件48 具有由第四直径山(图12)限定的形状，第四直径山小于每个衬垫44的内径毛。例如，在该变形中，模具10可包括构件48，构件48具有类似于每个垫圈30的形状，但尺寸小于每个垫圈30。在该变形中，模具10可包括前述圆柱形状的衬垫44以及构件48。参见图12，由于构件48的第四直径d4小于每个衬垫44的内径d。，构件48可配合在圆柱形状的衬垫 44中，从而被每个垫圈30支撑，被布置在通道观(图10)中，将供料导管34与通道观(图 10)互连，并且减小通道28 (图10)的打开容积。因此，应当意识到多个衬垫44的每一个可具有任意其他形状，只要每个衬垫44同心地邻接每个各自通道观内的各自叠层堆20和管道沈。如图13所最佳示出的，模具10可进一步包括构造成用于密封模具10的阀50。阀 50可以是可致动以在密封位置(图13中在附图标记52处示出)和打开位置(图13中在附图标记M处示出)之间转变的任何合适的装置。也就是说，作为非限制性示例，阀50可以是沿模具10的远端56布置的板，其与壳体36密封地连通以关闭模具10的远端56。在其他示例(未示出)中，阀50可以是由模具10限定的、构造成密封模具10的楔、闸和/或槽。 在另一个示例中，阀50可构造成随着诸如砂或固态金属的材料移动越过模具10的远端56 而密封模具10。尽管未示出，在另一个示例中，模具10可逐渐变细以减小直径，从而限定例如闸的内阀50。在该变形中，闸可在减小的直径处被制冷以在包括模具10的处理操作期间冷冻并密封闸。继续参见图1和图13，模具10还可包括杆58，杆58沿中心纵向轴线A布置在管道沈内并且构造成用于致动阀50 (图13)。也就是说，杆58可连接到阀50 (图13)(例如前述的板)，并且可沿中心纵向轴线A移动以在密封位置(图13中在附图标记52处示出)和打开位置(图13中在附图标记M处示出)之间致动和转变阀50。当模具10被组装时，如参照图1所描述的，前述单独的部件在管道沈和壳体36 之间被堆叠成相邻的环，与中心纵向轴线A同心。例如，在准备形成恰好两个转子12(图4) 时，两个叠层堆20被夹在总共三个垫圈30之间。两个叠层堆20的每一个邻接壳体36，并且三个垫圈30的每一个邻接管道26。类似地，对于包括衬垫44的变形，在准备形成恰好两个转子12 (图4)时，两个衬垫44邻接两个叠层堆20并且被夹在总共三个垫圈30之间。 类似地，垫圈30、叠层堆20和/或衬垫44和构件48的前述顺序可被重复以形成多于两个的转子12 (图4)，即多个转子12 (图4)。现在参见图13，用于形成多个转子12 (图4)的模具系统60包括模具10，其中，模具10构造成接收可在模具10中流动的金属(由阴影区域M表示)，从而基本填充每个空隙 24 (图1和图3)、通道观(图1)、供料导管34 (图1)和管40 (图1)。也就是说，如图1所最佳示出的，由于每个叠层堆20的至少一个空隙M的每一个被管40互连，并且由于每个通道观连接到供料导管34，金属M (图13)可从模具10的远端56流到模具10的近端62， 以基本填充每个空隙对、通道观、供料导管34和管40。参见图13，金属M可以是导电的并且可适合于形成多个转子12 (图4)。例如，金属M可以是铝、铜及其组合和合金。特别地，作为非限制性示例，金属M可选自铝合金6101、 铝合金A170及其组合组成的组。金属M可在具有相对低粘度的液态、具有固体组分和液体组分的两相混合物的半固态以及具有相对高粘度的固态之间转变。也就是说，处于液态的金属M的粘度通常低于处于半固态和固态的金属M的粘度。因此，与处于固态的金属M相比，处于液态的金属M需要明显更小的力来流动。而且，处于半固态的包括固体组分的金属M具有比处于液态的金属M相对更高的粘度，因此需要相对更大的力来流动。也就是说，随着处于半固态的金属M中的固体组分增加，粘度也增大，并且金属M需要越来越大的力来流动。此外，金属M可具有液相线温度Tutl和固相线温度Ts。如本文所使用的，术语“液相线温度”表示晶体可与熔化金属M以热力学平衡共存的最大温度。换句话说，在液相线温度 Tlitl之上，金属M是同形态的且可流动的，并且不存在固体组分。并且，如本文所使用的，术语“固相线温度”表示金属M开始熔化即从固态变化到液态的温度。在固相线温度Ts和液相线温度Tlitl之间，金属M可以半固态存在。并且，在接近但高于固相线温度Ts的温度时， 处于半固态的金属M可包括液体组分。类似地，在接近但低于液相线温度Tlitl的温度时，处于半固态的金属可包括固体组分。如上所述，金属M可在模具10中流动，并且该流动不受过多湍流的影响，下面将更详细描述。在一个非限制性示例中，金属M可基本上具有层流。如本文所使用的，术语“层流”表示金属M的流动的特征在于非湍流的、流线形的、平行层。换句话说，金属M可显现为由每个空隙M (图1和图3)、通道观(图1)、供料导管34 (图1)和管40 (图1)内的最小化湍流限定的流，而后在模具10中完全转变为固态。因此，如下面更详细描述的，处于液态、半固态和固态的金属M基本没有诸如在拉模铸造时由过多湍流引起的空气穴和多孔性。再次参见图13，模具系统60还包括构造成将模具10加热到第一温度T1的第一炉 64。通常，第一温度T1被选择为允许金属M在模具10中流动。因此，第一炉64可用于在下面将更详细描述的另外的处理操作之前对模具10进行预加热。第一炉64可构造成接收并围绕模具10以将模具10加热到从约500°C到约1300°C的第一温度1\。也就是说，对于包括铝或铝合金的应用而言，第一温度T1可从约500°C到约800°C，例如为约660°C。并且， 对于包括铜或铜合金的应用而言，第一温度T1可从约900°C到约1300°C，例如为约1150°C。 第一炉64可通过任何合适燃料来燃烧，并且可通过对流加热、传导加热、感应加热和辐射加热中的至少一种来加热模具10。另外，模具系统60包括第二炉，其在图13中的附图标记66处大致示出。第二炉 66构造成将金属M加热到可流动状态。对于包括铝或铝合金的应用而言，第二炉66可构造成将金属M加热到从约550°C到约800°C，例如为约680°C的温度。并且，对于包括铜或铜合金的应用而言，第二炉66可构造成将金属M加热到从约1000°C到约1300°C，例如为约 1200°C的温度。因此，第二炉66可用于当模具10已被第一炉64预加热到第一温度T1之后来加热金属M,下面将更详细描述。第二炉66也可通过任何合适燃料来燃烧，并且可通过对流加热、传导加热、感应加热和辐射加热中的至少一种来加热金属M。第二炉66构造成用处于可流动状态的金属M沿中心纵向轴线A反重力填充模块 10。如本文所使用的，术语“反重力填充”表示倒转地填充模具10。也就是说，第二炉66可构造成接收并围绕模具10，从而用金属M填充模具10的远端56而后填充模具10的近端 62。因此，第二炉66也可以是可加压的，并且可构造成容纳金属M。第二炉66也可包括构造成反重力填充模具10的机械或电磁泵运系统(未示出)。再次参见图13，模具系统60还包括冷却装置68，冷却装置68构造成沿中心纵向轴线A逐渐冷却模具10，由此沿中心纵向轴线A具方向性地固化金属M。例如，冷却装置68 可将金属M冷却到低于金属M的固相线温度Ts，从而金属M沿中心纵向轴线A的方向冷却。 也就是说，冷却装置68可以是任何合适的装置，其用于降低金属M的温度以由此将金属M冷却到低于金属M的固相线温度Ts的不可流动状态，由此促进金属M沿中心纵向轴线A的方向的方向性固化。例如，对于包括铝或铝合金的应用而言，模具10的温度可被降低到低于约350°C，对于包括铜或铜合金的应用而言，模具10的温度可被降低到低于约325°C。在一个示例中，冷却装置68可以是构造成接收模具10并对模具10进行淬火的淬火罐。冷却装置68可包含合适的冷却流体W，例如水。替代性地，在另一个变形中，冷却装置68可以是一系列喷嘴(未示出)，该一系列喷嘴构造成用合适的冷却流体W (例如水或空气)浇在模具 10上。如上所述，冷却装置68构造成沿中心纵向轴线A逐渐冷却模具10。也就是说，冷却装置68可冷却模具10的远端56而后冷却模具10的近端62。换句话说，冷却装置68可构造成首先冷却模具10的远端56，然后沿中心纵向轴线以朝向模具10的近端62的方向逐渐冷却模具10。替代性地，冷却装置68可冷却模具10近端62的而后冷却模具10的远端 56。如下面更详细描述的，第一炉64、第二炉66以及冷却装置68可位于同一处以便于模具10在每个装置之间的运送。而且，第一炉64可在第二炉66和冷却装置68之间移动，从而在每个装置之间运送模具10和第一炉64。例如，线性致动器(在图13中的附图标记70处大致示出)可替代性地将第一炉64定位在第二炉66或冷却装置68上方。替代性地，第二炉64和/或冷却装置68可相对于第一炉64和/或模具10移动。参见图13，描述用于形成多个转子12 (图4)的方法。该方法包括用金属M反重力填充模具10以形成工件72 (即在制品)，该金属M具有由最小化湍流限定的流。也就是说，如本文所使用的，术语“工件”表示多个转子12 (图4)的前体，其包括模具10中的金属 M，处于未完成状态，从而需要进一步的处理操作。特别地，反重力填充可将具有由最小化湍流限定的流的金属M沿中心纵向轴线A 从模具10的远端56到近端62逐渐插入模具10中。例如，反重力填充可将金属M插入处于压力之下的模具10中。也就是说，作为非限制性示例，模具10的阀50可首先被杆58致动到打开位置(图13中在附图标记M处示出)。然后，模具10可被插入包含金属M的加压第二炉66中，从而金属M可在压力之下以由最小化湍流限定的流被插入模具10的开放空间中，即互连的管40和空隙M以及互连的供料导管34和通道观。更特别地，参照图1描述，金属M(图13)可同时进入一个管40和一个供料通道观。 由于管40与一个叠层堆20的至少一个空隙M互连，金属M可显现为由从管40到至少一个空隙M的最小化湍流限定的流，由此预形成多个转子12 (图4)的转子条14 (图4)。此后，金属M可沿平行于中心纵向轴线A的方向从至少一个空隙M行进到下一个相邻管40， 从而填充每个管40的金属M预形成了邻接转子12 (图4)的芯18的两个转子端环16 (图 4)。类似地，继续参见图1，由于通道观与供料导管34互连，金属M (图13)可显现为由从供料导管；34到通道28的最小化湍流限定的流，由此预形成转子12 (图4)的内部74 (图4)，如果需要，其可被进一步精加工或机加工。在另一个变形中，参见图13描述，反重力填充可将具有由最小化湍流限定的流的金属M在真空下沿中心纵向轴线A从模具10的远端56逐渐抽吸到近端62。也就是说，作为非限制性示例，模具10的阀50可被杆58致动到打开位置(图13中在附图标记M处示出)，并且模具10可被插入第二炉66中以将金属M在压力之下以由最小化湍流限定的流抽吸到模具10的开放空间中，即互连的管40 (图1)和空隙M (图1)以及互连的供料导管 34 (图1)和通道28 (图1)。此后，模具10的阀50可被杆58致动到密封位置(图13中在附图标记52处示出)，并且工件72可从第二炉66移除。参见图13，该方法可进一步包括将模具10预加热到从约500°C到约1300°C的第一温度T1，例如对于包括铝和铝合金的应用约为660°C，对于包括铜和铜合金的应用约为 1150°C，然后进行反重力填充。例如，模具10可通过第一炉64被预加热到第一温度1\。因此，第一炉64可与第二炉66位于同一处，从而最小化预加热和反重力填充之间耗费的时间。参见图13和图14，该方法还包括逐渐沿中心纵向轴线A对工件72进行淬火以沿中心纵向轴线A方向性地固化金属M，由此形成铸件76(图14)。如本文所使用的，术语“铸件”表示多个转子12 (图4)的接近的前体。也就是说，参见图1和图13，在对模具10进行反重力填充从而金属M被布置在每个空隙M、通道观、供料导管34和管40中之后，冷却装置68可沿中心纵向轴线A以从模具10的远端56到模具10的近端62的方向逐渐地对工件72进行淬火，以将金属M转变到固态，由此形成布置在模具10中的铸件76 (图14)。因此，作为非限制性示例，在阀50仍被致动于密封位置(图13中在附图标记52处示出)的情况下，工件72可从第二炉66移除并被插入冷却装置68中以便进行淬火。特别地，工件72可从第二炉66移除而不再进入第一炉64，被线性致动器70在冷却装置68上方移动，并且被插入冷却装置68中以便进行淬火。替代性地，在另一个非限制性示例(未示出)中，工件72可保持处于固定水平位置，同时第二炉66和/或冷却装置68经由例如线性致动器70而水平地平移。换句话说，工件72、第一炉64、第二炉66和/或冷却装置68中的每一个可关于彼此移动，例如水平地和/或竖直地平移。因此，第二炉66和冷却装置68 可位于同一处，从而最小化反重力填充和淬火之间耗费的时间。该方法可进一步包括在淬火之后冷却工件72。例如，当模具10用冷却装置68淬火之后，工件72可从冷却装置68移除并且在外界环境中冷却。也就是说，当模具10用冷却装置68淬火之后，工件可从冷却装置68移除并且不再进入第一炉64中。参见图14，在淬火之后，所得到的铸件76可具有多个转子12 (图4)的形状，端环 16堆叠并连接到端环16 (图4)。因此，铸件76的长度可约等于模具10 (图13)的长度。继续参见图14，由于该方法包括用具有由最小化湍流限定的流的金属M沿模具10 的中心纵向轴线A逐渐地反重力填充模具10，铸件76限定多个孔78。特别地，基于100体积份量的铸件76，铸件76中所存在的多个孔78的数量从约0. 001体积份量到约5体积份量。因此，铸件76具有最小化的多孔性。不受理论限制，用具有由最小化湍流限定的流的金属M对模具10的反重力填充并且沿中心纵向轴线A逐渐固化金属M，这有助于最小化铸件76的多孔性。该方法另外包括精加工铸件76 (图14)以形成多个转子12 (图4)。精加工可被进一步限定为使铸件76 (图14)和模具10 (图1)分开。例如，参见图6，壳体36的第一部分42可从壳体36的第二部分42B移除以便通达铸件76 (图14)，并且铸件76 (图14)可从壳体36的第一部分42 (图6)移除，由此形成多个转子12 (图4)。在另一个变形中，精加工可被进一步限定为对铸件76 (图14)进行机加工以形成多个转子12 (图4)。也就是说，转子12 (图4)中的每一个可被机加工，从而将转子12 (图 4)从铸件76 (图14)分开，以形成多个转子12 (图4)。模具10、模具系统60和方法允许用具有由最小化湍流限定的流的金属M反重力填充模具10，以及在转子12的形成期间方向性地固化金属M。因此，模具10、模具系统60和方法形成了多个转子12，其每一个具有最小化的多孔性、极优的强度、最小化的热撕裂和收缩缺陷、以及最大化的电导率。因此，模具10、模具系统60和方法形成了转子12，所述转子 12在电机中易于被平衡并且因此可用于需要极优电机效率的应用。此外，该方法使用经济的工具在低压下形成了转子12，并且提供极优的金属成品率。模具10、模具系统60和方法还一次形成多个转子12，由此优化了转子生产速度。虽然具体描述了实施本发明的最佳模式，但本领域技术人员将意识到在所附权利要求范围内的实现本发明的各种替代性设计和实施例。
权利要求
1.一种用于形成多个转子的模具，所述模具包括多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙； 具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于所述第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中， 每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连。
2.如权利要求1所述的模具，进一步包括多个衬垫，其每一个具有由内径限定的形状， 其中，每个衬垫邻接一个叠层堆并且与所述管道同心地间隔开并且布置在所述通道内。
3.如权利要求2所述的模具，其特征在于，所述第一直径小于所述内径，并且所述第二直径大于所述内径。
4.如权利要求1所述的模具，进一步包括多个衬垫，其每一个具有由内径和第三直径限定的形状，所述第三直径小于所述内径并且小于或等于所述第一直径，其中，每个衬垫邻接一个叠层堆和所述管道并且布置在所述通道内。
5.如权利要求2所述的模具，进一步包括构件，所述构件具有由第四直径限定的形状， 所述第四直径小于所述内径。
6.如权利要求1所述的模具，包括恰好互连两个通道的至少一个供料导管。
7.如权利要求1所述的模具，其特征在于，一个管与恰好两个叠层堆的所述至少一个空隙互连。
8.如权利要求1所述的模具，其特征在于，每个垫圈包括由所述第一直径和所述第二直径限定的四个凸角。
9.一种用于形成多个转子的模具系统，所述模具系统包括 模具，所述模具包括多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙； 具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于所述第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中， 每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连；其中，所述模具构造成接收能在所述模具中流动的金属，从而基本填充每个空隙、通道、供料导管和管； 第一炉，其构造成用于将所述模具加热到第一温度；第二炉，其构造成用于将金属加热到可流动状态并且用处于可流动状态的金属沿所述中心纵向轴线反重力填充所述模具；和冷却装置，其构造成用于沿所述中心纵向轴线逐渐地冷却所述模具，由此沿所述中心纵向轴线方向性地固化所述金属。
10.一种形成多个转子的方法，所述方法包括用具有由最小化湍流限定的流的金属来反重力填充模具，其中，所述模具包括多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙； 具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于所述第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中， 每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连；沿所述中心纵向轴线逐渐地淬火所述工件以沿所述中心纵向轴线方向性地固化所述金属，由此形成铸件，所述铸件限定多个孔，所述多个孔基于100体积份量的铸件在所述铸件中以约0. 001体积份量到约5体积份量的数量存在；并且精加工所述铸件，由此形成所述多个转子。
全文摘要
本发明涉及用于形成转子的方法、模具和模具系统。具体地，一种用于形成多个转子的模具包括多个叠层堆，其中，每个叠层堆限定穿过其中的至少一个空隙；具有中心纵向轴线的管道，其中，每个叠层堆与所述管道同心地间隔开以限定它们之间的通道；多个垫圈，其每一个具有由第一直径和大于第一直径的第二直径限定的形状，其中，每个垫圈构造成同心地邻接所述管道并且限定与所述通道互连的供料导管；和壳体，其布置成与每个叠层堆接触并且与每个垫圈同心地间隔开以限定多个管，其中，每个管与至少一个叠层堆的所述至少一个空隙互连。还描述了用于形成多个转子的模具系统和方法。
文档编号H02K15/02GK102263464SQ20111013506
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者K. 萨奇德夫 A., A. 奥斯博恩 M., J. 沃克 M., 布恩 P., A. 佩里 T. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司