相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求在2010年8月25日提交的序列號12/868,712以及在2010年12月1日提交的序列號12/958,321的優(yōu)先權(quán)，序列號12/958,321為2010年8月25日提交的序列號12/868,712的部分繼續(xù)申請，上述所有申請通過引用而全文并入于此。

背景技術(shù)：

電力機(jī)器由于內(nèi)部組件的過熱而具有功率限制。在常規(guī)系統(tǒng)中，通常經(jīng)由外部冷卻來冷卻電力機(jī)器。舉例而言，可在電力機(jī)器的外表面上提供散熱器以協(xié)助冷卻。在一些示例中，流體可流過電力機(jī)器的外部殼體或在機(jī)器的外表面上流動。例如，參見美國專利號7,550,882；美國專利號5,939,808；美國專利號5,670,838；以及美國專利號4,700,092，上述專利通過引用而全文并入于此。在一些情況下，流體可提供于電力機(jī)器內(nèi)以協(xié)助冷卻，但可包含在該機(jī)器內(nèi)。例如，參見美國專利號4,644,202；以及美國專利號7,352,090，上述專利通過引用而全文并入于此。

利用內(nèi)部組件的改進(jìn)的冷卻及潤滑，有可能將電力機(jī)器設(shè)計成在相比于傳統(tǒng)機(jī)器設(shè)計緊湊得多且重量更低的封裝中產(chǎn)生高功率。改進(jìn)的冷卻及潤滑有利于增加機(jī)器的操作電流和速度，而這直接轉(zhuǎn)化成更高的扭矩、更高的功率，并從而轉(zhuǎn)化成更高的功率密度。

因此，存在對于改進(jìn)的電力機(jī)器系統(tǒng)和方法的需要，其可利用可在內(nèi)部流過電力機(jī)器的流體來進(jìn)行冷卻和潤滑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供利用增強(qiáng)的流體注入系統(tǒng)來冷卻及潤滑高功率密度電力機(jī)器的系統(tǒng)和方法。本文描述的本發(fā)明的各個方面可應(yīng)用于下文闡述的任何特定應(yīng)用，或者用于任何其他類型的電力機(jī)器。本發(fā)明可應(yīng)用作為獨立系統(tǒng)或方法，或者作為綜合系統(tǒng)(諸如載具)的一部分。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的不同方面可單獨地、集合地或彼此組合地領(lǐng)會。

本發(fā)明的一個方面可關(guān)于一種電力機(jī)器，該電力機(jī)器包括：轉(zhuǎn)子，其固定于可旋轉(zhuǎn)軸，并通過一個或多個軸承的方式得到支撐；定子，其相對于可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子及軸靜止，在轉(zhuǎn)子與定子之間具有間隙；外殼，其包圍機(jī)器的全部或部分；以及流體分配歧管，其具有至少一個入口和多個分配開口，所述多個分配開口通向與至少一個出口流體連通的該機(jī)器內(nèi)的多個流體流動通道。在一些實施方式中，該多個流體流動通道可包含：定子與外殼之間的定子流體流動路徑；沿可旋轉(zhuǎn)軸朝向轉(zhuǎn)子及定子的轉(zhuǎn)子流體流動路徑；以及接觸至少一個軸承的軸承流體流動路徑。定子流體流動路徑可包括可允許流體直接與定子的外表面相接觸的一個或多個流體流動通道。一個或多個凹槽或其他表面特征可形成定子的外表面與外殼的內(nèi)表面之間的通道。在一些實施方式中，一個或多個流體流動通道可與排放箱流體連通，該排放箱與至少一個出口流體連通。該排放箱可配置成使得離開流體流動通道的流體在通過出口離開電力機(jī)器之前可被收集于該箱內(nèi)。在一些實施方式中，排放箱可用作熱交換器，藉此提供冷卻該箱內(nèi)的流體的機(jī)會。

本發(fā)明的另一方面可提供一種電力機(jī)器，該電力機(jī)器包括：轉(zhuǎn)子，其固定于可旋轉(zhuǎn)軸，并通過一個或多個軸承的方式得到支撐；定子，其相對于可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子及軸靜止，在轉(zhuǎn)子與定子之間具有間隙；以及通向流體注入器噴嘴的至少一個流體流動通道，其可引導(dǎo)流體沿可旋轉(zhuǎn)軸朝向轉(zhuǎn)子和定子。在一些實施方式中，流體注入器噴嘴和/或可旋轉(zhuǎn)軸可包含可并入有助于流體的流動及分配的離心泵的特征。該電力機(jī)器還可包含通向接合處的流體流動通道，其中該流體流動通道可分岔以接觸軸承并且還接觸轉(zhuǎn)子。此外，該電力機(jī)器可在軸承與通向轉(zhuǎn)子的流體流動路徑之間包含計量器件，其中該計量器件配置用于確定流至軸承的流體與流至轉(zhuǎn)子的流體的相對量。在一些實施方式中，可移除、替換及/或調(diào)節(jié)該計量器件，使得機(jī)器可在不具有計量器件的情況下操作，可用不同配置的不同計量器件替換該計量器件，或者可調(diào)節(jié)該計量器件，從而改變流至軸承的流體與流至轉(zhuǎn)子的流體的相對量。備選地，在其他實施方式中，該流體流動路徑在軸承與轉(zhuǎn)子之間可不分岔，取而代之的是，可引導(dǎo)流體首先接觸軸承，流過該軸承，并于隨后流動以接觸轉(zhuǎn)子。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，可提供一種用于冷卻電力機(jī)器的方法。該方法可包含：提供固定于可旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子；提供相對于該可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子及軸為靜止的定子，在轉(zhuǎn)子與定子之間具有間隙；以及提供包圍該機(jī)器的全部或部分的外殼。該方法還可包含引導(dǎo)流體流過定子與外殼之間的一個或多個通道，其可提供定子及轉(zhuǎn)子與流體直接接觸以及從定子及轉(zhuǎn)子向流體傳遞熱量的機(jī)會，從而冷卻定子和轉(zhuǎn)子。

本發(fā)明的一個額外方面可關(guān)于用于冷卻電力機(jī)器的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包含與泵流體連通的電力機(jī)器，以及與該電力機(jī)器及該泵流體連通的熱交換器。該電力機(jī)器可具有：流體密封殼體，其具有至少一個入口和至少一個出口；一個或多個流體流動通道，其與入口和出口流體連通；以及壓強(qiáng)均衡器件，其可維持該機(jī)器內(nèi)的壓強(qiáng)處于預(yù)定范圍內(nèi)。在一些實施方式中，該機(jī)器還可包含用以確定該機(jī)器內(nèi)的流體位準(zhǔn)的器件。此外，結(jié)合該流體密封殼體，一些實施方式可利用導(dǎo)電材料來構(gòu)成圍繞電力機(jī)器的可旋轉(zhuǎn)軸的接觸密封件，其可抵消由可存在于電力機(jī)器中的同極通量路徑所產(chǎn)生的循環(huán)電流的負(fù)面效應(yīng)。

當(dāng)結(jié)合以下描述和附圖一起考慮時，將會進(jìn)一步領(lǐng)會和理解本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點。雖然下面的描述中可能包含描述本發(fā)明特定實施方式的具體細(xì)節(jié)，但這不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明范圍的限制，而是應(yīng)解釋為優(yōu)選實施方式的范例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，本文中提出的針對本發(fā)明每個方面的許多變化都是可能的。在不脫離本發(fā)明的精神的前提下，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種改變和修改。

援引并入

本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請均在此通過引用而并入本文，其程度如同各個單獨的出版物、專利或?qū)＠暾埍痪唧w地和單獨地指示為通過引用而并入。

附圖說明

本發(fā)明的新穎特征在所附權(quán)利要求中具體闡明。通過參考對在其中利用到本發(fā)明原理的說明性實施方式加以闡釋的以下詳細(xì)描述和附圖，將會獲得對本發(fā)明特征和優(yōu)點的更好的理解，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力機(jī)器。

圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有流體流動的電力機(jī)器的概念圖示。

圖1B示出用于根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力機(jī)器的流體分配歧管的概念圖示。

圖1C示出可提供在電力機(jī)器內(nèi)的流體流動路徑的示例圖。

圖1D示出可提供在電力機(jī)器內(nèi)的流體流動路徑的替代示例圖。

圖1E示出可提供在電力機(jī)器內(nèi)的流體流動路徑的替代示例圖。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的軸承流體流動路徑。

圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的軸承流體流動路徑和軸承組裝件的放大圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的轉(zhuǎn)子流體流動路徑。

圖4示出可用于使流體循環(huán)流過電力機(jī)器的系統(tǒng)的概念圖示。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的機(jī)器軸。

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的流體密封機(jī)器殼體。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力機(jī)器的分解圖。

圖8示出電力機(jī)器的導(dǎo)電軸密封件以及同極通量路徑的概念圖示。

具體實施方式

雖然本文已示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，僅通過示例的方式提供此類實施方式是顯而易見的。在不脫離本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員現(xiàn)將設(shè)想到多種變化、改變和替換。應(yīng)當(dāng)理解，針對本文描述的本發(fā)明實施方式的各種替代方案均可用于實施本發(fā)明。

I.流體注入系統(tǒng)說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力機(jī)器。在本發(fā)明的一些實施方式中，該電力機(jī)器可為馬達(dá)，比如三相交流感應(yīng)馬達(dá)。備選地，電力機(jī)器可為任何類型的馬達(dá)、發(fā)電機(jī)，或者可能需要某種形式的電氣和機(jī)械連接的任何類型的機(jī)器。

該電力機(jī)器還可以是可為流體冷卻式或可在其內(nèi)部具有任何類型流體的任何機(jī)器。在一些實施方式中，機(jī)器可具有用于冷卻和/或潤滑的流體。電力機(jī)器內(nèi)的流體可以流動或者可以基本上靜止。在一些實施方式中，電力機(jī)器內(nèi)的流體可循環(huán)穿過電力機(jī)器，并可來自于電力機(jī)器外部的源。在一些實施方式中，機(jī)器可以是流體密封的或者部分流體密封的。

該電力機(jī)器可用在系統(tǒng)中。舉例而言，該電力機(jī)器可用在載具中，諸如汽車、摩托車、卡車、貨車、公共汽車或其他類型的載客、商用或工業(yè)載具；火車或其他類型的鐵路載具；船只、飛機(jī)或任何其他類型的載具；或者任何其他類型的商用或工業(yè)機(jī)械或設(shè)備。并入根據(jù)本發(fā)明實施方式的流體注入系統(tǒng)的電力機(jī)器對于封閉、受控或惡劣環(huán)境下的應(yīng)用可能特別有用，在該環(huán)境中機(jī)器外部或內(nèi)部的局部冷卻均不可能，并且/或者可能需要密封的機(jī)器殼體。

該電力機(jī)器可于高電流水平和高旋轉(zhuǎn)速度操作，并且可產(chǎn)生比相同尺寸和重量的常規(guī)馬達(dá)更高的功率。流體注入系統(tǒng)可通過允許直接冷卻內(nèi)部熱源以及潤滑高速度軸承而使這樣的功率密度成為可能。

圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的具有流體流動的電力機(jī)器的概念圖示。來自外部源的流體可進(jìn)入電力機(jī)器。該流體可經(jīng)由一個或多個入口進(jìn)入機(jī)器。來自電力機(jī)器內(nèi)的流體可離開該電力機(jī)器。流體可經(jīng)由一個或多個出口離開機(jī)器。在一些實施方式中，流體可從流體源提供并可離開機(jī)器，使得不斷使用新流體來補(bǔ)充該電力機(jī)器內(nèi)的流體。在其他實施方式中，流體可循環(huán)，使得離開該電力機(jī)器的流體的至少一些或全部循環(huán)進(jìn)入同一電力機(jī)器。因此，流體注入系統(tǒng)可應(yīng)用于該電力機(jī)器。

在一些實施方式中，新流體可持續(xù)進(jìn)入電力機(jī)器，并且/或者舊流體可持續(xù)離開電力機(jī)器。在其他實施方式中，流體可間歇地或分批地供應(yīng)至電力機(jī)器中使得可添加新流體和/或移除舊流體，繼而在一段時間之后，可添加更多新流體和/或移除更多舊流體。新流體能夠以與移除舊流體的速率基本上相同的速率添加，或者能夠以不同的和變化的速率添加新流體和/或移除舊流體?？上鄳?yīng)地以期望速率添加新流體和/或移除舊流體，以提供期望程度的冷卻和/或潤滑。在一些情況下，可期望增加流體流動的速率以增加電力機(jī)器的冷卻和/或潤滑，或者期望降低流體流動的速率以降低電機(jī)機(jī)械的冷卻和/或潤滑。

在其他實施方式中，流體可包含在電力機(jī)器內(nèi)并且可在該電力機(jī)器內(nèi)循環(huán)。在一些實施方式中，流體可包含在電力機(jī)器的特定部分內(nèi)，而在其他部分中，流體可在電力機(jī)器的各個部分之間自由流動?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的用于各種流體冷卻式電力機(jī)器的任何組件、特征、特性或步驟。例如，參見美國專利公開號2006/0066159；美國專利公開號2004/0113500；美國專利號5,181,837；美國專利號5,997,261；美國專利號6,355,995；美國專利號5,578,879，上述文獻(xiàn)全文通過引用而并入于此。

冷卻和/或潤滑流體可以是本領(lǐng)域中已知的任何流體。流體可包括液態(tài)或氣態(tài)流體。在一些實施方式中，冷卻和/或潤滑流體可為氣體，諸如空氣；或液體，諸如水、油或某種類型的液態(tài)介電流體；或任何此類流體的蒸氣或霧；或任何其他類型的流體?？刹捎帽绢I(lǐng)域中已知的任何類型的冷卻劑和/或潤滑劑。例如，可使用諸如自動傳動液(ATF，Automatic Transmission Fluid)之類的傳動流體。可根據(jù)期望的熱特性、電特性、化學(xué)特性或流動特性來選擇流體。舉例而言，流體可具有落入期望范圍內(nèi)的比熱，或者可為具有高于期望值的電阻率的非導(dǎo)電流體，或者可為對構(gòu)成電力機(jī)器的元件有化學(xué)惰性或反應(yīng)性的流體，或者可為具有高粘度或低粘度的流體。

在一些實施方式中，可在電力機(jī)器內(nèi)提供流體的組合。舉例而言，冷卻和/或潤滑流體可為提供于亦含有氣態(tài)流體的機(jī)器內(nèi)的液體。在一些實施方式中，電力機(jī)器可完全充滿液態(tài)流體，可部分地填充液態(tài)流體，或者可具有在其中流動的低位準(zhǔn)的液態(tài)流體。

供應(yīng)至電力機(jī)器的流體可經(jīng)加壓或不經(jīng)加壓。在一些情況下，可通過正壓力源(諸如泵或壓縮機(jī))來加壓流體。該正壓力源可在電力機(jī)器外部(例如，在電力機(jī)器的入口側(cè))，或者可以是該電力機(jī)器的一部分。在其他實施方式中，可通過負(fù)壓力源(諸如真空)來加壓流體。該負(fù)壓力源可在電力機(jī)器外部(例如，在電力機(jī)器的出口側(cè))，或者可以是該電力機(jī)器的一部分。在一些情況下，壓力源可與電力機(jī)器成為一體，并且可有助于機(jī)器內(nèi)的流體流動?？蓜?chuàng)造出可有助于流體流動的任何壓差。在其他實施方式中，其他的力——諸如重力或機(jī)器內(nèi)移動部件所產(chǎn)生的力——可有助于流體流動。

電力機(jī)器的全部或部分可由外殼包圍。該機(jī)器外殼可包含為了容納、支撐和/或保護(hù)目的或任何其他類似功能而包圍電力機(jī)器的全部或部分的任何結(jié)構(gòu)或組件。結(jié)構(gòu)或組件可用作機(jī)器外殼，或者可構(gòu)成機(jī)器外殼的一部分，并且可額外執(zhí)行其他不相關(guān)功能。該外殼可包圍機(jī)器組裝件的全部或部分，或者可包圍該機(jī)器的任何單個組件(諸如定子或轉(zhuǎn)子)的全部或部分。包圍機(jī)器的一個或多個單個組件的全部或部分的一個或多個單個結(jié)構(gòu)或組件可分別用作機(jī)器外殼，并且還可共同構(gòu)成機(jī)器外殼。對于本領(lǐng)域中技術(shù)人員而言顯而易見的是，在不脫離本文提供的描述的情況下，本文所指的機(jī)器外殼亦可由其他術(shù)語所指代，包括機(jī)器殼、框架、殼體或其他類似術(shù)語。機(jī)器外殼(如本文所稱)可集體地包括可針對電力機(jī)器或該電力機(jī)器的任何單個組件執(zhí)行容納、支撐和/或保護(hù)功能或任何其他類似功能的任何及全部單個結(jié)構(gòu)和/或組件(例如，機(jī)器端蓋)。在一些實施方式中，機(jī)器外殼的全部或部分可流體密封。

電力機(jī)器可利用高功率電氣連接。可靠的高功率連接可能需要具有可接受電流密度的低電阻電接觸。在銅直流電源連接中，典型的最大電流密度可在2.2×10⁶A/m²數(shù)量級。這通?？稍诔^40℃的環(huán)境溫度下將連接的溫升限制在30℃以下。例如，參見ANSI C37.20C-1974,IEEE標(biāo)準(zhǔn)27-1974。在銅三相交流電源連接中，傳統(tǒng)上已可靠地在電力機(jī)器中使用7×10⁶A/m²的最大峰值電流密度。在本發(fā)明的一些實施方式中，可將流體冷卻引入一個或多個連接器表面，這可增強(qiáng)連接可靠性并且可使超過7×10⁶A/m²的值成為可能。

圖1示出向電力機(jī)器內(nèi)的各個通道供應(yīng)流體的本發(fā)明實施方式。流體可經(jīng)加壓或不經(jīng)加壓。流體可通過流體分配歧管42的入口端口41進(jìn)入機(jī)器，并且可分配至位置1、位置2和位置3處的通道。這些通道可將該流體引導(dǎo)至位置8處的一個或多個軸承7，引導(dǎo)至位置10處的包圍機(jī)器軸11的一個或多個注入器噴嘴9，以及引導(dǎo)至位置6處在外殼4與定子組裝件5之間的一個或多個空腔中。因此，歧管可將流體相應(yīng)地分配至軸承流體流動路徑、轉(zhuǎn)子流體流動路徑以及定子流體流動路徑。

在一些實施方式中，位置1、2和3處的通道可定向在機(jī)器的頂部附近，或者在其他實施方式中，這些通道可定向在機(jī)器的底部附近，或者可定向在機(jī)器的任一側(cè)上的任何地方。在一些情況下，位置1、2和3處的通道可各自定向在基本上相同的一側(cè)上或機(jī)器周圍的類似位置，而在其他情況下，所述通道可各自個別地定向在機(jī)器周圍的任何位置處。在其他實施方式中，任何數(shù)目的通道可定位在機(jī)器周圍的任何位置處。

進(jìn)入位置1、2和3處的通道的流體可在機(jī)器內(nèi)分岔成多個路徑。一個路徑可引導(dǎo)該流體中的一些流體流過軸承7，其可潤滑和冷卻該軸承(即，軸承流體流動路徑)；并且可分岔以便還引導(dǎo)一些流體經(jīng)過注入器噴嘴9與機(jī)器軸11之間的間隙10朝向轉(zhuǎn)子和定子流動，此處該流體可冷卻轉(zhuǎn)子和定子(即，轉(zhuǎn)子流體流動路徑)。已分岔成流過軸承流體流動路徑和轉(zhuǎn)子流體流動路徑的流體可相應(yīng)地通過經(jīng)機(jī)器外殼4的主內(nèi)部空腔37流至排放通道20和流入排放箱22中而完成每個路徑。注意，在機(jī)器的每一端部的兩個位置1、3處可重復(fù)這些路徑。因此，在一些實施方式中，可在機(jī)器內(nèi)提供兩個或更多個軸承流體流動路徑以及兩個或更多個轉(zhuǎn)子流體流動路徑。

另一路徑可引導(dǎo)流體在位置6處的、外殼4與定子疊片5的外表面之間圍繞和/或沿定子組裝件5流動，此處該流體可冷卻定子并且還可從定子流出以冷卻轉(zhuǎn)子(即，定子流體流動路徑)。因此，在一些實施方式中，相同流體可流過定子流體流動路徑以同時接觸和冷卻定子及轉(zhuǎn)子。在一些實施方式中，可圓周地或周邊地圍繞定子組裝件引導(dǎo)流體?？蓚溥x地或附加地沿定子組裝件的長度引導(dǎo)流體。在一些情況下，可圓周地或周邊地圍繞定子組裝件以及/或者沿該定子組裝件的長度以任何期望角度引導(dǎo)流體。外殼4的內(nèi)表面可具有位置6處的一個或多個圓周或周邊凹槽，所述凹槽可形成定子組裝件5的外表面與外殼4的內(nèi)表面之間的一個或多個空腔。流體可流過這些空腔中的一個或多個空腔以冷卻定子5，并且繼而在一些實施方式中，該流體可通過一個或多個排放通道21流入排放箱22中。備選地或附加地，外殼4的內(nèi)表面和/或定子組裝件5的外表面可具有一個或多個凹槽或其他表面特征，所述一個或多個凹槽或其他表面特征在定子組裝件的外表面與外殼的內(nèi)表面之間可沿定子組裝件的長度形成一個或多個通道。流體可流過這些通道中的一個或多個通道以冷卻定子5，并且繼而在一些實施方式中，該流體可在定子疊片的邊緣處離開這些通道中的一個或多個通道。流體繼而可流動以接觸和冷卻定子端匝和轉(zhuǎn)子端環(huán)，并可繼而通過機(jī)器外殼的主內(nèi)部空腔37流至一個或多個排放通道20并流入排放箱22中。在一些實施方式中，可在機(jī)器內(nèi)提供一個定子流體流動路徑。備選地，在其他實施方式中，可提供兩個或更多個定子流體流動路徑。

在一些實施方式中，已流過定子流體流動路徑的流體、已流過轉(zhuǎn)子流體流動路徑的流體以及已流過軸承流體流動路徑的流體可在排放箱22中全部收集在一起，此處該流體可通過出口端口46離開機(jī)器。優(yōu)選地，相同流體可用于機(jī)器內(nèi)所有的流體流動路徑。在其他實施方式中，不同流體或其組合可用于不同的流體流動路徑。

A.流體分配歧管

如先前所描述，圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的入口端口41和流體分配歧管42，流體可通過該入口端口41和流體分配歧管42進(jìn)入電力機(jī)器。在一些實施方式中，入口端口可定向在電力機(jī)器的一側(cè)上。在其他實施方式中，入口端口可定向成來自電力機(jī)器的頂部或電力機(jī)器的底部。在一些情況下，入口端口可定向成使得流體水平地流至流體分配歧管。備選地，入口端口可垂直地定向，或成角度地定向，該角度可包括但不限于10度角、15度角、30度角、45度角、60度角、75度角或80度角。在一些情況下，可提供一個、兩個、三個或更多個入口端口，其中每個入口端口可具有如所描述的任何配置、位置或定向。每個入口端口可連接至相同流體分配歧管或者可備選地連接至不同歧管，所述不同歧管彼此可流體連通或者可不流體連通。每個入口端口可接受相同流體或不同類型的流體。入口端口可提供在使用或不使用歧管的電力機(jī)器的外殼的任何部分上。在一些實施方式中，可提供歧管提供作為電力機(jī)器的外殼的一部分以及/或者包含在該外殼內(nèi)。在其他實施方式中，可提供歧管作為單獨部件并附接至電力機(jī)器的外殼。在其他實施方式中，可提供歧管使得該歧管的一部分被提供作為附接至機(jī)器的單獨部件而該歧管的另一部分被提供作為機(jī)器的一部分和/或包含在該機(jī)器內(nèi)。

圖1B示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于電力機(jī)器的流體分配歧管的概念圖示。如圖所示，流體可從一個或多個入口進(jìn)入歧管。流體分配歧管可具有一個或多個分配開口，所述分配開口可通向機(jī)器內(nèi)的一個或多個流體流動通道。在一個示例中，可提供三個分配開口和/或流體流動通道I、IIA、IIB。在其他實施方式中，可提供任何數(shù)目的分配開口和/或流體流動通道，其可包括一個、兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個或十個或更多個分配開口和/或流體流動通道。

在一些情況下，可提供相同數(shù)目的分配開口和/或流體流動通道。備選地，可提供不同數(shù)目的分配開口和/或流體流動通道。舉例而言，可從單一分配開口或從其他流體流動通道分叉出多個流體流動通道。

流體分配歧管可具有任何形狀或定向。在一些情況下，該歧管可具有細(xì)長或扁平的形狀。舉例而言，該歧管可具有扁平圓形、正方形、矩形、三角形、六邊形、八邊形或任何其他形狀。在一些情況下，可水平地定向該歧管，使得最小尺寸在垂直方向上延伸。備選地，可垂直地定向該歧管，使得最小尺寸在水平方向上延伸。在其他實施方式中，可以成角度地定向該歧管。

分配開口可定位在沿歧管的任何地方。舉例而言，分配開口可定位在歧管的底面上。這可使重力能夠協(xié)助導(dǎo)致流體流過該開口。在其他實施方式中，分配開口可定位在歧管的一側(cè)或頂部上。

圖1示出在本發(fā)明的實施方式中，流體可通過流體分配歧管42的入口端口41進(jìn)入機(jī)器并可分配至位置1、2及3處的通道。流體流動通道可由溝道、封閉空間、非封閉空間、扁平空間、管道、導(dǎo)管或任何其他形狀或配置所形成。如先前所討論，可以為電力機(jī)器提供任何數(shù)目的流體流動通道。

圖1C示出可提供于電力機(jī)器內(nèi)的流體流動路徑的示例圖。第一流體流動路徑I可為定子流體流動路徑。該定子流體流動路徑可提供在電力機(jī)器的外殼與定子組裝件之間。在一實施方式中，可提供一個定子流體流動路徑。備選地，可在電力機(jī)器內(nèi)提供多個定子流體流動路徑。在一些實施方式中，定子流體流動路徑可造成流體在基本上為圓柱形的電力機(jī)器的基本上彎曲的表面上圍繞該機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸線流動。舉例而言，如果圓柱形狀的機(jī)器提供在其側(cè)面，使得該機(jī)器的可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和軸的旋轉(zhuǎn)軸線平行于地面，則流體可從該圓柱形機(jī)器上方流動，并且圍繞圓柱體的彎曲表面向下流動，使得該流體基本上圓周地圍繞定子組裝件流動。在其他實施方式中，電力機(jī)器不必基本上為圓柱形，并且因此，定子流體流動路徑可備選地造成流體圍繞任何形狀的一個表面或多個表面流動，使得流體可圍繞任何形狀的定子的周邊流動。備選地或附加地，在其他實施方式中，流體可在圍繞定子的任何一個方向或多個方向上流動。在一些實施方式中，定子流體流動路徑可造成流體沿電力機(jī)器的長度(與該機(jī)器的旋轉(zhuǎn)軸線基本上平行)在定子的表面上流動。舉例而言，流體可從定子組裝件的中心附近的通道流動，并且可沿定子的長度向外流動，使得該流體與電力機(jī)器的可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子和軸的旋轉(zhuǎn)軸線基本上平行地流動。在其他實施方式中，定子流體流動路徑可造成流體沿著或圍繞定子組裝件以任何角度或方向流動。舉例而言，該流體可相對于旋轉(zhuǎn)軸線以大約5度、大約10度、大約15度、大約20度、大約30度、大約45度、大約60度、大約75度或大約90度流動。

還如圖1C中所示，可在電動機(jī)器內(nèi)提供額外的流體流動路徑。舉例而言，可提供轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB及軸承流體流動路徑IIIA、IIIB?？商峁┤缦罗D(zhuǎn)子流體流動路徑：其可引導(dǎo)流體接觸轉(zhuǎn)子和定子組裝件。可提供如下軸承流體流動路徑：其可造成流體接觸軸承組裝件。在一些實施方式中，可提供一個、兩個或更多個轉(zhuǎn)子流體流動路徑和/或軸承流體流動路徑。在一些實施方式中，可提供兩個轉(zhuǎn)子流體流動路徑和兩個軸承流體流動路徑，包括處于電力機(jī)器的每一相對側(cè)上的一個。舉例而言，它們可沿基本上為圓柱形的電力機(jī)器的基本上扁平的端部提供。備選地，可圍繞電力機(jī)器提供任何數(shù)目的轉(zhuǎn)子流體流動路徑和軸承流體流動路徑。舉例而言，如果電力機(jī)器具有圓形橫截面形狀，則可圍繞該電力機(jī)器的圓周的多個點提供多個轉(zhuǎn)子流體流動路徑和多個軸承流體流動路徑。在一些實施方式中，轉(zhuǎn)子流體流動路徑和軸承流體流動路徑可起始于相同流體流動通道IIA+IIIA、IIB+IIIB，并且可分叉成單獨的轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和單獨的軸承流體流動路徑IIIA、IIIB。

在本發(fā)明的替代實施方式中，諸如圖1D中的流體流動路徑的示例圖所示，轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和軸承流體流動路徑IIIA、IIIB不必共用相同的起始流體流動通道。取而代之的是，轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和軸承流體流動路徑IIIA、IIIB可具有來自歧管的單獨的個別分配開口，所述分配開口通向單獨的個別流體流動通道。

在其他替代實施方式中，諸如圖1E中的流體流動路徑的示例圖所示，轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和軸承流體流動路徑IIIA、IIIB可起始于相同流體流動通道IIA+IIIA、IIB+IIIB，并且可不分叉成單獨的轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和單獨的軸承流體流動路徑IIIA、IIIB。取而代之的是，單一流體流動通道IIA+IIIA、IIB+IIIB可引導(dǎo)流體按順序流過軸承流體流動路徑IIIA、IIIB并繼而循序流過轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB。

在一些實施方式中，定子流體流動路徑與轉(zhuǎn)子流體流動路徑和/或軸承流體流動路徑可共用或者可不共用流體流動通道的任何部分。根據(jù)一個實施方式，電力機(jī)器可具有五個流體流動路徑：一個定子流體流動路徑、兩個轉(zhuǎn)子流體流動路徑以及兩個軸承流體流動路徑。

電力機(jī)器可包含一個或多個流體分配歧管。每個歧管可具有類似配置或不同配置。在一些情況下，每個歧管可提供通往每個流體流動路徑的分配開口。備選地，各個歧管可提供通往不同流體流動路徑的分配開口。

B.定子流體流動路徑

在一些實施方式中，流體可流過定子流體流動路徑。圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施方式、可導(dǎo)引流體在電力機(jī)器外殼4與定子組裝件5之間流動的冷卻流體路徑。流體可進(jìn)入位置2處的一個或多個流體流動通道，并且可流過由外殼4的內(nèi)表面上的圓周或周邊凹槽所形成的一個或多個空腔6。備選地或附加地，流體可流過由外殼4的內(nèi)表面和/或定子組裝件5的外表面上的凹槽或其他特征所形成的沿定子長度的一個或多個通道。因此，在一些實施方式中，流體可在任何一個方向或多個方向上流過圍繞定子的圓周或周邊的一個或多個通道，并且/或者流過沿定子長度的一個或多個通道。在一些情況下，流體可在定子疊片的邊緣處離開沿定子長度的一個或多個通道，從而允許流體在定子端匝上流動和/或流過該定子端匝以及流至轉(zhuǎn)子端環(huán)上。因此，定子流體流動路徑可包括一個或多個流體流動通道，所述通道可允許流體直接接觸定子組裝件5的外表面、定子端匝以及轉(zhuǎn)子端環(huán)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不脫離本文描述的發(fā)明的情況下，本文所指的定子疊片、定子端匝和轉(zhuǎn)子端環(huán)可包括任何類型電力機(jī)器中的任何其他類似結(jié)構(gòu)或組件。

冷卻流體與定子疊片、定子端匝及轉(zhuǎn)子端環(huán)之間的直接接觸可增強(qiáng)從定子及轉(zhuǎn)子熱源向冷卻流體的傳熱?？捎蓹C(jī)器殼體的密封構(gòu)造來實現(xiàn)該流體流動路徑。因此，在一些實施方式中，可流體密封電力機(jī)器的外殼，或者可流體密封與冷卻流體相接觸的外殼的部分，然而，在一些實施方式中機(jī)器可不必流體密封。

在一些實施方式中，進(jìn)入位置2處的流體流動通道的流體可流過圍繞定子組裝件5的整個圓周或周邊的空腔6，并繼而可通過排放通道21離開該空腔并流入排放箱22中，此處流體可通過流體出口端口46離開機(jī)器。在其他實施方式中，進(jìn)入位置2處的流體流動通道的流體可流過圍繞定子組裝件5的圓周或周邊的一部分的空腔6。備選地或附加地，進(jìn)入位置2處的流體流動通道的流體可流過沿定子組裝件5的長度的一個或多個通道，并且繼而在一些實施方式中，流體可離開定子疊片的邊緣處的一個或多個通道。離開定子疊片的邊緣處的一個或多個通道的流體可繼而流動以接觸定子端匝和轉(zhuǎn)子端環(huán)，并且繼而可通過機(jī)器外殼的主內(nèi)部空腔37流至排放通道20并流入排放箱22中，此處流體可通過流體出口端口46離開機(jī)器。在一些實施方式中，流體可接觸機(jī)器的一端或該機(jī)器的全部兩端處的一個或多個位置中的定子端匝和/或轉(zhuǎn)子端環(huán)。

圖7示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的電力機(jī)器的分解圖。提供定子組裝件5的透視圖。流體可圍繞和/或沿著所示的中心彎曲區(qū)域，沿定子組裝件5的外表面流動。在其他實施方式中，定子組裝件的外表面不必為彎曲的，并且因此，流體可圍繞和/或沿著任何形狀的一個定子表面或多個定子表面流動。在一些實施方式中，流體可圍繞定子組裝件5的整個圓周向下流動，并且在一些情況下，可由可定位在定子下方的排放箱22來收集該流體。在其他實施方式中，流體可圍繞定子組裝件5的圓周的一部分流動。在一些實施方式中，流體可沿定子組裝件5的長度流動，并且可在從定子的中心向外的方向上朝向該定子的一個或多個邊緣流動。在其他實施方式中，流體可從定子的一個邊緣朝向中心以及/或者從定子的一個邊緣向該定子的另一邊緣沿該定子的長度流動。在一些情況下，在朝向定子的邊緣的通道中流動的流體可在定子疊片的邊緣處離開該通道，并且流入機(jī)器的主內(nèi)部空腔中。在定子疊片的邊緣處離開通道之后，流體可附加地流動以接觸定子端匝，并且可圍繞和/或穿過定子端匝繼續(xù)流動以接觸轉(zhuǎn)子端環(huán)。流體可繼而向下流過機(jī)器外殼的主內(nèi)部空腔，并且在一些情況下，由可定位在定子和轉(zhuǎn)子下方的排放箱22來收集該流體。

在一些實施方式中，流體流動可約束在定子5與外殼4之間的特定區(qū)域。在一些情況下，流體流動可約束在空腔、溝道、腔室、區(qū)域或任何其他流體約束結(jié)構(gòu)內(nèi)。可提供一個或多個受約束的流體流動通道。在其他實施方式中，流體可在定子與外殼之間的空間中的任何地方自由流動。在一些實施方式中，流體可在定子與外殼之間的任何空間或空間組合中，在任何一個方向或多個方向上流動。流體可在寬廣區(qū)域上自由流動并且/或者可局限于一或個多個特定路徑。在一些實施方式中，可在可造成流體在一個方向或多個方向上流動的路徑中引導(dǎo)流體。此外，流體流動路徑可在任何點改變流體流動的方向，并且可以做出任何次數(shù)的改變。在一些實施方式中，流體可沿連續(xù)路徑流動，或者可分叉成不同路徑。從零個、一個、兩個或更多個點可分叉出零個、一個、兩個或更多個路徑。流體可沿單一的限定路徑流動，并且/或者可沿多個平行路徑流動。多個流體流動路徑可以彼此平行或者可以不平行。

在外殼的內(nèi)表面和/或定子組裝件的外表面上可提供一個或多個特征，所述特征可形成配置用于引導(dǎo)定子與外殼之間的流體流動的一個或多個通道。附加地或備選地，所述一個或多個特征可增加定子的外表面和/或外殼的內(nèi)表面的暴露表面積，而這可有助于任一或兩個表面與流體之間的熱傳遞。在一些實施方式中，外殼的內(nèi)表面可包含一個或多個凹槽、溝道、隆起、凸出、鰭片、凸塊、凹口、圖案、紋理表面或任何其他表面特征。在一些情況下，這些特征可在定子組裝件的外表面與外殼的內(nèi)表面之間形成一個或多個通道，所述一個或多個通道配置用于引導(dǎo)圍繞或沿著定子表面的流體流動。附加地或備選地，這些特征可增加外殼的暴露內(nèi)表面積，而這可增加與流體接觸的一個或多個流體流動通道的表面積量。有利地，這可允許流體與外殼表面之間更大程度的熱傳遞。備選地，在其他實施方式中，外殼的內(nèi)表面可為光滑的或基本上光滑的。在一些實施方式中，定子組裝件的外表面可包含一個或多個凹槽、溝道、隆起、凸出、鰭片、凸塊、凹口、圖案、紋理表面或任何其他表面特征。在一些情況下，這些特征可在定子組裝件的外表面與外殼的內(nèi)表面之間形成一個或多個通道，所述一個或多個通道配置用于引導(dǎo)圍繞或沿著定子表面的流體流動。附加地或備選地，這些特征可增加定子的暴露表面積，而這可增加與流體接觸的一個或多個流體流動通道的表面積量。有利地，這可允許定子表面與流體之間更大程度的熱傳遞。備選地，在其他實施方式中，定子表面可為光滑的或基本上光滑的。

在一些情況下，流體可沿定子流體流動路徑的全部或部分向下流動，并且可由重力驅(qū)動或幫助流體流動。在其他情況下，可利用泵、壓縮機(jī)或其他機(jī)構(gòu)來主動迫使流體以期望方式流過定子流體流動路徑的全部或部分。這樣的強(qiáng)制流體流動可允許流體在圍繞和/或沿著定子流體流動路徑的任何方向上行進(jìn)，這可包括允許流體向上、向下、側(cè)向或以任何角度行進(jìn)。因此，流體可由于以下各項中的一項或多項而流過定子流體流動路徑：重力、流體流動路徑的起點處或沿該流體流動路徑的某點處的正壓力、流體流動路徑的終點處或沿該流體流動路徑的某點處的負(fù)壓力、或者可在電力機(jī)器外部或作為電力機(jī)器的組成部分的一個或多個移動部件或其他機(jī)構(gòu)。

C.轉(zhuǎn)子流體流動路徑

本章節(jié)描述用于冷卻可旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子(或其他類型電力機(jī)器中的類似動態(tài)組件，諸如電樞)及固定定子組裝件的流體流動路徑的實施方式。

圖3提供電力機(jī)器的剖面的放大細(xì)節(jié)，并示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的轉(zhuǎn)子流體流動路徑。流體可從流體通道1流至流體注入器噴嘴9附近的空腔45中，流過注入器噴嘴9與機(jī)械軸11之間的間隙10，并繼而流出注入器噴嘴9與轉(zhuǎn)子35的表面之間的垂直間隙16。在與轉(zhuǎn)子35的表面相鄰的注入器噴嘴9的端部處的較大直徑特征可造成流體在其離開間隙16時由于正在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子35的離心力而增加速度。因此，形成與轉(zhuǎn)子的表面相鄰的垂直元件的注入器噴嘴的部分還可用作離心泵盤34。

一旦流體從間隙16噴出，其可沖擊表面17處的轉(zhuǎn)子的端環(huán)15，并且可冷卻該端環(huán)15。轉(zhuǎn)子端環(huán)15可代表用于具有籠式轉(zhuǎn)子的感應(yīng)式機(jī)器中的轉(zhuǎn)子條的、繞線轉(zhuǎn)子型機(jī)器中的端匝的、永磁型機(jī)器中轉(zhuǎn)子的端部結(jié)構(gòu)的或任何類型的電力機(jī)器中的任何類似結(jié)構(gòu)的短路環(huán)。

轉(zhuǎn)子端環(huán)15(特別是繞線式機(jī)器或籠式機(jī)器上)可由高導(dǎo)電性材料制成。在一些實施方式中，端環(huán)還可由高導(dǎo)熱性材料制成。此類導(dǎo)熱材料的一些示例可包括但不限于金屬(諸如銅、鋁、黃銅、銀、金、鐵、鋼、鉛)、金剛石、碳或者任何合金、混合物或其組合。利用流體流動冷卻端環(huán)15可造成來自該轉(zhuǎn)子中心的熱量通過熱傳導(dǎo)而移除至較低溫度端環(huán)和流體。在一些實施方式中，可將可以是導(dǎo)電性或非導(dǎo)電性的導(dǎo)熱材料或器件(諸如熱管)添加至轉(zhuǎn)子組裝件，并且可與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和/或端環(huán)熱連通以改善熱傳遞。

一旦流體通過離心力從端環(huán)15噴出，該流體可被甩向定子端匝18，此處可發(fā)生額外冷卻。定子端匝可為定子組裝件5的繞組的端部，其可包含高導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性材料，因此可從定子5的中心向流體有效地傳導(dǎo)熱量。在一些實施方式中，定子組裝件的繞組可由銅、鋁或任何其他高導(dǎo)電性材料形成。在一些情況下，定子組裝件的繞組還可由高導(dǎo)熱性材料形成。在一些類型的電力機(jī)器中，定子組裝件可含有永久磁鐵而不是繞組，比如電刷式通用馬達(dá)的情況那樣。在一些實施方式中，可將可以是導(dǎo)電性或非導(dǎo)電性的導(dǎo)熱材料或器件(諸如熱管)添加至定子組裝件，并且可與定子結(jié)構(gòu)和/或端匝熱連通以改善熱傳遞。

如圖1中所示，一旦流體沖擊定子端匝18，該流體可因重力的作用而從該端匝流走，并流至機(jī)器外殼4的主內(nèi)部空腔37的排放通道20。機(jī)器外殼或者與冷卻流體相接觸的外殼的部分可為流體密封式，這可使該流體能夠在不從外殼泄漏的情況下流動，然而，在一些實施方式中該機(jī)器不必為流體密封式。從排放通道20起，該流體可流入排放箱22中，并通過流體出口端口46離開機(jī)器。

在電力機(jī)器內(nèi)可提供一個或多個轉(zhuǎn)子流體流動路徑。舉例而言，如圖1C中所示，可提供兩個類似的流體流動路徑IIA+IIIA和IIB+IIIB。這兩個類似的流體流動路徑可提供在電力機(jī)器的相對端部處。在其他實施方式中，可存在任何數(shù)目的轉(zhuǎn)子流體流動路徑，并且它們可具有電力機(jī)器內(nèi)的任何位置。

如圖3中所示，流體可從流體流動通道1流至空腔45。該空腔可以是接合處，在該接合處一些流體可分叉至轉(zhuǎn)子流體流動路徑中并且一些流體可分叉至軸承流體流動路徑中。該空腔可形成具有分叉成任何數(shù)目的流體流動路徑的任何數(shù)目的配置的接合處。備選地，該空腔不必形成接合處，但可引導(dǎo)所有的流體沿特定路徑流動。

流體可從空腔45沿注入器噴嘴9與機(jī)器軸11及轉(zhuǎn)子35的表面之間的通道流動。流體可沿轉(zhuǎn)子流體流動路徑的第一部分10在基本上水平的方向上流動，并且可沿轉(zhuǎn)子流體流動路徑的第二部分16在基本上垂直的方向上流動。在其他實施方式中，這些流體流動通道可具有任何定向，無論是成角度(例如，5度、15度、30度、45度、60度、75度、85度)或水平或垂直。流體流動路徑區(qū)段還可為基本上筆直，或者可彎折或彎曲。在一些情況下，流體流動路徑的第一部分10可通過可成角度的或彎曲的中間區(qū)段過渡至流體流動路徑的第二部分16。在其他情況下，流體流動路徑的第一部分可在不具有中間區(qū)段的情況下直接過渡至流體流動路徑的第二部分。在其他實施方式中，流體流動路徑的第一部分和第二部分可合并成一個通道。

流體可需要或者可不需要壓力以沿注入器噴嘴與機(jī)器軸之間的流體流動通道流動。該壓力可由正壓力源(諸如泵)、負(fù)壓力源(諸如真空)或任何其他壓差生成器件來造成。壓力可由外部源或與機(jī)器集成的源來造成。在一些情況下，重力可造成或有助于該壓力。

在一些實施方式中，注入器噴嘴9與機(jī)器軸11或轉(zhuǎn)子35的表面之間的間隙可改變。舉例而言，在一些情況下，注入器噴嘴與轉(zhuǎn)子的表面之間的間隙可大于注入器噴嘴與機(jī)器軸之間的間隙，或者反之亦然。在一些情況下，間隙可在0.5至1.0毫米的數(shù)量級，然而，間隙的大小可根據(jù)流體流動及壓強(qiáng)要求、流體類型和/或機(jī)器的大小而相應(yīng)地改變。

離開流體流動通道16的流體可沖擊轉(zhuǎn)子端環(huán)15。在一些實施方式中，該轉(zhuǎn)子端環(huán)可具斜角或者可具有任何其他形狀。該轉(zhuǎn)子端環(huán)可按照期望為水平的或者可成角度或彎曲。這將在下文更詳細(xì)地討論。如先前所描述，流體可以可選地沖擊定子端匝18并從該端匝流走。備選地，流體可沖擊提供在定子和轉(zhuǎn)子附近的區(qū)域中的任何其他表面。流體可因重力的作用而向下流至排放通道20。流體可流下定子和轉(zhuǎn)子附近或作為其組成部分的任何表面。在一些實施方式中，在任何所述表面上可存在溝道或表面特征，所述溝道或表面特征可有助于引導(dǎo)流體向下流動和/或流至期望位置。備選地，所述表面可基本上光滑。

如圖3中所示，可定位在轉(zhuǎn)子流體流動路徑附近的其他組件可包括用于電力機(jī)器的外殼4?？涨?5可定位在軸承7附近，該軸承可由軸承外座圈31和軸承內(nèi)座圈32固持就位。這將在下文中進(jìn)一步詳細(xì)討論。此外，可提供軸密封件13。

D.軸承流體流動路徑

根據(jù)本發(fā)明的實施方式還可提供軸承流體流動路徑。通往軸承的流體路徑可允許流體流過軸承以便進(jìn)行潤滑和冷卻。這可有助于更高的操作速度、更長的連續(xù)操作、更高的機(jī)器耐久性和可靠性以及更長的機(jī)器壽命。增加的操作速度可以是從電力機(jī)器產(chǎn)生更高功率和實現(xiàn)更高功率密度的關(guān)鍵促成因素。

圖2A提供根據(jù)本發(fā)明實施方式的軸承流體流動路徑和軸承組裝件的放大視圖。流體可進(jìn)入軸承7的一側(cè)上的空腔45中，繼而可流過計量器件29，流過軸承組裝件中的間隙，并流入軸承與軸密封件13之間的該軸承7的另一側(cè)上的空腔12。

軸承7可由外座圈31和內(nèi)座圈32支撐，其可構(gòu)成軸承組裝件。流體可在軸承與一個或多個所述座圈之間流動。備選地，一些或全部流體可圍繞軸承流動而不在該軸承與座圈之間流動。

圖2圖示了排漏通道14可允許流體離開空腔12以及流出至機(jī)器外殼4的主內(nèi)部空腔中。圖1示出流體可如何通過機(jī)器外殼4的主內(nèi)部空腔37流至排放通道20。從排放通道20起，可引導(dǎo)流體至排放箱22，此處該流體可通過流體出口端口46離開機(jī)器。機(jī)器外殼或者與冷卻流體相接觸的該外殼的部分可流體密封，這可使流體能夠在不從外殼泄?jié)M的情況下流動，然而，在一些實施方式中機(jī)器可不必流體密封。

如圖8中所示，可圍繞電力機(jī)器的軸11提供接觸密封件13，并且其可阻止流體通過旋轉(zhuǎn)的軸11與機(jī)器外殼4之間的界面離開機(jī)器。在一些實施方式中，軸密封件13可包含導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料可完成轉(zhuǎn)子35與定子5之間的電路徑。在傳統(tǒng)機(jī)器中，軸承可能需要與機(jī)器外殼及轉(zhuǎn)子電絕緣以阻止循環(huán)電流43流過軸承7——這可因電蝕而造成過早的軸承失效。通過使用導(dǎo)電密封件13，電流43可流過該導(dǎo)電密封件13而不是軸承7，其可起到阻止過早軸承失效的作用。軸密封件13可提供在旋轉(zhuǎn)的軸的一個或全部兩個端部，或在該軸延伸穿過機(jī)器外殼4的任何位置處。因此，一個或多個軸密封件可導(dǎo)電，然而，在一些實施方式中軸密封件可不必導(dǎo)電。下文將更詳細(xì)地討論導(dǎo)電密封件。

在電力機(jī)器內(nèi)可提供一個或多個軸承流體流動路徑。舉例而言，在一些實施方式中，兩個軸承流體流動路徑可提供在電力機(jī)器的相對端部處。在一些情況下，軸承流體流動路徑可從可提供于電力機(jī)器內(nèi)的一個或多個流體通道分叉。舉例而言，如圖1C中所示，可提供兩個類似的流體流動路徑IIA+IIIA和IIB+IIIB。這兩個類似的流體流動路徑可提供在電力機(jī)器的相對端部處。軸承流體流動路徑IIIA、IIIB可從這兩個流體流動路徑分叉。在其他實施方式中，可從每個流體流動路徑分叉出任何數(shù)目的軸承流體流動路徑，或者軸承流體流動路徑IIIA、IIIB不必從另一流體流動路徑分叉，而是如圖1D中所示可直接連接至流體分配歧管。在其他實施方式中，可存在任何數(shù)目的軸承流體流動路徑，并且它們可具有電力機(jī)器內(nèi)的任何位置。

1.分岔用于軸承潤滑和冷卻的流體流動的方法

圖2A示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的軸承流體流動路徑的放大視圖。在流體注入系統(tǒng)的軸承流體流動路徑中，可引導(dǎo)流體至空腔45中，此處該流體可在軸承7與流體注入器噴嘴9之間分岔。因此，該空腔45可形成接合處，此處流體可在兩個或更多個方向上分岔。在一些實施方式中，流體流動可分岔成軸承流體流動路徑，該路徑可引導(dǎo)一些流體穿過軸承7以潤滑和冷卻軸承；并且可分岔成轉(zhuǎn)子流體流動路徑，其還可引導(dǎo)一些流體穿過注入器噴嘴9與機(jī)器軸11之間的間隙10朝向轉(zhuǎn)子和定子。

在一些實施方式中，注入器噴嘴9可需要或者可不需要用于使流體注入系統(tǒng)正常工作的流體壓強(qiáng)，但可期望調(diào)整或計量前往軸承7的流體流動對穿過通向轉(zhuǎn)子和定子的路徑的流體流動量的相對量。這可以通過使用鎖定在注入器噴嘴9與軸承組裝件之間的流體流動計量器件29來實現(xiàn)，該軸承組裝件可包括一個或多個軸承7、軸承內(nèi)座圈32和軸承外座圈31。軸承組裝件7、31、32和計量器件29可由注入器噴嘴9固定，該注入器噴嘴9可用以鎖定計量器件29并將其固定就位，以及將軸承組裝件7、31、32夾持就位。將軸承組裝件夾持就位可避免軸承組裝件在機(jī)器外殼4溫度增高時由于軸承組裝件材料與外殼材料之間的熱膨脹性質(zhì)中的差異而移位或自旋。

上文提到的任何組件均可由任何期望性質(zhì)的材料形成。舉例而言，軸承可以是鋼軸承，其制造成本可相對低于一些其他類型的軸承。雖然鋼對于滾動元件軸承是優(yōu)選的，但還可使用其他金屬、塑料、玻璃和/或陶瓷或者其任何組合。外殼可由(但不限于)鋁、鋼、鐵、銅、黃銅、銀、金、鉛或任何其他金屬或其他材料(諸如塑料、玻璃、陶瓷)或任何合金、混合物或其組合形成。

為外殼4使用高導(dǎo)熱性材料(諸如鋁)可產(chǎn)生相對于例如可由鋼形成的軸承7、軸承內(nèi)座圈32和/或軸承外座圈31的材料的熱膨脹失配。軸承組裝件7、31、32所坐落在其中的外殼鏜孔30的大小可比軸承組裝件更快地隨溫度升高而擴(kuò)張，這可允許軸承組裝件7、31、32在外殼4中移位或自旋。由于這種效應(yīng)，可期望將軸承組裝件7、31、32夾持就位。這可以利用注入器噴嘴9來實現(xiàn)，該注入器噴嘴9除了其流體分配功能之外還可充當(dāng)軸承夾具，從而消除對于用以執(zhí)行每一功能的額外硬件的需要。

為了控制流經(jīng)軸承7的流體流動，可抵靠軸承外座圈31夾緊計量器件29。在一個實施方式中，計量器件29與軸承內(nèi)座圈32之間的小間隙33可用于管理流經(jīng)軸承7的流體流動的速率，以便維持通入注入器噴嘴9中的流體壓強(qiáng)，還提供足夠的流體來潤滑和冷卻軸承7。

在一些實施方式中，計量器件29可具有孔洞、溝道或通道，或者可由穿孔的、多孔的、滲透性的或半滲透性的材料構(gòu)成，這可使流體能夠從計量器件的一側(cè)穿過計量器件流至另一側(cè)。在此類情況下，針對計量器件29可提供或者可不提供間隙33。備選地，計量器件29可以是實心的，并且在其內(nèi)可不具有孔洞、溝道或通道。計量器件29可由對于可穿其流過的流體為不可滲透、半滲透或可滲透的材料形成。在一些實施方式中，計量器件可以是板，或者可具有任何其他形狀或配置。

在一些實施方式中，計量器件29可移除、可替換和/或可調(diào)節(jié)，使得機(jī)器可在不具有計量器件的情況下操作，計量器件可用不同大小和/或配置的不同計量器件來替換，或者可調(diào)節(jié)該計量器件，從而改變流至軸承7的流體與流至注入器噴嘴9的流體的相對量。因此，使用計量器件29可允許可互換器件，每個器件具有不同大小或配置的流體通道以匹配期望的流體流動速率或適應(yīng)不同類型流體的使用。

舉例而言，小間隙33或孔洞可用于氣態(tài)流體，而較大間隙33或孔洞可用于較高粘度液體。還可調(diào)節(jié)計量器件的大小和/或配置以確定流至軸承7的流體與流至注入器噴嘴9的流體的相對量。舉例而言，如果期望相對更多的流體流入軸承流體流動路徑，則可調(diào)節(jié)計量器件的大小或配置從而使得間隙33或孔洞的大小可增加，這可允許更多流體通過該計量器件流入軸承流體流動路徑。

在一些實施方式中，計量器件29可以是可調(diào)節(jié)的。舉例而言，該計量器件的大小可以是可調(diào)節(jié)的，其可改變間隙33的大小。備選地，穿過計量器件的孔洞、溝道或路徑的數(shù)目或大小可以是可變的?？商峁┮粋€或多個閥門?？商峁┛蛇m應(yīng)不同流體和/或流動速率的其他可調(diào)節(jié)特征。

計量器件29可具有基本上垂直的配置。在其他實施方式中，該計量器件可成角度。該計量器件可成期望量的角度，以便允許期望速率或比例的流體流入軸承流體流動路徑。

使用計量器件29可有利地允許隨不同類型的流體使用相同的電力機(jī)器?？苫Q計量器件并且/或者可控制可調(diào)節(jié)特征以適應(yīng)不同流體，但是可不必對電力機(jī)器做出其他改變。這可對比于傳統(tǒng)電力機(jī)器設(shè)計——其可能需要完全不同的配置并且/或者可能需要完全替換以適應(yīng)不同類型的流體。

2.用于軸承潤滑/冷卻及轉(zhuǎn)子冷卻的流體流動的替代方法

在本發(fā)明的另一實施方式中，可提供用于軸承流體流動路徑及轉(zhuǎn)子流體流動路徑的流體流動的、相比于前述方法的替代方法。如圖1E中所示，轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和軸承流體流動路徑IIIA、IIIB可起始于相同的流體流動通道IIA+IIIA、IIB+IIIB，并且可不分叉成單獨的轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB和單獨的軸承流體流動路徑IIIA、IIIB。相反，單一流體流動通道IIA+IIIA、IIB+IIIB可引導(dǎo)流體按順序流過軸承流體流動路徑IIIA、IIIB并繼而循序流過轉(zhuǎn)子流體流動路徑IIA、IIB。該方法提出獨特的流體流動路徑，該流體流動路徑可允許流體流過一個或多個軸承以便進(jìn)行潤滑和冷卻，繼而可于隨后允許流體流過轉(zhuǎn)子流體流動路徑以便冷卻轉(zhuǎn)子和定子組裝件。該方法可特別適用于使用較大的軸承時，但其可以可選地隨任何大小的軸承來使用。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的軸承流體流動路徑的示例。如圖2A中所示，在替代實施方式中，流體可首先注入定位在12處的空腔中，而不注入定位在45處的空腔中。流體可首先經(jīng)由可連接至流體分配歧管的一個或多個流體流動通道而流入定位在12處的空腔。該流體流動通道在到達(dá)空腔12之前還可分叉成或者可不分叉成轉(zhuǎn)子流體流動路徑。在優(yōu)選實施方式中，該流體流動通道不單獨地分叉成轉(zhuǎn)子流體流動路徑。在該方法中可去掉或者可不去掉排漏通道14和/或計量器件29。如果去掉排漏通道，則來自軸承流動路徑的流體可全部被引導(dǎo)穿過軸承7。

這種流體流動方法可類似于先前描述的方法，區(qū)別在于流體通道1可在軸承與軸密封件的相同側(cè)上進(jìn)入定位在12處的空腔，并且還可去掉排漏通道14。流體可從定位在12處的空腔流過軸承7并流入定位在45處的空腔中。如圖3中所示，流體接著可繼續(xù)穿過注入器噴嘴9與機(jī)器軸11之間的間隙10，并繼而經(jīng)注入器噴嘴9與轉(zhuǎn)子35的表面之間的垂直間隙16流出，以便如先前所述地接觸轉(zhuǎn)子端環(huán)15和定子端匝18。因此，利用用于軸承潤滑/冷卻及轉(zhuǎn)子冷卻的流體流動的這種替代方法，流體流動路徑在軸承7與注入器噴嘴9之間可不分岔，而是相反，流體可連續(xù)流動直接流過軸承7并繼而流入注入器噴嘴9與機(jī)械軸11之間的間隙10。

在這種替代方法中，流體可流過軸承流體流動路徑，并且繼而循序流過轉(zhuǎn)子流體流動路徑。這可使軸承和轉(zhuǎn)子能夠循序地而非如先前方法中所提供的并行地得到冷卻和/或潤滑。因此，在所描述的任何實施方式或變化形式中，特定流體可首先接觸一個或多個軸承，流過該一個或多個軸承，并繼而流過轉(zhuǎn)子流體流動路徑。這可對比于如下方法——其中流體流動路徑可分叉，使得流體可并行流過軸承流體流動路徑和轉(zhuǎn)子流體流動路徑，以單獨的流體接觸軸承和轉(zhuǎn)子。

II.流體從注入器噴嘴的離心泵送

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的轉(zhuǎn)子流體流動路徑?？上噜徲谵D(zhuǎn)子35的表面提供離心泵送盤34。該離心泵送盤可由注入器噴嘴9整體形成。備選地，該離心泵送盤可與注入器噴嘴相分離。泵送盤和轉(zhuǎn)子可形成間隙16，該間隙16可以是轉(zhuǎn)子流體流動路徑的一部分。

對于流體注入系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子流體流動路徑，在注入器噴嘴9的輸出端上使用較大直徑的平行離心泵送盤34(其相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子35可為靜止的)可造成流體在徑向方向上流過盤34與轉(zhuǎn)子35的表面之間的間隙16，并且可增大流體速度。當(dāng)流體速度增大時，流體的壓強(qiáng)可下降，并且盤34可充當(dāng)離心泵以協(xié)助流體的流動和分配。該方法可有利地并入離心泵作為機(jī)器設(shè)計的組成部分，這在本發(fā)明的一些實施方式中可增加或增強(qiáng)機(jī)器內(nèi)的流體流動，以及/或者可消除或減小對于外部流體泵送的需要。

從伯努利方程(Bernoulli’s equation)可知：

P+1/2ρV²+ρgh＝K，其中

P為壓強(qiáng)，

ρ為密度，

V為流體速度，

g為重力加速度，

h為高度變化，

K為常數(shù)。

假設(shè)恒定溫度，流體速度V由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)動作而增大，因此造成流體壓強(qiáng)P降低。這樣的壓降可允許注入器噴嘴發(fā)揮離心泵的作用。

增加離心泵送盤34的大小可增大泵送效應(yīng)。在盤34上使用基本上光滑的表面可減小機(jī)器上的阻力損失。如果需要更大的泵送效應(yīng)，則在旋轉(zhuǎn)離心泵送盤34的表面上添加葉片可因流體速度的額外變化而增大泵送壓強(qiáng)，但可能需要來自機(jī)器的更多功率來操作。此外，如圖5中所圖示，可通過在機(jī)器軸11上提供諸如葉片36之類的特征而實現(xiàn)額外的離心泵送力。如圖3中所示，這些葉片可位于軸11與流體注入器噴嘴9之間的間隙10的區(qū)域中。這些葉片36可發(fā)揮作用以泵送流體穿過間隙10。葉片可成角度以協(xié)助在期望方向上引導(dǎo)流體。舉例而言，葉片可成角度使得流體朝向電力機(jī)器的中心流動(即，穿過第一間隙10并繼而過渡至第二間隙16)。備選地，可提供凹槽、隆起、溝道或任何其他表面特征來協(xié)助引導(dǎo)流體以及影響泵送壓強(qiáng)。

離心泵送盤34可由可提供期望機(jī)械和/或表面性質(zhì)以有助于泵送效應(yīng)的任何材料形成。如先前所述，可能期望離心泵送盤的表面基本上光滑。在一些其他實施方式中，離心泵送盤可具有紋理表面，或者具有可影響穿過相鄰于該盤的間隙16的流體流動的諸如溝道、隆起、凹口或葉片等其他表面特征。與轉(zhuǎn)子35的表面相鄰的盤表面可垂直定向，或者可具有能夠以期望方式引導(dǎo)流體的某一角度。

因為可不總是需要額外的流體流動，所以這種借助于離心泵送來增強(qiáng)流體流動的方法可在最需要額外冷卻時自動支持增加流體流動。當(dāng)機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度增大時，該機(jī)器的功率亦可增大，因此，來自該機(jī)器的熱損失亦可增大。整體式離心泵送方法可相對于機(jī)器的旋轉(zhuǎn)速度成比例地增加流體流動的速率，其可同時增加高功率操作時冷卻系統(tǒng)的熱傳遞速率。因此，當(dāng)對于機(jī)器內(nèi)的熱傳遞的需求增加時，可借助于該離心泵送方法來提供增加的流體流動和熱傳遞。

III.增強(qiáng)轉(zhuǎn)子端環(huán)上的流體流動和熱傳遞的方法

在傳統(tǒng)機(jī)器中，通常用鰭片制成電力機(jī)器的轉(zhuǎn)子端環(huán)以使空氣在機(jī)器外殼中循環(huán)以及增加對流熱傳遞。

在流體注入冷卻式機(jī)器中，熱傳遞機(jī)制可依靠向注入流體的傳導(dǎo)和/或?qū)α鳌Ｈ鐖D3中所示，該注入流體可離開間隙16，噴射在轉(zhuǎn)子端環(huán)15的內(nèi)徑上，并在該端環(huán)上及其周圍流動以噴射在定子端匝18上。

轉(zhuǎn)子端環(huán)15可提供在距流體注入器噴嘴9(和/或離心泵送盤34)與轉(zhuǎn)子35的表面之間的間隙16的開口的期望距離處。舉例而言，可相應(yīng)調(diào)節(jié)間隙16的開口與轉(zhuǎn)子端環(huán)15之間的距離以提供期望的流體流動量和/或控制流體流動的方向。此外，在一些實施方式中，流體注入器噴嘴9和/或離心泵送盤34可經(jīng)配置和/或包含特征，使得離開間隙16的流體被以期望的方式導(dǎo)向轉(zhuǎn)子端環(huán)15。

為了增強(qiáng)轉(zhuǎn)子端環(huán)上的熱傳遞和流體流動，轉(zhuǎn)子端環(huán)可包含一個或多個特征，所述特征可增加暴露于已離開間隙16的流體的表面積并且/或者可有助于引導(dǎo)流體在轉(zhuǎn)子的表面上流動并繼而通過離心力而朝向定子流動。在一些實施方式中，轉(zhuǎn)子端環(huán)表面可基本上平坦或者可包含斜角特征17。在端環(huán)15的內(nèi)徑上添加斜角特征17可增加暴露于冷卻流體的表面積。在一些實施方式中，轉(zhuǎn)子端環(huán)表面可基本上光滑，或者可包含表面特征，諸如溝道、隆起、凸出、葉片、凹口或任何其他特征等，所述特征可增加可暴露于流體的轉(zhuǎn)子端環(huán)的表面積并且/或者可增強(qiáng)流體在端環(huán)上及其周圍的流動。所述特征能夠以如下方式對準(zhǔn)：該方式可促進(jìn)沿轉(zhuǎn)子端環(huán)15的長度的流體流動以朝向定子端匝18噴射流體。

斜角特征17還可因離心力的方向而增加流體流動的速率，因此，可增加從轉(zhuǎn)子端環(huán)15到流體的熱傳遞的速率。由于離心力將具有軸向速度分量，因此在端環(huán)的內(nèi)徑上添加斜角特征17可增強(qiáng)流體流動。該特征可減小流體膜厚度，并且可增大橫跨端環(huán)表面的流體速度，從而增加熱傳遞速率，同時最小化機(jī)器中的繞組損失(wind loss)。

期望的斜角度數(shù)可為任何角度N，其中N為相對于水平線介于0與90之間的數(shù)字。舉例而言，該斜角特征可為大約1度、2度、3度、5度、7度、10度、12度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、60度、70度或大約80度或者更大或更小。

在一些情況下，斜角表面可基本上光滑。備選地，可并入任何數(shù)目的額外表面特征，該特征可進(jìn)一步增加暴露于流體的表面積，可進(jìn)一步增強(qiáng)轉(zhuǎn)子表面上的流體流動速率，以及/或者可有助于引導(dǎo)轉(zhuǎn)子端環(huán)上朝向定子的流體流動。

IV.利用導(dǎo)電密封件密封機(jī)器軸

圖8示出電力機(jī)器的導(dǎo)電軸密封件以及可存在于由AC逆變器驅(qū)動的電力機(jī)器中的同極通量路徑的圖示。這些通量路徑可在轉(zhuǎn)子35、定子5及外殼4之間生成循環(huán)電流43。如果轉(zhuǎn)子不與定子和/或外殼電絕緣，則這些電流可流過機(jī)器軸承7，特別是當(dāng)軸承為金屬或以其他方式導(dǎo)電時情況尤為如此。

在一些實施方式中，軸承可為金屬滾動元件軸承，諸如滾珠或滾柱軸承，并且電流43可流過軸承的滾動接觸件。這些滾動接觸件可為小表面積接觸件，諸如點接觸件或線接觸件，其中可存在高電流密度并且電弧可在軸承座圈31、32上產(chǎn)生凹坑。

由于滾珠或滾柱可能以高速滾動，軸承與軸承座圈之間的滾動接觸可能是間歇接觸。這些間歇接觸，連同高電流密度，可造成軸承每轉(zhuǎn)發(fā)生許多次電弧，并且最終可造成軸承組裝件材料的表面上的破壞性凹坑。軸承組裝件的表面上的凹坑可導(dǎo)致軸承失效，并且可大幅縮短機(jī)器軸承的壽命。

對于該問題的傳統(tǒng)解決方案包括使用特殊的電絕緣軸承，諸如具有陶瓷滾動元件的軸承，或者機(jī)器軸11、內(nèi)軸承座圈32或外軸承座圈31上的電絕緣體。這些解決方案可能昂貴和/或不可靠。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，具有內(nèi)部流體注入系統(tǒng)的機(jī)器可要求關(guān)于機(jī)器軸11的密封方法以阻止從機(jī)器的流體泄漏。這可通過使用接觸密封件13來實現(xiàn)，該接觸密封件13可阻止流體在機(jī)器軸11與外殼4之間的界面處離開機(jī)器。在一些實施方式中，接觸密封件可接觸外殼和/或機(jī)器軸。如果接觸密封件13由導(dǎo)電材料制成，則該密封件還可提供機(jī)器軸11與外殼4之間的電連接。

這種新穎密封方法可提供用于使電流流過導(dǎo)電軸密封件13的替代路徑43，并因此可提出針對循環(huán)電流問題的解決方案。密封件13可具有比軸承大得多的表面區(qū)域接觸，并且因此，循環(huán)電流43可能大多流過密封件13。因此，當(dāng)軸承與軸承座圈間歇接觸時，由于密封件可為循環(huán)電流43提供替代路徑，在軸承與座圈之間可不發(fā)生電弧。

在一些實施方式中，可選擇用于接觸密封件的材料使得其具有高電導(dǎo)率。在一些實施方式中，接觸密封件可由比被選擇用于軸承和/或軸承座圈的材料具有更大電導(dǎo)率的材料形成。舉例而言，如果接觸密封件13具有第一電導(dǎo)率E1，且軸承7具有第二電導(dǎo)率E2，則E1可大于E2。因此，循環(huán)電流43可優(yōu)選地流過接觸密封件13而不是流過該軸承7。然而，在一些實施方式中，由于密封件可相對于軸承的表面區(qū)域接觸(其可基本上為點接觸或線接觸)具有大得多的表面區(qū)域接觸，因此E1可不必大于E2來使循環(huán)電流優(yōu)選地流過接觸密封件而不是流過軸承。密封件的較大表面區(qū)域接觸可造成該密封件的有效電導(dǎo)率在操作于電力機(jī)器中時大于軸承和/或軸承座圈的有效電導(dǎo)率。

可用于接觸密封件的材料的一些示例可包括但不限于鋁、銅、黃銅、鎳、鈦、石墨、碳、銀、金、鐵、鋼或任何合金、混合物或者其組合。接觸密封件可被鍍膜、包覆，或者包括各種材料(包括單質(zhì)金屬)的層或組件。接觸密封件可由任何塑料或彈性體(諸如聚四氟乙烯)形成，并且可用導(dǎo)電材料填充或部分填充。接觸密封件可由單質(zhì)金屬、任何其他導(dǎo)電材料或其任何組合形成，或者可包含單質(zhì)金屬、任何其他導(dǎo)電材料或其任何組合。

通過使用導(dǎo)電接觸密封件13，可阻止或減小循環(huán)電流43流過軸承7，并且可允許使用更具成本效益的常規(guī)金屬軸承，而不會發(fā)生由于因電弧而在軸承座圈31、32上出現(xiàn)的凹坑而引起的過早軸承失效的問題。因此，通過提供可用以阻止流體從外殼泄漏的密封件，以及通過為該密封件使用導(dǎo)電材料，可在電力機(jī)器中可靠地使用具有成本效益的常規(guī)金屬軸承。

V.作為熱交換器的排放箱

圖1提供根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力機(jī)器的示例。該電力機(jī)器可包含流體注入系統(tǒng)，并且可提供該機(jī)器內(nèi)的各個流體流動路徑。流體可用于電力機(jī)器的冷卻和/或潤滑?？赏ㄟ^從機(jī)器的熱源的熱傳遞來增高流體溫度，在此之后可在該機(jī)器的基座處收集流體，此處可將流體泵出至外部遠(yuǎn)程熱交換器，諸如圖4中所示。

如圖1中所示，電力機(jī)器內(nèi)的流體可向下流動并在排放箱22中得到收集。因為在該排放箱22中可收集有一定體積的流體，并且在該流體離開機(jī)器之前還可存在一些時間延遲，所以在此位置處可存在從流體排除熱量的機(jī)會。因此，該排放箱還可發(fā)揮集成式本地?zé)峤粨Q器的作用。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電力機(jī)器的排放箱22。可通過對排放箱22應(yīng)用冷卻鰭片23來實現(xiàn)熱量排除，這可在流體離開該箱之前對該流體提供額外的冷卻。在一些實施方式中，還可對排放箱的外表面應(yīng)用一個或多個外部散熱器。備選地，集成至排放箱的冷卻鰭片和/或其他特征可造成該排放箱的外部發(fā)揮散熱器的作用。冷卻鰭片和/或散熱器可具有可增加排放箱的外表面上的表面積和/或增強(qiáng)從排放箱的熱傳遞的任何配置。冷卻鰭片和/或散熱器可由具有高熱導(dǎo)率的材料形成。

在一些實施方式中，熱量可從冷卻鰭片和/或散熱器被動消散。在其他實施方式中，可使用諸如風(fēng)扇之類的器件在冷卻鰭片和/或散熱器的表面上吹氣體，以協(xié)助主動冷卻。在其他實施方式中，另一流體可在冷卻鰭片和/或散熱器的表面上流動，在排放箱的任何外表面上流動，或者流過排放箱的任何部分，無論該流體具有氣態(tài)或液態(tài)形式。在風(fēng)扇、泵、壓縮機(jī)或產(chǎn)生壓差的任何其他器件或任何其他主動冷卻機(jī)構(gòu)的幫助下，該另一流體可在冷卻表面上主動通過。該另一流體可被引導(dǎo)作為本地?zé)峤粨Q器的一部分和/或作為另一遠(yuǎn)程熱傳遞系統(tǒng)的一部分。根據(jù)流體類型，排放箱可用作氣體至氣體熱交換器、液體至氣體熱交換器、氣體至液體熱交換器、液體至液體熱交換器或者任何其他類型或配置的熱交換器。

如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，排放箱可具有出口端口46。在其他實施方式中，可提供多個出口端口。備選地，可不提供出口端口，并且流體可在電力機(jī)器內(nèi)再循環(huán)。排放箱可經(jīng)塑形以將流體朝向一個或多個出口匯集。舉例而言，該箱的底面可傾斜以允許流體朝向出口排漏。流體可在重力、壓差、離心力或任何其他力的驅(qū)動下離開出口。

由于排放箱22可發(fā)揮作用以收集一定體積的冷卻流體(特別是如果使用液體冷卻劑)，因此在流體進(jìn)入箱22的時間與該流體離開箱22的時間之間可存在時間延遲。在一些情況下，該箱可充當(dāng)流體儲集器，使得一定體積的流體可在離開該箱之前被收集在該箱內(nèi)?？烧{(diào)節(jié)該系統(tǒng)中的流體位準(zhǔn)，使得一定體積的流體可一致地離開該箱或收集在該箱內(nèi)。流體可按任何速率進(jìn)入該箱并且可按任何速率離開該箱，使得流體可按基本上相同的或不同的速率進(jìn)入和離開該箱。在一些情況下，流體可連續(xù)離開該箱，而在其他情況下，流體可收集在該箱內(nèi)達(dá)一段時間，并繼而以各種速率或間隔離開。因此，可收集于排放箱內(nèi)的流體在離開該排放箱之前可得到冷卻。

如圖4中所示，在一些實施方式中，流體可收集在排放箱內(nèi)的時間可用于在將流體泵出至熱傳遞系統(tǒng)的其余部分之前預(yù)冷卻該流體。圖4示出可包含與再循環(huán)泵25流體連通的排放箱的電力機(jī)器24。流體在排放箱內(nèi)的預(yù)冷卻可有利地減小用于電力機(jī)器的流體循環(huán)系統(tǒng)中的再循環(huán)泵的操作溫度要求。在其他實施方式中，流體可從電力機(jī)器中排除而無需再循環(huán)。在其他實施方式中，流體可在電力機(jī)器內(nèi)再循環(huán)而無需從機(jī)器排除。

VI.整體流體循環(huán)系統(tǒng)

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施方式可用于使流體循環(huán)流過電力機(jī)器24的系統(tǒng)的概念示意圖?？商峁╇娏C(jī)器24使其與泵25流體連通。該泵可與單向止回閥19流體連通，該單向止回閥19可與過濾器26流體連通，該過濾器26可與熱交換器27流體連通。熱交換器27可與電力機(jī)器24流體連通以完成流體流動回路。備選地，泵可與單向止回閥19流體連通，該單向止回閥19可與熱交換器27流體連通，該熱交換器27可與過濾器26流體連通。過濾器26可與電力機(jī)器24流體連通以完成流體流動回路。在其他替代實施方式中，該流體循環(huán)系統(tǒng)的組件可在流體流動回路中以任何順序布置。此外，可將多個(一個或多個)組件包含在該回路中，以及/或者可從該回路中去掉一個或多個組件。

根據(jù)如圖4中所示的實施方式，流體可通過入口進(jìn)入電力機(jī)器24，以及通過出口離開該電力機(jī)器24。已離開電力機(jī)器的流體可通過泵25，該泵25可驅(qū)動流體流動。流體可通過單向止回閥19，該單向止回閥19可允許流體僅在一個方向上流過該器件并且可阻止流體在反方向上流動和流回至該電力機(jī)器中。流體在通過熱交換器27之前可通過過濾器26。熱交換器27可優(yōu)選地從流體傳遞熱量，使得流體在離開該熱交換器時處于較低溫度。從熱交換器27起，流體可進(jìn)入電力機(jī)器24的入口。因此，在再循環(huán)泵的驅(qū)動下，流體可在該系統(tǒng)內(nèi)再循環(huán)。流體可用于冷卻和/或潤滑電力機(jī)器，并且可在處于該電力機(jī)器中時被加熱。流體可經(jīng)由外部熱交換器在電力機(jī)器外部得到冷卻，并且因此可在重新進(jìn)入該電力機(jī)器之前冷卻。

泵25可為本領(lǐng)域中已知的任何類型的泵，其可造成期望量的流體以期望速率循環(huán)流過系統(tǒng)，或者可包括任何其他期望特性。舉例而言，該泵可為離心泵、隔膜泵、齒輪泵、葉片泵、葉輪泵、撓性套泵、注入泵、活塞泵、螺桿泵、蠕動泵或凸輪泵或者任何其他類型或配置的泵。此外，該泵可定位成遠(yuǎn)離機(jī)器、附接至機(jī)器或包含在機(jī)器內(nèi)。該泵可以是與電力機(jī)器相分離或與電力機(jī)器相集成的器件，并且可由可與該機(jī)器相分離或與該機(jī)器相同的任何源供能，并且/或者該泵可從該機(jī)器取得功率。

外部熱交換器27可為液體至液體、氣體至氣體或液體至氣體熱交換器，或者本領(lǐng)域中已知的任何其他類型的熱交換器。舉例而言，流體可進(jìn)入該熱交換器并可向另一流體傳遞熱量。該另一流體可為氣體或液體。熱交換器可具有本領(lǐng)域中已知的任何形式或配置。在一些情況下，熱交換器可具有板式配置。備選地，熱交換器可具有殼式及管式配置。

熱交換器的用途可以是從機(jī)器冷卻流體中提取熱量，以便最終將該熱量傳遞至周圍空氣或其他流體。從機(jī)器冷卻流體排除熱量可提供較低的機(jī)器操作溫度，因此可改善機(jī)器可靠性。此外，較低的機(jī)器操作溫度可導(dǎo)致定子及轉(zhuǎn)子導(dǎo)電材料的較低電阻值。這可有效減小機(jī)器中的電阻損失，其可轉(zhuǎn)化為改善的機(jī)器效率。

A.再循環(huán)泵回路，以機(jī)器外殼作為熱膨脹室、增壓室及流體儲集器

圖4示出在本發(fā)明的一個實施方式中，再循環(huán)泵25可從電力機(jī)器24的流體出口，穿過止回閥19，穿過過濾器件26，穿過熱交換器27，并繼而向電力機(jī)器24的流體入口傳遞流體。再循環(huán)泵可驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)的流體流動。在一些情況下，可控制再循環(huán)泵以改變流體流動的速度。舉例而言，可通過控制該再循環(huán)泵來增加、降低或維持流體流動的速度。因此，可基于可控的再循環(huán)泵來改變和/或維持流體流動速度。流體流動的速度可影響向電力機(jī)器提供熱傳遞的速率。如圖1中所示，在該再循環(huán)熱傳遞回路中，機(jī)器外殼4可充當(dāng)用于再循環(huán)流體的熱膨脹室、增壓室和/或儲集器。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的電力機(jī)器。含有流體的電力機(jī)器通?？膳渲脼榱黧w循環(huán)系統(tǒng)中的開放回路(對大氣開放)或閉合回路(對大氣閉合)。閉合回路機(jī)器配置通?？尚枰獑为毜呐蛎浭乙宰柚褂捎谘h(huán)流體的熱膨脹而引起的從系統(tǒng)的流體泄漏。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，部分流體填充的機(jī)器可允許機(jī)器外殼4發(fā)揮熱膨脹室的作用，并且允許該機(jī)器外殼4的主內(nèi)部空腔37充當(dāng)增壓室，且向機(jī)器添加一個或多個壓強(qiáng)均衡特征。如下文更詳細(xì)描述，該壓強(qiáng)均衡特征可包括壓強(qiáng)均衡器件28。該方法可允許使用閉合回路流體循環(huán)系統(tǒng)，而無需外部膨脹室或流體儲集器。當(dāng)機(jī)器外殼4內(nèi)的壓強(qiáng)增大或降低時，使用壓強(qiáng)均衡器件可允許該機(jī)器和流體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的壓強(qiáng)均衡，并可因此協(xié)助阻止從該系統(tǒng)的流體泄漏。

當(dāng)系統(tǒng)溫度上升時，機(jī)器內(nèi)的流體可升高溫度并膨脹，從而造成機(jī)器內(nèi)的壓強(qiáng)增大。為了均衡機(jī)器內(nèi)的壓強(qiáng)，機(jī)器外殼可包含壓強(qiáng)均衡器件28，諸如閥門、活塞、燒結(jié)金屬孔或可膨脹囊。該壓強(qiáng)均衡器件可允許機(jī)器外殼發(fā)揮熱膨脹室和增壓室的作用，從而當(dāng)機(jī)器內(nèi)流體的溫度變化時，可將流體密封的機(jī)器內(nèi)的壓強(qiáng)與外界環(huán)境壓強(qiáng)相均衡。壓強(qiáng)均衡可保持機(jī)器外殼內(nèi)的壓強(qiáng)處于預(yù)定范圍內(nèi)。在一些實施方式中，該預(yù)定范園可以是小于或等于以及/或者大于或等于一個或多個閾值壓強(qiáng)的任何壓強(qiáng)。在一些情況下，閾值壓強(qiáng)可為環(huán)境壓強(qiáng)。因此，可在電力機(jī)器24上提供壓強(qiáng)均衡器件28以允許壓強(qiáng)均衡，同時仍維持流體密封殼體的完整性。優(yōu)選地，一個或多個壓強(qiáng)均衡器件可定位在適當(dāng)促進(jìn)這樣的壓強(qiáng)均衡的機(jī)器外殼上的任何地方。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，部分流體填充的機(jī)器可允許機(jī)器外殼發(fā)揮流體儲集器的作用。在一些實施方式中，電力機(jī)器可具有一個或多個流體位準(zhǔn)器件48，所述流體位準(zhǔn)器件48可允許使用者或檢查員確定機(jī)器外殼內(nèi)部的流體位準(zhǔn)。該流體位準(zhǔn)器件可以是任何類型的物理、機(jī)械、電氣、電子、光學(xué)、氣動、超聲波或射頻器件或者其任何組合，或者本領(lǐng)域中已知的或今后開發(fā)的任何其他類型或配置的感測、測量或指示器件，使得該器件可向使用者或檢查員提供關(guān)于機(jī)器內(nèi)的流體位準(zhǔn)的反饋。

在一些實施方式中，電力機(jī)器可具有一個或多個透明窗，所述透明窗可提供關(guān)于該機(jī)器內(nèi)的流體位準(zhǔn)的視覺反饋。該窗可讓使用者或檢查員能夠在電力機(jī)器內(nèi)查看，以及確定內(nèi)部的流體位準(zhǔn)。該窗可由透明材料形成并且仍可允許電力機(jī)器外殼維持流體密封的機(jī)器殼體。該窗可為任何形狀或大小，并且可讓使用者或檢查員能夠確定機(jī)器內(nèi)的流體位準(zhǔn)或流體位準(zhǔn)的范圍。一個或多個窗可安置在該電力機(jī)器的一側(cè)或多側(cè)上與確定機(jī)器外殼內(nèi)的期望流體位準(zhǔn)相一致的位置處。一個或多個窗還可安置在排放箱上或其附近以查看該排放箱內(nèi)的流體位準(zhǔn)，該排放箱亦可用作流體儲集器的一部分。

B.流體密封機(jī)器殼體

圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的流體密封機(jī)器殼體。為了實現(xiàn)流體注入系統(tǒng)，機(jī)器外殼4可以是密封殼體，其中外殼特征在所有接點及接合處密封，以阻止內(nèi)部流體從機(jī)器泄漏。流體密封構(gòu)造的使用對于常規(guī)機(jī)器通常可以是并非必要的，但對于流體注入式機(jī)器設(shè)計則可能是重要的特征。

密封件可引入在可移除端蓋38與外殼4之間、用于功率接觸件的介電絕緣體39與端蓋38之間、功率接觸件40與介電絕緣體39之間以及旋轉(zhuǎn)機(jī)器軸11與端蓋38及外殼4之間。

用于流體注入器噴嘴9的安裝硬件可從機(jī)器的外部接近和安裝，因此密封件亦可實現(xiàn)于注入器噴嘴與機(jī)器外殼4及端蓋38之間的位置47處，以禁止流體流至注入器噴嘴安裝硬件位置以及阻止流體通過硬件界面泄漏。流體注入器安裝硬件可從機(jī)器的外部安裝，以防止在緊固件松動的情況下對該機(jī)器內(nèi)的旋轉(zhuǎn)組件的損害。在這種設(shè)計的實施方式中，如果緊固件脫離，則其可總是在機(jī)器的外部上，遠(yuǎn)離內(nèi)部旋轉(zhuǎn)組件。

密封外殼4可適應(yīng)內(nèi)部流體由于溫度變化而產(chǎn)生的熱膨脹?？梢允褂脡簭?qiáng)均衡方法來阻止機(jī)器內(nèi)部的壓強(qiáng)由于流體熱膨脹而變得過度。密封外殼設(shè)計可并入壓強(qiáng)均衡器件28，該壓強(qiáng)均衡器件28可允許壓強(qiáng)均衡并且可阻止流體由于增大的壓強(qiáng)而從機(jī)器泄漏。較低的壓強(qiáng)可對軸密封件13要求較低，并且可允許使用具有成本效益的、較低密封壓強(qiáng)的、標(biāo)準(zhǔn)的軸密封件。

如圖1中所示，為了簡化與流體流動回路的界面，密封外殼能夠以流體分配歧管42和排放箱22為特征，其中可實現(xiàn)前往機(jī)器的單一流體入口41和來自機(jī)器的單一流體出口46。備選地，可提供任何數(shù)目的流體入口或出口。歧管42可允許具有內(nèi)部增壓室的單一流體入口連接，其可將流體分配至機(jī)器內(nèi)的一個或多個流體流動通道。類似地，排放箱22可用于收集通過排放通道20和21離開機(jī)器內(nèi)的流體流動通道的流體。排放箱22可在流體通過單一出口端口46離開機(jī)器之前，在該箱內(nèi)提供對一定體積的流體的收集。

根據(jù)以上所述應(yīng)當(dāng)理解，盡管已經(jīng)示出和描述了特定的實現(xiàn)，但對其可做出各種修改，且這些修改在本文中已考慮到。本發(fā)明也不旨在由說明書中提供的具體示例所限制。雖然已參照上述說明書描述了本發(fā)明，但本文中優(yōu)選實施方式的描述和說明并不應(yīng)以限制意義解釋。此外，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的所有各個方面并不限于本文中提出的、取決于各種條件和變量的具體描繪、配置或相對比例。本發(fā)明的實施方式在形式和細(xì)節(jié)上的各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將會是顯而易見的。因此，認(rèn)為本發(fā)明還應(yīng)涵蓋任何這樣的修改、變化和等效方案。