借助流體進(jìn)行熱傳遞的電的制造方法
【專利摘要】一種內(nèi)永磁體（IPM）型電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括：芯部件，其具有第一和第二軸向端、在所述第一和第二軸向端之間延伸的縱向槽道，和布置在所述縱向槽道中的多個永磁體。具有周向邊緣的第一錐形彈簧墊圈被緊固到所述第一軸向端，而具有周向邊緣的第二錐形彈簧墊圈被緊固到所述第二軸向端。在所述第一錐形彈簧墊圈和所述第一軸向端之間的空間借助所述縱向槽道與所述第二錐形彈簧墊圈和所述第二軸向端之間的空間流體連通。一種方法，其包括：在軸上堆疊和對齊疊片，從而形成轉(zhuǎn)子芯；在疊片堆疊結(jié)構(gòu)的每個軸向端處將錐形彈簧墊圈放置到軸上；和將錐形彈簧墊圈緊固到軸上，從而錐形彈簧墊圈壓緊疊片堆疊結(jié)構(gòu)。一種冷卻內(nèi)永磁體（IPM）型電機(jī)的磁體的方法，所述方法包括：用錐形彈簧墊圈封裝轉(zhuǎn)子芯的每個軸向端，以形成兩個相應(yīng)的端室；和在端室之間傳遞冷卻劑，從而使冷卻劑經(jīng)過磁體。
【專利說明】借助流體進(jìn)行熱傳遞的電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及改進(jìn)內(nèi)永磁體(IPM)型電機(jī)/發(fā)電機(jī)的性能和效率，并且更具體地涉及從轉(zhuǎn)子芯傳遞熱。
【背景技術(shù)】
[0002]使用永磁體通常改進(jìn)了電機(jī)的性能和效率。例如，IPM型電機(jī)具有高轉(zhuǎn)矩密度的磁矩和磁阻轉(zhuǎn)矩，并通常在寬范圍的工作條件內(nèi)提供不變的功率輸出。IPM型電機(jī)通常在低轉(zhuǎn)矩脈動和低可聽噪聲的情況下工作。永磁體可布置在電機(jī)轉(zhuǎn)子的外周上(例如，表面安裝)或布置在其內(nèi)部中。IPM型電機(jī)可使用在混合動力或完全電動的車輛中，例如當(dāng)車輛制動時作為發(fā)電機(jī)工作，和當(dāng)車輛加速時作為電動機(jī)工作。其他應(yīng)用可將IPM型電機(jī)只用作電動機(jī)，例如動力結(jié)構(gòu)(powering construction)和農(nóng)用機(jī)械。IPM型電機(jī)也可只用作發(fā)電機(jī)。
[0003]通常存在基于電機(jī)的電磁限制的基本最大功率輸出，其中理想的最大功率在理論上存在于電機(jī)沒有損耗的情況下。這種理想的功率能表達(dá)為短持續(xù)時間的最大功率。在現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際電機(jī)工作時，存在由于熱、摩擦、脫離連接等的損耗。當(dāng)電機(jī)持續(xù)工作時產(chǎn)生的最大持續(xù)功率可通過從電機(jī)去除熱而增大。熱的累積限制了電機(jī)持續(xù)運(yùn)行的能力。通過去除熱，電機(jī)的持續(xù)功率被增大。
[0004]在IPM型電機(jī)中的一種熱源是在轉(zhuǎn)子中的永磁體。磁體槽道的典型設(shè)計(jì)包括沿磁化方向的匹配輪廓和沿非磁化方向的圓形或弧形輪廓，并且這種基本設(shè)計(jì)構(gòu)思有效和高效地引導(dǎo)磁通路線。但是，在圍繞永磁體的空間中熱量控制是關(guān)鍵性的，因?yàn)榇朋w對熱敏感并且當(dāng)受到由于電機(jī)中的功率損耗所產(chǎn)生的過多的熱時將消磁。傳統(tǒng)的IPM型轉(zhuǎn)子沒有被充分冷卻，導(dǎo)致較低的電機(jī)效率和輸出，并且過多的熱可導(dǎo)致永磁體消磁和/或機(jī)械問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]因此希望通過提供轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)消除上述缺點(diǎn)，該轉(zhuǎn)子冷卻系統(tǒng)通過使冷卻劑緊密地靠近磁體地經(jīng)過而將熱從永磁體傳遞走。冷卻劑壓力借助轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)被部分地調(diào)節(jié)。
[0006]根據(jù)不例性實(shí)施例,一種內(nèi)永磁體(IPM)型電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括:芯部件,其具有第一和第二軸向端、在第一和第二軸向端之間延伸的縱向槽道，和布置在槽道中的多個永磁體。具有周向邊緣的第一錐形彈簧墊圈被緊固到第一軸向端，而具有周向邊緣的第二錐形彈簧墊圈被緊固到第二軸向端。在第一錐形彈簧墊圈和第一軸向端之間的空間借助槽道與第二錐形彈簧墊圈和第二軸向端之間的空間流體連通。
[0007]根據(jù)另一示例性實(shí)施例，一種方法包括:在軸上堆疊和對齊疊片，從而形成轉(zhuǎn)子芯；在疊片堆疊結(jié)構(gòu)的每個軸向端處將錐形彈簧墊圈放置到軸上；和將錐形彈簧墊圈緊固到軸上，從而錐形彈簧墊圈壓緊疊片堆疊結(jié)構(gòu)。
[0008]根據(jù)其他示例性實(shí)施例，一種冷卻內(nèi)永磁體(IPM)型電機(jī)的磁體的方法包括:用錐形彈簧墊圈封裝轉(zhuǎn)子芯的每個軸向端，以形成兩個相應(yīng)的端室；和在端室之間傳遞冷卻齊U，從而使冷卻劑經(jīng)過磁體。
[0009]前述的內(nèi)容不限制本發(fā)明，本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。類似地，名稱或摘要都不看作是以任何方式限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]參考結(jié)合附圖的實(shí)施例的下面的描述，示例性實(shí)施例的上述方面將變得更明顯且將被更好地理解，其中:
[0011]圖1是具有包括定子繞組的定子的示例性電機(jī)的示意圖；
[0012]圖2是具有轂組件的IPM型轉(zhuǎn)子24的透視圖；
[0013]圖3示出示例性的永磁體；
[0014]圖4是具有成組的磁體槽道的轉(zhuǎn)子組件的頂視圖；
[0015]圖5是用于圖4的轉(zhuǎn)子組件的一個磁體槽道組的放大的頂視圖；
[0016]圖6是示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子組件的剖視示意圖；
[0017]圖7是示例性的錐形彈簧墊圈的剖視示意圖；
[0018]圖8是用于錐形彈簧墊圈的堆疊配置的示例性分解視圖；和
[0019]圖9是具有冷卻系統(tǒng)的電機(jī)的剖視圖，該電機(jī)使用根據(jù)示例性實(shí)施例的錐形彈簧墊圈。
[0020]對應(yīng)的附圖標(biāo)記表示遍及各附圖的對應(yīng)的或類似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面描述的實(shí)施例不期望是絕對的或?qū)⒈景l(fā)明限于公開的精確形式。相反，實(shí)施例被選擇和描述成使本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解和懂得這些教導(dǎo)的原理和實(shí)踐。
[0022]圖1是具有定子2的示例性電機(jī)I的示意圖，定子2包括定子繞組3，例如一個或多個線圈。環(huán)形轉(zhuǎn)子主體4容納永磁體。轉(zhuǎn)子主體4是包括輸出軸5的轉(zhuǎn)子的一部分，輸出軸5由前軸承組件6和后軸承組件7支撐。軸承組件6、7緊固到殼體8。典型地，定子2和轉(zhuǎn)子主體4是大體圓柱形的并與中央縱向軸線9同心。雖然轉(zhuǎn)子主體4示出為在定子2的徑向內(nèi)側(cè)，但轉(zhuǎn)子主體4在多種實(shí)施例中可替代性地形成為在定子2的徑向外側(cè)。電機(jī)I可以是感應(yīng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)或其他裝置。在示例性實(shí)施例中，電機(jī)I可以是混合動力或電動型車輛的牽引電機(jī)。殼體8可具有多個縱向延伸的散熱片(未示出)，散熱片形成為在殼體的外表面上彼此間隔開，以用于消散在定子繞組3中產(chǎn)生的熱。
[0023]IPM型電機(jī)的轉(zhuǎn)子芯4典型地通過沖壓和堆疊大量的金屬片材疊片而制成。通過將疊片的磁體槽在彼此頂部上堆疊和對齊可形成軸向或縱向延伸的磁體槽道。用于接收一個或多個永磁體的磁體槽道典型地定位成鄰近面向定子2的轉(zhuǎn)子表面。通常通過使轉(zhuǎn)子磁體和定子之間的距離最小化使電機(jī)效率提高。已經(jīng)使用了多種方法，以將永磁體安裝在轉(zhuǎn)子的磁體槽道中。這些方法可能在磁體安裝之后在磁體槽道內(nèi)留下孔隙空間/開口。典型地，這些開口特別設(shè)計(jì)成有助于磁通集中在轉(zhuǎn)子中并由此優(yōu)化電機(jī)的性能。
[0024]圖2是IPM型轉(zhuǎn)子24的透視圖，轉(zhuǎn)子24具有轂組件33，轂組件33具有中心孔13，以用于將轉(zhuǎn)子24緊固到軸5。轉(zhuǎn)子24包括轉(zhuǎn)子芯15，轉(zhuǎn)子芯15可例如以已知的方式形成為單個金屬疊片(例如鋼)的堆疊結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子芯15包括多個軸向延伸的磁體槽道/槽17、19、21、23，每個磁體槽道/槽具有細(xì)長的形狀，例如長橢圓形。雖然在這里多樣地示出具有尖角和端部，但磁體槽道17、19、21、23典型地具有倒圓的端部，以用于減小在轉(zhuǎn)子疊片中的應(yīng)力集中。
[0025]圖3示出示例性的永磁體10，永磁體10形成為矩形柱，該矩形柱的寬度限定為任何邊緣11的線性尺寸、長度限定為任何邊緣12的線性尺寸，且高度限定為任何邊緣14的線性尺寸。雖然為了容易討論而描述了規(guī)則的矩形實(shí)體，但各種實(shí)施例的永磁體可具有任何合適的形狀。例如，磁體10可具有倒圓的端部、側(cè)部和/或角部。由邊緣11、12界定的相應(yīng)區(qū)域在這里可表示磁體的頂部和底部。由邊緣11、14界定的相應(yīng)區(qū)域在這里可表示磁體的端部。由邊緣12、14界定的相應(yīng)區(qū)域在這里可表示磁體的橫向側(cè)部。磁體10可具有任意合適尺寸，以用于被安裝到不同的磁體槽道/槽17、19、21、23內(nèi)。例如通過使磁體10軸向分段，以允許熱膨脹并顧及其他因素，磁體10可形成為一組單個磁體片。磁體10典型地由稀土材料例如Nd (釹)形成，稀土材料具有高的磁通密度。Nd磁體在工作溫度過高的情況下可退化并消磁。當(dāng)電機(jī)在高溫環(huán)境狀態(tài)下工作時，永磁體變得過熱。例如，當(dāng)Nd磁體達(dá)到約320攝氏度時，其自身消磁。當(dāng)溫度和電機(jī)的電流組合變大時，也發(fā)生消磁。例如，消磁能在溫度為一百攝氏度且電流為兩千安培的情況下，或在溫度為兩百攝氏度且電流為兩百安培的情況下發(fā)生。當(dāng)電機(jī)被推進(jìn)以獲得更高性能時，電機(jī)中的能量消耗和相關(guān)的采取熱的形式的能量損耗的增加考驗(yàn)了磁體自身的穩(wěn)定性。因此，將Dy (鏑)添加到磁體復(fù)合物以增加磁體的抗消磁性可能是必要的。例如，釹鐵硼磁體可具有高達(dá)百分之六的Nd被Dy取代，從而增加了磁體10的矯頑磁性和彈性。雖然，鏑可用于防止磁體10消磁，但其是昂貴的，并且用于Nd的任何填料的替代物減小了標(biāo)稱磁場強(qiáng)度。Dy替代物可允許電機(jī)更熱地運(yùn)行但相關(guān)的磁場強(qiáng)度較低。
[0026]圖2的實(shí)例示出十組磁體槽道，其中每組都包括磁體槽道17、19、21、23，并且其中這些組沿周向限定交替的極(例如，北-南-北-南，等)。任何合適數(shù)量的磁體組可用于給定的應(yīng)用。磁體槽道17、19、21、23和對應(yīng)的磁體10可在基本整個轉(zhuǎn)子芯15的軸向長度上延伸。如上述的，例如通過使磁體10軸向分段，磁體10可形成為一組單個磁體片。
[0027]圖4是具有十組磁體槽道17、19、21、23的轉(zhuǎn)子組件16的頂視圖，圖5是其中一個磁體組18的放大頂視圖。雖然各個磁體槽道17、19、21、23示出為具有尖銳的邊緣，但這種邊緣可以是倒圓的。將永磁體安裝在轉(zhuǎn)子中的一個最簡單的方法是將磁體簡單地滑入磁體槽道并通過壓配合接合將磁體保持在磁體槽道內(nèi)。這種安裝典型地將導(dǎo)致軸向延伸的孔隙空間或圍繞磁體定位的間隙。在永磁體28已經(jīng)布置在磁體槽道17內(nèi)之后，在磁體28的端部和槽道17的內(nèi)壁之間存在間隙34、35。類似地，在永磁體29已經(jīng)布置在磁體槽道19內(nèi)之后，在磁體29的端部和槽道19的內(nèi)壁之間存在間隙36、37。在永磁體30已經(jīng)布置在磁體槽道21內(nèi)之后，在磁體30的端部和槽道21的內(nèi)壁之間存在間隙38、39。在永磁體31已經(jīng)布置在磁體槽道23內(nèi)之后，在磁體31的端部和槽道23的內(nèi)壁之間存在間隙40、41。當(dāng)磁化方向垂直于磁體端部時間隙34-41防止磁通短路，并有助于鋼疊片的飽和。間隙34-41的對齊形成縱向延伸的磁體槽道17、19、21、23。當(dāng)磁體槽道定位成非常接近轉(zhuǎn)子外部以使電機(jī)效率最大時，只有借助轉(zhuǎn)子的堆疊的疊片形成的轉(zhuǎn)子芯材料的薄的橋接部將磁體槽道
17、19、21、23與轉(zhuǎn)子的外表面27分開。
[0028]圖6是示例性實(shí)施例中的轉(zhuǎn)子組件20的剖視示意圖。軸5延伸穿過轉(zhuǎn)子芯15，轉(zhuǎn)子芯15具有多個縱向延伸的磁體槽道17、19、21、23(見圖2)。磁體22、32設(shè)置在磁體槽道中并一起形成軸向分段的磁體。磁體42、43設(shè)置在另一磁體槽道中并一起形成另一軸向分段的磁體。導(dǎo)熱材料(未示出)放置在在軸向分段的磁體10之間的空間26中。環(huán)氧的、樹脂的、熱固的(封裝化合物)、尼龍的，或類似的材料可被注入，以用于將NdFeB磁體緊固在轉(zhuǎn)子芯15中。例如，軸向分段的磁體22、32可被模制在一起、固化成一體件、布置在轉(zhuǎn)子主體15的磁體槽道中并在其中對齊，并且然后可通過附加的粘接劑或樹脂(如果必要)被緊固。在一些實(shí)施例中，可使用真空輔助的樹脂傳遞方法。在這種情況下，磁體槽道17、19、21、23可被遮蓋以在其中保持軸向流路。在其他實(shí)施例中，導(dǎo)熱粘接裝置(未示出)可被附連在軸向分段的成對的磁體10之間。粘接裝置和磁體被插入磁體槽道，并當(dāng)轉(zhuǎn)子被加熱時，磁體對由此軸向粘接在一起，而無需阻止冷卻劑流經(jīng)槽道。可使用其他方法來安裝、熱連接，和緊固永磁體10，而不阻止冷卻劑流經(jīng)磁體槽道，如在這里在下面描述的。但是，一旦永磁體10已經(jīng)被安裝、被緊固，并且被磁化，那么磁體幾乎不可能隨后發(fā)生移動，這是因?yàn)橛傻湫偷拟S鐵硼磁體產(chǎn)生了磁場強(qiáng)度。
[0029]在軸5的一端具有中心孔44和流體入口 45。孔44軸向延伸到歧管，歧管包括多個徑向延伸的孔46。第一錐形彈簧墊圈47安裝到軸5上，以便其外周邊緣49抵接轉(zhuǎn)子主體15的軸向端48。第二錐形彈簧墊圈51安裝到軸5上，以便其外周邊緣52抵接轉(zhuǎn)子主體15的軸向端53。螺母50和相關(guān)的結(jié)構(gòu)(未示出)，例如墊圈、彈簧托架、0形環(huán)等緊固到軸5的螺紋部分上，以便緊固第一錐形彈簧墊圈47，而螺母54或其他合適的結(jié)構(gòu)將第二錐形彈簧墊圈51緊固到軸5上。螺母50、54被緊固以便錐形彈簧墊圈47、51壓緊轉(zhuǎn)子主體15的疊片，并且環(huán)形邊緣49、52形成對相應(yīng)的軸向端48、53的密封。錐形彈簧墊圈47、51的圓頂形狀形成在彈簧47、51和相應(yīng)的軸向端48、53之間的室55、56。如這里使用的，術(shù)語“錐形彈簧墊圈”指的是一種墊圈或彈簧，其包括貝勒維爾墊圈(Belleville washer)和類似裝置。每個錐形彈簧墊圈可以是單個彈簧或者可以設(shè)置為堆疊的多個彈簧，如下面進(jìn)一步討論的。由錐形彈簧墊圈47、51提供的對軸向端48、53的壓靠可能足以消除例如通過焊接、堆疊、粘接等使各個疊片結(jié)合/緊固在一起的常規(guī)需求。這降低了成本并減少了電力損耗，并提高了電機(jī)I的性能和效率。例如，形成為鋼的貝勒維爾墊圈的具有4_厚度的錐形彈簧墊圈可在疊片的堆疊結(jié)構(gòu)的每端處提供約13kN (千牛)的力。
[0030]在工作時，冷卻劑例如油被泵送到入口 45內(nèi)，并流經(jīng)孔44和孔46進(jìn)入室55。室55進(jìn)行填充，并且冷卻劑經(jīng)過磁體槽道17，19，21，23并圍繞磁體22、32、42、43。大體軸向的冷卻劑流59、60通過對流去除磁體22、32、42、43的熱，因而提供直接的冷卻效果。加熱的冷卻劑受迫沿著磁體和疊片、并進(jìn)入室56。用冷卻劑填充室56。持續(xù)的壓力保持轉(zhuǎn)子逐漸20充滿冷卻劑。持續(xù)的流動迫使熱的冷卻劑經(jīng)由出口噴嘴57、58流出室56。內(nèi)部的冷卻劑壓力通過這種熱的冷卻劑的排出被部分地調(diào)節(jié)。熱由此從轉(zhuǎn)子芯15和磁體10去除，從而導(dǎo)致電機(jī)I的較高的功率和/或較小的尺寸。間隙34-41 (例如，圖5)典型地足夠大以允許冷卻劑流過大部分的磁體表面區(qū)域，特別是當(dāng)磁體10通過與布置在磁體槽道17，19，21，23內(nèi)的最小化的對齊結(jié)構(gòu)(未示出)的抵接而被設(shè)定就位時。內(nèi)部壓力典型地足以確保:高的流速，和利用完全充滿冷卻劑且完全無空氣的轉(zhuǎn)子芯進(jìn)行連續(xù)工作。特別地，室55、56和磁體槽道17，19，21，23在持續(xù)工作期間保持充滿流動的冷卻劑
[0031]在過壓的情況下，冷卻劑壓力迫使錐形彈簧墊圈47、51移離轉(zhuǎn)子主體15的相應(yīng)的軸向端48、53，直到壓力恢復(fù)到錐形彈簧墊圈47、51的彈性力能克服這種壓力的力的水平。但是，這種過壓的情況可能由于災(zāi)難性的系統(tǒng)故障而產(chǎn)生，并因此，錐形彈簧墊圈47、51的脫離轉(zhuǎn)子芯15的軸向移動將典型地只在極端情況下發(fā)生。實(shí)際的脫離可被證明是錐形彈簧墊圈的一小部分稍微抬起短的時間，或是在壓力災(zāi)難性的增加的情況下抬起持續(xù)較長時間和/或發(fā)生較大位移。一個或兩個錐形彈簧墊圈47、51存在被設(shè)計(jì)為壓力釋放位置的被選擇的部分，例如通過使該部分具有較輕規(guī)格的材料。使用多個堆疊的錐形彈簧墊圈可防止在發(fā)生較大位移的情況下彈性材料的變形。在示例性實(shí)施例中，30PSI的管路壓力可在室55,56內(nèi)產(chǎn)生超過1000磅的壓力。通過比較，在通常情況下，錐形彈簧墊圈47、51具有允許由于增加的內(nèi)部壓力而稍微暫時彎曲的彈性結(jié)構(gòu)和部分，由此在錐形彈簧墊圈47、51和相應(yīng)的軸向端48、53之間的密封不被破壞。在這些通常情況下，錐形彈簧墊圈47、51施加的軸向力壓緊轉(zhuǎn)子主體15并在每個軸向端處保持緊密的環(huán)形密封。
[0032]圖7是示例性的錐形彈簧墊圈61的剖視示意圖。錐形彈簧墊圈61典型地由高合金成分彈簧鋼或用于滿足特定性能要求(例如，高疲勞壽命、最小松弛、彈簧剛度、偏移百分t匕、尺寸、重量等)的其他金屬形成。雖然示出為具有直的彈性部分63的大體線性的輪廓，但錐形彈簧墊圈61典型地具有如截頭錐形的輪廓形狀并可具有用于安裝目的的平的頂部。錐形彈簧墊圈61典型地設(shè)計(jì)成只沿著軸向裝載并具有小的偏移。尺寸D1是中央開口 62的直徑，例如接近軸5的直徑。尺寸D2是彈簧61的外徑，t是彈簧材料的厚度，d是當(dāng)壓縮時彈簧61的最大偏移，e是未壓縮狀態(tài)下彈簧61的整體高度/厚度。由于錐形彈簧墊圈61具有簡單的結(jié)構(gòu)，其可容易地改變和制造。例如，彈性部分63可具有不同的厚度和/或在其某些區(qū)段中由不同的材料成分形成，以用于例如在給定的負(fù)載和溫度下獲得特定的彈性系數(shù)。通常，錐形彈簧墊圈61具有凸出側(cè)64和凹進(jìn)側(cè)65。凹進(jìn)側(cè)65的外周具有平面的、環(huán)形傾斜部70，以便當(dāng)錐形彈簧墊圈61壓靠轉(zhuǎn)子主體15的軸向端48、53時，傾斜部70平面地抵靠這種外端48、53，由此形成緊密的密封。替代性地，錐形彈簧墊圈47、51的環(huán)形外邊緣可形成為傾斜的高出部分或脊部。其他設(shè)計(jì)，例如使用襯墊等的那些設(shè)計(jì)可用于在錐形彈簧墊圈47、51的環(huán)形外邊緣和相應(yīng)的軸向端48、53之間確保緊密且一致的表面接觸，而不引起點(diǎn)載荷或間隙。
[0033]圖8是用于錐形彈簧墊圈61的堆疊配置的示例性分解視圖。多個錐形彈簧墊圈可被堆疊以改變彈簧常數(shù)或偏移量。沿著同一方向/取向堆疊增加并聯(lián)的彈簧常數(shù)并產(chǎn)生更牢固的連接。沿著交替方向堆疊(例如，兩個鄰近/接觸的凸處側(cè)或兩個鄰近的凹進(jìn)側(cè))是導(dǎo)致較小彈簧常數(shù)和較大偏移的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。通過改變堆疊模式，特定的彈簧常數(shù)和偏移可容易地實(shí)現(xiàn)。如所示的，兩個錐形彈簧墊圈61堆疊在軸5上。尺寸D1，即中央開口 62的直徑(圖7)典型地稍大于軸5的直徑。彈簧托架66可選擇性地設(shè)置成精確地將彈簧61彼此間隔開小的距離，并改進(jìn)彈簧61和軸5之間的密封。所示的頂部錐形彈簧墊圈61具有頂側(cè)67和底側(cè)68。底部彈簧61具有頂側(cè)69。當(dāng)?shù)撞垮F形彈簧墊圈61布置在轉(zhuǎn)子主體15上時，表面69是凸起的。在這種情況下，當(dāng)鄰近側(cè)68是凹進(jìn)的時候，堆疊是并聯(lián)配置；當(dāng)鄰近側(cè)68是凸起的時候，堆疊結(jié)構(gòu)具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0034]在示例性的實(shí)施例中，通過確定和定量螺母50、54的緊固程度(例如，轉(zhuǎn)矩的英尺磅)，并通過以各種串聯(lián)和并聯(lián)配置組合任何數(shù)量的錐形彈簧墊圈61，錐形彈簧墊圈47、51壓靠轉(zhuǎn)子主體15的量可被準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，以確保由各個疊片構(gòu)成的轉(zhuǎn)子芯15的結(jié)構(gòu)整體性，和當(dāng)室55、56中的內(nèi)部壓力形成大于這種彈性力的力時，將彈性力設(shè)定成提供壓力釋放。通過優(yōu)化該彈性力與動態(tài)錐形彈簧墊圈性能的相關(guān)特征圖，轉(zhuǎn)子主體15的各個疊片保持在一起、內(nèi)部永磁體被冷卻，且內(nèi)部冷卻劑壓力被部分地控制。在正常工作期間，通過經(jīng)由噴嘴57、58排出冷卻劑而實(shí)現(xiàn)部分壓力控制。通過改變噴嘴57、58的數(shù)量和直徑，流速和壓力釋放被控制。附加的壓力控制裝置(未示出)可設(shè)置在冷卻劑泵和相關(guān)的閥等中。另外，與錐形彈簧墊圈61有關(guān)的成分、形狀、尺寸和其他規(guī)格用于控制壓力。另外，螺母50、54的緊固、彎曲部分的材料成分，和單個錐形彈簧墊圈61的數(shù)量確定了偏移量和作為結(jié)果的部分壓力控制。
[0035]合適的冷卻劑包括輸送流體、乙二醇、乙二醇/水的混合物、水、油、機(jī)油、氣、霧齊U，它們的任意組合，或另外的物質(zhì)。
[0036]圖9是具有冷卻系統(tǒng)的電機(jī)I的剖視圖，該電機(jī)使用根據(jù)示例性實(shí)施例的錐形彈簧墊圈。冷卻劑入口 71設(shè)在殼體72中，以用于附連冷卻劑軟管或管道(未示出)。入口 71可包括螺紋或其他連接結(jié)構(gòu)，以用于與冷卻劑軟管的端部連接件配合。徑向延伸的孔73提供在入口 71和形成為殼體72的一體部分的環(huán)形內(nèi)室74之間的冷卻劑通道。室74的內(nèi)徑稍大于軸75的外徑，因而軸75自由地轉(zhuǎn)動。軸75具有中心孔76，中心孔76從室74內(nèi)的近端延伸到位置77，位置77基于孔76的直徑、軸75的平衡和強(qiáng)度以及其他標(biāo)準(zhǔn)被確定。例如3mm的一組孔78從孔76徑向延伸經(jīng)過軸75的外周表面。錐形彈簧墊圈79具有連接到軸承組件81的轉(zhuǎn)動的內(nèi)部的環(huán)形內(nèi)緣80。軸承組件81的不轉(zhuǎn)動的、固定部分被牢固地安裝到殼體72。通過錐形彈簧墊圈79與軸承組件81抵接，或替代性地，通過借組螺母和墊圈(未示出)或借助另一結(jié)構(gòu)被固定到軸75，錐形彈簧墊圈79的環(huán)形的、軸向內(nèi)表面82偏壓抵靠轉(zhuǎn)子芯83的軸向外表面84。由于錐形彈簧墊圈79壓靠表面84，利用形成在轉(zhuǎn)子芯83中的縱向延伸的流體槽道87，環(huán)形間隙85流體連接在錐形彈簧墊圈79的圓頂下面的室86。流體槽道87也可容納永磁體22，32，42，43 (圖6)。蓋板(多個蓋板)90可附連到轂91的軸向端，例如通過密封和/或緊固于其上。
[0037]在工作中，例如油的冷卻劑被泵送到入口 71。冷卻劑迅速填充孔73、室74、孔76、室76和槽道87。然后冷卻劑經(jīng)由噴嘴組(未示出)以冷卻劑噴灑到定子繞組的端匝上的方式噴出。然后冷卻劑經(jīng)由殼體72內(nèi)的貯槽區(qū)域(未示出)排出電機(jī)1，以便借助外部熱交換器熱被去除。整個冷卻劑路徑可形成為避免或減小孔隙空間，因?yàn)橛驮谵D(zhuǎn)子的這些孔隙空間中的不期望的收集能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不平衡。
[0038]在示例性實(shí)施例中，定子線圈3可形成為各個導(dǎo)線段(未示出)，導(dǎo)線段在插入定子芯內(nèi)之后被焊接在一起。這些線圈因而形成為具有焊接端和冠狀端。由于形成焊接表面所必要的幾何形狀和其他邏輯原因，定子線圈3的焊接端通常比冠狀端更熱。結(jié)果，從轉(zhuǎn)子組件20 (圖6)排出的冷卻劑典型地借助噴嘴57、58噴灑到定子線圈3的焊接端上。例如，從噴嘴57、58排出的冷卻劑可能是80°C，但焊接端的溫度可能是180°C或更高，所以經(jīng)過磁體槽道17，19，21，23和室55，56被加熱的排出的冷卻劑對這些焊接端導(dǎo)體提供強(qiáng)大的冷卻，即使是在冷卻永磁體10之后。然后熱的冷卻劑典型地被收集在電機(jī)I的殼體8的貯槽部分(未示出)中并在熱交換器例如散熱器型油冷卻器中被冷卻。然后冷卻劑泵(未示出)將冷卻的冷卻劑供應(yīng)回入口 45。
[0039]雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了結(jié)合本發(fā)明的各實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的改變和修改。但是，應(yīng)該清楚地理解這些改變和修改落在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)永磁體(IPM)型電機(jī)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括: 芯部件，其具有第一和第二軸向端、在所述第一和第二軸向端之間延伸的縱向槽道，和布置在所述縱向槽道中的多個永磁體； 第一錐形彈簧墊圈，其具有緊固到所述第一軸向端的周向邊緣；和 第二錐形彈簧墊圈，其具有緊固到所述第二軸向端的周向邊緣； 其中在所述第一錐形彈簧墊圈和所述第一軸向端之間的空間借助所述縱向槽道與所述第二錐形彈簧墊圈和所述第二軸向端之間的空間流體連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述永磁體是軸向分段的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其還包括軸，所述軸部分地布置在所述芯部件中并具有外表面、中心孔和從所述中心孔徑向延伸到所述外表面的至少一個孔，其中所述第一錐形彈簧墊圈封裝所述至少一個孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子，其中所述第二錐形彈簧墊圈具有至少一個出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其中所述至少一個出口包括一組噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的轉(zhuǎn)子，其中所述噴嘴包括至少兩種不同的噴嘴尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述第一和第二錐形彈簧墊圈借助一力偏壓抵靠所述芯部件，其中超過所 述力的在所述空間內(nèi)的壓力使所述第一和第二錐形彈簧墊圈移離所述軸向端，直到這種超壓被去除。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中所述第一和第二錐形彈簧墊圈中的至少一個彈簧墊圈包括成組地設(shè)置的多個單個錐形彈簧墊圈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子，其還包括彈簧托架，所述彈簧托架構(gòu)造成用于使各個錐形彈簧墊圈中的相鄰的彈簧墊圈彼此間隔開。
10.一種方法，其包括: 在軸上堆疊和對齊疊片，從而形成轉(zhuǎn)子芯； 在疊片堆疊結(jié)構(gòu)的每個軸向端處將錐形彈簧墊圈放置到軸上；和 將錐形彈簧墊圈緊固到軸上，從而所述錐形彈簧墊圈壓緊疊片堆疊結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中堆疊和對齊疊片在轉(zhuǎn)子芯中形成縱向冷卻劑槽道，并且將錐形彈簧墊圈放置到軸上形成鄰接轉(zhuǎn)子芯的每個軸向端的室，所述方法還包括用冷卻劑填充冷卻劑槽道和室。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其還包括使冷卻劑增壓，以便一個室用作推動放大器而另一個室用作拉動放大器，以用于使冷卻劑流經(jīng)疊片堆疊結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括在一個錐形彈簧墊圈中提供至少一個開口，從而減小在產(chǎn)生拉動作用的相關(guān)的室中的壓力。
14.一種冷卻內(nèi)永磁體(IPM)型電機(jī)的磁體的方法，所述方法包括: 用錐形彈簧墊圈封裝轉(zhuǎn)子芯的每個軸向端，以形成兩個相應(yīng)的端室；和 在端室之間傳遞冷卻劑，從而使冷卻劑經(jīng)過磁體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其還包括在包括端室的冷卻劑空間內(nèi)保持壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其還包括抵靠相應(yīng)的軸向端張緊錐形彈簧墊圈，以便超過閾值的壓力引起錐形彈簧墊圈移離軸向端運(yùn)動，直到超壓被去除。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中保持壓力包括將冷卻劑泵送進(jìn)入一個端室。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中保持壓力包括調(diào)節(jié)壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中調(diào)節(jié)壓力包括在一個錐形彈簧墊圈中提供至少一個排出噴嘴，以用于排放冷卻劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述至少一個排出噴嘴包括具有至少兩種不同的流量設(shè)定的一組排出噴嘴。`
【文檔編號】H02K9/19GK103683672SQ201310418392
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月14日
【發(fā)明者】J·金, C·哈默 申請人:瑞美技術(shù)有限責(zé)任公司