電機(jī)器和制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電機(jī)器和制造方法。具體地，公開了一種電轉(zhuǎn)子機(jī)器及其制造方法。根據(jù)本公開的至少一個(gè)方面，所述方法包括由兩個(gè)或更多個(gè)子芯形成定子芯并在繞組通過并圍繞子芯纏繞以形成定子之前將分立的子芯插入到殼體中。在這樣的實(shí)施例中，殼體包括構(gòu)造為定位和支撐子芯的定位特征部，使得在子芯之間形成流動(dòng)通路。定位特征部能夠?qū)崿F(xiàn)定子芯的徑向和軸向冷卻，同時(shí)降低冷卻流動(dòng)路徑中的壓力損失。
【專利說(shuō)明】電機(jī)器和制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年12月31日提交的第62/099064號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過參考的方式結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開總體地涉及電機(jī)器，以及更具體地涉及電轉(zhuǎn)子機(jī)器及其制造。
【背景技術(shù)】
[0004]包括例如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的電機(jī)器產(chǎn)生通常與機(jī)器內(nèi)的電和機(jī)械損失相關(guān)聯(lián)的熱。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)器中，在啟動(dòng)或動(dòng)態(tài)制動(dòng)過程中，損失尤其高。具體電機(jī)器產(chǎn)生的熱量可取決于多種不同的因素，包括例如電機(jī)器上負(fù)載的大小以及電機(jī)器的啟動(dòng)和制動(dòng)的頻率等。電機(jī)器的冷卻通常是必要的以將熱從機(jī)器連續(xù)地轉(zhuǎn)移，以減輕由熱引起的各種問題，該問題會(huì)妨礙電機(jī)器的操作和/或縮短電機(jī)器的生命周期，包括短路和繞組燒毀及故障，以及與熱相關(guān)的其他問題。
[0005]電機(jī)器的冷卻通常涉及將機(jī)器產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到冷卻介質(zhì)，例如空氣。傳統(tǒng)地，通常通過安裝在機(jī)器的軸上的一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇，從包圍機(jī)器的操作部件的殼體的外表面來(lái)外部冷卻電機(jī)器。為了允許機(jī)器在任一旋轉(zhuǎn)方向的運(yùn)行，風(fēng)扇通常是雙向型的并且由堅(jiān)固的塑料、鋁或鋼材料制成。然而，這些冷卻方法要求熱從繞組穿過芯軛、芯/殼體熱壓配合件、以及殼體的壁來(lái)傳導(dǎo)。在一些機(jī)器中，該熱流動(dòng)路徑不足以防止過熱，因?yàn)樵跈C(jī)器內(nèi)產(chǎn)生的熱通量太大而無(wú)法通過可用的熱流動(dòng)路徑的橫截面的傳導(dǎo)來(lái)消除。替代地，冷卻介質(zhì)可流過機(jī)器。然而，這種冷卻方案需要能量來(lái)產(chǎn)生足夠的冷卻流，這會(huì)降低電機(jī)器的效率。此外，這種冷卻方案要求冷卻流動(dòng)路徑形成通過機(jī)器，這不可避免地產(chǎn)生壓力損失并增加制造電機(jī)器的復(fù)雜性和成本。因此，在這樣的技術(shù)領(lǐng)域需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]公開了一種電轉(zhuǎn)子機(jī)器及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)方面，方法包括由兩個(gè)或更多子芯形成定子芯，以及在繞組通過并圍繞子芯纏繞以形成定子之前將分立的子芯插入到殼體中。在這樣的實(shí)施例中，殼體包括被構(gòu)造為定位和支撐子芯使得在子芯之間形成冷卻通路的定位特征部。定位特征部能夠?qū)崿F(xiàn)定子芯的徑向和軸向冷卻，同時(shí)減小冷卻流動(dòng)路徑中的壓力損失。本
【發(fā)明內(nèi)容】
提供成構(gòu)思的選擇，其將在示例實(shí)施例中進(jìn)行進(jìn)一步的描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不意于確定要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵或本質(zhì)特征，也不意于用于幫助限制要求保護(hù)的主題的范圍。進(jìn)一步的實(shí)施例、形式、目的、特征、優(yōu)點(diǎn)、方面及益處將從下面的描述和附圖變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0007]這里的描述參考附圖，其中，在若干附圖中，類似的參考標(biāo)記代表類似的部件，并且其中:
[0008]圖1是根據(jù)本公開的電轉(zhuǎn)子機(jī)器的一部分的橫截面視圖；
[0009]圖2是根據(jù)本公開的電轉(zhuǎn)子機(jī)器的疊片的前視圖；
[0010]圖3是根據(jù)本公開的電轉(zhuǎn)子機(jī)器的平面視圖；以及
[0011 ]圖4是制造根據(jù)本公開的電轉(zhuǎn)子機(jī)器的方法的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了促進(jìn)對(duì)本發(fā)明原理的理解，現(xiàn)在參考附圖中示出的實(shí)施例并將采用具體的語(yǔ)言來(lái)描述這些實(shí)施例。然而，將理解的是，不意于由此限制本發(fā)明的范圍，并且在示出的實(shí)施例中的任何改變和進(jìn)一步修改、以及在這里示出的本發(fā)明涉及的對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)通常會(huì)發(fā)生的本發(fā)明原理的任意進(jìn)一步應(yīng)用在此是可以預(yù)期的。
[0013]本申請(qǐng)公開了電轉(zhuǎn)子機(jī)器以及其使用和構(gòu)造的方法的多個(gè)實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述方法包括由兩個(gè)或更多子芯形成定子芯，以及在繞組通過并圍繞子芯纏繞以形成定子之前將分立的子芯插入到殼體中。在這些實(shí)施例中，殼體包括被構(gòu)造為定位和支撐子芯從而在子芯之間形成冷卻通路的定位特征部。定位特征部能夠?qū)崿F(xiàn)定子的徑向和軸向冷卻，同時(shí)減小冷卻流動(dòng)路徑中的壓力損失，從而提高電轉(zhuǎn)子機(jī)器的操作范圍和效率。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例，包括冷卻系統(tǒng)40的電轉(zhuǎn)子機(jī)器100在圖1中示出。圖1的圖示描述了機(jī)器100的一部分、特別是圍繞機(jī)器100的中央縱向軸線16的中央部分的橫截面視圖。在至少一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)器100關(guān)于軸線16對(duì)稱大體對(duì)稱。如圖1所示，機(jī)器100可包括具有殼體壁11的殼體10，殼體壁11在其中總體限定腔12。殼體10構(gòu)造成容納機(jī)器100的部件。在某些實(shí)施例中，殼體10可以是機(jī)器100的軛，提供機(jī)械支撐以及攜載機(jī)器100在操作中產(chǎn)生的磁通量。腔12可具有任意合適的形狀和構(gòu)造，作為一個(gè)非限制性的例子，包括由殼體10的壁11限定的大致圓筒形狀，其可大體上是圓筒形的。機(jī)器100可進(jìn)一步包括沿著軸線16至少部分地設(shè)置于腔12內(nèi)的轉(zhuǎn)子/軸組件14。轉(zhuǎn)子/軸組件14可包括可操作地安裝到轉(zhuǎn)子的可旋轉(zhuǎn)軸，使得轉(zhuǎn)子/軸組件14圍繞軸線16旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子/軸組件14可以是用于電轉(zhuǎn)子馬達(dá)的轉(zhuǎn)子和軸的常規(guī)組件，其構(gòu)造成與機(jī)器100的其它部件和方面一起操作。機(jī)器100可進(jìn)一步包括設(shè)置在腔12內(nèi)并包圍如這里進(jìn)一步描述的轉(zhuǎn)子/軸組件14的定子20。
[0015]電轉(zhuǎn)子機(jī)器100可以是多種不同類型的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)中的一種，包括但不限于感應(yīng)電機(jī)。進(jìn)一步地，機(jī)器100可具有多個(gè)操作參數(shù)和特性。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，機(jī)器100可以是高速感應(yīng)電機(jī)，其可操作在多個(gè)不同的速度，包括例如超過7200轉(zhuǎn)每分鐘(rpm)、15000rpm或30000rpm的速度。進(jìn)一步地，例如，根據(jù)某些實(shí)施例，機(jī)器100可以是相對(duì)低電壓感應(yīng)電機(jī)，如可被纏繞成用于尤其地從大約400伏到大約700伏的感應(yīng)電機(jī)。在替代實(shí)施例中，機(jī)器100可以在所提供的示例范圍之外的速度和電壓下運(yùn)行。
[0016]如圖1所示，定子20可包括兩個(gè)或更多子芯22，它們可被支撐或以其他方式固定在殼體10的腔12內(nèi)。盡管定子20可包括兩個(gè)以上的分立子芯22，但是描繪了兩個(gè)子芯22a、22b。每個(gè)子芯22可由多個(gè)疊片24形成，它們疊置并結(jié)合在一起從而形成子芯22。圖2示出了包括子芯22的疊片24的正視圖。疊片24以及組合子芯22可以是任意合適的形狀。在殼體10的腔12具有基本上圓筒形的實(shí)施例中，疊片24可以如圖2所示在正視圖中是大體圓形，組合子芯22也可以是這樣。疊片24和子芯22可由任意合適的電磁材料如鋼板制成。在替代實(shí)施例中，替代分立疊片24的組件，每個(gè)子芯22可被制造為具有在這里進(jìn)一步描述的如圖2所示特征的一體實(shí)心部件。進(jìn)一步地，在某些實(shí)施例中，子芯22可以可操作地連接到至少一個(gè)磁體。
[0017]單個(gè)子芯22可由殼體10的至少一個(gè)定位特征部18定位并支撐于腔12內(nèi)。定位特征部18可以是突出部、凸起、肋、突塊、或來(lái)自殼體10的壁11的內(nèi)表面的能夠定位和支撐每個(gè)子芯22并保持每個(gè)子芯22彼此的相對(duì)位置的任意合適突出部。定位特征部18的具體形式可在本公開的實(shí)施例之間不同。不管具體形式，定位特征部18延伸到腔12中并使得每個(gè)子芯22能夠坐落于殼體10內(nèi)，使得子芯22彼此之間分開固定的距離。在某些實(shí)施例中，定位特征部18可形成為殼體10的整體部件。在這樣的實(shí)施例中，定位特征部18可通過任意合適的方法而機(jī)加工到殼體10中。替代地，定位特征部可與殼體10分立地制造并附接到殼體10。在這樣的實(shí)施例中，定位特征部18可以通過任意合適的手段熱壓配合、緊配合、焊接、緊固、或附接。
[0018]定子20可進(jìn)一步包括如圖1中所示在每個(gè)子芯22之間并圍繞其軸向地延伸的多個(gè)定子繞組30 ο定子繞組30可設(shè)置在穿過每個(gè)子芯22形成的繞組通路32內(nèi)。如圖2所示，每個(gè)疊片24包括穿過其形成并圍繞穿過疊片24的中央開口 36而圓周地分布的多個(gè)繞組溝槽34，使得每個(gè)繞組溝槽34與開口36連通。開口36可大體圍繞疊片24的質(zhì)心形成。在組裝中，每個(gè)疊片24的繞組溝槽34對(duì)準(zhǔn)并組合以形成多個(gè)繞組通路32，繞組30穿過繞組通路而纏繞。因此，相鄰子芯22的繞組通路32可進(jìn)一步如圖1所示地對(duì)準(zhǔn)，使得繞組30可在子芯22的對(duì)應(yīng)繞組通路32之間在一直線上軸向地延伸。
[0019]繞組30可由拉制成線的多根導(dǎo)電材料的股線形成。作為非限制性的例子，繞組30可以是銅、碳、銀、鋁、或者它們的合金。盡管在圖1和3中示出為實(shí)心塊，但是繞組30可通過將線的多根股線穿過相鄰子芯22的繞組通路32并圍繞子芯22的相反端部環(huán)繞以及通過圍繞開口 36的周界繼續(xù)環(huán)繞過程來(lái)形成。形成繞組30的每個(gè)股線環(huán)一般地被稱作為匝。在組裝過程中，預(yù)定數(shù)量的股線可穿過繞組通路32環(huán)繞以形成繞組30。在操作中，繞組30承載電流以產(chǎn)生電磁場(chǎng)。由于電流的流動(dòng)，操作過程中，在繞組30中會(huì)形成大量的熱，并且該熱可傳導(dǎo)至子芯22、殼體10、轉(zhuǎn)子/軸組件14、以及機(jī)器100的其它部件中。繞組30中產(chǎn)生的以及由機(jī)器100中的電和機(jī)械損失所產(chǎn)生的熱必須被消散以防止過高的溫度和過熱，過高的溫度和過熱會(huì)損壞機(jī)器100。
[0020]參考圖1，機(jī)器100可進(jìn)一步包括具有徑向和軸向特點(diǎn)的冷卻系統(tǒng)40。在根據(jù)本公開的至少一個(gè)實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)40可包括用于將冷卻劑的流路由穿過機(jī)器100的徑向冷卻劑路徑50、內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52、以及外部軸向冷卻劑路徑54。在某些實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)40可包括多個(gè)軸向冷卻劑路徑。冷卻劑可以是空氣，例如環(huán)境空氣或冷卻空氣。替代地，冷卻劑可以是與機(jī)器100的電氣部件和操作匹配的任意合適氣體，如純氮。
[0021]圖3示出了機(jī)器100的平面視圖，其中為了清楚起見，轉(zhuǎn)子/軸組件14并未示出。冷卻系統(tǒng)40可包括圍繞轉(zhuǎn)子/軸組件14分布的多個(gè)周向間隔開的徑向通路42。圖1示出了一個(gè)這樣的徑向通路42 ο徑向通路42至少部分地由子芯22 (如圖1中的子芯22a、22b)之間的空間限定。徑向通路42進(jìn)一步地由穿過殼體12的壁11形成的周向間隔開的殼體入口 41限定。殼體入口 41和徑向通路42使得冷卻劑能夠從殼體10的外部流動(dòng)、穿過殼體入口 41、進(jìn)入腔12中并位于子芯22之間，從而吸取來(lái)自子芯22和繞組30的熱。殼體入口41可周向地間隔開，使得至少一個(gè)定位特征部18可定位在每個(gè)殼體入口 41之間。替代地，殼體10可包括位于每個(gè)殼體入口 41之間的少于一個(gè)的定位特征部18。無(wú)論如何，定位特征部18不妨礙或阻礙冷卻劑穿過徑向通路42的流動(dòng)。圖1的橫截面示出了一個(gè)殼體入口 41和定位特征部18。為了清楚起見，殼體入口 41被示出在穿過壁11的虛線中，以表示入口 41與由實(shí)線示出的定位特征部18不在同一平面上。
[0022]徑向通路42可基本上垂直于機(jī)器100的縱向軸線16定向。然而，徑向通路42可包括其它的構(gòu)造和定向。根據(jù)某些實(shí)施例，徑向通路42可沿著定子20的軸向長(zhǎng)度設(shè)置在大約中央或中心位置處，軸向長(zhǎng)度基本上是在與縱向軸線16平行的方向上。更具體地，參考圖1和3，徑向通路42可設(shè)置成使得位于徑向通路42的相對(duì)側(cè)上的子芯22a、22b基本上對(duì)稱和/或具有大約相等的軸向長(zhǎng)度。
[0023]如圖1-3所示，穿過子芯22的繞組通路32環(huán)繞的繞組30被捆扎，使得繞組間隙38可形成于每個(gè)繞組捆之間。繞組間隙38使得冷卻劑流能夠圍繞并流過每個(gè)繞組捆并繼續(xù)到子芯2 2的孔36內(nèi)的轉(zhuǎn)子/軸組件14。因此，在圖1中，徑向冷卻劑路徑50被示出為從殼體1的外部延伸，越過繞組30，并到轉(zhuǎn)子/軸組件14。從而，徑向通路42能夠?qū)崿F(xiàn)徑向冷卻劑路徑50，其吸取來(lái)自子芯22和繞組30的熱，該熱是在機(jī)器100的操作過程中產(chǎn)生的。進(jìn)一步地，徑向冷卻劑路徑50與內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52以及外部軸向冷卻劑路徑54流體連通，從而為內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52和外部軸向冷卻劑路徑54提供冷卻劑。
[0024]參考圖1，冷卻系統(tǒng)40可包括內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52。內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52可從徑向通路42延伸，其中徑向冷卻劑路徑50沖擊轉(zhuǎn)子/軸組件14，并穿過定子20(即子芯22)與轉(zhuǎn)子/軸組件14之間的轉(zhuǎn)子間隙44。轉(zhuǎn)子間隙44，為清楚起見，其在圖1中被夸大尺寸，提供靜止的定子20和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子/軸組件14之間的余隙，以賦予轉(zhuǎn)子/軸組件14相對(duì)于定子20的轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，轉(zhuǎn)子間隙44使得內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52能夠從徑向通路42延伸到定子20的每個(gè)軸向端部，從而使得冷卻劑能夠吸取來(lái)自轉(zhuǎn)子/軸組件14以及定子20的最里面部分的熱。
[0025]冷卻系統(tǒng)40可進(jìn)一步包括外部軸向冷卻劑路徑54。在某些實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)40可包括多個(gè)外部軸向冷卻劑路徑54。如圖2所示，每個(gè)疊片24可包括穿過其形成的多個(gè)孔28。盡管在圖2中描繪為圓形的，但是孔28可具有多種合適的形狀、構(gòu)造、布置和定向。在各疊片24被疊置并結(jié)合在一起以形成子芯22的實(shí)施例中，孔28組合以形成在每個(gè)子芯22的相對(duì)端部之間延伸的多個(gè)定子通道46。兩個(gè)這樣的定子通道46在圖1中被示出，每個(gè)子芯22中有一個(gè)。在孔28是圓形的實(shí)施例中，合成的定子通道46可以是平行于縱向軸線16軸向延伸的基本圓筒形通道。進(jìn)一步地，定子通道46的軸向長(zhǎng)度可大體相同。在這樣的實(shí)施例中，定子通道46從徑向通路42延伸到子芯22的相對(duì)軸向端部。因此，每個(gè)定子通道46可包括鄰近徑向通路42的通道入口 47和位于通道46末端處的相反的通道出口 48。
[0026]在至少一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)孔28可被設(shè)置在距每個(gè)疊片24的質(zhì)心具有不同半徑的同心環(huán)中。如圖2所示，多個(gè)孔28可設(shè)置為第一組28a和第二組28b，其中第一組28a相對(duì)于第二組28b偏移或錯(cuò)開，使得第一組28a的孔28與第二組28b的孔28在徑向上不在一條直線上。相應(yīng)地，由具有孔28的疊片24的組裝形成的多個(gè)定子通道46(圖2中未示出)可類似地設(shè)置在錯(cuò)開的同心組中。替代地，孔28和合成的定子通道46可以任意合適的構(gòu)造布置使得賦予期望的熱傳遞同時(shí)保持子芯22中足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以承受在操作中機(jī)器100的機(jī)械和熱應(yīng)力。進(jìn)一步地，根據(jù)某些實(shí)施例，孔28和合成的定子通道46可構(gòu)造成、尺寸設(shè)計(jì)成和/或成形為賦予期望的熱傳遞。
[0027]多個(gè)定子通道46能夠使外部軸向冷卻路徑54從徑向通路42延伸到每個(gè)子芯22的相對(duì)端部。因此，外部軸向冷卻路徑54可包括多個(gè)路徑，每個(gè)穿過一個(gè)定子通道46。每個(gè)定子通道46的通道入口 47和通道出口 48可在尺寸和形狀上構(gòu)造成控制冷卻劑流通過給定定子通道46的速率。在某些實(shí)施例中，通道入口47和通道出口48可構(gòu)造成在冷卻劑流動(dòng)中產(chǎn)生湍流，這會(huì)增大到它們的熱傳遞的速率。根據(jù)某些實(shí)施例，每個(gè)子芯22可由一對(duì)端板(未示出)蓋住，端板包括通道入口 47和通道出口 48。端板可具有基本上類似于或?qū)?yīng)于疊片24的形狀并且可由非磁性材料構(gòu)造以最小化鐵損失。端板賦予每個(gè)子芯22的通道入口 47和通道出口48的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)與孔28不同，從而賦予通道入口47和通道出口48的構(gòu)造的靈活性。
[0028]冷卻系統(tǒng)40可構(gòu)造成控制從徑向通路42提供用于穿過定子通道46(即外部軸向冷卻劑路徑54)冷卻定子20的冷卻劑的相對(duì)量，并從而流入到定子20和轉(zhuǎn)子/軸組件16(即內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52)之間的轉(zhuǎn)子間隙44的冷卻劑的量。冷卻劑的這種分配可基于機(jī)器100的操作特性，包括例如定子20和轉(zhuǎn)子/軸組件16之間的預(yù)期壓力損失、以及可歸因于流摩擦的損失。例如，根據(jù)某些實(shí)施例，期望流動(dòng)通過內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52的冷卻劑的量可通過子芯22中的定子通道46的尺寸和/或數(shù)量的減小而增大，這會(huì)限制通過外部軸向冷卻劑路徑54的流。
[0029]冷卻系統(tǒng)40賦予機(jī)器100的對(duì)流冷卻。具體地，徑向冷卻劑路徑50能將冷卻劑引入到在子芯22之間以及在繞組30的至少一部分之上的機(jī)器100中。冷卻劑沿著徑向冷卻劑路徑50的流動(dòng)便于從相對(duì)的子芯22和繞組30到相對(duì)冷的冷卻劑的對(duì)流熱傳遞。因?yàn)閺较蚶鋮s劑路徑50與內(nèi)部和外部軸向冷卻劑路徑52、54流體連通，所以冷卻劑沿著徑向冷卻劑路徑50的流會(huì)通過內(nèi)部和外部軸向冷卻劑路徑52、54繼續(xù)，從而從相對(duì)熱的子芯22和繞組30吸取額外的熱。進(jìn)一步地，由于來(lái)自內(nèi)部和外部軸向冷卻劑路徑52、54的冷卻劑流通過通道出口 48離開定子20，所以冷卻劑會(huì)在延伸超過子芯22的繞組30的環(huán)上流動(dòng)，進(jìn)一步便于直接從繞組30的熱傳遞。一旦離開定子20，冷卻劑就會(huì)從腔12通過出口、縫、間隙和/或其它流動(dòng)路徑(未示出)而離開殼體10的腔12至外部環(huán)境。
[0030]在至少一個(gè)實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)40可包括風(fēng)扇56以推動(dòng)和/或牽拉冷卻劑通過徑向冷卻劑路徑50、內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52、以及外部軸向冷卻劑路徑54，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制對(duì)流。強(qiáng)制對(duì)流增大了冷卻劑和機(jī)器100之間的熱傳遞速率，以及熱傳遞的速率與冷卻劑通過冷卻系統(tǒng)40的流動(dòng)速率成正比。風(fēng)扇56可以是任意合適的流產(chǎn)生設(shè)備，例如鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)箱、或者壓力貯存器，其能夠產(chǎn)生冷卻劑的流動(dòng)。在某些實(shí)施例中，風(fēng)扇56可遠(yuǎn)離機(jī)器100定位并通過如圖1所示的導(dǎo)管58以流體連通方式連接至殼體入口41。在某些實(shí)施例中，風(fēng)扇56可重復(fù)循環(huán)冷卻劑。在這種實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)40可包括導(dǎo)管以接受來(lái)自腔12的冷卻劑流并將其路由返回通過風(fēng)扇56。這種實(shí)施例可進(jìn)一步包括額外的部件以主動(dòng)地冷卻從腔12返回的冷卻劑。這種部件可包括制冷系統(tǒng)。
[0031]冷卻系統(tǒng)40內(nèi)的壓力損失會(huì)趨于降低機(jī)器100的功率效率。壓力損失增大了需要產(chǎn)生通過冷卻系統(tǒng)40的足夠的冷卻劑流的壓力差，在這樣的實(shí)施例中，這進(jìn)一步要求增大至風(fēng)扇56的功率輸入，或者降低機(jī)器100的輸出以限制溫度升高。壓力損失由冷卻劑流與徑向冷卻劑路徑50、外部軸向冷卻劑路徑54、以及內(nèi)部軸向冷卻劑路徑52行進(jìn)通過的各種通路、通道、以及間隙之間的摩擦形成。進(jìn)一步的壓力損失由沿著冷卻劑路徑50、52、54中每個(gè)的流動(dòng)面積的變化而產(chǎn)生。此外，壓力損失可由至少局部地降低有效流動(dòng)面積的冷卻劑路徑50、52、54中的阻塞而產(chǎn)生。相應(yīng)地，充分冷卻機(jī)器100所需的功率取決于冷卻系統(tǒng)40中的壓力損失。因此，這種壓力損失的減小增大了機(jī)器100的整體功率效率。
[0032]具有徑向冷卻通路的傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)采用在子芯之間的支撐件來(lái)定位并將子芯組裝到一起。這些支撐件是冷卻通路中的障礙，它們?cè)龃罅藟毫p失并降低了傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的效率。作為對(duì)比，機(jī)器100不包括在徑向通路42中的組裝支撐件。機(jī)器100采用殼體10中的定位特征部18來(lái)將各個(gè)子芯22定位和支撐在腔12內(nèi)。如這里描述的那樣，定位特征部18可圓周地間隔開并定位在殼體入口41之間，使得定位特征部18不妨礙或阻礙冷卻劑通過徑向通路42的流動(dòng)。相應(yīng)地，機(jī)器100比傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)具有更低的壓力損失和更高的整體功率效率。
[0033]定位特征部18延伸到腔12中的程度是受限的，以進(jìn)一步最小化壓力損失。具體地，定位特征部18延伸不超過最外部定子通道46的外部邊緣，并且從而不破壞冷卻劑通過任意定子通道46的流動(dòng)。因?yàn)槎ㄎ惶卣鞑?8定位在殼體入口 41之間并且不延伸跨過定子通道46，所以定位特征部18對(duì)冷卻系統(tǒng)40中的壓力損失具有最小的貢獻(xiàn)。此外，定位特征部18的受限的尺寸增大了徑向冷卻劑路徑50的有效流動(dòng)面積。一旦冷卻劑流過殼體入口 41并經(jīng)過定位特征部18，之前分立的徑向通道42合并為子芯22之間的共享容量，該共享容量具有由子芯22之間的無(wú)阻礙區(qū)域限定的有效流動(dòng)面積。因此，定位特征部18定位成并且尺寸設(shè)計(jì)成賦予無(wú)阻礙的徑向冷卻劑路徑50，相對(duì)于傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，這降低了壓力損失。
[0034]為了在不使用傳統(tǒng)支撐件的情況下將各個(gè)子芯22充分地定位和保持在殼體10內(nèi)，機(jī)器100采用了新穎的制造方法。下面的示意性流程描述提供了制造機(jī)器100的方法的示意性實(shí)施例。示出的操作應(yīng)當(dāng)被理解為僅是示意性的，這些操作可組合或分離，以及增加或刪除，以及可整體上或部分上重新排列順序，除非這里有明確相反的指示。示出的某些操作可通過執(zhí)行非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)而實(shí)現(xiàn)，其中計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括指令，其使計(jì)算機(jī)執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作，或者發(fā)布命令到其它設(shè)備以執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)操作。
[0035]如圖4所示，制造機(jī)器100的方法200可包括制造疊片24的操作210。疊片24可由鋼板或其它合適的材料切割或沖壓。替代地，疊片24可以是鑄造的。操作210可包括如修邊或后制造機(jī)加工的一些工藝。方法200可包括將疊片24組裝到至少兩個(gè)子芯22中的操作220。疊片24可通過本領(lǐng)域中已知的傳統(tǒng)方法來(lái)組裝。方法200可進(jìn)一步包括制造殼體10使得殼體10包括定位特征部18并構(gòu)造成接收子芯22的操作230。殼體10可通過鑄造或其它合適工藝制造。在某些實(shí)施例中，定位特征部18可機(jī)加工到殼體中。替代地，定位特征部18可分立地鑄造或機(jī)加工并然后通過熱壓配合、緊配合、焊接、緊固、或其它合適工藝組裝至殼體10。
[0036]在已經(jīng)至少部分地制造好殼體10和子芯22后，方法200可包括將子芯22插入到殼體10的腔12中使得每個(gè)子芯22座靠至少一個(gè)定位特征部18的操作240。子芯22可插入到殼體10中并通過在子芯22和殼體10之間的熱壓配合、通過緊配合、通過機(jī)械緊固件、通過粘結(jié)劑、和/或通過其它合適的手段而被保持于其中。在子芯22被插入到殼體10中的情況下，方法200可包括安裝通過并圍繞子芯22的繞組通路32的繞組以形成定子20的操作250。操作250可包括其它的過程，如從分立的線股纏繞繞組30，捆扎并將一個(gè)繞組通路32的繞組30與另一繞組通路32的繞組30絕緣，為子芯22的每個(gè)繞組通路32加襯絕緣，以及其它合適的過程以防止繞組30和子芯22之間的電短路。方法200可進(jìn)一步包括在定子20內(nèi)將轉(zhuǎn)子/軸組件14插入到殼體10中以形成機(jī)器100的操作260。操作260可包括其它的過程，如在轉(zhuǎn)子/軸組件14的軸的相對(duì)端部上放置軸承，以及在殼體10的相對(duì)端部上組裝蓋以蓋住殼體10，使得轉(zhuǎn)子/軸組件14的軸延伸穿過蓋。在包括風(fēng)扇56和/或?qū)Ч?8的實(shí)施例中，方法200可包括將風(fēng)扇56和/或?qū)Ч?8連接到機(jī)器100的操作。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中，制造機(jī)器100的方法可包括制作子芯22的替代操作。在這樣的實(shí)施例中，子芯22可單獨(dú)地制造為整體，代替疊片24的組件。子芯22可鑄造、機(jī)加工、模制、或者通過任何合適的工藝制造。合適的機(jī)加工工藝可包括放電機(jī)加工(“EDM”)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，子芯22可采用另外的制造工藝來(lái)制造。另外的制造是通過材料塊的選擇性熔接、燒結(jié)、或聚合來(lái)形成物件的工藝。另外的制造包括使用期望部件的離散化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(“CAD”)數(shù)據(jù)模型來(lái)限定層，該層可接下來(lái)順序地被加工以形成最終的整體部件。另外的制造包括粉末床熔接(“PBF”)以及粉末噴濺熔接(“PSF”)制造工藝，包括選擇性激光熔化、直接金屬激光燒結(jié)、選擇性激光燒結(jié)、以及電子束熔化。PBF和PSF工藝共有基本組的工藝步驟，包括一個(gè)或多個(gè)熱源以產(chǎn)生熔化以及在材料塊的粉末顆粒之間熔融，用于控制離散化CAD模型中每層的預(yù)定區(qū)域中粉末顆粒熔融的手段，以及在形成加工部件的之前熔融層上沉積粉末顆粒的手段。每層的預(yù)定區(qū)域由給定層中的部件CAD模型的橫截面限定。因?yàn)榉勰╊w粒被熔化并熔融到之前的層，因此產(chǎn)生的部件會(huì)是實(shí)心的，大體完全致密的，大體無(wú)孔穴的，并具有與由傳統(tǒng)的模制、鑄造、或機(jī)加工方法制造的部件大體相當(dāng)?shù)幕蚋鼉?yōu)的熱和機(jī)械性能。替代地，產(chǎn)生的部件通過制造工藝的合適控制可包括期望的孔隙度。
[0038]從附圖以及上面給出的文本明顯的是，根據(jù)本公開的電轉(zhuǎn)子機(jī)器的多個(gè)實(shí)施例以及其使用和構(gòu)造方法是可預(yù)期的。盡管已經(jīng)在附圖和之前的描述中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的示出和描述，其應(yīng)被視為是示意性的，性質(zhì)上不是限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，僅示出和描述了某些示例性實(shí)施例。了解本發(fā)明益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在本質(zhì)上不脫離本發(fā)明范圍的前提下，多個(gè)改變，包括等效替代在示例實(shí)施例中是可以的。因此，所有這些改變意于被包括在由下面的權(quán)利要求限定的本公開的范圍內(nèi)。
[0039]在一個(gè)方面，本公開包括制造電機(jī)器的方法，所述方法包括:制作兩個(gè)或更多子芯，子芯包括沿著每個(gè)子芯軸向長(zhǎng)度的多個(gè)繞組通路，繞組通路被構(gòu)造為接收定子繞組;制作具有限定容積的壁的殼體，殼體被構(gòu)造為將子芯支撐在容積內(nèi)，殼體進(jìn)一步包括穿過壁的孔和構(gòu)造為定位子芯的定位特征部;將每個(gè)子芯插入到殼體的容積內(nèi)，其中子芯座靠定位特征部的相對(duì)側(cè)，從而在子芯之間形成流動(dòng)通路，流動(dòng)通路與殼體的至少一個(gè)孔對(duì)準(zhǔn)并連通；以及在子芯的繞組通路內(nèi)安裝定子繞組以在殼體內(nèi)形成定子，從而定子繞組延伸穿過相鄰子芯的繞組通路。
[0040]在改進(jìn)的方面，本公開包括方法，該方法還包括將轉(zhuǎn)子和軸組件插入定子中的殼體中；其中孔和流動(dòng)通路形成穿過定子的冷卻路徑，所述冷卻路徑構(gòu)造成使得冷卻劑能夠在子芯之間以及在定子繞組上流動(dòng)，其中定位特征部被定位在冷卻路徑的外部;其中冷卻路徑大體垂直于機(jī)器的縱向軸線;其中子芯被熱壓配合到殼體;其中子芯通過機(jī)械緊固件或粘結(jié)劑被固定到殼體;其中定子包括由位于它們之間的定位特征部定位的兩個(gè)子芯;其中殼體包括圍繞壁圓周地間隔開的多個(gè)孔并包括定位在孔之間的多個(gè)定位特征部;其中定位特征部與殼體分立地制作并附接到殼體。
[0041 ]在其它的方面，本公開包括制造電轉(zhuǎn)子機(jī)器的方法，所述方法包括:制作多個(gè)定子疊片，每個(gè)疊片包括多個(gè)槽;通過組裝多個(gè)疊片的預(yù)定部分以形成每個(gè)子芯而制造至少兩個(gè)子芯，其中疊片的多個(gè)槽對(duì)準(zhǔn)以形成沿著縱向軸線穿過每個(gè)子芯的多個(gè)繞組通路，繞組通路被構(gòu)造為接收定子繞組;制造限定腔的殼體，殼體被構(gòu)造為在腔內(nèi)支撐子芯并包括形成穿過其的多個(gè)孔，以使得冷卻劑能夠流動(dòng)到腔內(nèi)，其中殼體進(jìn)一步包括被構(gòu)造為將子芯定位于腔內(nèi)的特征部，其中特征部在孔之間設(shè)置在腔內(nèi)；將每個(gè)子芯插入殼體內(nèi)，使得子芯由殼體的特征部分開以形成在每個(gè)子芯之間的流動(dòng)通路，流動(dòng)通路與殼體的至少一個(gè)孔流體連通;將定子繞組安裝到子芯的繞組通路內(nèi)從而在殼體內(nèi)形成定子，由此定子繞組延伸穿過相鄰子芯的繞組通路；以及將轉(zhuǎn)子和軸組件插入到定子中的殼體內(nèi)。
[0042]在改進(jìn)的方面，本公開包括方法，其中孔和流動(dòng)通路形成穿過定子的冷卻路徑，冷卻路徑構(gòu)造成使得冷卻劑能夠在子芯之間以及在定子繞組上流動(dòng)，其中殼體的特征部定位在冷卻路徑之外。
[0043 ]在其它的方面，本公開包括電轉(zhuǎn)子機(jī)器，其包括:包括限定出容積的壁以及包括在腔內(nèi)的壁上的定位特征部的殼體，該殼體包括穿過緊鄰定位特征部的壁的孔;定子，包括:設(shè)置在腔內(nèi)并座靠定位特征部的相對(duì)邊緣的兩個(gè)子芯，其中徑向通路形成在子芯之間，徑向通路與殼體的孔流體連通，以及其中子芯進(jìn)一步包括沿著每個(gè)子芯的軸向長(zhǎng)度的多個(gè)繞組通路，多個(gè)繞組通路被構(gòu)造為接收定子繞組，以及定子繞組設(shè)置在子芯的多個(gè)繞組通路內(nèi)，其中定子繞組在子芯之間延伸并跨過子徑向通路；以及可操作地附接到軸并布置于定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，軸被構(gòu)造為圍繞機(jī)器的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
[0044]在改進(jìn)的方面，本公開包括機(jī)器，其中殼體包括圍繞壁圓周地分開的多個(gè)孔并包括定位在孔之間的多個(gè)定位特征部;其中徑向通路大體垂直于縱向軸線；其中轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子定位以在它們之間形成間隙，間隙軸向地延伸并且大體平行于縱向軸線，間隙還與徑向通路流體連通;其中每個(gè)子芯包括從繞組通路徑向地分開并大體平行于縱向軸線的多個(gè)通道，所述通道與徑向通路流體連通并且從徑向通路延伸到每個(gè)子芯的相對(duì)側(cè)。
[0045]進(jìn)一步地，在描述代表性實(shí)施例中，本公開會(huì)展示作為特定操作順序的方法和/或過程。然而，在方法或過程并不依賴于這里給出的具體操作順序的程度上，方法或過程不應(yīng)被限制到所描述的特定操作順序。其它的操作順序是可以的。因此，這里公開的特定操作次序或者順序不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。這些順序可變化并且仍在本公開的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制造電機(jī)器的方法，所述方法包括: 制作兩個(gè)或更多個(gè)子芯，所述子芯包括沿著每個(gè)子芯的軸向長(zhǎng)度的多個(gè)繞組通路，所述繞組通路被構(gòu)造為接收定子繞組； 制作具有限定出容積的壁的殼體，所述殼體被構(gòu)造為將所述子芯支撐在所述容積內(nèi)，所述殼體還包括穿過所述壁的孔和構(gòu)造為定位所述子芯的定位特征部； 將每個(gè)子芯插入到所述殼體的容積中，其中所述子芯座靠所述定位特征部的相對(duì)側(cè)，由此流動(dòng)通路形成在所述子芯之間，所述流動(dòng)通路與所述殼體的孔中的至少一個(gè)對(duì)準(zhǔn)并連通；以及 將所述定子繞組安裝在所述子芯的繞組通路中以在所述殼體內(nèi)形成定子，由此所述定子繞組延伸穿過相鄰子芯的繞組通路。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將轉(zhuǎn)子和軸組件插入到所述定子中的殼體內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述孔和流動(dòng)通路形成穿過所述定子的冷卻路徑，所述冷卻路徑構(gòu)造成使得冷卻劑能夠在所述子芯之間以及在所述定子繞組上流動(dòng)，其中所述定位特征部定位在冷卻路徑之外。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述冷卻路徑大體垂直于所述機(jī)器的縱向軸線。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子芯熱壓配合到所述殼體。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子芯通過機(jī)械緊固件或粘結(jié)劑固定到所述殼體。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述定子包括由位于它們之間的定位特征部而定位的兩個(gè)子芯。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述殼體包括圍繞所述壁圓周地分開的多個(gè)孔并包括定位在所述孔之間的多個(gè)定位特征部。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位特征部與所述殼體分立地制作并附接到所述殼體。10.—種制造電轉(zhuǎn)子機(jī)器的方法，所述方法包括: 制作多個(gè)定子疊片，每個(gè)疊片包括多個(gè)槽； 通過組裝多個(gè)疊片的預(yù)定部分形成每個(gè)子芯而制造至少兩個(gè)子芯，其中疊片的多個(gè)槽對(duì)準(zhǔn)以形成沿著縱向軸線穿過每個(gè)子芯的多個(gè)繞組通路，所述繞組通路被構(gòu)造為接收定子繞組； 制造限定出腔的殼體，所述殼體被構(gòu)造為將所述子芯支撐在腔內(nèi)并包括形成穿過其的多個(gè)孔，以使得冷卻劑能夠流動(dòng)到所述腔中，其中所述殼體還包括被構(gòu)造為將所述子芯定位在所述腔內(nèi)的特征部，其中所述特征部在所述孔之間設(shè)置于所述腔內(nèi)； 將每個(gè)子芯插入所述殼體內(nèi)，使得所述子芯由殼體的特征部分開以形成在每個(gè)子芯之間的流動(dòng)通路，所述流動(dòng)通路與所述殼體的孔中的至少一個(gè)流體連通； 將所述定子繞組安裝在所述子芯的繞組通路中以在所述殼體內(nèi)形成定子，由此所述定子繞組延伸穿過相鄰子芯的繞組通路；以及 將轉(zhuǎn)子和軸組件插入到所述定子中的殼體內(nèi)。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述孔和流動(dòng)通路形成穿過定子的冷卻路徑，所述冷卻路徑構(gòu)造成使得冷卻劑能夠在子芯之間以及在定子繞組上流動(dòng)，其中所述殼體的特征部定位在冷卻路徑之外。12.—種電轉(zhuǎn)子機(jī)器，包括: 包括限定出容積的壁和包括在所述腔內(nèi)位于所述壁上的定位特征部的殼體，所述殼體包括穿過鄰近定位特征部的壁的孔； 定子，包括: 設(shè)置在腔內(nèi)并座靠所述定位特征部的相對(duì)邊緣的兩個(gè)子芯，其中徑向通路形成在所述子芯之間，所述徑向通路與殼體的孔流體連通，以及其中所述子芯還包括沿著每個(gè)子芯的軸向長(zhǎng)度的多個(gè)繞組通路，所述多個(gè)繞組通路被構(gòu)造為接收定子繞組，以及 設(shè)置在子芯的多個(gè)繞組通路內(nèi)的定子繞組，其中所述定子繞組在子芯之間延伸并跨過所述徑向通路；以及 能夠操作地附接到軸并設(shè)置于所述定子內(nèi)的轉(zhuǎn)子，所述軸被構(gòu)造為圍繞機(jī)器的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。13.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其特征在于，所述殼體包括圍繞壁圓周地分開的多個(gè)孔并包括定位在所述孔之間的多個(gè)定位特征部。14.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其特征在于，所述徑向通路大體垂直于縱向軸線。15.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子布置以在它們之間形成間隙，所述間隙軸向地延伸并大體平行于所述縱向軸線，所述間隙還與所述徑向通路流體連通。16.如權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其特征在于，每個(gè)子芯包括與繞組通路徑向地分開并大體上平行于所述縱向軸線的多個(gè)通道，所述通道與所述徑向通路流體連通并從所述徑向通路延伸到每個(gè)子芯的相對(duì)側(cè)。
【文檔編號(hào)】H02K15/02GK105978188SQ201511036119
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日
【發(fā)明人】J·T·薩里, P·J·馬基-安托
【申請(qǐng)人】英格索爾-蘭德公司