具有軸承的無刷直流電動機的製作方法

2023-10-10 15:15:54 3

專利名稱：具有軸承的無刷直流電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動機，尤其涉及支撐電動機的轉子的軸承。本發明還涉及用於治療的氣道正壓通氣(PAP)設備或氣流發生器的電動機，例如利用無創正壓通氣(NIPPV)治療睡眠呼吸障礙(SDB)。
背景技術：
軸承通常被成對使用並且共軸布置以支撐旋轉構件，例如，電動機軸。理想地，兩個軸承由限制兩個軸承的固定構件定位為完全軸向對準。真實世界的設計很少是完全的對準，並且因此，損害了軸承性能。廣泛使用的軸承懸架模式包括將每個軸承固定在單獨的殼體結構內並且將所述殼體結構組合在一起以接近共軸的軸承布置。例如，圖7說明了固定軸承BI的殼體H以及固定軸承B2的蓋子C，蓋子C安裝到殼體H上以將轉子R支撐在軸承BI、B2之間。對軸承的封裝的限制存在兩種主要的分類。一種限制涉及製造精度的實際極限，而另一種限制涉及連接並且有效地封裝必須旋轉的物品的需求。對於第一種限制，儘管部件形成技術的精度連續提高，但是本領域的現狀遠遠不是完美的。此外，提高的精度通常轉變為更大的花銷，這常常勸告製造商不要接受本領域加工的現狀。第二種限制由將物品(例如轉子/定子)放置在軸承對之間的需求而驅動。這導致了兩部分殼體構造的使用。使用多部分殼體的結果是，它們在每個搭接面或分型面(fayingor joint surface)累積不必要的容錯結構。使用較不廣泛的軸承懸架模式是利用單個金屬管來容納軸承對，並且以懸臂的方式即外轉子設計來從一端懸掛轉子。例如，圖8圖示了容納軸承B1、B2的金屬管T，以及被軸承BI、B2以懸臂的方式支撐以支撐葉輪I的轉子R。然而，因為磁場不能有效地穿過金屬屏蔽而不引起磁通密度和/或增加的熱量的大量損耗，所以金屬管防止了高速磁性轉子被封裝在軸承之間，即，內轉子設計。同樣，存在對能夠從一組高速軸承伸出多少質量和長度的懸臂的實際極限。因此，所述設計趨向於在軸向上的長度短。因此，在本領域中已經形成了對不受上述缺點限制的改進的布置的需求
發明內容
本發明的一個方案涉及一種在使用中支撐轉子的轉子支撐結構。本發明的另一個方案涉及一種軸承布置，所述軸承布置具有支撐在諸如軸承管的公用構件上的至少兩個軸承部。本發明的另一個方案涉及一種具有保持在固定管中的軸承的無刷直流電動機，固定管至少具有足夠磁性透明的一部分以允許磁場穿過其中，例如，非導電和/或非磁性的管。在本發明的實施方式的上下文中，非傳導材料可以是具有相對高的電阻率(例如，大約2微歐-米或更大)的材料而非磁性材料可以是具有相對低的磁導率(例如，大約2或更小)的材料。這些材料特性的容許範圍可以根據不同情況而變化。所述管通常可以是導熱的，並且所述管可以是金屬的和/或非金屬的或半金屬的。本發明的另一個方案涉及一種無刷直流電動機，所述無刷直流電動機包括轉子，磁鐵，其設置到轉子上，一對軸承，其可旋轉地支撐轉子；定子組件，其至少部分地環繞轉子 及其磁鐵，以及軸承管，其具有外表面和限制了管內部的內表面。定子組件適於控制轉子的運動。定子組件沿管的外表面設置而軸承沿管的內表面設置以將轉子和磁鐵支撐在管內部中。所述管至少具有足夠磁性透明的部分以允許磁場在磁鐵與定子組件之間穿過。本發明的另一個方案涉及一種無刷直流電動機，所述無刷直流電動機包括轉子，其具有磁鐵，定子組件，其適於控制轉子的運動，管，其設置在轉子與定子組件之間。所述管至少具有足夠磁性透明的一部分以允許磁場在磁鐵與定子組件之間穿過。本發明的另一個方案涉及一種無刷直流電動機，所述無刷直流電動機包括磁性轉子，其可旋轉地被支撐在一對軸承之間，定子組件，其環繞轉子並且適於控制轉子的運動，以及管，其將軸承和轉子保持在管的內部中。所述管至少具有足夠磁性透明的一部分以允許磁場在磁性轉子與定子組件之間穿過。本發明的另一個方案涉及一種用於產生提供給患者用於治療的一定量的加壓氣體的PAP設備。所述PAP設備包括殼體，核心，其包括電動機和至少一個葉輪，以及隔振系統，其以可變形的隔振方式將核心支撐在殼體內。本發明的另一個方案涉及一種用於產生提供給患者用於治療的一定量的加壓氣體的PAP設備。所述PAP設備包括殼體，核心，其包括電動機以及至少一個葉輪，以及隔振系統，其以可變形的隔振方式將核心支撐在殼體內。所述隔振系統適於結合到定子組件的繞組上以將來自外部電源的電流傳導至繞組。本發明的另一個方案涉及一種無刷直流電動機，所述無刷直流電動機包括轉子，定子組件，其環繞轉子並且適於控制轉子的運動，支撐結構，其將轉子和定子組件支撐在工作位置中，以及隔振系統，其設置到支撐結構上並且適於以可變形的隔振方式將支撐結構支撐在殼體內。本發明的另一個方案設計一種用於製造電動機的方法。所述方法包括形成管，所述管至少具有足夠磁性透明的一部分以允許磁場穿過其中，將磁性轉子設置到管的內部，以及將定子組件設置到管的外部以控制磁性轉子的運動。本發明的另一個方案涉及一種轉子支撐結構，所述轉子支撐結構至少包括適於支撐軸承的一個軸承支撐部，以及足夠磁性透明的一部分以允許磁場穿過其中。通過以下參照附圖的詳細描述，本發明的其它方案、特徵以及優點將變得明顯，這些附圖是本公開的一部分並且以示例的方式圖示了本發明的原理。


附圖便於理解本發明的各種實施方式。在所述附圖中圖I為根據本發明的實施方式的一種包括軸承管的電動機的部分橫截面圖；圖2為根據本發明的實施方式的一種包括電動機的PAP設備的示意圖；圖3-1為用於根據本發明的另一個實施方式的電動機的轉子、管以及定子組件的立體圖；圖3-2為圖3-1所示的電動機的組件的橫截面圖；圖4-1為根據本發明的另一個實施方式的PAP設備的立體橫截面圖；圖4-2為圖4-1所示的PAP設備的頂視圖；
圖4-3為圖4-1所示的PAP設備的另一個橫截面圖；圖5-1為根據本發明的另一個實施方式的PAP設備的立體橫截面圖；圖5-2為圖5-1所不的PAP設備的另一個橫截面圖；圖5-3為圖5-1所不的PAP設備的一部分的放大的橫截面圖；圖5-4為圖5-1所示的PAP設備的側視圖；圖5-5為圖5-1所示的PAP設備的核心的立體圖；圖5-6為圖5-5所示的核心的橫截面圖；圖6為說明根據本發明的實施方式的一種用於組裝軸承的方法的橫截面圖；圖7為現有技術軸承懸架模式的示意圖；以及圖8為另一種現有技術軸承懸架模式的橫截面圖。
具體實施例方式提供了與可以共享共同的特性和特徵的若干實施方式有關的下列描述。應該理解的是，任意一個實施方式的一個或多個特徵可以與其它實施方式的一個或多個特徵組合。另外，任意實施方式中的任意單個特徵或特徵的組合可以組成另外的實施方式。在本說明書中，詞語「包括(comprising)」應被理解為「開放(open)」的含義，也就是說，理解為「包括(including)」的含義，並且因此不局限於其「封閉(closed)」的含義，即
「僅由......組成(consisting only of)」的含義來理解。對應的含義將附加於對應的詞
語「包括(comprise)」、「由......組成的(comprised)」和「包括(comprises)」出現的位置。術語「空氣」將包括可呼吸的氣體，例如具有補充氧氣的空氣。還認為，可以將本文所描述的PAP設備設計為抽吸液體或除空氣以外的氣體。I、電動機圖I說明了根據本發明的實施方式的電動機或管式電動機10。在圖示的實施方式中，電動機10為無刷直流電動機的形式。電動機10包括任選殼體12，旋轉軸或轉子14，安裝在轉子14上的永磁鐵16，以及環繞轉子14及其磁鐵16的定子組件18。轉子14由一對軸承20來可旋轉地支撐，軸承20由軸承管22來保持或容納。軸承20可以是本領域中公知的任意適當的類型，例如，常用的滾動元件軸承、液壓軸承(空氣或液體)、套筒軸承，或其它類型。任選殼體12封裝定子組件18、轉子14、磁鐵16、軸承20，以及軸承管22。端蓋24設置到殼體12上以允許通向殼體內部以及殼體中封裝的部件。另外，殼體的端蓋24和端壁26中的每一個均包括開口 28從而允許轉子14的各個端部30、32在其中延伸。每個端部30,32均適於連接到諸如葉輪的設備上從而引起設備的旋轉運動。然而，電動機10可以被構造為僅有轉子14的一端從殼體12延伸出。使用中，電子控制器(典型地用作來自ResMed的PAP設備或氣流發生器的部件)控制定子組件18的工作從而控制轉子14的旋轉運動，並且因此控制諸如葉輪的設備。I. I軸承管在圖示的實施方式中，軸承管22包括相對薄壁的固定的穩定管。I. I. I 特性軸承管22至少具有足夠磁性透明從而允許磁場穿過其中的一部分。在一個實施方式中，所述「磁性透明」可以由一個或多個管的材料特性，例如非導電的、磁性透明的或非 磁性的，和/或導熱的管來提供。選擇性地，如以下更詳細描述的，所述「磁性透明」可以由一個或多個管中的孔來提供。在一些應用中，由於管可以簡單地包括一個或多個這些特性和/或足夠程度的這些特性(例如，部分導電和/或部分導熱)，因此管無需具有上述所有的材料特性(非導電、磁性透明和導熱)。另外，儘管在實施方式中管22可以是導熱的，這可能有利於加熱空氣和/或冷卻鼓風機元件，但是非傳導性的指的是(非)導電性。管包括適當的「磁性透明」、「非導電性」和/或「導熱性」從而在不過度加熱的情況下允許靠近磁鐵的足夠的磁通量。在本發明的實施方式的上下文中，非傳導材料將被理解為具有相對高的電阻率(例如，大約2微歐-米或更大)的材料而非磁性材料被理解為具有相對低的磁導率(例如，大約2或更小)的材料。這些材料特性的容許範圍可以變化，例如取決於應用。管可以是導熱的從而允許釋放熱量(熱可能在電動機上產生阻力、無功功率、縮短的軸承壽命、管變形等)。另外，管延其長度或周長可以具有不同的材料特性，例如，不同水平或區域的「磁性透明」、「非導電性」和/或「導熱性」。也就是說，管的一部分可以具有這些特性中的一個或多個，而管的其它部分可以不具有這些特性。在可能期望磁通密度較高的磁鐵和定子組件附近，磁性透明應該更強。在所述區域的外部，可以允許不同的特性而在某些情況下可能是沒有必要的。例如，由固定在一起的不同元件來構造管可能是有利的，例如，其中某些元件在期望的位置是磁性透明的，而管的其它元件是更導熱的。1.1.2 材料軸承管22可以由諸如陶瓷(例如，穩定的氧化鋯)、玻璃、聚合物、填充(但非傳導性的)聚合物或增強聚合物(例如，玻璃纖維、碳、硼等)的非金屬材料構成。然而，管還可以是金屬的或半金屬的。在一個實施方式中，管沿其長度或周長可以包括不同的材料。1.1.3 形狀在圖示的實施方式中，管沿其長度具有環形的橫截面結構。然而，應該意識到，管可以具有其它適當的形狀，例如，環形的或圓形的、正方形的、多邊形的、圓錐形的等。同樣，管可以包括一個或多個部件(例如，多部件的構造)，例如，具有固定在一起的具有不同特性的不同元件。
在一個實施方式中，管可以是足夠多孔的(例如，一個或多個孔、開口和/或狹縫)以允許磁場穿過管。在所述實施方式中，管可以包括或可以不包括非導電的、磁性透明的和/或導熱的材料特性。1.1.4 組合應該理解的是，上述任意單個特徵或特徵的組合可以組成管的實施方式。也就是說，管可以包括上述特性、材料和/或形狀的任意適當的組合。I. I. 5 部分同樣，應該理解的是，管的部分可以具有上述一個或多個特徵，而管的其它部分可以不包括所述特徵。1.1.6軸承支撐
如圖所示，定子組件18沿管22的外表面42設置到管22的中部40上。軸承20沿管22的內表面48設置到管22的各個端部44、46上。管22將軸承20保持為基本完全的軸向對準。軸承20將轉子14和磁鐵16支撐在管內。另外，磁鐵16被放置在軸承20之間以使磁鐵16與定子組件18對準。管22的內徑與軸承20的外徑基本相似。這允許軸承20例如通過摩擦配合、粘合劑等牢固且穩定地保持在管22內。管22是足夠「磁性透明的」(例如，非磁性的、非導電的和/或導熱的)，這允許電動機10具有如下設計如圖I所示，磁性轉子14位於管22內的軸承20之間。也就是說，定子組件18能夠作用在位管22內的磁性轉子14上而沒有顯著的磁通密度的損耗和/或增加的熱量，即使有磁通密度的損耗和/或增加的熱量。因此，管22提供了穩定的物理特性並且足以支撐電動機應用的需求。應注意的是，軸承管22可以被合併到「磁性透明」可能有益的其它電動機布置或其它應用中。I. 2 優點磁性轉子14被放置在「磁性透明」的管22內的圖I的電動機布置具有若干優點。例如，電動機布置提供了較好的軸承與軸承的對準。較好的對準導致了改進的噪聲和/或提高的壽命。另外，例如當轉子和管的材料具有近似匹配的熱膨脹係數時(例如，管和轉子均可以由穩定氧化鋯組成)，較好的對準導致容納液壓軸承的能力更強。電動機布置還提供了較好的緊湊性(例如，轉子可以位於非懸臂的管安裝的軸承之間)，由於固有的低慣性轉子而引起的較好的動態響應，以及由於構造的簡單性而引起的較好的剛性。另外，電動機布置提供了對液壓軸承與雙頭葉輪鼓風機構造二者的較好的容納(例如，如下所述當電動機與PAP設備或氣流發生器結合時)。此外，當使用滾動元件軸承時，管與轉子的匹配的導熱係數可以允許一個去除預載彈簧。具體地，裝配軸承的一種方法包括使用將力施加到軸承上的預載彈簧以確保軸承保持準確地對準並且保持在與管的端部相對的位置上，例如，如圖4-3所示，與下軸承的凸緣380相對並且與上軸承的錐形凸緣382相對的位置。作為所述方法的可選方法，預載彈簧可以被去除並且軸承可以被諸如膠水的粘合劑或諸如機械緊固件的其它適當的固定器件等保持在適當的位置。軸承可以是各種各樣的。例如，軸承可以被構造為套筒型、雙聯型、磁鐵型等。在圖6中說明了所述可選方法。在所述方法中，可以(例如，由如虛線所指示的彈簧536)施加力以使軸承520、525與各個凸緣582、580相對並且準確對準。當由例如彈簧536施加力時，一旦對準，則諸如膠水的粘合劑A或其它固定器件可以被施加到軸承520、525與管522之間以將軸承520、525固定和保持在適當的位置中。一旦軸承520、525被固定地連接，則可以去掉所述力。所述可選方法的一個潛在問題是，當電動機預熱時，不同的部件(例如轉子和管)將根據與用於製造所述部件的材料有關的各自的熱膨脹係數而膨脹。因此，如果轉子和管的材料具有允許它們以不同水平來膨脹的兩種不同的熱膨脹係數，則軸承可能移動或沒有對準，引起了電動機的失衡。為了防止這種問題產生，管和轉子可以由相同的材料製造以具有相同的熱膨脹係數或者管和轉子可以由具有相同的熱膨脹係數的兩種不同的材料製造。2. O與PAP設備結合的電動機電動機10可以與PAP設備或氣流發生器結合，PAP設備或氣流發生器被構造為產 生提供給患者用於治療的一定量的加壓氣體，例如利用無創正壓通氣(NIPPV)治療睡眠呼吸障礙(SDB)。在一個實施方式中，電動機可以被構造以高達大約30，OOOrpm和/或8mNm轉矩來工作。例如，圖2為包括電動機10的PAP設備或氣流發生器60的示意圖。如圖所示，PAP設備60包括殼體62以及支撐在殼體62內的鼓風機64。可以操作鼓風機64以將一定量的氣體通過一個或多個進氣開口(未示出，但是典型地設置在氣流發生器殼體的底壁或側壁處)吸入到殼體62中並且在出口 66處提供加壓氣流。一定量的加壓氣體經由輸氣導管而被輸送給患者，輸氣導管包括連接到PAP設備60的出口 66的一端以及連接到舒適地接合患者的面部並且提供常封的面罩系統的相反端。在Iv實施方式中，鼓風機被構造為取決於患者需求，以高達180L/min (在面罩處測量到的)的流速來輸送例如在4-28cm H2O的範圍內的適於CPAP或NIPPV的加壓氣體。同樣，鼓風機可以被構造為輸送雙水平療法或可變壓力療法(例如，2-6cm H2O的低範圍和6-30cm H2O的高範圍)。鼓風機64由殼體62支撐或位於殼體62內，並且包括至少一個葉輪68和電動機10以驅動至少一個葉輪68。在圖示的實施方式中，鼓風機64具有雙頭葉輪鼓風機構造。具體地，電動機10包括圖I所示的布置，並且轉子14的每個端部30、32連接到葉輪68上。然而，鼓風機64可以包括連接到電動機10上的單個葉輪。電動機可以與鼓風機組件結合，諸如在第6，910，483號美國專利，第2005/0103339號美國專利申請，於2005年10月28日提交的題目為「多級鼓風機及其巢式蝸殼」的第60/730，875號美國臨時專利申請，以及於2006年2月22日提交的題目為「具有可變形的支撐套筒的鼓風機用電動機」的第60/775，333號美國臨時專利申請中所公開的，其中的每一個以其全部內容通過引用合併於此。同樣，可以在其它應用中使用電動機10。2. I 優點包括圖I的電動機布置的PAP設備或氣流發生器60具有若干優點。例如，圖I的電動機布置提供了較靜音、壽命較長、較小、更可靠並且高響應的PAP設備。這提供了用於患者的更舒適且更便利的PAP設備。因為患者更為滿意，所以醫生更容易執行治療。另外，由於減少的部件數量和較少的機加工包括圖I的電動機布置的PAP設備60提供了潛在地低成本，用於實現常規的滾動元件軸承的較好的電動機平臺，容納液壓軸承的電動機平臺，容納液壓軸承和雙頭葉輪鼓風機構造的電動機平臺和/或容納液壓軸承和雙頭葉輪鼓風機構造以及整體蝸殼和/或鼓風機殼體的電動機平臺。3、電動機的可選實施方式圖3-1和圖3-2說明了根據本發明的另一個實施方式的電動機或管式電動機210。管式電動機210與上述管式電動機10基本相似，並且還說明了電動機在無需殼體或端蓋的情況下起到電動機作用的能力。如圖所示，電動機210包括旋轉軸或轉子214,旋轉軸或轉子214包括設置到其上的永磁鐵216，「磁性透明」的軸承管222，其構造為保持或容納將轉子214可旋轉地支撐在管222內的軸承220，以及定子組件218，其沿管222的外表面設置(例如，通過摩擦保持在
管上)。在圖示的實施方式中，定子組件218包括繞組219，定子或定子疊層221，其設置到 繞組219上，以及一個或多個絕緣體223，其設置在繞組219與定子疊層221之間以使定子疊層221與繞組219絕緣。如上所述，若有的話，管222也是「磁性透明」的，這允許定子組件218作用於放置在管222內的磁性轉子214而沒有顯著的磁通密度損耗和/或增加的熱量，即使有磁通密度損耗和/或增加的熱量的話。間隔件234設置在轉子磁鐵216與軸承220中的一個之間，並且彈簧或偏置元件236設置在轉子磁鐵216與軸承220中的另一個之間。該布置保持了轉子磁鐵216與定子組件218的對準。在此處描述的「管式電動機」中，殼體元件由延伸穿過定子組件218的核心的單個管222代替。管22是薄壁(但堅固)並且「磁性透明」的，這允許軸承安裝在單個孔內而轉子磁鐵嵌套在其間。轉子的磁通量穿透管壁(由於管是「磁性透明」的)以與定子繞組電流相互作用而產生軸轉矩。因此，「筒式電動機」是獨立式的，其中定子和轉子被管以允許管式電動機起到電動機的作用的方式來支撐和/或容納。也就是說，殼體或端蓋無需支撐和/或容納定子和/或轉子，例如，殼體無需支撐電動機軸承。在PAP設備中，殼體和/或端蓋可以設置到管式電動機上以限定用於加壓氣體的充氣室。3. I益處和特徵管式電動機210的益處和特徵包括下列中的一個或多個低成本；無殼體無需殼體或端蓋；可以為高性能；低慣性；可以雙軸；管提供了出色的孔孔同心度(低噪聲而無需高精度的機加工的殼體部件)；有利於隔振；聞功效(低鐵耗);良好的熱性質(尤其是對於定子)，例如，由於加壓氣體指向定子周圍引起的對定子的冷卻作用。定子和軸承上減小的熱量可以增加電動機的可靠性和壽命。同樣，熱可以通向加壓氣體以有助於加熱氣體；
緊湊的構造；高的可製造性；無槽定子(零齒槽效應)；無傳感器(或「有傳感器」的-如果需要的話);可正弦驅動(例如，大約I. I % THD (總諧波失真))；和/或通過使用管的公差的減小或消除(例如，定子可能由於轉子/定子對準而無需公差)。應該意識到，電動機10、210可以包括一個或多個相似的優點、益處和/或特徵。 4、PAP設備的可選實施方式圖4-1至4-3說明了根據本發明的另一個實施方式的PAP設備或鼓風機360。如圖所示，PAP設備360包括蝸殼或殼體362，其限定了大體螺旋形的通道363，管式電動機310，其包括由殼體362支撐或位於殼體362內的「磁性透明」的管322，葉輪368，其設置到管式電動機310的轉子314上，以及蓋或端蓋365，其設置到殼體362上以封裝葉輪368。正如圖4-2所示，可以操作PAP設備360以將一定量的氣體通過入口 367吸入殼體中並且在出口 366處提供加壓氣流。PAP設備360通常是圓柱形的，入口 367與PAP設備的軸對準並且出口 366被構造為通常在切向上引導氣體流出PAP設備。在一個實施方式中，PAP設備360可以具有大約60mm的直徑以及大約30mm的高度，這提供了大約85cm3的圓柱體積。出口 366可以具有大約IOmm的直徑。應該理解的是，這些尺寸僅僅是示例性的並且取決於應用其它的尺寸是可行的。4. I管式電動機管式電動機310包括旋轉軸或轉子314，旋轉軸或轉子314包括設置到其上的永磁鐵316，「磁性透明」的管322，其被構造為保持或容納可旋轉地將轉子314支撐在管322內的軸承320、325，以及定子組件318，其沿管322的外表面設置(例如，通過摩擦保持在管上)。定子組件包括繞組319，定子或定子疊層321 (例如，無槽或無齒)，其設置到繞組319上，以及一個或多個絕緣體323，其設置在繞組319與疊層321之間以使疊層321與繞組319絕緣。在於2006年12月28日提交的第60/877，373號美國臨時申請中公開了線圈繞組的進一步的細節，其全部內容通過引用合併於此。4. I. I 一體式管管式電動機310的管322包括管部370，護罩372，其設置到管部370的一端上，以及環形凸緣374，其從護罩372延伸出。在圖示的實施方式中，管322整體模製(例如，注模)成一體式結構。然而，管322可以其他適當的方式構造。4. I. 2軸承對準和保持管322的管部370被構造為保持並且對準可旋轉地支撐轉子314的軸承320、325。在圖示的實施方式中，管部370被構造為使得混合的軸承尺寸可以被使用。如圖所示，管部370的上端被構造為支撐軸承320而管部370的下端被構造為支撐軸承325，軸承325具有比軸承320小的尺寸或直徑。具體地，管部370的上端包括限定了直徑D並且適於支撐軸承320的環形表面376。管部370的下端包括限定了較小直徑d並且適於支撐軸承325的環形表面378。如圖所示，一體式管部370提供了精確的孔與孔的對準，這提供了精確的軸承與軸承的對準。管部370的上端還包括被構造為對支撐軸承320的管部370的上端進行加固的一個或多個延伸部338。在一個實施方式中，管部可以被製造為使得實質上無模鍛斜度沿適於支撐各個軸承320、325的表面376、378設置。然而，模鍛斜度可以沿表面376與378之間的表面設置以有利於沿圖中的線來模製。斜面377可以設置在表面376、378之間以將轉子314 (具有設置到各個端部上的軸承320、325)導向管部370的下端中。例如，轉子314的較小的軸承側可以通過管部370的上端而插入或「落入(dropped into)」到管部370中。隨著較小的軸承325靠近下端，斜面377將引導軸承325與具有減小的直徑的表面378接合。因此，軸承325被自導向進入其工作位置中。在圖示的實施方式中，管部370的下端包括在下端處為軸承325提供停止或支撐 的凸緣380。同樣，管部370的上端包括適於接合軸承320的一個或多個錐形凸緣部382，並且因此將轉子保持在管部370內。錐形凸緣部382提供壓接式軸承保持力。也就是說，錐形凸緣部382可以在轉子組件之上彈性地偏轉以允許軸承320壓接管部370，但是一旦裝配，則防止了從管部370移去軸承320 (因而以及轉子)。彈簧或偏置元件336可以設置在軸承320與轉子磁鐵316之間以保持轉子磁鐵316與定子組件318的對準。4. I. 3 護罩管322的護罩372形成了用於將加壓氣體導向出口 366的用於通道363的上壁或擋板。在圖示的實施方式中，護罩372為設置到(例如，以一體式整體形成)管部370的靠近葉輪368的一端的圓盤的形式。在圖示的實施方式中，護罩372的外緣與葉輪368的外緣實質對準或徑向延伸到葉輪368的外緣以外。護罩372提供了其外緣與殼體362的壁之間的窄的環形間隙385(例如，大約1mm)，環形間隙385足以將氣體導向通向出口 366的通道363中。4.2管式電動機與殼體接合管式電動機310和殼體362提供了適於將管式電動機310支撐、對準和/或容納在殼體362內的互補結構元件。在圖示的實施方式中，殼體362包括在適於容納各個短小突起386的殼體壁的上部的一個或多個狹槽384，短小突起386沿護罩372的外緣設置(例如，參見圖4_1)。在一個實施方式中，護罩372包括容納在殼體362的各個狹槽384中的三個短小突起386。然而，可以設置任意適當數量的狹槽/短小突起。殼體362和管322合作以將定子組件318支撐並且保持在工作位置中。如圖4_1和4-3所示，管322的環形凸緣374被構造為封裝繞組319的上部並且接合疊層321的上偵U。相似地，殼體362的底壁包括環形凸緣388，環形凸緣388被構造為封裝繞組319的下部並且接合疊層321的下側。因此，環形凸緣374、388合作以將定子組件318封裝並夾在殼體362與管322之間。同樣，每個凸緣374、388均包括適於在通過疊層321而設置的相應的孔391內接合的一個或多個錨定突起(還稱為錨定點或定位銷)。該布置使殼體362和管322自連接到疊層321上和/或與疊層321對準。在圖示的實施方式中，凸緣374、388的外表面與疊層321的外表面實質上齊平。另外，殼體362的底壁包括適於容納管322的管部370的下端的開口 392。一個或多個短小突起394可以沿適於在各個開口 396內接合的開口 392的邊緣設置，開口 396設置在管部370的下端中。在一個實施方式中，設置到管式電動機310和殼體362上的上述補充結構元件可以提供壓接保持力。4. 3 葉輪在圖示的實施方式中，PAP設備360包括單個葉輪368。如圖所示，葉輪368包括夾在一對盤狀的輪蓋371、373之間的多個連續彎曲的或直的葉片369。較小的輪蓋373與 適於容納轉子314的端部的輪轂或套管375結合。葉輪的進一步的細節在於2006年10月27日提交的第PCT/AU2006/001617號PCT申請中公開，其全部內容通過引用合併於此。該布置提供了低成本和低慣性的交替輪蓋葉輪。在一個實施方式中，間隙G (例如，參見圖4-3)可以通過壓制墊片(press-to-shim)技術來控制。例如，墊片333可以沿管322的上端設置，管322適於接合葉輪368的輪轂375的下端(由於輪軸375安裝到轉子314上)並且因而控制間隙G的尺寸。在一個實施方式中，葉輪368可以具有大約50mm的直徑。應該理解的是，該尺寸僅僅是示例性的並且取決於應用其它尺寸是可行的。4. 4可選平衡圈如圖4-1所示，平衡圈398可以可選地設置到轉子314的相反端部(與支撐葉輪368的端部相反的端部)。該布置可以有利於管式電動機310的單個平面或兩個平面的平衡。4. 5液體流動路徑正如圖4-3所示，氣體在入口 367處進入PAP設備並且進入葉輪368，在葉輪368處氣體在切向上加速並且沿徑向向外引導。護罩372的外緣與殼體362的壁之間的間隙385允許氣體進入通道363並且向下環繞管式電動機310側。以螺旋的方式朝向出口 366流動的氣體穿過通道363以及管式電動機310側的周圍。4. 5. I定子冷卻在圖示的實施方式中，定子組件318的疊層321的外表面暴露在殼體362的通道363下因而暴露在穿過通道363的氣體下。由於使用中氣體流過通道363，因此該布置允許疊層321的強制對流冷卻。4. 6簡單構造和低成本PAP設備360包括具有單個葉輪的相對基本的構造以提供相對基本的CPAP和/或打鼾PAP治療。另外，PAP設備360提供了四個模塑(例如，注模的)部件，即，殼體362、管322、葉輪368以及端蓋365。這些模製部件(連同轉子314、定子組件318、軸承320、325以及彈簧336 一起)提供了具有相對較低成本的部件及組件的布置。5、具有可變形核心的PAP設備
圖5-1至圖5-6圖不了根據本發明的另一個實施方式的PAP設備或鼓風機460(例如，通過雙水平NIV治療來提供CPAP)。在該實施方式中，PAP設備460包括殼體462以及被隔振系統455支撐在殼體462內的核心461。如以下更詳細描述的，隔振系統455相對於殼體462以可變形的隔振方式來支撐核心461，以使核心461與殼體463實質上絕緣。因此，使用中由核心461產生的振動和/或其它運動與殼體462實質上絕緣。5. I 核心在圖示的實施方式中，核心461包括管式電動機410，其包含「磁性透明」的管422，核心殼體450，其被構造為實質上封閉管式電動機410，葉輪468，其設置到管式電動機410的轉子414的一個端部上，以及平衡圈498，其設置到轉子414的相反的端部上。5. I. I管式電動機如上所述,管式電動機410包括旋轉軸或轉子414,旋轉軸或轉子414包括設置到其上的永磁鐵416，「磁性透明」的管411，其被構造為保持或容納將轉子414可旋轉地支撐 在管422內的軸承420，以及定子組件418，其沿管422的外表面設置(例如，通過摩擦保持在管上)。定子組件418包括繞組419，定子或定子疊層421 (例如，無槽的或無齒的)，其設置到繞組419上，以及一個或多個絕緣體423，其設置在繞組419與疊層421之間以使疊層421與繞組419絕緣。彈簧或偏置元件436可以設置在軸承420中的一個與轉子磁鐵416之間以保持轉子磁鐵416與定子組件418的對準。5. I. 2核心殼體在圖示的實施方式中，核心殼體450包括設置到管422的一端上的第一殼體部452以及設置到管422的相反端上的第二殼體部454。如圖所示，第一殼體部452包括護罩472，其形成用於殼體通道463的上壁或擋板。內環形凸緣474和外環形凸緣479從護罩472延伸出。在圖示的實施方式中，護罩472和葉輪468沿其徑向長度具有錐形或傾斜的結構。然而，其它適當結構的護罩和葉輪是可行的。如上所述，護罩472在其外緣與殼體462之間設置了窄的環形間隙485，環形間隙485足以將氣體引入殼體通道463中。護罩472包括允許轉子414的一個端部穿過其中的開口。開口的邊緣包括適於容納管422的一端的環形狹槽484。同樣，內環形凸緣474被構造為封閉繞組419的上部並且接合疊層421的上側。內環形凸緣474包括適於在通過疊層421而設置的相應的孔491內接合的一個或多個錨定突起 490。第二殼體部454包括主壁487以及從主壁487延伸出的環形凸緣488。主壁487包括允許轉子414的相反端部穿過其中的開口。開口的邊緣包括適於容納管422的相反端的環形狹槽489。同樣，環形凸緣488被構造為封閉繞組419的下部並且接合疊層421的下側。環形凸緣488包括適於在通過疊層421而設置的相應的孔491內接合的一個或多個錨定突起493。
因此，凸緣474、488合作以封閉定子組件418並且將定子組件418夾在中間。在圖不的實施方式中，凸緣474、488的外表面與疊層421的外表面，即，暴露的疊層的外表面實質上齊平。如上所述，由於使用中氣體流過殼體通道463，因此該布置允許疊層421的強制對流冷卻。核心殼體450還包括設置到第二殼體部454上並且適於在轉子414的一個端部處封閉平衡圈498的蓋子495。 在可選的實施方式中，與上述管322類似，核心殼體450中的一個或部分可以與管422 一體式整體形成。5. 2 殼體殼體462包括提供用於殼體通道463的外壁的主體481以及設置到主體481上以封閉核心461的蓋或端蓋465。正如圖5-1和圖5-4所示，可以操作PAP設備460以將一定量的氣流通過入口 467吸入到殼體中並且在出口 466處提供加壓氣流。PAP設備460通常是圓柱形的，入口 467與PAP設備的軸對準並且出口 466被構造為通常在切向上引導氣體流出PAP設備。5. 3隔振系統隔振系統455包括支撐核心461的前部的前懸架456 (或前隔振器)以及支撐核心461的後部的後懸架458 (或後隔振器)。前懸架456和後懸架458 —起以相對於殼體462可變形的隔振方式支撐核心461。5. 3. I 前懸架前懸架456包括多個偏置元件457，例如板簧。正如圖5_3所示，每個偏置元件457均包括一個端部457 (1)，其設置到核心461的護罩472的外環形凸緣479上，相反端部457 (2)，其設置到殼體462的主體481上，以及中間部457 (3)，其提供可變形結構以使核心461與殼體462絕緣。在圖示的實施方式中，一個端部457 (I)包括適於容納凸緣479的自由端的彎曲結構。相反端部457 (2)包括適於在設置到主體481上的狹槽483內接合的彎曲結構。中間部457 (3)彎曲成為類手風琴或波紋管狀構造以提供可變形結構。使用中，偏置元件457將核心461的前部支撐在殼體462內，同時使核心461與殼體462隔絕，例如隔振。另外，來自繞組419的導線W可以連接到一個或多個偏置元件457，例如，連接到端部457 (I)上的導線W上。這允許偏置元件457 (例如，由金屬形成的板簧)將來自外部電源的電流傳導至繞組419。例如，圖5-1和圖5-2圖示了外部電源S可以連接到端部457
(2)上以通過偏置元件457傳導電流並可以連接到來自繞組419的導線W上。5. 3. 2 後懸架後懸架458為有彈性的柔性接頭459 (例如，由矽樹脂材料形成)的形式，接頭459具有設置到核心殼體450的蓋子495上的一端459 (I)以及設置到殼體462的主體481上的相反端459 (2)。在圖示的實施方式中，端459 (2)包括適於容納設置在主體481的下壁中的開口499的邊緣的環形槽497。使用中，有彈性的柔性接頭459將核心461的後部支撐在殼體462內，同時使核心461與殼體462隔絕,例如，隔振。雖然已經結合了目前被認為是最實用的並且最優選的實施方式對本發明進行了描述，但是應該理解的是，本發明不局限於所公開的實施方式，而與此相反的是，本發明旨在覆蓋包括在本發明的精神和範圍內的各種改進和等同配置。同樣，上述各種實施方式可以結合其它實施方式實現，例如，一個實施方式的方案可以與另一個實施方式的方案組合以實現另外的實施方式。此外，任意已知組件中的每個獨立的特徵或部件可以構成另外的實施方式。而且，任意已知組件中的每個單獨的部件，任意已知組件的單獨部件中的一個或多個部分，以及來自一個或多個實施方式的部件的各種組合可以包括一個或多個裝飾性的設計特徵。另外，雖然本發明具有對於罹患OSA的患者的特殊應用，但是應該意識到的是，罹患其它疾病(例如，充血性心力衰竭、糖尿病、病態肥胖症、中風、肥胖手術等)的患者也可以從上述技術獲得益處。此外，上述技術在非醫學應用中對於患者和非患者具有同樣的應 用性。
權利要求
1.一種無刷直流電動機，包括轉子；磁鐵，其設置到所述轉子上；一對軸承，其可旋轉地支撐所述轉子；定子組件，其至少部分地環繞所述轉子及其磁鐵，所述定子組件適於控制所述轉子的運動；以及軸承管，其具有外表面和限定了管內部的內表面，其中所述定子組件沿所述管的所述外表面設置而所述軸承沿所述管的所述內表面設置以將所述轉子和磁鐵支撐在所述管內部中。
2.根據權利要求I所述的電動機，其中，所述軸承包括滾動元件軸承、液壓軸承和/或套筒軸承。
3.根據權利要求I至2中任一項所述的電動機，其中所述管具有足夠磁性透明以允許磁場在所述磁鐵與所述定子組件之間穿過的至少一部分。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的電動機，其中所述軸承管由基本非導電和/或非磁性的材料構成。
5.根據權利要求I至4中任一項所述的電動機，其中所述管由導熱材料構成。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的電動機，其中所述管包括足夠磁性透明以允許磁場在所述磁鐵與所述定子組件之間穿過的結構和/或材料特性。
7.根據權利要求6所述的電動機，其中所述管是足夠多孔的以允許磁場穿過其中。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的電動機，其中所述軸承管由陶瓷、玻璃、聚合物、 填充(非導電)聚合物或增強聚合物構成。
9.根據權利要求8所述的電動機，其中所述軸承管由穩定的氧化鋯構成。
10.根據權利要求8所述的電動機，其中所述軸承管由玻璃纖維、碳或硼構成。
11.根據權利要求I至10中任一項所述的電動機，其中所述定子組件沿所述外表面設置到所述管的中部上，而所述軸承沿所述內表面設置到所述管的各個端部上。
12.根據權利要求I至11中任一項所述的電動機，其中所述轉子和磁鐵位於所述軸承之間。
13.根據權利要求I至12中任一項所述的電動機，其中所述定子組件包括繞組，設置到所述繞組上的定子，以及設置在所述繞組與所述定子之間以使所述定子與所述繞組絕緣的一個或多個絕緣體。
14.根據權利要求I至13中任一項所述的電動機，進一步包括設置在所述磁鐵與所述軸承中的一個之間的偏置元件。
15.根據權利要求14所述的電動機，進一步包括設置在所述磁鐵與所述軸承中的另一個之間的間隔件。
16.根據權利要求I至15中任一項所述的電動機，其中所述軸承基本上為相同的尺寸。
17.根據權利要求I至15中任一項所述的電動機，其中所述軸承為不同的尺寸。
18.根據權利要求17所述的電動機，其中所述管的一端包括適於支撐第一軸承的第一表面而所述管的相反端包括適於支撐第二軸承的第二表面，所述第二軸承具有比所述第一軸承小的尺寸。
19.根據權利要求18所述的電動機，其中所述管包括在所述第一表面和所述第二表面之間的斜面，所述斜面適於將所述第二軸承引導進入所述第二表面中。
20.根據權利要求I至19中任一項所述的電動機，其中所述管包括適於提供壓接式軸承保持力的錐形凸緣部。
21.一種用於產生提供給患者用於治療的一定量的加壓氣體的PAP設備，所述PAP設備包括殼體；核心，其包括核心殼體、電動機和至少一個葉輪；以及隔振系統，其以柔性的隔振方式將所述核心支撐在所述殼體內，所述隔振系統包括支撐所述核心的前部的前懸架以及支撐所述核心的後部的後懸架，其中所述前懸架包括連接在所述殼體與所述核心的所述核心殼體之間的多個偏置元件。
22.根據權利要求21所述的PAP設備，其中每個偏置元件均為板簧的形式。
23.根據權利要求21至22中任一項所述的PAP設備，其中所述偏置元件被構造為將所述核心的所述前部支撐在所述殼體內，同時使所述核心與所述殼體絕緣。
24.根據權利要求21至23中任一項所述的PAP設備，其中一個或多個所述偏置元件結合到定子組件的繞組上以將來自外部電源的電流傳導至所述繞組。
25.根據權利要求21至24中任一項所述的PAP設備，其中所述後懸架為有彈性的柔性接頭形式。
26.根據權利要求25所述的PAP設備，其中所述接頭由矽樹脂材料形成。
27.根據權利要求25至26中任一項所述的PAP設備，其中所述接頭被構造為將所述核心的所述後部支撐在所述殼體內，同時使所述核心與所述殼體絕緣。
28.一種無刷直流電動機，包括轉子；定子組件，其環繞所述轉子並且適於控制所述轉子的運動；支撐結構，其將所述轉子和所述定子組件支撐在工作位置中；以及隔振系統，其設置到所述支撐結構上並且適於以柔性的隔振方式將所述支撐結構支撐在殼體內。
29.根據權利要求28所述的電動機，其中所述支撐結構包括管。
30.根據權利要求28至29中任一項所述的電動機，其中所述隔振系統結合到所述定子組件的繞組上以將來自外部電源的電流傳導至所述繞組。
31.一種轉子支撐結構，包括適於支撐軸承的至少一個軸承支撐部；以及 足夠磁性透明的部分以允許磁場穿過其中。
32.根據權利要求31所述的轉子支撐結構，其中所述足夠磁性透明的部分包括足夠磁性透明以允許磁場穿過其中的結構和/或材料特性。
全文摘要
本發明公開了具有軸承的無刷直流電動機。一種無刷直流電動機(10)包括轉子；磁鐵，其設置到所述轉子上；一對軸承，其可旋轉地支撐所述轉子；定子組件，其至少部分地環繞所述轉子及其磁鐵，所述定子組件適於控制所述轉子的運動；以及軸承管，其具有外表面和限定了管內部的內表面，其中所述定子組件沿所述管的所述外表面設置而所述軸承沿所述管的所述內表面設置以將所述轉子和磁鐵支撐在所述管內部中。所述電動機具有在PAP設備中使用用於用戶或患者的氣道正壓通氣治療的輸送的應用示例。另外還公開了一種用於產生提供給患者用於治療的一定量的加壓氣體的PAP設備、一種轉子支撐結構。
文檔編號H02K29/00GK102931798SQ201210345608
公開日2013年2月13日 申請日期2007年10月24日 優先權日2006年10月24日
發明者大衛·B·西爾斯, 亞歷山大·納戈爾內, 賽繆爾·阿齊茲·邁巴瑟 申請人:雷斯梅德電動科技有限公司