具体实施方式

图1为铸造系统100的示意图。铸造系统100包括坩埚105、坩埚压力容器110、铸模115、进料管120、加压惰性气源125以及真空腔室130。进料管120延伸到坩埚105中并形成流体流动路径，适用于压力驱动熔融金属135从坩埚105进入铸模115内部117。熔融金属135可以是诸如铝、镁、锌、铜、铁或它们的合金，包括钢。铸模115可以基于要铸造的金属135来选择，可以为诸如钢或砂模。在一些实现方式中，可以使用陶瓷铸模。在一些实现方式中，可以使用型芯和滑块。例如，型芯可以是永久性的或暂时性的。可以操作铸造系统100以使用相对低的压差将金属135从坩埚105通过进料管120驱动到铸模115的内部容积117中。

气源125可包括相对高压的惰性气体，诸如氮气或稀有气体。在一些实现方式中，可以对惰性气体进行干燥。气体源125可以为诸如加压气体罐或管线。通过一根或多根管线140、145将气体源125连接到铸模115的内部容积117和坩埚压力容器110的内部容积112中的一者或两者。可以使用一个或多个阀门150、151打开和关闭管线140、145。如下文进一步所讨论，气体源125、管线140、145和阀门150、151被配置为以大致相同的速率对铸模115的内部容积117和坩埚压力容器110的内部容积112进行加压。

如下文进一步所讨论，管线145的尺寸确定并且气体源125能够提供足够容积的惰性气体流以快速填充坩埚压力容器110的内部容积112。例如，在一些实现方式中，管线145和气体源125能够在不到1秒内填充坩埚压力容器110的内部容积112。通常，内部容积112可以被填充而不会在金属浴中产生相关的湍流。为了帮助快速填充，阀门151通常位于紧邻坩埚压力容器110的内部容积112的位置。通过这样的布置，阀门151和内部容积112之间的管线145的容积相对较小且内部容积112中的压力变化率增加。

在一些实现方式中，可以对坩埚压力容器110的内部进行定制以符合坩埚105的外部。例如，在某些情况下，坩埚105的外部可以是大致圆柱形或圆锥形，而坩埚压力容器110的内部可以定义一个大致圆柱形或圆锥形的容积，以较小的公差与坩埚105的外部相一致。这种定制可以降低内部容积112的尺寸和压力下的速度变化。

在一些实现方式中，可以将电阻或电感加热元件集成到坩埚105，集成到坩埚压力容器110中，和/或沿二者的表面设置。这种加热元件可有助于减小内部容积112的尺寸。

真空腔室130通过管线155连接到铸模115的内部117。使用一个或多个阀门160打开和关闭管线155。真空腔室130具有的容积明显大于铸模115的内部117的容积。例如，真空腔室130的容积可以是铸模115的内部117的容积的50倍或更多倍。阀门160可以是速动阀门，诸如可以在小于100毫秒内完成从关闭状态到打开状态的转换的阀门。

如下文进一步所讨论，管线155的尺寸确定且腔室130能够抽出足够容积的惰性气体流以快速清空铸模115的内部117。例如，在一些实现方式中，管线155和腔室130能够在0.1秒内清空铸模115的内部117。为了帮助排空，阀门150通常布置在紧邻铸模115的内部117的位置。通过这样的布置，阀门150和内部117之间的管线140的闭死容积相对较小，并且很少或不需要通过管线155抽取额外的空气。此外，阀门160通常布置在紧邻铸模115的内部117的位置。

在铸模115包括砂芯或其他可透气型芯的实现方式中，管线155可以连接以通过型芯的固体(可透气)部分抽出气体。这可以使得气体从铸模115的整个铸造容积中被抽出，并避免气体从型芯排放。

在一些实现方式中，铸模115的内部117诸如通过一根或多根管线165连接到大气。在图示的实现方式中，管线165包括单向阀170，其仅允许单向流出铸模115的内部。在其他实现方式中，当一个或多个阀门150、160打开时，一个或多个管线165可以是无障碍、无阀门的通道，其允许与通过管线140、155的流率相比较小的流率。

在准备铸造时，铸模115和坩埚压力容器110充满来自气源125的惰性气体，铸模115和坩埚压力容器110中的压力最终升至大气压以上。例如，铸模115和坩埚压力容器110可加压至1MPa表压，但通常铸模115和坩埚压力容器110 2将加压至0.2MPa表压或更低。例如，铸模115和坩埚压力容器110最终可以加压至0.02-0.08MPa表压。加压过程可确保在铸造期间反应气体(诸如大气氧)不会残留在铸模115和坩埚压力容器110中。例如，相对纯净的惰性气体可从气源125流入铸模115和坩埚压力容器110，同时惰性气体和反应气体的混合物通过一个或多个从铸模115和坩埚压力容器110逸出管线165。取决于各自的流速和容积，铸模115和坩埚压力容器110中的反应气体将最终耗尽，铸模115和坩埚压力容器110中的气体将具有类似于气源125的气体组成。

在铸模115和坩埚压力容器110填充惰性气体之前、期间和/或之后，可以加热坩埚105以熔化金属135。进料管120延伸到坩埚105中的熔融金属135中。在金属135熔化时或之后，可以调节铸模115的内部117和坩埚压力容器110的内部112的压力以形成填充铸模115的浇注系统的熔融金属135的头部175。在图示的实施中，熔融金属135上升到水平面180，该水平面略低于铸造铸模115的部分，最终对产品进行铸造。在一些实现方式中，进料管120包括加热系统以控制进料管120(未示出)中的熔融金属135的温度。

调节铸模115和坩埚压力容器110中压力的特定方法可取决于铸造系统100的特定结构。例如，在一些实现方式中，铸模115和坩埚压力容器110中的压力可固有地由通过管线140、145和165的相应流速产生。例如，可以选择管线140、145和165的尺寸，使气体通过管线165从铸造铸模115中逸出，导致铸模115的压力低于坩埚压力容器110中的压力期望值。其他实现方法还可能包括具有压力传感器和主动反馈控制的实现方式。

一般来说，铸造铸模115将被加热到适合良好形状填充行为和铸模的最小疲劳磨损的温度。例如，当铸造铜时，永久铸模115将被加热到100-350℃之间的温度。相反，当铸造铝时，永久铸模115将被加热到250-350℃之间的温度。

图2为铸造系统100在铸造过程中的示意图。在对铸模115和坩埚压力容器110二者加压的情况下，关闭阀门150，打开阀门160。由于真空腔室130的容积明显大于铸模115的内部117的容积，铸模115的内部117中的压力非常迅速地几乎下降到零。例如，铸模115的内部117中的压力可以在0.1秒内下降到几乎为零。相反，坩埚压力容器110保持加压，并在熔融金属135的头部175上升到水平面185时，填充铸模115。

如上所述，在一些实现方式中，铸模115和坩埚压力容器110中的压力可以比大气压高0.1MPa左右。在铸造金属中，这是一个相对较低的压差，即大约2个大气压。相比之下，高压压铸可以在高达诸如120MPa左右的压力下进行，即大约120个大气压的压力差。在如此高的压力下，铸模中熔融金属的速度达到很高的速度，诸如200m/s。

通过在这样一个相对较低的压力下操作，本铸造过程既安全又快捷。事实上，相对低压的铸造工艺可以不受严格的监管要求的约束。此外，熔体永不需要暴露在氧化性气氛中，而仅暴露于惰性气氛和(基本上)真空中。

在某些情况下，使用这种压差相对较低的工艺铸造的产品可能会显示出铸造过程特有的物理特性。例如，在某些情况下，与使用高压铸造的产品相比，产品包含微泡的可能性大大降低。在高压铸造中，一旦释放高铸造压力，任何困在熔融金属中的气体都会显著膨胀。相较之下，在压差相对较低的铸造工艺中，熔融金属中气体体积膨胀要小得多。

另一示例中，在一些情况下，使用这种在压差相对较低的情况下铸造的产品可以显示铸造过程的表面结构特征。

在一些实现方式中，在排空铸模115的内部117期间或之后，可以增加施加到熔融金属135的压力。例如，在一些实现方式中，加压惰性气体的附加源可以通过阀门/管线系统(未示出)连接到坩埚压力容器110的内部112。这种阀门可以响应于阀门160的开启而打开以增加对坩埚压力容器110的内部容积112的内部112的加压。另一示例中，在一些实现方式中，坩埚压力容器110的内部容积112可以通过阀门151加压。在任一种情况下，内部容积112的加压与铸造铸模115的内部117的排空相结合，可以提高填充速度和质量惯性，使铸件的壁厚更薄。

图1和图2中示意性地说明的铸造过程可用于铸造各种不同的产品——包括使用其他铸造技术难以铸造的产品。

图3为可以使用诸如铸造系统100铸造的导电线圈300的示意图。导电线圈300是可用于诸如电动机或发电机中的整体铸件。金属条310的表面覆盖着相对较薄的绝缘体，使得金属条310形成一个线圈状的导电路径。

导电线圈300限定了一个围绕轴线307的间隙305，金属条310被“缠绕”在一系列的层312中，每层形成线圈300的一匝。金属条310的高度315小于宽度320，其中宽度320大致垂直于轴线307，高度315大致平行于轴线307。如下文进一步详细讨论，金属条310的尺寸一般不均匀——无论是在单个层312内还是从一个层312到另一个层312。在所示的实现方式中，金属条310的横截面大致为矩形，与相邻层312的大体平坦的绝缘表面彼此接触。但情况并非一定如此。例如，在一些实现方式中，例如，可以有意地构造金属条310的表面，诸如使得相邻层312彼此接合以增加接触面积。

尽管导电线圈300中的层312在示意图中示为具有大致尖锐的边缘325，间隙305示为具有长方体形状，通常边缘325和间隙305的边缘至少有些圆形。此外，尽管金属条310的横截面区域示为具有尖锐边缘的大致矩形，但通常情况并非如此。

导电线圈300可由一种或多种金属铸造，包括铝、铜、锰或钢。由铝铸造的导电线圈比由铜铸造或以其他方式形成的同等尺寸的导电线圈更轻。绝缘体可以由一层或多层不同材料形成，可以包括诸如氧化铝等的金属氧化物。

在一些实现方式中，导电线圈300可以直接铸造成几乎适用于在诸如电动机或发电机中使用的形状。在其他实现方式中，导电线圈300可以铸造成延伸形状，围绕轴线307形成多匝，但在使用之前必须沿轴线307的方向进行压缩。例如，相邻匝之间的间隔比金属条沿轴的厚度宽5至10倍。在一些情况下，相邻匝之间的间隔可以为诸如1至20mm。

无论线圈300是以延伸形状还是以几乎适合使用的形状进行铸造，都没有必要通过施加垂直于轴线307的力来弯曲、或以其他方式塑造金属条310，例如，将金属条310绕在线轴上。金属条310的物理结构可以是这种铸件的特征。例如，当导电线圈300直接铸造成几乎适合使用的形状时，金属条310可以在不施加外力的情况下保持这种几乎适合的形状。另一示例中，金属条310的表面可以没有因施加垂直于轴线307的力形成的这种形状相关的应力引起的微缺陷。

图4为导电线圈300的一个可能的横截面示意图。横截面——通常平行于轴线307，布置为切开同心排列的线圈——在不同的区域405、410、415、420、425、430、435、440横穿线圈300的金属条310。

在图示的实现方式中，线圈300的尺寸被设计成使用单个金属条填充图示横截面内的电动机或发电机的设计空间的大部分。更详细地，电动机或发电机可包括多个同心布置的线圈，诸如安装在围绕转子布置的定子上。如图4所示，线圈将围绕位于线圈300下方的中心同心地布置。额外的线圈因此将布置在诸如在线圈300的下方、左侧和右侧，且定向使得它们各自的轴指向同心布置的中心。通过这种布置，与朝向同心布置的外侧相比，朝向同心布置的中心的每个线圈可用的空间更少。

电动机和发电机线圈通常具有梯形横截面，该横截面在朝向同心布置的中心排列的一侧较窄而在朝向同心布置的外侧排列的一侧较宽。在通过围绕线轴或其他构件缠绕导线形成的线圈中，这种梯形横截面通常由通过在向同心排列的外侧比向同心排列的中心多绕几次来实现。

相较之下，线圈300的外形可以设计为具有梯形横截面，其中单个金属条绕轴线307缠绕。这种外形反映在区域405、410、415、420、425、430、435、440的非均匀尺寸。例如，区域420的宽度445小于区域405的宽度450。区域410、415的宽度介于宽度445、450之间。类似地，区域440的宽度小于区域425的宽度，区域430、435具有中间宽度。

在一些实现方式中，区域405、410、415、420、425、430、435、440的高度也可以是非均匀的。例如，区域425的高度455可以小于区域440的高度470。区域430、435可以具有高度为460、465，介于高度455、470之间。类似地，区域405的高度可以低于区域420的高度，区域410、415具有中间高度。

不同区域405、410、415、420、425、430、435、440各自的高度和宽度在电动机或发电机的设计空间中的填充比例比使用具有圆形或其他横截面的导线所能填充的比例要大。因此，铸造导电线圈可能在许多方面具有优势。例如，铸造可以对金属条310的尺寸和布置提供相对精确的控制。这使得横截面面积的相对较大部分(如图4所示)由导电金属填充。作为比较，由具有圆形横截面的金属丝形成的线圈必然包括较大的空隙，在这些空隙中没有电流传导。因此，每横截面积的最大电流密度降低，例如，可以产生的磁场强度和电动机的功率密度也降低。

此外，由于金属条310在相对大的面积上与相邻层312中的自身接触，因此热量可以相对有效地跨线圈300传递。这是有益的，例如，在一些应用中，电流密度相对较高，电阻加热的热量被引导远离线圈300。

本文已描述了本发明的多个实施例。尽管如此，应当理解，可以对其进行各种修改。例如，可以铸造其他产品，包括诸如车辆悬架系统、轮胎轮辋、结构部件等。在另一示例中，可以对盐或盐的混合物进行铸造，而不是铸造熔融金属135。铸盐可用作诸如高压压铸中的型芯。

因此，其他实施例在所附权利要求的范围内。本申请进一步涉及下列各个方面：

1、一种铸造金属或盐类的方法，所述方法包括：排空铸模，使用惰性气体对所述铸模加压并将所述铸模耦合到熔融金属或盐的加压源，其中，所述源的加压程度足够高以驱使所述熔融金属或盐响应所述排空进入所述铸模。

2、根据方面1所述的方法，其中，排空所述铸模包括：将所述铸模耦合到真空腔室，例如，其中，所述真空腔室的容积是所述铸模的容积的10至100倍。

3、根据方面1所述的方法，其中，将所述熔融金属或盐的源加压至低于0.2MPa表压或更低。

4、根据方面1所述的方法，其中，使用所述惰性气体对所述熔融金属或盐的所述源加压。

5、根据方面1所述的方法，其中，所述铸模用于铸造线圈。

6、根据方面1所述的方法，其中，在0.1秒或更短的时间内将所述铸模排空。

7、根据方面1所述的方法，其中，在所述排空之前，对所述铸模内部的加压与对所述源的加压是类似的，所述熔融的金属或盐暴露在给所述铸模加压的所述惰性气体中。

8、根据方面1所述的方法，所述方法还包括：在所述排空期间、在所述排空之后，或在所述排空期间及之后，增加对所述熔融金属或盐的所述源的加压。

9、根据方面1所述的方法，其中，所述铸模包括型芯、多个滑块，或型芯和多个滑块。

10、根据方面9所述的方法，其中，所述铸模包括可透气型芯，并且，其中，排空所述铸模包括通过所述可透气型芯抽吸气体排空所述铸模的至少一部分。

11、根据方面1所述的方法，其中，所述加压源包括坩埚，所述坩埚包括集成在其中或沿其表面布置的电阻或电感加热元件。

12、一种线圈，包括：铸造整体金属条，由绝缘体覆盖并分层以形成围绕轴线的多个匝，所述金属条具有大致垂直于所述轴线的宽度，以及大致平行于所述轴线的高度，其中，所述宽度大于所述高度。

13、根据方面12的线圈，其中，所述铸造整体金属条具有平行于所述轴的大致圆角矩形横截面。

14、根据方面12的线圈，其中，所述金属条的相邻匝的绝缘体基本上在所述金属条的整个所述宽度上彼此接触。

15、根据方面12所述的线圈，其中，所述线圈显示出在相对低的压差铸造工艺中铸造的物理特性。

16、根据方面15所述的线圈，其中，所述物理特性是所述线圈中微泡的尺寸。

17、根据方面12所述的线圈，其中，所述线圈显示出直接浇铸成几乎适合使用的形状的物理特征，例如，所述金属条未出现因施加垂直于所述轴的力塑造所述金属条而产生的应力引起的微缺陷。

18、根据方面12所述的线圈，其中，所述金属条包括铝，所述绝缘体包括氧化铝。

19、根据方面12所述的线圈，其中，所述铸造整体金属条线圈具有平行于所述轴的大致梯形的横截面，其中，所述横截面的方向与电动机或发电机的其他线圈的类似横截面相交，所述线圈大致围绕一个中心同心布置。

20、根据方面20所述的线圈，其中，所述大致梯形的横截面由所述铸造整体金属条的单个绕组形成。

21、根据方面12所述的线圈，其中，平行于所述轴的至少一个横截面中，所述铸造整体金属条的区域具有非均匀的宽度。

22、根据方面21所述的线圈，其中，所述区域的宽度沿所述轴逐渐增加或减小。

23、根据方面21所述的线圈，其中，在平行于所述轴线的所述至少一个横截面中，所述铸造整体金属条的区域具有不均匀的高度，例如，其中所述区域的高度沿着所述轴线逐渐增加或减小。

24、根据方面12所述的线圈，其中，所述线圈铸造成延伸形状，围绕轴形成多个匝且相邻匝之间具有间隔，例如，其中，所述相邻匝之间的间隔比所述金属条沿所述轴的厚度宽5至10倍。