阅读说明：本技术 转子组件 (Rotor assembly ) 是由 约翰·S·米尔斯 奥斯丁·迈克尔·科伯特 托德·埃里克·鲁克 于 2020-03-10 设计创作，主要内容包括：一种用于电机的转子组件,包括：圆柱形转子芯；从转子芯径向向外延伸的一组柱,在相邻柱之间限定一组槽；由缠绕在该组槽中的导线形成的一组绕组,其具有轴向延伸超过转子芯的端匝；和覆盖端匝的保持壳体。(A rotor assembly for an electric machine comprising: a cylindrical rotor core; a set of posts extending radially outward from the rotor core, a set of slots being defined between adjacent posts; a set of windings formed of wire wound in the set of slots, having end turns extending axially beyond the rotor core; and a retention housing covering the end turns.)

转子组件

技术领域

本公开总体上涉及电机，并且更具体地，涉及用于防止操作期间电机中的不平衡的保持机构。

背景技术

诸如电动机或发电机之类的电机用于能量转换。在飞行器工业中，通常会发现一种具有电动机和发电机模式组合的电动机，其中电机以电动机模式用于启动飞行器发动机，并且根据该模式，电动机也用作发电机来给飞行器系统的电源供电。不管哪种模式，电机通常包括具有绕组的定子，该定子与也具有绕组并由旋转源驱动旋转的转子一起工作，该旋转源对于发电机而言可以是燃气涡轮发动机，或对于电动机可以是定子。

发明内容

在一个方面，本公开涉及一种用于电机的转子组件，包括：圆柱形转子芯，其限定面向径向的座部；一组柱，其从转子芯径向向外延伸，在相邻柱之间限定一组槽；由缠绕在该组槽中的导线形成的一组绕组，其具有轴向延伸超过转子芯的端匝；以及保持壳体，其限定径向地覆盖端匝的第一保持部分和轴向地覆盖端匝的至少轴向面对部分上的第二保持部分，并且其中，保持壳体被座部容纳。保持壳体向座部的引导防止该组绕组在转子组件旋转期间的不平衡。

附图说明

在附图中：

图1是根据本文描述的各个方面的转子组件的等距视图。

图2是根据本文描述的各个方面的图1的转子组件的***图。

图3是根据本文描述的各个方面的，沿图1的线III-III截取的图1的转子组件的截面图。

图4是根据本文所述的各个方面的图1的转子组件的保持壳体的放大截面图。

图5是根据本文所述的各个方面的图1的转子组件的另一剖视图。

图6是根据本文描述的各个方面的图1的转子组件的轴向截面图。

具体实施方式

本公开的方面可以在具有一组缠绕的转子槽的任何转子组件或电机组件中实施。为了描述的目的，相对于电机，电机组件，发电机或类似语言描述了转子组件，这旨在阐明电机中可以包括一个或多个定子/转子组合。电机的非限制性方面可以包括发电机，电动机，起动机/发电机等。

尽管将描述“一组”各种元件，但是应当理解，“一组”可以包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。如本文所使用的，术语“轴向”或“轴向地”是指沿着参考部件的纵轴或沿着相对于相应轴线设置的部件的纵轴的尺寸。

如本文所使用的，术语“径向”或“径向地”是指在相应部件的中心纵向轴线或相对于相应部件设置的圆形或环形部件的中心纵向轴线之间延伸的尺寸。所有方向参考(例如，径向，轴向，上，下，向上，向下，左，右，侧向，前，后，顶，底，以上，以下，垂直，水平，顺时针，逆时针)仅用于标识目的，以帮助读者理解本公开，并不构成限制，特别是位置，方向或用途方面的限制。除非另有说明，否则连接参考(例如，附接，联接，连接和接合)将被广义地解释，并且可包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对运动。这样，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且彼此成固定关系。

示例性附图仅出于说明的目的，所附附图中反映的尺寸，位置，顺序和相对尺寸可以变化。

图1示出了用于电机的转子组件10。例如，转子组件10可以包括用于激励器的转子组件10，尽管本公开的方面可以被包括在任何转子组件10中。如图所示，在一种非限制性示例构造中，转子组件10可包括大致环形的转子芯18，转子芯18限定纵向轴线26和转子组件10旋转的轴线。转子芯18还可包括一组柱20或齿，其从芯18径向向外延伸远离纵向轴线26。该组柱20还可以在相邻柱20之间限定一组狭槽22，例如开口，间隙，空间等。槽22的至少一个子集可以用导线或导线组缠绕以形成一组转子绕组24，在图1中示意性地示出为连续部分。应当理解，该组转子绕组24是一组导线，而不是连续的部分，该组转子绕组24被示为连续的部分是为了易于理解。该组转子绕组24可以与一组功率输出导电连接，该功率输出示意性地示出为一组导电输出引线14。输出引线14可以将由转子绕组24的相应组或子集(或在其中)产生的电流传导到电机的另一部件(未示出)。

还示出了转子组件10，其包括一组保持壳体12，该保持壳体12包括在转子组件10的第一轴向端处的第一保持壳体16和在转子组件10的第二轴向端处的第二保持壳体17，第二保持壳体17与第一保持壳体16间隔开。如图所示，第一保持壳体16和第二保持壳体17可以通过转子芯18在轴向上彼此间隔开，并且可以分别限定转子组件10的相对的轴向端。在一个非限制性示例中，第一保持壳体16或第二保持壳体17中的一个或两个可以由高强度的耐热成分形成。例如，可以包括具有高刚性的成分。在一个非限制性示例中，第一保持壳体16或第二保持壳体17中的一个或两个可以由镍合金成分形成。在另一个非限制性示例中，第一保持壳体16或第二保持壳体17中的一个或两个可以被构造为能够承受在一组转子绕组24中或在该组转子绕组24处产生的热量，例如在该示例中，其中第一保持壳体16或第二保持壳体17与一组转子绕组24处于导热关系。在另一个非限制性示例中，第一保持壳体16或第二保持壳体17中的一个或两个可以与一组转子绕组24电绝缘，包括但不限于由非导电成分形成，或通过非导电或介电材料，组成，层等与转子绕组组24分开。

图2示出了图1的转子组件10的轴向***图。如图所示，第一保持壳体16和第二保持壳体17中的每一个可包括径向面对部分28和轴向面对部分30。组装时，径向面对部分28覆盖一组转子绕组24(例如相对于转子绕组24径向向外)，而轴向面对部分30覆盖一组转子绕组24(例如相对于转子绕组24轴向向外)。图2进一步示出了一组绕组保持器44，其可以被容纳在该组槽22内(例如，在相邻的转子柱20之间)，以保持延伸穿过槽22的转子绕组24的各个子集。如此处所使用的，转子绕组24的子集被径向保持，即防止它们在转子组件10绕着纵向轴线26旋转期间径向向外脱离该组槽22。

图3示出了沿线III-III截取的图1的转子组件10的横截面。如图所示，本公开的非限制性方面可以包括在转子芯18的一个或两个轴向侧上的端部叠片32。端部叠片32可以由刚性材料形成，例如，包括但不限于钛。端部叠片32或转子芯18可被构造，适配，定尺寸等等，使得转子芯18比端部叠片32径向向外延伸得更多。换句话说，转子芯18可以相对于端部叠片32具有更大的半径，以在端部叠片32的径向向外的表面处限定座部46。还示出了转子组件10，其包括电绝缘体层34，该电绝缘体层34位于端部叠片32附近，与转子芯18相对。从这个意义上讲，电绝缘层34可以使转子芯18，端部叠片32或它们的组合与轴向延伸超过转子芯18(即转子绕组“端匝”)或端部叠片32的转子绕组24电绝缘。尽管未示出，但是可以包括本公开的非限制性方面，其中，转子绕组24可以进一步通过槽22的绝缘衬套与转子18或端部叠片32电绝缘。

一组保持壳体12可包括第一保持部分36和第二保持部分38。第一保持部分36可径向覆盖转子绕组24，并沿着相应的保持壳体16、17的径向面对部分延伸。从这个意义上讲，在转子组件10绕纵向轴线旋转(未显示)期间，第一保持部分36可以接触，抵接或以其他方式约束，容纳或保持轴向延伸超过转子芯18的一组转子绕组24。换句话说，第一保持部分36确保转子绕组24在电机运行期间径向保持在适当位置。如图所示，第一保持部分36的至少一部分可延伸到转子芯18或轴向抵接转子芯18。在这种情况下，第一保持部分36的端部，例如第一保持部分36的远离第二保持部分38的端部，可以被容纳在由相应端部叠片32的径向面向外的表面限定的座部46中。从这个意义上讲，第一保持部分36可以由座部46径向支撑，并且可以可操作地引导至转子芯18，端部叠片32或它们的子集。

如本文所用，“引导”或“导引”可以指所描述的部件的构造或适配，以确保部件保持相对于彼此的位置。例如，第一保持部分36由座部46和端部叠片32径向地支撑，并且可以确保该组保持壳体12相对于彼此保持可操作地定位，例如彼此同心。从这个意义上讲，第一保持部分36或其端部与座部46的引导确保了这组保持壳体12或转子绕组24的径向运动不会超过期望的或意向的半径。例如，将理解的是，第一保持部分36或其端部与座部46的引导围绕端部叠片32的整个外周表面延伸。因此，通过向心加速度(例如，在转子组件10的旋转期间)引起的该组转子绕组24(参照图3的图示)向上的期望运动也可能导致该组保持壳体12期望的运动或力也向上。然而，该组保持壳体12向上的期望运动将通过第一保持部分36或其端部与座部46的引导而在转子组件10的直径相对部分处被抵抗，从而阻止该期望运动。因此，本公开的各方面可以确保径向限制或保持，并且还确保转子组件10的各方面保持在设计的或期望的径向限制或包络内。

该组保持壳体12还可以包括第二保持部分38，该第二保持部分38轴向叠置在该组转子绕组24的至少一部分上，并且沿着相应的保持壳体16、17的轴向面对部分径向地延伸。从这个意义上讲，在转子组件10绕纵向轴线(未示出)旋转期间，第二保持部分38可以接触，抵接或以其他方式约束，容纳或保持轴向延伸超过转子芯18的一组转子绕组24。换句话说，第二保持部分38确保转子绕组24在电机的操作期间轴向保持在适当位置。如图所示，第二保持部分38可以轴向叠置于一组转子绕组24的轴向相对部分的仅仅一个子集，或者不叠置于一组转子绕组24的所有轴向相对部分。可以包括本公开内容的非限制性方面，其中在转子组件10旋转或电机操作期间，第二保持部分38的覆盖部分可以在径向方向上延伸以覆盖该组转子绕组24的足够部分，以确保该组转子绕组24不轴向延伸超过(或没有轴向“溢出”)该组保持壳体12的第二保持部分38。可以设想该组转子绕组24的额外的或更少的重叠部分。

第一保持部分36的径向面对的内表面的至少一部分40还包括有角度的表面，其中，该部分40的该表面的角度相对于纵向轴线偏离。如图所示，部分40的角度可导致在远离转子组件10或转子芯18的轴向中心的同时沿着表面部分40的径向尺寸增加。因此，当组装时，与在转子芯18，端部叠片32等的轴向端处的该组转子绕组24的径向宽度相比，表面部分40允许在该组转子绕组24的轴向端部附近对该组转子绕组24进行径向更宽的聚集，或者使该组转子绕组24在另一半径处聚集。在这种意义上，例如通过在组装过程中手动压紧该组转子绕组24，或者通过在转子组件10旋转期间由该组转子绕组24经受的向心加速度，允许绕组24的至少一部分径向向外延伸，这会导致绕组24的该部分被迫进入第一保持部分35和第二保持部分38之间的那组保持壳体的有角度的拐角。与有角度的表面部分40的接触进一步提供至少该角度下的摩擦，从而进一步限制或保持该组转子绕组24沿轴向方向的移动。

在另一个非限制性示例中，有角度的表面部分40可以进一步包括层，涂层等，示意性地表示为层42，其设置在有角度的表面部分40上，或者位于表面部分40和该组转子绕组24之间。在一个非限制性示例中，层42可以包括电介质，电绝缘层，环氧树脂，清漆，粘附剂等或它们的组合。如所描述的，层42的各方面可以被适配或构造成进一步提供该组转子绕组24与有角度的表面部分40的保持。例如，粘附层或环氧树脂层可以在该组保持壳体12与相应的该组转子绕组24之间提供粘附或半粘附特性。在非限制性示例中，粘附剂可以确保在该组保持壳体12与相应的该组转子绕组24之间的已知的或预定的粘附或粘附力，但是其他分层材料(例如环氧树脂)可以在环氧树脂未完全放置，干燥，固化等情况下组装接触时提供粘附或粘附力。在另一个非限制性示例中，该组转子绕组24上的清漆层也可以提供粘附或粘附力，如所描述的。可以包括其他方面。

现在转到图4，为了理解，示出了第二保持壳体17的放大视图。尽管示出了第二保持壳体17，但是应当理解，第二保持壳体17的特征和描述也适用于第一保持壳体16。如图所示，第二保持壳体17包括内表面56，该内表面可以分层，涂覆或以其他方式适于防止该组绕组或转子绕组(未示出)与第二保持壳体17之间的电接触。此外，图4进一步示出了表面部分40相对于纵向轴线26的角度。如图所示，表面部分40限定法向力矢量50，该法向力矢量50表明第二保持壳体17或表面部分40在转子组件10绕纵向轴线26旋转期间作用在一组转子绕组(未示出)上的法向力。如图进一步所示，法向力矢量50包括在纯径向方向上延伸的径向力矢量分量52和轴向力矢量分量54，其中轴向力矢量分量54与纵向轴线26平行。因此，法向力矢量50中的轴向力矢量分量54的存在作用于该组转子绕组(未示出)以影响轴向力，该轴向力进一步确保限制或防止第二保持壳体17，该组转子绕组(未示出)或其组合沿轴向方向移动。

图5示出了类似于图3的截面图，但是在通过槽22的不同的截面处截取的。如图所示，该组绕组保持器44可以覆盖该组转子绕组24，并且确保在转子组件10旋转期间该组转子绕组24不会脱离槽22。

图6示出了沿图5的线VI-VI截取的转子芯18的轴向截面图。如图所示，槽22的非限制性方面可以包括衬垫在槽22侧的第一槽衬60，并可以包括非导电材料，以防止在该组转子绕组24和转子芯18或该组转子柱20之间导电。槽可以进一步包括第二顶部槽衬62，第二顶部槽衬62也包括非导电材料，其可以径向覆盖该组转子绕组24。

另外，图6示出了该组绕组保持器44或顶杆可以包括具有肩部64的几何横截面，该肩部64被适配或构造成位于该组柱20的对应或匹配的周向延伸的突出部66的下方。肩部64与突出部66的径向相互作用确保了在操作期间，该组绕组保持器44，该组转子绕组24等不会响应于转子组件10的旋转而被径向向外排出。在一个非限制性示例中，该组绕组保持器44可包括玻璃叠层。在另一个非限制性示例中，该组绕组保持器44可以在平行于纵向轴线(未示出)的方向上通过将该组绕组保持器44横向地容纳在它们对应的槽22中而与槽22组装在一起。

如本文所述，本公开的方面还可包括形成转子芯18或转子组件10的方法。

除了以上附图中所示的之外，本公开还设想了许多其他可能的方面和构造。另外，各种部件的设计和布置被重新安排，使得可以实现许多不同的构造。

本文公开的方面提供了一种转子组件，该转子组件构造成或适于在转子组件的旋转期间保持该组转子绕组。技术效果是，上述方面使得能够将该组转子绕组保持或保持在预定的径向和轴向包络中。在上述方面中可以实现的一个优点是，上述描述的方面使得引导特征能够使转子组或转子绕组，保持壳体等相对于转子芯材料并且还相对于纵向轴线保持居中。传统的转子组件可以在运行中径向偏移。这种偏移可能导致转子组件相对于另一个环形部件(例如壳体或定子)的不平衡问题和潜在的摩擦。引导方面包括了在安装时对转子铁芯端部叠片的轻微干扰。端部叠片可通过引导方面对该组保持壳体进行适当的引导和支撑。

本公开的另一个优点可以包括第二保持部分38，该第二保持部分38设置在每个保持壳体的端部上，以在外侧(轴向)方向上为该组转子绕组端匝提供支撑。在较大的机器和轴向延伸到转子铁芯外部的较大的端匝绕组中，较大的线圈轴向移动(或向外)离开铁芯的风险更大。虽然端匝上的主要力是在径向上，但有一个力分量要使转子绕组端匝在常规保持壳体或带的边缘上移动。当端匝在传统保持壳体的边缘上移动时，转子组件会变得非常不平衡，并导致转子与其他组件接触。本公开的各方面防止了绕组端匝越过带的边缘。

本公开的又一个优点可以包括：保持壳体设计的内径具有内置的有角度的特征或表面，其在操作期间保持保持壳体的轴向定位。转子绕组被压缩到该凹入区域中，从而在保持壳体上保持轴向向内的力(例如，朝向转子芯)。另外，转子绕组上的离心载荷越大，作用在带上的力就越大，从而将其保持在内部。这防止了保持壳体轴向移出转子组件或座部。

本公开的又一个优点可以包括使用将转子绕组保持在槽中的成形顶杆。该顶杆由比传统顶杆硬得多的材料制成，可防止线圈线在槽内移动或从槽移出。本公开的方面可以导致每个槽额外的转子绕组，或者导致转子组件以更高的速度旋转，而不会由于转子绕组的离心载荷作用在顶杆上而将顶杆迁移到转子组件和定子部件之间的旋转气隙中。本文所述的顶杆的构造或形状和材料的组合防止了线在上述加载条件下的运动。

在尚未描述的范围内，各个方面的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。一个特征不能在所有方面阐释并不意味着不能解释它，而是为了简化说明。因此，不管是否明确地描述了新方面，都可以根据需要混合和匹配不同方面的各种特征以形成新方面。本文所描述的特征的组合或排列被本公开覆盖。

本书面说明书使用示例来公开本公开的各个方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的各个方面，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。

本发明的其他方面由以下条款的主题提供：

一种用于电机的转子组件，包括：圆柱形转子芯，转子芯限定径向面对的座部；一组柱，一组柱从转子芯径向向外延伸，在相邻柱之间限定一组槽；一组绕组，一组绕组由缠绕在槽中的导线形成，具有轴向延伸超过转子芯的端匝；以及保持壳体，保持壳体限定径向地覆盖端匝的第一保持部分和轴向地覆盖端匝的至少轴向面对部分的第二保持部分，并且其中，保持壳体被座部容纳；其中，保持壳体向座部的引导防止一组绕组在转子组件旋转期间的不平衡。

根据任何在前项的转子组件，其中第二保持部分轴向地覆盖端匝的预定的轴向面对部分，使得端匝在第二保持部分上不从转子组件轴向向外移动。

根据任何在前项的转子组件，其中转子芯进一步包括限定径向面对的座部的端部叠片。

根据任何在前项的转子组件，其中第一保持部分的端部被座部容纳。

根据任何在前项的转子组件，其中第一保持部分的端部远离第二保持部分。

根据任何在前项的转子组件，其中在第一圆周位置处保持壳体向座部的引导防止一组绕组在转子组件的直径相对部分处的径向不平衡。

根据任何在前项的转子组件，进一步包括由转子芯限定的旋转的纵向轴线，并且其中，第一保持部分的内表面部分限定相对于纵向轴线具有偏离角度的表面。

根据任何在前项的转子组件，其中内表面部分成一定角度，以便包括在远离转子芯移动的同时沿着内表面部分增加的径向尺寸。

根据任何在前项的转子组件，其中由于在转子组件的旋转期间端匝所经受的向心加速度，内表面部分提供端匝在另一半径处的聚集。

根据任何在前项的转子组件，其中内表面部分限定在转子组件旋转期间端匝所经受的法向力矢量，其中法向力矢量包括径向力矢量分量和轴向力矢量分量。

根据任何在前项的转子组件，进一步包括设置在内表面部分和端匝之间的层，其中层在内表面部分和端匝之间限定粘附力。

根据任何在前项的转子组件，其中层是粘合剂，清漆或环氧树脂。

根据任何在前项的转子组件，其中在将清漆或环氧树脂完全固化之前，将清漆或环氧树脂放置在内表面部分与端匝之间，然后使清漆或环氧树脂完全固化，并且其中，粘附力是通过使清漆或环氧树脂完全固化来限定的。

根据任何在前项的转子组件，其中在转子组件的旋转期间，端匝朝向内表面部分的压缩产生至少部分地轴向向内指向转子芯的轴向力。

根据任何在前项的转子组件，其中产生的轴向力确保保持壳体保持被座部容纳。