CN105429338B - 电机和控制器及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体循环组件，该流体循环组件包括电机，该电机具有转子组件、定子组件和壳体。所述壳体包括环形中心部分和从所述壳体的所述环形中心部分径向向外延伸的至少两个延伸部分。所述流体循环组件还包括联接至所述壳体的控制器组件。所述控制器组件定位成从所述定子组件径向向外并位于所述至少两个延伸部分中的至少一个中。

Description

电机和控制器及其组装方法
技术领域
本文描述的实施例总体上涉及电机，更具体地涉及用在流体循环系统中的包括集中控制器的轴流电机。
背景技术
很多已知的商业加热、通风和空调(HVAC)系统需要空气推进单元。除了为HVAC系统提供空气运动外，空气推进单元还可与冷凝器单元结合使用，并补充其它热交换操作。一些已知的空气推进单元包括马达驱动的风扇。这些风扇包括例如由径流马达驱动的离心叶轮型风扇。然而，一些已知的径流马达和它们的安装构件延伸到风扇腔内一定距离。这限制了空气流动通过风扇，并产生了空气动力损失，这对风扇效率有不利影响。
将空气推进单元移动到风扇腔外导致组件的整体厚度显著增加，并且还需要使用各种附接至风扇的联接机构将风扇附接至马达的轴。这些已知的联接结构还增加了风扇组件的厚度，并增加了风扇组件的重量和复杂性。而且，由于将风扇联接至马达轴所需的部件数量增加，因此这种风扇组件的成本增加。
另外，很多已知的空气推进单元包括连接至单元端部的集中控制器，从而进一步增加了风扇组件的厚度。为了减小空气推进单元的厚度，很多已知的空气推进单元包括复杂的控制器板布置和设计，其会增加单元的成本和复杂性，并引入由热发生构件产生的局部热量，而这些热量无法充分散去。
发明内容
一方面，提供了一种流体循环组件。所述流体循环组件包括电机，该电机包括转子组件、定子组件和壳体。所述壳体包括环形中心部分和从所述环形中心部分径向向外延伸的至少两个延伸部分。所述流体循环组件还包括联接至所述壳体的控制器组件。所述控制器组件定位成从所述定子组件径向向外并位于所述至少两个延伸部分中的至少一个中。
另一方面，提供了一种用于组装流体循环组件的方法。该方法包括提供包括转子组件、定子组件和壳体的电机。所述壳体包括环形中心部分和从所述环形中心部分径向向外延伸的至少两个延伸部分。该方法还包括将控制器组件联接至所述壳体。所述控制器组件定位成从所述定子组件径向向外并位于所述至少两个延伸部分中的至少一个中。
附图说明
图1是示例性的流体循环组件的示意性透视图；
图2是图1中的流体循环组件沿线2-2的剖视图；
图3是图2中方框3所示部分的放大图，其示出了没有风扇叶轮的流体循环组件的电机；
图4是图3所示电机的分解图；
图5是沿中心轴线朝向端盖沿轴向看的壳体的端视图；
图6是从端盖朝向盖板看的图5中的壳体的分解图；
图7是从盖板朝向端盖看的图5中的壳体的分解图；
图8是图3中方框8所示部分的放大图；
图9是与图3中所示电机一起使用的驱动轮毂的分解图；
图10是图9中所示驱动轮毂的前视图；
图11是图9中所示驱动轮毂的侧视图；
图12是用于图3中所示电机的安装系统的分解图；
图13是图1中所示的流体循环组件的侧视图，该流体循环组件联接至支架并定位在远离入口喷嘴支承板的向外的限度处；
图14是图1中所示的流体循环组件的侧视图，该流体循环组件联接至支架并定位在朝向入口喷嘴支承板的向内的限度处；
图15是图1中所示的流体循环组件的示意性透视图，该流体循环组件安装至支架并包括冷却管；
图16是图5中所示的端盖的分解透视图，控制器组件附接至该端盖；
图17是图5中所示的端盖的分解透视图，控制器组件的可选择的实施例附接至该端盖；
图18是可选择的流体循环组件的剖视图；以及
图19是图18中所示的可选择的流体循环组件的示意性透视图，示出了用于将风扇叶轮联接至图3中所示的电机的轴/轮毂组件。
尽管各种实施例的具体特征在一些附图中示出而在其它附图中未示出，但这仅仅为了便于说明。任何附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征一同提到和/或要求权利。
具体实施方式
图1是示例性的流体循环组件10的示意性透视图。图2是图1中的流体循环组件10沿线2-2的剖视图。在该示例性实施例中，流体循环组件10在强制空气系统中产生空气流，所述强制空气系统为例如但不限于住宅或商用加热、通风和空调(HVAC)系统。可选择地，流体循环组件10在能够使该流体循环组件10如本文所描述的工作的任何类型的流体循环系统中产生流体流。在示例性实施例中，流体循环组件10包括联接至电机14的风扇叶轮12。在示例性实施例中，电机14是电动马达，更特别地是轴流电动马达，尽管电机14可用作电动马达或发电机。而且，风扇叶轮12是离心风扇叶轮，但是叶轮12也可以是泵叶轮。
在示例性实施例中，风扇叶轮12包括多个扇叶16(叶片)。叶片16附接在后板18和入口环20(或前板)之间。入口环20包括中央空气入口22。在示例性实施例中，风扇叶轮12是向后弯曲的无壳风机(plug fan)。可选择地，风扇叶轮12可具有使得流体循环组件10能够如本文所述的工作的任何合适的叶片形状或构型，例如但不限于向后弯曲的叶片、翼型叶片、向后倾斜的叶片、向前弯曲的叶片和径向叶片。
在示例性实施例中，后板18和入口环20同轴或基本上同轴，并绕中心轴线24转动。叶片16附接至后板18和/或入口环20，使得每个叶片16在后板18和入口环20之间延伸。在示例性实施例中，每个叶片16通过机械结合——例如焊接——附接至后板18和入口环20。可选择地，每个叶片16通过机械紧固件——例如但不限于铆钉——附接至后板18和/或入口环20，或通过形成在后板18和/或入口环20上的例如开口的特征——例如但不限于凹槽或狭缝——进行附接，所述凹槽或狭缝构造成限制叶片16在后板18和入口环20之间的运动量并同时使得每个叶片16能够如本文所描述的操作。
在示例性实施例中，在操作期间，空气基本上沿中心轴线24轴向通过中央空气入口22进入流体循环组件10中，并朝向叶片16径向向外偏转。叶片16构造成将空气从入口22吸入到风扇叶轮12的中央腔28中，即，叶轮16沿中心轴线24引入空气，并将空气通过出口通道26径向向外喷射，其中，每个出口通道26都位于相邻叶片16之间。空气在叶片16之间通过，并由于转动的叶片16产生的离心力而通过出口通道26被向外推出。叶片16由任何数量的材料适当地制造，包括薄板金属、塑料或柔性的或易弯曲的材料。可选择地，叶片16由组合材料制成，例如将柔性的或易弯曲的材料附接到刚性材料或使得叶片16能够如本文所描述的操作的任何合适的材料或材料组合。
图3是图2中方框3所示部分的放大图，其示出了没有风扇叶轮12的电机14。图4是电机14的分解图。在示例性实施例中，电机14是构造成使风扇叶轮12绕中心轴线24转动的轴流电动马达。电机14包括定子组件30、转子组件32和径向联接在它们之间的一对轴承组件34a、34b。定子组件30、转子组件32和轴承组件34a、34b同心放置，每个都包括绕中心轴线24定位的中心开口35。
定子组件30包括定子芯36，定子芯36包括多个周向间隔开的、沿轴向基本上平行于中心轴线24延伸的定子齿38。在示例性实施例中，定子芯36是叠片芯。根据此处的定义，叠片芯是径向层叠的，例如由材料带绕制成芯而制成，或由一系列一个堆叠在另一个之内的同心环制成以形成材料芯，例如软铁芯或硅钢芯。可选择地，定子芯36可以是实芯定子。实芯可以是完整的单件式构件，或可包括联接在一起的多个非层叠部分以形成完整的实芯。定子芯36由磁性材料制成，例如软磁合金(SMA)或软磁复合(SMC)材料。可选择地，定子芯36由使得电机14能够如本文所描述的工作的任何铁磁性材料制成，例如钢或钢合金。SMA或SMC材料在实芯中的使用使得能够实现三维磁通路径，并且与叠片定子芯相比，有利于减少高频损失(例如60Hz以上频率的损失)。SMC或SMA材料的使用也有利于提高气隙39的控制，这有利于提高性能和降低噪音。
在每对相邻定子齿38之间是狭缝40。每个定子齿38构造成接纳多个绝缘骨架42中的一个，绝缘骨架42包括将绕每个各自骨架42的外表面缠绕的铜线圈44。可选择地，每个定子齿38包括没有骨架42的铜线圈44。电机14可包括每个定子齿38的一个铜线圈44，或位于每个其它定子齿38上的一个铜线圈44。铜线圈44与用于接收电流的控制器组件46电联接，因而在定子芯36的极周围感应出电磁场。控制器组件46构造成每次向一个或多个线圈44施加电压，以按照预选顺序改变铜线圈44的电流方向，以使转子组件32绕中心轴线24转动。在示例性实施例中，电流是三相交流电(AC)。可选择地，电流是使得电机14能够如本文所描述的工作的任何类型的电流。在示例性实施例中，控制器组件46使转子组件32既加速又减速。
在示例性实施例中，转子组件32包括转子盘组件48，转子盘组件48具有轴向内表面50和至少部分限定开口35的径向内壁52。转子组件32还包括联接到转子盘组件48的内表面50的多个永久磁铁54。在一个合适的实施例中，磁铁54使用粘结剂联接到转子盘组件48。可选择地，磁铁54通过磁铁保持环或使得电机14能够如本文所描述的工作的任何其它保持方法联接到转子盘组件48。在示例性实施例中，永久磁铁54是对称的，这通过使得单个磁铁设计能够用于每个磁铁54而有利于制造。而且，每个磁铁54具有基本上平的轮廓，这有利于在制造期间减少浪费并因此有利于降低制造成本。在示例性实施例中，永久磁铁54是钕磁铁。可选择地，可包括使得电机14能够如本文所描述的工作的任何合适的永久磁铁材料，例如但不限于钐钴和铁素体。转子组件32可以在电机14内转动，更具体来说，可以在轴承组件34a、34b内绕中心轴线24转动。
在示例性实施例中，转子盘组件48由固体金属材料制成，例如但不限于钢或铁。可选择地，转子盘组件48由例如SMA材料、SMC材料或粉末状的铁素体材料利用烧结工艺制成。类似地，如上所述，定子芯36由一材料制成，该材料使得永久磁铁54和定子芯36之间具有磁吸引力，以有利于将转子盘组件48和轴承组件34a、34b保持在电机14内的适当位置，从而电机14不需要轴。转子盘组件48包括轴部分49，轴部分49包括构造成有利于将轴承组件34a保持就位的台阶51.轴部分49包括构造成与轴承组件34a、34b的直径相对应的直径(未示出)。而且，转子盘组件48包括环形的轴向延伸的法兰53，法兰53从转子盘组件48向外朝向风扇叶轮12(图4中未示出)延伸。
在示例性实施例中，电机14包括壳体56，壳体56构造成为电机14和控制器组件46提供保护盖。在示例性实施例中，壳体56包括具有整体法兰60的端盖58，法兰60从端盖58的周边朝向风扇叶轮12(如图1和2所示)的后板18轴向延伸。而且，壳体56包括盖板62，盖板62构造成联接到法兰60，从而将电机14的构件封闭在壳体56内。壳体56构造成在风扇叶轮12和转子组件32转动期间保持定子组件30、轴承组件34a、34b和控制器组件46在固定位置。
壳体56在图5-7中更详细地示出。端盖58构造成具有两个不同的侧面：如图7中最佳地示出的构件接合侧100以及如图5和6最佳地示出的构件冷却侧102。具体地，图5是沿中心轴线24朝向端盖58沿轴向看的壳体56的端视图，图6是从端盖58朝向盖板62看的壳体56的分解图，以及图7是从盖板62朝向端盖58看的壳体56的分解图。
在示例性实施例中，端盖58是四叶形状的，具有四个从环形中心部分66径向向外延伸的延伸部分64。可选择地，端盖58具有少于或多于四个的延伸部分64，并且可具有使得端盖58能够如本文所描述的工作的任何形状。每个延伸部分64构造成将控制器组件46的构件保持在其中。中心部分66包括从端盖58的内表面70延伸出来的轴承定位器68，轴承定位器68有利于使轴承组件34a、34b(如图4所示)保持就位。轴承定位器68包括开口35，开口35形成为具有第一台阶72和第二台阶74的台阶孔，第一台阶72和第二台阶74限定逐渐变小的孔径。轴承组件34a容纳在开口35中、由第二台阶74限定的较小直径部分中。轴承保持板76固定至端盖58，以将轴承34a固定就位。保持板76使用多个机械紧固件80附接至端盖58。轴承组件34b容纳在开口35中、由第一台阶72限定的最大直径部分中。轴承定位器68通过与外圈部分(未示出)接合来接合和定位每个轴承组件34a、34b以定位和固定轴承组件34a、34b，使得轴承组件34a、34b从定子组件30径向向内定位并与定子组件30同心(如图4所示)。
在示例性实施例中，端盖58包括从构件冷却侧102延伸出来的多个冷却翅片78(如图6最佳地示出的)。翅片78有利于冷却电机14，并从环形中心部分66总体上径向向外延伸。而且，翅片78从端盖58沿轴向向外延伸。在示例性实施例中，翅片78形成为沿着每个延伸部分64总体上径向向外延伸的基本上平行的组，其中，每组翅片78形成为基本上垂直于每个分别相邻的组的翅片78。可选择地，翅片78可以以使得电机14能够如本文所描述的工作的任何布置方式进行布置。
在示例性实施例中，法兰82从表面70沿轴向向内延伸一段距离，该距离基本上等于每个定子齿38的长度。法兰82有利于使定子组件30与端盖58内的控制器组件46基本上隔离。这有利于减少组件之间的电干扰或短路。在一个实施例中，端盖58由铸铝制成。可选择地，端盖58由使得端盖58能够如本文所描述的工作的任何材料制成，例如但不限于铝锡镍合金或钢。而且，在示例性实施例中，端盖58是单件式的铸造构件。可选择地，端盖58由多个能够联接在一起以形成端盖58的独立的构件制成。
在示例性实施例中，每个延伸部分64包括各种形状和尺寸的袋部104。袋部104形成在内表面70中，并朝向翅片78轴向向外延伸。每个袋部104构造成与控制器组件46的构件的具体形状相符，以使得控制器组件46能够封闭在壳体56内。而且，每个延伸部分64包括多个安装凸起106，安装凸起106构造成接收机械紧固件，以保持控制器组件46的电路板(图5-7中未示出)。
在示例性实施例中，延伸部分64中的至少一个包括一个或多个电源接入开口108。接入开口108是圆形的，并延伸穿过端盖58的法兰60。在示例性实施例中，延伸部分64中的其中一个包括三个延伸穿过延伸部分64的最外部分的接入开口108。接入开口108构造成接收用于附接至控制器组件46的终端用户电源线。在可选择的实施例中，接入开口108可以具有使得端盖58能够如本文所描述的工作的任何形状和任何数量。在示例性实施例中，包括接入开口108的延伸部分64还构造有端子盖110。端子盖110制造成端盖58的可移除部分，以有利于触及控制器组件46，以便将终端用户电源线附接至控制器组件46而无需完全拆开电机14。在示例性实施例中，端子盖110围绕相关延伸部分64的周边延伸，并从端盖58的中心部分66径向向外偏移一定距离。延伸部分64包括唇状部112，唇状部112具有多个用于接纳机械紧固件116的安装孔114。端子盖110包括多个孔118，孔118与用于接纳机械紧固件116的安装孔114相对应。在可选择的实施例中，端子盖110可具有使得端盖58能够如本文所描述的工作的任何尺寸和形状。
在示例性实施例中，壳体56还包括盖板62，盖板62的形状形成为与端盖58的外周形状相符。在示例性实施例中，盖板62使用多个机械紧固件84联接到端盖58。盖板62包括环形内法兰86，内法兰86限定在盖板62中的开口88。内法兰86沿轴向延伸离开盖板62的外表面90和内表面92。内法兰86构造成有利于减少盖板62的弯曲，并提供用于密封通道94的最内部结构。密封通道94形成在内表面92上，并由内法兰86和外法兰96限定，外法兰96具有更大的直径并从内法兰86径向偏移。通道94的形状和构型与转子盘组件48的法兰53相对应。
图8是图3中方框8所示部分的放大图。在示例性实施例中，密封通道94和法兰53相协作，以在转子盘组件48和壳体56之间形成弯曲的密封路径。在示例性实施例中，通道94包括多个纤维长丝121。每根长丝121是由导电材料制成的细的、头发一样的结构。例如但不限于，长丝121可由碳纤维、不锈钢纤维、导电丙烯酸纤维或使得长丝121能够如本文所描述的工作的任何其它导电纤维型长丝制成。在示例性实施例中，长丝121直接或间接粘附在载体结构(未示出)上，并位于密封通道94内。在操作中，长丝121与转子盘组件法兰53电接触，以有利于使转子盘组件48接地，以减少聚集在转子盘组件48上的电荷。
参考附图3和4，在示例性实施例中，定子组件30通过多个紧固件120联接到壳体56，紧固件120延伸通过端盖58的轴向最外表面122。而且，每一个轴承34a、34b都联接至端盖58的轴承定位器68，轴承保持板76固定至端盖58以将轴承34a固定就位。转子组件32定位在壳体56内，使得轴部分49延伸通过轴承组件34a、34b。特别地，转子盘组件48抵靠着轴承组件34b定位，以有利于将轴承组件34b抵靠着台阶72保持就位，轴部分49的台阶51抵靠着轴承组件34a定位，以有利于将轴承组件34a抵靠着轴承保持板76保持就位。轴密封件124被压入到轴承保持板76的中心孔内，以有利于避免碎片进入电机14，特别是进入轴承组件34a、34b。轴承34a、34b在端盖58中的位置构造成控制气隙39的宽度，气隙39有利于提高性能和减小噪音。盖板62联接至端盖58，以完成壳体56的组装和封闭电机14。
图9是与电机14一起使用的驱动轮毂126的分解图。图10是驱动轮毂126的前视图，图11是驱动轮毂126的侧视图。在示例性实施例中，驱动轮毂126是环形的，并具有外径D1，外径D1小于盖板62的法兰86的内径。驱动轮毂126包括多个指状件128，指状件128从驱动轮毂126的内表面130径向向内延伸。每个指状件128大体上是三角形的，并包括安装孔132，安装孔132构造成与转子盘组件48中的各安装孔相对应。在示例性实施例中，驱动轮毂126包括轴向延伸的唇状部134，唇状部134延伸远离转子盘组件48。唇状部134具有与风扇叶轮12中的开口相对应的直径，其中，唇状部134构造成使风扇叶轮12定位成与电机14基本上同心，以有利于减少不平衡和振动。在示例性实施例中，驱动轮毂126包括基本上平的光滑的面136，面136构造成与风扇叶轮12的后板18直接配合。可选择地，面136具有形成在其中的沟槽、通道或其它特征，并构造成有利于使空气运动通过转子轴部分49中的开口35。
在示例性实施例中，驱动轮毂126包括多个形成在面136中的轴向延伸的安装孔138。孔138构造成与形成在风扇叶轮12的后板18中的各安装孔相对应并接纳紧固件。在示例性实施例中，当如图3最佳地示出的安装至转子盘组件48时，驱动轮毂126具有一厚度，使得面136距离盖板62的法兰86一定距离地轴向向外定位，以使得风扇叶轮(图3中未示出)能够绕中心轴线24转动而不与壳体56的任何部分干涉。在可选择的实施例中，转子盘组件48制造成具有驱动轮毂126的特征，从而转子盘组件48可直接联接到风扇叶轮12的后板18而不需要在它们之间使用驱动轮毂126。
图12是用于电机14的安装系统的分解图。在示例性实施例中，支架150通过安装至形成在壳体56中的相应T形槽156中的多个T形螺母152和紧固件154联接到电机14。返回去参考图5和6，壳体56的端盖58包括多个轴向延伸的T形槽156。在示例性实施例中，端盖58包括四个T形槽156，每个位于两个相邻延伸部分64之间的相应相交部内。每个T形槽156的尺寸和形状是相同的，具有T形横截面，每个T形槽156的窄开口从端盖58的中心部分66径向向外朝向。如上所述，每个T形槽156轴向延伸，从而每个T形槽156基本上平行于中心轴线24。这样的构造使得电机14能够位于在T形槽156的两个限度(extent)之间的无限个位置。每个T形螺母152位于相应的T形槽156内，并通过一对紧固件154连接至支架150的相应支承臂。当紧固件154松松地连接至T形螺母152时，电机14能够沿着T形槽156的整个长度滑动。转动紧固件154而通过T形螺母152上紧，以将电机14固定在T形槽156内的无限个位置中的任何一个位置处。
图13是流体循环组件10的侧视图，流体循环组件10联接至支架150并定位在远离入口喷嘴支承板158的向外的限度处。图14是流体循环组件10的侧视图，流体循环组件10联接至支架150并定位在朝向入口喷嘴支承板158的向内的限度处。在示例性实施例中，T形螺母152和紧固件154使得流体循环组件10能够相对于入口喷嘴支承板158准确定位，以使得用户能够基于使用条件将流体循环组件10定位在最佳位置。支架150通过它的安装臂联接至入口喷嘴支承板158。如图13所示，流体循环组件10定位在T形槽156的向外的限度处，从而支架150与风扇叶轮12不接触，而在叶轮12的中央空气入口22和入口喷嘴支承板158的入口喷嘴162之间限定间隙距离160。而且，如图14所示，流体循环组件10定位在T形槽156的向内的限度处，从而叶轮12的中央空气入口22定位成越过入口喷嘴支承板158的入口喷嘴162，不限定间隙距离160。T形螺母152的使用使得流体循环组件10能够定位在T形槽156的向内的限度和向外的限度之间的无限个位置中的任何一个位置处。
图15是流体循环组件10的示意性透视图，流体循环组件10安装至支架150并包括冷却管170。在示例性实施例中，电机14包括多个冷却管170，冷却管170构造成使用例如但不限于联接至端盖58的机械紧固件固定至电机14的端盖58。管170带来的优点在于它们重量轻、易于安装，并且能够用于使风扇叶轮12喷射出来的空气转而冷却电机14。每个管170牢固地联接至壳体56的延伸部分64中的其中一个，并在相应延伸部分64的翅片78上延伸。每个管170具有基本上U形的横截面，并形成在端盖58的中心部分66和后板18的外边缘之间径向向外延伸的收敛锥(converging taper)。在后板18的外边缘处，管170转向大约90度，并越过后板18的边缘延伸预定距离172。这使得管170能够捕捉一部分由风扇叶轮12喷射出来的空气，并引导它至翅片78上以有利于冷却电机14。
在可选择的实施例中，每个管170具有基本上U形的横截面，并形成在端盖58的中心部分66和后板18的外边缘之间径向向外延伸的收敛锥，管170在后板18的外边缘处终止，形成在翅片78和延伸部分64上的径向延伸的U形通道。在这样的实施例中，轴流风扇联接至转子轴部分49，并定位成邻近中心部分66的翅片78，从而空气被强制在翅片78上流过并通过导管170。在这样的实施例中，轴流风扇由电机14驱动。
管170由任何数量的材料适当地制成，包括塑料薄板材料或其它薄板材料。例如，在一个适当的实施例中，管170通过用于制造由热塑性或热固性塑料材料和/或金属制成的部件的浇铸、成型或挤出工艺形成。可选择地，管170由组合材料制成，例如将两个或多个薄板构件附接在一起以形成管170。然而，管170可由允许管170如本文所描述的工作的任何合适的材料构成，例如金属。
图16是端盖58的分解透视图，控制器组件46附接到端盖58上。如上所述，控制器组件46邻近定子组件30和转子组件32联接在壳体56中，使得控制器组件46从定子组件30径向向外定位。控制器组件46包括一个以上电路板。在示例性实施例中，控制器组件46包括三个电路板；用户界面板200、整流板202和逆变板204。可选择地，控制器组件46包括更少或更多的电路板。例如但不限于，在图17所示的一个可选择的实施例中，控制器组件46包括四个电路板；每个位于每个延伸部分64中，包括用户界面板200、整流板202、逆变板204和AC输入板206。在一个适当的实施例中，控制器组件46包括两个电路板，使得电源可直接供至逆变板204，从而不需要整流板202和用户界面板200。而且，在另一个适当的实施例中，控制器组件46使用单个电路板，使得控制器组件46的所有功能都集成在该单个电路板中。
在示例性实施例中，用户界面板200、整流板202和逆变板204，即控制器组件46，相对于定子组件30的背部平面定向成基本上平面的。这样，控制器组件46相对于电机14不是轴向定向的。可选择地，板200、202和204中的一个或多个可设置成垂直于定子组件30的轴向平面，从而可采用可选择的包装设计。将控制器组件46拆解为模块化的板构件的优点包括：使得控制器组件46能够顺利地在定子组件30的外径周围布置；使得控制器组件46能够与定子组件30分享共同的热沉，即端盖58；将控制器组件46的板布置成将热产生装置分离到不同的板上；以及将控制器组件46分成能够形成在不同的板上的主功能模块。
在示例性实施例中，板200、202和204中的每一个都具有基本上长方形的形状，并且其尺寸形成为与端盖58的相应延伸部分64相适应。这有利于降低制造不同形状的板的成本，例如用在轴向堆叠的马达中的圆形板。可选择地，板200、202和204可以以有利于流体循环组件10如本文所描述的操作的任何数量的形状制造。在示例性实施例中，板200、202和204分布在定子组件30周围并且分成形成在相应的一个板200、202和204上的单独的功能。使用具有不同功能的单独的板200、202和204使得能够更新控制器组件46的单个板而不影响整个控制器组件46。这样的更新对于终端用户、新构件、节约成本或现有构件的废弃来说可能是必要的。而且，通过将控制器组件46分成分离的电路板，电路部分能够以不同配置进行设置，以改变电机14和控制器组件46的最终形状。另外，将板200、202和204分成单独的功能有利于将控制器组件46的热量产生构件分散开来，以有利于控制器组件46的冷却。
在示例性实施例中，用户界面板200联接到具有接入开口108和端子盖110的延伸部分64。用户界面板200包括多个穿过其的安装孔210，包括在板200的每个拐角的一个安装孔210。紧固件212穿过每个孔210，并联接到端盖58，以将板200固定就位。然后，用户将他的输入附接至用户界面板200，例如但不限于AC输入连接、串行通信连接和任何附加的离散的输入/输出数字或模拟连接。用户界面板200输出AC电流和串行通信信号，并接收从逆变板204至电源板200的低压直流(DC)信号。
整流板202联接至邻近用户界面板200的延伸部分64。整流板202包括多个穿过其的安装孔210，包括在板202的每个拐角的一个安装孔210。紧固件212穿过每个孔210，并联接到端盖58，以将板202固定就位。整流板202接收来自用户界面板200的AC电流，并通过标准连接器类型中的任何一个(未示出)输出高电流DC信号。
逆变板204联接至邻近整流板202的延伸部分64。逆变板204包括多个穿过其的安装孔210，包括在板204的每个拐角的一个安装孔210。紧固件212穿过每个孔210，并联接到端盖58，以将板204固定就位。逆变板204接收来自整流板202的高电流DC信号和来自用户界面板200的串行通信信号，并向定子组件30输出AC信号以驱动电机14以及向用户界面板200输出低压DC信号。在逆变板204上的输入和输出连接是标准连接器类型中的任何一个(未示出)。
在可选择的实施例中，如果电机14的电力需求使得任何一个板产生过多热量，则控制器组件46的模块化配置使得每个电路板能够重新配置，以将定子组件30周围的热量产生构件分散开。例如，在一个适当的实施例中，整流板202包括桥式整流器和共模扼流圈，其中的每一个都能产生热量。如果产生的热量被确定为过多，则可将整流板202分成两个单独的板，使得桥式整流器和共模扼流圈位于各自分离的板上。然后，将每个板放置在端盖58的单独的延伸部分64中。
如图2所示，电机14联接至风扇叶轮12，使得电机14全部位于风扇腔28的外部，即，电机14的任何部分都不延伸通过后板18而插入腔28中。这样，空气能够流动通过腔28而不发生干扰，且不会被引到电机14周围，而在至少一些已知的具有径流马达的风扇组件中会出现这样的情况。这样的干涉通常会导致风扇效率的损失。因此，电机14完全不进入腔28中防止了这样的效率损失，并使流体循环组件10相比于至少一些已知的具有向风扇腔中延伸一段显著的距离的径流马达的流体循环组件效率提高。
在示例性实施例中，如图2最佳地示出的，电机14不包括轴或轴轮毂组件以将电机14联接至风扇叶轮12。而是，电机14通过驱动轮毂126直接联接至风扇叶轮12的后板18，以有利于风扇叶轮12绕中心轴线24的转动。更具体地，驱动轮毂126直接联接至转子盘组件48，并且后板18通过旋拧穿过形成在后板18中的相应开口(未示出)的紧固件164直接联接至驱动轮毂126。可选择地，转子盘组件48可制成直接联接至后板18，这样就不需要驱动轮毂126了。在其它实施例中，转子盘组件48以有利于流体循环组件10如本文所描述的操作的任何方式联接至后板18。
图18是可选择的流体循环组件174的剖视图。图19是图18中所示的可选择的流体循环组件的示意性透视图，示出了用于将风扇叶轮12联接至电机14的轴/轮毂组件176。在这个实施例中，电机14包括轴178，轴178径向联接至转子盘组件48的内壁52。在示例性实施例中，轴178的尺寸形成为能够提供与内壁52的干涉配合。键槽180形成在轴178中，用于使轴178径向键入转子盘组件48的内壁52。在可选择的实施例中，轴178以使得流体循环组件174如本文所描述的工作的任何方式径向联接至转子盘组件48的内壁52。在图18和19所示的实施例中，轴178离开电机14轴向延伸至风扇叶轮12的腔28中。轴/轮毂组件176包括轮毂法兰182，轮毂法兰182通过多个紧固件164联接至风扇叶轮12。轮毂法兰182包括大体上圆筒状的轮毂部分184和从轮毂部分184径向向外延伸并位于轮毂部分的端部的环形法兰部分186。轮毂法兰182包括孔(未示出)，该孔与轮毂部分184同心，并构造成联接至轴178。在这个实施例中，轴178键连接到轮毂法兰182，并与穿过轮毂法兰182的孔(未示出)形成干涉配合。轮毂法兰182还包括多个紧固件开口(未示出)，这些紧固件开口构造成接纳用于联接至风扇叶轮12的紧固件164。在可选择的实施例中，轴178以使得流体循环组件174能够如本文所描述的工作的任何方式联接至轮毂法兰182。
在操作中，铜线圈44联接至定子芯36，并通过控制器组件46按预定顺序通电。铜线圈44有利于产生轴向磁场，根据铜线圈44通电的预定顺序，轴向磁场绕定子芯36沿顺时针或逆时针方向运动。运动的磁场与永久磁铁54产生的磁通量场相交，以产生导致转子组件32相对于定子组件30绕中心轴线24转动的力矩。产生的力矩是铜线圈44和永久磁铁54之间的磁场相互作用的强度或密度的直接函数。因为转子盘组件48直接联接至风扇叶轮12的后板18，因此转子盘组件48的转动有利于风扇叶轮12的转动。
本发明所公开的内容提供了一种具有改进的结构设计的流体循环组件，其改善了空气流进入、通过和流至组件下游。更具体地，公开了流体循环组件包括直接联接至风扇的电机，使得电机不侵入风扇内腔，并且整体定位于风扇腔外部，以有利于防止与在风扇腔内的空气流干涉。更具体地，电机包括驱动轮毂，驱动轮毂直接联接至电机的转子组件和风扇的后板，以有利于风扇的转动。流体循环组件还包括从定子组件径向向外联接的基本上平的控制器组件。控制器组件使得小轮廓壳体能够覆盖电机和控制器组件，从而壳体从风扇后板延伸最小距离，并用作定子组件和控制器组件的单个大热沉。同样地，该流体循环组件在流体循环系统中占用更少的空间，并为附加的系统构件提供了额外的空间。而且，该流体循环组件包含更少的整体构件，这使得该流体循环组件比其它已知的流体循环组件更便宜和更易于组装。
本文描述的装置、方法和系统提供了一种效率提高、噪音降低且通过风扇的气流分布改善的流体循环组件。将离心风扇的控制器组件分拆为模块化板构件的一个优点在于，使得控制器组件能够顺利地布置在定子组件的外径周围。另一个优点在于，控制器组件和定子组件能分享共同的热沉。再一个优点在于，控制器组件能布置成利用一个或多个具体的板功能以及热产生构件的组合将控制器组件的模块化板分开。本文描述的示例性实施例提供了特别适用于HVAC离心风机的装置、系统和方法。
进一步地，本文描述的实施例涉及风扇组件，该风扇组件包括向后弯曲的风扇和轴流电机，轴流电机减少或防止了在风扇内发生气流干涉并提高了流体循环组件的效率。更特别地，一个实施例包括联接至风扇的马达，使得马达不侵入风扇腔中。这些方法和装置不限于本文描述的具体实施例，相反地，这些装置的构件和/或这些方法的步骤可与本文描述的其它构件和/或步骤独立地和单独地使用。例如，这些方法还可与向前弯曲的风扇或风机组件结合使用，而且不限于仅用于本文描述的向后弯曲的风扇。另外，这些实施例可结合很多其它HVAC应用实现和利用。
尽管本发明的各种实施例的具体特征可能在一些附图中示出，而在其它附图中没有示出，但这仅仅为了方便的目的。根据本发明的原理，一个附图的任何特征可结合任何其它附图的任何特征提到和/或要求权利。
本说明书使用示例来披露本发明，包括最佳模式，并且使得任何本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明的可专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员能够想到的其它示例。这些其它示例意欲落入权利要求书的范围内，如果它们具有与权利要求书的文字表述并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的文字表述无实质区别的相当的结构元件。

Claims (20)

1.一种流体循环组件，所述流体循环组件包括：
包括转子组件、定子组件和壳体的电机，所述壳体包括环形中心部分和从所述环形中心部分径向向外延伸的至少两个延伸部分，其中，所述环形中心部分和所述至少两个延伸部分形成所述壳体内的腔室的至少一部分；以及
联接至所述壳体的控制器组件，其中，所述控制器组件定位成从所述定子组件径向向外并处于所述腔室内位于所述至少两个延伸部分中的至少一个中。
2.根据权利要求1所述的流体循环组件，其特征在于，所述控制器组件包括模块化的控制器组件，该模块化的控制器组件包括至少两个电路板，每个电路板分别定位在所述至少两个延伸部分的相应一个中。
3.根据权利要求2所述的流体循环组件，其特征在于，所述至少两个电路板根据所述控制器组件的不同功能布置。
4.根据权利要求3所述的流体循环组件，其特征在于，所述模块化的控制器组件包括三个电路板，这三个电路板包括用户界面板、整流板和逆变板。
5.根据权利要求3所述的流体循环组件，其特征在于，所述模块化的控制器组件包括四个电路板，这四个电路板包括用户界面板、AC输入板、整流板和逆变板。
6.根据权利要求2所述的流体循环组件，其特征在于，所述至少两个电路板制造成将所述控制器组件的至少一个热产生构件分配到所述至少两个电路板的每一个上。
7.根据权利要求2所述的流体循环组件，其特征在于，所述至少两个电路板中的至少一个布置成垂直于所述定子组件的轴向平面。
8.根据权利要求2所述的流体循环组件，其特征在于，所述至少两个电路板中的至少一个相对于所述定子组件的背部平面布置成基本上平面的。
9.根据权利要求1所述的流体循环组件，其特征在于，所述控制器组件相对于所述定子组件的背部平面定向成基本上平面的。
10.根据权利要求1所述的流体循环组件，其特征在于，所述壳体包括从所述壳体的内表面沿轴向向内延伸的环形法兰，所述环形法兰从所述环形中心部分的外周延伸出来，以有利于将所述定子组件与所述控制器组件隔离开。
11.根据权利要求1所述的流体循环组件，其特征在于，所述至少两个延伸部分中的至少一个包括下述中的一个或更多个：接入开口和端子盖。
12.一种用于组装流体循环组件的方法，所述方法包括：
提供包括转子组件、定子组件和壳体的电机，所述壳体包括环形中心部分和从所述环形中心部分径向向外延伸的至少两个延伸部分，其中，所述环形中心部分和所述至少两个延伸部分形成所述壳体内的腔室的至少一部分；以及
将控制器组件定位在所述壳体内，其中，所述控制器组件定位成从所述定子组件径向向外并位于所述至少两个延伸部分中的至少一个中。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将控制器组件联接至所述壳体包括：将所述控制器组件联接至所述壳体，其中，所述控制器组件包括模块化的控制器组件，该模块化的控制器组件包括至少两个电路板，每个电路板分别定位在所述至少两个延伸部分的相应一个中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将控制器组件联接至所述壳体包括：将所述控制器组件联接至所述壳体，其中，所述至少两个电路板根据所述控制器组件的不同功能布置。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将控制器组件联接至所述壳体包括：将所述控制器组件联接至所述壳体，其中，所述至少两个电路板制造成将所述控制器组件的至少一个热产生构件分配到所述至少两个电路板的每一个上。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将控制器组件联接至所述壳体包括：将所述控制器组件联接至所述壳体，其中，所述至少两个电路板中的至少一个布置成垂直于所述定子组件的轴向平面。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将控制器组件联接至所述壳体包括：将所述控制器组件联接至所述壳体，其中，所述至少两个电路板中的至少一个相对于所述定子组件的背部平面布置成基本上平面的。
18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将控制器组件联接至所述壳体包括：将所述控制器组件联接至所述壳体，其中，所述控制器组件相对于所述定子组件的背部平面定向成基本上平面的。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，提供包括转子组件、定子组件和壳体的电机包括：提供包括所述转子组件、所述定子组件和所述壳体的所述电机，其中，所述壳体包括从所述壳体的内表面沿轴向向内延伸的环形法兰，所述环形法兰从所述环形中心部分的外周延伸出来，以有利于将所述定子组件与所述控制器组件隔离开。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，提供包括转子组件、定子组件和壳体的电机包括：提供包括所述转子组件、所述定子组件和所述壳体的所述电机，其中，所述至少两个延伸部分中的至少一个包括下述中的一个或更多个：接入开口和端子盖。
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