CN108521189A - 一种水冷电机壳及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水冷电机壳包括壳体，所述壳体呈圆柱状，且壳体中心设置容纳机芯的中空空间，其特征在于，在所述壳体内部则设置有螺旋水道，且在壳体外壁上设置用于螺旋水道的入口结构与出口结构，其中所述入口结构及出口结构中水道均与壳体对应位置处的切线方向一致，并且入口结构中水道方向与出口结构中水道方向不一致，并且优化制备方法来提高最终产品的成品率。

Description

一种水冷电机壳及其制备方法
技术领域
本发明涉及电机领域，具体涉及一种水冷电机壳及其制备方法。
背景技术
随着新能源汽车的推广和应用，电动汽车以及油电混合动力汽车已经得到充分的开发和利用，二者相同之处在于不可避免地使用驱动电动机，以维持车辆行驶动力。驱动电动机一般需具有较高功率，尤其是应用于较大型商用车，如公交车、客车等。但是电动机在运转时由于电流热效应及机械能损失等，使电动机的发热量大，限制了电机效率的提升。由于防护等级要求较高，电机内部产生的热量很难直接导出，一般采用机壳水冷方式进行换热。铝合金由于密度低，导热系数高经常被选作机壳材料。现有铝合金机壳多为铝型材并通过焊接形成水道，该种工艺只能形成沿电机轴向S型布置的水路，且焊接成本高，焊接质量不易控制。S型水路由于弯头水阻大，导致水泵功率及扬程需求高，也会使得整个水路循环管道承受更多的压力，安全系数低。铝合金质机壳螺旋水道的铸造一直是业内寻求解决的问题，由于螺旋水道结构复杂，普通的落砂工艺不能将水道中的砂芯去除干净，阻塞水道影响散热效果。
而中国专利CN201410438179.9公开一种水冷电机机壳铸造方法，机壳采用铸铝合金，具有机壳及底座，所述机壳上布置有与机壳一体成型的带状螺旋布置的水道，带状螺旋水道与机壳一体铸造成型，通过采用特殊的铸造和落砂工艺，使水道砂芯完全排出，水道内无残留砂，同时螺旋形水道末端设置有进水口和出水口，所述水道截面积大于进水口截面积。并对传统的螺旋形水道进行了改进设计，增加水道拐角。即上述专利提及铸造方法为现阶段比较常用的低压铸造工艺，主要是改进水道便于落砂工艺中将砂芯去除干净。但是上述铸造方法并没有确保水冷电机壳的机械性能-密封型保压0.5MPa下5min无泄漏。同时增设水道拐角会增加砂芯制造难度，造成水道内壁毛刺比较多。
发明内容
本发明的目的在于提供设计合理的水冷电机壳，通过优化铸造过程中各个工序，来提高铸造的良品率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水冷电机壳包括壳体，所述壳体呈圆柱状，且壳体中心设置容纳机芯的中空空间，其特征在于，在所述壳体内部则设置有螺旋水道，且在壳体外壁上设置用于螺旋水道的入口结构与出口结构，其中所述入口结构及出口结构中水道均与壳体对应位置处的切线方向一致，并且入口结构中水道方向与出口结构中水道方向不一致。
根据本发明一个实施例的水冷电机壳可进一步设置为所述螺旋水道的内径与所述壳体的壁厚之比为（0.55-0.78）：1。
根据本发明又一个实施例的水冷电机壳可进一步设置为所述螺旋水道的螺旋角在5-12度。
根据本发明又一个实施例的水冷电机壳可进一步设置为在所述壳体上方及下方还分别设置有便于其他部件拼装的倒角。
根据本发明又一个目的为该水冷电机壳的制备方法，包括以下步骤;
S1、制备砂芯，按照水冷电机壳中螺旋水道的结构设计螺旋水道砂芯，并在其外涂覆耐火材料；
S2、固定水道砂芯，将水冷电机机壳模具的型芯涂耐火材料，然后将涂有耐火材料水道芯固定到模具内；
S3、浇筑铝液，将熔炼的铝液通过低压浇筑工具向模具内进行低压浇注获得水冷电机机壳铸件毛胚；
S4、固溶毛胚，对水冷电机机壳铸件毛胚进行固溶时效处理；
S5、将铸造好的电机壳由模具的型腔内取出，待到完全冷却后，通过烧砂，热处理，震砂去掉水道砂芯；
S6、对水冷电机机壳外侧进行清理、精密机械加工和检验获得一体式水冷电机机壳成品。
根据本发明又一个实施例的水冷电机壳的制备方法可进一步设置为在S3步骤中铝液的温度控制在700-750℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.32-0.38MPa，保压时的增压压力控制在0.42-0.46MPa。
根据本发明又一个实施例的水冷电机壳的制备方法可进一步设置为在S3步骤中铝液的温度控制在735℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.35MPa，保压时的增压压力控制在0.45MPa。
根据本发明又一个实施例的水冷电机壳的制备方法可进一步设置为在S3步骤中保压的时间控制在250-300s，在S4步骤中冷却的时间控制在60-100s。
根据本发明又一个实施例的水冷电机壳的制备方法可进一步设置为在S3步骤中保压的时间控制在285s，在S4步骤中冷却的时间控制在90s。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的水冷电机壳通过在结构上调整了螺旋水道的结构、螺旋水道入口结构与出口结构使得螺旋水道中冷却水的流动阻力降低，提高了电机壳的水冷效率；
2、本发明提供的水冷电机壳其螺栓水道的螺旋角度、螺栓水道内径及电机壳的壁厚来增强了水冷电机壳的抗拉强度、布氏硬度，确保了其在0.75MPa下保压5min无泄漏；
3、本发明提供的水冷电机壳的制备方法中优化了铝液的温度、充压的压力及增压的压力，并控制时间来提高了产品的成品率。
附图说明
图1为本发明提供的水冷电机壳的示意图；
图2为本发明提供的水冷电机壳的俯视图；
图3为图2中A-A截面的剖视图；
图4为图2中B-B截面的剖视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该水冷电机壳包括壳体1，所述壳体呈圆柱状，且壳体中心设置容纳机芯的中空空间2，其特征在于，在所述壳体内部则设置有螺旋水道3，且在壳体外壁上设置用于螺旋水道3的入口结构4与出口结构5，其中所述入口结构4及出口结构5中水道均与壳体对应位置处的切线方向一致，并且入口结构中水道方向与出口结构中水道方向不一致。且在所述壳体上方及下方还分别设置有便于其他部件拼装的倒角6。
实施例1
所述螺旋水道的内径与所述壳体的壁厚之比为0.55：1，所述螺旋水道的螺旋角在5度。
实施例1中水冷电机壳的制备方法，包括以下步骤;
S1、制备砂芯，按照水冷电机壳中螺旋水道的结构设计螺旋水道砂芯，并在其外涂覆耐火材料；
S2、固定水道砂芯，将水冷电机机壳模具的型芯涂耐火材料，然后将涂有耐火材料水道芯固定到模具内；
S3、浇筑铝液，将熔炼的铝液通过低压浇筑工具向模具内进行低压浇注获得水冷电机机壳铸件毛胚，其中铝液的温度控制在700℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.32MPa，保压时的增压压力控制在0.42MPa，保压的时间控制在250s；
S4、固溶毛胚，对水冷电机机壳铸件毛胚进行固溶时效处理，其中冷却的时间控制在75s；
S5、将铸造好的电机壳由模具的型腔内取出，待到完全冷却后，通过烧砂，热处理，震砂去掉水道砂芯；
S6、对水冷电机机壳外侧进行清理、精密机械加工和检验获得一体式水冷电机机壳成品。
实施例2
所述螺旋水道的内径与所述壳体的壁厚之比为0.68：1，所述螺旋水道的螺旋角在7度。
实施例2中水冷电机壳的制备方法，包括以下步骤;
S1、制备砂芯，按照水冷电机壳中螺旋水道的结构设计螺旋水道砂芯，并在其外涂覆耐火材料；
S2、固定水道砂芯，将水冷电机机壳模具的型芯涂耐火材料，然后将涂有耐火材料水道芯固定到模具内；
S3、浇筑铝液，将熔炼的铝液通过低压浇筑工具向模具内进行低压浇注获得水冷电机机壳铸件毛胚，其中铝液的温度控制在735℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.35MPa，保压时的增压压力控制在0.45MPa，保压的时间控制在285s；
S4、固溶毛胚，对水冷电机机壳铸件毛胚进行固溶时效处理，其中冷却的时间控制在90s；
S5、将铸造好的电机壳由模具的型腔内取出，待到完全冷却后，通过烧砂，热处理，震砂去掉水道砂芯；
S6、对水冷电机机壳外侧进行清理、精密机械加工和检验获得一体式水冷电机机壳成品。
实施例3
所述螺旋水道的内径与所述壳体的壁厚之比为0.78：1，所述螺旋水道的螺旋角在12度。
实施例3中水冷电机壳的制备方法，包括以下步骤;
S1、制备砂芯，按照水冷电机壳中螺旋水道的结构设计螺旋水道砂芯，并在其外涂覆耐火材料；
S2、固定水道砂芯，将水冷电机机壳模具的型芯涂耐火材料，然后将涂有耐火材料水道芯固定到模具内；
S3、浇筑铝液，将熔炼的铝液通过低压浇筑工具向模具内进行低压浇注获得水冷电机机壳铸件毛胚，其中铝液的温度控制在750℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.38MPa，保压时的增压压力控制在0.46MPa，保压的时间控制在300s；
S4、固溶毛胚，对水冷电机机壳铸件毛胚进行固溶时效处理，其中冷却的时间控制在100s；
S5、将铸造好的电机壳由模具的型腔内取出，待到完全冷却后，通过烧砂，热处理，震砂去掉水道砂芯；
S6、对水冷电机机壳外侧进行清理、精密机械加工和检验获得一体式水冷电机机壳成品。
针对上述1-3实施例中制备的水冷机壳进行检测得出如下结果。
抗拉强度 布氏硬度 内腔粗糙度 密封性
实施例1 ＞300MPa 93 1.72±0.05um 保压0.75MPa下5min无泄漏
实施例2 ＞300MPa 99 1.67±0.05um 保压0.75MPa下5min无泄漏
实施例3 ＞300MPa 94 1.75±0.05um 保压0.75MPa下5min无泄漏
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种水冷电机壳包括壳体，所述壳体呈圆柱状，且壳体中心设置容纳机芯的中空空间，其特征在于，在所述壳体内部则设置有螺旋水道，且在壳体外壁上设置用于螺旋水道的入口结构与出口结构，其中所述入口结构及出口结构中水道均与壳体对应位置处的切线方向一致，并且入口结构中水道方向与出口结构中水道方向不一致。
2.根据权利要求1所述的一种水冷电机壳，其特征在于，所述螺旋水道的内径与所述壳体的壁厚之比为（0.55-0.78）：1。
3.根据权利要求2所述的一种水冷电机壳，其特征在于，所述螺旋水道的螺旋角在5-12度。
4.根据权利要求3所述的一种水冷电机壳，其特征在于，在所述壳体上方及下方还分别设置有便于其他部件拼装的倒角。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种水冷电机壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤;
S1、制备砂芯，按照水冷电机壳中螺旋水道的结构设计螺旋水道砂芯，并在其外涂覆耐火材料；
S2、固定水道砂芯，将水冷电机机壳模具的型芯涂耐火材料，然后将涂有耐火材料水道芯固定到模具内；
S3、浇筑铝液，将熔炼的铝液通过低压浇筑工具向模具内进行低压浇注获得水冷电机机壳铸件毛胚；
S4、固溶毛胚，对水冷电机机壳铸件毛胚进行固溶时效处理；
S5、将铸造好的电机壳由模具的型腔内取出，待到完全冷却后，通过烧砂，热处理，震砂去掉水道砂芯；
S6、对水冷电机机壳外侧进行清理、精密机械加工和检验获得一体式水冷电机机壳成品。
6.根据权利要求5所述的一种水冷电机壳的制备方法，其特征在于，在S3步骤中铝液的温度控制在700-750℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.32-0.38MPa，保压时的增压压力控制在0.42-0.46MPa。
7.根据权利要求6所述的一种水冷电机壳的制备方法，其特征在于，在S3步骤中铝液的温度控制在735℃，且铝液充型时的充型压力控制在0.35MPa，保压时的增压压力控制在0.45MPa。
8.根据权利要求5至7任意一项所述的一种水冷电机壳的制备方法，其特征在于，在S3步骤中保压的时间控制在250-300s，在S4步骤中冷却的时间控制在60-100s。
9.根据权利要求8所述的一种水冷电机壳的制备方法，其特征在于，在S3步骤中保压的时间控制在285s，在S4步骤中冷却的时间控制在90s。
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CN109586494A (zh) * 2018-12-27 2019-04-05 丹阳荣嘉精密机械有限公司 一种螺旋式冷却***埋置的电机壳
CN112247116A (zh) * 2020-10-23 2021-01-22 东风汽车有限公司 带冷却水道电机壳低压铸造工艺

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