阅读说明：本技术 用于加压流体环境的电动马达 (Electric motor for pressurized fluid environments ) 是由 马修·艾伦·卡罗尔 李·L.·斯奈德 ***·汗丹-巴拉尼 罗纳德·G.·弗拉纳里 艾伦·邓 于 2018-04-23 设计创作，主要内容包括：一种被构建用于暴露于高压流体的电动马达,包括在转子与定子之间提供流体屏障的整体式金属套筒。二次注塑树脂封装定子绕组并加强套筒,以使套筒在高流体压力下的变形最小化。二次注塑树脂还固定了连接到定子绕组的绝缘位移连接器的位置,从而避免了用于将绝缘位移连接器保持就位的机械支架和紧固件。(An electric motor constructed for exposure to high pressure fluids includes a unitary metal sleeve that provides a fluid barrier between a rotor and a stator. The over-molded resin encapsulates the stator windings and reinforces the sleeve to minimize deformation of the sleeve under high fluid pressure. The over-molded resin also fixes the position of the insulation displacement connector connected to the stator windings, thereby avoiding mechanical brackets and fasteners for holding the insulation displacement connector in place.)

用于加压流体环境的电动马达

技术领域

本发明总体上涉及电动马达，尤其是涉及暴露在高内部流体压力下的电动马达。

背景技术

在一些应用中，希望将电动马达的内部暴露在高压下的流体中。例如，在减震器领域，可能希望提供一种液压致动器，该液压致动器具有能够承受转子处高达1500PSI(10,342千帕)的高流体压力的电动马达，而液压流体不会泄漏到定子中，在定子中，流体会损坏定子绕组，导致电动马达故障，并且通过减少可用于操作致动器的液压流体的量来使致动器性能降级。

众所周知，通过将定子包裹在二次注塑树脂中来保护电动马达定子免受流体损坏。虽然这种方案对于流体处于相对较低压力的应用通常是有效的，但是它不适合于涉及较高流体压力的应用，因为成型树脂的多孔性不能完全消除，并且可能发生泄漏。此外，当马达经受大范围的温度循环和压力循环时，成型树脂和马达外壳体之间的粘附性将随着时间而降级。虽然理论上可以仅使用二次注塑树脂来密封定子以防高压流体侵入，但是对于大批量生产电动马达来说，这样做是非常不切实际的，并且非常昂贵，因为必须确保树脂的无孔隙表面光洁度和严格的尺寸公差。

需要一种能够承受高流体压力，即高达约1500PSI(10,342kPa)的压力的电动马达，该电动马达能够以合理的成本点可靠地批量生产。

发明内容

本发明提供了一种用于马达暴露于高内部流体压力的应用中的电动马达。马达通常包括具有旋转轴线的转子、具有围绕转子的绕组的定子、整体式金属套筒、多个绝缘位移连接器和树脂二次注塑件。

整体式金属套筒包括在转子与定子之间的侧部，并且可以包括从侧部径向向外延伸的凸缘部。套筒在转子与定子之间提供流体屏障。套筒还可以包括封闭端部。

多个绝缘位移连接器连接到定子的相应绕组。树脂二次注塑件封装定子和每个绝缘位移连接器的一部分，并且树脂二次注塑件接合套筒的侧部和凸缘部。树脂二次注塑件加强了套筒，以在套筒受到高压时使套筒的变形最小化。树脂二次注塑件还固定了每个绝缘位移连接器相对于壳体的位置。

马达还可以包括整体式金属壳体，该壳体包括至少一个侧壁，该侧壁限定了沿着转子的旋转轴线对准的圆柱形腔，其中转子和定子接纳在壳体的圆柱形腔内。整体式金属壳体还可以包括邻近至少一个侧壁的端壁，其中端壁具有延伸穿过该端壁并与圆柱形腔连通的多个入口，并且多个绝缘位移连接器延伸穿过多个入口。壳体的端壁还可以包括凹部，并且套筒的封闭端部可以布置成突出到壳体端壁的凹部中。

马达还可以包括保持环和弹性体O形环，它们被布置成在转子占据的区域与定子占据的区域之间形成不透流体的密封。

附图说明

现在将在下面结合附图对本发明进行的详细描述中更全面地描述本发明的性质和操作模式，其中：

图1是示出根据本发明实施例形成的电动马达的截面立体图；

图2是图1所示电动马达的详细截面图；

图3是图1和2所示电动马达的套筒的截面图；

图4是图1和2所示电动马达的仰视平面图，示出了延伸穿过马达壳体端壁的入口；

图5是根据本发明的另一个实施例形成的电动马达的详细截面图，其中电动马达的套筒具有与图1和2所示电动马达的套筒不同的配置；

图6是图5所示电动马达的套筒的截面图；

图7是根据本发明又一实施例形成的电动马达的详细截面图，其中电动马达的套筒具有与图1、图2和图5所示电动马达的套筒不同的配置；

图8是图7所示电动马达的套筒的截面图；

图9是根据本发明另一实施例形成的电动马达的详细截面图，其中电动马达的套筒没有径向延伸的凸缘部；和

图10是图9所示电动马达的套筒的截面图。

具体实施方式

参照图1和2，示出了根据本发明第一实施例形成的电动马达10。马达10包括转子12，该转子12相对于周围的定子14绕旋转轴线13旋转。如图2所示，定子14包括多个绕组22。马达10可用于转子12暴露于高达约1500PSI(10,342kPa)的高压流体的应用中。例如，电动马达10可以驱动液压致动器，其中转子12暴露于间歇地达到高达约1500PSI(10,342kPa)的高流体压力的液压流体。如下文将详细描述的，定子14被保护免受加压流体的侵入，然而马达10大量制造是具有成本效益的，并且满足可应用的性能要求。

除了转子12和定子14之外，马达10还包括整体式金属套筒24，如图3中单独示出的，在转子12与定子14之间提供流体屏障，用于防止加压流体泄漏到定子14中。如本文所用，术语“整体”是指完全由单件材料形成，形成为单件成型件或铸造件，或者通过增材制造形成为单件。

套筒24包括转子12与定子14之间的侧部24A，以及从侧部24A径向向外延伸的凸缘部24C。在所描绘的实施例中，侧部24A在其整个范围内是圆柱形的。如图1-3所示，凸缘部24C可以包括周向阶梯形缘27，周向阶梯形缘27具有过渡到径向延伸部分27B的轴向延伸部分27A。套筒24还可以包括封闭端部24B。替代地，套筒24的与凸缘部24C相对的端部可以是敞开的。

马达10还包括连接到定子14的相应绕组22的多个绝缘位移连接器26。例如，马达10可以具有Y字形绕组配置和六个绝缘位移连接器26，三个相开始端各一个，三相结束端各一个。

除了上述结构元件之外，马达10包括封装定子14和每个绝缘位移连接器26的一部分的树脂二次注塑件28。树脂二次注塑件28接合套筒24的侧部24A和凸缘部24C，从而稳定和加强套筒24抵抗加压流体。

树脂二次注塑件28还封装每个绝缘位移连接器26的一部分，从而固定每个绝缘位移连接器26相对于定子14的位置。通过用树脂二次注塑件28设置绝缘位移连接器26的位置，避免了机械紧固件和支架，并且可以以非常低的成本精确控制绝缘位移连接器26的位置精度。结果，可以实现定子绕组22与印刷电路板(未示出)的非常经济和可靠的连接。

马达10还可以包括整体式金属壳体16，该壳体包括围绕转子12和定子14的至少一个侧壁16A。壳体16还可以包括端壁16B。可以看出，一个或多个侧壁16A和端壁16B协作以限定壳体16的与端壁16B相对的开口端18，并限定沿旋转轴线13对准的圆柱形腔20。端壁16B具有多个入口21，如图2和4所示，这些入口延伸穿过端壁并与圆柱形腔20连通。壳体16可以进一步包括邻近开口端18的内部环形凸棱19。壳体16可以制成例如由铝或另一种合适的金属形成的压铸单元。

如果马达10设置有整体式金属壳体16，绝缘位移连接器26可以被布置成延伸穿过多个入口21。如果套筒24具有封闭端部24B，封闭端部24B可以被布置成接合壳体16的端壁16B。例如，如图2所示，封闭端部24B可以成形为凸椭圆体，其以配合的面对面接合的方式接纳在壳体16的端壁16B中的相应成形的内部凹部17内。树脂二次注塑件28可以接合每个壳体侧壁16A和壳体端壁16B的内表面。树脂二次注塑件28也可以填充入口21内的空间，因为它封装每个绝缘位移连接器26的一部分，从而固定每个绝缘位移连接器26相对于壳体16和定子14的位置。避免了机械紧固件和支架，并且可以实现定子绕组22与位于壳体16外部的印刷电路板(未示出)的非常经济和可靠的连接。

图5-10示出了替代实施例，其中套筒24的形状改变。在图5和6所示的替代实施例中，端部24B的形状是截头圆锥形而不是椭圆体形，并且凹部17的形状被改变成对应于端部24B的截头圆锥形。端部24B和凹部17的形状不限于图中所示的形状。端部24B和凹部17可以采用其它形状，例如相对于侧部24A半径减小的圆柱形。

如图7和8所示，套筒24的侧部24A可以包括朝向套筒端部24B逐渐变细的径向缩小部分25。例如，侧部24A从凸缘部24C开始时可以是圆柱形的，径向缩小部分25可以具有从初始圆柱形部分开始的截头圆锥形状。无论端部24B的形状如何，可以在侧部24A中设置径向缩小部分。可以理解的是，在套筒24包括如图7和8所示的径向缩小部分25的情况下，定子12与套筒24之间的空间填充有树脂，以便为套筒24提供稳定加强，即使占据该空间的树脂不需要封装定子绕组22。

图9和10示出了另一个实施例，其中径向延伸的凸缘部24C从套筒24中省略。

对于所有实施例，套筒24可以由通过金属拉拔工艺成形的单个薄金属片制成。通过这种方式，可以实现严格的公差，同时避免材料中的减加工操作和接缝。作为非限制性示例，套筒24可以由厚度范围为0.010英寸(0.0254厘米)到0.020英寸(0.0508厘米)的钛板拉拔而成。毛边和锐边可以从拉拔的套筒上去除，拉拔的套筒的表面光洁度可以根据ASTM A-967-Olel使用柠檬酸钝化来制备。在选择套筒24的材料时，两个重要的考虑因素是机械强度和磁特性。机械强度对于在高压载荷下保持形状很重要。磁特性对马达性能很重要。该材料需要是非磁性的，并且当暴露在变化的磁场中时应该具有低涡流。

电动马达10可以进一步包括保持环30和弹性体O形环32，保持环30和弹性体O形环32被布置成在转子12占据的区域与定子14占据的区域之间形成不透流体的密封。

在图1-8所示的实施例中，保持环30和弹性体O形环32被布置和配置成抵靠壳体16的环形凸棱19密封套筒24的凸缘部24C。例如，保持环30的外径可以设定尺寸以便与邻近凸棱19的壳体16的内径过盈配合，并且保持环30可以被压配合或模锻到壳体16中，以接合凸缘部24C和O形环32的周围区域，从而形成牢固的不透流体的密封。如图1-6所示，阶梯形缘27的轴向延伸部分27A可以由保持环30的内径接合，阶梯形缘27的径向延伸部分27B可以通过保持环30的端面抵靠壳体16的环形凸棱19而固定。替代地，如图7-8所示，凸缘部24C可以是平坦的、径向扩大的凸缘，其周围边缘区域通过保持环30的端面保持抵靠壳体16的环形凸棱19。凸缘部24C的平坦配置可以用于图1-6所示的先前实施例中，凸缘部24C的阶梯形配置可以用于图7和8的实施例中。

在图9和10所示的实施例中，保持环30的一部分具有面向整体式金属套筒24的内径29的外径31，并且弹性体O形环32布置在外径31与内径29之间。

马达10可以通过执行以下步骤来组装。首先，通过使层压件堆叠绝缘，例如通过在堆叠上附接卡扣式塑料绝缘材料或二次注塑绝缘材料来组装定子14。绝缘的堆叠被***卷绕器中以将定子绕组22施加到堆叠上，并且卷绕的堆叠被卷成圆形以形成定子14。绝缘位移连接器26***堆叠绝缘中的容置结构(pocket)中，并附接到相应的绕组22，以与绕组电连接。如上文所提到的，可以提供总共六个绝缘位移连接器26，每个相开始端一个，每个相结束端一个。来自绕组22的任何附加线延伸超过相应绝缘位移连接器26。安装中性印刷电路板以将三个相端连接在一起，从而形成Y字形马达绕组配置的中性位置(neutral)。如果使用单独的壳体16，定子14通过预热壳体16并将壳体导向到定子14上以形成紧密的机械配合而安装到壳体16中。然后将整体式金属套筒24***定子14的中心开口区域，并且二次注塑该组件以提供保护性和结构支撑性树脂二次注塑件28。然后，组件准备好将转子12接纳在套筒24内。

虽然已经结合示例性实施例描述了本发明，但是详细描述并不旨在将本发明的范围限制于所阐述的特定形式。本发明旨在涵盖所描述的实施例的这些替换、修改和等同物，这些替换、修改和等同物可以包括在权利要求的范围内。