CN109328427A - 高速永磁转子的保持套筒和平衡策略 - Google Patents
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Abstract
一种用于在平衡切割期间减小转子套筒上的应力集中的方法，该方法包括：向转子组件的第一端盖和第二端盖的外径提供轴向突起；和径向切割套筒或轴向突起中的至少一个以平衡转子组件。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月13号递交的美国申请序列号15/180,509的权益。
技术领域
本公开总体涉及的领域包括涡轮机。
背景技术
涡轮机可包括电动马达。
发明内容
多个变型可包括一种在转子组件的组装和平衡期间减小转子套筒上的应力集中的方法，该方法包括：提供第一端盖和第二端盖，该第一端盖和第二端盖各自从转子芯径向地延伸，并且彼此横向间隔开且限定环形腔，其中第一端盖包括第一轴向突起，第二端盖包括第二轴向突起，该第一轴向突起和第二轴向突起各自远离环形腔延伸；在环形腔内设置磁体；将套筒放置在第一端盖和第二端盖上以封闭和压缩磁体；以及径向切割套筒、第一轴向突起或第二轴向突起中的至少一个以平衡转子组件。
多个变型可包括一种用于在平衡切割期间减小转子套筒上的应力集中的方法，该方法包括：向转子组件的第一端盖和第二端盖的外径提供轴向突起；和径向切割套筒或轴向突起中的至少一个以平衡转子组件。
多个变型可包括转子组件，该转子组件包括：转子芯，其中转子芯构造和布置成容纳轴；第一端盖和第二端盖，其从转子芯径向向外延伸，并且彼此横向间隔开且限定环形腔；至少一个磁体，其构造和布置成装配在环形腔内；套筒，其中套筒构造和布置为压缩至少一个磁体；且其中第一端盖包括第一轴向突起，第二端盖包括第二轴向突起，该第一轴向突起和第二轴向突起各自远离环形腔延伸。
本发明的范围内的其它示例性变型将从下文提供的详细描述中变得显而易见。应当理解，详细描述和具体示例虽然公开了在本发明的范围内的变型，但是仅用于说明的目的，且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细描述和附图中将更全面地理解本发明的范围内的变型的选择示例，其中：
图1示出了根据多个变型的电动辅助涡轮增压器系统的示意图。
图2示出了根据多个变型的转子组件和定子组件的局部截面图。
图3示出了根据多个变型的转子组件的局部截面图。
图4示出了根据多个变型的转子组件的局部截面图。
图5示出了根据多个变型的转子组件的局部截面图。
图6示出了根据多个变型的转子组件的局部截面图。
图7示出了根据多个变型的转子组件的局部截面图。
图8示出了根据多个变型的转子组件的局部截面图。
具体实施方式
变型的以下描述在本质上仅仅是说明性的，并且决不旨在限制本发明的范围、其应用或用途。
参照图2，在多个变型中，电动马达20可包括可由定子组件24驱动的转子组件32。在多个变型中，定子组件24可以作为电磁体操作，该电磁体可由磁场绕组26激磁。转子组件32可通过磁场绕组26和转子组件32中的磁场之间的相互作用由定子组件24旋转，这可围绕转子组件32的旋转轴线28产生转矩。在多个变型中，一个或多个永磁体92可用于提供磁场。在下文使用的术语“径向”是指从轴30的旋转轴线28延伸或垂直于轴30的旋转轴线28的方向，并且下文使用的术语“轴向”是指沿着或平行于轴30的旋转轴线28的方向。
参考图2-7，在多个变型中，转子组件32可包括转子芯34，该转子芯34可以是中空圆柱体并且可构造和布置成容纳轴30(其变型在图2中示出)，该轴30可以操作地连接到任何数量的系统，包括但不限于涡轮增压器22(其变型在图1中示出)、增压器和废热回收机器。转子芯34可包括任何数量的耐用高强度非磁性材料，包括但不限于钛或钢合金(包括但不限于高镍钢)。在多个变型中，第一和第二端盖36、64可以从转子芯34径向向外延伸，并且可以构造和布置成与转子芯34一起形成由转子芯34的表面和第一和第二端盖36、64限定的环形腔94。环形腔94可以构造和布置成容纳一个或多个永磁体92。转子芯34和第一和第二端盖36、64可以是具有转子芯34的一个单个连续件，其变型在图2中示出，或者可以是可以附接到转子芯34的单独部件，其变型在图8中示出。在任何数量的变型中，第一和第二端盖36、64可以附接到转子芯34，包括但不限于将第一端盖36压配到转子芯34中的第一凸块104中以及将第二端盖64压配到转子芯34中的第二凸块106中。第一凸块104和第二凸块106可以构造和布置成具有开口108，该开口108具有与第一和第二端盖36、64的端面110相同的直径。
在多个变型中，转子组件32可以包括套筒98，该套筒98可以是中空圆柱体并且可以构造和布置成与定子组件24配合，其变型在图2中示出。套筒98还可以构造和布置成围绕环形腔94和一个或多个永磁体92以压缩一个或多个磁体92，并且其可以保护和限制一个或多个永磁体92上的应力，该一个或多个永磁体92可能因转子组件32的高旋转速度而经受极大的力。套筒98可以包括任何数量的耐用材料，包括但不限于纤维增强复合材料(其可以是纤维增强聚合物)。在多个变型中，套筒98中的纤维可定向成影响套筒98的刚度。
在制造期间，可以进行转子组件32的旋转平衡的测试。在旋转平衡测试期间，转子组件32的平衡可通过径向切割96转子组件32的一部分来调节。在多个变型中，端盖36、64和/或套筒98中的至少一个可以构造和布置成减少或防止由平衡切口96引起的套筒98上的破裂点或局部应力集中的产生。端盖36、64和/或套筒98的配置还可以减小由高旋转速度应力引起的套筒98上的应力和/或来自端盖36、64和套筒98之间的干涉配合的应力。
参考图2，在多个变型中，第一端盖36可包括可从转子芯34径向向外延伸的第一主体部分38和可从主体部分38的外端40远离环形腔94轴向向外延伸的唇缘或突起42。在多个变型中，唇缘或突起42可包括外表面44、内表面46和在它们之间延伸的轴向表面48。唇缘或突起42的外表面44可垂直于主体部分38，使得其可与套筒98平齐。唇缘或突起42的内表面46还可垂直于主体部分38或可朝向外表面44以向上的角度延伸。第二端盖64可以与第一端盖36对称地相对并且还可以包括主体部分66和唇缘或突起70，主体部分66可以从转子芯34径向向外延伸，唇缘或突起70可以从主体部分66的外端68远离环形腔94轴向向外延伸。在多个变型中，唇缘或突起70可包括外表面72、内表面74和在它们之间延伸的轴向表面76。唇缘或突起70的外表面72可垂直于主体部分66，使得外表面72可与套筒98平齐。唇缘或突起70的内表面74还可垂直于主体部分66或可朝向外表面72以向上的角度延伸以形成锥形部。第一和第二端盖36、64上的唇缘或突起42、70可以在端盖36、64的外径处提供附加材料，其可防止或减小转子弯曲刚度。附加材料还可以允许平衡切口96制成为在从表示平衡切口96的虚线轴向向外的任何地方穿过第一端盖36、第二端盖64或套筒98中的至少一个，并且可防止或减小套筒98尤其是包含碳纤维的套筒98上的应力集中。
参考图3，在多个变型中，套筒98可以包括外表面100和内表面102。内表面102可以构造和布置成向上成角度并且可以在套筒98的每一端处形成锥形部。在多个变型中，套筒98和端盖36、64的构造可以在套筒98和每个端盖36、64之间形成由套管98的内表面102的一部分和端盖36、64的外表面44、72限定的空腔或间隙60、88。套筒98与端盖36、64之间的间隙60、88可允许径向平衡切口96制成为穿过在表示平衡切口96的虚线上的或者从该虚线轴向向外延伸的第一端盖36、第二端盖64或套筒98中的至少一个，并且可在平衡切割期间防止或减小套筒98上的应力集中。
参照图4，在多个变型中，第一端盖36上的唇缘或突起42的外表面44还可以包括可以从外表面44的第二端56向外延伸的第二径向突起52。第二径向突起52可以垂直于外表面44并且可以延伸经过套筒98的高度的至少一部分，使得其可防止套筒98延伸经过第一端盖36。在多个变型中，第二径向突起52可延伸第一径向突起50的距离的至少两倍。在多个变型中，第二径向突起52可以构造和布置成提供用于套筒98的轴向止动件，该轴向止动件可以提高套筒98的轴向位置的精度。以上仅出于说明的目的描述了从第一端盖36延伸的第二径向突起52，并且应注意的是，第二径向突起52可以替代地设置在第二端盖64上。
参考图5，在多个变型中，第一端盖36可包括可从转子芯34径向向外延伸的第一主体部分38和可从主体部分38的外端40轴向向外延伸的唇缘或突起42。在多个变型中，唇缘或突起42可包括外表面44、内表面46和在它们之间延伸的轴向表面48。在多个变型中，唇缘或突起42的外表面44可垂直于主体部分38，使得其可与套筒98的外表面100平行。在多个变型中，外表面44还可包括径向突起50，其可从紧邻环形腔94的外表面44的第一端54向外延伸。径向突起50可以构造和布置为在套筒98和端盖36之间形成由套筒98的内表面102、径向突起50，和唇缘或突起42的外表面44限定的空腔或间隙60。径向突起50可以垂直于外表面44，或者可以包括在一侧或两侧上的角度。唇缘或突起42的内表面46还可垂直于主体部分38或可朝向外表面44以向上的角度延伸以形成锥形部。第二端盖64可以与第一端盖36对称地相对并且可以包括主体部分66和唇缘或突起70，主体部分66可以从转子芯34径向向外延伸，唇缘或突起70可以从主体部分66的外端68轴向向外延伸。在多个变型中，唇缘或突起70可包括外表面72、内表面74和在它们之间延伸的轴向表面76。唇缘或突起70的外表面72可垂直于主体部分66，使得其可与套筒98的内表面102平行。在多个变型中，外表面72还可包括径向突起78，该径向突起78可从紧邻环形腔94的外表面72的第一端82向外延伸。径向突起78可以构造和布置为在套筒98和第二端盖64之间形成由套筒98的内表面102的一部分、径向突起78，和唇缘或突起70的外表面72限定的空腔或间隙88。径向突起78可以垂直于外表面72，或者可以包括在一侧或两侧上的角度。唇缘或突起70的内表面74还可垂直于主体部分66或可朝向外表面72以向上的角度延伸以形成锥形部。在多个变型中，第一和第二端盖36、64上的径向突起50、78可以构造和布置成使得他们还可以在套筒98与第一和第二端盖36、64之间提供密封，这可以保护一个或多个永磁体92免受污染物的影响。在多个变型中，第一和第二端盖36、64的配置可允许径向平衡切口96穿过在表示平衡切口96的虚线上的或者从虚线轴向向外延伸的第一端盖36、第二端盖64或套筒98中的至少一个。套筒98和端盖36、64之间的空腔或间隙60、88可防止或减小平衡切割期间套筒98上的应力集中。
参照图6，在多个变型中，第一端盖36的外表面44还可以包括第二径向突起52，该第二径向突起52可以从外表面44的第二端56向外延伸并且可以垂直于外表面44。第二径向突起52可延伸经过套筒98的高度的至少一部分，使得其可防止套筒98延伸经过第一端盖36。以上仅出于说明的目的描述了从第一端盖36延伸的第二径向突起52，并且应注意的是，第二径向突起52可以替代地设置在第二端盖64上。在多个变型中，第二径向突起52可延伸第一径向突起50的距离的至少两倍。第二径向突起52可以构造和布置成提供用于套筒98的轴向止动件，该轴向止动件可以提高套筒98的轴向位置的精度。在多个变型中，第一和第二端盖36、64的配置可允许径向平衡切口96穿过在表示平衡切口96的虚线上的或者从虚线轴向向外延伸的第一端盖36、第二端盖64或套筒98中的至少一个。
参考图7，在多个变型中，第一端盖36可包括可从转子芯34径向延伸的第一主体部分38和可从主体部分38的外端40轴向延伸的唇缘或突起42。在多个变型中，唇缘或突起42可包括外表面44、内表面46和在它们之间延伸的轴向表面48。在多个变型中，唇缘或突起42的外表面44可以从主体部分38向下成角度。外表面44的角度可构造和布置成使得其在套筒98和端盖36之间形成由套管98的内表面102的一部分和端盖36的外表面44限定的空腔或间隙60。唇缘或突起42的内表面46可垂直于主体部分38或可朝向外表面44以向上的角度延伸以形成锥形部。第二端盖64可以与第一端盖36对称地相对并且还可以包括主体部分66和唇缘或突起70，主体部分66可以从转子芯34径向向外延伸，唇缘或突起70可以从主体部分66的外端68轴向向外延伸。在多个变型中，唇缘或突起70可包括外表面72、内表面74和在它们之间延伸的轴向表面76。在多个变型中，唇缘或突起70的外表面72可以从主体部分66向下成角度。外表面72的角度可构造和布置成使得其在套筒98和端盖64之间形成由套管98的内表面102的一部分和端盖64的外表面72限定的空腔或间隙88。在多个变型中，第一和第二端盖36、64的唇缘或突起42、70可以构造和布置成使得径向突起42、70在套筒98与第一和第二端盖36、64之间提供密封，这可以保护一个或多个永磁体92免受污染物的影响。在多个变型中，第一和第二端盖36、64的配置还可允许径向平衡切口96穿过在表示平衡切口96的虚线上或者从虚线轴向向外延伸的第一端盖36、第二端盖64或套筒98中的至少一个。套筒98和端盖36、64之间的空腔或间隙60、88可防止或减小平衡切割期间套筒98上的应力集中。
应注意，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，端盖36、64和套管98的上述变型中任一个可以以任何数量的方式组合和/或重新布置。
变体的以下描述仅说明被认为在本发明的范围内的部件、元件、动作、产品和方法，并且绝不旨在通过具体公开或未明确阐述的内容来限制这样的范围。如本文中所描述的组件、元件、动作、产品和方法可不同于本文所明确描述的来组合和重新布置，且仍被视为在本发明的范围内。
变型1可包括一种在转子组件的组装和平衡期间减小转子套筒上的应力集中的方法，该方法包括：提供第一端盖和第二端盖，该第二端盖和第二端盖各自从转子芯径向地延伸，并且彼此横向间隔开且限定环形腔，其中第一端盖包括第一轴向突起，第二端盖包括第二轴向突起，第一轴向突起和第二轴向突起各自远离环形腔延伸；在环形腔内设置磁体；将套筒放置在第一端盖和第二端盖上以封闭和压缩磁体；以及径向切割套筒、第一轴向突起或第二轴向突起中的至少一个以平衡转子组件。
变型2可包括变型1所述的方法，其中第一端盖被压配到转子芯中的第一凸块中，并且第二端盖被压配到转子芯中的第二凸块中。
变型3可包括变型1-2中任一个所述的方法，该方法进一步包括在套筒的内径向表面与第一和第二轴向突起的表面之间设置间隙。
变型4可包括变型1-3中任一个所述的方法，其中使套筒的第一端和第二端逐渐变细形成间隙。
变型5可包括变型1-3中任一个所述的方法，其中在第一轴向突起上设置第一径向突起并且在第二轴向突起上设置第二径向突起形成间隙。
变型6可包括变型1-3中任一个所述的方法，其中使第一端盖上的第一轴向突起逐渐变细和使第二端盖上的第二轴向突起逐渐变细形成间隙。
变型7可包括变型1-6中任一个所述的方法，该方法进一步包括通过在第一端盖或第二端盖中的一个上设置止动件来轴向地定位套筒。
变型8可包括一种用于在平衡切割期间减小转子套筒上的应力集中的方法，该方法包括：向转子组件的第一端盖和第二端盖的外径提供轴向突起；和径向切割套筒或轴向突起中的至少一个以平衡转子组件。
变型9可包括变型8所述的方法，该方法进一步包括在套筒和轴向突起之间设置间隙。
变型10可包括变型9所述的方法，其中使套筒的第一端和第二端逐渐变细形成间隙。
变型11可包括变型9所述的方法，其中在轴向突起上设置第一和第二径向突起形成间隙。
变型12可包括变型9所述的方法，其中使第一端盖上的第一轴向突起逐渐变细和使第二端盖上的第二轴向突起逐渐变细形成间隙。
变型13可包括变型8-12中任一个所述的方法，该方法进一步包括使用第一端盖或第二端盖中的一个上的止动件来轴向地定位套筒。
变型14可包括转子组件，该转子组件包括：转子芯，其中转子芯构造和布置成容纳轴；第一端盖和第二端盖，其从转子芯径向向外延伸，并且彼此横向间隔开且限定环形腔；至少一个磁体，其构造和布置成装配在环形腔内；套筒，其中套筒构造和布置为压缩至少一个磁体；且其中第一端盖包括第一轴向突起，第二端盖包括第二轴向突起，第一轴向突起和第二轴向突起各自远离环形腔延伸。
变型15可包括变型14所述的转子组件，其中第一轴向突起和第二轴向突起各自包括外表面、内表面和在它们之间延伸的轴向表面。
变型16可包括变型15所述的转子组件，其中外表面包括紧邻环形腔的径向突起，并且构造和布置成限定套筒的内表面和与环形腔相对的外表面的其余部分之间的间隙。
变型17可包括变型15-16中任一个所述的转子组件，其中径向突起用作与套筒的内表面形成密封，以保护磁体免受内容物的影响。
变型18可包括变型14-15中任一个所述的转子组件，其中套筒的内表面的每一端逐渐变细以限定第一轴向突起和第二轴向突起之间的间隙。
变型19可包括变型14-18中任一个所述的转子组件，其中第一端盖或第二端盖中的一个包括径向突起，该径向突起构造和布置成用作套筒的轴向止动件。
变型20可包括变型19所述的转子组件，其中径向突起从与环形腔相对的外表面的第一端延伸。
以上对本发明范围内的选择变型的描述在本质上仅仅是说明性的，因此，其变型或变体不被认为脱离了本发明的精神和范围。
Claims (20)
1.一种用于在转子组件的组装和平衡期间减小转子套筒上的应力集中的方法，包括：
提供第一端盖和第二端盖，所述第一端盖和所述第二端盖各自从转子芯径向地延伸，并且彼此横向间隔开且限定环形腔，其中所述第一端盖包括第一轴向突起，所述第二端盖包括第二轴向突起，所述第一轴向突起和所述第二轴向突起各自远离所述环形腔延伸；
在所述环形腔内设置磁体；
将套筒放置在所述第一端盖和所述第二端盖上，以封闭和压缩所述磁体；以及
径向切割所述套筒、所述第一轴向突起或所述第二轴向突起中的至少一个以平衡所述转子组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一端盖被压配到所述转子芯中的第一凸块中，并且所述第二端盖被压配到所述转子芯中的第二凸块中。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述套筒的内径向表面与所述第一轴向突起和所述第二轴向突起的表面之间设置间隙。
4.根据权利要求3所述的方法，其中使所述套筒的第一端和第二端逐渐变细形成所述间隙。
5.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第一轴向突起上设置第一径向突起并且在所述第二轴向突起上设置第二径向突起形成所述间隙。
6.根据权利要求3所述的方法，其中使所述第一端盖上的所述第一轴向突起逐渐变细和使所述第二端盖上的所述第二轴向突起逐渐变细形成所述间隙。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过在所述第一端盖或所述第二端盖中的一个上设置止动件来轴向地定位所述套筒。
8.一种用于在平衡切割期间减小转子套筒上的应力集中的方法，包括：向转子组件的第一端盖和第二端盖的外径提供轴向突起；和径向切割所述套筒或所述轴向突起中的至少一个以平衡所述转子组件。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在所述套筒和所述轴向突起之间设置间隙。
10.根据权利要求9所述的方法，其中使所述套筒的第一端和第二端逐渐变细形成所述间隙。
11.根据权利要求9所述的方法，其中在所述轴向突起上设置第一和第二径向突起形成所述间隙。
12.根据权利要求9所述的方法，其中使所述第一端盖上的所述第一轴向突起逐渐变细和使所述第二端盖上的所述第二轴向突起逐渐变细形成所述间隙。
13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括使用所述第一端盖或所述第二端盖中的一个上的止动件来轴向地定位所述套筒。
14.一种转子组件，包括：
转子芯，其中所述转子芯构造和布置成容纳轴；
第一端盖和第二端盖，其从所述转子芯径向向外延伸，并且彼此横向间隔开且限定环形腔；
至少一个磁体，其构造和布置成装配在所述环形腔内；
套筒，其中所述套筒构造和布置为压缩所述至少一个磁体；且
其中所述第一端盖包括第一轴向突起，所述第二端盖包括第二轴向突起，所述第一轴向突起和所述第二轴向突起各自远离所述环形腔延伸。
15.根据权利要求14所述的转子组件，其中所述第一轴向突起和所述第二轴向突起各自包括外表面、内表面和在它们之间延伸的轴向表面。
16.根据权利要求15所述的转子组件，其中所述外表面包括紧邻所述环形腔的径向突起，并且构造和布置成限定所述套筒的内表面和与所述环形腔相对的所述外表面的其余部分之间的间隙。
17.根据权利要求16所述的转子组件，其中所述径向突起用作与所述套筒的所述内表面形成密封，以保护所述磁体免受内容物的影响。
18.根据权利要求15所述的转子组件，其中所述套筒的内表面的每一端逐渐变细以限定所述第一轴向突起和所述第二轴向突起之间的间隙。
19.根据权利要求14所述的转子组件，其中所述第一端盖或所述第二端盖中的一个包括径向突起，所述径向突起构造和布置成用作所述套筒的轴向止动件。
20.根据权利要求19所述的转子组件，其中所述径向突起从与所述环形腔相对的所述外表面的第一端延伸。
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