用于电机的复合框架以及用于制造其的方法_2

文档序号:9400413阅读:来源:国知局
2的内齿400和外齿402。这些外齿可以是倾斜的,还可以在轴向方向是间隔的,以更好将框架捆绑为叠片,以及使用叠片从其打孔或切割的钢的典型的划出方格的部分。
[0026]图6是示出了根据本文所描述的主题的一个实施方式的用于制造用于电机的复合框架的示例性步骤的流程图;参考图6,在步骤600中,提供心轴或模具。例如,如图3所示的,可以提供包括电机108的心轴。在一个替代示例中,可以使用从电机分离的心轴。心轴通常包括纤维可以周向地在其周围缠绕的加工基本圆柱结构。如果使用拉挤,纤维和或织物可以被轴向地拉升以在轴方向包围模具。该模具可以类似于图3所示的心轴并且可以包括电机的一部分。可替换地,在拉挤中使用的模具可以从电机分离。
[0027]在步骤602中,纤维是围绕心轴细丝缠绕的或通过模具拉挤。在图7中,纤维700是周向地围绕电机108细丝缠绕的以及以箭头702所示的方向围绕分离的心轴302。纤维700是周向地缠绕的直到基本覆盖轴心部分302和电机108的外表面。
[0028]图8示出了拉挤过程的示例。在图8中,纤维800通过树脂罐802拉起,以施加树脂至纤维,然后围绕预先形成的模具804。然后树脂涂覆的纤维在模具806中固化并被拉起,并接着被切割以形成完成段808。如图8所示的,拉挤纤维使得纤维在相对于预变形器轴的轴向方向上延伸并终止在复合框架100中,还可以在进入模具之前编织纤维,使得相比于具有简单拉挤工艺的结构,更好地定义合成结构的机械特性。
[0029]返回到图6,在步骤604中,施加树脂至纤维。可以在缠绕或拉挤过程之前或之后施加树脂。在步骤606中,树脂固化以形成框架。固化可能发生在炉子或其它合适的环境中。在步骤608中,如果心轴是从电机分离的,移除心轴。
[0030]图9是复合框架100的应用的模块图。在图9中,复合框架100被闩至或者额外地附接到机械系统900。机械系统900可以是风力涡轮机或与电力应用中的风力涡轮机有关的齿轮箱。在一个替代示例中,复合框架100可以包围电动机并且机械系统900可以是由电动机驱动的用于混合食品的混合器。在又一个实现方式中,复合框架可以容纳用于海底应用的发电机或电动机。
[0031]用于电机的复合缠绕或拉挤框架的优点包括由于复合材料成本的低成本材料的使用,低成本制造,由于低密度材料的轻质框架组件,如果使用电介质材料可期望的电介质特性,由于材料的未研磨面的辐射噪声的减小,以及聚合物的阻尼特性,并且由于重量轻便于运输。
[0032]在风力发电机中,如在工业电动机中,使用许多材料用于机器框架的构造。通过创建由轻质复合材料形成的圆柱形框架,其提供了与切割和焊接钢板相同的功能,本文所描述的主题相比于切割和焊接板提供了低成本的优势并且需要更少的制造时间和品质控制时间。细丝缠绕拉挤或者通过之前提到的方法制造的复合框架的使用允许结构框架的材料、时间和成本的有效制造。玻璃、玄武岩、硼或芳纶纤维的使用允许由框架支持的电机和传统的安装介质的电机之间的电介质绝缘,通常是风力发电机的齿轮箱。由于缠绕管的表面不是平坦的,框架的位移不会产生很大的且成几何级数地集中的压力波,其通常产生很大的噪声。相比于发电机领域中使用的传统框架,框架的管状形式提供了轻质的小型封装。并且,重量的减少可以减小风力涡轮机中的其它部件的大小,其可以允许系统成本的进一步减小。
[0033]正如可以理解的,当至少一部分从纤维增强复合材料制造时,可以通过使用纤维方向的合适复合选择、调节或调整框架的机械特性。特别地,包含更接近平行于框架轴或者基本轴向地对准的纤维可以提供或提高横向刚性或抗弯性,包含倾斜定向的或相对于框架轴倾斜的纤维可以提供或提高扭转刚性,而包含更接近周向定向的或相对于框架轴横向的纤维可以提供或提高框架的环向强度或者对于横向压缩或到横向压缩或弯曲的阻抗。通过非排他性说明性示例的方式,可以认为:当纤维定向在小于相对平行于框架轴的线大约加或减10度(±10° )的角度时,纤维是基本轴向地对准的,当纤维定向在相对平行于框架轴的线大约加或减10度(±10° )和大约加或减80度(±80° )之间的角度时,纤维是斜向的或成螺旋形方向的或偏斜的,并且当纤维定向在相对平行于框架轴的线大约加或减80度(±80° )和大约加或减90度(±90° )之间的角度时,纤维是周向方向的或横向的。在一些非排他性说明性示例中,框架可以包括下述的合适复合:基本轴向对准的或相对于框架轴平行的线大约O度(0° )的纤维、定向或包在相对框架轴平行的线大约加或减45度(±45° )的角度内的纤维,和/或定向或缠绕在相对框架轴平行的线大约加或减90度(±90° )内的角度的纤维。
[0034]本文所描述的主题的示例性修改包括用于形成框架的不同材料的使用,以及不同的纤维配置和方向。例如,纤维可以是离轴定向的,诸如对复合框架包括的电机的轴加或减30度或者加或减45度。编织拉挤成型可以用于离轴方向中的定向纤维。本文所描述的主题的额外的修改包括在复合框架中包含非复合材料。例如,非复合材料可以包含在复合材料中以增强其结构完整性。本文所描述的主题的额外的修改包括连接到电机的定子的额外的方法。例如,如上所述,定子可以包括便于用缠绕或拉挤纤维结合的外齿或翅片。在一个替代示例中,可以在定子上形成其它结构,用于附接到复合框架。例如,定子可以包括闩或便于其附接到框架的其它凸起。本文所描述的主题的又一个修改包括保护涂料的应用,诸如用于复合框架的外部表面的漆或树脂涂料。本文所描述的主题的又一个潜在修改包括在复合框架内的转子轴承和支撑的位置和配置。本文所描述的主题的又一个修改包括加强梁至复合框架的外径的连接或接合。进一步地修改可以包括附接或接合至复合框架的内径的加强梁,其允许液体的轴向流量围绕定子和定子的外表面。
[0035]在框架中的长纤维的使用允许使用相比于注射成型类型的外壳利用减小的墙壁厚度获得所需的刚度和强度。墙壁厚度的减小减少了穿过外壳的热阻,并且减少的温度上升。在合成物中的导热填充物的使用还允许机器中减少的温度上升。具有以限制环境中的材料进入机器的方式构建的机器通常是优选的,反之亦然。入口保护通常预先排除通风孔或管道的使用,其允许机器表面结垢。因此,合成物中的长纤维和导热填充物的使用允许合成物的更好的热性能,接近传统金属外壳或框架的热性能,其之前不可能具有复合外壳。
[0036]复合框架还可以用作VPI或浸烘型过程的腔室,其通常用于增加绕组的热和结构能力。以前,独立的腔室用于在安装到普通框架中之前定子组件的浸入。
[0037]如上所述,本文所描述的主题包括用于电机的复合框架。为了便于与定子组件附接,外框架部件102可以包括位于框架部件102上的切割面,用于机械锁定定子至框架或者在缠绕定子之后机械锁定框架。图1OA是具有位于框架部件102的内径上的切割面1000的框架构件102的截面端视图(即,穿过垂直于通过框架部件102的电机的旋转轴的平面并以旋转轴方向看获得的视图)。在图1OA中,切割面1000周向地间隔围绕框架构件1000的内径,使得当从截面看时,框架102的内径形成η个边的正多边形,其中η是取决于切割面的宽度和切割面之间的角度的整数。在图1OA中,显示了 18个切割面。然而,本文所描述的主题的范围意在包括任意数量的切割面。框架部件102还包括位于框架构件102的外径上的翅片或齿,以利于散热并提高框架构件102的结构性能。
[0038]图1OB是具有位于外径和圆柱内径上的齿或翅片的框架构件102的截面端视图。参考图10Β,框架构件102包括位于其外径上的翅片1002。如上所述,翅片1002为框架构件102提供了加强的散热和结构支撑。框架构件102的内径是圆柱形的用于包围具有圆柱形外径的定子。
[0039]图1OC是框架构件102的另一个实施例的截面端视图。在图1OC中,框架构件102的外径包括翅片1002并且内径是光滑的。此外,框架构件102的外径和内径可以由不同材料或纤维定向构成。在一个实现方式中,内径可以由优化的用于扭转和导热性的纤维定向或材料构成,以及外径可以由优化的用于横向刚性的材料或纤维定向构成。
[0040]图1lA是电机的框架部件和组件的一个象限的截面侧视图,其中电机具有圆柱的外径并且框架部件具有圆柱的内径。参考图11A,虚线1100表示电机的旋转轴,使得图1lA中的视图是由穿过平行于旋转轴的平面并径向看到电机和框架里面获得的截面图。在图1lA中,框架构件102包括圆柱的外径和内径。框架构件102包围定子叠片1101,其具有圆柱的外径。为了保持完整性,还显示了定子绕组1102和转子1104。
[0041]图1lB示出了框架
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