專利名稱：具有雙軸向氣流的交流發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本公開內容大致涉及電機。更特別地，本公開內容涉及對車輛的發(fā)電機進行冷卻。
背景技術：
由于車輛的運動和布置在車輛前部的散熱器的冷卻風扇的作用，車輛中機艙的氣流從車輛的前部流到后部。但是，與之形成對比的，冷卻空氣通常在處于或靠近交流發(fā)電機的后部處進入電機，例如交流發(fā)電機?？諝馔ǔＭㄟ^在交流發(fā)電機的后部或側部的多種輸入口進入交流發(fā)電機、而后沿大致軸向的方向朝交流發(fā)電機的前部流動。隨著空氣朝交流發(fā)電機的前部流動，所述空氣被交流發(fā)電機的構件加熱。被加熱的空氣被排放出交流發(fā)電機、與機艙的氣流相結合、而后又被帶回到交流發(fā)電機的后部，此處至少一部分被加熱的空氣會再次循環(huán)通過交流發(fā)電機。取決于交流發(fā)電機的配置方式，多達30-35%的被加 熱的空氣會再次循環(huán)通過交流發(fā)電機，將進入交流發(fā)電機的冷卻空氣的溫度提高了 20-30攝氏度。冷卻空氣所提高的溫度導致空氣的冷卻能力降低、且可能對交流發(fā)電機的性能產生負面影響。因此，期望提供具有改進的冷卻構造的交流發(fā)電機，從而提高冷卻能力和交流發(fā)電機性能。

發(fā)明內容
車輛的電機包括殼體、定位在殼體內的轉子、以及定位在殼體內處于轉子和殼體的外壁之間的定子。定子包括鐵心，所述鐵心具有前端部、后端部、內側部和圍繞內側部的外側部。定子還包括定位在定子鐵心的內側部上的定子繞組。電機包括多個從定子鐵心的前端部朝定子鐵心的后端部延伸的、基本上軸向的空氣通道。多個大致軸向的空氣通道定位在定子鐵心的內側部和殼體之間。根據(jù)本公開的其它實施例，提供了冷卻車輛中的電機的方法。所述方法包括通過電機的第一端部來接收進口氣流。所述方法還包括將進口氣流分成流過電機的第一氣流和第二氣流。第一氣流在定子鐵心的外表面和殼體的無孔性外壁之間流動。第二氣流流過從定子鐵心徑向向內進行定位的轉子。所述方法還包括將第一氣流和第二氣流排出電機的第
二端部。又根據(jù)本發(fā)明的其它實施例提供了交流發(fā)電機，所述交流發(fā)電機包括定位在殼體內的轉子和定子。轉子配置為繞軸線旋轉，且定子從轉子徑向向外進行定位。定子包括定子鐵心，所述鐵心具有從定子鐵心的前端部朝后端部延伸的外表面。殼體包括無孔性外壁，其定位在具有多個進氣孔的前表面和具有多個出氣孔的后表面之間。多個空氣通道定位在殼體的外壁和定子鐵心的外表面之間。每個空氣通道從定子鐵心的前端部朝后端部延伸。通過參考下面的詳細說明和附圖，上述以及其它的特征和優(yōu)勢將對本領域普通技術人員而言變得更加顯而易見。期望提供一種電機，其具有一個或多個這些或其它的有利的特征，同時在這里所公開的教導將延伸到落入從屬權利要求范圍的那些實施例，不管它們是否能實現(xiàn)一個或多個上述優(yōu)勢。


圖I示出了具有雙軸向氣流的交流發(fā)電機的一半的剖視圖；圖2示出了圖I的交流發(fā)電機的定子鐵心和殼體沿線II-II的剖視圖；圖3示出了圖I交流發(fā)電機的定子鐵心沿線II I-III的剖視圖；圖4示出了圖2的交流發(fā)電機的一半沿線III-III的剖視圖；圖5示出了氣流穿過的圖I的交流發(fā)電機的剖視圖；圖6示出了圖I的交流發(fā)電機的殼體的前端透視圖；以及圖7示出了圖6的殼體的后端視圖。
具體實施例方式參考圖1，在至少一個實施例中以交流發(fā)電機10的形式提供了用于車輛的電機。交流發(fā)電機10包括轉子12、定子14、整流器16和電壓調節(jié)器(未示出)，它們都由殼體20承載。轉子12包括配置為在定子繞組24中感應出交流電定子輸出的勵磁線圈22。定子繞組24被連接到整流器16，所述整流器16將交流電定子輸出轉換為直流電輸出，所述直流電輸出用于為車輛電池充電。電壓調節(jié)器通過控制流經勵磁線圈的電流來監(jiān)控系統(tǒng)電壓和調節(jié)交流發(fā)電機的輸出。在圖I的實施例中示出了轉子12和定子14構造的一個實施例。在該實施例中，轉子12被可操作地連接到由傳送帶驅動的驅動軸26。轉子12和驅動軸26配置為繞驅動軸軸線28旋轉。驅動軸26的一個端部被連接到與皮帶(未示出)相接合的帶輪30。驅動軸26的相反的端部包括軸頸32，所述軸頸32與保持在殼體20中的軸承34相接合。在圖I的實施例中，轉子12的勵磁線圈22繞著環(huán)繞鐵心38的線軸36纏繞。相對或對立的爪極式區(qū)段40從勵磁線圈22徑向向外地圍繞勵磁線圈22。爪極式區(qū)段40和鐵心38都配置為與驅動軸26 —起旋轉。勵磁線圈22配置為在電機操作過程中當電流流過勵磁線圈22時產生電磁場。所述電磁場在轉子的爪極式區(qū)段40上引起多個交替出現(xiàn)的N和S磁極。當驅動軸26旋轉時，轉子12提供了具有多個N和S磁極的旋轉的磁場。雖然前述是一個用于交流發(fā)電機的預期的轉子的實施例，但是可以認識到其它轉子實施例也是可行的。定子18包括定子鐵心44，所述定子鐵心44包括通常被稱為"層壓片"或"疊片"的堆疊的平坦的鐵片。所述疊片包括一組前部疊片62、一組后部疊片64、以及一組中心置片66。如部置片62和后部置片64在形狀上相冋。后部置片64大致的周邊形狀可以參看圖2的首I]視圖，其不出了定位在殼體20內的后部置片64的形狀。后部置片64包括內側部67、以及定子鐵心的齒部54所定位的相關表面。后部疊片還包括限定成圓柱形的外表面的外側部68a。與圖2示出的后部疊片的形狀相對比，中心疊片66大致的周邊形狀可以參看圖3的首丨j視圖。如圖3所不，中心置片66雖然在形狀上類似于如部置片62和后部置片64,但所述中心疊片66包括延伸的外側部68b，其圍繞著定子鐵心的齒部54所定位的內側部67。所述附加的外側部68b導致中心疊片66具有比前部疊片62和后部疊片64更大的直徑。每個中心疊片66的外側部68b包括多個被徑向肋部71分開的鄰近于外周邊的開口 69。因此，每個中心疊片66的外側部68b被設置成開孔圓盤構造,其圍繞著中心疊片66的內側部67。開孔圓盤包括開口 69，其中徑向肋部71定位在相鄰開口之間。如下面將進一步詳細描述地，中心疊片66的開孔圓盤部68與殼體20相協(xié)作配合，以形成沿著定子鐵心44的外側部的軸向空氣通道。定子鐵心44的如部置片、后部置片和中心置片被置放在一起，以提供在形狀上大致為圓柱形的定子鐵心44，并且所述定子鐵心44沿著轉子12的長度軸向延伸、還周向地圍繞著轉子。定子鐵心44的外表面45基本上是光滑的和圓柱形的,其中由中心疊片66在定子鐵心44的中部形成擴大的部分。如上所述和如圖I所示，定子鐵心44的前部疊片62和后部疊片64被包含在殼體20內。定子鐵心44的中心疊片66在結合部60處延伸至殼體20外部。定子鐵心44的前部疊片和后部疊片的外表面45還可包括多個軸向凹槽94、或沿著定子的圓柱形外表面軸向延伸的其它凹部。如下面將進一步詳細描述地，軸向凹槽94配置為接收緊固件98，所述緊固件98在前部疊片62和后部疊片64處、于定子鐵心44和殼體 20之間延伸。中心疊片包括使緊固件98穿過的孔95。定子鐵心44被配置為將定子繞組24保持在形成于定子鐵心44的內側部67上的多個齒部54(參看圖2和3)內。定子繞組24包括定位在齒部與前端后端線匝48之間的工作區(qū)段，所述前端后端線匝48延伸穿過定子鐵心44且連接著工作區(qū)段。在電機10操作的過程中，轉子12的旋轉的磁場在定子繞組24中感應出交流電壓。如前所述，定子繞組24被連接到整流器16。整流器16包括多個安裝在金屬散熱器51上的二極管50,其中冷卻肋部52位于交流發(fā)電機的前端。金屬散熱器51可以與殼體20 —起整體成體、或作為板狀物緊固在殼體上。二極管50被電氣連接以提供將交流電定子輸出轉換為直流電輸出的整流器。電壓調節(jié)器(未示出)通過控制流過勵磁線圈的電流來監(jiān)控系統(tǒng)電壓和調節(jié)交流發(fā)電機的輸出。電壓調節(jié)器通常包括多個包含在電子封裝件(未示出)內的器件。在圖I中所公開的實施例中，電子封裝件與整流器16 —起安裝在交流發(fā)電機的前端。在至少一個實施例中，電子封裝件被安裝在其中一個散熱器上。定子14和轉子12被布置在交流發(fā)電機的殼體20內。在至少一個實施例中，殼體包括前部殼體部分56和后部殼體部分58。交流發(fā)電機10被定位在車輛(未不出)中，使得前部殼體56基本上面向車輛的前部且后部殼體58基本上面向車輛的后部。在所公開的實施例中，前部殼體部分56沒有連接到后部殼體部分58。相反，前部和后部殼體部分被中心疊片66的外側部68分開，所述外側部68定位在前部殼體56和后部殼體58之間的結合部60中。前部殼體56和/或后部殼體58可包括其中一個或多個用作散熱器的冷卻肋部52，以提高冷卻能力。腿部88基本上從后部殼體28朝驅動軸14徑向向內地延伸。腿部88為后部軸承34提供支撐。前部殼體部分56和后部殼體部分58 —起提供了殼體20的基本上圓柱形的外壁70。所述外壁70位于殼體前端上的前表面72和殼體后端上的后表面76之間。外壁70基本上在交流發(fā)電機10的前表面和后表面之間的全部長度上延伸,其中中心疊片66在結合部60處形成了外壁70的唯一的中斷。如圖I和6所示，前表面72包括一個或多個提供進氣口的孔74，用于使冷卻空氣流入交流發(fā)電機10。類似地，如圖7所示，后表面76包括一個或多個提供出氣口的孔78，用于使冷卻空氣排出殼體20。如圖6最佳所示，圓柱形的外壁70是無孔性的(或非滲透性的)，使得所述外壁70沒有任何可允許空氣進入或排出交流發(fā)電機10的孔。中心疊片66的外表面也是無孔性的、以及沒有允許空氣進入或排出交流發(fā)電機的孔。因此，隨著空氣沿大致軸向的方向從前表面72流到后表面76，穿過交流發(fā)電機10的氣流在從交流發(fā)電機的前端流到交流發(fā)電機的后端的范圍內被大致包含在殼體20內。現(xiàn)在參考圖2和4，殼體20的圓柱形的外壁70包括外表面80和內表面82。外表面80是大致光滑的和規(guī)則的。對比地，內表面82包括多個沿徑向向內的方向延伸的軸向肋部84、以及多個沿徑向向外方向切入到殼體80的內表面82的軸向凹槽96。軸向凹槽96互補于形成在定子鐵心的外表面45上的軸向凹槽94。緊固件以細長的螺栓98的形式、定位在由定子鐵心的外表面中的軸向凹槽94和殼體20的外壁70的內表面中的互補的軸向凹槽96所形成的通路中。這些緊固件可用于將多種構件連接在殼體20中，諸如前部殼體部分56和后部殼體部分58。此外，螺栓98還用于將定子鐵心44固定就位在殼體20內。殼體20的內表面82上的軸向肋部84沿軸向方向在殼體的外壁70的近似全部長度上延伸。如圖2所示，軸向肋部84的端部接觸定子鐵心44的外表面45。軸向肋部84與定子鐵心44的外表面45的接合導致形成了多個沿定子鐵心44的外表面于肋部84之間延 伸的空氣通道86。在定子鐵心44的中心部分，軸向肋部84對準中心疊片66的肋部71。因此，中心疊片66中的開口 69也對準軸向肋部84之間的空間，使得交流發(fā)電機中的空氣通道86上基本上沒有障礙物，并且允許冷卻空氣在交流發(fā)電機內、沿軸向方向于定子鐵心44的外表面45和殼體20的內表面82之間自由流動。在一些實施例中，交流發(fā)電機10包括至少一個風扇90。在圖I中示出的實施例中，風扇90布置在驅動軸26的螺紋部分92處、且被固定在驅動軸26上。風扇90配置為通過在交流發(fā)電機的后端形成低壓區(qū)來在交流發(fā)電機的后端處將空氣抽吸出交流發(fā)電機。雖然圖I中示出了一種風扇配置方式，但將認識到的是，也可以預設其它的風扇80的配置方式、位置和附連方法。例如，風扇80可以被固定到非螺紋式驅動軸26或可以被布置在轉子12的前端。在交流發(fā)電機的操作過程中，驅動軸26由皮帶驅動，從而導致轉子12和風扇90旋轉。如圖5所示，風扇通過交流發(fā)電機的前表面72中的孔74將進口冷卻氣流100抽吸到殼體20。此外，車輛的自然的機艙氣流有助于氣流流入交流發(fā)電機。將被理解的是，殼體20的前表面72用作過濾器，以防止大型污垢微粒和碎屑進入交流發(fā)電機、同時又允許冷卻空氣通過進氣口 74進入交流發(fā)電機。在穿過前表面冷卻孔40、以及流過電子器件(包括整流器和調節(jié)器在內)的散熱器51之后，進口氣流100被分成兩個不同的內部路徑，如圖5中的氣流102和104所示。散熱器51的配置方式有助于將引入的氣流100分成兩個分岔的路徑。特別地，第一氣流102流過轉子，而第二氣流104流過定子。流過轉子12的第一氣流102在其路徑上通常是傳統(tǒng)的。因此，氣流102沿大致軸向的方向流入轉子區(qū)段40及其周圍、并且穿過勵磁線圈22。然后，氣流102從轉子處排出、并且通過殼體的后表面76上的出氣口 78穿出交流發(fā)電機10。雖然所述第一氣流102被描述為大致軸向，將被認識到的是，轉子的旋轉對氣流有顯著的流量限制，從而導致一些氣流會從完全的軸向流動發(fā)生偏離、并且通常會限制能被傳送到交流發(fā)電機構件的冷卻空氣量。
第二氣流104也沿大致軸向的方向流動,但不同于第一氣流102,第二氣流104不被轉子旋轉所限制。特別地，第二氣流104流過空氣通路86，所述空氣通路86形成在軸向肋部84之間,所述軸向肋部84從殼體的外壁70徑向向內延伸、并且與定子鐵心44的外表面45相接觸?？諝馔?6還貫穿定子鐵心33的中心疊片66中的開口 89。這些沿著定子鐵心44的外側部68a和68b延伸的無障礙通路86完全離開作為障礙物的轉子、并且允許顯著的冷卻空氣量經過定子和穿過交流發(fā)電機，由此使交流發(fā)電機10內的構件的操作溫度降低。此外，將被認識到的是，軸向肋部84在交流發(fā)電機殼體20上也提供了附加的表面區(qū)域，用于促進交流發(fā)電機、特別是定子14的冷卻。將被認識到的是，所述分開(或分設的)的路徑冷卻構造不同于所有空氣都流過轉子的傳統(tǒng)的氣流。特別地，在殼體的外表面、定子14和殼體的內表面之間的附加的空氣通路86提供了不被轉子12的旋轉所阻礙的軸向氣流的通路。這些附加的通路86保持所有的冷卻空氣進入所述通路，因為沿著殼體的外壁70沒有空氣進口或出口。在殼體20中僅有的氣孔是設置在前表面和后表面上的孔。在經過轉子12和定子14之后，第一氣流102和第二氣流104在定子的后側再次 結合。然后，所述被加熱的排出氣體由風扇90沿著機艙氣流朝著車輛后部流動的自然方向被排出交流發(fā)電機10。以上述方式將冷卻空氣引導通過交流發(fā)電機10，將使更大的冷卻空氣量經過交流發(fā)電機的構件，并且被加熱的空氣不會在交流發(fā)電機10內再次循環(huán)。這提供了交流發(fā)電機10的改進的熱力性能。此外，冷卻配置方式包括防止熱污染和碎屑進入交流發(fā)電機的前表面過濾器。然而，圖1-7中所描述的實施例只是所預期的多個可選的實施例中的其中一個。例如，雖然這里所描述的中心疊片66不同于前部疊片62和后部疊片64，但在其它的示例性實施例中，中心疊片可能與前部和后部疊片相同。因此，應該認識到的是，具有雙軸向氣流的交流發(fā)電機的實施例的前述詳細說明僅借助于示例在此展示且不具限定性。將被認識到的是，有些優(yōu)勢是這里所描述的某些獨立的特征和功能將可以不用結合這里所描述的其它特征和功能而獲得。此外，將被認識到的是，以上所公開的實施例及其它特征和功能、或替代中的多種可選的修改、變型或改進可按期望結合到許多其它不同的實施例、系統(tǒng)或應用中。當前未預見到的或未預期到的替代、修改、變型或改進可能隨后被本領域技術人員所實現(xiàn)，這些也被意于包含在從屬權利要求中。因此，任何從屬權利要求的精神和范圍不應該限制這里所包含的實施例的說明。
權利要求
1.一種用于車輛的電機，包括 殼體； 定位在殼體內且被配置為繞軸線旋轉的轉子； 定位在轉子和殼體的外壁之間的定子，所述定子包括定子鐵心，所述定子鐵心包括前端部、后端部、內側部、以及圍繞內側部的外側部，所述定子還包括定位在定子鐵心的內側部上的定子繞組；以及 從定子鐵心的前端部朝定子鐵心的后端部延伸的多個基本上軸向的空氣通道，所述多個基本上軸向的空氣通道定位在定子鐵心的內側部和殼體之間。
2.如權利要求I所述的電機，其特征在于基本上軸向的空氣通道貫穿了形成在定子鐵心的疊片的外側部中的開口。
3.如權利要求2所述的電機，其特征在于定子鐵心的疊片包括前部疊片、后部疊片和中心置片，其中所述開口形成在定子鐵心的中心置片中，而中心置片定位在殼體的如部和殼體的后部之間。
4.如權利要求3所述的電機，其特征在于殼體的前部包括多個與前部疊片的外側部相接合的細長的軸向肋部，而殼體的后部包括多個與后部疊片的外側部相接合的細長的軸向肋部，且每個基本上軸向的空氣通道被提供成無障礙的空氣通路，所述空氣通路在相鄰的軸向肋部之間延伸、且穿過定子鐵心的中心疊片中的所述開口。
5.如權利要求I所述的電機，其特征在于多個細長的軸向肋部被設置在殼體的內表面上，其中每個基本上軸向的空氣通道被設置為在相鄰的軸向肋部之間延伸的無障礙空氣通路。
6.如權利要求5所述的電機，其特征在于軸向肋部接合著定子鐵心的外側部的外表面，使得空氣通路至少部分地被軸向肋部和定子鐵心的外表面所限定。
7.如權利要求I所述的電機，其特征在于還包括安裝在電機的前端部上的整流器和調節(jié)器，其中電機的前端部被車輛的前端部所限定。
8.如權利要求I所述的電機，其特征在于定子鐵心的外側部包括多個軸向凹槽，其中緊固件沿著所述軸向凹槽延伸。
9.如權利要求8所述的電機，其特征在于還包括形成在殼體的內表面上的互補軸向凹槽，并且緊固件是定位在通路中的細長的螺栓，所述通路由定子鐵心的外表面中的軸向凹槽、以及殼體的內表面中的互補軸向凹槽所形成。
10.如權利要求I所述的電機，其特征在于殼體包括前表面和后表面，其中在前表面和后表面之間的殼體上不形成有氣孔，并且電機被配置為將穿過前表面的進口氣流分成 流過多個基本上軸向的空氣通道的第一氣流，所述空氣通道沿著定子鐵心的外側部定位，以及 流過轉子的第二氣流。
11.如權利要求10所述的電機，其特征在于電機還被配置為將第一氣流和第二氣流再次結合為流過電機的后表面的排出氣流。
12.如權利要求11所述的電機，其特征在于還包括定位在殼體的后端部處的風扇，并且所述風扇被配置為將排出氣流抽吸出殼體和將排出氣流吹離殼體。
13.一種用于冷卻車輛中的電機的方法，所述方法包括接收穿過電機的第一端部的進口氣流； 將進口氣流分成流過電機的第一氣流和第二氣流，第一氣流在定子鐵心的外表面和殼體的無孔性外壁之間流動，第二氣流流過從定子鐵心徑向向內進行定位的轉子；以及 使第一氣流和第二氣流通過電機的第二端部而排出。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于進口氣流被多個在電機的前表面中的進氣口所接收。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于第一氣流和第二氣流流經電機的后表面中的多個出氣口而排出。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于電機的第一端部是電機的前端部，并且在進口氣流被分成第一和第二氣流之前，所述進口氣流流過定位在電機的前端部上的整流器和調節(jié)器。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于電機的第二端部是電機的后端部，并且在電機的后端部處的風扇用于將第一氣流和第二氣流流經電機的后端部而排出。
18.如權利要求13所述的方法，其特征在于第一氣流流過多個基本上軸向的空氣通道，所述空氣通道定位在殼體的外壁和定子鐵心外表面的之間。
19.如權利要求13所述的方法，其特征在于電機的第一端部面向車輛的前端部，而電機的第二端部面向車輛的后端部。
20.—種交流發(fā)電機,包括 被配置為繞軸線旋轉的轉子； 從轉子徑向向外定位的定子，所述定子包括定子鐵心，所述定子鐵心具有前端部、后端部、被配置為保持定子繞組的內側部、以及圍繞內側部的外側部； 殼體，其具有保持在所述殼體內的轉子和定子，所述殼體包括具有多個進氣孔的前表面、具有多個出氣孔的后表面、以及無孔性外壁，所述無孔性外壁定位在前表面和后表面之間，使得殼體在前表面和后表面之間不具有空氣通道；以及 沿著定子鐵心的外側部、于定子鐵心的前端部和后端部之間延伸的多個空氣通道。
全文摘要
一種車輛交流發(fā)電機，包括定位在殼體內的轉子和定子。殼體包括前表面、后表面、以及在前表面和后表面之間延伸的外壁。前表面包括多個進氣孔，而后表面包括多個出氣孔。外壁沒有貫穿其的氣孔。轉子定位在殼體內、且配置為繞軸線旋轉。定子定位在殼體內，處于轉子和殼體的外壁之間。定子包括具有外表面、前端部和后端部的鐵心。多個大致軸向的空氣通道定位在殼體的外壁和定子鐵心的外表面之間。
文檔編號H02K1/06GK102934328SQ201180020201
公開日2013年2月13日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者M·D·布拉德菲爾德 申請人:雷米技術有限公司