专利名称：用于管理马达中的空气流的系统和方法
相关申请的交叉引用本申请要求2004年9月13日递交的待审美国临时专利申请No.60/609,446(代理律师档案号No.2004P15630US)的优先权，该申请通过引用全部结合于本文中。
背景技术：
在制造电动马达的某些过程中的某些作业需要物理空间以便完成该作业。例如，在AC感应马达的制造过程中，在制作转子组件时，在转子的导体杆的各端，在相应紧固环之间需要间隙，该间隙可以将叠片保持在适当位置，并且相应端环顺利将该端环连接到导体杆端。
在马达的操作过程中，希望空气流轴向经转子排气口，随后从风扇排放，并随后一部分该空气轴向流经轭排气口。然而，由于间隙，不能满足所希望的空气流，因为由端环和叠片、紧固环、和/或转子芯之间的物理空间所产生的间隙可以导致一部分该空气返回到风扇入口并再循环。由于由间隙引起的空气再循环，较少的空气可以经轭排气口输出来去除由马达操作产生的热量。结果，马达内的温度不可能有效地和/或适当地降低。如果马达温度没有有效和/或适当地降低，可能会限制马达的最大马力。同样，高于理想马达温度可能降低马达的有效寿命和/或增加维护成本。因而，需要管理、阻止和/或防止由间隙引起的空气再循环，以便增加经马达的轴向空气流，和/或降低马达内的操作温度。
发明内容
某些示例性实施例可以包括用于管理感应马达内(例如马达的转子组件)的空气流的系统。该系统可以包括间隙挡块以便大致阻止空气流流经由转子导体杆的端部区域限定和/或附近的径向开孔。
参照示例性附图，通过下面某些示例性实施例的详细描述可以更轻易地理解多种潜在的实施例，其中图1是系统1000的示例性实施例的透视图；图2是系统2000的示例性实施例的透视图；图3是系统3000的示例性实施例的截面视图；图4是系统4000的示例性实施例中的空气流示意图；图5是系统5000的示例性实施例的空气流示意图；图6是系统6000的示例性实施例的空气流示意图；图7是系统7000的示例性实施例的详细视图；图8是系统8000的示例性实施例的透视图；图9是系统9000的示例性实施例的侧视图；图10是系统10000的示例性实施例的侧视图；图11是系统11000的示例性实施例的透视图；以及图12是方法12000的示例性实施例的流程图。
定义在本申请实质上使用以下术语时，适用所附定义一个-至少一个。
超NEMA马达-框架尺寸大于NEMA框架尺寸的马达。这些马达的尺寸通常在从200到10,000马力的范围内。
行动-动作、行为、步骤和/过程或者其一部分。
适于-使得适合或适应特定使用或情况。
邻近-靠近、附近、挨着和/或邻接。
空气流-空气的流。
交流(AC)-在电路内以规则间隔反转方向的电流。
和/或-结合或者备选。开孔-开口、洞、间隙、通路和/或狭槽。
设备-用于特定目的的器具或装置。
自动地-以大致不依靠外部影响或控制的方式动作或操作，例如，自动光开关可以在没有人手动操作该光开关的情况下在看到其视野中的人后开启。
轴线-主体或几何物体绕着旋转或者可以假设旋转的直线，和/或部分结构或主体可以参照的中心线。
能-在至少某些实施例中，有能力的。
使循环-在回路内移动或流经回路，和/或绕着移动。
循环-运动和/或通过回路、路径和/或导管系统。
部件-组成元件和/或构件。
包括-包括但不局限。
同心-具有公共的中心轴线。
导体杆-适于传导感应电流的相对长、相对直且相对刚性的固体材料件。
构造-构件和/或元件的布置。
持续地-在时间、顺序、物质和/或范围上以不间断的方式。
芯-包括在其中感应电流的部件的部分转子。
耦接-接合、连结和/或连接。
覆盖-覆上，置于上面和/或上方，和/或沉入。
圆柱形-涉及和/或具有圆柱形状，特别是圆形柱面的形状。
限定-建立轮廓、形式和/或结构。
装置-机器、产品或者其集合。
方向-某物与它沿其指向或移动的路线之间的空间关系。
端-具有长度的某物的末端。
端部区域-适于延伸超过转子芯的叠层机构并包括导体杆的外延和/或端部的部分导体杆。
供能-提供电力。
延伸-沿长度方向存在、定位、放置和/或伸展。
风扇-用于通过一般是薄的、刚性叶片的旋转运动产生气流的装置。
框架-AC马达的定子部件的支撑结构。
阻止-抵抗、延迟、阻碍、妨碍、和/或至少部分阻挡感应马达-一种类型的交流马达，其中一个元件(通常是定子)上的初级绕组连接到电源，而另一元件(通常是转子)上的二级绕组或鼠笼型二级绕组传送感应电流。不存在到二级绕组的物理电连接，其电流是感应的。
叠片-适于增加转子芯电阻的薄金属片，由此有助于避免短路导体杆，并有助于从导体杆和/或转子芯转移热量。
定位-放置在特定位置。
纵向-长度的和/或长度相关的；沿长度方向放置和/或延伸。
纵向相对-放置在相对的纵向端或者附近。
管理-施加控制或影响、指导和/或控制其使用。
可以-在至少某些实施例中，被允许和/或被许可。
方法-用于实现某事的过程、程序和/或相关行动的集合。
马达-将电能转化成机械能以便旋转轴的装置。
美国电气制造商协会(NEMA，National Electrical ManufacturersAssociation)-由电动设备以及电源制造商组织并支持的公益性标准设定组织。
操作-执行功能和/或工作。
操作性实施例-如所设计地进行操作或工作的实施方式。
相对-放置为与其他某物相对。
多个-复数和/或多于一个的状态。
磁极-磁化体中磁通量密度集中的两个或多个区域中的一个。
部分-总体的一部分。
预定-预先形成。
提供-供应、供给和/或使可获得。
放射状分布的多个开孔-一组通路，各通路沿从轴的纵轴线放射的半径出现并且从邻近转子轴的区域延伸到转子芯外面的区域，该组半径均匀成角度分开。
环-可以想象成通过绕闭合圈(例如，椭圆、圆、不规则曲线、多边形等)外部的固定线旋转该圈产生的大致环形的物体。
转子组件-马达的旋转元件和/或电枢，其通常包括分开多个导体杆的堆叠的多个叠片。
转子芯间隔件-适于将转子芯和/或导体杆同转子轴分开的多个结构。
分开-间隔、设定、或保持分开；中间定位。
组-相关多个。
转子轴-旋转并传输动力的长的、大致圆柱形杆。
轴侧开口-开孔的入口或出口，开口面向和/或比开孔的相对开口更接近转子轴。
狭槽-窄的开口和/或开孔。
堆叠的多个-依次分层的一组大致相同的物体。
定子-AC感应马达的不旋转的部分。
定子线圈-马达静止部分的实质导电部件。
大致-到很大的范围或程度。
供应电压-提供的电动势和/或电势差。
环绕-在几个和/或所有侧面上包围、围绕、和/或限制。
系统-机构、装置、数据和/或指令的集合，该集合设计为执行一个或多个特定功能。
经由-通过和/或利用。
具体实施例方式
某些示例性实施例提供一种用于管理感应马达内的空气流的系统。该系统可包括转子组件。该转子组件包括限定纵轴线的转子轴；多个纵向延伸的导体杆，每个所述导体杆限定第一杆端区域以及纵向相对的第二杆端区域；和/或适于与所述转子轴同心定位、耦接到所述导体杆上、电耦接到所述导体杆和/或大致阻止空气流流经由所述多个第一杆端区域限定的第一多个径向开孔的第一端环。
图1是系统1000的示例性实施例的透视图，其可以包括交流感应马达1100，例如NEMA马达和/或超NEMA马达。
图2是系统2000的示例性实施例的剖开透视图，系统2000可以包括交流感应马达2100，马达2100可以包括识别马达某些特征的名牌2100、框架2200、定子2300、轴承2400、轴2500、转子组件2600、电力供给电缆2700、和/或风扇2800。
图3是系统3000的示例性实施例的截面视图，系统3000可以包括外部风扇3100，转子轴3200，内部风扇3300，定子绕组或线圈3400，端环3500，端部外延和/或端部区域3600，定子芯3700，转子芯3800，轴侧转子空气排放口、通路和/或通道3900，和/或轭轴向排气口和/或定子侧空气排放口、通路和/或通道3950。
图4是系统4000的示例性实施例内的空气流的示意图。外部风扇4100产生和/或保持所希望的外部空气流4200，其可以在框架4500和/或马达封装的外部循环。内部风扇4300可以产生和/或保持所希望的内部空气流4400，其可在马达的框架内循环。在各空气流中，较冷空气由具有较细线宽或厚度的流线表示，而较暖空气由具有较厚线宽或厚度的流线表示。
图5是已知系统5000的示例性实施例内的空气流示意图，显示了内部空气流如何包括定子侧或轭流动分量5100、轴侧流动分量5150、暖空气再循环流动分量5200、和/或冷空气再循环流动分量5250。暖空气再循环流动分量5200可以流经定子侧开口，并流经限定在端环5400以及导体杆端区域5500、紧固环5500、和/或转子芯5700之间的开孔和/或间隙5300。冷空气再循环流动分量5250可流经轴侧开口并流经大致类似的开孔和/或间隙5350。
图6是系统6000的示例性实施例内的空气流的示意图，显示了内部空气流如何由所需的轴侧和/或轴-轭流动分量6100排他性、大致完全和/或近似完全地组成，并且/或者在端环6200包括配置为大致阻挡间隙的间隙挡块6300时，可大致缺乏不想要和/或再循环分量，由此大致阻止相应的再循环流动分量。通过阻止再循环空气流，马达可以降低空转损失，降低转子芯温度，和/或实现更接近最佳的冷却，这样可以增加马达的最大马力，增加效率，增加寿命和/或降低维护成本。
图7是在图3的细节B所获取的系统7000的示例性实施例的详细视图。系统7000可以包括端环7100；导体杆端区域7200；转子芯齿支撑件和/或紧固环7300；转子芯7400；内部风扇7500；间隙挡块7600；轴7700；转子芯间隔件7800；和/或轴侧转子轴向空气排放口、通路和/或通道7900。系统7000的大致镜像配置可位于转子芯7400的对端，可能没有风扇7500。
端环7100可以具有大致矩形的截面。间隙挡块7600可以具有大致矩形和/或L形截面，其可以与端环7100的截面角落一体形成、邻接和/或连接。因而，端环7100可以看作柱体，而间隙挡块7600也可以看作与端环7100一体形成和/或连接的直径略小的柱体和/或柱形部分。如果一体形成，端环7100和间隙挡块7600可以形成整体单片结构。在备选实施例中(图未示)，间隙挡块7600可以位于定子侧和/或可以具有等于或大于端环7100的外径的内径。在备选实施例中(图未示)，间隙挡块7600可以与紧固环7300一体形成和/或连接。
如图所示，在某些示例性实施例中，间隙挡块7600可以大致阻挡和/或覆盖由导体杆端区域7200之间以及紧固环7300和风扇7500和/或端环7100之间的间隙限定的径向开孔(和/或其轴侧开口)的某些或全部。
图8是系统8000的示例性实施例的透视图，而图9是系统8000的示例性实施例的侧视图，其可以包括转子组件8100，组件8100可以包括堆叠的多个叠片8200；一组放射状分布的转子导体杆8300，其分别限定一对相对的杆端区域8400；紧固环8500；端环8600以及轴8700。注意到，尽管到达间隙的定子侧开口8800是可见的，但到间隙的转子侧开口大致由间隙挡块8900阻挡，间隙挡块8900可以与端环8600一体形成和/或是其一部分。导体杆8300和/或端环8600可以由铜组成。
图10是系统10000的示例性实施例的侧视图，系统10000可以包括转子叠片10100，叠片10100可以包括容纳导体杆的狭槽10200。
图11是系统11000的示例性实施例的透视图，系统11000可以包括紧固环11100，紧固环11100可以用于压缩、紧固和/或支撑堆叠的多个转子叠片。紧固环11100可以包括能够容纳导体杆的放射状分布的多个狭槽11200，以及可以跨立、分隔和/或提供以定距离隔开的每个转子导体杆的多个齿11300。紧固环11100可以包括能够容纳将紧固环11100锁定到转子轴的键的键槽11400。
图12是方法12000的示例性实施例的流程图。在行动12100中，提供和/或组装转子芯、堆叠的多个叠片、紧固环、导体杆和/或端环，使得由紧固环、导体杆的端部区域和/或端环来限定多个径向开孔和/或阻挡的径向开孔。在行动12200中，导体杆的端部耦接到端环，例如通过铜焊和/或感应加热工艺。在行动12300中，径向开孔可以由与端环一体形成和/或与紧固环一体形成的间隙挡块阻挡。在行动12400中，可以对马达的剩余部分进行组装。在行动12500中，安装马达。在行动12600中，对马达进行操作。在行动12700中，在马达内循环空气。在动作12800中，大致阻止经径向开孔的空气流。通过阻止空气流流经径向开孔，马达可以实现接近最佳的冷却，这样可以提高马达的最大马力，增加寿命和/或降低维护成本。
如下表1所示，示例性实施方式证明了某些优点表1.开放间隙vs.封闭间隙的性能特征
如可以从表1中看到的，当间隙大致消除、减少和/或阻挡时，再循环大致减小较低的空转损失，该损失由轴承损失以及风扇损失组成；较低的马达实际温度升高，由此允许在隔离等级限制内产生更大的功率；较低的非驱动轴承和/或驱动端轴承的实际温度升高，由此增加了轴承和/或润滑油的寿命；较低的计算转子温度升高；较大的满负荷效率(输入功率与输出功率的比值)；和/或较大的马达马力。
在另一示例性实施例，通过利用本申请所描述的间隙挡块，设计并成功测试了占据NEMA580框架并利用11,000伏定子电源电压的2磁极马达。本马达利用了若干沿转子轴纵向延伸并焊接到转子轴上以便产生轴侧空气通道和/或转子排放口的转子芯间隔件。
通过阅读上文叙述的某些示例性实施例的详细描述和附图，其它实施例将对本领域技术人员显而易见。应理解，许多变化、修改以及附加实施例是可能的，因此所有这些变化、修改以及实施例认为是在本申请的实质和范围内。例如，无论本申请任何部分的内容(例如，标题、技术领域、背景技术、发明内容、摘要、附图等等)，除非明确相反指定，例如通过明确定义，不需要在本申请的任何权利要求(或者要求其优先权的任何申请的任何权利要求)内包括任何特定描述或图示特征、功能、行动或元件，行动的任何特定顺序或者元件的任何特定相互关系。此外，任何行动都可以重复，任何行动可以由多个实体执行，并且/或者可以复制任何元件。进一步，可以排除任何行动或元件，行动的顺序可以变化，并且/或者元件的相互关系可以变化。因而，描述和附图要认为实质上是示意性的，而不是限制性的。此外，当本申请描述任何数量或范围时，除非以其它方式明确声明，该数量和范围是近似的。当本申请描述任何范围时，除非以其它方式明确声明，该范围包括其内的所有值以及其内的所有子范围。在本申请已经通过引用结合的任何材料的任何信息(例如，美国专利、美国专利申请、书籍、论文等)经通过仅通过参照在这些信息以及本申请所阐述的其它声明以及附图之间不存在冲突的范围进行引用。在有冲突的情况下，包括导致本申请或要求其优先权的任何权利要求无效的冲突，则这些通过引用结合的材料中的这些冲突信息并不通过引用结合在本申请中。
权利要求
1.一种用于管理感应马达内的空气流的系统，包括转子组件，包括限定纵轴线的转子轴；多个纵向延伸的导体杆，各所述导体杆分别限定第一杆端区域以及纵向相对的第二杆端区域；以及第一端环，其适于与所述转子轴同心定位、耦接到所述导体杆、电耦接所述导体杆、并且大致阻止空气流流经由所述多个第一杆端区域限定的第一多个径向开孔。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一端环适于大致覆盖所述第一多个径向开孔。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一端环包括适于大致覆盖所述第一多个径向开孔的柱形部分。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一端环包括适于大致覆盖各所述第一多个径向开孔的轴侧开口的柱形部分。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一多个径向开孔限定在所述第一端环与紧固环之间，所述紧固环大致位于由所述转子组件包括的堆叠的多个叠片附近。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述多个第二杆端区域限定第二多个径向开孔。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括适于耦接到各所述导体杆的第二端环。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括适于耦接到各所述导体杆的所述第二杆端区域的第二端环。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括适于大致阻止空气流流经由所述多个第二杆端区域限定的第二多个径向开孔的第二端环。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括适于大致阻止空气流流经由所述多个第二杆端区域限定的第二多个径向开孔的第二端环，所述第二端环包括适于大致覆盖所述第二多个径向开孔的柱形部分。
11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括适于大致阻止空气流流经由所述多个第二杆端区域限定的第二多个径向开孔的第二端环，所述第二端环包括适于大致覆盖各所述第二多个径向开孔的轴侧开口的柱形部分。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一端环适于耦接到各所述导体杆。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一端环适于耦接到各所述导体杆的所述第一杆端区域。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括耦接到所述轴并限定多个狭槽的第一紧固环，各所述多个第一杆端区域适于经所述多个狭槽的相应狭槽延伸。
15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括限定适于分离所述多个第一杆端区域的多个放射状分布的狭槽的第一紧固环。
16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括位于由所述转子组件包括的堆叠的多个叠片附近并耦接到所述轴的第一紧固环，所述第一紧固环限定多个放射状分布的狭槽，各所述多个第一杆端区域适于经所述多个放射状分布的狭槽的相应狭槽延伸。
17.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括适于沿所述轴纵向延伸的多个转子芯间隔件。
18.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括沿所述轴纵向延伸并焊接到所述轴上的多个转子芯间隔件。
19.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括耦接到所述轴上的风扇。
20.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括由所述转子组件所包括的堆叠的多个叠片。
21.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括仅限定两个磁极的多个定子线圈。
22.根据权利要求1所述的系统，其特征在于进一步包括定子；以及适于环绕所述定子的至少一部分的580NEMA框架，所述定子适于通过大约11,000伏的电源电压供能。
23.一种用于管理感应马达内的空气流的方法，包括提供转子组件，包括限定纵轴线的转子轴；多个纵向延伸的导体杆，各所述导体杆限定第一杆端区域以及纵向相对的第二杆端区域；以及将第一端环耦接到所述导体杆，所述第一端环适于与所述转子轴同心定位、电耦接所述导体杆、并且大致阻止空气流流经由所述多个第一杆端区域限定的第一多个径向开孔。
全文摘要
某些示例性实施例可以包括用于管理感应马达(例如马达的转子组件)中的空气流的系统。该系统可以包括间隙挡块以便大致阻止空气流流经由转子导体杆端区域限定的和/或附近的径向开孔。
文档编号H02K9/06GK101053143SQ200580037971
公开日2007年10月10日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年9月13日
发明者B·佩尔格里诺 申请人:西门子能量及自动化公司