專(zhuān)利名稱(chēng)：電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中示出的實(shí)施例大體涉及電機(jī)，并且更具體地，涉及電機(jī)中的熱能管理。
背景技術(shù)：
旋轉(zhuǎn)電機(jī)，諸如發(fā)電機(jī)和馬達(dá)，傳統(tǒng)上采用旋轉(zhuǎn)且包括ー個(gè)或多個(gè)(電或永)磁組件的轉(zhuǎn)子部段和通常圍繞該轉(zhuǎn)子部段并包括一系列導(dǎo)電繞組的定子部段。取決于該電機(jī)是 發(fā)電機(jī)還是馬達(dá)，導(dǎo)電繞組中的電流將被感生或?qū)е罗D(zhuǎn)子部段的旋轉(zhuǎn)。在任一情形下，由于定子繞組中的電流及其電阻，將產(chǎn)生熱能，其中在定子部段中生成的熱能的量大致與電機(jī)生成(對(duì)于發(fā)電機(jī)應(yīng)用)或輸送(對(duì)于功率馬達(dá)應(yīng)用)的功率的量成比例。對(duì)于高功率密度旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如果熱能不被充分地移除，則定子部段中的溫度可超出定子部段內(nèi)的電氣絕緣和/或其它材料的材料限制。在高級(jí)的電機(jī)應(yīng)用中，對(duì)功率的需求不斷増加，而期望的電機(jī)尺寸則不斷下降。滿(mǎn)足這兩個(gè)條件的電機(jī)通常具有高功率密度和非?？量痰睦鋮s要求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ー個(gè)方面，提供一種設(shè)備，諸如電機(jī)。該設(shè)備可包括限定轉(zhuǎn)子孔的轉(zhuǎn)子和設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔中并沿轉(zhuǎn)子孔軸向延伸的導(dǎo)管。該導(dǎo)管可包括配置成接收流體并配置成將流體引入導(dǎo)管中的入口部。該轉(zhuǎn)子可配置成相對(duì)于導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)管可具有限定沿導(dǎo)管軸向地設(shè)置并且在ー些情形下圍繞導(dǎo)管周向地設(shè)置的多個(gè)孔ロ的環(huán)狀導(dǎo)管主體。該孔ロ可通過(guò)導(dǎo)管主體延伸(例如，沿帶有橫過(guò)轉(zhuǎn)子的軸向的分量的方向，通過(guò)導(dǎo)管主體徑向地延伸)。ー些孔ロ可通過(guò)所述導(dǎo)管主體沿各自不同的方向延伸。一些孔ロ可具有各自不同的開(kāi)ロ面積。該導(dǎo)管主體可限定至少ー個(gè)孔ロ，以被配置成噴霧嘴，和/或噴霧嘴可被設(shè)置在孔口中的至少ー個(gè)的上方。該噴霧嘴，無(wú)論是由孔ロ限定還是設(shè)置在孔口上方，均可配置成霧化被迫通過(guò)其的液體。該轉(zhuǎn)子可具有至少部分地限定轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)壁。該孔ロ可沿各自孔ロ的方向延伸通過(guò)導(dǎo)管主體，且該轉(zhuǎn)子和導(dǎo)管可配置成提供從各自孔ロ至內(nèi)壁沿孔ロ方向的瞄準(zhǔn)線(xiàn)(Iineof sight)。在另一方面，提供一種諸如電機(jī)的設(shè)備。該設(shè)備可包括定子和與定子同心地設(shè)置的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子限定轉(zhuǎn)子孔。導(dǎo)管可設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔中并沿轉(zhuǎn)子孔軸向延伸。該導(dǎo)管可具有環(huán)狀導(dǎo)管主體，其限定沿導(dǎo)管軸向設(shè)置并通過(guò)導(dǎo)管主體延伸的多個(gè)孔ロ。冷卻劑流體可沿第一軸向沿導(dǎo)管移動(dòng)并且沿與第一軸向相対的第二軸向沿轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁移動(dòng)。


圖I為電機(jī)的一部分的透視圖。圖2為圖I的電機(jī)的分解透視圖。圖3為圖I的電機(jī)的透視圖，該圖沿關(guān)于圖I相対的角度取得。圖4為圖3的電機(jī)的一部分的透視圖。圖5為圖4的構(gòu)件的分解視圖。圖6為圖4的構(gòu)件的截面視圖，沿圖4中標(biāo)記為“6”的平面取得。
圖7示出在操作期間的圖6的系統(tǒng)。圖8為傳統(tǒng)電機(jī)的截面視圖。圖9為圖8的電機(jī)的標(biāo)記為“9”的部段的示意圖，示出在操作期間形成的邊界層。圖10為圖7的電機(jī)的標(biāo)記為“10”的部段的示意圖，示出在操作期間形成的邊界層。圖11-16為根據(jù)其它示例性實(shí)施例配置的電機(jī)的截面視圖。部件列表100 電機(jī)102 定子104 轉(zhuǎn)子106定子孔108 外殼110 齒112導(dǎo)電繞組114絕緣體116 磁體118 軸120轉(zhuǎn)子孔122 內(nèi)壁124 導(dǎo)管126 間隙128導(dǎo)管主體130導(dǎo)管主體的近端132導(dǎo)管主體的遠(yuǎn)端134 孔ロ136 入口部138供應(yīng)管線(xiàn)140液態(tài)冷卻劑14 液態(tài)冷卻劑源144 泵146 出口部148密封件
150出口200電機(jī)204轉(zhuǎn)子218軸220轉(zhuǎn)子孔222內(nèi)壁224導(dǎo)管226間隙 230近端232遠(yuǎn)端240液態(tài)冷卻劑300電機(jī)304轉(zhuǎn)子320轉(zhuǎn)子孔324導(dǎo)管334孔 ロ400電機(jī)404轉(zhuǎn)子420轉(zhuǎn)子孔424導(dǎo)管428導(dǎo)管主體434孔500電機(jī)524導(dǎo)管534孔ロ600電機(jī)624導(dǎo)管634孔 ロ724導(dǎo)管734孔ロ735噴霧嘴824導(dǎo)管828導(dǎo)管主體834孔 ロ
具體實(shí)施例下面參照附圖詳細(xì)描述示例性實(shí)施例，其中在整個(gè)附圖中，相同附圖標(biāo)記表示相同的部件。這些實(shí)施例中的ー些可解決以上和其它需求。參照?qǐng)DI和圖2，在其中示出一種設(shè)備，諸如電機(jī)100(諸如電馬達(dá)或發(fā)電機(jī))的一部分的視圖。電機(jī)100可包括大致同心地設(shè)置的定子102和轉(zhuǎn)子104。例如，定子102可限定定子孔106，在其中可設(shè)置轉(zhuǎn)子104。定子孔106和轉(zhuǎn)子104可為大致柱狀，并可延長(zhǎng)以便限定軸線(xiàn)a。定子部段可包括外殼108 (有時(shí)稱(chēng)作“護(hù)鐵(back iron) ”或“磁軛”)，以及ー個(gè)或多個(gè)的齒110，其例如從外殼各自徑向向內(nèi)延伸。導(dǎo)電繞組112可圍繞各自齒110纏繞。絕緣體114可被包括以便提供在外殼108/齒110與導(dǎo)電繞組112之間的電絕緣。轉(zhuǎn)子104可包括一個(gè)或多個(gè)磁體116 (例如，電磁體和/或永磁體)。轉(zhuǎn)子104可聯(lián)接至配置成圍繞軸線(xiàn)a旋轉(zhuǎn)的軸118。在電機(jī)100的操作期間，軸118和轉(zhuǎn)子104圍繞軸線(xiàn)a旋轉(zhuǎn)。取決于電機(jī)100是發(fā)電機(jī)還是馬達(dá)，在與和磁體116相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)相互作用的導(dǎo)電繞組112中的電流將通過(guò)轉(zhuǎn)子104的旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)生成或?qū)е罗D(zhuǎn)子104的旋轉(zhuǎn)。在前種情形下，在軸118上做的功可弓I起軸和轉(zhuǎn)子104的旋轉(zhuǎn)以及繞組112中的電流，而在后一種情形下，注入繞組中的電流可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和軸的旋轉(zhuǎn)。在任一情形下，在電機(jī)100中可產(chǎn)生熱能，由此導(dǎo)致轉(zhuǎn)子104的溫度的提聞。 參照?qǐng)D3-6，轉(zhuǎn)子104可限定例如沿軸線(xiàn)a延伸的轉(zhuǎn)子孔120。例如，轉(zhuǎn)子104可包括至少部分地限定轉(zhuǎn)子孔120的內(nèi)壁122。導(dǎo)管124可設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔120中，并沿轉(zhuǎn)子孔120軸向地延伸，使得在導(dǎo)管與內(nèi)壁122之間限定間隙126。導(dǎo)管124可具有有恒定或可變直徑的環(huán)形導(dǎo)管主體128，導(dǎo)管主體128具有近端130和遠(yuǎn)端132。導(dǎo)管主體128可限定沿導(dǎo)管124軸向地設(shè)置并通過(guò)導(dǎo)管主體，例如徑向地延伸的多個(gè)孔ロ 134。孔ロ 134還可圍繞導(dǎo)管主體128周向地設(shè)置，例如，以便形成通過(guò)導(dǎo)管124的孔ロ的陣列。導(dǎo)管124的近端130可形成配置成接收流體并將流體引入導(dǎo)管的入口部136。例如，入口部136可包括便于在導(dǎo)管124與用于供應(yīng)諸如液態(tài)冷卻劑140的流體至導(dǎo)管(例如，從液態(tài)冷卻劑源142)的供應(yīng)管線(xiàn)138之間的流體連通的配件(fitting)。泵144可被包括以驅(qū)動(dòng)液態(tài)冷卻劑140通過(guò)供應(yīng)管線(xiàn)138至導(dǎo)管124。導(dǎo)管124可被配置使得轉(zhuǎn)子104相對(duì)于導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)。出口部146可起作用以對(duì)相對(duì)地旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)管124和轉(zhuǎn)子104流體密封。例如，出ロ部146可被結(jié)合至導(dǎo)管124，并可包括密封件148，諸如接觸密封件、迷宮式密封件或刷式密封件，以密封旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子104。出口部146還可包括ー個(gè)或多個(gè)出ロ 150，便于在間隙126與ー個(gè)或多個(gè)出ロ管線(xiàn)138之間的流體連通，ー個(gè)或多個(gè)出口管線(xiàn)138用于引導(dǎo)流體，諸如液態(tài)冷卻劑140，至液態(tài)冷卻劑收集區(qū)域，其可與液態(tài)冷卻劑源142相同。參照?qǐng)D7，在操作中，冷卻劑流體(例如，液態(tài)冷卻劑140)可沿第一軸向al (大體由導(dǎo)管限定)沿導(dǎo)管124驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，一般而言，在導(dǎo)管124中的液態(tài)冷卻劑140可主要沿al方向流動(dòng)，雖然液態(tài)冷卻劑的平均速度可不是完全沿al引導(dǎo)，而是液態(tài)冷卻劑的特定部分可沿與al顯著不同的方向流動(dòng)(例如，設(shè)置在導(dǎo)管中并在孔ロ 134附近的液態(tài)冷卻劑的部分)。一定量的液態(tài)冷卻劑140可流出導(dǎo)管124的遠(yuǎn)端132并進(jìn)入間隙126，而液態(tài)冷卻劑的其它部分可分別流出孔ロ 134并進(jìn)入該間隙。在間隙126中的液態(tài)冷卻劑140可沿通常與第一軸向al相対的第二軸向a2沿轉(zhuǎn)子104的內(nèi)壁122流動(dòng)(并可在遠(yuǎn)離內(nèi)壁的區(qū)域中流過(guò)間隙，使得液態(tài)冷卻劑大致或完全填充該間隙)。當(dāng)液態(tài)冷卻劑140流過(guò)間隙126吋，其可吸收熱能。液態(tài)冷卻劑140最終到達(dá)出ロ部146，在該點(diǎn)液態(tài)冷卻劑可行進(jìn)通過(guò)出口 150，由此將液態(tài)冷卻劑從在其中吸收熱能的轉(zhuǎn)子104運(yùn)輸開(kāi)。在一些情形下，液態(tài)冷卻劑140可從出口部146回到入口部136，例如，在液態(tài)冷卻劑行進(jìn)通過(guò)泵144和換熱器(未示出)之后，使得液態(tài)冷卻劑沿流體回路前迸。根據(jù)電機(jī)100配置的電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)電機(jī)可呈現(xiàn)出增強(qiáng)的熱性能，諸如圖8中示出的電機(jī)200。電機(jī)200包括聯(lián)接至配置成圍繞軸線(xiàn)a旋轉(zhuǎn)的軸218的轉(zhuǎn)子204。轉(zhuǎn)子204包括限定軸向轉(zhuǎn)子孔220的內(nèi)壁222。具有近端230和遠(yuǎn)端232的導(dǎo)管224設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔220中，使得在導(dǎo)管與內(nèi)壁222之間限定間隙226。在操作中，液態(tài)冷卻劑240可沿第一方向從近端230至遠(yuǎn)端232流過(guò)導(dǎo)管224。液態(tài)冷卻劑240可流出導(dǎo)管224的遠(yuǎn)端232并然后沿與第一方向大致相対的第二方向沿間隙226流動(dòng)。當(dāng)液態(tài)冷卻劑240沿第二方向沿內(nèi)壁222/間隙226流動(dòng)時(shí)，該液態(tài)冷卻劑持續(xù)吸收熱能。因此，從在遠(yuǎn)端232處的溫度至在近端230處的溫度，液態(tài)冷卻劑240的溫度逐漸升高。另外，考慮流過(guò)間隙226的液態(tài)冷卻劑240的流動(dòng)速度型，由于例如內(nèi)壁222的存在，將形成邊界層BL。如在圖9中示意性地示出地，隨著液態(tài)冷卻劑240從遠(yuǎn)端232至近端 230沿內(nèi)壁222流動(dòng)，邊界層BL的厚度逐漸增加。邊界層的擴(kuò)大導(dǎo)致在壁222與液態(tài)冷卻劑240之間降低的傳熱性能，從而降低了液態(tài)冷卻劑從轉(zhuǎn)子204移除熱能的效率。參照?qǐng)D6、圖7和圖10，電機(jī)100可包括導(dǎo)管，其具有沿其軸向地設(shè)置的多個(gè)孔ロ134。液態(tài)冷卻劑140可由此沿轉(zhuǎn)子104的長(zhǎng)度在多個(gè)位置處注入間隙126。液態(tài)冷卻劑140可由此沿轉(zhuǎn)子104的長(zhǎng)度提供更均勻的冷卻。進(jìn)而，注入的液態(tài)冷卻劑140可起作用以沿轉(zhuǎn)子104的長(zhǎng)度在多個(gè)位置處擾動(dòng)邊界層BL，使得邊界層的厚度可降低并且液態(tài)冷卻劑的平均速率(和相關(guān)聯(lián)的傳熱效率)可提高。沿這些線(xiàn)，由于孔ロ 134可沿各自孔ロ方向O(例如參見(jiàn)圖6和圖11)通過(guò)導(dǎo)管主體128延伸，因此轉(zhuǎn)子104和導(dǎo)管124可配置成提供從ー個(gè)或多個(gè)的各自孔ロ至內(nèi)壁122沿孔ロ方向的瞄準(zhǔn)線(xiàn)。由通過(guò)孔ロ 134的液態(tài)冷卻劑140的流動(dòng)，這可有利于邊界層的擾動(dòng)。沿導(dǎo)管的孔ロ可采用多種配置以便影響冷卻流體的不同流動(dòng)模式。例如，參照?qǐng)D11，其中示出了根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施例配置的電機(jī)300的一部分。電機(jī)300可包括轉(zhuǎn)子304和設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔320中的導(dǎo)管324。導(dǎo)管324可限定沿具有橫過(guò)轉(zhuǎn)子304的軸向a的分量的方向延伸的孔ロ 334。孔ロ 334也可沿具有平行于方向a的分量的方向延伸，使得該孔ロ相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)a形成角度。導(dǎo)管324可在遠(yuǎn)端332處通過(guò)限定通過(guò)蓋350的孔ロ 352的蓋350來(lái)封閉。參照?qǐng)D12，在另ー個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)400可包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子404的轉(zhuǎn)子孔420中的導(dǎo)管424，且導(dǎo)管424可包括限定通過(guò)導(dǎo)管主體沿各自不同方向延伸的孔ロ 434的導(dǎo)管主體428。導(dǎo)管424可在遠(yuǎn)端432處被封閉。參照?qǐng)D13，在又一實(shí)施例中，電機(jī)500可包括限定孔ロ 534的導(dǎo)管524，這些孔ロ中的ー些具有各自不同的開(kāi)ロ面積(例如，橫過(guò)如下方向測(cè)量的面積，即沿該方向孔ロ沿其延伸通過(guò)導(dǎo)管)。參照?qǐng)D14，在又一實(shí)施例中，電機(jī)600可包括限定通過(guò)導(dǎo)管的厚度具有變化的直徑的孔ロ 634的導(dǎo)管624。例如，孔ロ 634可具有收斂或錐形形狀以便被配置成噴霧嘴。備選地，參照?qǐng)D15，導(dǎo)管724可包括具有大致直的形狀的孔ロ 734，且離散的噴霧嘴735可設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)孔ロ之上。在液態(tài)冷卻劑不完全填充導(dǎo)管624、724和周?chē)霓D(zhuǎn)子604、704之間的間隙的情形下，噴霧嘴634、735可配置成汽化或以其他方式霧化被迫使通過(guò)其中的流體，這可提高至液態(tài)冷卻劑的傳熱的效率。進(jìn)ー步，通過(guò)對(duì)液態(tài)冷卻劑的適當(dāng)?shù)牧黧w選擇(例如，如潤(rùn)滑油的油、水、こニ醇和/或其組合)，可實(shí)現(xiàn)雙相冷卻，其中沖擊受熱表面的液態(tài)冷卻劑蒸發(fā)，且蒸發(fā)的潛熱被用于增強(qiáng)熱能的移除。在這樣的情形下，與冷卻劑的誘導(dǎo)加速度相關(guān)聯(lián)的能量將被降低，從而提高電機(jī)的效率。參照?qǐng)D16，在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)管824可包括沿如下方向延伸通過(guò)導(dǎo)管主體828的孔ロ 834，S卩，該方向具有相對(duì)于由導(dǎo)管限定的軸線(xiàn)a周向定向的分量。通過(guò)將孔ロ 834定向成稍微周向，被驅(qū)動(dòng)通過(guò)其中的冷卻流體可被賦予角動(dòng)量，隨著冷卻流體流過(guò)導(dǎo)管并然后逆轉(zhuǎn)方向以從周?chē)霓D(zhuǎn)子流出，其可降低與冷卻流體的攪動(dòng)有關(guān)聯(lián)的能量損失。雖然在本文中僅僅示出和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到許多修改和改變。例如，參照?qǐng)D1-7，雖然導(dǎo)管124大體被描述為形狀為直線(xiàn)且直徑為均勻的，但在ー些實(shí)施例中，該導(dǎo)管可為彎曲的和/或可具有増加、減少或以其他方式沿導(dǎo)管長(zhǎng)度變化的直徑。進(jìn)一歩，雖然孔ロ 134大體被描述為沿導(dǎo)管124的長(zhǎng)度均勻地間隔開(kāi)，但在一些實(shí)施例中，該孔ロ可被非均勻地間隔開(kāi)，例如，被更密集地在最高溫度的區(qū)域中分組。因 此，應(yīng)理解所附權(quán)利要求意圖覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有這些修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 限定轉(zhuǎn)子孔(120)的轉(zhuǎn)子(104);以及 設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子孔中并沿所述轉(zhuǎn)子孔軸向延伸的導(dǎo)管(214)，所述導(dǎo)管具有環(huán)形導(dǎo)管主體(218)，其限定沿所述導(dǎo)管軸向地設(shè)置并延伸通過(guò)所述導(dǎo)管主體的多個(gè)孔口(134)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)管包括配置成接收流體并將流體引入所述導(dǎo)管的入口部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔口中的至少一個(gè)通過(guò)所述導(dǎo)管主體徑向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔口沿具有橫過(guò)所述轉(zhuǎn)子的軸向的 分量的方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔口在所述導(dǎo)管主體周?chē)芟虻卦O(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，至少兩個(gè)孔口通過(guò)所述導(dǎo)管主體沿各自不同的方向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔口中的至少兩個(gè)具有各自不同的開(kāi)口面積。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述孔口沿各自孔口的方向延伸通過(guò)所述導(dǎo)管主體，并且其中，所述轉(zhuǎn)子具有至少部分地限定所述轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)壁，并且其中，所述轉(zhuǎn)子和導(dǎo)管配置成提供從各自孔口至所述內(nèi)壁的沿所述孔口方向的瞄準(zhǔn)線(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子配置成相對(duì)于導(dǎo)管旋轉(zhuǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于，還包括設(shè)置在所述孔口中的至少一個(gè)上方的噴霧嘴。
全文摘要
本發(fā)明涉及電機(jī)。提供一種諸如電機(jī)(100)的設(shè)備。設(shè)備可包括限定轉(zhuǎn)子孔(120)的轉(zhuǎn)子(104)和設(shè)置在轉(zhuǎn)子孔中并沿轉(zhuǎn)子孔軸向延伸的導(dǎo)管(124)。導(dǎo)管可具有環(huán)形導(dǎo)管主體(128)，其限定沿導(dǎo)管軸向設(shè)置并延伸通過(guò)導(dǎo)管主體的多個(gè)孔口(134)。轉(zhuǎn)子可具有至少部分地限定轉(zhuǎn)子孔的內(nèi)壁(122)?？卓诳裳馗髯钥卓诘姆较蜓由焱ㄟ^(guò)導(dǎo)管主體，并且轉(zhuǎn)子和導(dǎo)管可配置成提供從各自孔口至內(nèi)壁沿孔口的方向的瞄準(zhǔn)線(xiàn)。
文檔編號(hào)H02K9/197GK102857031SQ201210336220
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者H·P·J·德波克, J·P·亞歷山大, A·M·F·埃爾-楽菲, W·D·格爾斯特勒, M·R·沙, 申曉春 申請(qǐng)人:通用電氣公司