CN101553667B - 具有轴承的无刷直流电动机 - Google Patents

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Abstract

一种无刷直流电动机(10)包括转子(14)，设置到所述转子(14)上的磁铁(16)，一对轴承(20)，其可旋转地支撑所述转子(14)，定子组件(18)，其至少部分地环绕所述转子(14)及其磁铁(16)并适于控制所述转子(14)的运动，以及轴承管(22)，其具有外表面(42)和限定了管内部的内表面(48)。所述定子组件(18)沿所述管(22)的所述外表面(42)设置而所述轴承(20)沿所述管(22)的所述内表面(48)设置以将所述转子(14)和磁铁(16)支撑在管内部中。所述电动机具有在PAP设备中使用用于用户或患者的气道正压通气治疗的输送的应用示例。

Description

具有轴承的无刷直流电动机
申请的引用
本申请要求于2006年10月24日提交的申请号为60/853,778的美国临时申请和于2007年7月3日提交的申请号为60/929,558的美国临时申请的权益，其中的每一个以其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及电动机，尤其涉及支撑电动机的转子的轴承。本发明还涉及用于治疗的气道正压通气(PAP)设备或气流发生器的电动机，例如利用无创正压通气(NIPPV)治疗睡眠呼吸障碍(SDB)。
背景技术
轴承通常被成对使用并且共轴布置以支撑旋转构件，例如，电动机轴。理想地，两个轴承由限制两个轴承的固定构件定位为完全轴向对准。真实世界的设计很少是完全的对准，并且因此，损害了轴承性能。
广泛使用的轴承悬架模式包括将每个轴承固定在单独的壳体结构内并且将所述壳体结构组合在一起以接近共轴的轴承布置。例如，图7说明了固定轴承B1的壳体H以及固定轴承B2的盖子C，盖子C安装到壳体H上以将转子R支撑在轴承B1、B2之间。
对轴承的封装的限制存在两种主要的分类。一种限制涉及制造精度的实际极限，而另一种限制涉及连接并且有效地封装必须旋转的物品的需求。
对于第一种限制，尽管部件形成技术的精度连续提高，但是本领域的现状远远不是完美的。此外，提高的精度通常转变为更大的花销，这常常劝告制造商不要接受本领域加工的现状。
第二种限制由将物品(例如转子/定子)放置在轴承对之间的需求而驱动。这导致了两部分壳体构造的使用。使用多部分壳体的结果是，它们在每个搭接面或分型面(faying or joint surface)累积不必要的容错结构。
使用较不广泛的轴承悬架模式是利用单个金属管来容纳轴承对，并且以悬臂的方式即外转子设计来从一端悬挂转子。例如，图8图示了容纳轴承B1、B2的金属管T，以及被轴承B1、B2以悬臂的方式支撑以支撑叶轮I的转子R。然而，因为磁场不能有效地穿过金属屏蔽而不引起磁通密度和/或增加的热量的大量损耗，所以金属管防止了高速磁性转子被封装在轴承之间，即，内转子设计。同样，存在对能够从一组高速轴承伸出多少质量和长度的悬臂的实际极限。因此，所述设计趋向于在轴向上的长度短。
因此，在本领域中已经形成了对不受上述缺点限制的改进的布置的需求。
发明内容
本发明的一个方案涉及一种在使用中支撑转子的转子支撑结构。
本发明的另一个方案涉及一种轴承布置，所述轴承布置具有支撑在诸如轴承管的公用构件上的至少两个轴承部。
本发明的另一个方案涉及一种具有保持在固定管中的轴承的无刷直流电动机，固定管至少具有足够磁性透明的一部分以允许磁场穿过其中，例如，非导电和/或非磁性的管。在本发明的实施方式的上下文中，非传导材料可以是具有相对高的电阻率(例如，大约2微欧-米或更大)的材料而非磁性材料可以是具有相对低的磁导率(例如，大约2或更小)的材料。这些材料特性的容许范围可以根据不同情况而变化。所述管通常可以是导热的，并且所述管可以是金属的和/或非金属的或半金属的。
本发明的另一个方案涉及一种无刷直流电动机，所述无刷直流电动机包括转子，磁铁，其设置到转子上，一对轴承，其可旋转地支撑转子；定子组件，其至少部分地环绕转子及其磁铁，以及轴承管，其具有外表面和限制了管内部的内表面。定子组件适于控制转子的运动。定子组件沿管的外表面设置而轴承沿管的内表面设置以将转子和磁铁支撑在管内部中。所述管至少具有足够磁性透明的部分以允许磁场在磁铁与定子组件之间穿过。
本发明的另一个方案涉及一种无刷直流电动机，所述无刷直流电动机包括转子，其具有磁铁，定子组件，其适于控制转子的运动，管，其设置在转子与定子组件之间。所述管至少具有足够磁性透明的一部分以允许磁场在磁铁与定子组件之间穿过。
本发明的另一个方案涉及一种无刷直流电动机，所述无刷直流电动机包括磁性转子，其可旋转地被支撑在一对轴承之间，定子组件，其环绕转子并且适于控制转子的运动，以及管，其将轴承和转子保持在管的内部中。所述管至少具有足够磁性透明的一部分以允许磁场在磁性转子与定子组件之间穿过。
本发明的另一个方案涉及一种用于产生提供给患者用于治疗的一定量的加压气体的PAP设备。所述PAP设备包括壳体，核心，其包括电动机和至少一个叶轮，以及隔振系统，其以可变形的隔振方式将核心支撑在壳体内。
本发明的另一个方案涉及一种用于产生提供给患者用于治疗的一定量的加压气体的PAP设备。所述PAP设备包括壳体，核心，其包括电动机以及至少一个叶轮，以及隔振系统，其以可变形的隔振方式将核心支撑在壳体内。所述隔振系统适于结合到定子组件的绕组上以将来自外部电源的电流传导至绕组。
本发明的另一个方案涉及一种无刷直流电动机，所述无刷直流电动机包括转子，定子组件，其环绕转子并且适于控制转子的运动，支撑结构，其将转子和定子组件支撑在工作位置中，以及隔振系统，其设置到支撑结构上并且适于以可变形的隔振方式将支撑结构支撑在壳体内。
本发明的另一个方案设计一种用于制造电动机的方法。所述方法包括形成管，所述管至少具有足够磁性透明的一部分以允许磁场穿过其中，将磁性转子设置到管的内部，以及将定子组件设置到管的外部以控制磁性转子的运动。
本发明的另一个方案涉及一种转子支撑结构，所述转子支撑结构至少包括适于支撑轴承的一个轴承支撑部，以及足够磁性透明的一部分以允许磁场穿过其中。
通过以下参照附图的详细描述，本发明的其它方案、特征以及优点将变得明显，这些附图是本公开的一部分并且以示例的方式图示了本发明的原理。
附图说明
附图便于理解本发明的各种实施方式。在所述附图中：
图1为根据本发明的实施方式的一种包括轴承管的电动机的部分横截面图；
图2为根据本发明的实施方式的一种包括电动机的PAP设备的示意图；
图3-1为用于根据本发明的另一个实施方式的电动机的转子、管以及定子组件的立体图；
图3-2为图3-1所示的电动机的组件的横截面图；
图4-1为根据本发明的另一个实施方式的PAP设备的立体横截面图；
图4-2为图4-1所示的PAP设备的顶视图；
图4-3为图4-1所示的PAP设备的另一个横截面图；
图5-1为根据本发明的另一个实施方式的PAP设备的立体横截面图；
图5-2为图5-1所示的PAP设备的另一个横截面图；
图5-3为图5-1所示的PAP设备的一部分的放大的横截面图；
图5-4为图5-1所示的PAP设备的侧视图；
图5-5为图5-1所示的PAP设备的核心的立体图；
图5-6为图5-5所示的核心的横截面图；
图6为说明根据本发明的实施方式的一种用于组装轴承的方法的横截面图；
图7为现有技术轴承悬架模式的示意图；以及
图8为另一种现有技术轴承悬架模式的横截面图。
具体实施方式
提供了与可以共享共同的特性和特征的若干实施方式有关的下列描述。应该理解的是，任意一个实施方式的一个或多个特征可以与其它实施方式的一个或多个特征组合。另外，任意实施方式中的任意单个特征或特征的组合可以组成另外的实施方式。
在本说明书中，词语“包括(comprising)”应被理解为“开放(open)”的含义，也就是说，理解为“包括(including)”的含义，并且因此不局限于其“封闭(closed)”的含义，即“仅由......组成(consisting only of)”的含义来理解。对应的含义将附加于对应的词语“包括(comprise)”、“由......组成的(comprised)”和“包括(comprises)”出现的位置。
术语“空气”将包括可呼吸的气体，例如具有补充氧气的空气。还认为，可以将本文所描述的PAP设备设计为抽吸液体或除空气以外的气体。1、电动机
图1说明了根据本发明的实施方式的电动机或管式电动机10。在图示的实施方式中，电动机10为无刷直流电动机的形式。电动机10包括任选壳体12，旋转轴或转子14，安装在转子14上的永磁铁16，以及环绕转子14及其磁铁16的定子组件18。转子14由一对轴承20来可旋转地支撑，轴承20由轴承管22来保持或容纳。轴承20可以是本领域中公知的任意适当的类型，例如，常用的滚动元件轴承、液压轴承(空气或液体)、套筒轴承，或其它类型。
任选壳体12封装定子组件18、转子14、磁铁16、轴承20，以及轴承管22。端盖24设置到壳体12上以允许通向壳体内部以及壳体中封装的部件。另外，壳体的端盖24和端壁26中的每一个均包括开口28从而允许转子14的各个端部30、32在其中延伸。每个端部30、32均适于连接到诸如叶轮的设备上从而引起设备的旋转运动。然而，电动机10可以被构造为仅有转子14的一端从壳体12延伸出。使用中，电子控制器(典型地用作来自ResMed的PAP设备或气流发生器的部件)控制定子组件18的工作从而控制转子14的旋转运动，并且因此控制诸如叶轮的设备。1.1轴承管
在图示的实施方式中，轴承管22包括相对薄壁的固定的稳定管。1.1.1特性
轴承管22至少具有足够磁性透明从而允许磁场穿过其中的一部分。在一个实施方式中，所述“磁性透明”可以由一个或多个管的材料特性，例如非导电的、磁性透明的或非磁性的，和/或导热的管来提供。选择性地，如以下更详细描述的，所述“磁性透明”可以由一个或多个管中的孔来提供。
在一些应用中，由于管可以简单地包括一个或多个这些特性和/或足够程度的这些特性(例如，部分导电和/或部分导热)，因此管无需具有上述所有的材料特性(非导电、磁性透明和导热)。另外，尽管在实施方式中管22可以是导热的，这可能有利于加热空气和/或冷却鼓风机元件，但是非传导性的指的是(非)导电性。管包括适当的“磁性透明”、“非导电性”和/或“导热性”从而在不过度加热的情况下允许靠近磁铁的足够的磁通量。
在本发明的实施方式的上下文中，非传导材料将被理解为具有相对高的电阻率(例如，大约2微欧-米或更大)的材料而非磁性材料被理解为具有相对低的磁导率(例如，大约2或更小)的材料。这些材料特性的容许范围可以变化，例如取决于应用。
管可以是导热的从而允许释放热量(热可能在电动机上产生阻力、无功功率、缩短的轴承寿命、管变形等)。
另外，管延其长度或周长可以具有不同的材料特性，例如，不同水平或区域的“磁性透明”、“非导电性”和/或“导热性”。也就是说，管的一部分可以具有这些特性中的一个或多个，而管的其它部分可以不具有这些特性。
在可能期望磁通密度较高的磁铁和定子组件附近，磁性透明应该更强。在所述区域的外部，可以允许不同的特性而在某些情况下可能是没有必要的。例如，由固定在一起的不同元件来构造管可能是有利的，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导热的。1.1.2材料
轴承管22可以由诸如陶瓷(例如，稳定的氧化锆)、玻璃、聚合物、填充(但非传导性的)聚合物或增强聚合物(例如，玻璃纤维、碳、硼等)的非金属材料构成。然而，管还可以是金属的或半金属的。在一个实施方式中，管沿其长度或周长可以包括不同的材料。1.1.3形状
在图示的实施方式中，管沿其长度具有环形的横截面结构。然而，应该意识到，管可以具有其它适当的形状，例如，环形的或圆形的、正方形的、多边形的、圆锥形的等。
同样，管可以包括一个或多个部件(例如，多部件的构造)，例如，具有固定在一起的具有不同特性的不同元件。
在一个实施方式中，管可以是足够多孔的(例如，一个或多个孔、开口和/或狭缝)以允许磁场穿过管。在所述实施方式中，管可以包括或可以不包括非导电的、磁性透明的和/或导热的材料特性。1.1.4组合
应该理解的是，上述任意单个特征或特征的组合可以组成管的实施方式。也就是说，管可以包括上述特性、材料和/或形状的任意适当的组合。1.1.5部分
同样，应该理解的是，管的部分可以具有上述一个或多个特征，而管的其它部分可以不包括所述特征。1.1.6轴承支撑
如图所示，定子组件18沿管22的外表面42设置到管22的中部40上。轴承20沿管22的内表面48设置到管22的各个端部44、46上。管22将轴承20保持为基本完全的轴向对准。轴承20将转子14和磁铁16支撑在管内。另外，磁铁16被放置在轴承20之间以使磁铁16与定子组件18对准。
管22的内径与轴承20的外径基本相似。这允许轴承20例如通过摩擦配合、粘合剂等牢固且稳定地保持在管22内。
管22是足够“磁性透明的”(例如，非磁性的、非导电的和/或导热的)，这允许电动机10具有如下设计：如图1所示，磁性转子14位于管22内的轴承20之间。也就是说，定子组件18能够作用在位管22内的磁性转子14上而没有显著的磁通密度的损耗和/或增加的热量，即使有磁通密度的损耗和/或增加的热量。因此，管22提供了稳定的物理特性并且足以支撑电动机应用的需求。应注意的是，轴承管22可以被合并到“磁性透明”可能有益的其它电动机布置或其它应用中。1.2优点
磁性转子14被放置在“磁性透明”的管22内的图1的电动机布置具有若干优点。例如，电动机布置提供了较好的轴承与轴承的对准。较好的对准导致了改进的噪声和/或提高的寿命。另外，例如当转子和管的材料具有近似匹配的热膨胀系数时(例如，管和转子均可以由稳定氧化锆组成)，较好的对准导致容纳液压轴承的能力更强。
电动机布置还提供了较好的紧凑性(例如，转子可以位于非悬臂的管安装的轴承之间)，由于固有的低惯性转子而引起的较好的动态响应，以及由于构造的简单性而引起的较好的刚性。另外，电动机布置提供了对液压轴承与双头叶轮鼓风机构造二者的较好的容纳(例如，如下所述当电动机与PAP设备或气流发生器结合时)。
此外，当使用滚动元件轴承时，管与转子的匹配的导热系数可以允许一个去除预载弹簧。具体地，装配轴承的一种方法包括使用将力施加到轴承上的预载弹簧以确保轴承保持准确地对准并且保持在与管的端部相对的位置上，例如，如图4-3所示，与下轴承的凸缘380相对并且与上轴承的锥形凸缘382相对的位置。作为所述方法的可选方法，预载弹簧可以被去除并且轴承可以被诸如胶水的粘合剂或诸如机械紧固件的其它适当的固定器件等保持在适当的位置。轴承可以是各种各样的。例如，轴承可以被构造为套筒型、双联型、磁铁型等。
在图6中说明了所述可选方法。在所述方法中，可以(例如，由如虚线所指示的弹簧536)施加力以使轴承520、525与各个凸缘582、580相对并且准确对准。当由例如弹簧536施加力时，一旦对准，则诸如胶水的粘合剂A或其它固定器件可以被施加到轴承520、525与管522之间以将轴承520、525固定和保持在适当的位置中。一旦轴承520、525被固定地连接，则可以去掉所述力。
所述可选方法的一个潜在问题是，当电动机预热时，不同的部件(例如转子和管)将根据与用于制造所述部件的材料有关的各自的热膨胀系数而膨胀。因此，如果转子和管的材料具有允许它们以不同水平来膨胀的两种不同的热膨胀系数，则轴承可能移动或没有对准，引起了电动机的失衡。为了防止这种问题产生，管和转子可以由相同的材料制造以具有相同的热膨胀系数或者管和转子可以由具有相同的热膨胀系数的两种不同的材料制造。2.0与PAP设备结合的电动机
电动机10可以与PAP设备或气流发生器结合，PAP设备或气流发生器被构造为产生提供给患者用于治疗的一定量的加压气体，例如利用无创正压通气(NIPPV)治疗睡眠呼吸障碍(SDB)。在一个实施方式中，电动机可以被构造以高达大约30,000rpm和/或8mNm转矩来工作。
例如，图2为包括电动机10的PAP设备或气流发生器60的示意图。如图所示，PAP设备60包括壳体62以及支撑在壳体62内的鼓风机64。可以操作鼓风机64以将一定量的气体通过一个或多个进气开口(未示出，但是典型地设置在气流发生器壳体的底壁或侧壁处)吸入到壳体62中并且在出口66处提供加压气流。一定量的加压气体经由输气导管而被输送给患者，输气导管包括连接到PAP设备60的出口66的一端以及连接到舒适地接合患者的面部并且提供密封的面罩系统的相反端。在一个实施方式中，鼓风机被构造为取决于患者需求，以高达180L/min(在面罩处测量到的)的流速来输送例如在4-28cm H2O的范围内的适于CPAP或NIPPV的加压气体。同样，鼓风机可以被构造为输送双水平疗法或可变压力疗法(例如，2-6Gm H2O的低范围和6-30cm H2O的高范围)。
鼓风机64由壳体62支撑或位于壳体62内，并且包括至少一个叶轮68和电动机10以驱动至少一个叶轮68。在图示的实施方式中，鼓风机64具有双头叶轮鼓风机构造。具体地，电动机10包括图1所示的布置，并且转子14的每个端部30、32连接到叶轮68上。然而，鼓风机64可以包括连接到电动机10上的单个叶轮。
电动机可以与鼓风机组件结合，诸如在第6,910,483号美国专利，第2005/0103339号美国专利申请，于2005年10月28日提交的题目为“多级鼓风机及其巢式蜗壳”的第60/730,875号美国临时专利申请，以及于2006年2月22日提交的题目为“具有可变形的支撑套筒的鼓风机用电动机”的第60/775,333号美国临时专利申请中所公开的，其中的每一个以其全部内容通过引用合并于此。
同样，可以在其它应用中使用电动机10。2.1优点
包括图1的电动机布置的PAP设备或气流发生器60具有若干优点。例如，图1的电动机布置提供了较静音、寿命较长、较小、更可靠并且高响应的PAP设备。这提供了用于患者的更舒适且更便利的PAP设备。因为患者更为满意，所以医生更容易执行治疗。
另外，由于减少的部件数量和较少的机加工包括图1的电动机布置的PAP设备60提供了潜在地低成本，用于实现常规的滚动元件轴承的较好的电动机平台，容纳液压轴承的电动机平台，容纳液压轴承和双头叶轮鼓风机构造的电动机平台和/或容纳液压轴承和双头叶轮鼓风机构造以及整体蜗壳和/或鼓风机壳体的电动机平台。3、电动机的可选实施方式
图3-1和图3-2说明了根据本发明的另一个实施方式的电动机或管式电动机210。管式电动机210与上述管式电动机10基本相似，并且还说明了电动机在无需壳体或端盖的情况下起到电动机作用的能力。
如图所示，电动机210包括旋转轴或转子214，旋转轴或转子214包括设置到其上的永磁铁216，“磁性透明”的轴承管222，其构造为保持或容纳将转子214可旋转地支撑在管222内的轴承220，以及定子组件218，其沿管222的外表面设置(例如，通过摩擦保持在管上)。
在图示的实施方式中，定子组件218包括绕组219，定子或定子叠层221，其设置到绕组219上，以及一个或多个绝缘体223，其设置在绕组219与定子叠层221之间以使定子叠层221与绕组219绝缘。如上所述，若有的话，管222也是“磁性透明”的，这允许定子组件218作用于放置在管222内的磁性转子214而没有显著的磁通密度损耗和/或增加的热量，即使有磁通密度损耗和/或增加的热量的话。
间隔件234设置在转子磁铁216与轴承220中的一个之间，并且弹簧或偏置元件236设置在转子磁铁216与轴承220中的另一个之间。该布置保持了转子磁铁216与定子组件218的对准。
在此处描述的“管式电动机”中，壳体元件由延伸穿过定子组件218的核心的单个管222代替。管22是薄壁(但坚固)并且“磁性透明”的，这允许轴承安装在单个孔内而转子磁铁嵌套在其间。转子的磁通量穿透管壁(由于管是“磁性透明”的)以与定子绕组电流相互作用而产生轴转矩。
因此，“筒式电动机”是独立式的，其中定子和转子被管以允许管式电动机起到电动机的作用的方式来支撑和/或容纳。也就是说，壳体或端盖无需支撑和/或容纳定子和/或转子，例如，壳体无需支撑电动机轴承。在PAP设备中，壳体和/或端盖可以设置到管式电动机上以限定用于加压气体的充气室。3.1益处和特征
管式电动机210的益处和特征包括下列中的一个或多个：
低成本；
无壳体：无需壳体或端盖；
可以为高性能；
低惯性；
可以双轴；
管提供了出色的孔孔同心度(低噪声而无需高精度的机加工的壳体部件)；
有利于隔振；
高功效(低铁耗)；
良好的热性质(尤其是对于定子)，例如，由于加压气体指向定子周围引起的对定子的冷却作用。定子和轴承上减小的热量可以增加电动机的可靠性和寿命。同样，热可以通向加压气体以有助于加热气体；
紧凑的构造；
高的可制造性；
无槽定子(零齿槽效应)；
无传感器(或“有传感器”的-如果需要的话)；
可正弦驱动(例如，大约1.1％THD(总谐波失真))；和/或
通过使用管的公差的减小或消除(例如，定子可能由于转子/定子对准而无需公差)。
应该意识到，电动机10、210可以包括一个或多个相似的优点、益处和/或特征。4、PAP设备的可选实施方式
图4-1至4-3说明了根据本发明的另一个实施方式的PAP设备或鼓风机360。如图所示，PAP设备360包括蜗壳或壳体362，其限定了大体螺旋形的通道363，管式电动机310，其包括由壳体362支撑或位于壳体362内的“磁性透明”的管322，叶轮368，其设置到管式电动机310的转子314上，以及盖或端盖365，其设置到壳体362上以封装叶轮368。
正如图4-2所示，可以操作PAP设备360以将一定量的气体通过入口367吸入壳体中并且在出口366处提供加压气流。PAP设备360通常是圆柱形的，入口367与PAP设备的轴对准并且出口366被构造为通常在切向上引导气体流出PAP设备。
在一个实施方式中，PAP设备360可以具有大约60mm的直径以及大约30mm的高度，这提供了大约85cm3的圆柱体积。出口366可以具有大约10mm的直径。应该理解的是，这些尺寸仅仅是示例性的并且取决于应用其它的尺寸是可行的。4.1管式电动机
管式电动机310包括旋转轴或转子314，旋转轴或转子314包括设置到其上的永磁铁316，“磁性透明”的管322，其被构造为保持或容纳可旋转地将转子314支撑在管322内的轴承320、325，以及定子组件318，其沿管322的外表面设置(例如，通过摩擦保持在管上)。
定子组件包括绕组319，定子或定子叠层321(例如，无槽或无齿)，其设置到绕组319上，以及一个或多个绝缘体323，其设置在绕组319与叠层321之间以使叠层321与绕组319绝缘。在于2006年12月28日提交的第60/877,373号美国临时申请中公开了线圈绕组的进一步的细节，其全部内容通过引用合并于此。4.1.1一体式管
管式电动机310的管322包括管部370，护罩372，其设置到管部370的一端上，以及环形凸缘374，其从护罩372延伸出。在图示的实施方式中，管322整体模制(例如，注模)成一体式结构。然而，管322可以其他适当的方式构造。4.1.2轴承对准和保持
管322的管部370被构造为保持并且对准可旋转地支撑转子314的轴承320、325。在图示的实施方式中，管部370被构造为使得混合的轴承尺寸可以被使用。
如图所示，管部370的上端被构造为支撑轴承320而管部370的下端被构造为支撑轴承325，轴承325具有比轴承320小的尺寸或直径。
具体地，管部370的上端包括限定了直径D并且适于支撑轴承320的环形表面376。管部370的下端包括限定了较小直径d并且适于支撑轴承325的环形表面378。如图所示，一体式管部370提供了精确的孔与孔的对准，这提供了精确的轴承与轴承的对准。管部370的上端还包括被构造为对支撑轴承320的管部370的上端进行加固的一个或多个延伸部338。
在一个实施方式中，管部可以被制造为使得实质上无模锻斜度沿适于支撑各个轴承320、325的表面376、378设置。然而，模锻斜度可以沿表面376与378之间的表面设置以有利于沿图中的线来模制。
斜面377可以设置在表面376、378之间以将转子314(具有设置到各个端部上的轴承320、325)导向管部370的下端中。例如，转子314的较小的轴承侧可以通过管部370的上端而插入或“落入(dropped into)”到管部370中。随着较小的轴承325靠近下端，斜面377将引导轴承325与具有减小的直径的表面378接合。因此，轴承325被自导向进入其工作位置中。
在图示的实施方式中，管部370的下端包括在下端处为轴承325提供停止或支撑的凸缘380。同样，管部370的上端包括适于接合轴承320的一个或多个锥形凸缘部382，并且因此将转子保持在管部370内。
锥形凸缘部382提供压接式轴承保持力。也就是说，锥形凸缘部382可以在转子组件之上弹性地偏转以允许轴承320压接管部370，但是一旦装配，则防止了从管部370移去轴承320(因而以及转子)。
弹簧或偏置元件336可以设置在轴承320与转子磁铁316之间以保持转子磁铁316与定子组件318的对准。4.1.3护罩
管322的护罩372形成了用于将加压气体导向出口366的用于通道363的上壁或挡板。在图示的实施方式中，护罩372为设置到(例如，以一体式整体形成)管部370的靠近叶轮368的一端的圆盘的形式。
在图示的实施方式中，护罩372的外缘与叶轮368的外缘实质对准或径向延伸到叶轮368的外缘以外。护罩372提供了其外缘与壳体362的壁之间的窄的环形间隙385(例如，大约1mm)，环形间隙385足以将气体导向通向出口366的通道363中。4.2管式电动机与壳体接合
管式电动机310和壳体362提供了适于将管式电动机310支撑、对准和/或容纳在壳体362内的互补结构元件。
在图示的实施方式中，壳体362包括在适于容纳各个短小突起386的壳体壁的上部的一个或多个狭槽384，短小突起386沿护罩372的外缘设置(例如，参见图4-1)。在一个实施方式中，护罩372包括容纳在壳体362的各个狭槽384中的三个短小突起386。然而，可以设置任意适当数量的狭槽/短小突起。
壳体362和管322合作以将定子组件318支撑并且保持在工作位置中。如图4-1和4-3所示，管322的环形凸缘374被构造为封装绕组319的上部并且接合叠层321的上侧。相似地，壳体362的底壁包括环形凸缘388，环形凸缘388被构造为封装绕组319的下部并且接合叠层321的下侧。因此，环形凸缘374、388合作以将定子组件318封装并夹在壳体362与管322之间。
同样，每个凸缘374、388均包括适于在通过叠层321而设置的相应的孔391内接合的一个或多个锚定突起(还称为锚定点或定位销)。该布置使壳体362和管322自连接到叠层321上和/或与叠层321对准。在图示的实施方式中，凸缘374、388的外表面与叠层321的外表面实质上齐平。
另外，壳体362的底壁包括适于容纳管322的管部370的下端的开口392。一个或多个短小突起394可以沿适于在各个开口396内接合的开口392的边缘设置，开口396设置在管部370的下端中。
在一个实施方式中，设置到管式电动机310和壳体362上的上述补充结构元件可以提供压接保持力。4.3叶轮
在图示的实施方式中，PAP设备360包括单个叶轮368。如图所示，叶轮368包括夹在一对盘状的轮盖371、373之间的多个连续弯曲的或直的叶片369。较小的轮盖373与适于容纳转子314的端部的轮毂或套管375结合。叶轮的进一步的细节在于2006年10月27日提交的第PCT/AU2006/001617号PCT申请中公开，其全部内容通过引用合并于此。
该布置提供了低成本和低惯性的交替轮盖叶轮。在一个实施方式中，间隙G(例如，参见图4-3)可以通过压制垫片(press-to-shim)技术来控制。例如，垫片333可以沿管322的上端设置，管322适于接合叶轮368的轮毂375的下端(由于轮轴375安装到转子314上)并且因而控制间隙G的尺寸。
在一个实施方式中，叶轮368可以具有大约50mm的直径。应该理解的是，该尺寸仅仅是示例性的并且取决于应用其它尺寸是可行的。4.4可选平衡圈
如图4-1所示，平衡圈398可以可选地设置到转子314的相反端部(与支撑叶轮368的端部相反的端部)。
该布置可以有利于管式电动机310的单个平面或两个平面的平衡。4.5液体流动路径
正如图4-3所示，气体在入口367处进入PAP设备并且进入叶轮368，在叶轮368处气体在切向上加速并且沿径向向外引导。护罩372的外缘与壳体362的壁之间的间隙385允许气体进入通道363并且向下环绕管式电动机310侧。以螺旋的方式朝向出口366流动的气体穿过通道363以及管式电动机310侧的周围。4.5.1定子冷却
在图示的实施方式中，定子组件318的叠层321的外表面暴露在壳体362的通道363下因而暴露在穿过通道363的气体下。由于使用中气体流过通道363，因此该布置允许叠层321的强制对流冷却。4.6简单构造和低成本
PAP设备360包括具有单个叶轮的相对基本的构造以提供相对基本的CPAP和/或打鼾PAP治疗。
另外，PAP设备360提供了四个模塑(例如，注模的)部件，即，壳体362、管322、叶轮368以及端盖365。这些模制部件(连同转子314、定子组件318、轴承320、325以及弹簧336一起)提供了具有相对较低成本的部件及组件的布置。5、具有可变形核心的PAP设备
图5-1至图5-6图示了根据本发明的另一个实施方式的PAP设备或鼓风机460(例如，通过双水平NIV治疗来提供CPAP)。在该实施方式中，PAP设备460包括壳体462以及被隔振系统455支撑在壳体462内的核心461。如以下更详细描述的，隔振系统455相对于壳体462以可变形的隔振方式来支撑核心461，以使核心461与壳体463实质上绝缘。因此，使用中由核心461产生的振动和/或其它运动与壳体462实质上绝缘。5.1核心
在图示的实施方式中，核心461包括管式电动机410，其包含“磁性透明”的管422，核心壳体450，其被构造为实质上封闭管式电动机410，叶轮468，其设置到管式电动机410的转子414的一个端部上，以及平衡圈498，其设置到转子414的相反的端部上。5.1.1管式电动机
如上所述，管式电动机410包括旋转轴或转子414，旋转轴或转子414包括设置到其上的永磁铁416，“磁性透明”的管411，其被构造为保持或容纳将转子414可旋转地支撑在管422内的轴承420，以及定子组件418，其沿管422的外表面设置(例如，通过摩擦保持在管上)。
定子组件418包括绕组419，定子或定子叠层421(例如，无槽的或无齿的)，其设置到绕组419上，以及一个或多个绝缘体423，其设置在绕组419与叠层421之间以使叠层421与绕组419绝缘。
弹簧或偏置元件436可以设置在轴承420中的一个与转子磁铁416之间以保持转子磁铁416与定子组件418的对准。5.1.2核心壳体
在图示的实施方式中，核心壳体450包括设置到管422的一端上的第一壳体部452以及设置到管422的相反端上的第二壳体部454。
如图所示，第一壳体部452包括护罩472，其形成用于壳体通道463的上壁或挡板。内环形凸缘474和外环形凸缘479从护罩472延伸出。在图示的实施方式中，护罩472和叶轮468沿其径向长度具有锥形或倾斜的结构。然而，其它适当结构的护罩和叶轮是可行的。
如上所述，护罩472在其外缘与壳体462之间设置了窄的环形间隙485，环形间隙485足以将气体引入壳体通道463中。
护罩472包括允许转子414的一个端部穿过其中的开口。开口的边缘包括适于容纳管422的一端的环形狭槽484。
同样，内环形凸缘474被构造为封闭绕组419的上部并且接合叠层421的上侧。内环形凸缘474包括适于在通过叠层421而设置的相应的孔491内接合的一个或多个锚定突起490。
第二壳体部454包括主壁487以及从主壁487延伸出的环形凸缘488。主壁487包括允许转子414的相反端部穿过其中的开口。开口的边缘包括适于容纳管422的相反端的环形狭槽489。
同样，环形凸缘488被构造为封闭绕组419的下部并且接合叠层421的下侧。环形凸缘488包括适于在通过叠层421而设置的相应的孔491内接合的一个或多个锚定突起493。
因此，凸缘474、488合作以封闭定子组件418并且将定子组件418夹在中间。在图示的实施方式中，凸缘474、488的外表面与叠层421的外表面，即，暴露的叠层的外表面实质上齐平。如上所述，由于使用中气体流过壳体通道463，因此该布置允许叠层421的强制对流冷却。
核心壳体450还包括设置到第二壳体部454上并且适于在转子414的一个端部处封闭平衡圈498的盖子495。
在可选的实施方式中，与上述管322类似，核心壳体450中的一个或部分可以与管422一体式整体形成。5.2壳体
壳体462包括提供用于壳体通道463的外壁的主体481以及设置到主体481上以封闭核心461的盖或端盖465。
正如图5-1和图5-4所示，可以操作PAP设备460以将一定量的气流通过入口467吸入到壳体中并且在出口466处提供加压气流。PAP设备460通常是圆柱形的，入口467与PAP设备的轴对准并且出口466被构造为通常在切向上引导气体流出PAP设备。5.3隔振系统
隔振系统455包括支撑核心461的前部的前悬架456(或前隔振器)以及支撑核心461的后部的后悬架458(或后隔振器)。前悬架456和后悬架458一起以相对于壳体462可变形的隔振方式支撑核心461。5.3.1前悬架
前悬架456包括多个偏置元件457，例如板簧。正如图5-3所示，每个偏置元件457均包括一个端部457(1)，其设置到核心461的护罩472的外环形凸缘479上，相反端部457(2)，其设置到壳体462的主体481上，以及中间部457(3)，其提供可变形结构以使核心461与壳体462绝缘。
在图示的实施方式中，一个端部457(1)包括适于容纳凸缘479的自由端的弯曲结构。相反端部457(2)包括适于在设置到主体481上的狭槽483内接合的弯曲结构。中间部457(3)弯曲成为类手风琴或波纹管状构造以提供可变形结构。
使用中，偏置元件457将核心461的前部支撑在壳体462内，同时使核心461与壳体462隔绝，例如隔振。
另外，来自绕组419的导线W可以连接到一个或多个偏置元件457，例如，连接到端部457(1)上的导线W上。这允许偏置元件457(例如，由金属形成的板簧)将来自外部电源的电流传导至绕组419。例如，图5-1和图5-2图示了外部电源S可以连接到端部457(2)上以通过偏置元件457传导电流并可以连接到来自绕组419的导线W上。5.3.2后悬架
后悬架458为有弹性的柔性接头459(例如，由硅树脂材料形成)的形式，接头459具有设置到核心壳体450的盖子495上的一端459(1)以及设置到壳体462的主体481上的相反端459(2)。
在图示的实施方式中，端459(2)包括适于容纳设置在主体481的下壁中的开口499的边缘的环形槽497。
使用中，有弹性的柔性接头459将核心461的后部支撑在壳体462内，同时使核心461与壳体462隔绝，例如，隔振。
虽然已经结合了目前被认为是最实用的并且最优选的实施方式对本发明进行了描述，但是应该理解的是，本发明不局限于所公开的实施方式，而与此相反的是，本发明旨在覆盖包括在本发明的精神和范围内的各种改进和等同配置。同样，上述各种实施方式可以结合其它实施方式实现，例如，一个实施方式的方案可以与另一个实施方式的方案组合以实现另外的实施方式。此外，任意已知组件中的每个独立的特征或部件可以构成另外的实施方式。而且，任意已知组件中的每个单独的部件，任意已知组件的单独部件中的一个或多个部分，以及来自一个或多个实施方式的部件的各种组合可以包括一个或多个装饰性的设计特征。另外，虽然本发明具有对于罹患OSA的患者的特殊应用，但是应该意识到的是，罹患其它疾病(例如，充血性心力衰竭、糖尿病、病态肥胖症、中风、肥胖手术等)的患者也可以从上述技术获得益处。此外，上述技术在非医学应用中对于患者和非患者具有同样的应用性。

Claims (48)

1.一种无刷直流电动机，包括：
转子，其具有磁铁；
一对轴承，其支撑所述转子；
定子组件，其适于控制所述转子的运动；以及
管，其设置在所述转子与所述定子组件之间，所述管具有内部和外表面，所述定子组件沿所述管的所述外表面设置，并且所述转子、所述磁铁和所述一对轴承设置在所述管的所述内部内，其中所述管的至少一部分足够磁性透明以允许磁场在所述磁铁与所述定子组件之间穿过。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中所述管由基本非导电的和/或非磁性的材料构成。
3.根据权利要求1所述的电动机，其中所述管由基本导热的材料构成。
4.根据权利要求1所述的电动机，其中所述管是足够多孔的以允许磁场穿过其中。
5.根据权利要求1所述的电动机，其中所述轴承包括滚动元件轴承、液压轴承和/或套筒轴承。
6.根据权利要求1所述的电动机，其中所述轴承沿所述管的内表面设置以将所述转子支撑在所述管的内部中。
7.根据权利要求1所述的电动机，其中所述管由陶瓷、玻璃或聚合物构成。
8.根据权利要求1所述的电动机，其中所述管由填充聚合物或增强聚合物构成。
9.根据权利要求1所述的电动机，其中所述管由非导电的填充聚合物构成。
10.根据权利要求7所述的电动机，其中所述管由稳定的氧化锆构成。
11.根据权利要求7所述的电动机，其中所述管由玻璃纤维、碳或硼构成。
12.一种无刷直流电动机，包括：
磁性转子，其可旋转地支撑在一对轴承之间；
定子组件，其环绕所述转子并且适于控制所述转子的运动；以及
管，其位于所述转子与所述定子组件之间并且被构造为将所述轴承和转子保持在所述管的内部中，所述管具有足够磁性透明以允许磁场在所述磁性转子与所述定子组件之间穿过的至少一部分。
13.根据权利要求12所述的电动机，其中所述管由基本非导电和/或非磁性的材料构成。
14.根据权利要求12所述的电动机，其中所述管由基本导热的材料构成。
15.根据权利要求12所述的电动机，其中所述管是足够多孔的以允许磁场穿过其中。
16.一种用于产生提供给患者用于治疗的一定量的加压气体的气道正压通气设备，所述气道正压通气设备包括：
壳体；
鼓风机，其设置到所述壳体上，所述鼓风机是可操作的以在出口处提供压缩气流，
其中所述鼓风机包括至少一个叶轮以及根据权利要求1至15中任一项所述的电动机，电动机用以驱动所述至少一个叶轮。
17.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中所述电动机的所述转子包括适于结合到所述叶轮上的至少一个端部。
18.根据权利要求17所述的气道正压通气设备，其中所述转子包括具有相反的端部的轴，所述端部中的每一个均适于结合到叶轮上。
19.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中所述鼓风机被构造为输送在4至28cmH2O的范围内的加压气体。
20.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中所述鼓风机被构造为输送适于持续气道正压通气或无创正压通气治疗的加压气体。
21.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中，所述壳体限定了充气室。
22.根据权利要求21所述的气道正压通气设备，其中所述管包括适于形成用于所述充气室的上壁或挡板的护罩。
23.根据权利要求22所述的气道正压通气设备，其中所述护罩与所述管以一体式整体形成。
24.根据权利要求22所述的气道正压通气设备，其中所述护罩在其外缘与所述壳体之间设置窄隙以将气体引入所述充气室中。
25.根据权利要求22所述的气道正压通气设备，其中所述护罩包括一个或多个短小突起，所述短小突起容纳在设置在所述壳体中的相应的狭槽内。
26.根据权利要求22所述的气道正压通气设备，其中所述护罩包括第一环状凸缘而所述壳体包括第二环状凸缘，所述第一环状凸缘和所述第二环状凸缘配合以封装定子组件的绕组并且接合所述定子组件的定子的相反侧。
27.根据权利要求26所述的气道正压通气设备，其中所述第一环状凸缘和所述第二环状凸缘中的每一个均包括适于在穿过所述定子设置的相应的孔内接合的一个或多个锚定突起。
28.根据权利要求26所述的气道正压通气设备，其中所述定子包括暴露于所述充气室的外表面，以使在使用时穿过所述充气室的气体允许所述定子的强制对流冷却。
29.根据权利要求26所述的气道正压通气设备，其中所述壳体包括适于容纳所述管的一端的开口。
30.根据权利要求29所述的气道正压通气设备，其中一个或多个短小突起沿所述开口的边缘设置以与设置在所述管的端部中的相应的开口接合。
31.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中，所述叶轮包括夹在一对盘状轮盖之间的多个连续弯曲的或直的叶片。
32.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，进一步包括平衡圈，所述平衡圈设置在所述转子的与所述叶轮相反的端部上。
33.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中所述壳体、所述管、所述叶轮和/或所述壳体的端盖是模制部件。
34.根据权利要求33所述的气道正压通气设备，其中所述模制部件是塑料模部件。
35.根据权利要求16所述的气道正压通气设备，其中所述鼓风机被隔振系统支撑在所述壳体内。
36.根据权利要求35所述的气道正压通气设备，其中所述隔振系统包括支撑所述鼓风机的前部的前悬架以及支撑所述鼓风机的后部的后悬架。
37.根据权利要求36所述的气道正压通气设备，其中所述前悬架包括多个偏置元件。
38.根据权利要求37所述的气道正压通气设备，其中每个偏置元件均为板簧的形式。
39.根据权利要求37所述的气道正压通气设备，其中所述偏置元件被构造为将所述鼓风机的所述前部支撑在所述壳体内，同时使所述鼓风机与所述壳体绝缘。
40.根据权利要求37所述的气道正压通气设备，其中一个或多个所述偏置元件结合到所述定子组件的绕组上以将来自外部电源的电流传导至所述绕组。
41.根据权利要求36所述的气道正压通气设备，其中所述后悬架为有弹性的柔性接头的形式。
42.根据权利要求41所述的气道正压通气设备，其中所述接头由硅树脂材料形成。
43.根据权利要求41所述的气道正压通气设备，其中，所述接头被构造为将所述鼓风机的所述后部支撑在所述壳体内，同时使所述鼓风机与所述壳体绝缘。
44.一种用于制造电动机的方法，包括：
形成管，所述管具有足够磁性透明以允许磁场从其中穿过的至少一部分；
将磁性转子设置到所述管的内部；以及
将定子组件设置到所述管的外部以控制所述磁性转子的运动。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述形成管包括由非导电和/或非磁性的材料形成管。
46.根据权利要求44所述的方法，其中所述形成管包括由基本导热的材料形成管。
47.根据权利要求44至46中任一项所述的方法，其中所述形成管包括形成具有足够磁性透明以允许磁场穿过其中的结构和/或材料特性的管。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述形成管包括形成足够多孔以允许磁场穿过其中的管。
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