專利名稱：電機(jī)-蒸發(fā)冷卻的制作方法
電機(jī)-蒸發(fā)冷卻本發(fā)明涉及一種電機(jī)(electric machine)，其包含定子和由軸頸支承 (journalled)的用于圍繞定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。該定子設(shè)置有線圈，并且該轉(zhuǎn)子設(shè)置有產(chǎn)生穿過(guò)轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)以與線圈配合的裝置。該機(jī)器將經(jīng)常作為電動(dòng)機(jī)，但也可以將其作為發(fā)電機(jī)且在許多的實(shí)施方式中作為軸向磁通機(jī)(axial flux machine) 0 尤其地，它涉及無(wú)磁軛分段電樞機(jī)(以下稱為“Y機(jī)”)，尤其是永磁機(jī)(permanent magnet machine)0
背景技術(shù)：
Woolmer和McCull0ch[l]描述了 Y機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，討論了它的優(yōu)點(diǎn)，該優(yōu)點(diǎn)使定子中的鐵得以減少，從而使改進(jìn)轉(zhuǎn)矩密度成為可能。它包含一系列繞在線棒(bar)上的線圈， 這些線棒圍繞該定子沿周向間隔開，并理想地軸向設(shè)置，(即與該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線平行)。 該轉(zhuǎn)子具有包括這樣的盤的兩級(jí)(stage)，所述盤設(shè)置有面向該定子的每個(gè)線圈的任一端的永磁體。在任一級(jí)的操作的磁路是穿過(guò)第一線圈進(jìn)入轉(zhuǎn)子的第一級(jí)上的第一磁體；穿過(guò)轉(zhuǎn)子的背鐵到達(dá)第一級(jí)上的相鄰第二磁體；穿過(guò)定子的與第一線圈相鄰的第二線圈；進(jìn)入轉(zhuǎn)子的第二級(jí)上的與第一級(jí)上的第二磁體對(duì)齊的第一磁體；穿過(guò)第二級(jí)的背鐵到達(dá)第二級(jí)上的且與第一級(jí)上的第一磁體對(duì)齊的第二磁體；并且穿過(guò)第一線圈完成回路。電機(jī)的一個(gè)難點(diǎn)一般是提供足夠的冷卻。這對(duì)于具有高轉(zhuǎn)矩密度的Y機(jī)來(lái)說(shuō)尤其是個(gè)問(wèn)題，大量的熱量產(chǎn)生在高轉(zhuǎn)矩處的線圈內(nèi)，且經(jīng)常是能夠采用的轉(zhuǎn)矩的一個(gè)限制因素，至少在延長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)。另外，線圈是互相隔離的，因此只冷卻電動(dòng)機(jī)的一個(gè)區(qū)域是不夠的，因?yàn)榫€圈之間的導(dǎo)熱率是低的。W0-A2006/066740披露了一種Y機(jī)，其包括具有圓柱形套筒的殼體，套筒在內(nèi)部安裝有定子線圈，套筒為中空的，由此冷卻介質(zhì)得以流通。然而，線圈被嵌入熱傳導(dǎo)材料中以將熱量帶到定子殼體。轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地軸頸支承在殼體中。定子線棒呈現(xiàn)為層壓型的，正如披露了一種Y機(jī)的GB-A-2379093以及W0-A-03/094327中描述的那樣。但并沒(méi)有提到冷卻
布置方式。US-A-6720688披露了一種Y機(jī)，其中的轉(zhuǎn)子像葉片泵一樣使流體在由定子殼體限定的腔室內(nèi)流通，在殼體內(nèi)支撐于軸承上并承載轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子軸穿過(guò)該定子殼體延伸出來(lái)。 流體冷卻定子線圈。當(dāng)然，冷卻問(wèn)題并不僅限于Y電動(dòng)機(jī)。蒸發(fā)冷卻的想法早已被采用，例如，在SU-955379中，中空轉(zhuǎn)子軸呈現(xiàn)為延伸至一個(gè)外部旋轉(zhuǎn)殼體內(nèi)以使制冷劑在軸內(nèi)蒸發(fā)冷卻該轉(zhuǎn)子，并且蒸汽在變回液體之前便在外部殼體內(nèi)凝結(jié)釋放其熱量。US5394040披露了類似的布置方式。同樣地，SE-A-7411152呈現(xiàn)為披露電動(dòng)機(jī)的蒸發(fā)冷卻。這些裝置是被動(dòng)式的，其中的冷卻回路是自驅(qū)動(dòng)的，但是更多的主動(dòng)式布置方式被披露。US-A-3217193在電動(dòng)機(jī)或者發(fā)電機(jī)的熱部件上噴灑液體制冷劑。 US-A-2007/0199339披露了一種帶有閥的完整制冷劑回路，該閥在穿過(guò)定子和外部熱交換器的通道之間確保正確的定向流動(dòng)。該發(fā)展對(duì)本發(fā)明有著特別的意義，它發(fā)現(xiàn)了用于車輛的車輪電動(dòng)機(jī)中的主要應(yīng)用。事實(shí)上，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電機(jī)，該電機(jī)具有有效但非被動(dòng)式的蒸發(fā)冷卻布置。本發(fā)明的具體目的是為了使用于冷卻所需的額外元件和設(shè)備最少化，由此使由冷卻布置所損失動(dòng)力的成本能夠最小化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供了一種電機(jī)，該電機(jī)包括具有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子以及具有線圈的定子，該線圈用于與穿過(guò)轉(zhuǎn)子與定子之間限定的氣隙的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)磁性相互作用，其中，定子相對(duì)于用于機(jī)器的安裝部(mounting)是固定部件，并且轉(zhuǎn)子在定子外部圍繞定子旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)殼體，該旋轉(zhuǎn)殼體在轉(zhuǎn)子和定子之間限定出容納用于冷卻線圈的冷卻介質(zhì)的密封腔室，并且其中，該冷卻介質(zhì)具有低于定子的運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度且高于轉(zhuǎn)子殼體的運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度的沸點(diǎn)，并且其中，轉(zhuǎn)子殼體具有能夠被冷卻劑接近(accessible)的散熱外表面。優(yōu)選地， 該冷卻劑是開放環(huán)境里的周圍空氣。使用中的腔室包括這樣的體積，其優(yōu)選地填充小于約25%體積的所述冷卻介質(zhì) (當(dāng)液體時(shí))。液體與蒸汽的體積比隨著溫度的升高以及壓力的增加而改變。小于25%的填充體積參照環(huán)境條件(ambient condition)。優(yōu)選地，剩余的體積僅由蒸汽形式的冷卻介質(zhì)來(lái)填充。當(dāng)電機(jī)未運(yùn)行時(shí)，該腔室內(nèi)壓優(yōu)選地是周圍環(huán)境。壓力與所可提供的裝置相適應(yīng)。優(yōu)選地，電機(jī)是軸向磁通機(jī)，線圈被繞在線棒上，線棒圍繞形成轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的該機(jī)器的固定軸沿周向間隔設(shè)置。優(yōu)選地，線棒平行于旋轉(zhuǎn)軸線，轉(zhuǎn)子包括兩級(jí)，每級(jí)具有與線棒的每端相互作用的永磁體。優(yōu)選地，該定子被安裝在所述安裝部的短軸(stub axle，轉(zhuǎn)向軸)上，并且所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地軸頸支承在該短軸上。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子級(jí)各自包括環(huán)形盤，環(huán)形盤的外邊緣通過(guò)套筒連接在一起并且其上安裝有所述永磁體，一級(jí)的內(nèi)邊緣被軸頸支承在所述短軸上，而另一級(jí)被板封閉。優(yōu)選地，所述板也被軸頸支承在延伸穿過(guò)所述定子的所述短軸的端部上。優(yōu)選地，所述套筒具有向外散熱的翼片(fin)。這些翼片可以是徑向定向或者軸向定向。該套筒可以是圓錐形的以保證它的一些區(qū)域可以用來(lái)與冷卻介質(zhì)蒸汽接觸。優(yōu)選地，該腔室在所述短軸上由唇式密封件密封。然而，任何合適的替代方式都可以使用。優(yōu)選地，擴(kuò)散材料被設(shè)置在所述線圈的周圍和之間，由此俘獲并運(yùn)送液體冷卻介質(zhì)到線圈，并且從該線圈蒸發(fā)的液體冷卻介質(zhì)的蒸汽逸出。擴(kuò)散材料作為一種芯，類似于它在熱管中的應(yīng)用。優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)部設(shè)置有槳(paddle)，以圍繞定子沖刷液體冷卻介質(zhì)。優(yōu)選地，在定子上設(shè)置有刮刀(scraper)，以將由于向心加速度而保留在轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)側(cè)上的液體冷卻介質(zhì)鏟到定子上。在一個(gè)實(shí)施方式里，所述機(jī)器是電動(dòng)機(jī)。事實(shí)上，它可以是車輛的車輪電動(dòng)機(jī)。所以，在一方面，本發(fā)明提供一種車輛，其具有從車輛懸掛的短軸，并且其上安裝有如上所限定的電動(dòng)機(jī)。優(yōu)選地，車輛的車輪被安裝在所述轉(zhuǎn)子殼體上。優(yōu)選地，再生制動(dòng)被用來(lái)使車輛減速。在任何情形下，優(yōu)選地，制動(dòng)片被安裝在所述轉(zhuǎn)子殼體上。所述片可安裝在轉(zhuǎn)子的所述一級(jí)上。車輪優(yōu)選地具有孔，以允許通向經(jīng)過(guò)車輛的空氣，以使其流過(guò)車輪并作為所述冷卻劑來(lái)冷卻轉(zhuǎn)子殼體。優(yōu)選地，所述翼片的形狀被制成吸取空氣穿過(guò)所述孔。 所述形狀可以是翼片在所述殼體上具有螺旋形狀。在另一個(gè)實(shí)施方式中，所述機(jī)器是一個(gè)發(fā)電機(jī)，被設(shè)置用來(lái)使轉(zhuǎn)子圍繞所述定子旋轉(zhuǎn)的裝置。所述裝置可以包括皮帶和滑輪。既然本發(fā)明能夠作為發(fā)電機(jī)完美地、可行地運(yùn)行，在此情形下，如果發(fā)電機(jī)是靜止的且易被使用者接觸到，那么防護(hù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子與使用者的意外接觸則是可能必須的，或至少是期望的。這種防護(hù)需要能接觸到冷卻劑流(優(yōu)選地為空氣流)以使轉(zhuǎn)子能夠散熱。


將參照附圖在下面進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中圖1是本發(fā)明主要(但不限于)涉及的無(wú)磁軛分段電樞機(jī)的示意性側(cè)視圖；圖2是圖1的布置的透視圖；圖3a和北分別是根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)的側(cè)剖視圖和在圖3a中沿線B-B的剖視圖；圖如和4b分別是圖3電動(dòng)機(jī)的定子的透視圖和圖如詳情的側(cè)視圖；圖5是圖3a的類似圖，但是其中的軸承布置有所修改；圖6是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機(jī)布置的示意圖；圖7是圖4和5的布置的另一個(gè)示意性變型；以及圖8是穿過(guò)類似于圖3a中所示電動(dòng)機(jī)和車輪的側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中示意性地示出了無(wú)磁軛分段電樞機(jī)10。該機(jī)器10包括一個(gè)定子12和兩個(gè)轉(zhuǎn)子14a、14b。定子12是獨(dú)立的定子線棒16的集合，這些定子線棒圍繞轉(zhuǎn)子14a、14b的旋轉(zhuǎn)軸線20沿軸向間隔開。每個(gè)線棒16具有其自身的軸線16a，該軸線與旋轉(zhuǎn)軸線20平行設(shè)置。然而，這個(gè)并不是絕對(duì)必要的。在軸向磁通機(jī)里，軸線16a確實(shí)與旋轉(zhuǎn)軸線20平行。然而，它能夠被布置與其成任何角度，甚至相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線20徑向地設(shè)置。下面的討論與軸向磁通機(jī)有關(guān)，但是這不應(yīng)被理解為在任何意義上的限制，并且在上下文中允許本發(fā)明同等適用于定子線棒16的其他傾斜度。每個(gè)定子線棒的每端設(shè)置有極靴(shoe) 18a、18b，其用于限定線圈棧22的物理用途，棧22優(yōu)選地為正方形截面的絕緣線(或者可能為矩形截面)，以便能夠達(dá)到高的填充因數(shù)。線圈22被連接至使線圈通電的電路(未顯示)(如果是電動(dòng)機(jī))，從而在相鄰定子線圈 22中由線圈內(nèi)電流所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的磁極相反。兩個(gè)轉(zhuǎn)子14a、14b承載彼此面對(duì)的永磁體Ma J4b，永磁體之間具有定子線圈22。 事實(shí)上，在軸向磁通機(jī)里，轉(zhuǎn)子和其磁體是徑向設(shè)置的，但是當(dāng)定子線棒為傾斜時(shí)，則它們也是一樣的情況。兩個(gè)氣隙^a、26b被設(shè)置在相應(yīng)的極靴與磁體對(duì)18a/Ma、18b/24b之間。 相等數(shù)量的線圈和磁體呈間隔圍繞旋轉(zhuǎn)軸線20，并且優(yōu)選地，線圈和磁體的數(shù)量不相同，以便在所有相同時(shí)間以及轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的相同旋轉(zhuǎn)位置處，不會(huì)使每個(gè)線圈進(jìn)入與對(duì)應(yīng)的磁體對(duì)配準(zhǔn)。這個(gè)用來(lái)減少嵌齒(cogging)。
在電動(dòng)機(jī)內(nèi)(本發(fā)明主要關(guān)注的)，上述電路被布置成為線圈22通電，從而使它們的極性交替以使線圈在不同的時(shí)間與不同的磁體對(duì)對(duì)齊，以產(chǎn)生應(yīng)用于轉(zhuǎn)子與定子之間的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子14a、14b通常連接在一起(例如，通過(guò)軸，下面可看到但未在圖中顯示)，并且圍繞軸線20相對(duì)于定子12—起旋轉(zhuǎn)，該定子通常是被固定的(例如在殼體內(nèi)，同樣，下面可看到但未在圖中顯示)。在圖1中示出了這種布置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于磁路30由兩個(gè)相鄰的定子線棒16和兩個(gè)磁體對(duì)Ma、24b來(lái)提供。所以，盡管背鐵32a、32b是每個(gè)轉(zhuǎn)子所需的用來(lái)鏈接背對(duì)相應(yīng)線圈22的每個(gè)磁體Ma、24b的背面之間的磁通，但是定子12并不需要磁軛。所以，在電動(dòng)機(jī)的情形下，通過(guò)使線圈22恰當(dāng)?shù)赝姡D(zhuǎn)子14能夠被驅(qū)動(dòng)繞軸線 20進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在發(fā)電機(jī)的情況下，根據(jù)當(dāng)轉(zhuǎn)子14a、14b旋轉(zhuǎn)時(shí)定子線棒16內(nèi)感應(yīng)的磁通量變化，轉(zhuǎn)子14a、14b的旋轉(zhuǎn)在定子線圈12內(nèi)感應(yīng)出電流。然而，在任何情形下，在線圈22內(nèi)產(chǎn)生熱量，如果這個(gè)熱量得不到消除，機(jī)器的效率便會(huì)降低，其能力也受到了限制。因此，本發(fā)明建議將定子線圈16封閉于殼體內(nèi)部，該殼體由轉(zhuǎn)子形成并且設(shè)置有制冷劑冷卻介質(zhì)。轉(zhuǎn)到圖3a，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)100包括安裝在車輛(未顯示)的短軸50上的定子12。該定子包括安裝在線棒16上的線圈22，線棒在固定于短軸50的定子板52之間獲得支撐。轉(zhuǎn)子14包括殼體M，該殼體由兩個(gè)環(huán)板56、58形成并通過(guò)套筒60在它們的外邊緣處連接。環(huán)板58通過(guò)軸承62被可旋轉(zhuǎn)地軸頸支承在短軸60上，該短軸穿過(guò)環(huán)板58中的孔64。環(huán)板56填充有中心板66，該中心板也同樣通過(guò)軸承68被軸頸支承在短軸的端部 50a上。由環(huán)板56、58，套筒60以及端板66形成的轉(zhuǎn)子殼體14包圍出一腔室70，該腔室被布置在環(huán)板58與短軸50之間的旋轉(zhuǎn)唇形密封件72所密封。轉(zhuǎn)子板56、58由任何合適的材料制成，優(yōu)選地是非鐵磁性的材料。在此情形下，所提供的環(huán)形背鐵32a、32b為磁性鏈接材料，并且在其上布置有永磁體Ma、Mb，與定子線棒 16對(duì)齊，并且限定它們之間的氣隙^aJ6b。通過(guò)各種合適的裝置(未顯示)將車輛的車輪90安裝在轉(zhuǎn)子殼體14上。另外， 在殼體板58的內(nèi)側(cè)，可將制動(dòng)片(未顯示)安裝在轉(zhuǎn)子殼體M上，用于與安裝在短軸50 上的卡尺(未顯示)相配合。用于運(yùn)行電動(dòng)機(jī)100的動(dòng)力電子裝置92可安裝在短軸50的前法蘭50b上。它們可由穿過(guò)通路(未顯示)(該通路穿過(guò)短軸50)的纜線從車輛來(lái)供電。動(dòng)力電子裝置92控制線圈22的通電，來(lái)促使與磁體Ma、24b磁性相互作用，如以上參照?qǐng)D1和圖2所述，并且用來(lái)圍繞短軸50、圍繞旋轉(zhuǎn)軸線80驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。由線圈22產(chǎn)生的熱量必須消除；否則電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將會(huì)受限。為此目的，腔室70容納液體制冷冷卻劑82，當(dāng)車輛靜止時(shí)，制冷冷卻劑受重力被收集到腔室70的最低點(diǎn)處。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，圍繞套筒60的內(nèi)側(cè)83周期性設(shè)置的槳84鏟取液體冷卻劑82并且噴濺(splash)圍繞短軸50整個(gè)周邊的線圈16。隨著轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)速度增加，離心加速度會(huì)使液體滯留在轉(zhuǎn)子14的內(nèi)壁上。因此，在定子12的頂部，以及其周圍可能的某些地方，均設(shè)置有鏟子86來(lái)獲取液體并將之噴濺與線圈22相接觸。當(dāng)滿足速度增加時(shí)線圈的冷卻通常將不是必需的時(shí)候，可以省略這些槳84。當(dāng)速度增加時(shí)，然而，液體與套筒的內(nèi)表面83之間的離心加速度以及摩擦力將使液體滯留在表面上，由此，其也隨著轉(zhuǎn)子14繞著短軸50旋轉(zhuǎn)。在這種情形下，鏟子86可以布置成靠近套筒60的表面83。事實(shí)上，參照?qǐng)D北，在旋轉(zhuǎn)的方向上(例如按照箭頭C的方向旋轉(zhuǎn)車輪)， 鏟子86a、86b、86c可以逐步靠近表面。因此，如果具有如所示的三個(gè)鏟子，并處于九十度的位置，槳86a將刮至旋轉(zhuǎn)液體82的第一深度(顯示的在底部收集)，鏟子86b刮至靠近表面 83的第二深度，且鏟子86c刮掉所剩的絕大部分。然而，在線圈22之間和周圍分散的是用來(lái)吸收液體冷卻劑并弄濕線圈22的擴(kuò)散材料94(見圖^、4b)。事實(shí)上，該材料可以是吸濕材料(wickingmaterial)，類似原棉，例如石棉。當(dāng)線圈22開始產(chǎn)生熱量時(shí)，熱量便被傳導(dǎo)至液體制冷劑。這被布置成具有在線圈 22的期望工作溫度之下的一個(gè)沸點(diǎn)。因此，當(dāng)達(dá)到該溫度時(shí)，液體沸騰并蒸發(fā)以使其從線圈 22中排出并帶走熱量，更多的液體冷卻劑被吸濕材料94所吸收。隨后注入腔室70的蒸汽與殼體14的表面相接觸，該殼體至少在其周邊設(shè)置有翼片96。在周圍溫度下，冷卻劑被布置以凝結(jié)并釋放熱量至轉(zhuǎn)子殼體14的材料并變回液體，以使循環(huán)得以重復(fù)。隨著電動(dòng)機(jī)溫度的增高，腔室70內(nèi)的蒸汽壓力也增高，但如果唇形密封件72提供的密封是氣密的，那么蒸汽便無(wú)法逸出。當(dāng)蒸汽無(wú)法逸出且因線圈22產(chǎn)生更多的熱量而導(dǎo)致壓力上升，液體的沸點(diǎn)溫度就會(huì)增加以使轉(zhuǎn)子殼體的溫度也增加，散熱更加迅速。因此， 盡管線圈的溫度也上升，系統(tǒng)卻在其變得更熱的同時(shí)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)使散熱更快。然而，憑借蒸發(fā)傳遞熱量，盡管仍在傳導(dǎo)熱量，在線圈22與殼體M之間的溫度梯度變得更小。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子96(當(dāng)其被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí))是暴露于冷卻氣流的，這不僅是在其自身的運(yùn)行中，也在車輛的運(yùn)行中(當(dāng)如圖3a所示，電動(dòng)機(jī)安裝在車輛中)。當(dāng)車輪電動(dòng)機(jī)也如圖3a所示的情形下，車輪90可以在98處有孔，借以使氣流a能夠從車輛的外部沖刷轉(zhuǎn)子殼體14。事實(shí)上，車輪90以及翼片96都可以被布置以鏟取空氣并將之吸到殼體14上。例如，車輪90可以設(shè)置有扇形孔98，以使空氣朝向轉(zhuǎn)子殼體14被引導(dǎo)?？蛇x擇地，或者另外，翼片96可以被布置成螺旋狀螺桿以使空氣被泵入，例如，沿圖3a的箭頭BB 的方向泵入。軸承62、68被示出為與腔室70接觸。如果是這樣的情形，那么冷卻劑82作為軸承的潤(rùn)滑劑是非常重要的?？蛇x擇地，將軸承68與腔室70進(jìn)行隔離是可能的。例如，密封件72可能(相對(duì)于腔室70)在軸承64的內(nèi)側(cè)。對(duì)于軸承68，為了將其與腔室70隔離，則需要另一個(gè)唇形密封件。同樣重要的是，冷卻劑82并不影響電子裝置92。轉(zhuǎn)到圖5，示出了另一可選擇實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)100’。這里，車輛的短軸50’(未顯示)具有在鉆孔102內(nèi)的中空端部50a，，該鉆孔接收轉(zhuǎn)子板66’的軸104。軸104被支撐在軸承62，、68，上，軸承被間隔件106分隔開并由簧環(huán)108、110所保持?；森h(huán)110可以被用來(lái)預(yù)壓軸承62’、68’的螺母所代替。密封件112將軸承62’、68’與含有液體制冷冷卻劑82的腔室70’隔離。轉(zhuǎn)子14’具有被連接至轉(zhuǎn)子殼體板56’的板66’，該轉(zhuǎn)子殼體板自身通過(guò)錐形套筒元件60被連接至對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子殼體板58’。套筒60的錐度保證液體冷卻劑82在腔室的(距旋轉(zhuǎn)軸線80)徑向最遠(yuǎn)的角70a內(nèi)得以收集，以便在腔室70內(nèi)，套筒60的更多內(nèi)表面60a 被暴露以與蒸汽直接接觸，而不是在此被液體冷卻劑82所隔離。如上述實(shí)施方式中，翼片96被布置在套筒60上。另外，然而，翼片96a、96b (軸向地定向并且沿周向設(shè)置)被設(shè)置在環(huán)板56’、58’上。此外，該布置方式大部分如上所述，其中車輪90由螺母118栓接在接收于板66’中的柱螺栓120上。制動(dòng)片122安裝在內(nèi)側(cè)環(huán)板58’上，且密封件72’將腔室70’與外界環(huán)境隔離。另一個(gè)軸承6 可以支撐制動(dòng)片122。在圖6里，發(fā)電機(jī)100”具有基本上如圖5或6所示電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這里短軸 50”安裝在地面上，且轉(zhuǎn)子殼體14”由滑輪150和皮帶152所驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)子具有翼片96并且整個(gè)旋轉(zhuǎn)組件由帶孔防護(hù)裝置1 所保護(hù)。在圖7中，轉(zhuǎn)子殼體Hx具有直接安裝在殼體的法蘭162上的車輛輪胎160。在這種情況下，轉(zhuǎn)子可以有兩個(gè)構(gòu)件，由螺栓118栓接在車輛轂66x上的第一轂構(gòu)件5660，以及由螺栓162栓接在轂構(gòu)件5660上的第二法蘭構(gòu)件58x，并且未示出密封在其上的方式。如圖5的布置方式中，轂66x被軸頸支承以便在短軸50x中旋轉(zhuǎn)，懸掛于車輛(未顯示)。翼片96x在轉(zhuǎn)子14x的側(cè)面。轉(zhuǎn)子Hx可以在胎邊168之間的166處凹入，以將液體冷卻劑 82集中起來(lái)并允許腔室70x的邊緣/角70b、70c免于接觸液體，使蒸汽直接接近轉(zhuǎn)子Hx 的冷卻器表面。在圖8中，電動(dòng)機(jī)100包括用來(lái)固定于車輛懸架上的轂50”(未顯示)。該轂承載軸承62”，該軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝轉(zhuǎn)子法蘭56”。法蘭56”借助柱螺栓和螺母59”安裝轉(zhuǎn)子殼體件M”和制動(dòng)片57”。如參照?qǐng)D3a所描述的，轉(zhuǎn)子殼體件M”在96”處有翼片用來(lái)散熱。轂50”還安裝有定子片52”，片上固定有許多定子線棒16，環(huán)繞線棒的是纏繞線圈 22”。片52”安裝有動(dòng)力電子裝置電路板92”。由緊固件53”將帶孔轉(zhuǎn)子板58”固定至杯形轉(zhuǎn)子殼體件M”的面邊緣。其孔61”由蓋板66”所封閉和密封，但如果去除緊固件63”，還是可以到達(dá)電路板92”。轉(zhuǎn)子部件M”、58”安裝有永久磁體M”a、24”b，兩個(gè)磁體鄰近定子線圈22設(shè)置。密封件72”封閉由轉(zhuǎn)子14”與轂50”限定并環(huán)繞定子12”的腔室70”。轂50”有一個(gè)開放的中心鉆孔51”，但是該鉆孔被(用一個(gè)未顯示的塞子)塞住來(lái)完成密封和封閉腔室70”，盡管從車輛過(guò)來(lái)的用于供電和控制電動(dòng)機(jī)100”的纜線(未顯示)將穿過(guò)塞子與電路板92”連接。轉(zhuǎn)子板58”通過(guò)柱螺栓和螺母94”安裝車輪90”，為此目的車輪具有內(nèi)部法蘭92”。 另外，布置方式如上所述，并且在腔室70”內(nèi)的制冷劑冷卻線圈22”和電路板92”兩者。翼片96”可以呈螺旋形地布置在轉(zhuǎn)子殼體件M”的面上，用來(lái)在轉(zhuǎn)子圍繞轂50”旋轉(zhuǎn)的時(shí)候加快循環(huán)。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域人員而言，合適的冷卻劑(如水，乙酸甲酯，氟基苯(flouro benzene)，2-庚烯印tene))是已知的，這些冷卻劑可以被布置以使線圈的工作溫度為周圍-150°C的范圍內(nèi)，其中冷卻劑沸點(diǎn)在50-80°C的范圍且在0. 1帕至0. 5帕的壓力下，而這取決于用途。在這種情形下，殼體M的溫度將在周圍-80°C的范圍內(nèi)。貫穿本說(shuō)明書的描述和權(quán)利要求，詞語(yǔ)“包括”和“包含”以及它們的變形意指“包括但不限于”，且它們并不旨在(且不是)排除其他組成部分、添加、部件、整體或步驟。貫穿本說(shuō)明書的描述和權(quán)利要求，除非上下文中另有所指，否則單數(shù)包括復(fù)數(shù)。特別是，在使用不定冠詞時(shí)，除非上下文中另有所指，否則說(shuō)明書將被理解成包含復(fù)數(shù)個(gè)以及單數(shù)個(gè)。與本發(fā)明的特殊方面、實(shí)施方式或者實(shí)例結(jié)合描述的特征、整體、特點(diǎn)、化合物、化學(xué)組成部分或組應(yīng)理解成也能被應(yīng)用于本文所描述的其他任何方面、實(shí)施方式或者實(shí)例， 除非它們彼此不相容。在本說(shuō)明書(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中披露的所有特性、和/或披露的任何辦法或者過(guò)程的所有步驟，都可以以任何組合方式相組合，除了這些特性和/或步驟中的至少一些是互斥的組合之外。本發(fā)明并不局于前述任何實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。本發(fā)明擴(kuò)展到本說(shuō)明書(包括任何所述權(quán)利要求、摘要以及附圖)中所披露的特征中的任一個(gè)新穎特征、或者這些特征的任何新穎組合，或者擴(kuò)展至所披露的任何方法或者過(guò)程的步驟中的任一個(gè)新穎步驟、或者這些步驟的任何新穎組合。讀者的注意力應(yīng)指向與本申請(qǐng)的相關(guān)說(shuō)明書一起提交或之前提交的所有文件和文檔，其與本說(shuō)明一起公開讓公眾查閱，且所有這些文件和文檔的內(nèi)容以引證方式結(jié)合于此。參考文獻(xiàn)[1]TJ Woolmer 禾口 MD McCulloch ‘‘ Analysis of the Yokeless and SegmentedArmature Machine " , International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC)，3-5, 2007 年 5 月。
權(quán)利要求
1. 一種電機(jī)，包括具有轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)子和具有線圈的定子，所述線圈用于與穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子與定子之間限定的氣隙的所述轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)磁性相互作用，其中，所述定子相對(duì)于用于所述機(jī)的安裝部是固定部件，并且所述轉(zhuǎn)子在所述定子的外部圍繞所述定子旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)殼體，所述旋轉(zhuǎn)殼體在所述轉(zhuǎn)子與定子之間限定出容納用于冷卻所述線圈的流體冷卻介質(zhì)的密封腔室，并且其中，所述冷卻介質(zhì)具有低于所述定子的運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度且高于所述轉(zhuǎn)子殼體的運(yùn)行設(shè)計(jì)溫度的沸點(diǎn)，并且其中，所述轉(zhuǎn)子殼體具有能夠被冷卻劑接近的散熱外表
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其中，所述冷卻劑是開放環(huán)境的空氣，由此至少由所述旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相對(duì)于所述殼體的空氣運(yùn)動(dòng)從所述外表面吸收熱量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是永磁機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)由設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是軸向磁通機(jī)，所述線圈被繞在線棒上，所述線棒圍繞形成所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的所述電機(jī)的固定軸沿周向間隔設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)，其中，所述線棒平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線，所述轉(zhuǎn)子包括兩級(jí)，每級(jí)具有與所述線棒的每端相互作用的永磁體。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述定子安裝在所述安裝部的短軸上，并且所述轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地軸頸支承在所述短軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子級(jí)各自包括環(huán)形盤，所述環(huán)形盤的外邊緣通過(guò)套筒連接在一起并且其安裝有所述永磁體，一級(jí)的內(nèi)邊緣被軸頸支承在所述短軸上，而另一級(jí)被板封閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電機(jī)，其中，所述板也被軸頸支承在所述短軸的延伸穿過(guò)所述定子的端部上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電機(jī)，其中，所述板和所述另一級(jí)是整體部件。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述轉(zhuǎn)子殼體具有形成散熱外表面以向外散熱的翼片。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述腔室在所述短軸上由唇形密封件密封。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，在所述線圈之間和周圍設(shè)置擴(kuò)散材料，由此俘獲并運(yùn)送液體冷卻介質(zhì)到所述線圈并且從所述線圈蒸發(fā)的液體的蒸汽逸出。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，在所述轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)部設(shè)置有槳， 以圍繞所述定子沖刷液體冷卻介質(zhì)。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，在所述定子上設(shè)置有刮刀，以將由于向心加速度而保留在所述轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)側(cè)上的液體冷卻介質(zhì)鏟到所述定子上。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是電動(dòng)機(jī)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是車輛的車輪電動(dòng)機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電機(jī)，其中，車輛車輪可安裝在所述轉(zhuǎn)子殼體上，優(yōu)選地具有可安裝在所述轉(zhuǎn)子殼體上的制動(dòng)片。
18.—種車輛，具有從所述車輛懸掛的短軸，并且在所述短軸上安裝有電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)是根據(jù)權(quán)利要求16到17中任一項(xiàng)所述的電機(jī)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的車輛，其中，所述車輛的車輪安裝在所述轉(zhuǎn)子殼體上。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的車輛，其中，采用再生制動(dòng)使所述車輛減速，在此情形下，所述電動(dòng)機(jī)也用作發(fā)電機(jī)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18、19或20所述的車輛，其中，在所述轉(zhuǎn)子殼體上安裝有制動(dòng)片。
22.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求21所述的車輛，其中，所述片安裝在所述轉(zhuǎn)子的一個(gè)級(jí)上。
23.根據(jù)權(quán)利要求19到22中任一項(xiàng)所述的車輛，其中，所述車輪具有孔以允許通向經(jīng)過(guò)所述車輛的空氣，以使空氣流過(guò)所述車輪并且冷卻所述轉(zhuǎn)子殼體。
24.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求23所述的車輛，其中，所述翼片的形狀被制成吸取空氣穿過(guò)所述孔，所述形狀優(yōu)選地是所述翼片在所述殼體上具有螺旋形狀。
25.根據(jù)權(quán)利要求18到M中任一項(xiàng)所述的車輛，其中，在所述轉(zhuǎn)子殼體上直接安裝有輪胎。
26.根據(jù)權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，所述電機(jī)是發(fā)電機(jī)，被設(shè)置用來(lái)使所述轉(zhuǎn)子圍繞所述定子旋轉(zhuǎn)的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的電機(jī)，其中，所述裝置包括皮帶和滑輪。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈或27所述的電機(jī)，進(jìn)一步包括防護(hù)裝置，所述防護(hù)裝置具有通向冷卻氣流的通路，從而使所述轉(zhuǎn)子能夠散熱。
29.根據(jù)權(quán)利要求1到17或權(quán)利要求沈到觀中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，在環(huán)境條件下使用中的所述腔室包括由液體冷卻介質(zhì)填充小于約25%容量的體積。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的電機(jī)，其中，剩余的體積僅由蒸汽冷卻介質(zhì)來(lái)填充。
31.根據(jù)權(quán)利要求1到17或權(quán)利要求沈到30中任一項(xiàng)所述的電機(jī)，其中，控制所述電機(jī)運(yùn)行的電子部件安裝在所述腔室中位于所述定子上并且由所述冷卻介質(zhì)來(lái)進(jìn)行冷卻。
32.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求5時(shí)的權(quán)利要求31所述的電機(jī)，其中，所述電子部件安裝在所述短軸上。
33.一種電機(jī)，基本上如以上參照附圖所述的那樣。
全文摘要
一種電機(jī)(10；100)包括轉(zhuǎn)子(14a)和定子(12)，轉(zhuǎn)子優(yōu)選地具有永磁體(24a、b)，但也可使用其他磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。該定子具有繞在定子線棒(16)上的線圈(22)，用于與橫過(guò)其間限定的氣隙(26a、b)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用。轉(zhuǎn)子(14)包括裝有制冷劑(82)的腔室(70)的殼體(54)。轉(zhuǎn)子殼體(54)具有可被開放環(huán)境接觸到的散熱翼片(96)，由此至少由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的相對(duì)于殼體的空氣運(yùn)動(dòng)從翼片吸收熱量。該電機(jī)可以是一個(gè)軸向磁通機(jī)，在線棒上繞著線圈，這些線棒圍繞形成轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線(80)的電機(jī)的固定軸沿周向間隔設(shè)置。該電機(jī)可以是用于車輛的車輪電動(dòng)機(jī)，其中，車輪直接安裝在了轉(zhuǎn)子殼體(14)上。
文檔編號(hào)H02K5/18GK102396135SQ201080016550
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2010年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
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