CN103907272A

CN103907272A - 用于将冷却风扇紧固至机电式机器的方法和设备

Info

Publication number: CN103907272A
Application number: CN201280054029.7A
Authority: CN
Inventors: D·E·梅利
Original assignee: Remy International Inc
Current assignee: Remy Technologies LLC; Remy International Inc
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-07-02
Also published as: WO2013066871A1; US20130113312A1; US8847446B2

Abstract

一种用于电机的转子装置包括转子轴和与转子轴联接的转子区段。所述转子区段包括主体和与主体成一体的套圈。所述套圈包括与所述转子区段的主体部分邻近的外部周边沟槽。所述转子装置还包括冷却风扇，所述冷却风扇具有由内周限定的中心开口。风扇的中心开口被构造成：能够滑动地接合套圈，且能够在嵌入直径和锁定直径之间调节。当中心开口处于锁定直径下时，风扇的内周的至少一部分延伸到套圈中的外部周边沟槽中，从而使风扇保持在转子区段中。

Description

用于将冷却风扇紧固至机电式机器的方法和设备

技术领域

本申请涉及车辆电气系统的领域，尤其涉及将内部冷却风扇紧固至机电式机器、比如交流发电机的领域。

背景技术

交流发电机用于将来自车辆发动机的机械能转化为用于车辆的电能。通过交流发电机产生的电能用于为车辆电池充电，且还可用于驱动车辆上的电负载。

交流发电机通常包括位于转子上的可旋转的磁场线圈。转子可旋转地定位在具有多个定子绕组的定子内。发动机的操作引起转子和磁场线圈转动。流过旋转的磁场线圈的电流使得在定子绕组中感应出相关电流。流过定子绕组的电流提供了输出电压，所述输出电压被整流并被传输至车辆上的车辆电池和/或电负载。

现代车辆交流发电机包括能控制通过磁场线圈的电流的调整器。当较大的电流被提供至磁场线圈时，交流发电机的输出就增加。当较小的电流被提供至磁场线圈时，交流发电机的输出就降低。

存在多种不同的旋转式机电式机器设计。一种常见的设计是伦德尔(Lundell)或“爪极式”设计。爪极式设计通常用于电动发电机、例如交流发电机。在爪极式机器中，转子包括绕着一个或多个磁场绕组定位的爪形电极区段(通常是一对区段)。电极区段具有爪形的磁电极，且在相对的区段上的电极成栅网关系交错。

在爪极式机器经常操作所处的热条件下，适当的冷却对于保证适当且持久的操作是至关重要的。内部冷却风扇通常用于冷却爪极式机器。内部冷却风扇通常通过焊接或摩擦夹持附连至电极区段。

传统的内部冷却风扇附连技术有时在多个方面有不足之处。对于传统技术，内部冷却风扇的选择是受限的。例如，为了将风扇焊接至电极区段，风扇必须由合适的材料形成。因此，提供一种能扩大用于形成风扇的合适材料的范围的附连技术是有益的。

另外，传统的附连系统易于疲劳和/或失效。夹具和焊接点可能在持久的操作过程中降级并最终失效。此外，当电扇通过摩擦或焊接固定至区段时，来自磁场绕组的漆可能填塞在风扇与区段之间，且在组装过程中被挤住。由于漆在通常的交流发电机操作温度范围下具有低的屈服点，因此，漆可在夹紧的组件的压力下屈服，且组件可能变松。因此，还需要能在持久的操作中提供增加的耐久性的附连方法。

发明内容

一种用于适于车辆的电机的转子装置包括转子轴和联接至转子轴的转子区段。转子区段包括主体部分和与主体部分成一体的套圈。套圈包括外部周边沟槽。所述转子装置还包括风扇，所述风扇具有由内周限定的中心开口。风扇的内周的至少一部分延伸到套圈中的外部周边沟槽中，从而使风扇被保持在转子区段上。

根据本公开的另一实施例，提供了一种组装用于电机的转子装置的方法。该方法包括将风扇嵌到转子区段上，使得转子区段延伸穿过风扇的中心开口。转子区段包括外部周边沟槽。风扇包括限定出所述中心开口的内周和邻近于所述内周的至少一个波状轮廓形表面(contoured surface)。该方法还包括改变波状轮廓形表面，从而使风扇的内周的至少一部分延伸到转子区段的外部周边沟槽中。

根据本公开的又一实施例，一种用于机电式机器的转子装置包括转子轴，所述转子轴轴向地延伸且能够在机器内旋转。所述转子轴限定出一轴线，转子装置可绕着该轴线旋转。所述转子装置还包括套圈，所述套圈绕着转子轴布置且沿着转子轴轴向地延伸。所述套圈包括垂直于所述轴线延伸的大致平坦的表面和与所述大致平坦的表面邻近的外部周边沟槽。所述转子装置还包括风扇，所述风扇具有由内周限定的中心开口。风扇绕着套圈布置成使内周邻近于外周沟槽。风扇的中心开口能够在嵌入直径与小于所述嵌入直径的锁定直径之间调节。风扇的内周延伸到套圈中的外部周边沟槽中，从而使风扇被保持在转子轴上。

本领域的技术人员通过参看以下详细描述和附图将更容易理解上述特征和优点以及其他方面。尽管期望提供一种具有对审查本公开的人士而言显而易见的这些或其他有利特征中的一个或多个的电机，但在此公开的教导也可扩展到落入权利要求的范围内的那些实施例，不管它们是否实现了上述优点中的一个或多个。

附图说明

图1示出了用于如本文所公开的电机的一种转子装置的等轴视图；

图2示出了图1的转子装置在将风扇最终附连至转子轴之前的放大的等轴视图；

图3示出了转子装置的沿着穿过图2的剖面线III-III延伸的平面的剖视图；

图4示出了图2的冷却风扇的一个实施例的顶视图；

图5示出了风扇的沿着图4的剖面线V-V的剖视图；

图6A示出了图2的转子装置的剖视图，其中，压具接合风扇的波状轮廓形表面，以使风扇附连至转子轴；

图6B示出了图2的转子装置的在将风扇最终附连至转子轴后的剖视图；

图7示出了用于将冷却风扇紧固至转子装置的一种方法的流程图。

具体实施方式

参照图1，示出了可用于交流发电机中的转子装置10。该转子装置包括转子区段22和一个或多个磁场绕组24。转子区段22被示为爪极式区段23，尽管也可使用其他转子区段构型。爪极式区段23(通常是一对区段)绕着所述一个或多个磁场绕组24定位。爪极式区段23具有多个爪形磁极或多个爪部25，且绕着所述一个或多个磁场绕组24固定成使爪部25啮合。

参照图1和图2，在至少一个实施例中，爪极式区段23联接至转子轴20。转子轴20限定出轴线21，转子轴20绕着所述轴线21在机器内旋转。爪极式区段23到转子轴20的联接可通过任何已知的联接方法来实现，例如通过转子轴20与爪极式区段23之间的简单的干涉配合或压配合、或通过使用转子轴20上的滚花(未示出)来实现。

参照图1和图3，爪极式区段23包括主体部分26和与所述主体部分26成一体的套圈27。主体部分26包括垂直于轴线21延伸的大致平坦的表面28。爪极式区段23的所述多个爪部25与主体部分26的平坦的表面28成整体，并平行于轴线21延伸。

套圈27包括邻近主体部分26的大致平坦的表面28定位的外部周边沟槽30。在图1-3的实施例中，外部周边沟槽30是绕着套圈部分27基本上连续的环形沟槽。尽管所示的实施例将周边沟槽30示为大致圆形的，但是应注意，用于沟槽30的其他几何形状也是可行的。例如，周边沟槽30的在与轴线21垂直的方向上的横截面几何形状可以是圆形、方形、长方形、三角形或者这些或其他形状的任何拉长的几何形状。

套圈27与主体部分26的一体化可以以多种方式来实现。在一个实施例中，爪极式区段23的主体部分26和套圈27由同一材料体形成。在另一实施例中，主体部分26和套圈27是转子装置10的物理上分开的、但是彼此紧邻的构件。在又一实施例中，主体部分26和套圈27是物理上分开的、但是被构造成彼此互锁的构件，意味着主体部分26和套圈27中的至少一个可滑动地搭接另一个。

参照图2、图4和图5，转子装置10还包括风扇31。风扇31包括多个叶片32、由内周36限定的中心开口34和基本上围绕内周36的中心支撑底部33。在图2、图4和图5的实施例中，内周36是环形的，从而它形成沿着风扇的内边缘的环部。在多个其他实施例中，内周36可仅包括边缘、例如两个或多个相对的边缘。附加地，在图2、图4和图5的实施例中，环形的内周是间断的且不连续的。然而，应当注意，在其他实施例中，与此处所公开的相比，环形的周边可以是差不多连续的。另外，在图2、图4和图5的实施例中，内周36是大致圆形的。尽管所示的实施例将内周36示为大致圆形的，但是，用于内周36的其他几何形状也是可行的。例如，内周36的在与轴线21垂直的方向上的横截面几何形状可以是圆形、方形、长方形、三角形或者这些或其他形状的任何拉长的几何形状。在至少一个实施例中，套圈27的周边沟槽30和风扇31的内周36在与轴线21垂直的方向上具有相似的几何形状。

参照图3、图5和图6B，中心支撑底部33包括大致平坦的表面38，所述大致平坦的表面38基本上围绕内周36且沿着与轴线21垂直的方向延伸。参照图6B，在一个实施例中，风扇31的内周36的至少一部分被构造成：在风扇31的大致平坦的表面28、38与爪极式区段23邻近时延伸到套圈27的外部周边沟槽30中。内周36以如下方式延伸到外部周边沟槽30中：使风扇31在爪极式区段23上被保持在爪极式区段23的套圈27与主体部分26之间。

参照图3、图4和图5，中心支撑底部33还包括在内周36与大致平坦的表面38之间的至少一个波状轮廓形表面44。在一个实施例中，波状轮廓形表面44是在轴向方向上远离爪极式区段23的主体部分26的大致平坦的表面28延伸的凸状表面。尽管示例性实施例将波状轮廓形表面44示为凸状表面，但是其他波状轮廓形表面几何形状、例如凹状表面和三角状表面也是可行的。

参照图2和图4，中心支撑底部33的一部分被分段成多个保持指部50和至少一个止锁部42。在该实施例中，波状轮廓形表面44穿过所述保持指部50和所述至少一个止锁部42。参照图3和图6B，保持指部50被构造成：使风扇31的中心开口34能在嵌入直径d₃与小于嵌入直径d₃的锁定直径d₄之间调节。

参照图2、图3和图6B，套圈27还包括具有直径d₁的外周54，所述直径d₁小于嵌入直径d₃且大于锁定直径d₄。套圈27的外部周边沟槽30限定出小于锁定直径d₄的沟槽直径d₂。尽管外周54、中心开口34和外部周边沟槽30被描述为具有相应的直径d₁、d₂、d₃、d₄，但是术语“直径”不意味着要将这些元件的几何形状限制成任何一种形状，例如圆形或椭圆形。因此，本文所使用的术语“直径”是指在大致相对的表面之间的最大直径。

外周54的直径、外部周边沟槽30的直径以及由保持指部50限定的嵌入直径和锁定直径被构造成：在将风扇31组装于爪极式区段23的过程中，使风扇31能够滑动地接合套圈27。此外，这些直径被构造成：当风扇31的和爪极式区段23的大致平坦的表面28、38邻近时，在将风扇31组装于爪极式区段23之后，将风扇31保持在爪极式区段23上。

参照图1和图2，套圈27还包括在与轴线21平行的方向上沿着套圈27延伸的至少一个凹部40。风扇31的所述至少一个止锁部42延伸到套圈27的所述至少一个凹部40中，以便使风扇31绕着套圈27定位，并在套圈上为风扇提供锁定结构特征(即，能防止风扇由于风扇31和套圈的旋转动量而相对于转子区段23和套圈27滑动的结构特征)。尽管所示出的实施例将所述至少一个凹部40和所述至少一个止锁部42示为转子装置10上的仅有的定位和旋转锁定结构特征，但是也可提供替代性的或附加的定位和旋转锁定结构特征。例如，对于所述至少一个凹部和所述至少一个止锁部40、42而言，替代性地或附加地，外部周边沟槽30和内周36可被构造成具有相配的几何形状，以便使风扇31绕着套圈27定位而不能旋转。还应注意，所述至少一个止锁部42和所述至少一个凹部40可调换，使得风扇31包括凹部(未示出)而套圈27包括止锁部(未示出)。

参照图7，示出了用于将冷却风扇紧固至电机的转子区段的方法700。方法700开始于将风扇31嵌到转子区段22上，使得转子区段22穿过风扇的中心开口34(步骤702)。转子区段22包括邻近于套圈27的主体26。主体26包括大致平坦的表面28，所述大致平坦的表面28大致垂直于由转子轴20限定的轴线21。转子区段22还包括设置在套圈27中的外部周边沟槽30。风扇31包括多个叶片32、限定出中心开口34的内周36、基本上围绕内周36的大致平坦的表面38和在内周36与所述大致平坦的表面38之间的至少一个波状轮廓形表面44。在步骤702的至少一个实施方式中，波状轮廓形表面44是在轴向方向上远离转子区段22的主体26的大致平坦的表面28延伸的凸状表面。然而，如上所述，波状轮廓形表面44可以是多种不同的几何形状中的任何一种。

方法700然后将压具56(如图6A所示)与风扇31的波状轮廓形表面44接合，以便改变波状轮廓形表面44(步骤704)。在操作时，将压具56与波状轮廓形表面44接合包括将波状轮廓形表面44转变成较平坦的表面。波状轮廓形表面44被改变成：使风扇31的内周的至少一部分延伸到转子区段22的外部周边沟槽30中(步骤706)。在步骤706的至少一个实施方式中，沿着箭头58的方向将压具56施加于波状轮廓形表面44使得风扇31推靠转子区段22的大致平坦的表面28，从而使波状轮廓形表面44在压具56与转子区段22之间基本上变平。一旦波状轮廓形表面44已经被改变，且风扇31被保持在转子区段22上，压具56就被移除(步骤708)。

尽管已经参照某些示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，其他实施方案和改进也是可行的。例如，之前的实施例将爪极式区段23的主体26描述为包括大致平坦的表面28。然而，在一个替代性实施例中，所述大致平坦的表面28与套圈27相关联。套圈27的大致平坦的表面(未示出)沿着与轴线垂直的方向从套圈延伸。在该实施例中，风扇31的内周36与套圈27的外部周边沟槽30之间的相互作用与上述相同。然而，风扇31的大致平坦的表面38此时邻近于套圈27的大致平坦的表面(未示出)。

此外，对此处描述的个别改进而言，具有可在不包括上述其他方面的情况下获得的优点。因此，权利要求的精神和范围不应限于本文所包括的优选实施例的描述。

Claims

1.一种用于电机器的转子装置，包括：

转子轴；

联接至转子轴的转子区段，所述转子区段包括主体部分和与主体部分成一体的套圈，所述套圈包括外部周边沟槽；

风扇，其包括由内周限定的中心开口，其中，所述风扇的所述内周的至少一部分延伸到所述套圈中的所述外部周边沟槽中，从而使风扇被保持在转子区段上。

2.如权利要求1所述的转子装置，其特征在于，所述套圈中的所述外部周边沟槽是环形沟槽。

3.如权利要求2所述的转子装置，其特征在于，所述环形沟槽是大致圆形的，所述风扇的所述内周是大致圆形的。

4.如权利要求1所述的转子装置，其特征在于，所述转子区段是爪极式区段。

5.如权利要求4所述的转子装置，其特征在于，所述爪极式区段的主体包括垂直于由转子轴限定的轴线延伸的大致平坦的表面，所述环形沟槽邻近于所述大致平坦的表面，所述风扇在所述转子区段上被保持在所述爪极式区段的所述套圈与所述主体之间。

6.如权利要求5所述的转子装置，其特征在于，所述风扇包括基本上围绕所述风扇的所述内周的大致平坦的表面，所述风扇的大致平坦的表面邻近于所述爪极式区段的大致平坦的表面。

7.如权利要求1所述的转子装置，其特征在于，所述套圈还包括在由转子轴限定的轴向方向上延伸的至少一个凹部，所述风扇还包括延伸到所述至少一个凹部中的至少一个止锁部。

8.一种用于组装用于电机器的转子装置的方法，包括：

将风扇嵌到转子区段上，使得所述转子区段延伸穿过风扇的中心开口，所述转子区段包括外部周边沟槽，所述风扇包括限定出所述中心开口的内周和邻近于所述内周的至少一个波状轮廓形表面；

改变所述波状轮廓形表面，使得风扇的所述内周的至少一部分延伸到所述转子区段的所述外部周边沟槽中。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，改变所述波状轮廓形表面包括将所述波状轮廓形表面转变成较平坦的表面。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述转子区段包括与套圈邻近的主体，所述转子区段的所述外部周边沟槽设置在所述套圈中，所述主体包括与由转子轴限定的轴线大致垂直的大致平坦的表面。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述波状轮廓形表面是从所述转子区段的所述主体的大致平坦的表面向外延伸的凸状表面。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，改变所述波状轮廓形表面包括：将压具施加于所述波状轮廓形表面，使得风扇的内周的所述部分被压入所述转子区段中的所述外部周边沟槽中。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，将压具施加于所述波状轮廓形表面使得风扇推靠转子区段的大致平坦的表面，从而使所述波状轮廓形表面在所述压具与所述转子区段的大致平坦的表面之间基本上变平。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述转子区段包括与转子轴联接的套圈。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，将风扇嵌到转子区段上包括：使风扇的内周上的止锁部滑动到所述套圈的轴向沟槽内。

16.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述转子区段嵌到转子轴上。

17.一种用于机电式机器的转子装置，包括：

转子轴，其轴向地延伸且能够在机器内旋转，所述转子轴限定出轴线；

套圈，其绕着所述转子轴布置且沿着所述转子轴轴向地延伸，所述套圈包括垂直于所述轴线延伸的大致平坦的表面和与所述大致平坦的表面邻近的外部周边沟槽；

风扇，其具有由内周限定的中心开口，所述风扇绕着所述套圈布置成使内周邻近于所述外部周边沟槽，所述中心开口能够在嵌入直径和小于所述嵌入直径的锁定直径之间调节；且

其中，所述风扇的所述内周延伸到所述套圈中的所述外部周边沟槽中，从而使所述风扇被保持在所述转子轴上。

18.如权利要求17所述的转子装置，其特征在于，所述套圈具有外周，所述外周的直径小于所述嵌入直径且大于所述锁定直径，所述周边沟槽是环形沟槽，所述环形沟槽限定出小于所述锁定直径的沟槽直径。

19.如权利要求17所述的转子装置，其特征在于，所述风扇包括基本上围绕所述内周的中心支撑底部，其中，所述中心支撑底部被分段成多个保持指部和至少一个止锁部，所述保持指部限定出所述中心开口的嵌入直径和锁定直径。

20.如权利要求19所述的转子装置，其特征在于，所述中心支撑底部还包括波状轮廓形表面，所述波状轮廓形表面穿过所述保持指部和所述至少一个止锁部且远离所述套圈的大致平坦的表面延伸，所述套圈还包括沿着所述套圈并平行于所述轴线延伸的至少一个凹部，所述至少一个止锁部延伸到所述至少一个凹部中。