具有周向的轉子和殼體散熱片的電的製造方法
2023-05-03 01:04:21 1
具有周向的轉子和殼體散熱片的電的製造方法
【專利摘要】一種電機，設置有可繞中心軸線旋轉的轉子芯。第一端環可操作地連接到轉子芯的一端。第一殼體部件至少部分地圍繞轉子芯。至少一個第一轉子散熱片從第一端環沿第一方向延伸，該第一方向可基本上平行於中心軸線。至少一個第一殼體散熱片從第一殼體部件沿第二方向延伸，該第二方向基本上與第一方向相反。第一轉子和殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸。第一轉子散熱片和第一殼體散熱片配置為交錯，由此增強第一轉子和殼體散熱片之間的熱傳遞，並且冷卻轉子芯。
【專利說明】具有周向的轉子和殼體散熱片的電機
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及電機，更具體地，涉及具有周向的冷卻散熱片的電機。
【背景技術】
[0002]電機或馬達/發電機通常包括可在定子內旋轉的轉子組件，所述定子通常包括多個繞組和交變極性的磁極。在發電機模式中，轉子的旋轉感應出在定子的繞組中流動的電流。替代地，如果電流通過定子繞組，則通電的繞組將使轉子旋轉，因而該電機將作為馬達運行。和任何能量轉變裝置一樣，馬達/發電機小於百分之百的效率，並且以熱的形式丟棄了一部分能量。期望有效去除該廢熱。由於封閉式馬達中的轉子旋轉並且不可能直接冷卻，因此冷卻成為挑戰。
【發明內容】
[0003]電機包括具有可繞中心軸線旋轉的轉子芯的轉子組件。第一端環可操作地連接到轉子芯的一個端部。第一殼體部件至少部分地圍繞轉子芯。至少一個第一轉子散熱片從第一端環沿第一方向延伸，該第一方向基本上平行於中心軸線。至少一個第一殼體散熱片從第一殼體部件沿第二方向延伸，該第二方向基本上與第一方向相反。第一轉子散熱片和第一殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸。
[0004]第一轉子散熱片和第一殼體散熱片配置為交錯或交織，即第一殼體散熱片設置在鄰近第一轉子散熱片的間隙中，反之亦然。該配置增強第一轉子散熱片和第一殼體散熱片之間的熱傳遞。第一轉子散熱片增大轉子組件的靠近相對冷的第一殼體部件的表面積，由此冷卻轉子組件。轉子組件的溫度降低，這降低電機內熱敏感部件的損壞的風險，並且提高電機效率。
[0005]另外的第一轉子散熱片可從第一端環沿第一方向並且周向地繞中心軸線延伸。另外的第一殼體散熱片可從第一殼體部件沿第二方向並且周向地繞中心軸線延伸。第一轉子散熱片、另外的第一轉子散熱片、第一殼體散熱片和另外的第一殼體散熱片每一個分別設置在距離中心軸線不同徑向距離處。
[0006]電機可包括第二端環，第二端環可操作地連接到轉子芯的另一端部，其中第二殼體部件至少部分地圍繞轉子芯。至少一個第二轉子散熱片可從第二端環沿第二方向延伸。至少一個第二殼體散熱片可從第二殼體部件沿第一方向延伸。第二轉子散熱片和第二殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸。第二轉子散熱片和第二殼體散熱片配置為交錯，由此增強第二轉子散熱片和第二殼體散熱片之間的熱傳遞。
[0007]第二轉子散熱片增大轉子組件的靠近相對冷的第二殼體部件的表面積，由此冷卻轉子組件。因此，提供轉子組件的冷卻而不將電機敞開到環境影響，或不將另外的冷卻流體引入到電機內部中。
[0008]在接合附圖理解時，本發明的上述特徵和優點以及其他特徵和優點將通過下面實現本發明的最佳模式的詳細描述變得顯而易見。【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是電機的示意性剖視圖，所述電機具有轉子組件，轉子組件由第一和第二殼體圍繞的，並且包括一個或多個第一轉子散熱片；
[0010]圖2是圖1中所示的轉子組件的示意性立體視圖；
[0011]圖3是穿過圖1的軸線3-3的示意性局部立體剖視圖，顯示了第一殼體部分和轉子組件的一部分；
[0012]圖4是僅圖1中所示的第二殼體部分的示意性立體視圖；
[0013]圖5是圖1中所示的第一轉子散熱片的示意性局部剖視放大視圖；和
[0014]圖6是圖1的部分6的示意性放大視圖。
【具體實施方式】
[0015]參照附圖，其中，貫穿幾個視圖，相似的附圖標記指代相同或相似的部件，圖1顯示了電機10的示意性剖視圖，電機10具有轉子組件12。參照圖1，轉子組件10可在大體上環形的定子14內旋轉，定子14具有多個繞組16。本領域中普通技術人員將意識到，術語「上方」、「下方」、「向上」、「向下」等用於描述附圖，並且不表示對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附權利要求限定。
[0016]圖2是轉子組件12的示意性立體視圖。參照圖2，轉子組件12包括轉子芯18。參照圖1-2，轉子組件12可繞中心軸線20旋轉。中心軸線20可用於限定基本上平行於軸線20的軸向方向。相應的徑向方向從中心軸線20向外延伸。參照圖1-2，第一端環26操作地連接到轉子芯18的一個端部。參照圖1-2，第二端環28可以操作地連接到轉子芯18的另一端部。參照圖2，轉子芯18可通過圍繞軸24堆疊一個或多個疊片結構22形成。疊片結構22通常為環狀盤。
[0017]參照圖1，由皮帶驅動的輪30可緊固到軸24的一個端部(圖1-2中所示)，以提供對軸24的旋轉驅動。軸24可由軸承元件32、33可旋轉地支撐。參照圖1，可採用軸承保持板34和機械緊固件(例如螺釘)用於結構支撐。
[0018]參照圖1，電機10的內部部件被殼體40所圍繞。殼體40包括設置在電機10的第一端部46處的第一殼體部件42。參照圖1，第二殼體部件44布置在電機10的第二端部48處。參照圖1，另外的連接蓋50可被附接到第二殼體部件44。舉個非限制性示例，第一端46和第二端48可分別是電機10的前和後部分。
[0019]圖3是第一殼體部件42的穿過圖1中的線3-3截取的示意性局部剖視圖。為了清楚，未顯示定子繞組16。參照圖1，第一殼體部件42包括中空圓柱狀部分51和基部52(圖3中所示)，基部52沿大體上徑向方向從中心軸線20延伸。圖3顯示了軸24、軸承元件32和輪30的部分(也顯示在圖1中)。
[0020]圖4是僅第二殼體部件44的示意性立體視圖。為了清楚，未示出軸24和轉子組件12的其他部件。參照圖4，孔54顯示在將定位軸24 (圖1-2中所示)的位置處。參照圖1和4，第二殼體部件44包括中空圓柱狀部件56和基部58，基部58沿大體上徑向方向從中心軸線20延伸。參照圖4，第二殼體部件44可包括用於電連接件或導線(未示出)的另一孔或挖切部59。[0021]參照圖1-3，轉子組件12包括一個或多個突出部或延伸部，本文中被稱為第一轉子散熱片60,其從第一端環26沿第一方向61延伸(參見圖1),該第一方向61可基本上平行於中心軸線20。在示出的實施例中，顯示了兩個第一轉子散熱片60A和60B，但是可根據特定應用採用任意數量。圖5是顯示第一轉子散熱片60A、B的示意性局部放大剖視圖。參照圖2，第一轉子散熱片60A、B中的每一個限定鄰近第一轉子散熱片60A、B中的每一個的第一間隙62。參照圖2，第一轉子散熱片60A、B中的每一個繞中心軸線20 (或軸24)周向地延伸。如下面所述，第二端環28也可包括相似的延伸部或散熱片。
[0022]參照圖1、3和5,—個或多個第一殼體散熱片64從第一殼體部件42沿第二方向65 (參見圖1)延伸，該第二方向65基本上與第一方向61相反。雖然不出的實施例顯不了兩個第一散熱片64A、B，但可採用任意數量。參照圖3，第一殼體散熱片64A、B中的每一個繞中心軸線20周向地延伸。參照圖1和3，第一殼體散熱片64A、B可從第一殼體部件42的基部52延伸。第一轉子散熱片60隨轉子組件12的其餘部分一起旋轉，而第一殼體散熱片64保持靜止。
[0023]參照圖3,第一轉子散熱片62A、B和第一殼體散熱片64A、B每一個分別設置在距離中心軸線20不同的徑向距離66處。參照圖3，第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64配置為交錯或交織，即第一殼體散熱片64設置在第一轉子散熱片60之間的相應第一間隙62中，反之亦然(第一轉子散熱片60設置在第一殼體散熱片64之間的相應空間中)。換言之，第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64軸向重疊而不接觸。參照圖3，第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64的交錯在剖視圖中限定多個同心圓67。
[0024]第一轉子散熱片60A、B為第一端環26的延伸部，是轉子組件12的一部分。如本領域技術人員所知，轉子組件12產生熱。第一轉子散熱片60A、B和第一殼體散熱片64A、B配置為交錯，由此增強第一轉子散熱片60A、B和第一殼體散熱片64A、B之間的熱傳遞,並且允許轉子組件12的冷卻。第一殼體散熱片64A、B是相對冷的殼體40 (其包括第一和第二殼體部件42，44)的延伸部，該殼體40用作散熱裝置。參照圖1，殼體40 (和定子14)可通過環形冷卻腔69冷卻，所述環形冷卻腔由殼體40的部分之間的敞開區域限定。在一個實施例中，轉子組件12約在200攝氏度下，定子14約在100攝氏度下，並且殼體40約在40攝氏度下(所有顯示在圖1中)。
[0025]圖5是第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64的不意性局部放大剖視圖。參照圖5,第一軸向空隙68限定在第一轉子散熱片60的頂部70和交錯的第一殼體散熱片64的相應凹處72之間。第二軸向空隙74限定在第一殼體散熱片64的頂部76和交錯的第一轉子散熱片60的相應凹處78之間。徑向空隙80限定在第一轉子散熱片60和鄰近的第一殼體散熱片64的相應邊緣82、84之間。徑向和第一以及第二軸向空隙80、68、74配置為足夠小，以最大化第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64之間的熱傳遞或冷卻。舉個非限制性示例，徑向空隙80可小於0.5mm。舉個非限制性示例，第一和第二軸向空隙68、74可以為約I至2_。在一個實施例中，第一和第二軸向空隙68、74相同。在另一個實施例中，第一和第二軸向空隙68、74不同。
[0026]參照圖5，來自轉子組件12的熱(通過第一轉子散熱片60)被傳遞到緊圍繞第一轉子散熱片60的空間，即徑向和第一以及第二軸向空隙80、68、74，然後傳遞到相對冷的第一殼體散熱片64A、B。第一轉子散熱片60A、B增大轉子組件12的緊鄰相對冷的殼體40的表面積，由此提高熱傳遞。轉子組件12的溫度被降低，這使電機10內的熱敏感部件損壞的風險降低，並且提聞電機10的效率。
[0027]交錯的周向第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64的配置激勵旋轉的轉子組件12和靜止的殼體40之間的Taylor-Couette流動，由此進一步增強其間的熱傳遞。Taylor-Couette流動指在不同的旋轉中的同中心圓柱體之間的環形區域中發生的流體流動。Taylor-Couette流動大多數情況下發生在內圓柱體(例如轉子組件12)旋轉、並且外圓柱體(例如殼體40)固定時。當轉子組件12的角速度被增大而高於一定閾值時，Taylor-Couette變得不穩定,並且第二穩態的特徵在於出現環形潤流。由於該潤流，旋轉中的轉子組件12附近的高速流體在渦流之間的外流區域中被向外攜帶，而固定殼體40附近的低速流體在渦流之間的內流區域中被向裡攜帶，增強熱傳遞。
[0028]交錯的周向第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64的配置還激勵輻射和傳導性熱傳遞。相對熱的第一轉子散熱片60和相對冷的第一殼體散熱片64之間的高的熱梯度導致轉子組件12和殼體40之間的增強的熱流和冷卻。
[0029]參照圖5，第一轉子散熱片60沿第一方向61限定基本上平行於中心軸線20的長度88。第一轉子散熱片60沿基本上垂直於中心軸線20的方向限定寬度90。第一轉子散熱片60中的每一個可包括不同的長度和寬度。類似地，第一殼體散熱片64中的每一個限定可與第一轉子散熱片60不同的長度和寬度。在一個實施例中，第一轉子散熱片60A、B的長度分別為3.5、4mm,而第一殼體散熱片64A、B的長度分別為3.3、4.2mm。在一個實施例中，第一轉子散熱片60A、B的寬度分別為1.7、2mm,而第一殼體散熱片64A、B的寬度分別為
1.3、2.Smnin
[0030]在一個實施例中，第一轉子散熱片60和第一端環26限定整體單件配置。第一轉子散熱片60可與第一端環26 —體形成。舉個非限制性示例，並且參照圖2，第一和第二端環26、28可在鑄造過程中通過將熔化的金屬向下倒入疊片結構22的外邊緣處的槽中而形成，所述熔化的金屬凝固為轉子組件12的棒(bar)91和在兩端處的第一以及第二端環26、28。在一個實施例中，通過修改用於第一端環26的成形模具或鑄模(未示出)，第一轉子散熱片60可在與第一端環26相同的鑄造過程中形成。在另一個實施例中，第一轉子散熱片60可分開地形成並被附接到第一端環26。第一和第二端環26、28可由熱傳導材料製成。舉個非限制性示例，熱傳導材料可以是鋁、銅、青銅或黃銅。第一轉子散熱片60也可由熱傳導材料構成。類似地，第一殼體散熱片64和第一殼體部件42可限定整體單件配置。
[0031]一個特定實施例可在電機10內的多個位置處包括上面所述的交錯的周向第一轉子散熱片60和第一殼體散熱片64。參照圖1，第二端環28可包括一個或多個第二轉子散熱片92，並且第二殼體部件44可包括一個或多個第二殼體散熱片94。參照圖1，第二轉子散熱片92從第二端環28沿基本上平行於中心軸線20的方向延伸，該方向這裡顯示為第二方向65。參照圖1，第二殼體散熱片94從第二殼體部件44沿第一方向61延伸(以使其基本上與第二轉子散熱片94相反)。參照圖4，第二殼體散熱片94可從第二殼體部件44的基部58延伸。
[0032]圖6是圖1的部分6的示意性放大視圖，顯示了第二轉子散熱片92A、B和C以及第二殼體散熱片94A、B和C。雖然圖6中顯示了三個第二轉子散熱片92A-C和三個第二殼體散熱片94A-C，但是應可理解，對於每一種應用，可採用任意數量。第二轉子散熱片92可在所有方面類似於第一轉子散熱片60。第二殼體散熱片94可在所有方面類似於第一殼體散熱片64。
[0033]參照圖6，第二轉子散熱片92A-C和第二殼體散熱片94A-C分別在距離中心軸線20不同徑向距離96 (顯示用於散熱片92A)處周向地繞中心軸線20延伸。參照圖6，第二轉子散熱片92A-C和第二殼體散熱片94A-C配置為交錯，以使第二殼體散熱片94A-C設置在鄰近第二轉子散熱片92A-C的相應第二間隙98中，由此增強第二轉子散熱片92和第二殼體散熱片94之間的熱傳遞,如上面就第一轉子和殼體散熱片60、64所討論的。
[0034]【具體實施方式】和圖或附圖是對本發明的支持和描述，但是本發明的範圍僅由權利要求限定。雖然已經詳細描述了實現所要求保護的本發明的最佳模式和其他實施例中的一些，但是存在用於實踐限定在所附權利要求中的本發明的多種替代設計和實施例。
【權利要求】
1.一種電機,包括: 轉子芯，能繞中心軸線旋轉，並且具有一端部； 端環，操作地連接到轉子芯的所述端部； 殼體部件，至少部分地圍繞轉子芯； 至少一個轉子散熱片，從端環沿第一方向延伸； 至少一個殼體散熱片，從殼體部件沿基本上與第一方向相反的第二方向向外延伸；其中，至少一個轉子散熱片和至少一個殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸；並且其中，至少一個轉子散熱片和至少一個殼體散熱片配置為交錯，由此增強該至少一個轉子散熱片和該至少一個殼體散熱片之間的熱傳遞。
2.根據權利要求1所述的電機，其中，轉子散熱片和端環限定整體單件配置。
3.根據權利要求1所述的電機，進一步包括: 軸向空隙，限定在轉子散熱片頂部和殼體散熱片的相應凹處之間；和 徑向空隙，限定在殼體散熱片和轉子散熱片的相應邊緣之間。
4.根據權利要求3所述的電機，其中，軸向空隙約為I至2mm。
5.根據權利要求3所述的電機，其中，徑向空隙約為0.5mm。
6.—種電機,包括: 轉子芯，能繞中心軸線旋轉；` 第一端環，操作地連接到轉子芯的一個端部； 至少一個轉子散熱片，從第一端環沿基本上平行於中心軸線的第一方向延伸； 第一殼體部件，至少部分地圍繞轉子芯； 至少一個第一殼體散熱片，從第一殼體部件沿基本上與第一方向相反的第二方向延伸； 其中，第一轉子散熱片和第一殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸；並且其中，第一轉子散熱片和第一殼體散熱片配置為交錯，由此增強第一轉子散熱片和第一殼體散熱片之間的熱傳遞。
7.根據權利要求6所述的電機，進一步包括: 另外的第一轉子散熱片，從第一端環沿第一方向並且周向地繞中心軸線延伸； 另外的第一殼體散熱片，從第一殼體部件沿第二方向並且周向地繞中心軸線延伸；並且 其中，第一轉子散熱片、另外的第一轉子散熱片、第一殼體散熱片和另外的第一殼體散熱片每一個定位在距離中心軸線不同的徑向距離處。
8.根據權利要求6所述的電機，進一步包括: 第二端環，操作地連接到轉子芯的另一端部； 第二轉子散熱片，從第二端環沿第二方向延伸； 第二殼體部件，至少部分地圍繞轉子芯； 第二殼體散熱片，從第二殼體部件沿第一方向延伸； 其中，第二轉子散熱片和第二殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸；並且其中，第二轉子散熱片和第二殼體散熱片配置為交錯，由此增強第二轉子散熱片和第二殼體散熱片之間的熱傳遞。
9.根據權利要求8所述的電機，其中: 第二殼體部件包括中空圓柱狀部分和基部，基部沿大體上的徑向方向從中心軸線延伸；和 第二殼體散熱片，從第二殼體部件的基部延伸。
10.一種電機,包括: 轉子芯，能繞中心軸線旋轉； 第一端環，操作地連接到轉子芯的一個端部； 至少兩個第一轉子散熱片，從第一端環沿基本上平行於中心軸線的第一方向延伸； 第一殼體部件，至少部分地圍繞轉子芯； 至少兩個第一殼體散熱片，從第一殼體部件沿基本上與第一方向相反的第二方向延伸； 其中，至少兩個第一轉子散熱片和至少兩個第一殼體散熱片的每一個定位在距離中心軸線不同的相應徑向距離處，並且周向地繞中心軸線延伸； 第二端環，操作地連接到轉子芯的另一端部； 第二轉子散熱片，從第二端環沿第二方向延伸； 第二殼體部件，至少部分地圍繞轉子芯 第二殼體散熱片，從第二殼體部件沿第一方向延伸； 其中，第二轉子散熱片和第二殼體散熱片周向地繞中心軸線延伸；並且其中，第二轉子散熱片和第二殼體散熱片配置為交錯，由此增強第二轉子散熱片和第二殼體散熱片之間的熱傳遞。
【文檔編號】H02K1/22GK103516071SQ201310245751
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月20日 優先權日:2012年6月22日
【發明者】P.F.特恩布爾, S.L.海斯利特, J.C.莫甘特 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司